JP6798135B2

JP6798135B2 - 脈波検出装置及び生体情報測定装置

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Publication number: JP6798135B2
Application number: JP2016081951A
Authority: JP
Inventors: 麗二藤田; 正幸福塚
Original assignee: Omron Healthcare Co Ltd
Current assignee: Omron Healthcare Co Ltd
Priority date: 2016-04-15
Filing date: 2016-04-15
Publication date: 2020-12-09
Anticipated expiration: 2036-04-15
Also published as: EP3443896A1; EP3443896A4; CN109069019B; CN109069019A; EP3443896B1; US20190038153A1; JP2017189503A; WO2017179559A1; US11291375B2

Description

本発明は、脈波検出装置及び生体情報測定装置に関する。

脈波を検出するための脈波検出センサを、手首の橈骨動脈等の動脈が通る生体部位に直接接触させた状態で、この脈波検出センサにより検出される情報を用いて心拍、脈拍、又は、血圧等の生体情報を測定することのできる生体情報測定装置が知られている（特許文献１参照）。

特許文献１に記載の生体情報測定装置は、空気等の流体を供給することにより脈波検出センサを一方向へ移動させて脈波検出センサを体表面に押圧する押圧機構を有する。

この押圧機構は、脈波検出センサの検出面の中央の上方に設けられて上記の一方向に伸びるガイドロッドに対して摺動可能に嵌合された板状部材を有し、この板状部材の平面に脈波検出センサが固定されている。

この板状部材がガイドロッドに沿って移動することにより、脈波検出センサの検出面を略平行な状態に保ったまま、検出面を体表面に押圧することができる。

特開平１−２８８２２８号公報

生体情報の算出に必要な脈波の検出を高精度に行うためには、脈波検出センサの検出面が体表面に対して安定した圧力で押しつけられることが要求される。

特許文献１に記載の生体情報測定装置は、検出面の中央上方にある１つのガイドロッドに沿って板状部材が移動する構成である。

このため、板状部材の周囲に応力が集中した場合には検出面の安定性が低下し、検出面を体表面に対して安定した圧力で均一に押しつけることが難しくなる。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、脈波検出センサを体表面に対して安定した圧力で押しあてることができる脈波検出装置とこれを備える生体情報測定装置を提供することを目的とする。

本発明の脈波検出装置は、被測定者の動脈から圧脈波を検出する脈波検出センサと、前記脈波検出センサを支持し、一方向に移動して前記脈波検出センサを前記被測定者の体表面に対して押圧する押圧部材と、前記一方向に見た平面視において前記脈波検出センサの周囲に配置され、前記一方向に伸びる複数のガイド部材と、前記複数のガイド部材を支持する筐体と、を備え、前記筐体は、前記ガイド部材の前記一方向の端部が嵌合された嵌合部を有し、前記押圧部材は、前記複数のガイド部材の各々に沿って移動可能に前記ガイド部材が挿通された挿通部を有するものである。

本発明の生体情報測定装置は、前記脈波検出装置と、前記脈波検出センサにより検出された脈波に基づいて生体情報を算出する生体情報算出部と、を備えるものである。

本発明によれば、脈波検出センサを体表面に対して安定した圧力で押しあてることができる脈波検出装置とこれを備える生体情報測定装置を提供することができる。

本発明の一実施形態である脈波検出装置１０の概略構成を示す斜視図である。図１に示す脈波検出装置１０の筐体２０内部の構成を模式的に示す斜視図である。図１に示す脈波検出装置１０の方向Ｙでの断面模式図である。図３に示す状態から空気袋５１の内圧が減圧された状態を示す図である。図１に示す脈波検出装置１０を方向Ｚから見た平面図である。図１に示す脈波検出装置１０のガイドピン２７の配置の変形例を示す平面図である。図１に示す脈波検出装置１０のガイドピン２７と筐体２０との嵌合状態の変形例を模式的に示す平面図である。図１に示す脈波検出装置１０の変形例を模式的に示す斜視図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。

