JP2013244285A - Specimen information processor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、検体情報を検出して、この検体情報について処理を行う検体情報処理装置に関する。 The present invention relates to a sample information processing apparatus that detects sample information and processes the sample information.
比較的太い血管が中に通っている腕や、毛細血管が網のように張り巡らされた指先などに対して、それらが持つ脈動性の信号を検出するセンサにおいて、閉じた空間を持つ構造をもつもので、片側が腕の皮膚や指先の皮膚の部分に、血管の流れを妨げないごく弱いレベルで圧力をかけ、反対側にコンデンサマイクなどの圧力センサを配置し、血管を通じて伝わってくる心臓の脈動に起因する脈波を、閉じた空間内の圧力変化として良好なS/N比で検出することを特徴とする圧力センサ装置が知られている。 Sensors that detect pulsating signals of arms with relatively thick blood vessels in them or fingertips with capillaries stretched like a net have a structure with a closed space. The heart is transmitted through the blood vessel by applying pressure to the skin of the arm or fingertip at a very weak level that does not obstruct the flow of blood vessels, and placing a pressure sensor such as a condenser microphone on the other side. 2. Description of the Related Art There is known a pressure sensor device that detects a pulse wave caused by a pulsation of a current with a good S / N ratio as a pressure change in a closed space.
特許文献1(特開昭63−0154153)では、被検出体への当接部分に当該検出体により形成される開口部を有する有限容積キャビティと、上記キャビティ内に設置された無指向性マイクロホンとから成り、被検出体の膨張変化あるいは収縮変化を上記キャビティ内の圧力変化として上記無指向性マイクロホンにて検出するセンサが開示されている。 In Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 63-0154153), a finite volume cavity having an opening formed by the detection body at a contact portion with the detection body, an omnidirectional microphone installed in the cavity, and There is disclosed a sensor for detecting an expansion change or a contraction change of an object to be detected as a pressure change in the cavity with the omnidirectional microphone.
特許文献2(特開2010−115431)では、空洞を有する筐体を装着部材により皮膚表面に装着され、装着面の一部にある開口部が皮膚により密閉され、体内音による皮膚表面の振動が直接空洞内の空気に伝わり、これをマイクロホンにより取得できる体内音取得装置について開示されている。 In Patent Document 2 (Japanese Patent Laid-Open No. 2010-115431), a housing having a cavity is mounted on the skin surface by a mounting member, an opening in a part of the mounting surface is sealed by the skin, and vibration of the skin surface due to body sound is generated. A body sound acquisition device is disclosed that is directly transmitted to air in a cavity and can be acquired by a microphone.
特許文献3(特開2006−55501)では、発光素子と受光素子とからなる光学式反射型センサを脈波センサとして用いて検出対象者の脈波を検出し、その検出した脈波信号を信号処理して胸腔内圧を検出することにより、呼吸の深さを検出することが開示されている。 In Patent Document 3 (Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-55501), a pulse wave of a detection target person is detected using an optical reflective sensor composed of a light emitting element and a light receiving element as a pulse wave sensor, and the detected pulse wave signal is signaled. It is disclosed to detect the depth of respiration by processing to detect intrathoracic pressure.
対象となる物質の固有の吸収波長を含む光を試料表面に断続的に照射することで、試料中の対象物質が光を吸収して熱を放出する。断続的に生成された熱のエネルギーにより、試料において生じる圧力変動(音響波)をマイクロフォンや圧電素子により検出する、光音響法が知られている。
また、光音響法を利用して、検体、特に人体組織において、非侵襲的に血液中のグルコース濃度(血糖)の測定が行われている。
By intermittently irradiating the sample surface with light including the intrinsic absorption wavelength of the target substance, the target substance in the sample absorbs the light and releases heat. A photoacoustic method is known in which a pressure fluctuation (acoustic wave) generated in a sample is detected by a microphone or a piezoelectric element by intermittently generated heat energy.
In addition, glucose concentration (blood glucose) in blood is measured noninvasively in a specimen, particularly a human tissue, using a photoacoustic method.
上記特許文献1の場合、圧力センサの開口部は指を挿入できる程度の大きさであり、検体の特定部位の血管の振動を、指向性よく検出することが困難であるという課題がある。
上記特許文献2の場合、体内音取得装置は開口部の穴の径が1mm又は3mmであり、細い血管の振動をその真上にマイクがなくても測定できるような工夫がなされていない。
上記特許文献3の場合、脈波信号から検出信号の包絡線を求めることで呼吸信号を生成しており、この方法で得られる呼吸信号のS/N比では、脈波を変調している呼吸信号を正確に反映したものが得られなかった。
In the case of
In the case of the above-mentioned
In the case of the above-mentioned
また、ECM(エレクトレットコンデンサマイクロホン、以下ECMともいう)は風除け等の理由から低周波領域の信号の感度が低いように設計されているが、上記文献のいずれもECMのこの特性については触れていない。
また、従来の光音響法では、検体の血管の脈動性信号の測定と関連付けた測定は行われていなかった。
ECM (electret condenser microphone, hereinafter also referred to as ECM) is designed to have low signal sensitivity in the low frequency range for reasons such as wind protection, but none of the above documents mentions this characteristic of ECM. .
Further, in the conventional photoacoustic method, the measurement associated with the measurement of the pulsation signal of the blood vessel of the specimen has not been performed.
本発明は、このような課題に鑑みて創案されたものであり、センサと血管の位置関係の正確さを要求せず、かつセンシングに指向性を有し、血管の脈動性信号の検出と、この脈動性信号からの外部刺激信号に応じて発生する外部圧力信号の検出とに適用可能な検体情報処理装置を提供することを目的とする。 The present invention was devised in view of such a problem, does not require the accuracy of the positional relationship between the sensor and the blood vessel, has directivity for sensing, and detects the pulsation signal of the blood vessel, An object of the present invention is to provide a sample information processing apparatus applicable to detection of an external pressure signal generated according to an external stimulus signal from the pulsation signal.
上記目的を達成するために、本発明の検体情報処理装置は、内部に空洞を有するとともに、検体に対向する部位に3mmから10mmの口径を有する開口部を有し、該開口部を該検体に対向させて該検体に装着された状態で該空洞が閉鎖された空間構造を有する筐体部と、該筐体部に設けられ、上記の筐体の空洞内を通って該筐体部の該開口部を通じ、該検体の血管へ向けて外部刺激信号を供給する外部刺激供給源と、該筐体部における該外部刺激供給源からの該外部刺激信号による影響を回避しうる部位に、該外部刺激信号の影響を受けた上記の検体における血管の脈動性信号を、該脈動性信号に起因し該空洞内を伝播する圧力情報として検出する第1センサとを有する検体情報検出ユニットと、該検体情報検出ユニットの第1センサによって検出された脈動性信号出力から、該外部刺激信号に応じて発生する外部圧力信号を分離する信号分離部と、該脈動性信号出力に周波数補正処理を施すことにより少なくとも脈動性容積信号、脈動性速度信号および脈動性加速度信号のうちの1つの信号を取り出す信号補正部とを有する信号処理部とをそなえて構成されたことを特徴としている。 In order to achieve the above object, the sample information processing apparatus of the present invention has a cavity inside and an opening having a diameter of 3 mm to 10 mm at a portion facing the sample, and the opening is formed in the sample. A housing part having a space structure in which the cavity is closed in a state of being mounted on the specimen so as to be opposed to each other, and provided in the housing part, passing through the cavity of the housing, and An external stimulus supply source that supplies an external stimulus signal toward the blood vessel of the specimen through the opening, and a portion that can avoid the influence of the external stimulus signal from the external stimulus supply source in the housing portion, A specimen information detection unit comprising: a first sensor that detects a pulsation signal of a blood vessel in the specimen affected by the stimulus signal as pressure information that propagates in the cavity due to the pulsation signal; and the specimen By the first sensor of the information detection unit A signal separation unit that separates an external pressure signal generated according to the external stimulus signal from the detected pulsation signal output, and at least a pulsation volume signal and pulsation by performing frequency correction processing on the pulsation signal output And a signal processing unit having a signal correction unit for extracting one of the sag speed signal and the pulsation acceleration signal.
本発明の別の要旨は、内部に空洞を有するとともに、検体に対向する部位に3mmから10mmの口径を有する開口部を有し、該開口部を該検体に対向させて該検体に装着された状態で該空洞が閉鎖された空間構造を有する筐体部と、該筐体部に設けられ、上記の筐体の空洞内を通って該筐体部の該開口部を通じ、該検体の血管へ向けて外部刺激信号を供給する外部刺激供給源と、該筐体部における該外部刺激供給源からの該外部刺激信号による影響を回避しうる部位に、該外部刺激信号の影響を受けた上記の検体における血管の脈動性信号を、該脈動性信号に起因し該空洞内を伝播する圧力情報として検出する第1センサとを有する検体情報検出ユニットと、該検体情報検出ユニットの第1センサによって検出された脈動性信号出力から、該外部刺激信号に応じて発生する外部圧力信号を分離する信号分離部と、該脈動性信号出力に周波数復調処理を施すことにより、該脈動性信号出力に含まれる呼吸信号を抽出する周波数復調部とを有する信号処理部とをそなえて構成されたことを特徴とする、検体情報処理装置に存する。 Another gist of the present invention is that it has a cavity inside and has an opening having a diameter of 3 mm to 10 mm at a portion facing the sample, and is attached to the sample with the opening facing the sample. A housing part having a spatial structure in which the cavity is closed in a state, and provided in the housing part, passing through the opening of the housing part through the opening of the housing part, to the blood vessel of the specimen The external stimulation source that supplies the external stimulation signal toward the region, and the portion that can avoid the influence of the external stimulation signal from the external stimulation supply source in the housing portion, A specimen information detection unit having a first sensor that detects a pulsation signal of a blood vessel in a specimen as pressure information caused by the pulsation signal and propagating in the cavity, and detected by the first sensor of the specimen information detection unit From the generated pulsation signal output, A signal separation unit that separates an external pressure signal generated in response to an external stimulus signal, and a frequency demodulation unit that extracts a respiratory signal included in the pulsation signal output by performing frequency demodulation processing on the pulsation signal output; The sample information processing apparatus is characterized by comprising a signal processing unit having
本発明の別の要旨は、内部に空洞を有するとともに、検体に対向する部位に3mmから10mmの口径を有する開口部を有し、該開口部を該検体に対向させて該検体に装着された状態で該空洞が閉鎖された空間構造を有する筐体部と、該筐体部に設けられ、上記の筐体の空洞内を通って該筐体部の該開口部を通じ、該検体の血管へ向けて外部刺激信号を供給する外部刺激供給源と、該筐体部における該外部刺激供給源からの該外部刺激信号による影響を回避しうる部位に、該外部刺激信号の影響を受けた上記の検体における血管の脈動性信号を、該脈動性信号に起因し該空洞内を伝播する圧力情報として検出する第1センサとを有する検体情報検出ユニットと、該検体情報検出ユニットの第1センサによって検出された脈動性信号出力から、該外部刺激信号に応じて発生する外部圧力信号を分離する信号分離部と、該脈動性信号出力に周波数補正処理を施すことにより少なくとも脈動性容積信号、脈動性速度信号および脈動性加速度信号のうちの1つの信号を取り出す信号補正部と、該脈動性信号に周波数復調処理を施すことにより、該脈動性信号出力に含まれる呼吸信号を抽出する周波数復調部とを有する信号処理部とをそなえて構成されたことを特徴とする、検体情報処理装置に存する。 Another gist of the present invention is that it has a cavity inside and has an opening having a diameter of 3 mm to 10 mm at a portion facing the sample, and is attached to the sample with the opening facing the sample. A housing part having a spatial structure in which the cavity is closed in a state, and provided in the housing part, passing through the opening of the housing part through the opening of the housing part, to the blood vessel of the specimen The external stimulation source that supplies the external stimulation signal toward the region, and the portion that can avoid the influence of the external stimulation signal from the external stimulation supply source in the housing portion, A specimen information detection unit having a first sensor that detects a pulsation signal of a blood vessel in a specimen as pressure information caused by the pulsation signal and propagating in the cavity, and detected by the first sensor of the specimen information detection unit From the generated pulsation signal output, A signal separation unit that separates an external pressure signal generated according to an external stimulus signal, and a frequency correction process on the output of the pulsation signal to thereby at least include a pulsatile volume signal, a pulsation velocity signal, and a pulsation acceleration signal A signal processing unit having a signal correction unit that extracts one signal and a frequency demodulation unit that extracts a respiratory signal included in the pulsation signal output by performing frequency demodulation processing on the pulsation signal. The present invention resides in a specimen information processing apparatus.
ここで、本発明の検体情報処理装置は、該信号補正部が、該脈動性信号の有する周波数で少なくとも増幅動作、積分動作および微分動作のうちの1つの動作を行なうことにより、少なくとも上記の脈動性容積信号、脈動性速度信号および脈動性加速度信号のうちの1つの信号を取り出すように構成されてもよい。 Here, in the sample information processing apparatus of the present invention, the signal correction unit performs at least one of an amplification operation, an integration operation, and a differentiation operation at a frequency of the pulsation signal, so that at least the pulsation described above is performed. It may be configured to retrieve one of a volumetric signal, a pulsatile velocity signal, and a pulsatile acceleration signal.
また、本発明の検体情報処理装置は、該信号分離部が、該脈動性信号出力の脈波波形において、脈波のピーク位置を避けた位置の脈動性信号から該外部圧力信号を分離してもよい。 In the sample information processing apparatus of the present invention, the signal separation unit separates the external pressure signal from a pulsation signal at a position avoiding a peak position of the pulse wave in the pulse wave waveform of the pulsation signal output. Also good.
また、本発明の検体情報処理装置は、該第1センサが複数個それぞれ、該筐体部における該外部刺激供給源からの該外部刺激信号による影響を回避しうる異なった複数の部位に設けられてもよい。 In the sample information processing apparatus of the present invention, a plurality of the first sensors are provided at a plurality of different parts that can avoid the influence of the external stimulus signal from the external stimulus supply source in the casing. May be.
また、本発明の検体情報処理装置は、該信号処理部が、上記の複数個の第1センサからの該脈動性信号出力を加算した信号に基づいて、上記の分離処理、補正処理、及び抽出処理を施してもよい。 In the sample information processing apparatus of the present invention, the signal processing unit performs the separation processing, correction processing, and extraction based on a signal obtained by adding the pulsating signal outputs from the plurality of first sensors. Processing may be performed.
また、本発明の検体情報処理装置は、該外部刺激供給源が、上記の筐体部における開口部に対向して設けられ、上記の筐体の空洞内を通って該筐体部の該開口部を通じ、該検体に該外部刺激信号としての断続的な光信号を供給する光源として構成され、該第1センサが、該筐体部における該光源の配設位置から偏移した部位に、該脈動性信号に起因する音圧情報を検出するコンデンサマイクとして構成されてもよい。
また、本発明の検体情報処理装置は、該コンデンサマイクが、MEMS型ECMで構成されてもよい。
In the sample information processing apparatus of the present invention, the external stimulus supply source is provided to face the opening in the casing, and the opening of the casing passes through the cavity of the casing. Configured as a light source that supplies an intermittent optical signal as the external stimulation signal to the specimen through the section, and the first sensor is located at a position shifted from the position of the light source in the casing. You may comprise as a capacitor | condenser microphone which detects the sound pressure information resulting from a pulsation signal.
In the sample information processing apparatus of the present invention, the condenser microphone may be configured by a MEMS type ECM.
また、本発明の検体情報処理装置は、該筐体部に、該脈動性信号以外の信号を検出する第2センサが設けられてもよい。
また、本発明の検体情報処理装置は、該第2センサが該筐体部内の温度情報を検出する温度センサとして構成されてもよい。
また、本発明の検体情報処理装置は、該信号処理部が、該第2センサからの出力を処理を行なう際の補正情報として使用してもよい。
また、本発明の検体情報処理装置は、該開口部の口径が動脈血管の直径の5倍以下であってもよい。
In the sample information processing apparatus of the present invention, a second sensor that detects a signal other than the pulsation signal may be provided in the casing.
In the sample information processing apparatus of the present invention, the second sensor may be configured as a temperature sensor that detects temperature information in the casing.
In the sample information processing apparatus of the present invention, the signal processing unit may be used as correction information when processing the output from the second sensor.
In the sample information processing apparatus of the present invention, the diameter of the opening may be not more than 5 times the diameter of the arterial blood vessel.
