JP2015112127A - バンド付掻破検知通知装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 腕または指に装着されて掻破時に発生する体内を伝わる振動または音を効率良く検知し、外部に通知する機能を有するバンド付掻破検知通知装置を提供する。
【解決手段】 振動または音を検知する圧電素子が筐体に隙間を保って包囲されるとともに、筐体はバンドと密に固着される構造とした。また、圧電素子の支持部材の付加加重となるアンテナ、警告装置、電子部品の実装された基板、電池は、雑音となる寄生振動を発生を防止するため、筐体内もしくはバンド内にモールドされ、装着時に筐体とバンドは圧電素子が対向する皮膚表面の周囲に密着する構造とした。
【選択図】図１

Description

本発明は、アトピー性皮膚炎の患者等が腕や指に装着し、掻破行動を測定する装置に関し、更に詳細には、アトピー性皮膚炎の患者等が無意識に行う掻破行動を検知して警告を発したり、検知データを無線通信で外部機器に送信する機能を有する掻破検知通知装置に関する。

特許文献１には、人体に装着する小型軽量の肉伝導マイクロホンであって、人の動きに伴う装着ずれや脱落、雑音の混入などが生じにくく、体型等の個人差に対しても装着適応性の高い肉伝導マイクロホンの発明が開示されている。
該肉伝導マイクロホンは、皮膚表面に密着されて肉伝導音を伝播させる軟性部材からなる肉伝導音伝播部と、その肉伝導音を電気信号に変換するマイクロホンなどで構成される。

また、この肉伝導マイクロホンは、声帯、呼吸音、心臓や脈拍音など、生体内を伝導する音声を採取するが、外部ノイズや、装着に起因するノイズの収集を極力避けるための構造を工夫している。
しかし、特許文献１の先行技術は、人の掻破行動に伴い発生させる掻破音を計測対象としないため、アトピー性皮膚炎の患者が指先で患部を掻く動作に伴い発する音、振動などの計測用には不向きである。

特許文献２には、人間を含む動物が特定の体動を実施するとき発生させる音や振動に着目し、これらが体内を伝導する音や振動(以下、体動音と記す)をマイクロホンを用いて採集し、予め磁気記録装置等に記憶した特定体動音の標準パターン信号と比較することにより、採集された体動音が特定体動音であるかどうかを判定する体動音測定装置と、その判定結果を出力装置を通じて外部に出力する発明が開示されている。
また、特許文献２には、人の腕に装着して掻破回数を計測して表示する体動検査装置の概念図も開示されているが、腕時計タイプの掻破検知通知装置の具体的な構成は開示されていない。

特開２００８−４２７４１ 特開２００５−２６１３１５

人が行う掻破行動は通常、指、手を用いて実施される。従って、掻破行動に伴い発生する音や振動は、発生源に近い手や指に掻破検知通知装置のセンサを設置して観測することが、データの検出感度を確保する上で重要である。
しかし、センサを手や指に設置した場合、手や指は掻破行動とは関係ない様々な動作を行うので、この動作に随伴して手、指が周囲にある物に接触して発生させる衝撃音、変形音、摩擦音など様々なノイズをセンサが採集してしまう問題がある。

また、手首太さ、形状は人により様々で、掻破検知通知装置を多くの人々の手首に首尾よくフィットさせることは容易ではない。
さらに、手首に装着する掻破検知通知装置の形状やサイズは、人の自然な掻破行動を制約しない範囲で小型かつ軽量のものが望ましい。
ただし、センサ部のみを分離して手首に装着する形態では、センサが収集した体動音信号を検査装置本体に伝送する必要があり、ケーブルを用いた有線方式ではケーブル自体の断線や掻破行動の阻害が懸念される。

センサ以外の装置構成要素を全て手首に装着する場合、装置全体の重量が増すため加速度の影響を受け易く、掻破行動以外の動作ノイズが混入する。
掻破検査装置の技術課題は、特許文献１や特許文献２など従来技術の組合せや転用だけでは容易には解決できない。

