JP6381976B2 - Biological information measuring device and biological information measuring cuff - Google Patents
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Description
本発明は、電極を用いて生体情報を測定する生体情報測定装置、及び生体情報測定用カフに関する。 The present invention relates to a biological information measuring device that measures biological information using electrodes, and a biological information measuring cuff.
従来、被検者の体表に複数の電極を貼り付け、その電極を介して人体に電流を流し、そのときの電極間の電位差(電圧)を検出し、その電位差に基づいて人体の電気インピーダンス変動を検出することで、呼吸状態や、脈波、血流の状態などの生体情報を測定する装置が開発されている。 Conventionally, a plurality of electrodes are pasted on the body surface of a subject, a current is passed through the human body through the electrodes, a potential difference (voltage) between the electrodes is detected, and the electrical impedance of the human body based on the potential difference An apparatus for measuring biological information such as a respiratory state, a pulse wave, and a blood flow state by detecting a change has been developed.
例えば、特許文献1には、呼吸に応じて変動するインピーダンス変動を検出することで、呼吸状態を測定する装置が開示されている。また、例えば特許文献2には、胸部を挟むように貼着された一対の電極を用いてインピーダンス脈波を検出し、このインピーダンス脈波を用いて脈波伝播速度を計算する技術が開示されている。
For example,
ところで、上述したようなインピーダンスを測定することで生体情報を得る装置においては、インピーダンスを測定するための電極を被検者の体表の所定位置に貼着する必要がある。このため、医療従事者は、その分だけ検査に手間がかかるようになる。また、被検者にとっては、電極が体表に直接触れることになるのでこれを不快と感じる被検者もいる。 By the way, in an apparatus for obtaining biological information by measuring impedance as described above, an electrode for measuring impedance needs to be attached to a predetermined position on the body surface of the subject. For this reason, the medical staff will take time and labor for the examination. In addition, some subjects feel uncomfortable because the electrodes directly touch the body surface.
本発明は、以上の点を考慮してなされたものであり、医療従事者の電極装着に要する手間や、被検者の皮膚に電極が触れることによる不快感を低減し得る生体情報測定装置、及び生体情報測定用カフを提供する。 The present invention has been made in consideration of the above points, and the biological information measuring device that can reduce the labor required for electrode mounting of medical personnel and the discomfort caused by the electrode touching the skin of the subject, And a biological information measurement cuff.
本発明の生体情報測定装置の一つの態様は、
少なくとも1つ以上の電極からなる第1電極と、
少なくとも1つ以上の電極からなる第2電極と、
前記第1電極の少なくとも一部分が表出しないように、前記第1電極をベルト内に収容するカフと、
前記第1及び第2電極を前記第1及び第2電極によって電気的に挟まれる被検者の人体及びその他の物質を誘電体としたコンデンサと見なしたときに、前記コンデンサを含んで構成される共振回路と、
前記第1及び第2電極に高周波定電流を供給する電流供給部と、
前記第1及び第2電極の電圧変化に基づいてインピーダンス変動を検出し、当該インピーダンス変動に基づいて生体情報を検出する検出部と、
を有する。
One aspect of the biological information measuring device of the present invention is:
A first electrode comprising at least one electrode;
A second electrode comprising at least one electrode;
A cuff for accommodating the first electrode in a belt such that at least a portion of the first electrode is not exposed;
When the first and second electrodes are regarded as a capacitor using a human body of the subject and other substances electrically sandwiched by the first and second electrodes as a capacitor, the capacitor is included. A resonant circuit,
A current supply for supplying a high-frequency constant current to the first and second electrodes;
A detector that detects an impedance variation based on a voltage change of the first and second electrodes, and detects biological information based on the impedance variation;
Have
本発明の生体情報測定装置の一つの態様は、
第1カフと、
第2カフと、
前記第1カフ及び前記第2カフのそれぞれに設けられ、少なくとも一部分が前記第1及び第2カフのベルト内に収容されてカフ表面に表出していない電極と、
前記第1及び第2カフの前記電極を前記第1及び第2カフの前記電極によって電気的に挟まれる被検者の人体及びその他の物質を誘電体としたコンデンサと見なしたときに、前記コンデンサを含んで構成される共振回路と、
前記第1カフ及び前記第2カフの前記電極に高周波定電流を供給する電流供給部と、
前記第1カフ及び前記第2カフの前記電極の電圧変化に基づいてインピーダンス変動を検出し、当該インピーダンス変動に基づいて生体情報を検出する検出部と、
を有する。
One aspect of the biological information measuring device of the present invention is:
With the first cuff,
The second cuff,
An electrode that is provided in each of the first cuff and the second cuff, and at least a part of which is accommodated in the belts of the first and second cuffs and not exposed to the cuff surface;
When the electrodes of the first and second cuffs are regarded as capacitors having a human body of a subject and other substances electrically sandwiched by the electrodes of the first and second cuffs as dielectrics, A resonant circuit including a capacitor;
A current supply for supplying a high frequency constant current to the electrodes of the first cuff and the second cuff;
A detecting unit that detects impedance fluctuation based on a voltage change of the electrodes of the first cuff and the second cuff, and detects biological information based on the impedance fluctuation;
Have
本発明の生体情報測定用カフの一つの態様は、
上肢又は下肢に巻きつける袋状のベルトと、
前記ベルト内に設けられた空気袋と、
少なくとも一部分が前記ベルト内に収容されてベルト表面に表出していない平面状電極と、
を有し、
前記平面状電極は、
生体情報を測定するための電流を被検者に供給するための供給用電極と、
前記被検者の電圧を検出するための検出用電極と、
を有し、
前記供給用電極は前記ベルト内に収容されて前記ベルト表面に表出しておらず、
前記検出用電極は前記ベルト内に収容されておらず前記ベルト表面に表出している。
One aspect of the biological information measurement cuff of the present invention is:
A bag-like belt wrapped around the upper or lower limbs;
An air bag provided in the belt;
A planar electrode that is at least partially contained within the belt and not exposed to the belt surface;
I have a,
The planar electrode is
A supply electrode for supplying current to the subject for measuring biological information;
A detection electrode for detecting the voltage of the subject;
Have
The supply electrode is accommodated in the belt and is not exposed on the belt surface,
The detection electrode is not accommodated in the belt and is exposed on the belt surface .
