JP6643216B2 - 拍動検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、拍動検出装置に係り、例えば心拍や脈拍などの拍動を検出する装置に適用して有効な技術に関する。

従来、心拍や脈波（脈拍）を検出するために、マイクロホンを用いた拍動検出装置で血管内の圧力を測定する方法が広く用いられてきた。心音マイクロホン装置に代表されるような拍動検出装置には、空気伝導形と直接伝導形（加速度形、ペロッテ形）がある。

空気伝導形は、音圧を電気信号に変換する音圧・電気変換として、例えばコイルが永久磁石の磁界中にセットされた小型ダイナミックスピーカのような動電型を採用するもの、或いは、振動膜と背極を持ったコンデンサマイクのような静電型を採用するものがあり、いずれも被検体表面とマイクロホンの間に空気室を介在させて動脈真上の圧力変化を検出している。空気伝導型は駆動検出装置の改良型としてマイクロホンの前面で被検体に当たる部分にシリコンゴムなどの振動膜を設けたもの、更に、マイクロホンが動脈真上に位置するように、振動膜に突起を設けたものなどがある。

直接伝導形は、振動を電気信号に変換する振動・電気変換として、例えば圧電或いは電歪素子を利用し、ケース内に燐青銅などの支持バネで両端を弾性的に支持した錘の上に圧電素子を設けたような加速度型を採用したもの、或いは、振動・電気変換として例えば圧電素子又は導電コイルを利用し、ゴム円筒状の周辺支持具内に小さなペロッテ（接触子）がダンパーゴムを介して支持バネに接続され、その上端に設けられたコイルが永久磁石の磁界中にセットされたようなペロッテ型を採用したものがある。直接伝導型はケースやペロッテを直接動脈真上の皮膚に押し当てて血管内の圧力変動による振動を検出する。一般に、直接伝導型のペロッテ型の拍動検出装置は、体表面に３００ｇ近くの重量で圧着される。また、加速度形のものは、小型軽量（３０ｇ）で人体に判創膏で固定することができる。

また、直接伝導型の拍動検出装置として特許文献１，２に記載されているように、マイクロホンの前面に振動伝達部材としてシリコンゴムなどの弾性体から成るバルク状の振動伝達部材を配置し、マイクロホン及び振動伝達部材の周側を制振部材で覆って感度を良くした構造が開示されている。

特開２０１４−４５９１７号公報 特開２０１４−４５９１８号公報

上記の拍動検出装置は、音圧・電気変換や振動・電気変換に要する電力が非常に少なく、しかも単純な構造で構成できるので、低消費電力、低価格といった面で拍動検出装置に最も適した特徴を持っている。

しかしながら従来の拍動検出装置は、空気伝導形では、被検体の表面に接する開口部や振動膜の形状が平面、又は平面上に一部突起を設けたものであり、腕や指などの曲面や凹凸のある部分などで使用すると、一部分でしか接することができない。この点に関し、発明者の検討によれば空気室の前面に配置された振動膜には比較的大きな張力がかかっているので柔軟性に劣るためであると考えられる。また、特許文献１，２のようにマイクロホンの前面にバルク状の振動伝達部材を配置した構造は張力をかけた振動膜が不要であっても、バルク状の振動伝達部材も同様に被検体の曲面や凹凸に沿って柔軟に変形し難いことに変わりはない。被検体との接触部分の柔軟性に劣るという点は、マイクロホンを極力血管に近づけて拍動を検出することができないといった問題を含んでいる。また、マイクロホンによる感度は振動膜の面積、特に被検体との接触面積に大きく関係するので、単に振動膜を小型化してその全体を被検体に接触させればよいというものでないことは当然であり、振動膜を大きいままで用いたとしても振動膜の一部しか被検体に接触できないことに変わりなく、拍動の検出感度を思うように向上させることができないという問題があった。

このような従来の空気伝導型の拍動検出装置の構造や大きさは、被検体の表面直下の血管に安定して極力近づけることを阻害し、利用に際して著しく不便なものになっていた。加速度型、ペロッテ型の拍動検出装置も、こうした被検体の凸凹部に接触子を押し付けて、狙った正しい位置に留めて常に安定した押圧し続けることは構造的にも操作上も難しく、検出感度の低下や不便な点は上記同様であった。しかも、利用者は検出に際して体を動かさないようにし、拍動検出装置が正常な位置に留まるようにすることが必要であった。

本発明の目的は、被検体のさまざまな部位に対し動いている状態でも簡単に心音や脈拍などの測定を行うことができる拍動検出装置を提供することにある。

本発明の前記並びにその他の目的と新規な特徴は本明細書の記述及び添付図面から明らかになるであろう。

本願において開示される発明のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば下記の通りである。本項の説明で括弧を付して参照する図面中の参照符号はそれが付された構成要素の概念に含まれるものを例示するに過ぎない。