本発明は、人が就寝時や覚醒時において無意識に行う掻破行動等により、指や手に発生する掻破音を採集するバンド付き掻破検知通知装置であって、腕や指に装着して使用され、周囲のものと強く接触・摩擦してもこれらに起因するノイズを極限まで抑えることができ、しかも、外部からの耐電磁波ノイズにも優れ、計測データの信頼性を確実に保証できる掻破検知通知装置の提供を目的とする。

請求項１に記載の発明は、計測対象者の腕または指に装着されて掻破行動を検知し、検知データを外部に通知する通信機能を有するバンド付掻破検知通知装置である。
計測対象者は、本バンド付掻破検知通知装置を手首または、指に装着して使用する。
また、本バンド付掻破検知通知装置は少なくともセンサ素子と、センサアンプと、ＡＤ変換ユニットと、データ処理ユニットと、無線ユニットと、アンテナと、警告部品と、電池と、筐体と、が第１樹脂でモールド一体化されて作られる。

これにより、本掻破検知通知装置では腕や指に装着されて振り回されたり、腕や指が外部物体に衝突した場合であっても、内部に実装される個々の部品類は一体に運動し、相対的な位置ズレを生じることはなく、人の動作に伴うノイズ発生を極小とすることができる。

センサ素子は、圧電素子、加速度センサ、歪ゲージ、コンデンサマイクロホンの中から何れか１つが用途に応じて選択される。
センサ素子は、高剛性の筐体に、皮膚との対向面を除く５方向が包囲され、しかも筐体とは所定間隔を保ち、直接接触しない状態で柔軟性に富む第２樹脂にモールドされるので、腕や指が外部物体に接触しても伝導する衝撃が緩和され、機械的ノイズと電磁波ノイズの両面で、耐ノイズ性に優れた構成になっている。

また、センサ素子は感圧面側も第２樹脂でモールドされるので、本バンド付掻破検知通知装置を計測対象者が腕または指に装着すると、センサ素子はモールド樹脂を挟んで感圧面が計測対象者の皮膚と対向し、しかも、第２樹脂が計測対象者の皮膚と密着するので、掻破行動により発生する体動音を高感度で収集することができる。

請求項２に記載の発明は、モールドに使用される第１樹脂がゴム硬度３０〜８０度のプラスチックであり、代表的にはシリコンゴムが使用される。また、第２樹脂にはゴム硬度５〜１５のウレタンゴムあるいは、ゴム硬度５〜１０度のシリコンゴムが使用される。ウレタンゴムには様々な種類があるが、人の皮膚に優しいウレタンゴムを使用し、また、シリコンゴムの場合も人の皮膚に優しいシリコンゴムを使用する。

一般に、シリコンゴムと比較してウレタンゴムは肌に対する親和性が高く、センサ素子の感圧面に使用するモールド樹脂としてはウレタンゴムの方がより好ましい。また、ゴム硬度５〜１５度と、低いゴム硬度範囲のウレタンゴムとすることで、計測対象者の腕や指に良好にフィットさせ、体動音を高感度で収集することができる。

請求項３に記載の発明は、電子部品等を実装する筐体に導電性材料が用いられる。導電性材料として金属、炭素繊維、導電性プラスチックなどを用いることができる。導電性材料に金属を採用する場合、ステンレス、チタンなどの人の皮膚に優しい金属を使用する。
また、筐体を対象者の手首または指の皮膚に直接接触させることで、外部からの電磁波ノイズを筐体で吸収させ、対象者の人体をアースとして逃がすことができる。これにより、耐電磁波ノイズ性に優れた信頼性の高いデータ採集を可能とした。

請求項４に記載の発明は、センサ素子とセンサアンプに加え、ＡＤ変換ユニットと、データ処理ユニットと、記無線ユニットとを、計測対象者の皮膚表面との対向方向を除く５方向について、筐体に包囲させる発明である。これにより、本掻破検知通知装置に実装される電子部品類は６方向中５方向を筐体により電磁シールドされ、残る１方向を人体により電磁シールドされるので、外部からの電磁波ノイズを確実に遮断することができる。

