JP2015144628A - 脈波検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】圧力センサアレイが形成されたセンサチップを動脈が通る被測定部位に押しつけて、非観血式に脈波を検出する脈波検出装置であって、動脈の血管壁の外向き部分を精度良く平坦化できるものを提供する。【解決手段】センサチップは、Ｘ方向に細長く延在する形状をもち、動脈に対して交差して配置される基板１０を備える。基板１０に、Ｘ方向に沿って並ぶ複数の圧力センサ素子４１からなる圧力センサアレイ４０が形成されている。基板１０上で圧力センサアレイ４０の端部に対向する領域に、複数の圧力センサ素子４１の出力をチップ外へ取り出すための電極端子アレイ５０Ｂが形成されている。基板１０上で圧力センサアレイ４０の両側に相当する領域１０Ａ，１０Ｂは、電極端子が存在しない平坦面になっている。【選択図】図５

Description

この発明は脈波検出装置に関し、より詳しくは、圧力センサ（歪みセンサ）アレイが形成されたセンサチップを動脈が通る被測定部位に押しつけて、非観血式に脈波を検出する脈波検出装置に関する。

この種の脈波検出装置としては、例えば特許文献１（特開２０１１−２３９８４０号公報）に示すように、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）技術によって圧力センサ（歪みセンサ）アレイが形成されたセンサチップを動脈が通る被測定部位に押しつけて、トノメトリ法により非観血式に、上記動脈の内圧の変化、つまり脈波を測定するものが知られている。

トノメトリ法により非観血式に血圧（動脈の内圧の変化を含む。）を測定するための市販品では、図１６（Ａ）に示すようにパターンレイアウトされたセンサチップを備えたものがある。この例では、センサチップ１０１は、一方向（Ｘ方向）に細長い略平板状のシリコン基板１０２と、このシリコン基板１０２のＹ方向（Ｘ方向に対して垂直な方向）に関して略中央に形成された圧力センサアレイ１１０と、Ｙ方向に関して両側の長辺１０２ａ，１０２ｂに沿って形成された電極端子アレイ１２０Ａ，１２０Ｂとを備えている。圧力センサアレイ１１０は、Ｘ方向に沿って一定ピッチで並ぶ複数の圧力センサ（歪みセンサ）素子１１１からなっている。電極端子アレイ１２０Ａ，１２０Ｂは、それぞれＸ方向に沿って一定ピッチで並ぶ複数の金バンプ電極１２１，１２１，…からなっている。圧力センサアレイ１１０の各圧力センサ素子１１１は、シリコン基板１０２上に形成された図示しない配線を介して、電極端子アレイ１２０Ａ，１２０Ｂの対応する金バンプ電極１２１と接続されている。図１６（Ｂ）（図１６（Ａ）におけるＢ−Ｂ線断面）に示すように、圧力センサアレイ１１０は、シリコン基板１０２の裏面側（−Ｚ側）を凹状に削って設けられた薄厚領域１１９に形成されている。シリコン基板１０２の裏面側は、ガラス板１０３によって支持されている。ガラス板１０３には、圧力センサ素子１１１のＺ方向の撓みを妨げないように、薄厚領域（凹部）１１９と外部との空気の流通を許す貫通孔１０３Ａ，１０３Ｂが設けられている。

図１７中に示すように、センサチップ１０１を実装した製品では、電極端子アレイ１２０Ａ，１２０Ｂの金バンプ電極１２１，１２１にフレキシブル配線板１３０Ａ，１３０Ｂが接続されている。フレキシブル配線板１３０Ａ，１３０Ｂには、各圧力センサ素子１１１からの信号を処理する処理回路（図示せず）が搭載されている。また、センサチップ１０１の表面全域を覆う樹脂からなる保護シート１４０が設けられている。

トノメトリ法による血圧測定時には、図１８中に示すように、センサチップ１０１は、動脈９１が通る被測定部位９０に対して押しつけられる。これにより、センサチップ１０１を介して外圧Ｐｏによって動脈９１を圧迫して、動脈９１を完全に潰しきることなく、動脈９１の血管壁の一部（センサチップ１０１に対向する体表面９０ａに近い部分。以下「外向き部分」という。）９１ａのみを平坦な状態にする。すなわち、その外向き部分９１ａの血管壁の曲率半径を無限大にする。このとき、センサチップ１０１の長手方向、すなわち、圧力センサアレイ１１０の延在方向（Ｘ方向）が、動脈９１に対して交差する向きに配置される。この配置で、圧力センサアレイ１１０が含む複数の圧力センサ素子１１１，１１１，…の出力に基づいて、圧力センサアレイ１１０の中で適切な圧力センサ素子１１１が選択される。そして、その選択された圧力センサ素子１１１の出力に基づいて、動脈９１の内圧の変化が測定される。

具体的には、図１９（Ｂ）に模式的に示すように、外圧Ｐｏと血管の内圧Ｐｉとの平衡を保ちながら、外圧Ｐｏに抗して拍動する内圧（血圧脈波）Ｐｉが求められる。なお、図１９（Ａ）に模式的に示すように、動脈９１に平坦な部分が形成されない場合は、外圧Ｐｏと内圧Ｐｉとの関係式
Ｐｏ＝Ｐｉ＋Ｔ／ｒ
において、血管壁の曲率半径（ｒとする。）が比較的小さくなる。このため、外圧Ｐｏと血管の内圧Ｐｉとが実質的に一致せず、正確な測定が行われない。

特開２０１１−２３９８４０号公報

従来の市販品では、図１７に示すように圧力センサアレイ１１０の延在方向に対して垂直な断面（実質的に動脈９１に沿った断面）を見た場合、センサチップ１０１の両側の長辺１０２ａ，１０２ｂの近傍に、金バンプ電極１２１，１２１とそれに接続されたフレキシブル配線板１３０Ａ，１３０Ｂが存在するため、保護シート１４０のうち両側の長辺１０２ａ，１０２ｂ近傍の部分１４０ａ，１４０ｂが矢印Ｅで示すように外（被測定部位９０）へ向かって凸状に盛り上がっている。このため、動脈９１の血管壁の外向き部分９１ａを平坦化するのに、その凸状に盛り上がった部分１４０ａ，１４０ｂが障害になるという問題がある。この結果、曲率半径を無限大にすることが出来ず、血管壁張力の影響を受けて、測定精度が低下する可能性がある。