また、本発明の検体情報処理装置は、該検体情報検出ユニットの移動に伴って変化する該第1センサからの出力レベルを検出するレベル検出部と、該レベル検出部での検出結果に基づいて出力レベル変化情報を表示するレベル表示部とをそなえ、該レベル表示部が該検体情報検出ユニットに設けられていることを特徴としている。
また、本発明の検体情報処理装置は、該外部圧力信号から、該血管の血液成分を解析する信号解析部を有することを特徴としている。
Moreover, the sample information processing apparatus of the present invention is based on a level detection unit that detects an output level from the first sensor that changes as the sample information detection unit moves, and a detection result of the level detection unit. A level display unit for displaying output level change information, and the level display unit is provided in the sample information detection unit.
The sample information processing apparatus of the present invention is characterized by having a signal analysis unit that analyzes the blood component of the blood vessel from the external pressure signal.
本発明によれば、脈動性信号を検出するとともに、脈動性信号から外部刺激信号に応じて発生する外部圧力信号を分離する検体情報処理装置を提供することができる。また、本発明によれば、センサと血管の位置関係の正確さを要求しない仕組みを持ち、血管の脈動性信号の検出を行う検体情報処理装置を提供することができる。また、本発明の検体情報処理装置は、圧力センサーとしてのセンシング範囲が狭く限定されており、高い指向性(あるいは空間分解能)を持つことができる。また、本発明では、検体情報処理装置の指向性を利用して、血管から近い位置で脈動性信号を検出することにより、脈動性信号のS/N比及び感度を向上させることができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, while detecting a pulsation signal, the sample information processing apparatus which isolate | separates the external pressure signal generated according to an external stimulus signal from a pulsation signal can be provided. In addition, according to the present invention, it is possible to provide a sample information processing apparatus that has a mechanism that does not require the accuracy of the positional relationship between a sensor and a blood vessel and that detects a pulsation signal of the blood vessel. Further, the sample information processing apparatus of the present invention has a narrow sensing range as a pressure sensor, and can have high directivity (or spatial resolution). In the present invention, the S / N ratio and sensitivity of the pulsation signal can be improved by detecting the pulsation signal at a position close to the blood vessel using the directivity of the sample information processing apparatus.
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
〔A1.本発明の第一実施形態の説明〕
[1.検体情報処理装置]
[1−1.検体情報処理装置の構成例]
<検体情報処理装置の構成>
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[A1. Description of First Embodiment of the Present Invention]
[1. Sample Information Processing Device]
[1-1. Sample configuration of sample information processing apparatus]
<Configuration of specimen information processing apparatus>
本発明の第一実施形態にかかる検体情報処理装置1(以下、本装置ともいう)は一例として、図1に示すように、検体情報検出ユニット11と信号処理部61とをそなえて構成されている。
As an example, the sample information processing apparatus 1 (hereinafter also referred to as this apparatus) according to the first embodiment of the present invention includes a sample
検体情報検出ユニット11は、外部刺激供給源31から供給される外部刺激信号の影響を受けた検体91における血管93の脈動性信号を検出して、信号処理部61に脈動性信号を出力するものであって、筐体部21と、外部刺激供給源31と、第1センサ41とを有する。
The sample
筐体部21は、検体情報処理装置1を検体91に装着する際に検体91の皮膚92とゴム製のO−リング24を介して接触する部分であって、筐体部21の筐体25の内部に空洞(Cabity;キャビティ)23を有するとともに、検体91に対向する部位に開口部22を有しており、開口部22を検体91の皮膚92に装着された状態で空洞23が閉鎖された空間構造を有する。このように空洞23が形成する閉鎖された空間構造を、「Closed Cavity;クローズドキャビティ」ということもある。また、筐体部21の筐体25には連通路26が設けてあり、外部刺激供給源31からの外部刺激信号は、連通路26を介して空洞23及び開口部22を通過し、検体91の血管93に向けて供給されるようになっている。なお、筺体部21の筺体25は、例えば、内部に空洞を有する円柱や角柱(例えば、直角柱)の形状のものが使用される。
The
外部刺激供給源31は、筐体部21に設けられ、筐体部21の空洞23内を通って筐体部21の開口部22を通じ、検体91の血管93へ向けて外部刺激信号を供給する。外部刺激供給源31は、信号処理部61からの信号を受けて、外部刺激信号を発するよう構成されている。
The external
外部刺激供給源31は、断続的な光信号を供給する光源であることが好ましく、例えばレーザーダイオードやLED(Light Emitting Diode;発光ダイオード)を用いることが出来る。外部刺激供給源31がレーザーダイオードである場合、パルス発振源としてパルス光を発振するよう構成されていることが好ましい。
The external
外部刺激供給源31は、主として赤外領域の光を照射する光源が用いられるが、検体91に含まれる分析の対象となる物質が吸収する光の波長を発する光源を選択することが好ましく、例えば血管93中のグルコース濃度の測定を行うのであれば、グルコース分子のC−H基やO−H基の吸収波長に極大を有する光信号を供給する光源を用いることが好ましい。
As the external
外部刺激供給源31は、検体91の皮膚92の直下にある血管93に外部刺激信号を効果的に作用させるために、筐体部21における開口部22に対向して設けられていることが好ましい。筺体部21の筺体25が円柱の形状の場合には、筺体25の一方の端面に外部刺激供給源31を設け、筺体25の他方の端面に開口部22を有して検体91と接触させることが好ましい。筺体部21の筺体25が直角柱の形状の場合には、筺体25の一方の端面に外部刺激供給源31を設け、筺体25の他方の端面に開口部22を有して検体91と接触させることが好ましい。また、外部刺激供給源31は、外部刺激供給源31からの外部刺激信号の供給方向と筺体部21の中心軸とが一致するように設けられることが好ましい。
The external
第1センサ41は、外部刺激供給源31からの外部刺激信号の影響を受けた上記検体91における血管93の脈動性信号を、脈動性信号に起因し空洞23内を伝播する圧力情報として検出するものである。第1センサ41のセンサ筐体45には、圧力情報の取込部42が設けられており、筐体部21の空洞23と、第1センサ41の圧力情報の取込部42と、センサ筐体45の内部の空間である空気室44とは連通している。空気室44に、センサ素子43が設けられている。
第1センサ41は、筐体部21における外部刺激供給源31からの外部刺激信号による影響を回避しうる部位に設けられている。
The
The
第1センサ41は、筐体部21における外部刺激供給源31からの外部刺激信号による影響を回避しうる部位であれば自由に設けることができる。例えば、図1に示すように、筐体部21の筐体25に第1センサ41を貫通させるようにして設け、第1センサ41の一部と第1センサ41の圧力情報の取込部42とを筐体部21の内部に露出させ、第1センサ41の他方を筐体部21の外部に露出させるようにしてもよい。また、筐体部21の筐体25の内部に第1センサ41を貼り付けるようにして密着させて設けても良い。また、筐体部21の筐体25の壁面外部に第1センサ41を密着させて設け、筐体部21の筐体25の壁面に空けられた穴を通じて、筐体部21の空洞23と第1センサ41の圧力情報の取込部42とを連通するようにしてもよい。
The
信号処理部61は、検体情報検出ユニット11の第1センサ41によって検出された脈動性信号出力について、信号処理を施すものであって、信号分離部71と、信号補正部72とを有している。
The
信号分離部71は、検体情報検出ユニット11の第1センサ41によって検出された脈動性信号出力について外部圧力信号分離処理を施すことにより、外部刺激信号に応じて発声する外部信号に起因する圧力信号(以下、「外部圧力信号」ともいう)を、分離するものである。すなわち、信号分離部71は、脈動性信号に含まれる外部圧力信号を分離することで取得するものである。
The
信号補正部72は、検体情報検出ユニット11の第1センサ41によって検出された脈動性信号出力に周波数補正処理を施すことにより、少なくとも脈動性容積信号、脈動性速度信号および脈動性加速度信号のうちの1つの信号を取り出すものである。
The
検体情報処理装置1は、外部のコンピュータ81、及び波形表示器82に有線又は無線の回線を介して接続されている。
The sample
コンピュータ81は、信号処理部61によって処理された信号が入力されて、信号の処理又は保存を行うものである。コンピュータ81は、信号分離部71によって分離された外部圧力信号を利用して、血管93の血液成分を解析することができる。また、コンピュータ81は、信号補正部72によって取り出された脈動性容積信号、脈動性速度信号又は脈動性加速度信号を利用して、各信号の波形から検体91の健康状態の診断を行うことが出来る。
The
波形表示器82は、信号処理部61から出力された信号が入力されて、信号波形の表示を行うものである。信号処理部61の信号分離部71から外部圧力信号が波形表示器82に出力されることで、波形表示器82は外部圧力信号の波形を表示する。信号処理部61の信号補正部72から脈動性容積信号、脈動性速度信号、又は脈動性加速度信号が波形表示器82に出力されることで、波形表示器82は脈動性容積信号、脈動性速度信号、又は脈動性加速度信号の波形を表示する。波形表示器82としては、例えば、液晶ディスプレイ、CRT、プリンタ、又はペンレコーダを用いることができる。
The
本発明の第一実施形態にかかる本検体情報処理装置1は、上述のように構成されており、検体91に筐体部21の開口部22を密着させることで空洞23が閉鎖された空間構造(クローズドキャビティ)を形成する。この状態で、外部刺激供給源31により検体91の血管93へ向けて外部刺激信号を供給することにより、検体情報検出ユニット11の第1センサ41が外部刺激信号の影響を受けた検体91における検体情報処理装置1の装着部位付近に存在する血管93の脈動性信号に起因する圧力情報を受けて、検体91における血管93の脈動性信号を検出する。さらに、信号処理部61において、第1センサ41によって検出された脈動性信号出力から外部圧力信号を分離するとともに、脈動性信号出力から少なくとも脈動性容積信号、脈動性速度信号および脈動性加速度信号のうちの1つの信号を取り出すものである。
The sample
外部刺激供給源によって供給される外部刺激信号の影響を受けた対象の変化に起因する圧力情報を受けて対象を検出する方法は、外部刺激供給源として光源を用いる場合には光音響分光と呼ばれる方法である。外部刺激供給源からの入力パルスと検出された熱応答波形との位相変化や熱応答波形のレベル差を見ることで、対象の分析を行うことができる。 A method for detecting a target by receiving pressure information resulting from a change in the target affected by an external stimulus signal supplied by an external stimulus source is called photoacoustic spectroscopy when a light source is used as the external stimulus source. Is the method. By analyzing the phase change between the input pulse from the external stimulus supply source and the detected thermal response waveform and the level difference of the thermal response waveform, the target can be analyzed.
<検体>
本検体情報処理装置1を適用する検体91としては、検体91における血管93の脈動を測ることができるものであれば特に制限されず、人または人以外の動物に用いることができる。筐体部21の開口部22を検体91に対向させて密着させることにより、空洞23がクローズドキャビティを形成するためには、検体情報処理装置1を検体91の皮膚92に装着することが好ましい。
<Sample>
The
上記の構成では、検体91における血管93の脈動性信号に起因する圧力情報を受ける構成を挙げたが、測定の対象となる血管93は脈動を測ることが出来る血管であれば特に制限されず、動脈血管、静脈血管、又は毛細血管の測定に用いることが出来る。
In the above configuration, the configuration in which the pressure information resulting from the pulsation signal of the
本検体情報処理装置1の装着箇所としては、人の場合は、装着のし易さ、測定のし易さ、体表近くに動脈血管が存在して感度良く測定できる点から、前腕部が好ましい。または、装着のし易さ、測定のし易さ、体表近くに毛細血管が存在して感度良く測定できる点から、指先が好ましい。人以外の動物についても、その装着箇所は、装着のしやすさ、測定のし易さを考慮した部位が好ましい。
As the wearing position of the sample
本検体情報処理装置1を用いて人の脈動性信号を検出する場合において、測定の対象となる血管93の例としては、前腕に存在する橈骨動脈または尺骨動脈が挙げられる。
In the case of detecting a human pulsation signal using the sample
<開口部の口径>
図17は、筐体部21において開口部22の口径を変えながら、指先の毛細血管の脈動性信号を測定した場合の信号の強さを表わす図である。
<Aperture diameter>
FIG. 17 is a diagram illustrating the signal strength when the pulsation signal of the capillary at the fingertip is measured while changing the diameter of the
図17から明らかなように、開口部22の口径が1〜3mmでは信号が測定できてはいるものの、十分なゲインが得られていない。開口部22の口径が3mm以上ではゲインが上昇し、開口部22の口径が5mm〜6mmにおいて、高いゲインで脈動性信号の測定を行うことができることが分かる。これは、開口部22の口径が2mmよりも小さい場合には、血管93からの信号を捉えるための面積が狭くなるため、検出される信号が弱くなることが影響しているのだと考えられる。
As is clear from FIG. 17, a signal can be measured when the
開口部22の口径が大きすぎる(例えば口径が10mmよりも大きい)と、検体情報処理装置1を検体91に装着した場合に、検体91の表面の組織(皮膚、体毛等)が盛り上がって空洞23に入り込むことで、組織によって圧力情報の取込部42が塞がれたり、組織がセンサ素子43と干渉したりするおそれがある。また、開口部22の口径が大きすぎると、検体情報処理装置1を検体91の立体的な形状に沿って密着するように装着する場合に、空洞23がクローズドキャビティを形成することが困難になる場合がある。また人の指先等の、検体91の面積が狭い箇所に検体情報処理装置1を装着する場合にも、検体情報処理装置1を装着する際に空洞23のクローズドキャビティの形成が困難になる場合がある。また、空洞23の高さを一定にした場合、空洞23の開口部22の口径が大きくなるにつれて空洞23の体積が大きくなり、脈動性信号の強さが一定の場合には、空洞23の体積が大きくなることで血管93の脈動性信号に起因する振動が減衰するため、第1センサ41により検出される信号の強度が低下するおそれがある。また、開口部22の口径が広すぎると、血管93の真上に検体情報処理装置1が存在しない場合であっても血管93の脈動性信号が検出可能となるため、第1センサ41の指向性が低下するおそれがある。
If the diameter of the
このため、開口部22の口径は、通常3mm以上、好ましくは6mm以上であり、通常10mm以下、好ましくは8mm以下である。開口部22の口径の下限が上記の範囲の値より大きいことで、検出される脈動性信号が強くなり、検体91に装着した際に血管93からの振動を検出できる位置に開口部22を密着させることが容易になるため好ましい。開口部22の口径の上限が上記範囲の値より小さいことで、開口部22に入り込む検体の影響を抑え、感度を保ち、第1センサ41の指向性を持たせることができるため好ましい。
For this reason, the
また、人の成人の手首における動脈血管(橈骨動脈及び尺骨動脈)の直径がおよそ2mm程度であることから、検体情報処理装置1の開口部22を人の手首にに装着した場合には、動脈血管からの脈動性信号を第1センサ41により感度良く検出する観点から、開口部22の口径は動脈血管の直径の2倍以上、4〜5倍以下であることが好ましい。開口部22の口径の下限が上記範囲の値より大きいことで、検出される脈動性信号が強くなり、検体91に装着した際に血管93からの振動を検出できる位置に開口部22を密着させることが容易になるため好ましい。開口部22の口径の上限が上記範囲の値より小さいことで、開口部22に入り込む検体の影響を抑え、空洞23の体積の増大に伴う感度の低下を防ぎ、第1センサ41の指向性を持たせることができるため好ましい。
In addition, since the diameter of arterial blood vessels (radial artery and ulnar artery) at the wrist of a human adult is about 2 mm, when the
人の指に検体情報処理装置1の開口部22を装着する場合には、指に存在する毛細血管の脈動信号を検出するために、上記の人の手首に装着した場合のように血管の直径との関係から規定することはできないが、空洞23がクローズドキャビティを形成して脈動性信号を感度良く検出する観点から、開口部22の口径は少なくとも指のスパンの半分以上、指のスパンの4分の3以下の大きさであることが好ましい。
