JPH0349733A - 圧脈波検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、圧脈波検出装置に関するものであり、特に、
動脈の方向に沿った最適押圧位置において脈波検出を自
動的に行い得るようにする技術に関するものである。

従来の技術 生体の動脈内において心拍に同期して周期的に発生する
圧力変動波、すなわち圧脈波は血圧値だけでなく循ｉ！
２器の作動状態を反映しているため、血圧値の測定或い
は循環器の診断などのために生体動脈内の圧脈波を非観
血的に且つ正確に検出することが望まれる。

これに対し、撓骨動脈のような生体の表皮直下の動脈に
発生する圧脈波を非観血的に検出するためにその動脈の
真上を皮膚上から圧力センサにて押圧する形式の脈波検
出装置が提案されている。

たとえば、米国特許第４４２３７３８号に記載されてい
る脈波検出装置がそれである。このような形式の脈波検
出装置では、圧力センサを半導体基板にて構成するとと
もに、その半導体基板の下面（押圧面）に凹陥部を局所
的に形成することによって微小な薄肉部を複数箇所形成
し且つこの複数箇所薄肉部に発生する歪を電気信号に変
換するピエゾ抵抗素子などの歪検出素子を設ける一方、
上記凹陥部内には皮膚表皮から上記薄肉部へ圧脈波を伝
達するための軟質充填材を充填することにより、半導体
基板の押圧面の動脈を横断する方向に複数箇所の圧力検
出素子が配設され、所定の押圧状態のときにそれら複数
箇所の圧力検出素子から得られる信号により、生体の動
脈内の圧力を検出するように構成されている。そして、
撓骨動脈や足音動脈のような、生体の表皮直下に位置し
ている動脈を表皮の上から適当に押圧して圧脈波を検出
する際には、通常、その動脈の一部の前記押圧面側に所
定の平坦部が形成されるまで押圧することにより動脈壁
の張力の影響を排除して圧脈波の検出精度を高めるよう
にしている。

発明が解決すべき課題 ところで、上記のような動脈に対する好適な押圧状態、
すなわち動脈の一部に所定の平坦部を形成させる状態を
得るためには、単に、表皮直下の動脈に対する圧力セン
サの押圧力を３Ｊ１　ｆＱＴするだけでは得られ難く、
その動脈の裏側に適当なバックアップが存在しているこ
とが必要とされる。たとえば、撓骨動脈の場合には、撓
骨の一部が撓骨動脈の裏側に位置していることが必要と
される。しかし、上記のように表皮直下の動脈に対する
好適な押圧状態を実現するために必要な適当なバックア
ンプ（骨など）が存在している部分は、限られた位置し
かなく、動脈に沿った方向において比較的短いため、単
に脈波検出装置が生体に装着されただけでは、前記好適
な押圧位置が得られない場合が多い。このため、脈波検
出装置を再装着する煩雑な作業が必要とされたり、ある
いは動脈の方向における装着位置を選択するために熟練
が必要とされる欠点があった。なお、特開昭６３−２７
３２０号に記載されているように、動脈に沿った方向に
脈波センサを移動させる機構を備えた装置が提案されて
いるが、このような装置であっても、脈波センサを動脈
に沿った方向に移動させる毎に押圧力を一旦零とする必
要があるため、速やかな脈波検出ができない不都合があ
った。

本発明は以上の事情を背景として為されたものであり、
その目的とするところは、表皮直下の動脈の圧脈波を検
出するに際して、−旦装着された脈波検出装置の動脈に
沿った方向の押圧位置の変更をそれ程要しない脈波検出
装置を提供することにある。

課題を解決するための手段 斯る目的を達成するための本発明の要旨とするところは
、生体の表皮に押圧される圧力センサと、該圧力センサ
を前記表皮下の動脈に向がって押圧する押圧手段とを備
えて前記生体に装着され、前記押圧手段による押圧力を
最適値に維持しつつ前記圧力センサからの出力信号に基
づいて前記動脈から発生する圧脈波を採取する形式の脈
波検出装置であって、前記圧力センサの押圧面には、少
なくとも前記動脈に沿った方向の複数箇所において圧力
検出素子が配設されいることを特徴とする脈波検出装置
。