本発明によれば、インピーダンスを測定するための複数の電極のうち、少なくとも一つをカフに設けたので、従来と比較して被検者に電極を容易かつ正確に装着して、インピーダンスを計測できるようになる。また、共振回路を構成したので、被検者の肌に電極を直接触れさせなくても被検者に電流を流すことができるので、電極の全部又は少なくとも一部を被検者の肌に直接触れさせずにインピーダンスを計測できるようになる。これにより、医療従事者の電極装着に要する手間や、被検者の皮膚に電極が触れることによる不快感を低減し得る生体情報測定装置、及び生体情報測定用カフを実現できる。 According to the present invention, since at least one of the plurality of electrodes for measuring impedance is provided in the cuff, the electrode is easily and accurately attached to the subject, and the impedance is measured as compared with the conventional case. become able to. In addition, since the resonance circuit is configured, it is possible to pass a current through the subject without directly touching the electrode on the subject's skin, so that all or at least a part of the electrode is directly applied to the subject's skin. Impedance can be measured without touching. Accordingly, it is possible to realize a biological information measuring device and a biological information measuring cuff that can reduce labor and time required for medical staff to wear electrodes, and discomfort due to the electrodes touching the skin of the subject.
図1は、本実施の形態の基本構成図である。図1の生体情報測定装置10は、第1カフ20と、第2カフ30と、第1カフ20に設けられた電極21、22と、第2カフ30に設けられた電極31、32と、を有する。
FIG. 1 is a basic configuration diagram of the present embodiment. 1 includes a
また、生体情報測定装置10は、第1及び第2カフ20、30の電極21、22、31、32を第1及び第2カフ20、30の電極21、22、31、32によって電気的に挟まれる被検者の人体40及びその他の物質を誘電体としたコンデンサと見なしたときに、このコンデンサを含んで構成される共振回路を有する。共振回路を形成するために、図1の例では、コイル50が設けられている。
Further, the biological
また、生体情報測定装置10は、第1カフ20の電極21及び第2カフ30の電極31に高周波定電流を供給する高周波定電流電源60を有する。
In addition, the biological
さらに、生体情報測定装置10は、第1カフ20の電極22及び第2カフ30の電極32の電圧に基づいてインピーダンス変動を検出し、当該インピーダンス変動に基づいて生体情報を検出する検出部70を有する。実際上、検出部70は、電圧計とフィルタとを有しており、電圧計によって測定した電圧のうち、測定しようとする生体情報に対応する周波数成分をフィルタによって抽出する。つまり、生体情報として、脈波又は呼吸の状態などを検出する場合、これらの生体情報はそれぞれ周波数帯域が異なるので、フィルタによってそれらを分離することで、各生体情報に対応するインピーダンス変動を抽出することができ、そのインピーダンス変動に基づいて各生体情報を得ることができる。
Furthermore, the biological
このように、共振回路を設けたことにより、被検者の肌に電極を直接触れさせなくても被検者に電流を流すことができるので、電極の全部又は少なくとも一部を被検者の肌に直接触れさせずにインピーダンスを計測できるようになる。また、第1カフ20及び第2カフ30のそれぞれに電極を設けたので、第1カフ20及び第2カフ30を被検者に装着するだけで、インピーダンスを計測できるようになる。
As described above, since the resonance circuit is provided, it is possible to flow current to the subject without directly touching the electrode on the subject's skin. Impedance can be measured without touching the skin directly. In addition, since the electrodes are provided on each of the
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
なお、以下の実施の形態では、主に、本発明による生体情報測定装置を脈波伝播速度(PWV:Pulse Wave Velocity)を測定する装置に適用した場合について述べるが、本発明による生体情報測定装置は、PWVを測定する場合に限らず、インピーダンス変動に基づいて生体情報を測定する装置に広く適用できる。 In the following embodiments, the case where the biological information measuring device according to the present invention is applied to a device for measuring a pulse wave velocity (PWV) is described. However, the biological information measuring device according to the present invention is described below. Is widely applicable not only to measuring PWV, but also to devices that measure biological information based on impedance fluctuations.
