JP4557273B2

JP4557273B2 - 装着形計測機器

Info

Publication number: JP4557273B2
Application number: JP2000359291A
Authority: JP
Inventors: 博之村松; 正隆新荻; 博之小田切
Original assignee: Seiko Instruments Inc
Current assignee: Seiko Instruments Inc
Priority date: 2000-11-27
Filing date: 2000-11-27
Publication date: 2010-10-06
Anticipated expiration: 2020-11-27
Also published as: JP2002159455A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被験者の体表面に固定されて体内または体表面の状況から脈波等を検出する装着形計測機器に係り、詳細には、装着時の不快感が少なく、装着により体内または体表面の影響を与えることなく正確に体内や体表面の状況を検知可能な装着形計測機器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
被験者に装着させてセンサを被験者の体表面に固定し使用する装着形計測機器は、よく知られている。このような装着形計測機器では、圧力センサや光電センサ等のセンサを被験者の体表面に固定し、センサにより体内または体表面の状況を検知し、その結果から脈波等を検出する。
例えば、ピエゾ型の圧電素子（ＰＺＴ）をセンサとして動脈上に配置し、このセンサによって動脈内部の圧力変化に伴う表皮の圧力変化（圧力による表皮の変位）を検知し、脈波数を検出したり、同様に圧電素子をセンサとして、動脈へ向けて超音波を発信し、血流によるドップラ効果で変化する反射波の周波数を検知し、脈波を検出するもの等である。
【０００３】
このような装着形計測機器では、被験者の皮膚表面にセンサが確実に接触するように、センサを被験者の体表面へ押圧させたり、センサを周囲よりも突出させて配置してる。
例えば、特開平５−３２９１１号公報の技術では、略半球状の脈圧検出体５が、導電性ゴムの内面（装着者側の面）に取り付けられており、装着状態では、脈圧検出体５が導電性ゴムによって体表面へ弾性的に押圧されるようになっている。なお、この導電性ゴムは、感圧センサ２として機能し、脈拍により脈圧検出体５が振動すると、この振動に伴う感圧センサ２の伸縮により変化する感圧センサ２の電気抵抗値が脈拍信号として出力される。
また、特開平７−１１６１３６号公報記載の技術では、センサチップ４８の表面が弾性保護層７８で被覆されているとともに、この弾性保護層７８は周囲の保護プレート５０よりも突出した位置に配置されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述のように、センサを被験者の体表面側へ押圧したり、突出した状態に配置すると、センサが被験者の体表面を圧迫するため、被験者に圧迫感等の不快感を与える場合がある。また、血液循環を抑制するため、長時間使用することが難しい可能性がある。さらに血流に影響を与える等、生理的な影響を与えるため、測定結果がそのまま被験者の状態を表していない可能性がある等の、問題点がある。
【０００５】
そこで、本発明は、装着時の不快感が少なく、装着により体内または体表面の影響を与えることなく正確に体内や体表面の状況を検知可能な装着形計測機器を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明では、被験者の体表面へ向けて超音波を発信し、該超音波の反射波を受信することで、前記被験者の体内または体表面の状況を検知する超音波センサと、前記超音波センサを被験者側の面よりも前記被験者の体表面から後退した位置に支持し、前記超音波センサを前記被験者に対して固定支持するベルトとを備え、前記超音波センサの前記被験者側には、前記ベルトの前記被験者側の面と同一面までの間に音響整合層が配設されていることを特徴とする装着形計測機器を提供する。
請求項２記載の発明では、前記音響整合層の更に前記被験者側には、装着時に被験者に密着する密着層が配設されていることを特徴とする請求項１に記載の装着形計測機器を提供する。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態について、図１から図５を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の装着形計測機器の一実施形態としての脈波検出装置を被験者に装着した状態で表した斜視図であり、図２は、図１の脈波検出装置を被験者に装着した状態で被験者の腕の付け根側から見た側面図である。
