JP2017196191A - 脈波検出装置及び生体情報測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】体表面に押圧して用いるセンサ部の体表面への押圧状態を柔軟に変更して脈波の検出精度を向上させることのできる脈波検出装置及び生体情報測定装置を提供する。【解決手段】生体情報測定装置は、一方向に並ぶ複数の圧力検出素子からなる素子列であって一方向に直交する方向に配列された素子列を有するセンサ部６と、一方向が生体の体表面下の動脈の伸びる方向と交差する状態でこの体表面にセンサ部を押圧する空気袋２と、一方向に伸びる第一の軸の周りにセンサ部を回転させるための回転機構５と、回転機構を駆動する回転駆動部と、を備える。回転機構、空気袋、センサ部がこの順番で、空気袋による押圧方向に配列されている。【選択図】図１

Description

本発明は、脈波検出装置及び生体情報測定装置に関する。

手首の橈骨動脈等の動脈が通る生体部位の体表面に圧力センサを接触させた状態で、この圧力センサにより検出される情報を用いて脈拍、心拍、又は、血圧等の生体情報を測定することのできる生体情報測定装置が知られている（特許文献１、２参照）。

特許文献１には、複数の圧力検出素子からなる複数の素子列を有する圧力センサと、この圧力センサを押圧する押圧部と、この圧力センサをこの複数の素子列の配列方向と直交する方向（動脈と直交する方向）に伸びる軸の周りに回転させるための回転機構と、回転機構を駆動する駆動部と、を有する生体情報測定装置が開示されている。

特許文献２には、動脈に沿った方向に伸びる軸の周りに圧力センサを回転させるための回転機構を有する生体情報測定装置が記載されている。

特開平０１−２８８２２８号公報 特表平０６−５０７５６３号公報

体表面と動脈は平行になっているとは限らず、また、個人によっても動脈の深さ方向の位置は異なる。特許文献１に記載の生体情報測定装置は、動脈と直交する方向に伸びる軸の周りに圧力センサを回転させる構成であるため、動脈の深さ方向の位置に追従させて圧力センサの押圧面と動脈とを平行にすることができ、脈波の検出精度を向上させる効果が期待できる。

脈波の検出精度を更に向上させるためには、動脈と直交する方向に伸びる軸の周りへの圧力センサの回転量を大きくすることが好ましい。しかし、特許文献１に記載の生体情報測定装置は、押圧部、回転機構、圧力センサがこの順に並ぶ構成である。このため、回転機構の回転軸と圧力センサの押圧面との距離が小さく、圧力センサの回転量を大きくするには限界がある。

また、動脈の付近には骨又は腱等の硬い組織が存在し、複数の素子列によって検出される圧力信号には、この硬い組織からの圧力に応じた信号が多く含まれる可能性がある。動脈に生じる脈波を精度よく検出するには、骨又は腱等の硬い組織からの圧力の影響をなるべく排除した形で、複数の素子列によって圧力信号を検出するのが好ましい。しかし、特許文献１は、骨又は腱等の硬い組織からの圧力の影響については考慮していない。

また、圧力センサを生体部位に対して押圧する場合には、押圧力により動脈の位置が変化することが想定される。特許文献１は、このような動脈の位置変化に追従することについては考慮していない。

特許文献２に記載の生体情報測定装置は、動脈に沿った方向に伸びる軸の周りに圧力センサを回転させることができる。しかし、この圧力センサの回転は、手首から加わる圧力を逃がすために行われるものであり、電気的に回転が行われているわけではない。

つまり、特許文献２に記載の生体情報測定装置は、動脈に対する圧力センサの当て方を電気的に制御することはできず、動脈の位置変化に十分に追従することは難しい。また、特許文献２に記載の生体情報測定装置は、押圧部、回転機構、圧力センサがこの順に並ぶ構成である。このため、上述したように、圧力センサの回転量を大きくするには限界があり、動脈の位置変化に十分に追従することは難しい。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、体表面に押圧して用いるセンサ部の体表面への押圧状態を柔軟に変更して脈波の検出精度を向上させることのできる脈波検出装置及び生体情報測定装置を提供することを目的とする。

