JPH0524776B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、検出対象に取付けられた発磁体の変
位情報を検出する位置センサに関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

従来、発磁体たる永久磁石を検出対象に固定し
て、それに対して所定間隔を保つて設置した検出
部によつてその磁気的変位を検出することによつ
て位置を検出する位置検出装置（以下位置センサ
という）が提案されており、特に人体等の生体の
動きを検出するのに好適とされている。

しかしながら、検出対象たる生体等に固定した
永久磁石に対して検出部を浮かした状態、即ち、
絶対空間に設置することが好ましいが、完全に生
体と離れた状態で検出部を設置すると生体が不用
意な動きをした場合には永久磁石との対応がとれ
なくなり、検出精度を悪化させるという問題があ
り、発磁体や検出部の位置決めや取付けが困難と
なり実用的価値が低かつた。

〔発明の目的〕

本発明は前記事情に鑑みてなされたものであ
り、取付けが容易であり、検出対象が不用意な動
きをしても発磁体と検出部との間の対応関係を保
つことができ、検出精度を低下させることのない
位置センサを提供することを目的とするものであ
る。

〔発明の概要〕

前記目的を達成するために本発明は、１個もし
くは２個の高透磁率磁心に少なくとも２個のコイ
ルを巻いた等価２磁心もしくは２磁心から成る検
出部と、この検出部から得られる信号を処理する
検出回路と、検出対象に設置された発磁体とから
成る位置センサにおいて、前記検出対象に防振部
材を介して取付けられるものであつて、前記検出
部を前記発磁体に対して所定間隔を保つて位置決
めする位置決め部材と、前記発磁体を検出対象に
固定するための固定部材とを設けたことを特徴と
するものである。

〔発明の実施例〕

以下実施例により本発明を具体的に説明する。

第１図は本発明装置の一実施例概略図である。
この装置は検出対象たる生体８の表面に固定され
た発磁体たる永久磁石Ｍと、この永久磁石Ｍに対
して所定間隔を保つて設置された検出部１と、こ
の検出部１からの信号を処理して出力Eoutを出
力する検出回路２とを含んでいる。前記検出部１
は例えば40mm長の高透磁率磁心たるアモルフアス
ワイヤAF（組成Co₆₈Fe₄Si₁₃B₁₅原子％、110μｍ
径）の両端に２個のコイルH_1T，H_2Tを所要回数
Ｎを巻き付けて成り、前記永久磁石Ｍは例えば１
〜３mm径の円板状をなしており、10mm径の固定部
材たる合成樹脂円板７を介して接着剤等により生
体８の表面に固定されている。そして、前記検出
部１は、位置決め部材３，４，５，６を介して生
体８の表面に取付けられ、検出部先端が前記永久
磁石Ｍと所定間隔を保つ様に位置決めされてい
る。該位置決め部材は、前記検出部１を内部に固
定したガラス管３と、このガラス管３に対して防
振材たるゴム５を介して固定された椀型の合成樹
脂フレーム４及びこの合成樹脂フレーム４を生体
８の表面に固定する防振材たるゴム６とによつて
構成されている。

かかる構成であれば、永久磁石Ｍは合成樹脂板
７を介して生体８表面に固定されているから固定
が極めて容易であると共に、生体の動きに追随し
て動くのに対し、検出部１は２個の防振材５，６
を挿置した位置決め部材を介して生体８に連結さ
れているので生体の小さな動き（検出すべき動
き）はゴム５，６によつて吸収されてしまい伝達
されず、生体の大きな動き（不用意な動き）のみ
に追随して動くことになり、永久磁石の変位情報
を正確に検出できるものでありながら、生体の不
用意な動きによる永久磁石との間の対応関係を保
持できることになる。

これを第２図に示す実験データにより説明す
る。第２図は被測定対象たる人体に位置センサを
取付けて椅子に座つた状態で体を前後に揺らした
ときの測定データであり、同図ａは前記防振材６
（及び５）を介さずに設置した場合、同図ｂは防
振材を設けたものである。

