WO2018168143A1 - 生体振動センサー、生体振動検出システム、生体振動検出方法及び振動検出素子 - Google Patents

生体振動センサー、生体振動検出システム、生体振動検出方法及び振動検出素子 Download PDF

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WO2018168143A1
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WO
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vibration
vibration detection
detection element
biological
piezoelectric body
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Application number
PCT/JP2017/045837
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Inventor
一郎 太箸
智矢 宮田
Original Assignee
ヤマハ株式会社
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Publication date
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    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/02—Detecting, measuring or recording pulse, heart rate, blood pressure or blood flow; Combined pulse/heart-rate/blood pressure determination; Evaluating a cardiovascular condition not otherwise provided for, e.g. using combinations of techniques provided for in this group with electrocardiography or electroauscultation; Heart catheters for measuring blood pressure
    • A61B5/026—Measuring blood flow

Definitions

  • the present invention relates to a biological vibration sensor, a biological vibration detection system, a biological vibration detection method, and a vibration detection element.
  • vibrations generated inside the living body such as heartbeat, pulse wave, blood flow sound, breathing sound (not limited to sound wave vibration in the audible range, including low frequency vibration and ultrasonic vibration in the non-audible range)
  • breathing sound not limited to sound wave vibration in the audible range, including low frequency vibration and ultrasonic vibration in the non-audible range
  • biological vibration generated inside the living body
  • the pulse wave of the human body in the body vibration an apparatus for measuring the movement of the blood vessel by irradiating the skin with light and receiving the reflected light with a sensor has been put into practical use.
  • the blood flow sound includes not only the heart rate but also various information indicating the state of blood vessels and blood. Therefore, a biological vibration sensor that can directly detect various biological vibrations is desired.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-177227 proposes a pulse wave detection device that detects a vibration as a pressure change on the surface of a human body by pressing a pressure sensitive element against a wrist.
  • the pulse wave detection device described in this publication includes a C-shaped clip plate that holds a pressure-sensitive element (piezoelectric body) on the wrist surface, and a cloth band that is wound around the clip plate and fixes the clip plate to the wrist.
  • an air bag that is disposed between the pressure-sensitive element and the clip plate and presses the pressure-sensitive element against the wrist, and a bent plate that extends from the clip plate to the distal side (distal side) to limit the movement of the wrist It is set as the structure which has.
  • the movement of the wrist is limited by arranging the bending plate along the palm or back of the hand, but it is difficult to completely prevent the movement of the wrist.
  • the measurement waveform may contain noise. Further, noise is generated not only by wrist movement but also by other factors.
  • the present invention provides a vibration that can be used for a biological vibration sensor, a biological vibration detection system, a biological vibration detection method, a biological vibration sensor, a biological vibration detection system, or a biological vibration detection method having a large S / N ratio. It is an object to provide a detection element.
  • An example of the present invention made to solve the above-described problem is a first vibration that has a sheet-like piezoelectric body and a pair of electrodes laminated on the front and back of the piezoelectric body, and is disposed on the surface of the biological vibration generation site.
  • a biological vibration sensor comprising: a detection element; a sheet-like piezoelectric body; and a second vibration detection element having a pair of electrodes laminated on the front and back of the piezoelectric body and disposed at a position different from the biological vibration generation site. is there.
  • Another example of the present invention is a biological vibration detection that includes the biological vibration sensor and a calculation unit that removes a noise component from the detection signal of the first vibration detection element using the detection signal of the second vibration detection element.
  • Still another example of the present invention includes a step of disposing a sheet-like piezoelectric body and a first vibration detecting element having a pair of electrodes laminated on the front and back of the piezoelectric body on the surface of the biological vibration generating site, A step of disposing a second vibration detection element having a piezoelectric body and a pair of electrodes laminated on the front and back of the piezoelectric body at a position different from the position where the first vibration detection element is disposed; and a detection signal of the first vibration detection element And a step of removing a noise component using a detection signal of the second vibration detection element.
  • Still another example of the present invention is a vibration detection element that is arranged on the surface of a living body and detects vibration, and includes a sheet-like piezoelectric body and a pair of electrodes stacked on the front and back of the piezoelectric body, The vibration detecting element is configured such that the surface of the piezoelectric body is upright on the surface of the living body.
  • FIG. 6 is a schematic plan view of the biological vibration sensor of FIG. 5.
  • a biological vibration sensor includes a sheet-like piezoelectric body and a pair of electrodes stacked on the front and back of the piezoelectric body, and a first vibration detection element disposed on the surface of a biological vibration generation site.
  • the first vibration detection element disposed on the surface of the biological vibration generation site, and the second vibration detection element disposed at a position different from the position where the first vibration detection element is disposed Therefore, a measurement signal having a large S / N ratio can be obtained by removing a noise component from the detection signal of the first vibration detection element using the detection signal of the second vibration detection element.
  • the first vibration detection element and the second vibration detection element may be connected in a planar direction by a flexible member.
  • the second vibration detection element may be laminated on the opposite side of the first vibration detection element opposite to the living body via a flexible cushioning material.
  • the first vibration detection element or the second vibration detection element may be arranged so that the piezoelectric body stands upright on the surface of the living body.
  • the biological vibration detection system includes a calculation unit that removes a noise component from the detection signal of the second vibration detection element from the detection signal of the biological vibration sensor and the first vibration detection element. And.
  • a first vibration detection element having a sheet-like piezoelectric body and a pair of electrodes stacked on the front and back of the piezoelectric body is disposed on the surface of the biological vibration generation site.
  • a vibration detection element is a vibration detection element that is arranged on the surface of a living body and detects vibration, and includes a sheet-like piezoelectric body and a pair of electrodes stacked on the front and back of the piezoelectric body.
  • the surface of the piezoelectric body is configured to stand upright on the surface of the living body.
  • FIG. 1 shows a configuration of a biological vibration detection system according to an embodiment of the present invention.
  • the biological vibration detection system is used to detect a biological vibration waveform generated inside a living body such as a human or an animal.
  • the biological vibration detection system of this embodiment includes a biological vibration sensor 1 that is another embodiment of the present invention and a calculation unit 2 that processes a detection signal of the biological vibration sensor 1.
  • the biological vibration sensor 1 is arranged at a position different from the arrangement position of the sheet-like first vibration detection element 3 arranged on the surface of the biological vibration generation site and the first vibration detection element. And a sheet-like second vibration detecting element 4.
  • the biological vibration generation site where the first vibration detection element 3 is disposed is not particularly limited, and examples thereof include a portion directly above the radial artery.
  • the first vibration detection element 3 is arranged on the surface of the biological vibration generation site and detects a vibration waveform having a relatively large ratio of biological vibration.
  • the second vibration detection element 4 does not contain much biological vibration components to be measured during the vibration to be conducted, and a part containing relatively the same noise component as the noise component conducted to the first vibration detection element 3. And a vibration waveform having a relatively large ratio of noise components is detected.
  • Examples of the noise component conducted to the first vibration detection element 3 and the second vibration detection element 4 include sound wave vibration that propagates through air outside the living body, external vibration that propagates through the living body, biological vibration other than biological vibration to be detected, and the like. Is mentioned.
  • biological vibrations other than biological vibrations to be detected for example, when blood flow sound is a detection target, for example, sounds accompanying vibration of muscles, vibrations, respiratory sounds, and the like can be given.
  • the calculation unit 2 uses the detection signal of the second vibration detection element 4 and removes a noise component from the detection signal of the first vibration detection element 3 of the biological vibration sensor 1, thereby obtaining an S / N ratio. A measurement signal with a higher ratio can be obtained.