図2は、本発明の実施の形態に係る生体情報測定装置の全体構成を示す概略図である。 FIG. 2 is a schematic diagram showing the overall configuration of the biological information measuring apparatus according to the embodiment of the present invention.
生体情報測定装置100は、第1カフ110と第2カフ120とを有する。第1カフ110及び第2カフ120のそれぞれには第1電極111及び第2電極121が設けられている。第1カフ110は被検者の上肢に装着され、第2カフ120は被検者の下肢に装着される。本実施の形態では、第1カフ110は左上腕に装着され、第2カフ120は右足首に装着される。
The biological
さらに、生体情報測定装置100は、血圧脈波計測部130、インピーダンス脈波計測部140、心電図計測部150、制御・演算部160、記憶部171、入力部172、表示部173、音声部174及び印字部175を有する。
Furthermore, the biological
制御・演算部160は、CPU(Central Processing Unit)及びメモリ等を有し、メモリに記憶された生体情報測定プログラムをCPUで実行することにより、装置内各部の動作を制御するほか、各種の生体情報を得るために必要な演算を行う。
The control /
記憶部171は、ハードディスク等の記憶装置であり、制御・演算部160の制御に従って測定結果等を記憶する。入力部172は、キーボード、マウス或いはボタン等の入力装置から構成されており、ユーザの操作に応じた操作信号を制御・演算部160に出力する。制御・演算部160は操作信号に応じた制御及び演算を行う。表示部173は、液晶ディスプレイ等のディスプレイ装置であり、制御・演算部160の制御に従って設定画面、操作ガイダンス或いは生体情報検査結果レポート等を表示する。なお、表示部173をタッチパネルにより構成して、表示機能に加えて入力機能も備えたものとしてもよい。音声部174は、スピーカ装置であり、制御・演算部160の制御に従って操作ガイダンス或いはアラーム音等を出力する。印字部175は、サーマルプリンタ等のプリンタ装置であり、制御・演算部160の制御に従って生体情報検査結果レポート等を印字する。
The
血圧脈波計測部130は、各カフ110、120に対する給排気を行うポンプ及び排気弁、各カフ110、120の圧力を検出する圧力センサ、及び、圧力センサによる検出信号に対して増幅等の所定の信号処理を施す信号処理回路等から構成されている。血圧脈波計測部130は、ホースを介してカフ110、120の空気袋に空気を導入することでカフ110、120の内圧(以下、カフの内圧を「カフ圧」という)を加圧すると共に、空気袋から空気を排出することでカフ110、120のカフ圧を減圧する。加圧後のカフ圧の目標値は、圧脈波計測の場合と血圧計測の場合とで異なり、それぞれ個別に設定可能である。
The blood pressure pulse
本実施の形態の場合には、圧脈波の計測とインピーダンス脈波の計測とが同時に行われる。 In the case of the present embodiment, measurement of the pressure pulse wave and measurement of the impedance pulse wave are performed simultaneously.
圧脈波の計測は、第1カフ110及び第2カフ120の両方、或いは、第1カフ110又は第2カフ120のいずれかを用いて行うことができるが、本実施の形態の場合には、心臓200から遠い部位に装着された第2カフ120を用いて圧脈波を測定する。これにより、脈波の伝播経路が長くなるので、PWVの測定精度が向上する。
The measurement of the pressure pulse wave can be performed using both the
圧脈波及びインピーダンス脈波を計測する場合、血圧脈波計測部130は、先ず、カフ110、120のカフ圧が所定値になるまで加圧する。ここで、圧脈波を計測しない方のカフ110も加圧するのは、カフ110に設けられた電極111をインピーダンス脈波の測定のために被検者にできるだけ密着させるためである。本実施の形態では、圧脈波及びインピーダンス脈波を計測する場合のカフ圧を、30〜40mHgに制御する。
When measuring a pressure pulse wave and an impedance pulse wave, the blood pressure pulse
血圧脈波計測部130は、加圧後のカフ120のカフ圧の変動を圧脈波信号として圧力センサで検出し、検出した圧脈波信号を制御・演算部160に出力する。
The blood pressure pulse
一方、血圧計測の場合、血圧脈波計測部130は、減圧中にカフ110及び又は120のカフ圧の振動を圧力センサにより検出しながら、振幅の増大が始まる時点のカフ圧を収縮期血圧として検出すると共に、振動の減少が最も顕著なカフ圧を拡張期血圧として検出する。そして、血圧脈波計測部130は、検出した収縮期血圧及び拡張期血圧をそれぞれ示す血圧信号を制御・演算部160に出力する。
On the other hand, in the case of blood pressure measurement, the blood pressure pulse
心電図計測部150は、各カフ110、120内に設けられた電極111、121に接続されている。心電図計測部150は、電極111、121により検出された検出信号に対して増幅等の所定の信号処理を施す信号処理回路を有する。心電図計測部150は、信号処理後の検出信号を心電図信号として制御・演算部160に出力する。
The
