JPH082352B2 - 脈波検出装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は脈波検出装置に係り、特に、体表面上におい
て血管と交差する方向の複数箇所で脈波を検出する装置
に関するものである。

従来技術 心臓の拍動に伴って発生させられ、血管内を伝播する
圧力波あるいは血管壁の振動を一般に脈波というが、こ
の脈波からは、例えば心臓の運動状態など種々の医学的
情報を得られることが知られている。そして、かかる脈
波を検出するための装置として、人体の体表面に押圧さ
れることによってその人体内の血管から発生する脈波の
圧力振動を検出する圧力センサを、その体表面上におい
て血管と交差する方向に複数配置し、その血管と交差す
る方向において脈波を検出するのに最適な位置、例えば
血管の真上に押圧された圧力センサから出力された電気
信号に基づいて脈波を検出するようにしたものがある。

発明が解決しようとする課題 ところで、脈波をより正確に検出する上で、上記圧力
センサは血管と交差する方向にできるだけ極め細かく配
置することが望ましいが、従来は一般に圧力センサとし
て圧電素子や歪ゲージが用いられ、血管の直径と同程度
か若しくはそれ以上の大きさの接触面を有して体表面に
押圧されるようになっていたため、圧力センサを極め細
かく配置することができなかった。

課題を解決するための手段 本発明は以上の事情を背景として為されたものであ
り、その目的とするところは、脈波の検出精度を向上さ
せるために圧力センサを小型化するとともに微小間隔で
配設できるようにすることにある。

そして、かかる目的を達成するために、本発明は、人
体の体表面上において血管と交差する方向に配列され、
その体表面に押圧されることによりその血管から発生す
る脈波の圧力振動をそれぞれ検出する複数の圧力センサ
を備えた脈波検出装置において、半導体基板の表面に複
数の凹所を形成して薄肉部を設けるとともに、前記脈波
の圧力振動が前記体表面を介してその薄肉部に伝達され
ることによりその圧力振動に対応する電気信号を出力す
る圧電変換素子をそれ等の薄肉部にそれぞれ形成し、そ
の圧電変換素子にて前記圧力センサを構成したことを特
徴とする。

作用および発明の効果 このような脈波検出装置においては、半導体基板の表
面に複数の凹所を形成して薄肉部を設けるとともに、そ
の薄肉部に感圧ダイオードや感圧トランジスタ，或いは
半導体歪ゲージなどの圧電変換素子を不純物拡散などに
より形成し、これを圧力センサとして用いるようにした
ため、圧力センサを小型化できるとともに極めて小さな
間隔で形成することが可能となる。したがって、小さな
圧電変換素子が微小間隔で形成された半導体基板を、圧
電変換素子の配列方向が血管と交差する方向となるよう
に配設することにより、その血管と交差する方向におけ
る脈波を極め細かく検出でき、脈波の検出精度を向上さ
せることができるのである。

なお、上記半導体基板が前記凹所側を体表面に向けて
押圧されるものである場合には、前記圧力振動を体表面
から薄肉部まで伝達させるために、例えば流体と同様な
作用を為すゴムフィラー等を上記凹所内に埋設すること
となる。

また、脈波の圧力振動を正確に検知する上で、前記圧
電変換素子が形成される薄肉部の肉厚は、半導体基板や
圧電変換素子の種類などによっても異なるが、例えば15
μｍ程度が望ましい。

実施例 以下、本発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明
する。

第１図において、10は下端に開口12を有する中空の本
体であり、その開口12が人体の体表面14に対向する状態
でバンド16により手首18に着脱可能に取り付けられるよ
うになっている。本体10は、環状の側壁部材20と、その
側壁部材20の上端にダイヤフラム22の外周縁部を挟んで
固定された蓋部材24とから成り、ダイヤフラム22の内周
縁部は押圧部材26に固定されている。ダイヤフラム22は
ゴム等の弾性変形可能な材料製であり、押圧部材26はこ
のダイヤフラム22を介して本体10内に相対移動可能に保
持されている。また、それ等本体10と押圧部材26との間
には、そのダイヤフラム22によって気密な圧力室28が形
成されており、圧力エア供給源30から調圧弁32を経て圧
力エアが供給されるようになっている。