  • the first vibration detection element 3 and the second vibration detection element 4 are connected in a planar direction. Since both the vibration detection elements 3 and 4 are separated from each other in the plane direction, they are arranged at different positions.
  • the biological vibration sensor 1 includes a base film 5 on the surface of which the first vibration detection element 3 and the second vibration detection element 4 are disposed, and the first vibration detection element 3 and the second vibration detection element 4. It further includes a cover film 6 that covers the surface side and is bonded to the base film 5 outside the first vibration detection element 3 and the second vibration detection element 4 in plan view.
  • both the vibration detection elements 3 and 4 in this embodiment are connected to the longitudinal direction of the biological vibration sensor 1 from the attitude
  • the first vibration detection element 3 includes a sheet-like piezoelectric body 7 and a pair of electrodes 8 and 9 stacked on the front and back of the piezoelectric body 7.
  • the piezoelectric body 7 is formed of a piezoelectric material that converts pressure into voltage, receives stress by a pressure wave of biological vibration, and generates a potential difference according to the acceleration of the stress change.
  • the piezoelectric material forming the piezoelectric body 7 may be an inorganic material such as lead zirconate titanate, but is preferably a polymer piezoelectric material having flexibility so as to be in close contact with the surface of a living body. .
  • polymer piezoelectric material examples include polyvinylidene fluoride (PVDF), vinylidene fluoride-trifluoride ethylene copolymer (P (VDF / TrFE)), and vinylidene cyanide-vinyl acetate copolymer (P (VDCN / VAc)) and the like.
  • PVDF polyvinylidene fluoride
  • VDF / TrFE vinylidene fluoride-trifluoride ethylene copolymer
  • PVDCN / VAc vinylidene cyanide-vinyl acetate copolymer
  • a large number of flat pores are formed in, for example, polytetrafluoroethylene (PTFE), polypropylene (PP), polyethylene (PE), polyethylene terephthalate (PET), etc., which do not have piezoelectric characteristics, for example, corona discharge It is also possible to use a material which has piezoelectric properties by polarizing and charging the opposed surfaces of the flat pores.
  • PTFE polytetrafluoroethylene
  • PP polypropylene
  • PE polyethylene
  • PET polyethylene terephthalate
  • the lower limit of the average thickness of the piezoelectric body 7 is preferably 10 ⁇ m, and more preferably 50 ⁇ m.
  • the upper limit of the average thickness of the piezoelectric body 7 is preferably 500 ⁇ m, and more preferably 200 ⁇ m.
  • the average thickness of the piezoelectric body 7 is less than the lower limit, the strength of the piezoelectric body 7 may be insufficient.
  • the average thickness of the piezoelectric body 7 exceeds the upper limit, the deformability of the piezoelectric body 7 is reduced, and the detection sensitivity may be insufficient.
  • Electrode The electrodes 8 and 9 are laminated on both surfaces of the piezoelectric body 7 and are used to detect a potential difference between the front and back of the piezoelectric body 7. For this reason, the electrodes 8 and 9 are connected to wiring for connecting to the calculation unit 2.
  • the material of the electrodes 8 and 9 may be any material as long as it has conductivity, and examples thereof include metals such as aluminum, copper, and nickel, and carbon.
  • the average thickness of the electrodes 8 and 9 is not particularly limited, and may be, for example, 0.1 ⁇ m or more and 30 ⁇ m or less, depending on the lamination method. If the average thickness of the electrodes 8 and 9 is less than the lower limit, the strength of the electrodes 8 and 9 may be insufficient. On the contrary, when the average thickness of the electrodes 8 and 9 exceeds the upper limit, there is a possibility that the transmission of vibrations to the piezoelectric body 7 may be hindered.
  • the method for laminating the electrodes 8 and 9 on the piezoelectric body 7 is not particularly limited, and examples thereof include metal deposition, carbon conductive ink printing, and silver paste coating and drying.
  • the electrodes 8 and 9 may be formed by being divided into a plurality of regions in a plan view and effectively functioning the first vibration detecting element 3 as a plurality of piezoelectric elements.
  • the second vibration detecting element 4 includes a sheet-like piezoelectric body 10 and a pair of electrodes 11 and 12 stacked on the front and back of the piezoelectric body 10.
  • the piezoelectric body 10 and the electrodes 11 and 12 in the second vibration detection element 4 can have the same configuration as the piezoelectric body 7 and the electrodes 8 and 9 in the first vibration detection element 3. Further, the piezoelectric body 10 of the second vibration detection element 4 may be integrated with the piezoelectric body 7 of the first vibration detection element 3. Further, the second vibration detection element 4 may have a different area and detection sensitivity from the first vibration detection element 3. When it is desired to detect noise preferentially, the area of the second vibration detection element 4 may be larger than the area of the first vibration detection element 3.
  • the base film 5 is provided to protect the first vibration detection element 3 and the second vibration detection element 4. Moreover, since the base film 5 is a film, it has flexibility.
  • the base film 5 is bonded to a cover film 6 having flexibility outside the first vibration detection element 3 and the second vibration detection element 4 in plan view, so that the first vibration detection element 3 and the cover film 6 are bonded together.
  • the second vibration detection element 4 is sandwiched and held. Therefore, the biological vibration sensor 1 can be easily attached to a curved surface such as a human arm.
  • the first vibration detection element 3 and the second vibration detection element 4 are installed between the films 5 and 6 in a state of being separated from each other.
  • the lower limit of the separation distance is preferably 1 mm, and more preferably 3 mm.
  • the upper limit of the separation distance is preferably 20 mm, and more preferably 10 mm.
  • the separation distance When the separation distance is less than the lower limit, the distance between the first vibration detection element 3 and the second detection element 4 is narrowed, so that flexibility between the first vibration detection element 3 and the second detection element 4 is achieved. May decrease, and it may become difficult to adhere along a curved surface such as a human arm. On the contrary, when the separation distance exceeds the upper limit, the first vibration detection element 3 and the second detection element 4 are largely separated from each other, so that the effect of removing the noise component may be reduced.
  • the material of the base film 5 examples include resins such as polyolefin, polyester, and polyamide. Among them, a thermoplastic resin that can be easily molded is preferable, and a resin that can be welded to the cover film 6 is particularly preferable. That is, the base film 5 and the cover film 6 may be bonded to each other outside the first vibration detection element 3 and the second vibration detection element 4 in plan view, for example, by thermocompression bonding, ultrasonic welding, or the like.
  • the lower limit of the average thickness of the base film 5 is preferably 20 ⁇ m, more preferably 30 ⁇ m.
  • the upper limit of the average thickness of the base film 5 is preferably 300 ⁇ m, and more preferably 150 ⁇ m.
  • the cover film 6 is provided to protect the first vibration detection element 3 and the second vibration detection element 4. Moreover, since the cover film 6 is a film, it has flexibility.
  • Examples of the material of the cover film 6 include resins such as polyolefin, polyester, and polyamide, and among them, a thermoplastic resin that is easy to mold and adhere to the base film 5 is preferable.
  • the lower limit of the average thickness of the cover film 6 is preferably 20 ⁇ m, more preferably 30 ⁇ m.
  • the upper limit of the average thickness of the cover film 6 is preferably 1.0 mm, and more preferably 0.5 mm.
  • the strength may be insufficient.
  • the biological vibration sensor becomes unnecessarily large, and there is a possibility that the subject is likely to feel uncomfortable.
