JP2010227334A - 検出器および測定システム - Google Patents

Abstract

【課題】被測定体に不自由を感じさせることなく、被測定体の脈に関する情報を得られるようにする。
【解決手段】シート状で可撓性を有する検出器１は、センサー１１が動脈に対向するようにして生体１００に貼り付けられる。測定装置２から電磁波が出力されると、検出器１は相互誘導により生じる電流を整流して電力を得る。そして、センサー１１が動脈からの力を受けて脈波を示す信号を出力すると、測定装置２から出力された電磁波を、センサー１１から出力されるた信号で振幅変調した反射波が検出器１から出力される。測定装置２は、この反射波を受信して復調し、脈波の波形を求め、求めた波形を示す画像を表示部２６に表示する。
【選択図】図１

Description

本発明は、生体の脈に関する情報を得る技術に関する。

人体の脈に関する情報を得る装置として、特許文献１や特許文献２に開示された装置がある。
特許文献１に開示されているセンサーは、一対の導電布の間にシート状の誘電体を挟んだ構成であり、人体の拍動により力を受けて導電布間の距離が変化すると、導電布間の静電容量が変化する。静電容量の変化は人体の拍動に応じたものとなるため、特許文献１に開示された計測装置は、この静電容量の変化を検出して心拍数を求めている。
また、特許文献２に開示されているセンサーは、距離をおいて配置された一対の電極を備えた構成となっている。このセンサーを人体に押しつけると、動脈内の圧力変動に伴ってセンサーが力を受け、電極間の距離が変動してセンサーにおける静電容量が変化する。静電容量の変化は人体の動脈内の圧力の変動に応じたものとなるため、この静電容量の変化を検知して動脈内の圧変動を測定している。

特開２００５−３１５８３１号公報 特開２００７−３１０２３２号公報

ところで、特許文献１，２に開示された発明においては、人体に接するセンサーと、センサーからの信号を処理する測定装置とをケーブルで接続し、接続された測定装置で測定が行われる。このように、センサーと測定装置とが有線で接続されている場合、ケーブルの長さには限りがあるため、測定の際には被測定者は自由な姿勢をとりづらく、不自由を感じることがある。

本発明は、上述した背景の下になされたものであり、その目的は、生体に不自由を感じさせることなく、生体の脈に関する情報を得られるようにすることにある。

本発明に係る検出器は、可撓性を有するシート状の基板と、前記基板に形成されたアンテナと、前記基板に形成され、生体の動脈から伝わる力を受けると受けた力を信号に変換し前記信号を出力するセンサーと、前記基板に形成され、前記アンテナで受信される電磁波を前記センサーから出力された信号で変調し、変調された電磁波を前記アンテナから出力させる変調部とを有することを特徴とする。
本発明によれば、シート状の基板を生体に沿って撓ませて生体に取り付けることができ、生体の脈に応じた信号がセンサーから出力され、出力された信号で変調された電磁波が出力され、無線で生体の脈に関する情報が出力されるので、生体に不自由を感じさせることなく、生体の脈に関する情報を得られる。

本発明において、前記基板に形成された前記センサーの周囲には、前記基板を貫通した少なくとも２つの孔であって、指を当てた際に当該指が当てられた側と反対側へ当該指が露出する位置決め孔が設けられていてもよい。
この構成によれば、センサーを動脈からの力を受ける位置に容易に位置させることができる。
また、本発明において、前記基板には、前記位置決め孔より小さい複数の孔が設けられていてもよい。
この構成によれば、生体からの熱や水分が孔を通り抜けるので、生体に不快感を与えることがない。

本発明に係る測定システムは、可撓性を有するシート状の基板と、前記基板に形成された第１アンテナと、前記基板に形成され、生体の動脈からの力を受けると受けた力を信号に変換し前記信号を出力するセンサーと、前記基板に形成され、前記第１アンテナで受信される電磁波を前記センサーから出力された信号で変調し、変調された電磁波を前記第１アンテナから出力させる変調部とを有する検出器と、電磁波の送信および受信を行う第２アンテナと、前記第２アンテナから電磁波を出力させ、前記第１アンテナから出力されて前記第２アンテナで受信された電磁波により前記第２アンテナに流れる信号を復調し、復調により得られた信号を出力する通信部と、前記通信部での復調により得られた信号に基づいて、前記生体の脈に関する情報を求める解析部と、を有する測定装置を備えることを特徴とする。
本発明によれば、シート状の基板を生体に沿って撓ませて生体に取り付けることができ、生体の脈に応じた信号がセンサーから出力され、出力された信号で変調された電磁波が出力され、無線で生体の脈に関する情報が出力されるので、生体に不自由を感じさせることなく、生体の脈に関する情報を得られる。