ことにある。

作用および発明の効果 このようにすれば、半導体基板の押圧面には、動脈に沿
った方向の複数箇所において圧力検出素子が設けられて
いるので、それら圧力検出素子のうちの最適位置に位置
するものを選択することにより、脈波検出装置の再装着
を要することなく、また押圧手段により圧力センサの押
圧力を一旦零にして圧力センサを移動させることも必要
なく、正確な脈波検出を速やかに行うことができる。

実施例 以下、本発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明す
る。

第２図は、本発明の一実施例である脈波検出装置を示す
斜視図であ＝る。ハウジング１０は、樹脂製であって全
体として容器状を成し、長手方向の側面の基本形状が三
日月状に形成されているとともに、底壁の幅方向中間部
が長手方向に沿って所定形状に突き出した形状とされて
いる。このようなハウジングＩＯは、後述の第４図に示
すように、その開口端がたとえば手首などの生体の一部
においてその表皮１２に対向する状態で装着バンド１４
により着脱可能に取り付けられるようになっている。

第３図および第４図に詳しく示すように、減速ギアユニ
ット２２をハウジング１０に固定するために、断面り字
形の樹脂製の支持プレート２４がねじ部材２３により減
速ギアユニット２２に固定されており、その−面から突
き出す一対のブラケット２６（一方のみ図示）がねじ部
材２５によりハウジングｌＯの相対向する側壁１８．２
０に固着されている。減速ギアユニット２２は、第１歯
車３０と噛み合う第２歯車３２と、第２歯車３２と同軸
に固定された第３歯車３４と、第３歯車３４と噛み合う
第４歯車３６と、第４歯車３６と同軸に固定された第５
歯車３８と、第５歯車３８と噛み合う状態で駆動モータ
４０の出力軸４２に固定された第６歯車４４とを金属製
の枠部材２８内にそれぞれ回転可能に備えている。上記
第１歯車３０は、枠部材２８に嵌め着けられた樹脂製の
軸受４６を貫通した送りねじ４８の一端部に固定されて
いる。これにより、送りねじ４８と駆動モータ４０とが
作動的に連結され、駆動モータ４０により送りねじ４８
が回転駆動されるようになっている。なお、上記駆動モ
ータ４０は、枠部材２８に固定されている。

ハウジングエ０の端部には、偏心軸受５０を嵌め着ける
ための穴５２が形成されており、前記送りねじ４８の他
端部はその偏心軸受５０により支持されている。これに
より送りねじ４８は、回転可能な状態でハウジング１０
の幅方向中央に位置させられている。上記偏心軸受５０
は、第５図に詳しく示すように、前記穴５２に嵌め入れ
られる円筒部５４と、円筒部５４の端部に形成された大
径のフランジ部５６と、円筒部５４およびフランジ部５
６の軸芯からずれた位置に形成された偏心穴５８とを備
えている。また、フランジ部５６の端部には、回転位置
調整工具の先端部と保合するための細溝６０が径方向に
沿って形成されている。

したがって、この偏心軸受５０の細溝６０に調整工具を
嵌め入れて回転させることにより、偏心穴５８に嵌合さ
れた送りねじ４８の他端部が第４図中上下および左右方
向に変位させられるようになっている。

押圧装置６６は、第３図および第４図に示すように、送
りねじ４８に螺合された螺合部材６８およびその螺合部
材６８の下側にダイアフラム７０を介して固定された角
筒状部材７２とから構成されている。そして、ダイアフ
ラム７０の中央部には、脈波センサ７４が固定されてい
る。上記螺合部材６８とダイアフラム７０とによって圧
力室７６が形成されるので、この圧力室７６に図示しな
い圧力調節装置から所定の圧力が供給されると、上記脈
波センサ７４が圧力室７６の圧力に応じた押圧力で生体
の表皮Ｉ２に向かって押圧されるようになっている。脈
波センサ７４の押圧面７８には、圧力センサとして機能
するものであって、後述のように、半導体歪抵抗や感圧
ダイオード等の複数の圧力検出素子が配列された半導体
基板が設けられており、撓骨動脈８０の壁の一部が平坦
になるように押圧された状態で、心拍に同期して発生す
る動脈８０内の圧脈波が検出されるようになっている。

