JP2015217037A - 脈波及び圧力検出印加装置、並びに血管脈波測定システム - Google Patents
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Description
(a)発光素子と受光素子の取り付け状態の変化に加えて、
(b)例えば手首の橈骨動脈部に取り付けるか、もしくは、指先に取り付けるかの取り付け部位に応じて、
(c)また、例えば同一の橈骨動脈部の部位に取り付けるにしても、痩せた被測定者と、太った被測定者とでその者の皮膚の厚さに応じて、
(d)さらに、例えば血管からの反射光を用いる反射型光探触子を用いるか、もしくは、血管を通過した通過光を用いる通過型光探触子を用いるかの光探触子の種類に応じて、
血管の脈動取得動作がしばしば不安定な状態になり、脈動波形データを取得できない場合が多発して、測定現場ではほとんど全く使いものにならないという問題点があった。
皮膚を介して血管に光を放射する発光素子と、上記血管からの反射光又は上記血管を介した透過光を皮膚を介して受光する受光素子とを含む光探触子と、
入力される駆動信号に基づいて上記発光素子を駆動する駆動回路と、
上記受光素子により受光された光を電気信号に変換して出力する検出回路とを備えた光探触子回路を用いて血管脈波測定を行う血管脈波測定システムにおいて、
上記電気信号を上記駆動信号として上記駆動回路に直接に同期帰還することで、上記検出回路から自励発振信号を発生して、当該自励発振信号を血管脈波信号として測定する測定手段と、
上記自励発振信号のレベルが実質的に最大となるように、上記検出回路及び上記駆動回路の少なくとも一方の動作点を制御する制御手段とを備えたことを特徴としている。
上記脈波及び圧力検出印加装置は、
血管上の皮膚を介して設けられ当該血管に流れる脈波の圧力変化を抵抗値変化として検出するMEMS圧力センサ部と、
上記圧力印加機構とを備え、
上記圧力印加機構は、両端の一軸関節が固定された5個の第1〜第5の一軸関節と、上記5個の一軸関節のうちの互いに隣接する一対の一軸関節を連結する4本の第1〜第4のリンクとを備えた5関節リンク機構であり、
上記MEMS圧力センサ部は上記第3の一軸関節に設けられ、
使用者により上記第2及び第4の一軸関節もしくは上記第1及び第4のリンクを押し下げ又は押し上げて上記第3の一軸関節の位置を移動させることにより、上記5関節リンク機構は上記第3の一軸関節から上記MEMS圧力センサ部及び皮膚を介して血管に対して所定の圧力を印加することを特徴とする。
ダイアフラムの圧力検出面側に第1の空間を有し、上記第1の空間に対面する圧力検出面を用いて圧力の検出を行うダイアフラムを有し、検出した圧力に対応する電気信号を出力するMEMS圧力センサと、
上記MEMS圧力センサを支持して被測定部に接触して載置されるパッドであって、上記第1の空間に連通しかつ上記第1の空間よりも大きな、上記圧力検出面に平行な方向のサイズを有する第2の空間を有するパッドとを備え、
上記MEMS圧力センサ部を上記被測定部に載置したときに、上記第1の空間及び上記第2の空間が密閉されて密閉空間となり、上記被測定部の圧力が上記第1の空間及び上記第2の空間を介して上記MEMS圧力センサのダイアフラムに伝達されて上記MEMS圧力センサが圧力の検出を行うことを特徴とする。
上記測定手段は、上記血管脈波信号を測定したときに、上記圧力印加機構を用いて使用者が上記MEMS圧力センサ部及び皮膚を介して血管に対して応力を印加して押圧した後、上記血管脈波信号を測定しなくなったとき、その直前の血管脈波信号よりも前の血管脈波信号の一周期期間内の最大電圧値を最大血圧値電圧として記憶し、上記MEMS圧力センサ部の検出圧力値を最大血圧値として記憶し、次いで、上記押圧を低下させて上記血管脈波信号を測定したとき、その直後の血管脈波信号の一周期期間内の最小電圧値を最小血圧値電圧として記憶し、上記MEMS圧力センサ部の検出圧力値を最小血圧値として記憶し、上記記憶された最大血圧値電圧とそれに対応する最大血圧値、及び上記記憶された最小血圧値電圧とそれに対応する最小血圧値に基づいて、血圧値電圧から血圧値への変換を示す変換式を生成することにより、当該変換式を用いて上記血管脈波信号の血圧値電圧を血圧値に変換するように校正する校正手段をさらに備えることを特徴とする。