図１は、本発明の一実施形態である脈波検出装置１０の概略構成を示す斜視図である。図２は、図１に示す脈波検出装置１０の筐体２０内部の構成を模式的に示す斜視図である。図３は、図１に示す脈波検出装置１０の方向Ｙでの断面模式図である。

脈波検出装置１０は、図示しない筐体に収容され、この筐体が、例えば帯状のバンドにより、被測定者の脈波の検出対象となる動脈（例えば橈骨動脈）が通る生体部位（例えば手首）に装着して用いられる。

この筐体には、脈波検出装置１０により検出された脈波に基づいて、脈拍数、心拍数、又は、血圧値等の生体情報を算出して記憶する生体情報算出部として機能する制御部が内蔵される。この生体情報算出部と脈波検出装置１０とにより生体情報測定装置が構成される。

図１に示すように、脈波検出装置１０は中空部を有した筐体２０を有する。筐体２０は、図１〜図３の例では、角筒状であるが、円筒状等の他の形状であってもよい。筐体２０には、端面の開口を閉じるための蓋部材２３が設けられており、図１では蓋部材２３が外された状態を示している。

脈波検出装置１０は、更に、筐体２０によって支持された４つのガイドピン２７と、４つのガイドピン２７の各々が挿通された４つのバネ２８と、４つのガイドピン２７にガイドされて一方向である方向Ｚに移動可能な押圧部材３２と、押圧部材３２の表面に固定された空気袋５１と、押圧部材３２の裏面に固定された回転駆動部３１と、回転駆動部３１に支持された脈波検出センサ３０と、を備える。

ガイドピン２７は、方向Ｚに伸びる棒状のガイド部材である。図１〜図３の例では、ガイドピン２７の形状は円柱形状としているが、四角柱又は三角柱等の他の形状であってもよい。ガイド部材は、任意の形状の平面を一方向に移動させたときのこの平面の軌跡によって構成される構造物である。

ガイドピン２７の方向Ｚの上端部２７１（図２参照）は、筐体２０の方向Ｚの上端部２１に設けられた孔部２５１に嵌合されている（図１、３参照）。

ガイドピン２７の方向Ｚの下端部２７２（図２参照）は、筐体２０の方向Ｚの下端部２６に設けられた孔部２６１（図３参照）に嵌合されている。

これにより、４つのガイドピン２７は筐体２０によって支持されている。筐体２０は、４つのガイドピン２７を支持する支持部材を構成する。孔部２５１と孔部２６１は、嵌合部を構成する。

押圧部材３２の表面と裏面は、それぞれ、方向Ｚに垂直な平面となっている。

押圧部材３２の表面には４つのスライド部３２１が形成されている。スライド部３２１は、ガイドピン２７の方向Ｚの平面視にける形状と同じ形状の平面を方向Ｚに移動させたときにできるこの平面の軌跡によって形成される中空部を有し、この中空部にガイドピン２７が挿通されている。

図１〜３の例では、ガイドピン２７は円柱状であるため、スライド部３２１は円筒状となっている。スライド部３２１は、ガイドピン２７に沿って方向Ｚに移動可能にガイドピン２７が挿通された挿通部を構成する。

押圧部材３２の表面の４つのスライド部３２１で囲まれる領域には、蛇腹状の空気袋５１が固定されている。空気袋５１にはパイプ５２が連通されており（図１参照）、このパイプ５２を介して、図示しないポンプによって空気袋５１内の圧力が制御される。

空気袋５１の押圧部材３２側とは反対側の面は、筐体２０の蓋部材２３に固定される。このため、空気袋５１は、内圧の増加に伴って、蓋部材２３側とは反対側に向かって膨らみ、押圧部材３２を方向Ｚに移動させる。

空気袋５１は、空気圧によって押圧部材３２を方向Ｚに移動させるためのものである。空気袋５１の代わりに、押圧部材３２をアクチュエータによって方向Ｚに移動させる構成を採用してもよい。

バネ２８は、押圧部材３２と筐体２０の下端部２６との間に配置され、一端が押圧部材３２に固定され、他端が下端部２６に固定されている。バネ２８は、押圧部材３２を空気袋５１側に向けて付勢する付勢部材である。

