JP2019010412A - 生体情報測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】測定対象物との位置関係及び周囲のノイズの影響を受けることなく、簡易な構成で、測定対象物から生じる生体表面の振動を検出することができる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１は、生体表面の被測定部位に配置される空気袋２と、空気袋内に配設される圧力センサー３とを備える。圧力センサーがシート状の圧電センサーであると好ましい。圧力センサーが空気袋内で中空に位置するよう支持されていると好ましい。圧力センサーが空気袋の内壁に沿うよう配設されていてもよい。空気袋が加圧及び減圧するための配管を備えてもよい。【選択図】図２

Description

本発明は、生体情報測定装置に関する。

医療分野等において、血圧や脈波等の生体の情報を測定する機器が用いられている。血圧を測定する装置としては血流音を検出するマイクロフォン、脈波を測定するものとしては光線を皮膚から皮膚の中の血管に照射して、血管からの反射光を受光することで血管の動きを検出する装置等が実用化されている。しかしながら、マイクロフォンや光線で血管からの生体情報を得る装置は、外乱の影響を受けやすく、また、血管と当該装置との位置ずれが生じると測定精度が低下するおそれがあるため、容易に精度の高い生体情報の測定が可能な装置が望まれている。

生体情報を測定する機器として、血圧計が広く知られている。手首に装着するカフが押圧板を有し、この押圧板に複数の圧力センサーが備えられた血圧計が発案されている（特開２０１６−１５８７６７号公報）。この血圧計は、カフが加圧されると押圧板が手首を押圧し、複数のセンサーが動脈の脈圧波を検出して血圧を測定することができるとされている。この血圧計は、動脈とセンサーとの位置ずれによる測定精度の低下を複数のセンサーを備えることで抑制し、また、手首を押圧して皮下の動脈が移動した場合に動脈と複数のセンサーとの位置関係を適正に補正する機構を備えている。しかしながら、複数のセンサー及び当該機構を備えることで、血圧計が複雑で高コストになるおそれがある。

特開２０１６−１５８７６号公報

前記不都合に鑑みて、本発明は、測定対象物との位置関係及び周囲のノイズの影響を受けることなく、簡易な構造で、測定対象物から生じる生体表面の振動を検出することができる生体情報測定装置を提供する。

前記課題を解決するためになされた本発明の一態様に係る生体情報測定装置は、生体表面の被測定部位に配置される空気袋と、前記空気袋内に配設される圧力センサーとを備える。

本発明の一態様に係る生体情報測定装置において、前記圧力センサーがシート状の圧電センサーであるとよい。

本発明の一態様に係る生体情報測定装置において、前記圧力センサーが空気袋内で中空に位置するよう支持されているとよい。

本発明の別の態様に係る生体情報測定装置において、前記圧力センサーが空気袋の内壁に沿うよう配設されていてもよい。

本願発明に一態様に係る生体情報測定装置は、測定対象物によって生体表面に生じる生体振動を検出する。具体的には、生体表面の振動が空気袋内の気体を振動させ、この気体振動による圧力変動を空気袋内の圧力センサーが検出する。よって、生体情報測定装置の周辺で生じるノイズを検出することがなく、精度の高い生体情報の測定をすることができる。また、圧力センサーは空気袋内の圧力変動を検出するため、測定対象物と当該圧力センサーとの位置関係を厳密に決定する必要はなく、比較的に任意な位置に空気袋を配置することで、精度の高い測定をすることができる。このため、当該生体情報測定装置は、空気袋と空気袋内に備えられる圧力センサーとを備える簡易な構成としつつも、精度の高い生体情報の測定を容易に行うことができる。

本発明の一実施形態に係る生体情報測定装置の構成を示す模式的平面図である。 図１のＡ−Ａ線の模式的断面図である。 図２とは異なる圧力センサーの配置を示す模式的断面図である。 図１、図２とは異なる圧力センサーの配置を示す模式的断面図である。 図２の支持部材を示す空気袋の天面側から見た模式的断面図である。 図５とは異なる支持部材を示す模式的断面図である。 図５、図６とは異なる支持部材を示す模式的断面図である。 図７のＢ−Ｂ線の模式的断面図である。 図１とは異なる実施形態に係る生体情報測定装置を用いた血圧計の構成を示す概略図である。 図９の生体情報測定装置を腕に巻いた状態を示す模式的断面図である。 図９の生体情報測定装置を平面展開した状態を示す模式的平面図である。 図１１のＣ−Ｃ線の模式的断面図である。 図１１の生体情報測定装置とは異なる構成を示す模式的断面図である。

以下、適宜図面を参照しつつ、本発明の実施の形態を詳説する。

［第一実施形態］
＜生体情報測定装置＞
図１に、本発明の一実施形態に係る生体情報測定装置１の模式的な平面図を示す。当該生体情報測定装置１は、人や動物等の生体表面の被測定部位に空気袋２が加圧された状態で配置され、測定対象物が生体表面に発生させる振動を検出するために用いられる。

