JP2613635B2

JP2613635B2 - 圧脈波検出装置

Info

Publication number: JP2613635B2
Application number: JP18576288A
Authority: JP
Inventors: 孝臼田; 昌幸篠田; 親男原田
Original assignee: コーリン電子株式会社
Priority date: 1988-07-26
Filing date: 1988-07-26
Publication date: 1997-05-28
Anticipated expiration: 2012-05-28
Also published as: JPH0234146A

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は、生体の動脈に発生する圧脈波を、その動脈
上の複数の位置から検出する装置に関するものである。

従来の技術心臓の拍動に同期して動脈から発生する圧脈波には、
心臓の活動状態、血圧値、動脈硬化度などのような循環
器の状態を示す種々の情報が含まれている。そして、こ
のような圧脈波を検出するために、一般に、生体の表皮
に押圧される押圧板を備え、その押圧板の撓みの振動を
押圧板上の複数個所において非接触にて検出することに
より、表皮下の動脈から発生させられる圧脈波を、複数
の測定点において検出する形式の脈波検出装置が提供さ
れている。

発明が解決すべき課題しかしながら、かかる従来の装置においては、一般
に、押圧板およびこれを支持する本体などの熱膨張に起
因して押圧板の撓み状態が変化し、出力信号に無視でき
ない変化が発生する場合がある。特に、比較的低い室温
にある圧脈波検出装置が生体に取り付けられるような場
合には、装着によって圧脈波検出装置の温度が生体の体
温まで急速に変化するので、上記の不都合が顕著とな
る。

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、圧脈波を表す出力信号に
対する温度の影響を解消した圧脈波検出装置を提供する
ことにある。

課題を解決するための第１の手段かかる目的を達成するため、本第１発明の要旨とする
ところは、生体の表皮に押圧される第１押圧板を備え、
その第１押圧板の撓み振動を第１押圧板上の複数個所に
おいて非接触にて検出することにより、表皮下の動脈か
ら発生させられる圧脈波を、複数の測定点において検出
する脈波検出装置において、前記第１押圧板と異なる熱
膨張率を有し、その第１押圧板と同様に前記表皮に押圧
され且つ非接触にて撓み振動が検出される第２押圧板を
前記第１押圧板の近傍に設けるとともに、前記第１押圧
板および第２押圧板の熱膨張率の差に起因してそれら第
１押圧板および第２押圧板からそれぞれ検出された信号
の差に基づいて、その第１押圧板の熱膨張による影響が
解消されるように前記圧脈波を表す信号を補正する信号
補正手段を設けたことにある。

作用および第１発明の効果このようにすれば、第１押圧板と異なる熱膨張率を有
して第１押圧板と同様に前記表皮に押圧され且つ非接触
にて撓み振動が検出される第２押圧板が設けられるとと
もに、信号補正手段により、その第１押圧板および第２
押圧板からそれぞれ検出された信号の差に基づいて、そ
の第１押圧板の熱膨張による影響が解消されるように前
記圧脈波を表す信号が補正されるので、圧脈波を表す出
力信号に対する温度の影響が解消される。

課題を解決するための第２の手段また、本第２発明の要旨とするところは、複数の第１
の感圧素子が形成された共通の半導体基板と、その半導
体基板を生体の表皮に押圧する押圧手段とを備え、その
表皮内の動脈から発生する圧脈波を前記第１の感圧素子
により検出する形式の圧脈波検出装置において、前記第
１の感圧素子と異なる温度変化特性を有する第２の感圧
素子を前記半導体基板に設けるとともに、その第１の感
圧素子および第２の感圧素子の温度変化特性が互いに異
なることに起因してそれら第１の感圧素子および第２の
感圧素子から検出された信号の差に基づいて、その第１
の感圧素子の温度変化の影響が解消されるように前記圧
脈波を表す信号を補正する信号補正手段を設けたことに
ある。

作用および第２発明の効果このようにすれば、第１の感圧素子と異なる温度変化
特性を有する第２の感圧素子が設けられるとともに、信
号補正手段により、それら第１の感圧素子および第２の
感圧素子からそれぞれ検出される信号の差に基づいて、
その第１の感圧素子の温度変化の影響が解消されるよう
に圧脈波を表す信号が補正されるので、圧脈波を表す出
力信号に対する温度の影響が解消される。

