WO2007122963A1

WO2007122963A1 - 脈波測定装置

Info

Publication number: WO2007122963A1
Application number: PCT/JP2007/056204
Authority: WO
Inventors: Kazuhisa Tanabe
Original assignee: Omron Healthcare Co., Ltd.
Priority date: 2006-04-18
Filing date: 2007-03-26
Publication date: 2007-11-01
Also published as: JP2007282903A; JP4363411B2; TW200803789A

Abstract

　脈波測定装置は、生体の表面に押し当てることにより、動脈内の圧力波形を測定する。脈波測定装置は、動脈内の圧力に応じて静電容量が変化する圧力検出用コンデンサ（ＣＸ）と、圧力検出用コンデンサ（ＣＸ）に第１の充電電圧を印加して第１の電荷を蓄え、かつ圧力検出用コンデンサ（ＣＸ）に第１の充電電圧と異なる第２の充電電圧を印加して第２の電荷を蓄える充電部（５１）と、第１の電荷に基づいて第１の変換電圧を生成し、かつ第２の電荷に基づいて第２の変換電圧を生成する電圧変換部（５２）と、第１の変換電圧および第２の変換電圧に基づいて圧力検出用コンデンサ（ＣＸ）の静電容量を表わす電圧を出力する演算部（５４）とを備える。

Description

明細書

脈波測定装置

技術分野

[0001] 本発明は、脈波測定装置に関し、特に、静電容量素子を用いて動脈内の圧力波形を測定する脈波測定装置に関する。

背景技術

[0002] 非観血式で簡便に動脈内の圧力波形を得る圧脈波測定法として、 G丄. Pressman, P.M.Newgard, A Transducer for the ontinuous External Measurement of Arterial Blood Pressure", IEEE TRANSACTIONS ON BIO-MEDICAL ELECT RONICS, 1963, pp.74_81 (非特許文献 1)に記載されるトノメトリ法が知られている。トノメトリ法では、生体の表面に固形平板を押し当て、この固形平板によって動脈に平坦部が形成される程度に生体の表面を圧迫する。そして、動脈の表面に生じる張力の影響が除外された圧平衡状態を保つことにより、動脈内の圧力変化のみを精度よく安定して測定する。

[0003] 近年、トノメトリ法によって測定した動脈内の圧力波形力特徴量を算出することにより、生体内の状態を測定する試みがなされている。その試みの一つとして、動脈の硬化度合レ、を判断する指標である AI (Augmentation Index)値にっレ、ての研究が鋭意行なわれている。

[0004] トノメトリ法を用いて動脈内の圧力波形を測定する条件としては、動脈に平坦部が形成される程度に生体の表面を圧迫することの他に、動脈に形成された平坦部の直上にセンサ素子が配置されることが必要になる。また、精度よく動脈内の圧力波形の測定を行なうためには、動脈に形成された平坦部の幅よりもセンサ素子の幅を小さく構成することが必要であり、そのためにはセンサ素子が動脈径よりも十分に小さいことが必要である。以上を考慮した場合、単一のセンサ素子を動脈に形成された平坦部の直上に位置決めして配置することは非常に困難であるため、微小加工された複数のセンサ素子が配置された圧力センサを動脈の延在方向と略直交するように配置して圧脈波を測定することが現実的である。 [0005] 一般に、圧力を測定するセンシング方式としては、歪み抵抗素子を利用したセンシング方式および静電容量素子を利用したセンシング方式が知られている。静電容量素子を利用したセンシング方式では、センサ素子の構造が歪み抵抗素子に比べて簡素であるため、多額の製造コストを要する半導体製造プロセスを利用することなく安価に製作できるとレ、うメリットがある。

[0006] 動脈内の圧力波形を得るためのものではないが、測定面に静電容量素子がアレイ状に配置された圧力センサとして、特表 2005— 507083号公報（特許文献 1)には、増幅器および静電容量素子等でフィードバックループが構成されるインピーダンスブリッジ方式のセンサ装置が開示されている。

[0007] し力、しながら、特許文献 1記載のセンサ装置では、精度を高めるためにフィードバックループにおける信号の位相制御および位相測定を行なう構成が必要であり、回路規模が増大してしまう。

[0008] このような問題点を解決するために、 Y.E.Park and K.D.Wise, "AN MOS SWIT CHED-CAPACITOR READOUT AMPLIFIER FOR CAPACITIVE PRESSURE SENSORS", Proc.IEEE Custom Circuit Conf., May 1983， pp.380- 384 (非特許文献 2)には、増幅器、コンデンサおよびスィッチ等で構成される電荷電圧変換方式のセンサ装置が開示されている。電荷電圧変換方式は、インピーダンスブリッジ方式におレ、て必要となる位相制御および位相測定が不要であり、センサ装置の小型化を図ること力 Sできる。

[0009] ここで、前述のように複数のセンサ素子が配置された圧力センサを用いる場合、複数のセンサ素子からの出力を選択するマルチプレクサが必要となる。マルチプレクサは、通常 M〇S (Metal Oxide Semiconductor)プロセスを使用して製造する必要がある。非特許文献 2記載のセンサ装置では、 MOSプロセスを使用していることから、マルチプレクサが必要となる場合でも製造プロセスの共通化を図ることができ、センサ装置の小型化を図ることができる。

[0010] 非特許文献 2記載のセンサ装置は、このように小型化を図ることができ、かつ M〇S プロセスを使用しているために消費電力が小さいことから、 MEMS (Micro Electro Mechanical Systems：微小電気機械システム）圧力センサおよび MEMS加速度センサに採用されている。

特許文献 1 :特表 2005— 507083号公報

非特許文献 1： G丄. Pressman, P.M.Newgard, "A Transducer for the Continuous

External Measurement of Arterial Blood Pressure", IEEE TRANSACTIONS ON BIO-MEDICAL ELECTRONICS, 1963, pp.74-81

非特許文献 2 : Y.E.Park and K.D.Wise, "AN MOS SWITCHED- CAPACITOR R EADOUT AMPLIFIER FOR CAPACITIVE PRESSURE SENSORS", Proc.IEEE Custom Circuit Conf., May 1983， pp.380— 384

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0011] ところで、動脈内の圧力波形を測定する脈波測定装置では、脈波の周波数成分のうち、少なくとも 0Hzすなわち DC成分から約 30Hzまでの周波数成分を検出して圧力波形を再現する必要がある。したがって、 0Hzから約 30Hzまでの周波数成分の振幅および位相に影響を与えるフィルタ処理等を行なうことは望ましくない。

[0012] ここで、非特許文献 2記載のセンサ装置の誤差要因として、増幅器で発生する低周波ノイズがある。非特許文献 2記載のセンサ装置では、 M〇Sプロセスを使用しているためにバイポーラプロセスと比べて発生する低周波ノイズの電力が大きくなる。これらの低周波ノイズのうち、たとえば、増幅器で発生する 1/fノイズおよび熱雑音は、脈波測定装置で検出すべき OHzから約 30Hzまでの周波数成分の全部または一部と一致する。しかしながら、前述のように 0Hzから約 30Hzまでの周波数成分の振幅および位相に影響を与えるフィルタ処理等を行なうことは望ましくなレ、。したがって、非特許文献 2記載のセンサ装置では、増幅器の 1/fノイズおよび熱雑音等をアナログフィルタおよびデジタルフィルタ等を使用して除去することができず、検出性能が劣化してしまうという問題点があった。

[0013] それゆえに、本発明の目的は、脈波検出性能の劣化を防ぎ、かつ小型化を図ることが可能な脈波測定装置を提供することである。

課題を解決するための手段

[0014] この発明のある局面に係わる脈波測定装置は、生体の表面に押し当てることにより、動脈内の圧力波形を測定する脈波測定装置であって、動脈内の圧力に応じて静電容量が変化する圧力検出用コンデンサと、圧力検出用コンデンサに第 1の充電電圧を印加して第 1の電荷を蓄え、かつ圧力検出用コンデンサに第 1の充電電圧と異なる第 2の充電電圧を印加して第 2の電荷を蓄える充電部と、第 1の電荷に基づいて第 1の変換電圧を生成し、かつ第 2の電荷に基づいて第 2の変換電圧を生成する電圧変換部と、第 1の変換電圧および第 2の変換電圧に基づいて圧力検出用コンデンサの静電容量を表わす電圧を出力する演算部とを備える。

[0015] 好ましくは、演算部は、第 1の変換電圧および第 2の変換電圧の差に基づいて圧力検出用コンデンサの静電容量を表わす電圧を出力する。

[0016] 好ましくは、脈波測定装置は、さらに、第 1の変換電圧を保持する電圧保持部を備え、充電部は、電圧保持部が第 1の変換電圧を保持した後、第 2の充電電圧に基づレ、て圧力検出用コンデンサに第 2の電荷を蓄え、電圧変換部は、電圧保持部が第 1 の変換電圧を保持した後、圧力検出用コンデンサに蓄えられた第 2の電荷に基づいて第 2の変換電圧を生成し、演算部は、第 2の変換電圧および保持された第 1の変換電圧に基づいて圧力検出用コンデンサの静電容量を表わす電圧を出力する。