  • the computing unit 2 is configured to remove a noise component from the detection signal of the first vibration detection element 3 using the detection signal of the second vibration detection element 4.
  • the calculation unit 2 includes a biological vibration amplifier 13 that amplifies the detection signal of the first vibration detection element 3, and a biological vibration AD converter that converts the signal amplified by the biological vibration signal amplifier 13 into a digital signal. 14, a noise amplifier 15 that amplifies the detection signal of the second vibration detection element 4, a noise AD converter 16 that converts a signal amplified by the noise signal amplifier 15 into a digital signal, a biological vibration AD converter 14, and An output signal of the noise AD converter 16 is input, and a microprocessor (arithmetic unit) 17 that calculates a value obtained by subtracting the output value of the noise AD converter 16 from the output value of the biological vibration AD converter 14 is provided. be able to.
  • the calculation unit 2 may include a ROM (read-only semiconductor memory) that stores the above-described calculation program, and a RAM (random access memory) that stores input signal data and calculation result data.
  • ROM read-only semiconductor memory
  • RAM random access memory
  • FIG. 3 shows a procedure of a biological vibration detection method according to another embodiment of the present invention.
  • the biological vibration detection method according to the present embodiment can be performed using a biological vibration detection system including the biological vibration sensor 1 and the calculation unit 2 of FIG.
  • the biological vibration detection method includes a first vibration detection element 3 having a sheet-like piezoelectric body 7 and a pair of electrodes 8 and 9 stacked on the front and back of the piezoelectric body 7.
  • the second vibration detection element 4 is detected from the step of arranging the second vibration detection element 4 at a position different from the arrangement position of the first vibration detection element (step S2: second vibration detection element arrangement step) and the detection signal of the first vibration detection element 3.
  • step S3 calculation step.
  • the first vibration detection element placement step in step S1 and the second vibration detection element placement step in step S2 can be performed simultaneously.
  • the first vibration detecting element arranging step in step S1 the first vibration detecting element 3 is placed on the living body surface using, for example, a supporter or an adhesive tape so that the vibration inside the living body is reliably transmitted to the first vibration detecting element 3. It is preferable to press against the vibration generation site.
  • the base material of the adhesive tape has elasticity.
  • the base material of the adhesive tape include a urethane nonwoven fabric, a vinyl chloride sheet, a stretchable cloth, and a sponge sheet.
  • the adhesive for the adhesive tape it is preferable to use a material that does not easily cause skin irritation or the like even if it is directly attached to the skin, such as an acrylic adhesive.
  • the biological vibration detection system of FIG. 1 may be provided in a state in which the adhesive surface of the adhesive tape that is pasted on the adhesive tape in advance and protrudes from the biological vibration detection system is covered with a release sheet.
  • step S3 can be performed by the calculation unit 2 of the biological vibration detection system of FIG.
  • FIG. 4 shows a configuration of a biological vibration sensor 1a according to another embodiment of the present invention.
  • the biological vibration sensor can be used in the detection system of FIG. 1 instead of the biological vibration sensor 1 of FIG.
  • the biological vibration sensor 1a of the present embodiment includes a sheet-like first vibration detection element 3 disposed on the surface of the biological vibration generation site, and a side (back side) of the first vibration detection element 3 that faces the biological vibration generation site. ) And a second vibration detection element 4 stacked on the first vibration detection element 3 via the buffer material 18.
  • the biological vibration sensor 1 a according to the present embodiment further includes a base film 5 a that covers the back surface of the first vibration detection element 3 and a cover film 6 a that covers the surface of the second vibration detection element 4.
  • the configuration of the first vibration detection element 3 and the second vibration detection element 4 in the biological vibration sensor 1a in FIG. 4 is the same as that of the first vibration detection element 3 and the second vibration detection in the biological vibration sensor 1 in FIG.
  • the configuration of the element 4 can be the same. Both the vibration detection elements 3 and 4 are spaced apart from each other in a direction perpendicular to the surface of the vibration detection elements 3 and 4 via the buffer material 18. Therefore, when the first vibration detection element 3 is arranged on the surface of the biological vibration generation site, the second vibration detection element 4 is arranged at a position different from the arrangement position of the first vibration detection element.
  • the buffer material 18 is a member that prevents conduction of vibration between the first vibration detection element 3 and the second vibration detection element 4. That is, the buffer material 18 prevents biological vibration from being transmitted to the second vibration detection element 4 through the first vibration detection element 3.
  • the cushioning material 18 has flexibility.
  • foamed resin is preferably used as the material of the buffer material 18.
  • foamed resin used for the buffer material foamed polyurethane, foamed polystyrene, foamed polyethylene, foamed polypropylene, or the like can be used.
  • the buffer material 18 and the first vibration detection element 3 and the second vibration detection element 4 are not particularly limited, but may be laminated using, for example, an adhesive.
  • the lower limit of the average thickness of the buffer material 18 is preferably 0.2 mm, more preferably 0.3 mm.
  • the upper limit of the average thickness of the buffer material 18 is preferably 3 mm, and more preferably 2 mm.
  • the base film 5a and the cover film 6a in the biological vibration sensor 1a of FIG. 4 do not extend from the first vibration detection element 3 and the second vibration detection element 4 in a plan view, and instead of being bonded to each other, the first vibration detection is performed. It is bonded to the element 3 and the second vibration detecting element 4.
  • the material and thickness of the base film 5a and the cover film 6a in the biological vibration sensor 1a in FIG. 4 can be the same as the material and thickness of the base film 5 and the cover film 6 in the biological vibration sensor 1 in FIG.
  • the biological vibration sensor 1a of the present embodiment is used when the noise component in vibration propagating to the first vibration detecting element 3 is sound wave vibration mainly transmitted through air, thereby effectively removing the noise component.
  • a measurement signal having a large S / N ratio can be obtained.
  • FIG. 5 shows a configuration of a biological vibration sensor 1b according to another embodiment of the present invention.
  • the biological vibration sensor can be used in the detection system of FIG. 1 instead of the biological vibration sensor 1 of FIG.
  • the biological vibration sensor 1b of the present embodiment includes a first vibration detection element (vibration detection element) 3b disposed on the surface of the biological vibration generation site and a second position disposed at a position different from the position where the first vibration detection element is disposed. And a vibration detection element 4.
  • the biological vibration sensor 1b of this embodiment further includes a base film 5 that covers the back surfaces of the first vibration detection element 3b and the second vibration detection element 4, and a cover film 6b that covers the surface of the second vibration detection element 4. Prepare.
  • the configurations of the second vibration detection element 4 and the base film 5 in the biological vibration sensor 1b in FIG. 5 can be the same as the configurations of the second vibration detection element 4 and the base film 5 in the biological vibration sensor 1 in FIG.
  • the first vibration detection element 3b itself is a vibration detection element according to another embodiment of the present invention.
  • the first vibration detection element 3b includes a plurality of detection bodies 19 each having a piezoelectric body 7b and a pair of electrodes 8b and 9b laminated on the front and back of the piezoelectric body 7b, so that each detection body 19 stands upright on the surface of the living body. Has been placed.
  • the first vibration detection element 3b of the present embodiment further includes a dome-shaped sound insulation case 20 that covers the plurality of detection bodies 19 at intervals.
  • the shape of the sound insulation case 20 is not limited to a dome shape.
  • the detection bodies 19 are each formed in a strip shape having a relatively small width so that they can be arranged upright. Are arranged in parallel and spaced apart from each other, thereby increasing the total area of the detection body 19 and ensuring detection sensitivity.