本発明の一実施形態に係る装置の模式図。 検出器１と測定装置２のハードウェア構成を示したブロック図。 センサー１１の構成を示した図。 本発明の変形例に係る検出器１を示した図。 本発明の変形例に係る検出器１を示した図。

［実施形態］
（全体構成）
図１は、本発明の実施形態に係る測定システムの検出器１と測定装置２の外観の模式図である。また、図２は、検出器１と測定装置２のハードウェア構成を示したブロック図である。
シート状で可撓性を有する検出器１は、生体１００の脈波を検知する装置である。検出器１は、生体１００の皮膚に沿って撓められて貼り付けられ、検知した脈波を示す信号を送信する。測定装置２は、生体の脈波を測定する装置である。測定装置２は、検出器１から出力される信号を受信し、受信した信号から生体の脈波の波形を求める。また測定装置２は、求めた脈波を示すデータを生成して記憶し、求めた脈波を表示する。
なお、本実施形態においては、検出器１は、電磁誘導方式を採用したＲＦＩＤ（Radio Frequency IDentification）のシステムにおけるタグと同じ機能を有しており、測定装置２は、ＲＦＩＤの技術を用いたシステムにおけるリーダーの機能を有している。検出器１と測定装置２は、測定装置２から出力される電磁波を利用して信号の授受を行う。

（検出器１の構成）
検出器１は、可撓性を有するシート状の合成樹脂の基板３にフォトリソグラフィーによって、制御部１０、センサー１１、アンテナ１２、整流回路１３、通信部１４が形成されている。このため、制御部１０、センサー１１、アンテナ１２、整流回路１３、通信部１４も、基板３が撓むと基板３と共に撓むこととなる。

センサー１１は、生体１００の脈波を検知するセンサーである。具体的には、図３に示したようにセンサー１１は、長方形で可撓性と導電性を有する第１電極１１Ａおよび第２電極１１Ｂとを有しており、第１電極１１Ａと第２電極１１Ｂは、予め定められた距離ｄをおいて対向し、第１電極１１Ａと第２電極１１Ｂは制御部１０に接続されている。
このセンサー１１を有する検出器１が生体１００に貼り付けられると、動脈１１０内の圧力変動によって皮膚からセンサー１１に力が加わり、この力によってセンサー１１が撓んで第１電極１１Ａと第２電極１１Ｂとの間の距離が変化する。第１電極１１Ａに一定の電圧の信号が供給されている状態において、距離ｄの変化に伴ってセンサー１１における静電容量が変化すると、第２電極１１Ｂからは静電容量の変化に応じた信号が出力される。ここで、静電容量の変化は、動脈内の圧力変動に応じたもの、即ち脈波に対応したものとなるため、センサー１１から出力される信号は脈波を表す信号となる。
なお、検出器１においてセンサー１１の長手方向の両端部の近くには、センサー１１から予め定められた距離をおいて、シート状の検出器１の表面から裏面に貫通する２つの位置決め孔１５が設けられている。

アンテナ１２は、測定装置２との通信に使用される使用されるアンテナであり、平面状のコイルである。
整流回路１３は、アンテナ１２で受信された電磁波によってアンテナ１２に流れる電流を整流し、検出器１を駆動する電力を得る回路である。検出器１は、この整流回路１３により得られた電力で駆動される。
制御部１０は、センサー１１と通信部１４に接続されている。制御部１０は、整流回路１３から電力が供給されると予め定められた一定の電圧の信号を第１電極１１Ａへ供給する。また、制御部１０は、センサー１１から出力された信号を通信部１４に供給する。
通信部１４は、センサー１１から出力される信号に応じて振幅変調がされた電磁波をアンテナ１２から出力させる回路（変調部）である。通信部１４においては、制御部１０から出力される信号に応じて通信部１４内部のインピーダンスが変化させられる。これにより、アンテナ１２の受信した電磁波を振幅変調した反射波がアンテナ１２から出力される。