[0017] またこの発明のさらに別の局面に係わる脈波測定装置は、生体の表面に押し当てることにより、動脈内の圧力波形を測定する脈波測定装置であって、動脈内の圧力に応じて静電容量が変化する圧力検出用コンデンサと、反転入力端子が圧力検出用コンデンサの一端に結合され、非反転入力端子が第 iの基準電圧に結合される演算増幅器と、一端が演算増幅器の反転入力端子に結合され、他端が演算増幅器の出力に結合される電荷転送用コンデンサと、一端が演算増幅器の反転入力端子に結合され、他端が演算増幅器の出力に結合される第 1のスィッチと、一端が演算増幅器の出力に結合される電荷保持用コンデンサと、一端が電荷保持用コンデンサの他端に結合され、他端が第 2の基準電圧に結合される第 2のスィッチとを備える。

[0018] またこの発明のさらに別の局面に係わる脈波測定装置は、生体の表面に押し当てることにより、動脈内の圧力波形を測定する脈波測定装置であって、動脈内の圧力に応じて静電容量が変化する圧力検出用コンデンサと、反転入力端子が圧力検出用コンデンサの一端に結合され、非反転入力端子が第 1の基準電圧に結合される演算増幅器と、一端が演算増幅器の反転入力端子に結合され、他端が演算増幅器の出力に結合される電荷転送用コンデンサと、一端が演算増幅器の反転入力端子に結合され、他端が演算増幅器の出力に結合される第 1のスィッチと、一端が演算増幅器の出力に結合される第 2のスィッチと、一端が第 2のスィッチの他端に結合され、他端が第 2の基準電圧に結合される第 1の電荷保持用コンデンサと、第 1の入力端子が第 2のスィッチの他端に結合され、第 2の入力端子が演算増幅器の出力に結合される差動増幅器とを備える。

[0019] 好ましくは、脈波測定装置は、さらに、一端が演算増幅器の出力に結合される第 3 のスィッチと、一端が第 3のスィッチの他端に結合され、他端が第 3の基準電圧に結合される第 2の電荷保持用コンデンサとを備え、差動増幅器は、第 1の入力端子が第 2のスィッチの他端に結合され、第 2の入力端子が第 3のスィッチの他端に結合される。

[0020] 好ましくは、脈波測定装置は、さらに、圧力検出用コンデンサの他端に充電電圧を印加する充電部と、制御部とを備え、制御部は、充電部、第 1のスィッチおよび第 2のスィッチを制御して、圧力検出用コンデンサの他端に第 1の充電電圧を印加し、第 1 のスィッチをオン状態とし、その後、第 1のスィッチをオフ状態とし、その後、第 2のスィツチをオン状態とし、かつ第 1の充電電圧の印加を停止し、その後、第 2のスィッチをオフ状態とし、その後、圧力検出用コンデンサの他端に第 2の充電電圧を印加し、第 1のスィッチをオン状態とし、その後、第 1のスィッチをオフ状態とし、その後、第 2の充電電圧の印加を停止する。

[0021] より好ましくは、制御部は、第 1の充電電圧の印加を停止するとき、および第 2の充電電圧の印加を停止するとき、圧力検出用コンデンサの他端に第 1の基準電圧を印加する。

[0022] より好ましくは、第 1の充電電圧および第 2の充電電圧は、絶対値が等しぐかつ印加方向が逆である。

[0023] 好ましくは、脈波測定装置は、さらに、圧力検出用コンデンサの他端に充電電圧を印加する充電部と、制御部とを備え、制御部は、充電部、第 1のスィッチおよび第 2のスィッチを制御して、圧力検出用コンデンサの他端に第 1の基準電圧を印加し、第 1 のスィッチをオン状態とし、その後、第 1のスィッチをオフ状態とし、その後、第 2のスィツチをオン状態とし、その後、第 2のスィッチをオフ状態とし、その後、圧力検出用コンデンサの他端に第 1の基準電圧と異なる充電電圧を印加し、第 1のスィッチをオン状態とし、その後、第 1のスィッチをオフ状態とし、その後、充電電圧の印加を停止する

[0024] 好ましくは、脈波測定装置は、さらに、圧力検出用コンデンサの他端に充電電圧を印加する充電部と、制御部とを備え、制御部は、充電部、第 1のスィッチおよび第 2のスィッチを制御して、圧力検出用コンデンサの他端に第 1の基準電圧と異なる充電電圧を印加し、第 1のスィッチをオン状態とし、その後、第 1のスィッチをオフ状態とし、その後、第 2のスィッチをオン状態とし、かつ充電電圧の印加を停止し、その後、第 2 のスィッチをオフ状態とし、その後、圧力検出用コンデンサの他端に第 1の基準電圧を印加し、第 1のスィッチをオン状態とし、その後、第 1のスィッチをオフ状態とする。発明の効果

[0025] 本発明によれば、脈波検出性能の劣化を防ぎ、かつ小型化を図ることができる。

図面の簡単な説明

[0026] [図 1]本発明の第 1の実施の形態に係る脈波測定装置の外観図である。

[図 2]図 1に示す測定状態における手首および脈波測定装置の模式断面図である。

[図 3]本発明の第 1の実施の形態に係る脈波測定装置におけるセンサアレイ 19、マルチプレクサ 20および C—V変換部 21の構成を示す図である。

[図 4]センサアレイ 19の外観斜視図である。

[図 5]本発明の第 1の実施の形態に係る脈波測定装置の機能ブロック図である。

[図 6]本発明の第 1の実施の形態に係る脈波測定装置が脈波測定を行なう際の動作手順を定めたフローチャートである。

[図 7]本発明の第 1の実施の形態に係る脈波測定装置における C V変換部 21およびコンデンサ CXの構成を示す機能ブロック図である。

[図 8]本発明の第 1の実施の形態に係る脈波測定装置における C V変換部 21およびコンデンサ CXの構成を示す回路図である。

[図 9]本発明の第 1の実施の形態に係る脈波測定装置が脈波測定を行なう際の C一 V変換部 21の動作を示すタイムチャートである。

[図 10]本発明の第 1の実施の形態に係る脈波測定装置が脈波測定を行なう際の C V変換部 21の動作手順を定めたフローチャートである。

[図 11]本発明の第 2の実施の形態に係る脈波測定装置における C—V変換部 21およびコンデンサ CXの構成を示す回路図である。

[図 12]本発明の第 2の実施の形態に係る脈波測定装置が脈波測定を行なう際の C一 V変換部 21の動作を示すタイムチャートである。

[図 13]本発明の第 2の実施の形態に係る脈波測定装置が脈波測定を行なう際の C一 V変換部 21の動作手順を定めたフローチャートである。

符号の説明

[0027] 1 センサユニット、 3 表示ユニット、 11 CPU (制御部）、 12 ROM, 13 RAM, 14 駆動回路、 15 加圧ポンプ、 16 負圧ポンプ、 17 切り替え弁、 18 押圧カフ、 19 センサアレイ、 20 マルチプレクサ、 21 C— V変換部、 22 ローパスフィルタ、 2 3 A/D変換部、 24 操作部、 25 表示部、 26 PCB、 27 フレキシブル配線、 28 , 28A センサエレメント、 30 スぺーサ部材、 31 下部電極、 32 上部電極、 51 充電部、 52 電圧変換部、 53 電圧保持部、 54 演算部、 55 差動増幅器、 100 脈波測定装置、 110 載置台、 120

センサユニット、 122 ケーシング、 130 糸帝付けべノレト、 200 fl宛、 210 動脈、 220 橈骨、 CX コンデンサ (圧力検出用コンデンサ）、 CC コンデンサ、 CF 電荷転送用コンデンサ、 CN コンデンサ (電荷保持用コンデンサ）、 CH11 コンデンサ（第 1 の電荷保持用コンデンサ）、 CH12 コンデンサ（第 2の電荷保持用コンデンサ）、 SW 1 スィッチ（第 1のスィッチ）、 SW2， SW12 スィッチ（第 2のスィッチ）、 SW13 スィツチ（第 3のスィッチ）、 SW3, SW14, SW51〜SW54 スィッチ、 G1〜G3， G12〜 G15 演算増幅器、 VI , V2 電源、 R1〜R9 抵抗。

発明を実施するための最良の形態

[0028] 以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さなレ、。

[0029] <第 1の実施の形態 > [脈波測定装置の構成および基本動作]

図 1は、本発明の第 1の実施の形態に係る脈波測定装置の外観図である。なお、図 1は、センサアレイを手首に押圧した測定状態を示している。図 2は、図 1に示す測定状態における手首および脈波測定装置の模式断面図である。