  • the first vibration detection element 3b of the present embodiment mainly detects vibration incident from the surface of the living body through the base film 5, and the sound insulation case 20 blocks sound wave vibration that propagates the surrounding air, air vibration noise Detection sensitivity to is low. For this reason, the first vibration detection element 3b of the present embodiment can obtain a measurement signal of biological vibration having a relatively large S / N ratio.
  • the configuration of the material and thickness of the piezoelectric body 7b and the electrodes 8b and 9b of the first vibration detection element 3b in the biological vibration sensor 1b in FIG. 5 is the same as that in the biological vibration sensor 1 in FIG.
  • the configuration of the material and thickness of the piezoelectric body 7 and the electrodes 8 and 9 of the single vibration detecting element 3 can be the same.
  • the lower limit of the average height in the surface direction (thickness direction of the base film 5) of the detection body 19 formed by laminating the piezoelectric body 7b and the electrodes 8b and 9b is preferably 2 mm, and more preferably 3 mm.
  • the upper limit of the average height in the surface direction of the detection body 19 is preferably 10 mm, and more preferably 8 mm.
  • the average height in the surface direction of the detection body 19 exceeds the upper limit, it may be difficult to arrange the detection body 19 upright on the surface of the living body, or the first vibration detection element 3b is unnecessary. There is a possibility that it becomes easy to give an uncomfortable feeling to the subject.
  • the total length of the detection body 19 can be selected according to the area of the biological vibration generation site and the required detection sensitivity.
  • the first vibration detection element 3b has a larger installation area by increasing the length of each detection body 19 or the number of detection bodies 19, but the detection sensitivity is increased.
  • the sound insulation case 20 reduces the incidence of sound wave vibration propagating in the surrounding air to the laminated body of the piezoelectric body 7b and the electrodes 8b and 9b.
  • a resin is preferable, and a foamed resin may be used.
  • the outer edge of the sound insulation case 20 is bonded to the base film 5.
  • the cover film 6 b covers only the second vibration detection element 4 and is bonded to the base film 5 on the outer side in plan view of the second vibration detection element 4.
  • the material and thickness of the cover film 6b in the biological vibration sensor 1b in FIG. 5 can be the same as the material and thickness of the cover film 6 in the biological vibration sensor 1 in FIG.
  • the base film and the cover film can be omitted.
  • the biological vibration sensor when the biological vibration sensor is provided in a state in which an adhesive tape for fixing to the surface of the biological body is attached in advance, the surface side of the first vibration detection element is protected by the adhesive tape, and thus the cover film may be omitted. preferable.
  • the first vibration detection element and the second vibration detection element may be separated.
  • you may provide the joining function with respect to a human body to base film itself.
  • an adhesive may be disposed on the surface of the base film that is in close contact with the human body. If the pressure-sensitive adhesive covers the entire surface or most of the base film, the transmission rate of vibration from the human body will decrease, so that the pressure-sensitive adhesive is discretely applied to the base film, specifically a plurality of lines. It may be arranged in a shape, a plurality of dots, or the like. A space may be generated between the human body and the base film by this adhesive.
  • a closed space may be formed between the human body and the base film by arranging the pressure-sensitive adhesive in an annular shape with respect to the base film.
  • a spacer may be arranged together with the adhesive.