インピーダンス脈波計測部140は、電極111、121に高周波定電流を供給する高周波定電流電源(図1の高周波定電流電源60に対応する)と、高周波定電流を供給したときの電極111、121間の電圧を計測する電圧計(図1の検出部70に対応する)と、計測された電圧に基づいてインピーダンス脈波を得るインピーダンス脈波形成部と、を有する。
The impedance pulse
インピーダンス脈波の計測原理は、既に知られているように、心臓200を通る経路でのインピーダンスは、血流量と血液の赤血球の配列とに応じて変化するといった事実に基づく。具体的には、インピーダンスは、血流量が多いほど、血液の赤血球が整列するほど、小さくなる。ここで、大動脈弁開放前には、大動脈血流はほとんどなく血液の配列もランダムなので、インピーダンスは大きくなる。これに対して、大動脈弁開放後には、大動脈拍動流が生じて血流量が多くなり、大動脈弁を通過する時の血液の赤血球も整列するので、インピーダンスは小さくなる。インピーダンス脈波は、このような大動脈弁からの拍動流によって変動するインピーダンスを計測したものである。インピーダンス脈波を観察することで、大動脈弁から血液が駆出されたタイミングを検出できる。インピーダンス脈波を用いて心臓からの血液の駆出タイミングを検出すれば、血流を直接検出しているので心臓からの血液の駆出タイミングを高精度で検出できる。これに対して、圧電センサ等を用いて心臓の動きを検出することで心臓からの血液の駆出タイミングを検出する方法では、心臓疾患の有無や血圧等に応じて心臓が動き始めてから血液が駆出されるまでの時間間隔が異なるため、心臓の動きから血液の駆出タイミングを正確に推測することは困難である。
The measurement principle of the impedance pulse wave is based on the fact that the impedance in the path through the
ここで、一般にインピーダンス脈波を計測するために用いる高周波定電流の周波数は50kHz前後であり、一方、心電図の成分は高くとも100Hz程度であり、周波数帯域が大きく離れている。よって、これらが混ざり合ったとしても、インピーダンス脈波の成分と心電図の成分はフィルタリングなどでの手法で容易に分離可能なので、インピーダンス脈波測定部140による計測と心電図計測部150による計測は同時に行うことができる。
Here, the frequency of the high-frequency constant current generally used for measuring the impedance pulse wave is around 50 kHz, while the electrocardiogram component is at most about 100 Hz, and the frequency band is greatly separated. Therefore, even if they are mixed, the component of the impedance pulse wave and the component of the electrocardiogram can be easily separated by a technique such as filtering, so the measurement by the impedance pulse
次に、図3及び図4を用いて、インピーダンス脈波と圧脈波とを用いたPWVの算出の方法について説明する。なお、このインピーダンス脈波と圧脈波とを用いたPWVの算出については、例えば特許文献2でも開示された既知の方法なので、ここでは簡単に説明する。
Next, a method for calculating PWV using an impedance pulse wave and a pressure pulse wave will be described with reference to FIGS. 3 and 4. Note that the calculation of PWV using the impedance pulse wave and the pressure pulse wave is a known method disclosed in, for example,
PWVを算出するにあたって、制御・演算部160は、図3に示す処理手順を実行する。制御・演算部160は、ステップS0でPWV算出処理を開始すると、ステップS1において血圧脈波計測部130が加圧するカフ110、120のカフ圧を設定する。本実施の形態の場合には、カフ圧を30〜40mHgに設定する。続く、ステップS2においてインピーダンス脈波計測部140で計測されたインピーダンス脈波を読み込み、ステップS3において血圧脈波計測部130で計測された圧脈波を読み込む。
In calculating the PWV, the control /
ステップS2及びS3で読み込まれるインピーダンス脈波及び圧脈波の様子を、図4に示す。図4では、インピーダンス脈波と圧脈波の時間軸を同一時間軸に合わせて示してある。また、インピーダンス脈波の縦軸は、インピーダンスが小さくなる方向が上方向となるように示してある。 FIG. 4 shows the state of the impedance pulse wave and the pressure pulse wave read in steps S2 and S3. In FIG. 4, the time axis of the impedance pulse wave and the pressure pulse wave is shown in accordance with the same time axis. Further, the vertical axis of the impedance pulse wave is shown so that the direction in which the impedance decreases becomes the upward direction.
