TW200803790A - Pulse measuring device - Google Patents

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200803790 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於脈波測定裝置，尤其是關於使用靜電電 容元件來測定動脈內之壓力波形的脈波測定裝置。 【先前技術】 作爲以非觀血式簡單地獲得動脈內之壓力波形的壓脈 波測定法，眾知一記載於 G . L. P r e s s m a η，Ρ . Μ · N e w g a r d，“ A Transducer for the Continuous External Measurement of Arterial Blood Pressure ，， ，IEEE TRANSACTIONS ON BIO-MEDICAL ELEC TR 〇NI C S，1 9 6 3，p p · 74-81(非專利文獻 1) 之壓力測量（TONOMETRY)。在壓力測量法中，將硬平板按 壓於身體之表面，藉由此硬平板壓迫身體表面，而在動脈 形成平坦部的程度。然後，藉由保持除去產生於動脈之表 面的張力的影響以外的壓平衡狀態，可精度良好且穩定地 僅測定動脈內之壓力變化。 近年來，正不斷嘗試從藉由壓力測量法所測定之動脈 內的壓力波形計算出特徵量，藉以測定身體內之狀態。作 爲此嘗試之一，針對屬判斷動脈之硬化程度之指標的AI(強 度指數：Augmentation Index)値，進行了刻意的硏究。 使用壓力測量法來測定動脈內之壓力波形的條件，除 了壓迫身體表面而在動脈形成平坦部的程度以外，需要在 形成於動脈之平坦部的正上方配置感測器元件。另外，爲 了精度良好地進行動脈內之壓力波形的測定，需要將感測 器元件之寬度構成爲比形成於動脈之平坦部的寬度更小， 因此，需要將感測器元件作成遠比動脈徑更小。在考慮到 200803790 以上因素之情況，要將單一之感測器元件定位而配置於形 成在動脈之平坦部的正上方係非常地困難，所以，現實上 是以和動脈之延伸方向大致垂直的方式配置壓力感測器來 測定壓脈波，而此壓力感測器係配置有被微小加工後之複 數個感測器元件。 一般，測定壓力之感測方式，利用應變電阻（Strained re si stance)元件之感測方式及利用靜電電容元件之感測方 式，已廣爲所知。在利用靜電電容元件之感測方式中，感 測器元件之構造係比應變電阻元件簡單，所以，有不需利 用多餘之製造成本的半導體製程而可廉價地製造之優點。 例如，在 Y.E.Park and K.D.Wise, “AN M〇S SWITCHED-CAPACITOR READOUT AMPLIFIER FOR CAPACITIVE PRESSURE SENSORS ” Proc.IEEE Custom Circuit Conf.，May 1983，pp.380-384(非專利文獻 2)，揭示由 放大器、電容器及開關等構成之電荷電壓轉換方式的感測 器裝置。 在此，如前述，在使用配置有複數個感測器元件之壓 力感測器的情況，需要選擇來自複數個感測器元件之輸出 的多工器。多工器通常需要使用M0S(金氧半導體）製程進 行製造。在非專利文獻2記載之感測器裝置中，因爲使用 M0S製程，所以，即使在需要多工器的情況，仍可實現製 程之共同化，可達成感測器裝置之小型化。 非專利文獻2記載之感測器裝置，可達成如上述之小 型化，且因爲使用 M0S製程而耗電少，所以被採用於 MEMS(Micro Electro Mechanical Systems :微機電系統）壓力 200803790 感測器及MEMS加速度感測器。 [非專利文獻 1] G，L.Pressman，P.M.Newgard，“ A Transducer for the Continuous External Measurement of Arterial Blood Presssure ，IEEE TRANSACTIONS ON BIO-MEDICAL ELECTRONICS , 1 963 ,pp. 74-81 [非專利文獻 2] Y.E.Park and K.D.Wise，“ AN MOS SWITCHED-CAPACITOR READOUT AMPLIFIER FOR CAPACITIVE PRESSURE SENSORS，， Proc.IEEE Custom Circuit Conf.，May 1 983，pp.3 80-3 84 【發明內容】 (發明所欲解決之課題） 但是，在非專利文獻2記載之感測器裝置中，藉由中 間隔著並列配置之電容器及開關而與放大器之輸出及輸入 連接，形成回復電路。藉由切換此開關，將對應於蓄積在 靜電電容元件之電荷的電壓、即對應於靜電電容元件之靜 電電容的電壓作爲感測器輸出而被從放大器輸出。在此， 構成回復電路之開關，例如係使用MOS類比開關。 第14圖爲M0S類比開關之OFF電容的偏壓電壓依存 性的一例之示意圖。 