When the
<クロ−ズドキャビティを形成する材料>
空洞23がクロ−ズドキャビティを形成するために寄与する材料の一つとして本実施形態ではゴム製のO−リング24を挙げたが、検体91における脈動性信号を閉じ込める空洞23を形成できる物体であれば、樹脂製や金属製の素材からなるものであっても用いることができる。空洞23のクローズドキャビティの形成のためには剛性の高いものが望ましいが、皮膚92に当たる側には、人体の皮膚の特性(柔軟性)を考慮するとゴムやシリコン製などの皮膚92との親和性が高い素材を用いることが好ましい。
<Material for forming the closed cavity>
In this embodiment, the rubber O-
<第1センサ>
第1センサ41としては、血管93の脈動性信号を検出できるものであれば、特に限定されないが、血管93の脈動及び外部刺激供給源31からの外部刺激信号に起因する検体91の皮膚92の振動によって生じる空気の振動(音圧情報)を電気的に検出するマイクロホンを好適に用いることができる。マイクロホンの中でも、指向性、S/N比、感度の点からコンデンサマイクが好ましく、ECM(electret condenser microphone;エレクトレットコンデンサーマイクロホン、以下、単に「ECM」ともいう)を好適に用いることができる。また、MEMS(microelectromechanical system)技術を用いて作製したECMである、MEMS型ECM(以下、「MEMS−ECM」ともいう)を好適に用いることができる。
<First sensor>
The
ここでは、検体情報検出ユニット11に、第1センサ41を1つ設けた構成を記載しているが、検出される脈動性信号の強さを向上させ、S/N比を上げる観点からは、第1センサ41を2つ以上設けることが好ましく、検体情報検出ユニット11または信号処理部61に設けられる信号加算部611(図37参照)によって各第1センサ41の信号を加算したものを脈動性信号出力とすることが好ましい。
Here, a configuration in which one
第1センサ41を検体情報検出ユニット11に複数個設ける場合には、複数個それぞれ、筐体部21における外部刺激供給源31からの外部刺激信号による影響を回避しうる異なった複数の部位に設けられることが好ましい。これにより、外部刺激供給源31からの外部刺激信号による影響を回避しつつ、検出される脈動性信号の強さを向上させ、S/N比を上げることが可能となる。
When a plurality of
検体情報検出ユニット11に複数の第1センサ41を設ける場合、MEMS−ECMはサイズが小さいために実装が容易であり、開口部22の口径が大きくなりすぎるのを防ぐことができるために好ましい。また、MEMS−ECMは品質が安定しているため、並列に多数接続して、各第1センサ41の信号を加算した際であっても安定した信号を得ることができるために好ましい。
In the case where a plurality of
<第1センサの設置位置>
第1センサ41の設置位置である、外部刺激供給源31からの外部刺激信号による影響を回避しうる部位について、図面を用いて説明する。
<Installation position of the first sensor>
A site where the influence of the external stimulus signal from the external
第1センサ41は、筺体部21における外部刺激供給源31の配設位置から偏移した部位に設けられることが好ましい。即ち、第1センサ41は、外部刺激供給源31からの外部刺激信号の供給方向に対して角度を持たせて設けられることが好ましく、例えば、外部刺激信号の供給方向と直交する向き(略90度の角度)を向けて設けることが特に好ましい。
It is preferable that the
例えば筺体部21の筺体25が円柱あるいは直角柱の形状の場合であって、外部刺激供給源31が筺体部21の筺体25の底面に設けられる場合、第1センサ41は筺体25の側面に設けられることが好ましい。
For example, when the
例えば、外部刺激供給源31が光源であって、外部刺激信号として光線711を用いる場合、図35示すように、外部刺激供給源(光源)31から出射される光線711の供給方向を示す光軸712に対する最大の出射角度をθ1とすると、光軸を中心として2θ1の範囲より外側に第1センサ41を配置することが好ましい。図35では、筺体部21において、外部刺激供給源31の光軸712と平行な位置関係にある筺体部21の側面壁部に第1センサ41を設けることで、上記の光軸712を中心とした2θ1の範囲より外側に配置されている。
For example, when the external
上記の範囲外に第1センサ41を設けることにより、外部刺激供給源31から検体91に供給される外部刺激信号が、反射、回折、または放散等の過程で第1センサ41に入射しうる部位の範囲外に第1センサ41を設けることができ、外部刺激信号により第1センサ41が影響を受けることを避けることができる。これにより、第1センサ41が外部刺激供給源31からの外部刺激信号の作用を受けることなく、外部刺激信号の影響を受けた検体91における血管93の脈動性信号を検出することが出来る。また、第1センサ41が外部刺激供給源31からの外部刺激信号の作用を避けることができるため、脈動性信号から分離される外部圧力信号の精度を高めることができ、また、脈動性信号出力取り出される脈動性容積信号、脈動性速度信号および脈動性加速度信号の精度を高めることができる。
By providing the
第1センサ41がMEMS−ECMであり、外部刺激供給源31が光源であり、外部刺激信号として光線711を用いる場合には、上述のように、第1センサ41が、筺体部21における光源の配設位置から偏移した部位に設けられることで、MEMS−ECMのシリコンダイヤフラムや内部に実装されているCMOS等の半導体が光によって反応するのを避けることができるために有用である。
When the
[1−2.検体情報処理装置の機能構成]
<検体情報処理装置の機能構成>
図1に示した本発明の第一実施形態にかかる検体情報処理装置1を機能的に表わすとき、検体情報処理装置1は、図4、図5に示すように、検体情報検出ユニット11及び信号処理部61を備え、信号処理部61は、信号分離部71、及び信号補正部72を有している。検体情報処理装置1において、検体情報検出ユニット11の第1センサ41において検出された脈動性信号出力を、信号分離部71、及び信号補正部72によって処理するように構成されている。
[1-2. Functional configuration of sample information processing apparatus]
<Functional configuration of sample information processing apparatus>
When the sample
検体情報検出ユニット11は、前述のごとく、第1センサ41により検体91における血管93の脈動性信号に起因する圧力情報を受けて、検体91における血管93の脈動性信号を検出し、この脈動性信号を出力するものである。
As described above, the specimen
信号分離部71は、前述のごとく、検体情報検出ユニット11の第1センサ41において検出された脈動性信号出力について外部圧力信号分離処理を施すことにより、脈動性信号に含まれる外部圧力信号を分離するものである。信号分離部71により外部圧力信号を分離する処理を、分離処理ともいう。
As described above, the
信号補正部72は、前述のごとく、検体情報検出ユニット11の第1センサ41からの脈動性信号出力について周波数補正処理を行うことで、脈動性容積信号、脈動性速度信号、及び脈動性加速度信号のうちの一つの信号を取り出すものである。信号補正部72により脈動性容積信号、脈動性速度信号、及び脈動性加速度信号のうちの一つの信号を取り出す処理を、補正処理ともいう。
As described above, the
また、信号補正部72は、脈動性信号の有する周波数で少なくとも増幅動作、積分動作および微分動作のうちの1つの動作を行なうことにより、少なくとも上記の脈動性容積信号、脈動性速度信号および脈動性加速度信号のうちの1つの信号を取り出すことが好ましい。
Further, the
検体情報処理装置1における外部圧力信号の分離は、図4に示すように、検体情報検出ユニット11の第1センサ41からの脈動性信号出力を、信号補正部72を介さずに、そのまま信号分離部71において外部圧力信号分離処理を行っても良い。
As shown in FIG. 4, the separation of the external pressure signal in the sample
または、検体情報処理装置1における外部圧力信号の分離は、図5に示すように、検体情報検出ユニット11の第1センサ41からの脈動性信号出力を、信号補正部72において周波数補正処理を行った後に、補正処理後の脈動性容積信号、脈動性速度信号、及び脈動性加速度信号のうちのいずれかの信号について、信号分離部71において外部圧力信号の分離処理を行うように構成してもよい。
Alternatively, in the separation of the external pressure signal in the sample
<外部圧力信号の分離処理>
本発明の第一実施形態にかかる検体情報処理装置1の機能構成をさらに詳細に表わすとき、検体情報処理装置1は、一例として図37のように表すことができる。検体情報処理装置1は、検体情報検出ユニット11、及び信号処理部61を備えている。
<External pressure signal separation processing>
When the functional configuration of the sample
検体情報検出ユニット11は、外部刺激供給源31、及び第1センサ41を備えている。 信号処理部61は、信号分離部71、及び信号補正部72を備えている。
信号分離部71は、PLL(Phase−locked loop)621、タイミング発生部622、及びサンプルホールド623を備えている。
The sample
The
ここでは、第1センサ41としてのECM(エレクトレットコンデンサーマイクロホン)が4つ備えられており、各ECMで検出された外部刺激信号の影響を受けた検体91における血管93の脈動性信号を、検体情報検出ユニット11に備えられた信号加算部611で加算したものを、脈動性信号として信号処理部61に出力するように構成している。
Here, four ECMs (electret condenser microphones) are provided as the
この検体情報検出ユニット11の第1センサ41からの脈動性信号出力が、信号処理部61に入力されて、信号処理部61の信号分離部71、及び信号補正部72によって脈動性信号出力が処理される。
The pulsation signal output from the
検体情報検出ユニット11の外部刺激供給源31は、検体91へ向けてパルス状の外部刺激信号を供給するものであって、外部刺激供給源31は、信号処理部61のタイミング発生部622からの信号を受けて、パルス状に外部刺激信号を発するよう構成されている。
The external
信号補正部72は、信号処理部61から入力された脈動性信号について周波数補正処理を施すことにより、少なくとも脈動性容積信号、脈動性速度信号、及び脈動性加速度信号のうちの1つの信号が取り出す。取り出された脈動性容積信号、脈動性速度信号、及び脈動性加速度信号のうちの1つの信号は、そのまま外部に出力してもよく、信号分離部71での処理に用いても良い。
The
信号分離部71は、タイミング発生部622を有しており、タイミング発生部622からの信号により外部刺激供給源31から外部刺激信号がパルス状に供給されるように構成されている。このため、外部刺激信号を発生させたタイミングを考慮して、脈動性信号に含まれる外部圧力信号を取り出すことが出来る。
The
本発明の第一実施形態にかかる検体情報処理装置1は、外部刺激信号の影響を受けた検体91における血管93の脈動性信号を検出し、信号分離部71において、脈動性信号出力から外部刺激信号に応じて発生する外部圧力信号を分離する。ここで、外部圧力信号を感度を良好に検出するためには、脈動性信号出力の脈波波形において、脈動の影響の少ない位置、すなわち脈動に起因する脈波のピーク位置を避けた位置の脈動性信号から外部圧力信号を分離することが好ましい。
The sample
そこで、信号分離部71では、第1センサ41からの脈動性信号をサンプルホールド623においてホールドし、PLL621に入力される信号補正部72によって取り出された脈動性容積信号、脈動性速度信号、及び脈動性加速度信号のうちの1つの信号を元にして、脈波信号のピークを避けた位置にて信号を入力し、さらにタイミング発生部622を利用して外部刺激供給源31から外部刺激信号が発せられたタイミングの脈動性信号を取得する。これにより、外部刺激信号の影響を受けた検体91における血管93の脈動性信号から、外部刺激信号に応じて発生する外部圧力信号を分離することができる。
Therefore, in the
[1−3.検体情報処理装置の動作]
図10〜12に示すフローチャートに従って、本発明の第一実施形態にかかる検体情報処理装置1の動作を説明する。
図4に示す機能構成を有する本発明の第一実施形態にかかる検体情報処理装置1の動作は、図10、11のフローチャートに示すように表わされる。
[1-3. Operation of specimen information processing apparatus]
The operation of the sample
The operation of the sample
図10に示すように、検体情報検出ユニット11の第1センサ41によって脈動性信号を検出する(ステップS11)。次に、信号処理部61の信号分離部71は、検体情報検出ユニット11の第1センサ41によって検出された脈動性信号出力について、外部圧力信号の分離処理を施し(ステップS12)、脈動性信号に含まれる外部圧力信号を分離する(ステップS13)。
As shown in FIG. 10, a pulsation signal is detected by the
また、図11に示すように、検体情報検出ユニット11の第1センサ41によって脈動性信号を検出(ステップS21)する。次に、信号処理部61の信号補正部72は、検体情報検出ユニット11の第1センサ41によって検出された脈動性信号出力について、周波数補正処理を施し(ステップS22)、脈動性容積信号、脈動性速度信号、及び脈動性加速度信号のうちの一つの信号を取り出す(ステップS23)
Moreover, as shown in FIG. 11, a pulsation signal is detected by the
図5に示す機能構成を有する本発明の第一実施形態にかかる検体情報処理装置1の動作は、図12のフローチャートに示すように表わされる。
The operation of the sample
図12に示すように、検体情報検出ユニット11の第1センサ41によって脈動性信号を検出する(ステップS31)。次に、信号処理部61の信号補正部72は、検体情報検出ユニット11の第1センサ41によって検出された脈動性信号出力について、周波数補正処理を施し(ステップS32)、脈動性容積信号、脈動性速度信号、及び脈動性加速度信号のうちの一つの信号を取り出す(ステップS33)。これら脈動性容積信号、脈動性速度信号、及び脈動性加速度信号のうちの一つの信号について外部圧力信号の分離処理を施し(ステップS34)、脈動性信号に含まれる外部圧力信号を分離する(ステップS35)。
As shown in FIG. 12, a pulsation signal is detected by the
[1−4.第一実施形態にかかる検体情報処理装置の効果]
本発明の第一実施形態にかかる検体情報処理装置1によれば、筐体部21における外部刺激供給源31からの外部刺激信号による影響を回避しうる部位に、第1センサ41が設けられていることにより、外部刺激信号による第1センサ41への影響を避けて、外部刺激信号の影響を受けた検体91における血管93の脈動性信号を検出することができる。
[1-4. Effects of the sample information processing apparatus according to the first embodiment]
According to the sample
また、第一実施形態にかかる検体情報処理装置1によれば、検体情報処理装置1の開口部22が血管93の上に位置して装着されることで、第1センサ41の圧力情報の取込部42が血管93の直上になくとも、血管の脈動性信号の検出を行い、また、外部圧力信号を分離することができる。すなわち第1センサ41と血管93の位置関係の正確さを要求しない仕組みを持つ検体情報処理装置1を提供することができる。
Further, according to the sample
また、第一実施形態にかかる本検体情報処理装置1は脈動性信号の検出に際して、開口部22を検体91に対向させることで、第1センサ41と検体91の皮膚92との間に空洞23がクローズドキャビティを形成する。本検体情報処理装置1は開口部22の口径を所定の大きさにを限定しているため、開口部22が受けとる圧力情報の範囲が限定され、本検体情報処理装置1の圧力センサとしてのセンシング範囲が狭く限定される。これにより、圧電素子やマイクロホン等の他のセンサを用いて開放系でセンシングする場合に比して高い指向性(あるいは空間分解能)を持つ検体情報処理装置1を提供することができる。
Further, when detecting the pulsation signal, the sample
また、第一実施形態にかかる本検体情報処理装置1の指向性を利用して、血管93から近い位置で脈動性信号を検出することにより、脈動性信号のS/N比及び感度を向上させることができる。
Further, the S / N ratio and sensitivity of the pulsation signal are improved by detecting the pulsation signal at a position close to the
さらに、第一実施形態にかかる本検体情報処理装置1によれば、外部刺激信号の影響を受けた検体91における血管93の脈動性信号から、信号分離部71によって外部刺激信号に応じて発生する外部圧力信号を分離することができ、信号補正部72によって少なくとも脈動性容積信号、脈動性速度信号および脈動性加速度信号のうちの1つの信号を取り出すことができる。
Furthermore, according to the sample
通常、血管93の脈動性信号の大きさは、外部圧力信号よりも大きいことが知られており、第1センサ41により検出した脈動性信号そのままでは、外部圧力信号が脈動性信号に隠れてしまうため、十分な精度での解析を行うことが困難である。本装置は、上記の構成により、信号分離部71によって外部刺激信号に応じて発生する外部圧力信号を分離することで、強度の微弱な血管93からの外部圧力信号であっても、脈波の影響を受けずに高精度に脈動性信号から分離することが可能となる。
Usually, it is known that the magnitude of the pulsation signal of the
また、第一実施形態にかかる検体情報処理装置1によれば、外部圧力信号を分離し、少なくとも脈動性容積信号、脈動性速度信号および脈動性加速度信号のうちの1つの信号とを取り出すことによって、外部圧力信号と、脈波波形とを同時に且つ簡便に得ることが可能となり、検体91の状態の診断に役立てることができる。
Moreover, according to the sample
[2.ECM及びMEMS−ECMについて]
本検体情報処理装置1の第1センサ41に用いられるセンサに関して、まずはマイクロホンのクローズドキャビティと周波数応答との関係についてについて説明し、次に、ECM及びMEMS−ECM、並びにこれらを用いた脈動性信号の検出、周波数特性、及び周波数補正処理について説明する。
[2. About ECM and MEMS-ECM]
Regarding the sensor used for the
[2−1.クローズドキャビティと周波数応答]
本検体情報処理装置1は、血管93の脈動性信号の振動を第1センサ41によって開放状態(開放系)で測定を行うのではなく、第1センサ41と振動源との関係において、第1センサ41の空気室44と連通する空洞23が閉鎖された空間構造(クロ−ズドキャビティ)を形成するようにして測定した状態、すなわち第1センサ41と振動源とをクローズの状態にして測定する。
このことを説明するために、センサ(マイクロホン)の開放状態とクローズの状態での周波数応答の相違について説明する。
[2-1. Closed cavity and frequency response]
The present sample
In order to explain this, the difference in frequency response between the open state and the closed state of the sensor (microphone) will be described.
