WO2017119186A1 - 圧脈波測定装置及び生体情報測定装置 - Google Patents
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- G01L27/005—Apparatus for calibrating pressure sensors
Definitions
- the present invention relates to a pressure pulse wave measuring device and a biological information measuring device.
- a biological information measuring device capable of measuring biological information such as pulse and blood pressure using information detected by the pressure sensor in a state where the pressure sensor is in direct contact with a biological part through which an artery such as the radial artery of the wrist passes. It has been known. In this biological information measuring apparatus, the positional relationship between the pressure sensor and the artery affects the measurement accuracy of biological information. Therefore, as shown in Patent Documents 1 to 6 below, a configuration for adjusting the position of the living body part and the pressure sensor has been proposed.
- the sensor group is divided into four parts so that the contact of the sensor group follows the movement of the hand, and has a mechanism capable of adjusting the height of each divided area.
- Patent Document 3 discloses a biological information measuring apparatus that includes a pressure sensor that is brought into contact with a living body part and has a drive unit that moves the pressure sensor in a direction intersecting the artery.
- Patent Document 4 discloses a biological information measuring apparatus having a pressure sensor array that is brought into contact with a living body part and having a drive unit that rotates the pressure sensor array in a plane that intersects the pressing direction of the pressure sensor array.
- Patent Document 5 and Patent Document 6 have a pressing surface formed by arranging a plurality of pressure sensor rows to be brought into contact with a living body part, and this pressing surface extends in a direction orthogonal to the arrangement direction of the plurality of pressure sensor rows.
- a biological information measuring device having a drive unit that rotates around the center.
- Japanese Unexamined Patent Publication No. 2010-220948 Japanese Unexamined Patent Publication No. 2010-220949 Japanese Unexamined Patent Publication No. 02-001220 Japanese Unexamined Patent Publication No. 2002-330932 Japanese Unexamined Patent Publication No. 01-288228 Japanese Laid-Open Patent Publication No. 01-209045
- Patent Documents 1 and 2 can change the contact state of the sensor group to the living body part, the contact state changes following the shape of the wrist of the user, or the contact state changes manually. It is something to be made. For this reason, it is not possible to position the sensor with sufficient consideration of the measurement accuracy of biological information.
- the present invention has been made in view of the above circumstances, and is a pressure that can flexibly change the contact state of a sensor unit used by contacting with a living body part to improve the measurement accuracy of pressure pulse waves. It is an object of the present invention to provide a pulse wave measuring device and a biological information measuring device having the pressure pulse wave measuring device.
- the pressure pulse wave measuring device of the present invention includes a sensor unit in which an element array including a plurality of pressure detection elements arranged in one direction, a pressing unit that presses the sensor unit against a body surface of a living body, and the pressing A rotation control member that rotates the sensor unit around each of two axes orthogonal to the pressing direction of the unit, and the rotation control member rotates relatively with the pressing direction as a rotation axis.
- a first member and a second member wherein the first member and the second member are configured to rotate by the relative rotation of the first member and the second member, respectively.
- a motion conversion mechanism for converting into rotational motion around each of the two axes.
- the biological information measuring device of the present invention includes the pressure pulse wave measuring device and a biological information calculating unit that calculates biological information based on a pressure pulse wave detected by a pressure detection element of the sensor unit. .
- the pressure pulse wave measuring device capable of flexibly changing the contact state of the sensor unit used in contact with the living body part to improve the measurement accuracy of the pressure pulse wave, and the pressure pulse A biological information measuring device having a wave measuring device can be provided.
- FIG. 2 is an enlarged view of a pressure pulse wave measurement unit 100 shown in FIG. 1. It is the top view which looked at the sensor table 3 and the sensor part 6 of the pressure pulse wave measurement part 100 shown in FIG. 1 from the reverse direction of the pressing direction. It is a perspective view which shows typically the detailed structure of the rotation control member 5 in the pressure pulse wave measurement part 100 shown in FIG. It is a perspective view which shows typically the ring cam 40 shown in FIG. It is the top view which looked at the ring cam 40 shown in FIG. 5 from the reverse direction of the pressing direction.
- FIG. 1 is an enlarged view of a pressure pulse wave measurement unit 100 shown in FIG. 1. It is the top view which looked at the sensor table 3 and the sensor part 6 of the pressure pulse wave measurement part 100 shown in FIG. 1 from the reverse direction of the pressing direction. It is a perspective view which shows typically the detailed structure of the rotation control member 5 in the pressure pulse wave measurement part 100 shown in FIG. It is a perspective view which shows typically the ring cam 40 shown in FIG. It is the top view which looked
- FIG. 5 is a view showing a plan view of the sensor table 3 shown in FIG. 4 viewed from a direction perpendicular to the sensor fixing surface 3c and a side view viewed from a direction parallel to the sensor fixing surface 3c. It is the top view which looked at the pressure pulse wave measurement part 100 from the direction opposite to a press direction in the state where the sensor fixed surface 3c of the sensor table 3 is perpendicular
- FIG. 5 is a diagram illustrating an example of an amplitude value of a pressure pulse wave detected by each pressure detection element of the sensor unit 6 when the pressure applied to the wrist by the sensor unit 6 is changed. It is a figure which shows the state which applies the pressure pulse wave measurement part 100 to a wrist, and presses the sensor part 6 toward a wrist with the air bag 2.
- FIG. 5 is a diagram illustrating an example of an amplitude value of a pressure pulse wave detected by each pressure detection element of the sensor unit 6 when the pressure applied to the wrist by the sensor unit 6 is changed. It is a figure which shows the state which applies the pressure pulse wave measurement part 100 to a wrist, and presses the sensor part 6 toward a wrist with the air bag 2.
- FIG. 1 is a diagram showing a state in which a pressure pulse wave measurement unit 100 mounted on a blood pressure measurement device according to an embodiment of the present invention is attached to a wrist.
- the blood pressure measurement device according to the present embodiment is used by a belt (not shown) that is a living body part (in the example of FIG. 1, the radial artery T in the example of FIG. 1) under the body surface (skin). Used on the wrist).
- the pressure pulse wave measurement unit 100 constitutes a pressure pulse wave measurement device.
- FIG. 2 is an enlarged view of the pressure pulse wave measurement unit 100 shown in FIG.
- the pressure pulse wave measurement unit 100 includes a housing 1 containing the air bag 2, a rotation control member 5 fixed to the air bag 2, and a sensor unit 6 fixed to the rotation control member 5.
- the air bag 2 moves the rotation control member 5 fixed to the air bag 2 in the vertical direction in FIG. 2 by controlling the amount of air inside by a pump (not shown).
- the air bag 2 is a sensor fixed to the rotation control member 5 by moving the rotation control member 5 in a direction approaching the living body part (downward direction in FIG. 2) in a state where the blood pressure measurement device is attached to the wrist. It functions as a pressing part that presses the part 6 against the body surface of the living body part.
- the press part may be anything as long as it can press the sensor part 6 against the body surface, and is not limited to one using an air bag.
- the sensor surface 6b of the sensor unit 6 included in the pressure pulse wave measurement unit 100 contacts the skin of the user's wrist.
- the internal pressure of the air bag 2 increases, and the rotation control member 5 and the sensor unit 6 are pressed toward the radial artery T of the wrist.
- the pressing force applied to the radial artery T by the sensor unit 6 is equivalent to the internal pressure of the air bag 2.
- a direction in which the rotation control member 5 and the sensor unit 6 are pressed by the air bag 2 is referred to as a pressing direction.
- the rotation control member 5 includes a fixed portion 4 fixed to the air bag 2 and a sensor table 3 as a first member connected to the fixed portion 4.
- the sensor table 3 is a plate-like member having a sensor fixing surface 3c to which the sensor unit 6 is fixed. Of the two end surfaces in the pressing direction of the sensor table 3, the end surface on the side close to the wrist in the mounted state of FIG. 1 is the sensor fixing surface 3c.
- the sensor unit 6 is fixed to the sensor fixing surface 3c with an adhesive or the like.
- FIG. 3 is a plan view of the sensor table 3 and the sensor unit 6 of the pressure pulse wave measuring unit 100 shown in FIG. 1 as viewed from the direction opposite to the pressing direction.
- an element array 60 and an element array 70 are formed on the sensor surface 6 b of the sensor unit 6 fixed to the sensor fixing surface 3 c of the sensor table 3.
- the sensor surface 6b of the sensor unit 6 and the sensor fixing surface 3c are parallel to each other.
- the element row 60 has a plurality of pressure detections arranged in a direction B (corresponding to one direction) intersecting (orthogonal in the example of FIG. 3) with the extending direction A of the radial artery T present at the wearing site. It is comprised by the element 6a.
- the element row 70 is composed of a plurality of pressure detection elements 7 a arranged in the direction B.
- the element row 60 and the element row 70 are arranged in the direction A.
- the sensor surface 6b of the sensor unit 6 has a rectangular shape that is long in the direction B, but is not limited thereto.
- Each pressure detection element 6a and the pressure detection element 7a having the same position in the direction B as the pressure detection element 6a constitute a pair.
- the sensor surface 6b of the sensor unit 6 is a surface of a semiconductor substrate made of single crystal silicon or the like, and the pressure detection elements 6a and 7a are configured by a pressure sensitive diode or the like formed on the surface of the semiconductor substrate.
- the pressure detection element is not particularly limited as long as it can detect a signal corresponding to the pressure in contact with an object.
- the pressure detection element 6a (7a) is a pressure generated from the radial artery T and transmitted to the skin by being pressed against the radial artery T so that the arrangement direction intersects (substantially orthogonal) the radial artery T.
- a vibration wave that is, a pressure pulse wave is detected.
- the intervals in the arrangement direction of the pressure detection elements 6a (7a) are sufficiently small so that a necessary and sufficient number is arranged on the radial artery T.
- the arrangement length of each pressure detection element 6a (7a) is necessary and sufficiently larger than the radial dimension of the radial artery T.
- the sensor table 3 is configured to be rotatable around each of two axes passing through the rotation axis J1 extending in the pressing direction and orthogonal to the rotation axis J1.
- FIG. 3 shows a first axis X extending in the direction B passing through the rotation axis J1 and a second axis Y extending in the direction A passing through the rotation axis J1.
- the sensor table 3 is supported by the fixing portion 4 so that the sensor fixing surface 3c can be rotated around each of the first axis X and the second axis Y.
- the position in the direction A of the first axis X is set to an arbitrary position between the element array 60 and the element array 70 (intermediate in the example of FIG. 3).
- the position in the direction A of the first axis X is not limited to this, and may be set to the left side of the element row 60, the right side of the element row 70, or the like.
- the position in the direction B of the second axis Y is set on a straight line that equally divides the element array 60 and the element array 70 into two.
- the position in the direction B of the second axis Y is not limited to this, and may be any position on the element rows 60 and 70.
- the position in the direction B of the second axis Y may be set to a position that does not intersect with the element rows 60 and 70 (upper side or lower side of each element row).
- a direction connecting the rotation axis J1 and a first contact member 3d described later provided on the sensor table 3 coincides with a direction B which is a direction in which the pressure detection elements included in each of the element rows 60 and 70 are arranged. ing.
- FIG. 4 is a perspective view schematically showing a detailed configuration of the rotation control member 5 in the pressure pulse wave measuring unit 100 shown in FIG.
- FIG. 5 is a perspective view schematically showing the ring cam 40 shown in FIG.
- FIG. 6 is a plan view of the ring cam 40 shown in FIG. 5 as viewed from the direction opposite to the pressing direction.
- FIG. 7 is a view showing a plan view of the sensor table 3 shown in FIG. 4 as viewed from a direction perpendicular to the sensor fixing surface 3c and a side view as viewed from a direction parallel to the sensor fixing surface 3c.
- the fixed portion 4 of the rotation control member 5 includes a ring cam 40 as a second member configured to be rotatable around a rotation axis J1, an ultrasonic motor 46 for rotationally driving the ring cam 40, and a sensor fixing surface 3c.
- the sensor table 3 is rotatably supported around each of two axes (first axis X and second axis Y in FIG. 3) orthogonal to the pressing direction, and a part of the ultrasonic motor 46 is And a base 48 to be fixed.
- the sensor table 3 is fixed to the base 48 with fixing screws 3a.
- the ring cam 40 is a member having a thickness in the pressing direction and a substantially ring shape in plan view in the pressing direction.
- One end surface in the pressing direction of the ring cam 40 includes a first cam surface 40a, a second cam surface 40b, a third cam surface 40c, and a bottom surface 40d. It is comprised by.
- the first cam surface 40a, the second cam surface 40b, and the third cam surface 40c are formed so as to extend along the circumference of a circle centering on the rotation axis J1 of the ring cam 40, respectively.
- the first cam surface 40a, the second cam surface 40b, and the third cam surface 40c are provided with undulations of a predetermined pattern along the circumferential direction of a circle centered on the rotation axis J1. It is the surface that was made. This undulation pattern will be described later.
- the first cam surface 40a is configured by a region surrounded by a circle having a radius r1 centered on the rotation axis J1 and a circle having a radius r2 ( ⁇ r1) centered on the rotation axis J1. Has been.
- the second cam surface 40b is configured by a region surrounded by a circle having a radius r2 centered on the rotation axis J1 and a circle having a radius r3 ( ⁇ r2) centered on the rotation axis J1.
- the third cam surface 40c is constituted by a region surrounded by a circle having a radius r3 centered on the rotation axis J1 and a circle having a radius r4 ( ⁇ r3) centering on the rotation axis J1.
- a through hole 40e reaching the other end surface in the pressing direction of the ring cam 40 is provided.
- a screwing portion 3 b for fixing the sensor table 3 to the base 48 is formed at the center portion of the sensor fixing surface 3 c to which the sensor portion 6 of the sensor table 3 is fixed. Yes.
- a first abutting member 3d that abuts on the first cam surface 40a of the ring cam 40 and a second abutting surface of the second cam surface 40b of the ring cam 40 are provided on the back surface 3g of the sensor fixing surface 3c of the sensor table 3.
- a second abutting member 3e and a third abutting member 3f that abuts on the third cam surface 40c of the ring cam 40 are formed.
- the first abutting member 3d, the second abutting member 3e, and the third abutting member 3f are each provided with a rotatable spherical body, for example, at a tip portion that abuts the cam surface.
- FIG. 8 is a plan view of the pressure pulse wave measuring unit 100 viewed from the opposite direction of the pressing direction in a state where the sensor fixing surface 3c of the sensor table 3 is perpendicular to the pressing direction.
- casing 1 is abbreviate
- the first contact member 3d contacts the first cam surface 40a
- the second contact member 3e contacts the second cam surface 40b
- the third contact member 3f Is in contact with the third cam surface 40c.
- a first contact point between the first contact member 3d and the first cam surface 40a, a second contact point between the second contact member 3e and the second cam surface 40b, The third contact points between the third contact member 3f and the third cam surface 40c are respectively on a plane perpendicular to the pressing direction.
- the sensor table 3 is designed such that only the first contact member 3d overlaps the first cam surface 40a.
- the motion conversion mechanism that converts the rotational motion of the ring cam 40 into the rotational motion around each of the first axis X and the second axis Y of the sensor unit 6 fixed to the sensor fixing surface 3c of the sensor table 3 is provided. Composed.
