JP2012179398A

JP2012179398A - 生体情報検出装置

Info

Publication number: JP2012179398A
Application number: JP2012116587A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Mochizuki; 剛望月; Koin Katsuike; 康允勝池; Kentaro Kitakado; 権太郎北角
Original assignee: INNOVENTURE-C Inc; Hitachi Aloka Medical Ltd
Current assignee: INNOVENTURE-C Inc; Hitachi Ltd
Priority date: 2012-05-22
Filing date: 2012-05-22
Publication date: 2012-09-20
Anticipated expiration: 2028-07-18
Also published as: JP5336633B2

Abstract

【課題】簡便な手法によって外耳道を介して生体振動を検出し、診断に利用する。
【解決手段】外耳道に挿入される外耳道挿入部１１と、外耳道を媒体として伝達される生体振動を電気信号に変換して出力する振動電気変換器１５とを含む装着ユニット１０と、振動電気変換器１５からの電気信号に対して周波数変換処理を実行する信号変換器と、電気信号を可聴音に変換するスピーカ３７と、を含む信号処理ユニット３０とを備える。信号変換器は、振動電気変換器１５から出力された電気信号から特定周波数帯域の信号成分を抽出して周波数変換を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、生体情報検出装置の構造に関する。

医療において、血圧、心拍、脳波、体温、呼吸などの生体情報を測定して診断に供することがおこなわれている。そして、この様な生体情報を取得する手段として、例えば、上腕式血圧計を用いて血圧を測定したり、水銀体温計やサーミスタを用いた電子式体温計で腋下や舌下で体温を測定したりすることが一般的である。

しかし、このような従来型の測定装置は、外気の影響を受けやすいことから、外気の影響を受けにくい外耳道において光線の変化に基づいて生体情報を検出する方法が提案されてきている。例えば、外耳道に挿入したプローブで鼓膜及びその近傍から放射される赤外線から体温や心電波形を測定し、その温度や波形を表示器に表示する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。また、耳穴に異なる波長を有する複数の光を照射し、耳穴の皮膚から反射された光を検出して酸素飽和度、脈拍、呼吸数などを測定し、ディスプレイに表示する方法（例えば、特許文献２参照）や、外耳道から鼓膜に向けて光を照射し、その反射光から得られる信号に基づいて血圧や脳波等を検出してその数値をディスプレイに表示する方法が提案されている（例えば、特許文献３参照）。また、生体の耳の近傍に音センサを取り付け、その呼吸音を検出してスペクトルやソノグラフのような画像として表示する方法が提案されている（例えば、特許文献４参照）。

特開２０００−２１７７９２号公報特開２００７−５４６５０号公報特開２００７−２１１０６号公報実用新案登録第３１３０５５６号公報

しかし、光を用いて外耳道から生体情報を検出する方法は構造が複雑となってしまうという問題があった。本発明は、簡便な手法によって外耳道を介して生体振動を検出し、診断に利用することを目的とする。

本発明の生体情報検出装置は、外耳道に挿入される外耳道挿入部と、外耳道を媒体として伝達される生体振動を電気信号に変換して出力する振動電気変換器と、を含む装着ユニットと、振動電気変換器からの電気信号を処理して出力する信号処理ユニットと、を備え、信号処理ユニットは、振動電気変換器からの電気信号に対して周波数変換処理を実行する信号変換器と、電気信号を可聴音に変換する音響変換器と、を含むこと、を特徴とする。

本発明の生体情報検出装置において、信号変換器は、振動電気変換器から出力された電気信号から特定周波数帯域の信号成分を抽出して周波数変換を行うこととしても好適であるし、振動電気変換器は、外耳道挿入部が外耳道に挿入された際に外耳道挿入部と共に外耳道を閉じて鼓膜との間に閉空間を形成し、その閉空間を介して生体振動である音を検出する音検出器であること、としても好適である。

本発明は、簡便な手法によって外耳道を介して生体振動を検出し、診断に利用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おける生体情報検出装置の構成図である。本発明の実施形態における生体情報検出装置の信号処理ユニットを示す系統図である。本発明の実施形態における生体情報検出装置の装着ユニットを人体の耳に装着した状態を示す説明図である。本発明の実施形態における生体情報検出装置による周波数変換を示すグラフである。本発明の他の実施形態における生体情報検出装置の信号処理ユニットを示す系統図である。