ステップS4において、制御・演算部160は、インピーダンス脈波のインピーダンスが小さくなる変化点、及び、圧脈波の圧力が大きくなる変化点を検出する。この変換点を検出するにあたっては、例えば微分法等を用いることができる。図4の例では、インピーダンス脈波は時点t1の点が上述の変化点となっており、圧脈波は時刻t2の点が上述の変化点となっている。
In step S4, the control /
制御・演算部160は、ステップS5において、t2−t1を計算することで、心臓200から第2カフ120の装着部位までの脈波の伝播時間Tを算出する。次に、制御・演算部160は、ステップS6において、予め設定された心臓200から第2カフ120の装着部位までの距離Lを用いて、T/Lを計算することで、PWVを算出する。
In step S <b> 5, the control /
図5は、本実施の形態の第1カフ110及び第2カフ120を内面(装着面)方向から見た平面図であり、図6は、図5のA−A’断面を示す断面図である。
FIG. 5 is a plan view of the
第1カフ110は腕に巻回させる腕帯112と、腕帯112内に設けられた空気袋113と、腕帯112の表面に固定して設けられた電極111と、を有する。電極111は、第1カフ110の幅方向に所定間隔だけ隔てられて設けられた2つの電極111a、111bからなる。
The
各電極111a、111bは、第1カフ110の長手方向に延在するように設けられている。電極111a、111bは銅などの金属箔により構成されている。なお、電極111a、111bを導電性の布により形成すれば、肌触りが良くなるので好適である。導電性の布は導電性の高い繊維から作成すればよい。
Each
空気袋113には、血圧脈波計測部130へと繋がるホース114が取り付けられている。また、各電極111a、111bには、リード線(図示せず)が取り付けられている。各電極111a、111bに取り付けられたリード線は両方ともインピーダンス脈波計測部140に接続されていると共に、各電極111a、111bに取り付けられたリード線のうちいずれか一つは心電図計測部150に接続されている。
A
同様に、第2カフ120は足首に巻回させる足帯122と、足帯122内に設けられた空気袋123と、足帯122の表面に固定して設けられた電極121と、を有する。電極121は、第2カフ120の幅方向に所定間隔だけ隔てられて設けられた2つの電極121a、121bからなる。各電極121a、121bは、第2カフ120の長手方向に延在するように設けられている。電極121a、121bは銅などの金属箔により構成されている。なお、電極121a、121bを導電性の布により形成すれば、肌触りが良くなるので好適である。空気袋123には、血圧脈波計測部130へと繋がるホース124が取り付けられている。また、各電極121a、121bには、リード線(図示せず)が取り付けられている。各電極121a、121bに取り付けられたリード線は両方ともインピーダンス脈波計測部140に接続されていると共に、各電極121a、121bに取り付けられたリード線のうちいずれか一つは心電図計測部150に接続されている。
Similarly, the
図7は、各電極111a、111b、121a、121bの電気的接続及び作用の説明に供する図である。
FIG. 7 is a diagram for explaining the electrical connection and operation of the
高周波定電流電源141及び電圧計142は、インピーダンス脈波計算部140に設けられている。高周波定電流電源141には電極111b、121bが接続され、これにより電極111b、121b間に高周波定電流が供給される。電極111b、121bよりも内側(心臓200に近い方)に配置された電極111a、121a間の電圧が電圧計142により測定され、インピーダンス脈波計測部140は測定された電圧に基づいてインピーダンス脈波(つまり心臓200を通る経路でのインピーダンス)を計測する。なお、インピーダンス脈波の求め方は、特許文献1でも開示されたように既知の技術なのでここでの説明は省略する。例えば、インピーダンス脈波は、測定されたインピーダンスから心拍同期性成分を基本波とする成分をフィルタリングにより抽出することで検出することができる。
The high frequency constant
このように、電極111b、121bに高周波定電流を供給すると、電極111b、121b間に電流が流れる。電極111b、121bに流れる電流値は、一定電流であるので、電圧値は上述したように心臓から駆出される血液によって変化する。インピーダンス脈波計測部140は、この電圧値の変化を電圧計によって検出し、それを基にインピーダンス脈波を得る。
Thus, when a high frequency constant current is supplied to the
このように、第1カフ110及び第2カフ120にそれぞれ電極111、121を設け、この電極111、121を用いてインピーダンス脈波を測定するようにしたので、第1カフ110及び第2カフ120を被検者の所定部位に装着するだけで、インピーダンス脈波及び圧脈波を計測でき、それに基づいて精度の良い脈波伝播速度を算出できる。この結果、測定具の装着の手間が少なく、かつ、簡易な構成でありながら、脈波伝播速度を精度良く測定できるようになる。すなわち、従来のようにカフと別体にインピーダンス脈波測定用の電極を設ける場合と比較して、カフ110、120を所定部位に取り付けさえすれば、高周波定電流供給用の電極111b、121bと、電圧検出用の電極111a、121aとの位置関係も自ずと決まるので、医療従事者が電極の取り付け位置に気を遣わなくても、良好なインピーダンス脈波を得ることができるようになる。
As described above, the
さらには、第1カフ110及び第2カフ120を用いて、心電図及び血圧を計測することも可能となる。
Furthermore, it is possible to measure an electrocardiogram and blood pressure using the
また、カフ110、120の圧力を用いて、電極111、121を人体に押し付けることができるので、電極を皮膚に貼着させるなどの手間がかからない。なお、発明者らは、実験により、圧脈波を検出するのに好適な30〜40mHgのカフ圧の条件下で、電極111、121により良好なインピーダンス脈波を得ることができることを確認している。
Moreover, since the
さらに、本実施の形態の生体情報測定装置100は、カフ110、120を装着するだけで、PWVと、心臓から血液が駆出されるタイミングと、血圧とを測定できるので、CAVI(Cardio-Ankle Vascular Index)を容易に得ることができるようになる。
Furthermore, the biological
なお、上述の実施の形態では、各カフ110及び120に2つの電極111a、111b及び121a、121bを設けた場合について述べたが、各カフ110、120に1つの電極を設け、その電極間に高周波定電流を供給し、その電極間の電圧を検出することで、インピーダンス脈波を検出することもできる。図8は、そのときの各電極111、121の電気的接続及び作用の説明に供する図である。電圧計142を高周波定電流電源141に並列に接続し、電極111、121間に高周波定電流を供給したときの電圧降下を電圧計142で測定することで、電極111、121間のインピーダンスの変化を測定すればよい。但し、測定の安定度の点では、実施の形態のように各カフ110及び120に2つの電極111a、111b及び121a、121bを設ける方が好ましい。測定の安定度とは、測定対象である心臓から駆出される血液によるインピーダンスの変化以外の、呼吸や体動などのような動きによる測定値への影響の受けにくさのことを意味する。つまり、実施の形態のように、高周波定電流供給用の電極111b、121bと電圧測定用の電極111a、121aとを分けた方が、図8のように高周波定電流供給用の電極と電圧測定用の電極とを共用するよりも、測定の安定度が高くなり、呼吸や体動などによる測定値への影響が小さいSNの良い測定値を得ることができるようになる。
In the above-described embodiment, the case where the two
また、図7との対応部分に同一符号を付した図9に示すように、高周波定電流電源141と直列にコイル300を接続することで、直列共振回路を構成すれば、電極111と皮膚の間に布や着衣などの絶縁物301、302が介在した場合でも、高周波電流を流すことができるので、インピーダンス脈波を測定できるようになる。
Further, as shown in FIG. 9 in which the same reference numerals are assigned to the corresponding parts as in FIG. 7, by connecting the
因みに、図9〜図12に示した構成が、図1に示した構成に対応した構成である。 Incidentally, the configuration shown in FIGS. 9 to 12 corresponds to the configuration shown in FIG.
