JP2016119981A - 脈波測定装置及び脈波測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】低消費電力化が可能で精度や感度を向上させることができる脈波測定装置及び脈波測定方法を提供する。
【解決手段】脈波測定装置１に備わる演算処理部１４は、キャビティ内気圧と外気圧との差圧を求める差圧算出部１５と、キャビティ内気圧を算出するキャビティ内気圧算出部１６と、外気とキャビティ内部の間の空気流通モル数を算出する空気流通モル数算出部１７と、キャビティ内空気モル数を算出する空気モル数算出部１８と、キャビティ内体積を算出する体積算出部１９と、皮膚の変位量を算出する変位算出部２０と、を持つ。
【選択図】図２

Description

本発明は、人体の手首あるいは腕に装着して脈動による皮膚表面の微小な変位を高精度に測定する脈波測定装置及び脈波測定方法に関する。

脈波を測定する装置としては、手首に装着して光を手首に照射し、血管からの反射光の強度の変動を測定する装置や、血圧計のようにカフを腕に巻きつけて押圧し、カフ内の気圧変動を気圧センサで測定する装置が提案されている。たとえば特許文献１では、手首や手指に装着された装置が発光素子と受光素子を持ち、発光素子から光を手首に照射し、受光素子で反射光を受光することで、脈動による反射光強度の変動を測定して脈拍を得る技術が開示されている。また、特許文献２では、腕に巻きつけたカフ内の気圧を圧力センサで測定し、脈動によるカフ内気圧変動を測定して脈波を得る技術が開示されている。

特開２０１０−０１７６０２号公報 特開２００４−２２３０４４号公報

しかしながら上述した従来の脈波測定装置及び方法には以下のような課題が有った。すなわち、光を照射して反射光を検出する構成の脈波計では発光による消費電力が大きくなり、長時間の使用が困難であった。また、このような脈波計では、装着位置が少しずれただけで検出光の強度が大きく変動してしまうため、測定の精度・安定性にも課題が有った。
そこで本発明の目的は、低消費電力化が可能で精度や感度を向上させることができる脈波測定装置及び脈波測定方法を提供することである。

上記課題を解決するため、本発明の第１の特徴は、皮膚の時間変位を算出することで脈波を測定する脈波測定装置であって、外部と連通し底面が可撓性を有するキャビティを有し、前記キャビティの底面を前記皮膚に接触させた状態で、前記キャビティの内気圧と外気圧との差圧に関する信号を出力する差圧センサと、前記差圧センサの出力に基づいて、前記皮膚の時間変位を算出する演算処理部と、を備え、前記演算処理部は、前記皮膚が脈動した際に、前記差圧センサの出力信号に基づいて、前記キャビティの内気圧と外気圧との差圧を算出する差圧算出部と、前記差圧算出部により算出した差圧と外気圧に基づいて、前記キャビティの内気圧を算出するキャビティ内気圧算出部と、前記差圧算出部により算出した差圧に基づいて、外部と前記キャビティとの間を流通する空気の流通モル数を算出する空気流通モル数算出部と、前記空気流通モル数算出部により算出した流通モル数に基づいて、前記キャビティ内の空気モル数を算出する空気モル数算出部と、前記空気モル数算出部により算出した空気モル数と前記キャビティ内気圧算出部により算出したキャビティの内気圧に基づいて、前記キャビティ内の体積を算出する体積算出部と、前記体積算出部により算出したキャビティ内の体積に基づいて前記皮膚の時間変位を算出する変位算出部と、を備えるである。
当該発明によると、低消費電力化、精度向上、感度向上が可能な脈波測定装置を提供することができる。

また、本発明の第２の特徴は、前記演算処理部は、前記差圧の大きさに応じた前記空気の流通モル数を予め記憶する流通モル数データベース部を有し、前記空気流通モル数算出部は、前記流通モル数データベース部より、前記差圧算出部により算出した前記差圧の大きさに応じた前記空気流通モル数を抽出することである。
当該発明によると、差圧算出部により差圧を算出した後で、空気流通モル数を繰り返し算出する必要が無く、より短時間で空気流通モル数を得ることができるため、より高速な演算処理が可能となる。

また、本発明の第３の特徴は、前記流通モル数データベース部は、予め、前記キャビティの両端での圧力差と空気の流通量との関係性を数値計算で求め、当該関係性と前記差圧に基づいて、前記空気流通モル数を算出することで生成されたものであることである。
当該発明によると、大量の計算を必要とする数値計算を予め行っておいてデータベースとしておくことで、脈波測定時には短時間で演算処理ができる。