そこで、この発明の課題は、圧力センサアレイが形成されたセンサチップを動脈が通る被測定部位に押しつけて、非観血式に脈波を検出する脈波検出装置であって、動脈の血管壁の外向き部分を精度良く平坦化でき、したがって血管の内圧を正確に求めることができるものを提供することにある。

上記課題を解決するため、この発明の脈波検出装置は、
圧力センサアレイが形成されたセンサチップを動脈が通る被測定部位に押しつけて、非観血式に脈波を検出する脈波検出装置であって、
上記センサチップは、
一方向に細長く延在する形状をもち、上記動脈に対して交差して配置される基板と、
この基板に形成された、上記一方向に沿って並ぶ複数の圧力センサ素子からなる圧力センサアレイと、
上記基板上で上記圧力センサアレイの端部に対向する領域に形成された、上記複数の圧力センサ素子の出力をチップ外へ取り出すための、上記一方向に対して垂直な方向に沿って並ぶ複数の電極端子からなる電極端子アレイとを備え、
上記基板上で上記圧力センサアレイの両側に相当する領域は、電極端子が存在しない実質的な平坦面になっていることを特徴とする。

本明細書で「実質的な平坦面」とは、センサチップを動脈が通る被測定部位に押しつけるときに平坦であると感じられれば足り、ミクロンオーダの微細な凹凸（例えばセンサチップを作製する半導体プロセスで生じるような薄膜の段差）を許容する意味である。

この発明の脈波検出装置では、血圧測定時には、上記センサチップは、動脈が通る被測定部位に対して押しつけられる。このとき、上記センサチップの長手方向、すなわち、上記圧力センサアレイの延在方向が、上記動脈に対して交差して配置される。そして、上記圧力センサアレイが含む複数の圧力センサ素子の出力に基づいて、上記圧力センサアレイの中で適切な圧力センサ素子（例えば、最も大きい脈波信号を出力するもの）が選択される。そして、その選択された圧力センサ素子の出力に基づいて、上記動脈の内圧の変化（つまり、脈波）が測定される。

ここで、この脈波検出装置では、上記複数の圧力センサ素子の出力は、上記基板上で上記圧力センサアレイの端部に対向する領域に形成された電極端子アレイを介して、チップ外へ取り出される。上記基板上で上記圧力センサアレイの両側に相当する領域は、電極端子が存在しない実質的な平坦面になっている。したがって、上記圧力センサアレイの延在方向に対して垂直な断面（実質的に上記動脈に沿った断面）では、上記動脈の血管壁の外向き部分を平坦化するのに障害が存在しない。この結果、上記動脈の血管壁の外向き部分を精度良く平坦化できる。したがって、血管壁の影響を受けず、上記動脈の内圧の変化を正確に求めることができる。

なお、上記圧力センサアレイの延在方向に沿った断面（上記動脈を横切る断面）では、上記基板上で上記圧力センサアレイの端部に対向する領域に電極端子が存在する。しかし、この電極端子は上記動脈から外れた領域に存在するので、上記動脈の血管壁の外向き部分を平坦化するのに障害にはならない。

また、上記センサチップの上記基板上で上記圧力センサアレイの両側に相当する領域には、電極端子アレイが存在しない。したがって、上記圧力センサアレイの延在方向に対して垂直な断面（実質的に上記動脈に沿った断面）において、上記圧力センサアレイの両側に相当する領域の寸法を小さくすることができる。この結果、被測定部位に対する圧迫力を小さくでき、したがって被測定者に対する苦痛を低減できる。

一実施形態の脈波検出装置では、上記電極端子アレイは、上記一方向に対して垂直な方向に沿って並ぶ複数の電極端子を含むことを特徴とする。

この一実施形態の脈波検出装置では、複数の電極端子を上記一方向に沿って並べる配置に比して、上記センサチップの上記一方向の寸法が大きくなるのを抑制できる。

一実施形態の脈波検出装置では、上記基板の上記圧力センサアレイの両側に相当する領域に、上記圧力センサアレイの上記圧力センサ素子の出力を処理して、上記電極端子アレイの電極端子へ送出する処理回路が一体に形成されていることを特徴とする。

この一実施形態の脈波検出装置では、上記基板の上記圧力センサアレイの両側に相当する領域に、上記圧力センサアレイの上記圧力センサ素子の出力を処理して、上記電極端子アレイの電極端子へ送出する処理回路が一体に形成されている。したがって、上記処理回路をチップ外に設ける必要が無くなり、チップ外の回路が簡素化される。

一実施形態の脈波検出装置では、上記処理回路は、上記圧力センサアレイの上記複数の圧力センサ素子の出力を選択して、低減された数の圧力センサ素子の出力を時分割で取り出すマルチプレクサを含むことを特徴とする。

この一実施形態の脈波検出装置では、上記処理回路は、上記圧力センサアレイの上記複数の圧力センサ素子の出力を選択して、低減された数の圧力センサ素子の出力を時分割で取り出すマルチプレクサを含む。これにより、上記電極端子アレイが含む電極端子の数を低減することが可能になる。したがって、上記電極端子アレイを上記基板上で上記一方向（上記センサチップの長手方向）に対して垂直な方向に沿って配置するレイアウトが容易になるとともに、製造歩留が向上する。また、上記圧力センサ素子の出力信号数が低減されて、チップ外の回路が簡素化されるので、コストダウンが可能となる。

一実施形態の脈波検出装置では、
上記センサチップを搭載して支持する配線基板を備え、
上記センサチップの上記電極端子アレイの電極端子は、上記配線基板上の対応する電極パッドに、ワイヤを介して接続されていることを特徴とする。

この一実施形態の脈波検出装置では、上記センサチップの上記電極端子アレイの電極端子は、上記配線基板上の対応する電極パッドに、ワイヤを介して接続されている。このワイヤは、公知のワイヤボンディング技術によって、金バンプによる接続に比して精度良く設けられる。この結果、実装工程の歩留りが向上する。