上記押圧部材26は、環状の側壁部材36と、その側壁部
材36の上端に前記ダイヤフラム22の内周縁部を挟んで固
定された蓋部材38と、側壁部材36の下端に配設された押
圧板40とから構成されている。押圧板40は、第２図に示
されているように、単結晶シリコン等から成る半導体チ
ップ42の上面に不純物拡散等により多数の感圧ダイオー
ド44を形成したもので、その接合部の圧力変化に対応す
る電気信号が共通の端子46と個々の端子48との間から取
り出されるようになっている。多数の感圧ダイオード44
は、本体10が手首18に取り付けられた状態において、脈
波を検出すべき橈骨動脈50と略直角に交差する方向に一
定の間隔を隔てて形成されているとともに、その動脈50
と略直角な方向の幅寸法および間隔は、少なくとも３個
の感圧ダイオード44が橈骨動脈50の直上部、すなわち橈
骨動脈50の真上であってその動脈50の直径と略同じ長さ
の範囲内に位置するように定められている。なお、感圧
ダイオード44の形状や動脈50と平行な方向の長さ寸法は
適宜設定される。

また、押圧板40の下面52であって上記感圧ダイオード
44に対応する部分には、それぞれ凹所が形成されてゴム
フィラー54が埋設されている。ゴムフィラー54は、感圧
ダイオード44に負荷を与えることなく且つ下面52が平坦
となるように凹所内に充填されており、動脈50の直上部
およびその近傍の体表面14はこの押圧板40の下面52によ
って平坦に押圧されるとともに、橈骨動脈50から発生す
る脈波の圧力振動はゴムフィラー54を介して感圧ダイオ
ード44に伝達される。半導体チップ42のうち上記凹所が
設けられた部分、すなわち感圧ダイオード44が形成され
た薄肉部の肉厚は、例えば15μｍ程度と極めて薄く、ゴ
ムフィラー54を介して圧力振動が伝達されることにより
感圧ダイオード44の接合部には圧力変動が生じ、これに
より、その感圧ダイオード44からはその圧力変動に対応
する電気信号が脈波信号SMとして出力される。本実施例
では、上記半導体チップ42が半導体基板で感圧ダイオー
ド44が圧電変換素子、すなわち圧力センサに相当する。

上記押圧板40は、前記側壁部材36の内側に配設された
容器形状を成す絶縁材料製の保持部材56の下端開口部に
固定され、半導体チップ42からの電気的な漏洩が防止さ
れるようになっている。また、保持部材56と押圧板40と
によって囲まれた空室58はゴム管60を介して大気に開放
されており、空室58内の圧力が体温等に起因して変動す
ることにより、感圧ダイオード44から出力される脈波信
号SMが変化することを防止している。

そして、上記感圧ダイオード44から出力される脈波信
号SMは、制御装置62に供給される。この制御装置62はマ
イクロコンピュータ等にて構成されており、供給された
脈波信号SMに基づいて動脈50の脈波を検出し、表示・記
録装置64に表示信号SSを出力してその脈波を表示・記録
させるとともに、前記調圧弁32に駆動信号SDを出力して
圧力室28内に供給される圧力エアの圧力値を制御するよ
うになっている。

以下、本実施例の作動を説明する。

先ず、押圧部材26の押圧板40が橈骨動脈50の直上部を
覆うように本体10がバンド16によって手首18に取り付け
られた状態において、図示しない起動スイッチが操作さ
れると、駆動信号SDが出力されることにより圧力室28内
に予め定められた一定圧の圧力エアが供給される。これ
により、押圧部材26は本体10に対して相対的に体表面14
に向かう方向へ移動させられ、押圧板40の下面52がその
体表面14に押圧される。そして、このように下面52が体
表面14に押圧されると、動脈50から発生する脈波の圧力
振動が感圧ダイオード44に伝達され、その圧力振動に対
応する脈波信号SMが出力されるようになる。上記一定圧
は、脈波の圧力振動が感圧ダイオード44によって検出さ
れ得る大きさに設定されている。

続いて、上記感圧ダイオード44から出力される脈波信
号SMに基づいて調圧弁32が制御されることにより、圧力
室28内に供給される圧力エアの圧力が、脈波を検出する
のに最適な押圧力にて押圧部材26が体表面14に押圧され
るように、例えば供給される脈波振動SMの振幅や信号強
度等に基づいて調整される。そして、その状態におい
て、各感圧ダイオード44から供給される多数の脈波信号
SMの中から、その振幅や信号強度等に基づいて、脈波を
検出するに最適位置に押圧された感圧ダイオード44から
出力された脈波信号SMが選択される。この実施例では、
動脈50の真上に少なくとも３個の感圧ダイオード44が押
圧されるようになっているため、動脈50と交差する方向
における脈波が極めて細かく検出され、例えば、動脈50
の真上に押圧された感圧ダイオード44のうち、動脈50の
管壁の張力の影響がない中央部に押圧された感圧ダイオ
ード44から出力された脈波信号SMが選択される。

