JP2009082627A - 生体情報測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】生体に装着し生体情報を測定する生体情報測定装置において、測定装置の生体との装着状態の変化による測定への影響を低減、とりわけ装着状態の変化による生体への圧力の変化を容易に抑制して測定への影響を低減する生体信号測定装置を提供する。
【解決手段】本発明に係る脈波センサ３０は、センサ部２５の生体と接触する接触面２０が、接触面２０の人体との接触面積が、センサ部２５を人体へ固定する固定部２８の圧力が増加する場合にはそれに応じて増加し、上記圧力が減少する場合にはそれに応じて減少する、凸状の曲面である。このように接触面２０の人体との接触面積が変化することにより、接触面２０の単位面積当たりの上記圧力の変化を小さくすることができ、上記圧力が変化した場合でも、接触面２０において生体へ作用する圧力をほぼ一定とすることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、人体に装着し生体情報を測定する生体情報測定装置において、測定装置の生体との装着状態の変化による測定への影響を低減する、測定装置の筐体構造に関するものである。

人体に装着し生体情報を測定する生体情報測定装置では、測定装置の人体との装着状態の変化が、測定結果に大きく影響を与える。

そこで、従来から使用されている血圧計等の測定装置では、非測定者に安静状態を保持させることにより、装着状態の変化を抑えようとしていた。

また、特許文献１に開示されている技術では、圧力センサを用いたセンサ１０を手首の動脈血管に押し付けて動脈血管を部分的に閉塞させることにより血管内の圧力を測定する血圧モニタリング方法において、センサ１０の手首に押し当てられるプランジャ１６を半球状とすることで、装着状態の変化による測定への影響を低減している。より具体的には、プランジャ１６を球状とし、その球の中心部分に圧力センサを設けることにより、例えば測定部位周辺の筋肉、腱、もしくは生体組織が伸縮してプランジャ１６の装着状態が変化しても、圧力センサに動脈血管の内部圧力が効率よく伝達されるため、プランジャ１６の装着状態の変化（特に動脈血管との位置ずれ）の影響を低減できる。
特開２００２−１１９４８６号公報（２００２年４月２３日公開）

ところが、上述の非測定者に安静状態を強いて装着状態の変化を抑える方法では、連続した測定を行うためには、安静状態を長時間維持しなければならず、そのような安静状態の維持が困難であることから、連続した、安定した測定を行うことが困難であるという問題を生じていた。

また、特許文献１の構成では、上述のように装着状態の変化による位置ずれなどの影響を低減できるものの、圧力センサを用いているため、センサ１０を手首に固定するストラップによる圧力を一定にし、プランジャ１６の人体との接触面積を一定にしておく必要があった。しかしながら、特許文献１の血圧モニタリング方法が、動脈血管を部分的に閉塞させるものであるから、大きな圧力を加圧する必要があり、そのような状況では、生体組織に大きなストレスがかかり、生体組織の変形および移動が発生しやすくなる。従って、ストラップによる圧力を一定にすることは不可能であった。よって、非測定者に安静状態を強いるか、ソフトウェアプログラムによる較正が必要となり、装置が高価となるという問題を生じていた。

本発明は、上記の問題点を鑑みてなされたものであり、その目的は、生体に装着し生体情報を測定する生体情報測定装置において、測定装置の生体との装着状態の変化による測定への影響を低減、とりわけ装着状態の変化による生体への圧力の変化を容易に抑制して測定への影響を低減する生体情報測定装置を提供することにある。

本発明に係る生体情報測定装置は、生体に装着され、生体情報として脈波を測定する生体情報測定装置であって、上記課題を解決するために、生体と接触する接触部を備え、上記接触部の接触面は、上記接触面の生体との接触面積が、上記接触部へ向かって圧力を印加して上記接触部を生体に対して固定する固定部の上記圧力が増加する場合にはそれに応じて増加するように、上記圧力が減少する場合にはそれに応じて減少するように、凸状の曲面であることを特徴としている。