一実施形態の脈波検出装置では、上記ワイヤは樹脂で封止されていることを特徴とする。

この一実施形態の脈波検出装置では、上記ワイヤは樹脂で封止されている。したがって、上記ワイヤが上記樹脂によって保護される。

以上より明らかなように、この発明の脈波検出装置によれば、動脈の血管壁の外向き部分を精度良く平坦化でき、したがって血管の内圧を正確に求めることができる。

この発明の一実施形態の脈波検出装置を構成するセンサユニットと固定台を示す図である。 上記脈波検出装置を被測定部位に装着した状態を示す図である。 上記センサユニットに設けられたセンサチップを示す図である。 実装時に上記センサチップをセラミック基板に搭載する態様を示す平面図である。 上記センサチップの平面レイアウトを模式的に示す図である。 図６（Ａ）は、上記センサチップの実装状態を説明する、圧力センサアレイの延在方向に沿った断面図である。図６（Ｂ）は、上記センサチップの実装状態を説明する、圧力センサアレイの延在方向に対して垂直な断面図である。 上記センサチップの実装手順を示すフロー図である。 上記センサチップに含まれたマルチプレクサの動作を説明する図である。 上記脈波検出装置の機能的なブロック構成を示す図である。 上記脈波検出装置による測定処理のフローを示す図である。 測定時における上記センサチップ近傍の、圧力センサアレイの延在方向に対して垂直な断面（実質的に動脈に沿った断面）を示す図である。 測定時における上記センサチップ近傍の、圧力センサアレイの延在方向に沿った断面（動脈を横切る断面）を示す図である。 図１３（Ａ）は、マルチスキャンモードで得られる圧力信号の波形を例示する図である。図１３（Ｂ）は、複数チャネルの圧力信号から得られるトノグラムを例示する図である。 上記センサチップの最適押圧力を求める方法を説明する図である。 チャネル固定モードで得られる脈波信号の波形を例示する図である。 図１６（Ａ）は、従来の市販品に含まれたセンサチップの平面レイアウトを模式的に示す図である。図１６（Ｂ）は、図１６（Ａ）におけるＢ−Ｂ線断面を示す図である。 従来の市販品による測定時におけるセンサチップの、圧力センサアレイの延在方向に対して垂直な断面（実質的に動脈に沿った断面）を示す図である。 従来の市販品による測定時におけるセンサチップの、圧力センサアレイの延在方向に沿った断面（動脈を横切る断面）を示す図である。 図１９（Ａ）は、動脈に平坦な部分が形成されない場合の、外圧Ｐｏと血管の内圧Ｐｉとの関係を模式的に示す図である。図１９（Ｂ）は、動脈に平坦な部分が形成されている場合の、外圧Ｐｏと血管の内圧Ｐｉとの関係を模式的に示す図である。

以下、この発明の実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。

図１および図２は、この発明の一実施形態の脈波検出装置１００の外観を示している。この脈波検出装置１００は、手首の動脈における脈波を検出するために手首表面に装着されるセンサユニット１と、脈波検出のために手首を固定するための固定台２と、脈波検出に関する各種情報を入出力するための表示ユニット３（図９参照）とを備える。図１ではセンサユニット１は略Ｊ字状の筐体１Ｍ内に収容されており、図２ではスライド溝９を介して筐体１Ｍ内から外部にスライド移動されて、窓１Ｗを通して手首の被測定部位（橈骨動脈が通っている手のひら側の表面）９０上に位置している状態が示される。

固定台２は固定台ユニット７を内蔵しており、固定台ユニット７と表示ユニット３とはＵＳＢ（Universal Serial Bus）ケーブル４を介して通信可能に接続される。また、固定台ユニット７とセンサユニット１とは通信ケーブル５とエア管６とを介して接続される。

脈波検出時には、図２に示すように、ユーザは手首を固定台２の所定位置に載置した状態で、センサユニット１をスライド移動により手首の被測定部位９０に位置させてセンサユニット１の筐体１Ｍと固定台２とをベルト８を介して締めて、手首上のセンサユニット１がずれないように止める。

図３に示すように、センサユニット１の手首に当接される側（図１、２におけるセンサユニット１の裏側）には、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）技術によって圧力センサ（歪みセンサ）アレイ４０が形成されたセンサチップ１９と、このセンサチップ１９を手首の被測定部位９０へ向けて押圧するための押圧カフ１８とが設けられている。

押圧カフ１８は、後述の加圧ポンプ１５および負圧ポンプ１６によるカフ圧の調整を受けて、このカフ圧レベルに応じた量だけセンサチップ１９をセンサユニット１から突出する向き（またはその逆の向き）に移動させる。これにより、センサチップ１９は、筐体１Ｍの予め設けられた開口部１０から突出して被測定部位９０に押圧される。

図５は、上記センサチップ１９の平面レイアウトを模式的に示している。このセンサチップ１９は、一方向（Ｘ方向）に細長い略平板状の基板としてのシリコン基板１０を備え、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）として構成されている。シリコン基板１０のＸ方向の寸法は１０ｍｍ程度、Ｘ方向に対して垂直なＹ方向の寸法は３ｍｍ程度、Ｘ，Ｙ方向に対して垂直なＺ方向の寸法（厚さ）は０．４ｍｍ程度に設定されている。このシリコン基板１０のＹ方向に関して略中央に、Ｘ方向に沿って延在する圧力センサアレイ４０が形成されている。この圧力センサアレイ４０の両側に、それぞれＸ方向に沿って平行に延在するマルチプレクサ２０Ａ，２０Ｂ（適宜、符号２０で総称する。）が形成されている。シリコン基板１０上で圧力センサアレイ４０の端部に対向する領域、すなわち、この例ではＸ方向に関して両側の短辺１０ｃ，１０ｄに沿った領域（２点鎖線で示す）に、電極端子アレイ５０Ａ，５０Ｂが形成されている。図５において＋Ｘ側の電極端子アレイ５０Ｂの近傍に、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）４２と、増幅器（以下「アンプ」という。）２１とが形成されている。また、シリコン基板１０には、これらの各部４０，２０Ａ，２０Ｂ，４２，２１，５０Ａ，５０Ｂを接続する図示しない配線が設けられている。Ｙ方向に関して圧力センサアレイ４０の両側に相当する領域（破線で示す）１０Ａ，１０Ｂは、電極端子が存在しない実質的な平坦面になっている。

圧力センサアレイ４０は、Ｘ方向に沿って一定ピッチ（この例では０．２ｍｍピッチ）で並ぶ複数（この例では４６個）の圧力センサ（歪みセンサ）素子４１，４１，…を含んでいる。例えば図６（Ａ），図６（Ｂ）中に示すように、圧力センサアレイ４０は、シリコン基板１０の裏面側（−Ｚ側）を凹状に削って設けられた薄厚領域４９に形成されている。各圧力センサ素子４１は、ホイーストンブリッジを含む公知のタイプのものである。