検体91における血管93の脈動性信号を検出するにあたって、検体91のどこからでも、心臓の動きに端を発する振動を捉えることはできる。しかし、その動きの振幅はきわめて小さく、単にマイクロホン等の圧力を感知できるものを人体の近くに配置しても、心臓の動きに端を発する振動を検出することは困難である。それはセンサを開放状態にした場合では、音の放射の原理でいったん空間に放射された振動は、図19に示すように、その素子の固有周波数f0においてレスポンスがピークとなり、固有周波数f0よりも高周波数領域では定出力となるが、低周波数領域に向けていわゆる−40dB/decのカーブをたどり、心臓の動きの基本周波数のところではきわめて微少な信号になっている周波数応答を示すためである。小型の音響機器では固有周波数は数kHzであるとされており、心臓の動き等の1Hz付近では高い周波数に対する振幅に対して−120dB以下に信号が減衰することになり、レスポンスが低く十分な感度で測定を行うことが困難である。図19で何本ものトレースがあるのはいわゆるダンピングファクターの差であり、横軸のfoの位置が固有周波数を意味する。
In detecting the pulsation signal of the
一方で、この振動を感知する素子(センサ)の先端に閉じた空間を作り上げてクローズの状態にすることで、周波数特性は一変し図20のようになる。図20における複数のトレースの存在は先に説明したとおり、いわゆるダンピングファクターの差である。図20からは、クロ−ズドキャビティ形成時には、低周波領域の信号を感度よく測定可能であることが分かる。これは図19の開放状態の周波数応答と比較すると、1Hz付近の心臓の振動であっても、固有周波数f0付近の振動と同ゲインで正しい振幅で検出できることを意味している。このことは振動を音響エネルギーとして空気中に放出するのではなく、閉じた空間の圧力変化に変換しているためであると考えられる。 On the other hand, by creating a closed space at the tip of the element (sensor) that senses this vibration and bringing it into a closed state, the frequency characteristics are completely changed as shown in FIG. The presence of a plurality of traces in FIG. 20 is a so-called damping factor difference as described above. From FIG. 20, it can be seen that the signal in the low frequency region can be measured with high sensitivity when the closed cavity is formed. This means that even the heart vibration near 1 Hz can be detected with the same amplitude and with the same amplitude as the vibration near the natural frequency f 0 compared with the frequency response in the open state in FIG. This is considered to be because vibration is not emitted into the air as acoustic energy but is converted into a pressure change in a closed space.
上述のとおり、センサ(ECM)をクロ−ズドキャビティを形成するようにして、クローズの状態にして測定することで、低周波数領域の周波数応答を向上させることができる。 As described above, the frequency response in the low frequency region can be improved by measuring the sensor (ECM) in a closed state so as to form a closed cavity.
すなわち、本装置では、従来測定が困難であった、1Hz付近の検体91における血管93の脈動性信号に起因する圧力情報を受けて、検体91における血管93の脈動性信号を感度良く検出することができ、さらには1Hz付近の脈動性信号から検体91の呼吸信号を抽出することができるものである。
That is, in this apparatus, pressure information resulting from the pulsation signal of the
[2−2.ECMについて]
上述したような閉じた空間(空洞)の圧力変化として、微少振動を検出するときに最も身近なものはマイクロホンである。その中でも、ECM(electret condenser microphone、エレクトレットコンデンサーマイクロホン)は、この用途には特に適したものである。ECMは携帯電話等への応用が進み、小型化、安定化は言うまでも無く、大量生産による入手しやすさが魅力である。
ECMはエレクトレット膜をコンデンサーマイクロホンの振動膜あるいは固定電極に融着させ、高感度・低電圧駆動を実現させた小型マイクロホンである。
[2-2. About ECM]
As a pressure change in a closed space (cavity) as described above, a microphone is the most familiar when detecting minute vibrations. Among them, ECM (electret condenser microphone) is particularly suitable for this application. ECM is increasingly applied to mobile phones and the like, not to mention miniaturization and stabilization, but is easy to obtain by mass production.
The ECM is a small microphone that realizes high sensitivity and low voltage drive by fusing an electret film to the diaphragm or fixed electrode of a condenser microphone.
図21に示すように、ECM201の筐体208は、外部と連通し窓のような形状からなる空気穴202を有しており、筐体208の内部の内部の空間である空気室205に、空気穴202に面したダイヤフラム203とバックプレート204とが対向して設けられている。ここでは、ダイヤフラム203としてエレクトレット膜を用いている。ダイヤフラム203及びバックプレート204には図示するように電極206が取り付けてあり、バックプレート204が固定電極となり、ここから信号を電圧の変化として検出することができ、ダイヤフラム203とバックプレート204との間のキャパシタンス(静電容量)を測定することができるようになっている。また、低インピーダンスで信号を取り出すために、電界効果トランジスタやCMOS系のICがインピーダンス変換素子として用いられる。空気穴202の口径は空気的な周波数特性の調整に用いられるが、おおむね筐体208における空気穴を有する側の径の1/3程度である。例えば、一般的な6mm径のECMの場合、空気穴の口径は2mmほどである。また、この空気穴はひとつの穴でなく、さらに小さな空気穴を複数持つものも市販されている。
As shown in FIG. 21, the housing 208 of the
振動源から振動が発生した場合、空気穴202を通じて伝わる空気室205の空気の振動がダイヤフラム203を押す力となって働き、ダイヤフラム203とバックプレート204との距離が変化することによりキャパシタンス(静電容量)の変化が生じる。 When vibration is generated from the vibration source, the vibration of the air in the air chamber 205 transmitted through the air hole 202 acts as a force pushing the diaphragm 203, and the distance between the diaphragm 203 and the back plate 204 changes to change the capacitance (electrostatic capacity). (Capacity) changes.
ECM201ではダイヤフラム203とバックプレート204との間に一定の電荷(Q)を、動作時は常に付加し動作させる。さらにダイヤフラム203とバックプレート204との間の距離を(d)、これらの面積を同じとして(S)とすると、このECM201の静電容量(C)は次の式(1)で定義できる。
C∝S/d (1)
(上記(1)式において、∝は比例を意味する。)
The
C∝S / d (1)
(In the above equation (1), ∝ means proportionality.)
一方、電磁気学から
Q=C×V (2)
上記式(2)の関係が成り立つので、これらの式から、ECM201から検出される電圧(V)は、下記式(3)で表わされる。
V∝Q×d/S (3)
On the other hand, from electromagnetism, Q = C × V (2)
Since the relationship of the above equation (2) is established, the voltage (V) detected from the
V ∝ Q x d / S (3)
式(3)から明らかなように、電荷(Q)と面積(S)は空気圧で変化することは無い定数のため、電圧(V)はダイヤフラム203とバックプレート204の距離(d)に比例することになり、図21の空気穴202から入ってくる空気振動は電圧Vの形で検出できることになる。 As is clear from the equation (3), since the charge (Q) and the area (S) are constants that do not change with air pressure, the voltage (V) is proportional to the distance (d) between the diaphragm 203 and the back plate 204. In other words, air vibrations entering from the air holes 202 in FIG. 21 can be detected in the form of voltage V.
このようにして静電容量変化を電圧に変換することで、振動を測定することができる。検体91における血管93の脈動性信号に起因する圧力情報も、血管93の脈動性信号が検体91の皮膚92に伝わり、皮膚92の振動が空洞23内の空気を振動させることで、脈動性信号として検出することができる。
In this way, vibration can be measured by converting the capacitance change into voltage. The pressure information resulting from the pulsation signal of the
図21では、空気穴202にダイアフラム203が対向している構成を挙げたが、ダイヤフラム203とバックプレート204は空気穴202に対して逆向きに設けても良い。即ち、空気穴202に面したバックプレート204とダイヤフラム203とを対向して設けても良い。 In FIG. 21, the configuration in which the diaphragm 203 is opposed to the air hole 202 is described. However, the diaphragm 203 and the back plate 204 may be provided in the opposite direction with respect to the air hole 202. That is, the back plate 204 facing the air hole 202 and the diaphragm 203 may be provided to face each other.
ここではダイヤフラムとしてエレクレット膜を用いている構成を説明したが、ダイヤフラムに外部から直流電圧をかける方式のECMも本発明に用いることができる。 Here, the configuration in which the electret film is used as the diaphragm has been described. However, an ECM in which a DC voltage is applied to the diaphragm from the outside can also be used in the present invention.
[2−3.MEMS−ECMについて]
近年、ECMは小型化の要求からダイヤフラムに半導体プロセスによるシリコン性のダイヤフラムを用いることが多くなっている。このようなECMをMEMS(microelectromechanical system)−ECMという。
[2-3. About MEMS-ECM]
In recent years, ECM is increasingly using a silicon-based diaphragm produced by a semiconductor process as a diaphragm due to a demand for miniaturization. Such an ECM is referred to as a MEMS (microelectromechanical system) -ECM.
MEMS−ECMは半導体プロセスによりサブμmオーダーの加工・成膜技術により立体的に微細加工を施した超小型のECMであり、一般に“シリコンマイクロホン”とも呼ばれる。MEMS−ECMは、原理的にはECMと同一であるが、ECMよりもサイズが小さく、空間を用いて周波数特性を調整するため、空気穴(音孔ともいう)のサイズは直径1mmに満たないのが普通である。MEMS−ECMは感度・S/N・周波数特性ともに、通常のECMと比して遜色はなく、品質のばらつきも小さいことが知られている。 The MEMS-ECM is an ultra-compact ECM that is three-dimensionally finely processed by sub-μm order processing / film formation technology by a semiconductor process, and is generally called a “silicon microphone”. MEMS-ECM is in principle the same as ECM, but is smaller than ECM and adjusts frequency characteristics using space, so the size of air holes (also called sound holes) is less than 1 mm in diameter. Is normal. It is known that MEMS-ECM is not inferior to ordinary ECM and has less variation in quality in terms of sensitivity, S / N, and frequency characteristics.
図22に示すように、MEMS−ECM211は、ダイヤフラムとバックプレートを備えるMEMSチップ212とCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor;相補型金属酸化膜半導体)チップ213が設けられ、ワイヤボンディング214で接続された構成となっている。
As shown in FIG. 22, the MEMS-
図23に示すように、MEMS−ECM211はMEMS−ECM内部の空間である空気室223に面したダイヤフラム221とバックプレート222が対向して設けられ、ダイヤフラム221とバックプレート222との間のキャパシタンス(静電容量)を測定することができるようになっている。ECMと同様に、振動源から振動が発生した場合、外部と連通する図示しない空気穴(音孔)を通じて伝わる空気室223の空気の振動がダイヤフラム221を振動させ、ダイヤフラム221とバックプレート222との距離が変化することによりキャパシタンス(容量)の変化が生じる。この容量変化を電圧に変換することで、振動を測定することができる。なお、ダイヤフラム221とバックプレート222は空気穴(音孔)に対してどちらが対向するように設けても構わない。即ち、空気穴(音孔)に面したダイヤフラム221にバックプレート222を対向して設けても良く、空気穴(音孔)に面したバックプレート222にダイヤフラム221を対向して設けても良い。
As shown in FIG. 23, the MEMS-
図24に示すように、MEMS−ECMは、MEMSチップ部231と、CMOSチップ部234とからなる。図24の等価回路にあるようにインピーダンス変換と増幅のためにCMOS構造のアンプを包含しているため、MEMSチップ部231のダイアフラム232とバックプレート233において生じた電圧の変化は、CMOSチップ部234のバッファ236を介し、更には増幅器235で増幅されて出力されるようになっている。
As shown in FIG. 24, the MEMS-ECM includes a
[2−4.クローズドキャビティの形成と脈動性信号の検出]
これらのECMあるいはMEMS−ECM(シリコンマイクということもある)を用いて、心臓に起因する血管の振動(脈動性信号)を捕らえようとするとき、これらのマイクを図20のような周波数特性で、空洞が形成する閉じた空間(クローズドキャビティ)の圧力変化として検出することが望ましい。そのためには、例えばこれらを直接人体の皮膚に押し付けてしまえばよい。この場合、空気穴とダイヤフラムの間で空間が閉じられるために図20のような周波数特性で信号が検出できるとも考えられる。
[2-4. Closed cavity formation and pulsation signal detection]
When these ECMs or MEMS-ECMs (sometimes referred to as silicon microphones) are used to capture blood vessel vibrations (pulsation signals) caused by the heart, these microphones have frequency characteristics as shown in FIG. It is desirable to detect the pressure change in a closed space (closed cavity) formed by the cavity. For this purpose, for example, they may be pressed directly against the skin of the human body. In this case, since the space is closed between the air hole and the diaphragm, it is considered that the signal can be detected with the frequency characteristics as shown in FIG.
しかしながら、実際には、ECMあるいはMEMS−ECMを直接検体91に押し付けても、所望の信号をなかなか得ることができない。最大の原因は、空気穴の径が小さすぎることにあると考えられる。例えば、空気穴の径が2mmのECMでは血管の真上に空気穴が来たときにだけ信号が検出できた。一方で、MEMS−ECMでは空気穴(音孔)の径が血管より細いためか、ほとんど信号の検出が出来なかった。これは、検体91とセンサとの間に開口部22と空洞23を有するセンサ取付部を設けない場合には、ECM又はMEMS−ECMの圧力情報の取込部(空気穴、音孔)42の直下にある血管の脈動性信号を検出できるという特性が影響しているものと考えられる。また、検体91の皮膚組織の柔らかさなどにより圧力情報の取込部42から皮膚組織等が進入し、圧力情報の取込部42が塞がれることも影響しているものと考えられる。
However, actually, even if ECM or MEMS-ECM is directly pressed against the
そこで、本検体情報処理装置1では、O−リング24を用いて開口部22と空洞23を有する筐体部21を設け、クローズドキャビティの形成を行ない、空洞23と第1センサ41の圧力情報の取込部42と空気室44を連通させることで、開口部22の範囲内にある低周波の血管93の脈動性信号の検出を可能にしている。
Therefore, in the sample
[2−5.ECM及びMEMS−ECMの周波数特性について]
現在の普通のECMやMEMS−ECM等に共通の特性として、風除けの対策が施されていることが挙げられる。携帯電話等のマイクでは、風が強いときの風音、あるいは、使用者が咳き込んだとき(吹かれ)などの急な圧力変化に反応しないように、ダイヤフラムに小さな穴(数十μm)の穴が開けられている。これにより、周波数特性的には低周波分の減衰を招くことになる。遅い空気の流れはこの小さなダイヤフラムの穴を抜けることを考えれば理解しやすい。
[2-5. Frequency characteristics of ECM and MEMS-ECM]
A common characteristic of current ordinary ECM, MEMS-ECM, and the like is that measures against windbreaks are taken. Microphones such as mobile phones have small holes (several tens of μm) in the diaphragm so that they do not react to wind noise when the wind is strong or sudden pressure changes such as when the user coughs (blows). Is opened. As a result, attenuation in the low frequency is caused in terms of frequency characteristics. Slow air flow is easy to understand given that it passes through the hole in this small diaphragm.
なお、半導体プロセスによりダイヤフラムの穴が形成されるMEMS−ECMでは、穴の形成を安定して同品質で行うことが可能であり、ECMと比較するとMEMS−ECM毎の個体間において周波数応答が安定していることが知られている。 In addition, in MEMS-ECM in which diaphragm holes are formed by a semiconductor process, holes can be stably formed with the same quality, and the frequency response is more stable between individuals for each MEMS-ECM compared to ECM. It is known that
低周波領域の感度低下は、可聴音域(20Hz〜)を対象とする通常のマイクロホンの使い方においては風音や吹かれを防止する上で効果的である。しかしながら、本検体情報処理装置1において検出したい脈波の中心周波数は約1Hzであり、呼吸信号の周波数も数Hzオーダーの領域において顕著に現れるため、この低周波領域の感度低下は検出に影響することが考えられる。
そこで、MEMS−ECMを用いた周波数特性の検証について説明する。
The sensitivity reduction in the low frequency region is effective in preventing wind noise and blowing in the normal use of the microphone for the audible sound region (20 Hz to). However, since the center frequency of the pulse wave to be detected in the present sample
Therefore, verification of frequency characteristics using MEMS-ECM will be described.
