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JP6440488B2 - Pulse wave measuring device and pulse wave measuring method - Google Patents
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JP6440488B2 - Pulse wave measuring device and pulse wave measuring method - Google Patents

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JP6440488B2 JP2014260736A JP2014260736A JP6440488B2 JP 6440488 B2 JP6440488 B2 JP 6440488B2 JP 2014260736 A JP2014260736 A JP 2014260736A JP 2014260736 A JP2014260736 A JP 2014260736A JP 6440488 B2 JP6440488 B2 JP 6440488B2
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  • Measuring Pulse, Heart Rate, Blood Pressure Or Blood Flow (AREA)

Description

本発明は、人体の手首あるいは腕に装着して脈動による皮膚表面の微小な変位を高精度に測定する脈波測定装置及び脈波測定方法に関する。   The present invention relates to a pulse wave measuring device and a pulse wave measuring method that are mounted on the wrist or arm of a human body and measure a minute displacement of the skin surface due to pulsation with high accuracy.

脈波を測定する装置としては、手首に装着して光を手首に照射し、血管からの反射光の強度の変動を測定する装置や、血圧計のようにカフを腕に巻きつけて押圧し、カフ内の気圧変動を気圧センサで測定する装置が提案されている。たとえば特許文献1では、手首や手指に装着された装置が発光素子と受光素子を持ち、発光素子から光を手首に照射し、受光素子で反射光を受光することで、脈動による反射光強度の変動を測定して脈拍を得る技術が開示されている。また、特許文献2では、腕に巻きつけたカフ内の気圧を圧力センサで測定し、脈動によるカフ内気圧変動を測定して脈波を得る技術が開示されている。   Devices that measure pulse waves are devices that are worn on the wrist and irradiate the wrist with light, measure fluctuations in the intensity of reflected light from blood vessels, or wrap a cuff around the arm and press it like a sphygmomanometer. There has been proposed an apparatus for measuring atmospheric pressure fluctuation in a cuff with an atmospheric pressure sensor. For example, in Patent Document 1, a device mounted on a wrist or a finger has a light emitting element and a light receiving element, irradiates the wrist with light from the light emitting element, and receives the reflected light by the light receiving element, so that the reflected light intensity due to pulsation is increased. A technique for obtaining a pulse by measuring fluctuation is disclosed. Patent Document 2 discloses a technique for obtaining a pulse wave by measuring a pressure in a cuff wound around an arm with a pressure sensor and measuring a fluctuation in the cuff pressure due to pulsation.

特開2010−017602号公報JP 2010-017602 A 特開2004−223044号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2004-223044

しかしながら上述した従来の脈波測定装置及び方法には以下のような課題が有った。すなわち、光を照射して反射光を検出する構成の脈波計では発光による消費電力が大きくなり、長時間の使用が困難であった。また、このような脈波計では、装着位置が少しずれただけで検出光の強度が大きく変動してしまうため、測定の精度・安定性にも課題が有った。
そこで本発明の目的は、低消費電力化が可能で精度や感度を向上させることができる脈波測定装置及び脈波測定方法を提供することである。
However, the conventional pulse wave measuring apparatus and method described above have the following problems. That is, in the pulse wave meter configured to detect the reflected light by irradiating light, power consumption due to light emission becomes large, and it is difficult to use for a long time. Further, in such a pulse wave meter, since the intensity of the detection light greatly fluctuates even if the mounting position is slightly shifted, there is a problem in measurement accuracy and stability.
Accordingly, an object of the present invention is to provide a pulse wave measuring device and a pulse wave measuring method capable of reducing power consumption and improving accuracy and sensitivity.