參照第14圖，M0S類比開關係在OFF狀態亦具有數 PF的OFF電容，且依存於施加在開關兩端之偏壓電壓而使 OFF電容變化。 第15圖係在電荷電壓轉換方式之感測器裝置中，使用 具有第14圖所示之偏壓電壓依存性的M0S類比開關之情 況時的直線性誤差的示意圖。 200803790 參照第1 5圖，在非專利文獻2記載之感測器裝置等電 荷電壓轉換方式之感測器裝置中，由MOS類比開關等構成 回復電路之開關的OFF電容的偏壓電壓依存性所引起，使 放大器之輸出電壓、即感測器裝置之輸出特性成爲非線 型。尤其是在測定動脈內之壓力波形的脈波測定裝置中， 如前述，因爲使用微小之感測器元件，所以爲了確保良好 之感測感應度，不得不減小構成回復電路之電容器的電 容，因而使M0S類比開關之OFF電容引起的感測輸出的誤 差增大。 基於此情況，本發明之目的在提供一種防止輸出特性 變成非線型，且可減小脈波檢測之誤差的脈波測定裝置。 (解決課題之手段） 本發明之一局面的脈波測定裝置，係藉由抵住身體之 表面，測定動脈內的壓力波形之脈波測定裝置，其特徵爲： 具備壓力檢測用電容器，係依動脈內之壓力而使靜電電容 變化；運算放大器，其反轉輸入端子連接於壓力檢測用電 容器的一端，而非反轉輸入端子連接於基準電壓；電荷傳 輸用電容器，其一端連接於運算放大器之反轉輸入端子， 而另一端連接於運算放大器之輸出；第1開關，其一端連 接於運算放大器之反轉輸入端子；及電壓設定部，其一端 連接於第1開關的另一端，而另一端連接於運算放大器之 輸出，電壓設定部係連接於第1開關的另一端及運算放大 器之輸出，或是，將第1開關的另一端及運算放大器之輸 出作成非連接而對第1開關的另一端施加指定電壓。 電壓設定部包含：第2開關，其一端連接於第1開關 200803790 的另一端，而另一端連接於運算放大器之輸出；及第3開 關，其一端連接於第1開關的另一端，而另一端連接於指 定電壓爲較佳。 電壓設定部包含：第2開關，其一端連接於第1開關 的另一端，而另一端連接於運算放大器之輸出；及電壓設 定用電容器，其一端連接於第1開關的另一端，而另一端 連接於指定電壓爲較佳。 脈波測定裝置更具備：充電部，對壓力檢測用電容器 的另一端施加充電電壓；及控制部，控制部係藉由控制充 電部、第1開關及電壓設定部，而對壓力檢測用電容器的 另一端施加充電電壓，以使第1開關爲ON狀態，且連接 於第1開關之另一端及運算放大器之輸出，然後將第1開 關的另一端及運算放大器之輸出作成非連接，然後對第1 開關的另一端施加指定電壓，並停止充電電壓的施加爲較 佳。 脈波測定裝置更具備：第4開關，其一端連接於壓力 檢測用電容器的一端，而另一端連接於運算放大器之反轉 輸入端子爲較佳。 脈波測定裝置更具備：充電部，係對壓力檢測用電容 器的另一端施加充電電壓；及控制部，控制部係藉由控制 充電部、第1開關、第4開關及電壓設定部，對壓力檢測 用電容器的另一端施加充電電壓，以使第1開關作成〇N 狀態，使第4開關作成ON狀態，且連接於第1開關之另 一端及運算放大器之輸出，然後使第4開關爲OFF狀態， 然後將第1開關的另一端及運算放大器之輸出作成非連 -10- 200803790 接，然後對第1開關的另一端施加指定電壓，並停止充電 電壓的施加，然後使第4開關爲ON狀態爲較佳。 指定電壓係基準電壓爲較佳° (發明效果） 根據本發明時，可防止輸出特性成爲非線型，且可減 小脈波檢測之誤差。 【實施方式】 以下，參照圖面說明本發明之實施形態。又，對於圖 中之相同或相當部分，則賦予相同之元件符號，並省略重 複說明。 <第1實施形態> [脈波測定裝置之構成及基本動作] 第1圖爲本發明之第1實施形態的脈波測定裝置的外 觀圖。又，第1圖顯示將感測器陣列按壓於手腕之測定狀 態。第2圖爲第1圖所示之測定狀態的手腕及脈波測定裝 置的模式剖視圖。 參照第1及第2圖，脈波測定裝置100係在被驗者之 手腕處測定動脈內之壓力波形用的裝置。脈波測定裝置1 00 具備有載置台1 1 0、感測器單元1及固定皮帶1 30。感測器 單元1包含外殼122、按壓腕帶18及感測器陣列19。 載置台110包含用以載置被驗者之一隻手臂200的手 腕及前臂用之載置部112。固定皮帶130係用以固定載置於 載置台110上之手臂200的手腕部分。感測器單元1係安 裝於固定皮帶130上，內建有感測器陣列19。 參照第1圖，在將手腕固定於載置台1 1 0上之狀態下， -11- 200803790 動脈210係位於與手臂200的延伸方向平行之方向 照第2圖，藉由內建於感測器單元1之外殼122內 腕帶1 8的膨脹，使感測器陣列19下降，而使感測 1 9的感測面朝向手腕表面抵住。按壓腕帶1 8係藉由 加壓泵1 5及負壓泵1 6以調整內壓。感測器陣列1 9 成使設於感測面之後述的下部電極3 1沿與動脈2 1 0 方向大致垂直的方向延伸。 在按壓時，動脈210成爲藉由橈骨（i:adius)220 器陣列19之感測面而從上下方向夾住的狀態，而 2 1 0形成平坦部。