创新医疗保健 看人体传感器如何消除痛感（二）

实现单芯片化

　　（1）利用LED测量心跳和脉搏的方法得到了日本大学和丰田等的采用。如图3所示，这种方法是在手指等触碰的部分，配置使用LED的发光模块和使用光电晶体管等的受光模块，利用血液中的血红蛋白容易吸收绿色等特定波长的光的特性，用LED照射手指，利用其反射光来检测脉搏。这种方法的应用比较广泛，新日本无线已于2013年6月开始销售将绿色LED和光电晶体管集成在一个封装内的通用脉搏传感器。

　　另外，日本大学表示，在利用LED测量脉搏的方法中组合使用了该大学的尾股教授开发的“相移法”技术。日本大学没有公开具体的机制，不过尾股教授强调，“利用相移法可大幅提高信噪比，所以能获得精度极高的脉搏波形。正因为如此才能把脉搏转换成血压”。

　　自从在MEDICA 2012上展出后，全球各地的企业等纷纷对相移法提出咨询。尾股教授最近成功地在一枚芯片上集成了含有相移法数据处理的核心部分，他表示，芯片尺寸目前为1cm2见方，不过“数mm见方的小型化也已经有了眉目。届时就能安装到便携终端，因此有望实现利用智能手机配备的用作闪光灯的LED，用智能手机测量脉搏和血压的方式”。日本大学打算在2013年内与合作伙伴合作推出该芯片。

　　无需新硬件

　　富士通研究所开发出了（2）利用图像处理测量心跳和脉搏的技术，该技术是通过分析面部视频的颜色成分来检测脉搏（图4）。

　　图4：仅拍摄面部即可计算出脉率

　　本图为富士通研究所开发的根据面部视频测量脉搏的技术的测量原理。将面部颜色分为RGB成分，根据绿色的亮度变化计算脉率。（图由《日经电子》根据富士通研究所的资料制作）

　　具体而言，富士通研究所也是利用血红蛋白容易吸收绿色光的特性，通过捕捉面部表面绿色成分的亮度变化来检测脉搏。首先，根据拍摄的面部视频，按帧将图像分成RGB颜色成分并计算出各自的平均亮度，然后从中去除各颜色共同的噪声，仅提取绿色成分的亮度波形。拍摄视频后最短只需5秒即可测出脉搏。

　　这种方式所需的视频分辨率大约为VGA，帧频只需20帧/秒左右。因此，使用市面上销售的网络摄像头或智能手机配备的摄像头就足够。“无需准备新的硬件。实用化时设想的使用方式就是只需将图像处理软件作为应用安装到个人电脑和智能手机上即可”（富士通研究所人本计算研究所人类解决方案研究部主任研究员猪又明大）。计划2013年内实现实用化。

　　除此之外，微软在2013年6月于美国洛杉矶举行的“Electronic Entertainment Expo（E3）”上，利用与该公司的新一代台式游戏机“Xbox One”配套销售的手势输入控制器“Kinect”，进行了测量脉搏的演示。估计这也是利用图像处理的技术。

　　着眼于心冲击图

　　（3）为利用加速度传感器的技术，开发出心跳测量技术的是村田制作所。该公司在2013年4月举行的展会“MEDTEC 2013”上，进行了只需站在体重计型装置或躺在床上即可测量心率的演示（图5）。这项测量技术的着眼点是心冲击图（BCG，ballistocardiogram）。

　　图5：只需站在“体重计”上即可测量心率

　　村田制作所开发的心率测量技术的特点是，只需站在“体重计”上即可测量（a）。利用倾斜传感器检测心冲击图“BCG”的原理（b）。该公司预定向设备厂商供货配备该传感器的模块（c）。

　　心冲击图是指，伴随心脏的物理运动而产生的微弱体动。如图5（b）所示，与心脏的电气运动——心电图相比，心冲击图的峰值稍晚一些出现。利用体重计型装置或床上配备的加速度传感器检测这一动作，进而就能得到心率。

　　据村田制作所传感器事业部第2传感器商品部FAE课木村正幸介绍，由于BCG是极其微弱的动作，因此采用了“精度是普通加速度传感器约50 倍”的传感器。可以检测加速度为0.001G的微弱振动。村田制作所称之为倾斜传感器，由其2012年1月收购的VTI Technologies公司（现为Murata　Electronics公司）制造，是用于铲车等建筑机械、医疗设备及飞机用测量系统等的传感器。

　　在展会上，村田制作所还公开了根据测量的心跳间隔提示心理压力程度的演示。该公司打算向设备厂商等供货配备倾斜传感器的模块，计划2013年内与设备厂商共同推进实证试验，2014年实现实用化。

选择可与移动通信共用的2.4GHz频带

（4）为利用电磁波测量心率的技术，欧姆龙健康医疗的睡眠仪就属于其中之一。该公司的堤正和表示，“目前市场上的产品只是观察与睡眠有关的呼吸的情况，并不能测出心跳，不过，如果导入可补偿人体动作的滤波处理以及噪声去除等技术，技术上来说也能用来测量心跳”。心跳的动作比呼吸和体动等还要小，因此如果能去除这些噪声成分，或提高测量精度，就能以相同的技