上記課題を解決するため、本発明の第1の特徴は、皮膚の時間変位を算出することで脈波を測定する脈波測定装置であって、外部と連通し底面が可撓性を有するキャビティを有し、前記キャビティの底面を前記皮膚に接触させた状態で、前記キャビティの内気圧と外気圧との差圧に関する信号を出力する差圧センサと、前記差圧センサの出力に基づいて、前記皮膚の時間変位を算出する演算処理部と、を備え、前記演算処理部は、前記皮膚が脈動した際に、前記差圧センサの出力信号に基づいて、前記キャビティの内気圧と外気圧との差圧を算出する差圧算出部と、前記差圧算出部により算出した差圧と外気圧に基づいて、前記キャビティの内気圧を算出するキャビティ内気圧算出部と、前記差圧算出部により算出した差圧に基づいて、外部と前記キャビティとの間を流通する空気の流通モル数を算出する空気流通モル数算出部と、前記空気流通モル数算出部により算出した流通モル数に基づいて、前記キャビティ内の空気モル数を算出する空気モル数算出部と、前記空気モル数算出部により算出した空気モル数と前記キャビティ内気圧算出部により算出したキャビティの内気圧に基づいて、前記キャビティ内の体積を算出する体積算出部と、前記体積算出部により算出したキャビティ内の体積に基づいて前記皮膚の時間変位を算出する変位算出部と、を備えるである。
当該発明によると、低消費電力化、精度向上、感度向上が可能な脈波測定装置を提供することができる。
In order to solve the above-mentioned problem, a first feature of the present invention is a pulse wave measuring device that measures a pulse wave by calculating a time displacement of the skin, and is a cavity that communicates with the outside and has a flexible bottom surface. Based on the output of the differential pressure sensor, and a differential pressure sensor that outputs a signal related to the differential pressure between the internal pressure and the external pressure of the cavity in a state where the bottom surface of the cavity is in contact with the skin, An arithmetic processing unit for calculating the time displacement of the skin, and the arithmetic processing unit, when the skin pulsates, based on an output signal of the differential pressure sensor, A differential pressure calculation unit that calculates the differential pressure of the cavity, an internal pressure calculation unit that calculates the internal pressure of the cavity based on the differential pressure and external pressure calculated by the differential pressure calculation unit, and the differential pressure calculation unit Based on the calculated differential pressure, The number of moles of air in the cavity is calculated based on the number of moles of air flow that calculates the number of moles of air flowing between the cavities and the number of moles of flow of air calculated by the number of moles of air flow. And a volume calculation unit for calculating the volume in the cavity based on the number of air moles calculated by the air mole number calculation unit and the internal pressure of the cavity calculated by the cavity internal pressure calculation unit, A displacement calculating unit that calculates a time displacement of the skin based on the volume in the cavity calculated by the volume calculating unit.
According to the invention, it is possible to provide a pulse wave measuring device capable of reducing power consumption, improving accuracy, and improving sensitivity.

また、本発明の第2の特徴は、前記演算処理部は、前記差圧の大きさに応じた前記空気の流通モル数を予め記憶する流通モル数データベース部を有し、前記空気流通モル数算出部は、前記流通モル数データベース部より、前記差圧算出部により算出した前記差圧の大きさに応じた前記空気流通モル数を抽出することである。
当該発明によると、差圧算出部により差圧を算出した後で、空気流通モル数を繰り返し算出する必要が無く、より短時間で空気流通モル数を得ることができるため、より高速な演算処理が可能となる。
In addition, a second feature of the present invention is that the arithmetic processing unit has a circulation mole number database section that stores in advance the circulation mole number of the air corresponding to the magnitude of the differential pressure, and the number of moles of air circulation. A calculation part is extracting the said air circulation mole number according to the magnitude | size of the said differential pressure calculated by the said differential pressure calculation part from the said circulation mole number database part.
According to the present invention, after calculating the differential pressure by the differential pressure calculation unit, it is not necessary to repeatedly calculate the number of moles of air flow, and it is possible to obtain the number of moles of air flow in a shorter time. Is possible.

また、本発明の第3の特徴は、前記流通モル数データベース部は、予め、前記キャビティの両端での圧力差と空気の流通量との関係性を数値計算で求め、当該関係性と前記差圧に基づいて、前記空気流通モル数を算出することで生成されたものであることである。
当該発明によると、大量の計算を必要とする数値計算を予め行っておいてデータベースとしておくことで、脈波測定時には短時間で演算処理ができる。
Further, according to a third feature of the present invention, the flow mole number database unit obtains a relationship between a pressure difference at both ends of the cavity and a flow rate of air in advance by numerical calculation, and the relationship and the difference are calculated. It is generated by calculating the number of moles of air flow based on the pressure.
According to the present invention, by performing numerical calculations that require a large amount of calculations in advance and creating a database, arithmetic processing can be performed in a short time during pulse wave measurement.

また、本発明の第4の特徴は、前記空気の温度情報を取得する気温取得部を有し、前記空気モル数算出部は、前記温度情報と前記流通モル数に基づいて前記キャビティ内の空気モル数を算出することである。
当該発明によると、空気の温度が高速に変動する場合であっても、常に正確な温度を用いて空気モル数を算出するため、より正確で高精度な脈波測定装置とすることができる。
Moreover, the 4th characteristic of this invention has an air temperature acquisition part which acquires the temperature information of the said air, The said air mole number calculation part is the air in the said cavity based on the said temperature information and the said distribution | circulation mole number. It is to calculate the number of moles.
According to the present invention, even when the air temperature fluctuates at high speed, the number of moles of air is always calculated using an accurate temperature, so that a more accurate and highly accurate pulse wave measuring device can be obtained.