（測定装置２の構成）
測定装置２は、制御部２０、アンテナ２２、通信部２４、記憶部２５、表示部２６、操作部２７を有している。
アンテナ２２は、測定装置２との通信に使用されるアンテナであり、平面状のコイルである。
通信部２４は、検出器１との通信に使用される電磁波をアンテナ２２から出力するため、予め定められた周波数と振幅の交流の信号をアンテナ２２に供給する。また、通信部２４は、アンテナ１２から出力されてアンテナ２２で受信された反射波を復調する回路を有しており、復調により得られた信号を制御部２０に供給する。
表示部２６は、画像を表示する表示デバイス（例えば、液晶ディスプレイや有機ＥＬ（Electro-Luminescence）ディスプレイ）を有しており、制御部２０の制御の下、脈波を表す画像や、測定装置２を操作するための画面および文字列などを表示する。

記憶部２５は、不揮発性メモリーを有しており、制御部２０の制御の下、制御部２０が生成したデータを記憶する。
制御部２０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）２０Ａ、ＲＯＭ（Read Only Memory）２０Ｂ，ＲＡＭ（Random Access Memory）２０Ｃなどを備えた所謂マイクロコンピューターである。制御部２０が、ＲＯＭ２０Ｂに記憶されているプログラムを実行すると、通信部２４において復調された信号を解析して生体の脈波を求め、求めた脈波を示す画像を表示部２６に表示する機能や、求めた脈波を示すデータを生成し、生成したデータを記憶部２５に記憶させる機能が実現する。
操作部２７は、測定装置２を操作するための操作子を複数有しており、制御部２０に接続されている。操作子がユーザーによって操作されると、操作された操作子を示す信号が制御部２０へ供給される。制御部２０は、この信号をもとに操作者の行った操作や操作者からの指示を特定し、各部を制御する。

（実施形態の動作）
以下、本実施形態の動作について説明する。
まず、生体１００の脈波を測定する場合、脈を測定される被測定者に検出器１が貼り付けられる。ここで、測定装置２を操作する測定者は、検出器１の２つの位置決め孔１５に指を押しつけ、位置決め孔１５を通って反対側に露出した指で生体１００に触れて被測定者の動脈を探す。位置決め孔１５を通った指が共に動脈に触れて２つの指が脈を感じると、測定者は粘着性を有するテープで検出器１を被測定者に固定する。
ここで、２つの位置決め孔１５は、センサー１１の長手方向の延長線上にあるため、２つの指が脈を感じた位置で検出器１を固定すると、図１に示したようにセンサー１１が動脈に沿って固定され、動脈からの力を受ける位置へ容易にセンサー１１を配置できる。つまり位置決め孔１５は検出器１の位置決めに使用される。なお、本実施形態においては、２つの位置決め孔１５は、センサー１１の長手方向の延長線上にあるが、センサー１１の短手方向の延長線上にあってもよい。

次に、測定者が測定装置２を検出器１に近づけ、脈波の測定の開始を指示する操作を操作部２７において行うと、制御部２０は、予め定められた周波数と振幅の交流信号が通信部２４からアンテナ２２に供給されるように通信部２４を制御する。そして、通信部２４から交流信号がアンテナ２２に供給されると、アンテナ２２に交流信号が流れたことによって生じる電磁波が検出器１のアンテナ１２に到達する。

検出器１においては、アンテナ２２からの電磁波によって相互誘導によりアンテナ１２に電流が流れる。この電流は、整流回路１３によって整流され、検出器１を駆動する電力が整流回路１３から検出器１の各部へ供給される。制御部１０は、整流回路１３から電力が供給されると、予め定められた一定の電圧の信号を第１電極１１Ａへ供給する。

ここで、被測定者の心臓の拍動により動脈内の圧力が変化すると、圧力の変化に応じた力が被測定者の皮膚からセンサー１１に加わり、センサー１１が変形して第１電極１１Ａと第２電極１１Ｂとの距離ｄが変化する。そして、距離ｄの変化に伴ってセンサー１１における静電容量が変化すると、第２電極１１Ｂからは静電容量の変化に応じた信号が出力される。なお、ここで第２電極１１Ｂから出力される信号は、上述したように脈波を表す信号となる。