本発明の脈波検出装置は、一方向に並ぶ複数の圧力検出素子からなる素子列であって前記一方向に直交する方向に配列された複数の素子列を有するセンサ部と、前記一方向が生体の体表面下の動脈の伸びる方向と交差する状態で前記体表面に前記センサ部を押圧する押圧部と、前記一方向に伸びる第一の軸の周りに前記センサ部を回転させるための回転機構と、前記回転機構を駆動する回転駆動部と、を備え、前記回転機構、前記押圧部、前記センサ部がこの順番で、前記押圧部による押圧方向に配列されているものである。

本発明の脈波検出装置は、一方向に並ぶ複数の圧力検出素子からなる素子列を有するセンサ部と、前記一方向が生体の体表面下の動脈の伸びる方向と交差する状態で前記体表面に前記センサ部を押圧する押圧部と、前記押圧部の押圧方向及び前記一方向の各々に直交する方向に伸びる第二の軸の周りに前記センサ部を回転させるための回転機構と、前記回転機構を駆動する回転駆動部と、を備え、前記回転機構、前記押圧部、前記センサ部がこの順番で、前記押圧方向に配列されているものである。

本発明の生体情報測定装置は、前記脈波検出装置と、前記センサ部の前記圧力検出素子により検出された脈波に基づいて生体情報を算出する生体情報算出部と、を備えるものである。

本発明によれば、体表面に押圧して用いるセンサ部の体表面への押圧状態を柔軟に変更して脈波の検出精度を向上させることのできる脈波検出装置及び生体情報測定装置を提供することができる。

本発明の一実施形態である生体情報測定装置の脈波検出部１００の外観構成を示す模式図である。 図１に示す装着状態での脈波検出部１００を被測定者の肘側から見た図である。 図１に示す装着状態での脈波検出部１００を手首との接触部位側から見た図である。 本実施形態の生体情報測定装置の脈波検出部１００以外の部分のブロック構成を示す図である。 本実施形態の生体情報測定装置の動作を説明するための模式図である。 本実施形態の生体情報測定装置の動作を説明するための模式図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。

図１は、本発明の一実施形態である生体情報測定装置の脈波検出部１００の外観構成を示す模式図である。本実施形態の生体情報測定装置は、図示しないバンドにより、生体情報の測定対象となる動脈（図１の例では橈骨動脈Ｔ）が内部に存在する生体部位（図１の例では利用者の左手の手首）に装着して用いられる。

図２は、図１に示す装着状態での脈波検出部１００を被測定者の肘側から見た図である。図３は、図１に示す装着状態での脈波検出部１００を手首との接触部位側から見た図である。図１〜図３は、脈波検出部１００を模式的に示したものであり、各部の寸法や配置等を限定するものではない。

脈波検出部１００は、空気袋２と、空気袋２を支持する平板状の支持部材３と、支持部材３を回転させるための回転機構５と、空気袋２に固定されたセンサ部６と、を備える。空気袋２、支持部材３、回転機構５、及び、センサ部６は、開口が形成された筐体１によって支持されている。

空気袋２は、図示しないポンプにより、内部の空気量が制御されることで、空気袋２に固定されたセンサ部６を筐体１の開口面に垂直な方向に移動させる。

空気袋２は、図１に示すように、脈波検出部１００が手首に装着された状態で、センサ部６の押圧面６ｂを生体部位（手首）の体表面に対して押圧する押圧部として機能する。押圧部は、センサ部６を押圧面６ｂに垂直な方向に押圧できる機構であれば何でもよく、空気袋を用いたものには限定されない。