尚、本発明は前記構成に限定されず、種々の変
形実施が可能である。

例えば前記検出部１は等価２磁心に限らず、２
本のアモルフアスワイヤを所定間隔を保つて直線
上に配置し、それぞれに前記コイルを巻回したも
の、即ち２磁心構成であつてもよい。

又、前記永久磁石や固定部材、あるいは位置決
め部材の形状は円形状に限らず角形状等であつて
もよい。

更に前記防振材５，６は、いずれか１個のみで
も良い。

次に前記装置を用いて生体たる人体の変位情報
を検出する場合の適用例について第３図以降に説
明する。尚、ここでは処理回路２の具体的構成と
してマルチバイブレータ回路とアクテイブフイル
タとを組合せたものについて示しているが、アク
テイブフイルタは必須の構成要件ではない。

第３図において１は前記検出部であり、その両
端から得られる信号は信号線l₁，l₂を介してそれ
ぞれトランジスタTr₁，Tr₂及び信号線l₃，l₄を介
してアクテイブフイルタACFへ入力されるよう
になつている。各トランジスタTr₁，Tr₂のベー
スには各信号線l₁，l₂に接続された転流回路（コ
ンデンサC_B、抵抗R_Bからなる）の出力がクロス
されて印加されるようになつている。また、信号
線l₃，l₄間には負荷抵抗R_L，R_Lが直列接続され、
これと並列に可変抵抗VRが接続され、この抵抗
VRと前記抵抗R_L，R_Lの接続点は共通接地されて
いる。なお、前記コイルH_1T，H_2Tとの間には電
源電圧Ｅが印加され、アクテイブフイルタACF
から出力Eoutが取り出せることとなる。即ち、
この回路は等価２磁心を用いたマルチバイブレー
タブリツジとして構成されている。尚、２磁心に
おける各磁心は回転磁化領域で動作するように選
ばれている。

また、前記アクテイブフイルタACFはフイル
タ特性の選択が可能で、例えば50Hz以上をカツ
ト、20Hz以上をカツト、20Hz以下をカツト、
DC〜20Hz帯域と20Hz〜50Hz帯域の双方を通過
等の各種モードが選択できる。

かかる構成の回路におけるコイルの近傍に微小
磁石Ｍを配置し、それをコイルH_2Tに対して移動
させたとき、その移動距離Ｘ（mm）と出力Eout
（mV）との関係は第４図のようになつた。同図
においてN₁〜N₃はコイルの巻数を変化させたも
のであり、N₁＝150（Turns）、N₂＝300（Turns）、
N₃＝450（Turns）を示し、コイルへの供給電流
Ｉ＝100（mA）としたものである。また、微小磁
石Ｍは３mm径高さ1.5mmのものを使用した。

同図から明らかなように、関数Ｎの増加と共に
検出感度が増大している。また、いずれの場合も
６mmの大きな変位迄直線性（非直線性＜１％FS）
を示し、磁石の変位を正確に検出することができ
る。

前記装置を用いて生体情報を検出した結果につ
いて説明する。

第５図は前記装置（以下センサーともいう）に
よる永久磁石Ｍの固定位置を示すものであり、人
体Ｐの心臓を含む周辺を縦方向６点（Ａ〜Ｆ）、
横方向６点（１〜６）のマトリクス状に分割して
36点に関する心変位情報を検出しようとするもの
である。尚、Ａ−３点が心基部に対応し、Ｆ−２
が心尖部に対応する。また、Ｅ−２点がみぞ落ち
に対応する。この場合前記各点全てに微小磁石を
取付けてもよいし、測定毎に単独の磁石を取付け
てもよい。

その結果を第６図に示す。このデータはアクテ
イブフイルタAFを５〜50Hz動作として得たもの
である。同図において、Ｂ−６点の波形が種々の
情報を含んでいるものと思われるので、この位置
の情報を基に種々の解析を行つたところ、第７図
の如き結果が得られた。

