JP5565463B2 - 脈波センサ装置 - Google Patents

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Description

本発明は、光または超音波を指に照射して脈波を検出する脈波センサ装置に関する。
一般に、指に光を照射する発光器と、指が反射した光を受光する受光器とを備え、発光器が照射した光と受光器が受光した光との間の光量変化に基づいて脈波を検出する脈波センサ装置が知られている(例えば、特許文献1〜3参照)。
指を発光器や受光器に強く押付けると、指が圧迫されて動脈血流が阻害されるので脈波信号が弱くなり、脈波が検出できなくなる。この点を考慮して、特許文献1には、指の押圧力を検出する押圧力検出手段を設け、押圧力が高いときに利用者に告知する機能を付加する構成が開示されている。
また、特許文献2,3には、発光器を周囲に比べて突出して設け、発光器を指に確実に接触させて脈波を検出し易くする構成が開示されている。
国際公開第94/15525号パンフレット 特開2004−467号公報 特開2008−48987号公報
特許文献1による脈波センサ装置では、指の押圧力が強過ぎて測定ができない旨を利用者に告知する機能を備えている。しかし、この構成では、指の押圧力が強くて測定ができないときでも、その旨を告知するだけである。このため、一定時間測定を行うためには、指の押圧力を弱い状態に保持して安定させる必要があり、利用者に負担を強いるという問題がある。
また、特許文献2,3には、発光器を周囲に比べて突出して設け、発光器を指に確実に接触させる構成が開示されている。しかし、これらは指の押圧力を低下させるものではないから、指の押圧力が強過ぎたときに脈波が検出できないことに変わりなく、前述と同様な問題がある。
本発明は上述の問題に鑑みなされたものであり、本発明の目的は、血流の阻害を低減して脈波を容易に検出することができる脈波センサ装置を提供することにある。
記課題を解決するために、請求項1の発明は、筐体と、該筐体に設けられた発光器と、前記筐体に設けられた受光器とを備え、指の末節を用いて脈波を検出する脈波センサ装置において、前記筐体には、利用者が手で把持したときに、前記筐体の外周縁に沿って第1関節および第2関節を折曲げた状態で前記指が配置され、前記筐体における前記指の末節が接触する位置に前記発光器および前記受光器を配設すると共に、前記指の末節を前記発光器および前記受光器に接触させたときに、前記指の中節と接触する血流阻害低減部を前記筐体に設け、該血流阻害低減部における前記指の中節が接触する接触部と、前記指の末節が接触する前記筐体との間に段差を形成して、前記指の末節における第1関節部位およびその周辺に作用する圧迫を小さくし、前記指の末節における血流の阻害を低減することを特徴としている。
指先を用いて脈波を検出する脈波センサ装置では、指を強く圧迫すると、血流が阻害されて脈波の検出ができなくなる。ここで、指の末節の血流に対する影響は、圧迫される指の部位に応じて異なる。本発明者が鋭意検討した結果、指の末節の第1関節寄りの部位が圧迫された場合には、指の末節の血流が阻害され易く、小さい押圧力が加わっても脈波の検出ができなくなることを見出した。
本発明では、筐体を利用者が手で把持したときに、筐体の外周縁に沿って第1関節および第2関節を折曲げた状態で指が配置される。このとき、筐体に血流阻害低減部を設けたから、脈波センサ装置の利用者が指の末節を発光器および受光器に接触させると、指の中節が血流阻害低減部に接触する。これにより、指の末節の先端側と指の中節とが、発光器および受光器の周囲の筐体と血流阻害低減部とによってそれぞれ支持されるから、これらの間に位置する指の末節の第1関節寄りの部位に対する押圧力を低減することができる。このため、指の末節の第1関節寄りの部位が圧迫されるのを防止することができ、筐体を把持することに伴って発光器および受光器に指を強く押付けたときでも、末節の血流が阻害されることがなくなる。この結果、押圧力が弱い状態に保持して安定させる必要がないから、利用者の負担を軽減して、脈波を容易に検出することができる。
この場合、請求項2の発明のように、前記筐体の表面には、前記発光器および前記受光器が設けられ、前記受光器は、前記発光器から指に光を照射したときに、指からの反射光を受光してもよい。
請求項3の発明は、筐体と、該筐体に設けられた超音波の送信器と、前記筐体に設けられた超音波の受信器とを備え、指の末節を用いて脈波を検出する脈波センサ装置において、前記筐体には、利用者が手で把持したときに、前記筐体の外周縁に沿って第1関節および第2関節を折曲げた状態で前記指が配置され、前記筐体における前記指の末節が接触する位置に前記送信器および前記受信器を配設すると共に、前記指の末節を前記送信器および前記受信器に接触させたときに、前記指の中節と接触する血流阻害低減部を前記筐体に設け、該血流阻害低減部における前記指の中節が接触する接触部と、前記指の末節が接触する前記筐体との間に段差を形成して、前記指の末節における第1関節部位およびその周辺に作用する圧迫を小さくし、前記指の末節における血流の阻害を低減することを特徴としている。
本発明では、筐体を利用者が手で把持したときに、筐体の外周縁に沿って第1関節および第2関節を折曲げた状態で指が配置される。このとき、筐体に血流阻害低減部を設けたから、脈波センサ装置の利用者が指の末節を送信器および受信器に接触させると、指の中節が血流阻害低減部に接触する。これにより、指の末節の先端側と指の中節とが、送信器および受信器の周囲の筐体と血流阻害低減部とによってそれぞれ支持されるから、これらの間に位置する指の末節の第1関節寄りの部位に対する押圧力を低減することができる。このため、指の末節の第1関節寄りの部位が圧迫されるのを防止することができ、筐体を把持することに伴って送信器および受信器に指を強く押付けたときでも、末節の血流が阻害されることがなくなり、脈波を容易に検出することができる。