図８に示すように、マルチプレクサ２０は、後述のＣＰＵ１１による制御を受けて、圧力センサアレイ４０に含まれた複数の圧力センサ素子４１，４１，…の出力Ａ，Ｂ，Ｃ，…を選択して、低減された個数の圧力センサ素子の出力（圧力信号）Ｐｓ１，Ｐｓ２，…を時分割で取り出す。この取り出される圧力信号の数を「チャネル数」と呼ぶ。この例では、チャネル数を４０チャネルとする（圧力センサアレイ４０の両端の３個ずつの圧力センサ素子４１が使用されない。）。

なお、例えば圧力センサアレイ４０に含まれ４６個の圧力センサ素子４１，４１，…を２個おきに使用して、チャネル数を１５チャネルとしてもよい（圧力センサアレイ４０の端部の１個の圧力センサ素子４１が使用されない。）。その場合、使用される圧力センサ素子４１，４１，…のピッチは、実質的に０．６ｍｍピッチとなる。

ローパスフィルタ４２は、この例では遮断周波数５００ｋＨｚのものであり、マルチプレクサ２０の出力から５００ｋＨｚを超える高周波ノイズを除去して、５００ｋＨｚ以下の信号をアンプ２１へ送る。

アンプ２１は、マルチプレクサ２０からローパスフィルタ４２を通して受けた圧力信号をＰｓ１，Ｐｓ２，…を増幅する。増幅された圧力信号Ｐｓ１，Ｐｓ２，…は、電極端子アレイ（この例では、図５中の電極端子アレイ５０Ｂ）を介してチップ外へ出力される。なお、アンプ２１はチョッパアンプであるため、アンプ２１の後段には、チョッパに伴う雑音を低減するためのローパスフィルタ（図示せず）が含まれている。

図５中に示すように、電極端子アレイ５０Ａは、Ｙ方向に沿って１列に並ぶ複数の電極端子Ｅ１，Ｅ２，…，Ｅ１１を含んでいる。同様に、電極端子アレイ５０ＢはＹ方向に沿って１列に並ぶ複数の電極端子Ｅ１２，Ｅ１３，…，Ｅ２８を含んでいる。このように、複数の電極端子をＹ方向に沿って１列に並べることによって、Ｘ方向寸法の増加を抑制している。この例では、各電極端子は、Ｘ，Ｙ方向の寸法が１００μｍ程度の平坦なアルミニウム電極パッドの形態を有している。

例えば、電極端子Ｅ１は、後述のＣＰＵ１１から、全ての圧力センサ素子４１，４１，…（のホイーストンブリッジ）を活性化（電力を供給）する信号を受ける端子である。電極端子Ｅ２は、マルチプレクサ２０およびアンプ２１に電力を供給する端子である。電極端子Ｅ３は、接地電位が供給される端子である。電極端子Ｅ６〜Ｅ１１は、ＣＰＵ１１からマルチプレクサ２０の動作を制御する信号を受ける端子である。電極端子Ｅ６〜Ｅ１１に受ける信号のコード（高レベル、低レベルの組み合わせ）によって、複数の圧力センサ素子４１，４１，…の出力（圧力信号）のうちマルチプレクサ２０が選択して取り出すべき圧力信号が定まる。電極端子Ｅ１２，Ｅ１３は、後述のマルチスキャンモードで、マルチプレクサ２０によって選択された（アンプ２１による増幅後の）圧力信号Ｐｓ１，Ｐｓ２，…をチップ外へ出力する端子である。また、電極端子Ｅ１２，Ｅ１３は、複数のチャネルのうち最適チャネルとして決定されたチャネルの圧力信号を、後述のチャネル固定モードでチップ外へ出力する端子である。

上述のように、このセンサチップ１９では、シリコン基板１０の圧力センサアレイ４０の両側に相当する領域１０Ａ，１０Ｂに、圧力センサアレイ４０の圧力センサ素子４１の出力を処理して、電極端子アレイ５０Ｂの電極端子へ送出する処理回路２０，４２，２１が一体に形成されている。したがって、その処理回路をチップ外に設ける必要が無くなり、チップ外の回路が簡素化される。

また、その処理回路は、圧力センサアレイ４０の複数の圧力センサ素子４１の出力を選択して、低減された数の圧力センサ素子４１の出力（圧力信号）Ｐｓ１，Ｐｓ２，…を取り出すマルチプレクサ２０を含んでいる。これにより、電極端子アレイ５０Ａ，５０Ｂが含む電極端子の数を低減することが可能になる。したがって、電極端子アレイをシリコン基板１０上でセンサチップ１９の長手方向（Ｘ方向）に対して垂直な方向（Ｙ方向）に沿って配置するレイアウト（図５のレイアウト）が容易になるとともに、製造歩留が向上する。また、圧力センサ素子４１の出力信号数が低減されて、チップ外の回路が簡素化されるので、コストダウンが可能となる。

なお、電極端子アレイ５０Ａ，５０Ｂが含む電極端子のうち用途を説明していないものの中には、センサチップ１９の試作段階における特性テスト用の端子も含まれている。それらの特性テスト用端子は、製品段階では省略され得る。

図７は、上記センサチップ１９の実装手順を示している。
ｉ） まず、図７のステップＳ１に示すように、この例では図４中に示すようなセラミック基板３０の上面３０ａに、Ｘ，Ｙ方向にそれぞれ一定ピッチでセンサチップ１９，１９，…を、ダイボンド樹脂（図示せず）を用いてダイボンドする。

なお、図６（Ａ）（圧力センサアレイ４０の延在方向に沿った断面）および図６（Ｂ）（圧力センサアレイ４０の延在方向に垂直な断面）に示すように、セラミック基板３０（および後述のフレキシブル配線板３１）には、各センサチップ１９に対応して、圧力センサ素子４１のＺ方向の撓みを妨げないように、薄厚領域（凹部）４９と外部との空気の流通を許す貫通孔３９が形成されている。

ii） 次に、図７のステップＳ２に示すように、キュア（熱処理）を行って、上記ダイボンド樹脂を硬化させる。これにより、セラミック基板３０上にセンサチップ１９，１９，…を固定する。
iii） 次に、図６（Ａ）に示すように、電極端子アレイ５０Ａ，５０Ｂの各電極端子とセラミック基板３０の上面３０ａに形成された電極パッド（この例ではＡｕ／Ｃｒ／Ｎｉの積層からなる）３７とを、例えば金ワイヤ３２を用いてワイヤボンドする（図７のステップＳ３）。これにより、センサチップ１９とセラミック基板３０とを電気的に接続する。この金ワイヤ３２は、金バンプによる接続に比して、精度良く設けられる。この結果、この実装工程の歩留りが向上する。