この第２電極１１Ｂからの信号を制御部１０が受け取ると、制御部１０は、受け取った信号を通信部１４へ供給する。すると、アンテナ２２からの電磁波をセンサー１１から出力された信号（脈波を表す信号）で振幅変調した反射波がアンテナ１２から出力される。

この反射波がアンテナ２２にて受信されると、アンテナ２２で受信された反射波によりアンテナ２２に信号が流れ、信号が通信部２４に供給される。この信号が通信部２４に供給されると、通信部２４は、供給された信号を復調する。復調前の信号は、脈波を表す信号に応じて変調されたものであるため、ここで復調により得られる信号は、脈波を表す信号となる。

そして、この復調により得られた信号が制御部２０に供給されると、制御部２０は、供給された信号を解析し、この信号に基づいて、この信号の波形、即ち脈波の波形を示す画像を生成し、この波形の画像が表示部２６に表示されるように表示部２６を制御する。すると、図１に示したように表示部２６に被測定者の脈波の波形が表示され、測定者は、被測定者の脈波を観測することができる。つまり、ここで制御部２０は、復調により得られた信号を解析して脈波の波形を求める解析部として機能している。
なお、制御部２０は、通信部２４から供給された信号をデジタル信号に変換し、変換後のデジタル信号を記憶部２５に記憶させる。

次に、脈波の測定の終了を指示する操作が操作部２７において行われると、制御部２０は、通信部２４を制御し、通信部２４からアンテナ２２への交流信号の出力を停止させる。すると、アンテナ１２においては、アンテナ２２からの電磁波が到達しなくなり、整流回路１３から検出器１の各部への電力供給が停止する。また、制御部２０は、記憶部２５へのデジタル信号の記憶を停止する。

ここで、記憶部２５には、被測定者の脈波を表すデジタル信号が記憶されている。このデジタル信号の示す脈波の波形の表示を指示する操作が操作部２７において行われると、制御部２０は、記憶部２５に記憶されているデジタル信号を読み出す。そして、読み出したデジタル信号が表す脈波の波形の画像を生成し、この波形の画像が表示部２６に表示されるように表示部２６を制御する。このように、測定装置２は、検出器１で脈波を検知させながら脈波を表示するだけでなく、脈波を示すデータを記憶し、記憶したデータに基づいて脈波を表示することもできる。

［変形例］
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されることなく、他の様々な形態で実施可能である。例えば、上述の実施形態を以下のように変形して本発明を実施してもよく、各変形例を組み合わせて実施してもよい。

上述した実施形態においては、検出器１は測定装置２からの電磁波を用いて電力を得るパッシブタイプであるが、検出器１に電池を設け、電池から電力を供給するアクティブタイプであってもよい。
また、上述した実施形態では、検出器１と測定装置２との間の通信は電磁誘導方式となっているが、検出器１と測定装置２との間の通信は電磁誘導方式に限定されるものではなく、電磁結合方式などＲＦＩＤの技術において用いられる他の方式であってもよい。

上述した実施形態においては、検出器１は一箇所にのみ貼り付けられているが、複数の検出器１を生体１００の複数の位置（両手首、両足首、首など）に貼り付け、各々に測定装置２を近づけて検出器１からの信号を受信してもよい。
また、複数の検出器１の各々に識別子を記憶させ、識別子と脈波を示す信号を検出器１が出力するようにしてもよい。

上述した実施形態では、粘着性を有するテープで検出器１を生体１００に貼り付けているが、検出器１は、図４に示したようにベルト１６で生体１００に固定するようにしてもよい。
上述した実施形態では、第１電極１１Ａおよび第２電極１１Ｂの形状は矩形となっているが、第１電極１１Ａおよび第２電極１１Ｂの形状は矩形に限定されるものではなく、多角形や楕円形、円形など他の形状であってもよい。

