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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Erfindung gehört zum technischen Gebiet des Gesundheitswesens und bezieht sich insbesondere auf die Messung und Verarbeitung biologischer Informationen.
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STAND DER TECHNIK
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In den letzten Jahren hat sich ein Gesundheitsmanagement, bei dem Informationen in Bezug auf den Körper und die Gesundheit einer Person (nachstehend auch als „biologische Informationen“ bezeichnet), wie ein Blutdruckwert und eine elektrokardiografische Wellenform, die mittels einer Messvorrichtung nicht invasiv gemessen werden und die Messergebnisse von einem Informationsverarbeitungsendgerät aufgezeichnet und analysiert werden, immer mehr durchgesetzt.
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Als ein Beispiel für die vorstehend beschriebene Messvorrichtung wird weit verbreitet eine Blutdruckmessvorrichtung verwendet, die auf einem sogenannten oszillometrischen Verfahren basiert. Eine solche Blutdruckmessvorrichtung, die automatisch eine Verarbeitung des Komprimierens und Freigebens (der Blutgefäße) des Oberarms durch Kontraktion einer Manschette und des Schätzens eines Blutdruckwerts durch Messen des Drucks in der Manschette zu diesem Zeitpunkt durchführt, erfordert kein spezielles Wissen oder keine speziellen Fähigkeiten für die Bedienung, was es einem allgemeinen Benutzer sehr einfach macht, den Blutdruck täglich zu messen.
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Mittlerweile ist in den letzten Jahren der Bedarf an einer frühen Erkennung einer Krankheit und einer geeigneten Behandlung, die durch ständiges Tragen einer Messvorrichtung am Körper im täglichen Leben und kontinuierliches Erfassen biologischer Informationen durchgeführt wird, stetig gewachsen. Die herkömmliche Blutdruckmessvorrichtung unter Verwendung der oszillometrischen Methode kann jedoch den Blutdruck nicht kontinuierlich messen. Mit anderen Worten wird in dem oszillometrischen Verfahren ein zeitaufwendiger Vorgang zum Komprimieren und Freigeben des Oberarms für die Blutdruckmessung benötigt, was von vornherein erschwert, eine kontinuierliche Blutdruckmessung (zum Beispiel bei jedem Herzschlag) durchzuführen. Da der Oberarm in jeder Blutdruckmessung komprimiert wird, ist es außerdem eine große Belastung für einen Benutzer, eine solche Messung im täglichen Leben ständig durchzuführen.
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Andererseits wurde eine Technik zum kontinuierlichen Messen des Blutdrucks durch Schätzen des Blutdrucks basierend auf biologischen Informationen vorgeschlagen, die jederzeit nicht invasiv durch eine tragbare Vorrichtung erfasst werden können (zum Beispiel Patentdokument 1). Patentdokument 1 offenbart einen pflasterartigen Biosensor, der einen elektrokardiografischen Sensor (EKG-Sensor), einen Photoplethysmographiesensor (PPG-Sensor), einen Phonokardiogrammsensor (PKG-Sensor) und dergleichen einschließt, die an der Brust eines menschlichen Körpers angebracht sind, wobei der systolische Blutdruck (SBP), der diastolische Blutdruck (DBP) und der mittlere Blutdruck (MBP), die basierend auf kardialen Zeitsteuerungseigenschaften wie der Pulsankunftszeit (PAT) und der Pulslaufzeit (PLZ) und den PPG-Signaleigenschaften, die basierend auf von den jeweiligen Sensoren erfassten biologischen Signalen erhalten werden, vorhergesagt werden. Ein Verfahren zum Schätzen eines Blutdruckwerts aus einem biologischen Indikator wie die PAT oder die PLZ ist bekannt. Insbesondere kann, wenn die PLZ verwendet wird, eine Verschiebung, die einer Präejektionsperiode (PEP) des Herzens entspricht, eliminiert werden, und somit kann ein vergleichsweise extrem genauer Blutdruckwert vorhergesagt werden. Daher kann gemäß der in Patentdokument 1 offenbarten Technik nur durch Tragen einer Sensorvorrichtung jederzeit ein vergleichsweise genauer Blutdruckwert nicht invasiv und kontinuierlich erfasst werden.
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LITERATURLISTE
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Patentliteratur
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Patentschrift 1:
JP 2020-517322 T -
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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Technisches Problem
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Die Biosensorvorrichtung des Patentdokuments 1 ist jedoch an der Brust angebracht, und es besteht das Problem, dass es schwierig ist, den Sensor zu tragen, wenn man angezogen ist. Ferner ist der Sensor auf dem Brustkorb haftet. In einem solchen Fall nimmt, wenn der Sensor stark an der Brust klebt, die Invasivität in die Haut zu. Unterdessen kann der Sensor, wenn die Haftkraft schwach ist, abfallen. Darüber hinaus verkürzen sich hinsichtlich des Erfassens eines PPG-Signals, wenn der PPG-Sensor an einer Position nahe dem Herzen angeordnet ist, die PAT und die PLZ. Dementsprechend kann ein S/R-Verhältnis (Signal/Rauschen-Verhältnis) (Robustheit) der Daten abnehmen. Außerdem muss hinsichtlich des Erkennens eines genauen EKG-Signals ein Pflaster so angebracht werden, dass das Positionsverhältnis zwischen einer Elektrode als EKG-Sensor und dem Herzen geeignet ist, was zu einem Problem führen kann, dass ein allgemeiner Benutzer, der kein spezielles Wissen hat, Schwierigkeiten hat, die Sensorvorrichtung von sich aus an einer geeigneten Position zu tragen.
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Angesichts der vorstehenden Probleme besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, einen tragbaren Sensor, der eine Vielzahl von biologischen Informationssensoren einschließt und der selbst durch einen Benutzer, der kein spezielles Wissen aufweist, leicht angebracht und gelöst werden kann, und eine Technik, die sich auf die Messung der biologischen Informationen unter Verwendung des tragbaren Sensors bezieht, bereitzustellen.
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Lösung des Problems
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Eine Vorrichtung zum Messen biologischer Informationen gemäß der vorliegenden Erfindung nimmt die folgenden Konfigurationen an, um die vorstehenden Probleme zu lösen. Mit anderen Worten schließt eine Vorrichtung zum Messen biologischer Informationen, die zum Anbringen an einem Oberarm eines menschlichen Körpers und eine Verwendung daran angepasst ist, Folgendes ein:
- einen Riemenabschnitt, der ausgestaltet ist, um um den Oberarm gewickelt zu werden;
- elektrokardiografische Messmittel, einschließlich einer Vielzahl von Elektroden zum Erfassen eines elektrokardiografischen Signals des menschlichen Körpers;
- Pulswellenmessmittel, einschließlich eines Pulswellensensors zum Erfassen einer Pulswelle des menschlichen Körpers;
- Herzschlagvibrationsmessmittel, einschließlich eines Vibrationssensors zum Erfassen von Vibration, die durch das Schlagen eines Herzens des menschlichen Körpers verursacht wird; und
- eine Analyseverarbeitungseinheit, die konfiguriert ist, um eine Präejektionszeit und eine Pulslaufzeit des Herzens basierend auf Zeitreihendaten des elektrokardiografischen Signals, Zeitreihendaten der Pulswelle und Zeitreihendaten der Vibration, die durch das Schlagen des Herzens verursacht wird, zu berechnen.
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In der vorstehenden Beschreibung kann die „durch das Schlagen des Herzens verursachte Vibration“ beispielsweise als Herztöne oder Herzschlag erkannt werden, und aus diesen Zeitreihendaten kann ein Phonokardiogramm und ein Ballistokardiogramm (BKG) erhalten werden. Ferner ist die vorstehende „Präejektionszeit“ die Zeit zwischen dem Erkennen eines elektrischen Signals, das mit dem Schlagen des Herzens zusammenhängt, und dem tatsächlichen Beginn des Schlagens des Herzens (Blut wird ausgestoßen). Darüber hinaus ist die „Pulslaufzeit“ die Zeit, die eine Pulswelle benötigt, um zwischen zwei unterschiedlichen Punkten im Blutgefäß zu laufen.
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Zusätzlich können in der vorliegenden Patentschrift beispielsweise Informationen (einschließlich eines Signals; das gleiche gilt nachstehend) in Bezug auf eine elektrokardiografische Wellenform (ein Elektrokardiogramm), Informationen in Bezug auf eine Pulswellenwellenform, Informationen in Bezug auf ein Phonokardiogramm und Informationen in Bezug auf ein Ballistokardiogramm jeweils als EKG-Daten, Pulswellendaten (PPG-Daten, insbesondere im Falle einer photoelektrischen Pulswelle), PKG-Daten und BKG-Daten bezeichnet werden.
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Gemäß der vorstehend beschriebenen Konfiguration können das elektrokardiografische Signal, die Pulswelle und die Vibration, die durch das Schlagen des Herzens verursacht werden, durch eine Vorrichtung erfasst werden, die am Oberarm angebracht ist, und die Präejektionszeit und die Pulslaufzeit können berechnet werden. Außerdem kann die Vorrichtung an dem Oberarm mit einem Riemen befestigt werden, und somit kann selbst ein Benutzer, der kein spezielles Wissen aufweist, leicht die Vorrichtung ohne Last befestigen und lösen.