〔１〕すなわち、拍動検出装置（ＳＮＳＲ）は、音圧を受けて電気信号に変換するマイクロホン（２）と、前記マイクロホンを取り付けたケーシング（１）と、前記マイクロホンの音圧入力面に連通させて前記ケーシングの正面側に形成された空気室（３，４）と、を有する。前記空気室は、前記マイクロホンを内包するように前記ケーシングの周縁部に固定されていて外表面を被検体（５）の表面に接触可能とする振動膜（３１，４１）と、前記振動膜の内表面に係合して内部空間（３０，４０）を形成するように当該振動膜を立体的に支えると共に被検体への押圧力に抗する大小異なる機械インピーダンスを前記振動膜の異なる部位に形成する支持部材（３２〜３４、４２）と、を有する。

上記によれば、支持部材で支持された振動膜を被検体の計測部位近傍の表面に押し付けながら、被検体内部の動脈から外れた骨部、筋又は腱の直上の空気室の部位（ＭＩＰ２）が大きな機械インピーダンスによってその押圧力に抗し、動脈直上の空気室の部位（ＭＩＰ１）が小さな機械インピーダンスによってその押圧力に抗するようにして、計測部位に対して振動膜の押圧位置を決定する。機械インピーダンスは、作用した力に対する変位の速度の割合であり、同じ力であれば変位の速度が小さいほど機械インピーダンスは大きくなる。機械インピーダンスの大きな部分では押圧力に対して大きく変位することなく振動膜を支え、機械インピーダンスの小さな部分では拍動に追従して振動膜が変位する。振動膜を被検体の計測部位近傍の表面に押し付けた状態で、骨部や筋などの直上の機械インピーダンスの大きな部分と、動脈などの直上の機械インピーダンスの小さな部分とが分離される。これにより、被検体に振動膜を強く押し付けても動脈直上の機械インピーダンスは小さな値を保つことができ、その部分の振動膜を動脈に近づけることができるから、機械インピーダンスの小さな部分では拍動に追従して変位する振動膜による音圧の周期的変化を感度良く検出することができる。そして、支持部材は振動膜の内表面に係合して内部空間を形成するように当該振動膜を立体的に支えるから、その内部空間は小さな機械インピーダンスの部位が大きく振動することを阻むことはない。したがって、血管内の圧力変化は周辺の筋や腱にじゃまされることなく正確に振動膜に伝わることになり、外来の音や振動による雑音に影響され難い、最適な心音や脈拍の検出が可能になる。

〔２〕前記ケーシングは前記空気室の内部空間を大気圧に連通させる所定の内径と長さを持つ気圧調整孔（１２）を設けるのが好適である。マイクロホンは空気伝導型であり、音圧・電気変換が動電型によるものでも静電型によるものでもよい。マイクロホンは脈拍などの拍動の周期波形を測定できるだけの、十分な低周波の測定周波数帯域が必要である。したがって、空気室の内部空間を外気に通じる小さな孔の気圧調整孔の内径と長さによって気圧調整と下限周波数の調整を行うことができる。

〔３〕拍動検出装置の代表的な一つの形態（図１、図２、図７）として、前記支持部材は、ケーシングの任意の位置に立設された支柱（３２，３３，３４）であり、支柱に接していない部位（ＭＩＰ１）における振動膜の機械インピーダンスは支柱に接した部位（ＭＩＰ２）における振動膜の機械インピーダンスよりも小さくされる。

これによれば、支柱に接している振動膜の部分と支柱に接していない振動膜の部分で機械インピーダンスの大小が予め決定されている。したがって、支持部材で支持された振動膜を被検体の計測部位近傍の表面に押し付けるときは、被検体内部の動脈から外れた骨部、筋又は腱の直上に支柱を位置させて振動膜を安定に支え、動脈直上に配置した機械インピーダンスの小さな部位を拍動に追従させて変位させる。機械インピーダンスの大きな部分の振動膜は支柱によって支えられているので、測定に際して振動膜を被検体の表面に押し付けながら骨部、筋又は腱の位置を探ることができるから、振動膜の押し付け位置を容易に確定させることができる。

〔４〕上記において前記支柱は、粘弾性体又はゴム弾性体で形成するのがよい。振動膜を被検体の表面に押し付けたとき支柱のダンパー効果を期待することができる。

〔５〕振動膜はマイクロホンを内包するようにケーシングの周縁部に固定され内部空間を形成して振動可能にされているので振動膜それ自体に特別な柔軟性が要求されるものではないが、前記振動膜を前記支柱よりも柔軟なゴム弾性体から構成することによって、更なる検出感度の向上に寄与する。

