JP2014210127A

JP2014210127A - 生体情報測定装置

Info

Publication number: JP2014210127A
Application number: JP2013089106A
Authority: JP
Inventors: 依田　光正; Mitsumasa Yoda; 光正依田
Original assignee: Alps Electric Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 2013-04-22
Filing date: 2013-04-22
Publication date: 2014-11-13

Abstract

【課題】被験者の姿勢が限定されず、被験者への負担の少ない測定が可能となる生体情報測定装置を提供する。【解決手段】被測定部に配置され電極を有する検出部１０と、静電容量を検出する静電容量検出手段３０と、を有して、生体情報を測定する生体情報測定装置１００において、検出部１０は、複数の電極がシート状基材の一方の面に配置され、検出部１０のシート状基材の他方の面を被測定部に対向するように配置し、静電容量検出手段３０で検出部に配置された複数の電極間の静電容量の変化を検出することで、生体情報を検出する。【選択図】図１

Description

本発明は、心拍などの生体情報を測定する生体情報測定装置に関し、特に、被験者への負担の少ない生体情報測定装置に関する。

近年、高齢化や健康志向の高まりなどから、一般の家庭においても心拍数などの生体情報を手軽に計測したいというニーズが高まっている。

特許文献１（従来例）の心拍／呼吸計測装置９００（生体情報測定装置）を図５に示す。従来例の心拍／呼吸計測装置９００は図５（ａ）に示すように、人体（被験者）によって圧迫されるシート状の静電容量型圧力センサ９１０と、静電容量型圧力センサ９１０の出力から心拍数ないし呼吸数を計測する計測回路９２０とから構成されている。静電容量型圧力センサ９１０は図５（ｂ）に示すように、全方向に弾性変形可能なシート状誘電体９１１の両面に伸縮性を有する一対の導電布９１２，９１３を配備して構成されている。また、計測回路９２０は図５（ａ）に示すように、静電容量型圧力センサ９１０を発振用コンデンサとする共振回路９２１と、共振回路９２１の発振周波数の変化を検出する演算処理回路９２２とを具えている。

シート状の静電容量型圧力センサ９１０は、被験者の心拍ないし呼吸に伴って、シート状誘電体９１１の導電布９１２，９１３の距離が変動することで静電容量型圧力センサ９１０の静電容量が変化する。心拍／呼吸計測装置９００は、計測回路９２０によってこの静電容量の変化に含まれる心拍ないし呼吸の周波数成分に基づいて心拍数ないし呼吸数を算出することができる。

特開２００５‐３１５８３１号公報

しかしながら、従来例では、シート状の静電容量型圧力センサの電極間距離の変化により静電容量の変化を検出する構成のため、センサの上に横たわるなどしてセンサに圧力を掛ける必要がある。このため計測中は、被験者が横たわっている等、姿勢が限定されてしまうとともに、被験者はセンサ上に留まっていなければならないため、被験者への負担となってしまうという課題があった。

本発明は、上述した課題を解決するもので、被験者の姿勢が限定されず、被験者への負担の少ない測定が可能となる生体情報測定装置を提供することを目的とする。

この課題を解決するために、本発明の生体情報測定装置は、被測定部に配置され電極を有する検出部と、静電容量を検出する静電容量検出手段と、を有して、生体情報を測定する生体情報測定装置において、前記検出部は、複数の前記電極がシート状基材の一方の面に配置され、前記検出部の前記シート状基材の他方の面を被測定部に対向するように配置し、前記静電容量検出手段で前記検出部に配置された複数の前記電極間の静電容量の変化を検出することで、前記生体情報を検出することを特徴とする。

これによれば、検出部のシート状基材の他方の面を被測定部に対向するように配置することで、被験者の被測定部に生じる誘電率の変動を、検出部のシート状基材の一方の面に配置された複数の電極間の静電容量の変化として検出することができる。このため、検知部に圧力等の力を加えることなく生体情報を検出することができるので、被験者が横たわる等の姿勢を限定することなく測定を行うことができる。また、検出部のシート状基材の他方の面が被測定部に対向しているので、電極を構成する金属などが被験者に接することがないので金属アレルギーなどのストレスを与えることを防止することができる。従って、被験者の姿勢が限定されず、被験者への負担の少ない測定が可能となる生体情報測定装置を提供することができる。

