JP5962226B2 - 眼球生体情報収集装置および眼球生体情報収集方法 - Google Patents

Description

本発明は、眼球生体情報収集装置および眼球生体情報収集方法に関する。

従来から、超音波を用いて眼球の生体情報、例えば眼軸長や各組織の長さを計測する装置が考案されている。超音波は生体に対して低侵襲であり生体情報の計測に利用されている。
特許文献１には、角膜などに接触させた超音波プローブによって受信した眼組織からの反射エコーに基づいて眼軸長などの眼球生体情報を計測する装置が開示されている。

特開２００８−２７２３０８号公報

しかしながら、従来の装置において、その装置の設置されている場所で眼球生体情報（角膜厚、胸膜厚、眼軸長、前房深度、水晶体厚、眼圧など）を計測しなくてはならない。
このような装置では、通常の生活状態において長期間の眼球生体情報の情報（データ）を採取して、その変動を把握するのは困難である。このため、長期間における眼球生体情報を容易に計測できる眼球生体情報収集装置が要望されている。
例えば、緑内障の診断・治療において、被検者の眼球生体情報としての眼圧の計測は不可欠である。緑内障の治療においては眼圧を下げることで視野障害の進行を停めるという方法がとられており、投薬後または施術後の眼圧の数日にわたる、かつ日内の被検者の活動状態（起床、日常活動、就寝など）毎による眼圧変化を把握することで、治療効果の向上が期待できる。

本発明は、上記課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。

［適用例１］本適用例にかかる眼球生体情報収集装置は、被検者の頭部に装着して使用される眼球生体情報収集装置であって、使用時に前記被検者の眼球に超音波を発信し前記眼球に反射した反射波を受信する超音波センサー部と、使用時に前記超音波センサー部を前記被検者の眼瞼に密着させる密着部と、前記超音波センサー部で検出された検出データに基づき眼球生体情報を演算するデータ演算部と、前記超音波センサー部で検出された検出データおよび前記データ演算部で演算された演算データを記憶するデータ記憶部と、時刻情報に基づいて計測タイミングと計測間隔とを設定するタイマー部と、前記超音波センサー部、前記データ演算部、前記データ記憶部、前記タイマー部を制御する制御部と、を備え、前記タイマー部で設定された計測タイミングと計測間隔における眼球の生体情報を得ることを特徴とする。

この構成によれば、眼球を覆う眼瞼に密着する超音波センサー部を備え、超音波センサー部から眼球に向けて超音波を発信し、その超音波の反射波を超音波センサー部で捉え、様々な眼球生体情報を得ることができる。この計測はデータ記憶部に記憶された演算データおよび超音波センサー部で検出された検出データに基づき、眼球生体情報が演算される。また、眼球生体情報の計測はタイマー部で設定された計測タイミングと計測間隔とで行われる。
このように、眼瞼に取り付けられる超音波センサー部を備え、タイマー部で設定された計測タイミングと計測間隔で眼球生体情報を得ることができ、容易に眼球生体情報の変動を捉えることができる。
そして、タイマー部で設定された計測タイミングと計測間隔とで眼球生体情報の計測が行われるため、被検者の活動に合わせた計測頻度で眼球生体情報を計測でき、測定値の信頼性向上と無駄な測定を低減することができる。

［適用例２］上記適用例にかかる眼球生体情報収集装置において、前記超音波センサー部は、複数の開口部がアレイ状に配置された基板と、個々の前記開口部を覆って形成され膜厚方向に変位可能な振動膜と、個々の前記振動膜に設けられた圧電部と、を有し、前記圧電部は、前記振動膜の上に設けられる下電極と、前記下電極の少なくとも一部を覆って設けられる圧電体膜と、前記圧電体膜の少なくとも一部を覆って設けられる上電極と、を有する超音波センサー素子を備えることが好ましい。

この構成によれば、超音波センサー素子は圧電体膜を有する圧電部を備えている。超音波センサー素子を備えた超音波センサー部は厚みが薄く、小型軽量であり、長時間において眼瞼に密着させても超音波センサー部の位置ずれが生ずることがない。このため、眼球に対して同じ部分に超音波を発信でき、精度の高い眼球生体情報を得ることができる。

［適用例３］上記適用例にかかる眼球生体情報収集装置において、前記超音波センサー部は、前記超音波センサー素子と前記超音波センサー素子で受信した信号を増幅する増幅回路とが一体に備えられていることが好ましい。

この構成によれば、超音波センサー素子と超音波センサー素子で受信した信号を増幅する増幅回路とが一体に備えられている。
このため、超音波センサー素子と超音波センサー素子で受信した信号を増幅する増幅回路との間の配線を短く設定することができ、配線の長さに起因するノイズの影響を抑制することができる。

［適用例４］上記適用例にかかる眼球生体情報収集装置において、前記データ演算部は前記超音波センサー部で検出した前回の検出データに基づいて変動値を演算する相対変動値演算部と、前記相対変動値演算部で演算された変動値の演算データを判定する変動値判定部を備えることが好ましい。

この構成によれば、相対変動値演算部で演算された変動値の演算データを判定する変動値判定部を備えている。このため、前回の検出した検出データをもとに、計測値の変動値から計測の誤り、または計測値の異常を判断することができ、再計測、警告や警報などの対応が可能となる。

［適用例５］上記適用例にかかる眼球生体情報収集装置において、前記データ記憶部には校正値を記憶する校正値メモリーを有し、前記校正値メモリーには、少なくとも２つの異なる体位での眼球生体情報を備えることが好ましい。