〔６〕上記において前記支柱として長さの異なる複数個の支柱を採用し、被検体と接触可能とされる振動膜の外表面の一部を他よりも長い支柱で支えて突出させてよい。これによれば、機械インピーダンスの大きな突出部分を被検体に強く押し当てても機械インピーダンスの小さな部位に作用する反力対が大きくなることを緩和することができ、結果として、被検体に振動膜を押し当て位置決めするときの安定性が増し、検出感度の更なる向上に寄与する。

〔７〕上記において、振動膜の外表面の一部を突出させる形状として、中央部が凹状の立体的な形状を前記振動膜に採用してよい。

〔８〕上記同様に、振動膜の外表面の一部を突出させる形状として、中央部が凸状の立体的な形状を前記振動膜に採用してよい。

〔９〕拍動検出装置の代表的な他の形態（図９、図１０、図１２、図１３）として、前記支持部材を熱可塑性エラストマーから成る繊維の連続線条体を曲りくねらせたランダムループの接合構造体（４２）とし、被検体への押圧力に抗する力が小さな部位（ＭＩＰ１）における振動膜の機械インピーダンスは当該被検体への押圧力に抗する力が大きな部位（ＭＩＰ２）における振動膜の機械インピーダンスよりも小さくなるようにする。

これによれば、振動膜の異なる部に発生される機械インピーダンスの大小は予め決定されず、実際に振動膜を被検体の表面に押し当てた状態で決定される。即ち、被検体内部の動脈から外れた骨部、筋又は腱の直上の空気室の部位では接合構造体が大きく圧縮して大きな機械インピーダンスを生じ、動脈直上の空気室の部位では接合構造体が左程圧縮せずに小さな機械インピーダンスを生ずる。このように、実際に振動膜を押し当てた場所に応じて空気室の機械インピーダンスの大小を動的に決定することができる。したがって、複雑な被検体の表面形状若しくは被検体の骨部や動脈など複雑な内部配置に都合良く合わせながら動脈の直上若しくは近傍に小さな機械インピーダンスの領域を容易に配置することができる。

〔１０〕前記連続線条体は例えば線径が０．１ｍｍ乃至３．０ｍｍである。

〔１１〕上記において前記振動膜はゴム弾性体で形成するのがよい。振動膜はマイクロホンを内包するようにケーシングの周縁部に固定され内部空間を形成して振動可能にされているので振動膜それ自体に特別な柔軟性が要求されるものではないが、前記振動膜をゴム弾性体で構成することによって、更なる検出感度の向上に寄与する。

〔１２〕上記において前記振動膜の表裏方向における前記接合構造体の厚さ寸法を部分的に相違させ、被検体と接触可能とされる外表面の一部が前記接合構造体の厚さ寸法に応じて突出されているように前記振動膜を形成してよい。これによれば、機械インピーダンスの大きな突出部分を被検体に強く押し当てても機械インピーダンスの小さな部位に作用する反力が大きくなることを緩和することができ、結果として、被検体に振動膜を押し当て位置決めするときの安定性が増し、検出感度の更なる向上に寄与する。

〔１３〕振動膜の外表面の一部を突出させる形状として、中央部が凹状の立体的な形状を前記振動膜に採用してよい。

〔１４〕上記同様に、振動膜の外表面の一部を突出させる形状として、中央部が凸状の立体的な形状を前記振動膜に採用してよい。

本願において開示される発明のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば下記の通りである。

すなわち、被検体のさまざまな部位に対し動いている状態でも簡単に心音や脈拍などの測定を行うことができる拍動検出装置を提供することができる。

図１は本発明に係る拍動検出装置の第１の例を示す横断面図である。 図２は図１に示される拍動検出装置の一部切欠した斜視図である。 図３は図１に示される拍動検出装置の底面図である。 図４は図１に示される拍動検出装置の側面図である。 図５は図１に示される拍動検出装置の気圧調整孔の例を示す断面図である。 図６は図１に示される拍動検出装置の使用例を示す説明図である。 図７は本発明に係る拍動検出装置の第２の例を示す横断面図である。 図８は図７の拍動検出装置の使用例を示す説明図である。 図９は本発明に係る拍動検出装置の第３の例を示す横断面図である。 図１０は図９に示される拍動検出装置の一部切欠した斜視図である。 図１１は図９の拍動検出装置の使用例を示す説明図である。 図１２は本発明に係る拍動検出装置の第４の例を示す横断面図である。 図１３は本発明に係る拍動検出装置の第５の例を示す横断面図である。 図１４は本発明に係る拍動検出装置による手首からの検出波形を例示する波形図である。 図１５は従来の心音センサーによる手首からの検出波形を例示する波形図である。 図１６は本発明に係る拍動検出装置による指先先端部からの検出波形を例示する波形図である。 図１７は従来の心音センサーによる指先先端部からの検出波形を例示する波形図である。 図１８は本発明の拍動検出装置を椅子の座面に組み込んだ状態を例示する説明図である。 図１９は本発明に係る拍動検出装置による臀部からの検出波形を例示する波形図である。 図２０は従来の心音センサーによる臀部からの検出波形を例示する波形図である。