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Außerdem kann die Vorrichtung zum Messen biologischer Informationen eine erste Blutdruckmesseinheit einschließen, die konfiguriert ist, um einen Blutdruckwert des menschlichen Körpers basierend auf der Pulslaufzeit zu berechnen, die durch die Analyseverarbeitungseinheit berechnet wird. Da die Pulslaufzeit für jeden Herzschlag kontinuierlich berechnet werden kann, ermöglicht eine solche Konfiguration jederzeit eine kontinuierliche Blutdruckmessung, die auf der Pulslaufzeit basiert.
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Darüber hinaus kann die Vorrichtung zum Messen biologischer Informationen ferner Folgendes einschließen: eine Druckmanschette; Fluidzufuhrmittel, die konfiguriert sind, um der Druckmanschette ein Fluid zuzuführen; einen Drucksensor, der konfiguriert ist, um Druck in der Druckmanschette zu erfassen; und eine zweite Blutdruckmesseinheit, die konfiguriert ist, um einen Blutdruckwert des menschlichen Körpers basierend auf einem Ausgangssignal des Drucksensors zu messen. Beispielsweise hat sich ein Blutdruckmessverfahren unter Verwendung einer Manschette, wie ein oszillometrisches Verfahren, in Bezug auf die Genauigkeit als zuverlässig erwiesen. Daher kann durch Bereitstellen einer Blutdruckmesseinheit unter Verwendung eines solchen Messverfahrens eine Blutdruckmessung mit hoher Genauigkeit durchgeführt werden, und eine Situation, in der es erwünscht ist, einen genauen Blutdruckwert zu erhalten, kann ebenfalls adressiert werden.
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Außerdem kann die erste Blutdruckmesseinheit basierend auf dem Blutdruckwert, der von der zweiten Blutdruckmesseinheit gemessen wird, die Kalibrierung einer Berechnungsformel zum Berechnen eines Blutdruckwerts basierend auf der Pulslaufzeit durchführen. Mit einer solchen Konfiguration kann die Kalibrierung (Kalibrierung der Berechnungsformel) des aus der Pulslaufzeit berechneten Blutdruckwerts basierend auf dem extrem genauen Blutdruckmessergebnis durchgeführt werden, wodurch die Genauigkeit des Blutdruckwerts, der basierend auf der Pulslaufzeit berechnet wird, erhöht wird.
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Darüber hinaus kann der Pulswellensensor so angeordnet sein, um sich an einer Seite näher an einer Peripherie des menschlichen Körpers als die Vielzahl von Elektroden zu befinden, in einem Zustand, in dem die Vorrichtung zum Messen biologischer Informationen an dem Oberarm angebracht ist. Wenn die Pulslaufzeit aus dem EKG oder PKG (oder BKG) erhalten wird, können bei zunehmender Entfernung einer Pulswellenerfassungsposition von der mittigen Seite des menschlichen Körpers (d. h. der Seite nahe dem Herz), d. h. wenn die Pulslaufzeit länger wird, Daten mit einem höheren S/R-Verhältnis erfasst werden. Daher kann, wie vorstehend beschrieben, durch Anordnen des Pulssensors auf der der Peripherie näher gelegenen Seite (d. h. der weiter vom Herzen entfernten Seite) eine genaue Pulslaufzeit leicht berechnet werden.
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Ferner kann die Vorrichtung zum Messen biologischer Informationen ein Gehäuse einschließen, in dem mindestens der Vibrationssensor untergebracht ist. Der Vibrationssensor kann an einer Stelle untergebracht sein, die nahe einer Innenwandfläche des Gehäuses liegt und sich am weitesten von der Hautoberfläche des menschlichen Körpers entfernt befindet, in einem Zustand, in dem die Vorrichtung zum Messen biologischer Informationen an dem Oberarm angebracht ist. Wenn die durch das Schlagen des Herzens verursachte Vibration durch den menschlichen Körper (Arm) übertragen wird und die Vorrichtung schüttelt, nimmt die Amplitude zu, je weiter eine Position von der Hautoberfläche entfernt ist. Daher kann bei einer solchen Konfiguration (die Wellenform) der Vibration leicht erkannt werden.
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Darüber hinaus kann der Vibrationssensor in der Vorrichtung zum Messen biologischer Informationen eine Vielzahl von Vibrationssensoren einschließen, und die Vielzahl von Vibrationssensoren kann in Abständen von einer Seite nahe einer Peripherie des menschlichen Körpers zu einer Seite nahe einer Mitte des menschlichen Körpers in einem Zustand angeordnet sein, in dem die Vorrichtung zum Messen biologischer Informationen an dem Oberarm angebracht ist. Mit einer solchen Konfiguration kann eine Rauschkomponente durch Vergleichen von Signalen, die von der Vielzahl von Sensoren mit unterschiedlichen Laufabständen von Vibration ausgegeben werden, beseitigt (reduziert) werden.
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Außerdem kann der Vibrationssensor ein Sensor sein, der auf einem Substrat montiert ist, und die Vielzahl von Vibrationssensoren kann auf unterschiedlichen Substraten montiert sein, die voneinander getrennt sind. Eine solche Konfiguration ist wünschenswert, um die Rauschkomponente zu beseitigen (reduzieren). Dies liegt daran, dass, wenn die Sensoren durch einen starren Körper wie ein Substrat integriert sind, obwohl die Sensoren selbst separat platziert sind, die gleichen Vibrationsdaten (das gleiche Signal) erfasst werden.
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Darüber hinaus kann der Vibrationssensor in der Vorrichtung zum Messen biologischer Informationen eine Vielzahl von Vibrationssensoren einschließen, und die Vielzahl von Vibrationssensoren kann mindestens einen Satz von Vibrationssensoren einschließen, die an Positionen angeordnet sind, die einander in einer Umfangsrichtung des Oberarms gegenüberliegen, in einem Zustand, in dem die Vorrichtung zum Messen biologischer Informationen an dem Oberarm angebracht ist.
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Im Falle einer tragbaren Vorrichtung, die ständig getragen wird und kontinuierlich Körperinformationen misst, wird der Sensor komprimiert und Vibrationen werden abhängig von der Haltung eines Trägers (zum Beispiel in der Rückenlage zur Schlafenszeit) gedämpft, was zu einer Situation führen kann, in der Vibrationen mit geeigneter Intensität nicht erkannt werden können. In dieser Hinsicht ist die Vielzahl von Vibrationssensoren an einander gegenüberliegenden Positionen angeordnet, wobei der Arm dazwischen wie vorstehend beschrieben angeordnet ist, und somit kann mindestens einer der Sensoren geeignete Vibrationen erfassen.
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Ferner kann der Vibrationssensor so angeordnet sein, dass er in der Nähe eines Endabschnitts auf einer Seite nahe einer Mitte des menschlichen Körpers angeordnet ist, in einem Zustand, in dem die Vorrichtung zum Messen biologischer Informationen am Oberarm angebracht ist. Da die von dem Vibrationssensor zu erkennende Vibration auf das Schlagen des Herzens zurückzuführen ist, ist es wünschenswert, dass der Vibrationssensor auf der mittigen Seite des menschlichen Körpers (d. h. der Seite nahe dem Herz) wie in der vorstehend beschriebenen Konfiguration angeordnet ist, um ein geeignetes Signal zu erhalten.
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Darüber hinaus kann mindestens eines der Vielzahl von Elektroden und des Vibrationssensors einstückig gebildet sein, und
der Vibrationssensor kann auf einer Seite angeordnet sein, die einer Kontaktfläche der Elektrode, die einstückig mit dem Vibrationssensor ausgebildet ist, gegenüberliegt, wobei die Kontaktfläche den menschlichen Körper berührt. An einer solchen Position, die der Kontaktfläche der Elektrode gegenüberliegt, ist üblicherweise ein Mechanismus zum Befestigen der Elektrode oder eines Substrats zum Erfassen potenzieller Informationen der Elektrode angeordnet. Indem der Vibrationssensor jedoch einstückig mit einem solchen Mechanismus bereitgestellt wird, kann ein dediziertes Element (Substrat oder dergleichen), auf dem der Vibrationssensor montiert ist, weggelassen werden.
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Außerdem kann der Vibrationssensor ein Mikrofon sein, und die mit dem Vibrationssensor einstückig gebildete Elektrode kann mit einer Schallaufnahmestruktur versehen sein. Die Elektrode und eine Funktion zur Verstärkung der durch das Mikrofon erfassten Vibration sind, wie gerade beschrieben, einstückig konfiguriert und somit kann ein S/R-Verhältnis eines von dem Vibrationssensor erfassten Signals verbessert werden, während die Anzahl der Komponenten reduziert wird.
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Darüber hinaus kann die Schallaufnahmestruktur ein hohler Abschnitt sein, der angeordnet ist, um sich durch die Elektrode in einer Dickenrichtung zu erstrecken. Ferner kann der hohle Abschnitt mit einem Harz gefüllt sein, das eine Härte aufweist, die mit einer Härte der menschlichen Haut vergleichbar ist, um bündig mit der Kontaktfläche zu sein. Die Vibration wird durch das Harz, das eine vergleichbare Härte wie Haut aufweist, erfasst, und somit wird die Übertragungseffizienz der Vibration verbessert und das S/R-Verhältnis des erfassten Signals kann verbessert werden.