実施例以下、本発明の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、手首10には圧脈波検出ヘッド12がバ
ンド14により着脱可能に装着されている。圧脈波検出ヘ
ッド12は、有底円筒状のハウジング16と、ハウジング16
に収容された本体18と、ハウジング16および本体18間に
設けられて本体18を支持するとともにハウジング16内に
圧力室20を形成するダイヤフラム22とを備えており、ポ
ンプ24により圧送された気体が圧力制御弁26を介して圧
力室20に供給されると、本体18が橈骨28上に位置してい
る橈骨動脈30上に押圧されるようになっている。本実施
例では、上記ダイヤフラム22,ハウジング16などが上記
本体18を押圧する押圧手段に対応している。

本体18は、硬い樹脂、金属、セラミックなどから成
り、たとえば十数mm程度の厚みを備えた剛性の高い材質
から構成されたものであり、第２図および第３図に詳し
く示すように、その押圧面32には矩形を成す一対の凹陥
部31および33と、この凹陥部31に開口し且つ凹陥部31の
長手方向に沿って１列に配列された複数本の貫通孔34
と、凹陥部33に開口し且つ凹陥部33の長手方向に沿って
１列に配列された複数本の貫通孔35備えている。

本体18の押圧面32には、たとえば、光沢のある鍍金が
施された2/100mm程度の比較的薄い金属板或いはプラス
ティック板、比較的薄いステンレススチール板などの可
撓性を備えた押圧板36および37が貼着されている。この
押圧板36および37は、互いに異なる熱膨張率β_１および
β_２を有し、前記凹陥部31および33の開口を塞ぐように
固着されている。本実施例では、上記押圧板36が第１押
圧板として機能し、上記押圧板37が第２押圧板として機
能している。なお、上記貫通孔34および35の間隔は、圧
脈波の測定点の間隔に対応するものであり、橈骨動脈30
の径よりも充分小さい間隔、たとえば0.1mm程度の値に
決定されて、橈骨動脈30の径内に少なくとも３乃至５つ
の測定点が位置させられるようになっている。

貫通孔34には、複数本の光ファイバ40a、40b、40c・
・の一端部が嵌め入れられており、それらの一端部の端
面が押圧板36と対向させられている。また、貫通孔35に
も、複数本の光ファイバ41a、41b、41c・・の一端部が
嵌め入れられており、それらの一端部の端面が押圧板37
と対向させられている。上記複数本の光ファイバ40a、4
0b、40c・・および41a、41b、41c・・の端部は、部分球
状に形成されて集光機能が備えられている。複数本の光
ファイバ40a、40b、40c・・および41a、41b、41cの他端
部は、圧脈波信号出力装置42に固定されている。圧脈波
信号出力装置42は、上記複数本の光ファイバ40a、40b、
40c・・および41a、41b、41c毎に同様に構成されている
ので、以下においては光ファイバ40aについて説明す
る。第４図に示すように、圧脈波信号出力装置42は、位
相の揃ったレーザ光を出力するレーザ光源44と、このレ
ーザ光源44から出力された光を平行光とする凸レンズ46
と、ビームを分割するための無偏光ビームスプリッタ48
と、無偏光ビームスプリッタ48により反射された光を戻
すためのミラー49と、無偏光ビームスプリッタ48を通過
した光を光ファイバ40aの他端面に入射させる凸レンズ5
0と、光ファイバ40aを通して伝播した反射光のうち無偏
光ビームスプリッタ48により取り出された光を受けるホ
トセンサ52と、ホトセンサ52の出力信号に基づいて圧脈
波信号SMa₀を出力する圧脈波検出回路54とを備えてい
る。

このように構成された圧脈波信号出力装置42では、押
圧板36のうち第２図の左端に位置する貫通孔34の開口に
対応する部分、換言すれば光ファイバ40aの先端面に対
向する部分に作用する圧脈波を表す圧脈波信号SMa₀が圧
脈波検出回路54から出力されるようになっている。すな
わち、レーザ光源44から出力されたレーザ光のうち、無
偏光ビームスプリッタ48により反射された一方のレーザ
光は、ミラー49により反射され、無偏光ビームスプリッ
タ48を透過してホトセンサ52により受けられる。レーザ
光源44から出力されたレーザ光のうち、無偏光ビームス
プリッタ48を透過した他方のレーザ光は、ロッドレンズ
として知られた光ファイバ40aを介して押圧板36に照射
され、この押圧板36により反射された後、再び光ファイ
バ40aに導かれて無偏光ビームスプリッタ48へ戻され
る。そして、無偏光ビームスプリッタ48により反射され
てホトセンサ52により受けられる。このため、ホトセン
サ52により受けられるレーザ光は、ミラー49により反射
された光、すなわち参照光と押圧板36により反射された
光、すなわち計測光との干渉光であり、本実施例では押
圧板36に作用する圧力に対応した撓みによる計測光の光
路変化により上記干渉光の位相が変化させられる。圧脈
波検出回路54は、押圧板36の微小変位に対応した干渉光
の位相変化を予め定められた一定の微小な単位時間毎に
逐次計数し、この計数値に基づいて押圧板36に周期的に
作用している圧脈波を表す圧脈波信号SMa₀を出力する。
第５図は、この圧脈波信号SMa₀が表す圧脈波の１周期分
を示している。