図１及び図２には本発明に係る拍動検出装置の第１の例が示される。同図に示される拍動検出装置ＳＮＳＲは心拍や脈拍などの拍動を検出する装置である。

拍動検出装置ＳＮＳＲは、音圧を受けて電気信号に変換するマイクロホン２と、マイクロホン２を取り付けたケーシング１と、マイクロホン２の音圧入力面に連通させてケーシング１の正面側に形成された空気室３と、を有する。空気室３は、マイクロホン２を内包するようにケーシング１の周縁部に固定されていて外表面を被検体５の表面に接触可能とする振動膜３１と、前記振動膜の内表面に係合して内部空間３０を形成するように当該振動膜３１を立体的に支えると共に被検体への押圧力に抗する大小異なる機械インピーダンスを振動膜３１の異なる部位ＭＩＰ１，ＭＩＰ２に形成する支持部材３２〜３４と、を有する。

図１の例では支持部材は、ケーシングの任意の位置に立設された支柱３２，３３，３４であり、支柱３２，３３，３４に接していない部位における振動膜３１の機械インピーダンスＭＩＰ１は支柱３２，３３，３４に接した部位における振動膜３１の機械インピーダンスＭＩＰ２よりも小さくされる。図１の例では中央部の支柱３３が最も長くされ、図３、図４から明らかなように振動膜３１は山型の立体形状を有し、中央部が突出されている。内部空間３０は図２からも明らかなように支柱３３によって区切られることなく連通している。振動膜３１はシリコンゴム或いは適宜のエラストマーで形成すればよい。支柱３２，３３，３４は、粘弾性体又はゴム弾性体で形成するのがよい。振動膜を被検体５の表面に押し付けたとき支柱３２，３３，３４のダンパー効果を期待することができるからである。振動膜３１はマイクロホン２を内包するようにケーシング１の周縁部に固定され内部空間を形成して振動可能にされているので振動膜３１それ自体に特別な柔軟性が要求されるものではないが、振動膜３１を支柱３２，３３，３４よりも柔軟なゴム弾性体から構成したり、薄く構成したりすることが望ましい。

前記ケーシング１には前記空気室３の内部空間３０を大気圧に連通させる所定の内径と長さを持つ気圧調整孔１２を有する。即ち、空気室３は気圧調整孔１２の経路を除いて密閉されている。空気調整孔１２は図１に例示されるように垂直に形成してもよいし、垂直形成だけでは必要な長さを得ることができない場合には図５の如く垂直孔及び水平孔を組み合わせればよい。

マイクロホン２は、空気伝導形で、音圧・電気変換が公知の動電型によるものでも静電型によるものでもよい。マイクロホン２は脈拍の周期波形を測定することを考慮して、十分な低周波の測定周波数帯域が必要であり、下限周波数を例えば０．５Ｈｚとする。

ケーシング１はマイクロホン２を収納すると同時に、振動膜３１と共に空気室３を構成するための構造体の一部となっている。気圧調整孔１２は空気室３の内部空間３０の気圧を調整するためと、測定周波数の下限を調整するための小孔であり、外気に通じている。気圧調整孔１２は孔が大きいほど、長さが短いほど下限周波数を上げる。ケーシング１の外周縁部には振動膜３１が固定される、振動膜３１の固定状態に関し、支柱３２，３３，３４に接していない振動膜３１は部分では被検体からの反力で容易に変位し若しくは撓み得るように過大な張力が作用されないようにケーシングに固定されている。振動膜３１はケーシング１と一体成形で構成することも可能である。

空気室３は、振動膜３１が捉えた血管内の圧力変化などを、空気の圧力変化として、音圧・電気変換器であるマイクロホン２に伝えるための、ケーシング１と振動膜３１で囲まれた空間（内部空間３０）を形成する。この内部空間３０は３次元空間で、上述の如く中央部が飛び出すように形成されていて、その形は支柱３２，３３，３４で支えられた振動膜３１の形状に従うよう決められる。