以下、本発明の好適な実施形態について図面を参照しながら説明する。図１に示すように、生体情報検出装置１００は、外耳道に挿入される外耳道挿入部１１と生体振動を電気信号に変換して出力する振動電気変換器１５を含む装着ユニット１０と、装着ユニット１０とリード線１６によって接続された信号処理ユニット３０とを備えている。

装着ユニット１０の外耳道挿入部１１は、略耳穴の大きさと同様の直径の円筒で、内部に貫通孔１３が設けられている。外形は円筒形状に限らず、耳穴の形状に沿って湾曲していても良い。外耳道挿入部１１と連続的に接続した基部１２は、外耳道から耳殻にかけての形状に合わせた外形形状となっている。基部１２の内部には、貫通孔１３がつながっている空洞１４が設けられている。空洞１４は、貫通孔１３よりも大きな内径を持っている。そして空洞１４には、生体振動を電気信号に変換する振動電気変換器１５が取り付けられている。振動電気変換器１５は、例えば、圧電素子のようなものでも良いし、振動板の振動をマグネットによって電気信号に変換するようなものであってもよい。本実施形態では、振動電気変換器１５は空洞１４を介して外耳道挿入部１１の貫通孔１３を塞ぐよう構成されているが、直接貫通孔１３を塞ぐように取り付けられていてもよい。外耳道挿入部１１と基部１２とは樹脂などによって構成されている。基部１２に取り付けられた振動電気変換器１５には電気信号を出力するリード線１６が取り付けられ、リード線１６は信号処理ユニット３０に接続されている。

信号処理ユニット３０は装着ユニット１０の振動電気変換器１５からの電気信号を周波数変換し、周波数変換した電気信号を可聴音に変換して出力するもので、内部に音響変換器であるスピーカ３７が設けられている。図２に示すように、信号処理ユニット３０は、振動電気変換器１５から入力された電気信号を増幅するアンプ３１と、アンプ３１で増幅された電気信号のうち特定周波数帯域としての低周波部分を取り出すローパスフィルタ３２と、参照信号を発信する信号発振器３３と、ローパスフィルタを通過した電気信号と信号発振器３３が発信した参照信号とをミキシングするミキサ３４と、ミキシングした電気信号から参照信号以外の信号を取り出すバンドパスフィルタ３５と、バンドパスフィルタ３５を通過した信号を増幅するアンプ３６と、増幅された電気信号を可聴音に変換する音響変換器であるスピーカ３７と、を備えている。

ここで、ローパスフィルタ３２は、振動電気変換器１５から出力された電気信号の内、可聴周波数帯域以下の低周波数の振動を主に通すものである。人間の可聴周波数帯域にはバラつきがあるので、ローパスフィルタ３２は一部、可聴周波数帯域にある信号も通すものである。そして、ローパスフィルタ３２は、振動電気変換器１５から出力された電気信号の中から、生体情報を多く含んでいる特定周波数帯域である低周波数帯域の信号成分だけを抽出するためのものである。また、信号発振器３３は周波数変換のために所定の周波数の電気信号を発振するものである。本実施形態では、信号発振器３３は可聴周波数帯域の周波数を持つ電気信号を発振するものである。

以上のように構成された生体情報検出装置１００の動作について説明する。本実施形態の生体情報検出装置１００は図３に示すように人間の耳２０に装着される。生体情報検出装置１００が装着されると、装着ユニット１０の外耳道挿入部１１は外耳道２１の中にぴったりと嵌まり込んで、外部の音が外耳道２１へ侵入するのを抑制する。また、装着ユニット１０の基部１２は人間の耳の耳殻にフィットして装着ユニット１０の位置を安定させる。図３に示すように、外耳道挿入部１１が外耳道２１に挿入されると、外耳道挿入部１１の貫通孔１３を空洞１４を介して塞いでいる振動電気変換器１５は、外耳道２１の中にぴったりと嵌まり込んだ外耳道挿入部１１と共に外耳道２１を閉じて鼓膜２２との間に閉空間２７を形成する。