また、本発明の生体情報測定装置は、前記検出部に配置された複数の前記電極間の静電容量の変化に伴って発振周波数が変化する発振器を備え、前記静電容量検出手段は、前記発振器の発振周波数の変化を検出することを特徴とする。

これによれば、検出部のシート状基材の一方の面に配置された複数の電極間の静電容量の変化に伴って発振器の発振周波数を変化させる簡易な構成で静電容量の変化を検出できるので、持ち運び可能な小型の生体情報測定装置を構成することができる。

また、本発明の生体情報測定装置は、前記生体情報が心拍数または呼吸数の少なくともいずれか一方であることを特徴とする。

これによれば、検出部のシート状基材の他方の面を被測定部に対向するように配置することで、被験者の心臓の拍動や呼吸による胸郭の拡大・収縮などによる誘電率の変動を、検出部のシート状基材の一方の面に配置された複数の電極間の静電容量の変化として検出することができる。このため、被験者への負担が少ない測定が可能で、心拍数または呼吸数を測定することができる生体情報測定装置を提供することができる。

本発明の生体情報測定装置によれば、被験者の姿勢が限定されず、被験者への負担の少ない測定が可能となる生体情報測定装置を提供することができる。

本発明の実施形態に係る生体情報測定装置のブロック図である。本実施形態の検出部を説明する外観模式図である。本実施形態の発振器を説明する回路図である。本実施形態の検出部を被験者の被測定部に配置した状態の模式図である。従来例の心拍／呼吸計測装置を示す図である。

［第１実施形態］
以下に第１実施形態における生体情報測定装置１００について説明する。

まず始めに本実施形態における生体情報測定装置１００の構成について図１から図３を用いて説明する。図１は本実施形態に係る生体情報測定装置１００の構成を示すブロック図である。図２は本実施形態に係る検出部１０を説明する外観模式図で、図２（ａ）は平面図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）のＹ２方向から見た側面図である。図３は本実施形態に係る発振器２０の回路図である。

生体情報測定装置１００は、図１に示すように、検出部１０と、発振器２０と、静電容量検出手段３０と、を備えている。

検出部１０は、可撓性を有するポリイミドなどを用いた薄いシート状基材１１の一方の面（図２（ｂ）に示すＺ１側）に、図２（ａ）に示すように２つの電極１２（１２ａ，１２ｂ）を有している。電極１２は、銅箔など薄い導電材料で形成されており、電極１２ａと電極１２ｂとの間には静電容量ｃ０が生じ、コンデンサが形成される。また、この電極１２ａと電極１２ｂは発振器２０に接続される。

尚、電極１２は、一辺が２０ｍｍ角以上の長さを有するように形成されることが望ましく、一辺が５０ｍｍ程度になるよう構成できればより好適に使用することができる。また電極１２の形状は特に制限は無く、矩形ではなく円形や楕円形に形成しても良い。検出部１０の形状も電極の形状に合わせて適宜変更して実施することができる。

発振器２０は、図３に示すようにＬＣ発振回路で構成されており、ＣＮ１には検出部１０に設けられた電極１２ａが接続され、ＣＮ２には電極１２ｂが接続される。発振器２０の発振周波数ｆは、検出部１０に設けられた２つの電極１２によって形成されるコンデンサの静電容量をｃ０と図３に示すｃ１からｃ５の静電容量との合成容量Ｃと、図３に示すインダクタのインダクタンス値Ｌとで決定され式（１）で表される。

ｆ＝１／｛２π√（ＬＣ）｝・・・・・・・式（１）

発振器２０の発振出力は、静電容量検出手段３０に入力される。静電容量検出手段３０は、発振器２０の発振出力を周波数検波する周波数検波回路が用いられ、発振器２０の発振周波数ｆに応じて出力電圧が増減する。