另外，在形成於動脈2 1 0之平坦部 方配置有至少一個感測器元件28。 第3圖爲本發明之第1實施形態的脈波測定裝 測器陣列19、多工器20及C-V轉換部21之構成的3 第4圖爲感測器陣列1 9的外觀立體圖。 參照第3圖，感測器陣列19係與多工器20及 換部21組合使用。C-V轉換部21包含充電部51。 參照第4圖，感測器陣列1 9包含下部電極3 1、 極3 2及隔塊構件3 0。下部電極3 1係由以相互並行 方式設成行狀的基本上呈直線狀延長之多個帶狀銅 所構成。上部電極32係以沿與下部電極3 1正交之 互並行之方式設置成列狀的基本上呈直線狀延長之 狀銅箔電極所構成。在下部電極31與上部電極32 置有由矽橡膠構成的隔塊構件30。 在配置成行列狀之下部電極3 1與上部電極32 部，藉由隔塊構件30以使下部電極3 1與上部電極 上。參 的按壓 器陣列 後述之 係配置 之延伸 及感測 於動脈 的正上 置的感 Θ意圖。 C-V轉 上部電 行走之 范電極 方向相 多個帶 之間配 之交叉 32間隔 -12- 200803790 指定之距離而對向地配置。藉此，在下部電極31與上部電 極3 2之交叉部形成有感測器元件2 8。亦即，感測器陣列 1 9係包含配置成行列狀之複數個感測器元件28。 感測器元件2 8係藉由施加於上部電極3 2或下部電極 3 1之壓力而朝相互接近之方向變形，以使靜電電容變化。 再度參照第3圖，介由多工器20將C-V轉換部21連 接於下部電極31與上部電極32之一方的電極上。多工器 20選擇特定之下部電極31及上部電極32。藉由此構成， 可獲得配置成行列狀之複數個感測器元件28中任一個的 靜電電容而作爲C-V轉換部21的輸出電壓。例如，在多工 器20選擇從上算起第2行之下部電極31及從左算起第3 列的上部電極32之情況，感測器元件28A被連接於C-V轉 換部2 1。因此，可測定感測器陣列1 9之任意位置的壓力波 形。又，在第3圖中，上部電極32係介由多工器20而與 充電部51連接，但亦可使下部電極31與上部電極32之連 接關係相反，使下部電極31介由多工器20而與充電部51 連接。 第5圖爲本發明之第1實施形態的脈波測定裝置的功 能方塊圖。 參照第5圖，脈波測定裝置100具備：感測器單元1、 顯示單元3及載置台110。顯示單元3包括操作部24及顯 示部25。感測器單元1包含按壓腕帶1 8及感測器陣列1 9。 載置台110包含：ROM(唯讀記憶體）12、RAM(隨機存取記 憶體）13、CPU(中央處理單元）（控制部Π1、驅動電路14、 加壓泵15、負壓泵16、切換閥17、多工器20 'C-V轉換部 -13- 200803790 21、低通濾波器22及A/D轉換部23。 操作部24係檢測來自外部之操作，並將檢測結果作爲 操作信號輸出於CPU11等。用戶操作此操作部24而將有關 脈波測定之各種資訊輸入脈波測定裝置1 〇〇。 顯示部2 5包括：將動脈位置檢測結果及脈波測定結果 等之各種資訊輸出至外部用的LED(發光二極體）、及 LCD(液晶顯示器）。 ROM 1 2及RAM 1 3例如、係記憶用以控制脈波測定裝置 100用之資料及程式。 驅動電路14係根據來自CPU11之控制信號，而驅動加 壓泵15、負壓泵16及切換閥17。 CPU11係存取於ROM12以讀出程式，並將讀出後之程 式展開於RAM 1 3加以執行，以進行脈波測定裝置1 00之各 區塊的控制及運算處理。另外，CPU11係根據自操作部24 接收之用戶的操作信號，進行脈波測定裝置1 00之各區塊 的控制處理。即，CPU1 1係根據自操作部24接收之操作信 號而將控制信號輸出於各區塊。另外，CPU 1 1係將脈波測 定結果等顯示於顯示部25上。 加壓泵15係對按壓腕帶18之內壓進行加壓用的泵， 另外，負壓泵16係對按壓腕帶18之內壓進行減壓用的泵。 切換閥1 7係將加壓泵1 5及負壓泵1 6之任一方選擇性地連 接於空氣管6。 按壓腕帶1 8包括用於將感測器陣列1 9按壓於手腕上 而被加壓調整之空氣袋。 感測器陣列1 9係藉由按壓腕帶1 8之壓力而被按壓於 -14· 200803790 被驗者之手腕等的測定部位。感測器陣列1 9係在被按壓之 狀態下，介由橈骨動脈檢測被驗者之脈波、即動脈內之壓 力波形。 多工器20係根據自CPU11所接收之控制信號，選擇感 測器陣列1 9之複數個感測器元件28中的任一個。C-V轉 換部21係將多工器20所選出之感測器元件28的靜電電容 値轉換爲電壓之、即顯示動脈內之壓力波形的自動脈傳遞 至身體表面之壓力振動波，作爲電壓信號加以輸出（以下， 亦稱壓力信號）。 低通濾波器22係將自C-V轉換部21接收之壓力信號 中的指定頻率成分加以衰減。 A/D轉換部23係將通過低通濾波器22之屬類比信號 的壓力信號轉換爲數位信號並輸出於CPU11。 又，載置台110亦可爲包含顯示單元3之構成。另外， 雖載置台110係作成具備CPUH、R〇M12及RAM13之構成， 但亦可作成顯示單元3包含該些之構成。