また、本発明の第5の特徴は、前記外気圧を取得する外気圧取得部を有することである。
当該発明によると、外気圧が高速に変動する場合であっても、常に正確な外気圧を用いてキャビティ内の圧力を算出するため、より正確で高精度な脈波測定装置とすることができる。
A fifth feature of the present invention is that it has an external air pressure acquisition unit that acquires the external air pressure.
According to the present invention, even when the external air pressure fluctuates at high speed, the pressure in the cavity is always calculated using the accurate external air pressure, so that a more accurate and highly accurate pulse wave measuring device can be obtained. .

また、本発明の第6の特徴は、前記キャビティの側壁の歪みによる変位量を検出する歪み検出部を有し、前記体積算出部は、前記歪み検出部の検出する変位量を用いて前記キャビティ内の体積を算出することである。
当該発明によると、キャビティ内壁が高速に変動する場合であっても、常に正確なキャビティ断面積を算出するため、より正確で高精度な脈波測定装置とすることができる。
According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a strain detection unit that detects a displacement amount due to distortion of the side wall of the cavity, and the volume calculation unit uses the displacement amount detected by the strain detection unit. Is to calculate the volume inside.
According to the present invention, even when the cavity inner wall fluctuates at high speed, the accurate cavity cross-sectional area is always calculated, so that a more accurate and highly accurate pulse wave measuring device can be obtained.

また、本発明の第7の特徴は、前記差圧センサは、前記キャビティの上部を塞ぐように設けられ、前記キャビティの内気圧と外気圧との差圧に応じて撓み変形するカンチレバーと、前記カンチレバーの撓み変形に応じた変位を測定する変位測定部と、を有することである。
当該発明によると、皮膚表面のわずかな変位による圧力変動も高感度で検出することで、より正確で高感度な脈波測定装置とすることができる。
According to a seventh aspect of the present invention, the differential pressure sensor is provided so as to close an upper portion of the cavity, and the cantilever is bent and deformed according to the differential pressure between the internal pressure and the external pressure of the cavity. And a displacement measuring unit that measures displacement according to the bending deformation of the cantilever.
According to the present invention, it is possible to obtain a more accurate and highly sensitive pulse wave measuring device by detecting pressure fluctuation due to slight displacement of the skin surface with high sensitivity.

また、本発明の第8の特徴は、前記キャビティは、側壁を覆い上下に亘って貫通孔を有する枠体状のセンサフレームと、前記底面に接触させた状態で当該底面を覆う前記皮膚と、により形成されることである。
当該発明によると、皮膚表面のわずかな変位をキャビティ内気圧の変動として検出するため、より高感度な脈波測定装置とすることができる。
Further, an eighth feature of the present invention is that the cavity covers a side wall and has a frame-shaped sensor frame that has a through-hole over the top and bottom, and the skin that covers the bottom surface in contact with the bottom surface, It is formed by.
According to the present invention, since a slight displacement of the skin surface is detected as a change in the pressure in the cavity, a more sensitive pulse wave measuring device can be obtained.