- the pattern of undulations of the first cam surface 40a is that the sensor fixing surface 3c is moved around the first axis X by the relative movement of the first cam surface 40a and the first contact member 3d by the rotational movement of the ring cam 40.
- the pattern is rotating.
- the pattern of the undulation of the second cam surface 40b is that the sensor fixing surface 3c is moved around the second axis Y by the relative movement of the second cam surface 40b and the second contact member 3e by the rotational movement of the ring cam 40.
- the pattern is rotating.
- the third contact member 3f of the sensor table 3 is provided for the purpose of stabilizing the posture of the sensor table 3.
- the undulation pattern of the third cam surface 40c includes an operation in which the sensor fixing surface 3c rotates around the first axis X by a desired angle and the sensor fixing surface 3c around the second axis Y. These are designed so as not to interfere with the rotation of each angle.
- FIG. 9 is a diagram illustrating an example of the undulation pattern of each of the first cam surface 40a, the second cam surface 40b, and the third cam surface 40c.
- the vertical axis shown in FIG. 9 indicates the height of each of the three contact points from the reference position when the position in the pressing direction of the end surface on the base 48 side of the ring cam 40 is the reference position.
- the horizontal axis shown in FIG. 9 indicates the rotational position of the ring cam 40 at an angle from 0 ° to 360 °.
- the rotational position of the ring cam 40 is 135 °
- the height of the contact point between each cam surface of the ring cam 40 and the contact member is a reference value.
- the height of the first contact point between the first cam surface 40a and the first contact member 3d is from the minimum value in the first range where the rotational position is 0 ° to 60 °. It changes to the maximum value, and the rotation position is fixed to the maximum value in the second range of 60 ° to 105 °.
- the height of the first contact point changes from the maximum value to the minimum value in the third range where the rotational position is 105 ° to 165 °, and is the minimum in the fourth range where the rotational position is 165 ° to 210 °.
- the value is fixed.
- the height of the first contact point varies from the minimum value to the maximum value in the fifth range where the rotational position is 210 ° to 270 °, and the maximum in the sixth range where the rotational position is 270 ° to 360 °. It changes from the value to the minimum value.
- the height of the second contact point between the second cam surface 40b and the second contact member 3e is fixed at the maximum value in the first range (0 ° to 60 °), and the rotational position is In the second range (60 ° to 105 °), the maximum value changes to “0”.
- the height of the second contact point is fixed to “0” when the rotational position is in the third range (105 ° to 165 °), and is “0” when the rotational position is in the fourth range (165 ° to 210 °). It changes from 0 "to the minimum value.
- the height of the second contact point is fixed to the minimum value when the rotational position is in the fifth range (210 ° to 270 °), and is minimum when the rotational position is the sixth range (270 ° to 360 °). It changes from the maximum value.
- each cam surface is inclined so that the change in height is smooth in the vicinity of the inflection point of the height of each contact point.
- the rotation angle of the first cam surface 40a around the first axis X of the sensor fixing surface 3c changes from -5 ° to + 5 ° when the rotational position of the ring cam 40 changes from 0 ° to 60 °.
- the first cam surface 40a is configured such that the rotation angle of the sensor fixing surface 3c around the first axis X is fixed at + 5 ° while the rotational position of the ring cam 40 changes in the range of 60 ° to 105 °. Designed to.
- the rotational angle of the sensor fixing surface 3c around the first axis X changes from + 5 ° to ⁇ 5 ° as the rotational position of the ring cam 40 changes from 105 ° to 165 °.
- the rotation angle of the sensor fixing surface 3c around the first axis X is fixed at ⁇ 5 ° while the rotational position of the ring cam 40 changes in the range of 165 ° to 210 °.
- the rotational angle of the sensor fixing surface 3c around the first axis X changes from ⁇ 5 ° to + 5 ° as the rotational position of the ring cam 40 changes from 210 ° to 270 °.
- the second cam surface 40b is configured such that the rotation angle of the sensor fixing surface 3c around the second axis Y is fixed at + 5 ° while the rotational position of the ring cam 40 changes in the range of 0 ° to 60 °. Designed to.
- the rotational angle of the sensor fixing surface 3c around the second axis Y changes from + 5 ° to 0 ° as the rotational position of the ring cam 40 changes from 60 ° to 105 °. Designed to.
- the second cam surface 40b is configured such that the rotation angle of the sensor fixing surface 3c around the second axis Y is fixed at 0 ° while the rotational position of the ring cam 40 changes in the range of 105 ° to 165 °. Designed to.
- the rotational angle of the sensor fixing surface 3c around the second axis Y changes from 0 ° to ⁇ 5 ° as the rotational position of the ring cam 40 changes from 165 ° to 210 °.
- the rotation angle of the sensor fixing surface 3c around the second axis Y is fixed at ⁇ 5 ° while the rotational position of the ring cam 40 changes in the range of 210 ° to 270 °.
- the rotation angle of the sensor fixing surface 3c around the first axis X is “0 °” when the sensor fixing surface 3c is perpendicular to the pressing direction. It increases when rotating, and decreases when rotating in the other direction. In FIG. 9, if the height of the first contact point is the same at any rotational position, the rotation angle around the first axis X of the sensor fixing surface 3c is the same.
- the rotation angle of the sensor fixing surface 3c around the second axis Y is “0 °” when the sensor fixing surface 3c is perpendicular to the pressing direction. It increases when rotated in one direction and decreases when rotated in the other direction. In FIG. 9, if the height of the second contact point is the same at any rotation position, the rotation angle around the second axis Y of the sensor fixing surface 3c is the same.
- the ring cam 40 rotates within the first range (0 ° to 60 °), and each cam surface and the abutting member move relative to each other. While the rotation angle around the second axis Y is fixed at + 5 °, the rotation angle around the first axis X of the sensor fixing surface 3c changes in the range of + 5 ° to ⁇ 5 °.
- the ring cam 40 rotates within the third range (105 ° to 165 °), and each cam surface and the contact member move relative to each other, whereby the sensor fixing surface 3c rotates about the second axis Y. While the angle is fixed at 0 °, the rotation angle around the first axis X of the sensor fixing surface 3c changes in the range of + 5 ° to ⁇ 5 °.
- the ring cam 40 rotates within the fifth range (210 ° to 270 °), and each cam surface and the abutting member move relative to each other, whereby the sensor fixing surface 3c rotates about the second axis Y. While the angle is fixed at ⁇ 5 °, the rotation angle around the first axis X of the sensor fixing surface 3c changes in the range of + 5 ° to ⁇ 5 °.
- the rotation control member 5 sets the rotation angle around the second axis Y of the sensor unit 6 fixed to the sensor fixing surface 3c to a plurality of values ( ⁇ 5 °, 0 °, +5 in the example of FIG. 9).
- the rotation angle around the first axis X of the sensor unit 6 fixed to the sensor fixing surface 3c is set to the sensor unit 6 fixed to the sensor fixing surface 3c. Varies from end to end in a range of angles (+ 5 ° to ⁇ 5 °) that can be rotated about the first axis X.
- the sensor unit 6 is rotated two-dimensionally by a combination of each of the three rotation angles around the second axis Y and all possible values of the rotation angles around the first axis X. Be able to.
- the ring cam 40 rotates 360 ° around the rotation axis J, so that the rotational position of the ring cam 40 returns to the initial position, so that the sixth range (270 ° to 360 °). ) Also has a difference in the height of each contact point. However, if the ring cam 40 is restricted to rotate only within the range of the rotational position from 0 ° to 270 °, the height of each contact point in the sixth range (270 ° to 360 °) is an arbitrary pattern. Good. The height of each contact point in the sixth range (270 ° to 360 °) may be the same as the height at the rotational position 270 °, for example.
- each of the three rotation angles ( ⁇ 5 °, 0 °, + 5 °) around the second axis Y and the first axis It is also possible to design the slope of each cam surface so that a combination of all possible values of rotation angle around X ( ⁇ 5 ° to + 5 °) is achieved.
- FIG. 10 is an exploded perspective view showing a detailed configuration of the rotation control member 5 shown in FIG.
- the base 48 shown in FIG. 4 includes a disk-shaped bottom portion 48a, a columnar shaft portion 48b provided on the bottom portion 48a and protruding in the pressing direction, a universal joint 49 inserted through a hollow portion of the shaft portion 48b, And a spring 49a for applying pressure to the sensor table 3.
- the tip of the universal joint 49 is fixed to the sensor table 3 by a fixing screw 3a inserted into the screwing portion 3b.
- the sensor table 3 is pressurized by a spring 49a.
- a straight line extending in the pressing direction through the center of the shaft portion 48b constitutes the rotation axis J1.
- the ultrasonic motor 46 shown in FIG. 4 includes a ring-shaped rotor 42 into which the shaft portion 48b of the base 48 is inserted, a bearing member 41 provided between the hollow portion of the rotor 42 and the shaft portion 48b, A ring-shaped stator 46a that accommodates the rotor 42 and rotates the rotor 42, a sliding plate 43 fixed to the rotor 42, a slit plate 44 fixed to the rotor 42 and formed with a slit, and a base
- the encoder plate 45 is fixed to the bottom portion 48a of the 48 and detects the slit of the slit plate 44 to detect the rotational position of the rotor 42.
- the encoder plate 45 is accommodated in the concave portion 48c provided on the bottom portion 48a of the base 48. And a pressurizing spring 47 that pressurizes the stator 46a.
- the rotor 42 is fixed to the ring cam 40 by a bolt 42a.
- the stator 46 a is fixed to the bottom 48 a of the base 48.
- FIG. 11 is a schematic diagram showing a block configuration of the blood pressure measurement device.
- the blood pressure measurement device includes a pressure pulse wave measurement unit 100, a ring cam drive unit 10, an air bag drive unit 11, a control unit 12 that performs overall control of the entire device, a display unit 13, an operation unit 14, and a memory 15. .
- the ring cam driving unit 10 drives the stator 46a constituting the rotation control member 5 of the pressure pulse wave measuring unit 100 under the instruction of the control unit 12 to rotate the ring cam 40 about the rotation axis J1.
- the air bag drive unit 11 controls the amount of air injected into the air bag 2 (internal pressure of the air bag 2) under the instruction of the control unit 12.
- the display unit 13 is for displaying various information such as a measured blood pressure value, and is configured by, for example, a liquid crystal.
- the operation unit 14 is an interface for inputting an instruction signal to the control unit 12, and includes a button for instructing the start of various operations including blood pressure measurement.
- the memory 15 stores various information such as a ROM (Read Only Memory) for storing a program and data for causing the control unit 12 to perform a predetermined operation, a RAM (Randam Access Memory) as a work memory, and measured blood pressure data. Includes flash memory to store.
- ROM Read Only Memory
- RAM Random Access Memory
- the control unit 12 functions as a biological information calculation unit that calculates blood pressure information as biological information based on the pressure pulse wave detected by the pressure detection element of the sensor unit 6.
- blood pressure information is taken as an example of the biological information, but any biological information can be used as long as it can be calculated based on the pressure pulse wave.
- a pulse rate or a heart rate may be calculated as the biological information.
- the blood pressure measurement device measures a blood pressure value (SBP (Systemic Blood Pressure), so-called systolic blood pressure, DBP (Diastrotic Blood pressure)), so-called diastolic blood pressure, and displays it on the display unit 13 every beat. Has a measurement mode.
- SBP Systemic Blood Pressure
- DBP Diastrotic Blood pressure
- FIG. 12 is a flowchart for explaining the operation up to the generation of calibration data in the continuous blood pressure measurement mode of the blood pressure measurement device of the present embodiment.
- the rotation angle around the first axis X and the rotation angle around the second axis Y are 0 in the initial state before the blood pressure measurement instruction is given. It is assumed that the sensor fixing surface 3c and the sensor surface 6b are perpendicular to the pressing direction.
- control unit 12 controls the air bag drive unit 11 to start injecting air into the air bag 2 and increases the pressing force applied to the radial artery T by the rotation control member 5 (Step S1). S1).
- the control unit 12 can detect each pressure detecting element at an arbitrary timing (for example, a periodic timing) after a sufficient time has elapsed for the occlusion of the radial artery T to start.
- a plurality (two in the following) of pressure pulse wave information I1 are acquired in the order of detection time.
- the control unit 12 has a new detection time among the pressure pulse waves (referred to as pressure pulse wave information I2) detected by each pressure detection element 7a and stored in the memory 15 at the above arbitrary timing.
- a plurality (two in the following) of pressure pulse wave information I2 is acquired in order (step S1A).
- the control unit 12 calculates, for example, the average value Ave1 of the amplitude of the pressure pulse wave that constitutes the pressure pulse wave information I1 detected at time t1 out of the two pressure pulse wave information I1 acquired in step S1A, and the time t1 An average value Ave2 of the amplitude of the pressure pulse wave constituting the pressure pulse wave information I1 detected at a later time t2 is calculated. Further, the control unit 12 calculates an average value Ave3 of the amplitude of the pressure pulse wave that constitutes the pressure pulse wave information I2 detected at time t1 out of the two pressure pulse wave information I2 acquired in step S1A, and An average value Ave4 of the amplitude of the pressure pulse wave constituting the pressure pulse wave information I2 detected at t2 is calculated. And the control part 12 calculates ratio ((Ave1 / Ave3) and (Ave2 / Ave4)) of the average value calculated with respect to the same time.
- control unit 12 determines whether or not the sensor fixing surface 3c should be rotated around the first axis X based on the change in the ratio calculated for a plurality of timings. That is, the control unit 12 determines whether or not to rotate the sensor fixing surface 3c around the first axis X based on the pressure pulse wave detected by the pressure detection elements 6a and 7a at a plurality of timings in the increasing process of the pressing force. Is determined (step S1B).
- the control part 12 determines with the rotation around the 1st axis
- the control part 12 determines with the rotation around the 1st axis
- the control part 12 determines with the rotation around the 1st axis
- the element rows 60 and 70 can sufficiently press the radial artery T, or only one of the element rows can sufficiently press the radial artery T. Cannot determine if it is not. For this reason, the control part 12 determines with the rotation around the 1st axis
- control unit 12 determines whether or not the sensor fixing surface 3c needs to be rotated around the first axis X based on the variation in the ratio calculated for the plurality of timings. Instead of this ratio, a difference between the average value Ave1 (Ave2) and the average value Ave3 (Ave4) (a value considering the sign) may be used.
- the method for determining whether or not the sensor fixing surface 3c needs to be rotated is an example and is not limited.
- FIG. 13A is a diagram illustrating an example of a state in which the radial artery T is blocked by the element row 70 but the radial artery T is not blocked by the element row 60.
- FIG. 13A In the state of FIG. 13A, the distance between the element row 60 and the radial artery T is larger than the distance between the element row 70 and the radial artery T.
- step S1B when the control unit 12 determines in step S1B that the rotation of the sensor fixing surface 3c around the first axis X is necessary, the control unit 12 determines the number of the sensor fixing surface 3c according to the value of (6A / 7A) at the latest time. Rotation control around one axis X is performed (step S1C).