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Darüber hinaus kann das Harz ein leitfähiges Harz sein. Mit einer solchen Konfiguration kann eine Verringerung des Kontaktwiderstands in der Kontaktfläche der Elektrode, bei der die Kontaktfläche mit der Haut durch Bereitstellen des hohlen Abschnitts reduziert wird, unterdrückt werden.
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Zusätzlich kann die vorliegende Erfindung auch als System zum Verarbeiten biologischer Informationen definiert werden, das Folgendes einschließt:
- eine Sensorvorrichtung, die einen Riemenabschnitt, eine Vielzahl von Elektroden zum Erfassen eines elektrokardiografischen Signals eines menschlichen Körpers,
- einen Pulswellensensor, der konfiguriert ist, um eine Pulswelle des menschlichen Körpers zu erfassen, und einen Vibrationssensor einschließt, der konfiguriert ist, um Vibrationen zu erkennen, die durch das Schlagen eines Herzens des menschlichen Körpers verursacht werden, wobei die Sensorvorrichtung angepasst ist, um an einem Oberarm des menschlichen Körpers angebracht und daran verwendet zu werden; und
- eine Analyseverarbeitungseinheit, die konfiguriert ist, um eine Präejektionszeit und
- eine Pulslaufzeit des Herzens basierend auf Zeitreihendaten des elektrokardiografischen Signals, Zeitreihendaten der Pulswelle und Zeitreihendaten der Vibration, die durch das Schlagen des Herzens des menschlichen Körpers verursacht werden, zu berechnen.
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Außerdem können die vorstehend beschriebenen Konfigurationen und Verarbeitungen miteinander kombiniert werden, um die vorliegende Erfindung zu bilden, sofern die Kombination nicht zu Widersprüchen führt.
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Vorteilhafte Auswirkungen der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung kann einen tragbaren Sensor, der eine Vielzahl von biologischen Informationssensoren einschließt und der selbst durch einen Benutzer, der kein spezielles Wissen aufweist, leicht angebracht und gelöst werden kann, und eine Technik, die sich auf die Messung der biologischen Informationen unter Verwendung des tragbaren Sensors bezieht, bereitstellen.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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- 1(A) ist eine perspektivische Außenansicht, die einen Entwurf einer Vorrichtung zum Messen biologischer Informationen gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. 1(B) ist ein Schaubild, das einen Umriss einer Innenumfangsfläche eines Riemenabschnitts der Vorrichtung zum Messen biologischer Informationen gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
- 2(A) ist eine schematische Draufsicht, welche die Vorrichtung zum Messen biologischer Informationen gemäß der ersten Ausführungsform veranschaulicht.
- 2(B) ist ein erläuterndes Schaubild, das eine Platzierungsposition eines Vibrationssensors des Systems zum Messen biologischer Informationen gemäß der ersten Ausführungsform veranschaulicht.
- 3 ist ein Blockdiagramm, das eine funktionale Konfiguration der Vorrichtung zum Messen biologischer Informationen gemäß der ersten Ausführungsform veranschaulicht.
- 4 ist ein Schaubild, das eine elektrokardiografische Wellenform, die aus einem Herzschlag erhalten wird, eine Wellenform der Vibration, die durch den Herzschlag verursacht wird, eine Pulswellenwellenform und eine Beziehung zwischen Indikatoren veranschaulicht, die aus Differenzen zwischen Referenzpunkten der Wellenformen berechnet werden können.
- 5 ist ein Flussdiagramm, das einen Ablauf einer Blutdruckmessung, die von der Vorrichtung zum Messen biologischer Informationen verarbeitet wird, gemäß der ersten Ausführungsform veranschaulicht.
- 6 ist eine schematische Draufsicht einer Vorrichtung zum Messen biologischer Informationen gemäß einem ersten Abwandlungsbeispiel der ersten Ausführungsform.
- 7(A) ist ein erstes erläuterndes Schaubild an einem zweiten Abwandlungsbeispiel der ersten Ausführungsform. 7(B) ist ein zweites erläuterndes Schaubild an dem zweiten Abwandlungsbeispiel der ersten Ausführungsform. 7(C) ist ein drittes erläuterndes Schaubild des zweiten Abwandlungsbeispiels der ersten Ausführungsform.
- 8(A) ist eine perspektivische Außenansicht, die einen Entwurf der Vorrichtung zum Messen biologischer Informationen gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. 8(B) ist ein Schaubild, das einen Umriss einer Innenumfangsfläche eines Riemenabschnitts der Vorrichtung zum Messen biologischer Informationen gemäß der zweiten Ausführungsform veranschaulicht.
- 9 ist ein erläuterndes Schaubild, das Platzierungspositionen von Vibrationssensoren des Systems zum Messen biologischer Informationen gemäß der ersten Ausführungsform veranschaulicht.
- 10 ist ein Blockdiagramm, das eine funktionale Konfiguration der Vorrichtung zum Messen biologischer Informationen gemäß der zweiten Ausführungsform veranschaulicht.
- 11 ist ein Flussdiagramm, das einen Verarbeitungsablauf in Bezug auf die Kalibrierung einer Blutdruckberechnungsformel in der Vorrichtung zum Messen biologischer Informationen gemäß der zweiten Ausführungsform veranschaulicht.
- 12 ist ein Schaubild, das einen Entwurf eines Systems zum Verarbeiten biologischer Informationen gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
- 13 ist ein Blockdiagramm, das eine funktionale Konfiguration des Systems zum Verarbeiten biologischer Informationen gemäß der dritten Ausführungsform veranschaulicht.
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BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Erste Ausführungsform
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Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen spezifisch beschrieben. Es sollte jedoch beachtet werden, dass die Abmessungen, Materialqualität, Form, relative Anordnung und dergleichen der in den nachstehenden Ausführungsformen beschriebenen Komponenten nicht dazu gedacht sind, den Umfang dieser Erfindung allein auf sie zu beschränken, sofern nicht anders angegeben.
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Konfiguration der Vorrichtung
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1 und 2 sind schematische Ansichten, die eine Konfiguration einer Vorrichtung zum Messen biologischer Informationen 1 in einer ersten Ausführungsform veranschaulichen. 1(A) veranschaulicht eine perspektivische Außenansicht der Vorrichtung zum Messen biologischer Informationen 1, und 1(B) veranschaulicht einen Umriss einer Innenumfangsfläche eines Riemenabschnitts 20 der Vorrichtung zum Messen biologischer Informationen 1. Zusätzlich veranschaulicht 2(A) eine schematische Draufsicht der Vorrichtung zum Messen biologischer Informationen 1, und 2(B) ist ein Schaubild, das eine Platzierungsposition eines Vibrationssensors 15 in einem Hauptkörper der Vorrichtung zum Messen biologischer Informationen 1 veranschaulicht.
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Wie in 1 und 2 veranschaulicht, schließt die Vorrichtung zum Messen biologischer Informationen 1 einen Hauptkörperabschnitt 10, der mit einem Hauptkörpergehäuse 11, einer Steuereinheit (in 1 nicht veranschaulicht), einer LED-Anzeige 12, einer Bedientaste 13, einem Pulswellensensor 14 und dem Vibrationssensor 15 und dergleichen versehen ist, und einen Riemenabschnitt 20 ein, der einen Befestigungsriemen 29, eine Elektrodeneinheit einer Vielzahl von Elektroden 21a, 21b, 21c, 21d, 21e, 21f und eine ringförmige Riemenschlaufe 22 einschließt. Jede der Elektroden der Elektrodeneinheit ist über eine elektrische Leitung (nicht veranschaulicht) oder dergleichen, die innerhalb des Riemenabschnitts 20 angeordnet ist, elektrisch mit dem Hauptkörperabschnitt 10 verbunden, und ein Benutzer trägt die Vorrichtung zum Messen biologischer Informationen 1 am linken Oberarm mit dem Befestigungsriemen 29 derart, dass jede Elektrode mit der Hautoberfläche in Kontakt kommt. Zusätzlich, obwohl nicht veranschaulicht, ist der Befestigungsriemen 29 mit einem Klettverschlussbefestigungsabschnitt versehen, und ein Endabschnitt des Befestigungsriemens 29 wird durch die ringförmige Riemenschlaufe 22 geführt und zurückgeklappt, um mit dem Klettverschluss in Eingriff zu stehen. Somit ist der Befestigungsriemen 29 ringförmig ausgebildet und kann an dem Oberarm befestigt werden.
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3 veranschaulicht ein Blockdiagramm, das eine funktionale Konfiguration der Vorrichtung zum Messen biologischer Informationen 1 veranschaulicht. Wie in 3 veranschaulicht wird, schließt die Vorrichtung zum Messen biologischer Informationen 1 eine Steuereinheit 110, eine Elektrodeneinheit 101, eine Pulswellensensoreinheit 102, eine Vibrationssensoreinheit 103, eine Zeitgebereinheit 104, eine Speicherungseinheit 105, eine Anzeigeeinheit 106, eine Bedieneinheit 107, eine Stromquelleneinheit 108 und eine Kommunikationseinheit 109 ein.