[0030] 図 1および図 2を参照して、脈波測定装置 100は、被験者の手首において動脈内の圧力波形を測定するためのものである。脈波測定装置 100は、載置台 110と、センサユニット 1と、糸帝付けべノレト 130とを備免る。センサユニット 1は、ケーシング 122と、押圧カフ 18と、センサアレイ 19とを含む。

[0031] 載置台 110は、被験者の一方の腕 200の手首および前腕を載置するための載置部 112を含む。締付けベルト 130は、載置台 110に載置された腕 200の手首部分を固定する。センサユニット 1は、締付けベノレト 130に取付けられ、センサアレイ 19を内蔵する。

[0032] 図 1を参照して、載置台 110に手首が固定された状態においては、動脈 210が腕 2 00の延在方向と平行な方向に位置する。図 2を参照して、センサユニット 1のケーシング 122内に内蔵された押圧カフ 18が膨張することにより、センサアレイ 19が下降し、手首の表面に向かってセンサアレイ 19のセンサ面が押し当てられる。押圧カフ 18 は、後述する加圧ポンプ 15および負圧ポンプ 16により内圧が調整される。センサァレイ 19は、センサ面に設けられた後述する下部電極 31が動脈 210の延在方向と略直交する方向に延在するように配置される。

[0033] 押圧時においては、動脈 210が橈骨 220とセンサアレイ 19のセンサ面とによって上下方向から挟み込まれれた状態となり、動脈 210に平坦部が形成される。そして、動脈 210に形成された平坦部の直上に少なくとも 1個のセンサエレメント 28が位置することになる。

[0034] 図 3は、本発明の第 1の実施の形態に係る脈波測定装置におけるセンサアレイ 19、マルチプレクサ 20および C—V変換部 21の構成を示す図である。図 4は、センサァレィ 19の外観斜視図である。

[0035] 図 3を参照して、センサアレイ 19は、マルチプレクサ 20と、 C—V変換部 21と組み合わされて使用される。 C_V変換部 21は、充電部 51を含む。 [0036] 図 4を参照して、センサアレイ 19は、下部電極 31と、上部電極 32と、スぺーサ部材 30とを含む。下部電極 31は、互いに並走するように行状に設けられた実質的に直線状に延びる複数の帯状銅箔電極からなる。上部電極 32は、下部電極 31と直交する方向に互いに並走するように列状に設けられた実質的に直線状に延びる複数の帯状銅箔電極からなる。下部電極 31および上部電極 32の間には、シリコンラバーからなるスぺーサ部材 30が配置される。

[0037] 行列状に配置された下部電極 31および上部電極 32の交差部においては、スぺーサ部材 30によって所定の距離だけ離れて下部電極 31と上部電極 32とが対向配置される。これにより、下部電極 31および上部電極 32の交差部においてセンサエレメント 28が形成される。すなわち、センサアレイ 19は、行列状に配置された複数個のセンサエレメント 28を含む。

[0038] センサエレメント 28は、上部電極 32または下部電極 31に加わる圧力によって互いに接近する方向に歪むことにより、静電容量が変化する。

[0039] 再び図 3を参照して、下部電極 31および上部電極 32の一方の電極にマルチプレクサ 20を介して C—V変換部 21が接続される。マルチプレクサ 20は、特定の下部電極 31および上部電極 32を選択する。このような構成により、行列状に配置された複数個のセンサエレメント 28のうちのいずれ力 1個の静電容量を C—V変換部 21の出力電圧として得ることが可能になる。たとえば、マルチプレクサ 20が、上から 2行目の下部電極 31と左から 3列目の上部電極 32とを選択した場合には、センサエレメント 2 8Aが C— V変換部 21に接続される。したがって、センサアレイ 19の任意の位置における圧力波形を測定することが可能になる。なお、図 3では上部電極 32がマルチプレクサ 20を介して充電部 51に接続されている力下部電極 31および上部電極 32の接続関係を逆にして下部電極 31がマルチプレクサ 20を介して充電部 51に接続される構成であってもよい。

[0040] 図 5は、本発明の第 1の実施の形態に係る脈波測定装置の機能ブロック図である。

図 5を参照して、脈波測定装置 100は、センサユニット 1と、表示ユニット 3と、載置台 110とを備える。表示ユニット 3は、操作部 24と、表示部 25とを含む。センサュニット 1は、押圧カフ 18と、センサアレイ 19とを含む。載置台 110は、 ROM (Read Only Memory) 12と、 RAM (Random Access Memory) 13と、 CPU (Central Processing Unit) (制御部） 11と、駆動回路 14と、加圧ポンプ 15と、負圧ポンプ 16と、切り替え弁 17と、マルチプレクサ 20と、 C—V変換部 21と、ローパスフィルタ 22と、 A/D変換部 23とを含む。

[0041] 操作部 24は、外部からの操作を検出し、検出結果を操作信号として CPU11等に出力する。ユーザは、操作部 24を操作して脈波測定に関する各種情報を脈波測定装置 100に入力する。

[0042] 表示部 25は、動脈位置検出結果および脈波測定結果等の各種情報を外部に出力するための LED (Light Emitting Diode)と、 LCD (Liquid Crystal Display)とを含む。

[0043] R〇M12ぉょびRAM13は、たとえば、脈波測定装置 100を制御するためのデータおよびプログラムを記憶する。

[0044] 駆動回路 14は、 CPU11からの制御信号に基づいて加圧ポンプ 15、負圧ポンプ 1 6および切り替え弁 17を駆動する。

[0045] CPU11は、 ROM12にアクセスしてプログラムを読み出し、読み出したプログラムを RAM13上に展開して実行し、脈波測定装置 100における各ブロックの制御および演算処理を行なう。また、 CPU11は、操作部 24から受けたユーザの操作信号に基づいて脈波測定装置 100における各ブロックの制御処理を行なう。すなわち、 CPU1 1は、操作部 24から受けた操作信号に基づいて制御信号を各ブロックに出力する。また、 CPU11は、脈波測定結果等を表示部 25に表示する。

[0046] 加圧ポンプ 15は、押圧カフ 18の内圧を加圧するためのポンプであり、また、負圧ポンプ 16は、押圧カフ 18の内圧を減圧するためのポンプである。切り替え弁 17は、カロ圧ポンプ 15および負圧ポンプ 16のいずれかを選択的にエア管 6に接続する。

[0047] 押圧カフ 18は、センサアレイ 19を手首上に押圧させるために加圧調整される空気袋を含む。

[0048] センサアレイ 19は、押圧カフ 18の圧力によって被験者の手首等の測定部位に押圧される。センサアレイ 19は、押圧された状態で、橈骨動脈を介して被験者の脈波すなわち動脈内の圧力波形を検出する。 [0049] マルチプレクサ 20は、 CPU11力ら受けた制御信号に基づいて、センサアレイ 19における複数個のセンサエレメント 28のうちのいずれ力 1個を選択する。 C— V変換部 2 1は、マルチプレクサ 20が選択したセンサエレメント 28の静電容量値を電圧に変換する、すなわち動脈内の圧力波形を表わす、動脈から生体表面に伝達される圧力振動波を電圧信号として出力する（以下、圧力信号とも称する)。

[0050] ローパスフィルタ 22は、 C—V変換部 21から受けた圧力信号のうち、所定の周波数成分を減衰させる。

[0051] AZD変換部 23は、ローパスフィルタ 22を通過したアナログ信号である圧力信号をデジタル信号に変換して CPU11に出力する。

[0052] なお、載置台 110が表示ユニット 3を含む構成であってもよい。また、載置台 110が CPU11、 ROM12および RAMI 3を備える構成としたが、これらを表示ユニット 3が含む構成としてもよレ、。また、 CPU 11が PC (Personal Computer)と接続されて、各種制御を行なう構成であってもよレ、。

[0053] [脈波測定装置の動作]

図 6は、本発明の第 1の実施の形態に係る脈波測定装置が脈波測定を行なう際の動作手順を定めたフローチャートである。図 6のフローチャートに示される処理は、 C PU11力 ROM22にアクセスしてプログラムを読み出し、読み出したプログラムを R AM23上に展開して実行することによって実現される。

[0054] 図 6を参照して、まず、脈波測定装置 100に電源が投入されると、 CPU11は、駆動回路 14に対して負圧ポンプ 16を駆動するように指示する。駆動回路 14は、 CPU11 力の指示に基づいて切り替え弁 17を負圧ポンプ 16側に切り替え、負圧ポンプ 16 を駆動する（S101)。駆動された負圧ポンプ 16は、切り替え弁 17を介して押圧カフ 1 8の内圧が大気圧よりも十分に低くなるように減圧する。このような構成により、センサアレイ 19が不用意に突出して誤動作および故障が生じることを回避できる。

[0055] CPU11は、センサアレイ 19が測定部位に移動したことを検知すると（S102)、脈波測定を開始する。ここで、センサユニット 1は、センサアレイ 19の移動を検知するための図示しないマイクロスィッチ等を備え、 CPU11は、マイクロスイッチの検出信号に基づいてセンサアレイ 19の位置を認識する。なお、 CPU11は、操作部 24に含まれる測定開始スィッチ（図示せず)が押されたことを検知すると、脈波測定を開始する構成であってもよい。