この構成によれば、データ記憶部には校正値を記憶する校正値メモリーを有し、校正値メモリーには、少なくとも２つの異なる体位での眼球生体情報を備えている。
眼圧、角膜厚、眼軸長、前房深度、水晶体厚などの眼球生体情報は、体位（体の位置、姿勢）により変動することが知られており、２つの異なる体位での情報を利用することで、異常計測値の判断、絶対値の演算などに利用することができる。
なお、本明細書での眼球生体情報とは、眼球に対して超音波を送信して受信される反射波および、その反射波から得られるあらゆるデータを含めて言う。

［適用例６］上記適用例にかかる眼球生体情報収集装置において、前記データ記憶部の前記校正値メモリーには、校正値として少なくとも２つの異なる体位から得られる眼球の強膜厚み変動に対する眼圧値の変化率データを備え、前記データ演算部は前記超音波センサー部で検出した検出データに基づいて眼球の強膜の厚み変動を演算する膜厚変動値演算部と、前記校正値メモリーに記憶された校正値と校正時の検出データに基づき、前記膜厚変動値演算部で演算された眼球の強膜の厚み変動から眼圧を演算する眼圧値演算部と、を備えることが好ましい。

この構成によれば、データ記憶部の校正値メモリーには、校正値として少なくとも２つの異なる体位での眼球の強膜の厚み変動に対する眼圧値の変化率データを備えている。
眼圧は体位により変動することが知られており、また、眼圧が高いと強膜の厚みは薄くなり、眼圧が低いと強膜の厚みが厚くなるという相関があり、２つの異なる体位での眼球の強膜の厚み変動に対する眼圧値の変化率データを利用することで眼圧の絶対値の演算に利用することができる。

［適用例７］上記適用例にかかる眼球生体情報収集装置において、前記データ記憶部の前記校正値メモリーには、校正値として少なくとも２つの異なる体位から得られる眼球の角膜厚み変動に対する眼圧値の変化率データを備え、前記データ演算部は前記超音波センサー部で検出した検出データに基づいて眼球の角膜の厚み変動を演算する角膜厚変動値演算部と、前記校正値メモリーに記憶された校正値と校正時の検出データに基づき、前記角膜厚変動値演算部で演算された眼球の角膜の厚み変動から眼圧を演算する眼圧値演算部と、を備えることが好ましい。

この構成によれば、データ記憶部の校正値メモリーには、校正値として少なくとも２つの異なる体位での眼球の角膜の厚み変動に対する眼圧値の変化率データを備えている。
眼圧は体位により変動することが知られており、また、眼圧が高いと角膜の厚みは薄くなり、眼圧が低いと強膜の厚みが厚くなるという相関があり、２つの異なる体位での眼球の角膜の厚み変動に対する眼圧値の変化率データを利用することで眼圧の絶対値の演算に利用することができる。

［適用例８］本適用例にかかる眼球生体情報収集方法は、被検者の眼瞼に密着した超音波センサー部から、眼球に対して所定の計測タイミングと計測間隔とで超音波の発信および受信を行い、前記超音波センサー素子で検出した検出データに基づき眼球生体情報を算出することを特徴とする。

この方法によれば、眼球を覆う眼瞼に密着する超音波センサー部から、眼球に向けて所定の計測タイミングと計測間隔とで超音波を発信し、その超音波の反射波を超音波センサー素子で捉え、様々な眼球生体情報を計測することができる。
このように、眼瞼に超音波センサー部を取り付けることから、容易に眼球生体情報を計測でき、一定の計測タイミングと計測間隔とで計測が可能である。また、常時または一定期間内での眼球生体情報を計測できる。

［適用例９］上記適用例にかかる眼球生体情報収集方法において、前記超音波センサー部で検出した検出データおよび、予め入手した少なくとも２つの異なる体位での眼球生体情報に基づき眼球生体情報を算出することが好ましい。

この方法によれば、予め入手した少なくとも２つの異なる体位での眼球生体情報に基づき眼球生体情報を算出している。
眼圧、角膜厚、眼軸長、前房深度、水晶体厚などの眼球生体情報は、体位（体の位置、姿勢）により変動することが知られており、それぞれの体位での情報を利用することで、異常計測値の判断、絶対値の演算などに利用することができる。

［適用例１０］上記適用例にかかる眼球生体情報収集方法において、前記超音波センサー部で検出した検出データに基づいて眼球の強膜の厚み変動を演算し、予め入手した少なくとも２つの異なる体位での眼球の強膜からの反射波データと眼圧値に基づいて、眼球の強膜の厚み変動から眼圧を算出することが好ましい。

この方法によれば、予め入手した２つの異なる体位での眼球の強膜からの反射波データ（検出データ）と眼圧値に基づいて、眼球の強膜の厚み変動から眼圧を算出している。
眼圧は体位により変動することが知られており、また、眼圧が高いと強膜の厚みは薄くなり、眼圧が低いと強膜の厚みが厚くなるという相関があり、それぞれの体位での予め入手した眼球の強膜からの反射波データと眼圧値を利用することで眼圧の絶対値を正確に算出することができる。

［適用例１１］上記適用例にかかる眼球生体情報収集方法において、前記超音波センサー部で検出した検出データに基づいて眼球の角膜の厚み変動を演算し、予め入手した少なくとも２つの異なる体位での眼球の角膜からの反射波データと眼圧値に基づいて、眼球の角膜の厚み変動から眼圧を算出することが好ましい。

この方法によれば、予め入手した２つの異なる体位での眼球の角膜からの反射波データと眼圧値に基づいて、眼球の角膜の厚み変動から眼圧を算出している。
眼圧は体位により変動することが知られており、また、眼圧が高いと角膜の厚みは薄くなり、眼圧が低いと角膜の厚みが厚くなるという相関があり、それぞれの体位での予め入手した眼球の角膜からの反射波データと眼圧値を利用することで眼圧の絶対値を正確に算出することができる。