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Funktionskonfiguration
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Die Steuereinheit 110 ist ein Mittel, das der Steuerung der Vorrichtung zum Messen biologischer Informationen 1 dient, und schließt beispielsweise eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU) oder dergleichen ein. Nach dem Empfangen der Bedienung des Benutzers über die Bedieneinheit 107 steuert die Steuereinheit 110 jede Komponente der Vorrichtung zum Messen biologischer Informationen 1 derart, dass verschiedene Verarbeitungsarten, wie eine Messung biologischer Informationen und eine Informationsübermittlung, gemäß einem vorbestimmten Programm ausgeführt werden. Es ist zu beachten, dass das vorbestimmte Programm in der nachstehend beschriebenen Speicherungseinheit 105 gespeichert ist, um daraus ausgelesen zu werden. Die Steuereinheit 110 schließt ferner als Funktionsmodule eine elektrokardiografische Messeinheit 111, eine Pulswellenmesseinheit 112, eine Herzschlagvibrationsmesseinheit 113, eine Analyseverarbeitungseinheit 114 und eine erste Blutdruckmesseinheit 115 ein. Diese Funktionsmodule werden nachstehend beschrieben.
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Die Elektrodeneinheit 101 schließt sechs Elektroden 21a, 21b, 21c, 21d, 21e und 21f ein und dient als eine Sensoreinheit, die zum Erfassen elektrokardiografischer Signale konfiguriert ist. Insbesondere bilden in einem Zustand, in dem die Vorrichtung zum Messen biologischer Informationen 1 befestigt ist, zwei einander gegenüberliegende Elektroden ein Paar und ein elektrokardiografisches Signal wird basierend auf einer Potentialdifferenz zwischen den zwei Elektroden in einem Paar erfasst. Mit anderen Worten können von den drei Elektrodenpaaren gleichzeitig drei Arten elektrokardiografischer Signale erkannt werden.
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Die Pulswellensensoreinheit 102 schließt einen gewünschten Pulswellensensor 14 ein und dient als eine Sensoreinheit, die zum Erkennen eines Pulswellensignals konfiguriert ist. Der Pulswellensensor 14 in der vorliegenden Ausführungsform ist ein photoelektrischer Pulswellensensor, der auf der Unterseite des Hauptkörpergehäuses 11 angeordnet ist (d. h. der Oberfläche, die beim Tragen mit der Haut in Kontakt kommt), wie in 1(B) veranschaulicht. Der photoelektrische Pulswellensensor vom Reflexionstyp kann eine Blutflussrate (eine Volumenänderung der Blutgefäße) erkennen, die sich gemäß dem Schlagen des Herzens ändert, indem ein lebender Körper mit Infrarotlicht, rotem Licht oder grünem Licht bestrahlt und unter Verwendung einer Fotodiode oder dergleichen das in dem lebenden Körper reflektierte Licht erkannt wird.
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Die Vibrationssensoreinheit 103 schließt den gewünschten Vibrationssensor 15 ein, dient als ein Vibrationssensor zum Erkennen von Vibrationen, die durch das Schlagen des Herzens verursacht werden, und erfasst BKG-Daten. Der Vibrationssensor 15 in der vorliegenden Ausführungsform ist beispielsweise ein piezoresistiver Beschleunigungssensor und ist als mikroelektromechanischer Systemsensorchip (MEMS-Sensorchip) konfiguriert. Wie in 2(B) veranschaulicht, ist der Vibrationssensor 15 in der vorliegenden Ausführungsform nahe einer Innenwand auf der Oberseite (d. h. der Oberfläche, die beim Tragen am weitesten von der Hautoberfläche entfernt ist) im Hauptkörpergehäuse 11 angeordnet. Wenn die durch das Schlagen des Herzens verursachte Vibration durch den menschlichen Körper (Arm) übertragen wird und die Vorrichtung schüttelt, nimmt die Amplitude zu, je weiter eine Position von der Hautoberfläche entfernt ist. Daher kann bei einer solchen Konfiguration (die Wellenform) der Vibration leicht erkannt werden.
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Zusätzlich, obwohl nicht veranschaulicht, schließt jede Sensoreinheit, welche die Elektrodeneinheit 101 einschließt, eine Verstärkereinheit, die zum Verstärken eines Signals konfiguriert ist, das von dem Sensor ausgegeben wird, eine A/D-Umwandlungseinheit, die zum Umwandeln eines analogen Signals in ein digitales Signal konfiguriert ist, eine Filterschaltung, die zum Entfernen einer Rauschkomponente konfiguriert ist, und dergleichen ein.
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Die Zeitgebereinheit 104 dient zur Messung der Zeit in Bezug auf eine Echtzeituhr (RTC, nicht veranschaulicht). Beispielsweise wird die Zeit, in der ein vorbestimmtes Ereignis auftritt, gezählt und ausgegeben.
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Die Speicherungseinheit 105 schließt einen Hauptspeicher (nicht veranschaulicht), wie einen Direktzugriffsspeicher (RAM), ein und speichert verschiedene Arten von Informationen, wie Anwendungsprogramme und biologische Informationsdaten, die von jeder nachstehend beschriebenen Messeinheit gemessen werden. Zusätzlich zum RAM kann beispielsweise ein Langzeitspeicherungsmedium wie ein Flash-Speicher vorgesehen sein, und somit können biologische Langzeitinformationen gespeichert werden.
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Die Anzeigeeinheit 106 schließt die LED-Anzeige 12 ein und ist konfiguriert, um den Benutzer über einen Zustand der Vorrichtung, das Auftreten eines vorbestimmten Ereignisses und dergleichen durch Beleuchtung, Blinken oder dergleichen der LED-Anzeige 12 zu informieren. Zusätzlich schließt die Bedieneinheit 107 eine Vielzahl von Bedientasten 13 ein und ist konfiguriert, um eine Eingabebedienung von dem Benutzer über die Bedientaste zu empfangen, und funktioniert, indem die Steuereinheit 110 veranlasst wird, eine Verarbeitung gemäß dem Vorgang auszuführen.
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Die Stromquelleneinheit 108 schließt eine Batterie (nicht veranschaulicht) ein, die zum Liefern der für den Betrieb der Vorrichtung erforderlichen Leistung konfiguriert ist. Die Batterie kann beispielsweise eine Sekundärbatterie wie eine Lithium-Ionen-Batterie sein oder kann eine Primärbatterie sein. In einem Fall, in dem eine Sekundärbatterie vorgesehen ist, kann ein Ladeanschluss oder dergleichen bereitgestellt werden. Die Kommunikationseinheit 109 schließt eine Antenne für drahtlose Kommunikation, einen drahtgebundenen Kommunikationsanschluss (beide nicht veranschaulicht) und dergleichen ein und dient der Kommunikation mit einer anderen Vorrichtung, wie einem Informationsverarbeitungsendgerät. Es ist zu beachten, dass die Kommunikationseinheit 109 auch als Ladeanschluss dienen kann.
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Die elektrokardiografische Messeinheit 111 erfasst Zeitreihendaten eines elektrokardiografischen Signals von der Elektrodeneinheit 101, misst eine elektrokardiografische Wellenform des Benutzers und speichert EKG-Daten in der Speicherungseinheit 105. Die Pulswellenmesseinheit 112 erfasst Zeitreihendaten eines Pulswellensignals von der Pulswellensensoreinheit 102, misst eine Pulswellenwellenform des Benutzers und speichert PPG-Daten in der Speicherungseinheit 105. Die Herzschlagvibrationsmesseinheit 113 erfasst Zeitreihendaten von Vibrationen, die durch Vibration von einem Herzschlag des Benutzers von der Vibrationssensoreinheit 103 verursacht werden, erzeugt ein Ballistokardiogramm und speichert BKG-Daten in der Speicherungseinheit 105.
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Die Analyseverarbeitungseinheit 114 berechnet eine Präejektionsperiode (PEP) und eine Pulslaufzeit (PLZ) des Herzens des Benutzers basierend auf den EKG-Daten (Zeitreihendaten des elektrokardiografischen Signals), den PPG-Daten (Zeitreihendaten der Pulswelle) und den BKG-Daten (Zeitreihendaten von Vibration, die durch das Schlagen des Herzens verursacht wird), die in der Speicherungseinheit 105 gespeichert sind. Insbesondere werden der PEP und die PLZ berechnet, indem ein Referenzpunkt des Herzschlags (beispielsweise eine Spitze einer R-Welle in den EKG-Daten, ein Anstiegspunkt einer Pulswelle in den PPG-Daten oder eine Ejektionszeit von Blut in den BKG-Daten) aus allen der EKG-Daten, der PPG-Daten und der BKG-Daten extrahiert wird und eine Zeitdifferenz zwischen den Referenzpunkten erhalten wird.
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4 ist ein Schaubild, das eine elektrokardiografische Wellenform, die aus einem Herzschlag erhalten wird, eine Wellenform der Vibration, die durch den Herzschlag verursacht wird, eine Pulswellenwellenform und eine Beziehung zwischen Indikatoren (PAT, PEP, PLZ) veranschaulicht, die aus Differenzen zwischen Referenzpunkten der Wellenformen berechnet werden können. Wie in 4 veranschaulicht, kann die PAT berechnet werden, indem die Differenz (Zeit) zwischen dem Referenzpunkt der elektrokardiografischen Wellenform und dem Referenzpunkt der Pulswellenwellenform erhalten wird. Der PEP kann durch Erhalten der Differenz (Zeit) zwischen dem Referenzpunkt der elektrokardiografischen Wellenform und dem Referenzpunkt der Vibrationswellenform berechnet werden. Die PLZ kann durch Subtrahieren des PEP von der PAT berechnet werden. Die PLZ kann auch durch Erhalten der Differenz (Zeit) zwischen dem Referenzpunkt der Herzschlagvibrationswellenform und dem Referenzpunkt der Pulswellenwellenform berechnet werden. Es ist jedoch einfach, eine R-Welle der elektrokardiografischen Wellenform zu erkennen, und indem die R-Welle als Referenz verwendet wird, kann jeder Indikator einfach und genau erhalten werden.