また、本発明の第４の特徴は、前記空気の温度情報を取得する気温取得部を有し、前記空気モル数算出部は、前記温度情報と前記流通モル数に基づいて前記キャビティ内の空気モル数を算出することである。
当該発明によると、空気の温度が高速に変動する場合であっても、常に正確な温度を用いて空気モル数を算出するため、より正確で高精度な脈波測定装置とすることができる。

また、本発明の第５の特徴は、前記外気圧を取得する外気圧取得部を有することである。
当該発明によると、外気圧が高速に変動する場合であっても、常に正確な外気圧を用いてキャビティ内の圧力を算出するため、より正確で高精度な脈波測定装置とすることができる。

また、本発明の第６の特徴は、前記キャビティの側壁の歪みによる変位量を検出する歪み検出部を有し、前記体積算出部は、前記歪み検出部の検出する変位量を用いて前記キャビティ内の体積を算出することである。
当該発明によると、キャビティ内壁が高速に変動する場合であっても、常に正確なキャビティ断面積を算出するため、より正確で高精度な脈波測定装置とすることができる。

また、本発明の第７の特徴は、前記差圧センサは、前記キャビティの上部を塞ぐように設けられ、前記キャビティの内気圧と外気圧との差圧に応じて撓み変形するカンチレバーと、前記カンチレバーの撓み変形に応じた変位を測定する変位測定部と、を有することである。
当該発明によると、皮膚表面のわずかな変位による圧力変動も高感度で検出することで、より正確で高感度な脈波測定装置とすることができる。

また、本発明の第８の特徴は、前記キャビティは、側壁を覆い上下に亘って貫通孔を有する枠体状のセンサフレームと、前記底面に接触させた状態で当該底面を覆う前記皮膚と、により形成されることである。
当該発明によると、皮膚表面のわずかな変位をキャビティ内気圧の変動として検出するため、より高感度な脈波測定装置とすることができる。

また、本発明の第９の特徴は、皮膚の時間変位を算出することで脈波を測定する脈波測定方法であって、 外部と連通し底面が可撓性を有するキャビティを有し、キャビティの底面を皮膚に接触させた状態で、キャビティの内気圧と外気圧との差圧に関する差圧出力信号を出力する差圧出力ステップと、皮膚が脈動した際に、出力された差圧出力信号に基づいて、キャビティの内気圧と外気圧との差圧を算出する差圧算出ステップと、算出された差圧と外気圧に基づいて、キャビティの内気圧を算出するキャビティ内気圧算出ステップと、算出された差圧に基づいて、外部とキャビティとの間を流通する空気の流通モル数を算出する空気流通モル数算出ステップと、算出した流通モル数に基づいて、キャビティ内の空気モル数を算出する空気モル数算出ステップと、算出した空気モル数とキャビティの内気圧に基づいて、キャビティ内の体積を算出する体積算出ステップと、算出したキャビティ内の体積に基づいて皮膚の変位量を算出する変位算出ステップと、を有することである。
当該発明によると、低消費電力化、精度向上、感度向上が可能な脈波測定方法を提供することができる。

また、本発明の第１０の特徴は、少なくとも前記差圧出力ステップと、キャビティ内気圧算出ステップと、空気流通モル数算出ステップと、空気モル数算出ステップと、体積算出ステップと、変位算出ステップと、を繰り返し実行する繰り返し処理ステップを有することである。
当該発明によると、所定の時間のあいだ自動的に脈波を測定することができる。

また、本発明の第１１の特徴は、繰り返し処理ステップは、設定した所定時間毎に実行することである。
当該発明によると、必要とされる精度を実現しつつ最短時間での演算処理が可能である。

また、本発明の第１２の特徴は、差圧算出ステップは、差圧出力ステップにて出力される所定時間毎の差圧出力信号の各々を記憶装置に格納し、格納した差圧出力信号に基づいて、所定時間毎の差圧を求めることである。
当該発明によると、一度に処理できない大量のデータが発生した場合でも演算処理を行うことができる。

また、本発明の第１３の特徴は、差圧算出ステップは、差圧出力ステップにて出力される差圧出力信号が所定時間の間、予め定めた信号強度の基準値よりも低い状態が継続した後に実行されることである。
当該発明によると、適切な初期状態を自動的に選択してより正確な脈波測定ができる。