(1)本発明は、血管脈波の振動のみならず、従来技術に係る非侵襲的測定方法では取得しえなかった、覚醒反応による交感神経活動上昇と抹消の血管抵抗の一時的上昇、その後反射的な血管拡張による脈圧低下、並びに、無呼吸による交感神経活動の過剰上昇などの血圧値のベースライン(電圧信号DCレベル)の変化(脈動波形信号のデータ)をも測定でき、しかも装置構成が簡単でしかもサイズが極めて小さい、MEMS圧力センサを含む脈波及び圧力検出印加装置を用いて、手動測定できる血管脈波測定システムを実現できるという特有の作用効果を有している。
(2)また、上記脈波波形信号のデータを用いて、従来技術に比較して簡単な構成でかつ高精度で、無呼吸状態などの呼吸異常を検出することができる。
(3)さらに、上記脈波波形信号のデータを用いて、従来技術に比較して極めて簡単な校正でかつ高精度で、血管脈波信号の血圧値電圧を血圧値に変換するように校正することができる。
(a)被測定者6の血管の脈動取得に適した部位に取り付けられる圧力センサ部30A及び手動の圧力印加機構である5関節リンク機構21を備えた脈波及び圧力検出印加装置20と、
(b)脈波及び圧力検出印加装置20の圧力センサ部30Aからの出力電圧Voutを電圧増幅する電圧増幅器32と、
(c)電圧増幅器32からの出力電圧をディジタルデータにA/D変換して装置コントローラ50に出力するA/D変換器33と、
(d)内部メモリ50mを含む例えばディジタル計算機などの制御装置であって、血管脈波測定処理モジュール51と、血圧値校正処理モジュール52と、睡眠状態判別処理モジュール53とを備え、A/D変換器33からのディジタルデータを処理して血管脈波データを発生し、血管脈波データに対して血圧値校正処理(図11)、血管脈波測定処理(図12)及び睡眠状態判別処理(図13)を実行する装置コントローラ50と、
(e)例えばディスプレイ又はプリンタであって、装置コントローラ50からの出力データに基づいて、脈動波形表示(移動平均処理後の脈動波形表示61及びローパスフィルタ処理後の脈動波形表示62)及び各血管脈波測定値表示63(脈拍、最大血圧値Pmax及び最小血圧値Pmin)、並びに、ユーザに対して指当部24a,24bを用いた圧力センサ部30Aの押し下げを指示する押下ランプ64、ユーザに対して指当部24a,24bを用いた圧力センサ部30Aの押し上げを指示する押上ランプ65、ユーザに対して脈波検出を示す脈波検出ランプ66を表示する表示部60と、
を備えて構成される。
(a)R−EOG A1:公知の眼球電計により測定された眼球電波形である。
(b)Chin−Ref:公知の顎運動測定器により測定された顎の変位量である。
(c)心電図:公知の心電計により測定された心電波形である。
(d)筋電図:公知の筋電計により測定された筋電波形である。
(e)いびき:小型マイクロホンにより測定されたいびき音である。
(f)呼吸波形:被測定者の呼吸にともなう身体下の圧力変化を感圧センサが検出し、呼吸波形を計測したときの呼吸波形である。
(g)SpO2:公知のパルスオキシメーターにより測定された血中酸素飽和度である。
(h)本システム:本実施形態に係る血管脈波測定システムにより測定された脈波波形である。
(a)R−EOG A1:公知の眼球電計により測定された眼球電波形である。
(b)Chin−Ref:公知の顎運動測定器により測定された顎の変位量である。
(c)心電図:公知の心電計により測定された心電波形である。