図３に示すように、鼓膜２２は内耳２３と外耳道２１を含む外耳との境界に存在する膜であり、内耳２３に通じる内耳道２５から呼吸音や肺の音が鼓膜に伝達されてくる。内耳２３から鼓膜２２に伝達された生体音は鼓膜２２を振動させる。鼓膜２２の振動は外耳道挿入部１１の貫通孔１３を通って空洞１４から閉空間２７を形成している振動電気変換器１５に伝達され、振動電気変換器１５によって電気信号に変換される。また、外耳道２１には頭蓋骨を通して脳内の血流音などが伝わってくる。外耳道２１に伝わった脳内の血流音によって外耳道２１内の空気が振動し、その空気振動も同様に外耳道挿入部１１の貫通孔１３と空洞１４から振動電気変換器１５に伝達され、振動電気変換器１５によって電気信号に変換される。このように、振動電気変換器１５は外耳道２１に伝達される様々な音を検出して電気信号に変換して出力することができ、特に閉空間２７を利用することによって低波数帯域の音を効果的に検出することができる。また、場合によっては、閉空間２７において生体音の共鳴が発生する場合もあり、このような場合にはより効果的に生体音の検出を行うことができる。

図２では、鼓膜２２と外耳道２１と外耳道２１に嵌まり込んだ外耳道挿入部１１と振動電気変換器１５とによって形成される閉空間２７を模式的に表している。図２に示すように、振動電気変換器１５によって電気信号に変換された信号は信号処理ユニット３０のアンプ３１に入力されて増幅され、ローパスフィルタ３２に入力される。振動電気変換器１５は先に説明したように外耳道２１に伝達される様々な音を検出して電気信号に変換して出力しているのであるが、図４（ａ）の線ａに示すように、生体情報は主に低周波帯域に多く存在している。特に人間の可聴周波数帯域よりも低い周波数帯域に多くの生体情報が含まれている。そこで、ローパスフィルタ３２によってこのような低周波帯域の信号を抽出する。図４（ａ）に示すように、ローパスフィルタ３２は人間の可聴周波数帯域ｃの下限周波数ｆ₂よりも若干高い周波数ｆ₁よりも低い周波数帯域ｂにある信号のみを通過させるもので、ローパスフィルタ３２を通すことによって、多くの生体情報が含まれている周波数ｆ₁以下にある周波数帯域ｂの信号を抽出することができる。

図２に示す信号処理ユニット３０の信号発振器３３は、図４（ｂ）に示すように、人間の可聴周波数帯域ｃにある周波数ｆ₄の参照信号を発振する。そして、この参照信号はミキサ３４に入力され、ローパスフィルタ３２を通過した周波数帯域ｂの信号に掛け合わされる。このミキシングによって、図４（ａ）に示す周波数帯域ｂの信号は、参照信号の周波数ｆ₄の両側に広がる周波数帯域ｄ₁及びｄ₂の信号に周波数変換される。この状態では参照信号が残っているので、当初の周波数帯域ｂの信号を周波数変換した信号として取り出すためには、参照信号を取り除く必要がある。そこで、ミキシングされた信号をバンドパスフィルタ３５に通すことによって参照信号を除去する。本実施形態では、バンドパスフィルタ３５は、参照信号の周波数よりも高い周波数帯域ｄ₁の信号のみを通過させるフィルタである。このバンドパスフィルタ３５を通すことによって、生体情報の多く含まれている非可聴周波数帯域の周波数帯域ｂの信号を可聴周波数帯域ｃの中にある周波数帯域ｄ₁の信号に変換することができる。

可聴周波数帯域ｃにある信号はアンプ３６によって増幅され、スピーカ３７によって可聴音に変換されて出力される。つまり、本実施形態の生体情報検出装置１００は、装着ユニット１０の振動電気変換器１５から出力された特定の周波数数帯域にある電気信号を可聴周波数帯域ｃの電気信号に周波数変換し、その可聴周波数帯域ｃにある電気信号を音に変換して出力するものである。出力された音は、例えば、医師が聴音器によって心音などを聞いて患者の診断をする場合のように、患者の状態を直感的に把握することによって診断に利用することができる。また、本実施形態の生体情報検出装置１００の装着ユニットは耳に簡単に装着することができ、患者の負担にならない上、装着が容易であるため、緊急時、例えば、交通事故などの救急搬送の際に患者の生体情報を簡単にモニタすることができる。