また、本発明の第9の特徴は、皮膚の時間変位を算出することで脈波を測定する脈波測定方法であって、 外部と連通し底面が可撓性を有するキャビティを有し、キャビティの底面を皮膚に接触させた状態で、キャビティの内気圧と外気圧との差圧に関する差圧出力信号を出力する差圧出力ステップと、皮膚が脈動した際に、出力された差圧出力信号に基づいて、キャビティの内気圧と外気圧との差圧を算出する差圧算出ステップと、算出された差圧と外気圧に基づいて、キャビティの内気圧を算出するキャビティ内気圧算出ステップと、算出された差圧に基づいて、外部とキャビティとの間を流通する空気の流通モル数を算出する空気流通モル数算出ステップと、算出した流通モル数に基づいて、キャビティ内の空気モル数を算出する空気モル数算出ステップと、算出した空気モル数とキャビティの内気圧に基づいて、キャビティ内の体積を算出する体積算出ステップと、算出したキャビティ内の体積に基づいて皮膚の変位量を算出する変位算出ステップと、を有することである。
当該発明によると、低消費電力化、精度向上、感度向上が可能な脈波測定方法を提供することができる。
A ninth feature of the present invention is a pulse wave measurement method for measuring a pulse wave by calculating time displacement of the skin, comprising a cavity communicating with the outside and having a flexible bottom surface, A differential pressure output step that outputs a differential pressure output signal related to the differential pressure between the internal pressure and the external pressure of the cavity with the bottom surface of the skin in contact with the skin, and the differential pressure output signal that is output when the skin pulsates A differential pressure calculating step for calculating the differential pressure between the internal pressure and the external atmospheric pressure of the cavity, and an internal pressure calculation step for calculating the internal pressure of the cavity based on the calculated differential pressure and the external pressure, Based on the calculated differential pressure, the step of calculating the number of moles of air flowing between the outside and the cavity, and the number of moles of air in the cavity based on the calculated number of moles of circulation. Air mode to calculate A volume calculation step for calculating the volume in the cavity based on the calculated number of moles of air and the internal pressure in the cavity, and a displacement calculation for calculating the amount of skin displacement based on the calculated volume in the cavity. And having steps.
According to the present invention, it is possible to provide a pulse wave measuring method capable of reducing power consumption, improving accuracy, and improving sensitivity.

また、本発明の第10の特徴は、少なくとも前記差圧出力ステップと、キャビティ内気圧算出ステップと、空気流通モル数算出ステップと、空気モル数算出ステップと、体積算出ステップと、変位算出ステップと、を繰り返し実行する繰り返し処理ステップを有することである。
当該発明によると、所定の時間のあいだ自動的に脈波を測定することができる。
The tenth feature of the present invention is that at least the differential pressure output step, the intracavity pressure calculation step, the air circulation mole number calculation step, the air mole number calculation step, the volume calculation step, and the displacement calculation step, And a repetitive processing step of repeatedly executing.
According to the present invention, a pulse wave can be automatically measured for a predetermined time.

また、本発明の第11の特徴は、繰り返し処理ステップは、設定した所定時間毎に実行することである。
当該発明によると、必要とされる精度を実現しつつ最短時間での演算処理が可能である。
An eleventh feature of the present invention is that the repetitive processing step is executed at predetermined time intervals.
According to the present invention, it is possible to perform arithmetic processing in the shortest time while realizing the required accuracy.

また、本発明の第12の特徴は、差圧算出ステップは、差圧出力ステップにて出力される所定時間毎の差圧出力信号の各々を記憶装置に格納し、格納した差圧出力信号に基づいて、所定時間毎の差圧を求めることである。
当該発明によると、一度に処理できない大量のデータが発生した場合でも演算処理を行うことができる。
The twelfth feature of the present invention is that the differential pressure calculating step stores each differential pressure output signal for each predetermined time output in the differential pressure output step in a storage device, and stores the differential pressure output signal in the stored differential pressure output signal. Based on this, the differential pressure is determined every predetermined time.
According to the invention, it is possible to perform arithmetic processing even when a large amount of data that cannot be processed at a time occurs.

また、本発明の第13の特徴は、差圧算出ステップは、差圧出力ステップにて出力される差圧出力信号が所定時間の間、予め定めた信号強度の基準値よりも低い状態が継続した後に実行されることである。
当該発明によると、適切な初期状態を自動的に選択してより正確な脈波測定ができる。
A thirteenth feature of the present invention is that the differential pressure calculation step continues that the differential pressure output signal output in the differential pressure output step is lower than a predetermined signal strength reference value for a predetermined time. To be executed after.
According to the present invention, it is possible to automatically select an appropriate initial state and perform more accurate pulse wave measurement.

したがって、本発明は、小型低消費電力で高精度高感度な脈波測定装置及び脈波測定方法を提供することができる。   Therefore, the present invention can provide a pulse wave measuring device and a pulse wave measuring method that are small and have low power consumption and high accuracy and high sensitivity.