- control unit 12 is a data table showing the relationship between the value of (6A / 7A) and the rotation angle of the sensor fixing surface 3c (obtained experimentally before product shipment and stored in the memory 15).
- the rotation angle corresponding to the value of (6A / 7A) is read, and the read rotation angle is set.
- the rotation angle around the first axis X of the sensor fixing surface 3c stored in the memory 15 is a value between ⁇ 5 ° and + 5 ° (if the resolution is 1 °, ⁇ 5 °, ⁇ 4 °,. ⁇ , 0 °, 1 °, 2 °, ... 5 ° in total 11).
- the resolution of the rotation angle is determined by the position detection resolution of the encoder 45a.
- the control unit 12 rotates the sensor fixing surface 3c around the first axis X according to the rotation angle thus set.
- the sensor fixing surface 3c and the radial artery T can be made parallel, and the radial artery T can be closed by the element rows 60 and 70, respectively.
- step S2 the control unit 12 determines whether or not the pressing force has reached a pressure sufficient to close the radial artery T (necessary pressing force).
- step S2 the required pressing force
- step S3 the control unit 12 controls the air bag driving unit 11 to stop the injection of air into the air bag 2 (step S3).
- step S3 the control unit 12 returns the process to step S1A.
- step S3 the control unit 12 determines the amplitude of the pressure pulse wave detected by each pressure detection element 6a at the same time between step S1 and step S3, and the position of each pressure detection element 6a on the sensor surface 6b.
- a so-called tonogram is obtained which shows an amplitude distribution curve showing Moreover, the control part 12 calculates
- the control unit 12 converts the tonogram generated for the element array 60 into the identification information of the element array 60, the detection time of the pressure pulse wave, and the pressing force in the pressing direction by the air bag 2 at this detection time (air bag 2
- the internal pressure is stored in the memory 15.
- control unit 12 uses the tonogram generated for the element array 70 as the identification information of the element array 70, the pressure pulse wave detection time, and the pressing force in the pressing direction by the air bag 2 at the detection time.
- the data are stored in the memory 15 in association with each other.
- the control unit 12 uses the tonogram data stored in the memory 15 to move the radial artery T in the direction B (direction intersecting the extending direction of the radial artery T) during the pressing of the rotation control member 5 to the wrist.
- the movement amount is calculated (step S6).
- FIG. 14A and 14B show an example of the amplitude value of the pressure pulse wave detected by each pressure detection element 6a of the sensor unit 6 when the pressure applied to the wrist by the sensor unit 6 is changed.
- the horizontal axis indicates the position of each pressure detection element 6a in the direction B, and the vertical axis indicates the pressing force.
- the amplitude of the pressure pulse wave detected by the pressure detecting element 6a at each position is color-coded according to the magnitude.
- Symbol A1 is a portion where the amplitude is greater than or equal to the threshold value TH1.
- Symbol A2 is a portion where the amplitude is greater than or equal to threshold TH2 and less than threshold TH1.
- Symbol A3 is a portion where the amplitude is greater than or equal to threshold TH3 and less than threshold TH2.
- Symbol A4 is a portion where the amplitude is greater than or equal to threshold TH4 and less than threshold TH3.
- Symbol A5 is a portion where the amplitude is less than the threshold value TH4. Note that threshold TH1> threshold TH2> threshold TH3> threshold TH4.
- FIG. 14 (a) shows an example in which the position of the pressure detecting element 6a that detects a pressure pulse wave with an amplitude greater than or equal to the threshold TH1 does not substantially change in the process of increasing the pressing force.
- FIG. 14B shows an example in which the position of the pressure detecting element 6a that detects a pressure pulse wave having an amplitude greater than or equal to the threshold TH1 is shifted to the left in the process of increasing the pressing force. ing.
- FIG. 15 is a diagram showing a state in which the pressure pulse wave measurement unit 100 is applied to the wrist and the sensor unit 6 is pressed toward the wrist by the air bag 2.
- the symbol TB indicates a rib
- the symbol K indicates a tendon.
- the radial artery T may move in the direction B as shown in FIG.
- the distribution of the amplitude value of the pressure pulse wave during pressing becomes as shown in FIG. 14B. That is, the position of the pressure detecting element 6a that detects the amplitude value in the pressing force in which the amplitude value equal to or greater than the threshold value TH1 is detected for the first time, and the amplitude value in the pressing force in which the amplitude value that is equal to or greater than the threshold value TH1 is detected last. There will be a large deviation from the position of the pressure detecting element 6a.
- the position of the pressure detection element 6a that detected the amplitude value for the first time when the amplitude value equal to or greater than the threshold value TH1 was detected, and the pressure value that the amplitude value equal to or greater than the threshold value TH1 was detected last. There is no significant deviation from the position of the pressure detecting element 6a that detects the amplitude value in the pressure. That is, it can be seen that the radial artery T is closed without substantially moving in the direction B in the process of increasing the pressing force.
- the change in the position of the radial artery T in the direction B can be detected by looking at the change in the tonogram in the process of changing the pressing force. If the radial artery T is occluded by increasing the pressing force in the state shown in FIG. 15B, there is a possibility that an accurate tonogram cannot be obtained due to the influence of the living tissue such as the tendon K.
- the control unit 12 determines the position of the pressure detection element 6a that has detected the amplitude value in the pressing force in which the amplitude value equal to or greater than the threshold value TH1 is detected for the first time from the data in FIG.
- the difference that is, the amount of movement in the direction B of the radial artery T
- the position of the pressure detection element 6a that detected the amplitude value in the pressing force in which the amplitude value of TH1 or more was detected lastly is calculated in step S6. It is determined whether or not the calculated difference is greater than or equal to a threshold value THa (step S7).
- step S7 If the difference between the two positions is greater than or equal to the threshold THa (step S7: YES), the control unit 12 obtains a vector indicated by the arrow in FIG. 14B in step S8. If the difference between the two positions is less than the threshold THa (step S7: NO), the process of step S9 is performed.
- the direction and magnitude of the vector shown in FIG. 14 and information indicating the rotation angle of the sensor fixing surface 3c around the second axis Y are experimentally obtained in advance and stored in association with each other.
- the rotation angle around the second axis Y of the sensor fixing surface 3c stored in the memory 15 has three values of ⁇ 5 °, 0 °, and + 5 °.
- the control unit 12 acquires information about the rotation angle corresponding to the calculated vector size and orientation from the memory 15 and transmits the acquired information to the ring cam drive unit 10. Then, the ring cam driving unit 10 maintains the rotation angle around the first axis X based on the received information and the rotation angle around the first axis X of the sensor fixing surface 3c set in step S1C. In this state, the ring cam 40 is rotated so that the rotation angle of the sensor fixing surface 3c around the second axis Y becomes a desired value. Thereby, the sensor fixing surface 3c is rotated as shown in FIG. 15C (step S8).
- step S8 it is assumed that the rotation angle around the second axis Y needs to be + 5 °.
- the rotation position of the ring cam 40 is changed to 42 °, so that the rotation angle about the first axis X is maintained at + 3 °, and the rotation about the second axis Y is performed.
- the angle is + 5 °.
- step S8 when the rotation angle around the second axis Y needs to be ⁇ 5 ° in step S8, the rotation position of the ring cam 40 is changed to 252 °, so that the rotation around the first axis X is achieved. With the angle maintained at + 3 °, the rotation angle around the second axis Y is ⁇ 5 °.
- the control unit 12 fixes the sensor based on the pressure pulse waves detected by the pressure detection elements 6a and 7a at a plurality of timings in the process of increasing the pressing force by the air bag 2. It is determined in step S1B and step S7 whether or not the surface 3c needs to be rotated. And when the control part 12 needs to rotate the sensor fixing surface 3c (step S1B: YES, step S7: YES), based on the pressure pulse wave detected by each pressure detection element 6a, 7a, The sensor fixing surface 3c is rotated.
- step S9 following step S8, the control unit 12 controls the air bag drive unit 11 to discharge the air in the air bag 2 and starts to reduce the pressing force on the radial artery T.
- the control unit 12 starts decreasing the pressing force in step S9, reduces the pressing force to the minimum value, and then determines the optimum pressure detecting element from among all the pressure detecting elements 6a and 7a. For example, the control unit 12 determines the pressure detection element that has detected the pressure pulse wave having the maximum amplitude in the process of decreasing the pressing force as the optimum pressure detection element.
- the pressure pulse wave detected by the pressure detection element located directly above the portion where the radial artery T is flat is not affected by the tension of the wall of the radial artery T and has the largest amplitude.
- This pressure pulse wave has the highest correlation with the blood pressure value in the radial artery T. For this reason, the pressure detection element that detects the pressure pulse wave having the maximum amplitude is determined as the optimum pressure detection element.
- the plurality of pressure detection elements may be treated as optimum pressure detection elements and detected by each of the plurality of pressure detection elements.
- an average of the generated pressure pulse waves may be handled as a pressure pulse wave detected by the optimum pressure detection element.
- control part 12 produces
- the pulse wave envelope data refers to a pressing force applied to the radial artery T by the sensor unit 6 (internal pressure of the air bag 2), and an optimal pressure detecting element in a state where the optimal pressure detecting element is pressed against the radial artery T by the pressing force.
- the data correlates with the amplitude of the pressure pulse wave detected by.
- FIG. 16 is a diagram showing an example of changes in the pressing force to the radial artery T and changes in the pressure pulse wave detected by the optimum pressure detection element.
- a straight line indicated by a symbol P indicates a pressing force
- a waveform indicated by a symbol M indicates a pressure pulse wave.
- an enlarged view of one pressure pulse wave is shown.
- the pressure at the rising point is referred to as the minimum value Mmin
- the pressure at the falling point is referred to as the maximum value Mmax.
- the amplitude of the pressure pulse wave is a value obtained by subtracting the minimum value Mmin from the maximum value Mmax.
- the maximum value Mmax and the minimum value Mmin are each information that specifies the shape of the pressure pulse wave.
- step S10 the control unit 12 generates pulse wave envelope data as shown in FIG. 17 from the relationship between the pressing force and the pressure pulse wave shown in FIG.
- control unit 12 calculates SBP and DBP from the generated pulse wave envelope data (step S11).
- the control unit 12 starts to decrease the pressing force when the pressure pulse wave amplitude starts to increase sharply after the pressing force starts decreasing, that is, the pressing force starts decreasing. Thereafter, the pressing force at the time when the pressure pulse wave amplitude detected by the optimum pressure detecting element exceeds the threshold value THb for which it can be determined that the artery is not occluded for the first time is determined as SBP.
- the control unit 12 calculates a difference between two adjacent amplitude values in the pulse wave envelope data, and determines the pressing force when the difference exceeds a threshold value as SBP.
- control unit 12 determines the maximum value Mmax of any one of the pressure pulse waves (for example, the pressure pulse wave having the maximum amplitude) detected by the optimum pressure detection element determined in the pressure reduction process of step S9. Using the minimum value Mmin and the SBP and DBP calculated in step S11, calibration data used for continuous blood pressure measurement is generated and stored in the memory 15 (step S12).
- the control unit 12 adds the SBP and DBP obtained in step S11 to the equations (1) and (2), and the maximum value Mmax and the minimum value of the pressure pulse wave having the maximum amplitude in the pulse wave envelope of FIG. Substituting Mmin, slope a and intercept b are calculated. The calculated coefficients a and b and equations (1) and (2) are stored in the memory 15 as calibration data.
- FIG. 18 is a flowchart for explaining the continuous blood pressure measurement operation in the continuous blood pressure measurement mode of the blood pressure measurement device of the present embodiment.
- control unit 12 controls the air bag drive unit 11 to increase the internal pressure of the air bag 2, and pushes the radial artery T by the rotation control member 5.
- the pressure is increased (step S21).
- control unit 12 determines, as the optimum pressure detecting element, the pressure detecting element that detects the pressure pulse wave having the maximum amplitude in the process of increasing the pressing force among the pressure detecting elements 6a and 7a. Moreover, the control part 12 determines the internal pressure of the air bag 2 at the time of detecting the pressure pulse wave of this maximum amplitude as an optimal pressing force (step S22).
- control unit 12 releases the internal pressure of the air bag 2 and returns it to the initial state (step S23), and then increases the internal pressure of the air bag 2 to the optimum pressing force determined in step S22. The pressure is maintained (step S24).
- control unit 12 acquires the pressure pulse wave detected by the optimal pressure detection element determined in step S22 in a state where the sensor unit 6 is pressed against the radial artery T with the optimal pressing force (step S25).
- control unit 12 calibrates the acquired one pressure pulse wave using the calibration data generated in step S12 of FIG. 12, and calculates SBP and DBP (step S26).
- control unit 12 calculates the SBP by substituting the maximum value Mmax of the pressure pulse wave acquired in step S25 and the coefficients a and b calculated in step S12 into the above-described equation (1).
- the DBP is calculated by substituting the pressure minimum value Mmin of the pressure pulse wave acquired in S25 and the coefficients a and b calculated in step S12 into the above-described equation (2).
- the control unit 12 displays the calculated SBP and DBP on the display unit 13, for example, and notifies the user.
- the control unit 12 ends the process if there is an instruction to end continuous blood pressure measurement (step S27: YES), and returns the process to step S25 if there is no instruction to end (step S27: NO).
- the sensor fixing surface 3c to which the sensor unit 6 is fixed has two axes (the first axis X and the second axis) orthogonal to the pressing direction of the sensor unit 6. It can rotate around each of the axes Y). For this reason, the operation illustrated in FIG. 12 can improve the detection accuracy of the pressure pulse wave, and can improve the calculation accuracy of blood pressure information as biological information calculated based on the pressure pulse wave.
- the rotation of the sensor fixing surface 3c is performed by the ring cam 40 being rotated by one ultrasonic motor 46. For this reason, the mechanism for rotating the sensor fixing surface 3c can be made simple and compact, and the pressure pulse wave measurement unit 100 can be reduced in size and cost.
- the rotation of the sensor fixing surface 3c is performed by relative movement between the cam surface of the ring cam 40 and the contact member of the sensor table 3. For this reason, compared with the case where the rotation of the sensor fixing surface 3c is rotated using a gear or the like, it is possible to reduce the operation sound when the sensor fixing surface 3c is rotated.
- the rotational torque required to rotate the ring cam 40 can be reduced. Therefore, the power consumption when rotating the sensor fixing surface 3c can be reduced, and the battery life of the blood pressure measurement device can be improved. Further, by using the ring cam 40, the actuator for rotating the ring cam 40 can be reduced in size, so that the pressure pulse wave measuring unit 100 can be reduced in size.
- the rotation of the sensor fixing surface 3c around the second axis Y is performed in order to prevent a decrease in detection accuracy of the pressure pulse wave due to the radial artery T moving in the direction B. For this reason, the rotation of the sensor fixing surface 3c around the second axis Y only needs to be able to rotate the sensor fixing surface 3c to such an extent that the position of the radial artery T can be changed, and there is no need to finely control the rotation angle. .
- the rotation of the sensor fixing surface 3c around the first axis X is performed so that the sensor fixing surface 3c is parallel to the radial artery T.
- the amount of subsidence of the radial artery T in the living body in the traveling direction varies depending on the person, and the radial artery T may be submerged by the pressing of the sensor unit 6.