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Die erste Blutdruckmesseinheit 115 berechnet einen Blutdruckwert des Benutzers für jeden Herzschlag basierend auf der PLZ, die von der Analyseverarbeitungseinheit 114 erfasst wird, und einer Blutdruckberechnungsformel, die im Voraus in der Speicherungseinheit 105 gespeichert ist. Obwohl es seit langem bekannt war, dass die Pulslaufzeit und der Blutdruck zusammenhängen, gibt es einen individuellen Unterschied in einer solchen Korrelation. Daher kann durch Herstellen eines relationalen Ausdrucks, der für jeden Benutzer als Blutdruckberechnungsformel optimiert ist, durch Durchführen eines Tests im Voraus und Eingeben eines PLZ-Werts in den relationalen Ausdruck ein Blutdruckwert (beispielsweise SBP) berechnet werden.
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Ablauf der Verarbeitung der Blutdruckmessung
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Als Nächstes wird eine Verarbeitung der Blutdruckmessung der Vorrichtung zum Messen biologischer Informationen 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform basierend auf 5 beschrieben. 5 ist ein Flussdiagramm, das einen Ablauf einer Blutdruckmessung, die von der Vorrichtung zum Messen biologischer Informationen 1 verarbeitet wird, gemäß der vorliegenden Ausführungsform veranschaulicht.
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Vor der Blutdruckmessung (Erfassung biologischer Informationen) trägt der Benutzer die Vorrichtung zum Messen biologischer Informationen 1 unter Verwendung des Riemenabschnitts 20 beispielsweise am linken Oberarm, sodass jede Elektrode der Elektrodeneinheit 101 mit der Hautoberfläche in Kontakt kommt. Dann wird durch Betätigen der Bedientaste 13 die Blutdruckmessung (Erfassung biologischer Informationen) gestartet.
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Danach erfasst jede der elektrokardiografischen Messeinheit 111, der Pulswellenmesseinheit 112 und der Herzschlagvibrationsmesseinheit 113 biologische Informationen und speichert die biologischen Informationen in der Speicherungseinheit 105 (S101). Als Nächstes bestimmt die elektrokardiografische Messeinheit 111 ein Elektrodenpaar, das von den drei Elektrodenpaaren verwendet werden soll, genauer gesagt, ob eine nachfolgende Verarbeitung unter Verwendung der EKG-Daten durchgeführt werden soll, die aus einer Potenzialdifferenz dieses Elektrodenpaars erhalten wurde (S 102). In diesem Fall wird ein Elektrodenpaar ausgewählt, aus dem die normalste (und deutlichste) elektrokardiografische Wellenform erhalten werden kann.
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Anschließend führt die Analyseverarbeitungseinheit 114 die Extraktion (S103) eines Referenzpunkts der elektrokardiografischen Wellenform, die Extraktion (S104) eines Referenzpunkts der Pulswellenwellenform und die Extraktion (S105) eines Referenzpunkts der Herzschlagvibrationswellenform durch. Ferner werden die Berechnung des PAT (S 106) und die Berechnung des PEP (S107) basierend auf den extrahierten Referenzpunkten durchgeführt, und die Berechnung der PLZ (S108) wird basierend auf den berechneten PAT und PEP durchgeführt. Darüber hinaus berechnet die erste Blutdruckmesseinheit 115 unter Verwendung der berechneten PLZ einen Blutdruckwert (S109), und die Blutdruckmessung für einen Herzschlag endet. Es ist zu beachten, dass Daten des gemessenen Blutdrucks als Zeitreihendaten in der Speicherungseinheit 105 gespeichert werden.
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Dann wird die Verarbeitung zum Bestimmen durchgeführt (S 110), ob eine vorbestimmte Messabschlussbedingung (zum Beispiel wird eine Endtaste gedrückt, es ist nicht ausreichend Speicherkapazität übrig oder dergleichen) erfüllt ist. Wenn dabei bestimmt wird, dass die Abschlussbedingung nicht erfüllt ist, kehrt die Verarbeitung zu Schritt S101 zurück und die nachfolgende Verarbeitung wird wiederholt. Wenn andererseits in Schritt S 110 bestimmt wird, dass die Abschlussbedingung erfüllt ist, endet die Blutdruckmessung.
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Wenn der in Schritt S 109 berechnete Blutdruckwert eine vorbestimmte Bedingung erfüllt (beispielsweise weicht der berechnete Wert von vorbestimmten oberen und unteren Grenzwerten ab) oder wenn die Zeitreihendaten von Blutdruckwerten, die in der Speicherungseinheit 105 gespeichert sind, eine vorbestimmte Bedingung erfüllen (beispielsweise dauert der Blutdruck gleich oder höher als ein vorbestimmter Wert über die vorbestimmte Zeit an), leuchtet oder blinkt die LED-Anzeige 12, und somit kann der Benutzer benachrichtigt werden.
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Gemäß der Vorrichtung zum Messen biologischer Informationen 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform, wie vorstehend beschrieben, kann eine tragbare Vorrichtung bereitgestellt werden, die selbst durch den eigenen Benutzer ohne spezielles Wissen leicht angebracht und gelöst werden kann und einen Blutdruckwert für jeden Herzschlag nicht invasiv berechnen kann. Infolgedessen kann die kontinuierliche Blutdruckmessung jederzeit (oder über einen langen Zeitraum) leicht durchgeführt werden, ohne die tägliche Lebensqualität des Benutzers zu verschlechtern, was bei einer frühen Erkennung einer Krankheit oder eines Vorzeichens davon helfen kann.
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Erstes Abwandlungsbeispiel
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Die Vorrichtung zum Messen biologischer Informationen 1 gemäß der vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsform kann auf verschiedene Weise abgewandelt werden. 6 veranschaulicht ein Beispiel einer solchen Abwandlung. In den Abwandlungsbeispielen und anderen nachstehend beschriebenen Ausführungsformen sind die gleichen Komponenten und die gleiche Verarbeitung wie diejenigen in der ersten Ausführungsform mit denselben Bezugszeichen bezeichnet, und die detaillierte Beschreibung davon wird weggelassen. 6 ist eine schematische Draufsicht einer Vorrichtung zum Messen biologischer Informationen 3 gemäß einem ersten Abwandlungsbeispiel. Die Vorrichtung zum Messen biologischer Informationen 3 gemäß dem vorliegenden Abwandlungsbeispiel weist im Wesentlichen die gleiche Konfiguration wie die der Vorrichtung zum Messen biologischer Informationen 1 auf, ist jedoch insofern unterschiedlich, als eine Vielzahl von Vibrationssensoren bereitgestellt wird.
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Die Vorrichtung zum Messen biologischer Informationen 3 schließt ein Vibrationssensorgehäuse 31 an einer Position, die dem Hauptkörpergehäuse 11 entgegengesetzt ist, in Umfangsrichtung eines Riemenabschnitts 30 ein. In dem Vibrationssensorgehäuse 31 ist ein zweiter Vibrationssensor (nicht veranschaulicht) angeordnet. Ferner ist der zweite Vibrationssensor über einen leitfähigen Abschnitt (nicht veranschaulicht) im Riemenabschnitt 30 elektrisch mit dem Hauptkörperabschnitt 10 verbunden. Darüber hinaus sind in einem Zustand, in dem die Vorrichtung zum Messen biologischer Informationen 3 am Oberarm eines Benutzers angebracht ist, das Hauptkörpergehäuse 11 und das Vibrationssensorgehäuse 31 an Positionen angeordnet, die in der Umfangsrichtung des Oberarms einander entgegengesetzt sind, und der Vibrationssensor 15 und der zweite Vibrationssensor bilden ein Paar, das sich in der entgegengesetzten Richtung befindet, wobei der Oberarm dazwischen angeordnet ist.
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Im Falle einer tragbaren Vorrichtung, die ständig getragen wird und kontinuierlich Körperinformationen misst, wird der Sensor komprimiert und Vibrationen werden abhängig von der Haltung eines Trägers (zum Beispiel in der Rückenlage zur Schlafenszeit) gedämpft, was zu einer Situation führen kann, in der Vibrationen mit geeigneter Intensität nicht erkannt werden können. In dieser Hinsicht ist, wie in der Vorrichtung zum Messen biologischer Informationen 3 gemäß dem vorliegenden Abwandlungsbeispiel, eine Vielzahl von Vibrationssensoren an Positionen angeordnet, die einander gegenüberliegen, wobei der Arm dazwischen angeordnet ist, und somit kann mindestens einer der Sensoren geeignete Vibrationen erfassen.