上記のようにして、橈骨動脈30上に位置する各測定点
における圧脈波を表す圧脈波信号SMa₀、SMb₀、SMC₀・・
・およびSMa₁、SMb₁、SMc₁・・・が圧脈波信号出力装置
42から制御装置56に供給されるのであるが、制御装置56
は、予め記憶されたプログラムに従って入力信号を処理
し、温度変化に関連した影響を自動的に除去して正確な
脈波信号をそれぞれ作成する。すなわち、押圧板36およ
び37は互いに近傍に配設されていることから同一の押圧
条件にて押圧されるので、先ず、第６図のステップS1に
おいて押圧板36からの反射光に基づく圧脈波信号のう
ち、たとえば最大の信号SMc₀と、押圧板37からの反射光
に基づく圧脈波信号のうち、最大の信号SMc₁とを読み込
むとともに、ステップS2において、それら信号SMc₀と信
号SMc₁との差信号ΔSMが算出される。この差信号ΔSM
は、たとえば最大ピーク値同士或いは最小ピーク値同士
を比較することにより算出される。この差信号ΔSMは、
押圧板36および37の熱膨張率β_１およびβ_２の差に起因
するものであるから、上記差信号ΔSMの大きさ（割合）
は脈波センサ12の温度に関連する。したがって、本実施
例では、上記差信号ΔSMの大きさと脈波信号の補正定数
Ｋとの関係が押圧板36の熱膨張による影響が解消される
ように予め実験的に求められ且つ記憶されており、ステ
ップS3では、たとえば第７図に示す関係から実際の差信
号ΔSMに基づいて補正定数Ｋが求められる。そして、ス
テップS4では、たとえば脈波信号SMc₀の各データポイン
ト値と上記補正定数Ｋとが順次乗算されることにより、
補正後の脈波信号SMc₀が得られる。他の脈波信号SMa₀、
SMb₀・・・も同様に必要に応じてそれぞれ補正される。

このようにして補正された脈波信号SMa₀、SMb₀、SMc₀
・・・は、温度の影響がそれぞれ除去されたものである
から、制御装置56は、たとえば、第５図に示す脈波形状
を表示したり、或いは、特願昭62−130879号（特開昭63
−293424号）において記載されているように動脈の管壁
の張力の影響を受けない測定点の圧脈波を選択して血圧
値を連続的にモニタしたり、或いは、特願昭63−87720
号（特開平１−259836号）に記載されているように、本
体18の押圧力を変化させつつ得られた圧脈波に基づいて
動脈硬化度を測定し、図示しない出力装置へその結果を
出力する。

上記のように、本実施例においては、互いに熱膨張率
が異なる押圧板36および37を用いて同様な押圧条件で押
圧し、それら押圧板36および37の反射光からそれぞれ得
られる脈波信号の差信号ΔSMを算出し、予め求められた
関係からその差信号ΔSMに基づいて補正値Ｋを算出し、
この補正値Ｋを用いて脈波信号を修正するので、温度の
影響を除去した脈波信号を自動的に得ることができる。
したがって、精度の高い脈波形状を表示したり、或いは
補正後の脈波信号に基づいて精度の高い測定を行うこと
ができる。

また、本実施例によれば、温度センサを設ける場合に
比較して、温度検出素子および回路を圧脈波センサ12に
設けなくてもよいので、小型且つ安価となる利点があ
る。

次に、本発明の他の実施例を説明する。なお、以下の
実施例において前述の説明と共通する部分には同一の符
号を付して説明を省略する。

第８図において、本実施例の脈波センサ12の本体18に
は、一列の光ファイバ40a 40b 40c・・・が設けられて
いる。押圧板36の端部に隣接して、その熱膨張率β_１と
異なる熱膨張率β_３を有する小押圧板60が配設されてい
る。本実施例では、この小押圧板60が第２押圧板として
機能する。上記小押圧板60には、橈骨動脈30から発生さ
せられる圧脈波は殆ど感応せず、専ら圧脈波センサ12に
よる押圧力に感応する位置に配設されているから、この
小押圧板60からの反射光に基づいて得られる脈波信号SM
kと押圧板36の端部からの反射光に基づいて得られる脈
波信号SMaとの差信号ΔSM₁を求め、予め求められた関係
からこの差信号ΔSM₁に基づいて補正定数Ｋを決定し、
前述の実施例と同様に補正することができる。これによ
り、前述の実施例と同様の効果が得られる。