図２に、図１のＡ−Ａ線の模式的断面図を示す。生体情報測定装置１は、空気袋２と、空気袋２内部に配置される圧力センサー３とを備える。

（空気袋）
空気袋２は、空気等の気体を供給されることにより内部が大気圧以上に加圧されている。当該気体の供給は、生体情報の測定時に空気供給手段によって加圧されてもよいし、当初より加圧された状態とすることもできる。空気袋２の形状としては、特に限定されず、板状、円盤状等とすることができる。

空気袋５は、一方の表面を生体表面の被測定部位に配置する接着面として、当該生体表面に貼付可能な接着層を有することが好ましい。当該接着層を有することで、生体情報測定装置１を容易に被測定部位に配置することができる。当該接着層が、貼付及び剥離が複数回可能な接着層であることがより好ましい。貼付及び剥離を複数回可能とすることで、生体情報測定装置１と測定対象物との位置関係の調整を容易に行うことができる。なお、本実施例の説明では、図２の生体情報測定装置１の下面を接着面、上面を天面とする。

（圧力センサー）
圧力センサー３は、生体表面の振動を空気袋２内の圧力変動として検出する。圧力センサー３は、圧力変動を検出できるものであれば特に限定されるものではなく、例えば、公知のマイクロフォン、半導体センサー等を用いることができるが、シート状の圧電センサーを用いることが好ましい。マイクロフォンとした場合、測定対象物との位置関係を厳密に決定しないと、生体表面の振動が微弱であることにより精度の高い測定ができないおそれがある。シート状の圧電センサーとすることで、小型化、薄型化が容易になると共に、測定対象物との位置関係を比較的緩やかに決定することができる。

圧力センサー３は、図２で示すように、加圧状態の空気袋２内で中空に位置するように支持されるとすることもできるし、図３で示すように、空気袋２の接着面の内壁に沿うよう配設されるとすることもできるが、支持部材４で中空に位置するように支持されることが好ましい。圧力センサー３が中空に支持されることで、空気袋２内の圧力変動を多方向から検出することができる。圧力センサー３がシート状の圧電センサーである場合、当該シート状の圧電センサーの一方の面及び他方の面の両面で圧力変動を検出することができるため、より精度の高い測定をすることができる。

図３で示すように、シート状の圧電センサーが空気袋２の接着面の内壁に沿うように接着等によって配設された場合、シート状の圧電センサーの一方の面でしか圧力変動を検出することができないため、検出した圧力変動の出力信号が比較的弱くなる可能性があるが、構成が簡易となるため低コストで生体情報測定装置１を生産することができる。

また、図４で示すように、空気袋５の接着面の裏面の複数箇所に、接着剤５を同一の厚みに盛り上げて塗布し、この盛り上げた複数の接着剤５にシート状の圧電センサーを載架することもできる。盛り上げた複数の接着剤５にシート状の圧電センサーを載架することで、シート状の圧電センサーの両面で圧力変動を検出することができる。

（支持部材）
支持部材４は、空気袋２内で圧力センサー３を中空に支持する。図５〜７は、空気袋２の接着面に平行な断面を天面側から見た模式的断面図である。圧力センサー３を支持する方法としては、特に限定されるものではなく、圧力センサー３がシート状の圧電センサーである場合、図５で示すように、平面視で略矩形に形成されるシート状の圧電センサーの各辺と空気袋２内の側壁面とを複数の紐体６で接続することができる。当該紐体６は、一端を空気袋２内の側壁面に接着等によって接合され、他端をシート状の圧電センサーに接合されることで、当該シート状の圧電センサーを中空に吊持する。

当該紐体６の材質としては、特に限定されるものではないが、例えば、加硫ゴム、伸縮可能なナイロン等の伸縮自在である材質が好ましい。支持部材４を伸縮自在な材質とすることで、湾曲した生体表面に空気袋２が配置された場合でも、シート状の圧電センサーを中空に支持することができる。

また、図６のように、前記同様に伸縮自在な材質を用いて支持部材４を帯体７とし、当該帯体７にシート状の圧電センサーを載置することも可能である。支持部材４を帯体７とする場合、シート状の圧電センサーが両面で圧力変動を検出できるように、当該帯体７に複数の開口部８を設けることが好ましい。

さらに、図７及び図８のように、支持部材４を脚体９として、当該脚体９を空気袋２の接着面の裏面の任意の複数箇所に配設し、シート状の圧電センサーを担持することも可能である。当該脚体９を空気袋２接着面の裏面及び天面の裏面に配設し、シート状の圧電センサーを挟持することも可能である。