- the rotation angle around the second axis Y of the sensor fixing surface 3c can be finely controlled.
- the rotation angle around the second axis Y of the sensor fixing surface 3c is controlled to one of three values of ⁇ 5 °, 0 °, and + 5 °
- the rotation angle around the first axis X of the sensor fixing surface 3c is controlled to an arbitrary value in the range of ⁇ 5 ° to + 5 °.
- the undulation pattern of the cam surface of the ring cam 40 for realizing such control is not complicated as shown in FIG. For this reason, it is possible to reduce the design cost of the pressure pulse wave measurement unit 100 and to reduce the manufacturing cost.
- each of the three rotation angles around the second axis Y (-5 °, 0 °, + 5 °) and all possible values of the rotation angle around the first axis X (from -5 ° to The specific numerical value of (+ 5 °) is an example, and is not limited to this numerical value.
- each of the three rotation angles about the second axis Y ( ⁇ 10 °, 0 °, + 10 °) and all possible values of rotation angles about the first axis X ( ⁇ 10 ° to The inclination of each cam surface may be designed so that the combination with + 10 ° is realized.
- the rotation angle of the sensor fixing surface 3c around the second axis Y can be controlled to an arbitrary value in the range of ⁇ 5 ° to + 5 °. Is also possible.
- the rotation control member 5 is configured so that the rotation angle around the second axis Y of the sensor unit 6 fixed to the sensor fixing surface 3c is fixed to each of two values or four or more values.
- the rotation angle of the portion 6 around the first axis X may be changed in the range of ⁇ 5 ° to + 5 °.
- the design of the ring cam 40 becomes complicated, so the number of rotation angles around the second axis Y is set to three or five. Is preferred.
- the shift amount of the rotation angle of the sensor fixing surface 3c around the first axis X is the second amount. This is smaller than the displacement amount of the rotation angle of the sensor fixing surface 3c around the second axis Y when the contact position between the cam surface 40b and the second contact member 3e is displaced from the desired position.
- the first cam surface 40a is located farthest from the rotation axis J1
- the error of the rotation angle around the first axis X of the sensor fixing surface 3c can be reduced, and the rotation control of the sensor table 3 is performed. Can be performed with high accuracy.
- the sensor table 3 is designed so that only the first contact member 3d overlaps the first cam surface 40a. According to this configuration, there is no concern that the portion of the sensor table 3 other than the first contact member 3d and the first cam surface 40a come into contact with each other. For this reason, the distance between the end surface on the opposite side of the sensor fixing surface 3c of the sensor table 3 in the state shown in FIG. 8 and the end surface on the sensor table 3 side of the ring cam 40 can be reduced. Therefore, the pressure pulse wave measuring unit 100 can be downsized.
- the direction (direction B) in which the pressure detection elements in the element rows 60 and 70 included in the sensor unit 6 arranged on the sensor fixing surface 3c are arranged is a sensor. This substantially coincides with the direction connecting the first contact member 3d and the rotation axis J1 when the fixed surface 3c is viewed from the direction perpendicular to the sensor fixed surface 3c.
- the first abutting member 3d is an action point that is located farthest from the rotation axis J1 that is a support point of the sensor table 3. For this reason, by making the direction connecting the support point and the action point coincide with the longitudinal direction of the sensor unit 6, the posture of the sensor table 3 can be stabilized, and the rotation control of the sensor table 3 can be performed with high accuracy. it can.
- the pressure pulse wave measuring unit 100 is configured such that the cam surface of the ring cam 40 extends along the circumference of a circle having the rotation axis J as the center. According to this configuration, the ring cam 40 can be easily designed, and the manufacturing cost of the pressure pulse wave measurement unit 100 can be reduced.
- the pressure pulse wave measuring unit 100 has a configuration in which the ring cam 40 is provided with a third cam surface 40c and the sensor table 3 is provided with a third contact member 3f. According to this configuration, the sensor table 3 is supported by the three contact members and the base 48. For this reason, the attitude
- the third cam surface 40c of the ring cam 40 and the third contact member 3f of the sensor table 3 can be omitted. Even when these are omitted, since the sensor table 3 is supported by the two abutting members and the base 48, the posture of the sensor table 3 can be stabilized.
- the rotation control member 5 may be configured to rotate the sensor unit 6 around each of the first axis X and the second axis Y by rotating the sensor table 3 without rotating the ring cam 40. Good.
- the sensor unit 6 is not fixed to the sensor fixing surface 3c of the sensor table 3, and the direction in which the element rows 60 and 70 of the sensor unit 6 extend is fixed, and the sensor fixing surface 3c is inclined.
- a mechanism may be adopted in which the sensor surface 6b of the sensor unit 6 is inclined following the above.
- the rotation control member 5 makes the ring cam 40 unrotatable with the end face of the ring cam 40 opposite to the sensor table 3 as a plane, the sensor unit 6 is fixed to this plane, and the sensor table 3 is rotated by a motor. It may be configured to be rotatable around J1. Even with this configuration, the sensor unit 6 can be rotated around each of the first axis X and the second axis Y by the rotation of the sensor table 3.
- a motor other than the ultrasonic motor may be used as a motor for rotating the ring cam 40. Since the ring cam 40 has a ring shape, the design of the rotation control member 5 can be facilitated by using a ring type motor.
- the sensor fixing surface 3c rotates around the second axis Y by the relative movement of the first cam surface 40a and the first contact member 3d, and the second cam surface 40b and the first cam surface 40
- the cam surface may be formed such that the sensor fixing surface 3c rotates around the first axis X by relative movement with the second contact member 3e.
- the shape of the cam surface of the ring cam 40 is not limited to the shape extending along the circumferential direction, and any shape can be used as long as the rotation angle of the sensor fixing surface 3c can be set to a desired value. May be.
- the disclosed pressure pulse wave measuring apparatus includes a sensor unit in which an element array including a plurality of pressure detection elements arranged in one direction, a pressing unit that presses the sensor unit against a body surface of a living body, and the pressing A rotation control member that rotates the sensor unit around each of two axes orthogonal to the pressing direction of the unit, and the rotation control member rotates relatively with the pressing direction as a rotation axis.
- a first member and a second member wherein the first member and the second member are configured to rotate by the relative rotation of the first member and the second member, respectively.
- a motion conversion mechanism for converting into rotational motion around each of the two axes.
- the pressing unit presses the sensor unit against the body surface in a state where the direction in which the plurality of pressure detection elements are arranged intersects the direction in which the artery below the body surface extends.
- the two axes include a first axis extending in a direction in which the plurality of pressure detection elements are arranged and a second axis extending in a direction orthogonal to the direction.
- the rotation control member is configured such that the rotation angle of the sensor unit around the second axis is fixed to each of a plurality of values.
- the rotation angle around the axis of the sensor is changed from end to end in an angle range in which the sensor unit can rotate around the first axis.