請求項５に記載の発明は、電子部品の実装された基板が無線通信機能を有し、無線で送受信を行う。センサ素子により検出される音や振動のアナログデータは、本バンド付掻破検知通知装置内でＡ／Ｄ変換され、データ処理ユニットで様々なデータ処理がなされ、これらデータ処理結果は警告部品により警告として発せられたり、アンテナを介し外部機器に無線送信される。

従って、本バンド付掻破検知通知装置は、内蔵する警告装置にデータ処理結果を伝達するだけでなく、外部に設置されるコンピュータなどの機器にも様々な処理レベルのデータを送信したり、逆に外部機器から制御指令などのデータを入手することができる。

請求項５に記載の発明は、掻破検知通知装置に実装される無線ユニットとアンテナが無線通信によるデータの送受信機能を備え、腕に装着して使用される腕時計タイプのリストバンド付掻破検知通知装置である。本バンド付掻破検知通知装置を腕時計と同じ要領で腕に装着すると、ゴム硬度の低いウレタンゴムが手首形状の異なる個々人に対し、良好にフィットし、体内を伝導する音や振動を高感度に収集するので、信頼性の高いデータを採集できる。また、腕時計タイプであるので、装着が簡単、確実で、安定して掻破振動や掻破音を収集することができる。

アトピー性皮膚炎をはじめとする慢性皮膚炎症性疾患は、就寝中や覚醒中であっても無意識に掻破行動を行う。掻破行為は治療面からは好ましくなく、本人に自覚させて停止させる必要がある。本バンド付掻破検知通知装置では機械的ノイズ、電磁波ノイズの少ない信頼性の高い掻破データを取集できるので、採集されるデータについて、掻破行動パターンかどうかを確実に判定し、掻破行動パターンと認定した場合、本人に警告して掻破行為を停止させたり、小さい子供の場合は無線通信回線を介して親に知らせ、親が子供の掻破行為を停止させることができる。更には、診掻破行為データの全て、或いは一部について無線通信回線を介して病院のサーバーに登録させることで、診断や治療に使用することなどができる。

本発明による掻破検知通知装置の断面図 腕装着型リストバンド付掻破検知通知装置の腕への装着状況 指装着型バンド付掻破検知通知装置の指への装着状況 腕装着型リストバンド付掻破検知通知装置の表面外観図 腕装着型リストバンド付掻破検知通知装置の裏面外観図 モールド樹脂１の有無による出力波形の相違 簡易シールド構造 ２層シールド構造 簡易シールド構造の出力波 本発明の電磁波シールド構造の出力波 本発明の電磁波シールドと２層電磁波シールド構造の出力波形

以下、本発明の実施の形態として一実施例を図1〜図１１に基づいて説明する。
本発明の腕装着型掻破検知通知装置の構成と製作方法について、図１に示す腕装着型掻破検知通知装置の断面図を用いて説明する。

電磁遮蔽機能を有するステンレス製筐体１９の略中央部にセンサプリアンプ１２が筐体１９から絶縁されて実装される。また、筐体１９の手首側内部にセンサ素子１１がセンサプリアンプ１２に配線されて、ウレタンゴム（第２樹脂）２０でポッティングされる。筐体１９の上面には、絶縁基板に表面実装されたＡＤ変換ユニット１３と、データ処理ユニット１４と、無線ユニット１５が実装配線される。無線ユニット１５には無線通信用のアンテナ１６の一端が取付けられ、アンテナ１６の他端は筐体１９に設けられた穴から、筐体１９と絶縁されて、筐体外部に引き出される。

また、警告部品１７を筐体１９の右側に、電池１８を筐体１９の左側に配置して、全体の重心バランスが中央部になるよう配置する。また、これら全ての部品は一体に組み立てられた後、別途準備されたモールド用金型に収納され、モールド（第２樹脂）２１で一体にモールドされる。モールド２１の材料には、主剤に触媒を加えて硬化させる硬質シリコンゴムを用い、ポッティング方法により作成する。このモールド２１の左右両端部には、一対のバンド２２を連結するための連結環２５を設ける。
なお、腕装着型掻破検知通知装置１０に実装される部品類の全体配置については、装置全体の重心が装置の中心軸上に近づくよう各部品を配置した。