したがって、本発明は、小型低消費電力で高精度高感度な脈波測定装置及び脈波測定方法を提供することができる。

本発明の第１の実施形態に係る脈波測定装置１の概略構成を示す模式図である。 図１の脈波測定装置１のブロック図である。 図１に示す差圧センサ５の断面図を示す。 本発明の第１の実施形態にかかる脈波測定装置の機能の流れを示すフローチャートである。 本発明の第１の実施形態にかかる「差圧と空気流入量の参照テーブル」である。 本発明の第２の実施形態に係る脈波測定装置４１の構成を示す。 本発明の第３の実施形態にかかる脈波測定装置５１の機能の流れを示すフローチャートである。 本発明の第４の実施形態にかかる脈波測定装置６１の機能の流れを示すフローチャートである。 本発明の第５の実施形態にかかる脈波測定装置７１の機能の流れを示すフローチャートである。

以下、本発明に係る脈波測定装置及び脈波測定方法の実施形態について図面を参照して説明する。
（第１の実施形態）
（全体構成）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る脈波測定装置１の構成を示す。本実施形態では脈波測定装置１は腕時計に類似した形態からなり、装置本体３と、装置本体３の側面に固定されたバンド２と、により構成される。
バンド２は、例えば、環状の弾性材等により構成され、装置本体３をユーザの皮膚４に密着するように装着させる。

装置本体３は、その下部（皮膚４側）に差圧センサ５を持つ。差圧センサ５は、下部が皮膚４に密着し、上部は開口６を介して外気と連通している。当該差圧センサ５の構造については、後段で詳述する。また、装置本体３は、その内部に後述する種々の機能を持つ素子が搭載された制御基板７を持つ。

図２は脈波測定装置１のブロック図を示す。脈波測定装置１は、差圧センサ５の他に、制御基板７に相当する、制御部１１と、電源１２と、記憶部１３と、演算処理部１４と、を有する。
制御部１１は、例えば、ＣＰＵやＲＯＭ等を含んで構成され、装置本体３の全体の駆動を統括的に制御する。

電源１２は、例えば、乾電池などの各種の1次電池やバッテリーなどの２次電池などの電力源であり、装置本体３に備わる各部に対して電力を供給する。
記憶部１３は、例えば、各種の不揮発性メモリ等で構成され、制御部１１にて実行される駆動プログラムや各種のデータ、後述する参照テーブルを記憶する。

演算処理部１４は、差圧センサ５の出力に基づいて差圧を算出する差圧算出部１５と、後述の差圧センサ５に備わるキャビティ内部の気圧を算出するキャビティ内気圧算出部１６と、上記キャビティに流通する空気のモル数を算出する空気流通モル数算出部１７と、上記キャビティ内の空気のモル数を算出する空気モル数算出部１８と、上記キャビティの体積を算出する体積算出部１９と、脈動による皮膚の変位を算出する変位算出部２０と、を有する。なお、演算処理部１４に備わる各部の機能については、後段の（変位算出フローについて）で詳述する。

（差圧センサの構成）
次いで、差圧センサ５の構成について説明する。図３は差圧センサ５の断面図を示し、（ａ）は初期状態を表す時刻Ｔ０における断面を、（ｂ）は時刻Ｔ０以降で皮膚の脈動が生じた時刻Ｔ１における断面を、それぞれ示す。差圧センサ５は、例えば、上下に亘って貫通する貫通穴を有する上面視ロ字状のフレームであるセンサフレーム３１と、センサフレーム３１の上面を基端として片持ち梁状に突出したカンチレバー３２と、を有する。当該差圧センサ５は、ユーザの皮膚のうち脈動によって変位する皮膚部分３３に密着させることによって、センサフレーム３１（側壁）と皮膚部分３３（可撓性を有する底面）とで構成された空間であるキャビティ３４を形成する。

なお、図示を略したが、ユーザの皮膚と離間した状態でキャビティ３４の下部は必ずしも解放されている必要は無く、皮膚部分３３に密着する可撓性の薄い膜をセンサフレーム３１の下面に固着しておいてもよい。

ここで、キャビティ３４内部の体積、圧力、空気のモル数をそれぞれＶ、Ｐｉｎ、Ｎ、とし、時刻Ｔ０とＴ１における値であることを示すためにそれぞれ、Ｖ（０）、Ｐｉｎ（０）、Ｎ（０）、Ｖ（１）、Ｐｉｎ（１）、Ｎ（１）、とする。