上記押圧装置６６は、外周形状が四角形状を成しており
、その両側面には、第３図に示すように、一対の案内溝
８２が設けられている。一方、ハウジング１０の側壁１
８．２０の内壁面であって上記両案内溝８２と対応する
位置には、第３図および第４図に示すように、一対のガ
イドレール８４が設けられており、押圧装置６６はその
案内溝８２およびガイドレール８４により撓骨動脈８０
と略直交する方向において所定の移動ストローク内でが
たつきなく直線的に案内されるようになっている。

上記のように、本実施例では、一端に第１歯車３０が固
定されている送りねじ４８の他端部が、偏心軸受５０に
より回転可能に支持されていることから、その偏心軸受
５０の軸まわりの回転位置を工具などを用いて変更する
ことにより、送りねじ４８の他端部の支持位置が移動さ
せられ、それに伴って送りねじ４８の一端部に固定され
た第１歯車３０の軸芯位置が移動させられる。すなわち
、送りねじ４８は、軸受け４Ｇを支点として僅かに回動
させられるのである。これにより、組み立てに際して減
速ギアユニット２２の第２歯車３２と送りねじ４８の一
端部に固定された第１歯車３０との軸心間距離が調整さ
れてそれらの噛合状態が良好に設定される。したがって
、第１歯車３０と第２歯車３２との間の軸心間距離のば
らつきに起因して脈波センサ７４が円滑に移動され得な
かったり、或いは異常摩耗に起因して耐久性が膿なねれ
たりすることが解消されるとともに、第１歯車３０と第
２歯車３２との寸法誤差を解消するために各構成部品の
公差を小さくする必要がないので、装置が高価になるこ
とがない。

前記脈波センサ７４は、第６図に示すように、導体が積
層配線されたセラミック基板９０と、セラミック調成い
は樹脂製などの電気的絶縁材料から構成されてセラミッ
ク基板９０の中央部に固定されたスペーサ９２と、その
スペーサ９２により支持されて生体の皮膚に押圧される
押圧板９４とを備えている。この押圧板９４は、第７図
の斜視図に示すように、比較的剛性の高いバックアツプ
板９６と、このバックアツプ板９６の一面に接着された
半導体基板９８とから構成されている。上記バックアツ
プ板９６と半導体基板９８とは、エポキシ樹脂或いはシ
リコンゴムなどにより好適に接着される。上記バンクア
ンプ板９６は、ガラス製或いは半導体基板９８と同じ半
導体製の厚肉板などが用いられる。上記バックアツプ板
９６と半導体基板９８との間の熱膨張差の影響をなくす
にためには、接着剤としてエポキシ樹脂よりシリコンゴ
ムを用いることが一層効果的であり、また、バックアツ
プ板９６としてはガラス製より半導体製厚肉板を用いる
ことが一層効果的である。したがって、半導体基板９８
と同じ半導体製のバンクアップ板９６の上にシリコンゴ
ムを用いて半導体基板９８を接着することが最も好まし
い組み合わせである。

本実施例では、半導体基板９８はシリコン単結晶板であ
り、第１図に示すように、その押圧面には、接触圧を検
知するために、一定の間隔αの複数個の感圧素子１００
から成る１本の素子列１０１が複数本並列に配列されて
いる。本実施例の脈波検出装置では、上記素子列１０１
は、手首に装着されたとき撓骨動脈８０に直角な方向と
なるように、第１図のＸ方向に平行に配設されるととも
に、撓骨動脈８０に沿った方向、すなわち第１図のＸ方
向において一定の間隔βを隔てて配設されている。たと
えば、上記１本の素子列１０１内では、各感圧素子１０
０が１００μｍピンチで配設され、また、上記素子列ｌ
ｏｔは、１２５μｍピッチで配設されている。このため
半導体基板９８の押圧面では、感圧素子１００が、撓骨
動脈８０に直交するＸ方向および撓骨動脈８０と平行な
Ｘ方向においてそれぞれ一定の間隔でマトリックス状に
配設されているのである。