この場合、請求項4の発明のように、前記筐体の表面には、前記送信器および前記受信器が設けられ、前記受信器は、前記送信器から指に超音波を照射したときに、指からの反射した超音波を受信してもよい。
請求項5の発明では、前記血流阻害低減部によって形成された段差により、前記指の末節における第1関節寄りの領域と、前記筐体の表面との間に隙間を形成している。
本発明によれば、血流阻害低減部によって形成された段差により、指の末節における第1関節寄りの領域と、筐体の表面との間に隙間を形成したから、この隙間によって指の末節における第1関節寄りの領域に対する押圧力を低減することができ、血流の阻害を低減することができる。
請求項6の発明では、前記指の先端が接触する前記筐体の表面位置に指先位置決め部を設ける構成としている。
本発明によれば、指の先端が接触する筐体の表面位置に指先位置決め部を設けたから、指先の位置を固定して血流阻害低減部と指の中節との位置決めを行うことができ、血流阻害低減部を指の中節に確実に接触させることができる。
請求項7の発明では、前記血流阻害低減部には、前記指の中節との接触位置を調整する機構を設ける構成としている。
本発明によれば、血流阻害低減部には指の中節との接触位置を調整する機構を設けたから、例えば指の末節の長さ寸法に応じて指の中節との接触位置を調整することができる。これにより、指の末節の長さ寸法が利用者毎に異なる場合でも、このような寸法のばらつきを許容して、血流阻害低減部の接触部を指の中節に接触させることができる。
また、請求項8の発明のように、前記血流阻害低減部の角隅部は、前記指のうち第1関節の位置から第2関節側に0〜6mmの範囲で位置ずれした部位に接触するのが好ましい。
本発明の第1の実施の形態による脈波センサ装置を示す斜視図である。 利用者が脈波の測定を行っている状態の脈波センサ装置を示す正面図である。 図1中の脈波センサ装置を示す平面図である。 図1中の脈波センサ装置の右側を拡大して示す斜視図である。 図4中の発光器、受光器、血流阻害低減部、指先位置決め部等を拡大して示す斜視図である。 図5中の発光器および受光器に利用者の人差し指の末節を接触させた状態を示す斜視図である。 脈波センサ装置の発光器および受光器等を図3中の矢示VII−VII方向からみた断面図である。 第1の実施の形態による脈波センサ装置の電気的構成を示すブロック図である。 血流阻害低減部と指の末節および中節との関係を示す説明図である。 光電脈波信号の時間変化を示す特性線図である。 第2の実施の形態による脈波センサ装置を示す図5と同様な位置の斜視図である。 第1の変形例による脈波センサ装置を示す図5と同様な位置の斜視図である。 第2の変形例による脈波センサ装置を示す図5と同様な位置の斜視図である。 第3の実施の形態による脈波センサ装置を示す図5と同様な位置の斜視図である。 第4の実施の形態による脈波センサ装置を示す図4と同様な位置の斜視図である。 第3の変形例による脈波センサ装置を示す図2と同様な位置の正面図である。 第4の変形例による脈波センサ装置を示す図5と同様な位置の斜視図である。 第5の実施の形態による脈波センサ装置を示す断面図である。 第6の実施の形態による脈波センサ装置を示す図7と同様な位置の断面図である。
以下、本発明の実施の形態による脈波センサ装置について添付図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、説明の便宜上、図1中の矢示X方向を左右方向、矢示Y方向を奥行き方向、矢示Z方向を上下方向とする。また、右手の人差し指(指F)を用いて脈波を測定する場合を例示して、説明をすすめる。
図1ないし図8は第1の実施の形態による脈波センサ装置1を示している。この脈波センサ装置1は、図2に示すように、指Fから脈波に応じた光電脈波信号(脈波信号)を検出し、この光電脈波信号に基づいて、酸素飽和度、加速度脈波、脈拍ゆらぎ等の生体情報を生成することができ、さらに、脈拍ゆらぎから自律神経状態を推定することもできる。また、脈波センサ装置1は、小型軽量タイプの携帯型装置である。
筐体2は、脈波センサ装置1を構成する後述の発光器6および受光器7等を収容する。この筐体2は、例えば樹脂材料を用いて略直方体の箱型に形成され、正面板部2A、周壁部2Bおよび背面板部2Cを有している。正面板部2Aおよび背面板部2Cは、略四角形の平板状に形成されている。また、周壁部2Bは、正面板部2Aおよび背面板部2Cの外周縁の間に挟まれ、奥行き方向に厚さを有する略四角形状の枠型に形成されている。
正面板部2Aの中央部には、例えば液晶パネル等からなる表示装置3を嵌めこむための表示用開口部2Dが形成され、表示用開口部2Dを介して表示装置3が筐体2に取付けられている。また、正面板部2Aには、表示用開口部2Dの右側に位置して、測定の開始と停止を切り換えるためのスイッチ4が取付けられている。一方、周壁部2Bの上面右側には、開口面積の小さい2個の素子用開口部2E,2Fが形成され、これらの素子用開口部2E,2Fには、発光器6および受光器7がそれぞれ取付けられている。
筐体2の内部には、図7に示すように、2個の素子用開口部2Eの下側に位置して基板5が収容されている。基板5は、例えば筐体2の取付け部(図示せず)に嵌め込まれ、筐体2に固定されている。この基板5には、発光器6および受光器7が実装されている。
発光器6は、例えば発光ダイオード(LED)等の発光素子を透明樹脂で封止することによって形成されており、脈波センサ装置1の利用者の指Fに所定波長の光(例えば赤色光)を照射する。なお、発光器6は、発光素子として面発光レーザ(VCSEL)または共振器型LEDを用いて形成してもよい。
また、発光器6は素子用開口部2Eに挿入されると共に、発光器6の表面が利用者の指Fと接触するように、通常は、例えば筐体2の周壁2Bの表面と一致するように配設されるが、周壁2Bの表面から突出するように配設してもよいし、また、窪ませて配設してもよい。なお、発光器6は、後述する発光器駆動部11により駆動される。