[0056] CPU11は、センサアレイ 19が測定部位に移動すると（S102で YES)、駆動回路 1 4に対し、加圧ポンプ 15を駆動するように指示する。駆動回路 14は、 CPU11力もの指示に基づいて切り替え弁 17を加圧ポンプ 15側に切り替え、加圧ポンプ 15を駆動する（S103)。駆動された加圧ポンプ 15は、切り替え弁 17を介して押圧カフ 18の内圧を加圧し、センサアレイ 19を被験者の測定部位の表面に押圧する。

[0057] センサアレイ 19が測定部位に押圧されると、マルチプレクサ 20は、 CPU11の制御に基づいて、 C—V変換部 21に接続するセンサエレメント 28を時分割で切り替える。

C—V変換部 21は、マルチプレクサ 20が選択したセンサエレメント 28の静電容量値を電圧に変換する。ローパスフィルタ 22は、 C—V変換部 21から受けた圧力信号のうち、所定の周波数成分を減衰させる。 A/D変換部 23は、ローパスフィルタ 22を通過した圧力信号をデジタル情報に変換し、 CPU11に出力する。

[0058] CPU11は、 A/D変換部 23から受けたデジタル情報に基づいてセンサエレメント 2 8の位置と圧力信号との関係を表わすトノグラムを作成し、表示部 25に表示する（S1 04)。

[0059] CPU11は、作成したトノグラムに基づいて、動脈上に位置するセンサエレメント 28 を検出して選択する（S105)。なお、センサエレメント 28を検出する処理については、本願出願人がすでに出願して公開されている特開 2004— 222847号公報に記載の技術等を用いることができる。

[0060] また、 CPU11は、 A/D変換部 23から受けたデジタル情報に基づいて、 C— V変換部 21から出力される圧力信号の直流成分を抽出する（S106)。圧力信号の直流成分は、所定期間の圧力信号の平均値、圧力信号のうちの所定周波数以下の成分すなわち脈波成分を除去した圧力信号、および脈波立上り点すなわち脈波成分が混入する直前の圧力信号レベル等で表わされる。

[0061] より具体的には、圧力信号の出力変化を所定期間ごとのウィンドウ（区間）に分割し、各ウィンドウ内の平均を算出することで、直流成分を抽出することができる。あるいは、各ウィンドウ内の最大値と最小値との中間値を算出する等を行なっても、同様に直流成分を抽出することができる。なお、上述の所定期間は、被験者の脈拍に拠らない予め脈波測定装置 100に設定されている期間であり、一般的な脈拍の間隔以上である 1. 5秒程度であることが好ましい。

[0062] 次に、 CPU11は、駆動回路 14を制御して最適圧力調整を行なう、すなわち圧力信号の直流成分が安定するように押圧カフ 18の内圧を調整する（S107)。

[0063] 次に、 CPU11は、 AZD変換部 23から受けたデジタル情報が表わす、現在選択している C—V変換部 21からの圧力信号に基づいて、波形データを取得し、取得した波形データに基づいて脈波を測定する（S 108)。

[0064] そして、 CPU11は、脈波測定の終了条件が成立した場合には（S109で YES)、駆動回路 14を制御して負圧ポンプ 16を駆動し、測定部位に対するセンサアレイ 19の押圧状態を解除する（S110)。ここで、脈波測定の終了条件は、予め設定された所定時間（たとえば 30秒）の経過であってもよいし、ユーザからの測定終了の指示および測定中断の指示等であってもよい。

[0065] 一方、 CPU11は、所定条件が成立しない場合には（S109で NO)、波形データの転送処理を繰り返し行ない、脈波測定を継続する（S108)。

[0066] [C V変換部およびセンサエレメントの構成および基本動作]

図 7は、本発明の第 1の実施の形態に係る脈波測定装置における C V変換部 21 およびコンデンサ CXの構成を示す機能ブロック図である。

[0067] 図 7を参照して、 C V変換部 21は、充電部 51と、電圧変換部 52と、電圧保持部 5

3と、演算部 54とを含む。コンデンサ CXは、センサエレメント 28に対応する。なお、図

7では説明を簡単にするためにマルチプレクサ 20を図示せず、また、マルチプレクサ

20が選択したコンデンサ CXのみを示している。

[0068] コンデンサ CXは、脈波測定装置 100のセンサアレイ 19が生体の表面に押し当てられた状態において、生体の動脈内の圧力に応じて静電容量が変化する。

[0069] 充電部 51は、コンデンサ CXに第 1の充電電圧を印加して第 1の電荷を蓄える。電圧変換部 52は、コンデンサ CXに蓄えられた第 1の電荷に基づいて第 1の変換電圧を生成し、電圧保持部 53に出力する。電圧保持部 53は、電圧変換部 52から受けた第 1の変換電圧を保持する。 [0070] そして、充電部 51は、コンデンサ CXに第 2の充電電圧を印加して第 2の電荷を蓄える。電圧変換部 52は、コンデンサ CXに蓄えられた第 2の電荷に基づいて第 2の変換電圧を生成し、演算部 54に出力する。

[0071] 演算部 54は、電圧保持部 53が保持している第 1の変換電圧および電圧変換部 52 力受けた第 2の変換電圧に基づいてコンデンサ CXの静電容量を表わす電圧を出力する。

[0072] なお、 C—V変換部 21は、電圧保持部 53を含まない構成であってもよレ、。たとえば、脈波測定装置 100の外部における図示しない CPUが RAM等に第 1の変換電圧を保存する。そして、充電部 51は、コンデンサ CXに第 2の充電電圧を印加して第 2の電荷を蓄え、電圧変換部 52は、コンデンサ CXに蓄えられた第 2の電荷に基づいて第 2の変換電圧を生成し、演算部 54に出力する。そして、演算部 54が、図示しない CPU経由で RAMから取得した第 1の変換電圧および電圧変換部 52から受けた第 2 の変換電圧に基づいてコンデンサ CXの静電容量を表わす電圧を出力する構成であつてもよい。

[0073] 図 8は、本発明の第 1の実施の形態に係る脈波測定装置における C V変換部 21 およびコンデンサ CXの構成を示す回路図である。

[0074] 図 8を参照して、 C—V変換部 21は、センサエレメント 28に対応するコンデンサ（圧力検出用コンデンサ） CXと組み合わせて使用される。 C— V変換部 21は、コンデンサ CCと、電荷転送用コンデンサ CFと、コンデンサ（電荷保持用コンデンサ） CNと、コンデンサ CH1と、スィッチ（第 1のスィッチ） SW1と、スィッチ（第 2のスィッチ） SW2と、スィッチ SW3と、演算増幅器 G1〜G3と、充電部 51とを備える。充電部 51は、スイツチ SW51〜SW54と、電源 VIおよび V2とを含む。スィッチ SW1〜SW3は、たとえばアナログスィッチである。なお、図 8では説明を簡単にするためにマルチプレクサ 20 を図示せず、また、マルチプレクサ 20が選択したコンデンサ CXのみを示している。

[0075] ここで、演算増幅器 G1と、スィッチ SW1と、コンデンサ CFと力図 7に示す電圧変換部 52に対応する。また、スィッチ SW2と、コンデンサ CNとが、図 7に示す電圧保持部 53に対応する。また、スィッチ SW2と、コンデンサ CNと、演算増幅器 G1とが、図 7 に示す演算部 54に対応する。 [0076] 演算増幅器 Glは、反転入力端子がコンデンサ CXの一端およびコンデンサ CCの一端に接続され、非反転入力端子が接地電圧（第 1の基準電圧）に接続される。コンデンサ CFは、一端が演算増幅器 G1の反転入力端子に接続され、他端が演算増幅器 G1の出力に接続される。スィッチ SW1は、一端が演算増幅器 G1の反転入力端子に接続され、他端が演算増幅器 G1の出力に接続される。コンデンサ CNは、一端が演算増幅器 G1の出力に接続される。スィッチ SW2は、一端がコンデンサ CNの他端に接続され、他端が接地電圧（第 2の基準電圧）に接続される。

[0077] 演算増幅器 G2は、非反転入力端子がスィッチ SW2の一端に接続され、反転入力端子が演算増幅器 G2の出力に接続される。スィッチ SW3は、一端が演算増幅器 G 2の出力に接続され、他端がコンデンサ CH1の一端および演算増幅器 G3の非反転入力端子に接続される。コンデンサ CH1の他端が接地電圧に接続される。演算増幅器 G3の反転入力端子が演算増幅器 G3の出力に接続される。

[0078] 充電部 51において、スィッチ SW51の一端が電源 VIの正電極に接続され、他端がスィッチ SW52の一端およびコンデンサ CXの他端に接続される。スィッチ SW54 の一端が電源 V2の負電極に接続され、他端がスィッチ SW53の一端およびコンデンサ CCの他端に接続される。スィッチ SW52の他端と、スィッチ SW53の他端と、電源 VIの負電極と、電源 V2の正電極とが接地電圧に接続される。また、電源 VIおよび V2の出力電圧値は VCCである。