この図１及び図２に示すように、本実施形態の脈波検出装置１は、被験者の体表面から被験者の脈波を検知するセンサ部４と、センサ部４を被験者に対して固定支持する支持手段としてのベルト５０とを備えている。
そして、センサ部４は、ベルト５０によって、ベルトの被験者側の面（装着状態における内周面）と同一平面上に、支持されている。
【０００８】
本実施形態の脈波検出装置について、更に詳細に説明すると、脈波検出装置１は、被験者の手首に巻き回され留め具６によって固定されるベルト５０を備えている。このベルト５０の内周面側に、センサ部４が固定されている。また、ベルト５０の途中には、金具を介して、表示部３３を備える処理部３が配設されている。そして、処理部３を手の甲側にして装着者の左（又は右）手首２に取り付けると、センサ部４が装着者のほぼとう骨動脈２２上に位置するようになっている。
【０００９】
図３は、センサ部４の概略構成を表した分解斜視図であり、図４は、センサ部４とベルト５０との位置関係を表した図であり、（ａ）は要部斜視図、（ｂ）は要部断面図である。
この図３に示すように、センサ部４は、電極（図示されず）を有する下側基板４４と、この下側基板４４に重ねられ、該下側基板４４とほぼ同形の上側基板４８とを備えている。そして、下側基板４４と上側基板４８との間に上に、一対の圧電素子（送信用圧電素子４１及び受信用圧電素子４２）が前記下側基板４４の電極と接触するように固定され、下側基板４４と上側基板４８との間に圧電素子４１，４２が挟まれた状態になっている。
またセンサ部４は、図４に示すように、ベルト５０の内周面側に形成された凹部に埋め込んだ状態で固定され、上側基板４８の圧電素子４１，４２と逆側の面と、ベルト５０の内周面とが、ほぼ同一平面上に位置している。
発信用圧電素子４１は、駆動信号を受信し、動脈に向けて、振幅変調による３２ＫＨｚの超音波を発信する。このように発信周波数は、時計の発信周波数と共通であるため、脈波検出装置１を時計に配置した場合、時計の発信器を共通に使用し、必要に応じて増幅した後に出力することができ、脈波検出装置１の部品点数を少なく抑えて、安価に製造することが可能である。
【００１０】
図５は、センサ部４をベルト５０に形成するセンサ部４の製造工程の一例を、（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）の順に表した図である。
この図５に示すように、ベルト５０には、凹部５７が形成されており、この凹部５７は、ベルト５０に埋め込まれている処理部３との信号の送受信をするための信号線７１，７１が、凹部５７と連続している。
そして、センサ部４の形成に際しては、ベルト５０の凹部５７内に、下側基板４４を挿入し、下側基板４４の２つの電極４４ａ，４４ｂを信号線７１，７１に接続する（図５（ａ））。
続いて、下側基板４４の上に一対の圧電素子を並べて配置し（図５（ｂ））、さらにその上に、上側基板４８を載置し、ベルト５０に固定する（図５（ｃ））。
これにより、ベルト５０にセンサ部４が配設される。なお、本実施の形態では、上側基板４８としてガラスを使用したが、音響整合を考慮して音響インピーダンスが人体と圧電素子（ＰＺＴ等）との中間の値であるエポキシ樹脂などを上側基板４８の代わりに塗布することも可能である。
【００１１】
図６は、図１の脈波検出装置１の構成を表したブロック図である。
この図６に示すように、処理部３は、送信用圧電素子４１を駆動する駆動信号を発信する駆動回路３２、受信用圧電素子４２で受信した超音波に基づく信号を処理することにより脈波波形と脈拍数を得る演算処理部３１、及び、演算処理部３１で取得した脈波波形と脈拍数とを表示する表示部３３とを備えている。
【００１２】
駆動回路３２は、水晶等の振動子による発信源を備え、その固有振動数に応じた周波数の交流を発生させ、この周波数を何分の１かに分周して、３２ＫＨｚの高周波を得る。そして、この３２ＫＨｚの高周波により発信用圧電素子４２を駆動し、この送信用圧電素子４１から装着者の体表面へ向けて超音波を発信させる。
演算処理部３１は、送信用圧電素子４１からの超音波の反射波を受信した受信用圧電素子４２からの受信信号を検波し、検波した受信信号に基づいて、脈波信号を形成し、また、脈波信号のピーク間の時間間隔を所定回数（例えば、３回、５回、７回、１０回等）測定し、各回の測定時間の平均時間Ｔから１分間の脈波数Ｖを次の数式（１）に従って求めるようになっている。