第９図において、圧脈波検出ヘッド12の本体18は、セ
ラミック基板61が固定された枠状のフレーム62と、セラ
ミック基板61に固着された半導体基板64とを備えてい
る。半導体基板64の一面には、凹陥部66a,66b,・・・66
jが一直線に沿って複数箇所設けられることにより、局
所的な薄肉部が形成されている。これら薄肉部には、既
知の半導体技術により歪に対応して抵抗値が変化する感
圧抵抗、歪に対応してＰ−Ｎ接合部分の電流が変化する
感圧ダイオード、或いは感圧トランジスターが形成され
ることにより、複数の感圧素子68a,68b,・・・68jがた
とえば0.3mm間隔で形成されている。凹陥部66a,66b,・
・・66j内には、圧力伝達媒体として機能する軟質のシ
リコンゴム70a,70b,・・・70jが充填されており、半導
体基板64が皮膚に押圧されたときには、橈骨動脈30から
発生する圧脈波が感圧素子68a,68b,・・・68jにおいて
感知される。セラミック基板61上には図示しない導体配
線が設けられている一方、半導体基板64上の配線との間
は図示しないワイヤを介してボンディングされており、
それ等ワイヤおよび導体配線を介して圧脈波を表す信号
が感圧素子68a,68b,・・・68jから制御装置56へ出力さ
れる。

本実施例においては、たとえば感圧素子68jには他の
感圧素子68a,68b,・・・と比較して異なる温度特性が設
けられている。すなわち、感圧素子68jの肉厚、および
／または凹陥部66j内に充填するシリコンゴム70jの熱膨
張率が他のものと比較して変更されることにより、感圧
素子68jの出力信号が温度変化により受ける変化が異な
るようにされている。このため制御装置56では、たとえ
ば感圧素子68aの出力信号と感圧素子68jの出力信号との
差信号ΔSMが算出されるとともに、前述の実施例と同様
に、予め求められた関係からその差信号ΔSMに基づいて
補正定数Ｋが算出され、第８図の実施例と同様に、その
補正定数Ｋにより各感圧素子68a,68b,・・・から出力さ
れた信号がそれぞれ補正される。それ故、本実施例にお
いても、前述の実施例と同様の効果が得られる。なお、
半導体基板64に２列の感圧素子を設け、一方の列の感圧
素子に対して他方の列の感圧素子の温度特性が異なるよ
うに設けてもよい。この場合には、第１図の実施例と同
様に補正される。

以上、本発明の一実施例を示す図面に基づいて説明し
たが、本発明はその他の態様においても適用される。

たとえば、前述の実施例においては、橈骨動脈30から
発生する圧脈波が検出されるように説明されていたが、
圧脈波センサ12は他の動脈から発生する圧脈波を検出す
るために他の動脈に押圧されてもよいのである。

また、前述の押圧板36および37には、前記貫通孔34お
よび35に対応する各部分の間において、複数本のスリッ
トが、押圧板36および37の厚み方向に貫通するととも
に、押圧板36および37が生体の表皮に押圧された状態に
おいて橈骨動脈30に略平行な方向、すなわち押圧板36お
よび37の幅方向においては押圧板36および37の耐久性を
損なわない程度に端縁から所定距離控えて、その幅方向
に沿って形成されてもよい。このようにすれば橈骨動脈
30の脈動に対応して押圧板36および37が撓んで振動する
状態では、貫通孔34に対応する各部分、すなわち押圧板
36および37上の各振動検出点がスリットによって各々分
離されているため、それら検出点において検出される振
動が相互に干渉し合うことが好適に防止される。

また、前述の実施例における本体18は、ダイヤフラム
22によって押圧方向へ駆動されるようになっているが、
それに加えて橈骨動脈30と交差する方向へ移動させる駆
動装置や、橈骨動脈30と平行な一軸まわりの揺動位置を
位置決めする揺動位置決め装置を設けても良い。

また、前述の実施例においては、各圧脈波測定点毎に
一本の光ファイバ40a、40b、40c・・・が設けられてい
るが、複数本から成る一束の光ファイバがそれぞれ設け
られても良い。