另外，CPU11亦 可爲與PC(Personal Computer)連接，以進行各種控制之構 成。 [脈波測定裝置之動作] 第6圖爲決定本發明之第1實施形態的脈波測定裝置 進行脈波測定時之動作程序的流程圖。第6圖之流程所示 之處理，係藉由CPU1 1於R0M12存取以讀出程式，並將讀 出後之程式於RAM 1 3展開加以執行而可實現。 參照第6圖，首先，當電源投入於脈波測定裝置1 〇〇 時，CPU1 1對驅動電路14發出驅動負壓泵16之指示。驅 -15- 200803790 動電路14根據來自CPU11之指示，將切換開關17切 負壓泵16側，以驅動負壓泵16(S 101)。被驅動後之負 16係介由切換開關17而將按壓腕帶18之內壓減壓成 大氣壓更低。藉由此種構成，可避免感測器陣列1 9不 突出而產生誤動作及故障的情況。 當CPU 1 1檢測感測器陣列1 9已移動至測定部位之 時（S 1 0 2)，開始脈波測定。在此，感測器單元1具備檢 測器陣列19之移動用的未圖示之微動開關等，CPU11 微動開關之檢出信號，以認識感測器陣列1 9之位置。 CPU 1 1亦可構成爲當檢測包含於操作部24之測定開始 (未圖示）被按壓之情況時，開始脈波測定之構成。 CPU 1 1係當感測器陣列1 9移動至測定部位時（在 爲YES)，便對驅動電路14發出驅動加壓泵15之指示 動電路14根據來自CPU11之指示，將切換開關17切 加壓泵1 5側，以驅動加壓泵1 5 (S 1 0 3 )。被驅動後之 泵15係介由切換開關17而將按壓腕帶18之內壓加壓 將感測器陣列1 9按壓於被驗者之測定部位的表面。 當感測器陣列19按壓住測定部位時，多工器20 CPU11之控制，以時分割方式切換連接於C-V轉換部 感測器元件28。C-V轉換部21將多工器20所選出之 器元件28的靜電電容値轉換爲電壓。低通濾波器22 C-V轉換部21所接收之壓力信號中的指定頻率成分加 減。A/D轉換部23將通過低通濾波器22之壓力信號 爲數位信號並輸出至CPU11。 CPU11根據自A/D轉換部23所接收之數位資訊， 換至 廳泵 遠比 小心 情況 測感 根據 又， 開關 S102 。驅 換至 加壓 ;，而 根據 21的 感測 將自 以衰 轉換 製成 -16- 200803790 表示感測器元件28之位置與壓力信號的關係之壓力描記 圖（tonogram)，並顯示於顯示部25上（S104)。 CPU 1 1根據製成之壓力描記圖，檢測位於動脈上之感 測器元件28並加以選擇（S 1 05)。又，針對檢測感測器元件 28之處理，可使用本案申請人已申請並公開之日本特開 2004-222847號公報所記載的技術等。 另外，CPU11根據自A/D轉換部23所接收之數位資 訊，抽出自 C-V轉換部21輸出之壓力信號的直流成分 (S1 06)。壓力信號的直流成分係由指定期間之壓力信號的 平均値、壓力信號中之指定頻率以下之成分、即除去脈波 成分後之壓力信號、及脈波上昇點、即混入脈波成分前之 壓力信號位準等來表示。 更具體而言，可將壓力信號之輸出變化分割爲每一指 定期間之窗口（區間），利用計算出各窗口內之平均，以抽 出直流成分。或是，利用計算出各窗口內之最大値與最小 値的中間値等，同樣可抽出直流成分。又，上述之指定期 間係不根據被驗者之脈搏而預先設定於脈波測定裝置1 00 內之期間，以一般之脈搏之間隔以上的1.5秒左右爲較佳。 然後，CPU1 1控制驅動電路14，以進行最佳壓力調整、 即以穩定壓力信號之直流成分之方式來調整按壓腕帶18 的內壓（S107)。 然後，CPU11根據自A/D轉換部23所接收之數位資訊 所表示的現在選擇之來自C-V轉換部21的壓力信號，而取 得波形資料，並根據已取得之波形資料來測定脈波（S 108)。 CPU 1 1在脈波測定之結束條件成立的情況（在S 1 09爲 -17- 200803790 YES)，控制驅動電路14以驅動負壓泵16，解除感測器陣 列1 9對測定部位的按壓狀態（S 1 1 0)。在此’脈波測定之結 束條件可爲預先設定之指定時間（例如，30秒）的經過，亦 可爲來自用戶之測定結束的指示及測定中斷的指示等。 另一方面，CPU11在指定條件未成立之情況（在S109 爲NO)，則重複進行波形資料之傳送處理，以繼續脈波測 •定（S108)。 [C-V轉換部、感測器元件之構成及基本動作] 第7圖爲本發明之第1實施形態的脈波測定裝置的C-V 轉換部2 1及電容器CX之構成的功能方塊圖。 參照第7圖，C-V轉換部21包含充電部51、電壓轉換 部52及電壓保持部53。電容器（壓力檢測用電容器）CX係 對應於感測器元件28。又，在第7圖中，爲了簡要說明起 見並未圖示多工器20,另外，僅顯示多工器20所選出之電 容器CX。 電容器CX係在脈波測定裝置1 00之感測器陣列1 9抵 住身體表面之狀態下，靜電電容響應身體之動脈內的壓力 而變化。 充電部51對電容器CX施加充電電壓以蓄積電荷。電 壓轉換部52根據蓄積於電容器CX內之電荷，產生表示電 容器CX之靜電電容的轉換電壓，而輸出至電壓保持部53。 