Ｖ＝６０／Ｔ … （１）
なお、脈波間の平均時間Ｔから脈波数を求める場合に限られず、例えば、所定時間ｔ（例えば、１０秒）内に存在する脈波数ｗを検出し、次の数式（２）により１分間の脈波数Ｖを求めるようにしてもよい。
Ｖ＝ｗ×（６０／ｔ） … （２）
演算処理部３１で取得された脈波波形と脈拍数は、表示部３３に出力され、表示部３３で表示される。この表示部３３は、液晶表示装置で構成することで脈拍数や脈波信号を画像表示し、又はパネルに脈波数を電光表示するようにしてもよい。
【００１３】
脈波の測定に際しては、脈波検出装置１のセンサ部４が、とう骨動脈２２のほぼ外方となるように、体表５上に配置し、ベルト５０を締めて被験者の手首周りに固定する。
脈波検出装置１のセンサ部４はベルト５０の外周面とほぼ同一平面上に配置されているので、脈波検出装置１を被験者に装着させた状態では、被験者の手首に、センサ部４がわずかに接触した状態となる。
【００１４】
そして、脈波検出装置１の電源が投入されると、駆動回路３２が送信用圧電素子４１を駆動させ、送信用圧電素子４１からは、３２ＫＨｚの周波数の超音波が、とう骨動脈２２に向けて発信される。
この超音波は、とう骨動脈の血流によって、反射される。反射波は、血流によって減衰され振幅変調される。
【００１５】
そしてこの反射波は、受信用圧電振動子４２により受信され、信号線７１を介して処理部３の演算処理部３１に送信される。
演算処理部３３では、受信した信号を、通常のＡＭ検波と同様に検波する。即ち、ダイオードによる整流とコンデンサによる平滑化の後、負荷抵抗の両端子電圧としてた検波信号を取得する。そしてこの検波信号に基づいて、脈拍数が計数され、脈波信号が形成される。
演算処理部３１で計数された脈拍数や脈波信号は、表示部３３に供給され、表示部３３において、脈拍数や脈波信号が表示される。本実施の形態では、ＡＭ検波を用いて検波したが、血液によるドップラ効果で変化する反射波の周波数を検知しても良い。その場合、演算処理部３３を適宜変更する必要がある。また、本実施の形態は３２ＫＨｚの周波数を使用したが、これに限定されず、１〜１０ＭＨｚ程度であれば、使用することができる。
【００１６】
このように、本実施形態の脈波検出装置１では、センサ部４がベルト５０と同一平面上に支持されており、センサ部４がベルト５０よりも突出していないので、センサ部４による被験者の体表面の圧迫が少なくなっている。従って、被験者に圧迫感等の不快感を与え難く、また、血液循環が阻害されず、長時間使用しても被験者の体調に悪影響を与えない。更に、血流に影響を与えないので、測定結果がそのまま被験者の状態を反映したものとなる。
【００１７】
尚、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、各請求項に記載された範囲内において種々の変形が可能である。
例えば、上述の実施形態においては、センサ部４（センサ）は、支持手段であるベルト５０の内周面（被験者側の面）と同一面上に支持されるが、図７に示すように、ベルト５０よりも被験者の体表面から後退した位置に、支持されるようにしてもよい。体表面はある程度の弾性を有するため、このようにセンサ部をベルト５０等の支持手段よりも後退した位置に支持しても、皮膚が盛り上がることによって、センサ部４に接触する。この場合、図８に示すように、支持手段（ベルト）５０のセンサ部４の周囲は、センサ部４側から遠くなるに従って高くなるようにテーパを形成してもよい。このようなテーパを設けることによって、装着時に、装着者の体表面がテーパに沿ってなだらかに変形しセンサ部４に当接し易くなる。
【００１８】
また、センサ部４をベルト５０よりも被験者の体表面から後退した位置に支持する場合、図９に示すように、センサ部４の被験者側に、ベルト５０の被験者側の面と同一面までの間に音響整合層５６を設けてもよい。本発明では、センサ部４をベルト５０よりも被験者の体表面から後退した位置に支持することによって、ベルトから突出させることなく音響整合層を設けることができる。この音響整合層５６は、エポキシ樹脂等の音響整合用の樹脂をセンサ部４の上に形成された凹部に流し込んで、固化させて形成することができる。
更に、センサ部４をベルト５０よりも被験者の体表面から後退した位置に支持する場合、センサ部４の被験者側に、装着時に被験者に密着する密着層を形成してもよい。この密着層は、シリコンゲルやシリコンゴムにより形成させることができる。図１０は、このような例として、センサ部４の装着者側に音響整合層５６を積層形成し、この音響整合層５６の更に装着者側に密着層５８を積層形成している。