上述の通り、本検体情報処理装置1では、脈動性信号の検出及び呼吸信号の抽出を目的とするため1Hzを含む低周波領域における周波数特性を検証する必要がある。周波数特性の検証は、図25に示す構成の機器を用いて行った。
As described above, in this sample
スピーカー403はダイナミック型スピーカーを用い、振動板を取り去り、スピーカーのボイスコイルを残して動く状態にしたままコーン紙を取り除き(Exciterともいう)、その部分にゴムシートを貼り付けてある。このスピーカー403のゴムシートに、Cavityの口径を拡大した周波数特性を検査される(被検)MEMS−ECM405とを向かい合うように圧着して、空気室結合404を形成した。
As the
この状態で、FFTアナライザ401(CF−7200、株式会社小野測器)を低周波信号発生器に用いて0.125〜100Hzの範囲の正弦波掃引によりにより各周波数の信号を出力し、信号をDCパワーアンプ402に入力して増幅を行った。この増幅後の信号を入力1としてFFTアナライザに入力している。
In this state, an FFT analyzer 401 (CF-7200, Ono Sokki Co., Ltd.) is used as a low frequency signal generator to output signals of each frequency by sine wave sweep in the range of 0.125 to 100 Hz. The signal was input to the
さらに、低周波信号発生器401から発生させた低周波信号でスピーカー403のボイスコイルを駆動することで、スピーカ403からの信号はゴムシートを信号どおりに上下することとなり、振動を感知した被検MEMS−ECM405により生じた信号を、必要に応じて周波数補償回路406に周波数補正を行った信号407(容積脈波信号、速度脈波信号、加速度脈波信号)を入力2としてFFTアナライザに入力した。なお、周波数補償回路406では、後述する周波数補正と同様の処理を行っている。すなわち、被検MEMS−ECM405により生じた信号を積分したものが容積脈波信号、被検MEMS−ECM405により生じた信号を増幅したものが速度脈波信号、被検MEMS−ECM405により生じた信号を微分したものが加速度脈波信号として得られる。
Furthermore, by driving the voice coil of the
駆動している低周波信号発生器の信号(入力1)と、入力2との振幅と位相特性について、0.125〜100Hzの範囲において掃引した各周波数において(入力2/入力1)の値を128回加算し、これを平均化することで、各周波数におけるMEMS−ECMの低周波特性をの測定と検証を行った。
上述の周波数特性の測定法により、横軸に周波数(Hz)、縦軸に振幅(dB)をとることで、低周波の周波数特性の検証結果は図26のように表わされる。
Regarding the amplitude and phase characteristics of the signal (input 1) and the
By taking the frequency (Hz) on the horizontal axis and the amplitude (dB) on the vertical axis by the frequency characteristic measurement method described above, the verification result of the low frequency frequency characteristic is expressed as shown in FIG.
図26に示すように、検証に用いられたMEMS−ECMの周波数特性は、低周波に向かって、20dB/decの感度低下が認められた。心臓の動きに関するものであれば脈拍は普通1Hz(脈拍が一分間で60の場合)程度なので、これは本来の検出すべき信号の微分特性を示すものといえる。また、100Hz付近に1つの極を持つ微分回路と等価であるといえる。 As shown in FIG. 26, in the frequency characteristics of the MEMS-ECM used for verification, a sensitivity decrease of 20 dB / dec was recognized toward the low frequency. If it is related to the motion of the heart, the pulse is usually about 1 Hz (when the pulse is 60 per minute), so this can be said to indicate the differential characteristic of the signal to be detected originally. It can also be said to be equivalent to a differential circuit having one pole in the vicinity of 100 Hz.
この時、容積変化などの信号を検出すべき信号とすると、MEMS−ECMで脈波を計測する場合、対象とする周波数帯域(およそ0.5〜10Hz)において、単純な微分回路であって、その計測波形は通常の脈波の微分である速度成分を示すことになり、“速度脈波”であると考えることができる。
また、よく血管の状況を判断するのに用いられる加速度脈波はこの速度脈波をさらに時間微分したものである。
At this time, assuming that a signal such as volume change is to be detected, when measuring a pulse wave with MEMS-ECM, in a target frequency band (approximately 0.5 to 10 Hz), The measured waveform shows a velocity component that is a differential of a normal pulse wave, and can be considered as a “velocity pulse wave”.
The acceleration pulse wave that is often used to determine the state of the blood vessel is a time derivative of this velocity pulse wave.
[2−6.周波数補正処理について]
<周波数補正処理>
次に、脈動性信号出力についての周波数補正処理について説明する。
周波数補正処理とは、検体情報検出装置の第1センサ41からの脈動性信号出力について、少なくとも脈動性容積信号、脈動性速度信号、及び脈動性加速度信号のうちの1つの信号を取り出す補正処理をいう。
[2-6. About frequency correction processing]
<Frequency correction processing>
Next, frequency correction processing for pulsation signal output will be described.
The frequency correction process is a correction process for extracting at least one of a pulsating volume signal, a pulsating velocity signal, and a pulsating acceleration signal with respect to the pulsating signal output from the
図26のような応答を示すMEMS−ECMの出力(測定データ)は、速度脈波として得られるため、周波数補正を行わない場合には、速度脈波を得ることができる。
MEMS−ECMの出力から脈波、そして加速度脈波を得るには図27に示すような周波数応答をする電気回路を通過させる周波数補正処理を適用すればよい。
Since the output (measurement data) of the MEMS-ECM showing the response as shown in FIG. 26 is obtained as a velocity pulse wave, the velocity pulse wave can be obtained when frequency correction is not performed.
In order to obtain a pulse wave and an acceleration pulse wave from the output of the MEMS-ECM, a frequency correction process for passing through an electric circuit having a frequency response as shown in FIG. 27 may be applied.
すなわち、MEMS−ECMの出力に対して超低周波域から100Hzまで−20dB/decでその後はフラットなカーブを通過させれば(容積)脈波が得られ、MEMS−ECMの出力に対して超低域から100Hzまで20dB/decで上昇し、その後フラットな電気回路を通せば加速度脈波が得られることになる。また、MEMS−ECMの出力に対して補正処理を行わない場合には、速度脈波が得られる。この様な回路を通過させた後のトータルな周波数特性は図29のようになった。 In other words, if the MEMS-ECM output passes through a flat curve at -20 dB / dec from an extremely low frequency range to 100 Hz, a (volume) pulse wave can be obtained, and the MEMS-ECM output exceeds the output of the MEMS-ECM. If it rises at 20 dB / dec from low frequency to 100 Hz and then passes through a flat electric circuit, an acceleration pulse wave can be obtained. Further, when the correction process is not performed on the output of the MEMS-ECM, a velocity pulse wave is obtained. The total frequency characteristic after passing through such a circuit is as shown in FIG.
図29において、Aは速度脈波の周波数特性を示し、Bは容積脈波の周波数特性を示し、Cは加速度脈波の周波数特性を示す。
図29に示すこれらの加速度脈波、速度脈波、容積脈波は、周波数が高くなるにつれて40dB/dec、20dB/dec、0dB/decでゲインが上昇している。脈波の周波数付近ではそれぞれ、加速度脈波、速度脈波、そして脈波を発生する周波数特性となっている。
In FIG. 29, A shows the frequency characteristic of the velocity pulse wave, B shows the frequency characteristic of the volume pulse wave, and C shows the frequency characteristic of the acceleration pulse wave.
These acceleration pulse waves, velocity pulse waves, and volume pulse waves shown in FIG. 29 increase in gain at 40 dB / dec, 20 dB / dec, and 0 dB / dec as the frequency increases. In the vicinity of the frequency of the pulse wave, the acceleration pulse wave, the velocity pulse wave, and the frequency characteristics that generate the pulse wave are obtained.
この周波数補正処理は、速度脈波について、100Hz以下を微分回路で補償する(微分する)ことにより加速度脈波を得ることができ、また、速度脈波について、100Hz以下を積分回路で補償する(積分する)ことにより容積脈波を得ることができる処理と同等の処理を行うものである。また、周波数補正処理では、必要に応じて増幅動作を行っても良い。 In this frequency correction process, an acceleration pulse wave can be obtained by compensating (differentiating) 100 Hz or less for the velocity pulse wave with a differentiation circuit, and 100 Hz or less for the velocity pulse wave is compensated for by an integration circuit ( The processing equivalent to the processing capable of obtaining the volume pulse wave by performing integration) is performed. In the frequency correction process, an amplification operation may be performed as necessary.
また、周波数補正処理とは、脈波の周波数1Hzに対して、微分動作を行うことで加速度脈波を得て、積分動作を行うことで容積脈波を得て、増幅動作を行うことで速度脈波を得る処理であるということもできる。
このような周波数補正を施す回路をアナログ回路で表すと、図28のように構成することができる。
図28において、符号Aで示す部分は増幅動作回路部分であり、符号Bで示す部分は積分動作回路部分であり、符号Cで示す部分は微分動作回路部分である。
Further, the frequency correction processing is to obtain an acceleration pulse wave by performing a differentiation operation on a frequency of 1 Hz of a pulse wave, obtain a volume pulse wave by performing an integration operation, and perform an amplification operation to obtain a speed. It can also be said that it is a process for obtaining a pulse wave.
When a circuit for performing such frequency correction is represented by an analog circuit, it can be configured as shown in FIG.
In FIG. 28, the part indicated by reference sign A is an amplification operation circuit part, the part indicated by reference sign B is an integration operation circuit part, and the part indicated by reference sign C is a differential operation circuit part.
<周波数補正処理と脈波波形>
手首橈骨に、開口部22の口径を拡げて空洞23がクロ−ズドキャビティを形成するようにMEMS−ECMを当てて観測したの脈波の波形が図30である。測定により得られた速度脈波(測定データ)の波形は図30(b)のように表わされる。この速度脈波を上述した積分回路での補償により得られる容積脈波は、図30(a)のように表わされる。速度脈波を上述した微分回路での補償により得られる加速度脈波は、図30(c)のように表わされる。
<Frequency correction processing and pulse waveform>
FIG. 30 shows the waveform of a pulse wave observed by applying MEMS-ECM to the wrist rib so that the diameter of the
容積脈波、速度脈波、及び加速度脈波の波形は東洋医学を含むいろいろな分野でヘルスケアや疾病の診断に用いられている。一例として、圧電素子を用いて頚動脈の脈波を測定した容積脈波の波形は図31(a)のように表わされる。また速度脈波は図31(b)のように表わされる。また、加速度脈波は図31(c)のように表わされる。 The waveforms of volume pulse velocity, velocity pulse wave, and acceleration pulse wave are used for health care and diagnosis of diseases in various fields including Oriental medicine. As an example, the waveform of the volume pulse wave obtained by measuring the pulse wave of the carotid artery using a piezoelectric element is represented as shown in FIG. The velocity pulse wave is expressed as shown in FIG. The acceleration pulse wave is represented as shown in FIG.
図30(c)及び図31(c)のピークにa〜eの符号を付して示したように、加速度脈波を特徴付けるa〜eのピーク(a波〜e波)が得られる。これらのうちb波とd波の相対的な振幅は心臓血管系の疾患との関連性や年齢・血圧の推定などに用いられ、臨床的に重要視されるファクターである。このb−d波は心臓からの駆出波(Percussion Wave、以下、「PW」ともいう)および血管障壁等からの反射波(Tidal Wave、以下、「TW」ともいう)の合成の様態に由来し、ちょうど容積脈波においては図30(a)におけるPWとTWで示した箇所のくびれの形状により大きく異なる。 As shown in FIGS. 30 (c) and 31 (c), the peaks of a to e (a wave to e wave) characterizing the acceleration pulse wave are obtained. Among these, the relative amplitudes of the b-wave and d-wave are used for estimation of the relationship with the cardiovascular disease, age and blood pressure, and the like, and are factors that are clinically important. This b-d wave is derived from the manner of synthesis of ejection waves from the heart (Percussion Wave, hereinafter also referred to as “PW”) and reflected waves from vascular barriers (Tidal Wave, hereinafter also referred to as “TW”). However, the volume pulse wave is greatly different depending on the shape of the constriction at the portion indicated by PW and TW in FIG.
図30と図31の波形の比較から、MEMS−ECMを用いて脈波の測定を行うことにより、観察された容積脈波(図30(a))は、S/N比が改善されることでPWとTWにより形成されるギャップが強調されており、また、加速度脈波(図30(c))においても顕著なピークを形成していることがわかる。 From the comparison of the waveforms of FIG. 30 and FIG. 31, the S / N ratio of the observed volume pulse wave (FIG. 30A) is improved by measuring the pulse wave using MEMS-ECM. It can be seen that the gap formed by PW and TW is emphasized, and that a significant peak is also formed in the acceleration pulse wave (FIG. 30C).