電壓保持部53保持自電壓轉換部52所接收之轉換電壓， 同時輸出至低通濾波器22。 第8圖爲本發明之第1實施形態的脈波測定裝置的C-V 轉換部21及電容器CX之構成的電路圖。 -18- 200803790 參照第8圖，C-V轉換部21係與對應於感測器元件28 之電容器（壓力檢測用電容器）CX組合而被使用。C-V轉換 部21具備：電容器CC、電荷傳送用電容器CF、電容器cm、 開關（第1開關）SW1、開關（第4開關）SW4、開關SW5、運 算放大器G1及G2、充電部51、及電壓設定部54。充電部 51包括開關SW51〜SW54、以及電源VI及V2。電壓設定 部54包括開關（第2及第3開關）SW2及SW3。開關SW1〜 SW5例如係MOS類比開關。又，在第8圖中，爲了簡要說 明起見並未圖示多工器20，另外，僅顯示多工器20所選出 之電容器CX。 在此，運算放大器G1、開關SW1、電容器CF及電壓 設定部54係對應於第7圖所示之電壓轉換部52。另外，開 關SW5及電容器CH1係對應於第7圖所示之電壓保持部 53 ° 運算放大器G1係將反轉輸入端子連接於電容器CX之 一端及電容器CC的一端，而將非反轉輸入端子連接於接地 電壓（基準電壓）。電容器CF係將一端連接於運算放大器 G 1的反轉輸入端子，而將另一端連接於運算放大器G1的 輸出。開關SW 1係將一端連接於運算放大器G 1的反轉輸 入端子，而將另一端連接於電壓設定部54的一端。電壓設 定部5 4係將另一端連接於運算放大器G1的輸出。 在電壓設定部54中，開關SW2係將一端連接於開關 SW1的另一端，而將另一端連接於運算放大器G1的輸出。 開關SW3係將一端連接於開關SW1的另一端，而將另一端 連接於接地電壓（基準電壓）。 -19- 200803790 開關SW5係將一端連接於運算放大器G1的輸出，而 將另一端連接於電容器CH1的一端及運算放大器G2的非 反轉輸入端子。電容器CH 1的另一端係連接於接地電壓。 運算放大器G2之反轉輸入端子係連接於運算放大器G2的 輸出。 在充電部51，開關SW51的一端係連接於電源VI之正 電極，另一端係連接於開關SW5 2的一端及電容器CX的另 一端。開關SW54的一端係連接於電源V2之負電極，另一 端係連接於開關SW53的一端及電容器CC的另一端。開關 SW5 3的另一端、電源VI之負電極及電源V2之正電極係連 接於接地電壓。另外，電源V 1及電源V2之輸出電壓値係 VCC。 電容器CC亦被稱爲反電容，係爲了調整電容器CX的 靜電電容之抵消量的目的而配置。 開關SW1〜SW5係分別根據自CPU11所接收之控制信 號SCI〜SC5而切換成ON狀態及OFF狀態。開關SW51〜 SW54係根據自CPU11所接收之未圖示的控制信號而切換 成〇N狀態及OFF狀態。 電壓設定部54係連接開關SW1之另一端及運算放大 器G1的輸出，或是將開關SW1之另一端及運算放大器G1 的輸出作爲非接觸而施加接地電壓至開關SW 1之另一端。 [C - V轉換部之動作] 第9圖爲顯示本發明之第1實施形態的脈波測定裝置 進行脈波測定時之C-V轉換部21的動作之時序流程圖。VP 係施加於電容器CX的另一端之電壓，VN係施加於電容器 -20- 200803790 CC的另一端之電壓，VG1係運算放大器G1之輸出電壓， VOUT係運算放大器G2之輸出電壓。在控制信號SCI〜SC5 爲高位準的情況，分別對應之開關SW1〜SW5成爲ON狀 態，而在低位準之情況成爲OFF狀態。 第1 0圖爲決定本發明之第1實施形態的脈波測定裝置 進行脈波測定時之C-V轉換部2 1的動作程序之流程圖。第 10圖所示流程之處理，係藉由CPU1 1於ROM 12存取以讀 出程式，並將讀出後之程式於RAM 1 3展開加以執行而可實 現。 參照第9及第10圖，首先，CPU11令開關SW1，SW2 及SW4爲ON狀態，且開關SW3及SW5爲OFF狀態。另外， CPU1 1藉由令開關SW52及SW53爲OFF狀態，且開關SW51 及SW5 4爲ON狀態，而施加充電電壓VCC至電容器CX之 另一端，且施加充電電壓-VCC、即絕對値與充電電壓VCC 相等且施加方向相反之電壓至電容器CC之另一端（步驟 S1) ° 在此，被施加至運算放大器G1之非反轉輸入端子的電 壓、即接地電壓，從運算放大器G1之輸出回復至運算放大 器G1之反轉輸入端子。因此，與充電電壓VCC對應之電 荷在電容器CX蓄積，且與充電電壓- VCC對應之電荷蓄積 於電容器CC。 其次，CPU11令開關SW4爲OFF狀態（步驟S2)。 再者，CPU 11藉由令開關SW1及SW2爲OFF狀態，以 使開關SW1之另一端及運算放大器G1之輸出作成非連接 (步驟S3)。 -21- 200803790 再者，CPUl 1藉由令開關SW3爲ON狀態，施加接地 電壓（基準電壓）至開關SW1之另一端。CPU11藉由令開關 SW52及SW53爲ON狀態，且開關SW51及SW54爲OFF狀 態，以停止充電電壓VCC及-VCC之施加，而施加接地電 壓（基準電壓）至電容器CX的另一端及電容器CC的另一端 (步驟S 4)。 