[0079] コンデンサ CCは、カウンタ容量と呼ばれ、コンデンサ CXの静電容量のオフセットを調整する目的で配置される。

[0080] スィッチ SW1〜SW3は、 CPU11から受けた制御信号 SC1〜SC3に基づいてォン状態およびオフ状態を切り替える。スィッチ SW51〜SW54は、 CPU11から受けた図示しない制御信号に基づいてオン状態およびオフ状態を切り替える。

[0081] [C一 V変換部の動作]

図 9は、本発明の第 1の実施の形態に係る脈波測定装置が脈波測定を行なう際の C—V変換部 21の動作を示すタイムチャートである。 VPはコンデンサ CXの他端に印カロされる電圧であり、 VNはコンデンサ CCの他端に印加される電圧であり、 VG1は演算増幅器 G1の出力電圧であり、 VG2は演算増幅器 G2の出力電圧であり、 VOUT は演算増幅器 G3の出力電圧である。制御信号 SC1〜SC3がハイレベルの場合はそれぞれ対応するスィッチ SW1〜SW3がオン状態となり、ローレベルの場合はオフ状態となる。

[0082] 図 10は、本発明の第 1の実施の形態に係る脈波測定装置が脈波測定を行なう際の C—V変換部 21の動作手順を定めたフローチャートである。図 10のフローチャートに示される処理は、 CPU11力 ROM22にアクセスしてプログラムを読み出し、読み出したプログラムを RAM23上に展開して実行することによって実現される。

[0083] 図 9および図 10を参照して、まず、 CPU11は、スィッチ SW1をオン状態とし、かつスィッチ SW2および SW3をオフ状態とする。また、 CPU11は、スィッチ SW52および SW53をオン状態とし、かつスィッチ SW51および SW54をオフ状態とすることにより、コンデンサ CXの他端およびコンデンサ CCの他端に接地電圧（第 1の充電電圧）を印加する。

[0084] ここで、理想的には、演算増幅器 G1の非反転入力端子に印加されている接地電圧が演算増幅器 G1の出力から演算増幅器 G1の反転入力端子に帰還される。しかしながら、演算増幅器 G1で発生する熱雑音および 1/fノイズならびにアナログスイツチのチャージインジェクション等に起因して演算増幅器 G1の反転入力端子の電位は接地電位とならない場合がある。この場合、コンデンサ CXおよびコンデンサ CCの両端に電位差が生じ、コンデンサ CXおよびコンデンサ CCにノイズ成分に相当する電荷が蓄えられる（ステップ Sl)。

[0085] 次に、 CPU11は、スィッチ SW1をオフ状態とする。そうすると、コンデンサ CXおよびコンデンサ CCに蓄えられた電荷がコンデンサ CFに移動する。そして、演算増幅器 G1からは、コンデンサ CFに蓄えられた電荷に対応する電圧（第 1の変換電圧）が出力電圧 VG1として出力される、すなわち前述のノイズ成分に相当する電荷が電圧に変換される（ステップ S2)。

[0086] 次に、 CPU11は、スィッチ SW2をオン状態とする。そうすると、演算増幅器 G1から出力される第 1の変換電圧に基づいてコンデンサ CNが充電される (ステップ S3)。なお、スィッチ SW2は、ステップ S1および S2においてオン状態であってもよレヽ。

[0087] 次に、 CPU11は、スィッチ SW2をオフ状態とする（ステップ S4)。次に、 CPU11は、スィッチ SW1をオン状態とする。また、 CPU11は、スィッチ SW 52および SW53をオフ状態とし、かつスィッチ SW51および SW54をオン状態とすることにより、コンデンサ CXの他端に充電電圧 VCC (第 2の充電電圧）を印加し、かつコンデンサ CCの他端に充電電圧— VCCすなわち充電電圧 VCCと絶対値が等しくかつ印加方向が逆の電圧を印加する。

[0088] ここで、演算増幅器 G1の非反転入力端子に印加されている電圧すなわち接地電圧が演算増幅器 G1の出力力演算増幅器 G1の反転入力端子に帰還される。したがって、コンデンサ CXに充電電圧 VCCに対応する電荷が蓄えられ、また、コンデンサ CCに充電電圧—VCCに対応する電荷が蓄えられる（ステップ S5)。

[0089] 次に、 CPU11は、スィッチ SW1をオフ状態とする（ステップ S6)。

次に、 CPU11は、充電電圧 VCCおよび—VCCの印加を停止し、コンデンサ CX の他端およびコンデンサ CCの他端に接地電圧（第 1の基準電圧）を印加する。そうすると、コンデンサ CXに蓄えられた電荷量およびコンデンサ CCに蓄えられた電荷量の差に対応する電荷がコンデンサ CFに移動する。そして、演算増幅器 G1からは、コンデンサ CFに蓄えられた電荷に対応する電圧（第 2の変換電圧）が出力電圧 G1として出力される（ステップ S7)。より詳細には、コンデンサ CXの静電容量を CXとし、コンデンサ CCの静電容量を CCとし、充電電圧 VCCの電圧値を VCCとすると、コンデンサ CFに移動する電荷は、 (CX-CC) XVCCで表わされる。コンデンサ CFに移動した電荷は、コンデンサ CFの静電容量を CFとすると、演算増幅器 G1によって（（CX -CO/CF) X VCCで表わされる電圧（第 2の変換電圧）に変換される。

[0090] ここで、コンデンサ CFに蓄えられる電荷には、コンデンサ CXの静電容量に対応する電荷以外に、前述のように演算増幅器 G1で発生する熱雑音および 1/fノイズならびにアナログスィッチのチャージインジヱクシヨン等の低周波ノイズに対応する電荷が含まれる。

[0091] したがって、第 2の変換電圧には、前述のノイズ成分に対応するノイズ電圧と、コンデンサ CXの静電容量に対応するセンサ電圧とが含まれる。

[0092] ところで、コンデンサ CNには第 1の変換電圧に対応する電荷が蓄えられており、コンデンサ CNに蓄えられてレ、る電荷とコンデンサ CFに蓄えられてレ、る電荷とは、演算増幅器 G2の非反転入力端子からみると極性が逆である。

[0093] したがって、第 1の変換電圧の電圧値を VN1とし、第 2の変換電圧のうちのノイズ電圧の電圧値を VN2とし、第 2の変換電圧のうちのコンデンサ CXの静電容量に対応する電圧値を VSとすると、演算増幅器 G2の非反転入力端子の入力電圧は、（VS + VN2) _VN1となる。

[0094] ここで、ステップ S1〜S4の動作と、ステップ S5〜S7の動作との時間間隔が前述のノイズ成分の変化速度に対して十分短い間隔である場合には、 VN1および VN2はほぼ等しくなり、演算増幅器 G2の非反転入力端子の入力電圧は、（VS +VN2) _V N1 VSとなる。したがって、演算増幅器 G2の非反転入力端子には、ノイズ成分が除去されて、コンデンサ CXの静電容量すなわち生体の動脈内の圧力に対応する電圧が入力される。そして、演算増幅器 G2からは、動脈内の圧力に対応する電圧が出力電圧 VG2として出力される。

[0095] 次に、 CPU11は、スィッチ SW3をオン状態とする。これにより、演算増幅器 G2の出力電圧に基づレ、てコンデンサ CH1が充電される（ステップ S8)。

[0096] 次に、 CPU11は、スィッチ SW3をオフ状態とする。これにより、演算増幅器 G3の非反転入力端子に入力される電圧が固定される。そして、演算増幅器 G3からは、コンデンサ CH1に蓄えられている電荷に対応する電圧すなわち生体の動脈内の圧力に対応する電圧が出力電圧 VOUTとしてローパスフィルタ 22に出力される（ステップ S9)。

[0097] CPU11は、ステップ S1〜S9の処理を繰り返すことにより、 C— V変換部 21から出力される圧力信号を更新する。これにより、動脈内の圧力波形が測定される。

[0098] ところで、特許文献 1記載のセンサ装置では、精度を高めるためにフィードバックループにおける信号の位相制御および位相測定を行なう構成が必要であり、回路規模が増大してしまうという問題点があった。

[0099] し力、しながら、本発明の第 1の実施の形態に係る脈波測定装置では、電荷電圧変換方式を採用する。すなわち、電圧変換部 52は、生体の動脈内の圧力に応じて静電容量が変化するコンデンサ CXに蓄えられた電荷に基づいて変換電圧を生成する。このような構成により、インピーダンスブリッジ方式において必要となる位相制御および位相測定が不要となり、脈波測定装置の小型化を図ることができる。