本発明の検体情報処理装置1によれば、空洞23がクロ−ズドキャビティを形成することと、第1センサ41としてECM又はMEMS−ECMを用いることにより、従来よりも低周波領域における脈動性信号のS/N比が大きく改善され、より明瞭な脈波を得ることができる。
According to the sample
[3.血管位置の検出と通知について]
<血管位置の検出>
検体情報検出ユニット11を検体91に対向させて設置して、検体情報処理装置1の検体91上の位置を変えながら皮膚92の表面で脈動性信号の検出を行なう。このとき、波形表示器82により表示される脈動性信号の波形を確認することで、検体情報検出ユニット11の位置の変化に伴う検体情報検出ユニット11の第1センサ41からの出力レベルを検出することができる。さらに、検体情報検出ユニット11の第1センサ41からの心拍(脈動性信号)が強く検出された位置(出力レベルとしての脈波波形の振幅が大きく検出された位置)をプロットすることを繰り返すことで、血管93の位置を追跡することができる。図34は、左手の手のひらに検体情報処理装置1の検体情報検出ユニット11を当てて、脈波の速度成分が少しでも検出できる位置を探し、その近辺で検体情報検出ユニット11を少しずつずらしていき、速度脈波の振幅(脈動性信号の出力レベル)が一番大きくなるところをプロットしたものである。
[3. About detection and notification of blood vessel position]
<Detection of blood vessel position>
The specimen
左手の手のひらにおいて動脈が存在することが知られており、動脈の分布についての知見が得られている。この動脈の分布と図34のプロットの分布とを比較すると、図34のプロットは動脈の分布と一致しており、図34のプロットにより動脈が追跡できていることが分かる。図34に示すプロットでは、断続的にプロットが得られており動脈を完全にはトレースしきれていないものの、ECMを第1センサ41に用いた本検体情報処理装置1により、血管分布のような2次元マップを作成することができる。
It is known that an artery exists in the palm of the left hand, and knowledge about the distribution of the artery is obtained. Comparing the distribution of this artery with the distribution of the plot of FIG. 34, the plot of FIG. 34 matches the distribution of the artery, and it can be seen that the artery can be traced by the plot of FIG. In the plot shown in FIG. 34, although the plot is intermittently obtained and the artery is not completely traced, the present sample
なお、第1センサ41からの出力レベルとしては、上述のように、波形表示器82により表示される脈動性信号の脈波波形の振幅を用いることができる。脈動性信号としては、容積脈波、速度脈波、または加速度脈波のいずれを用いてもよい。または、コンピュータ81において、信号処理部61から入力された脈動性信号を処理して、脈動性信号の強さを検体情報処理装置1の位置の変化に伴う経時的な値として数値化することで脈動性信号の出力レベルとして比較するようにしてもよい。
As the output level from the
<血管位置の通知>
上述したように、本検体情報処理装置1を用いることで、検体情報処理装置1の指向性を利用して、検体情報検出ユニット11の移動に伴って変化する、第1センサ41の出力レベルを検出し、その出力レベルの変化に基づいて検体91の皮膚92の表面において動脈血管の位置を追跡することができる。
<Notice of blood vessel position>
As described above, by using the sample
次に、本検体情報処理装置1の、この特性を利用して、本検体情報処理装置1による脈動性信号の検出の際に血管位置を通知し、適正な検出位置で本装置の装着と測定を行うことを可能にする装置について説明する
Next, using this characteristic of the sample
このような血管位置の通知を行う検体情報処理装置1は、レベル検出部と、レベル表示部とをそなえ、レベル表示部が検体情報検出ユニット11に設けられていることにより構成することができる。
レベル検出部は、検体情報検出ユニット11の移動に伴って変化する第1センサ41からの出力レベルを検出するものである。
レベル表示部は、レベル検出部での検出結果に基づいて出力レベル変化情報を表示するものである。レベル表示部は本検体情報処理装置1における視認しやすい箇所、例えば本装置を検体91に装着したときに、本装置の上面となる部位に設けることが好ましい。
The sample
The level detection unit detects an output level from the
The level display unit displays output level change information based on the detection result of the level detection unit. The level display unit is preferably provided at a location that is easily visible in the sample
血管位置の通知を行う検体情報処理装置1(441)を機能的に表わすとき、例えば、図33に示すように構成することができ、レベル検出部442は、PLL(Phase−locked loop)443、タイミング発生部444、サンプルホールド445、446を備えており、レベル表示部447はコンパレータ448、450、及びLED(Light Emitting Diode;発光ダイオード)449、451を備えている。
When functionally representing the sample information processing apparatus 1 (441) that notifies the blood vessel position, for example, it can be configured as shown in FIG. 33, and the level detection unit 442 includes a PLL (Phase-locked loop) 443, The
検体情報処理装置1により脈波を測定する際に、検体情報検出ユニット11を検体91に対向させて位置を変えながら脈動性信号の検出をすることで、図32に示すように、検体情報検出ユニット11と検体91の動脈血管93との位置関係に応じて、第1センサ41からの出力レベル(脈波の強さ(振幅))がピークt1〜t8のように順に変化する。ここではt1〜t4において、検体情報処理装置1が検体91の動脈血管93に近づくにつれて脈波の振幅が増大し、t4においてピークとなる様子を表わしている。また、t5〜t8において、検体情報処理装置1が検体91の動脈血管93から離れるにつれて振幅が減少している様子を表わしている。
When the pulse information is measured by the sample
測定により得られた脈波は、まずレベル検出部442において、検体情報検出ユニットの移動に伴って変化する第1センサ41からの出力レベルを検出する。一例として、図33に示すように、PLL443、タイミング発生部444、サンプルホールド445、446を利用して、サンプルホールド445から出力されるピーク値と、サンプルホールド446から出力される1ピーク位置分遅延したピークとを、コンパレータ448、450に入力する。
For the pulse wave obtained by the measurement, first, the level detection unit 442 detects the output level from the
次に、図33に示すように、レベル表示部において、レベル検出部442からの出力に応じて、出力レベル評価情報を表示する。ここでは、コンパレータ448、450の出力がLowのときに、LED449、451が点灯するように構成されている。このため、コンパレータ450は、サンプルホールド445及びサンプルホールド446からの出力を受けて、サンプルホールド445からの入力がサンプルホールド446からの入力よりも高ければ(図32のt1〜t4の場合)、LED451を点灯させる。コンパレータ448は、サンプルホールド445及びサンプルホールド446からの出力を受けて、サンプルホールド445からの入力がサンプルホールド446からの入力よりも低ければLED449を点灯させる。
Next, as shown in FIG. 33, the level display unit displays the output level evaluation information in accordance with the output from the level detection unit 442. Here, the
LED449、451は、本装置における視認しやすい箇所に設けられているので、動脈血管93の位置に近い、適正な検出位置に対応する部位に本装置が装着されたことを容易に知ることができる。
Since the
本検体情報処理装置1は上述のように構成されているため、例えば検体91として人の手首を周方向に一方向に移動させながら脈動性信号の検出をした場合、動脈血管93から離れた状態のt1のピークから、検体情報処理装置1が動脈血管93に近づくにつれて図32のt2〜t3のようにピークが増大し、動脈血管93に最も近づいたt4においてピークが最大となる。この間、レベル検出部442が第1センサ41からの出力レベルを検出して、レベル表示部447はLED449を消灯させ、LED451を点灯させる。さらに、検体情報処理装置1を移動させながら脈動性信号の検出を行うと、検体情報処理装置1が動脈血管93から離れることで、t5〜t8において振幅が減少する。この間、レベル表示部447はLED449を点灯させ、LED451を消灯させる。
Since the present sample
LED449及び451を、検体情報検出ユニットに設けておき、例えばLED449を赤色、LED451を青色を発するようにすることで、検体情報処理装置1を移動させながら脈動性信号の検出をする場合に、動脈血管93との位置関係をLEDの点灯状態(点灯色)の変化で使用者に通知することができる。これにより、使用者は検体情報処理装置1を操作しながら、検体情報処理装置1に設けられた手元のLEDを確認することで、簡便に動脈血管93に近い適正な位置に本装置を装着して測定を行なうことができる。また、動脈血管93に近い位置での測定が可能となり、強い脈動性信号を検出することができる。
When detecting the pulsating signal while moving the sample
もちろん、LED449が点灯すると、出力レベルの判定結果を示す表示板(例えば、LED449の点灯により「後」と表示される表示板)を照らし、LED451が点灯すると、LED449が照らす表示板とは別の表示板(例えば、LED451の点灯により「前」と表示される表示板)を照らすように構成することも可能である。このように構成することにより、本装置を使用する者は、表示板の表示に従って操作を行うことで容易に動脈血管93の位置を確認することができ、本装置の適正な装着位置を確認することが出来る。
Of course, when the
上述したように、検体情報処理装置1に、レベル検出部とレベル表示部とがそなえられ、レベル表示部が検体情報検出ユニット11に設けられていることにより、簡便に血管93の位置を検出することが可能となる。また、血管93に近い適正な位置に本装置1を装着して測定を行なうことができるため、信号が強くS/N比が高い脈動性信号を検出することができる。また、後述する周波数復調部73により脈動性信号から抽出される呼吸信号のS/N比及び感度も向上させることができる。さらには、血管93に近い適正な位置に本装置を装着することができるため、外部刺激供給源31による外部刺激信号の供給も検体91の血管93に対して効果的に行うことができるため、脈動性信号から分離される外部圧力信号の強度を高めることが可能となる。
As described above, the sample
〔A2.本発明の第二実施形態〕
[4−1.第二実施形態にかかる検体情報処理装置の構成例]
本発明の第二実施形態にかかる検体情報処理装置1は、一例として図2に示すように構成されている。
[A2. Second embodiment of the present invention]
[4-1. Configuration example of sample information processing apparatus according to second embodiment]
The sample
第二実施形態にかかる検体情報処理装置1は、一部の構成を除いて上述の第一実施形態にかかる検体情報処理装置1と同様に構成されており、上述の検体情報処理装置1と同様のものについては説明を省略し、同符号を用いて説明する
The sample
図2に示すように、本発明の第二実施形態にかかる検体情報処理装置1は、検体情報検出ユニット11と信号処理部61とをそなえて構成されており、信号処理部61は、信号分離部71と、周波数復調部73とを有している。
検体情報検出ユニット11の第1センサ41は、第一実施形態と同様に、筐体部21における外部刺激供給源31からの外部刺激信号による影響を回避しうる部位に設けられている。
As shown in FIG. 2, the sample
Similar to the first embodiment, the
周波数復調部73は、検体情報検出ユニット11の第1センサ41によって検出された脈動性信号出力について周波数復調処理を施すことにより、脈動性信号出力に含まれる呼吸信号を抽出するものである。
The
コンピュータ81は、信号分離部71によって分離された外部圧力信号を利用して、血管93の血液成分を解析することができる。また、コンピュータ81は、周波数復調部73によって抽出された呼吸信号を利用して、検体91の呼吸状態の検査や、検体91の睡眠又は覚醒状態の判断を行うことも出来る。
The
信号処理部61の信号分離部71から外部圧力信号が波形表示器82に出力されることで、波形表示器82は外部圧力信号の波形を表示する。信号処理部61の周波数復調部73から呼吸信号が波形表示器82に出力されることで、波形表示器82は呼吸信号の波形を表示する。
When the external pressure signal is output from the
本発明の第二実施形態にかかる本検体情報処理装置1は、検体91に筐体21の開口部22を密着させることで空洞23が閉鎖された空間構造(クローズドキャビティ)を形成する。この状態で、外部刺激供給源31により検体91の血管93へ向けて外部刺激信号を供給することにより、検体情報検出ユニット11の第1センサ41が外部刺激信号の影響を受けた検体91における検体情報処理装置1の装着部位付近に存在する血管93の脈動性信号に起因する圧力情報を受けて、検体91における血管93の脈動性信号を検出する。さらに、信号処理部61において、第1センサ41によって検出された脈動性信号出力から外部圧力信号を分離するとともに、脈動性信号出力に含まれる呼吸信号を抽出するものである。
The sample
[4−2.第二実施形態にかかる検体情報処理装置の機能構成]
図2に示した本発明の第二実施形態にかかる検体情報処理装置1を機能的に表わすとき、検体情報処理装置1は、図6に示すように、検体情報検出ユニット11及び信号処理部61を備えており、信号処理部61は、信号分離部71、及び信号復調部73を有している。検体情報処理装置1において、検体情報検出ユニット11の第1センサ41からの脈動性信号出力を、信号分離部71、及び信号復調部73によって処理するように構成されている。
[4-2. Functional configuration of sample information processing apparatus according to second embodiment]
When the sample
周波数復調部73は、例えば位相同期回路(Phase−locked loop、以下、「PLL」ともいう)を利用する周波数復調処理により、脈動性信号に変調成分として含まれる呼吸信号を抽出するものである。周波数復調部73により呼吸信号を抽出する処理を、抽出処理ともいう。
The
[4−3.第二実施形態にかかる検体情報処理装置の動作]
図6に示す本発明の第二実施形態にかかる機能構成を有する検体情報処理装置1の動作は、図10、13のフローチャートに示すように表わされる。
図10のフローチャートに示す動作は上述した通りである。
[4-3. Operation of specimen information processing apparatus according to second embodiment]
The operation of the sample
The operation shown in the flowchart of FIG. 10 is as described above.
図13に示すように、検体情報検出ユニット11の第1センサによって脈動性信号を検出する(ステップS41)。次に、信号処理部61の信号分離部71は、検体情報検出ユニット11の第1センサ41によって検出された脈動性信号出力について、周波数復調処理を施し(ステップS42)、脈動性信号出力に含まれる呼吸信号を抽出する(ステップS43)。
As shown in FIG. 13, a pulsation signal is detected by the first sensor of the specimen information detection unit 11 (step S41). Next, the
<外部圧力信号の分離処理>
本発明の第二実施形態にかかる検体情報処理装置1の機能構成をさらに詳細に表わすとき、検体情報処理装置1は、一例として図38のように表すことができる。検体情報処理装置1は、検体情報検出ユニット11、及び信号処理部61を備えており、信号処理部61は、信号分離部71、及び周波数復調部73を備えている。
<External pressure signal separation processing>
When the functional configuration of the sample
検体情報検出ユニット11の第1センサ41からの脈動性信号出力が、信号処理部61に入力されて、信号処理部61の信号分離部71、及び周波数復調部73によって脈動性信号出力が処理される。
周波数復調部73は、検体情報検出ユニット11から入力された脈動性信号について、周波数復調処理を施すことにより、呼吸信号を抽出する。
The pulsation signal output from the
The
本発明の第二実施形態にかかる検体情報処理装置1は、信号分離部71において、第1センサ41からの脈動性信号をサンプルホールド623においてホールドし、PLL621に入力される第1センサ41からの脈動性信号を元にして、脈波信号のピークを避けた位置にて信号を入力し、さらにタイミング発生部622により外部刺激供給源31から外部刺激信号が発せられたタイミングの信号を取得する。これにより、外部刺激信号の影響を受けた検体91における血管93の脈動性信号から、外部刺激信号に応じて発生する外部圧力信号を分離することができる。
In the sample
<呼吸信号の抽出処理>
周波数復調部73を機能的に表わすとき、周波数復調部73は、図18に示すように、位相比較器151、ローパスフィルタ152、VCO(voltage controlled oscillator;電圧制御発振器)153、分周器154を備えている。
<Respiration signal extraction processing>
When the
周波数復調処理とは、PLLによって位相を同期させた二つの信号を比較することで、脈動性信号に含まれる呼吸信号を抽出する処理である。一例として、図18に示すように、周波数復調部73において、位相比較器151に脈動性信号を入力し、位相比較器151からの出力をローパスフィルタ152に入力してその出力でVCO153の発振周波数を調整し、分周器154によって分周し、位相比較器151に戻してこれらの二つの信号を同期させることで、ローパスフィルタ152の出力波形を呼吸成分として得ることができる。
すなわち、検体の呼吸成分が変調された脈動性信号について、復調処理を施すことにより、呼吸成分を脈動性信号から抽出できるのである。
The frequency demodulation process is a process of extracting a respiratory signal included in the pulsation signal by comparing two signals whose phases are synchronized by a PLL. As an example, as shown in FIG. 18, in the
That is, the respiratory component can be extracted from the pulsating signal by performing demodulation processing on the pulsating signal in which the respiratory component of the specimen is modulated.