- the second member is formed with a first cam surface and a second cam surface on an end surface in the pressing direction, and the first cam surface and the second cam surface are formed.
- Each of the cam surfaces extends along a circumference of a circle centered on the rotation axis, and the first cam surface is located farther from the rotation axis than the second cam surface
- the first member includes a first contact member that contacts the first cam surface and a second contact member that contacts the second cam surface.
- the second cam surface, the first contact member, and the second contact member constitute the motion conversion mechanism, and the rotation control member includes the first member and the second contact member.
- the sensor unit By the relative movement of the first cam surface and the first contact member due to relative rotation of the member, the sensor unit is The sensor unit is rotated by a relative movement of the second cam surface and the second abutting member by rotating around one axis and relatively rotating the first member and the second member. Is rotated around the second axis.
- the sensor unit is fixed to an end surface of the first member in the pressing direction, and the direction in which the plurality of pressure detection elements of the element row included in the sensor unit is arranged is
- the end surface of the first member to which the sensor portion is fixed coincides with the direction connecting the first abutting member and the rotation shaft when viewed from a direction perpendicular to the end surface.
- the sensor unit is fixed to an end surface of the first member in the pressing direction, and the first member has a direction perpendicular to the end surface to which the sensor unit is fixed. Only the first contact member overlaps the first cam surface in a plan view as viewed from the perpendicular direction in a state matching the pressing direction.
- the second member has a first cam surface and a second cam surface formed on an end surface in the pressing direction, and the first member has the first cam surface.
- the motion converting mechanism is constituted by one abutting member and the second abutting member.
- each of the first cam surface and the second cam surface extends along a circumference of a circle having the rotation axis as a center. The surface is located farther from the rotation axis than the second cam surface.
- the sensor unit is fixed to an end surface of the first member in the pressing direction, and the direction in which the plurality of pressure detection elements of the element row included in the sensor unit is arranged is
- the end surface of the first member to which the sensor portion is fixed coincides with the direction connecting the first abutting member and the rotation shaft when viewed from a direction perpendicular to the end surface.
- the sensor unit is fixed to an end surface of the first member in the pressing direction, and the first member has a direction perpendicular to the end surface to which the sensor unit is fixed. Only the first contact member overlaps the first cam surface in a plan view as viewed from the perpendicular direction in a state matching the pressing direction.
- a third cam surface is further formed on the end surface in the pressing direction on the second member, and the third cam surface is formed on the first member.
- a third abutting member that abuts is further formed, the first cam surface, the second cam surface, the third cam surface, the first abutting member, the second abutting member;
- the said motion conversion mechanism is comprised by said 3rd contact member.
- the sensor unit includes a plurality of the element rows arranged in a direction orthogonal to the one direction.
- the disclosed biological information measurement device includes the pressure pulse wave measurement device and a biological information calculation unit that calculates biological information based on a pressure pulse wave detected by a pressure detection element of the sensor unit. .
- the pressure pulse wave measuring apparatus which can change the contact state with the biological body part of the sensor part used in contact with a biological body part flexibly and can improve the measurement precision of a pressure pulse wave is provided. it can.
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Abstract
生体部位に接触させて用いるセンサ部の生体部位との接触状態を柔軟に変更して生体情報の測定精度を向上させることのできる圧脈波測定装置と、この圧脈波測定装置を有する生体情報測定装置を提供する。圧脈波測定部100は、方向Bに並ぶ複数の圧力検出素子6aを含む素子列60及び方向Bに並ぶ複数の圧力検出素子7aを含む素子列70が形成されたセンサ部6を押圧する押圧部2と、押圧部2の押圧方向に直交する2つの軸の各々の周りにセンサ部6を回転させる回転制御部材5とを備える。回転制御部材5は、押圧方向を回転軸として相対的に回転するセンサテーブル3及びリングカム40を含み、センサテーブル3はセンサ部6が固定されたセンサ固定面3cを有する。リングカム40はカム面40a,40bを有し、センサテーブル3はカム面40a,40bの各々に当接する当接部材3d,3eを有する。
Description
本発明は、圧脈波測定装置及び生体情報測定装置に関する。
手首の橈骨動脈等の動脈が通る生体部位に圧力センサを直接接触させた状態で、この圧力センサにより検出される情報を用いて脈拍や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。この生体情報測定装置では、圧力センサと動脈との位置関係が生体情報の測定精度に影響する。そこで、下記特許文献1~6に示すように、生体部位と圧力センサとの位置調整を行うための構成が提案されている。
特許文献1に記載の生体情報測定装置は、生体部位に接触させる6×7=42個のセンサ群を有し、センサ群の各センサの出力が良好になるように、センサ群の動脈方向の傾きを手動で調整できる機構を有するものとなっている。
特許文献2に記載の生体情報測定装置は、生体部位に接触させる6×7=42個のセンサ群を有している。この生体情報測定装置は、センサ群の接触を手の動きに追従させるべく、センサ群が4分割されており、各分割エリアの高さを調整可能な機構を有するものとなっている。
特許文献3には、生体部位に接触させる圧力センサを有し、圧力センサを動脈と交差する方向に移動させる駆動部を有する生体情報測定装置が開示されている。
特許文献4には、生体部位に接触させる圧力センサ列を有し、圧力センサ列を圧力センサ列の押圧方向と交差する面内で回転させる駆動部を有する生体情報測定装置が開示されている。
特許文献5及び特許文献6には、生体部位に接触させる圧力センサ列が複数並べて形成された押圧面を有し、この押圧面を、複数の圧力センサ列の配列方向と直交する方向に伸びる軸を中心に回転させる駆動部を有する生体情報測定装置が開示されている。
特許文献1,2に記載の装置は、センサ群の生体部位への接触状態を変えることはできるものの、利用者の手首の形に追従して接触状態が変化したり、手動で接触状態が変化させられたりするものである。このため、生体情報の測定精度を十分に考慮したセンサの位置決めを行うことはできない。
特許文献3~6に記載の装置は、圧力センサの出力が良好となるように圧力センサの位置を制御するものであるため、生体情報の測定精度を考慮した圧力センサの位置決めが可能である。しかし、圧力センサを生体部位に対して押圧し、その状態で圧力センサから出力される圧脈波を用いて生体情報を算出する場合には、押圧力によって動脈の位置が変化することが想定される。特許文献3~6に記載の装置では、このような位置変化に十分に追従することは難しい。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、生体部位に接触させて用いるセンサ部の生体部位との接触状態を柔軟に変更して圧脈波の測定精度を向上させることのできる圧脈波測定装置と、この圧脈波測定装置を有する生体情報測定装置を提供することを目的とする。
本発明の圧脈波測定装置は、一方向に並ぶ複数の圧力検出素子を含む素子列が形成されたセンサ部と、生体の体表面に対して前記センサ部を押圧する押圧部と、前記押圧部の押圧方向に直交する2つの軸の各々の周りに前記センサ部を回転させる回転制御部材と、を備え、前記回転制御部材は、前記押圧方向を回転軸として相対的に回転する第一の部材及び第二の部材を含み、前記第一の部材と前記第二の部材は、それぞれ、前記第一の部材と前記第二の部材が相対的に回転することによる回転運動を、前記センサ部の前記2つの軸の各々の周りの回転運動に変換する運動変換機構を有するものである。
本発明の生体情報測定装置は、前記圧脈波測定装置と、前記センサ部の圧力検出素子により検出される圧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、生体部位に接触させて用いるセンサ部の生体部位との接触状態を柔軟に変更して圧脈波の測定精度を向上させることのできる圧脈波測定装置と、この圧脈波測定装置を有する生体情報測定装置を提供することができる。
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血圧測定装置に搭載される圧脈波測定部100の手首への装着状態を示す図である。本実施形態の血圧測定装置は、図示しないベルトにより、血圧測定対象となる動脈(図1の例では橈骨動脈T)が体表面(皮膚)の下に存在する生体部位(図1の例では利用者の手首)に装着して用いられる。圧脈波測定部100は圧脈波測定装置を構成する。
図2は、図1に示す圧脈波測定部100の拡大図である。
圧脈波測定部100は、空気袋2を内蔵する筐体1と、空気袋2に固定された回転制御部材5と、回転制御部材5に固定されたセンサ部6と、を備える。
空気袋2は、図示しないポンプにより内部の空気量が制御されることで、空気袋2に固定された回転制御部材5を図2中の上下方向に移動させる。
空気袋2は、血圧測定装置が手首に装着された状態において、回転制御部材5を生体部位に近づく方向(図2中の下方向)に移動させることで、回転制御部材5に固定されたセンサ部6を生体部位の体表面に対して押圧する押圧部として機能する。押圧部は、センサ部6を体表面に対して押圧できる機構であれば何でもよく、空気袋を用いたものには限定されない。
図1に示す装着状態では、圧脈波測定部100に含まれるセンサ部6のセンサ面6bが利用者の手首の皮膚に接触する。この状態で空気袋2に注入される空気量が増えることで、空気袋2の内圧が増加し、回転制御部材5及びセンサ部6は手首の橈骨動脈Tに向けて押圧される。以下、センサ部6による橈骨動脈Tへの押圧力は、空気袋2の内圧と等価であるとして説明する。空気袋2によって回転制御部材5及びセンサ部6が押圧される方向を押圧方向という。
回転制御部材5は、空気袋2に固定された固定部4と、固定部4に連結された第一の部材としてのセンサテーブル3と、を備える。
センサテーブル3は、センサ部6が固定されたセンサ固定面3cを有する板状の部材である。センサテーブル3の押圧方向における2つの端面のうち、図1の装着状態において手首に近い側にある端面がセンサ固定面3cとなっている。
センサ部6は、接着剤等によってセンサ固定面3cに固定されている。
図3は、図1に示す圧脈波測定部100のセンサテーブル3及びセンサ部6を押圧方向の反対方向から見た平面図である。
図3に示すように、センサテーブル3のセンサ固定面3cに固定されたセンサ部6のセンサ面6bには、素子列60と素子列70とが形成されている。センサ部6のセンサ面6bとセンサ固定面3cは平行になっている。
素子列60は、図1に示す装着状態において、装着部位に存在する橈骨動脈Tの伸びる方向Aと交差(図3の例では直交)する方向B(一方向に相当)に並ぶ複数の圧力検出素子6aによって構成されている。素子列70は、方向Bに並ぶ複数の圧力検出素子7aによって構成されている。素子列60と素子列70は、方向Aに配列されている。センサ部6のセンサ面6bは、方向Bに長手の矩形状となっているが、これに限定されるものではない。
本明細書において2つの方向や2つの軸が直交する場合の、この2つの方向や2つの軸のなす角度(=90°)には公差が含まれていてもよい。
各圧力検出素子6aと、この圧力検出素子6aと方向Bでの位置が同じ圧力検出素子7aとがペアを構成する。センサ部6のセンサ面6bには、このペアが方向Bに複数配列された構成となっている。
センサ部6のセンサ面6bは、単結晶シリコン等から成る半導体基板の表面であり、圧力検出素子6a,7aは、この半導体基板表面に形成された感圧ダイオード等で構成される。圧力検出素子は、物体と接触して圧力に応じた信号を検出できるものであればよく、特に限定はされない。
圧力検出素子6a(7a)は、その配列方向が橈骨動脈Tと交差(略直交)するように橈骨動脈Tに対して押圧されることにより、橈骨動脈Tから発生して皮膚に伝達される圧力振動波、すなわち圧脈波を検出する。
各圧力検出素子6a(7a)の配列方向の間隔は、橈骨動脈T上に必要かつ充分な数が配置されるように充分小さくされている。各圧力検出素子6a(7a)の配列長さは、橈骨動脈Tの径寸法より必要かつ充分に大きくされている。
センサテーブル3は、押圧方向に伸びる回転軸J1を通り、かつ、回転軸J1に直交する2つの軸の各々の周りに回転可能に構成されている。
図3には、回転軸J1を通る方向Bに延びた第一の軸Xと、回転軸J1を通る方向Aに延びた第二の軸Yとが示されている。センサテーブル3は、センサ固定面3cを第一の軸X及び第二の軸Yの各々の周りに回転可能に、固定部4によって支持されている。