  • a material having a rigidity higher than that of the pressure-sensitive adhesive may be disposed in a region where the pressure-sensitive adhesive is not disposed so that the propagation efficiency of vibration from the human body is increased.
  • a vibration detecting element in which a piezoelectric body is arranged upright on the surface of the living body as a first vibration detecting element or a vibration detecting element having a further different arrangement of the piezoelectric body As the second vibration detection element combined with the first vibration detection element in which the piezoelectric body stands upright, a vibration detection element in which the piezoelectric body is arranged in parallel with the surface of the living body or a vibration detection element in which the arrangement of the piezoelectric bodies is further different is used. It may be used.
  • the calculation unit may be an analog circuit that processes the detection signals of the biological vibration detection element and the second vibration detection element as analog signals.
  • an analog circuit for example, an analog subtraction circuit (operational amplification circuit) that outputs a difference between a detection signal of the first vibration detection element and a detection signal of the second vibration detection element using an operational amplifier can be cited.
  • the vibration detecting element according to the present invention may be one in which a plurality of laminated bodies of piezoelectric bodies and a pair of electrodes are arranged so as to stand upright on the surface of the living body. Further, a material such as a foamed resin or a cotton-like material having sound insulation may be filled between the laminated body of the piezoelectric body and the electrode and the surface side space. Moreover, you may abbreviate
  • the vibration detecting element according to the present invention may be used as an element for mainly detecting vibration propagating in the surrounding air by omitting the sound insulation case.
  • a material capable of efficiently transmitting vibrations may be filled between the piezoelectric and electrode laminates and in the surface side space.
  • the biological vibration sensor according to the present invention can be used for measuring various vibrations generated in the body of a human or animal.

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Abstract

本発明は、Ｓ／Ｎ比が大きい生体振動センサーを提供する。本発明の生体振動センサーは、シート状の圧電体及びこの圧電体の表裏に積層される一対の電極を有し、生体振動発生部位の表面に配置される第１振動検出素子と、シート状の圧電体及びこの圧電体の表裏に積層される一対の電極を有し、前記第１振動検出素子の配置位置と異なる位置に配置される第２振動検出素子とを備える。

Description

生体振動センサー、生体振動検出システム、生体振動検出方法及び振動検出素子
　本発明は、生体振動センサー、生体振動検出システム、生体振動検出方法及び振動検出素子に関する。
　例えば心拍、脈波、血流音、呼吸音等の生体の内部で発生する振動（可聴域の音波振動に限定されず、非可聴域の低周波振動や超音波振動を含む）を測定又は観測することによって、例えば診断、健康管理等を行うことができる。なお、これら生体内部で発生する振動をまとめて「生体振動」という。生体振動の中で人体の脈波については、皮膚に光線を照射して反射光をセンサーで受光することで血管の動きを測定する装置が実用化されている。しかしながら、この方法では、脈波以外の生体振動を測定することは難しい。特に血流音は、心拍数だけでなく、血管や血液の状態を示す様々な情報を含んでいる。このため、各種の生体振動を直接検出できる生体振動センサーが望まれる。
　生体の振動を検出する装置としては、例えば特開２００２－１７７２２７号公報に、感圧素子を手首に押圧し、振動を人体表面の圧力変化として検出する脈波検出装置が提案されている。この公報に記載される脈波検出装置は、感圧素子（圧電体）を手首表面に保持する断面視Ｃ型のクリップ板と、このクリップ板に巻き付けられてクリップ板を手首に固定する布帯と、感圧素子とクリップ板との間に配置されて感圧素子を手首に押圧する空気袋と、クリップ板から末梢側（遠位側）に延出して手首の動きを制限する屈曲板とを有する構成とされている。
　前記公報に記載の脈波検出装置では、屈曲板を掌又は手の甲に沿って配置することにより手首の動きを制限しているが、手首の動きを完全に防止することは難しく、手首の動きによって測定波形にノイズが含まれ得る。また、ノイズは、手首の動きだけでなく、他の要因によっても発生する。
特開２００２－１７７２２７号公報
　前記実情に鑑みて、本発明は、Ｓ／Ｎ比が大きい生体振動センサー、生体振動検出システム及び生体振動検出方法、並びに生体振動センサー、生体振動検出システム又は生体振動検出方法に用いることができる振動検出素子を提供することを課題とする。
　前記課題を解決するためになされた本発明の一例は、シート状の圧電体及びこの圧電体の表裏に積層される一対の電極を有し、生体振動発生部位の表面に配置される第１振動検出素子と、シート状の圧電体及びこの圧電体の表裏に積層される一対の電極を有し、前記生体振動発生部位と異なる位置に配置される第２振動検出素子とを備える生体振動センサーである。
　本発明の別の例は、前記生体振動センサーと、前記第１振動検出素子の検出信号から、前記第２振動検出素子の検出信号を用いてノイズ成分を除去する演算部とを備える生体振動検出システムである。
　本発明のさらに別の例は、シート状の圧電体及びこの圧電体の表裏に積層される一対の電極を有する第１振動検出素子を生体振動発生部位の表面に配置する工程と、シート状の圧電体及びこの圧電体の表裏に積層される一対の電極を有する第２振動検出素子を前記第１振動検出素子の配置位置と異なる位置に配置する工程と、前記第１振動検出素子の検出信号から、前記第２振動検出素子の検出信号を用いてノイズ成分を除去する工程とを備える生体振動検出方法である。