受光器7は、前述のように発光器6から指Fに光が照射されると、指Fからの反射光を受光して光検出信号に変換し、この光検出信号を処理回路9の光検出信号増幅部12に出力する。この受光器7は、例えばフォトダイオード(PD)等の受光素子を透明樹脂で封止することによって形成されている。なお、受光器7は、受光素子として例えばフォトトランジスタを用いて形成してもよい。
また、受光器7は素子用開口部2Fに挿入されると共に、受光器7の表面が利用者の指Fと接触するように、通常は、例えば筐体2の周壁2Bの表面と一致するように配設されるが、周壁2Bの表面から突出するように配設してもよいし、また、窪ませて配設してもよい。
そして、受光器7は、発光器6から照射されて利用者の指Fで反射した光を受光し、この受光した光を光検出信号に変換し、この光検出信号を処理回路9の光検出信号増幅部12に出力する。
指Fの末節に配設される発光器6と受光器7との間の距離は、指Fの末節の長さよりも短い距離、例えば4〜20mmまでの範囲内で設定されている。また、発光器6と受光器7との間には、発光器6から照射される光を受光器7が直接受光しないようにするために、例えば光学的に不透明な樹脂材料からなる遮光部8が設けられている。
また、受光器7は、発光器6よりも例えば筐体2の左右方向の右端部に配設されている。これにより、利用者が筐体2の周壁部2Bに沿って指Fを発光器6および受光器7に接触させたときには、受光器7は、発光器6よりも血流の上流側に配置される構成となっている。
処理回路9は、図8に示すように、光電脈波信号検出部10および演算処理部14から大略構成されており、筐体2の内部に設けられている。なお、処理回路9は、スイッチ4のオン/オフに応じて駆動/停止が切り換えられる。
光電脈波信号検出部10は、発光器駆動部11、光検出信号増幅部12およびフィルタ部13を備え、演算処理部14と協働して利用者の光電脈波信号を生成する。ここで、発光器駆動部11は、発光器6に接続され、発光器6を発光させるための駆動電流を供給する。光検出信号増幅部12は、受光器7に接続され、受光器7から供給された光検出信号に対して電流−電圧変換を行い、電流−電圧変換された光検出信号を増幅する。フィルタ部13は、例えば低域通過フィルタ等によって構成されると共に、光検出信号増幅部12の後段に接続され、光検出信号増幅部12から出力された光検出信号からノイズを除去する。
そして、光電脈波信号検出部10は、発光器駆動部11を用いて発光器6を駆動し、光検出信号増幅部12およびフィルタ部13を用いて指Fからの反射光に応じた光検出信号を演算処理部14に向けて出力する。
演算処理部14は例えば中央演算処理装置(CPU)であり、発光器6の検出光を制御する処理、光検出信号から光電脈波信号を抽出する処理、光電脈波信号に基づいて脈波情報を生成する処理、脈波センサ装置1の全体的な制御等を行う。
具体的には、演算処理部14は、発光器6の検出光の強度やタイミングを制御するための制御信号を発光器駆動部11に供給し、この制御信号に対応するように発光器6を発光させる。また、演算処理部14は、受光器7から光検出信号増幅部12およびフィルタ部13を介して供給された光検出信号から光電脈波信号を抽出する処理を行う。さらに、演算処理部14は、この光電脈波信号に基づいて、例えば脈波波形、脈拍数、酸素飽和度、血管硬化度等の脈波情報を生成する。そして、演算処理部14は、この脈波情報を表示装置3に表示させる。
血流阻害低減部15は、図7に示すように、発光器6および受光器7と近接する筐体2の左右方向(X方向)の右端部に、筐体2と一体に形成される。具体的には、血流阻害低減部15は、XZ面による断面形状が略三角形の略三角柱状に形成され、筐体2と接しないXZ面断面の略三角形の頂点をつなぐ角隅部15Aから、筐体2と接するXZ面断面の略三角形状の右側の頂点をつなぐ角隅部15Bに向けてなだらかに傾斜する、上に凸の接触部15Cと、角隅部15Aから筐体2と接するXZ面断面の略三角形状の左側の頂点をつなぐ角隅部15Dに向けて急峻に傾斜する、段差形成部15Eとを備えている。
脈波センサ装置1の利用者が指Fの末節Aを発光器6および受光器7に接触させると、指Fの中節Bが接触部15Cに接触する。この結果、指Fの末節Aの先端側が周壁部2Bの表面によって、また、指Fの中節Bが接触部15Cによって支持されるから、指Fの末節Aの第1関節寄りの部位は周壁部2Bの表面とは接触せず、指Fの末節Aの第1関節寄りの部位と周壁部2B等との間には隙間Sが生じ、指Fの末節Aの第1関節寄りの部位を浮いた状態に保つことができる。この結果、指Fの末節Aの第1関節寄りの部位に対する圧迫が低下し、指Fの末節Aの血流の阻害が抑制される。なお、指Fの末節Aとは、指Fの第1関節から指先までの部位であり、指Fの中節Bとは、指Fの第1関節から第2関節までの部位である。
また、指Fの末節Aの血流の阻害を抑制するためには、指Fの末節Aの中央部や指Fの中節Bに比べて、指Fの末節Aの第1関節寄りの部位に対する圧迫を小さくすればよい。このため、指Fの末節Aの第1関節寄りの部位が、段差形成部15E等に僅かに接触する構成としてもよく、この場合における隙間Sの大きさは上述した場合と比べてわずかとなる。
なお、血流阻害低減部15には、接触部15Cと指Fの中節Bとの接触位置を調整するため、筐体2に対して左右方向に可動可能な機構を形成してもよく、また、脈波を測定するときだけ筐体2から血流阻害低減部15が突出する構成としてもよい。さらに、血流阻害低減部15は、硬質な金属材料、樹脂材料等を用いて形成してもよく、指Fに馴染ませるために例えば軟質な材料等によって形成してもよい。
指先位置決め部16は、脈波センサ装置1の利用者の指Fの末節Aの先端が接触する周壁部2Bの表面位置に、周壁部2Bの表面から突出した突起によって形成される。なお、指先位置決め部16と血流阻害低減部15との間の間隔寸法は、指Fの末節Aの先端側が周壁部2Bの表面によって、また、指Fの中節Bが接触部15Cによって支持されることを前提に、一般的な人体の人差し指Fの末節Aの長さ寸法に基づいて設定される。