第１実施形態の眼圧計測装置の機能構成を示すブロック図。 第１実施形態の眼圧計測装置の一例を示す概略構成図。 第１実施形態の超音波センサー部と眼瞼および眼球との位置を説明する模式断面図。 第１実施形態の超音波センサー部の構成を示す概略断面図。 第１実施形態における眼圧計測のフローチャート。 第１実施形態の眼圧計測における校正値設定処理を示すフローチャート。 第１実施形態の眼圧計測における計測処理を示すフローチャート。 第１実施形態の眼圧計測における強膜の厚みおよび眼圧の計算処理を示すフローチャート。 体位による眼圧と強膜厚との関係を示すグラフ。 強膜の厚みを計算処理する際の説明図。 第２実施形態の眼圧計測装置の機能構成を示すブロック図。 第２実施形態の超音波センサー部と眼瞼および眼球との位置を説明する模式断面図。

以下、本発明を具体化した実施形態について図面に従って説明する。なお、以下の説明に用いる各図面では、各部材を認識可能な大きさとするため、各部材の寸法の割合を適宜変更している。
（第１実施形態）

以下の実施形態では、眼球生体情報収集装置として眼圧を計測する眼圧計測装置を例にとって説明する。
（眼圧計測装置の概略構成）
図１は本実施形態の眼圧計測装置の機能構成を示すブロック図である。図２は本実施形態の眼圧計測装置の一例を示す概略構成図である。
図１に示すように、眼圧計測装置１は超音波センサー部１０と本体部３０とを備えている。
超音波センサー部１０は超音波センサー素子１１と、センサー回路部１２を備えている。この超音波センサー素子１１は超音波を発信する発信素子１１ａと超音波の反射波を受信する受信素子１１ｂを有し、下瞼に取り付け可能である。

センサー回路部１２は増幅回路１３、波形形成部１４、センサー制御部１５、増幅回路１６、Ａ／Ｄコンバーター１７、一次メモリー１８を備えている。
センサー制御部１５は増幅回路１３および波形形成部１４に接続され、発信素子１１ａから発信する超音波のパルス信号と強度を制御している。
波形形成部１４では所定周波数のパルス信号を生成し、そのパルス信号を増幅回路１３にて所定の強度の信号に増幅して、発信素子１１ａに入力する。
一方、受信素子１１ｂが受け取った反射波は増幅回路１６にて増幅され、Ａ／Ｄコンバーター１７にてアナログ信号からデジタル信号に変換される。ここで一旦、センサー制御部１５に接続された一次メモリー１８に、受信した波形データがストアされる。
なお、超音波センサー素子１１は発信と受信を別の素子として説明したが、両者を兼ねる素子で構成しても良い。この場合、発信モードと受信モードを時分割方式で切り替えて超音波を発信または受信すればよい。

本体部３０はデータ演算部４０、データ記憶部５０、制御部６０、タイマー部６５などを備えている。
データ演算部４０は相対変動値演算部４１、変動値判定部４２、強膜厚変動値演算部４３、眼圧値演算部４４が順に接続され、それぞれは制御部６０に接続されている。
また、データ記憶部５０は波形メモリー５１、校正値メモリー５２、計測値メモリー５３を備えている。
波形メモリー５１では、前回受信した眼球の強膜の前壁と後壁とからの反射波の波形データがストアされている。
校正値メモリー５２では、少なくとも２つの体位の異なる状態で予め計測したそれぞれの眼圧値と、そのときの体位において眼圧計測装置１で計測した眼球の強膜からの反射波の波形データおよび強膜厚み変動に対する眼圧値の変化率データがストアされ、これらのデータを用いて計測したデータの校正値として利用する。
計測値メモリー５３では、演算した眼圧値がストアされている。

相対変動値演算部４１では、波形メモリー５１にストアされた前回受信した眼球の強膜の前壁と後壁とからの反射波の波形データと、今回受信した一次メモリー１８にストアされた眼球の強膜の前壁と後壁とからの反射波の波形データから反射波の波形データの変動値を演算する。
変動値判定部４２では、相対変動値演算部４１で演算した変動値に対して規定値の範囲内か範囲外かを判定する。このように変動値判定部４２を設けることで、計測の誤り、または計測値の異常を判断することができ、再計測、警告や警報などの対応が可能となる。
強膜厚変動値演算部４３では、校正値メモリー５２でストアされた反射波の波形データと相対変動値演算部４１で演算された反射波の波形データの変動値から、強膜の厚みまたは強膜の厚みの変動値を演算する。
眼圧値演算部４４では、強膜厚変動値演算部４３で演算された強膜の厚みまたは反射波の波形データの変動値と、校正値メモリー５２でストアされた眼圧値から今回計測した眼球の眼圧値を演算する。そして、その演算された眼圧値は計測値メモリー５３にストアされる。

タイマー部６５は制御部６０に接続され、タイマー６６と計測間隔設定部６７とを備えている。
計測間隔設定部６７はタイマー６６の間隔の設定を行い、眼圧を計測する計測間隔を設定することができる。この計測間隔設定部６７を設けることにより、例えば、被検者の活動状態に合わせて計測間隔を変更するなどの対応が可能となる。具体的には、就寝中に比べて活動中は計測間隔を短くするなどの設定が可能であり、無駄な計測を低減することができる。