なお、セラミック基板３０の下面３０ｂには、後述のフレキシブル配線板３１との接続のための電極パッド３８が形成されている。セラミック基板３０の上面、下面の電極パッド３７，３８は、図示しないバイアホール（貫通孔）を通して互いに電気的に接続されている。

iv） 次に、図６（Ａ）に示すように、センサチップ１９のＸ方向両側の短辺１０ｃ，１０ｄに沿って、金ワイヤ３２を保護するように、流れ防止用の樹脂（ダム樹脂）３３，３４を塗布する（図７のステップＳ４）。ダム樹脂３３はセンサチップ１９の上面１９ａに塗布される一方、ダム樹脂３４はセラミック基板３０の上面３０ａに塗布される。ダム樹脂３３，３４の頂部の高さは、金ワイヤ３２のループの頂部の高さを僅かに超えるように設定される。

ｖ） 次に、図６（Ａ）に示すように、それぞれのダム樹脂３３，３４の間の隙間を充填して金ワイヤ３２を包むように、ワイヤ保護用の樹脂（フィル樹脂）３５を塗布する（図７のステップＳ５）。これにより、金ワイヤ３２がフィル樹脂３５に包まれて保護される。

vi） 次に、図６（Ａ），図６（Ｂ）に示すように、セラミック基板３０をＸ，Ｙ方向にそれぞれダイシングラインＤＬに沿って切断して、セラミック基板３０とセンサチップ１９とを一体にして個片化する（図７のステップＳ６）。

vii） 次に、図６（Ａ），図６（Ｂ）に示すように、リフロー（半田付け）を行って、個片のセラミック基板３０の下面３０ｂの電極パッド３０とフレキシブル配線板（ＦＰＣ）３１の対応する面３１ａに設けられた電極端子３６とを電気的に接続する（図７のステップＳ７）。このフレキシブル配線板３１が取り付けられた状態のものを「サブアセンブリ」と呼ぶ。なお、フレキシブル配線板３１のうちセラミック基板３０が搭載された領域以外の領域に、電極端子３６と電気的につながるコネクタ５１が設けられている。

次に、図７のステップＳ８で、このサブアセンブリをセンサユニット１（図３参照）に搭載する。このとき、上記フレキシブル配線板（ＦＰＣ）３１のコネクタ５１を、センサユニット１の対応するコネクタ（図示せず）に電気的に接続する。この例では、セラミック基板３０とフレキシブル配線板（ＦＰＣ）３１とが配線基板を構成している。

この後、図７のステップＳ９で、センサユニット１、特にセンサチップ１９を覆うように、保護シート６０（例えば図１１中に示す）を取り付ける（実装完了）。この例では、保護シート６０は、厚さ１５０μｍ〜３００μｍ程度のシリコーン樹脂のシートからなっている。

実装状態では、図１１に示す圧力センサアレイ４０の延在方向に対して垂直な断面では、センサチップ１９の圧力センサアレイ４０の両側に相当する領域１０Ａ，１０Ｂは電極端子が存在しない平坦面になっていることから、被測定部位９０に対して押圧される保護シート６０の外面６０ａも平坦面になっている。図１２に示す圧力センサアレイ４０の延在方向に沿った断面では、センサチップ１９の圧力センサアレイ４０の端部に対向する領域に電極端子アレイ５０Ａ，５０Ｂが存在し、センサチップ１９の両端近傍でフィル樹脂３５およびダム樹脂３３，３４（以下「フィル樹脂３５等」という。）が外（被測定部位９０）へ向かって凸状に盛り上がっていることから、保護シート６０のうちフィル樹脂３５等に対応する部分６０ｃ，６０ｄも外へ向かって凸状に盛り上がっている。図１１および図１２中に示すように、測定時には、センサチップ１９の長手方向、すなわち、圧力センサアレイ４０の延在方向が、動脈９１に対して交差して配置される。

図９は、上記脈波検出装置１００の機能的なブロック構成を示している。この脈波検出装置１００のブロック構成は、既述のセンサユニット１と、固定台２に含まれた固定台ユニット７と、表示ユニット３とに大別されている。

表示ユニット３は、外部から操作可能に設けられて脈波検出に関する各種情報を入力するために操作される操作部２４と、動脈位置検出結果や脈波測定結果などの各種情報を外部に出力するためのＬＥＤ（Light Emitting Diode）やＬＣＤ（Liquid Crystal Display）などからなる表示部２５とを含む。

固定台ユニット７は、この脈波検出装置１００を制御するためのデータやプログラムを記憶するＲＯＭ（Read Only Memory）１２およびＲＡＭ（Random Access Memory）１３と、この脈波検出装置１００を集中的に制御するために演算を含む各種処理を実行するＣＰＵ（Central Processing Unit；中央演算処理装置）１１と、加圧ポンプ１５と、負圧ポンプ１６と、切換弁１７と、ＣＰＵ１１からの制御信号を受けて加圧ポンプ１５，負圧ポンプ１６，切換弁１７を制御するための制御回路１４と、特性可変フィルタ２２と、Ａ／Ｄ変換部２３とを備える。

ＣＰＵ１１は、ＲＯＭ１２にアクセスしてプログラムを読出してＲＡＭ１３上に展開して実行するとともに、操作部２４よりユーザからの操作信号を受取り、その操作信号に基づいてこの脈波検出装置１００全体の制御を行う。特に、ＣＰＵ１１は、操作部２４から入力された操作信号に基づいて、加圧ポンプ１５，負圧ポンプ１６，切換弁１７を制御するための制御信号を制御回路１４へ送出する。また、ＣＰＵ１１は、脈波測定結果などを表示部２５に表示させる。