第７図は、上記半導体基板９８およびバックアツプ板９
６の構造を説明するための第１図の■−■視断面断面図
り、第８図は、第１図の■−■視断面断面図る。第７図
および第８図において、５００μｍ乃至１５００μｍの
厚みとされることにより剛性が高められたバックアツプ
板９６には、スペーサ９２およびセラミック基板９０の
中央穴を通して半導体基板９８の裏面（非押圧側の面）
に大気圧を導くための２本の貫通穴１０２が設けられて
いる。半導体基板９８は、３００ミクロン程度の厚みを
備えており、その裏面に長手状の凹陥部１０４が形成さ
れることにより、厚みが数乃至十数ミクロンの薄肉部１
０６が形成されている。この薄肉部１０６には、半導体
基板９８の厚みよりも低い高さを備え且つ上記長手状の
凹陥部１０４を横断する突条１０８が一定の間隔で複数
本形成され、上記薄肉部１０６の突条１０８の間に位置
する部分において前記感圧素子１００が複数設けられて
いるのである。本実施例においては、上記突条１０日は
数十ミクロンの幅寸法を備え、２００乃至２５０ミクロ
ンの間隔で配設されている。上記突条１０８の高さは、
クロストークを防止するために適宜決定される。

第９図は、半導体基板９８の押圧面を正面から見た図で
あり、上記突条１０８の間の薄肉部１０６に配設されて
いる感圧素子１００の構成例を示している。図において
、４つの歪抵抗素子１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ、１
１０ｄは、たとえば所定の不純物の拡散或いは注入など
の良（知られた半導体製造手法を用いて形成されている
。また、上記４つの歪抵抗素子１１０ａ、１１０ｂ、１
１０Ｃ１１１０ｄの電橋を構成するための導体１１２ａ
、１１２ｂ、１１２ｃ、１１２ｄも、所定の不純物の拡
散或いは注入などの良く知られた半導体製造手法を用い
て形成されている。上記歪抵抗素子１１０ａ、１１０ｂ
、１１０Ｃ１１１０ｄおよび導体１１２ａ、１１２ｂ、
１１２ｃ、１１２ｄにより構成された電橋は、それが配
設されている薄肉部１０６に加えられた歪に対応した電
気信号を発生するので、１つの感圧素子１００を構成し
ているのである。なお、上記歪抵抗素子１１０ａ、１１
０ｂ、１１０ｃ、１１０ｄおよび導体１１２ａ、１１２
ｂ、１１２Ｃ１１１２ｄは、半導体基板９日の不純物濃
度を局所的に高めることにより構成されているので、通
常は目視できない。

上記半導体基板９８は、たとえば、次のように製作され
る。先ず、半導体ウェハに長手状パターンのレジストを
塗着して第１エツチングを行い且つレジスト除去を行う
ことにより比較的浅い長手状凹陥部を形成する。この比
較的浅い長手状凹陥部の縦寸法および横寸法は前記凹陥
部１０４と略同じである。次いで、上記長手状パターン
の長手方向において複数に分割されたパターンが上記比
較的浅い長手状凹陥部内に位置するようにレジストを塗
着して第２エツチングを行い且つレジスト除去を行うこ
とにより、前述の凹陥部１０４が形成されるのである。