　本発明のさらに別の例は、生体表面に配置されて振動を検出する振動検出素子であって、シート状の圧電体及びこの圧電体の表裏に積層される一対の電極とを有し、前記圧電体の面が生体表面に直立するよう構成されることを特徴とする振動検出素子である。
本発明の一実施形態に係る生体振動検出システムの構成を示す模式図である。 図１の生体振動検出システムの生体振動センサーの模式的断面図である。 本発明の一実施形態に係る生体振動検出方法の手順を示すフローチャートである。 本発明の図２とは異なる実施形態に係る生体振動センサーの模式的断面図である。 本発明の図２及び図４とは異なる実施形態に係る生体振動センサーの模式的断面図である。 図５の生体振動センサーの模式的平面図である。
　以下、適宜図面を参照しつつ、本発明の実施の形態を詳説する。
　本発明の一態様に係る生体振動センサーは、シート状の圧電体及びこの圧電体の表裏に積層される一対の電極を有し、生体振動発生部位の表面に配置される第１振動検出素子と、シート状の圧電体及びこの圧電体の表裏に積層される一対の電極を有し、前記第１振動検出素子の配置位置と異なる位置に配置される第２振動検出素子とを備えている。
　この生体振動センサーによれば、生体振動発生部位の表面に配置される第１振動検出素子と、前記第１振動検出素子の配置位置と異なる位置に配置される第２振動検出素子とを備えているため、前記第１振動検出素子の検出信号から、前記第２振動検出素子の検出信号を用いてノイズ成分を除去することにより、Ｓ／Ｎ比が大きい測定信号を得ることができる。
　前記第１振動検出素子及び第２振動検出素子が、可撓性を有する部材によって平面方向に接続されていてもよい。
　前記第１振動検出素子の生体に対向する側と反対側に、可撓性を有する緩衝材を介して前記第２振動検出素子が積層されていてもよい。
　前記第１振動検出素子又は前記第２振動検出素子が、圧電体を生体表面に直立するように配置してもよい。
　本発明の別の態様に係る生体振動検出システムは、前記生体振動センサーと、前記第１振動検出素子の検出信号から、前記第２振動検出素子の検出信号を用いてノイズ成分を除去する演算部とを備えている。
　本発明のさらに別の態様に係る生体振動検出方法は、シート状の圧電体及びこの圧電体の表裏に積層される一対の電極を有する第１振動検出素子を生体振動発生部位の表面に配置する工程と、シート状の圧電体及びこの圧電体の表裏に積層される一対の電極を有する第２振動検出素子を前記第１振動検出素子の配置位置と異なる位置に配置する工程と、前記第１振動検出素子の検出信号から、前記第２振動検出素子の検出信号を用いてノイズ成分を除去する工程とを備えている。第１振動検出素子の配置と第２振動検出素子の配置とを同時に行うことも可能である。
　本発明のさらに別の態様に係る振動検出素子は、生体表面に配置されて振動を検出する振動検出素子であって、シート状の圧電体及びこの圧電体の表裏に積層される一対の電極とを有し、前記圧電体の面が生体表面に直立するように構成されている。
［第一実施形態］
　図１に、本発明の一実施形態に係る生体振動検出システムの構成を示す。当該生体振動検出システムは、例えば人、動物等の生体の内部で発生する生体振動の波形を検出するために用いられる。
　本実施形態の生体振動検出システムは、それ自体が本発明の別の実施形態である生体振動センサー１と、生体振動センサー１の検出信号を処理する演算部２とを備える。
〔生体振動センサー〕
　生体振動センサー１は、図２に示すように、生体振動発生部位の表面に配置されるシート状の第１振動検出素子３と、前記第１振動検出素子の配置位置と異なる位置に配置されるシート状の第２振動検出素子４とを備える。第１振動検出素子３が配置される生体振動発生部位としては、特に限定されないが、例えば橈骨動脈直上部等を挙げることができる。
　第１振動検出素子３は、生体振動発生部位の表面に配置され、生体振動の比率が比較的大きい振動波形を検出する。一方、第２振動検出素子４は、伝導する振動中に測定しようとする生体振動の成分があまり含まれず、第１振動検出素子３に伝導するノイズ成分と同じノイズ成分が比較的多く含まれる部位に配置され、ノイズ成分の比率が比較的大きい振動の波形を検出する。
　第１振動検出素子３及び第２振動検出素子４に伝導するノイズ成分としては、例えば生体外部の空気を伝播する音波振動、生体を通して伝播する外部振動、検出しようとする生体振動以外の生体振動等が挙げられる。検出しようとする生体振動以外の生体振動としては、例として血流音を検出対象とする場合、例えば筋肉の伸縮に伴う音や振動、呼吸音等を挙げることができる。
　当該生体振動検出システムは、演算部２において、第２振動検出素子４の検出信号を用い、生体振動センサー１の第１振動検出素子３の検出信号からノイズ成分を除去することによって、Ｓ／Ｎ比がより大きい測定信号を得ることができる。
　本実施形態の生体振動センサー１において、第１振動検出素子３及び第２振動検出素子４は、平面方向に接続されている。両振動検出素子３、４は、互いに平面方向に離間しているので、異なる位置に配置されていることになる。具体的には、生体振動センサー１は、表面に第１振動検出素子３及び第２振動検出素子４が配設されるベースフィルム５と、第１振動検出素子３及び第２振動検出素子４の表面側を覆い、第１振動検出素子３及び第２振動検出素子４の平面視外側でベースフィルム５に接着されるカバーフィルム６とをさらに備える。また、本実施形態における両振動検出素子３、４は、図１及び図２に示された姿勢から、生体振動センサー１の長手方向に接続されている、と言える。
＜第１振動検出素子＞
　第１振動検出素子３は、シート状の圧電体７及びこの圧電体７の表裏に積層される一対の電極８、９を有する。
（圧電体）
　圧電体７は、圧力を電圧に変換する圧電材料から形成され、生体振動の圧力波によって応力を受け、この応力変化の加速度に応じて電位差を生じる。
　この圧電体７を形成する圧電材料としては、例えばチタン酸ジルコン酸鉛等の無機材料であってもよいが、生体の表面に密着できるよう可撓性を有する高分子圧電材料であることが好ましい。
　前記高分子圧電材料としては、例えばポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、フッ化ビニリデン－３フッ化エチレン共重合体（Ｐ（ＶＤＦ／ＴｒＦＥ））、シアン化ビニリデン－酢酸ビニル共重合体（Ｐ（ＶＤＣＮ／ＶＡｃ））等を挙げることができる。
　また、圧電体７として、圧電特性を有しない例えばポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等に多数の扁平な気孔を形成し、例えばコロナ放電等によって扁平な気孔の対向面を分極して帯電させることによって圧電特性を付与したものを使用することもできる。
　圧電体７の平均厚さの下限としては、１０μｍが好ましく、５０μｍがより好ましい。一方、圧電体７の平均厚さの上限としては、５００μｍが好ましく、２００μｍがより好ましい。圧電体７の平均厚さが前記下限に満たない場合、圧電体７の強度が不十分となるおそれがある。逆に、圧電体７の平均厚さが前記上限を超える場合、圧電体７の変形能が小さくなり、検出感度が不十分となるおそれがある。
（電極）
　電極８、９は、圧電体７の両面に積層され、圧電体７の表裏の電位差を検出するために用いられる。このため、電極８、９には、演算部２に接続するための配線が接続される。
　電極８、９の材質としては、導電性を有するものであればよく、例えばアルミニウム、銅、ニッケル等の金属や、カーボン等を挙げることができる。
　電極８、９の平均厚さとしては、特に限定されず、積層方法にもよるが、例えば０．１μｍ以上３０μｍ以下とすることができる。電極８、９の平均厚さが前記下限に満たない場合、電極８、９の強度が不十分となるおそれがある。逆に、電極８、９の平均厚さが前記上限を超える場合、圧電体７への振動の伝達を阻害するおそれがある。
　電極８、９の圧電体７への積層方法としては、特に限定されず、例えば金属の蒸着、カーボン導電インクの印刷、銀ペーストの塗布乾燥等が挙げられる。
　電極８、９は、平面視で複数の領域に分割して形成され、実効的に第１振動検出素子３を複数の圧電素子として機能させるものであってもよい。
＜第２振動検出素子＞
　第２振動検出素子４は、シート状の圧電体１０及びこの圧電体１０の表裏に積層される一対の電極１１、１２を有する。
　第２振動検出素子４における圧電体１０及び電極１１、１２は、第１振動検出素子３における圧電体７及び電極８、９と同様の構成とすることができる。また、第２振動検出素子４の圧電体１０は、第１振動検出素子３の圧電体７と一体であってもよい。また、第２振動検出素子４は、第１振動検出素子３と面積が異なり、検出感度が異なるものであってもよい。ノイズを優先的に検出したい場合には、第２振動検出素子４の面積を第１振動検出素子３の面積よりも大きくしてもよい。
＜ベースフィルム＞
　ベースフィルム５は、第１振動検出素子３及び第２振動検出素子４を保護するために設けられる。また、ベースフィルム５は、フィルムであるが故に可撓性を有している。