その後、上記選択された脈波信号SMが連続的に読み込
まれ、表示信号SSが出力されることにより、その脈波信
号SMが表す脈波が表示・記録装置64に表示・記録され
る。

ここで、本実施例の脈波検出装置は、半導体チップ42
に多数の感圧ダイオード44を形成するとともに、その裏
側の面には凹所を設けて半導体チップ42の肉厚を薄く
し、且つその凹所内には体表面14からの圧力振動を伝達
するためのゴムフィラー54を埋設することにより、脈波
の圧力振動を上記感圧ダイオード44によって検出するよ
うになっているため、動脈50と交差する方向における脈
波を極めて小さな間隔で検出できるようになったのであ
る。これにより、動脈50の真上に３個以上の感圧ダイオ
ード44を押圧して脈波を検出することが可能となり、例
えば動脈50の真上であって管壁の張力の影響が少ない中
央部の感圧ダイオード44から出力された脈波信号SMを選
択することにより、高い精度で脈波を検出することがで
きる。

以上、本発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明
したが、本発明は他の態様で実施することもできる。

例えば、前記実施例では圧電変換素子として感圧ダイ
オード44が形成されているが、半導体歪ゲージや感圧ト
ランジスタなどを形成するようにしても差支えない。な
お、２つ若しくは４つの感圧ダイオードによって一つの
圧力センサを構成し、ブリッジ回路等により脈波信号を
出力させるようにすることもできる。

また、前記実施例では多数の感圧ダイオード44が配置
されているが、例えば押圧部材26をアクチュエータによ
り動脈50と交差する方向へ強制的に移動させることがで
きる場合には、比較的少数の感圧ダイオード44を設ける
だけでも差支えない。

また、３個の感圧ダイオード44を用いるとともに、脈
波信号SMの振幅や信号強度等に基づいてその中央の感圧
ダイオード44が動脈50の直上部の略中央に位置するよう
に押圧部材26を移動させ、その中央の感圧ダイオード44
から出力された脈波信号SMに基づいて脈波を検出するよ
うに構成することもできる。

また、上記感圧ダイオード44は半導体チップ42に一列
に配置されているが、1/2ピッチずつずらして２列設け
るようにすれば、感圧ダイオード44の幅寸法や間隔を大
きくすることが可能となる一方、間隔を同じとすれば分
解能が２倍となって更に極め細かな脈波の検出を行うこ
とができるようになる。また、同様の考え方に従って、
感圧ダイオード44を３列以上設けることも可能である。

また、前記実施例では感圧ダイオード44が動脈50と略
直角に交差する方向に配列されているが、動脈50と斜め
に交差するように配列することもできる。その場合に
も、動脈50と直角な方向における感圧ダイオード44の間
隔は狭くなるため、上記のように感圧ダイオード44を２
列以上設ける場合と同様な効果が得られる。

また、前記実施例では橈骨動脈50から脈波を検出する
脈波検出装置について説明したが、頸動脈等の他の動
脈、或いは静脈から脈波を検出する場合にも本発明は同
様に適用され得る。

その他一々例示はしないが、本発明はその精神を逸脱
することなく当業者の知識に基づいて種々の変更，改良
を加えた態様で実施することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例である脈波検出装置の要部を
示す縦断面図である。第２図は第１図の装置に設けられ
ている複数の圧力センサを説明するための一部を切り欠
いた斜視図である。 14:体表面 42:半導体チップ（半導体基板） 44:感圧ダイオード（圧力センサ） 50:橈骨動脈（血管） 54:ゴムフィラー SM:脈波信号（電気信号）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】人体の体表面上において血管と交差する方
   向に配列され、該体表面に押圧されることにより該血管
   から発生する脈波の圧力振動をそれぞれ検出する複数の
   圧力センサを備えた脈波検出装置において、 半導体基板の表面に複数の凹所を形成して薄肉部を設け
   るとともに、前記脈波の圧力振動が前記体表面を介して
   該薄肉部に伝達されることにより該圧力振動に対応する
   電気信号を出力する圧電変換素子を該薄肉部にそれぞれ
   形成し、該圧電変換素子にて前記圧力センサを構成した
   ことを特徴とする脈波検出装置。
2. 【請求項２】前記半導体基板は前記凹所側を前記体表面
   に向けて押圧されるもので、該凹所内には前記圧力信号
   を伝達するためのゴムフィラーが埋設されている特許請
   求の範囲第１項に記載の脈波検出装置。