前記セラミック基板９０には、積層導体配線が設けられ
ており、それらの配線中にマルチプレクサやプリアンプ
用の半導体チップが装着され且つワイヤボンディングさ
れている。また上記のように薄肉部１０６において感圧
素子１００がマトリックス状に複数設けられる結果、各
感圧素子１００の電源端子や各感圧素子１００からの出
力端子が半導体基板９８の端縁に沿って配列されており
、それらの端子列とセラミック基板９０に設けられ端子
列との間は、第６図に示すように、たとえば１００ミク
ロン間隔の導線パターンを備えたフラットケーブル１２
０により接続されている。このフラットケーブル１２０
は、たとえば、ポリイミド樹脂フィルムの片面に貼着さ
れた銅箔をエツチングし且つ端子部分に金またはその合
金をメシキすることにより構成されており、半導体基板
９８では、その押圧面に配列されたバンプにフラットケ
ーブル１２０の一端部が熱圧着または超音波圧着によっ
て接続される。そして、上記のように固定され且つ接続
された半導体基板９８の押圧面は、必要に応じてコーテ
ィングされる。

以上のように構成された脈波検出装置は、感圧素子１０
０が動脈８０の真上に位置し且つ素子列１０１の配列方
向が動脈８０と直交するＸ方向となるように、手首に装
着される。そして、図示しない起動釦が操作されると、
先ず、圧力室７６内に空気が圧送されて脈波センサ７４
が表皮１２に緩やかな速度で押圧される。第１０図はこ
の状態を示している。図において、！２２は撓骨、１２
４は尺骨、１２６は股であり、撓骨動脈８０が撓骨１２
２の一部１２８によりバンクアップされている。上記の
ように表皮１２直下の撓骨動脈８０に対する好適な押圧
状態を実現するために必要な適当なバックアップ１２８
が存在している部分は、限られた位置しかなく、撓骨動
脈８０に沿った方向において比較的短いため、その方向
において単一の場所で脈波検出するだけでは、前記好適
な検出状態が得られない場合が多いのである。

上記の押圧過程においては、各感圧素子［００からの圧
力信号が図示しない制御装置により逐次読み込まれてお
り、この制御装置は、押圧力に伴って変化する各部の圧
力変動に基づいて最適押圧力を決定するとともに、Ｘ方
向において所定間隔で並列している複数本の素子列１０
１のうちの最適位置に位置するものを決定する。たとえ
ば、最適押圧力に関しては、特願昭６３−２６３５６２
号の決定方法に記載されているように、感圧素子１００
からの信号の振幅のうちの下ピーク値の押圧力に関連し
て変化する曲線の平坦部（プラトー）内から決定される
。また、素子列１０１の決定に関しては、たとえばある
素子列１０１を構成する各感圧素子１００からの信号の
うちの最大ピーク値中の局小値（特開昭６１２９３４２
４号）が最も明確に形成される素子列１０１が選択され
る。

上述のように、本実施例によれば、脈波センサ７４の押
圧面、換言すれば半導体基板９８の押圧面において撓骨
動脈８０に平行なＸ方向において複数本の素子列１０１
が一定の間隔で配設されているので、それら圧力検出用
素子列１０１のうちの最適位置に位置するものを選択す
ることにより、脈波検出装置の再装着を要することなく
、また押圧装置６６により脈波センサ７４の押圧力を一
旦零にしてから脈波センサ７４を移動させることも必要
なく、正確な脈波検出を速やかに行うことができるので
ある。

また、本実施例によれば、脈波センサ７４をＸ方向へ駆
動させる位置決め機構が不要となるので、脈波検出装置
が小型になるとともに、そのような位置決め機構による
位置精度よりも高い位置精度（素子列１０１のＸ方向の
配列精度）にて測定できるので、高い測定精度が得られ
る利点がある。

また、本実施例の脈波検出装置によれば、脈波センサ７
４の押圧面において撓骨動脈８０に平行なＸ方向におい
て複数本の素子列１０１が一定の間隔で配設されている
ので、撓骨動脈８０の脈波伝播速度が算出できる利点が
ある。この脈波伝播速度は、生体の動脈硬化度などの指
標として利用できる。

以上、本発明の一実施例を図面に基づいて説明したが、
本発明はその他の態様においても適用される。

たとえば、前述の実施例では、半導体基板９８の押圧面
において撓骨動脈８０に平行なＸ方向において複数本の
素子列１０１が一定の間隔で配設されていたが、少なく
とも２個の感圧素子１００が撓骨動脈８０に平行なＸ方
向において配列されることにより、一応の本発明の効果
が享受できるのである。