(d)筋電図:公知の筋電計により測定された筋電波形である。
(e)いびき:小型マイクロホンにより測定されたいびき音である。
(f)呼吸温度センサ:口元に設けられた温度センサにより測定された呼吸温度である。
(g)呼吸圧:被測定者の呼吸にともなう身体下の圧力変化を感圧センサが検出し、呼吸波形を計測したときの呼吸圧波形である。
(h)胸郭変動:被測定者の胸郭の変化を測定する応力センサにより測定された胸郭変動量である。
(i)腹部変動:被測定者の腹部の変化を測定する応力センサにより測定された腹部変動量である。
(j)SpO2:公知のパルスオキシメーターにより測定された血中酸素飽和度である。
(k)本システム:本実施形態に係る血管脈波測定システムにより測定された脈波波形である。
P’=(Pmax(21)−Pmax(1))/(t(21)―t(1)) (3)
(1)本発明は、血管脈波の振動のみならず、従来技術に係る非侵襲的測定方法では取得しえなかった、覚醒反応による交感神経活動上昇と抹消の血管抵抗の一時的上昇、その後反射的な血管拡張による脈圧低下、並びに、無呼吸による交感神経活動の過剰上昇などの血圧値のベースライン(電圧信号DCレベル)の変化(脈動波形信号のデータ)をも測定でき、しかも装置構成が簡単でしかもサイズが極めて小さい、MEMS圧力センサを含む脈波及び圧力検出印加装置を用いて、手動測定できる血管脈波測定システムを実現できるという特有の作用効果を有している。
(2)また、上記脈波波形信号のデータを用いて、従来技術に比較して簡単な構成でかつ高精度で、無呼吸状態などの呼吸異常を検出することができる。
(3)さらに、上記脈波波形信号のデータを用いて、従来技術に比較して極めて簡単な校正でかつ高精度で、血管脈波信号の血圧値電圧を血圧値に変換するように校正することができる。
7…橈骨動脈部、
10…血管脈波測定システム、
11…直流電圧源、
12…MEMS圧力センサ抵抗、
15…ホイーストンブリッジ回路、
20…脈波及び圧力検出印加装置、
21…5関節リンク機構、
22…筐体、
22a,22b…軸受け孔、
23a,23b…回転ダンパー、
24a,24b…指当部、
25…コイルバネ、
26a,26b…応力被印加部材、
27…カフ布、
30A…圧力センサ部、
31−1〜31−N…単位センサ回路、
32…電圧増幅器、
33…A/D変換器、
50…装置コントローラ、
50m…内部メモリ、
51…血管脈波測定処理モジュール、
52…血圧値校正処理モジュール、
53…睡眠状態判別処理モジュール、
60…表示部、
61,62…脈動波形表示、
63…血管脈波測定値表示、
64…押下ランプ、
65…押上ランプ、
66…脈波検出ランプ、
101…MEMS圧力センサ、
102…ダイアフラム、
110…誘電体基板、
111…パッド、
121,122,130…空間、
131…半田ボール、
J1〜J5…関節、
L1〜L4…リンク。
上記脈波及び圧力検出印加装置は、
血管上の皮膚を介して設けられ当該血管に流れる脈波の圧力変化を抵抗値変化として検出するMEMS圧力センサ部と、
上記圧力印加機構とを備え、
上記圧力印加機構は、両端の一軸関節が固定された5個の第1〜第5の一軸関節と、上記5個の一軸関節のうちの互いに隣接する一対の一軸関節を連結する4本の第1〜第4のリンクとを備えた5関節リンク機構であり、
上記5関節リンク機構は、位置が固定された第1の一軸関節が第1のリンクを介して第2の一軸関節に連結され、第2の一軸関節が第2のリンクを介して第3の一軸関節に連結され、第3の一軸関節が第3のリンクを介して第4の一軸関節に連結され、第4の一軸関節が第4のリンクを介して位置が固定された第5の一軸関節に連結されており、
上記MEMS圧力センサ部は上記第3の一軸関節に設けられ、