これにより、利用者が指Fの末節Aを発光器6および受光器7に接触させたときには、指先が指先位置決め部16に当接すると共に、指Fの中節Bが血流阻害低減部15の接触部15Cに接触する。即ち、指先位置決め部16は、指先が左右方向の左側に大きく位置ずれして配置されるのを規制し、第1関節近傍から血流阻害低減部15が必要以上に離れるのを防止している。
本発明の第1の実施形態による脈波センサ装置1は以上のような構成を有するものであり、次にその動作を説明する。
まず、利用者は、指Fを発光器6および受光器7に接触させた後、スイッチ4をオンに切り換える。これにより、演算処理部14から発光器駆動部11に向けて制御信号が供給され、この制御信号に応じて発光器6が検出光を発光する。この検出光は利用者の指Fの末節Aで反射し、この反射光が受光器7によって受光される。そして、受光器7は、この反射光に対応する光検出信号を出力する。この光検出信号は、光検出信号増幅部12により電流−電圧変換された後に増幅され、さらにフィルタ部13によりノイズが除去された後に、演算処理部14に供給される。
演算処理部14は、フィルタ部13から供給された光検出信号から発光器6の検出光に対応する光電脈波信号を抽出する。そして、演算処理部14は、抽出した光電脈波信号に基づいて、例えば脈波波形、脈拍数、酸素飽和度、血管硬化度等の脈波情報を生成する。これら脈波情報は表示装置3に表示される。
このとき、利用者が発光器6および受光器7に対して指Fを強く押付けると、検出部位となる末節Aでの血流が阻害されて、脈波の検出ができなくなる。指Fの血流が阻害されない場合は、図10中の実線に示すような光電脈波信号が得られる。しかしながら、指Fの血流が阻害された場合には、図10中の二点鎖線に示すように、光電脈波信号の変動が小さくなったり、図10中の破線に示すように、光電脈波信号が殆ど変動しなくなる。しかしながら、指Fのどの部位を押した場合でも末節Aの血流が一様に阻害される訳ではなく、圧迫する指Fの部位に応じて血流に対する影響は異なる。即ち、指Fには、血流が阻害され易い部位と血流が阻害され難い部位とが存在する。
そこで、本発明者が鋭意検討したところ、指Fの末節Aの第1関節寄りの部位を圧迫したときに、末節Aでの血流が最も阻害され易いことを見出した。この点を考慮して、本実施の形態における筐体2には、周壁部2Bの表面から突出した血流阻害低減部15を発光器6および受光器7の周囲に位置して設けている。これにより、利用者が指Fの末節Aを発光器6および受光器7に接触させると、指Fの中節Bが血流阻害低減部15に接触するから、指Fの末節Aの第1関節寄りの部位を浮いた状態に保つことができる。この結果、指Fの末節Aの中央部や指Fの中節Bに比べて、末節Aの第1関節寄りの部位に作用する圧迫が小さくなり、血流の阻害を低減することができる。
ここで、図9に示す試験的な血流阻害低減部17を筐体2に設け、血流阻害低減部17の形状および位置が血流に及ぼす効果についての検討結果を説明する。
まず、血流阻害低減部17の形状の効果を比較するため、奥行き方向の厚みが一定で、上下方向の突出寸法tおよび左右方向の長さ寸法Lを変えた、四角柱状のサンプルを種々形成した。次に、血流阻害低減部17と指Fとの接触位置を変えながら、指Fの血流が阻害されて脈波が測定できなくなるときの指Fの押圧力を5N(ニュートン)刻みで変化させて測定した。
長さ寸法Lを2〜13mmの範囲で変化させても、血流が阻害されて脈波が測定できなくなる指Fの押圧力は殆ど変化せず、長さ寸法Lへの大きな依存性は見出せなかった。一方、血流阻害低減部17における左右方向の左端の角隅部17Aと、指Fの第1関節との位置関係および血流阻害低減部17の突出寸法tが、血流が阻害されて脈波が測定できなくなる指Fの押圧力に大きく影響することを見出した。表1に、血流阻害低減部17の角隅部17Aと指Fの第1関節との間の距離寸法dを−2mm〜+8mmの範囲で変化させると共に、筐体2の表面から接触部17Bまでの突出寸法tを0mm〜8mmの範囲で変化させたときの、脈波が測定できなくなる際の指Fの押圧力の測定結果を示す。
なお、距離寸法dは、指Fの第1関節の位置を基点として、血流阻害低減部17の角隅部17Aが指Fの第1関節の位置よりも右側(第2関節側)にある場合を正の距離寸法とし、血流阻害低減部17の角隅部17Aが指Fの第1関節よりも左側(指先側)にある場合を負の距離寸法としている。また、突出寸法tは、筐体2の表面を基点としている。




















Figure 0005565463
表1の結果によれば、角隅部17Aよりも指Fの第1関節が左側に配置されて距離寸法dが負の値となる場合には、指Fの押圧力が加わると、角隅部17Aによって指Fの末節Aの領域における第1関節寄りの部位が強く圧迫される。このため、指Fの押圧力が小さくとも、血流が阻害されやすくなる。また、距離寸法dが8mmを超えると、指Fの末節Aの第1関節寄りの部位が筐体2の表面に直接に接触するため、指Fの押圧力によって指Fの末節Aの領域における第1関節寄りの部位が強く圧迫される。このため、指Fの押圧力が小さくとも、血流が阻害されやすくなる。
これに対し、角隅部17Aよりも指Fの第1関節が右側に配置されて距離寸法dが0〜6mmの正の値となる範囲では、指Fの末節Aの第1関節寄りの部位が浮いた状態に保たれるので、指Fの押圧力が加わっても角隅部17Aによって指Fの末節Aの領域における第1関節寄りの部位が強く圧迫されることはない。このため、指Fの押圧力が大きくとも、血流が阻害され難くなる。特に、血流阻害低減部17の角隅部17Aが、指Fの中節Bの領域の第1関節に近い位置に配置された場合(例えば距離寸法dが2mmとなるとき)には、血流阻害の低減効果が大きくなる。
血流阻害低減部17の突出寸法tを1mm以下の値にした場合には、段差形成部17Cが小さくなると共に、脈波を測定できなくなる指Fの押圧力は小さくなる。この場合、角隅部17Aと筐体2の表面との間の段差が不足して指Fの末節Aの第1関節寄りの部位が筐体2の表面に直接接触するから、指Fの押圧力によって指Fの末節Aの領域における第1関節寄りの部位が強く圧迫される。このため、指Fの押圧力が小さくとも、血流が阻害され易くなる。