また、制御部６０は前述したセンサー制御部１５および、表示部３１、入力部３２、時計部３３、主メモリー３５と接続されている。
表示部３１は液晶パネルなどで構成される表示装置で、制御部６０から指示される眼圧値の表示や各種の表示を行う。
入力部３２は押圧スイッチなどで構成される入力装置で、スイッチの押圧信号を制御部６０に出力し、各種データの入力、データの呼び出しなどの操作が可能である。
時計部３３は振動子、発振回路を有し、時刻を計時する時計とカレンダー情報を有する時計装置である。
主メモリー３５はＲＯＭ（Read Only Memory）やＲＡＭ（Random Access Memory）などの記憶装置などで構成され、眼圧計測装置１を動作させる動作プログラムがストアされている。

このような構成の眼圧計測装置１は、具体的には図２に示す一例のような形態で構成されている。
眼圧計測装置１は頭部に装着できるめがね型のフレーム１００を有し、フレーム１００から下瞼１１１に向かって延びる弾性を有する支持部材１０１が設けられている。支持部材１０１の先端には超音波センサー素子１１が設けられ、超音波センサー素子１１が常時、下瞼１１１に密着するように構成されている。
超音波センサー素子１１から支持部材１０１およびフレーム１００の内部を通って配線がされフレーム１００の弦部に設けられたセンサー回路部１２に接続されている。そして、センサー回路部１２からはコード１０２が繋がり、表示部３１、入力部３２を外観に備え、内部にデータ演算部４０などが内蔵された本体部３０に接続されている。

なお、上記の眼圧計測装置１の形態は一例であり、下瞼１１１に密着する部分に超音波センサー素子１１とセンサー回路部１２を配置し、フレーム１００の弦部に計測値を演算するデータ演算部４０、データ記憶部５０、制御部６０、主メモリー３５、タイマー部６５などを配置する構成であっても良い。
また、超音波センサー素子１１の眼瞼への取り付けは、上述のめがねフレーム型のほかに、アイマスク型、あるいは直接眼瞼に貼り付ける方法など、いかなる方法であってもよい。

（眼圧計測の原理）
次に眼圧計測の原理について説明する。
図３は超音波センサー部と眼瞼および眼球との位置を説明する模式断面図である。
眼球１２０は、硝子体１２３、水晶体１２４、前房１２５などを内包するようにその外周を膜で取り囲んでいる。この膜は、前房１２５を囲む部分は角膜１２２とよばれ、角膜１２２から繋がり硝子体１２３に近い部分を強膜１２１と呼ばれている。強膜１２１は白い硬い膜であり白目といわれる部分である。
本実施形態では、超音波センサー素子１１は下瞼１１１に密着して配置される。超音波センサー素子１１から超音波が発振され、強膜１２１に当たると、その強膜１２１の前壁および後壁で反射波が生じ、その反射波の受信時間差を検出することで強膜１２１の厚みが算出できる。

ここで、強膜の厚みｔ、強膜の表面応力σ、眼圧Ｐ、眼球の半径ｒ、とすると、
σ＝Ｐ×ｒ／（２ｔ） ・・・（１）
と表される。
この式（１）から、眼圧Ｐが上昇すると強膜の厚みｔは薄くなる。このことから、強膜の厚みｔから眼圧Ｐを推定することが可能であり、強膜の厚みの変動から眼圧の変動を推定することができる。

（超音波センサー部の構成）
次に、超音波センサー部の構成の一例について説明する。ここでは超音波センサー部は超音波センサー素子とセンサー回路部を一体化した形態である。
図４は超音波センサー部の構成を示す概略断面図である。
超音波センサー部１０は、超音波を発信する発信素子１１ａと超音波の反射波を受信する受信素子１１ｂとを備えている。これらの素子は等間隔にアレイ状に複数配置されている。
発信素子１１ａと受信素子１１ｂは同じ構造を有しており、代表して発信素子１１ａの構造について説明する。
発信素子１１ａは、シリコンなどの基板２０に開口部２０ａを有し、開口部２０ａを覆って閉塞する振動膜（メンブレン）２１を備えている。この振動膜２１は、例えばＳｉＯ₂層とＺｒＯ₂層との２層構造により構成される。ここで、ＳｉＯ₂層は、基板２０がＳｉ基板である場合、基板表面を熱酸化処理することで成膜することができる。また、ＺｒＯ₂層は、ＳｉＯ₂層上に例えばスパッタリングなどの手法により成膜される。ここで、ＺｒＯ₂層は、後述する圧電体膜として例えばＰＺＴを用いる場合に、ＰＺＴを構成するＰｂがＳｉＯ₂層に拡散することを防止するための層である。また、ＺｒＯ₂層は、圧電体膜の歪みに対する撓み効率を向上させるなどの効果もある。

振動膜２１の上には下電極２２ａが形成され、下電極２２ａの上に圧電体膜２２ｃが形成され、さらに圧電体膜２２ｃの上に上電極２２ｂが形成されている。
つまり、下電極２２ａと上電極２２ｂとの間に圧電体膜２２ｃが挟まれている構造となり、圧電部を構成している。
圧電体膜２２ｃは、例えばＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛：lead zirconate titanate）を膜状に成膜することで形成される。本実施形態では、圧電体膜２２ｃとしてＰＺＴを用いるが、電圧を印加することで、面内方向に収縮することが可能な素材であれば、いかなる素材を用いてもよく、例えばチタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ₃）、ジルコン酸鉛（ＰｂＺｒＯ₃）、チタン酸鉛ランタン（（Ｐｂ、Ｌａ）ＴｉＯ₃）などを用いてもよい。
そして、発信素子１１ａと受信素子１１ｂの上電極２２ｂを覆ってシリコーン系樹脂などで形成された保護膜２０ｂが配置されている。