　このベースフィルム５は、第１振動検出素子３及び第２振動検出素子４の平面視外側で可撓性を有するカバーフィルム６に接着されることにより、カバーフィルム６と共に第１振動検出素子３及び第２振動検出素子４を挟み込んで保持する。したがって、この生体振動センサー１は、人の腕等の曲面に対しても容易に装着されうる。この生体振動センサー１では、第１振動検出素子３と第２振動検出素子４とが、互いに離間した状態で両フィルム５、６間に設置されている。この離間距離の下限としては、１ｍｍが好ましく、３ｍｍがより好ましい。一方、離間距離の上限としては、２０ｍｍが好ましく、１０ｍｍがより好ましい。離間距離が前記下限に満たない場合、第１振動検出素子３と第２検出素子４の間隔が狭くなるために、第１振動検出素子３と第２検出素子４との間での可撓性が低下し、人の腕等の曲面に沿って密着しにくくなるおそれがある。逆に、離間距離が前記上限を超える場合、第１振動検出素子３と第２検出素子４とが大きく離れるために、ノイズ成分を除去する効果が低下するおそれがある。
　ベースフィルム５の材質としては、例えばポリオレフィン、ポリエステル、ポリアミド等の樹脂を挙げることができ、中でも成形が容易な熱可塑性樹脂が好ましく、カバーフィルム６と溶着可能な樹脂が特に好ましい。つまり、ベースフィルム５とカバーフィルム６とは、例えば熱圧着、超音波溶接等により、第１振動検出素子３及び第２振動検出素子４の平面視外側で互いに接着されてもよい。
　ベースフィルム５の平均厚さの下限としては、２０μｍが好ましく、３０μｍがより好ましい。一方、ベースフィルム５の平均厚さの上限としては、３００μｍが好ましく、１５０μｍがより好ましい。ベースフィルム５の平均厚さが前記下限に満たない場合、強度不足により第１振動検出素子３及び第２振動検出素子４を十分に保護できないおそれがある。逆に、ベースフィルム５の平均厚さが前記上限を超える場合、第１振動検出素子３及び第２振動検出素子４への振動伝達が阻害されるおそれがある。
＜カバーフィルム＞
　カバーフィルム６は、第１振動検出素子３及び第２振動検出素子４を保護するために設けられる。また、カバーフィルム６は、フィルムであるが故に可撓性を有している。
　カバーフィルム６の材質としては、例えばポリオレフィン、ポリエステル、ポリアミド等の樹脂を挙げることができ、中でも成形及びベースフィルム５との接着が容易な熱可塑性樹脂が好ましい。
　カバーフィルム６の平均厚さの下限としては、２０μｍが好ましく、３０μｍがより好ましい。一方、カバーフィルム６の平均厚さの上限としては、１．０ｍｍが好ましく、０．５ｍｍがより好ましい。カバーフィルム６の平均厚さが前記下限に満たない場合、強度が不十分となるおそれがある。逆に、カバーフィルム６の平均厚さが前記上限を超える場合、当該生体振動センサーが不必要に大きくなることで被験者に不快感を与えやすくなるおそれがある。
〔演算部〕
　演算部２は、第１振動検出素子３の検出信号から、第２振動検出素子４の検出信号を用いてノイズ成分を除去するよう構成される。
　具体的には、演算部２は、第１振動検出素子３の検出信号を増幅する生体振動増幅器１３と、この生体振動信号増幅器１３により増幅された信号をディジタル信号に変換する生体振動ＡＤ変換器１４と、第２振動検出素子４の検出信号を増幅するノイズ増幅器１５と、このノイズ信号増幅器１５により増幅された信号をディジタル信号に変換するノイズＡＤ変換器１６と、生体振動ＡＤ変換器１４及びノイズＡＤ変換器１６の出力信号が入力され、生体振動ＡＤ変換器１４の出力値からノイズＡＤ変換器１６の出力値を減じた値を算出するマイクロプロセッサー（演算装置）１７とを有する構成とすることができる。
　演算部２は、上述の演算プログラムを記憶するＲＯＭ（読み出し専用半導体メモリ）や、入力信号データや演算結果データを記憶するＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）を有してもよい。
［生体振動検出方法］
　図３に、本発明の別の実施形態に係る生体振動検出方法の手順を示す。本実施形態に係る生体振動検出方法は、図１の生体振動センサー１及び演算部２を備える生体振動検出システムを用いて行うことができる。
　具体的には、本発明の実施形態に係る生体振動検出方法は、シート状の圧電体７及びこの圧電体７の表裏に積層される一対の電極８、９を有する第１振動検出素子３を生体振動発生部位の表面に配置する工程（ステップＳ１：第１振動検出素子配置工程）と、シート状の圧電体１０及びこの圧電体１０の表裏に積層される一対の電極１１、１２を有する第２振動検出素子４を第１振動検出素子の配置位置と異なる位置に配置する工程（ステップＳ２：第２振動検出素子配置工程）と、第１振動検出素子３の検出信号から、第２振動検出素子４の検出信号を用いてノイズ成分を除去する工程（ステップＳ３：演算工程）とを備える。
　図１の生体振動検出システムを用いる場合、ステップＳ１の第１振動検出素子配置工程とステップＳ２の第２振動検出素子配置工程とは同時に行うことができる。ステップＳ１の第１振動検出素子配置工程では、生体内部の振動が第１振動検出素子３に確実に伝導するよう、例えばサポーター、粘着テープ等を用いて第１振動検出素子３を生体表面の生体振動発生部位に押圧することが好ましい。
　図１の生体振動検出システムを粘着テープを用いて生体表面に配設する場合、粘着テープの基材が伸縮性を有することが好ましい。粘着テープの基材の具体例としては、例えばウレタン不織布、塩化ビニールシート、伸縮布、スポンジシート等を挙げることができる。また、粘着テープの接着剤としては、例えばアクリル系粘着剤等、皮膚に直接貼着しても皮膚の炎症等を招来しにくい材質のものを使用することが好ましい。また、図１の生体振動検出システムは、予め粘着テープに貼着され、生体振動検出システムからはみ出した粘着テープの接着面が離型シートで覆われた状態で提供されてもよい。
　ステップＳ３の演算工程は、図１の生体振動検出システムの演算部２によって行うことができる。
［第二実施形態］
　図４に、本発明の別の実施形態に係る生体振動センサー１ａの構成を示す。当該生体振動センサーは、図２の生体振動センサー１に替えて図１の検出システムに用いることができる。
　本実施形態の生体振動センサー１ａは、生体振動発生部位の表面に配置されるシート状の第１振動検出素子３と、この第１振動検出素子３の生体振動発生部位に対向する側（裏面側）と反対側（表面側）に積層される緩衝材１８と、この緩衝材１８を介して第１振動検出素子３に積層される第２振動検出素子４とを備える。また、本実施形態の生体振動センサー１ａは、第１振動検出素子３の裏面を被覆するベースフィルム５ａと、第２振動検出素子４の表面を被覆するカバーフィルム６ａとをさらに備える。
　図４の生体振動センサー１ａにおける第１振動検出素子３及び第２振動検出素子４の構成は、その配置を除いて、図２の生体振動センサー１における第１振動検出素子３及び第２振動検出素子４の構成と同様とすることができる。両振動検出素子３、４は、緩衝材１８を介して互いにその面に垂直な方向に離間している。したがって、第１振動検出素子３が生体振動発生部位の表面に配置された際、第２振動検出素子４は第１振動検出素子の配置位置とは異なる位置に配置されたことになる。
＜緩衝材＞
　緩衝材１８は、第１振動検出素子３と第２振動検出素子４との間での振動の伝導を防止する部材である。つまり、緩衝材１８は、第１振動検出素子３を通して生体振動が第２振動検出素子４に伝達されることを防止する。緩衝材１８は可撓性を有している。
　緩衝材１８の材質としては、発泡樹脂が好適に用いられる。緩衝材１８に用いられる発泡樹脂としては、発泡ポリウレタン、発泡ポリスチレン、発泡ポリエチレン、発泡ポリプロピレン等を用いることができる。
　緩衝材１８と第１振動検出素子３及び第２振動検出素子４とは、特に限定されないが、例えば接着剤等を用いて積層することができる。
　材質にもよるが、緩衝材１８の平均厚さの下限としては、０．２ｍｍが好ましく、０．３ｍｍがより好ましい。一方、緩衝材１８の平均厚さの上限としては、３ｍｍが好ましく、２ｍｍがより好ましい。緩衝材１８の平均厚さが前記下限に満たない場合、第２振動検出素子４への生体振動の伝導を十分に防止できないおそれがある。逆に、緩衝材１８の平均厚さが前記上限を超える場合、当該生体振動センサーが不必要に大きくなることで被験者に不快感を与えやすくなるおそれがある。
＜ベースフィルム及びカバーフィルム＞
　図４の生体振動センサー１ａにおけるベースフィルム５ａ及びカバーフィルム６ａは、平面視で第１振動検出素子３及び第２振動検出素子４から延出しておらず、互いに接着される代わりに第１振動検出素子３及び第２振動検出素子４に接着されている。
　図４の生体振動センサー１ａにおけるベースフィルム５ａ及びカバーフィルム６ａの材質及び厚さは、図２の生体振動センサー１におけるベースフィルム５及びカバーフィルム６の材質及び厚さと同様とすることができる。
　本実施形態の生体振動センサー１ａは、第１振動検出素子３に伝播する振動中のノイズ成分が主に空気を伝わる音波振動である場合に使用することで、効果的にノイズ成分を除去してＳ／Ｎ比が大きい測定信号を得ることができる。
［第三実施形態］
　図５に、本発明の別の実施形態に係る生体振動センサー１ｂの構成を示す。当該生体振動センサーは、図２の生体振動センサー１に替えて図１の検出システムに用いることができる。
　本実施形態の生体振動センサー１ｂは、生体振動発生部位の表面に配置される第１振動検出素子（振動検出素子）３ｂと、第１振動検出素子の配置位置と異なる位置に配置される第２振動検出素子４とを備える。本実施形態の生体振動センサー１ｂは、第１振動検出素子３ｂ及び第２振動検出素子４の裏面を被覆するベースフィルム５と、第２振動検出素子４の表面を被覆するカバーフィルム６ｂとをさらに備える。