加圧ポンプ１５は、押圧カフ（空気袋）１８の内圧（以下、「カフ圧」という）を加圧するためのポンプであり、負圧ポンプ１６は、カフ圧を減圧するためのポンプである。切換弁１７は、これらの加圧ポンプ１５と負圧ポンプ１６とのいずれかを選択的にエア管６に切換接続する。そして、制御回路１４は、ＣＰＵ１１からの制御信号に基づいて、これらの加圧ポンプ１５，負圧ポンプ１６，切換弁１７を制御する。

センサユニット１は、既述のセンサチップ１９と、このセンサチップ１９を手首上に押圧させるために加圧調整される空気袋を含む押圧カフ１８とを備える。

固定台ユニット７に含まれた特性可変フィルタ２２は、遮断周波数ｆｃ以上の信号成分を遮断するための低域通過フィルタである。この例では、特性可変フィルタ２２は、ＣＰＵ１１からのフィルタ特性制御電圧によって容量が制御される可変容量ダイオードを含み、遮断周波数ｆｃが異なる２つの特性（それぞれ「特性Ａ」、「特性Ｂ」と呼ぶ。）をとり得る。

詳しくは、特性Ａは、遮断周波数ｆｃが、複数の圧力センサ素子４１，４１，…をスキャンする際の切替周波数ｆｘ（この例では２０ｋＨｚとする。）以上の値ｆｃＡに設定された状態である。特性Ｂは、遮断周波数ｆｃが、１個の圧力センサ素子からの圧力信号のサンプリング周波数ｆｓの１／２よりも低い値ｆｃＢに設定された状態である。例えば、４０チャネルの圧力センサ素子４１，４１，…からの圧力信号Ｐｓ１，Ｐｓ２，…，Ｐｓ４０をスキャンする際の切替周波数ｆｘを２０ｋＨｚとすると、１個の圧力センサ素子からの圧力信号のサンプリング周波数ｆｓは、５００Ｈｚとなる。その場合、例えばｆｃＡ＝２５０ｋＨｚとして設定される。また、ｆｃＢは、３０Ｈｚ＜ｆｃＢ＜２５０Ｈｚ（＝ｆｓ／２）の範囲内で、例えばｆｃＢ＝１００Ｈｚとして設定される。

Ａ／Ｄ変換部２３は、センサチップ１９から導出されたアナログ信号である圧力信号をデジタル情報に変換して、ＣＰＵ１１に与える。この結果、ＣＰＵ１１は、センサチップ１９に含まれた複数の圧力センサ素子４１，４１，…が出力する圧力信号Ｐｓ１，Ｐｓ２，…を、マルチプレクサ２０を介して時分割で取得することができる。

図１０は、上記脈波検出装置１００による測定処理のフローを示している。このフローに示される測定処理は、ＣＰＵ１１が、ＲＯＭ２２にアクセスしてプログラムを読出してＲＡＭ２３上に展開して実行することによって実現される。

始めに、電源スイッチ（図示せず）がＯＮされると、ＣＰＵ１１は、制御回路１４に対して負圧ポンプ１６を駆動するように指示し、制御回路１４はこの指示に基づいて切換弁１７を負圧ポンプ１６側に切換えて、負圧ポンプ１６を駆動する（Ｓ１０１）。負圧ポンプ１６が駆動されることで、切換弁１７を介してカフ圧が大気圧よりも十分に低くするように作用され、センサユニット１からセンサチップ１９が不用意に突出して誤動作や故障するのを回避できる。

その後、センサユニット１が被測定部位９０に移動される、あるいは操作部２４に含まれる測定開始スイッチ（図示せず）が押される、などを検知して、測定の開始を判断する（Ｓ１０３）。前者の場合、筐体１Ｍはセンサユニット１の移動を検知するための図示されないマイクロスイッチなどを備え、ＣＰＵ１１は該マイクロスイッチの検出信号に基づいてセンサユニット１が移動したか否かを判定する。

測定の開始を判断すると（Ｓ１０３でＹＥＳ）、ＣＰＵ１１は、圧力センサ素子４１，４１，…からの圧力信号を得るために、マルチプレクサ２０を動作させてチャネルスキャンを開始する（Ｓ１０５）。これをマルチスキャンモードと呼ぶ。そして、このマルチスキャンモードでは、ＣＰＵ１１は、フィルタ特性制御信号によって、特性可変フィルタ２２を特性Ａに切り替えて、その遮断周波数をｆｃＡとする（Ｓ１０７）。このｆｃＡは複数の圧力センサ素子４１，４１，…からの圧力信号の切替周波数ｆｘ以上の値であるから、波形の復元に際してなまりが生じるのを防止できる。

次に、ＣＰＵ１１は制御回路１４に対し、加圧ポンプ１５を駆動させるよう制御信号を送出する。制御回路１４は、この制御信号に基づいて切換弁１７を加圧ポンプ１５側に切換えて、加圧ポンプ１５を駆動する（Ｓ１０９）。これにより、カフ圧が上昇して、センサユニット１のセンサチップ１９が被験者の被測定部位９０の表面に押圧される。

このとき、図１１および図１２中に示したように、センサチップ１９の長手方向、すなわち、圧力センサアレイ４０の延在方向が、動脈９１に対して交差して配置される。

センサチップ１９が被測定部位９０に押圧されると、センサチップ１９に含まれた圧力センサ素子４１，４１，…からの圧力信号がマルチプレクサ２０において時分割され、ローパスフィルタ４２を通して、アンプ２１において増幅される。その後、増幅された圧力信号は特性可変フィルタ２２に入力される。そして、特性可変フィルタ２２において濾波された圧力信号は、Ａ／Ｄ変換部２３に送出される。そして、Ａ／Ｄ変換部２３でデジタル情報に変換されて、ＣＰＵ１１に入力される。ＣＰＵ１１は、これらのデジタル情報を用いてトノグラム（圧力信号の交流成分（脈波信号）の振幅を表すヒストグラム）を作成し、表示部２５に表示する（図１０のＳ１１１）。

例えば図１３（Ａ）は、４０チャネルの圧力信号Ｐｓ１，Ｐｓ２，…，Ｐｓ４０の波形を示している。なお、図１３（Ａ）では、理解の容易のために、圧力信号Ｐｓ１，Ｐｓ２，…，Ｐｓ４０の波形は、縦方向に少しずつずらして描かれている。トノグラムは、図１３（Ｂ）に示すように、それらの圧力信号Ｐｓ１，Ｐｓ２，…，Ｐｓ４０の交流成分（脈波信号）の振幅（脈波振幅）を表すヒストグラムとして得られる。なお、図１３（Ｂ）の縦軸は、各圧力信号Ｐｓ１，Ｐｓ２，…，Ｐｓ４０に対応するチャネル番号を表している。