使用者により上記第2及び第4の一軸関節もしくは上記第1及び第4のリンクを押し下げ又は押し上げて上記第3の一軸関節の位置を移動させることにより、上記5関節リンク機構は上記第3の一軸関節から上記MEMS圧力センサ部及び皮膚を介して血管に対して所定の圧力を印加することを特徴とする。
7…橈骨動脈部、
10…血管脈波測定システム、
11…直流電圧源、
12…MEMS圧力センサ抵抗、
15…ホイートストンブリッジ回路、
20…脈波及び圧力検出印加装置、
21…5関節リンク機構、
22…筐体、
22a,22b…軸受け孔、
23a,23b…回転ダンパー、
24a,24b…指当部、
25…コイルバネ、
26a,26b…応力被印加部材、
27…カフ布、
30A…圧力センサ部、
31−1〜31−N…単位センサ回路、
32…電圧増幅器、
33…A/D変換器、
50…装置コントローラ、
50m…内部メモリ、
51…血管脈波測定処理モジュール、
52…血圧値校正処理モジュール、
53…睡眠状態判別処理モジュール、
60…表示部、
61,62…脈動波形表示、
63…血管脈波測定値表示、
64…押下ランプ、
65…押上ランプ、
66…脈波検出ランプ、
101…MEMS圧力センサ、
102…ダイアフラム、
110…誘電体基板、
111…パッド、
121,122,130…空間、
131…半田ボール、
J1〜J5…関節、
L1〜L4…リンク。
Claims (12)
- 所定の圧力印加機構によりMEMS圧力センサ部及び皮膚を介して血管に対して応力を印加して、上記MEMS圧力センサ部からの出力電圧の信号を血管脈波信号として測定する測定手段を備える血管脈波測定システムのための脈波及び圧力検出印加装置であって、
上記脈波及び圧力検出印加装置は、
血管上の皮膚を介して設けられ当該血管に流れる脈波の圧力変化を抵抗値変化として検出するMEMS圧力センサ部と、
上記圧力印加機構とを備え、
上記圧力印加機構は、両端の一軸関節が固定された5個の第1〜第5の一軸関節と、上記5個の一軸関節のうちの互いに隣接する一対の一軸関節を連結する4本の第1〜第4のリンクとを備えた5関節リンク機構であり、
上記MEMS圧力センサ部は上記第3の一軸関節に設けられ、
使用者により上記第2及び第4の一軸関節もしくは上記第1及び第4のリンクを押し下げ又は押し上げて上記第3の一軸関節の位置を移動させることにより、上記5関節リンク機構は上記第3の一軸関節から上記MEMS圧力センサ部及び皮膚を介して血管に対して所定の圧力を印加することを特徴とする脈波及び圧力検出印加装置。 - 上記第1及び第5の一軸関節にそれぞれ連結された回転ダンパーをさらに備えることを特徴とする請求項1記載の脈波及び圧力検出印加装置。
- 上記第2及び第4の一軸関節もしくは上記第1及び第4のリンクと一体的に形成され、使用者が押し上げ又は押し下げるための応力被印加部材をさらに備えることを特徴とする請求項1又は2記載の脈波及び圧力検出印加装置。
- 上記第2及び第4の一軸関節に連結され、上記第1及び第4のリンクが平衡状態で上記第2及び第4の一軸関節が実質的に同一の高さで移動させるコイルバネをさらに備えることを特徴とする請求項1〜3のうちのいずれか1つに記載の脈波及び圧力検出印加装置。
- 上記MEMS圧力センサ部と上記測定手段との間に挿入されるホイーストンブリッジ回路であって、上記MEMS圧力センサ部と3個の抵抗とを、4個の接続点を有するブリッジ形状で接続して構成され、上記4個の接続点のうちの互いに対向する2つの接続点に直流電圧を印加し、他の2つの接続点から出力電圧を出力するホイーストンブリッジ回路をさらに備えることを特徴とする請求項1〜4のうちのいずれか1つに記載の脈波及び圧力検出印加装置。
- 上記圧力センサ部は、
ダイアフラムの圧力検出面側に第1の空間を有し、上記第1の空間に対面する圧力検出面を用いて圧力の検出を行うダイアフラムを有し、検出した圧力に対応する電気信号を出力するMEMS圧力センサと、