（差圧センサの構造と動作）
次に、図３を用いて差圧センサ５の具体的構造を説明する。差圧センサ５はセンサフレーム３１に囲まれた貫通穴を持ち、その上部側の口の大部分はカンチレバー３２によって覆われる。カンチレバー３２はたとえば３００ｎｍ程度の極めて薄いＳｉから成る略長方形の板状梁であり、センサフレーム３１に一端が固定される。カンチレバー３２は一辺がたとえば１００ミクロン程度のサイズであり、その上下の気圧にわずかでも差があればその差圧によって撓む。カンチレバー３２の固定端付近は上面近傍のみＰ（リン）などの不純物をドープすることでピエゾ抵抗として機能するので、顕著なピエゾ抵抗効果を発揮する。また、カンチレバー３２の側面とセンサフレーム３１の間は１ミクロン前後の微小なギャップとなっており、このギャップを介して外気とキャビティ３４の間を空気が流通する。カンチレバー３２は一端のみが固定されているため、全周囲を固定されるダイヤフラム型のセンサに比べ、わずかな力でも撓むことができ、高感度なセンサとして機能する。

ここで、図３（ｂ）に示すように、時刻Ｔ１において皮膚部分３３がその下部の動脈が脈動したことで下方へ変位したとする。すると、キャビティ内部の体積Ｖは増加し、気圧Ｐｉｎは減少する。その結果、カンチレバー３２は気圧Ｐｉｎと外部の気圧との差圧により下部方向に撓む。すると、差圧センサ５は、カンチレバー３２に作りこまれたピエゾ抵抗素子の電気抵抗値が変化するので、図示を略したブリッジ回路を介して、当該カンチレバー３２の撓み量に対応した信号を出力する。

ここで、カンチレバー３２の撓み量とキャビティ３４内外の圧力差（差圧）の関係は、予め実測して「ピエゾ抵抗値と差圧の参照テーブル」として、記憶部１３に記憶される。したがって、差圧算出部１５は、差圧センサ５の出力信号と記憶部１３の参照テーブルとにより差圧を算出できる。

さらに、キャビティ３４内の圧力Ｐｉｎが減少すると、外気からキャビティ３４内へ空気が流入する。この際、当該空気の流入量をモル数で表した量をΔＮとする。このように、皮膚部分３３が変位すると、Ｖ、Ｐｉｎ、Ｎがすべて変化する。なお、差圧とΔＮの関係は、脈波測定装置１に流量計を組み込んだ実験や、カンチレバー３２の変位と空気流出入の関係を連成解析した計算機シミュレーションによって予め取得しておき、「差圧と空気流入量の参照テーブル」として、記憶部１３に記憶される。

（変位算出フローについて）
次いで、本発明の第１の実施形態にかかる脈波測定装置１による皮膚部分３３の変位算出の流れについて、図４に示す説明図（フローチャート）に沿って説明する。

まず、初期状態を表す時刻Ｔ０において、キャビティ３４内の体積Ｖ（０）はセンサフレーム３１の設計寸法から既知である。また、キャビティ３４内の圧力Ｐｉｎ（０）は外気圧と同一である。そのため、空気モル数算出部１８は、気体の状態方程式ＰＶ＝ＮＲＫから、気温Ｋを用いればモル数Ｎ（０）＝Ｐｉｎ（０）Ｖ（０）／ＲＫが得られる（ＳＴＥＰ１）。なお、気温Ｋや外気圧は、制御部１１からの制御信号に基づき、脈波測定装置１と接続された又は脈波測定装置１内に備わる気温計（図示省略）や絶対圧測定用の圧力センサ（図示省略）により、演算処理部１４（空気モル数算出部１８）へ電気信号として伝送される。

次に、脈波測定装置１が変位の測定を開始した後、時刻Ｔ１において皮膚部分３３が脈動によって変位してカンチレバー３２が撓み、差圧センサ５よりピエゾ抵抗値に関する信号が演算処理部１４に出力される（ＳＴＥＰ２）。

次に、差圧算出部１５は、記憶部１３に記憶されている「ピエゾ抵抗値と差圧の参照テーブル」を参照して、ピエゾ抵抗値から差圧を算出する。また、キャビティ内気圧算出部１６は、外気圧を一定と仮定し、外気圧から上記算出した差圧を減算してキャビティ３４内の圧力Ｐｉｎ（１）を算出する（ＳＴＥＰ３）。

次に、空気流通モル数算出部１７は、記憶部１３に記憶されている「差圧と空気流入量の参照テーブル」を参照して、ＳＴＥＰ３にて算出した差圧から空気流入量ΔＮを算出する（ＳＴＥＰ４）。ここで、「差圧と空気流入量の参照テーブル」は、例えば図５に示すように、差圧ΔＰの値（Ｐａ）に応じた単位時間当たりの空気流入量Ｑの値（ｍｏｌ/ｓｅｃ）が、差圧ΔＰの大きさに応じてテーブル化されたものである。