また、基板２０はシリコン（Ｓｉ）などで形成されたベース基板２３に固定され、基板２０の固定される面とは反対側の面には回路パターン、集積回路２６が配置されセンサー回路部１２が形成されている。
発信素子１１ａおよび受信素子１１ｂと、センサー回路部１２との接続はフレキシブル基板２４を介して行われている。例えば発信素子１１ａの下電極２２ａとセンサー回路部１２の接続電極２５とはフレキシブル基板２４により接続される。このように、発信素子１１ａおよび受信素子１１ｂとセンサー回路部１２とは一体に形成される。特に、少なくとも受信素子１１ｂおよびそれに接続されるセンサー回路部１２の増幅回路が一体に形成されることが好ましい。この構成によれば、超音波センサー素子で受信した信号を増幅する増幅回路との間の配線を短く設定することができ、配線の長さに起因するノイズの影響を抑制することができる。
なお、発信素子１１ａおよび受信素子１１ｂとセンサー回路部１２を一体に形成する形態として、図４のように表裏の関係となるように配置する形態や、発信素子１１ａおよび受信素子１１ｂとセンサー回路部１２を積層する形態を採用できる。また一枚の基板の片側に両者を配置する形態であっても良い。

また、上記の基板２０は１００μｍ程度の厚み、ベース基板２３は１００〜１５０μｍの厚み、振動膜２１は０．５〜４μｍの厚み、下電極２２ａは２００ｎｍ程度の厚み、上電極２２ｂは５０ｎｍ程度の厚み、圧電体膜２２ｃは０．２〜５μｍ程度の厚みに形成されている。このように、発信素子１１ａおよび受信素子１１ｂは薄く構成することができる。

上述の発信素子１１ａおよび受信素子１１ｂと、センサー回路部１２を構成するベース基板２３とは、筐体２８に収容され、内部に充填樹脂２７が充填されて固定されている。充填樹脂２７はエポキシ樹脂などの絶縁性樹脂が用いられ、センサー回路部１２の保護と筐体２８との短絡を防止している。なお、図示しないが、センサー回路部１２に接続される配線は筐体２８の外部に導出されている。
また、筐体２８には発信素子１１ａおよび受信素子１１ｂと対応する部分が開口された開口部２８ａが形成されている。
さらに、発信素子１１ａおよび受信素子１１ｂを保護する保護膜２０ｂに接触し筐体２８の開口部２８ａに挟み込まれた弾性を有する粘弾性部材２９が配置されている。粘弾性部材２９は、音響結合用高分子ゲルであり、形状適合性に優れ、皮膚への密着性がよい。そして、生体組織と同程度の音響インピーダンスを持つように構成されている。この粘弾性部材２９が本実施形態において眼瞼に密着する部分（密着部）である。
なお、本発明において粘弾性部材２９を用いなくても良く、眼瞼に接触して密着するのは、保護膜２０ｂの表面（密着部）としても良い。

このような構成の発信素子１１ａでは、上電極２２ｂと下電極２２ａとの間に電圧をパルス状に印加することで圧電体膜２２ｃが変形することで振動膜２１が膜厚方向に変位して振動し超音波が発生する。超音波は保護膜２０ｂ、粘弾性部材２９を経て眼瞼に向けて送信される。
そして、眼球の強膜１２１などの各組織の境界で反射された反射波は粘弾性部材２９、保護膜２０ｂを経て受信素子１１ｂで受信する。このとき振動膜２１が膜厚方向に振動し、これにより圧電体膜２２ｃの下電極２２ａ側の面と上電極２２ｂ側の面とで電位差が発生し、上電極２２ｂおよび下電極２２ａから圧電体膜２２ｃの変位量に応じた検出信号（電流）が出力される。

（眼圧の計測手順）
次に、眼圧計測装置における眼圧の計測手順について説明する。
図５は本実施形態における眼圧計測のメイン処理の流れを示すフローチャートである。
最初に、眼圧計測装置に校正データが有るかを確認する（ステップＳ１）。具体的には校正データが校正値メモリー５２にストアされているかを判断する。
校正値メモリー５２に必要な校正データがない場合には、ステップＳ５で校正値設定処理を行う。

次に、眼圧計測装置に校正データが有る場合には次のステップに進み、校正データ取得指示があるかを判断する（ステップＳ２）。ここでは、今回の計測に必要な校正データの有無を確認し、例えば、校正データがストアされた日時などから判断して校正データが古い場合には校正データの取得指示がなされる。
校正データの取得指示がなされた場合には、ステップＳ５に進み、校正値設定処理を行う。
校正データの取得指示がない場合には、ステップＳ３に進む。
ステップＳ３では、眼圧の計測指示があるかを判断する。
眼圧の計測指示がある場合には、ステップＳ７に進み眼圧の計測処理を行う。
また、眼圧の計測指示がない場合（計測するタイミングでないとき）には、メイン処理を終了する。

図６は本実施形態の眼圧計測における校正値設定処理の一例を示すフローチャートである。
まず、立位での眼圧値Ｐｉを別の眼圧計にて測定をし、眼圧値を眼圧計測装置に入力する（ステップＳ１１）。眼圧値の入力は入力部３２から行われ、立位での眼圧値Ｐｉを校正値メモリー５２にストアする（ステップＳ１２）。
次に、上記の眼圧を測定したのと同じ立位の状態で、本実施形態の眼圧計測装置１で眼球の強膜からの反射波を計測処理する（ステップＳ１３）。
そして、この立位での反射波の波形データＷｉを校正値メモリー５２にストアする（ステップＳ１４）。

次に、座位での眼圧値Ｐｈを別の眼圧計にて測定をし、眼圧値を眼圧計測装置に入力する（ステップＳ１５）。眼圧値の入力は入力部３２から行われ、座位での眼圧値Ｐｈを校正値メモリー５２にストアする（ステップＳ１６）。
次に、上記の眼圧を測定したのと同じ座位の状態で、本実施形態の眼圧計測装置１で眼球の強膜からの反射波を計測処理する（ステップＳ１７）。
そして、この座位での反射波の波形データＷｈを校正値メモリー５２にストアする（ステップＳ１８）。