一方、血流阻害低減部17の突出寸法tを2mm以上の値にした場合には、段差形成部17Cが大きくなると共に、脈波を測定できなくなる指Fの押圧力は大きくなる。この場合、角隅部17Aと筐体2の表面との間の段差によって、末節Aの第1関節寄りの部位が浮くため、指Fの押圧力によって指Fの末節Aの領域における第1関節寄りの部位が強く圧迫されることはない。このため、指Fの押圧力が大きくとも、血流が阻害され難くなる。
但し、突出寸法tを例えば1cm以上のように大きくし過ぎると、利用者に違和感を与えるのに加え、指Fの末節Aが発光器6や受光器7から離れ易くなり、外部からの外乱光の影響を受け易くなる。
以上の結果から、脈波を測定する際に、血流の阻害を低減するためには、指Fの末節Aの領域における第1関節寄りの部位を圧迫しないことの重要性を見出した。従って、指Fの第1関節から血流阻害低減部17までの距離寸法dは、例えば0〜6mm程度の値、好ましくは1〜3mm程度の値に設定するのが好ましい。また、血流阻害低減部17の突出寸法tは、例えば2〜8mm程度の値、好ましくは3〜5mm程度の値に設定するのが好ましい。このため、第1の実施の形態による脈波センサ装置1でも、血流阻害低減部15の突出寸法tや配置は、このような値を参考にして設定されている。但し、指Fの大きさ等には個人差があるため、以上の値は一例を示すものである。
以上説明した通り、第1の実施の形態による脈波センサ装置1によれば、筐体2に血流阻害低減部15を設けたから、利用者が指Fの末節Aを発光器6および受光器7に接触させると、指Fの中節Bが血流阻害低減部15の接触部15Cに接触する。これにより、指Fの末節Aの先端側と指Fの中節Bとが、発光器6および受光器7の周囲の筐体2と血流阻害低減部15とによってそれぞれ支持されるから、これらの間に位置する指Fの末節Aの第1関節寄りの部位では、指Fの押圧力による圧迫を低減することができる。即ち、発光器6等の接触面となる筐体2の周壁部2Bの表面と血流阻害低減部15の接触部15Cとの間には、段差形成部15Eによって段差が形成されているから、この段差によって指Fの末節Aの第1関節寄りの部位に作用する圧迫を低減することができる。
このため、指Fの末節Aの第1関節寄りの部位が圧迫されるのを防止することができるから、発光器6等に指Fを強く押付けたときでも、末節Aの血流が阻害されることがなく、脈波が測定可能な指Fの押圧力を高めることができる。この結果、押圧力を小さい状態に保持して安定させる必要がないから、利用者の負担を軽減して、脈波を容易に検出することができる。
また、筐体2には指先と接触する指先位置決め部16を設けたから、指先の位置を固定して血流阻害低減部15と指Fの中節Bとの位置決めを行うことができる。これにより、例えば血流阻害低減部15が指Fの末節Aの第1関節寄りの部位に接触したり、血流阻害低減部15が指Fの第1関節から離れ過ぎるのを防止することができるから、血流阻害低減部15を指Fの中節Bに確実に接触させることができ、末節Aの第1関節寄りの部位に対する圧迫を確実に低減することができる。
また、筐体2には表示装置3を設けたから、該表示装置3を目視することによって、例えば脈波波形等の脈波情報を確認することができる。また、筐体2には発光器6および受光器7に加えて処理回路9および表示装置3を設けたから、これらによって脈波の測定と脈波情報の表示を行うことができ、携帯型の脈波センサ装置1を構成することができる。
また、携帯型の脈波センサ装置1の場合、筐体2を把持した状態で脈波を測定するから、指Fの押圧力が強くなり易い傾向がある。特に、携帯型の脈波センサ装置1では、指Fの第2関節を折曲げた状態で指Fの末節Aを発光器6等に接触させるから、指Fを伸ばした状態で測定する場合に比べて、指Fの押圧力が高くなり易い。このため、例えば特許文献2,3のように、発光部を突出して設けた場合には、強い押圧力によって指Fの末節Aの第1関節寄りの部位も圧迫されてしまい、脈波が検出できなくなることがある。これに対し、本実施の形態では、筐体2に血流阻害低減部15を設けたから、該血流阻害低減部15によって末節Aの第1関節寄りの部位の圧迫を抑制することができ、指Fの押圧力が高くなるときでも、脈波を容易に検出することができる。
さらに、特許文献3のように、指先の接触する凸部に発光部を設けると共に、動脈血流の上流側に位置する凹部に受光部を設けた場合には、指先を支持する2つの接触面の間の距離が長いことから、指の浮いている部分が長くなる。このため、測定時における指と受光部との距離を測定の度に一定に保つことが難しくなり、S/Nが低下し易い。これに対し、本実施の形態では、指Fの末節Aを発光器6および受光器7に接触させることができるから、このような問題を解消することができ、脈波の検出精度を高めることができる。
次に、図11は本発明の第2の実施の形態を示している。そして、本実施の形態の特徴は、血流阻害低減部に指の中節との接触位置を調整する機構を設けたことにある。なお、本実施の形態では、前記第1の実施の形態と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。
脈波センサ装置21は、第1の実施の形態による脈波センサ装置1とほぼ同様に、筐体2、表示装置3、発光器6、受光器7等を備えている。また、筐体2の周壁部2Bの表面には、発光器6および受光器7よりも筐体2の右端部に位置して血流阻害低減部22が設けられると共に、発光器6および受光器7を挟んで左右方向の反対側の位置には指先位置決め部16が設けられている。
また、血流阻害低減部22は、第1の実施の形態による血流阻害低減部15とほぼ同様に形成され、角隅部22A、接触部22B、段差形成部22Cを備えている。但し、血流阻害低減部22は、左右方向に対する長さ寸法が変更可能となっている点で、第1の実施の形態による血流阻害低減部15とは異なる。即ち、角隅部22A、段差形成部22Cは、左右方向に対して変位可能となり、血流阻害低減部22と発光器6および受光器7との間の距離寸法が変更可能となっている。