図１に示す装着状態では、脈波検出部１００に含まれるセンサ部６の押圧面６ｂが利用者の手首の皮膚に接触する。この状態で空気袋２に注入される空気量が増えることで、空気袋２の内圧が増加し、センサ部６は体表面に向けて押圧される。以下、センサ部６による体表面への押圧力は、空気袋２の内圧と等価であるとして説明する。

図３に示すように、センサ部６は、一方向である方向Ｂに並ぶ複数個の圧力検出素子６ａからなる素子列６０と、方向Ｂに並ぶ複数個の圧力検出素子７ａからなる素子列７０と、を有する。素子列６０と素子列７０は方向Ｂと直交する方向Ａに配列されている。脈波検出部１００が手首に装着された状態では、素子列６０が末梢側に配置され、素子列７０が中枢側に配置される。

各圧力検出素子６ａと、この圧力検出素子６ａと方向Ｂでの位置が同じ圧力検出素子７ａとがペアを構成し、センサ部６には、このペアが方向Ｂに複数配列された構成となっている。圧力検出素子６ａと圧力検出素子７ａは、それぞれ、例えば、歪ゲージ抵抗式、半導体ピエゾ抵抗式、又は、静電容量式等の素子が用いられる。

素子列６０と素子列７０に含まれる各圧力検出素子は同一平面上に形成されており、この平面が樹脂等の保護部材によって保護されている。各圧力検出素子が形成された平面と、この平面を保護する保護部材の表面とは平行になっており、この保護部材の表面が押圧面６ｂを構成する。

各圧力検出素子６ａ（７ａ）は、その配列方向が橈骨動脈Ｔと交差（略直交）するように橈骨動脈Ｔに対して押圧されることにより、橈骨動脈Ｔから発生して皮膚に伝達される圧力振動波、すなわち脈波を検出することができる。

圧力検出素子６ａ（７ａ）の配列方向の間隔は、橈骨動脈Ｔ上に必要かつ充分な数が配置されるように充分小さくされている。圧力検出素子６ａ（７ａ）の配列長さは、橈骨動脈Ｔの径寸法より必要かつ充分に大きくされている。

回転機構５は、空気袋２によるセンサ部６の押圧方向に直交する２つの軸である第一の軸Ｘ及び第二の軸Ｙの各々の周りにセンサ部６（押圧面６ｂ）を回転させるための機構である。

回転機構５は、後述する回転駆動部１０によって回転駆動されて、第一の軸Ｘ及び第二の軸Ｙの各々を中心にして支持部材３を回転させる。

第一の軸Ｘは、素子列６０又は素子列７０における圧力検出素子の配列方向（方向Ｂ）に伸びる軸である。第一の軸Ｘは、図３の例では、素子列６０と素子列７０との間（図３の例では中間）に設定されている。第一の軸Ｘの方向Ａにおける位置は任意である。

第二の軸Ｙは、素子列６０と素子列７０の配列方向（方向Ａ）に伸びる軸である。第二の軸Ｙは、図３の例では、素子列６０と素子列７０をそれぞれ均等に２分割する直線上に設定されている。第二の軸Ｙの方向Ｂにおける位置は任意である。

支持部材３が第一の軸Ｘを中心に回転することで、支持部材３によって支持された空気袋２とこの空気袋２に固定されたセンサ部６は第一の軸Ｘの周りに回転する。また、支持部材３が第二の軸Ｙを中心に回転することで、支持部材３によって支持された空気袋２とこの空気袋２に固定されたセンサ部６は第二の軸Ｙの周りに回転する。

以下では、センサ部６の第一の軸Ｘの周りへの回転をピッチ回転ともいう。また、センサ部６の第二の軸Ｙの周りへの回転をロール回転ともいう。

図４は、本実施形態の生体情報測定装置の脈波検出部１００以外の部分のブロック構成を示す図である。

生体情報測定装置は、脈波検出部１００と、回転駆動部１０と、空気袋駆動部１１と、装置全体を統括制御する制御部１２と、表示部１３と、操作部１４と、メモリ１５と、を備える。