振動膜３１は直接被検体５表面に接して動脈５１内の圧力変化を検出するためのもので、圧力の変化は振動膜３１を介して内部空間３０に伝播し、空気の振動として音圧・電気変換器のマイクロホン２に伝わる。振動膜３１の３次元立体構造は、音圧・電気変換の効率に関係する膜の実効面積を大きくできること、そして身体のあらゆる部分の任意の形状に、例えば凸凹があっても、合わせやすくスムーズに接触できるためである。

上述の如く空気室３は二つの異なった機械インピーダンスの領域ＭＩＰ１，ＭＩＰ２に分けられて、それぞれの領域ＭＩＰ１，ＭＩＰ２が異なった役割をするよう構成されている。二つの異なった機械インピーダンスの領域のうち、機械インピーダンスが小さい値で構成される膜の領域（以下第１機械インピーダンス領域とも称する）ＭＩＰ１は、血管内の圧力変化を検出するための従来の振動膜として用いる、一方の機械インピーダンスが大きい値の領域（以下第２機械インピーダンス領域とも称する）ＭＩＰ２は第１機械インピーダンス領域ＭＩＰ１の振動膜３１を保持する部位として機能する。

振動膜３１の二つの異なった機械インピーダンス領域のうち、第１機械インピーダンス領域ＭＩＰ１の機械インピーダンスの値は、拍動検出装置のセンサーとしての感度を決める上で重要となる。振動膜３１は血管の近傍で圧力変化を検出するよう配置されるため、血管近傍の機械インピーダンスに近い値であることが好ましい。また、第１機械インピーダンス領域ＭＩＰ１の膜の形状が被検体の表面に合わせて自由に変化できるよう、膜に無用な張力を加えないでできるだけ柔らかいほうが変化の自由度が増す。したがって、任意の曲面に接するときも振動膜３１が曲面に沿って比較的自由に形を変えられることが望ましく、振動膜３１の第１機械インピーダンス領域ＭＩＰ１のインピーダンスの値は血管のインピーダンスに近くて、柔らかくするためにできるだけ小さい値に設定しておくのが好ましい。

更に、振動膜３１は、被検体の体に押し付けたときの力によって、第１機械インピーダンス領域ＭＩＰ１の膜の張力が大きく変化して血管のインピーダンスの値に整合できなくなると、本来の性能が得られなくなる虞があるので、押し付けたときの第１機械インピーダンス領域ＭＩＰ１のインピーダンス値の変化を極力小さくする構造が考慮されている。すなわち、第２機械インピーダンス領域ＭＩＰ２は、第１機械インピーダンス領域ＭＩＰ１の膜を撓まないよう形状を保持すると同時に、被検体の表面に押し付けたとき、第１機械インピーダンス領域ＭＩＰ１が張力変化を起こし難くするように、振動膜３１を支持するために支柱３２，３３，３４が設けられていて、支柱３２，３３，３４は、振動膜３１を被検体の表面に押し当てたときにその反力を弾性的に支える非線形弾性機能と、振動膜３１を構造的に支える機能が一体で構成されている。

図６には拍動検出装置の使用例が示される。先ず、振動膜３１を被検体５の計測部位近傍の表面に押し付けながら、被検体５の内部の動脈５１から外れた骨部、筋又は腱５０の直上の空気室３０の部位ＭＩＰ２が大きな機械インピーダンスによってその押圧力に抗し、動脈直上の空気室の部位ＭＩＰ１が小さな機械インピーダンスによってその押圧力に抗するようにして、計測部位に対して振動膜３１の押圧位置を決定する。第１機械インピーダンス領域ＭＩＰ１の振動膜３１を、動脈５１の近くで血管を押さえつけ過ぎない程度の位置まで案内したら、動脈５１から外れた筋や腱、又は骨部５０の真上の被検体表面を第２インピーダンス領域で押し付けながら圧迫して振動膜３１を計測位置に位置決めする。このとき支柱３２，３３，３４は、筋や腱、又は骨部の真上で押圧力の反力を受ける振動膜３１を支えることが可能にされ、動脈５１の近傍の第１機械インピーダンス領域ＭＩＰ１に機械インピーダンスを変化させるような余計な力がかからないように支える。第１機械インピーダンス領域ＭＩＰ１は振動膜３１の立体形状を保持して、動脈５０の圧力変化に従って動く柔らかい膜として機能し、第２機械インピーダンス領域ＭＩＰ２は、筋や腱、又は骨部の真上の体表面に強く押し当ててその反作用を受ける振動膜３１を支える非線形バネとして機能する。第２機械インピーダンス領域ＭＩＰ２は、第１機械インピーダンス領域ＭＩＰ１の機械インピーダンスの値より大きいことは当然であり、振動膜３１を押し付ける被検体の部分の機械インピーダンスの値に合わせた値に設定するのが望ましい。