２つの位置決め孔１５に替えて、図５に示したようにセンサー１１の長手方向の延長線上で検出器１の両端部に目印１７を設けるようにしてもよい。この構成において測定者は、検出器１の目印の部分の横で被測定者の動脈を探し、指が動脈に触れて脈を感じた位置で検出器１を被測定者に固定すれば、図１に示したのと同様にセンサー１１が動脈に沿って固定され、動脈からの力を受ける位置へ容易にセンサー１１を配置できる。
また、検出器１においては、皮膚からの汗を蒸発させるため、位置決め孔１５以外にも位置決め孔１５より小さく指が反対側へ露出しない複数の孔を設けるようにしてもよい。

上述した実施形態においては、センサー１１は、静電容量の変化を用いて動脈内の圧力変動を検知するものであるが、センサー１１は静電容量の変化を用いる構成に限定されるものではなく、力を受け、受けた力に応じた信号を出力するものであれば、他のセンサーであってもよい。
例えば、フォトリソグラフィーにより形成した抵抗の膜を歪みゲージとし、この歪みゲージを図３に示したセンサー１１に替えて用いるようにしてもよい。
この歪みゲージを有する検出器１が生体１００に貼り付けられると、動脈１１０内の圧力変動によって皮膚から歪みゲージに力が加わり、この力によって歪みゲージが変形して歪みゲージの抵抗値が変化する。歪みゲージに一定の電圧の信号が供給されている状態において、歪みゲージにおける抵抗値が変化すると、抵抗値の変化に応じた信号が歪みゲージから出力される。ここで、抵抗値の変化は、動脈内の圧力変動に応じたもの、即ち脈波に対応したものとなるため、歪みゲージから出力される信号は脈波を表す信号となる。
なお、歪みゲージを用いる場合にはブリッジ回路を用いるようしてもよい。この場合、より精度良く動脈内の圧力変動を検出することができる。

上述した実施形態では、測定装置２は脈波を求めて表示しているが、脈波から心拍数を求め、求めた心拍数を表示してもよい。つまり、測定装置２は、脈波を解析し、脈波の波形以外にも脈に関する情報を表示してもよい。

１・・・検出器、２・・・測定装置、１０・・・制御部、１１・・・センサー、１１Ａ・・・第１電極、１１Ｂ・・・第２電極、１２・・・アンテナ、１３・・・整流回路、１４・・・通信部、１５・・・位置決め孔、１６・・・ベルト、１７・・・目印、２０・・・制御部、２０Ａ・・・ＣＰＵ、２０Ｂ・・・ＲＯＭ、２０Ｃ・・・ＲＡＭ、２２・・・アンテナ、２４・・・通信部、２５・・・記憶部、２６・・・表示部、２７・・・操作部

Claims (4)

1. 可撓性を有するシート状の基板と、
   前記基板に形成されたアンテナと、
   前記基板に形成され、生体の動脈から伝わる力を受けると受けた力を信号に変換し前記信号を出力するセンサーと、
   前記基板に形成され、前記アンテナで受信される電磁波を前記センサーから出力された信号で変調し、変調された電磁波を前記アンテナから出力させる変調部と
   を有する検出器。
2. 前記基板に形成された前記センサーの周囲には、前記基板を貫通した少なくとも２つの孔であって、指を当てた際に当該指が当てられた側と反対側へ当該指が露出する位置決め孔が設けられていること
   を特徴とする請求項１に記載の検出器。
3. 前記基板には、前記位置決め孔より小さい複数の孔が設けられていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載に検出器。
4. 可撓性を有するシート状の基板と、
   前記基板に形成された第１アンテナと、
   前記基板に形成され、生体の動脈からの力を受けると受けた力を信号に変換し前記信号を出力するセンサーと、
   前記基板に形成され、前記第１アンテナで受信される電磁波を前記センサーから出力された信号で変調し、変調された電磁波を前記第１アンテナから出力させる変調部と
   を有する検出器と、
   電磁波の送信および受信を行う第２アンテナと、
   前記第２アンテナから電磁波を出力させ、前記第１アンテナから出力されて前記第２アンテナで受信された電磁波により前記第２アンテナに流れる信号を復調し、復調により得られた信号を出力する通信部と、
   前記通信部での復調により得られた信号に基づいて、前記生体の脈に関する情報を求める解析部と
   を有する測定装置と、
   を備える測定システム。

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