なお、本モールド２１による一体化作業では、筐体１９の下面と、ウレタンゴム２０の下面はマスキングテープを施して、ポッティング作業を行い、ポッティング樹脂が硬化後マスキングテープを除去し、筐体１９の下面と、ウレタンゴム２０の下面を露出させる。これにより、腕装着型掻破検知通知装置１０を手首に装着させたとき、筐体１９の下面と、ウレタンゴム２０の下面を手首の皮膚に確実に接触させることができる。

一対のバンド２２は、それぞれモールド２１の左右それぞれ２箇所に設けられた連結環２５に連結用穴を位置合わせし、連結ピン２４を貫通させて一体化させる。一対のバンド２２には面ファスナー構造が設けられ、面ファスナーを重ね合わせて結合させる。面ファスナーをベルト構造、ボタン構造などに置き換えてもよい。

図４は組立の完了した腕装着型掻破検知通知装置１０を正面側斜め上方からの外観図で、図５は裏面から外観図である。腕装着型掻破検知通知装置１０は図２に示すように、対象者の腕２３に装着、固定されて使用される。
図３に指に装着して使用する指装着型掻破検知通知装置３０を示す。指装着型掻破検知通知装置３０は、指３１に装着して使用され、基本構造は腕装着型掻破検知通知装置１０と同じである。しかし、指３１に装着して使用するため小型化が図られ、また、バンド２２に相当する部分は、通常の指輪と同様リングとすることができる。

次に、ウレタンゴム（第２樹脂）２０のゴム硬度を５〜１５度とした理由について、説明する。
２液混合タイプ、室温硬化型、ゴム硬度５、１０、１５、２０の４種類の市販のゴムウレタンゴムについて試作を行い、次の（１）、（２）評価を行った。
また、ゴム硬度５、１０、１５、２０の４種類の市販のシリコンゴムについても次の（１）、（２）の評価を行った。
（１）耐ズレ性試験：腕に装着したときの滑り難さを感覚的に相対評価する（感応試験）。
（２）検出感度試験：掻破振動や掻破音の検出性能を相対評価する（定性評価）。
これらは何れも主観的評価になるが評価結果は表１の通りであった。

表１から次が結論づけられる。
（１） ウレタンゴムでは、耐ズレ特性と検出感度の両面から、ゴム硬度５〜１５度の範囲が好適である。
（２） シリコンゴムの場合は、耐ズレ特性と検出感度の両面からゴム硬度５〜１０度が好適である。
ウレタンゴムとシリコンゴムの違いは、ウレタンゴムの表面にはタック性があり、皮膚に良く馴染むため、シリコンゴムに比べ広いゴム硬度範囲で耐ズレ性や検出感度に優れた特性が得られる。
また、掻破振動や掻破音の検出感度は、振動の伝搬特性を考慮すると、人の皮膚のゴム硬度に類似するゴム硬度の材料が好適と考えられる。人の皮膚のゴム硬度は約１０度であり、前記好適としたゴム硬度範囲に含まれる。

次に、筐体に実装した部品のモールド樹脂による固定効果について説明を行う。
図６は、図１に示す腕装着型掻破検知通知装置１０について、モールド樹脂１によるモールドの有無による耐機械衝撃特性の違いを比較した試験データである。Ｘ軸が時間で、Ｙ軸はノイズ波形の波高値である。Ａはモールド樹脂１なし、Ｂがモールド樹脂ありの場合である。モールド樹脂によるモールド効果により衝撃に起因するノイズが低減されており、モールド樹脂により耐機械的衝撃特性の向上することが確認できる。

次に、外来電磁波ノイズに対するシールド効果について説明を行う。
外来電磁波ノイズに対する評価は、筐体１９によるシールド構造の一部を除去した図７に示す簡易シールド構造の簡易シールド構造腕装着型掻破検知通知装置２７と、図１に示す本発明のシールド構造の腕装着型掻破検知通知装置１０と、図８に示す本発明に内部シール部材２６を追加した２層シールド構造の２層シールド構造腕装着型掻破検知通知装置２８の３種類について実施した。