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Zweites Abwandlungsbeispiel
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Als Nächstes wird ein weiteres Abwandlungsbeispiel beschrieben. 7 ist ein Schaubild, das eine Vorrichtung zum Messen biologischer Informationen 4 gemäß einem zweiten Abwandlungsbeispiel veranschaulicht. 7(A) ist ein Schaubild, das einen Umriss einer Innenumfangsfläche eines Riemenabschnitts 40 der Vorrichtung zum Messen biologischer Informationen 4 veranschaulicht. 7(B) ist eine schematische Unteransicht einer Elektrode 41 der Vorrichtung zum Messen biologischer Informationen 4. 7(C) ist eine vereinfachte Querschnittsansicht, welche die Elektrode und einen Vibrationssensor 45 der Vorrichtung zum Messen biologischer Informationen 4 veranschaulicht. Es ist zu beachten, dass eine gestrichelte Linie in 7(C) eine Linie der Innenumfangsfläche eines Befestigungsriemens 49 angibt und ein Abschnitt oberhalb der gestrichelten Linie eine Position innerhalb des Befestigungsriemens 49 angibt.
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In der Vorrichtung zum Messen biologischer Informationen 4 gemäß dem vorliegenden Abwandlungsbeispiel ist der Vibrationssensor 45 ein Mikrofon, und die Elektrode 41 und der Vibrationssensor 45 sind einstückig gebildet. Zusätzlich sind, wie in 7(A) veranschaulicht, die Elektroden 41a, 41b, 41c, 41d, 41e, 41f, die einstückig mit dem Vibrationssensor 45 gebildet sind, auf der Innenumfangsfläche des Riemenabschnitts 40 der Vorrichtung zum Messen biologischer Informationen 4 angeordnet.
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Als Nächstes wird die Konfiguration der Elektrode 41 gemäß dem vorliegenden Abwandlungsbeispiel ausführlicher beschrieben. Wie in 7(B) und 7(C) veranschaulicht, ist die Elektrode 41 der Vorrichtung zum Messen biologischer Informationen 4 so konfiguriert, dass ein Substrat 43 und der auf dem Substrat montierte Vibrationssensor 45 auf der Oberfläche angeordnet sind, die einer Kontaktfläche der Elektrode gegenüberliegt. Mit einer solchen Konfiguration können das Substrat zum Erfassen potenzieller Informationen der Elektrode und das Substrat, auf dem der Vibrationssensor angeordnet ist, miteinander integriert sein; daher können die Vorrichtungselemente weggelassen werden.
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Ferner ist die Elektrode 41 kreisförmig ausgebildet und mit einem hohlen Abschnitt versehen, der sich durch den Mittelabschnitt in einer Dickenrichtung erstreckt. Der hohle Abschnitt dient wie der Vibrationssensor 45 als Schallaufnahmestruktur eines Mikrofons. Die Elektrode und eine Funktion zur Verstärkung der durch das Mikrofon erkannten Vibration sind, wie gerade beschrieben, einstückig konfiguriert, und somit kann ein S/R-Verhältnis eines von dem Vibrationssensor erfassten Signals verbessert werden, während die Anzahl der Komponenten reduziert wird.
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Darüber hinaus wird ein leitfähiges Harz 42 mit einer Härte, die mit der von menschlicher Haut vergleichbar ist, in den hohlen Abschnitt der Elektrode 41 gefüllt, sodass sie bündig mit der Kontaktfläche der Elektrode 41 ist, welche die Haut berührt. Die Vibration wird durch das Harz, das eine vergleichbare Härte wie Haut aufweist, erfasst, und somit wird die Übertragungseffizienz der Vibration verbessert und das S/R-Verhältnis des erfassten Signals kann verbessert werden. Außerdem kann, da das Harz leitfähig ist, eine Verringerung des Kontaktwiderstands in der Kontaktfläche der Elektrode, in der die Kontaktfläche mit der Haut durch Bereitstellen des hohlen Abschnitts reduziert wird, unterdrückt werden.
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Zweite Ausführungsform
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Als Nächstes wird eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf 8 bis 11 beschrieben.
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Konfiguration der Vorrichtung
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8 und 9 sind schematische Ansichten, die eine Konfiguration einer Vorrichtung zum Messen biologischer Informationen 5 gemäß einer zweiten Ausführungsform veranschaulichen. 8(A) veranschaulicht eine perspektivische Außenansicht der Vorrichtung zum Messen biologischer Informationen 5. 8(B) veranschaulicht einen Umriss einer Innenumfangsfläche eines Riemenabschnitts 60 der Vorrichtung zum Messen biologischer Informationen 5. Außerdem ist 9 ein Schaubild, das Platzierungspositionen von Vibrationssensoren 55a, 55b in einem Hauptkörpergehäuse 51 der Vorrichtung zum Messen biologischer Informationen 5 veranschaulicht. Die schwarzen Pfeile in 8 und 9 zeigen die Richtung an, in der sich die periphere Seite befindet, wenn die Vorrichtung zum Messen biologischer Informationen 5 am Oberarm eines menschlichen Körpers angebracht ist. Mit anderen Worten ist die durch die Pfeile angegebene Seite die periphere Seite (die Seite, die weiter vom Herzen entfernt ist), wenn die Vorrichtung getragen wird.
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Wie in 8 und 9 veranschaulicht, schließt die Vorrichtung zum Messen biologischer Informationen 5 im Allgemeinen einen Hauptkörperabschnitt 50 und den Riemenabschnitt 60 ein. Der Hauptkörperabschnitt 50 schließt das Hauptkörpergehäuse 51, eine Steuereinheit (in 8 und 9 nicht veranschaulicht), eine Flüssigkristallanzeige 52, eine Bedientaste 53, die Vibrationssensoren 55a, 55b und dergleichen ein. Außerdem schließt der Riemenabschnitt 60 einen Befestigungsriemen 61, eine elektrokardiografische Elektrodeneinheit 62, die eine Vielzahl von Elektroden 62a, 62b, 62c, 62d, 62e, 62f einschließt, eine Pulswellenelektrodeneinheit 63, die eine Vielzahl von Elektroden 63a, 63b, 63c, 63d einschließt, und einen Klettverschluss (Haftabschnitt 65) ein. In der vorliegenden Ausführungsform entsprechen die Elektroden 63a, 63b, 63c, 63d einem Pulswellensensor.
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Wie in 8(B) veranschaulicht, sind die elektrokardiografische Elektrodeneinheit 62 und die Pulswellenelektrodeneinheit 63 so platziert, dass sich die Pulswellenelektrodeneinheit 63 näher an der peripheren Seite befindet, wenn die Vorrichtung getragen wird. Wenn die Pulslaufzeit aus dem EKG oder PKG (oder BKG) erhalten wird, können bei weiterer Entfernung einer Pulswellenerfassungsposition von der mittigen Seite des menschlichen Körpers, d. h. wenn die Pulslaufzeit länger wird, Daten mit einem höheren S/R-Verhältnis erfasst werden. Daher wird der Pulssensor näher an der peripheren Seite platziert, wie vorstehend beschrieben, und somit kann eine genaue Pulslaufzeit leicht berechnet werden.
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Jede der Elektroden ist über eine elektrische Leitung (nicht veranschaulicht) oder dergleichen, die innerhalb des Riemenabschnitts 60 angeordnet ist, elektrisch mit dem Hauptkörperabschnitt 50 verbunden, und ein Benutzer trägt die Vorrichtung zum Messen biologischer Informationen 5 am linken Oberarm unter Verwendung des Befestigungsriemens 61 derart, dass jede Elektrode mit der Hautoberfläche in Kontakt kommt. Obwohl nicht veranschaulicht, ist ein Schlaufenabschnitt eines Klettverschlusses auf der äußeren Umfangsoberfläche des Befestigungsriemens 61 angeordnet, und der Befestigungsriemen 61 wird um den Oberarm herum getragen und der Haftabschnitt 65 wird mit dem Schlaufenabschnitt in Eingriff gebracht. Somit kann die Vorrichtung an dem Oberarm befestigt werden.
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Ferner schließt, wie in 9 veranschaulicht, die Vorrichtung zum Messen biologischer Informationen 5 zwei Vibrationssensoren (die Vibrationssensoren 55a, 55b) ein, und die Vibrationssensoren sind jeweils in der Nähe beider Enden des Hauptkörperabschnitts 50 in der Längsrichtung platziert. Mit anderen Worten werden die Vibrationssensoren in einem Abstand von einer Seite nahe der peripheren Seite des Benutzers zu einer Seite nahe der mittigen Seite in einem Zustand platziert, in dem die Vorrichtung an dem Oberarm angebracht ist. Mit einer solchen Konfiguration kann eine Rauschkomponente durch Vergleichen von Signalen, die von einer Vielzahl von Sensoren mit unterschiedlichen Laufabständen von Vibration ausgegeben werden, beseitigt (reduziert) werden. Ferner sind die Vibrationssensoren 55a, 55b auf separaten Substraten angeordnet, die voneinander getrennt sind. Eine solche Konfiguration ist wünschenswert, um die Rauschkomponente zu beseitigen (reduzieren). Dies liegt daran, dass, wenn die Sensoren durch einen starren Körper wie ein Substrat integriert sind, obwohl die Sensoren selbst separat platziert sind, die gleichen Vibrationsdaten (das gleiche Signal) erfasst werden.