ここで、上述したとおり、本発明のクロ−ズドキャビティの形成とECM又はMEMS−ECMを組み合わせた検体情報処理装置1とを用いることで、従来よりも低周波領域における脈動性信号のS/N比が大きく改善される。このため、従来の検出装置では見られなかった、脈波の呼吸による周波数変調を確認することができる。
Here, as described above, the S / N of a pulsating signal in a lower frequency region than in the prior art is obtained by using the closed cavity formation of the present invention and the sample
また、従来の検出装置による観察によってベースバンドに現れる、伝送歪みにより復調された脈波を単に0.3Hz以下位の低域通過フィルタによって抜き出すことによる検出とは異なり、本発明のクロ−ズドキャビティの形成とECM又はMEMS−ECMを組み合わせた検体情報処理装置1を用いることで、脈波波形から呼吸信号を復調でき、また検体91の動作状況に応じて呼吸波形が変化する様子を捉えることができる。
Further, unlike the detection by simply extracting the pulse wave demodulated by transmission distortion, which appears in the baseband by observation with a conventional detection device, with a low-pass filter of about 0.3 Hz or less, the closed cavity of the present invention is used. By using the sample
[4−4.第二実施形態にかかる検体情報処理装置の効果]
本発明の第二実施形態にかかる検体情報処理装置1によれば、第一実施形態と同様に、外部刺激信号による第1センサ41への影響を避けて、脈動性信号を検出することができる。また、第1センサ41と血管93の位置関係の正確さを要求しない仕組みを持つ検体情報処理装置1を提供することができる。また、高い指向性(あるいは空間分解能)を持つ検体情報処理装置1を提供することができる。また、指向性を利用して、血管93から近い位置で脈動性信号を検出することにより、脈動性信号のS/N比及び感度を向上させることができる。
[4-4. Effect of specimen information processing apparatus according to second embodiment]
According to the sample
さらには、本発明の第二実施形態にかかる検体情報処理装置1によれば、外部刺激信号の影響を受けた検体91における血管93の脈動性信号から、信号分離部71によって外部刺激信号に応じて発生する外部圧力信号を分離することができ、周波数復調部73によって脈動性信号から呼吸信号を抽出することができる。これにより、強度の微弱な血管93からの外部圧力信号であっても、脈波の影響を受けずに高精度に脈動性信号から分離することが可能となる。
Furthermore, according to the sample
また、第二実施形態にかかる検体情報処理装置1によれば、外部圧力信号を分離し、呼吸信号を抽出することによって、外部圧力信号と、呼吸信号とを同時に且つ簡便に得ることが可能となり、検体91の状態の診断に役立てることができる。
Moreover, according to the sample
[4−5.その他]
本発明の第二実施形態にかかる検体情報処理装置1において、筺体部21、外部刺激供給源31、第1センサ41、信号分離部71、及びコンピュータ81は、上述の第一実施形態にかかる検体情報処理装置1と同様に構成することができる。また、本発明の第二実施形態にかかる検体情報処理装置1は、上述の第一実施形態と同様の検体91に適用することができる。また、第二実施形態にかかる検体情報処理装置1の開口部22の口径、クローズドキャビティを形成する材料、第1センサ41の設置位置は、上述の第一実施形態にかかる検体情報処理装置1と同様に構成することができる。
[4-5. Others]
In the sample
また、本発明の第二実施形態にかかる検体情報処理装置1において、第1センサ41として用いられるECM及びMEMS−ECMは、上述の第一実施形態にかかる検体情報処理装置1のECM及びMEMS−ECMと同様の特性を示し、第一実施形態にかかるECM及びMEMS−ECMと同様に周波数補正処理を行い、第一実施形態にかかる検体情報処理装置1と同様に脈波波形を得ることができる。
In the sample
また、本発明の第二実施形態にかかる検体情報処理装置1において、第一実施形態にかかる検体情報処理装置1と同様に血管位置を検出することが可能であり、血管位置を通知させるよう構成することができる。
Further, in the sample
〔A3.本発明の第三実施形態の説明〕
[5−1.第三実施形態にかかる検体情報処理装置の構成例]
本発明の第三実施形態にかかる検体情報処理装置1は、例として図3に示すように構成されている。
[A3. Description of Third Embodiment of the Present Invention]
[5-1. Configuration example of sample information processing apparatus according to third embodiment]
The sample
第三実施形態にかかる検体情報処理装置1は、一部の構成を除いて第一実施形態及び第二実施形態にかかる検体情報処理装置1と同様に構成されており、上述の検体情報処理装置1と同様のものについては説明を省略し、同符号を用いて説明する
The sample
図3に示すように、本発明の第三実施形態にかかる検体情報処理装置1は、検体情報検出ユニット11と信号処理部61とをそなえて構成されており、信号処理部61は、信号分離部71と、信号補正部72と、周波数復調部73とを有している。
検体情報検出ユニット11の第1センサ41は、第一実施形態と同様に、筐体部21における外部刺激供給源31からの外部刺激信号による影響を回避しうる部位に設けられている。
As shown in FIG. 3, the sample
Similar to the first embodiment, the
コンピュータ81は、信号分離部71によって分離された外部圧力信号を利用して、血管93の血液成分を解析することができる。また、コンピュータ81は、信号補正部72によって取り出された脈動性容積信号、脈動性速度信号又は脈動性加速度信号を利用して、各信号の波形から検体91の健康状態の診断を行うことが出来る。また、コンピュータ81は、周波数復調部73によって抽出された呼吸信号を利用して、検体91の呼吸状態の検査や、検体91の睡眠又は覚醒状態の判断を行うことも出来る。
The
信号処理部61の信号分離部71から外部圧力信号が波形表示器82に出力されることで、波形表示器82は外部圧力信号の波形を表示する。信号処理部61の信号補正部72から脈動性容積信号、脈動性速度信号、又は脈動性加速度信号が波形表示器82に出力されることで、波形表示器82は脈動性容積信号、脈動性速度信号、又は脈動性加速度信号の波形を表示する。信号処理部61の周波数復調部73から呼吸信号が波形表示器82に出力されることで、波形表示器82は呼吸信号の波形を表示する。
When the external pressure signal is output from the
本発明の第三実施形態にかかる検体情報処理装置1は、検体91に筐体21の開口部22を密着させることで空洞23が閉鎖された空間構造(クローズドキャビティ)を形成する。この状態で、外部刺激供給源31により検体91の血管93へ向けて外部刺激信号を供給することにより、検体情報検出ユニット11の第1センサ41が外部刺激信号の影響を受けた検体91における検体情報処理装置1の装着部位付近に存在する血管93の脈動性信号に起因する圧力情報を受けて、検体91における血管93の脈動性信号を検出する。さらに、信号処理部61において、第1センサ41によって検出された脈動性信号出力から外部圧力信号を分離するとともに、脈動性信号出力から少なくとも脈動性容積信号、脈動性速度信号および脈動性加速度信号のうちの1つの信号を取り出し、脈動性信号出力含まれる呼吸信号を抽出するものである。
The sample
[5−2.第三実施形態にかかる検体情報処理装置の機能構成]
図3に示した本発明の第三実施形態にかかる検体情報処理装置1を機能的に表わすとき、検体情報処理装置1は、図7〜9に示すように、検体情報検出ユニット11及び信号処理部61を備えており、信号処理部61は、信号分離部71、信号補正部72、及び周波数復調部73を有している。検体情報処理装置1において、検体情報検出ユニット11の第1センサ41からの脈動性信号出力を、信号分離部71、信号補正部72、及び周波数復調部73によって処理するように構成されている。
[5-2. Functional configuration of sample information processing apparatus according to third embodiment]
When the sample
検体情報処理装置1における外部圧力信号の分離は、図7に示すように、検体情報検出ユニット11の第1センサ41からの脈動性信号出力を、信号補正部72を介さずに、そのまま信号分離部71において外部圧力信号分離処理を行っても良い。
As shown in FIG. 7, the separation of the external pressure signal in the sample
または、検体情報処理装置1における外部圧力信号の分離は、図8に示すように、検体情報検出ユニット11の第1センサ41からの脈動性信号出力を、信号補正部72において周波数補正処理を行った後に、補正処理後の脈動性容積信号、脈動性速度信号、及び脈動性加速度信号のうちのいずれかの信号について、信号分離部71において外部圧力信号分離処理を行うように構成してもよい。
Alternatively, in the separation of the external pressure signal in the sample
検体情報処理装置1における呼吸信号の抽出は、図7に示すように、検体情報検出ユニット11の第1センサ41からの脈動性信号出力を、信号補正部72を介さずに、そのまま周波数復調部73において周波数復調処理を行っても良い。
As shown in FIG. 7, the extraction of the respiratory signal in the sample
または、検体情報処理装置1における呼吸信号の抽出は、図9に示すように、検体情報検出ユニット11の第1センサ41からの脈動性信号出力を、信号補正部72において周波数補正処理を行った後に、補正処理後の脈動性容積信号、脈動性速度信号、及び脈動性加速度信号のうちのいずれかの信号について、周波数復調部73において周波数復調処理を行うように構成してもよい。
Alternatively, in the extraction of the respiratory signal in the sample
もちろん、検体情報検出ユニット11の第1センサ41からの脈動性信号出力を、信号補正部72において周波数補正処理を行った後に、補正処理後の脈動性容積信号、脈動性速度信号、及び脈動性加速度信号のうちのいずれかの信号について、信号分離部71において外部圧力信号分離処理を行い、周波数復調部73において周波数復調処理を行うように構成してもよい。
Of course, after the pulsation signal output from the
[5−3.第三実施形態にかかる検体情報処理装置の動作]
図7に示す機能構成を有する本発明の第三実施形態にかかる検体情報処理装置1の動作は、図10、11、13のフローチャートに示すように表わされる。
図10、11、13のフローチャートに示す動作はそれぞれ上述した通りである。
[5-3. Operation of specimen information processing apparatus according to third embodiment]
The operation of the sample
The operations shown in the flowcharts of FIGS. 10, 11 and 13 are as described above.
図8に示す機能構成を有する本発明の第三実施形態にかかる検体情報処理装置1の動作は、図12、13のフローチャートに示すように表わされる。
図12、13のフローチャートに示す動作はそれぞれ上述した通りである。
The operation of the sample
The operations shown in the flowcharts of FIGS. 12 and 13 are as described above.
図9に示す機能構成を有する本発明の第三実施形態にかかる検体情報処理装置1の動作は、図10、14のフローチャートに示すように表わされる。
図10のフローチャートに示す動作はそれぞれ上述した通りである。
The operation of the sample
The operations shown in the flowchart of FIG. 10 are as described above.
図14に示すように、検体情報検出ユニット11の第1センサ41によって脈動性信号を検出する(ステップS51)。次に、信号処理部61の信号補正部72は、検体情報検出ユニット11の第1センサ41によって検出された脈動性信号出力について、周波数補正処理を施し(ステップS52)、脈動性容積信号、脈動性速度信号、及び脈動性加速度信号のうちの一つの信号を取り出す(ステップS53)。これら脈動性容積信号、脈動性速度信号、及び脈動性加速度信号のうちの一つの信号について、信号処理部61の周波数復調部73は、周波数復調処理を施し(ステップS54)、脈動性信号に含まれる呼吸信号を抽出する(ステップS55)。
As shown in FIG. 14, a pulsation signal is detected by the
<外部圧力信号の分離処理>
本発明の第三実施形態にかかる検体情報処理装置1の機能構成をさらに詳細に表わすとき、検体情報処理装置1は、一例として図39のように表すことができる。検体情報処理装置1は、検体情報検出ユニット11、及び信号処理部61を備えており、信号処理部61は、信号分離部71、信号補正部72、及び周波数復調部73を備えている。
<External pressure signal separation processing>
When the functional configuration of the sample
検体情報検出ユニット11の第1センサ41からの脈動性信号出力が、信号処理部61に入力されて、信号処理部61の信号分離部71、信号補正部72、及び周波数復調部73によって脈動性信号出力が処理される。
A pulsation signal output from the
本発明の第三実施形態にかかる検体情報処理装置1は、信号分離部71において、第1センサ41からの脈動性信号をサンプルホールド623においてホールドし、PLL621に入力される信号補正部72によって取り出された脈動性容積信号、脈動性速度信号、及び脈動性加速度信号のうちの1つの信号を元にして、脈波信号のピークを避けた位置にて信号を入力し、さらにタイミング発生部622により外部刺激供給源31から外部刺激信号が発せられたタイミングの信号を取得する。これにより、外部刺激信号の影響を受けた検体91における血管93の脈動性信号から、外部刺激信号に応じて発生する外部圧力信号を分離することができる。
In the sample
[5−4.第三実施形態にかかる検体情報処理装置の効果]
本発明の第三実施形態にかかる検体情報処理装置1によれば、第一実施形態及び第二実施形態と同様に、外部刺激信号による第1センサ41への影響を避けて、脈動性信号を検出することができる。また、第1センサ41と血管93の位置関係の正確さを要求しない仕組みを持つ検体情報処理装置1を提供することができる。また、高い指向性(あるいは空間分解能)を持つ検体情報処理装置1を提供することができる。また、指向性を利用して、血管93から近い位置で脈動性信号を検出することにより、脈動性信号のS/N比及び感度を向上させることができる。
[5-4. Effects of the sample information processing apparatus according to the third embodiment]
According to the sample
さらには、本発明の第三実施形態にかかる検体情報処理装置1によれば、外部刺激信号の影響を受けた検体91における血管93の脈動性信号から、信号分離部71によって外部刺激信号に応じて発生する外部圧力信号を分離することができ、信号補正部72によって少なくとも脈動性容積信号、脈動性速度信号および脈動性加速度信号のうちの1つの信号を取り出すことができ、周波数復調部73によって脈動性信号から呼吸信号を抽出することができるこれにより、強度の微弱な血管93からの外部圧力信号であっても、脈波の影響を受けずに高精度に脈動性信号から分離することが可能となる。
Furthermore, according to the sample
また、第三実施形態にかかる検体情報処理装置1によれば、外部圧力信号を分離し、少なくとも脈動性容積信号、脈動性速度信号および脈動性加速度信号のうちの1つの信号を取り出し、呼吸信号を抽出することによって、外部圧力信号と、脈波波形と、呼吸信号とを同時に且つ簡便に得ることが可能となり、検体91の状態の診断に役立てることができる。
Moreover, according to the sample
[5−5.その他]
本発明の第三実施形態にかかる検体情報処理装置1において、筺体部21、外部刺激供給源31、第1センサ41、信号分離部71、信号補正部72、及びコンピュータ81は、上述の第一実施形態にかかる検体情報処理装置1と同様に構成することができる。また、本発明の第三実施形態にかかる検体情報処理装置1において、周波数復調部73は、上述の第二実施形態にかかる検体情報処理装置1と同様に構成することができる。また、本発明の第三実施形態にかかる検体情報処理装置1は、上述の第一実施形態と同様の検体91に適用することができる。また、第二実施形態にかかる検体情報処理装置1の開口部22の口径、クローズドキャビティを形成する材料、第1センサ41の設置位置は、上述の第一実施形態にかかる検体情報処理装置1と同様に構成することができる。
[5-5. Others]
In the sample
また、本発明の第三実施形態にかかる検体情報処理装置1において、第1センサ41として用いられるECM及びMEMS−ECMは、上述の第一実施形態にかかる検体情報処理装置1のECM及びMEMS−ECMと同様の特性を示し、第一実施形態ECM及びMEMS−ECMと同様に周波数補正処理を行い、第一実施形態にかかる検体情報処理装置1と同様に脈波波形を得ることができる。
In the sample
また、本発明の第三実施形態にかかる検体情報処理装置1において、第一実施形態にかかる検体情報処理装置1と同様に血管位置を検出することが可能であり、血管位置を通知させるよう構成することができる。
Further, in the sample
また、本発明の第三実施形態にかかる検体情報処理装置1において、第二実施形態にかかる検体情報処理装置1と同様に周波数復調処理を行い、第二実施形態にかかる検体情報処理装置1と同様に呼吸信号を抽出することができる。
Further, in the sample
〔B1.第一変形例の説明〕
[6−1.第三実施形態の第一変形例にかかる検体情報処理装置の構成例]
本発明の第一の変形例にかかる検体情報処理装置1は、例として図15に示すように構成されている。ここでは、上述の第三実施形態に第一の変形例を適用したものを例示して説明する。
[B1. Description of the first modification)
[6-1. Configuration example of sample information processing apparatus according to first modification of third embodiment]
The sample
第三実施形態の第一変形例にかかる検体情報処理装置1は、一部の構成を除いて上述の第一実施形態、第二実施形態、及び第三実施形態にかかる検体情報処理装置1と同様に構成されており、上述の検体情報処理装置1と同様のものについては説明を省略し、同符号を用いて説明する。
The sample
図15に示すように、本発明の第三実施形態の第一の変形例にかかる検体情報処理装置1は、検体情報検出ユニット11と信号処理部61とをそなえて構成されている。
検体情報検出ユニット11は、筐体部21と、外部刺激供給源31と、第1センサ41とを有し、さらに筺体部21に第2センサ51を有している。
信号処理部61は、信号分離部71と、信号補正部72と、周波数復調部73と、信号変換部631とを有している。
第1センサ41は、第一実施形態、第二実施形態、及び第三実施形態と同様に、筐体部21における外部刺激供給源31からの外部刺激信号による影響を回避しうる部位に設けられている。
As shown in FIG. 15, the sample
The sample
The
The
第2センサ51は、第1センサ41が検出する脈動性信号以外の信号を検出し、信号処理部61に出力するセンサである。
The
脈動性信号以外の情報として、例えば温度情報や湿度情報を挙げることができ、これらの脈動性信号以外の情報に起因する信号を、第2センサ51で検出する。第2センサ51で検出された信号について変換処理を行うことで、第2センサ51で検出された脈動性信号以外の情報(以下、「第2センサ検出情報」ともいう)を得ることができる。
Examples of the information other than the pulsation signal include temperature information and humidity information, and the
第2センサ51で検出された信号は、信号処理部61の信号変換部631において、第2センサ51で検出された信号から、第2センサ検出情報を得る変換処理を行うことができる。なお、本変形例では、信号処理部61が信号変換部631を有しているが、信号処理部61が信号変換部631を有さずに、コンピュータ81にて第2センサ51で検出された信号から第2センサ検出情報を得る変換処理を行うようにしてもよい。
第2センサ51の例としては、筐体部21内の温度情報を検出する温度センサや、筐体部21内の湿度情報を検出する湿度センサが挙げられる。
The signal detected by the
Examples of the
検体情報処理装置1は、信号処理部61において第1センサ41から得られた信号を、分離処理、補正処理、または抽出処理をする際に、第2センサ51からの出力を、処理を行なう際の補正情報として使用することができる。例えば、第2センサ51で温度情報の信号または湿度情報の信号を検出しておくことで、筺体部21内部の空洞23の温度又は湿度の変化が生じた際に、信号処理部61において第1センサ41で検出された脈動性信号の処理を行う際に、検体91から発せられる圧力情報の伝播が温度や湿度に応じて変化することを加味して信号処理に修正を行うことが挙げられる。第2センサ51からの出力としては、第2センサ51で検出された信号を用いてもよく、信号変換部631において変換処理された第2センサ検出情報を用いてもよい。
When the sample
検出される信号の強さを向上させ、S/N比を上げる観点からは、第2センサ51を2つ以上設けて各センサの信号を加算したものを第2センサ51からの出力信号とすることが好ましい。
From the viewpoint of improving the strength of the detected signal and increasing the S / N ratio, an output signal from the
第2センサ51の設置位置は、特に限定されない。例えば第2センサ51として温度センサや湿度センサを用いて、外部刺激供給源31として光源を用いて外部刺激として光信号を供給する場合、通常、温度センサや湿度センサは光信号による影響が軽微であるため、筐体部21内をセンシングしうる位置であれば、自由に設置することが出来る。例えば、図36に示すように、第2センサ51を筐体部21の内部の、検体91に対向する部位であって外部刺激供給源31の近傍位置に設置してもよい。
The installation position of the
本発明の第三実施形態の第一変形例の検体情報処理装置1は、検体91に筐体21の開口部22を密着させることで空洞23が閉鎖された空間構造(クローズドキャビティ)を形成する。この状態で、外部刺激供給源31により検体91の血管93へ向けて外部刺激信号を供給することにより、検体情報検出ユニット11の第1センサ41が外部刺激信号の影響を受けた検体91における検体情報処理装置1の装着部位付近に存在する血管93の脈動性信号に起因する圧力情報を受けて、検体91における血管93の脈動性信号を検出する。さらに、信号処理部61において、第1センサ41によって検出された脈動性信号出力から外部圧力信号を分離するとともに、脈動性信号出力から少なくとも脈動性容積信号、脈動性速度信号および脈動性加速度信号のうちの1つの信号を取り出し、脈動性信号出力含まれる呼吸信号を抽出するものである。さらに、第2センサ51によって筐体部21内の脈動性信号以外の信号を検出することが出来る。
The sample
[6−2.第三実施形態の第一変形例にかかる検体情報処理装置の機能構成]
図15に示した本発明の第三実施形態の第一変形例にかかる検体情報処理装置1を機能的に表わすとき、検体情報処理装置1は、図40に示すように、第三実施形態の情報処理装置1において、検体情報検出ユニット11に第2センサ51が設けられており、第2センサ51によって検出された信号を信号変換部631を介して出力するように構成されている。
[6-2. Functional configuration of the sample information processing apparatus according to the first modification of the third embodiment]
When the sample
<第2センサによって検出された信号の変換処理>
第2センサ51によって検出された脈動性信号以外の信号を変換処理する方法を、図41を用いて説明する。