回転駆動部１０は、脈波検出部１００の回転機構５を駆動するアクチュエータである。回転駆動部１０は、制御部１２の指示にしたがい回転機構５を駆動して、センサ部６を第一の軸Ｘの周りに回転させたり、センサ部６を第二の軸Ｙの周りに回転させたりする。

空気袋駆動部１１は、ポンプ等により構成され、制御部１２の指示のもと、空気袋２に注入する空気量（空気袋２の内圧）を制御する。

表示部１３は、生体情報等の各種情報を表示するためのものであり、例えば液晶表示装置等により構成される。

操作部１４は、制御部１２に対する指示信号を入力するためのインターフェースであり、生体情報の測定を含む各種動作の開始を指示するためのボタン等により構成される。

メモリ１５は、センサ部６により検出されて生体情報の算出に利用される圧力信号（脈波）及び算出された生体情報等の各種情報を記憶する記憶媒体であり、例えばフラッシュメモリ等により構成される。メモリ１５は着脱可能なものであってもよい。

制御部１２は、プロセッサを主体に構成されており、プロセッサの実行するプログラム等が記憶されるＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、及び、ワークメモリとしてのＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）等を含む。

制御部１２は、プロセッサがプログラムを実行することにより、以下の機能を有する。

制御部１２は、空気袋駆動部１１を制御して空気袋２内の空気量を調整することで、センサ部６による手首への押圧力を制御する。

制御部１２は、回転駆動部１０を制御して支持部材３を回転させて、センサ部６の回転角度を制御する。

制御部１２は、センサ部６の回転角度を任意の値に制御し、かつ、空気袋２によってセンサ部６を体表面に押圧した状態（以下、脈波計測状態という）で、センサ部６の中から選択された圧力検出素子により検出される圧力信号（脈波）をメモリ１５に記憶する。

制御部１２は、脈波計測状態で検出されてメモリ１５に記憶された圧力信号に基づいて生体情報を算出し、算出した生体情報をメモリ１５に記憶する。制御部１２は生体情報算出部として機能する。

生体情報としては、脈波に基づいて算出できるものであれば何でもよい。例えば、制御部１２は、生体情報として、ＳＢＰ（Ｓｙｓｔｏｌｉｃ Ｂｌｏｏｄ ｐｒｅｓｓｕｒｅ）及びＤＢＰ（Ｄｉａｓｔｏｌｉｃ Ｂｌｏｏｄ ｐｒｅｓｓｕｒｅ）等の血圧情報、脈拍数等の脈拍情報、又は、心拍数等の心拍情報、等を算出する。

なお、生体情報算出部は、生体情報測定装置とは別の電子機器が有するものであってもよい。この場合は、生体情報測定装置のメモリ１５に記憶された圧力信号が電子機器に転送され、この電子機器において生体情報が算出され記憶される。

脈波検出部１００と回転駆動部１０と空気袋駆動部１１と制御部１２とにより脈波検出装置が構成される。

図５は、本実施形態の生体情報測定装置の動作を説明するための模式図である。図５は、被測定者の左手首に装着された脈波検出部１００を被測定者の左肘側から見た図である。図５には橈骨ＴＢが示されている。

以上のように構成された生体情報測定装置では、図５（ａ）及び図５（ｂ）に示すように、制御部１２が空気袋２の内圧を上昇させていくことで、センサ部６が体表面に押圧されていく。

センサ部６が体表面に押圧されていくと、この押圧力によって、図５（ｂ）に示すように、橈骨動脈Ｔが方向Ｂに移動してしまうことがある。このような場合に、制御部１２は、図５（ｃ）に示すように、支持部材３を第二の軸Ｙを中心にして反時計回りに回転させる。これにより、センサ部６の押圧面６ｂが第二の軸Ｙの周りに反時計回りに回転し、センサ部６の素子列６０，７０の真下に橈骨動脈Ｔが存在する状態が得られる。したがって、脈波を高精度に検出可能な圧力検出素子の数を増やすことができる。