再者，CPU11令開關SW4爲ON狀態。於是，與蓄積 於電容器CX之電荷量及蓄積於電容器CC之電荷量的差對 應之電荷移動至電容器CF。然後，從運算放大器G1將與 蓄積於電容器CF之電荷對應的電壓作爲輸出電壓G1加以 輸出（步驟S 5)。更詳細而言，若設電容器CX之靜電電容 爲CX，設電容器CC之靜電電容爲CC，設充電電壓VCC 之電壓値爲 VCC時，則移動至電容器CF之電荷，係以 (CX-CC)xVCC表示。移動至電容器CF之電荷，係當設電容 器CF之靜電電容爲CF時，藉由運算放大器G1而轉換爲 以（（CX-CC)/CF)xVCC表示的電壓。 然後，CPUl 1令開關SW5爲ON狀態。藉此，根據運 算放大器G1之輸出電壓而將電容器CH1充電（步驟S6)。 然後，CPUl 1令開關SW5爲OFF狀態。藉此，輸入運 算放大器G2之非反轉輸入端子的電壓被固定。而後從運算 放大器G2，將與蓄積於電容器CH1之電荷對應的電壓、即 對應於身體之動脈內的壓力之電壓作爲輸出電壓V0UT而 輸出至低通濾波器22 (步驟S7)。 CPU11藉由重複進行程序S1至S7的處理，以更新自 C-V轉換部21輸出的壓力信號。藉此而測定動脈內之壓力 -22- 200803790 波形。 但是，在非專利文獻2記載之感測器裝置等電荷電壓 轉換方式之感測器裝置中，有由MOS類比開關等構成回復 電路之開關的OFF電容的偏壓電壓依存性所引起，造成放 大器之輸出電壓、即感測器裝置之輸出特性成爲非線型的 問題。然而，在本發明之第1實施形態的脈波測定裝置中， CPU11藉由令開關SW1及SW2爲OFF狀態，以使開關SW1 之另一端及運算放大器G1之輸出爲非接觸。然後，CPU 11 藉由令開關SW3爲ON狀態，而施加指定電壓、即接地電 壓至開關SW1之另一端。在此，在令開關SW3爲ON狀態 時，接地電壓從運算放大器G1之輸出被回復至運算放大器 G 1之反轉輸入端子，而施加接地電壓至開關SW 1之一端。 藉由此種構成，在電荷傳送動作（步驟S 5 )時，可令施加於 開關SW 1兩端之偏壓電壓爲一定値，所以可防止感測器之 輸出特性成爲非線型，而可減小脈波檢測之誤差。 另外，在本發明之第1實施形態的脈波測定裝置中， CPU 11藉由將屬施加於運算放大器G1之非反轉輸入端子的 電壓的接地電壓施加至開關SW 1之另一端的構成，利用對 開關SW1之雨端施加相同電壓，可令開關SW1之OFF電容 大致爲0，可更減小感測器之輸出特性的誤差。 另外，本發明之第1實施形態的脈波測定裝置，具備 一端連接於電容器CX的一端，而另一端連接於運算放大 器G1之反轉輸入端子的開關SW4。而後，CPU1 1在將對應 於充電電壓VCC之電荷蓄積於電容器CX後，令開關SW4 爲OFF狀態。然後，使開關SW1之另一端及運算放大器 -23- 200803790 G1之輸出爲非接觸，且施加接地電壓至開關SW1之另一 端。其後，CPU11令開關SW4爲ON狀態，將蓄積於電容 器CX之電荷移動至電容器CF。如此，利用令施加於開關 SW1兩端之偏壓電壓爲一定値，且OFF電容大致爲0，在 與蓄積於電容器CX之電荷量及蓄積於電容器CC之電荷量 的差對應之電荷移動至電容器CF時，亦可防止電荷移動至 開關SW1的OFF電容，而使電荷移動僅限定於電容器CF， 所以感測器輸出的直線性變成良好。 另外，在本發明之第1實施形態的脈波測定裝置中， 開關SW3例如係使用M0S類比開關。在此種構成中，在由 積體電路構成C-V轉換部21之情況，可用相同製程來構成 開關SW3，故可達成C-V轉換部之小型化。 另外，在本發明之第1實施形態的脈波測定裝置中， 在停止充電電壓之施加時，於電容器CX之另一端施加基 準電壓。更詳細而言，CPU11在停止對電容器CX之另一端 施加充電電壓VCC時，將屬施加於運算放大器G1之非反 轉輸入端子的電壓的接地電壓施加至電容器CX之另一 端。藉由此種構成，可使運算放大器G 1在直線性良好之範 圍內動作。 其次，參照圖面說明本發明之另一實施形態。又，對 於圖中之相同或相當部分，則賦予相同之元件符號，並省 略重複說明。 <第2實施形態> 本實施形態係有關變更C-V轉換部2 1之構成的脈波測 定裝置。 -24- 200803790 [c-ν轉換部之構成] 第1 1圖爲本發明之第2實施形態的脈波測定裝置的 C-V轉換部21及電容器CX之構成的電路圖。 參照第1 1圖，本發明之第2實施形態的電壓設定部5 4 係包含電容器（電壓設定用電容器）CS，以取代開關SW4。 電容器CS的一端連接於開關SW1之另一端及開關 SW2的一端，而另一端則連接於指定電壓、例如負電壓 VEE。 [C-V轉換部之動作] 第1 2圖爲顯示本發明之第2實施形態的脈波測定裝置 進行脈波測定時之C-V轉換部2 1的動作之時序流程圖。 VP係施加於電容器CX的另一端之電壓，VN係施加於 電容器CC的另一端之電壓，VG1係運算放大器G1之輸出 電壓，VOUT係運算放大器G2之輸出電壓。