次に、ＣＰＵ１１は、図１０のステップＳ１１１で作成したトノグラムに基づいて、複数の圧力センサ素子４１，４１，…のうち脈波振幅の最大値を示す圧力センサ素子（１３（Ｂ）の例ではチャネル８）を動脈９１上に位置するものとして検出する。そして、その動脈９１上に位置する圧力センサ素子を最適チャネルとして選択するための処理を実行する（Ｓ１１３）。なお、最適チャネルを選択する処理については、特開２００４−２２２８４７号公報に記載の公知技術などを用いることができる。この例では、最適チャネルとして、一つの圧力センサ素子（Ｄｉとする。）が選択されることとする（なお、二つ以上の最適チャネルが採用されることとしてもよい。）。

同時に、ＣＰＵ１１は、押圧カフ１８の最適押圧力を決定するために、各圧力センサ素子４１，４１，…から入力される圧力信号から、その直流成分を抽出する（Ｓ１１５）。例えば図１４に示すように、圧力信号Ｐｓは、直流成分Ｐｄｃと、交流成分（脈波信号）Ｐａｃとを含んでいる。

直流成分Ｐｄｃは、圧力信号の一定時間の平均値、または圧力信号の低域通過フィルタを通過した成分（脈波除去した成分）、または脈波立上り点（脈波成分が混入する直前）の圧力信号レベルにより求められる。

より具体的には、図１０のステップＳ１１５において、圧力信号の出力変化を一定時間ごとのウィンドウ（区間）に分割し、各ウィンドウ内の平均を算出することで、直流成分Ｐｄｃを抽出することができる。あるいは、各ウィンドウ内の最大値と最小値との中間値を算出する、低域通過フィルタを用いて所定の周波数以下の値を抽出する、などを行っても、同様に直流成分Ｐｄｃを抽出することができる。なお、上述の一定時間は、被験者の脈拍に拠らない予め脈波検出装置１００に設定されている時間間隔であって、一般的な一脈拍時間が含まれる１．５秒程度であることが好ましい。

次に、ＣＰＵ１１は、各圧力センサ素子４１，４１，…から入力される圧力信号に基づいて、ステップＳ１１５において抽出した直流成分Ｐｄｃが安定している箇所を検出する（Ｓ１１７）。直流成分Ｐｄｃが安定している箇所が検出されない場合には（Ｓ１１７でＮＯ）、加圧ポンプ１５による押圧カフ１８に対する加圧を継続しながら、直流成分Ｐｄｃが安定している箇所が検出されるまで、上述のステップＳ１１１〜Ｓ１１７の処理を繰り返す。

そして、ＣＰＵ１１は、最適チャネルの選択が完了し、直流成分Ｐｄｃが安定している箇所を検出すると（Ｓ１１７でＹＥＳ）、マルチプレクサ２０に対し最適チャネルとして決定した圧力センサ素子Ｄｉからの圧力信号を選択して送出させるようにチャネルを固定する（Ｓ１１９）。これをチャネル固定モードと呼ぶ。このチャネル固定モードでは、ＣＰＵ１１は、フィルタ特性制御信号によって、特性可変フィルタ２２を特性Ｂに切り替えて、その遮断周波数をｆｃＢ（例えばｆｃＢ＝１００Ｈｚ）にする（Ｓ１２１）。このｆｃＢは１個の圧力センサ素子からの圧力信号のサンプリング周波数ｆｓの１／２よりも低い値であるから、エイリアシングノイズ（すなわち、サンプリング定理により、アナログ信号をデジタル信号に変換する場合、サンプリング周波数の１／２以上の周波数成分を持つノイズが、折り返し現象により、サンプリング周波数の１／２以下の領域に出現してしまうもの）を除去することができる。このエイリアシングノイズを除去する技術は、例えば特開２００５−３４１９９４号公報に記載されている。

続いて、ステップＳ１１７で検出された直流成分Ｐｄｃが安定している箇所を一旦押圧カフ１８の最適押圧力とし、押圧カフ１８の圧力を調整するよう、制御回路１４に対し制御信号を送出する（Ｓ１２３）。例えば図１４の例では、枠ＡＰの範囲内に最適押圧力が得られる。

この後、ＣＰＵ１１は、押圧カフ１８の押圧力が最適押圧に保たれた状態で最適チャネルとして選択された圧力センサ素子Ｄｉから出力された圧力信号、すなわち図１５に例示するような波形データの立上がり点の先鋭度（ＭＳＰ）が適切であるか否か（Ｓ１２５）、さらに、波形歪みがあるか否か（Ｓ１２７）を判定する。なお、図１５では、Ｐ１が駆出波のピーク、Ｐ２が反射波のピークをそれぞれ示している。

波形データの立上がり点の先鋭度（ＭＳＰ）が不適切である場合（図１０のＳ１２５でＮＯ）、あるいは波形歪みが検出される場合（Ｓ１２７でＮＯ）には、波形データの立上がり点の先鋭度が適切になるまで、あるいは波形歪みが検出されなくなるまで、ステップＳ１２３の押圧力の調整を繰り返す。

そして、波形データの立上がり点の先鋭度（ＭＳＰ）が適切であり（Ｓ１２５でＹＥＳ）、かつ波形歪みが検出されない場合（Ｓ１２７でＹＥＳ）には、ＣＰＵ１１は、マルチプレクサ２０、アンプ２１、特性可変フィルタ２２およびＡ／Ｄ変換部２３を介して、その時点の波形データを取得する（Ｓ１２９）。

この後、ＣＰＵ１１は、取得した波形データより脈波を検出し、脈波検出終了の所定条件の成立を判定する（Ｓ１３１）。ステップＳ１３１で脈波検出を終了するための条件は、予め設定された所定時間（例えば３０秒）の経過であってもよいし、ユーザからの終了（あるいは中断）指示などであってもよい。すなわち、所定条件が成立するまで、上述のステップＳ１２９の脈波データの転送処理が繰り返される。