続いて、上記の校正値メモリー５２にストアされたデータから、係数計算処理を行い（ステップＳ１９）、この係数Ｋを校正値メモリー５２にストアして（ステップＳ２０）、校正値設定処理を終了する。ここで、係数Ｋは、強膜の厚みの変化に対する眼圧値の変化割合を示すデータである。

ここで上記の係数Ｋについての概念を説明する。
眼圧は体位によって変動することは知られており、また眼圧の変動により眼球の強膜の厚みも変動する。このことから、体位の異なる状態における眼圧とそのときの強膜の厚みが分かれば、眼圧と強膜厚みを示すグラフの傾き（係数Ｋ）から強膜厚みから眼圧値を推定することが可能である。
例えば、図９はこの体位による眼圧と強膜厚との関係を示すグラフである。このグラフは縦軸に眼圧値、横軸に強膜厚みを設定し、座位（または伏位）と立位でのデータをプロットしている。それぞれの体位での値を結ぶ線分には傾きが生じ、この傾きを係数Ｋとして利用することで、眼圧から強膜厚み、または強膜厚みから眼圧を計算することが可能である。
なお、強膜の厚みまで算出せずに強膜の反射波の波形を利用して眼圧を求めることも可能である。
また、校正値に利用する体位は、少なくとも異なる２つの体位を採用すればよく、例えば立位、座位、伏位、側臥位、仰臥位、伏臥位などから２つの体位を選べばよい。

図７は本実施形態の眼圧計測における計測処理を示すフローチャートである。
まず、計測間隔を設定するタイマー部６５のタイマー６６がオン状態であるかを判断する（ステップＳ３１）。タイマー６６がオン状態である場合には、計測タイミングに応じて超音波センサー部１０から超音波が発信され、眼球の強膜からの反射波を計測する反射波計測処理（ステップＳ３２）を行う。そして、得られた反射波の波形を日時データと共に一次メモリー１８にストアする（ステップＳ３３）。また、ステップＳ３１において、タイマー６６がオン状態ではない場合には、計測処理を終了する。なお、上記の日時データには装着からの経過時間も含むものである。
続いて、データ演算部４０にて強膜厚または眼圧の計算処理を行う（ステップＳ３４）。そして、強膜厚および眼圧値を計測値メモリー５３にストアし、眼圧計測処理を終了する。このように、タイマー６６の設定時間（計測間隔）毎に眼球の強膜からの反射波を計測することになる。

図８は本実施形態の眼圧計測における強膜の厚みおよび眼圧の計算処理を示すフローチャートである。図１０は強膜の厚みを計算処理する際の説明図であり、（ａ）は強膜を反射する反射波を示す模式図、（ｂ）は反射領域と反射波の位相差を説明する説明図である。
図８に示すように、まず、眼球の強膜から反射され、受信素子１１ｂで受信した反射波Ｗｉから強膜の前壁から反射された反射波の前壁反射領域Ｒｆと、強膜の後壁から反射された反射波の後壁反射領域Ｒｂとを同定する（ステップＳ４１）。

ここで、図１０（ａ）に示すように、強膜１２１に対して送信された超音波の一部は反射され、強膜１２１の前壁で反射する反射波Ｆｒｆと後壁で反射する反射波Ｆｒｂとが生ずる。このときの反射波形Ｗｉ_-1、Ｗｉは、図１０（ｂ）のように強膜１２１の後壁で反射される反射波Ｆｒｂは前壁で反射される反射波Ｆｒｆよりも時間が遅れて受信素子１１ｂで受信する。また、この反射波形Ｗｉ_-1、Ｗｉから強膜１２１の前壁から反射された反射波の前壁反射領域Ｒｆと、強膜１２１の後壁から反射された反射波の後壁反射領域Ｒｂとを同定する。なお、反射波形Ｗｉ_-1は、反射波形Ｗｉを計測したときの一つ前に計測した波形である。

次に図８のフローチャートに示すように、反射波形Ｗｉと前回の反射波形Ｗｉ_-1の前壁反射領域Ｒｆと後壁反射領域Ｒｂから、それぞれの位相差Ｈｆ，Ｈｂを算出する（ステップＳ４２）。
なお、上記のステップＳ４１、ステップＳ４２の工程はデータ演算部４０の相対変動値演算部４１にて行われる。

次に、上記の工程で算出された位相差Ｈｆ，Ｈｂの差分から強膜の膜厚変動値ΔＴｉを算出する（ステップＳ４３）。
続いて、強膜の膜厚Ｔｉを算出する（ステップＳ４４）。
前回の演算における強膜の膜厚をＴｉ_-1とすると、
Ｔｉ＝Ｔｉ_-1＋ΔＴｉ ・・・（２）
で表され、この式（２）を用いて、強膜の膜厚Ｔｉを算出できる。
なお、ステップＳ４３、ステップＳ４４の工程はデータ演算部４０の強膜厚変動値演算部４３にて行われる。

次に、校正値メモリー５２にストアされた係数Ｋから眼圧Ｐｉを算出する（ステップＳ４５）。このステップＳ４５の工程はデータ演算部４０の眼圧値演算部４４にて行われる。
上記の工程におけるデータ演算部４０での演算は、従来から公知である位相差トラッキング法による処理が行われる。
なお、ステップＳ４４において強膜の膜厚を算出したが、この工程を省略して、ステップＳ４３の強膜の膜厚変動値ΔＴｉと、係数Ｋから眼圧Ｐｉを求めても良い。

