JP2021137269A - 脈波計測装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単かつ確実に高精度な脈波計測ができるセルフモニタリングデバイスを提供する。【解決手段】本発明の脈波計測装置は、中間層３を挟み一定方向に複数の脈波計測用圧電素子が配列され、利用者の皮膚に圧着される脈波計測部１、中間層３を介して脈波計測部１に積層され、脈波計測用圧電素子それぞれの上面に対応する箇所で利用者に振動を与える発振用圧電素子が配列された振動出力部とを備えている。脈波計測用圧電素子からの各脈波計測値の増大に応じて、発振用圧電素子のうち対応する箇所の発振用圧電素子の振動が増大するよう制御することにより、脈波計測部の中央部が頸動脈直上に合致したことを提示する計測処理装置を備えている。【選択図】図４

Description

本発明は、脈波計測装置に関し、特に、心臓の機能や動脈硬化度などの血管特性するために利用される、高精度の計測を可能にした脈波計測装置に関するものである。

動脈圧脈波は心臓の機能や動脈硬化度などの血管特性の影響を受けていることから、その特性を評価することで、心臓および脳血管疾患、認知症、腎臓病等の疾患発症リスクを予測することが検討されている。
図１は、１０代〜８０代の動脈波形（例えば、図中“５”は、５０代の動脈波形）を示すもので、その形状は加齢と共に変化していることが確認できる。

図２は、上側の動脈圧波形に対し、下側にその２次微分波形を示すもので、頸動脈圧波形から得られる特徴点から、最低値と最高値との差（脈圧：ＰＰ）を算出する。
一方、下側の２次微分波形に基づいて、上昇中の変曲点から動脈圧の最高値までの差（増大波：ΔＰ）を算出し、前者を後者で除することにより、脈波増大指数（ΔＰ／ＰＰ）と呼ばれる指数（％）を算出する。

図３に示すように、この指数は加齢と共に変化し、この指数の増大と心血管系疾患の発症リスクに強い因果関係があることが報告されている。
したがって、動脈圧波形を高い精度で計測し、正確な脈波増大指数（ΔＰ／ＰＰ）が得られれば、心血管系疾患の発症リスクを診断する上での有用なパラメータとしての活用が期待されている。

特許文献１には、計測手段の配置状態に基づいて、計測された血圧情報の信頼度を算出することが、特許文献２には、体表面に押圧されるセンサの体表面に対する押圧状態を変更することが、特許文献３には、タッチセンサを用いて脈波信号、血圧を計測することがそれぞれ示されている。

特開２０１８−０４２６０６号公報 特開２０１７−１９６１９１号公報 特開２０１８−１０２９０６号公報

前述のように、心臓および脳血管疾患、認知症、腎臓病等の疾患発症リスクを予測するためには、動脈圧脈波を高精度に測定した上で、波形等を詳細に分析する必要がある。現行の動脈圧脈波を記録するセンサを用いる場合、モニタに描出される脈波を見ながら、測定者が位置や押圧を微調整しなければ高精度な動脈圧脈波形を得ることができない。このため、きわめて熟練した技術が要求され、家庭等で動脈圧脈波を正確に計測し、日常生活で発症の危険性を把握することが困難であった。

一方、首や手首で脈拍数を自ら計測することは、広く行われており、熟練した技術がなくとも、比較的簡単に行える。これは、拍動を自らで感じて、拍動の強さに応じて適切な部位を探しているためである。
本発明の目的は、このように普段に行われている脈拍数計測の要領を活用して、高精度に計測されたセンサからの圧力信号を、計測者の指側へリアルタイムで出力することで、簡単かつ確実に高精度な脈波計測ができるセルフモニタリングデバイスを提供することにある。

この課題を解決するため、本発明に基づく脈波計測装置は、利用者の皮膚に接触させ脈波を計測する脈波計測装置用圧電素子であって、一定方向に複数の脈波計測用圧電素子が配列され、利用者の皮膚に圧着される脈波計測部と、中間層を介して脈波計測部に積層され、脈波計測用圧電素子それぞれの上面に対応する箇所で利用者に振動を与える発振用圧電素子が配列された振動出力部と、脈波計測用圧電素子からの各脈波計測値の増大に応じて、発振用圧電素子のうち対応する箇所の発振用圧電素子の振動を増大させるよう制御することにより、脈波計測部の中央部が頸動脈直上に合致したことを提示する計測処理装置を備えている。

