JPS63294832A - 脈波検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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掻めて小さな間
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
踊程度が望ましい。

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、その間口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、脈波を検出すべき撓骨動脈
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４
４が撓骨動脈５０の直上部、すなわち撓骨動脈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４゜の下面５２によって平坦に押圧されるとともに、
撓骨動脈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４
４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４ｏとによって囲まれた空室５８はゴム管６ｏ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が
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。

この制御袋Ｗ６２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が撓骨動脈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Ｓ
Ｍ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信号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がら出力された脈波信号ＳＭＩＪ＜選択さ
れる。この実施例では、動脈５ｏ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
＜シ、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の直上部の略中夫に位置す
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ピツチずつずらして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４
４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、前記実施例では撓骨動脈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、頚動脈等の他の動脈
、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−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：撓骨動脈（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. （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. （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振動を伝達
   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。