また、前述の実施例では、干渉光の位相差に基づいて
圧脈波が検出されていたが、押圧板36の撓みに関連して
発生する反射光量の変化に基づいて圧脈波が検出される
ようにしてもよい。この場合には、たとえば１若しくは
２以上の照射光用光ファイバとその外周に束ねられた受
光用光ファイバとから成る一束の光ファイバが個々の圧
脈波測定点毎に用いられ、受光用光ファイバにより導か
れた反射光が光センサに受光されることにより、圧脈波
信号が出力される。なお、このときの光源は、光出力が
一定のものであれば、LED,ランプなどの光源でも良い。

また、前述の実施例では、干渉光の位相差に基づいて
圧脈波が検出されていたが、ドップラシフトによる位相
差を光ヘテロダインを用いて検出するように構成しても
よい。すなわち、直交２周波のレーザ光を出力するレー
ザ光源を用い、その２周波のレーザ光を計測光と参照光
との２光路に分離し、参照光の光路を一定とし且つ計測
光の光路を前記押圧板により反射される光路とするとと
もに、反射後の計測光と参照光との合波により計測ビー
ト信号を作成する一方、レーザ光源から出力された直後
の直交２周波の合波により基準ビート信号を作成し、そ
れら計測ビート信号と基準ビート信号との間のシフトに
基づいて圧脈波信号を出力するのである。

また、前述の実施例では、光源および受光素子が圧脈
波検出ヘッド12と別体に配設されていたが、一体に設け
られてもよい。このような場合には、たとえば、複数の
レンズが電子ビーム露光技術により100β間隔で一列に
配設されたマイクロレンズアレイや、半導体チップ上に
発光部および受光部が100μ間隔でそれぞれ複数形成さ
れたLEDアレイおよび受光素子アレイが押圧板36の上方
に適当な間隔を隔てて重ねられる。

なお、上述したのはあくまでも本発明の一実施例であ
り、本発明はその精神を逸脱しない範囲で種々変更が加
えられ得るものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例のシステム構成を示す図で
ある。第２図および第３図は、第１図の実施例の圧脈波
検出ヘッドの本体を示す一部を切り欠いた斜視図および
側面断面図である。第４図は第１図の実施例の圧脈波信
号出力装置の構成を詳しく説明する図である。第５図
は、第４図の装置から出力された脈波信号の例を示す図
である。第６図は、第１図の実施例の作動を説明するフ
ローチャートである。第７図は、第６図のフローチャー
トの説明において用いられる関係を示す図である。第８
図は、本発明の他の実施例を示す図である。第９図は、
本発明の他の実施例の一部を示す図である。 12:圧脈波検出センサ 16:ハウジング 22:ダイヤフラム 30:橈骨動脈（動脈） 36:押圧板（第１押圧板） 37:押圧板（第２押圧板） 60:小押圧板（第２押圧板） 64:半導体基板 68a,b,・・・：感圧素子（第１の感圧素子） 68j:感圧素子（第２の感圧素子）

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】生体の表皮に押圧される第１押圧板を備
え、該第１押圧板の撓み振動を該第１押圧板上の複数個
所において非接触にて検出することにより、該表皮下の
動脈から発生させられる圧脈波を、複数の測定点におい
て検出する圧脈波検出装置において、前記第１押圧板と異なる熱膨張率を有し、該第１押圧板
と同様に前記表皮に押圧され且つ非接触にて撓み振動が
検出される第２押圧板を前記第１押圧板の近傍に設ける
とともに、前記第１押圧板および第２押圧板の熱膨張率
の差に起因して該第１押圧板および第２押圧板からそれ
ぞれ検出された信号の差に基づいて、該第１押圧板の熱
膨張による影響が解消されるように前記圧脈波を表す信
号を補正する信号補正手段を設けたことを特徴とする圧
脈波検出装置。
【請求項２】複数の第１の感圧素子が形成された共通の
半導体基板と、該半導体基板を生体の表皮に押圧する押
圧手段とを備え、該表皮内の動脈から発生する圧脈波を
前記第１の感圧素子により検出する形式の圧脈波検出装
置において、前記第１の感圧素子と異なる温度変化特性を有する第２
の感圧素子を前記半導体基板に設けるとともに、該第１
の感圧素子および第２の感圧素子の温度変化特性が互い
に異なることに起因して該第１の感圧素子および第２の
感圧素子から検出された信号の差に基づいて、該第１の
感圧素子の温度変化の影響が解消されるように前記圧脈
波を表す信号を補正する信号補正手段を設けたことを特
徴とする圧脈波検出装置。