図3の例では、第一の軸Xの方向Aにおける位置は、素子列60と素子列70との間の任意の位置(図3の例では中間)に設定されている。しかし、第一の軸Xの方向Aにおける位置は、これに限らず、例えば素子列60の左側や素子列70の右側等に設定されていてもよい。
また、図3の例では、第二の軸Yの方向Bにおける位置は、素子列60と素子列70をそれぞれ均等に2分割する直線上に設定されている。しかし、第二の軸Yの方向Bにおける位置は、これに限らず、各素子列60,70上の任意の位置にあればよい。また、第二の軸Yの方向Bにおける位置は、各素子列60,70と交差しない位置(各素子列の上側又は下側)に設定されていてもよい。
回転軸J1とセンサテーブル3に設けられた後述する第一の当接部材3dを結ぶ方向は、素子列60及び素子列70の各々に含まれる圧力検出素子の並ぶ方向である方向Bと一致している。本明細書において2つの方向が一致する場合の2つの方向のなす角度(=0°)には公差が含まれていてもよい。
図4は、図2に示す圧脈波測定部100における回転制御部材5の詳細構成を模式的に示す斜視図である。図5は、図4に示すリングカム40を模式的に示す斜視図である。図6は、図5に示すリングカム40を押圧方向の反対方向から見た平面図である。図7は、図4に示すセンサテーブル3をセンサ固定面3cに垂直な方向から見た平面図と、センサ固定面3cに平行な方向から見た側面図とを併せて示す図である。
回転制御部材5の固定部4は、回転軸J1を中心に回転可能に構成された第二の部材としてのリングカム40と、リングカム40を回転駆動するための超音波モータ46と、センサ固定面3cを押圧方向に直交する2つの軸(図3の第一の軸X及び第二の軸Y)の各々の周りに回転可能にセンサテーブル3を支持し、かつ、超音波モータ46の一部が固定されるベース48と、を備える。センサテーブル3は、固定ネジ3aによってベース48に固定されている。
図5及び図6に示すように、リングカム40は押圧方向に厚みを持ち、押圧方向における平面視が略リング状の部材である。リングカム40の押圧方向における一方の端面(センサテーブル3と対向する側の端面)は、第一のカム面40aと、第二のカム面40bと、第三のカム面40cと、底面40dと、により構成されている。
第一のカム面40a、第二のカム面40b、及び、第三のカム面40cは、それぞれ、リングカム40の回転軸J1を中心とする円の円周に沿って延びて形成されている。
第一のカム面40a、第二のカム面40b、及び、第三のカム面40cは、それぞれ、回転軸J1を中心とする円の円周方向に沿って予め決められたパターンの起伏が設けられた面である。この起伏のパターンについては後述する。
図6に示すように、第一のカム面40aは、回転軸J1を中心とする半径r1の円と、回転軸J1を中心とする半径r2(<r1)の円とで囲まれる領域によって構成されている。
第二のカム面40bは、回転軸J1を中心とする半径r2の円と、回転軸J1を中心とする半径r3(<r2)の円とで囲まれる領域によって構成されている。
第三のカム面40cは、回転軸J1を中心とする半径r3の円と、回転軸J1を中心とする半径r4(<r3)の円とで囲まれる領域によって構成されている。
リングカム40の底面40dには、センサテーブル3とベース48とを連結するために、リングカム40の押圧方向における他方の端面まで到達する貫通孔40eが設けられている。
図4及び図7に示すように、センサテーブル3のセンサ部6が固定されるセンサ固定面3cの中央部分には、センサテーブル3をベース48に固定するためのネジ止め部3bが形成されている。
また、センサテーブル3のセンサ固定面3cの裏面3gには、リングカム40の第一のカム面40aと当接する第一の当接部材3dと、リングカム40の第二のカム面40bと当接する第二の当接部材3eと、リングカム40の第三のカム面40cと当接する第三の当接部材3fと、が形成されている。
第一の当接部材3d、第二の当接部材3e、及び、第三の当接部材3fは、それぞれ、例えばカム面と当接する先端部分に、回転可能な球状体が設けられている。この球状体が回転することで、リングカム40が回転した場合でも、押圧方向にみたときの第一の当接部材3d、第二の当接部材3e、及び、第三の当接部材3fの各々の位置は固定のまま、センサ固定面3cのみが傾斜する。
図8は、センサテーブル3のセンサ固定面3cが押圧方向に垂直な状態において圧脈波測定部100を押圧方向の反対方向から見た平面図である。なお、図8においてベース48、空気袋2、及び、筐体1の図示は省略されている。
図8に示すように、第一の当接部材3dは第一のカム面40aと当接し、第二の当接部材3eは第二のカム面40bと当接し、第三の当接部材3fは第三のカム面40cと当接している。
図8において、第一の当接部材3dと第一のカム面40aとの第一の接触点と、第二の当接部材3eと第二のカム面40bとの第二の接触点と、第三の当接部材3fと第三のカム面40cとの第三の接触点は、それぞれ、押圧方向に垂直な面上にある。
また、図8において、センサテーブル3は、第一の当接部材3dのみが第一のカム面40aと重なるように設計されている。
図8に示す状態からリングカム40が回転軸J1の周りに回転すると、押圧方向におけるリングカム40のベース48と対向する側の端面の位置を基準位置としたときのこの基準位置からの上記の3つの接触点の各々の高さが変化する。この3つの接触点の高さ変化によって、センサテーブル3のセンサ固定面3cは、第一の軸Xと第二の軸Yの各々の周りに回転する。
このように、第一のカム面40a、第二のカム面40b、第三のカム面40c、第一の当接部材3d、第二の当接部材3e、及び、第三の当接部材3fによって、リングカム40の回転運動を、センサテーブル3のセンサ固定面3cに固定されたセンサ部6の第一の軸X及び第二の軸Yの各々の周りの回転運動に変換する運動変換機構が構成される。
第一のカム面40aの起伏のパターンは、リングカム40の回転運動による第一のカム面40aと第一の当接部材3dの相対移動によって、センサ固定面3cが第一の軸Xの周りに回転するようなパターンとなっている。
第二のカム面40bの起伏のパターンは、リングカム40の回転運動による第二のカム面40bと第二の当接部材3eの相対移動によって、センサ固定面3cが第二の軸Yの周りに回転するようなパターンとなっている。
なお、センサテーブル3の第三の当接部材3fは、センサテーブル3の姿勢を安定させることを目的に設けられている。このため、第三のカム面40cの起伏のパターンは、センサ固定面3cが第一の軸Xの周りに所望の角度回転する動作と、センサ固定面3cが第二の軸Yの周りに所望の角度回転する動作と、をそれぞれ妨げることのないような設計がなされている。
図9は、第一のカム面40a、第二のカム面40b、及び、第三のカム面40cの各々の起伏パターンの一例を示す図である。
図9に示す縦軸は、リングカム40のベース48側の端面の押圧方向における位置を基準位置としたときのこの基準位置からの上記の3つの接触点の各々の高さを示している。縦軸の高さは、3つの接触点の高さが同じ値となる図8に示す状態におけるこの値を基準値(=“0”)とし、この基準値に対する相対値として示されている。
図9に示す横軸は、リングカム40の回転位置を0°~360°までの角度で示している。図9の例では、リングカム40の回転位置が135°のときに、リングカム40の各カム面と当接部材との接触点の高さが基準値になっている。
図9に示すように、第一のカム面40aと第一の当接部材3dとの第一の接触点の高さは、回転位置が0°~60°の第一の範囲では最小値から最大値まで変化し、回転位置が60°~105°の第二の範囲では最大値に固定されている。
また、第一の接触点の高さは、回転位置が105°~165°の第三の範囲では最大値から最小値まで変化し、回転位置が165°~210°の第四の範囲では最小値に固定されている。
さらに、第一の接触点の高さは、回転位置が210°~270°の第五の範囲では最小値から最大値まで変化し、回転位置が270°~360°の第六の範囲では最大値から最小値まで変化している。
第二のカム面40bと第二の当接部材3eとの第二の接触点の高さは、回転位置が第一の範囲(0°~60°)では最大値に固定され、回転位置が第二の範囲(60°~105°)では最大値から“0”まで変化している。
また、第二の接触点の高さは、回転位置が第三の範囲(105°~165°)では“0”に固定され、回転位置が第四の範囲(165°~210°)では“0”から最小値まで変化している。
さらに、第二の接触点の高さは、回転位置が第五の範囲(210°~270°)では最小値に固定され、回転位置が第六の範囲(270°~360°)では最小値から最大値まで変化している。
なお、実際には、各接触点の高さの変曲点付近では、高さの変化がなめらかとなるよう各カム面に傾斜が設けられている。
第一のカム面40aは、リングカム40の回転位置が0°~60°まで変化することで、センサ固定面3cの第一の軸Xの周りの回転角度が-5°~+5°まで変化するように設計されている。
第一のカム面40aは、リングカム40の回転位置が60°~105°の範囲で変化する間は、センサ固定面3cの第一の軸Xの周りの回転角度が+5°に固定されるように設計されている。
第一のカム面40aは、リングカム40の回転位置が105°~165°まで変化することで、センサ固定面3cの第一の軸Xの周りの回転角度が+5°~-5°まで変化するように設計されている。
第一のカム面40aは、リングカム40の回転位置が165°~210°の範囲で変化する間は、センサ固定面3cの第一の軸Xの周りの回転角度が-5°に固定されるように設計されている。
第一のカム面40aは、リングカム40の回転位置が210°~270°まで変化することで、センサ固定面3cの第一の軸Xの周りの回転角度が-5°~+5°まで変化するように設計されている。
第二のカム面40bは、リングカム40の回転位置が0°~60°の範囲で変化する間は、センサ固定面3cの第二の軸Yの周りの回転角度が+5°に固定されるように設計されている。
第二のカム面40bは、リングカム40の回転位置が60°~105°まで変化することで、センサ固定面3cの第二の軸Yの周りの回転角度が+5°~0°まで変化するように設計されている。
第二のカム面40bは、リングカム40の回転位置が105°~165°の範囲で変化する間は、センサ固定面3cの第二の軸Yの周りの回転角度が0°に固定されるように設計されている。
第二のカム面40bは、リングカム40の回転位置が165°~210°まで変化することで、センサ固定面3cの第二の軸Yの周りの回転角度が0°~-5°まで変化するように設計されている。
第二のカム面40bは、リングカム40の回転位置が210°~270°の範囲で変化する間は、センサ固定面3cの第二の軸Yの周りの回転角度が-5°に固定されるように設計されている。
センサ固定面3cの第一の軸Xの周りの回転角度は、センサ固定面3cが押圧方向に垂直な状態を“0°”とし、この状態から第一の軸Xの周りに一方の方向に回転すると増加し、他方の方向に回転すると減少するものとしている。図9において、どの回転位置であっても、第一の接触点の高さが同じであれば、センサ固定面3cの第一の軸Xの周りの回転角度は同じになる。
また、センサ固定面3cの第二の軸Yの周りの回転角度は、センサ固定面3cが押圧方向に垂直な状態を“0°”とし、この状態から第二の軸Yの周りに一方の方向に回転すると増加し、他方の方向に回転すると減少するものとしている。図9において、どの回転位置であっても、第二の接触点の高さが同じであれば、センサ固定面3cの第二の軸Yの周りの回転角度は同じになる。
図9に示す起伏パターンによれば、リングカム40が第一の範囲(0°~60°)内で回転して各カム面と当接部材とが相対移動することにより、センサ固定面3cの第二の軸Yの周りの回転角度は+5°に固定されたまま、センサ固定面3cの第一の軸Xの周りの回転角度は+5°~-5°の範囲で変化する。
また、リングカム40が第三の範囲(105°~165°)内で回転して各カム面と当接部材とが相対移動することにより、センサ固定面3cの第二の軸Yの周りの回転角度は0°に固定されたまま、センサ固定面3cの第一の軸Xの周りの回転角度は+5°~-5°の範囲で変化する。
また、リングカム40が第五の範囲(210°~270°)内で回転して各カム面と当接部材とが相対移動することにより、センサ固定面3cの第二の軸Yの周りの回転角度は-5°に固定されたまま、センサ固定面3cの第一の軸Xの周りの回転角度は+5°~-5°の範囲に変化する。
このように、回転制御部材5は、センサ固定面3cに固定されたセンサ部6の第二の軸Yの周りの回転角度を複数の値(図9の例では-5°、0°、+5°の3つの値)の各々に固定した各状態で、センサ固定面3cに固定されたセンサ部6の第一の軸Xの周りの回転角度を、センサ固定面3cに固定されたセンサ部6が第一の軸Xの周りで回転可能な角度の範囲(+5°~-5°)の端から端まで変化させる。これにより、第二の軸Yの周りの3つの回転角度の各々と、第一の軸Xの周りの回転角度の全ての取り得る値との組み合わせ分、センサ部6を二次元状に回転させることができるようになっている。
なお、図9の例では、リングカム40が回転軸Jを中心にして360°回転することで、リングカム40の回転位置が初期位置に戻るようにするため、第六の範囲(270°~360°)においても各接触点の高さに差が設けられている。しかし、リングカム40を回転位置0°から270°の範囲でのみ回転させるよう制限するのであれば、第六の範囲(270°~360°)における各接触点の高さは任意のパターンであればよい。第六の範囲(270°~360°)における各接触点の高さは、例えば回転位置270°における高さと同じにしておいてもよい。
また、リングカム40が回転軸Jを中心にして360°回転することで、第二の軸Yの周りの3つの回転角度(-5°、0°、+5°)の各々と、第一の軸Xの周りの回転角度の全ての取り得る値(-5°~+5°)との組み合わせが実現されるよう、各カム面の傾斜を設計することも可能である。
図10は、図4に示した回転制御部材5の詳細構成を示す分解斜視図である。
図4に示したベース48は、円板状の底部48aと、底部48aに設けられ押圧方向に突出した円柱状の軸部48bと、軸部48bの中空部に挿通されるユニバーサルジョイント49と、センサテーブル3を与圧するためのスプリング49aと、を備える。
ユニバーサルジョイント49の先端部は、ネジ止め部3bに挿入された固定ネジ3aによってセンサテーブル3と固定される。センサテーブル3はスプリング49aによって与圧される。軸部48bの中心を通り押圧方向に延びる直線が、回転軸J1を構成する。
図4に示した超音波モータ46は、ベース48の軸部48bが挿通されるリング状の回転子42と、回転子42の中空部と軸部48bの間に設けられる軸受部材41と、回転子42を収容し、回転子42を回転させるリング状のステータ46aと、回転子42に固定された摺動板43と、回転子42に固定され、スリットが形成されたスリット板44と、ベース48の底部48aに固定され、スリット板44のスリットを検出して回転子42の回転位置を検出するエンコーダ45aが形成されたエンコーダ板45と、ベース48の底部48aに設けられた凹部48cに収容されてステータ46aを与圧する与圧スプリング47と、を備える。回転子42は、ボルト42aによってリングカム40に固定される。ステータ46aはベース48の底部48aに固定される。
図11は、血圧測定装置のブロック構成を示す模式図である。
血圧測定装置は、圧脈波測定部100と、リングカム駆動部10と、空気袋駆動部11と、装置全体を統括制御する制御部12と、表示部13と、操作部14と、メモリ15と、を備える。
リングカム駆動部10は、制御部12の指示のもと、圧脈波測定部100の回転制御部材5を構成するステータ46aを駆動して、リングカム40を、回転軸J1を中心にして回転させる。
空気袋駆動部11は、制御部12の指示のもと、空気袋2に注入する空気量(空気袋2の内圧)を制御する。
表示部13は、測定された血圧値等の各種情報を表示するためのものであり、例えば液晶等により構成される。
操作部14は、制御部12に対する指示信号を入力するためのインターフェースであり、血圧測定を含む各種動作の開始を指示するためのボタン等により構成される。
メモリ15は、制御部12に所定の動作をさせるためのプログラムやデータを記憶するROM(Read Only Memory)、ワークメモリとしてのRAM(Randam Access Memory)、及び、測定した血圧データ等の各種情報を記憶するフラッシュメモリ等を含む。
制御部12は、センサ部6の圧力検出素子により検出される圧脈波に基づいて生体情報としての血圧情報を算出する生体情報算出部として機能する。ここでは生体情報として血圧情報を例にしているが、生体情報としては、圧脈波に基づいて算出できるものであれば何でもよい。例えば、生体情報として脈拍数や心拍数等を算出してもよい。
以下、本実施形態の血圧測定装置の動作について説明する。本実施形態の血圧測定装置は、1拍毎に血圧値(SBP(Systolic Blood pressure)、いわゆる最高血圧と、DBP(Diastolic Blood pressure)、いわゆる最低血圧を測定して表示部13に表示する連続血圧測定モードを有する。
図12は、本実施形態の血圧測定装置の連続血圧測定モードにおける校正用データ生成までの動作を説明するためのフローチャートである。
なお、圧脈波測定部100のセンサテーブル3は、血圧測定指示がなされる前の初期状態では、第一の軸Xまわりの回転角度と、第二の軸Yまわりの回転角度とがそれぞれ0°になっており、センサ固定面3c及びセンサ面6bが押圧方向に垂直になっているものとする。
血圧測定指示があると、制御部12は、空気袋駆動部11を制御して空気袋2への空気の注入を開始し、回転制御部材5による橈骨動脈Tへの押圧力を増加させる(ステップS1)。
押圧力の増加過程において、制御部12は、橈骨動脈Tの閉塞が開始されるのに十分な時間が経過した後の任意のタイミング(例えば周期的なタイミング)で、それまでに各圧力検出素子6aにより検出されてメモリ15に記憶された圧脈波(圧脈波情報I1とする)のうち、検出時刻が新しい順に複数(以下では2つ)の圧脈波情報I1を取得する。また、制御部12は、上記任意のタイミングで、それまでに各圧力検出素子7aにより検出されてメモリ15に記憶された圧脈波(圧脈波情報I2とする)のうち、検出時刻が新しい順に複数(以下では2つ)の圧脈波情報I2を取得する(ステップS1A)。
制御部12は、ステップS1Aで取得した2つの圧脈波情報I1のうち、時刻t1に検出された圧脈波情報I1を構成する圧脈波の例えば振幅の平均値Ave1を算出し、時刻t1よりも後の時刻t2に検出された圧脈波情報I1を構成する圧脈波の振幅の平均値Ave2を算出する。また、制御部12は、ステップS1Aで取得した2つの圧脈波情報I2のうち、時刻t1に検出された圧脈波情報I2を構成する圧脈波の振幅の平均値Ave3を算出し、時刻t2に検出された圧脈波情報I2を構成する圧脈波の振幅の平均値Ave4を算出する。そして、制御部12は、同じ時刻に対して算出した平均値の比((Ave1/Ave3)と(Ave2/Ave4))を算出する。