なお、図9では、高周波定電流電源141と第1電極111との間にコイル300を接続しているが、高周波定電流電源141と第2電極121との間にコイルを接続してもよい。図10の回路は、図9の回路に関する等価回路を示すものである(電圧計142は省略してある)。第1電極111及び第2電極121は、被検者とその他の布や着衣などを挟んだコンデンサ400と見なすことができる。そして、被検者の人体及びその他の物質(布や着衣など)はコンデンサ400の誘電体と見なすことができる。このとき、コイル300のインダクタンスを、コイル300とコンデンサ400とによる直列LC回路の共振周波数が供給する高周波定電流の周波数に一致するように設定するか、あるいは、供給する高周波定電流の周波数をコイル300とコンデンサ400とによる直列LC回路の共振周波数に一致するように設定する。このようにすることで、電極111、121と人体(被検者)との間に、布や着衣などが介在した場合でも、人体にインピーダンス脈波の計測に必要な高周波定電流を流すことができるようになるので、インピーダンス脈波を測定可能となる。
In FIG. 9, the
また、このような共振構成を採用すれば、図6との対応部分に同一符号を付した図11に示すように、電極111a(111b、121a、121b)を、カフ110(120)の腕帯112(足帯122)の内部に配置しても、インピーダンス脈波を測定できるようになる。同様に、図12に示すように、電極111a(111b、121a、121b)を布500などで覆ってもインピーダンス脈波を測定できるようになる。このようにすれば、電極を被検者の肌に直接触れさせずにインピーダンス脈波を測定できるようになるので、被検者に不快感をもたせずに測定を行うことができるようになる。また電極の損傷を防止することもできる。さらに、図1との対応部分に同一符号を付した図13に示すように、電圧測定側の回路にもコイル51を設けて共振回路を構成すれば、高感度に電圧を検出できるようになる。つまり、図1に示したように高周波定電流の供給側のみを共振回路構成としてもよく、図13に示したように高周波定電流の供給側及び電圧の測定側の両方を共振回路構成にしてもよい。さらには、電圧の測定側のみを共振回路構成にしてもよい。なお、電圧の測定側を共振回路構成にする場合には、検出部70に対してコイルを並列に接続することで並列LC共振回路としてもよい。
Further, if such a resonance configuration is adopted, as shown in FIG. 11 where the same reference numerals are given to the corresponding parts to FIG. 6, the
ただし、測定感度の点からは、電極のうち、電圧を測定する電極(実施の形態の場合、電極111a、121a)は被検者の肌に直接触れていた方がよい。つまり、高周波定電流が供給される一対の電極111b、121bは布などを介在させ、電圧を測定する電極111a、121aは被検者の肌に直接触れるようにすれば、測定感度を維持しつつ、被検者の肌に触れる電極の面積を小さくすることができ、被検者の不快感を低減できる。上述の共振構成を採用すれば、空気袋113、123を導電材料によって形成すれば、空気袋113、123を電極として用いることができるようになる。
However, from the viewpoint of measurement sensitivity, it is better that the electrode for measuring the voltage (in the case of the embodiment, the
また、共振回路を形成したことにより、人体に低い周波数は流れにくくし、高い周波数の電流のみ流れるようにすることができる。この結果、誤って人体に有害な低い周波数の電流が流れることを防止できる。よって、安全性の高い測定を実現できる。 In addition, since the resonant circuit is formed, it is difficult for a low frequency to flow through the human body, and only a high frequency current can flow. As a result, it is possible to prevent a low-frequency current that is harmful to the human body from flowing by mistake. Therefore, highly safe measurement can be realized.