上記の構成によれば、本発明に係る生体情報測定装置は、生体と接触する接触部の接触面が凸状の曲面であるため、例えば非測定者の動きによって上記接触部へ向かって圧力を印加して上記接触部を生体に対して固定する固定部の上記圧力が変化すると、その変化に応じて上記接触面の生体との接触面積が変化する。具体的には、上記圧力が増加する場合には上記接触面積も増加し、逆に上記圧力が減少する場合には上記接触面積も減少する。このような接触面積の変化により、上記接触面の単位面積当たりの上記圧力の変化を小さくすることができ、上記圧力が変化した場合でも、上記接触面において生体へ作用する圧力をほぼ一定とすることができる。

以上により、生体に装着し生体情報を測定する生体情報測定装置において、測定装置の生体との装着状態の変化による測定への影響を低減、とりわけ装着状態の変化による生体への圧力の変化を容易に抑制して測定への影響を低減する生体信号測定装置を提供することができるという効果を奏する。

本発明に係る生体情報測定装置は、上記接触面が、種々の測定部位および非測定者に対応可能な曲率半径の曲面であることが好ましい。

本発明に係る生体情報測定装置は、上記接触面が、曲率半径が４０ｍｍ以上の球面であることが好ましい。

同一の生体でも、測定部位毎に、例えば柔軟性等の違いによって測定条件が異なる。当然、生体毎にも異なる。そこで、上記接触面を、種々の測定部位および非測定者に対応可能な曲率半径の曲面、特に曲率半径が４０ｍｍ以上の球面とする。これにより、上述のように上記接触面の単位面積当たりの上記圧力の変化を小さくして精度の良い測定を行うことができるとともに、種々の測定部位および非測定者に対して上記接触面の構成を複数用意し、それらを逐次変更する手間を省くことができるというさらなる効果を奏する。

本発明に係る生体情報測定装置は、上記接触部の幅が、１０ｍｍ以上２５ｍｍ以下であることが好ましい。

上記の構成によれば、上記接触部の幅が１０ｍｍ以上２５ｍｍ以下であると、上記接触面の単位面積当たりの上記圧力の変化を小さくしうる面積を確保することが可能となり、それゆえ精度の良い測定を行うことができるというさらなる効果を奏する。

本発明に係る生体情報測定装置は、上記固定部は、片面に粘着材層もしくは接着材層が形成されており、上記片面によって測定部位周辺を覆うカバー状の部材であることが好ましい。

本発明に係る生体情報測定装置は、上記固定部は、測定部位周辺を環状に覆うカバー状の部材であることが好ましい。

上記の構成によれば、上記固定部が、片面に粘着材層もしくは接着材層が形成されており、上記片面によって測定部位とその周辺とを覆うカバー状の部材であるため、もしくは測定部位とその周辺とを環状に覆うカバー状の部材であるため、測定装置の生体との装着状態が安定したものとなり、上記接触面が凸状の曲面であることによる効果と相俟って、より精度の良い測定を行うことができるというさらなる効果を奏する。

本発明に係る生体情報測定装置は、上記固定部は、遮光性を有する材料で形成されることが好ましい。

例えば、上記生体情報測定装置が、光を用いて脈波を検出する構成の場合、外乱光によって測定精度が低下する。そこで測定部位とその周辺とを覆う上記固定部を、遮光性を有する材料で形成しておけば、外乱光が入射されることを防ぐことができ、上記接触面が凸状の曲面であることによる効果と相俟って、より精度の良い測定を行うことができるというさらなる効果を奏する。

本発明に係る生体情報測定装置は、測定結果を表示する表示部を外部に備えていることが好ましい。

上記の構成によれば、測定結果を表示する表示部を測定装置の外部に備えていることで、表示部の存在による上記加圧部の形状の制約をなくすことができる。それゆえ、測定装置の生体との装着状態が安定したものとなり、上記接触面が凸状の曲面であることによる効果と相俟って、より精度の良い測定を行うことができるというさらなる効果を奏する。