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Funktionskonfiguration
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10 ist ein Blockdiagramm, das eine Funktionskonfiguration der Vorrichtung zum Messen biologischer Informationen 5 veranschaulicht. Wie in 10 veranschaulicht wird, schließt die Vorrichtung zum Messen biologischer Informationen 5 Funktionseinheiten einer Steuereinheit 510, einer Elektrodeneinheit 101, einer Pulswellensensoreinheit 502, einer Vibrationssensoreinheit 503, einer Druckmanschette; 504, einer Pumpe 505, eines Ventils 506, eines Drucksensors 507, der Zeitgebereinheit 104, der Speicherungseinheit 105, einer Anzeigeeinheit 516, einer Bedieneinheit 107, der Stromquelleneinheit 108 und der Kommunikationseinheit 109 ein.
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Von den Funktionseinheiten sind die Elektrodeneinheit 101, die Zeitgebereinheit 104, die Speicherungseinheit 105, die Bedieneinheit 107, die Stromquelleneinheit 108 und die Kommunikationseinheit 109 auf die gleiche Weise wie die der Vorrichtung zum Messen biologischer Informationen 1 gemäß der ersten Ausführungsform konfiguriert, und somit wird die Beschreibung davon weggelassen. Außerdem ist die Anzeigeeinheit 516 auch die gleiche wie die Anzeigeeinheit 106 der Vorrichtung zum Messen biologischer Informationen 1 in Bezug auf einen funktionalen Gesichtspunkt, außer dass die Anzeigeeinheit in der vorliegenden Ausführungsform die Flüssigkristallanzeige 52 einschließt und somit eine Vielfalt von Informationen anzeigen kann.
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Wie in 8(B) veranschaulicht, schließt die Pulswellensensoreinheit 502 in der vorliegenden Ausführungsform die vier Elektroden 63a, 63b, 63c, 63d ein, die als Pulswellensensor dienen. Die Pulswellensensoreinheit 502 erkennt Pulswellen durch Zuführen eines Stroms zwischen den Elektroden 63a und 63d und Erkennen einer Spannung zwischen den Elektroden 63b und 63c in einem erregten Zustand. Wenn sich die Elektroden 63a und 63d in einem erregten Zustand befinden, können Änderungen der elektrischen Impedanz (Änderungen des arteriellen Volumens) aufgrund von Pulswellen, die durch die Arterien in Kontakt mit den Elektroden 63b und 63c laufen, erkannt werden, und somit können Pulswellen erfasst werden.
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Die Druckmanschette 504, die Pumpe 505, das Ventil 506 und der Drucksensor 507 sind alle Komponenten, die für die Blutdruckmessung durch ein oszillometrisches Verfahren wie nachstehend beschrieben verwendet werden. Die Druckmanschette 504 ist ein in dem Riemenabschnitt 60 angeordneter Luftbeutel, und Luft strömt durch Öffnen und Schließen der Pumpe 505 und des Ventils 506, die von einer nachstehend beschriebenen zweiten Blutdruckmesseinheit 511 gesteuert werden, in die und aus der Druckmanschette 504. Der Drucksensor 507 erfasst den Druck in der Druckmanschette 504 und erzeugt ein elektrisches Signal, das den Druck angibt. Der Drucksensor 507 kann beispielsweise als ein piezoresistiver Drucksensor dienen. Die Pumpe 505 und das Ventil 506 sind in dem Hauptkörperabschnitt 50 angeordnet.
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Die Steuereinheit 510 ist ein Mittel, das zum Steuern der Vorrichtung zum Messen biologischer Informationen 5 dient und ist im Wesentlichen auf die gleiche Weise wie die der Vorrichtung zum Messen biologischer Informationen 1 gemäß der ersten Ausführungsform konfiguriert. Es besteht jedoch ein Unterschied darin, dass die zweite Blutdruckmesseinheit 511 und eine Kalibrierungseinheit der Blutdruckberechnungsformel 512 als Funktionsmodule bereitgestellt werden.
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Wenn eine vorbestimmte Bedingung erfüllt ist, steuert die zweite Blutdruckmesseinheit 511 die Druckmanschette 504 (die Pumpe 505 und das Ventil 506), führt die Blutdruckmessung durch das oszillometrische Verfahren basierend auf einem Ausgangssignal des Drucksensors 507 durch und speichert das Messergebnis in der Speicherungseinheit 105. Dabei können Beispiele für die vorbestimmte Bedingung zusätzlich zu einem Fall, in dem eine Anweisungseingabe des Benutzers über die Bedientaste 53 empfangen wird, einen Fall, in dem der gemessene Blutdruckwert der ersten Blutdruckmesseinheit 115 über eine vorbestimmte Zeit von den oberen und unteren Grenzwerten abweicht, einen Fall, in dem ein schwankender Bereich innerhalb einer vorbestimmten Zeit gleich oder größer als ein vorbestimmter Wert ist, und dergleichen einschließen.
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Wenn die Blutdruckmessung von der zweiten Blutdruckmesseinheit 511 durchgeführt wird (d. h. durch das oszillometrische Verfahren), verwendet die Kalibrierungseinheit der Blutdruckberechnungsformel 512 das Ergebnis der in der Speicherungseinheit 105 gespeicherten Blutdruckmessung und kalibriert dadurch die Blutdruckberechnungsformel zum Berechnen des Blutdrucks durch die erste Blutdruckmesseinheit 115.
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Verarbeitungsablauf der Kalibrierung der Blutdruckberechnungsformel
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Nachstehend wird ein Verarbeitungsablauf, der sich auf die Kalibrierung der Blutdruckberechnungsformel der Vorrichtung zum Messen biologischer Informationen 5 gemäß der vorliegenden Ausführungsform bezieht, basierend auf 11 beschrieben. 11 ist ein Flussdiagramm, das einen Verarbeitungsablauf in Bezug auf die Kalibrierung der Blutdruckberechnungsformel in der Vorrichtung zum Messen biologischer Informationen 5 veranschaulicht. Wie in 11 veranschaulicht, wird bei der Messung eines Blutdruckwerts durch die Vorrichtung zuerst eine kontinuierliche Messung für jeden Herzschlag basierend auf der PLZ durch die erste Blutdruckmesseinheit 115 (S109) durchgeführt, wie dies bei der ersten Ausführungsform der Fall ist.
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Danach führt die Steuereinheit 510 eine Verarbeitung zum Bestimmen durch, ob der durch die erste Blutdruckmesseinheit 115 gemessene Blutdruckwert eine vorbestimmte Bedingung erfüllt (S201). Beispiele für die vorbestimmte Bedingung können einen Fall, in dem der Messwert über eine vorbestimmte Zeit von den oberen und unteren Grenzwerten abweicht, einen Fall, in dem ein schwankender Bereich des gemessenen Werts innerhalb einer vorbestimmten Zeit gleich oder größer als ein vorbestimmter Wert ist, und dergleichen einschließen. Wenn dabei bestimmt wird, dass die vorbestimmte Bedingung nicht erfüllt ist, wird die Blutdruckberechnungsformel nicht kalibriert und der Ablauf wird vorübergehend beendet.
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Wenn andererseits in Schritt S201 bestimmt wird, dass die vorbestimmte Bedingung erfüllt ist, benachrichtigt die Steuereinheit 510 den Benutzer über die Flüssigkristallanzeige 52, dass die Blutdruckmessung durch das oszillometrische Verfahren durchgeführt werden soll (S202). Zusätzlich zu der Anzeige kann eine Voice-Benachrichtigung durchgeführt werden. Nach dem Durchführen der Benachrichtigung an den Benutzer steuert die zweite Blutdruckmesseinheit 511 die Pumpe 505 und das Ventil 506, um eine Blutdruckmessung durch das oszillometrische Verfahren (S203) durchzuführen. Wenn die Blutdruckmessung durch das oszillometrische Verfahren beendet ist, wird das Messergebnis in der Speicherungseinheit 105 gespeichert (S204). Zusätzlich kann in diesem Fall das Messergebnis auf der Flüssigkristallanzeige 52 angezeigt werden.
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Dann wird die Blutdruckberechnungsformel durch die Kalibrierungseinheit der Blutdruckberechnungsformel 512 basierend auf dem Messergebnis des in der Speicherungseinheit 105 gespeicherten Blutdrucks in Schritt S204 kalibriert, die aktualisierte Blutdruckberechnungsformel wird in der Speicherungseinheit 105 (S205) gespeichert, und die Reihe des Ablaufs der Kalibrierung der Blutdruckberechnungsformel wird vorübergehend beendet. Außerdem kann, nachdem die Benachrichtigung an den Benutzer bei der Verarbeitung von Schritt S202 durchgeführt wurde, die Verarbeitung nach dem Empfang einer Erlaubnis (Messanweisung) vom Benutzer mit Schritt S203 fortgesetzt werden.
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Gemäß der Vorrichtung zum Messen biologischer Informationen 5 der vorliegenden Ausführungsform, wie vorstehend beschrieben, kann eine kontinuierliche Blutdruckmessung für jeden Herzschlag basierend auf der PLZ und der hochgenauen Blutdruckmessung durch das oszillometrische Verfahren mit einer tragbaren Vorrichtung erreicht werden. Infolgedessen kann der Benutzer nur durch Tragen einer Vorrichtung die einfache kontinuierliche Blutdruckmessung und die genaue Blutdruckmessung je nach Situation selektiv verwenden. Außerdem kann, da die Blutdruckberechnungsformel basierend auf der PLZ durch Verwenden des Blutdruckmessergebnisses durch das oszillometrische Verfahren kalibriert werden kann, eine hohe Genauigkeit auch bei der kontinuierlichen Blutdruckmessung für jeden Herzschlag aufrechterhalten werden.