次に、空気モル数算出部１８は、ＳＴＥＰ４にて算出された空気流入量ΔＮを時刻Ｔ０での空気モル数Ｎ（０）に加えることで、時刻Ｔ１におけるキャビティ３４内部の空気モル数Ｎ（１）を算出する（ＳＴＥＰ５）。

次に、体積算出部１９は、ＳＴＥＰ３にて算出したＰｉｎ（１）とＳＴＥＰ５にて算出したＮ（１）とを、再度気体の状態方程式に代入することで、キャビティ３４内の体積Ｖ（１）を算出する（ＳＴＥＰ６）。

次に、変位算出部２０は、センサフレーム３１自体は変形しないと仮定するとキャビティ３４の断面積は変化しないので、体積の変化（Ｖ（１）―Ｖ（０））をキャビティ３４の断面積で除算することで、皮膚部分３３の変位を算出する（ＳＴＥＰ７）。

そして、制御部１１は、測定を継続するかどうかを判断して（ＳＴＥＰ８）、継続すると判断した場合（ＳＴＥＰ８；Ｙ）、引き続き演算処理部１４にステップ２以降の処理を繰り返し実行させ、継続しないと判断した場合（ＳＴＥＰ８；Ｎ）、本処理を終了する。

なお、ＳＴＥＰ４において、空気流通モル数算出部１７は、上述の「差圧と空気流入量の参照テーブル」から空気流入量ΔＮを算出する際に、単位時間当たりの空気流入量Ｑときざみ時間（Ｔ１−Ｔ０）を積算している。このきざみ時間は必要に応じて設定可能であり、短くすると計算量が多くなるが高精度な結果が得られ、長くすると精度は落ちるが短時間で計算できることから、状況に応じて最適な長さを設定する。

また、演算処理部１４は、図４に示すフローチャートの処理手順に替えて、ピエゾ抵抗値の取得（ＳＴＥＰ２）を先に所定時間のあいだ繰り返し実行し結果データを記憶部１３に格納した後で、順次記憶部１３からピエゾ抵抗値を読みだして上記ＳＴＥＰ３以降の処理を行うようにしてもよい。また、演算処理部１４は、ピエゾ抵抗値の取得（ＳＴＥＰ２）を行った際に、取得したピエゾ抵抗値が所定値未満となる状態が所定時間継続していると判断した場合、その判断した時点を初期状態を表す時刻Ｔ０とし、ＳＴＥＰ１以降の処理を実行することとしてもよい。

以上、本実施形態に係る脈波測定装置１によると、皮膚部分３３が脈動によってわずかに変位したときに、それをカンチレバー３２の撓みから発生するピエゾ抵抗値として取得し、外気とキャビティ３４の間の空気の流出入量を考慮に入れた気体の状態方程式を解くことによって、皮膚部分３３の変位を算出することができる。また、脈波測定装置１によると、一端のみが固定されたカンチレバー３２を利用することにより、わずかな差圧でも大きく撓む高感度検出が可能となり、カンチレバー３２とセンサフレーム３１の間を介して空気が流出入する影響を考慮に入れながら皮膚部分３３の変位を算出することで、高感度で正確なセンシングが実現できる。

（第２の実施形態）
次いで、本発明の第２実施形態に係る脈波測定装置４１について、図６を用いて説明する。
図６は本発明の第２の実施形態に係る脈波測定装置４１の構成を示す。本実施形態に係る脈波測定装置４１は、ユーザの腕４２に巻回されたカフ４３と、空気チューブ４４を介してカフ４３に接続された差圧センサ４５と、カフ４３を押圧するポンプ４７と、差圧センサ４５及びポンプ４７と接続された制御基板４８と、を備える。当該脈波測定装置４１は、ユーザの腕４２にカフ４３を巻きつけて押圧し、空気チューブ４４によって接続された差圧センサ４５によって、カフ４３内の気圧変動を検出するように構成される（カフ４３，空気チューブ４４，差圧センサ４５の内部空間を合せた空間がキャビティとして機能する）。

カフ４３は、例えば、ユーザの腕４２に巻回される袋状の部材であり、内部に空気が封入されることにより腕４２を押圧できる。
空気チューブ４４は、例えば、カフ４３に対して空気を流入出させるための内部が空洞からなるチューブ状の部材である。