以上、本実施形態の眼圧計測装置１では、眼球を覆う下瞼１１１に密着される超音波センサー素子１１を備え、超音波センサー素子１１から眼球に向けて超音波を発信し、その超音波の反射波を超音波センサー素子１１で捉え、眼圧の計測することができる。この計測はデータ記憶部５０に記憶された検出データおよび超音波センサー部１０で検出された検出データに基づき、眼圧が演算される。また、眼圧の計測はタイマー部６５で設定された計測タイミングと計測間隔とで行われる。
このように、下瞼１１１に取り付けられる超音波センサー素子１１を備え、タイマー部６５の設定により一定の計測タイミングと計測間隔とで眼圧を計測することができるため、容易に眼圧の変動を捉えることができる。また、一定期間の中で間欠的に超音波を発信して眼圧を計測するため、連続して計測する場合と比べて超音波センサー素子１１の発熱が抑えられ、かつ眼球に対して低侵襲である。
このように、例えば、緑内障の診断・治療において、眼圧の変動値に基づき細かな投薬などが可能となり、治療効果の向上が期待できる。

また、データ記憶部５０の校正値メモリー５２には、校正値として少なくとも２つの異なる体位での眼球の強膜の厚み変動に対する眼圧値の変化率データを備えている。
眼圧は体位により変動することが知られており、また、眼圧が高いと強膜の厚みは薄くなり、眼圧が低いと強膜の厚みが厚くなるという相関があり、２つの異なる体位での眼球の強膜の厚み変動に対する眼圧値の変化率データを利用することで眼圧の絶対値の演算に利用することができる。
（第２実施形態）

次に、第２実施形態として他の眼圧を計測する眼圧計測装置について説明する。
本実施形態では超音波センサー部を上瞼に取り付ける形態であり、角膜の膜厚変動から眼圧を計測する眼圧計測装置である。第１実施形態では眼球の強膜に対する反射波を検出したが、第２実施形態では眼球の角膜に対する反射波を検出する点が異なる。
このため、第１実施形態と異なる部分について説明をする。

図１１は眼圧計測装置の機能構成を示すブロック図である。図１２は超音波センサー部と眼瞼および眼球との位置を説明する模式断面図である。
図１１に示すように、データ記憶部５０には、波形メモリー５１、校正値メモリー５２、計測値メモリー５３を備えている。
波形メモリー５１では、前回受信した眼球の角膜の前壁と後壁とからの反射波の波形データがストアされている。
校正値メモリー５２では、少なくとも２つの体位の異なる状態で予め計測したそれぞれの眼圧値と、そのときの体位において眼圧計測装置２で計測した角膜からの反射波の波形データおよび角膜厚み変動に対する眼圧値の変化率データがストアされ、これらのデータを用いて計測したデータの校正値として利用する。
計測値メモリー５３では、演算した眼圧値がストアされている。

データ演算部４０には相対変動値演算部４１、変動値判定部４２、角膜厚変動値演算部４８、眼圧値演算部４４を備えている。
相対変動値演算部４１では、波形メモリー５１にストアされた前回受信した眼球の角膜の前壁と後壁とからの反射波の波形データと、今回受信した一次メモリー１８にストアされた眼球の角膜の前壁と後壁とからの反射波の波形データから反射波の波形データの変動値を演算する。
変動値判定部４２では、相対変動値演算部４１で演算した変動値に対して規定値の範囲内か範囲外かを判定する。
角膜厚変動値演算部４８では、校正値メモリー５２でストアされた反射波の波形データと相対変動値演算部４１で演算された反射波の波形データの変動値から、角膜の厚みまたは角膜の厚みの変動値を演算する。
眼圧値演算部４４では、角膜厚変動値演算部４８で演算された角膜の厚みまたは反射波の波形データの変動値と校正値メモリー５２でストアされた眼圧値から今回計測した眼球の眼圧値を演算する。そして、その演算された眼圧値は計測値メモリー５３にストアされる。

また、図１２に示すように本実施形態では、超音波センサー素子１１は上瞼１１２に密着して配置されている。超音波センサー素子１１から超音波が発振され、角膜１２２に当たると、その角膜１２２の前壁および後壁で反射波が生じ、その反射波の受信時間差を検出することで角膜１２２の厚みが算出できる。

以上、本実施形態では角膜からの反射波を利用して、眼圧の計測が行われる。第１実施形態における強膜からの反射波を角膜からの反射波とした点が異なるのみであり、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
なお、上記第１、第２実施形態では眼圧を計測する眼圧計測装置１，２について説明したが、眼球生体情報収集装置として眼軸長の計測、前房深度の計測、水晶体厚の計測などが可能である。

本発明は以上説明した実施形態に限定されるものではなく、本発明の実施の際の具体的な構造および手順は、本発明の目的を達成できる範囲で他の構造などに適宜変更することができる。そして、多くの変形が本発明の技術的思想内で当分野において通常の知識を有するものにより可能である。

１，２…眼球生体情報収集装置としての眼圧計測装置、１０…超音波センサー部、１１…超音波センサー素子、１１ａ…発信素子、１１ｂ…受信素子、１２…センサー回路部、１３…増幅回路、１４…波形形成部、１５…センサー制御部、１６…増幅回路、１７…Ａ／Ｄコンバーター、１８…一次メモリー、２０…基板、２０ａ…開口部、２０ｂ…保護膜、２１…振動膜（メンブレン）、２２ａ…下電極、２２ｂ…上電極、２２ｃ…圧電体膜、２３…ベース基板、２４…フレキシブル基板、２５…接続電極、２６…集積回路、２７…充填樹脂、２８…筐体、２８ａ…開口部、２９…粘弾性部材、３０…本体部、３１…表示部、３２…入力部、３３…時計部、３５…主メモリー、４０…データ演算部、４１…相対変動値演算部、４２…変動値判定部、４３…強膜厚変動値演算部、４４…眼圧値演算部、４８…角膜厚変動値演算部、５０…データ記憶部、５１…波形メモリー、５２…校正値メモリー、５３…計測値メモリー、６０…制御部、６５…タイマー部、６６…タイマー、６７…計測間隔設定部、１００…フレーム、１０１…支持部材、１０２…コード、１１１…下瞼、１１２…上瞼、１２０…眼球、１２１…強膜、１２２…角膜、１２３…硝子体、１２４…水晶体、１２５…前房。