なお、このような角隅部22Aおよび段差形成部22Cの変位機構として、血流阻害低減部22全体を左右方向にスライド可能に設ける、段差形成部22C等を左右方向に進退可能な別部材によって形成する、着脱可能なアダプターを設ける等が考えられる。
かくして、第2の実施の形態でも第1の実施の形態と同様の作用効果を得ることができる。特に、第2の実施の形態では、血流阻害低減部22の角隅部22Aおよび段差形成部22Cは、発光器6および受光器7に対して変位可能に設けたから、指Fの末節Aの長さ寸法が大きい場合には発光器6等と血流阻害低減部22との間の距離寸法を大きくし、指Fの末節Aの長さ寸法が小さい場合には発光器6等と血流阻害低減部22との間の距離寸法を小さくすることができる。このため、指Fの末節Aの長さ寸法、即ち指先と第1関節との間の長さ寸法が利用者毎に大きく異なるときでも、血流阻害低減部22が指Fの末節Aの第1関節寄りの部位に接触することがなく、利用者毎の指Fの末節Aの長さ寸法の相違を許容することができる。
なお、第2の実施の形態では、発光器6および受光器7と血流阻害低減部22との間の距離寸法を変更可能にする構成とした。しかし、本発明はこれに限らず、例えば図12に示す第1の変形例による脈波センサ装置31のように、指先位置決め部32を左右方向に変位可能に設け、発光器6および受光器7と指先位置決め部32との間の距離寸法を変更可能にする構成としてもよい。
また、図13に示す第2の変形例による脈波センサ装置41のように、指先位置決め部を省く構成としてもよい。この場合、利用者に対して指の置く位置を容易に認識させるために、筐体2の表面には、発光器6および受光器7の周囲に位置して、例えば指の形状を模式的に示した案内マーク42を設けるのが好ましい。
次に、図14は本発明の第3の実施の形態を示している。そして、本実施の形態の特徴は、筐体の表面に凹陥部を形成し、該凹陥部の底面に発光器および受光器を配置すると共に、凹陥部の底面と筐体の表面との段差を用いて血流阻害低減部および指先位置決め部を形成したことにある。なお、本実施の形態では、前記第1の実施の形態と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。
脈波センサ装置51は、第1の実施の形態による脈波センサ装置1とほぼ同様に、筐体2、表示装置3、発光器6、受光器7等を備えている。また、筐体2の周壁部2Bの表面には、高さ方向に窪んだ凹陥部52が形成されている。この凹陥部52は、左右方向に対して指Fの末節Aと同程度の長さ寸法を有し、その底面52Aには発光器6および受光器7が取付けられている。また、凹陥部52の深さ寸法は、例えば第1の実施の形態による血流阻害低減部15の突出寸法tと同程度の値に設定されている。
血流阻害低減部53は、発光器6および受光器7の近傍に位置して筐体2に設けられ、凹陥部52の右側の段差部分によって形成されている。このため、血流阻害低減部53は、発光器6および受光器7よりも例えば筐体2の左右方向の右端部に位置している。
この血流阻害低減部53は、凹陥部52との境界部分に位置する角隅部53Aと、角隅部53Aから筐体2の右側に向けて延び中節Bに接触する接触部53Bと、角隅部53Aから発光器6および受光器7に向けて延びた段差形成部53Cとを備えている。この段差形成部53Cは、発光器6および受光器7との接触面となる底面52Aとの間に段差を形成している。そして、利用者が筐体2の周壁部2Bに沿って指Fの末節Aを発光器6および受光器7に接触させたときには、血流阻害低減部53は、その接触部53Bが指Fの中節Bに接触する構成となっている。
指先位置決め部54は、発光器6および受光器7の近傍に位置して筐体2に設けられ、凹陥部52の左側の段差部分によって形成されている。このため、指先位置決め部54は、発光器6および受光器7よりも末節Aの先端側に配置されている。即ち、指先位置決め部54は、左右方向に対して発光器6および受光器7を挟んで血流阻害低減部53とは反対側となる位置に配置されている。そして、利用者が指Fの末節Aを発光器6および受光器7に接触させたときには、指先が指先位置決め部54のうち凹陥部52内の傾斜面に接触すると共に、中節Bが血流阻害低減部53の接触部53Bに接触するものである。
かくして、第3の実施の形態でも第1の実施の形態と同様の作用効果を得ることができる。
次に、図15は本発明の第4の実施の形態を示している。そして、本実施の形態の特徴は、血流阻害低減部は、指の中節と接触する接触部と、該接触部と発光器および受光器との間に位置する窪み部とを備える構成としたことにある。なお、本実施の形態では、前記第1の実施の形態と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。
脈波センサ装置61は、第1の実施の形態による脈波センサ装置1とほぼ同様に、筐体2、表示装置3、発光器6、受光器7等を備えている。また、筐体2の周壁部2Bの表面には、発光器6および受光器7よりも筐体2の右端部に位置して血流阻害低減部62が設けられると共に、発光器6および受光器7を挟んで左右方向の反対側の位置には指先位置決め部16が設けられている。
また、血流阻害低減部62は、筐体2の右側に向けて延び中節Bに接触する平坦面からなる接触部62Aと、接触部62Aと発光器6および受光器7との間に位置して周囲よりも凹んだ窪み部62Bとを備えている。接触部62Aは、例えば発光器6および受光器7が設けられた筐体2の周壁部2Bの表面とほぼ同じ高さ位置に配置されている。また、窪み部62Bは、例えば奥行き方向(指の幅方向)に対して一様な溝状に形成され、発光器6および受光器7の周囲に位置して指Fの末節Aが接触する周壁部2Bの表面と、指Fの中節Bが接触する接触部62Aとの間に左右方向に対して不連続な段差を形成している。
これにより、利用者が指Fの末節Aを発光器6および受光器7に接触させると共に、指Fの中節Bを接触部62Aに接触させたときには、末節Aの第1関節寄りの部位は、周壁部2Bの表面や窪み部62Bの底面等と接触しない状態になり、隙間Sが形成される。この結果、血流阻害低減部62は、末節Aの第1関節寄りの部位に対する押圧力を低下させ、末節A側の血流が阻害されるのを抑制している。