第１の例によれば、機械インピーダンスの大きな部分（ＭＩＰ２）では押圧力に対して大きく変位することなく振動膜３１を支え、機械インピーダンスの小さな部分（ＭＩＰ１）では拍動に追従して振動膜３１が変位する。振動膜３１を被検体５の計測部位近傍の表面に押し付けた状態で、骨部や筋５１などの直上の機械インピーダンスの大きな部分ＭＩＰ２と、動脈５０などの直上の機械インピーダンスの小さな部分（ＭＩＰ１）とが分離される。これにより、被検体５に振動膜を強く押し付けても動脈直上の機械インピーダンスは小さな値を保つことができ、その部分の振動膜３１を動脈に近づけることができるから、機械インピーダンスの小さな部分（ＭＩＰ１）では拍動に追従して変位する振動膜３１による音圧の周期的変化を感度良く検出することができる。そして、支柱３２，３３，３４は振動膜３１の内表面に係合して内部空間を形成するように当該振動膜３１を立体的に支えるから、その内部空間は小さな機械インピーダンスの部位ＭＩＰ１が大きく振動することを阻むことはない。したがって、動脈５０の圧力変化は周辺の筋や腱５１にじゃまされることなく正確に振動膜３１に伝わることになり、外来の音や振動による雑音に影響され難い、最適な心音や脈拍の検出が可能になる。支柱３２，３３，３４に接している振動膜３１の部分と支柱３２，３３，３４に接していない振動膜３１の部分で機械インピーダンスの大小が予め決定されている。したがって、支柱３２，３３，３４で支持された振動膜３１を被検体５の計測部位近傍の表面に押し付けるときは、被検体内部の動脈５０から外れた骨部、筋又は腱５１の直上に支柱３２，３３，３４を位置させて振動膜３１を安定に支え、動脈５０直上に配置した機械インピーダンスの小さな部位ＭＩＰ１を拍動に追従させて変位させる。機械インピーダンスの大きな部分ＭＩＰ２の振動膜は支柱３２，３３，３４によって支えられているので、測定に際して振動膜３１を被検体５の表面に押し付けながら骨部、筋又は腱５１の位置を探ることができるから、振動膜３１の押し付け位置を容易に確定させることができる。

図７には本発明に係る拍動検出装置の第２の例が示される。空気室３の形状は図１及び図２に限定されず適宜変更可能であり、例えば、指などのような形状に拍動検出装置を密着させるときには、図７の例に示すように振動膜３１は被検体の表面に沿って凹面であると勝手が良い。図８の使用状態の説明図の如く、支柱３２，３３，３４で振動膜３１を凹状に支持してあれば、左右２箇所の第２機械インピーダンス領域ＭＩＰ２で被検体５からの反力を受けることができ、拍動の検出に際して被検体５に拍動検出装置ＳＮＳＲを安定的に押し付けて位置決めすることができる。その他の構成は図１の例と同様であるからそれと同じ機能を有する部材には同じ参照番号を付してその詳細な説明を省略する。

図９及び図１０には本発明に係る拍動検出装置の第３の例が示される。同図に示される拍動検出装置ＳＮＳＲは、空気室４の支持部材を熱可塑性エラストマーから成る繊維の連続線条体を曲りくねらせたランダムループの接合構造体４２とする。ランダムループは例えばスチレン系熱可塑性エラストマーを含む熱可塑性エラストマーから成り、繊維径が０．１ｍｍ〜３．０ｍｍ程度の連続線状体を曲りくねらせて成り、ランダムループの夫々のループを互いに溶融状態で接触してランダムループの３次元の接合構造体４２が構成される。

接合構造体４２は前記と同様にケーシング１の縁部に固定され或いはケーシング１の縁部にケーシングに一体形成された振動膜４１で覆われて、空気室４を構成する。接合構造体４２は非線形弾性を有し、振動膜４１の外側から押圧した部分だけが振動膜４１と共に沈み込んで変位する。したがって、振動膜４１のどの部分でも押し付ければ沈み込むことになり、平面でない被検体５の表面に振動膜４１を押し付ければ、振動膜４１はその表面の任意の形状に合わせて容易に変形する。押圧して沈み込んだ部分は押圧しない部分に比べて大きな反力を生ずる。この状態を基準に考えれば、被検体５への押圧力に抗する力が小さな部位である第１機械インピーダンス領域ＭＩＰ１における振動膜の機械インピーダンスは、当該被検体５への押圧力に抗する力が大きな部位である第２機械インピーダンス領域ＭＩＰ２における振動膜４１の機械インピーダンスよりも小さくなる。第１インピーダンス領域ＭＩＰ１の振動膜４１は拍動に追従して変位し、第２インピーダンス領域ＭＩＰ１の振動膜４１は拍動に追従して変位し難く、第１インピーダンス領域ＭＩＰ１の振動膜４１に無用な振動が重畳されるのを防止するように振動膜４１を被検体５表面に支持する。