[0100] また、非特許文献 2記載のセンサ装置では、増幅器の 1/fノイズおよび熱雑音等をアナログフィルタおよびデジタルフィルタ等を使用して除去することができず、検出性能が劣化してしまうという問題点があった。し力ながら、本発明の第 1の実施の形態に係る脈波測定装置では、充電部 51は、コンデンサ CXに第 1の充電電圧を印加して第 1の電荷を蓄え、かつコンデンサ CXに第 2の充電電圧を印加して第 2の電荷を蓄える。電圧変換部 52は、コンデンサ CXに蓄えられた第 1の電荷に基づいて第 1の変換電圧を生成し、かつコンデンサ CXに蓄えられた第 2の電荷に基づいて第 2の変換電圧を生成する。そして、演算部 54は、第 1の変換電圧および第 2の変換電圧に基づいてコンデンサ CXの静電容量を表わす電圧を出力する。このような構成により、演算増幅器 G1で発生する熱雑音および 1/fノイズ等の低周波ノイズに対応する電圧を圧力信号力排除することができる。

[0101] したがって、本発明の第 1の実施の形態に係る脈波測定装置では、脈波検出性能の劣化を防ぎ、かつ小型化を図ることができる。

[0102] また、本発明の第 1の実施の形態に係る脈波測定装置では、第 2の充電電圧の印加を停止するとき、コンデンサ CXの他端に第 1の基準電圧を印加する。より詳細には、 CPU11は、コンデンサ CXの他端への充電電圧 VCCの印加を停止するとき、コンデンサ CXの他端に演算増幅器 G1の非反転入力端子に印加されている電圧である接地電圧を印加する。このような構成により、演算増幅器 G1の電圧動作範囲を大きくすることができる。

[0103] なお、本発明の第 1の実施の形態に係る脈波測定装置では、コンデンサ CXの他端に接地電圧（第 1の充電電圧）を印加することによって第 1の変換電圧を生成し、また、コンデンサ CXの他端に充電電圧 VCC (第 2の充電電圧）を印加することによって第 2の変換電圧を生成する構成であるとしたが、これに限定するものではない。第 1 の充電電圧および第 2の充電電圧が異なる電圧値であれば、演算増幅器 G1で発生する熱雑音および 1/fノイズ等の低周波ノイズに対応する電圧を圧力信号力排除すること力 Sできる。たとえば、後述する本発明の第 2の実施の形態に係る脈波測定装置と同様に、第 1の充電電圧および第 2の充電電圧を、絶対値が等しぐかつ印加方向が逆の関係の電圧とすることができる。

[0104] また、本発明の第 1の実施の形態に係る脈波測定装置では、コンデンサ CXの他端に接地電圧を印加することによって第 1の変換電圧を生成し、その後、コンデンサ CX の他端に充電電圧 VCCを印加することによって第 2の変換電圧を生成する構成であるとした力これに限定するものではなレ、。コンデンサ CXの他端に充電電圧 VCCを印加することによって第 1の変換電圧を生成し、その後、コンデンサ CXの他端に接地電圧を印加することによって第 2の変換電圧を生成する構成であってもよい。

[0105] 次に、本発明の他の実施の形態について図面を用いて説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。

[0106] <第 2の実施の形態 >

本実施の形態は、 C_V変換部 21の構成を変更した脈波測定装置に関する。

[0107] [C_V変換部およびセンサエレメントの構成]

図 11は、本発明の第 2の実施の形態に係る脈波測定装置における C V変換部 2 1およびコンデンサ CXの構成を示す回路図である。

[0108] 図 11を参照して、 C— V変換部 21は、センサエレメント 28に対応するコンデンサ（圧力検出用コンデンサ） CXと組み合わせて使用される。 C— V変換部 21は、コンデンサじじと、電荷転送用コンデンサ CFと、コンデンサ (第 1の電荷保持用コンデンサ） CH11と、コンデンサ（第 2の電荷保持用コンデンサ） CH12と、コンデンサ CH13と、抵抗 R1および R9と、スィッチ（第 1のスィッチ） SW1と、スィッチ（第 2のスィッチ） SW 12と、スィッチ（第 3のスィッチ） SW13と、スィッチ SW14と、演算増幅器 G1および G 15と、充電部 51と、差動増幅器 55とを備える。差動増幅器 55は、演算増幅器 G12 〜G14と、抵抗 R2〜R8とを含む。充電部 51は、スィッチ SW51〜SW54と、電源 V 1および V2とを含む。スィッチ SW1および SW12〜SW14は、たとえばアナログスィツチである。

[0109] ここで、演算増幅器 G1と、スィッチ SW1と、コンデンサ CFと力図 7に示す電圧変換部 52に対応する。また、スィッチ SW12と、コンデンサ CH11と力図 7に示す電圧保持部 53に対応する。また、スィッチ SW13と、コンデンサ CH12と力図 7に示す電圧保持部 53に対応する。また、差動増幅器 55が、図 7に示す演算部 54に対応する [0110] 抵抗 Rlは、一端が演算増幅器 Glの出力に接続される。スィッチ SW12は、一端が抵抗 R1の他端に接続され、他端がコンデンサ CH11の一端および演算増幅器 G12 の非反転入力端子に接続される。スィッチ SW13は、一端が抵抗 R1の他端に接続され、他端がコンデンサ CH12の一端および演算増幅器 G13の非反転入力端子に接続される。コンデンサ CH11〜CH12の他端が接地電圧（第 2の基準電圧）に接続される。

[0111] 演算増幅器 G12は、出力が抵抗 R2の一端および抵抗 R5の一端に接続され、反転入力端子が抵抗 R2の他端および抵抗 R3の一端に接続される。演算増幅器 G13 は、出力が抵抗 R4の一端および抵抗 R6の一端に接続され、反転入力端子が抵抗 R4の他端および抵抗 R3の他端に接続される。

[0112] 演算増幅器 G14は、反転入力端子が抵抗 R5の他端および抵抗 R7の一端に接続され、非反転入力端子が抵抗 R6の他端及び抵抗 R8の一端に接続され、出力が抵抗 R7の他端および抵抗 R9の一端に接続される。

[0113] スィッチ SW14は、一端が抵抗 R9の他端に接続され、他端がコンデンサ CH13の一端および演算増幅器 G15の非反転入力端子に接続される。演算増幅器 G15は、反転入力端子に出力が接続される。コンデンサ CH13の他端および抵抗 R8の他端が接地電圧に接続される。

[0114] 充電部 51において、スィッチ SW55の一端が電源 VIの正電極に接続され、他端力 Sコンデンサ CCの他端に接続される。スィッチ SW56の一端が電源 V2の負電極に接続され、他端がコンデンサ CXの他端に接続される。

[0115] スィッチ SW12〜SW14は、 CPU11から受けた制御信号 SC12〜SC14に基づいてオン状態およびオフ状態を切り替える。

[0116] [C一 V変換部の動作]

図 12は、本発明の第 2の実施の形態に係る脈波測定装置が脈波測定を行なう際の C—V変換部 21の動作を示すタイムチャートである。 VPはコンデンサ CXの他端に印加される電圧であり、 VNはコンデンサ CCの他端に印加される電圧であり、制御信号 SC1および SC12〜SC14がハイレベルの場合はそれぞれ対応するスィッチ SW1 および SW12〜SW14がオン状態となり、ローレベルの場合はオフ状態となる。

[0117] 図 13は、本発明の第 2の実施の形態に係る脈波測定装置が脈波測定を行なう際の C—V変換部 21の動作手順を定めたフローチャートである。図 13のフローチャートに示される処理は、 CPU11力 ROM22にアクセスしてプログラムを読み出し、読み出したプログラムを RAM23上に展開して実行することによって実現される。

[0118] 図 12および図 13を参照して、まず、 CPU11は、スィッチ SW1をオン状態とし、つスィッチ SW12〜SW14をオフ状態とする。また、 CPU11は、スィッチ SW51および SW54を才ン状態とし、力つスィッチ SW52、 SW53、 SW55および SW56を才フ状態とすることにより、コンデンサ CXの他端に充電電圧 VCC (第 1の充電電圧）を印加し、かつコンデンサ CCの他端に充電電圧— VCCを印加する。

[0119] ここで、演算増幅器 G1の非反転入力端子に印加されている電圧すなわち接地電圧が演算増幅器 G1の出力力演算増幅器 G1の反転入力端子に帰還される。したがって、コンデンサ CXに充電電圧 VCCに対応する電荷が蓄えられ、また、コンデンサ CCに充電電圧—VCCに対応する電荷が蓄えられる（ステップ Sl l)。