本発明に係る生体情報測定装置は、生体に装着され、生体情報として脈波を測定する生体情報測定装置であって、生体と接触する接触部を備え、上記接触部の接触面は、上記接触面の生体との接触面積が、上記接触部へ向かって圧力を印加して上記接触部を生体に対して固定する固定部の上記圧力が増加する場合にはそれに応じて増加し、上記圧力が減少する場合にはそれに応じて減少する、凸状の曲面であることを特徴としている。

上記生体情報測定装置は、生体と接触する接触部の接触面が凸状の曲面であるため、例えば非測定者の動きによって上記接触部へ向かって圧力を印加して上記接触部を生体に対して固定する固定部の上記圧力が変化すると、その変化に応じて上記接触面の生体との接触面積が変化する。具体的には、上記圧力が増加する場合には上記接触面積も増加し、逆に上記圧力が減少する場合には上記接触面積も減少する。このような接触面積の変化により、上記接触面の単位面積当たりの上記圧力の変化を小さくすることができ、上記圧力が変化した場合でも、上記接触面において生体へ作用する圧力をほぼ一定とすることができる。

以上により、生体に装着し生体情報を測定する生体情報測定装置において、測定装置の生体との装着状態の変化による測定への影響を低減、とりわけ装着状態の変化による生体への圧力の変化を容易に抑制して測定への影響を低減する生体信号測定装置を提供することができるという効果を奏する。

本発明の実施形態について、図１〜図８に基づいて説明すると以下の通りである。

図１は、本実施形態に係る脈波センサ（生体情報測定装置）３０の構成を示している。

脈波センサ３０は、図１に示すように、人体のあらゆる部分の体表面に取り付けられて容積脈波を検出するチップタイプのセンサ部２５と、当該センサ部２５を人体に取り付けて固定する固定部２８とを備えている。

まず、センサ部２５について説明する。センサ部２５は、発光素子によって測定部位に光を照射し、その測定部位からの反射光を受光素子で受光し、その受光量の変化から容積脈波を検出する光電式脈波センサである。測定部位に照射された光は、その一部が測定部位の内部を通る動脈を流れる血液中のヘモグロビンに吸収され、残りの部分が動脈で散乱されその一部が受光素子に入射する。動脈にあるヘモグロビンの量は波動的に変化する。そのため、ヘモグロビンに吸収される光も波動的に変化し、その結果、受光素子で検出される受光量も変化する。よって、受光素子の受光量の変化から、容積脈波を検出できる。

センサ部２５は、筺体Ａ，Ｂを備えている。筺体Ａ（接触部）は、人体と接触する部分であり、その人体との接触面２０は、凸状の曲面である。

図２は、センサ部２５の構成を示している。

筺体Ａは、上記発光素子としての発光素子１（例えば発光ダイオード：ＬＥＤ）と、発光素子１のドライバ回路（不図示）と、上記受光素子としての受光素子２（例えばフォトダイオード：ＰＤ）とを備える周知の光学式反射型センサである検出部５を備えている。発光素子１と受光素子２との間には、遮光部３が設けられている。この遮光部３によって、発光素子１の発光光を受光素子２が直接受光することを防いでいる。検出部５は、接触面２０上に開口部を設けて、この開口部を光が通過するように設置する。

筺体Ｂは、処理部１５と、表示部１６と、システム駆動用の電源部１７と、外部との通信部１８と、操作部１９とを備えている。

処理部１５は、検出部５の検出結果を処理して脈波情報を生成する。表示部１６は、表示装置とその駆動装置とであって、処理部１５で生成された脈波情報を表示し、ユーザがその脈波情報（測定結果）を確認する。電源部１７は、操作部１９での操作に応じて、電池もしくは外部電源から供給された電力から必要な電力を生成し、各部に供給する。通信部１８は、外部と通信を行い、処理部１５で生成された脈波情報を外部に提供する。操作部１９は、操作ボタンなどであって、ユーザが各種動作モード（例えば装置のオン／オフなど）を選択する。