図６は、本実施形態の生体情報測定装置の動作を説明するための模式図である。図６は、被測定者の左手首に装着された脈波検出部１００を方向Ｂから見た図である。

図６に示すように、センサ部６が体表面に押圧されることによる押圧力、又は、被測定者の体の組成等によって、橈骨動脈Ｔと押圧面６ｂとは平行になっていない場合がある。このような場合に、制御部１２は、図６（ｂ）に示すように、支持部材３を第一の軸Ｘを中心に反時計回りに回転させる。これにより、センサ部６の押圧面６ｂが第一の軸Ｘの周りに反時計回りに回転し、センサ部６の押圧面６ｂと橈骨動脈Ｔとを平行にした状態を得ることができる。押圧面６ｂと橈骨動脈Ｔとが平行になることで、橈骨動脈Ｔを均等に潰すことが可能となるため、素子列６０と素子列７０とで同じ条件で脈波を検出可能となり、脈波の検出精度を向上させることができる。

制御部１２は、センサ部６の素子列６０，７０の真下に橈骨動脈Ｔが存在する状態が得られるように回転機構５を駆動し、かつ、押圧面６ｂと橈骨動脈Ｔとが平行になるように回転機構５を駆動した状態を脈波計測状態とする。そして、この脈波計測状態でセンサ部６を体表面に適圧で押圧した状態で、センサ部６の任意の圧力検出素子により検出された脈波を記憶し、記憶した脈波に基づいて生体情報を算出する。

以上のように、本実施形態の生体情報測定装置によれば、体表面に押圧して用いるセンサ部６の体表面への押圧状態を柔軟に変更して脈波の検出精度を向上させることができる。

また、図５に示したように、センサ部６がロール回転可能となっていることで、橈骨ＴＢ又は腱等の動脈よりも硬い組織からの圧力信号がセンサ部６の圧力検出素子によって検出されにくいセンサ部６の姿勢を選択可能となる。このため、センサ部６の圧力検出素子により検出される圧力信号のノイズを低減させて、脈波の検出精度を向上させることができる。

また、本実施形態の生体情報測定装置は、空気袋２によるセンサ部６の押圧方向において、回転機構５、空気袋２、センサ部６がこの順で並ぶ構成である。この構成によれば、回転機構５の回転軸である第一の軸Ｘ又は第二の軸Ｙと、押圧面６ｂとの間の距離を大きくすることができるため、押圧面６ｂの押圧姿勢のパターンを増やすことができる。この結果、脈波の検出精度を向上させることができる。

また、押圧面６ｂの押圧姿勢を変えることで、図５（ｃ）に示すような状態が得られることで、生体情報測定装置の装着しなおし等を行うことなく、最適な脈波計測状態を実現することができる。

本実施形態の生体情報測定装置の回転機構５は、第一の軸Ｘと第二の軸Ｙのいずれか一方のみを中心にして支持部材３を回転させる機構、つまり、第一の軸Ｘ又は第二の軸Ｙの周りにのみセンサ部６を回転させるための機構であってもよい。

支持部材３が第二の軸Ｙのみを中心に回転可能な構成（ロール回転のみ可能な構成）である場合、センサ部６において素子列６０と素子列７０のいずれか一方は必須ではない。つまり、センサ部６には素子列が少なくとも１つあればよい。素子列が複数あることで、脈波の検出精度を向上させることができる。

今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

例えば、ここまでは、手首の橈骨動脈から脈波を検出する手首装着型の生体情報測定装置について説明されているが、頚動脈又は足背動脈から脈波を検出する装置に対して本発明を適用してもよい。