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Dritte Ausführungsform
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In jedem der vorstehend beschriebenen Beispiele wird die vorliegende Erfindung als eine Vorrichtung zum Messen biologischer Informationen angewendet, und alle Funktionen, einschließlich der Speicherungseinheit und der Anzeigeeinheit, sind in eine Vorrichtung zum Messen biologischer Informationen integriert. Die vorliegende Erfindung kann jedoch als ein System zum Verarbeiten biologischer Informationen angewendet werden, in dem ein Teil einer solchen Konfiguration und Funktionen getrennt sind. 12 und 13 veranschaulichen Beispiele eines solchen Informationsverarbeitungssystems. 12 veranschaulicht einen Entwurf eines Systems zum Verarbeiten biologischer Informationen 7 gemäß der vorliegenden Ausführungsform. Wie in 12 veranschaulicht, schließt das Systems zum Verarbeiten biologischer Informationen 7 eine Sensorvorrichtung 71, die an dem Oberarm eines Benutzers angebracht werden soll, und ein Informationsverarbeitungsendgerät 72 ein, das konfiguriert ist, um biologische Informationen zu verarbeiten, die von der Sensorvorrichtung 71 erfasst werden. Obwohl nicht veranschaulicht, ist die Sensorvorrichtung 71 eine tragbare Vorrichtung, die eine Vielzahl von Elektroden (einen elektrokardiografischen Sensor), einen Pulswellensensor und einen Vibrationssensor einschließt, und wird verwendet, während sie mit einem Riemen oder dergleichen an dem Oberarm des Benutzers befestigt ist. Das Informationsverarbeitungsendgerät 72 kann von einem beliebigen Typ sein, solange das Endgerät mit der Sensorvorrichtung 71 kommunizieren kann. Beispielsweise kann ein Smartphone als Informationsverarbeitungsendgerät 72 verwendet werden.
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13 ist ein Blockdiagramm, das eine funktionale Konfiguration der Sensorvorrichtung 71 und des Informationsverarbeitungsendgeräts 72 des Systems zum Verarbeiten biologischer Informationen 7 veranschaulicht. Die Sensorvorrichtung 71 schließt Funktionseinheiten der Elektrodeneinheit 101, der Pulswellensensoreinheit 102, der Vibrationssensoreinheit 103, einer Steuereinheit 710, einer Speicherungseinheit 705, der Bedieneinheit 107, der Stromquelleneinheit 108 und der Kommunikationseinheit 109 ein. Ferner schließt die Steuerungseinheit 710 als ihre Funktionsmodule die elektrokardiografische Messeinheit 111, die Pulswellenmesseinheit 112 und die Herzschlagvibrationsmesseinheit 113 ein.
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Die Sensorvorrichtung 71 schließt viele Konfigurationen ein, die denen der Vorrichtung zum Messen biologischer Informationen 1 der ersten Ausführungsform ähnlich sind, ein, ist jedoch insbesondere insofern unterschiedlich, als das Funktionsmodul in der Steuereinheit 710 weggelassen ist und die Anzeigeeinheit weggelassen ist. Darüber hinaus schließt die Speicherungseinheit 705 nur eine Hauptspeicherungsvorrichtung wie ein RAM oder ein ROM ein und weist eine begrenzte Speicherkapazität auf. Daher werden die von jeder Sensoreinheit gemessenen biologischen Informationen über die Kommunikationseinheit 109 in Echtzeit, wie nachstehend beschrieben, an das Informationsverarbeitungsendgerät 72 übertragen.
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Das Informationsverarbeitungsendgerät 72 kommuniziert mit der Sensorvorrichtung 71 über eine Kommunikationseinheit 725 und empfängt die von der Sensorvorrichtung 71 gemessenen biologischen Informationen des Benutzers. Der Kommunikationsstandard ist nicht besonders beschränkt, aber die Kommunikation kann durch einen drahtlosen Kommunikationsstandard wie Bluetooth (eingetragene Marke), Wi-Fi (eingetragene Marke) oder Infrarot-Kommunikation durchgeführt werden. Es ist zu beachten, dass die Hardwarekonfiguration des Informationsverarbeitungsendgeräts 72 gleich der Konfiguration eines Smartphones ist. Beispielsweise dient eine Touchpanel-Anzeige sowohl als Anzeigeeinheit 722 als auch als Bedieneinheit 726.
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Die über die Kommunikationseinheit 725 empfangenen Informationen werden in einer Speicherungseinheit 721 gespeichert, und die Analyseverarbeitung durch eine Analyseverarbeitungseinheit 723 und eine Blutdruckmessverarbeitung durch eine Blutdruckmesseinheit 724 werden basierend auf den gespeicherten Informationen durchgeführt. Es ist zu beachten, dass die Analyseverarbeitungseinheit 723 bzw. die Blutdruckmesseinheit 724 jeweils so konfiguriert sind, dass sie die gleichen Funktionen wie die der Analyseverarbeitungseinheit 114 und der ersten Blutdruckmesseinheit 115 der Vorrichtung zum Messen biologischer Informationen 1 aufweisen, und somit wird die Beschreibung davon weggelassen.
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Wie vorstehend beschrieben, ist das System zum Verarbeiten biologischer Informationen 7 der vorliegenden Ausführungsform so konfiguriert, dass das Erkennen biologischer Informationen von der Sensorvorrichtung 71 und die Analyseverarbeitung der biologischen Informationen, die Blutdruckmessverarbeitung und dergleichen durch das Informationsverarbeitungsendgerät 72 durchgeführt werden. Gemäß einer solchen Konfiguration kann die Konfiguration der tragbaren Vorrichtung vereinfacht werden. Außerdem können, da wie in den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen ein vorhandenes Informationsverarbeitungsendgerät verwendet werden kann, Kosten des gesamten Systems reduziert werden.
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Andere Punkte
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Die Beschreibung jedes der vorstehend beschriebenen Beispiele dient lediglich der Veranschaulichung der vorliegenden Erfindung, und die vorliegende Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen spezifischen Ausführungsformen beschränkt. Innerhalb des Schutzumfangs des technischen Gedankens der vorliegenden Erfindung können verschiedene Abwandlungen und Kombinationen vorgenommen werden. Beispielsweise kann der in der ersten Ausführungsform verwendete photoelektrische Pulswellensensor auf die Vorrichtung der zweiten Ausführungsform angewendet werden, oder die integrierte Konfiguration der Elektrode und des Vibrationssensors, der in dem zweiten Abwandlungsbeispiel der ersten Ausführungsform verwendet wird, kann auf die Vorrichtung der zweiten Ausführungsform angewendet werden. Ferner können die an zwei Positionen in der zweiten Ausführungsform angeordneten Vibrationssensoren durch nur den auf der mittigen Seite angeordneten Vibrationssensor ersetzt werden.
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Darüber hinaus werden in jedem der vorstehend beschriebenen Beispiele jeder Teil von biologischen Informationen und jeder Indikator verwendet, um einen Blutdruckwert zu messen. Jedoch können die biologischen Informationen und der Indikator selbst verwendet werden. Da beispielsweise angenommen wird, dass die Herzfunktion umso mehr abnimmt, je länger die PEP ist, kann eine Warnung darüber ausgegeben werden, wenn die PEP einen vorbestimmten Wert überschreitet.
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Liste der Bezugsziffern
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- 1, 3, 4, 5
- Vorrichtung zum Messen biologischer Informationen
- 10, 50
- Hauptkörperabschnitt
- 11, 51
- Hauptkörpergehäuse
- 12
- LED-Anzeige
- 13, 53
- Bedientaste
- 14
- Pulswellensensor
- 15, 45
- Vibrationssensor
- 101
- Elektrodeneinheit
- 102
- Pulswellensensoreinheit
- 103
- Vibrationssensoreinheit
- 104
- Zeitgebereinheit
- 105, 705, 721
- Speicherungseinheit
- 106, 516, 722
- Anzeigeeinheit
- 107, 726
- Bedieneinheit
- 108
- Stromquelleneinheit
- 109, 725
- Kommunikationseinheit
- 110, 510, 710
- Steuereinheit
- 20, 30, 40, 60
- Riemenabschnitt
- 21a, 21b, 21c, 21d, 21e, 21f, 41a, 41b, 41c, 41d, 41e, 41f, 62a, 62b, 62c, 62d, 62e, 62f, 63a, 63b, 63c, 63d
- Elektrode
- 22
- Ringförmige Riemenschlaufe
- 29, 49, 61
- Befesrigungsriemen
- 31
- Vibrationssensorgehäuse
- 42
- Leitfähiges Harz
- 43
- Substrat
- 52
- Flüssigkristallanzeige
- 62
- Elektrokardiografische Elektrodeneinheit
- 63
- Pulswellenmesseinheit
- 65
- Haftabschnitt
- 7
- System zum Verarbeiten biologischer Informationen
- 71
- Sensorvorrichtung
- 72
- Informationsverarbeitungsendgerät
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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