図３は、処理部１５の構成を示している。

処理部１５は、検出部５の検出結果をアナログ／デジタル変換するＡ／Ｄ変換回路６と、Ａ／Ｄ変換回路６から供給されるデジタル信号の演算を行い、脈波情報を生成する演算回路７と、各回路の制御を行う（操作部１９での操作に基づいて行われてもよい）制御回路８と、演算回路７にて生成された脈波情報を記憶する記憶回路９とを有したマイクロコンピュータ等で構成される。

次に、固定部２８について説明する。固定部２８は、片面に接着剤もしくは粘着剤が層状に設けられた、粘着テープあるいはカバーであって、パッチ形式の固定を行う。すなわち、固定部２８は、図１に示すように、人体の表面に載せられたセンサ部２５を覆って自身の端部を人体に貼り付け、センサ部２５を人体へ向かって押さえて固定する。この時、センサ部２５の接触面２０が人体に確実に接触するように固定する。接着剤もしくは粘着剤を用いて人体に貼り付けて固定するため、良好な固定状態を実現できる。

上述のように、脈波センサ３０は、センサ部２５を、固定部２８によって人体へ向かって押さえて固定する。この固定部２８がセンサ部２５を固定する力（以下、単に「押圧力」と記載する）は、固定部２８の貼り付け具合、あるいは非測定者の動きなどによる固定部２８の貼り付け具合の変化によって、変動する。このように押圧力が変化すると、測定部位に印加される圧力も同様に変化する。脈波センサ３０は、血管の容積変化を測定するため、測定部位に印加される圧力が変化すると、血管のコンプライアンス(柔軟性)の変化により、精度の良い測定が行えなくなる。

そこで、脈波センサ３０では、人体と接触する接触面２０を凸状の曲面としている。接触面２０が凸状の曲面であると、押圧力の変化に応じて、接触面２０の人体との接触面積が変化する。具体的には、押圧力が小さくなると接触面２０の接触面積も小さくなり、逆に押圧力が大きくなると接触面２０の接触面積も大きくなる。すなわち、押圧力に応じて、接触面２０の接触面積は、ほぼ１次関数的に変化する。図４は、その様子を、押圧力の変化に応じて、接触面２０の接触面積が変化する様子を図示したものである。

このように、固定部２８の押圧力の変化に応じて、接触面２０の人体との接触面積が変化すると、接触面２０の単位面積当たりの押圧力の変化を小さくすることができ、押圧力が変化した場合でも、接触面２０において生体へ作用する圧力をほぼ一定とすることができる。よって、脈波センサ３０は、固定部２８の装着状態に関わらず、精度の良い測定を行うことができる。

なお、接触面２０において生体へ作用する圧力を完全に一定とすることは困難である。図５は、押圧力の変化に対する、接触面２０における圧力分布を示している。押圧力が大きい場合と小さい場合との圧力分布に、若干の誤差がある。この誤差を引き起こす主たる要因は、人体の骨、筋肉、血管の太さ、およびその位置など、生体の構成である。

ここで、血管の内外圧の差が大きい場合、血管の外圧変動による血管のコンプライアンスの変動分が小さい。この場合、接触面２０において生体へ作用する圧力が完全に一定でなくとも、その変化量が小さければ、固定部２８の装着状態に影響されず、精度の良い測定を行うことができる。よって、本実施形態では、センサ部２５の固定を固定部材の貼り付けなどの低い圧力によって達成している。