図４は、図３に示す状態から空気袋５１の内圧が減圧された状態を示す図である。この状態では、バネ２８の付勢力によって押圧部材３２は筐体２０の上端部２１側に移動する。

脈波検出センサ３０は、脈波検出装置１０が装着された生体部位内の動脈からこの生体部位の体表面に伝わる圧力振動波（圧脈波）を検出するためのセンサである。

図１の例では、脈波検出センサ３０は、方向Ｘに並ぶ複数個の圧力検出素子３６１からなる複数（図１の例では２つ）の素子列３６２が形成されたセンサチップ３６を備える。

複数の素子列３６２は、方向Ｘと直交する方向Ｙに配列されている。圧力検出素子３６１は、例えば、歪ゲージ抵抗式、半導体ピエゾ抵抗式、又は、静電容量式等の素子が用いられる。方向Ｘと方向Ｙは、それぞれ方向Ｚに直交する方向である。

脈波検出センサ３０に含まれる各圧力検出素子３６１は同一平面上に形成されており、この平面が樹脂等の保護部材によって保護されている。

各圧力検出素子３６１が形成された平面と、この平面を保護する保護部材の表面とは平行になっており、この保護部材の表面が検出面３７を構成する（図３参照）。方向Ｚに見た平面視における検出面３７のサイズは、図１〜３の例では脈波検出素子３０のサイズと一致している。

回転駆動部３１は、押圧部材３２の裏面に固定されることで押圧部材３２によって支持されている。

回転駆動部３１は、脈波検出センサ３０の検出面３７が方向Ｚに垂直な状態を基準として、脈波検出センサ３０の検出面３７を方向Ｚに直交しかつ互いに直交する２つの軸（方向Ｘに伸びる軸と方向Ｙに伸びる軸）の各々の周りに回転させる回転機構３４と、この回転機構３４を駆動するアクチュエータ３３と、を含む（図３参照）。

脈波検出センサ３０は回転駆動部３１によって回転自在に支持されており、検出面３７が方向Ｚに垂直な状態が定常状態とされる。脈波検出センサ３０は回転駆動部３１によって支持され、回転駆動部３１は押圧部材３２によって支持されている。このため、押圧部材３２は脈波検出センサ３０を支持する部材となる。

図５は、図１に示す脈波検出装置１０を方向Ｚから見た平面図である。図５では、蓋部材２３、空気袋５１、及び、パイプ５２の図示は省略されている。

図５に示すように、筐体２０の四隅（角部）に設けられた４つのガイドピン２７は、脈波検出センサ３０の周囲に配置されている。この４つのガイドピン２７は、脈波検出センサ３０の検出面３７を挟んで並ぶガイドピン２７Ａ及びガイドピン２７Ｂのペアと、脈波検出センサ３０の検出面３７を挟んで並ぶガイドピン２７Ｃ及びガイドピン２７Ｄのペアとに分類される。

ガイドピン２７Ａとガイドピン２７Ｂを結ぶ直線Ｌ２は、検出面３７の中心ＣＰを通っている。ガイドピン２７Ｃとガイドピン２７Ｄを結ぶ直線Ｌ１は、検出面３７の中心ＣＰを通っている。直線Ｌ１と直線Ｌ２は直交している。検出面３７の中心ＣＰは、検出面３７の重心であってもよい。