尚、図９及び図１０の例においては、ベルト５０は、センサ部４の周囲をセンサと同程度装着者側から後退した位置になるように凹欠しているが、センサ部４の周囲は凹欠せずにセンサ部４０の体表面側のみに、音響整合層５６や密着層５８を形成してもよい。
【００１９】
上述の実施形態では、支持手段はベルト５０であり、全体が柔軟な材料で形成されているが、センサ部４の周辺を剛性の高い（可撓性の無い）支持体４５で形成したり、装着者側の表面に柔軟性の高い樹脂を積層してもよい。このような例を図１１〜図１３に示す。
図１１の例では、センサ部４の周辺はアクリル樹脂等の剛性の高い支持体４５で形成され、センサ部４は支持体４５に固定されている。そして、支持体４５の両側にベルト５１，５２が接着され連接されている。また、図１２では、図１１と同様の支持体４５に、ベルト５１，５２を回し掛ける係合部が形成されており、ベルト５１，５２の一端部を係合部に回し掛けて折り返し、マジックテープによって一端部を対向部に固定してループ状にすることによって、支持体４５にベルトを係合して連接するようになっている。図１２の例では、マジックテープによって各ベルトのループの長さを変えることができ、装着者の手首（装着部）の周囲長に合わせてベルト長を変え、センサ部４を良好に体表面に接触させることが可能である。
図１１や図１２の例のように、センサ部４を剛性の高い支持体４５で支持することによって、センサ部４近辺に応力がかかった場合に、センサ部４を保護し、破損を回避することが可能となる。
図１３の例では、ベルト１０の装着者側の表面に滑り止めのための樹脂層５９を積層している。この樹脂層５９は、多孔質体を用いることによって、装着者の汗を吸収してあせによる滑りや不快感を防止することも可能である。
上述の実施の形態では、送信用圧電素子４１と受信用圧電素子４２を別個に用いたが、１枚の圧電素子で発信し、一定時間後に受信される反射波を同一の圧電素子で受信しても良い。また、複数枚あるいは複数組の圧電素子を使用することも可能である。
上述の各変形は、適宜重複して採用することが可能である。
【００２０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、装着時の不快感が少なく、装着により体内または体表面の影響を与えることなく正確に体内や体表面の状況を検知することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の装着形計測機器の一実施形態としての脈波検出装置を被験者に装着した状態で表した斜視図である。
【図２】図１の脈波検出装置を被験者に装着した状態で被験者の腕の付け根側から見た側面図である。
【図３】センサ部の概略構成を表した分解斜視図である。
【図４】センサ部とベルトとの位置関係を表した図である。
【図５】センサ部をベルトに形成するセンサ部の製造工程の一例を表した図である。
【図６】図１の脈波検出装置の構成を表したブロック図である。
【図７】本発明の装着形計測機器の他の例を示す要部斜視図である。
【図８】本発明の装着形計測機器の他の例を示す要部斜視図である。
【図９】本発明の装着形計測機器の他の例を示す図であり、（ａ）は要部斜視図、（ｂ）は要部断面図である。
【図１０】本発明の装着形計測機器の他の例を示す要部断面図である。
【図１１】本発明の装着形計測機器の他の例を示す要部斜視図である。
【図１２】本発明の装着形計測機器の他の例を示す図であり、（ａ）は要部平面図、（ｂ）は要部断面図である。
【図１３】本発明の装着形計測機器の他の例を示す要部斜視図である。
【符号の説明】
１装着形計測機器（脈波検出装置）
３処理部
３１演算処理部
３２駆動回路
３３表示部
４センサ部
４１送信用圧電素子
４２受信用圧電素子
４４下側基板
４５支持体
４６上側基板
５０ベルト
５１ベルト
５２ベルト
５６音響整合層
５８密着層
５９樹脂層

Claims

被験者の体表面へ向けて超音波を発信し、該超音波の反射波を受信することで、前記被験者の体内または体表面の状況を検知する超音波センサと、
前記超音波センサを被験者側の面よりも前記被験者の体表面から後退した位置に支持し、前記超音波センサを前記被験者に対して固定支持するベルトとを備え、
前記超音波センサの前記被験者側には、前記ベルトの前記被験者側の面と同一面までの間に音響整合層が配設されている
ことを特徴とする装着形計測機器。
前記音響整合層の更に前記被験者側には、装着時に被験者に密着する密着層が配設されていることを特徴とする請求項１に記載の装着形計測機器。