また、血管のコンプライアンスカーブの最適状態は、血管の内外圧が等しい場合であり、この場合血管の容積変動が最も大きくなる。しかしながら、上記最適状態を実現させるためには、平均血圧程度の外圧を加える必要があり、生体に対して強い拘束を必要とする。このような強い拘束は、生体組織に大きなストレスを与え、固定部２８の装着状態の変化を誘発する。従って、この点からも、センサ部２５の固定は低い押力によって達成することが望ましい。また、これによって、固定部２８を簡易な手段で実現することができるとも言える。

また、曲面構成の場合、同図から明らかであるように、接触面２０の中心部分と周辺部分とで、生体へ作用する圧力が異なる。しかしながら、この点も、センサ部２５の固定を低い圧力によって達成することによって解決できる。

また、本実施形態の脈波センサ３０は、振幅の絶対値情報を使用せず、１拍ごとの変化の状態や複数波長の振幅比等の相対値を使用して脈波情報を得るため、圧力センサのような絶対値を使用するものとは違い、測定値に含まれる誤差要因に対する許容条件が存在する。

以上のことから、本実施形態の脈波センサ３０は、接触面２０において生体へ作用する圧力を完全に一定にできなくとも、固定部２８の装着状態に影響されず、十分に精度の良い測定を行うことができる。

次に、脈波センサ３０の構成例について説明する。

ここでは、筐体Ａ，Ｂの構成例について説明する。

まず、筐体Ａの接触面２０の構成例について説明する。

同一の人体でも、測定部位毎に、例えば柔軟性等の違いによって測定条件が異なる。当然、個人差もある。従って、種々の測定部位および非測定者に対して、接触面２０を同一の面構成とし、接触面２０の単位面積当たりの押圧力の変化を小さくすることは難しい。

そこで、接触面２０を、種々の測定部位および非測定者に対応可能な曲率半径の曲面、具体的には一般的な柔軟度を基準とした曲率半径の大きな曲面とする。これにより、接触面２０の単位面積当たりの押圧力の変化を小さくして精度の良い測定を行うことができる。また、種々の測定部位および非測定者に対して、接触面２０の構成（筐体Ａ）を複数用意し、それらを逐次変更する手間を省くことができる。

特に、接触面２０は、分散の大きな正規分布のカーブが望ましく、この正規分布のカーブと近似可能な曲率半径が４０ｍｍ以上の球面とすることが望ましい。また、接触面２０が球面であると、曲率半径を変更することにより、複数の面構成の製作が容易となる。

また、筐体Ａ（接触面２０）の幅を１０ｍｍ以上２５ｍｍ以下とすることが望ましい。固定部２８からの押圧力に対して、接触面２０を生体に接触させるためには１０ｍｍ以上必要である。また、筐体Ａの幅を２５ｍｍ以下にすることで、手首等の曲率の小さな部位に対して固定することが可能となる。以上のように筐体Ａの幅を規定することで、多くの測定部位において、接触面２０の単位面積当たりの押圧力の変化を小さくして精度の良い測定を行うことができる。

また、検出部５は、接触面２０上に開口部を設けて、この開口部を光が通過するように配置している。しかしながら、上記開口部によって、生体へ作用する圧力の変化が発生する可能性がある。そこで、上記開口部を、光が透過する部材にて充填してもよい。

次に、筺体Ｂは、内部に処理部１５…等の回路構成部を含む空間が確保できる場合は、図６に示すように、筺体Ａのような楕円状の筐体Ｂ´としてもよい。

ここでは、固定部２８の構成例について説明する。

固定部２８は、片面に接着剤もしくは粘着剤が層状に設けられた、粘着テープあるいはカバーによる、パッチ形式の固定だけでなく、ベルト、もしくはマジックテープ（登録商標）等によって巻きつけ式の固定を行ってもよい。すなわち、人体の表面に載せられたセンサ部２５を環状に覆って、センサ部２５を人体へ向かって押さえて固定する。

巻きつけ式の固定では、パッチ形式の固定よりもより測定装置の生体との装着状態が安定したものとなり、接触面２０が凸状の曲面であることによる効果と相俟って、より精度の良い測定を行うことができる。