ガイドピン２７Ａとガイドピン２７Ｂの各々の上端部２７１は、筐体２０の孔部２５１に対して遊嵌されている。

また、ガイドピン２７Ａとガイドピン２７Ｂの各々の下端部２７２は、筐体２０の孔部２６１に対して遊嵌されている。

つまり、ガイドピン２７Ａ及びガイドピン２７Ｂの直径は、孔部２５１及び孔部２６１の直径よりも僅かに小さくなっている。

一方、ガイドピン２７Ｃとガイドピン２７Ｄの各々の上端部２７１は、筐体２０の孔部２５１に対して圧嵌されている。

また、ガイドピン２７Ｃとガイドピン２７Ｄの各々の下端部２７２は、筐体２０の孔部２６１に対して圧嵌されている。

つまり、ガイドピン２７Ｃ及びガイドピン２７Ｄの直径と、孔部２５１及び孔部２６１の直径とは一致している。

以上のように構成された脈波検出装置１０の動作を説明する。脈波検出装置１０は、検出面３７が橈骨動脈上に位置しかつ方向Ｘが橈骨動脈と交差するように手首に装着される。

この状態で脈波の検出開始指示がなされると、制御部が、ポンプを制御して空気袋５１の内圧を上昇させる。空気袋５１の内圧が上昇すると、空気袋５１が膨らむことで押圧部材３２のスライド部３２１が４つのガイドピン２７の各々に沿って方向Ｚに移動し、押圧部材３２によって支持されている脈波検出センサ３０の検出面３７が体表面に押圧される。

制御部は、脈波検出センサ３０の検出面３７が体表面に接触している状態で、回転駆動部３１を制御して、検出面３７の方向Ｘ周りの回転角と、検出面３７の方向Ｙ周りの回転角とをそれぞれ脈波検出精度が最大となるよう最適な値に制御する。

そして、制御部は、この状態で押圧部材３２による体表面への押圧力を最適値に保持し、脈波検出センサ３０の圧力検出素子３６１により検出される信号に基づいて圧脈波を検出する。制御部は、検出した圧脈波に基づいて生体情報を算出し、記憶媒体に記憶する。

以上のように、脈波検出装置１０は、各ガイドピン２７が、方向Ｚに見た平面視において脈波検出センサ３０の周囲に配置され、このガイドピン２７によって押圧部材３２の移動がガイドされる構成である。

このように、複数のガイド機構が存在することで、押圧部材３２に支持された脈波検出センサ３０を方向Ｚに安定して移動させることができ、検出面３７を体表面に対して安定した圧力で押し当てることができる。

また、このように脈波検出センサ３０の周囲に複数のガイドピン２７があることで、回転駆動部３１による脈波検出センサ３０の回転動作の影響を受けることなく、押圧部材３２の表面及び裏面が方向Ｚに垂直な状態を維持することができる。

このため、高精度の圧脈波検出が可能となる。また、複数のガイドピン２７があることで、押圧部材３２が支持する部分（回転駆動部３１及び脈波検出センサ３０）の重量が大きい場合でも、ガイドの機能を十分に維持することができる。

また、脈波検出装置１０によれば、４つのガイドピン２７のうちの２つのガイドピン２７（２７Ａ，２７Ｂ）が嵌合される筐体２０の孔部は、４つのガイドピン２７のうちのこのガイドピン２７Ａ，２７Ｂ以外のガイドピン２７（２７Ｃ，２７Ｄ）が嵌合される筐体２０の孔部よりも、ガイドピン２７がきつく嵌合されている。

このように、筐体２０と緩く嵌合されるガイドピン２７と、筐体２０ときつく嵌合される２つのガイドピン２７とがあることで、押圧部材３２の移動をガイドする機能を実現しつつ、筐体２０又は押圧部材３２に製造誤差が生じていた場合でも、嵌合が緩いガイドピン２７によってこの誤差を吸収することができる。

なお、脈波検出装置１０において、図５に示したガイドピン２７Ａとガイドピン２７Ｂの少なくとも一方を省略してもよい。このような構成でも、ガイドピン２７Ｃとガイドピン２７Ｄに沿って押圧部材３２が移動することで、脈波検出センサ３０の体表面への押圧を安定した圧力で行うことができる。

また、脈波検出装置１０において、ガイドピン２７Ａ又はガイドピン２７Ｂが、ガイドピン２７Ｃ，２７Ｄと同様に筐体２０の孔部２５１，２６１に対して圧嵌された構成であってもよい。

つまり、脈波検出装置１０は、筐体２０の孔部に対して遊嵌される少なくとも１つのガイドピン２７（第二のガイド部材）と、筐体２０の孔部に対して圧嵌される少なくとも２つのガイドピン２７（第一のガイド部材）とを含む３つ以上のガイドピン２７を有する構成であれば、上記の誤差を吸収する効果を得ることができる。