在控制信號SCI 〜SC5爲高位準的情況，分別對應之開關SW1〜SW5成爲 ON狀態，而在低位準之情況成爲OFF狀態。 第1 3圖爲決定本發明之第2實施形態的脈波測定裝置 進行脈波測定時之C · V轉換部2 1的動作程序之流程圖。第 13圖所示流程之處理，係藉由CPU11於R0M12存取以讀 出程式，並將讀出後之程式於RAM13展開加以執行而可實 現。 參照第12及第13圖，首先，CPU 11令開關SW1，SW2 及SW4爲ON狀態，且開關SW5爲OFF狀態。另外，CPU 11 藉由令開關SW52及SW53爲OFF狀態，且開關SW51及 SW54爲〇N狀態，而施加充電電壓VCC至電容器CX之另 -25- 200803790 一端，且施加充電電壓-V C C、即絕對値與充電電壓v C C相 ,等且施加方向相反之電壓至電容器CC之另一端（步驟 S11)。 在此，被施加至運算放大器G1之非反轉輸入端子的電 壓、即接地電壓，從運算放大器G1之輸出回復至運算放大 器G1之反轉輸入端子。因此，與充電電壓VCC對應之電 荷在電容器CX蓄積，且與充電電壓- VCC對應之電荷蓄積 於電容器CC。 其次，CPU11令開關SW4爲OFF狀態（步驟S12)。又， 在程序S11及S12中，因爲開關SW1及SW2爲ON狀態， 所以電荷亦蓄積於電容器CS內。 再者，CPU11藉由令開關SW1及SW2爲OFF狀態，以 使開關SW1之另一端及運算放大器G1之輸出爲非接觸（步 驟S13)。在此，藉由蓄積於電容器CS之電荷，開關SW1 之另一端被保持接地電壓（基準電壓）。 再者，CPU11藉由令開關SW52及SW53爲ON狀態， 且開關SW51及SW54爲OFF狀態，以停止充電電壓vcc 及-vcc之施加，而施加接地電壓（基準電壓）至電容器cx 的另一端及電容器CC的另一端（步驟S14)。 再者，CPU11令開關SW4爲ON狀態。於是，與蓄積 於電容器CX之電荷量及蓄積於電容器CC之電荷量的差對 應之電荷移動至電容器CF。然後，從運算放大器Gi將與 蓄積於電容器CF之電荷對應的電壓作爲輸出電壓G1而加 以輸出（步驟S15)。更詳細而言，若設電容器CX之靜電電 容爲CX，設電容器CC之靜電電容爲CC，設充電電壓vcc -26- 200803790 之電壓値爲 VCC時，則移動至電容器CF之電荷，係由 (CX-CC)xVCC表示。移動至電容器CF之電荷，係當設電容 器CF之靜電電容爲CF時，藉由運算放大器G1而轉換爲 由（（CX-CC)/CF)xVCC表示的電壓。 然後，CPU1 1令開關SW5爲ON狀態。藉此，根據運 算放大器G1之輸出電壓而將電容器CH1充電（步驟S16)。 然後，CPU11令開關SW5爲OFF狀態。藉此，輸入運 算放大器G2之非反轉輸入端子的電壓被固定。而後，從運 算放大器G2，將與蓄積於電容器CH1之電荷對應的電壓、 即對應於身體之動脈內的壓力之電壓作爲輸出電壓V OUT 而輸出至低通濾波器22 (步驟S 17)。 CPU11藉由重複進行步驟S11至S17的處理，以更新 自C-V轉換部21輸出的壓力信號。藉此測定動脈內之壓力 波形。 本實施形態之其他構成及動作與第1實施形態的脈波 測定裝置相同，在此，不重複詳細說明。 因此，在本發明之第2實施形態的脈波測定裝置中， 與第1實施形態的脈波測定裝置同樣地，可防止輸出特性 成爲非線型，故可減小脈波檢測之誤差。 在此揭示之實施形態及實施例，在所有方面均係例 示，而不應認爲係限制者。本發明之範圍並非上述之實施 形態，而是由申請專利範圍所揭示，其包含與申請專利範 圍均等之意義及範圍內的所有變更。 【圖式簡單說明】 第1圖爲本發明之第1實施形態的脈波測定裝置的外 -27- 200803790 觀圖。 第2圖爲第1圖所示之測定狀態的手腕及脈波測定裝 置的模式剖視圖。 第3圖爲顯示本發明之第1實施形態的脈波測定裝置 的感測器陣列19、多工器20及C-V轉換部21之構成的圖。 第4圖爲感測器陣列1 9的外觀立體圖。 第5圖爲本發明之第1實施形態的脈波測定裝置的功 能方塊圖。 第6圖爲決定本發明之第1實施形態的脈波測定裝置 進行脈波測定時之動作程序的流程圖。 第7圖爲顯示本發明之第1實施形態的脈波測定裝置 的C-V轉換部21及電容器CX之構成的功能方塊圖。 第8圖爲顯示本發明之第1實施形態的脈波測定裝置 的C-V轉換部21及電容器CX之構成的電路圖。 第9圖爲顯示本發明之第1實施形態的脈波測定裝置 進行脈波測定時之C-V轉換部2 1的動作之時序流程圖。 第1 0圖爲決定本發明之第1實施形態的脈波測定裝置 進行脈波測定時之C-V轉換部2 1的動作程序之流程圖。 第1 1圖顯示爲本發明之第2實施形態的脈波測定裝置 的C-V轉換部21及電容器CX之構成的電路圖。 第1 2圖爲顯示本發明之第2實施形態的脈波測定裝置 進行脈波測定時之C _V轉換部2 1的動作之時序流程圖。 第1 3圖爲決定本發明之第2實施形態的脈波測定裝置 進行脈波測定時之C-V轉換部2 1的動作程序之流程圖。 