差圧センサ４５は、センサフレーム３１の底面に可撓性の薄膜が形成される以外、第１実施形態に係る差圧センサ５と同一構成からなり、開口４６を介して外気に連通している。ポンプ４７は、空気チューブ４４を介してカフ４３に空気を押し入れることでカフ４３を押圧する。

制御基板４８は、第１実施形態の制御基板７と同様に、制御部１１と、電源１２と、記憶部１３と、演算処理部１４と、を有する。ここで、演算処理部１４による皮膚部分３３の変位算出処理については第１実施形態と同一であるので説明を省略する。

本実施形態に係る脈波測定装置４１においては、腕４２をカフ４３で押圧しながら変位を測定するために、腕４２の内部にある血管の運動がカフ内壁の変位を強く引き起こすことができ、高感度な検出が可能となる。また、脈波測定装置４１は、差圧センサ４５が腕４２とは別の場所に配置されているため（カフ４３を除く脈波測定装置４１が直接人体に装着される構造で無いため）、カフ４３を除く脈波測定装置４１が大型化してもユーザへの負担とならない。そのため、脈波測定装置４１では、感度を向上されるためのカンチレバーの大型化などを比較的容易に実現できる。

（第３の実施形態）
次いで、本発明の第３の実施形態に係る脈波測定装置５１について、図７を用いて説明する。
図７は、本発明の第３の実施形態にかかる脈波測定装置５１による皮膚部分３３の変位算出処理を説明するためのフローチャートである。なお、第１実施形態と同一の処理については同一の名称を付けて説明を省略する。ここで、脈波測定装置５１による変位算出処理が第１実施形態における変位算出処理と相違するのは、気温が時間変動する場合であっても正確に脈波を測定できる点である。

まず、演算処理部１４は、脈波測定装置１と接続された、又は脈波測定装置１内に備わる温度センサなどによって空気の気温Ｋ（０）を取得する（ＳＴＥＰ１１）。なお、初期状態においてはキャビティ３４の体積Ｖ（０）はセンサフレーム３１の設計で決まっていることと、キャビティ３４内の圧力Ｐｉｎ（０）は外気圧と同一であるということは、第１実施形態と同一である。そのため、空気モル数算出部１８は、これらＶ（０）、Ｐｉｎ（０）、Ｋ（０）を気体の状態方程式に代入してモル数Ｎ（０）を算出する（ＳＴＥＰ１２）。
この後、ピエゾ抵抗値取得（ＳＴＥＰ１３）からモル数更新（ＳＴＥＰ１６）までのステップは第１実施形態における変位算出処理と同一である。

次いで、演算処理部１４は、時刻Ｔ（１）における気温Ｋ（１）を取得して（ＳＴＥＰ１７）。そして、体積算出部１９は、そのＫ（１）を使って気体の状態方程式から体積Ｖ（１）を算出する（ＳＴＥＰ１８）。その後の処理は第１実施形態と同一である。

本実施形態に係る脈波測定装置５１においては、測定中に気温が変動した場合でもそれを継続的に測定して温度を考慮に入れて処理を行うことにより、常に正確で高感度な脈波測定が可能になる。

（第４の実施形態）
次いで、本発明の第４の実施形態に係る脈波測定装置６１について、図８を用いて説明する。
図８は、本発明の第４の実施形態にかかる脈波測定装置６１による皮膚部分３３の変位算出処理を説明するためのフローチャートである。なお、第１実施形態と同一の処理については同一の名称を付けて説明を省略する。ここで、脈波測定装置６１による変位算出処理が第１実施形態における変位算出処理との相違するのは、外気圧が時間変動する場合であっても正確に脈波を測定できる点である。

まず、演算処理部１４は、脈波測定装置６１と接続された、又は脈波測定装置６１内に備わる絶対圧を測定可能な圧力センサ（図示省略）などによって、外気圧を取得する（ＳＴＥＰ２１）。

そして、空気モル数算出部１８は、初期状態においてキャビティ３４内の圧力Ｐｉｎ（０）は外気圧と同一であるので、ＳＴＥＰ２１にて測定した外気圧をＰｉｎ（０）として、モル数Ｎ（０）を算出する（ＳＴＥＰ２２）。
次いで、演算処理部１４は、差圧センサ５よりピエゾ抵抗値を取得し（ＳＴＥＰ２３）、圧力センサにより時刻Ｔ（１）における外気圧を取得する（ＳＴＥＰ２４）。

そして、演算処理部１４は、ＳＴＥＰ２４にて取得した外気圧と、ＳＴＥＰ２３にて取得したピエゾ抵抗値に基づいて算出される差圧から、キャビティ３４内の圧力を更新してＰｉｎ（１）とする（ＳＴＥＰ２５）。その後の処理は第１実施形態と同一である。