図９、図１０の例は、振動膜４１の表裏方向における接合構造体４２の厚さ寸法を部分的に相違させ、被検体５と接触可能とされる外表面の一部が前記接合構造体４２の厚さ寸法に応じて突出されているように振動膜４１を形成してあり、例えば、中央部が凹状の立体的な形状を前記振動膜４１に採用する。その他の構成は図１の例と同様であるからそれと同じ機能を有する部材には同じ参照番号を付してその詳細な説明を省略する。

図９及び図１０の拍動検出装置ＳＮＳＲによれば、振動膜４１の異なる部に発生される機械インピーダンスの大小は予め決定されず、実際に振動膜４１を被検体５の表面に押し当てた状態で決定される。例えば図１１に例示されるように、被検体５の内部の動脈５１から外れた骨部、筋又は腱５０の直上の空気室４の部位（第２機械インピーダンス領域ＭＩＰ２）では接合構造体が大きく圧縮して大きな機械インピーダンスを生じ、動脈５１直上の空気室４の部位（第１機械インピーダンス領域ＭＩＰ１）では接合構造体４２が左程圧縮せずに小さな機械インピーダンスを生ずる。このように、実際に振動膜４１を押し当てた場所に応じて空気室４の機械インピーダンスの大小を動的に決定することができる。したがって、複雑な被検体５の表面形状若しくは被検体５の骨部や動脈５０など複雑な内部配置に都合良く合わせながら動脈５１の直上若しくは近傍に小さな機械インピーダンスの領域を容易に配置することができる。特に、振動膜４１の中央部を凹状とするように振動膜の表裏方向における前記接合構造体の厚さ寸法を部分的に相違させることにより、機械インピーダンスの大きな突出部分を被検体５に強く押し当てても機械インピーダンスの小さな部位に作用する反力が大きくなることを緩和することができ、結果として、被検体５に振動膜を押し当て位置決めするときの安定性が増し、検出感度の更なる向上に寄与する。

図１２には本発明に係る拍動検出装置の第４の例を示す。同図に示される拍動検出装置ＳＮＳＲは振動膜４１の外表面の一部を突出させる形状として、中央部が凸状の立体的な形状を振動膜４１に採用した点が図９と異なる。図１３は本発明には係る拍動検出装置の第５の例を示す。同図に示される拍動検出装置ＳＮＳＲは振動膜４１の外表面を平面状にした点が図９と異なる。図１２及び図１３においてその他の構成は図９の例と同様であるからそれと同じ機能を有する部材には同じ参照番号を付してその詳細な説明を省略する。

次に本発明に係る拍動検出装置を実際に人体の手首、指先端部及び臀部に利用した場合の実験例について説明する。

図１４は本発明に係る拍動検出装置による手首からの検出波形を例示し、図１５は従来の心音センサーによる手首からの検出波形を例示する。各図において縦軸は脈波の振幅値を表し、横軸は時間を表わす。前半の波形は歩行時の測定、後半は静止時での測定波形を示した。本発明の拍動検出装置ＳＮＳＲによる測定波形は、歩行時でのＲ−Ｒインターバルのピークの位置が明白に示されているのに対し、従来方式の心音センサーは歩行による振動に拍動がかく乱されてピークが捉え難くなっている。

図１６は本発明に係る拍動検出装置による指先先端部からの検出波形を例示し、図１７は従来の心音センサーによる指先先端部からの検出波形を例示する。前半の波形は歩行時の測定、後半は静止時での測定波形を示した。ここでも本発明の拍動検出装置ＳＮＳＲによる測定波形は、歩行時でのＲ−Ｒインターバルのピークの位置が明白に示されているのに対し、従来の方式の心音センサーはピークの位置が外乱によってわかり難くなっている。

図１９は本発明に係る拍動検出装置ＳＮＳＲによる臀部からの検出波形を例示し、図２０は従来の心音センサーによる臀部からの検出波形を例示する。図１９及び図２０の測定では図１８に例示されるように拍動検出装置ＳＮＳＲを椅子６の座面に組み込んで用いた。図１９及び図２０の前半の波形は被検体（ここでは被験者）５が椅子６に座ってキーボードを操作しているときの波形であり、後半は静止しているときの波形を示す。ここでは、周波数が低い呼吸の波形も一緒に検出しているため、図１４乃至図１７とは異なった、ゆっくりしたうねりが加わった波形となっているが、本発明の拍動検出装置ＳＮＳＲを使用することによりＲ−Ｒインターバルのピークを容易に検出することができる。従来方式の心音センサーでは図２０のように静止時にわずかにピークが見つけられる程度であった。