次に、制御部12は、複数のタイミングについて算出した比の変化に基づいて、センサ固定面3cを第一の軸Xの周りに回転させるべきか否かを判定する。つまり、制御部12は、押圧力の増加過程における複数タイミングで圧力検出素子6a,7aにより検出された圧脈波に基づいて、センサ固定面3cを第一の軸Xの周りに回転させるか否かを判定する(ステップS1B)。
例えば、複数のタイミングについて算出した比が単調増加している場合には、素子列70は橈骨動脈Tを閉塞する方向に向かっているが、素子列60は橈骨動脈Tを閉塞する方向に向かっていないと判定できる。このため、制御部12は、センサ固定面3cの第一の軸Xの周りの回転は必要と判定する。
また、複数のタイミングについて算出した比が単調減少している場合には、素子列60は橈骨動脈Tを閉塞する方向に向かっているが、素子列70は橈骨動脈Tを閉塞する方向に向かっていないと判定できる。このため、制御部12は、センサ固定面3cの第一の軸Xの周りの回転は必要と判定する。
また、複数のタイミングについて算出した比がほとんど変化していない場合には、素子列60,70が同じように橈骨動脈Tの圧脈波を検出していると判定できる。このため、制御部12は、センサ固定面3cの第一の軸Xの周りの回転は不要と判定する。
また、複数のタイミングについて算出した比が増減を繰り返している場合には、素子列60,70が橈骨動脈Tを十分に押圧できているか、一方の素子列だけが橈骨動脈Tを十分に押圧できていないのかの判定ができない。このため、制御部12は、センサ固定面3cの第一の軸Xの周りの回転は不要と判定する。
このように、制御部12は、複数のタイミングについて算出した比の変動に基づいて、センサ固定面3cの第一の軸Xの周りの回転の要否を判定する。なお、この比の代わりに、平均値Ave1(Ave2)と平均値Ave3(Ave4)の差分(符号を考慮した値)を用いてもよい。ここでのセンサ固定面3cの回転の要否の判定方法は一例であり、限定されるものではない。
図13(a)は、素子列70によって橈骨動脈Tが閉塞されているが、素子列60によっては橈骨動脈Tが閉塞されていない状態の例を示す図である。図13(a)の状態では、素子列60と橈骨動脈Tの距離が、素子列70と橈骨動脈Tの距離よりも大きくなっている。
各圧力検出素子6aにより検出された圧脈波の振幅平均値を6Aとし、各圧力検出素子7aにより検出された圧脈波の振幅平均値を7Aとすると、図13の状態では、6Aと7Aの比である(6A/7A)は1よりも十分に大きくなる。この状態では、圧力検出素子6aからなる素子列を橈骨動脈Tに近づければ、(6A/7A)は1に近づく。
そこで、制御部12は、ステップS1Bにおいてセンサ固定面3cの第一の軸X周りの回転が必要と判定したときは、最新時刻における(6A/7A)の値に応じてセンサ固定面3cの第一の軸X周りの回転制御を行う(ステップS1C)。
具体的には、制御部12は、(6A/7A)の値とセンサ固定面3cの回転角度との関係を示すデータテーブル(製品出荷前に実験的に求めてメモリ15に記憶しておく)を参照し、(6A/7A)の値に対応する回転角度を読みだして、読みだした回転角度を設定する。メモリ15に記憶されるセンサ固定面3cの第一の軸X周りの回転角度は、-5°~+5°の間の値(分解能が1°であれば、-5°、-4°、・・・、0°、1°、2°、・・・5°の計11個)となっている。回転角度の分解能は、エンコーダ45aの位置検出分解能等によって決まる。
制御部12は、このようにして設定した回転角度にしたがってセンサ固定面3cを第一の軸Xの周りに回転させる。これにより、図13(b)のように、センサ固定面3cと橈骨動脈Tとを平行にすることができ、素子列60,70の各々によって橈骨動脈Tを閉塞した状態を得ることができる。
制御部12は、ステップS1Cの後と、ステップS1Bにおいてセンサ固定面3cの第一の軸X周りの回転が不要と判定したときは、ステップS2に処理を移行する。ステップS2において、制御部12は、橈骨動脈Tが閉塞されるのに十分な圧力(必要押圧力)に押圧力が到達したか否かを判定する。制御部12は、押圧力が必要押圧力に到達した場合(ステップS2:YES)に、空気袋駆動部11を制御して空気袋2への空気の注入を停止させる(ステップS3)。制御部12は、押圧力が必要押圧力に達していない場合はステップS1Aに処理を戻す。
ステップS3の後、制御部12は、ステップS1~ステップS3の間において各圧力検出素子6aにより同時刻に検出された圧脈波の振幅と、その各圧力検出素子6aのセンサ面6b上における位置との関係を示す振幅分布曲線、いわゆるトノグラムを求める。また、制御部12は、各圧力検出素子7aにより同時刻に検出された圧脈波の振幅と、その各圧力検出素子7aのセンサ面6b上における位置との関係を示すトノグラムを求める。
制御部12は、素子列60に対して生成したトノグラムを、この素子列60の識別情報、圧脈波の検出時刻、及びこの検出時刻における空気袋2による押圧方向への押圧力(空気袋2の内圧)と対応付けてメモリ15に記憶する。
同様に、制御部12は、素子列70に対して生成したトノグラムを、この素子列70の識別情報、圧脈波の検出時刻、及びこの検出時刻における空気袋2による押圧方向への押圧力と対応付けてメモリ15に記憶する。
そして、制御部12は、メモリ15に記憶したトノグラムのデータを用いて、回転制御部材5の手首への押圧中における橈骨動脈Tの方向B(橈骨動脈Tの延びる方向に交差する方向)への移動量を算出する(ステップS6)。
図14(a),(b)は、センサ部6による手首への押圧力を変化させていったときに、センサ部6の各圧力検出素子6aにより検出される圧脈波の振幅値の一例を示した図である。図14(a),(b)において、横軸は各圧力検出素子6aの方向Bでの位置を示し、縦軸は押圧力を示す。
図14(a),(b)では、各位置にある圧力検出素子6aにより検出された圧脈波の振幅を、その大きさによって色分けしている。
符号A1は、振幅が閾値TH1以上となっている部分である。符号A2は、振幅が閾値TH2以上閾値TH1未満となっている部分である。符号A3は、振幅が閾値TH3以上閾値TH2未満となっている部分である。符号A4は、振幅が閾値TH4以上閾値TH3未満となっている部分である。符号A5は、振幅が閾値TH4未満となっている部分である。なお、閾値TH1>閾値TH2>閾値TH3>閾値TH4である。
図14(a)は、押圧力が増加していく過程で、閾値TH1以上の振幅の圧脈波を検出している圧力検出素子6aの位置がほぼ変化しない例を示している。これに対し、図14(b)は、押圧力が増加していく過程で、閾値TH1以上の振幅の圧脈波を検出している圧力検出素子6aの位置が左にずれていく例を示している。
図15は、圧脈波測定部100を手首に当てて、空気袋2によりセンサ部6を手首に向けて押圧していく状態を示す図である。図15において、符号TBは橈骨を示し、符号Kは腱を示す。
図15(a)の状態からセンサ部6を手首に押圧していくと、図15(b)に示すように、橈骨動脈Tが方向Bに移動してしまうことがある。
図15(b)のように、押圧中に橈骨動脈Tが方向Bに移動してしまうと、押圧中の圧脈波の振幅値の分布は図14(b)のようになる。つまり、閾値TH1以上の振幅値が初めて検出された押圧力における当該振幅値を検出した圧力検出素子6aの位置と、閾値TH1以上の振幅値が最後に検出された押圧力における当該振幅値を検出した圧力検出素子6aの位置とには大きなずれが生じることになる。
図14(a)の例では、閾値TH1以上の振幅値が初めて検出された押圧力における当該振幅値を検出した圧力検出素子6aの位置と、閾値TH1以上の振幅値が最後に検出された押圧力における当該振幅値を検出した圧力検出素子6aの位置とには大きなずれは生じていない。つまり、押圧力を増加させていく過程において、橈骨動脈Tが方向Bにほぼ移動することなく閉塞されていっていることが分かる。
このように、押圧力が変化する過程におけるトノグラムの変化をみることで、橈骨動脈Tについて、方向Bでの位置変化を検出することができる。図15(b)に示す状態のまま、押圧力を増加させて橈骨動脈Tを閉塞すると、腱K等の生体組織の影響を受けて、正確なトノグラムを取得できない可能性が生じる。
そこで、制御部12は、押圧力とトノグラムの関係を示す図14のデータから、閾値TH1以上の振幅値が初めて検出された押圧力における当該振幅値を検出した圧力検出素子6aの位置と、閾値TH1以上の振幅値が最後に検出された押圧力における当該振幅値を検出した圧力検出素子6aの位置との差(つまり橈骨動脈Tの方向Bへの移動量)をステップS6にて算出し、算出した差が閾値THa以上か否かを判定する(ステップS7)。
2つの位置の差が閾値THa以上であれば(ステップS7:YES)、制御部12は、ステップS8において図14(b)の矢印で示したベクトルを求める。2つの位置の差が閾値THa未満であれば(ステップS7:NO)、ステップS9の処理が行われる。
メモリ15には、図14に示したベクトルの向き及び大きさと、センサ固定面3cの第二の軸Y周りの回転角度を示す情報とを、予め実験的に求めて対応付けて記憶しておく。メモリ15に記憶されるセンサ固定面3cの第二の軸Y周りの回転角度は、-5°、0°、及び、+5°の3つの値となっている。
そして、制御部12は、求めたベクトルの大きさ及び向きに対応する回転角度の情報をメモリ15から取得し、取得した情報をリングカム駆動部10に送信する。そして、リングカム駆動部10は、受信した情報と、ステップS1Cで設定されたセンサ固定面3cの第一の軸X周りの回転角度と、に基づいて、第一の軸X周りの回転角度は維持された状態で、センサ固定面3cの第二の軸Y周りの回転角度が所望の値となるよう、リングカム40を回転させる。これにより、図15(c)に示したようにセンサ固定面3cが回転される(ステップS8)。
例えば、ステップS1Cの処理によってリングカム40の回転位置が118°(第一の軸X周りの回転角度は+3°とする)に制御されている場合を考える。そして、ステップS8では、第二の軸Y周りの回転角度を+5°にする必要があるとする。この場合は、ステップS8において、リングカム40の回転位置が42°に変更されることで、第一の軸X周りの回転角度は+3°に維持された状態で、第二の軸Y周りの回転角度が+5°となる。また、ステップS8において第二の軸Y周りの回転角度を-5°にする必要がある場合には、リングカム40の回転位置が252°に変更されることで、第一の軸X周りの回転角度は+3°に維持された状態で、第二の軸Y周りの回転角度が-5°となる。
以上のように、血圧測定指示があると、制御部12は、空気袋2による押圧力の増加過程における複数タイミングで各圧力検出素子6a,7aにより検出された圧脈波に基づいて、センサ固定面3cを回転させる必要があるか否かをステップS1B及びステップS7にて判定する。そして、制御部12は、センサ固定面3cを回転させる必要がある場合(ステップS1B:YES,ステップS7:YES)には、各圧力検出素子6a,7aにより検出された圧脈波に基づいて、センサ固定面3cを回転させる。
ステップS8に続くステップS9では、制御部12が、空気袋駆動部11を制御して、空気袋2内の空気を排出させ、橈骨動脈Tへの押圧力の減少を開始する。
制御部12は、ステップS9で押圧力の減少を開始し、押圧力を最小値まで減少させた後、全ての圧力検出素子6a,7aの中から最適圧力検出素子を決定する。制御部12は、例えば、押圧力の減少過程において最大振幅の圧脈波を検出した圧力検出素子を最適圧力検出素子として決定する。
橈骨動脈Tが平坦になった部分の真上に位置する圧力検出素子によって検出される圧脈波は、橈骨動脈Tの壁の張力の影響がなく、最も振幅が大きくなる。また、この圧脈波は橈骨動脈T内の血圧値との相関が最も高い。このような理由により、最大振幅の圧脈波を検出した圧力検出素子を最適圧力検出素子として決定する。
なお、最大振幅の圧脈波を検出した圧力検出素子が複数ある場合もあり、その場合には、この複数の圧力検出素子を最適圧力検出素子として扱い、この複数の圧力検出素子の各々で検出された圧脈波の例えば平均を、この最適圧力検出素子により検出される圧脈波として扱えばよい。
そして、制御部12は、押圧力の減少過程でその最適圧力検出素子により検出された圧脈波から脈波包絡線データを生成する(ステップS10)。
脈波包絡線データとは、センサ部6による橈骨動脈Tへの押圧力(空気袋2の内圧)と、その押圧力で最適圧力検出素子が橈骨動脈Tに押圧された状態で最適圧力検出素子により検出される圧脈波の振幅とを対応付けたデータである。
図16は、橈骨動脈Tへの押圧力の変化と、最適圧力検出素子により検出される圧脈波の変化の一例を示した図である。図16において、符号Pで示す直線が押圧力を示し、符号Mで示す波形が圧脈波を示している。図16の下段には、1つの圧脈波の拡大図を図示している。
図16に示したように、圧脈波において、立ち上がり点での圧力を最小値Mminといい、立ち下がり点での圧力を最大値Mmaxという。圧脈波の振幅は、最大値Mmaxから最小値Mminを引いた値を言う。最大値Mmaxと最小値Mminは、それぞれ、圧脈波の形状を特定する情報の1つである。
図16に示したように、押圧力が減少を開始して橈骨動脈Tの閉塞状態が解除されると、最適圧力検出素子により検出される圧脈波は振幅が急激に大きくなり、その後、押圧力の減少に伴って図に示したように変化していく。制御部12は、ステップS10において、図16に示す押圧力と圧脈波の関係から、図17に示すような脈波包絡線データを生成する。
制御部12は、図17に示す脈波包絡線データを生成すると、生成した脈波包絡線データからSBPとDBPを算出する(ステップS11)。
例えば、制御部12は、図17に示す脈波包絡線において、押圧力が減少を開始してから圧脈波振幅が急激に上昇を開始したときの押圧力、すなわち、押圧力が減少を開始してから最適圧力検出素子により検出される圧脈波振幅が動脈閉塞状態ではなくなったと判断できる閾値THbを初めて超えた時点での押圧力をSBPとして決定する。または、制御部12は、脈波包絡線データにおいて隣接する2つの振幅値の差分を算出し、この差分が閾値を超えた時点での押圧力をSBPとして決定する。
更に、制御部12は、図17に示す脈波包絡線において、圧脈波振幅の最大値を脈圧(PP)とし、求めたSBP及びPPと、SBP-DBP=PPの関係式により、DBPを算出する。
ステップS11の後、制御部12は、ステップS9の減圧過程で決定した最適圧力検出素子により検出された各圧脈波のいずれか(例えば、最大振幅となった圧脈波)の最大値Mmax及び最小値Mminと、ステップS11で算出したSBP及びDBPと、を用いて、連続血圧測定時に用いる校正用データを生成してメモリ15に記憶する(ステップS12)。
aを一次関数の傾き、bを一次関数の切片とすると、
SBP=a×Mmax+b ・・・(1)
DBP=a×Mmin+b ・・・(2)
の関係が成り立つ。
SBP=a×Mmax+b ・・・(1)
DBP=a×Mmin+b ・・・(2)
の関係が成り立つ。
制御部12は、式(1)と式(2)に、ステップS11で求めたSBP及びDBPと、図17の脈波包絡線における振幅が最大となった圧脈波の最大値Mmax及び最小値Mminとを代入して、傾きaと切片bを算出する。そして、算出した係数a,bと、式(1),(2)と、を校正用データとしてメモリ15に記憶する。
図18は、本実施形態の血圧測定装置の連続血圧測定モードにおける連続血圧測定動作を説明するためのフローチャートである。
図12に示したフローで校正用データを生成した後、制御部12は、空気袋駆動部11を制御し、空気袋2の内圧を上昇させて、回転制御部材5による橈骨動脈Tへの押圧力を増加させる(ステップS21)。
次に、制御部12は、各圧力検出素子6a,7aのうち、押圧力の増加過程において最大振幅の圧脈波を検出した圧力検出素子を最適圧力検出素子として決定する。また、制御部12は、この最大振幅の圧脈波が検出された時点での空気袋2の内圧を最適押圧力として決定する(ステップS22)。
次に、制御部12は、空気袋2の内圧を解放して初期状態に戻し(ステップS23)、その後、空気袋2の内圧をステップS22で決定した最適押圧力まで上昇させて、この最適押圧力を保持する(ステップS24)。
次に、制御部12は、最適押圧力でセンサ部6が橈骨動脈Tに押圧された状態で、ステップS22で決定した最適圧力検出素子により検出される圧脈波を取得する(ステップS25)。
そして、制御部12は、取得した1つの圧脈波を、図12のステップS12で生成した校正用データを用いて校正して、SBPとDBPを算出する(ステップS26)。
具体的には、制御部12は、ステップS25で取得した圧脈波の最大値Mmaxと、ステップS12で算出した係数a,bを上述した式(1)に代入してSBPを算出し、ステップS25で取得した圧脈波の圧力最小値Mminと、ステップS12で算出した係数a,bを上述した式(2)に代入してDBPを算出する。制御部12は、算出されたSBPとDBPを例えば表示部13に表示させて利用者に通知する。
制御部12は、連続血圧測定の終了指示があれば(ステップS27:YES)処理を終了し、終了指示がなければ(ステップS27:NO)、ステップS25に処理を戻す。
以上ように、本実施形態の血圧測定装置によれば、センサ部6が固定されたセンサ固定面3cが、センサ部6の押圧方向に直交する2つの軸(第一の軸X及び第二の軸Y)の各々の周りに回転することができる。このため、図12に例示した動作によって、圧脈波の検出精度を向上させることができ、この圧脈波に基づいて算出される生体情報としての血圧情報の算出精度を向上させることができる。
センサ固定面3cの回転は、リングカム40が1つの超音波モータ46によって回転されることで行われる。このため、センサ固定面3cを回転させる機構をシンプルかつコンパクトにすることができ、圧脈波測定部100の小型化や低コスト化が可能となる。
また、センサ固定面3cの回転は、リングカム40のカム面とセンサテーブル3の当接部材との相対移動によって行われる。このため、歯車等を用いてセンサ固定面3cの回転を回転させる場合と比較して、センサ固定面3cの回転時の動作音を少なくすることができる。
また、リングカム40の回転動作によってセンサ固定面3cを回転させるため、リングカム40を回転させるのに必要な回転トルクを小さくすることができる。したがって、センサ固定面3cを回転させる際の消費電力を下げることができ、血圧測定装置の電池持ちをよくすることができる。また、リングカム40を用いることで、リングカム40を回転させるためのアクチュエータの小型化が可能となるため、圧脈波測定部100の小型化が可能となる。