また、前述の実施例では、共通の半導体基板９８の押圧
面に多数の感圧素子１００が形成されている例が説明さ
れていたが、特開昭６３−２７５３２０号に記載されて
いるような、独立して構成される圧力検出素子が撓骨動
脈８０に平行なＸ方向において複数配設されていてもよ
いのである。

また、前述の実施例では、撓骨動脈８０について説明さ
れていたが、足音動脈の圧脈波を検出する装置などにも
本発明が適用され得る。

また、前述の実施例の感圧素子１００の間には、前記の
突条１０８に替えて、その突条１０８と同様の幅および
長さの複数本の長穴がレーザビーム照射により貫通した
状態で形成されてもよい。このようにすれば、クロスト
ークが一層抑制される。

また、前述の実施例においては、感圧素子１００が長手
状の薄肉部１０６に所定間隔で設けられていたが、個々
の独立した凹陥部の薄肉部に感圧素子をそれぞれ設けて
もよいのである。要するに、半導体基板９８の押圧面に
おいてＸ方向に複数の感圧素子１００が形成されていれ
ばよいのである。

また、前述の半導体基板９８にはシリコン単結晶板が用
いられていたが、ガリウム−砒素などの化合物半導体の
単結晶板が用いられてもよい。

また、前述の実施例では、押圧装置６６により脈波セン
サ７４が表皮１２に押圧されるように構成されていたが
、押圧装置６６に替えて、圧縮コイルスプリングや圧縮
性気体が封入された空気ばねなどの抑圧手段であっても
よい。また、ハウジング１０を手首に装着するハント１
４にその張力を所定範囲に維持することにより脈波セン
サ６６を押圧する引張手段を備えてもよい。この場合に
はバンド１４自体が押圧手段としても機能する。

また、バンド１４に替えて、ハウジング１０を表皮１２
に装着する接着手段が設けられてもよい。

また、前述の実施例では、ねじ軸４８およびそれを回転
駆動する駆動モータ４０を含む位置決め手段により脈波
センサ７４を撓骨動脈８０に直角な方向、すなわちＸ方
向に移動させるようになっていたが、半導体基板９８の
押圧面において圧力検出素子１００が配設されるマトリ
ックスの面積のＸ方向の幅寸法が大きい場合には上記位
置決め手段が削除されてもよい。

なお、上述したのはあくまでも本発明の−実施例であり
、本発明はその目的を逸脱しない範囲で種々変更が加え
られ得るものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、第６図の押圧板を示す斜視図である。 第２図は、本発明の一実施例の脈波検出装置を示す斜視
図である。第３図は第２図の装置の横断面を示す図であ
り、第４図は第２図の装置の縦断面を示す図である。第
５図は第２図の装置に用いられる偏心軸受を示す斜視図
である。第６図は第２図の実施例の脈波センサを詳しく
示す要部断面図である。第７図および第８図は、第６図
の押圧板の構成を詳しく示す断面図であって、第７図は
第６図の■−■視断面断面８図は第６図の■−■視断面
断面図る。第９図は、第１図の感圧素子の構成を説明す
る図である。第１０図は、第４図の脈波センサの押圧状
態を説明する図である。 １２：表皮 ６６：押圧装置 ７４：脈波センサ（圧力センサ） ００ ：感圧素子

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 生体の表皮に押圧される圧力センサと、該圧力センサを
   前記表皮下の動脈に向かって押圧する押圧手段とを備え
   て前記生体に装着され、前記押圧手段による押圧力を最
   適値に維持しつつ前記圧力センサからの出力信号に基づ
   いて前記動脈から発生する圧脈波を採取する形式の脈波
   検出装置であって、 前記圧力センサの押圧面には、少なくとも前記動脈に沿
   った方向の複数箇所に圧力検出素子が配設されいること
   を特徴とする脈波検出装置。