また、上述の実施の形態では、電極111及び121を、それぞれ、カフ110、120の幅方向に所定間隔だけ隔てられ、カフ110、120の長手方向に延在するように設けられた2つの電極111a、111b及び121a、121bにより構成した場合について述べたが、電極111及び121の配置はこれに限らない。例えば、図5との対応部分に同一符号を付した図14に示すように、電極111及び121を、それぞれ、カフ110、120の長手方向に所定間隔だけ隔てられ、カフ110、120の幅方向に延在するように設けられた2つの電極111a、111b及び121a、121bにより構成してもよい。但し、図5に示したように、電極111、121は、カフ110、120の長手方向に延在するように設けると、人体に密着又は対向する面積が大きくなるので、より良好なインピーダンス脈波を計測できるようになる。
In the above-described embodiment, the
因みに、インピーダンス脈波を測定する観点からは、高周波定電流が供給される一対の電極111b、121bは、電圧が測定される一対の電極111a、121aよりも、心臓から離れた位置に配置されることが好ましい。よって、カフ110、120の装着時に医療従事者が各電極がそのような位置関係となるようにカフ110、120を装着できるように、カフ110、120を装着させる向きをカフ110、120に明示しておくとよい。
Incidentally, from the viewpoint of measuring the impedance pulse wave, the pair of
さらに、上述の実施の形態では、カフ110が左腕に装着されるものでありかつカフ120が右足に装着されるものである場合について述べたが、カフ110が右腕に装着されるものでありかつカフ120が左足に装着されるものであってもよい。要は、一方のカフ110を被検者の上肢に装着し、他方のカフ120を被検者の下肢に装着すればよい。換言すれば、カフ110、120は、人体を介してカフ110とカフ120に電流を流したときに、その電流が心臓200を通過するような位置に装着すればよい。
Further, in the above-described embodiment, the case where the
さらに、図1、図9〜図13に示した共振回路を用いた構成は、PWVを測定する場合に限らず、インピーダンス変動に基づいて生体情報を測定する装置に広く適用できる。その場合、カフを装着する位置は、必ずしも上肢及び下肢である必要はない。 Furthermore, the configuration using the resonance circuit shown in FIG. 1 and FIGS. 9 to 13 is not limited to the case of measuring PWV, but can be widely applied to devices that measure biological information based on impedance fluctuations. In that case, the position where the cuff is worn does not necessarily have to be the upper limb and the lower limb.
さらに、上述の実施の形態では、インピーダンスを測定する電極をそれぞれカフ110、120(20、30)に設けた場合について述べたが、インピーダンスを測定する一方の電極のみをカフに設け、もう一方の電極はカフに設けずに被検者に取り付けるようにしてもよい。例えば図2において、電極121は実施の形態で説明したようにカフ120に設けてカフ120と共に被検者に下肢に装着するのに対して、電極111はカフ110に設けずに、被検者の頭部や頸部、上肢などにカフ110に依らず取り付ける。この電極111の被検者への取り付けは、例えば従来と同様に粘着テープなどを用いて被検者の体表に貼着すればよい。電極111を取り付ける位置は、人体を介して電極121と電極111との間に電流を流したときに、その電流が心臓200を通過するような位置であればよい。換言すれば、電極121と電極111が心臓200を挟んだ位置に配置されるように、電極111を取り付ければよい。
Further, in the above-described embodiment, the case where the electrodes for measuring the impedance are provided in the
このように、一方の電極をカフに設けない場合には、両方の電極をカフに設ける場合と比較すると、装着の自由度が増すといった利点がある。 Thus, when one electrode is not provided in the cuff, there is an advantage that the degree of freedom of mounting is increased as compared with the case where both electrodes are provided in the cuff.
上述の実施の形態は、本発明を実施するにあたっての具体化の一例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその要旨、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。 The above-described embodiments are merely examples of implementation in carrying out the present invention, and the technical scope of the present invention should not be construed as being limited thereto. That is, the present invention can be implemented in various forms without departing from the gist or the main features thereof.
本発明は、電極を用いて生体情報を測定する生体情報測定装置に適用し得る。 The present invention can be applied to a biological information measuring device that measures biological information using electrodes.
10、100 生体情報測定装置
20、30、110、120 カフ
21、22、31、32、111、121 電極
40 人体
50、51、300 コイル
60、141 高周波定電流電源
70 検出部
112 腕帯
113、123 空気袋
122 足帯
130 血圧脈波計測部
140 インピーダンス脈波計測部
150 心電図計測部
160 制御・演算部
200 心臓
10, 100 Biological
Claims (12)
少なくとも1つ以上の電極からなる第2電極と、
前記第1電極の少なくとも一部分が表出しないように、前記第1電極をベルト内に収容するカフと、
前記第1及び第2電極を前記第1及び第2電極によって電気的に挟まれる被検者の人体及びその他の物質を誘電体としたコンデンサと見なしたときに、前記コンデンサを含んで構成される共振回路と、
前記第1及び第2電極に高周波定電流を供給する電流供給部と、
前記第1及び第2電極の電圧変化に基づいてインピーダンス変動を検出し、当該インピーダンス変動に基づいて生体情報を検出する検出部と、
を有する生体情報測定装置。 A first electrode comprising at least one electrode;
A second electrode comprising at least one electrode;
A cuff for accommodating the first electrode in a belt such that at least a portion of the first electrode is not exposed;
When the first and second electrodes are regarded as a capacitor using a human body of the subject and other substances electrically sandwiched by the first and second electrodes as a capacitor, the capacitor is included. A resonant circuit,
A current supply for supplying a high-frequency constant current to the first and second electrodes;
A detector that detects an impedance variation based on a voltage change of the first and second electrodes, and detects biological information based on the impedance variation;
A biological information measuring device.