かくして、第4の実施の形態でも第1の実施の形態と同様の作用効果を得ることができる。
なお、第4の実施の形態では、血流阻害低減部62の接触部62Aは、発光器6等が設けられた筐体2の周壁部2Bの表面とほぼ同じ高さ位置に配置するものとしたが、周壁部2Bの表面よりも高い位置に配置してもよく、低い位置に配置してもよい。指Fの末節Aの第1関節寄りの部位に対する圧迫を低下させるためには、接触部62Aで確実に指Fの中節Bを支持し、指Fの末節A全体に作用する押圧力を低下させた方がよい。この点を考慮すると、血流阻害低減部62の接触部62Aは、周壁部2Bの表面と同じ高さ位置または周壁部2Bの表面よりも高い位置に配置するのが好ましい。
また、第1ないし第4の実施の形態では、筐体2の右側にのみ発光器6、受光器7、血流阻害低減部15,22,53,62等を設ける構成とした。しかし、本発明はこれに限らず、例えば図16に示す第3の変形例による脈波センサ装置71のように、筐体2の左側にも発光器6、受光器7を設けると共に、血流阻害低減部15、指先位置決め部16と左右対称な位置に、これらとほぼ同様な血流阻害低減部72、指先位置決め部73を設ける構成としてもよい。
また、第1ないし第4の実施の形態では、血流阻害低減部15,22,53,62および指先位置決め部16,54は奥行き方向(Y方向)に対して一様な形状に形成した。しかし、本発明はこれに限らず、例えば図17に示す第4の変形例による脈波センサ装置81のように、血流阻害低減部82、指先位置決め部83には、奥行き方向の途中位置に溝84,85をそれぞれ設ける構成としてもよい。
また、前記第1ないし第4の実施の形態では、発光器6は血流の下流側となる指先側に配置し、受光器7は血流の上流側となる第1関節側に配置する構成とした。しかし、本発明はこれに限らず、発光器6を血流の上流側に配置し、受光器7を血流の下流側に配置する構成としてもよい。
次に、図18は本発明の第5の実施の形態を示している。そして、本実施の形態の特徴は、筐体には、指を挟んで互いに反対側の位置に発光器と受光器を設け、指を透過した透過光を用いて脈波を検出する構成としたことにある。なお、本実施の形態では、前記第1の実施の形態と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。
脈波センサ装置91は、筐体92、発光器93、受光器94、処理回路96等を備えている。この筐体92は、平板状の表面をもった筐体本体92Aと、該筐体本体92Aの表面に設けられ例えば有底筒状に形勢された遮光カバー92Bとによって構成されている。遮光カバー92Bの開口部は、利用者が指Fを挿入するときの挿入口となっている。また、遮光カバー92Bは、指Fの挿入方向に対して、遮光カバー92Bの高さが狭まる構造に形成されている。これにより、指Fを遮光カバー92Bに挿入した際に、発光器93および受光器94が、指Fの末節Aに接触する構造になっている。
発光器93は、第1の実施の形態による発光器6とほぼ同様に構成され、その発光面側が筐体本体92Aの表面に露出した状態で筐体本体92Aに設けられている。この発光器93は、利用者の指Fの末節Aが接触し、指Fに向けて検出光となる光を照射する。
受光器94は、第1の実施の形態による受光器7とほぼ同様に構成され、その受光面側が発光器93側を向いた状態で遮光カバー92Bの内壁面に設けられている。この受光器94は、上下方向に対して利用者の指Fを挟んで発光器93と反対側の位置に設けられている。これにより、受光器94は、発光器93が利用者の指Fに検出光を照射したときに、指Fを透過した透過光を受光する。
また、筐体本体92Aには、発光器93および受光器94の左右方向の右側(指Fの挿入方向の手前側)に位置して指Fの中節Bと接触する血流阻害低減部15が設けられている。さらに、遮光カバー92Bの奥側には、発光器93および受光器94の左右方向の左側(指Fの挿入方向の奥側)に位置して指Fの指先と接触する指先位置決め部95が設けられている。
処理回路96は、第1の実施の形態による処理回路9とほぼ同様に構成され、その入力側が発光器93および受光器94に接続され、出力側が例えば表示装置(図示せず)等に接続されている。そして、処理回路96は、発光器93に駆動電流を供給して検出光を発光させると共に、受光器94から指Fの透過光に応じた光検出信号が入力されたときに、この光検出信号を用いて光電脈波信号を抽出する。これに加えて、処理回路96は、光電脈波信号から各種の脈波情報を生成し、表示装置を用いて表示する。
かくして、第5の実施の形態でも第1の実施の形態と同様の作用効果を得ることができる。
なお、前記第1ないし第5の実施の形態では、単一の発光器6,93を用いる構成としたが、例えば互いに波長範囲の異なる検出光を発光する複数個の発光器を設ける構成としてもよい。
次に、図19は本発明の第6の実施の形態を示している。そして、本実施の形態の特徴は、筐体に超音波の送信器と受信器とを設けると共に、処理回路は送信器が送信した超音波および受信器が受信した超音波に基づいて脈波信号を生成する構成としたことにある。なお、本実施の形態では、前記第1の実施の形態と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。
脈波センサ装置101は、筐体2、送信器102、受信器103、処理回路104等を備えている。ここで、送信器102、受信器103は、例えば第1の実施の形態による発光器6、受光器7に代わって筐体2に設けられている。
送信器102は、例えば第1の実施の形態による発光器6とほぼ同じ位置に設けられ、利用者の指Fの末節Aが接触し、指Fに向けて一定周波数の超音波を照射する。
受信器103は、例えば第1の実施の形態による受光器7とほぼ同じ位置に設けられている。そして、受信器103は、送信器102が利用者の指Fに超音波を照射したときに、指Fが反射した超音波を受信する。