次に、生体情報測定装置１００の動作について図４を用いて説明する。図４は検出部１０を被験者９０の被測定部に配置した状態を示す模式図である。

検出部１０は被験者９０の被測定部の位置に、図４に示すように、体表９１にシート状基材１１の電極１２が形成されている面とは反対側の面が対向するように配置される。このように配置することで被験者９０の体表９１に電極１２が直接触れることがないので、被験者９０に金属アレルギーなどのストレスを与えることを防止することができる。また図４では被験者９０の体表９１に、検出部１０のシート状基材１１が接している図を示しているが、Ｔシャツ等薄手の布地を介して配置することも可能である。

このように検出部１０のシート状基材１１の他方の面が被験者９０の被測定部の位置に配置されている場合、検出部１０のシート状基材１１の一方の面に設けられている電極１２ａと電極１２ｂとの間の静電容量ｃ０は、シート状基材１１を挟んで対向する体表９１の有する誘電率の影響を受けることとなる。このため、被験者９０の胸部を被測定部として検出部１０のシート状基材１１の他方の面を配置した場合には、被験者９０の心臓の拍動や呼吸による胸郭の拡大・収縮などによって誘電率が変動することで、電極１２ａと電極１２ｂとの間の静電容量ｃ０が変化する。このように誘電率の変化によって静電容量ｃ０が変化することで、生体情報を検出することができるので、検知部１０に圧力等の力を加える必要がない。このため検出部１０のシート状基材１１の他方の面が被験者９０の被測定部に配置されていれば、被験者９０が横たわる等の姿勢を限定することなく測定を行うことができる。検出部１０のシート状基材１１の他方の面が被測定部に対向しているので、電極１２を構成する金属などが被験者９０に接することがないので金属アレルギーなどのストレスを与えることを防止することができる。また、検出部１０はシート状基材１１の一方の面に電極１２が形成された薄板状の形状のため軽量に構成することが容易であるため、着衣等に貼り付けて使用することも可能である。

次に検出部１０に設けられた電極１２ａと電極１２ｂとの間の静電容量ｃ０が変化した場合の発振器２０の動作について説明する。

検出部１０に設けられた電極１２ａと電極１２ｂとの間の静電容量ｃ０が増加した場合、図３に示すｃ１からｃ５の静電容量とｃ０との合成容量Ｃは、ｃ１からｃ５の静電容量が全て固定の値であるため、ｃ０の増加に伴って増加する。

発振器２０の発振周波数ｆは式（１）によって決まるので、合成容量Ｃが増加すると発振周波数ｆは、合成容量Ｃの増加に伴って低くなる。

同様に、検出部１０に設けられた電極１２ａと電極１２ｂとの間の静電容量ｃ０が減少した場合、合成容量Ｃはｃ０の減少に伴って減少し、発振器２０の発振周波数ｆは合成容量Ｃの減少に伴って高くなる。

以上のように、発振器２０の発振周波数ｆは、被験者９０の心臓の拍動や呼吸によって電極１２ａと電極１２ｂとの間の静電容量ｃ０が変化に伴って、変化することとなる。

発振器２０の発振周波数ｆが変化すると、静電容量検出手段３０の出力電圧が発振器２０の発振周波数ｆに応じて変化するので、被験者９０の心臓の拍動や呼吸といった生体情報を測定することができる。

以下、本実施形態としたことによる効果について説明する。

本実施形態の生体情報測定装置１００では、検出部１０には、複数（二つ）の電極１２がシート状基材１１の一方の面に配置され、検出部１０のシート状基材１１の他方の面が被測定部に対向するように配置され、静電容量検出手段３０で検出部１０に配置された複数（二つ）の電極１２間の静電容量ｃ０の変化を検出することで、生体情報を検出するよう構成した。

このため、検出部１０のシート状基材１１の他方の面を被測定部に対向するように配置することで、被験者９０の心臓の拍動や呼吸による胸郭の拡大・収縮などによって生じる誘電率の変動を、検出部１０のシート状基材１１の一方の面に配置された複数（二つ）の電極１２間の静電容量ｃ０の変化として検出することができる。これにより、検知部１０に圧力等の力を加えることなく生体情報を検出することができるので、被験者９０が横たわる等の姿勢を限定することなく測定を行うことができる。また、検出部１０のシート状基材１１の他方の面が被測定部に対向しているので、電極１２を構成する金属などが被験者９０に接することがないので金属アレルギーなどのストレスを与えることを防止することができる。従って、被験者９０の姿勢が限定されず、被験者への負担の少ない測定が可能となる生体情報測定装置を提供することができる。