本発明によれば、高価な計測装置を使用することなく、発振用圧電素子の振動による誘導により、家庭等でも簡単かつ確実に動脈圧脈波を計測することが可能となる。

図１は、１０代〜８０代の動脈波形を示す図である。 図２は、動脈圧波形（上側）に対する２次微分波形（下側）を示す図である。 図３は、脈波増大指数と加齢の関係を示す図である。 図４は、実施例の全体構成を示す図である。触媒粒子の測定結果を示す図である。 図５は、実施例における脈波計測部１の構造を示す図である。

図４に示すように、本発明の実施例は、脈波計測部１、振動出力部２と両者の間に介装される中間層３、計測処理装置４、そして、利用者に計測結果や種々の情報を伝達するディスプレイ５、音声出力部６を主要構成としている。
脈波計測部１、中間層３及び振動出力部２は一体的に積層され、頸部の皮膚表面に柔軟にフィットするとともに、抵抗なくスライドできるよう、材質、厚さ、剛性が選定された脈波計測パッドを形成している。

図５に示すように、脈波計測部１は、合成樹脂シートからなるベース１ａの下面（利用者の皮膚表面接触側）に、表面が滑らかになるよう、複数の圧電素子１ｂ〜１ｄを埋設したものである。圧電素子１ｂ〜１ｄは、脈波計測に広く用いられている素子を利用したものであり、この実施例では、ベース１ａの中心に位置する圧電素子１ｃを中心にその左右に圧電素子１ｂ、１ｄが一列に配列されている。

ベース１ａの上面に積層された中間層３のさらに上面には、振動出力部２が積層され、利用者は、この振動出力部２の表面に人差し指などを当てて、脈波計測パッド部７を頸部等の皮膚表面に密着させ、頸動脈に交差するようスライドさせることになる。
振動出力部２は、脈波計測部１と同様の構造で、そのベース２ａには、脈波計測パッド７の上面からみて脈波計測部１の圧電素子１ｂ〜１ｄと同位置となるよう、同数の圧電素子２ｂ〜２ｄが配列されている。
ただし、後述するように、脈波計測部１の圧電素子１ｂ〜１ｄは脈波計測用、振動出力部２の圧電素子２ｂ〜２ｄは、駆動信号を受け、利用者の指表面に振動を与え、最適位置にガイドするアクチュエータとして利用されるものである。

本実施例の脈波計測パッド７は、直径１０ｍｍ程度、厚さに関しては、脈波計測部１、振動出力部２、中間層３を合わせて３〜５ｍｍ程度とすることが好ましい。また、脈波計測パッド７には、図示しないストラップなどの装着具が取り付けられており、利用者は、この装着具により人差し指などに巻き付けて装着し、皮膚表面に脈波計測部１の各圧電素子１ｂ〜１ｄを軽く押圧し、脈波計測を開始する。

頸動脈で計測を行う場合、脈波計測パッド７の中心を頸動脈直上に合わせる必要がある。そこで、例えば、脈波計測パッド７を右手人差し指に装着した場合、脈波計測部１を頸部表面に軽く押さえつけながら、左側肩甲骨の中央部付近から顎下に向けて、あるいはその逆方向にスライドさせれば、脈波計測パッド７の中心を確実に頸動脈に交差させることできる。

その際、脈波計測部１の圧電素子１ｂ〜１ｄを、上述のスライド方向に配列しておけば、スライドにしたがって、各圧電素子のうち、移動方向最前端の圧電素子から脈波の検知を開始し、順次計測した脈波の振幅が増大していくことになる。
したがって、計測処理装置４により、各圧電素子１ｂ〜１ｄの脈波計測値をそれぞれ観測し、中央に位置する圧電素子１ｃの脈波計測値が初めて最大となった位置を判別すれば、脈波計測部１の中央部を頸動脈の直上に合致した位置と特定することが可能となる。