本実施形態に係る脈波測定装置６１おいては、測定中に外気圧が変動した場合でもそれを継続的に測定して外気圧を考慮に入れて処理を行うことにより、常に正確で高感度な脈波測定が可能になる。

（第５の実施形態）
次いで、本発明の第５の実施形態に係る脈波測定装置７１について、図９を用いて説明する。
図９は、本発明の第５の実施形態にかかる脈波測定装置７１による皮膚部分３３の変位算出処理を説明するためのフローチャートである。ここで、脈波測定装置７１による変位算出処理が第１実施形態と同一の処理については同一の名称を付けて説明を省略する。ここで、脈波測定装置７１による変位算出処理が第１実施形態における変位算出処理と相違するのは、キャビティ３４の側壁が時間変位する場合であっても正確に脈波を測定できる点である。

まず、演算処理部１４は、脈波測定装置７１内に備わる歪センサ（図示省略）などによって、キャビティ３４側壁（センサフレーム３１の内周面）の変位情報を取得する（ＳＴＥＰ３１）。

そして、空気モル数算出部１８は、この変位情報と、センサフレーム３１の設計の両方を用いてキャビティ３４の体積Ｖ（０）を算出し、それと外気圧とに基づいてキャビティ内のモル数Ｎ（０）を求める（ＳＴＥＰ３２）。その後の処理は、ピエゾ抵抗値取得（ＳＴＥＰ３３）から体積更新（ＳＴＥＰ３７）までは第１実施形態と同一である。

次いで、演算処理部１４は、歪センサにより時刻Ｔ（１）における変位情報を取得し（ＳＴＥＰ３８）、最新のキャビティ断面積を用いて皮膚表面の変位量を算出する（ＳＴＥＰ３９）。その後の処理は第１実施形態と同一である。

本実施形態においては、測定中にキャビティ３４側壁が変動した場合でもそれを継続的に測定して処理を行うことにより、常に正確で高感度な脈波測定が可能になる。
なお、第３の実施形態、第４の実施形態、第５の実施形態ではそれぞれ温度、外気圧、キャビティ３４側壁、が変動する場合について説明したが、これらが同時に変動する場合も同様の扱いで対応可能である。

１，５１，６１，７１ 脈波測定装置
２ バンド
３ 装置本体
４ 皮膚
５ 差圧センサ
６ 開口
７ 制御基板
１１ 制御部
１２ 電源
１３ 記憶部
１４ 演算処理部
１５ 差圧算出部
１６ キャビティ内気圧算出部
１７ 空気流通モル数算出部
１８ 空気モル数算出部
１９ 体積算出部
２０ 変位算出部
３１ センサフレーム
３２ カンチレバー
３３ 皮膚部分
３４ キャビティ
４１ 脈波測定装置
４２ 腕
４３ カフ
４４ 空気チューブ
４５ 差圧センサ
４６ 開口
４７ ポンプ
４８ 制御基板
Ｖ キャビティ３４内部の体積
Ｐ キャビティ３４内部の圧力
Ｎ キャビティ３４内部の空気モル数
ＳＴＥＰ１〜８ 本発明の第１の実施形態に係る脈波の測定方法の各段階
ＳＴＥＰ１１〜２０ 本発明の第３の実施形態に係る脈波の測定方法の各段階
ＳＴＥＰ２１〜３０ 本発明の第４の実施形態に係る脈波の測定方法の各段階
ＳＴＥＰ３１〜４０ 本発明の第５の実施形態に係る脈波の測定方法の各段階

Claims (13)