[0120] 次に、 CPU11は、スィッチ SW1をオフ状態とする（ステップ S12)。

次に、 CPU11は、スィッチ SW52および SW53をオン状態とし、かつスィッチ SW5 1、 SW54〜SW56をオフ状態とすることにより、充電電圧 VCCおよび一 VCCの印加を停止し、コンデンサ CXの他端およびコンデンサ CCの他端に接地電圧（第 1の基準電圧）を印加する。そうすると、コンデンサ CXに蓄えられた電荷量およびコンデンサ CCに蓄えられた電荷量の差に対応する電荷がコンデンサ CFに移動する。そして、演算増幅器 G1からは、コンデンサ CFに蓄えられた電荷に対応する電圧（第 1の変換電圧）が出力電圧 G1として出力される (ステップ S13)。より詳細には、コンデンサ CXの静電容量を CXとし、コンデンサ CCの静電容量を CCとすると、コンデンサ CF に移動する電荷は、 (CX-CC) XVCCで表わされる。コンデンサ CFに移動した電荷は、コンデンサ CFの静電容量を CFとすると、演算増幅器 G1によって（（CX—CC ) /CF) X VCCで表わされる電圧（第 1の変換電圧）に変換される。

[0121] また、 CPU11は、スィッチ SW12をオン状態とする。そうすると、演算増幅器 G1から出力される第 1の変換電圧に基づいてコンデンサ CH11が充電される（ステップ S1 3)。このとき、演算増幅器 Gl 2の非反転入力端子には、コンデンサ CH11に蓄えられている電荷に対応する電圧が入力される。演算増幅器 G12は、非反転入力端子に入力される電圧に対応する電圧を演算増幅器 G14の反転入力端子に出力する。

[0122] 次に、 CPU11は、スィッチ SW12をオフ状態とする（ステップ S14)。これにより、演算増幅器 G12の非反転入力端子に入力される電圧が固定される。

[0123] 次に、 CPU11は、スィッチ SW1をオン状態とする。また、 CPU11は、スィッチ SW 55および SW56をオン状態とし、かつスィッチ SW51〜SW54をオフ状態とすることにより、コンデンサ CXの他端に充電電圧—VCC (第 2の充電電圧）を印加し、かつコンデンサ CCの他端に充電電圧 VCCを印加する。

[0124] ここで、演算増幅器 G1の非反転入力端子に印加されている電圧すなわち接地電圧が演算増幅器 G1の出力力演算増幅器 G1の反転入力端子に帰還される。したがって、コンデンサ CXに充電電圧一VCCに対応する電荷が蓄えられ、また、コンデンサ CCに充電電圧 VCCに対応する電荷が蓄えられる（ステップ S15)。

[0125] 次に、 CPU11は、スィッチ SW1をオフ状態とする（ステップ S16)。

次に、 CPU11は、スィッチ SW52および SW53をオン状態とし、かつスィッチ SW5 1、 SW54〜SW56をオフ状態とすることにより、充電電圧 VCCおよび一 VCCの印加を停止し、コンデンサ CXの他端およびコンデンサ CCの他端に接地電圧（第 1の基準電圧）を印加する。そうすると、コンデンサ CXに蓄えられた電荷量およびコンデンサ CCに蓄えられた電荷量の差に対応する電荷がコンデンサ CFに移動する。そして、演算増幅器 G1からは、コンデンサ CFに蓄えられた電荷に対応する電圧（第 2の変換電圧）が出力電圧 G1として出力される (ステップ S17)。より詳細には、コンデンサ CXの静電容量を CXとし、コンデンサ CCの静電容量を CCとすると、コンデンサ CF に移動する電荷は、 - (CX-CC) XVCCで表わされる。コンデンサ CFに移動した電荷は、コンデンサ CFの静電容量を CFとすると、演算増幅器 G1によって（（CC— C X) /CF) X VCCで表わされる電圧（第 2の変換電圧）に変換される。

[0126] また、 CPU11は、スィッチ SW13をオン状態とする。そうすると、演算増幅器 G1力、ら出力される第 2の変換電圧に基づいてコンデンサ CH12が充電される（ステップ S1 7)。このとき、演算増幅器 G13の非反転入力端子には、コンデンサ CH12に蓄えられている電荷に対応する電圧が入力される。演算増幅器 G13は、非反転入力端子に入力される電圧に対応する電圧を演算増幅器 G14の非反転入力端子に出力する

[0127] 次に、 CPU11は、スィッチ SW13をオフ状態とする（ステップ S18)。これにより、演算増幅器 G13の非反転入力端子に入力される電圧が固定される。

[0128] ここで、コンデンサ CFに蓄えられる電荷には、コンデンサ CXの静電容量に対応する電荷以外に、前述のように演算増幅器 G1で発生する熱雑音および 1/fノイズならびにアナログスィッチのチャージインジヱクシヨン等の低周波ノイズに対応する電荷が含まれる。

[0129] したがって、第 1の変換電圧および第 2の変換電圧には、前述のノイズ成分に対応するノイズ電圧と、コンデンサ CXの静電容量に対応するセンサ電圧とが含まれる。

[0130] ここで、第 1の変換電圧のうちのノイズ電圧の電圧値を VN1とし、第 1の変換電圧のうちのコンデンサ CXの静電容量に対応する電圧値を VS1とし、第 2の変換電圧のうちのノイズ電圧の電圧値を VN2とし、第 2の変換電圧のうちのコンデンサ CXの静電容量に対応する電圧値を VS2とし、差動増幅器 55全体のゲインを Kとすると、差動増幅器 55の出力電圧 VDIFFは、 K X ( (VN1 +VS1) - (VN2 +VS2) )となる。

[0131] また、 VS1は充電電圧 VCCに対応する電圧値であり、 VS2は VCCに対応する電圧値であるから、 VS1および VS2は絶対値が等しくかつ符号が異なる電圧値である。また、ステップ S11〜S14の動作と、ステップ S15〜S18の動作との時間間隔が前述のノイズ成分の変化速度に対して十分短い間隔である場合には、 VN1および V N2はほぼ等しくなる。したがって、差動増幅器 55の出力電圧 VDIFFは、 K X ( (VN 1 +VS1) _ (VN2 +VS2) ) 2 X K XVN1となる。すなわち、差動増幅器 55の出力電圧 VDIFFは、ノイズ成分が除去されて、コンデンサ CXの静電容量すなわち生体の動脈内の圧力に対応する電圧となる。

[0132] 次に、 CPU11は、スィッチ SW14をオン状態とする。これにより、出力電圧 VDIFF に基づいてコンデンサ CHI 3が充電される（ステップ S 19)。

[0133] 次に、 CPU11は、スィッチ SW14をオフ状態とする（ステップ S20)。これにより、演算増幅器 G12の非反転入力端子に入力される電圧が固定される。そして、演算増幅器 G15からは、コンデンサ CH13に蓄えられている電荷に対応する電圧すなわち生体の動脈内の圧力に対応する電圧が出力電圧 VOUTとしてローパスフィルタ 22に出力される。

[0134] CPU11は、ステップ S11〜S20の処理を繰り返すことにより、 C— V変換部 21から出力される圧力信号を更新する。これにより、動脈内の圧力波形が測定される。

[0135] その他の構成および動作は第 1の実施の形態に係る脈波測定装置と同様であるため、ここでは詳細な説明を繰り返さない。

[0136] したがって、本発明の第 2の実施の形態に係る脈波測定装置では、第 1の実施の形態に係る脈波測定装置と同様に、脈波検出性能の劣化を防ぎ、かつ小型化を図ること力 Sできる。

[0137] なお、本発明の第 2の実施の形態に係る脈波測定装置では、 CPU11は、コンデンサ CXの他端に充電電圧 VCC (第 1の充電電圧）を印加することによって第 1の変換電圧を生成し、また、コンデンサ CXの他端に充電電圧 VCC (第 2の充電電圧）を印加することによって第 2の変換電圧を生成する構成であるとしたが、これに限定するものではない。第 1の充電電圧および第 2の充電電圧が異なる電圧値であれば、演算増幅器 G1で発生する熱雑音および 1/fノイズ等の低周波ノイズに対応する電圧を圧力信号力排除することができる。たとえば、第 1の実施の形態に係る脈波測定装置と同様に、コンデンサ CXの他端に接地電圧を印加することによって第 1の変換電圧を生成し、また、コンデンサ CXの他端に充電電圧 VCCを印加することによつて第 2の変換電圧を生成する構成であってもよい。

[0138] また、本発明の第 2の実施の形態に係る脈波測定装置では、 C— V変換部 21は、電圧保持部 53として、スィッチ SW12およびコンデンサ CH11、ならびにスィッチ SW 13およびコンデンサ CHI 2を含む構成であるとした力これに限定するものではない。電圧保持部 53は少なくとも第 1の変換電圧を保持する構成であればよいため、 C- V変換部 21は、スィッチ SW12およびコンデンサ CH11を含まなレ、か、あるいはスィツチ SW13およびコンデンサ CH12を含まない構成であってもよい。

[0139] さらに、本発明の第 1の実施の形態および第 2の実施の形態に係る脈波測定装置では、第 1の基準電圧および第 2の基準電圧の両方が接地電圧である構成としたが、これに限定するものではなレ、。第 1の基準電圧および第 2の基準電圧が異なる電圧であり、かつ接地電圧と異なる電圧であっても、演算増幅器 G1で発生する熱雑音および 1/fノイズ等の低周波ノイズに対応する電圧を圧力信号力排除することが可能である。