＜利点＞
当該生体情報測定装置は、測定対象物によって振動する生体表面を被測定部位とすることができるため、生体表面下の測定対象物に対する位置関係を比較的緩やかに決定することができ、容易に精度の高い生体情報の測定をすることができる。圧力センサー３がシート状の圧電センサーである場合、当該シート状の圧電センサーが中空に支持されることで、加圧された空気袋２内のシート状の圧電センサーの両面に、均等に圧力がかかる状態となる。この状態で、生体表面から振動が発生すると、当該振動が加圧された空気袋内の気体中を伝播し、シート状の圧電センサーの両面に均等な圧力変動を生じさせる。この圧力変動をシート状の圧電センサーの両面が検出するため、より精度の高い測定をすることができる。また、圧電センサーとすることで雑音混入等が生じなく外乱に対して比較的強くすることができると共に、当該圧電センサーをシート状とすることで、測定対象物に対する位置関係をより緩やかに決定することができる。

［第二実施形態］
〔血圧計〕
図９は、本発明の他の実施形態に係る生体情報測定装置を用いた血圧計１０である。この血圧計１０は、本体１１と、生体情報測定装置１２と、本体１１及び生体情報測定装置１２を接続するチューブ１３とを有する。

＜本体＞
本体１１は、生体情報測定装置１２に空気を供給して加圧する空気ポンプと、生体情報測定装置１２を減圧する際の空気排出弁と、生体情報測定装置１２から送られてくる測定信号を演算する演算部と、測定結果を表示する表示部とを主に含む。生体情報測定装置１２を加圧及び減圧する手段は、手動とすることもできる。

＜チューブ＞
チューブ１３は、生体情報測定装置１２と本体１１の演算部とを電気的に接続する配線と、生体情報測定装置１２を加圧及び減圧するための空気を通す配管とを主に含む。

＜生体情報測定装置＞
生体情報測定装置１２は、空気袋であるカフ（Ｃｕｆｆ）１４と、カフ１４内部に配置される圧力センサー１５と、カフ１４内部に圧力センサー１５を配置する支持部材１６と、カフ１４を輪状に形成する接合部材１７とを含む。

（カフ）
カフ１４は、空気を供給されることにより内部が加圧されて膨張し、空気を排出することにより内部を減圧して収縮する空気袋である。カフ１４の形状は、空気を供給されない状態で、平面視で略長方形であり、空気が供給されて膨張すると略直方体を形成する。カフ１４の大きさとしては、人の腕や手首等に巻回できる大きさであれば特に限定されるものではなく、例えば、長辺で２０ｃｍ以上５０ｃｍ以下、短辺で２ｃｍ以上２０ｃｍ以下、血圧測定時の空気を供給された状態の厚みで５ｍｍ以上５０ｍｍ以下とすることができる。カフ１４は、短辺の表面の一部に接合部材１７を有し、血圧を測定する際には、図１０で示すように、この接合部材１７を接合してカフ１４が腕Ｋに巻かれて装着される。当該接合部材１７としては、特に限定されず公知の部材を用いることができ、例えば、面ファスナーとすることができる。なお以下では、カフ１４を腕Ｋに装着した際に、腕の皮膚に接する側のカフ表面を内周面、他方の表面を外周面とする。

カフ１４は、未使用時には加圧されず、腕等に装着して血圧を測定する際に空気が供給され、加圧されて膨張する。カフ１４が膨張することにより、カフ１４内周面が腕等の皮膚を押圧し、皮下の動脈を閉塞する。次に、空気が排出されてカフ１４内が減圧され、閉塞状態から解放された動脈に血液が流れ始めることにより皮膚に振動が生じ、この振動が生体情報測定装置１２に検出される。

図１１は、カフ１４を平面展開した状態の模式的平面図である。カフ１４外周面には、可撓性を有する天板１８が備えられるのが好ましい。カフ１４を腕に装着してカフ１４内に空気を供給した場合、内周面は腕に密着しているが、外周面には膨張を抑制するものがないため圧力が外周面に逃げる傾向がある。外周面が天板１８を有することで、カフ１４内を所望する圧力とするための空気量を低減することができる。

図１２は、カフ１４を平面展開した状態で空気を供給して膨張させた際の図１１のＣ−Ｃ断面図を模式的に示している。カフ１４内部には、圧力センサー１５及び支持部材１６が備えられる。

（圧力センサー）
圧力センサー１５は、圧力変動を検出できるものであれば特に限定されるものではないが、シート状の圧電センサーを用いることが好ましい。圧力センサー１５をシート状の圧電センサーとすることで、カフ１４内周面が皮膚を押圧した際、皮下の動脈が移動しても、血流音を皮膚の振動で検出することができ、また、カフ１４から排出される空気音等の雑音の影響を受けることがないため、精度の高い血圧測定をすることができる。