そして、脈波検出終了の所定条件が成立したときは（Ｓ１３１でＹＥＳ）、ＣＰＵ１１は切換弁１７を介して負圧ポンプ１６を駆動するよう、制御回路１４に対し制御信号を送出する（Ｓ１３３）。これにより、被測定部位９０に対するセンサチップ１９の押圧状態は解かれて、一連の脈波測定処理は終了する。

このようにして脈波測定が行われる場合、図１１に示す圧力センサアレイ４０の延在方向に対して垂直な断面（動脈９１に沿った断面）では、センサチップ１９の圧力センサアレイ４０の両側に相当する領域１０Ａ，１０Ｂは電極端子が存在しない平坦面になっていることから、被測定部位９０に対して押圧される保護シート６０の外面６０ａも平坦面になっている。したがって、動脈９１の血管壁の外向き部分９１ａを平坦化するのに障害が存在しない。この結果、動脈９１の血管壁の外向き部分９１ａを精度良く平坦化できる。したがって、血管壁の影響を受けず、動脈９１の内圧の変化を正確に求めることができる。

なお、図１２に示す圧力センサアレイ４０の延在方向に沿った断面（動脈９１を横切る断面）では、センサチップ１９の圧力センサアレイ４０の端部に対向する領域に電極端子アレイ５０Ａ，５０Ｂが存在し、センサチップ１９の両端近傍でフィル樹脂３５等が外（被測定部位９０）へ向かって凸状に盛り上がっている。しかし、この電極端子アレイ５０Ａ，５０Ｂやフィル樹脂３５等は、動脈９１から外れた領域に存在するので、動脈９１の血管壁の外向き部分９１ａを平坦化するのに障害にはならない。

また、図１１に示したように、センサチップ１９のシリコン基板１０上で圧力センサアレイ４０の両側に相当する領域１０Ａ，１０Ｂには、電極端子アレイが存在しないので、圧力センサアレイ４０の両側に相当する領域１０Ａ，１０Ｂの寸法を小さくすることができる。その場合、例えばローパスフィルタ４２とアンプ２１をチップ外に設けて、センサチップ１９内の処理回路を簡素化してもよい。この結果、被測定部位９０に対する圧迫力を小さくでき、したがって被測定者に対する苦痛を低減できる。

この実施形態では、センサチップ１９をなす基板としてシリコン基板１０を用いたが、これに限られるものではない。上記基板は、ＭＥＭＳ技術によって圧力センサ（歪みセンサ）アレイが形成され得るものであればよく、他の材料の基板であってもよい。

また、この実施形態では、配線基板としてセラミック基板３０とフレキシブル配線板３１とを用いたが、これに限られるものではない。上記配線基板は、上記基板を支持し得るとともに、上記基板上の電極端子と接続される配線が設けられたものであればよく、他の材料の基板であってもよい。例えば、フレキシブル配線板３１の一部を剛に構成し、その剛の部分に直接センサチップ１９を搭載してもよい。

また、この実施形態では、センサチップ１９を覆うように保護シート６０を設けたが、これに限られるものではない。金ワイヤ３２とともにセンサチップ１９の表面を樹脂で実質的に平坦にコーティングして保護してもよい。

また、この実施形態では、電極端子アレイ５０Ａ，５０Ｂが含む電極端子は、それぞれＹ方向に沿って１列に並ぶものとしたが、これに限られるものではない。電極端子アレイ５０Ａ，５０Ｂは、圧力センサアレイ４０の端部に対向する領域に設けられていればよい。例えば、電極端子アレイ５０Ａ，５０Ｂは、それぞれＹ方向に沿って２列で、互いに１／２ピッチずつずれた配列（いわゆる千鳥状の配列）になっていてもよい。そのようにした場合、１列の場合に比して、センサチップ１９のＹ方向寸法を縮小できる。

上述の実施形態は例示に過ぎず、この発明の範囲から逸脱することなく種々の変形が可能である。

１ センサユニット
１Ｍ 筐体
２ 固定台
８ ベルト
９ スライド溝
１８ 押圧カフ
１９ センサチップ
２０，２０Ａ，２０Ｂ マルチプレクサ
２１ アンプ
２２ 特性可変フィルタ
４０ 圧力センサアレイ
４１ 圧力センサ素子
４２ ローパスフィルタ
５０Ａ，５０Ｂ 電極端子アレイ
Ｅ１，Ｅ２，…，Ｅ２８ 電極端子

Claims (6)

1. 圧力センサアレイが形成されたセンサチップを動脈が通る被測定部位に押しつけて、非観血式に脈波を検出する脈波検出装置であって、
   上記センサチップは、
   一方向に細長く延在する形状をもち、上記動脈に対して交差して配置される基板と、
   この基板に形成された、上記一方向に沿って並ぶ複数の圧力センサ素子からなる圧力センサアレイと、
   上記基板上で上記圧力センサアレイの端部に対向する領域に形成された、上記複数の圧力センサ素子の出力をチップ外へ取り出すための電極端子アレイとを備え、
   上記基板上で上記圧力センサアレイの両側に相当する領域は、電極端子が存在しない平坦面になっていることを特徴とする脈波検出装置。
2. 請求項１に記載の脈波検出装置において、
   上記電極端子アレイは、上記一方向に対して垂直な方向に沿って並ぶ複数の電極端子を含むことを特徴とする脈波検出装置。
3. 請求項１または２に記載の脈波検出装置において、
   上記基板の上記圧力センサアレイの両側に相当する領域に、上記圧力センサアレイの上記圧力センサ素子の出力を処理して、上記電極端子アレイの電極端子へ送出する処理回路が一体に形成されていることを特徴とする脈波検出装置。
4. 請求項３に記載の脈波検出装置において、
   上記処理回路は、上記圧力センサアレイの上記複数の圧力センサ素子の出力を選択して、低減された数の圧力センサ素子の出力を時分割で取り出すマルチプレクサを含むことを特徴とする脈波検出装置。
5. 請求項１から４までのいずれか一つに記載の脈波検出装置において、
   上記センサチップを搭載して支持する配線基板を備え、
   上記センサチップの上記電極端子アレイの電極端子は、上記配線基板上の対応する電極パッドに、ワイヤを介して接続されていることを特徴とする脈波検出装置。
6. 請求項５に記載の脈波検出装置において、
   上記ワイヤは樹脂で封止されていることを特徴とする脈波検出装置。

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