なお、送信器102は血流の下流側となる指先側に配置し、受信器103は血流の上流側となる第1関節側に配置する構成とした。しかし、本発明はこれに限らず、送信器102を血流の上流側に配置し、受信器103を血流の下流側に配置する構成としてもよい。
また、筐体2には、送信器102および受信器103の左右方向の右側(指Fの根元側)に位置して指Fの中節Bと接触する血流阻害低減部15が設けられると共に、送信器102および受信器103の左右方向の左側(指Fの指先側)に位置して指Fの指先と接触する指先位置決め部16が設けられている。
処理回路104は、送信器102に駆動電圧、電流を供給すると共に、受信器103の検出信号に基づいて脈波信号を生成する。具体的に説明すると、送信器102が指Fに一定周波数の超音波を照射すると、指Fからの反射波には血流によるドップラー効果が生じる。このため、処理回路104は、このドップラー周波数とドップラー変位周波数のスペクトルに基づいて、例えば血液の平均流速に応じた脈波信号を生成する。さらに、処理回路104は、この脈波信号に基づいて各種の脈波情報を生成し、表示装置(図示せず)を用いて表示する。
かくして、第6の実施の形態でも第1の実施の形態と同様の作用効果を得ることができる。
なお、第5,第6の実施の形態では、第1の実施の形態による血流阻害低減部15を用いる構成としたが、例えば第2ないし第4の実施の形態による血流阻害低減部22,53,62や指先位置決め部54を用いる構成としてもよい。また、第5,第6の実施の形態では、血流阻害低減部95,16を用いる構成としたが、例えば第3の実施の形態による指先位置決め部54を用いる構成としてもよい。
また、前記各実施の形態では、脈波センサ装置1,21,31,41,51,61,71,81,91,101は、筐体2,92に処理回路9,96,104および表示装置3を設け、携帯型の装置を構成する場合を例に挙げたが、本発明はこれに限らない。例えば脈波センサ装置を、例えば発光器6、受光器7等のように光検出信号を検出するのに必要な構成要素を有する検出セクションと、処理回路9,96,104等のように、検出セクションにおいて検出された光検出信号に対して信号処理を行い、脈波情報を生成する処理を行うのに必要な構成要素を有する演算処理セクションとに分離し、検出セクションを携帯型の装置として形成し、演算処理セクションを例えば机上型の装置として形成してもよい
さらに、前記各実施の形態では、利用者の人差し指Fによって脈波を検出する構成としたが、中指、薬指等のように他の指によって脈波を検出する構成としてもよい。
1,21,31,41,51,61,71,81,91,101 脈波センサ装置
2,92 筐体
6,93 発光器
7,94 受光器
9,96,104 処理回路
15,17,22,53,62,72,82 血流阻害低減部
15C,17B,22B,53B,62A 接触部
15E,17C,22C,53C 段差形成部
16,32,54,73,83,95 指先位置決め部
62B 窪み部
102 送信器
103 受信器

Claims (8)

  1. 筐体と、該筐体に設けられた発光器と、前記筐体に設けられた受光器とを備え、指の末節を用いて脈波を検出する脈波センサ装置において、
    前記筐体には、利用者が手で把持したときに、前記筐体の外周縁に沿って第1関節および第2関節を折曲げた状態で前記指が配置され、
    前記筐体における前記指の末節が接触する位置に前記発光器および前記受光器を配設すると共に、
    前記指の末節を前記発光器および前記受光器に接触させたときに、前記指の中節と接触する血流阻害低減部を前記筐体に設け、
    該血流阻害低減部における前記指の中節が接触する接触部と、前記指の末節が接触する前記筐体との間に段差を形成して、
    前記指の末節における第1関節部位およびその周辺に作用する圧迫を小さくし、前記指の末節における血流の阻害を低減することを特徴とする脈波センサ装置。
  2. 前記筐体の表面には、前記発光器および前記受光器が設けられ、
    前記受光器は、前記発光器から指に光を照射したときに、指からの反射光を受光してなる請求項1に記載の脈波センサ装置。
  3. 筐体と、該筐体に設けられた超音波の送信器と、前記筐体に設けられた超音波の受信器とを備え、指の末節を用いて脈波を検出する脈波センサ装置において、
    前記筐体には、利用者が手で把持したときに、前記筐体の外周縁に沿って第1関節および第2関節を折曲げた状態で前記指が配置され、
    前記筐体における前記指の末節が接触する位置に前記送信器および前記受信器を配設すると共に、
    前記指の末節を前記送信器および前記受信器に接触させたときに、前記指の中節と接触する血流阻害低減部を前記筐体に設け、
    該血流阻害低減部における前記指の中節が接触する接触部と、前記指の末節が接触する前記筐体との間に段差を形成して、
    前記指の末節における第1関節部位およびその周辺に作用する圧迫を小さくし、前記指の末節における血流の阻害を低減することを特徴とする脈波センサ装置。
  4. 前記筐体の表面には、前記送信器および前記受信器が設けられ、
    前記受信器は、前記送信器から指に超音波を照射したときに、指からの反射した超音波を受信してなる請求項3に記載の脈波センサ装置。
  5. 前記血流阻害低減部によって形成された段差により、前記指の末節における第1関節寄りの領域と、前記筐体の表面との間に隙間を形成したことを特徴とする請求項1ないし4のいずれかに記載の脈波センサ装置。
  6. 前記指の先端が接触する前記筐体の表面位置に指先位置決め部を設けたことを特徴とする請求項1ないし5のいずれかに記載の脈波センサ装置。
  7. 前記血流阻害低減部には、前記指の中節との接触位置を調整する機構を設けたことを特徴とする請求項1ないし6のいずれかに記載の脈波センサ装置。
  8. 前記血流阻害低減部の角隅部は、前記指のうち第1関節の位置から第2関節側に0〜6mmの範囲で位置ずれした部位に接触してなる請求項1ないし7のいずれかに記載の脈波センサ装置。
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