　図５の生体振動センサー１ｂにおける第２振動検出素子４及びベースフィルム５の構成は、図２の生体振動センサー１における第２振動検出素子４及びベースフィルム５の構成と同様とすることができる。
＜第１振動検出素子＞
　第１振動検出素子３ｂは、それ自体が本発明の別の実施形態に係る振動検出素子である。第１振動検出素子３ｂは、それぞれ圧電体７ｂ及びこの圧電体７ｂの表裏に積層される一対の電極８ｂ、９ｂを有する複数の検出体１９を備え、各検出体１９が生体表面に直立するよう配置されている。また、本実施形態の第１振動検出素子３ｂは、複数の検出体１９を間隔を空けて覆うドーム状の遮音ケース２０をさらに有する。遮音ケース２０の形状はドーム状には限定されない。
　図６に示すように、本実施形態の第１振動検出素子３ｂにおいて、検出体１９は、直立して配設できるよう、それぞれ幅が比較的小さい帯状に形成されており、複数の検出体１９を互いに平行に間隔を空けて並べて配設することで、検出体１９の総面積を大きくし、検出感度を確保している。
　本実施形態の第１振動検出素子３ｂは、生体表面からベースフィルム５を介して入射する振動を主に検出し、周囲の空気を伝播する音波振動を遮音ケース２０が遮断するので、空気振動ノイズに対する検出感度が小さい。このため、本実施形態の第１振動検出素子３ｂは、比較的Ｓ／Ｎ比が大きい生体振動の測定信号が得られる。
　図５の生体振動センサー１ｂにおける第１振動検出素子３ｂの圧電体７ｂ及び電極８ｂ、９ｂの材質及び厚さ等の構成は、上述の全体形状を除いて、図２の生体振動センサー１における第１振動検出素子３の圧電体７及び電極８、９の材質及び厚さ等の構成と同様とすることができる。
　圧電体７ｂ及び電極８ｂ、９ｂを積層してなる検出体１９の面方向（ベースフィルム５の厚さ方向）の平均高さの下限としては、２ｍｍが好ましく、３ｍｍがより好ましい。一方、検出体１９の面方向の平均高さの上限としては、１０ｍｍが好ましく、８ｍｍがより好ましい。検出体１９の面方向の平均高さが前記下限に満たない場合、圧電体７ｂ内を面方向に振動する振動を電気信号に変換する効率が小さくなることで検出感度が不十分となるおそれがある。逆に、検出体１９の面方向の平均高さが前記上限を超える場合、検出体１９を生体表面に直立して配設することが困難となるおそれや、第１振動検出素子３ｂが不必要に大きくなることで被験者に不快感を与えやすくなるおそれがある。
　検出体１９の合計長さは、生体振動発生部位の面積及び要求される検出感度に応じて選択することができる。つまり、第１振動検出素子３ｂは、各検出体１９の長さ又は検出体１９の数を大きくすることで設置面積は大きくなるが、検出感度が増大する。
　遮音ケース２０は、周囲の空気を伝播する音波振動の圧電体７ｂ及び電極８ｂ、９ｂの積層体への入射を低減する。遮音ケース２０の材質としては、樹脂が好ましく、発泡樹脂を用いてもよい。
　遮音ケース２０は、外縁部がベースフィルム５に接着されることが好ましい。
＜カバーフィルム＞
　カバーフィルム６ｂは、第２振動検出素子４のみを覆い、第２振動検出素子４の平面視外側でベースフィルム５に接着されている。
　図５の生体振動センサー１ｂにおけるカバーフィルム６ｂの材質及び厚さは、図２の生体振動センサー１におけるカバーフィルム６の材質及び厚さと同様とすることができる。
［その他の実施形態］
　前記実施形態は、本発明の構成を限定するものではない。従って、前記実施形態は、本明細書の記載及び技術常識に基づいて前記実施形態各部の構成要素の省略、置換又は追加が可能であり、それらは全て本発明の範囲に属するものと解釈されるべきである。
　本発明に係る生体振動センサーにおいて、ベースフィルム及びカバーフィルムは省略することができる。特に、生体振動センサーが生体表面に固定するための粘着テープを予め貼着した状態で提供される場合、粘着テープにより第１振動検出素子の表面側が保護されるので、カバーフィルムを省略することが好ましい。
　本発明に係る生体振動センサーにおいて、第１振動検出素子と第２振動検出素子とが分離されていてもよい。なお、第１振動検出素子又は第２振動検出素子を人体へ装着する際に、ベースフィルム自体に人体に対する接合機能を付与してもよい。具体的には、ベースフィルムの人体へ密着をする面に粘着剤を配設すればよい。粘着剤がベースフィルムの全面又は大部分を覆ってしまうと人体からの振動の伝達率が低下することになるので、当該粘着剤はベースフィルムに対して離散的に、具体的には複数のライン状、複数の点状等に配置するとよい。この粘着剤によって人体とベースフィルムの間に空間が発生してもよい。例として、粘着剤をベースフィルムに対して環状に配設することで人体とベースフィルムの間に閉空間を形成するようにしてもよい。人体とベースフィルムとの間隔を正確に保ちたい場合には粘着剤と併せてスペーサを配置してもよい。また、粘着剤が配設されない領域には、人体からの振動の伝播効率が高くなるように当該粘着剤よりも剛性の高い材料を配置してもよい。このようにベースフィルムの人体へ密着する側に粘着剤を配設することで、別に固定手段がなくても人体へ装着可能な生体振動センサーにすることができる。
　本発明に係る生体振動センサーにおいて、検出しようとする生体振動によっては、第１振動検出素子として圧電体を生体表面に直立するよう配置した振動検出素子や圧電体の配置がさらに異なる振動検出素子を用いてもよく、圧電体が直立した第１振動検出素子と組み合わされる第２振動検出素子として、圧電体を生体表面に平行に配置した振動検出素子や圧電体の配置がさらに異なる振動検出素子を用いてもよい。
　本発明に係る生体振動検出システムにおいて、演算部は、生体振動検出素子及び第２振動検出素子の検出信号をアナログ信号のまま処理するアナログ回路であってもよい。このようなアナログ回路としては、例えばオペアンプを用いて第１振動検出素子の検出信号と第２振動検出素子の検出信号との差分を出力するアナログ減算回路（作動増幅回路）を挙げることができる。
　本発明に係る振動検出素子は、圧電体及び一対の電極の積層体を複数並べて生体表面に直立するよう配設したものであってもよい。また、圧電体及び電極の積層体間及び表面側空間に遮音性を有する例えば発泡樹脂、綿状体等の材料を充填してもよい。また、圧電体及び電極の積層体間及び表面側空間に発泡樹脂等を充填することで遮音ケースやベースフィルムを省略してもよい。
　また、本発明に係る振動検出素子は、遮音ケースを省略することで、周囲の空気を伝播する振動を主に検出する素子として使用してもよい。この場合、振動を効率よく伝達できる材料を圧電体及び電極の積層体間及び表面側空間に充填してもよい。
　本発明に係る生体振動センサーは、人や動物の体内で発生する様々な振動を測定するために利用することができる。
１、１ａ、１ｂ　生体振動センサー
２　演算部
３、３ｂ　第１振動検出素子
４　第２振動検出素子
５、５ａ　ベースフィルム
６、６ａ、６ｂ　カバーフィルム
７、７ｂ、１０　圧電体
８、８ｂ、９、９ｂ、１１、１２　電極
１３　生体振動増幅器
１４　生体振動ＡＤ変換器
１５　ノイズ増幅器
１６　ノイズＡＤ変換器
１７　マイクロプロセッサー
１８　緩衝材
１９　検出体
２０　遮音ケース

Claims (7)

  1. 　シート状の圧電体及びこの圧電体の表裏に積層される一対の電極を有し、生体振動発生部位の表面に配置される第１振動検出素子と、
    　シート状の圧電体及びこの圧電体の表裏に積層される一対の電極を有し、前記第１振動検出素子の配置位置と異なる位置に配置される第２振動検出素子と
    　を備える生体振動センサー。
  2. 　前記第１振動検出素子及び第２振動検出素子が、可撓性を有する部材によって平面方向に接続されている請求項１に記載の生体振動センサー。
  3. 　前記第１振動検出素子の生体に接触する側と反対側に、可撓性を有する緩衝材を介して前記第２振動検出素子が積層されている請求項１に記載の生体振動センサー。
  4. 　前記第１振動検出素子又は前記第２振動検出素子が、圧電体を生体表面に直立するよう配置する請求項１、請求項２又は請求項３に記載の生体振動センサー。
  5. 　請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の生体振動センサーと、
    　前記第１振動検出素子の検出信号から、前記第２振動検出素子の検出信号を用いてノイズ成分を除去する演算部と
    　を備える生体振動検出システム。
  6. 　シート状の圧電体及びこの圧電体の表裏に積層される一対の電極を有する第１振動検出素子を生体振動発生部位の表面に配置する工程と、
    　シート状の圧電体及びこの圧電体の表裏に積層される一対の電極を有する第２振動検出素子を前記第１振動検出素子の配置位置と異なる位置に配置する工程と、
    　前記第１振動検出素子の検出信号から、前記第２振動検出素子の検出信号を用いてノイズ成分を除去する工程と
    　を備える生体振動検出方法。
  7. 　生体表面に配置されて振動を検出する振動検出素子であって、
    　シート状の圧電体及びこの圧電体の表裏に積層される一対の電極とを有し、
    　前記圧電体の面が生体表面に直立するよう構成されることを特徴とする振動検出素子。
     
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