JP4557273B2 - 装着形計測機器 - Google Patents
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Description
【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 (2)
- 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。
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