今回開示された実施の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請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味およ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。

Claims

請求の範囲

[1] 生体の表面に押し当てることにより、動脈内の圧力波形を測定する脈波測定装置であって、

前記動脈内の圧力に応じて静電容量が変化する圧力検出用コンデンサ (CX)と、前記圧力検出用コンデンサ（CX)に第 1の充電電圧を印加して第 1の電荷を蓄え、かつ前記圧力検出用コンデンサ（CX)に前記第 1の充電電圧と異なる第 2の充電電圧を印加して第 2の電荷を蓄える充電部（51)と、

前記第 1の電荷に基づいて第 1の変換電圧を生成し、かつ前記第 2の電荷に基づいて第 2の変換電圧を生成する電圧変換部（52)と、

前記第 1の変換電圧および前記第 2の変換電圧に基づいて前記圧力検出用コンデンサ (CX)の静電容量を表わす電圧を出力する演算部（54)とを備える脈波測定装置。

[2] 前記演算部（54)は、前記第 1の変換電圧および前記第 2の変換電圧の差に基づいて前記圧力検出用コンデンサ（CX)の静電容量を表わす電圧を出力する請求の範囲第 1項記載の脈波測定装置。

[3] 前記脈波測定装置は、さらに、

前記第 1の変換電圧を保持する電圧保持部（53)を備え、

前記充電部（51)は、前記電圧保持部（53)が前記第 1の変換電圧を保持した後、前記第 2の充電電圧に基づいて前記圧力検出用コンデンサ（CX)に前記第 2の電荷を蓄え、

前記電圧変換部（52)は、前記電圧保持部（53)が前記第 1の変換電圧を保持した後、前記圧力検出用コンデンサ (CX)に蓄えられた前記第 2の電荷に基づいて前記第 2の変換電圧を生成し、

前記演算部（54)は、前記第 2の変換電圧および前記保持された第 1の変換電圧に基づいて前記圧力検出用コンデンサ（CX)の静電容量を表わす電圧を出力する請求の範囲第 1項記載の脈波測定装置。

[4] 生体の表面に押し当てることにより、動脈内の圧力波形を測定する脈波測定装置であって、前記動脈内の圧力に応じて静電容量が変化する圧力検出用コンデンサ（CX)と、反転入力端子が前記圧力検出用コンデンサ (CX)の一端に結合され、非反転入力端子が第 1の基準電圧に結合される演算増幅器 (G1)と、

一端が前記演算増幅器 (G1)の反転入力端子に結合され、他端が前記演算増幅器 (G 1 )の出力に結合される電荷転送用コンデンサ（CF)と、

一端が前記演算増幅器 (G1)の反転入力端子に結合され、他端が前記演算増幅器 (G1)の出力に結合される第 1のスィッチ（SW1)と、

一端が前記演算増幅器 (G1)の出力に結合される電荷保持用コンデンサ (CN)と、一端が前記電荷保持用コンデンサ (CN)の他端に結合され、他端が第 2の基準電圧に結合される第 2のスィッチ（SW2)とを備える脈波測定装置。

[5] 前記脈波測定装置は、さらに、

前記圧力検出用コンデンサ（CX)の他端に充電電圧を印加する充電部（51)と、制御部（11)とを備え、

前記制御部（11)は、前記充電部（51)、前記第 1のスィッチ（SW1)および前記第 2のスィッチ（SW2)を制御して、

前記圧力検出用コンデンサ（CX)の他端に第 1の充電電圧を印加し、前記第 1のスイッチ（SW1)をオン状態とし、その後、

前記第 1のスィッチ（SW1)をオフ状態とし、その後、

前記第 2のスィッチ（SW2)をオン状態とし、かつ前記第 1の充電電圧の印加を停止し、その後、

前記第 2のスィッチ（SW2)をオフ状態とし、その後、

前記圧力検出用コンデンサ（CX)の他端に第 2の充電電圧を印加し、前記第 1のスイッチ（SW1)をオン状態とし、その後、

前記第 1のスィッチ（SW1)をオフ状態とし、その後、

前記第 2の充電電圧の印加を停止する請求の範囲第 4項記載の脈波測定装置。

[6] 前記制御部（11)は、前記第 1の充電電圧の印加を停止するとき、および前記第 2 の充電電圧の印加を停止するとき、前記圧力検出用コンデンサ（CX)の他端に前記第 1の基準電圧を印加する請求の範囲第 5項記載の脈波測定装置。

[7] 前記第 1の充電電圧および前記第 2の充電電圧は、絶対値が等しぐかつ印加方向が逆である請求の範囲第 5項記載の脈波測定装置。

[8] 前記脈波測定装置は、さらに、

前記圧力検出用コンデンサ（CX)の他端に前記第 1の基準電圧を印加し、前記第 1のスィッチ（SW1)をオン状態とし、その後、

前記第 1のスィッチ（SW1)をオフ状態とし、その後、

前記第 2のスィッチ（SW2)をオン状態とし、その後、

前記第 2のスィッチ（SW2)をオフ状態とし、その後、

前記圧力検出用コンデンサ（CX)の他端に前記第 1の基準電圧と異なる充電電圧を印加し、前記第 1のスィッチ（SW1)をオン状態とし、その後、

前記第 1のスィッチ（SW1)をオフ状態とし、その後、

前記充電電圧の印加を停止する請求の範囲第 4項記載の脈波測定装置。

[9] 前記脈波測定装置は、さらに、

前記第 1のスィッチ（SW1)をオフ状態とし、その後、

前記第 2のスィッチ（SW2)をオン状態とし、かつ前記充電電圧の印加を停止し、その後、

前記第 2のスィッチ（SW2)をオフ状態とし、その後、

前記第 1のスィッチ (SW1)をオフ状態とする請求の範囲第 4項記載の脈波測定装置。

[10] 生体の表面に押し当てることにより、動脈内の圧力波形を測定する脈波測定装置であって、

前記動脈内の圧力に応じて静電容量が変化する圧力検出用コンデンサ (CX)と、反転入力端子が前記圧力検出用コンデンサ (CX)の一端に結合され、非反転入力端子が第 1の基準電圧に結合される演算増幅器 (G1)と、

一端が前記演算増幅器 (G1)の出力に結合される第 2のスィッチ（SW2)と、一端が前記第 2のスィッチ（SW2)の他端に結合され、他端が第 2の基準電圧に結合される第 1の電荷保持用コンデンサ (CN)と、

第 1の入力端子が前記第 2のスィッチ（SW2)の他端に結合され、第 2の入力端子が前記演算増幅器 (G1)の出力に結合される差動増幅器とを備える脈波測定装置。

[11] 前記脈波測定装置は、さらに、

一端が前記演算増幅器 (G1)の出力に結合される第 3のスィッチ（SW3)と、一端が前記第 3のスィッチ（SW3)の他端に結合され、他端が第 3の基準電圧に結合される第 2の電荷保持用コンデンサ (CN)とを備え、

前記差動増幅器は、前記第 1の入力端子が前記第 2のスィッチ（SW2)の他端に結合され、前記第 2の入力端子が前記第 3のスィッチ（SW3)の他端に結合される請求の範囲第 10項記載の脈波測定装置。

[12] 前記脈波測定装置は、さらに、

前記第 1のスィッチ（SW1)をオフ状態とし、その後、

前記第 2のスィッチ（SW2)をオフ状態とし、その後、

前記第 1のスィッチ（SW1)をオフ状態とし、その後、

前記第 2の充電電圧の印加を停止する請求の範囲第 10項記載の脈波測定装置。

[13] 前記制御部（11)は、前記第 1の充電電圧の印加を停止するとき、および前記第 2 の充電電圧の印加を停止するとき、前記圧力検出用コンデンサ（CX)の他端に前記第 1の基準電圧を印加する請求の範囲第 12項記載の脈波測定装置。

[14] 前記第 1の充電電圧および前記第 2の充電電圧は、絶対値が等しぐかつ印加方向が逆である請求の範囲第 12項記載の脈波測定装置。

[15] 前記脈波測定装置は、さらに、

前記第 1のスィッチ（SW1)をオフ状態とし、その後、

前記第 2のスィッチ（SW2)をオン状態とし、その後、

前記第 2のスィッチ（SW2)をオフ状態とし、その後、

前記圧力検出用コンデンサ（CX)の他端に前記第 1の基準電圧と異なる充電電圧を印加し、前記第 1のスィッチ（SW1)をオン状態とし、その後、前記第 1のスィッチ（SW1)をオフ状態とし、その後、

前記充電電圧の印加を停止する請求の範囲第 10項記載の脈波測定装置。

前記脈波測定装置は、さらに、

前記第 1のスィッチ（SW1)をオフ状態とし、その後、

前記第 2のスィッチ（SW2)をオフ状態とし、その後、

前記第 1のスィッチ（SW1)をオフ状態とする請求の範囲第 10項記載の脈波測定装置。