また、本実施形態の生体情報測定装置１００は、検出部１０に配置された複数（二つ）の電極１２間の静電容量ｃ０の変化に伴って発振周波数ｆが変化する発振器２０を備え、静電容量検出手段３０は、発振器２０の発振周波数ｆの変化を検出するよう構成した。

このため、検出部１０のシート状基材１１の一方の面に配置された複数（二つ）の電極１２間の静電容量ｃ０の変化に伴って発振器２０の発振周波数ｆを変化させる簡易な構成で静電容量ｃ０の変化を検出できるので、持ち運び可能な小型の生体情報測定装置を構成することができる。

また、本実施形態の生体情報測定装置１００は、生体情報が心拍数または呼吸数を検出するように構成した。

このため、検出部１０のシート状基材１１の他方の面を被測定部に対向するように配置することで、被験者９０の心臓の拍動や呼吸による胸郭の拡大・収縮などによる誘電率の変動を、検出部１０のシート状基材１１の一方の面に配置された複数（二つ）の電極１２間の静電容量ｃ０の変化として検出することができる。このため、被験者９０への負担が少ない測定が可能で、心拍数または呼吸数を測定することができる生体情報測定装置を提供することができる。

以上のように、本発明の実施形態に係る生体情報測定装置１００を具体的に説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲で種々変更して実施することが可能である。例えば次のように変形して実施することができ、これらの実施形態も本発明の技術的範囲に属する。

（１）本実施形態において、検出部１０に２つの電極１２が配置される例を示して説明を行ったが、電極は３つ以上配置されていても良い。電極を３つ以上設けた場合、それぞれの電極間に生じる静電容量の変化を検出するようにしても良く、また１つの電極を基準電極とし、基準電極と他の電極との間に生じる静電容量の変化を検出するように構成しても良い。

（２）本実施形態において、検出部１０は、シート状基材１１の一方の面に、複数の電極１２が露出している例を示して説明を行ったが、複数の電極１２が２枚のシート状基材に挟まれるように配置しても良い。このように構成することで、検出部１０の両面とも電極１２が露出しないので、検出部１０の向きを意識せずに使用することができる。

（３）本実施形態において、発振器２０はＬＣ発振回路の一例として図３に示す回路を例示して説明を行ったが、他の形態のＬＣ発振回路を用いて構成しても良く、またＲＣ発振回路を用いて構成しても良い。静電容量ｃ０が変化することで発振周波数ｆが変化する発振回路であれば同様に適用することができる。

（４）本実施形態において、静電容量検出手段３０は発振器２０の発振出力を周波数検波する周波数検波回路を用いた例を示して説明を行ったが、周波数の変化を一定時間ごとに計測する周波数カウンタを用いて構成しても良い。また、発振器２０を用いずに、コンデンサの充放電時定数を計測する方法や、交流信号に対するインピーダンスを計測する方法等で、直接検出部１０に設けられた電極１２間の静電容量を測定するよう構成しても良い。

１０検出部
１１シート状基材
１２電極
２０発振器
３０静電容量検出手段
１００生体情報測定装置

Claims

被測定部に配置され電極を有する検出部と、静電容量を検出する静電容量検出手段と、を有して、生体情報を測定する生体情報測定装置において、
前記検出部は、複数の前記電極がシート状基材の一方の面に配置され、
前記検出部の前記シート状基材の他方の面を被測定部に対向するように配置し、前記静電容量検出手段で前記検出部に配置された複数の前記電極間の静電容量の変化を検出することで、前記生体情報を検出することを特徴とする生体情報測定装置。
前記検出部に配置された複数の前記電極間の静電容量の変化に伴って発振周波数が変化する発振器を備え、前記静電容量検出手段は、前記発振器の発振周波数の変化を検出することを特徴とする請求項１に記載の生体情報測定装置。
前記生体情報が心拍数または呼吸数の少なくともいずれか一方であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の生体情報測定装置。