また、ガイドピン２７の数は５つ以上としてもよいが、図５に示すように、４つのガイドピン２７を有する構成とすることで、脈波検出装置１０の製造コストの削減と圧脈波の検出精度向上とを両立させることができる。

また、脈波検出センサ３０の周囲に配置されるガイドピン２７の配置は、図５に示すように、脈波検出センサ３０の検出面３７の平面形状を矩形としたときの４隅である必要はない。例えば、図６（Ａ）〜図６（Ｃ）に示すように、脈波検出センサ３０の検出面３７の周囲に４つのガイドピン２７が配置されていてもよい。

図６（Ａ）〜図６（Ｃ）に示す構成は、いずれも、脈波検出センサ３０の検出面３７の中心ＣＰを通る直線（図６の直線Ｌ１〜Ｌ６）上に配置されかつ脈波検出センサ３０を挟んで配置されるガイドピン２７のペアを２つ有する構成である。

このような構成により、４つのガイドピン２７を結んでできる矩形の中心に検出面３７の中心ＣＰを合わせることができる。４つのガイドピン２７を結んでできる矩形の中心は押圧部材３２において最も安定している場所である。このため、この場所の下方に検出面３７の中心ＣＰがあることで、脈波検出センサ３０の検出面３７を安定した圧力で体表面に押圧することができる。

また、図５に示す例では、矩形の検出面３７の対角線上に並ぶガイドピン２７Ａ，２７Ｂが、筐体２０に対して相対的に緩く嵌合されるものとしたが、筐体２０に遊嵌されるガイドピン２７の位置は図５に示したものに限らない。

例えば、図７に示すように、矩形の検出面３７の１辺に沿って並ぶガイドピン２７ａ，２７ｂが筐体２０に対して遊嵌され、この１辺に平行な検出面３７の辺に沿って並ぶガイドピン２７ｃ，２７ｄが筐体２０に対して圧嵌された構成であってもよい。

図８は、図１に示す脈波検出装置１０の変形例を示す模式図である。

図８に示す変形例の脈波検出装置は、脈波検出装置１０のガイドピン２７Ａとガイドピン２７Ｂの各々の代わりに、バネ留用突起２９Ａ，２９Ｂのペアが設けられた構成である。

バネ留用突起２９Ｂは、筐体２０の下端部２６に設けられている。バネ留用突起２９Ａは、押圧部材３２のバネ留用突起２９Ｂと対向する部分に設けられている。バネ留用突起２９Ａにはバネ２８の一端が固定され、バネ留用突起２９Ｂにはバネ２８の他端が固定されている。

以上のように、ガイドピン２７が２つのみの構成であっても、押圧部材３２を安定した力で方向Ｚに移動させることができ、脈波の検出精度を向上させることができる。

今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

以上説明してきたように、本明細書には以下の事項が開示されている。

開示された脈波検出装置は、被測定者の動脈から圧脈波を検出する脈波検出センサと、前記脈波検出センサを支持し、一方向に移動して前記脈波検出センサを前記被測定者の体表面に対して押圧する押圧部材と、前記一方向に見た平面視において前記脈波検出センサの周囲に配置され、前記一方向に伸びる複数のガイド部材と、前記複数のガイド部材を支持する支持部材と、を備え、前記押圧部材は、前記複数のガイド部材の各々に沿って移動可能に前記ガイド部材が挿通された挿通部を有するものである。

開示された脈波検出装置は、前記複数のガイド部材は、前記平面視において、前記脈波検出センサの検出面を挟んで並ぶ２つのガイド部材のペアを少なくとも１つ含むものである。

開示された脈波検出装置は、前記平面視において、前記ペアのガイド部材同士を結ぶ直線上には、前記脈波検出センサの検出面の中心又は重心が存在するものである。

開示された脈波検出装置は、前記ペアを２つ有するものである。

開示された脈波検出装置は、前記ガイド部材を３つ以上有し、前記ガイド部材を支持する支持部材は、前記ガイド部材の前記一方向の端部が嵌合された嵌合部を有し、前記３つ以上の前記ガイド部材は、少なくとも２つの第一のガイド部材と、少なくとも１つの第二のガイド部材とを含み、前記第一のガイド部材が嵌合される前記嵌合部は、前記第二のガイド部材が嵌合される前記嵌合部よりも、前記ガイド部材がきつく嵌合されているものである。