図41に示すように、第2センサ51によって得られた信号は、センサアンプ811、線形補正部812、電圧変換部813からなる信号変換部631によって変換処理することで、脈動性信号以外の情報(第2センサ検出情報)を得ることができる。
<Conversion processing of signal detected by second sensor>
A method for converting a signal other than the pulsating signal detected by the
As shown in FIG. 41, the signal obtained by the
まず、第2センサ51によって、脈動性信号以外の信号は電圧信号として検出される。この電圧信号を、センサアンプ811によって増幅を行う。センサアンプとしては、例えばホイーストンブリッジ構成のセンサアンプを用いることができる。次に、線形補正部812によって、増幅後の電圧信号について、第2センサ51の出力特性に応じて線形に補正する。さらに、電圧変換部813によって、線形補正後の電圧信号と、予め測定しておいた電圧値と脈動性信号以外の情報との関係を示すデータとの比較を行うことで、脈動性信号以外の信号から、脈動性信号以外の情報に変換される。
First, signals other than the pulsating signal are detected as voltage signals by the
[6−2.第三実施形態の第一変形例にかかる検体情報処理装置の効果]
本発明の第三実施形態の第一変形例にかかる検体情報処理装置1によれば、第一実施形態、第二実施形態、及び第三実施形態と同様に、外部刺激信号による第1センサ41への影響を避けて、脈動性信号を検出することができる。また、第1センサ41と血管93の位置関係の正確さを要求しない仕組みを持つ検体情報処理装置1を提供することができる。また、高い指向性(あるいは空間分解能)を持つ検体情報処理装置1を提供することができる。また、指向性を利用して、血管93から近い位置で脈動性信号を検出することにより、脈動性信号のS/N比及び感度を向上させることができる。
[6-2. Effect of specimen information processing apparatus according to first modification of third embodiment]
According to the sample
さらには、本発明の第三実施形態の第一変形例にかかる検体情報処理装置1によれば、第2センサ51によって筺体部21内部の脈動性信号以外の信号(第2センサ検出情報)を検出することができる。
Furthermore, according to the sample
また、信号処理部61において、外部圧力信号を分離し、少なくとも脈動性容積信号、脈動性速度信号および脈動性加速度信号のうちの1つの信号を取り出し、呼吸信号を抽出する際に、第2センサ51によって検出される脈動性信号以外の信号(第2センサ検出情報)を補正情報として利用することで、検体91に対して検出を行う筺体部21の空洞23内の状況に即して、外部圧力信号と、脈波波形と、呼吸信号との取得の精度を向上させることができる。
The
〔B2.第二変形例の説明〕
[7−1.第三実施形態の第二変形例にかかる検体情報処理装置の構成例]
本発明の第二の変形例にかかる検体情報処理装置1は、例として図16に示すように構成されている。ここでは、上述の第三実施形態に第二の変形例を適用したものを例示して説明する。
[B2. Description of second modification)
[7-1. Configuration example of sample information processing apparatus according to second modification of third embodiment]
The sample
第三実施形態の第二変形例にかかる検体情報処理装置1は、一部の構成を除いて上述の第一実施形態、第二実施形態、及び第三実施形態検体情報処理装置1と同様に構成されており、上述の検体情報処理装置1と同様のものについては説明を省略し、同符号を用いて説明する
The sample
図16に示すように、本発明の第三実施形態の第二の変形例にかかる検体情報処理装置1は、検体情報検出ユニット11と信号処理部61とをそなえて構成されており、信号処理部61は、信号分離部71と、信号補正部72と、周波数復調部73と、さらに信号解析部74とを有している。
As shown in FIG. 16, the sample
検体情報検出ユニット11の第1センサ41は、第一実施形態、第二実施形態、及び第三実施形態と同様に、筐体部21における外部刺激供給源31からの外部刺激信号による影響を回避しうる部位に設けられている。
The
信号解析部74は、信号分離部71によって分離された、脈動性信号に含まれる、外部刺激信号に応じて発生する外部信号に起因する圧力信号(外部圧力信号)から、血管93の血液成分を分析して、分析結果を出力するものである。
The
例えば、外部刺激供給源31として分析の対象となる物質の吸収波長に極大を有する光信号を供給するものを用いた場合、光音響法の手法を利用して、外部圧力信号を解析することにより、血管93中の分析の対象となる物質の濃度の測定が可能となる。一例として、グルコース分子のC−H基やO−H基の吸収波長に極大を有する光信号を供給する光源を用いた場合、予め当該波長に極大を有する光信号を供給した場合の外部圧力信号と分析の対象となる物質の濃度との関係を明らかにしておくことで、分離された外部圧力信号からグルコース濃度を算出することができる。
For example, when an external
本発明の第三実施形態の第二変形例にかかる例検体情報処理装置1は、検体91に筐体21の開口部22を密着させることで空洞23が閉鎖された空間構造(クローズドキャビティ)を形成する。この状態で、外部刺激供給源31により検体91の血管93へ向けて外部刺激信号を供給することにより、検体情報検出ユニット11の第1センサ41が外部刺激信号の影響を受けた検体91における検体情報処理装置1の装着部位付近に存在する血管93の脈動性信号に起因する圧力情報を受けて、検体91における血管93の脈動性信号を検出する。さらに、信号処理部61において、第1センサ41によって検出された脈動性信号出力から外部圧力信号するとともに、脈動性信号出力から少なくとも脈動性容積信号、脈動性速度信号および脈動性加速度信号のうちの1つの信号を取り出し、脈動性信号出力含まれる呼吸信号を抽出するものである。さらに、信号解析部74によって血管93の血液成分を分析することができる。
The sample
[7−2.第三実施形態の第二変形例にかかる検体情報処理装置の効果]
本発明の第三実施形態の第二変形例にかかる検体情報処理装置1によれば、第一実施形態、第二実施形態、及び第三実施形態と同様に、外部刺激信号による第1センサ41への影響を避けて、脈動性信号を検出することができる。また、第1センサ41と血管93の位置関係の正確さを要求しない仕組みを持つ検体情報処理装置1を提供することができる。また、高い指向性(あるいは空間分解能)を持つ検体情報処理装置1を提供することができる。また、指向性を利用して、血管93から近い位置で脈動性信号を検出することにより、脈動性信号のS/N比及び感度を向上させることができる。
[7-2. Effect of specimen information processing apparatus according to second modification of third embodiment]
According to the sample
さらには、本発明の第三実施形態の第二変形例にかかる検体情報処理装置1によれば、外部圧力信号を分離し、少なくとも脈動性容積信号、脈動性速度信号および脈動性加速度信号のうちの1つの信号を取り出し、呼吸信号を抽出するとともに、外部圧力信号から血管93の血液成分を得ることが可能となり、検体91の状態の診断にさらに役立てることができる。
Furthermore, according to the sample
(その他)
上記の第一変形例及び第二変形例の説明においては、第三実施形態の変形例を例示して説明したが、第一実施形態又は第二実施形態について、第一変形例又は第二変形例を適用してもよい。また、第一変形例及び第二変形例をともに組み合わせることも可能である。
(Other)
In the above description of the first modification and the second modification, the modification of the third embodiment has been illustrated and described. However, the first modification or the second modification of the first embodiment or the second embodiment. An example may apply. It is also possible to combine both the first modification and the second modification.
即ち、検体情報処理装置1が検体情報検出ユニット11と信号処理部61とをそなえて構成されており、検体情報検出ユニット11が、筐体部21と、外部刺激供給源31と、第1センサ41とを有し、信号処理部61が、信号分離部71と、周波数復調部73とを有している場合において、検体情報検出ユニット11が、さらに第2センサ51を有するように構成してもよく、また、信号処理部61が、さらに信号解析部74を有するように構成してもよい。
That is, the sample
また、検体情報処理装置1が検体情報検出ユニット11と信号処理部61とをそなえて構成されており、検体情報検出ユニット11が、筐体部21と、外部刺激供給源31と、第1センサ41とを有し、信号処理部61が、信号分離部71と、周波数復調部73とを有している場合において、検体情報検出ユニット11が、さらに第2センサ51を有するように構成してもよく、また、信号処理部61が、さらに信号解析部74を有するように構成してもよい。
The sample
上記の説明においては、脈動性信号の処理を検体情報処理装置1が備えるアナログ回路による処理について説明したが、検体情報処理装置1がデジタル回路、例えばデジタルシグナルプロセッサ(以下、「DSP」ともいう)を含む回路を備え、このデジタル回路により信号をデジタル処理する構成としても良い。また、検体情報検出ユニットにより検出された脈動性信号を、検体情報処理装置1の外部のA/Dコンバータを介してコンピュータ81に出力し、CPUで信号を処理する構成としても良い。
In the above description, the processing by the analog circuit included in the sample
1 検体情報処理装置
11 検体情報検出ユニット
21 筺体部
22 開口部
23 空洞(Cavity)
24 O−リング
25 筺体部の筺体
31 外部刺激供給源
41 第1センサ
42 圧力情報の取込部
43 センサ素子
44 空気室
45 第1センサの筐体
51 第2センサ
61 信号処理部
71 信号分離部
72 信号補正部
73 周波数復調部
74 信号解析部
81 コンピュータ
91 検体
92 皮膚
93 血管
DESCRIPTION OF
24 O-
Claims (15)
該検体情報検出ユニットの第1センサによって検出された脈動性信号出力から、該外部刺激信号に応じて発生する外部圧力信号を分離する信号分離部と、該脈動性信号出力に周波数補正処理を施すことにより少なくとも脈動性容積信号、脈動性速度信号および脈動性加速度信号のうちの1つの信号を取り出す信号補正部とを有する信号処理部とをそなえて構成されたことを特徴とする、検体情報処理装置。 In addition to having a cavity inside and having an opening with a diameter of 3 mm to 10 mm at a portion facing the specimen, the cavity was closed in a state of being attached to the specimen with the opening facing the specimen A housing portion having a spatial structure, and an external stimulation signal is supplied to the blood vessel of the specimen through the opening of the housing portion through the cavity of the housing provided in the housing portion. A blood vessel pulsation signal in the sample affected by the external stimulation signal is applied to an external stimulation supply source and a part of the housing that can avoid the influence of the external stimulation signal from the external stimulation supply source. A specimen information detection unit having a first sensor that detects pressure information propagating in the cavity due to the pulsating signal;
A signal separation unit for separating an external pressure signal generated according to the external stimulus signal from a pulsation signal output detected by the first sensor of the specimen information detection unit, and a frequency correction process for the pulsation signal output And a signal processing unit having a signal correction unit for extracting at least one of a pulsating volume signal, a pulsating velocity signal, and a pulsating acceleration signal. apparatus.
該検体情報検出ユニットの第1センサによって検出された脈動性信号出力から、該外部刺激信号に応じて発生する外部圧力信号を分離する信号分離部と、該脈動性信号出力に周波数復調処理を施すことにより、該脈動性信号出力に含まれる呼吸信号を抽出する周波数復調部とを有する信号処理部とをそなえて構成されたことを特徴とする、検体情報処理装置。 In addition to having a cavity inside and having an opening with a diameter of 3 mm to 10 mm at a portion facing the specimen, the cavity was closed in a state of being attached to the specimen with the opening facing the specimen A housing portion having a spatial structure, and an external stimulation signal is supplied to the blood vessel of the specimen through the opening of the housing portion through the cavity of the housing provided in the housing portion. A blood vessel pulsation signal in the sample affected by the external stimulation signal is applied to an external stimulation supply source and a part of the housing that can avoid the influence of the external stimulation signal from the external stimulation supply source. A specimen information detection unit having a first sensor that detects pressure information propagating in the cavity due to the pulsating signal;
A signal separation unit for separating an external pressure signal generated according to the external stimulus signal from a pulsation signal output detected by the first sensor of the specimen information detection unit, and a frequency demodulation process on the pulsation signal output Thus, a sample information processing apparatus comprising a signal processing unit having a frequency demodulation unit for extracting a respiratory signal included in the pulsation signal output.
該検体情報検出ユニットの第1センサによって検出された脈動性信号出力から、該外部刺激信号に応じて発生する外部圧力信号を分離する信号分離部と、該脈動性信号出力に周波数補正処理を施すことにより少なくとも脈動性容積信号、脈動性速度信号および脈動性加速度信号のうちの1つの信号を取り出す信号補正部と、該脈動性信号に周波数復調処理を施すことにより、該脈動性信号出力に含まれる呼吸信号を抽出する周波数復調部とを有する信号処理部とをそなえて構成されたことを特徴とする、検体情報処理装置。 In addition to having a cavity inside and having an opening with a diameter of 3 mm to 10 mm at a portion facing the specimen, the cavity was closed in a state of being attached to the specimen with the opening facing the specimen A housing portion having a spatial structure, and an external stimulation signal is supplied to the blood vessel of the specimen through the opening of the housing portion through the cavity of the housing provided in the housing portion. A blood vessel pulsation signal in the sample affected by the external stimulation signal is applied to an external stimulation supply source and a part of the housing that can avoid the influence of the external stimulation signal from the external stimulation supply source. A specimen information detection unit having a first sensor that detects pressure information propagating in the cavity due to the pulsating signal;
A signal separation unit for separating an external pressure signal generated according to the external stimulus signal from a pulsation signal output detected by the first sensor of the specimen information detection unit, and a frequency correction process for the pulsation signal output A signal correction unit that extracts at least one of the pulsating volume signal, the pulsating velocity signal, and the pulsating acceleration signal, and the pulsating signal is subjected to frequency demodulation processing to be included in the pulsating signal output. A sample information processing apparatus comprising a signal processing unit having a frequency demodulation unit for extracting a respiratory signal to be extracted.
The signal correction unit performs at least one of an amplification operation, an integration operation, and a differentiation operation at a frequency of the pulsating signal, so that at least the pulsating volume signal, the pulsating velocity signal, and the pulsating acceleration are obtained. 4. The sample information processing apparatus according to claim 1, wherein the sample information processing apparatus is configured to extract one of the signals.
該第1センサが、該筐体部における該光源の配設位置から偏移した部位に、該脈動性信号に起因する音圧情報を検出するコンデンサマイクとして構成されたことを特徴とする、請求項1ないし請求項7のいずれか1項に記載の検体情報処理装置。 The external stimulus supply source is provided to face the opening in the casing, and passes through the opening of the casing through the opening of the casing as the external stimulation signal. Configured as a light source that supplies intermittent optical signals
The first sensor is configured as a condenser microphone that detects sound pressure information caused by the pulsation signal at a portion shifted from the position of the light source in the casing. The sample information processing apparatus according to any one of claims 1 to 7.
該レベル検出部での検出結果に基づいて出力レベル変化情報を表示するレベル表示部とをそなえ、
該レベル表示部が該検体情報検出ユニットに設けられていることを特徴とする、請求項1ないし請求項13のいずれか1項に記載の検体情報処理装置。 A level detection unit for detecting an output level from the first sensor that changes as the specimen information detection unit moves.
A level display unit that displays output level change information based on the detection result of the level detection unit;
The sample information processing apparatus according to any one of claims 1 to 13, wherein the level display unit is provided in the sample information detection unit.
15. The sample information processing apparatus according to claim 1, further comprising a signal analysis unit that analyzes a blood component of the blood vessel from the external pressure signal.
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