（支持部材）
支持部材１６は、カフ１４内で圧力センサー１５を中空に支持する。圧力センサー１５が中空に支持されることで、皮膚の振動によるカフ１４内の圧力変動を多方向から検出することができる。圧力センサー１５がシート状の圧電センサーである場合、当該センサーの両面で圧力変動を検出することができるため、より精度の高い測定をすることができる。

カフ１４とは別体の空気袋１９が配置され、この空気袋１９内に圧力センサー５が備えられてもよい。具体的には、図１３に示すように、カフ１４の内周面側に、カフ１４とは別室の空気袋１９が備えられる。すなわち、空気袋１９は、カフ１４とは独立した空間を有し、カフ１４内に供給・排出される空気とは異なる気体が充填されており、カフ１４の膨張・収縮に連動しない。空気袋１９は、カフ１４と一体で形成することもできるし、空気袋１９とカフ１４とを別々に形成して脱着可能とし、測定時に一体化させて使用することもできる。空気袋１９にも加圧及び減圧するための空気を通す配管を備えるとよい。空気袋１９は本体１１とは接続されないが、事前に空気袋１９の中へ空気を充填したり、空気袋１９の中の圧力を調整するために配管を利用する。当該配管には空気袋１９の中の空気が漏れないような封止手段を備える。封止手段は具体的には、クリップや樹脂製のキャップ等を用いる。

空気袋１９内には、圧力センサー１５が配置される。図１３では、シート状の圧電センサーが、支持部材２０によって生体表面に接する面の内壁に配置されている。圧力センサー１５は、第一実施形態と同様に中空に配置されてもよい。

生体情報測定装置１２が、カフ１４とは別体の空気袋１９を有し、この空気袋１９内に圧力センサー１５を備えるとすることで、カフ１４が加圧・減圧される際の音や圧力変動等が当該圧力センサー１５に影響することを抑制することができる。また、圧力センサー１５がシート状の圧電センサーである場合、予め加圧された空気袋１９内に当該シート状の圧電センサー配置されているため、生体情報測定装置１２を腕等に巻回する際に当該シート状の圧電センサーが捻られたり、皺が寄ったりすることを抑制することができる。

＜利点＞
当該生体情報測定装置１２は、カフ内に圧力センサー１５を配設しているため、コロトコフ音と呼ばれる血流音を生体表面の振動として検出することができる。よって、脈波を検出して血圧を測定するオシロメトリック法と比較して、当該血圧計１０は、精度の高い血圧測定をすることができる。また、動脈の血流音による皮膚表面の振動をカフ内の気体の圧力変動として検出するため、皮下の動脈の位置にかかわらず、コロトコフ音を容易に検出することができる。従って、当該血圧計１０は、精度の高い血圧測定を容易に行うことができる。

［その他の実施形態］
前記実施形態は、本発明の構成を限定するものではない。従って、前記実施形態は、本明細書の記載及び技術常識に基づいて前記実施形態各部の構成要素の省略、置換又は追加が可能であり、それらは全て本発明の範囲に属するものと解釈されるべきである。

上記実施形態では、シート状の圧電センサーが空気袋２の接着面の内壁に沿うように配設された構成について説明したが、空気袋２の天面の内壁に沿うように配設された構成とすることもできる。

また、当該生体情報測定装置は、血管の容積変化による血管壁の振動を検出して脈波を測定する脈波センサーとして用いることもできる。

さらに、当該生体情報測定装置は、透析療法のために作成される人工的動静脈瘻（シャント）の状態を確認するためのシャント音の測定に用いることも可能である。

また、呼吸音や心音の測定をする機器に用いられることもできる。

本発明の生体情報測定装置は、上述のように、人や動物の皮下で発生する音や振動を、皮膚の振動として測定することができるので、医療、健康、スポーツ等の分野で好適に用いることができる。

１ 生体情報測定装置
２ 空気袋
３ 圧力センサー
４ 支持部材
５ 接着剤
６ 紐体
７ 帯体
８ 開口部
９ 脚体
１０ 血圧計
１１ 本体
１２ 生体情報測定装置
１３ チューブ
１４ カフ
１５ 圧力センサー
１６ 支持部材
１７ 接合部材
１８ 天板
１９ 空気袋
２０ 支持部材
Ｋ 腕

Claims (5)

1. 生体表面の被測定部位に配置される空気袋と、
   前記空気袋内に配設される圧力センサーと
   を備える生体情報測定装置。
2. 前記圧力センサーがシート状の圧電センサーである請求項１に記載の生体情報測定装置。
3. 前記圧力センサーが空気袋内で中空に位置するよう支持されている請求項１又は請求項２に記載の生体情報測定装置。
4. 前記圧力センサーが空気袋の内壁に沿うよう配設されている請求項２に記載の生体情報測定装置。
5. 前記空気袋が加圧及び減圧するための配管を備える請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の生体情報測定装置。

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