第2カフと、
前記第1カフ及び前記第2カフのそれぞれに設けられ、少なくとも一部分が前記第1及び第2カフのベルト内に収容されてカフ表面に表出していない電極と、
前記第1及び第2カフの前記電極を前記第1及び第2カフの前記電極によって電気的に挟まれる被検者の人体及びその他の物質を誘電体としたコンデンサと見なしたときに、前記コンデンサを含んで構成される共振回路と、
前記第1カフ及び前記第2カフの前記電極に高周波定電流を供給する電流供給部と、
前記第1カフ及び前記第2カフの前記電極の電圧変化に基づいてインピーダンス変動を検出し、当該インピーダンス変動に基づいて生体情報を検出する検出部と、
を有する生体情報測定装置。 With the first cuff,
The second cuff,
An electrode that is provided in each of the first cuff and the second cuff, and at least a part of which is accommodated in the belts of the first and second cuffs and not exposed to the cuff surface;
When the electrodes of the first and second cuffs are regarded as capacitors having a human body of a subject and other substances electrically sandwiched by the electrodes of the first and second cuffs as dielectrics, A resonant circuit including a capacitor;
A current supply for supplying a high frequency constant current to the electrodes of the first cuff and the second cuff;
A detecting unit that detects impedance fluctuation based on a voltage change of the electrodes of the first cuff and the second cuff, and detects biological information based on the impedance fluctuation;
A biological information measuring device.
請求項1又は請求項2に記載の生体情報測定装置。 The resonance frequency of the resonance circuit matches the frequency of the high-frequency constant current.
The biological information measuring device according to claim 1 or 2.
前記高周波定電流を被検者に供給するための供給用電極と、
前記電圧変化を検出するための検出用電極と、
を有する請求項1に記載の生体情報測定装置。 The first electrode and the second electrode are respectively
A supply electrode for supplying the high-frequency constant current to the subject;
A detection electrode for detecting the voltage change ;
The biological information measuring device according to claim 1, comprising:
前記高周波定電流を被検者に供給するための供給用電極と、
前記電圧変化を検出するための検出用電極と、
を有する請求項2に記載の生体情報測定装置。 The electrodes of the first cuff and the second cuff are respectively
A supply electrode for supplying the high-frequency constant current to the subject;
A detection electrode for detecting the voltage change ;
The biological information measuring device according to claim 2, comprising:
前記検出用電極は前記ベルト内に収容されておらず前記ベルト表面に表出している、
請求項5に記載の生体情報測定装置。 The supply electrode is accommodated in the belt and is not exposed on the belt surface,
The detection electrode is not accommodated in the belt and is exposed on the belt surface,
The biological information measuring device according to claim 5 .
請求項1から請求項6のいずれか一項に記載の生体情報測定装置。 The electrode is planar.
The biological information measuring device according to any one of claims 1 to 6.
請求項1から請求項7のいずれか一項に記載の生体情報測定装置。 The detection unit detects a state of a pulse wave or a breath as the biological information.
The biological information measuring device according to any one of claims 1 to 7.
請求項4又は請求項5に記載の生体情報測定装置。 Having an electrocardiogram measurement unit for measuring an electrocardiogram using the detection electrode;
The biological information measuring device according to claim 4 or 5.
請求項2、請求項5又は請求項6に記載の生体情報測定装置。 Having a blood pressure measurement unit for measuring blood pressure using the cuff;
The biological information measuring device according to claim 2, 5 or 6 .
前記ベルト内に設けられた空気袋と、
少なくとも一部分が前記ベルト内に収容されてベルト表面に表出していない平面状電極と、
を有し、
前記平面状電極は、
生体情報を測定するための電流を被検者に供給するための供給用電極と、
前記被検者の電圧を検出するための検出用電極と、
を有し、
前記供給用電極は前記ベルト内に収容されて前記ベルト表面に表出しておらず、
前記検出用電極は前記ベルト内に収容されておらず前記ベルト表面に表出している、
生体情報測定用カフ。 A bag-like belt wrapped around the upper or lower limbs;
An air bag provided in the belt;
A planar electrode that is at least partially contained within the belt and not exposed to the belt surface;
Have
The planar electrode is
A supply electrode for supplying current to the subject for measuring biological information;
A detection electrode for detecting the voltage of the subject;
Have
The supply electrode is accommodated in the belt and is not exposed on the belt surface,
The detection electrode is not accommodated in the belt and is exposed on the belt surface,
Cuff for measuring biological information.
前記ベルト内に設けられた空気袋と、
少なくとも一部分が前記ベルト内に収容されてベルト表面に表出していない平面状電極と、
を有し、
前記空気袋の少なくとも一部分が導電性材料により形成されており、前記空気袋が前記平面状電極として機能する、
生体情報測定用カフ。 A bag-like belt wrapped around the upper or lower limbs;
An air bag provided in the belt;
A planar electrode that is at least partially contained within the belt and not exposed to the belt surface;
Have
At least a portion of the air bag is formed of a conductive material, and the air bag functions as the planar electrode;
Raw body information cuff.
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