1. 皮膚の時間変位を算出することで脈波を測定する脈波測定装置であって、
   外部と連通し底面が可撓性を有するキャビティを有し、前記キャビティの底面を前記皮膚に接触させた状態で、前記キャビティの内気圧と外気圧との差圧に関する信号を出力する差圧センサと、
   前記差圧センサの出力に基づいて、前記皮膚の時間変位を算出する演算処理部と、
   を備え、
   前記演算処理部は、
   前記皮膚が脈動した際に、前記差圧センサの出力信号に基づいて、前記キャビティの内気圧と外気圧との差圧を算出する差圧算出部と、
   前記差圧算出部により算出した差圧と外気圧に基づいて、前記キャビティの内気圧を算出するキャビティ内気圧算出部と、
   前記差圧算出部により算出した差圧に基づいて、外部と前記キャビティとの間を流通する空気の流通モル数を算出する空気流通モル数算出部と、
   前記空気流通モル数算出部により算出した流通モル数に基づいて、前記キャビティ内の空気モル数を算出する空気モル数算出部と、
   前記空気モル数算出部により算出した空気モル数と前記キャビティ内気圧算出部により算出したキャビティの内気圧に基づいて、前記キャビティ内の体積を算出する体積算出部と、
   前記体積算出部により算出したキャビティ内の体積に基づいて前記皮膚の時間変位を算出する変位算出部と、を備えることを特徴とする脈波測定装置。
2. 前記演算処理部は、前記差圧の大きさに応じた前記空気の流通モル数を予め記憶する流通モル数データベース部を有し、
   前記空気流通モル数算出部は、前記流通モル数データベース部より、前記差圧算出部により算出した前記差圧の大きさに応じた前記空気流通モル数を抽出することを特徴とする請求項１に記載の脈波測定装置。
3. 前記流通モル数データベース部は、予め、前記キャビティの両端での圧力差と空気の流通量との関係性を数値計算で求め、当該関係性と前記差圧に基づいて、前記空気流通モル数を算出することで生成されたものであることを特徴とする請求項２に記載の脈波測定装置。
4. 前記空気の温度情報を取得する気温取得部を有し、
   前記空気モル数算出部は、前記温度情報と前記流通モル数に基づいて前記キャビティ内の空気モル数を算出することを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の脈波測定装置。
5. 前記外気圧を取得する外気圧取得部を有することを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の脈波測定装置。
6. 前記キャビティの側壁の歪みによる変位量を検出する歪み検出部を有し、
   前記体積算出部は、前記歪み検出部の検出する変位量を用いて前記キャビティ内の体積を算出することを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載の脈波測定装置。
7. 前記差圧センサは、
   前記キャビティの上部を塞ぐように設けられ、前記キャビティの内気圧と外気圧との差圧に応じて撓み変形するカンチレバーと、
   前記カンチレバーの撓み変形に応じた変位を測定する変位測定部と、
   を有することを特徴とする請求項１〜６の何れか一項に記載の脈波測定装置。
8. 前記キャビティは、側壁を覆い上下に亘って貫通孔を有する枠体状のセンサフレームと、前記底面に接触させた状態で当該底面を覆う前記皮膚と、により形成されることを特徴とする請求項１〜７の何れか一項に記載の脈波測定装置。
9. 皮膚の時間変位を算出することで脈波を測定する脈波測定方法であって、 外部と連通し底面が可撓性を有するキャビティを有し、前記キャビティの底面を前記皮膚に接触させた状態で、前記キャビティの内気圧と外気圧との差圧に関する差圧出力信号を出力する差圧出力ステップと、
   前記皮膚が脈動した際に、前記出力された差圧出力信号に基づいて、前記キャビティの内気圧と外気圧との差圧を算出する差圧算出ステップと、
   前記算出された差圧と外気圧に基づいて、前記キャビティの内気圧を算出するキャビティ内気圧算出ステップと、
   前記算出された差圧に基づいて、外部と前記キャビティとの間を流通する空気の流通モル数を算出する空気流通モル数算出ステップと、
   前記算出した流通モル数に基づいて、前記キャビティ内の空気モル数を算出する空気モル数算出ステップと、
   前記算出した空気モル数と前記キャビティの内気圧に基づいて、前記キャビティ内の体積を算出する体積算出ステップと、
   前記算出したキャビティ内の体積に基づいて前記皮膚の変位量を算出する変位算出ステップと、を有することを特徴とする脈波測定方法。
10. 少なくとも前記差圧出力ステップと、前記キャビティ内気圧算出ステップと、前記空気流通モル数算出ステップと、前記空気モル数算出ステップと、前記体積算出ステップと、前記変位算出ステップと、を繰り返し実行する繰り返し処理ステップを有することを特徴とする請求項９に記載の脈波測定方法。
11. 前記繰り返し処理ステップは、設定した所定時間毎に実行することを特徴とする請求項１０に記載の脈波測定方法。
12. 前記差圧算出ステップは、差圧出力ステップにて出力される所定時間毎の前記差圧出力信号の各々を記憶装置に格納し、格納した前記差圧出力信号に基づいて、前記所定時間毎の前記差圧を求めることを特徴とする請求項９に記載の脈波測定方法。
13. 前記差圧算出ステップは、前記差圧出力ステップにて出力される前記差圧出力信号が所定時間の間、予め定めた信号強度の基準値よりも低い状態が継続した後に実行されることを特徴とする請求項１２に記載の脈波測定方法。

Images