第７図ａは、本発明装置とは別に心電計を用意
し、Ｂ−６点の位置における心電図を得た波形で
あり、同図ｂは前記第４図におけるＢ−６点の心
変位図（つまり本発明になるセンサーの出力をそ
のまま示した図）である。同図ｃは前記の心変位
図波形における20Hz以上の成分をカツトするフイ
ルタを通してDC〜20Hzの情報を得た波形である。
同図ｄは同じく心変位図波形における20Hz以下の
成分をカツトして得られた20Hz〜50Hzの波形であ
る。

ここで、第７図ｃの波形を検討した結果、拍動
図とほぼ一致していることが判明した。

同図ｄの波形を検討した結果、心音図とほぼ一
致していることが判明した。即ち、最初のピーク
が第音（心室収縮に伴つて生ずる音で心室の収
縮音と房室弁の音が重なつたもの）であり、次の
ピークが第音（心室の弛緩に伴つて生ずる音で
大動脈弁の閉鎖音）である。

以上の結果を基にして前記心基部（Ａ−３点）
及び心尖部（Ｆ−２点）の波形の解析を行つたと
ころ、第８図及び第９図の如き結果を得た。

第８図ａ及び第９図ａは心電図を示し、第８図
ｂ及び第９図ｂは20〜50Hzの帯域通過フイルタを
かけて得た心音図、第８図ｃ及び第９図ｃは20〜
30Hzの帯域通過フイルタをかけて得た心音図、第
８図ｄ及び第９図ｄは30〜40Hzの帯域通過フイル
タをかけて得た図、第８図ｅ及び第９図ｅは40〜
50Hzの帯域通過フイルタをかけて得た図である。
また、第８図ｆ及び第９図ｆは０〜５Hzのフイル
タをかけることによつて得られた拍動図である。

両図から明らかなように、得られた心変位図か
ら20〜50Hzの範囲に含まれる成分を抽出すると各
図ｂ，ｂの如く明瞭な心音図を得ることができ、
かつ０〜５Hzの範囲にある成分を抽出すると各図
ｆに示すように明瞭な心基拍動図及び心尖拍動図
を得ることができた。

以上のことから第７図ｂで示したセンサー出力
は約20Hz以下の拍動波に20Hz以上の心音波が重畳
されたものであることが分る。従つて、生体情報
（例えば第７図ｂ）をそのまま見たとしても生き
た情報（あるいは利用価値のある情報）を得るこ
とができないが、このセンサー出力をアクテイブ
フイルタを通し、約20Hz以上の心音図とDC〜約
20Hzの間の拍動図に分離してデータを収集するこ
とが重要な意味をもつことが分る。

以上のようにして本発明装置を使用して所望の
位置から得られる生体情報を以後、心機図と称す
る。望の位置から得られる心機図に対して所望の
値のフイルタをかけることにより、心拍動図、心
音図を容易に得ることができるわけである。しか
も広範囲に亘つてマトリクス状の各点の心機図を
得ることにより、以下に述べるような有効な情報
を得ることができる。

第１０図は、拍動による胸壁の変位分布の時間
的推移を等高線推移で表したものである。各測定
値は同時測定ではなく、各測定点での拍動波の瞬
時値を心電図のＲ波を基準にして読み取つてい
る。健康者の安静時の拍動波や心電図は規則的で
あり、各サイクルの再現性は高いので、図の等高
線は各測定点の同時測定の場合に近似される。同
図ａはECGのＲ波と同時の場合であり、ｂ〜ｄ
は順次0.2秒毎経過の場合を示す。変位の基準値
（０値）は、各拍動波の最小値とした。同図ａで
は左心房寄りが15〜20μｍ隆起し、ｂで左心室寄
りの３か所で15μｍ以上隆起し最高値は25μｍで
ある。ｃで再びａに類似のパターンを示し、ｄで
は隆起点が左心室側まで広がりｅで再びａに類似
のパターンに戻つている。従来のマイクロフオン
による拍動図は胸壁振動圧を測定したものであり
その圧力も直径５cmの円面積全体の振動の総和で
あるため、胸壁の局所的変位を検出するのが困難
であつたが、本願の磁石センサでは局所変位が検
出される。この場合、直径３cmのセンサ磁心固定
枠自身の振動の可能性も考えられるが、拍動が局
所的現象であるため、約10cm長リングの枠底部に
伝達される拍動は平滑化されるので、センサ出力
には直流成分がバイアスとなつて現れると考えら
れる。従つて、これらの拍動図はセンサ出力の
0.5〜５Hz生分のみとした。