次に、固定部２８の材料について説明する。

上述のように、センサ部２５は、光電脈波センサである。従って、外乱光が検出部５に到達すると、検出部５の検出結果に外乱光のノイズ成分がのることとなる。そこで、センサ部２５を覆う固定部２８を、遮光性を有する材料によって形成すれば、外乱光の入射を防ぐことができ、接触面２０が凸状の曲面であることによる効果と相俟って、より精度の良い測定を行うことができる。また、発光素子１もしくは受光素子２本体、あるいはこれらの素子の筐体Ａでの取り付け箇所に、遮光性を有する塗料を塗布しても、同等の効果を得られる。

ここでは、処理部１５…等の回路構成部の構成例について説明する。

脈波センサ３０は、表示部１６を装置内に設けているため、表示部１６を外部から認識できるように、固定部２８に開口部もしくは透明の部材で覆った開口部を設ける必要があり、それゆえ固定状態が一様にならないという可能性がある。

そこで、表示部１６を装置の外部に設け、表示部１６と装置とを有線もしくは無線を用いて接続する。このように表示部１６を装置の外部に設けることにより、固定部２８に上述のような開口部を設ける必要がなく、加圧状態を一様にすることが可能となる。それゆえ、接触面２０が凸状の曲面であることによる効果と相俟って、より精度の良い測定を行うことができる。また、表示部１６を装置の外部に設けることにより、装置の重さを低減できるため、固定部２８の装着状態の変化が生じた場合に、重力による生体への圧力変化を低減できる。また、表示部１６だけでなく、処理部１５および操作部１９を装置の外部に設けてもよい。

本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

本発明に係る生体情報測定装置は、生体へ作用する圧力の変化が測定上問題となる生体情報測定装置に好適である。

本発明の実施形態に係る脈波センサの構成を示す図である。 上記脈波センサに備えられるセンサ部の構成を示す図である。 上記センサ部の構成を示すブロック図である。 上記センサ部を固定する力の変化に応じて、上記センサ部の人体との接触面の接触面積が変化する様子を示す図である。 上記センサ部を固定する力の変化に対する、上記接触面における圧力分布を示す図である。 上記脈波センサの他の構成を示す図である。

符号の説明

１６ 表示部
２０ 接触面
２８ 固定部
３０ 脈波センサ（生体情報測定装置）
Ａ 筐体（接触部）

Claims (8)

1. 生体に装着され、生体情報として脈波を測定する生体情報測定装置であって、
   生体と接触する接触部を備え、
   上記接触部の接触面は、上記接触面の生体との接触面積が、上記接触部へ向かって圧力を印加して上記接触部を生体に対して固定する固定部の上記圧力が増加する場合にはそれに応じて増加するように、上記圧力が減少する場合にはそれに応じて減少するように、凸状の曲面であることを特徴とする生体情報測定装置。
2. 上記接触面は、種々の測定部位および非測定者に対応可能な曲率半径の曲面であることを特徴とする請求項１に記載の生体情報測定装置。
3. 上記接触面は、曲率半径が４０ｍｍ以上の球面であることを特徴とする請求項２に記載の生体情報測定装置。
4. 上記接触部の幅が、１０ｍｍ以上２５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の生体情報測定装置。
5. 上記固定部は、片面に粘着材層もしくは接着材層が形成されており、上記片面によって測定部位とその周辺とを覆うカバー状の部材であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の生体情報測定装置。
6. 上記固定部は、測定部位とその周辺とを環状に覆うカバー状の部材であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の生体情報測定装置。
7. 上記固定部は、遮光性を有する材料で形成されることを特徴とする請求項５または６に記載の生体情報測定装置。
8. 上記生体情報測定装置は、測定結果を表示する表示部を装置の外部に備えていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の生体情報測定装置。

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