開示された脈波検出装置は、前記ガイド部材は棒状部材であり、前記ガイド部材が挿通され、かつ、前記押圧部材と前記脈波検出センサとの間に配置されるバネを更に備えるものである。

開示された脈波検出装置は、前記脈波検出センサの検出面を前記一方向に直交する２つの方向の各々の周りに回転させる回転機構を更に備えるものである。

開示された生体情報測定装置は、前記脈波検出装置と、前記脈波検出センサにより検出された脈波に基づいて生体情報を算出する生体情報算出部と、を備えるものである。

１０脈波検出装置
２０筐体
２１上端部
２３蓋部材
２５１，２６１孔部
２６下端部
２７，２７Ａ，２７Ｂ，２７Ｃ，２７Ｄ，２７ａ，２７ｂ，２７ｃ，２７ｄガイドピン
２７１上端部
２７２下端部
２８バネ
２９Ａ，２９Ｂバネ留用突起
３０脈波検出センサ
３６１圧力検出素子
３６２素子列
３１回転駆動部
３２押圧部材
３２１スライド部
３３アクチュエータ
３４回転機構
３６センサチップ
３７検出面
５１空気袋
５２パイプ
Ｘ，Ｙ，Ｚ方向
ＣＰ検出面の中心
Ｌ１〜Ｌ６直線

Claims

脈波検出装置であって、
被測定者の動脈から圧脈波を検出する脈波検出センサと、
前記脈波検出センサを支持し、一方向に移動して前記脈波検出センサを前記被測定者の体表面に対して押圧する押圧部材と、
前記一方向に見た平面視において前記脈波検出センサの周囲に配置され、前記一方向に伸びる複数のガイド部材と、
前記複数のガイド部材を支持する筐体と、を備え、
前記筐体は、前記ガイド部材の前記一方向の端部が嵌合された嵌合部を有し、
前記押圧部材は、前記複数のガイド部材の各々に沿って移動可能に前記ガイド部材が挿通された挿通部を有する脈波検出装置。
請求項１記載の脈波検出装置であって、
前記複数のガイド部材は、前記平面視において、前記脈波検出センサの検出面を挟んで並ぶガイド部材のペアを少なくとも１つ含む脈波検出装置。
請求項２記載の脈波検出装置であって、
前記平面視において、前記ガイド部材のペアを結ぶ直線上には、前記脈波検出センサの検出面の中心又は重心が存在する脈波検出装置。
請求項２又は３記載の脈波検出装置であって、
前記ガイド部材のペアを２つ有する脈波検出装置。
請求項１〜４のいずれか１項記載の脈波検出装置であって、
前記ガイド部材を３つ以上有し、
前記３つ以上の前記ガイド部材は、少なくとも２つの第一のガイド部材と、少なくとも１つの第二のガイド部材とを含み、
前記第一のガイド部材が嵌合される前記嵌合部は、前記第二のガイド部材が嵌合される前記嵌合部よりも、前記ガイド部材がきつく嵌合されている脈波検出装置。
請求項１〜５のいずれか１項記載の脈波検出装置であって、
前記ガイド部材は棒状部材であり、
前記ガイド部材が挿通され、かつ、前記押圧部材と前記脈波検出センサとの間に配置されるバネを更に備える脈波検出装置。
請求項１〜６のいずれか１項記載の脈波検出装置であって、
前記押圧部材によって支持され、前記脈波検出センサの検出面を前記一方向に直交する２つの方向の各々の周りに回転させる回転機構を更に備える脈波検出装置。
生体情報測定装置であって、
請求項１〜７のいずれか１項記載の脈波検出装置と、
前記脈波検出センサにより検出された脈波に基づいて生体情報を算出する生体情報算出部と、を備える生体情報測定装置。