計測処理装置４は、利用者に脈波計測部１の中央部が頸動脈の直上に合致した位置にセットされるよう、簡単かつ確実な誘導を行う。
すなわち、各圧電素子１ｂ〜１ｄのうち、スライド方向最前端を１ｂ、最後端を１ｄ、中央を１ｃとしたとき、上述のように、各圧電素子１ｂ〜１ｄの脈波計測値をそれぞれ解析する。
その際、計測開始当初、最前端の圧電素子１ｂの脈波計測値が最大値を示している間は、その上方に位置する振動出力部２の圧電素子２ｂに対し最大の出力信号を発する。
ただし、脈波計測部１の各圧電素子１ｂ〜１ｄは、脈波のみならず、振動出力部２の各圧電素子２ｂ〜２ｄによる振動をも検出することになるので、この実施例では、位相あるいは周波数に基づいて、これらの振動による影響を除去するフィルタを設けている。

利用者が、最も強く振動する圧電素子２ｂの方向に移動させ、脈波計測部１の中央部が頸動脈直上に近づくにつれ、圧電素子２ｃ、２ｄの振動も徐々に強まり、圧電素子２ｄの振動が最大となる。これにより脈波計測部１の中央部が頸動脈直上を通り過ぎたことを利用者に感知させ、スライド方向を逆進させるよう促す。
このように、利用者は、中央の圧電素子２ｃが最も強く振動する位置を簡単かつ確実に察知することが可能となり、この位置で中央の圧電素子２ｃの検出信号に基づいて、一定時間(例えば１０秒前後)脈波計測を行うことにより、きわめて正確な脈波計測が可能となる。

以上の実施例では、脈波計測部１の圧電素子、振動出力部２の圧電素子をそれぞれ３個としたが、微調整を行うため、これらの圧電素子を５個、７個・・・と増やしてもよい。
また、脈波計測部１、振動出力部２の圧電素子を、スライド方向に直交する方向にも同様の構成で配列し、脈波計測パッド７を頸部表面の皮膚に沿って、上下左右に任意にスライドさせ、最適な脈波計測位置への位置に提示するようにしてもよい。
なお、脈波計測位置あるいは利用者によって、脈波計測パッド７を左手に装着した方が好ましい場合、人差し指以外の指に装着した方が好ましい場合もあるので、脈波計測パッド７に対し指装着具を回動調整可能に取り付けてもよい。

さらに、脈波計測パッド７をスマートフォンに接続可能とし、画面表指示や音声により、利用者に脈波計測パッド７の移動方向や最適位置にセットされたことを表示するとともに、警告や健康管理データの蓄積を行うようにしてもよい。
こうした管理データをビックデータとしてクラウドに蓄積し、経時的な変化や、他の健康管理データ、心疾患、認知症などのイベント発症などの情報と統合することで、疾病発症予測精度をさらに向上させることが可能となる。

以上説明したように、本発明によれば、高価な計測装置を使用することなく家庭等でも動脈圧脈波を正確に計測することが可能となるので、セルフモニタリングデバイスとして広く採用されることが期待できる。

１：脈波計測部
２：振動出力部
３：中間層
４：計測処理装置
５：ディスプレイ
６：音声出力部
７：脈波計測パッド

Claims (4)

1. 利用者の皮膚に接触させ脈波を計測する脈波計測装置であって、
   一定方向に複数の脈波計測用圧電素子が配列され、利用者の皮膚に圧着される脈波計測部と、
   中間層を介して前記脈波計測部に積層され、前記脈波計測用圧電素子それぞれの上面に対応する箇所で利用者に振動を与える発振用圧電素子が配列された振動出力部と、
   前記脈波計測用圧電素子からの各脈波計測値の増大に応じて、前記発振用圧電素子のうち対応する箇所の発振用圧電素子の振動が増大するよう制御することにより、前記脈波計測部の中央部が頸動脈直上に合致したことを提示する計測処理装置からなる脈波計測装置。
2. 前記脈波計測用圧電素子の検出値から、前記発振用圧電素子による振動による影響を除去するフィルタを備えたことを特徴とする請求項１に記載された脈波計測用圧電素子
3. 前記脈波計測部、前記振動出力部が合成樹脂シートからなるベースに圧電素子が埋設されてなり、前記中間層が合成樹脂からなり、これらが積層されて脈波計測パッドを構成することを特徴とする請求項１または２に記載された脈波計測装置。
4. 前記脈波計測パッドに回動自在の指装着具を設けたことを特徴とする請求項３に記載された脈波計測装置。
   
   

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