また、センサ部６は、３つ以上の素子列が方向Ａに配列された構成であってもよい。

以上説明してきたように、本明細書には以下の事項が開示されている。

（１） 一方向に並ぶ複数の圧力検出素子からなる素子列であって前記一方向に直交する方向に配列された複数の素子列を有するセンサ部と、前記一方向が生体の体表面下の動脈の伸びる方向と交差する状態で前記体表面に前記センサ部を押圧する押圧部と、前記一方向に伸びる第一の軸の周りに前記センサ部を回転させるための回転機構と、前記回転機構を駆動する回転駆動部と、を備え、前記回転機構、前記押圧部、前記センサ部がこの順番で、前記押圧部による押圧方向に配列されている脈波検出装置。

（２） （１）記載の脈波検出装置であって、前記回転機構は、前記第一の軸の周りに前記センサ部を回転させ、かつ、前記押圧部の押圧方向及び前記一方向の各々に直交する方向に伸びる第二の軸の周りに前記センサ部を回転させるための機構である脈波検出装置。

（３） 一方向に並ぶ複数の圧力検出素子からなる素子列を有するセンサ部と、前記一方向が生体の体表面下の動脈の伸びる方向と交差する状態で前記体表面に前記センサ部を押圧する押圧部と、前記押圧部の押圧方向及び前記一方向の各々に直交する方向に伸びる第二の軸の周りに前記センサ部を回転させるための回転機構と、前記回転機構を駆動する回転駆動部と、を備え、前記回転機構、前記押圧部、前記センサ部がこの順番で、前記押圧方向に配列されている脈波検出装置。

（４） （１）〜（３）のいずれか１つに記載の脈波検出装置と、前記センサ部の前記圧力検出素子により検出された脈波に基づいて生体情報を算出する生体情報算出部と、を備える生体情報測定装置。

１００ 脈波検出部
１ 筐体
２ 空気袋
３ 支持部材
５ 回転機構
６ センサ部
６ａ，７ａ 圧力検出素子
６ｂ 押圧面
６０，７０ 素子列
Ｘ 第一の軸
Ｙ 第二の軸
１０ 回転駆動部
１１ 空気袋駆動部
１２ 制御部
１３ 表示部
１４ 操作部
１５ メモリ
ＴＢ 橈骨
Ｔ 橈骨動脈
Ａ，Ｂ 方向

Claims (4)

1. 一方向に並ぶ複数の圧力検出素子からなる素子列であって前記一方向に直交する方向に配列された複数の素子列を有するセンサ部と、
   前記一方向が生体の体表面下の動脈の伸びる方向と交差する状態で前記体表面に前記センサ部を押圧する押圧部と、
   前記一方向に伸びる第一の軸の周りに前記センサ部を回転させるための回転機構と、
   前記回転機構を駆動する回転駆動部と、を備え、
   前記回転機構、前記押圧部、前記センサ部がこの順番で、前記押圧部による押圧方向に配列されている脈波検出装置。
2. 請求項１記載の脈波検出装置であって、
   前記回転機構は、前記第一の軸の周りに前記センサ部を回転させ、かつ、前記押圧部の押圧方向及び前記一方向の各々に直交する方向に伸びる第二の軸の周りに前記センサ部を回転させるための機構である脈波検出装置。
3. 一方向に並ぶ複数の圧力検出素子からなる素子列を有するセンサ部と、
   前記一方向が生体の体表面下の動脈の伸びる方向と交差する状態で前記体表面に前記センサ部を押圧する押圧部と、
   前記押圧部の押圧方向及び前記一方向の各々に直交する方向に伸びる第二の軸の周りに前記センサ部を回転させるための回転機構と、
   前記回転機構を駆動する回転駆動部と、を備え、
   前記回転機構、前記押圧部、前記センサ部がこの順番で、前記押圧方向に配列されている脈波検出装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１項記載の脈波検出装置と、
   前記センサ部の前記圧力検出素子により検出された脈波に基づいて生体情報を算出する生体情報算出部と、を備える生体情報測定装置。

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