第14圖爲顯示MOS類比開關之OFF電容的偏壓電壓 -28- 200803790 依存性的一例之圖。 第15圖係在電荷電壓轉換方式之感測器裝置中，顯示 使用具有第1 4圖所示之偏壓電壓依存性的MOS類比開關 之情況時的直線誤差的圖。 【主要元件符號說明】 1 感測器單元 3 顯示單元 11 CPU 12 ROM 13 RAM 14 驅動電路 15 加壓泵 16 負壓泵 17 切換閥 18 按壓腕帶 19 感測器陣列 20 多工器 21 C-V轉換部 22 低通濾波器 23 A/D轉換部 24 操作部 25 顯示部 26 PCB 27 軟性配線 28 感測器元件 29- 200803790 28A 感測器元件 30 隔塊構件 3 1 下部電極 32 上部電極 5 1 充電部 52 電壓轉換部 53 電壓保持部 54 電壓設定部 55 差動放大器 100 脈波測定裝置 110 載置台 120 感測器元件 122 外殼 130 固定皮帶 200 手臂 210 動脈 220 橈骨 CX 電容器（壓力檢測用電容器） CC 電容器 CF 電荷傳送用電容器 CHI 電容器 CS 電容器（電壓設定用電容器） SW1〜SW4 開關（第1開關至第4開關） SW5，SW5 1 〜SW54 開關 G1，G2 運算放大器 V1，V2 電源 -30-

Claims (1)

1. 200803790 十、申請專利範圍： 1 · 一種脈波測定裝置，係藉由抵住身體之表面，測定動脈 內的壓力波形之脈波測定裝置（1〇〇)，其特徵爲：具備 壓力檢測用電容器（CX)，係依動脈內之壓力而使靜電 電容變化； 運算放大器（G1)，其反轉輸入端子連接於該壓力檢測 用電容器（CX)的一端，而非反轉輸入端子連接於基準電 壓； 電荷傳輸用電容器（CF)，其一端連接於該運算放大器 (G1)之反轉輸入端子，而另一端連接於該運算放大器（G1) 之輸出， 第1開關（SW1)，其一端連接於該運算放大器（G1)之反 轉輸入端子；及 電壓設定部（5 4)，其一端連接於該第1開關（SW1)的另 一端，而另一端連接於該運算放大器（G1)之輸出， 該電壓設定部（54)係連接於該第1開關（SW1)的另一端 及該運算放大器（G1)之輸出，或是，將該第1開關（SW1) 的另一端及該運算放大器（G1)之輸出作成非連接而對該 第1開關（SW1)的另一端施加指定電壓。 2.如申請專利範圍第1項之脈波測定裝置，其中該電壓設 定部（54)係包含： 第2開關（SW2)，其一端連接於該第1開關（SW1)的另 一端，而另一端連接於該運算放大器（G1)之輸出；及 第3開關（SW3)，其一端連接於該第1開關（SW1)的另 一端，而另一端連接於該指定電壓。 -31- 200803790 3 ·如申請專利範圍第1項之脈波測定裝置，其中該電壓設 定部（54)係包含： 第2開關（SW2)，其一端連接於該第1開關（SW1)的另 一端，而另一端連接於該運算放大器（G1)之輸出·，及 電壓設定用電容器（CS)，其一端連接於該第1開關（SW1) 的另一端，而另一端連接於該指定電壓。 4. 如申請專利範圍第1項之脈波測定裝置，其中該脈波測 定裝置（100)更具備： 充電部（5 1)，係對該壓力檢測用電容器（CX)的另一端施 加充電電壓；及控制部（1 1)， 該控制部（1 1)係藉由控制該充電部（5 1 )、該第1開關 (SW1)及該電壓設定部（54)，對該壓力檢測用電容器（CX) 的另一端施加該充電電壓，以使該第1開關（SW1)爲ON 狀態，且連接於該第1開關（SW1)之另一端及該運算放大 器（G1)之輸出，然後， 將該第1開關（SW1)的另一端及該運算放大器（G1)之輸 出作成非連接，然後， 對該第1開關（SW1)的另一端施加該指定電壓，並停止 該充電電壓的施加。 5. 如申請專利範圍第1項之脈波測定裝置，其中該脈波測 定裝置（100)更具備： 第4開關（SW4)，其一端連接於該壓力檢測用電容器（CX) 的一端，而另一端連接於該運算放大器（G1)之反轉輸入端 子。 6. 如申請專利範圍第5項之脈波測定裝置，其中該脈波測 -32- 200803790 定裝置（100)更具備： 充電部（51)，係對該壓力檢測用電容器（CX)的另一端施 加充電電壓；及控制部（Π) ’ 該控制部（11)係藉由控制該充電部（51)、該第1開關 (SW1)、該第4開關（SW4)及該電壓設定部（54)，對該壓力 檢測用電容器（CX)的另一端施加該充電電壓，以使該第1 開關（SW1)爲ON狀態，使該第4開關（SW4)爲ON狀態， 且連接於該第1開關（SW1)之另一端及該運算放大器（G1) 之輸出，然後， 使該第4開關（SW4)爲OFF狀態，然後， 將該第1開關（SW1)的另一端及該運算放大器（G1)之輸 出作成非連接，然後， 對該第1開關（SW1)的另一端施加該指定電壓，並停止 該充電電壓的施加，然後， 使該第4開關（SW4)爲ON狀態。 7 ·如申請專利範圍第1項之脈波測定裝置，其中該指定電 壓係基準電壓。 -33-