図９は簡易シールド構造腕装着型掻破検知通知装置２７についての出力波形のスペクトル図であり、Ｘ軸が周波数、Ｙ軸がスペクトル強度である。図１０は腕装着型掻破検知通知装置１０の出力波形のスペクトル図で、図９同様Ｘ軸が周波数、Ｙ軸がスペクトル強度である。
図９，１０について、センサ出力に対する背景雑音の大きさを相対評価すると、簡易シールド構造腕装着型掻破検知通知装置２７のシール構造に比較して、本発明の腕装着型掻破検知通知装置１０のシールド構造では背景雑音が大幅に低減されていることが確認できる。

また、図１１に示す２つの出力波形は、Ａが腕装着型掻破検知通知装置１０の出力波形のスペクトルであり、Ｂが２層シールド構造腕装着型掻破検知通知装置２８の出力波形のスペクトルである。Ｘ軸が時間で、Ｙ軸はノイズ波形の波高値である。図１１から
Ｂの電磁波ノイズ波高値はＡに比べ更に低減されており、２層シールド構造を採用することで、外来電磁波ノイズを更に遮断できることが明らかである。

皮膚の痒みは、アトピー性皮膚炎など慢性皮膚炎症性疾患だけでなく、様々な病気治療に使用される薬剤の副作用として現れることがある。本発明のバンド付掻破検知通知装置は掻破行為を容易に検知できるので、慢性皮膚炎症性疾患に限定されることなく、様々な医療分野や日常生活でも活用できる。

１０ 腕装着型掻破検知通知装置
１１ センサ素子
１２ センサプリアンプ
１３ ＡＤ変換ユニット
１４ データ処理ユニット
１５ 無線ユニット
１６ アンテナ
１７ 警告部品
１８ 電池
１９ 筐体
２０ ウレタンゴム
２１ モールド
２２ バンド
２３ 腕
２４ 連結ピン
２５ 連結環
２６ 内部シール部材
２７ 簡易シールド構造腕装着型掻破検知通知装置
２８ ２層シールド構造腕装着型掻破検知通知装置
３０ 指装着型掻破検知通知装置
３１ 指

Claims (5)

1. 対象者の腕または指に装着されて掻破を検知し、外部に通知するバンド付掻破検知通知装置であって、
   手首または、指に装着して使用され、
   少なくともセンサ素子と、センサンプと、ＡＤ変換ユニットと、データ処理ユニットと、無線ユニットと、アンテナと、警告部品と、電池と、筐体と、が第１樹脂でモールド一体化されており、
   前記センサ素子が圧電素子、加速度センサ、歪ゲージ、コンデンサマイクロホンの何れか１つであり、
   前記センサ素子が、感圧面を前記計測対象者の皮膚表面に対向させて前記筐体内に第２樹脂でモールドされ、
   前記筐体が導電体材料で構成され、少なくとも前記センサ素子と前記センサンプが前記計測対象者の皮膚表面との対向方向を除く５方向を前記筐体に包囲されていることを特徴とする掻破検知通知装置。
2. 前記第１樹脂がゴム硬度３０〜８０プラスチックであって、前記第２樹脂がゴム硬度５〜１５度のウレタンゴムまたは、ゴム硬度５〜１０度シリコンゴムであることを特徴とする請求項１に記載のバンド付掻破検知通知装置。
3. 前記筐体が指導電性材料であって、前記対象者の手首または指の皮膚に直接接触させる構造であることを特徴とする請求項１乃至２の何れか１項に記載のバンド付掻破検知通知装置。
4. 前記センサ素子と前記センサアンプに加え、前記ＡＤ変換ユニットと、前記データ処理ユニットと、前記無線ユニットとが、前記計測対象者の皮膚表面との対向方向を除く５方向を前記筐体に包囲されていることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載のバンド付掻破検知通知装置。
5. 前記前記無線ユニットと前記アンテナが、無線により送受信する通信機能を有し、前記バンド付掻破検知通知装置が腕に装着して使用される腕時計タイプであることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載のバンド付掻破検知通知装置。