センサ固定面3cの第二の軸Y周りの回転については、橈骨動脈Tが方向Bに移動したことによる圧脈波の検出精度の低下を防ぐために行われている。このため、センサ固定面3cの第二の軸Y周りの回転については、橈骨動脈Tの位置を変えられる程度にセンサ固定面3cを回転させることができればよく、回転角度を細かく制御する必要はない。
一方、センサ固定面3cの第一の軸X周りの回転については、センサ固定面3cが橈骨動脈Tと平行になるように行われている。橈骨動脈Tの走行方向における生体内への沈み込み量等は人によって様々であり、また、センサ部6の押圧によって橈骨動脈Tが沈み込んでいくこともある。このため、センサ固定面3cと橈骨動脈Tを平行にするためには、センサ固定面3cの第二の軸Y周りの回転角度を細かく制御できるのがよい。
これらの理由から、本実施形態の血圧測定装置では、センサ固定面3cの第二の軸Y周りの回転角度については-5°、0°、+5°の3つの値のいずれかに制御し、センサ固定面3cの第一の軸X周りの回転角度については-5°~+5°の範囲の任意の値に制御している。こういった制御を実現するためのリングカム40のカム面の起伏のパターンは、図9に示すように複雑なものではない。このため、圧脈波測定部100の設計コストを低減して、製造コストを下げることが可能である。
なお、第二の軸Yの周りの3つの回転角度(-5°、0°、+5°)の各々と、第一の軸Xの周りの回転角度の全ての取り得る値(-5°~+5°)の具体的な数値については一例であり、この数値に限定されるものではない。例えば、第二の軸Yの周りの3つの回転角度(-10°、0°、+10°)の各々と、第一の軸Xの周りの回転角度の全ての取り得る値(-10°~+10°)との組み合わせが実現されるよう、各カム面の傾斜を設計してもよい。
なお、リングカム40のカム面の起伏のパターンを工夫すれば、センサ固定面3cの第二の軸Y周りの回転角度を-5°~+5°の範囲の任意の値に制御できるようにすることも可能である。
以上の説明では、回転制御部材5が、センサ固定面3cの第二の軸Yの周りの回転角度を3つの値の各々に固定した各状態で、センサ固定面3cの第一の軸Xの周りの回転角度を-5°~+5°の範囲で変化させるものとした。しかし、第二の軸Yの周りの回転角度として必要な数は、圧脈波の検出精度を考慮して2つ以上とすればよい。
つまり、回転制御部材5は、センサ固定面3cに固定されたセンサ部6の第二の軸Yの周りの回転角度を2つの値又は4つ以上の値の各々に固定した各状態で、センサ部6の第一の軸Xの周りの回転角度を-5°~+5°の範囲で変化させるものとしてもよい。ただし、第二の軸Yの周りの回転角度の数をあまり増やすと、リングカム40の設計が複雑となるため、第二の軸Yの周りの回転角度の数は3つ又は5つとしておくのが好ましい。
上述したように、センサ固定面3cの第一の軸Xの周りの回転角度は細かく制御する必要があるため、回転角度の誤差は小さいことが好ましい。
回転制御部材5では、第一のカム面40aが回転軸J1から最も遠い位置にあるため、第一のカム面40a上で第一の当接部材3dが移動する距離は、他のカム面と比べて大きくなる。このため、第一のカム面40aと第一の当接部材3dの接触位置が所望の位置からずれたときの第一の軸X周りのセンサ固定面3cの回転角度のずれ量は、第二のカム面40bと第二の当接部材3eの接触位置が所望の位置からずれたときの第二の軸Y周りのセンサ固定面3cの回転角度のずれ量よりも小さくなる。したがって、第一のカム面40aが回転軸J1から最も遠い位置にあることで、センサ固定面3cの第一の軸X周りの回転角度の誤差を小さくすることができ、センサテーブル3の回転制御を高精度に行うことができる。
また、圧脈波測定部100では、図8に示すように、第一の当接部材3dのみが第一のカム面40aと重なるようにセンサテーブル3が設計されている。この構成によれば、センサテーブル3の第一の当接部材3d以外の部分と第一のカム面40aとが接触する心配がない。このため、図8に示す状態におけるセンサテーブル3のセンサ固定面3cの反対側の端面と、リングカム40のセンサテーブル3側の端面との距離を小さくすることができる。したがって、圧脈波測定部100の小型化が可能となる。
また、圧脈波測定部100では、図3に示すように、センサ固定面3cに配置されるセンサ部6に含まれる素子列60,70の圧力検出素子の並ぶ方向(方向B)が、センサ固定面3cをセンサ固定面3cに垂直な方向から見た状態における第一の当接部材3d及び回転軸J1を結ぶ方向と実質的に一致している。
ここで、第一の当接部材3dは、センサテーブル3の支持点である回転軸J1から最も離れた位置にある作用点となる。このため、この支持点と作用点を結ぶ方向をセンサ部6の長手方向と一致させることで、センサテーブル3の姿勢を安定させることができ、センサテーブル3の回転制御を高精度に行うことができる。
また、圧脈波測定部100は、リングカム40のカム面が回転軸Jを中心とする円の円周に沿って延びる構成である。この構成によれば、リングカム40の設計が容易となり、圧脈波測定部100の製造コストを低減することができる。
また、圧脈波測定部100は、リングカム40に第三のカム面40cが設けられ、センサテーブル3に第三の当接部材3fが設けられた構成である。この構成によれば、3つの当接部材とベース48とによってセンサテーブル3が支えられることとなる。このため、センサテーブル3の姿勢を安定させることができ、センサテーブル3の回転制御を高精度に行うことができる。
なお、リングカム40の第三のカム面40cとセンサテーブル3の第三の当接部材3fは省略可能である。これらを省略した場合でも、センサテーブル3は、2つの当接部材とベース48によって支えられるため、センサテーブル3の姿勢を安定させることができる。
以下、圧脈波測定部100の変形例について説明する。
回転制御部材5は、リングカム40を回転させずに、センサテーブル3を回転させることで、センサ部6を第一の軸X及び第二の軸Yの各々の周りに回転させる構成であってもよい。この構成にする場合は、センサテーブル3のセンサ固定面3cにセンサ部6は固定せずに、センサ部6の素子列60,70の伸びる方向が固定された状態で、センサ固定面3cの傾斜に追従してセンサ部6のセンサ面6bが傾斜するような機構を採用すればよい。
回転制御部材5は、リングカム40のセンサテーブル3側の反対側の端面を平面としてリングカム40を回転不能なものとし、この平面にセンサ部6が固定され、かつ、センサテーブル3がモータによって回転軸J1を中心に回転可能にされた構成であってもよい。この構成にすることでも、センサテーブル3の回転によって、センサ部6を第一の軸X及び第二の軸Yの各々の周りに回転させることができる。
回転制御部材5では、リングカム40を回転するためのモータとしては超音波モータ以外のものを用いてもよい。リングカム40はリング状であるため、リング型モータを用いることで、回転制御部材5の設計を容易にすることができる。
回転制御部材5は、第一のカム面40aと第一の当接部材3dとの相対移動によって、センサ固定面3cが第二の軸Yの周りに回転し、第二のカム面40bと第二の当接部材3eとの相対移動によって、センサ固定面3cが第一の軸Xの周りに回転するよう、カム面が形成された構成であってもよい。また、リングカム40のカム面の形状は、円周方向に沿って延びる形状に限らず、センサ固定面3cの回転角度を所望の値に設定できるようなものであれば、どのような形状であってもよい。
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。
開示された圧脈波測定装置は、一方向に並ぶ複数の圧力検出素子を含む素子列が形成されたセンサ部と、生体の体表面に対して前記センサ部を押圧する押圧部と、前記押圧部の押圧方向に直交する2つの軸の各々の周りに前記センサ部を回転させる回転制御部材と、を備え、前記回転制御部材は、前記押圧方向を回転軸として相対的に回転する第一の部材及び第二の部材を含み、前記第一の部材と前記第二の部材は、それぞれ、前記第一の部材と前記第二の部材が相対的に回転することによる回転運動を、前記センサ部の前記2つの軸の各々の周りの回転運動に変換する運動変換機構を有するものである。
開示された圧脈波測定装置は、前記押圧部は、前記複数の圧力検出素子の並ぶ方向が前記体表面の下の動脈の延びる方向と交差する状態で前記センサ部を前記体表面に押圧し、前記2つの軸は、前記複数の圧力検出素子の並ぶ方向に延びる第一の軸と、前記方向と直交する方向に延びる第二の軸であるものを含む。
開示された圧脈波測定装置は、前記回転制御部材は、前記センサ部の前記第二の軸の周りの回転角度を複数の値の各々に固定した各状態で、前記センサ部の前記第一の軸の周りの回転角度を、前記センサ部が前記第一の軸の周りで回転可能な角度の範囲の端から端まで変化させるものである。
開示された圧脈波測定装置は、前記第二の部材には、前記押圧方向の端面に第一のカム面及び第二のカム面が形成され、前記第一のカム面及び前記第二のカム面は、それぞれ、前記回転軸を中心とする円の円周に沿って延びており、前記第一のカム面は、前記第二のカム面よりも前記回転軸から遠い位置にあり、前記第一の部材には、前記第一のカム面に当接する第一の当接部材と、前記第二のカム面に当接する第二の当接部材とが形成され、前記第一のカム面、前記第二のカム面、前記第一の当接部材、及び、前記第二の当接部材により前記運動変換機構が構成され、前記回転制御部材は、前記第一の部材と前記第二の部材が相対的に回転することによる前記第一のカム面と前記第一の当接部材の相対移動によって、前記センサ部を前記第一の軸の周りに回転させ、前記第一の部材と前記第二の部材が相対的に回転することによる前記第二のカム面と前記第二の当接部材の相対移動によって、前記センサ部を前記第二の軸の周りに回転させるものである。
開示された圧脈波測定装置は、前記第一の部材の前記押圧方向の端面には前記センサ部が固定され、前記センサ部に含まれる前記素子列の前記複数の圧力検出素子の並ぶ方向は、前記第一の部材の前記センサ部が固定された端面を当該端面に垂直な方向から見た状態における前記第一の当接部材及び前記回転軸を結ぶ方向と一致しているものである。
開示された圧脈波測定装置は、前記第一の部材の前記押圧方向の端面には前記センサ部が固定され、前記第一の部材は、前記センサ部が固定された端面に垂直な方向が前記押圧方向と一致する状態で前記垂直な方向から見た平面視において、前記第一の当接部材のみが前記第一のカム面と重なっているものである。
開示された圧脈波測定装置は、前記第二の部材には、前記押圧方向の端面に第一のカム面及び第二のカム面が形成され、前記第一の部材には、前記第一のカム面に当接する第一の当接部材と、前記第二のカム面に当接する第二の当接部材とが形成され、前記第一のカム面、前記第二のカム面、前記第一の当接部材、及び、前記第二の当接部材により前記運動変換機構が構成されているものである。
開示された圧脈波測定装置は、前記第一のカム面と前記第二のカム面は、それぞれ、前記回転軸を中心とする円の円周に沿って延びており、前記第一のカム面は、前記第二のカム面よりも前記回転軸から遠い位置にあるものである。
開示された圧脈波測定装置は、前記第一の部材の前記押圧方向の端面には前記センサ部が固定され、前記センサ部に含まれる前記素子列の前記複数の圧力検出素子の並ぶ方向は、前記第一の部材の前記センサ部が固定された端面を当該端面に垂直な方向から見た状態における前記第一の当接部材及び前記回転軸を結ぶ方向と一致しているものである。
開示された圧脈波測定装置は、前記第一の部材の前記押圧方向の端面には前記センサ部が固定され、前記第一の部材は、前記センサ部が固定された端面に垂直な方向が前記押圧方向と一致する状態で前記垂直な方向から見た平面視において、前記第一の当接部材のみが前記第一のカム面と重なっているものである。
開示された圧脈波測定装置は、前記第二の部材には、前記押圧方向の前記端面に第三のカム面が更に形成され、前記第一の部材には、前記第三のカム面に当接する第三の当接部材が更に形成され、前記第一のカム面、前記第二のカム面、前記第三のカム面、前記第一の当接部材、前記第二の当接部材、及び、前記第三の当接部材により前記運動変換機構が構成されているものである。
開示された圧脈波測定装置は、前記センサ部は、前記一方向に直交する方向に並ぶ複数の前記素子列を有するものである。
開示された生体情報測定装置は、前記圧脈波測定装置と、前記センサ部の圧力検出素子により検出される圧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、生体部位に接触させて用いるセンサ部の生体部位との接触状態を柔軟に変更して圧脈波の測定精度を向上させることのできる圧脈波測定装置を提供することができる。
以上、本発明を特定の実施形態によって説明したが、本発明はこの実施形態に限定されるものではなく、開示された発明の技術思想を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。本出願は、2016年1月8日出願の日本特許出願(特願2016-002445)に基づくものであり、その内容はここに取り込まれる。
100 圧脈波測定部
5 回転制御部材
6 センサ部
60,70 素子列
3 センサテーブル
3c センサ固定面
3d 第一の当接部材
3e 第二の当接部材
40 リングカム
40a 第一のカム面
40b 第二のカム面
46 超音波モータ
48 ベース
5 回転制御部材
6 センサ部
60,70 素子列
3 センサテーブル
3c センサ固定面
3d 第一の当接部材
3e 第二の当接部材
40 リングカム
40a 第一のカム面
40b 第二のカム面
46 超音波モータ
48 ベース
Claims (13)
- 一方向に並ぶ複数の圧力検出素子を含む素子列が形成されたセンサ部と、
生体の体表面に対して前記センサ部を押圧する押圧部と、
前記押圧部の押圧方向に直交する2つの軸の各々の周りに前記センサ部を回転させる回転制御部材と、を備え、
前記回転制御部材は、前記押圧方向を回転軸として相対的に回転する第一の部材及び第二の部材を含み、
前記第一の部材と前記第二の部材は、それぞれ、前記第一の部材と前記第二の部材が相対的に回転することによる回転運動を、前記センサ部の前記2つの軸の各々の周りの回転運動に変換する運動変換機構を有する圧脈波測定装置。 - 請求項1記載の圧脈波測定装置であって、
前記押圧部は、前記複数の圧力検出素子の並ぶ方向が前記体表面の下の動脈の延びる方向と交差する状態で前記センサ部を前記体表面に押圧し、
前記2つの軸は、前記複数の圧力検出素子の並ぶ方向に延びる第一の軸と、前記方向と直交する方向に延びる第二の軸である圧脈波測定装置。 - 請求項2記載の圧脈波測定装置であって、
前記回転制御部材は、前記センサ部の前記第二の軸の周りの回転角度を複数の値の各々に固定した各状態で、前記センサ部の前記第一の軸の周りの回転角度を、前記センサ部が前記第一の軸の周りで回転可能な角度の範囲の端から端まで変化させる圧脈波測定装置。 - 請求項2又は3記載の圧脈波測定装置であって、
前記第二の部材には、前記押圧方向の端面に第一のカム面及び第二のカム面が形成され、
前記第一のカム面及び前記第二のカム面は、それぞれ、前記回転軸を中心とする円の円周に沿って延びており、
前記第一のカム面は、前記第二のカム面よりも前記回転軸から遠い位置にあり、
前記第一の部材には、前記第一のカム面に当接する第一の当接部材と、前記第二のカム面に当接する第二の当接部材とが形成され、
前記第一のカム面、前記第二のカム面、前記第一の当接部材、及び、前記第二の当接部材により前記運動変換機構が構成され、
前記回転制御部材は、前記第一の部材と前記第二の部材が相対的に回転することによる前記第一のカム面と前記第一の当接部材の相対移動によって、前記センサ部を前記第一の軸の周りに回転させ、前記第一の部材と前記第二の部材が相対的に回転することによる前記第二のカム面と前記第二の当接部材の相対移動によって、前記センサ部を前記第二の軸の周りに回転させる圧脈波測定装置。 - 請求項4記載の圧脈波測定装置であって、
前記第一の部材の前記押圧方向の端面には前記センサ部が固定され、
前記センサ部に含まれる前記素子列の前記複数の圧力検出素子の並ぶ方向は、前記第一の部材の前記センサ部が固定された端面を当該端面に垂直な方向から見た状態における前記第一の当接部材及び前記回転軸を結ぶ方向と一致している圧脈波測定装置。 - 請求項4又は5記載の圧脈波測定装置であって、
前記第一の部材の前記押圧方向の端面には前記センサ部が固定され、
前記第一の部材は、前記センサ部が固定された端面に垂直な方向が前記押圧方向と一致する状態で前記垂直な方向から見た平面視において、前記第一の当接部材のみが前記第一のカム面と重なっている圧脈波測定装置。 - 請求項1~3のいずれか1項記載の圧脈波測定装置であって、
前記第二の部材には、前記押圧方向の端面に第一のカム面及び第二のカム面が形成され、
前記第一の部材には、前記第一のカム面に当接する第一の当接部材と、前記第二のカム面に当接する第二の当接部材とが形成され、
前記第一のカム面、前記第二のカム面、前記第一の当接部材、及び、前記第二の当接部材により前記運動変換機構が構成されている圧脈波測定装置。 - 請求項7記載の圧脈波測定装置であって、
前記第一のカム面と前記第二のカム面は、それぞれ、前記回転軸を中心とする円の円周に沿って延びており、
前記第一のカム面は、前記第二のカム面よりも前記回転軸から遠い位置にある圧脈波測定装置。 - 請求項8記載の圧脈波測定装置であって、
前記第一の部材の前記押圧方向の端面には前記センサ部が固定され、
前記センサ部に含まれる前記素子列の前記複数の圧力検出素子の並ぶ方向は、前記第一の部材の前記センサ部が固定された端面を当該端面に垂直な方向から見た状態における前記第一の当接部材及び前記回転軸を結ぶ方向と一致している圧脈波測定装置。 - 請求項7~9のいずれか1項記載の圧脈波測定装置であって、
前記第一の部材の前記押圧方向の端面には前記センサ部が固定され、
前記第一の部材は、前記センサ部が固定された端面に垂直な方向が前記押圧方向と一致する状態で前記垂直な方向から見た平面視において、前記第一の当接部材のみが前記第一のカム面と重なっている圧脈波測定装置。 - 請求項4~10のいずれか1項記載の圧脈波測定装置であって、
前記第二の部材には、前記押圧方向の前記端面に第三のカム面が更に形成され、
前記第一の部材には、前記第三のカム面に当接する第三の当接部材が更に形成され、
前記第一のカム面、前記第二のカム面、前記第三のカム面、前記第一の当接部材、前記第二の当接部材、及び、前記第三の当接部材により前記運動変換機構が構成されている圧脈波測定装置。 - 請求項1~11のいずれか1項記載の圧脈波測定装置であって、
前記センサ部は、前記一方向に直交する方向に並ぶ複数の前記素子列を有する圧脈波測定装置。 - 請求項1~12のいずれか1項記載の圧脈波測定装置と、
前記センサ部の圧力検出素子により検出される圧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。
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