以上の如く、本発明に係る拍動検出装置を用いることにより、ウォーキングやランニング中であっても、体の動きによって生じる雑音に影響されないで、安定した心音や脈拍測定を行うことができる。本発明に係る拍動検出装置は、被検体のさまざまな部位に対し動いている状態でも簡単に心音や脈拍などの測定を行うことができ、健康機器、医療機器、車載機器で必要とされる生体情報の安定的な取得の実現に資することができる。

以上本発明者によってなされた発明を実施形態に基づいて具体的に説明したが、本発明はそれに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは言うまでもない。

例えば、ケーシングの形状は長方形状に限定されず円形など適宜の形状に変更可能である。支柱を用いる場合にその本数は３個に限定されず、例えばケーシングの長手方向の夫々の縁辺に沿って長さの異なるものを配置することも可能である。また、支部部材の一例である支柱にはゴム弾性又は粘弾性を呈する素材を用いることに限定されず、柔軟性のない樹脂等で形成することを妨げるものではない。拍動検出装置は心音や脈拍の測定に用いるだけでなく、体内音の測定に広く用いることが可能である。

ＳＮＳＲ 拍動検出装置
１ ケーシング
２ マイクロホン
３、４ 空気室
５ 被検体
ＭＩＰ１ 第１機械インピーダンス領域
ＭＩＰ２ 第２機械インピーダンス領域
３０ 内部空間
３１ 振動膜
３２，３３，３４ 支柱
４０ 内部空間
４１ 振動膜
４２ 接合構造体４２
５０ 骨部、筋又は腱
５１ 動脈

Claims (14)

1. 音圧を受けて電気信号に変換するマイクロホンと、
   前記マイクロホンを取り付けたケーシングと、
   前記マイクロホンの音圧入力面に連通させて前記ケーシングの正面側に形成された空気室と、を有し、
   前記空気室は、前記マイクロホンを内包するように前記ケーシングの周縁部に固定されていて外表面を被検体の表面に接触可能とする振動膜と、前記振動膜の内表面に係合して内部空間を形成するように当該振動膜を立体的に支えると共に被検体への押圧力に抗する大小異なる機械インピーダンスを前記振動膜の異なる部位に形成する支持部材と、を有する、拍動検出装置。
2. 請求項１において、前記ケーシングは前記空気室の内部空間を大気圧に連通させる所定の内径と長さを持つ気圧調整孔を有する、拍動検出装置。
3. 請求項１において前記支持部材は、ケーシングの任意の位置に立設された支柱であり、支柱に接していない部位における振動膜の機械インピーダンスは支柱に接した部位における振動膜の機械インピーダンスよりも小さくされる、拍動検出装置。
4. 請求項３において前記支柱は、粘弾性体又はゴム弾性体から成る、拍動検出装置。
5. 請求項３又は４において前記振動膜は前記支柱よりも柔軟なゴム弾性体から成る、拍動検出装置。
6. 請求項３において前記支柱として長さの異なる複数個の支柱を有し、前記振動膜は被検体と接触可能とされる外表面の一部が他よりも長い支柱に支えられて突出されている、拍動検出装置。
7. 請求項６において前記振動膜は中央部が凹状の立体的な形状を有する、拍動検出装置。
8. 請求項６において前記振動膜は中央部が凸状の立体的な形状を有する、拍動検出装置。
9. 請求項１において前記支持部材は、熱可塑性エラストマーから成る繊維の連続線条体を曲りくねらせたランダムループの接合構造体であり、被検体への押圧力に抗する力が小さな部位における振動膜の機械インピーダンスは当該被検体への押圧力に抗する力が大きな部位における振動膜の機械インピーダンスよりも小さくされる、拍動検出装置。
10. 請求項９において前記連続線条体は線径が０．１ｍｍ乃至３．０ｍｍである、拍動検出装置。
11. 請求項９又は１０において前記振動膜はゴム弾性体から成る、拍動検出装置。
12. 請求項９において前記振動膜の表裏方向における前記接合構造体の厚さ寸法は部分的に異なり、前記振動膜は被検体と接触可能とされる外表面の一部が前記接合構造体の厚さ寸法に応じて突出されている、拍動検出装置。
13. 請求項１２において前記振動膜は中央部が凹状の立体的な形状を有する、拍動検出装置。
14. 請求項１２において前記振動膜は中央部が凸状の立体的な形状を有する、拍動検出装置。

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