上記MEMS圧力センサを支持して被測定部に接触して載置されるパッドであって、上記第1の空間に連通しかつ上記第1の空間よりも大きな、上記圧力検出面に平行な方向のサイズを有する第2の空間を有するパッドとを備え、
上記MEMS圧力センサ部を上記被測定部に載置したときに、上記第1の空間及び上記第2の空間が密閉されて密閉空間となり、上記被測定部の圧力が上記第1の空間及び上記第2の空間を介して上記MEMS圧力センサのダイアフラムに伝達されて上記MEMS圧力センサが圧力の検出を行うことを特徴とする請求項1〜5のうちのいずれか1つに記載の脈波及び圧力検出印加装置。 - 上記第1の空間及び上記第2の空間はそれぞれ、上記ダイアフラムの圧力検出面に実質的に平行な底面を有し、かつ互いに同軸である実質的に円筒形状又は楕円筒形状を有することを特徴とする請求項6記載の脈波及び圧力検出印加装置。
- 上記第2の空間の底面の直径は上記第1の空間の底面の直径よりも大きいことを特徴とする請求項7記載の脈波及び圧力検出印加装置。
- 上記パッドは粘着性シートであることを特徴とする請求項6〜8のうちのいずれか1つに記載の脈波及び圧力検出印加装置。
- 請求項1〜9のうちのいずれか1つに記載の脈波及び圧力検出印加装置を備える血管脈波測定システムであって、
上記測定手段は、上記血管脈波信号を測定したときに、上記圧力印加機構を用いて使用者が上記MEMS圧力センサ部及び皮膚を介して血管に対して応力を印加して押圧した後、上記血管脈波信号を測定しなくなったとき、その直前の血管脈波信号よりも前の血管脈波信号の一周期期間内の最大電圧値を最大血圧値電圧として記憶し、上記MEMS圧力センサ部の検出圧力値を最大血圧値として記憶し、次いで、上記押圧を低下させて上記血管脈波信号を測定したとき、その直後の血管脈波信号の一周期期間内の最小電圧値を最小血圧値電圧として記憶し、上記MEMS圧力センサ部の検出圧力値を最小血圧値として記憶し、上記記憶された最大血圧値電圧とそれに対応する最大血圧値、及び上記記憶された最小血圧値電圧とそれに対応する最小血圧値に基づいて、血圧値電圧から血圧値への変換を示す変換式を生成することにより、当該変換式を用いて上記血管脈波信号の血圧値電圧を血圧値に変換するように校正する校正手段をさらに備えることを特徴とする血管脈波測定システム。 - 上記測定手段は、上記測定された所定周期分の血管脈波信号に基づいて、最大血圧値の時間に対する傾きと、最大血圧値の平均値と、最大血圧値と最小血圧値との差である脈圧とを含む複数の判断パラメータを演算し、当該複数の判断パラメータに基づいて、被測定者が覚醒状態であるか、もしくは無呼吸状態であるかを判断することを特徴とする請求項10記載の血管脈波測定システム。
- 上記測定手段は、所定時刻の最大血圧値が上記最大血圧値の平均値に対して所定の第1のしきい値割合以上減少し、かつ上記脈圧が上記最大血圧値の平均値に対して所定の第2のしきい値割合以上減少していることが所定周期分連続して発生したときに、上記最大血圧値の時間に対する傾きが所定のしきい値を超えたときに、被測定者が覚醒状態であると判断する一方、上記しきい値以下のときに無呼吸状態であると判断することを特徴とする請求項11記載の血管脈波測定システム。
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JP2019189015A (ja) * | 2018-04-25 | 2019-10-31 | 日立オートモティブシステムズ株式会社 | 電動ブレーキ装置 |
WO2023210216A1 (ja) * | 2022-04-28 | 2023-11-02 | Tdk株式会社 | 脈波検出システム |
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2014
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