このように、本発明の検出装置を用いて第５図
に示すようなマトリクス状に生体情報を得ること
により、例えば心臓の周囲で測定することによ
り、心臓欠陥の部位を特定することもできる。ま
た、当然であるが心機能の状態をチエツクするこ
ともできる。

本発明は前記実施例に限定されず、種々の変形
実施が可能である。

前記実施例は心臓部の変位状態を検出するもの
であつたが、他の部位にも適用できることは言う
迄もない。

第１１図ａ，ｂは運動前の頚動脈波及び手首の
測定データであり、第１２図ａ，ｂは運動後の頚
動脈波及び手首の測定データを示している。いず
れの場合も、既存の脈波計による検出結果とほと
んど同一であり、忠実に脈波を再現していること
が分る。

〔発明の効果〕

以上詳述したように本発明では発磁体をそれよ
りも広面積の固定部材を介して検出対象に固定す
るため固定が容易であり、また、検出部を発磁体
から所定間隔離した状態で防振部材を介した位置
決め部材により検出対象に固定しているため、取
付けが容易であり、検出対象の不用意な動きによ
る発磁体との相対位置を変化させずに保つことが
できるものでありながら、検出すべき情報による
動きは検出部に直接伝達しないので精度の良い検
出が行える。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置の一実施例概略図、第２図
ａ，ｂは本発明の効果を説明するための測定デー
タ、第３図は本発明装置の一適用例を示す回路
図、第４図はその特性図、第５図は前記装置の検
出点を説明するための正面図、第６図は前記装置
によつて得られた各点における変位データ、第７
図は第６図の特定点のデータを基に解析を行う場
合の心電図、心変位図、心電対応図、心音図、第
８図及び第９図は共に前記第６図の特定点のデー
タを基に各種の解析を行う場合の図であり、各図
においてａは心電図、ｂ〜ｅは各周波数成分毎の
心音図、ｆは拍動図である。第１０図ａ〜ｅは拍
動による胸壁変位分布の時間的推移図である。第
１１図ａ，ｂは運動前の頚動脈と手首の検出デー
タ、第１２図ａ，ｂは運動後の頚動脈と手首の検
出データを示すものである。 １…検出部、２…処理回路、３，４…位置決め
部材、５，６…防振部材、７…固定部材、８…検
出対象、H_1T，H_2T…等価２磁心アモルフアスに
巻かれたコイル、Ｍ…発磁体、Tr₁，Tr₂…トラ
ンジスタ、ACF…アクテイブフイルタ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ １個もしくは２個の高透磁率磁心に少なくと
   も２個のコイルを巻いた等価２磁心もしくは２磁
   心から成る検出部と、この検出部から得られる信
   号を処理する検出回路と、検出対象に設置された
   発磁体とから成る位置センサにおいて、前記検出
   対象に防振部材を介して取付けられるものであつ
   て、前記検出部を前記発磁体に対して所定間隔を
   保つて位置決めする位置決め部材と、前記発磁体
   を検出対象に固定するための固定部材とを設けた
   ことを特徴とする位置センサ。 ２ 前記防振部材はゴムである特許請求の範囲第
   １項記載の位置センサ。 ３ 前記発磁体は永久磁石であり、前記固定部材
   は永久磁石よりも広い面積を有する合成樹脂部材
   である特許請求の範囲第１項又は第２項記載の位
   置センサ。 ４ 前記合成樹脂部材は接着テープである特許請
   求の範囲第３項記載の位置センサ。