このように、本実施形態の生体情報検出装置１００は、簡便な手法によって外耳道２１を介して特定の周波数数帯域の生体振動を検出し、診断に利用することができるという効果を奏する。また、振動電気変換器１５によって形成された閉空間２７を介して生体振動である生体音の検出を行うので生体音を効果的に検出することができるという効果を奏する。また、取得した生体情報を可聴音としてモニタすることができるので患者の状態を直感的に把握することができるという効果を奏する。更に、本実施形態の生体情報検出装置１００は、頭蓋骨を通して外耳道２１に伝わる脳内の血流音の検出もすることができることから、脳内の生体情報をモニタすることができるという効果を奏する。

本実施形態では、振動電気変換器１５は外耳道２１に伝わる音を振動として検出することとして説明したが、耳骨などをから直接振動電気変換器１５に伝達された振動を電気信号に変換して生体情報の検出を行うようにしてもよい。

図５を参照しながら、他の実施形態について説明する。先に図１から図４を参照して説明した実施形態と同様の部分には同様の符号を付して説明は省略する。

本実施形態の生体情報検出装置１００は、振動電気変換器１５からのアナログ電気信号をデジタル電気信号に変換するＡＤ変換器５１と、デジタル信号を処理するコンピュータ５２と、処理したデジタル信号をアナログ電気信号に変換するＤＡ変換器５３と、処理結果を出力する出力装置５４とを備えている。

コンピュータ５２は内部にＣＰＵとメモリとを備え、ＣＰＵによってプログラムを実行することによって様々な信号変換を行うことができるものである。例えば、図２を参照して説明した実施形態に含まれるローパスフィルタ３２、信号発振器３３、ミキサ３４、バンドパスフィルタ３５の機能をプログラムによって実行させ、図２を参照して説明した実施形態と同様に、生体情報の多く含まれている非可聴周波数帯域の周波数帯域の信号を可聴周波数帯域の中にある周波数帯域の信号に変換することができる。そして、出力装置５４としてスピーカを用い、この周波数変換した信号を可聴音として出力して生体情報をモニタすることとしてもよい。

本実施形態では、コンピュータ５２で信号処理を行うこととして説明したが、例えば、デジタル信号処理ＩＣやＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄｐｒｏｇｒａｍａｂｌｅｇａｔｅａｒｒａｙ）等を用いて同様の動作を行うことができるように構成しても良い。

１０装着ユニット、１１外耳道挿入部、１２基部、１３貫通孔、１４空洞、１５振動電気変換器、１６リード線、２０耳、２１外耳道、２２鼓膜、２３内耳、２５内耳道、３０，５０信号処理ユニット、３１，３６アンプ、３２ローパスフィルタ、３３信号発振器、３４ミキサ、３５バンドパスフィルタ、３７スピーカ、５１ＡＤ変換器、５２コンピュータ、５３ＤＡ変換器、５４出力装置、１００生体情報検出装置、ｂ，ｄ₁，ｄ₂ 周波数帯域、ｃ可聴周波数帯域。

Claims

外耳道に挿入される外耳道挿入部と、外耳道を媒体として伝達される生体振動を電気信号に変換して出力する振動電気変換器と、を含む装着ユニットと、
振動電気変換器からの電気信号を処理して出力する信号処理ユニットと、
を備え、
信号処理ユニットは、振動電気変換器からの電気信号に対して周波数変換処理を実行する信号変換器と、電気信号を可聴音に変換する音響変換器と、を含むこと、
を特徴とする生体情報検出装置。
請求項１に記載の生体情報検出装置であって、
信号変換器は、
振動電気変換器から出力された電気信号から特定周波数帯域の信号成分を抽出して周波数変換を行うことを特徴とする生体情報検出装置。
請求項１または２に記載の生体情報検出装置であって、
振動電気変換器は、外耳道挿入部が外耳道に挿入された際に外耳道挿入部と共に外耳道を閉じて鼓膜との間に閉空間を形成し、その閉空間を介して生体振動である音を検出する音検出器であること、
を有することを特徴とする生体情報検出装置。