Claims (11)

1. 被検者の頭部に装着して使用される眼球生体情報収集装置であって、
   使用時に前記被検者の眼球に超音波を発信し前記眼球に反射した反射波を受信する超音波センサー部と、
   使用時に前記超音波センサー部を前記被検者の眼瞼に密着させる密着部と、
   前記超音波センサー部で検出された検出データに基づき眼球生体情報を演算するデータ演算部と、
   前記超音波センサー部で検出された検出データおよび前記データ演算部で演算された演算データを記憶するデータ記憶部と、
   時刻情報に基づいて計測タイミングと計測間隔とを設定するタイマー部と、
   前記超音波センサー部、前記データ演算部、前記データ記憶部、前記タイマー部を制御する制御部と、
   を備え、
   前記タイマー部で設定された計測タイミングと計測間隔における眼球の生体情報を得ることを特徴とする眼球生体情報収集装置。
2. 請求項１に記載の眼球生体情報収集装置において、
   前記超音波センサー部は、
   複数の開口部がアレイ状に配置された基板と、
   前記開口部に形成され膜厚方向に変位可能な振動膜と、
   前記振動膜の上に設けられ、２つの電極に接触する圧電体膜を有する超音波センサー素子と、を備える
   ことを特徴とする眼球生体情報収集装置。
3. 請求項２に記載の眼球生体情報収集装置において、
   前記超音波センサー部は、
   前記超音波センサー素子と前記超音波センサー素子で受信した信号を増幅する増幅回路とが一体に備えられている
   ことを特徴とする眼球生体情報収集装置。
4. 請求項１乃至３のいずれか一項に記載の眼球生体情報収集装置において、
   前記データ演算部は前記超音波センサー部で検出した前回の検出データに基づいて変動値を演算する相対変動値演算部と、
   前記相対変動値演算部で演算された変動値の演算データを判定する変動値判定部を備える
   ことを特徴とする眼球生体情報収集装置。
5. 請求項１乃至３のいずれか一項に記載の眼球生体情報収集装置において、
   前記データ記憶部には校正値を記憶する校正値メモリーを有し、
   前記校正値メモリーには、少なくとも２つの異なる体位での眼球生体情報を備える
   ことを特徴とする眼球生体情報収集装置。
6. 請求項５に記載の眼球生体情報収集装置において、
   前記データ記憶部の前記校正値メモリーには、
   校正値として少なくとも２つの異なる体位から得られる眼球の強膜厚み変動に対する眼圧値の変化率データを備え、
   前記データ演算部は前記超音波センサー部で検出した検出データに基づいて眼球の強膜の厚み変動を演算する膜厚変動値演算部と、
   前記校正値メモリーに記憶された校正値と校正時の検出データに基づき、前記膜厚変動値演算部で演算された眼球の強膜の厚み変動から眼圧を演算する眼圧値演算部と、を備える
   ことを特徴とする眼球生体情報収集装置。
7. 請求項５に記載の眼球生体情報収集装置において、
   前記データ記憶部の前記校正値メモリーには、
   校正値として少なくとも２つの異なる体位から得られる眼球の角膜厚み変動に対する眼圧値の変化率データを備え、
   前記データ演算部は前記超音波センサー部で検出した検出データに基づいて眼球の角膜の厚み変動を演算する角膜厚変動値演算部と、
   前記校正値メモリーに記憶された校正値と校正時の検出データに基づき、前記角膜厚変動値演算部で演算された眼球の角膜の厚み変動から眼圧を演算する眼圧値演算部と、を備える
   ことを特徴とする眼球生体情報収集装置。
8. 被検者の頭部に装着した状態で眼球生体情報を得る眼球生体情報収集方法であって、
   被検者の眼瞼に密着した超音波センサー部から、眼球に対して所定の計測タイミングと計測間隔とで超音波の発信および受信を行い、
   前記超音波センサー素子で検出した検出データに基づき眼球生体情報を算出する
   ことを特徴とする眼球生体情報収集方法。
9. 請求項８に記載の眼球生体情報収集方法において、
   前記超音波センサー部で検出した検出データおよび、予め入手した少なくとも２つの異なる体位での眼球生体情報に基づき眼球生体情報を算出する
   ことを特徴とする眼球生体情報収集方法。
10. 請求項８に記載の眼球生体情報収集方法において、
    前記超音波センサー部で検出した検出データに基づいて眼球の強膜の厚み変動を演算し、
    予め入手した少なくとも２つの異なる体位での眼球の強膜からの反射波データと眼圧値に基づいて、眼球の強膜の厚み変動から眼圧を算出する
    ことを特徴とする眼球生体情報収集方法。
11. 請求項８に記載の眼球生体情報収集方法において、
    前記超音波センサー部で検出した検出データに基づいて眼球の角膜の厚み変動を演算し、
    予め入手した少なくとも２つの異なる体位での眼球の角膜からの反射波データと眼圧値に基づいて、眼球の角膜の厚み変動から眼圧を算出する
    ことを特徴とする眼球生体情報収集方法。

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