本発明の第1の実施形態に係る脈波測定装置1の概略構成を示す模式図である。It is a mimetic diagram showing a schematic structure of pulse wave measuring device 1 concerning a 1st embodiment of the present invention. 図1の脈波測定装置1のブロック図である。It is a block diagram of the pulse wave measuring device 1 of FIG. 図1に示す差圧センサ5の断面図を示す。FIG. 2 shows a cross-sectional view of the differential pressure sensor 5 shown in FIG. 1. 本発明の第1の実施形態にかかる脈波測定装置の機能の流れを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the flow of a function of the pulse-wave measuring apparatus concerning the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施形態にかかる「差圧と空気流入量の参照テーブル」である。It is a "reference table of differential pressure and air inflow" according to the first embodiment of the present invention. 本発明の第2の実施形態に係る脈波測定装置41の構成を示す。The structure of the pulse-wave measuring apparatus 41 which concerns on the 2nd Embodiment of this invention is shown. 本発明の第3の実施形態にかかる脈波測定装置51の機能の流れを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the flow of the function of the pulse-wave measuring apparatus 51 concerning the 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第4の実施形態にかかる脈波測定装置61の機能の流れを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the flow of the function of the pulse-wave measuring apparatus 61 concerning the 4th Embodiment of this invention. 本発明の第5の実施形態にかかる脈波測定装置71の機能の流れを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the flow of a function of the pulse-wave measuring apparatus 71 concerning the 5th Embodiment of this invention.

以下、本発明に係る脈波測定装置及び脈波測定方法の実施形態について図面を参照して説明する。
(第1の実施形態)
(全体構成)
図1は、本発明の第1の実施形態に係る脈波測定装置1の構成を示す。本実施形態では脈波測定装置1は腕時計に類似した形態からなり、装置本体3と、装置本体3の側面に固定されたバンド2と、により構成される。
バンド2は、例えば、環状の弾性材等により構成され、装置本体3をユーザの皮膚4に密着するように装着させる。
Hereinafter, embodiments of a pulse wave measurement device and a pulse wave measurement method according to the present invention will be described with reference to the drawings.
(First embodiment)
(overall structure)
FIG. 1 shows a configuration of a pulse wave measuring apparatus 1 according to the first embodiment of the present invention. In the present embodiment, the pulse wave measuring device 1 has a form similar to a wristwatch, and includes a device main body 3 and a band 2 fixed to a side surface of the device main body 3.
The band 2 is composed of, for example, an annular elastic material or the like, and the apparatus main body 3 is attached so as to be in close contact with the user's skin 4.

装置本体3は、その下部(皮膚4側)に差圧センサ5を持つ。差圧センサ5は、下部が皮膚4に密着し、上部は開口6を介して外気と連通している。当該差圧センサ5の構造については、後段で詳述する。また、装置本体3は、その内部に後述する種々の機能を持つ素子が搭載された制御基板7を持つ。   The apparatus main body 3 has a differential pressure sensor 5 in the lower part (skin 4 side). The differential pressure sensor 5 has a lower part in close contact with the skin 4 and an upper part communicating with the outside air through the opening 6. The structure of the differential pressure sensor 5 will be described in detail later. The apparatus body 3 has a control board 7 on which elements having various functions to be described later are mounted.

図2は脈波測定装置1のブロック図を示す。脈波測定装置1は、差圧センサ5の他に、制御基板7に相当する、制御部11と、電源12と、記憶部13と、演算処理部14と、を有する。
制御部11は、例えば、CPUやROM等を含んで構成され、装置本体3の全体の駆動を統括的に制御する。
FIG. 2 shows a block diagram of the pulse wave measuring apparatus 1. In addition to the differential pressure sensor 5, the pulse wave measurement device 1 includes a control unit 11, a power source 12, a storage unit 13, and an arithmetic processing unit 14 corresponding to the control board 7.
The control unit 11 includes, for example, a CPU, a ROM, and the like, and comprehensively controls driving of the entire apparatus body 3.

電源12は、例えば、乾電池などの各種の1次電池やバッテリーなどの2次電池などの電力源であり、装置本体3に備わる各部に対して電力を供給する。
記憶部13は、例えば、各種の不揮発性メモリ等で構成され、制御部11にて実行される駆動プログラムや各種のデータ、後述する参照テーブルを記憶する。
The power source 12 is, for example, a power source such as various primary batteries such as a dry battery or a secondary battery such as a battery, and supplies power to each unit included in the apparatus main body 3.
The storage unit 13 includes, for example, various nonvolatile memories and stores a drive program executed by the control unit 11, various data, and a reference table described later.

演算処理部14は、差圧センサ5の出力に基づいて差圧を算出する差圧算出部15と、後述の差圧センサ5に備わるキャビティ内部の気圧を算出するキャビティ内気圧算出部16と、上記キャビティに流通する空気のモル数を算出する空気流通モル数算出部17と、上記キャビティ内の空気のモル数を算出する空気モル数算出部18と、上記キャビティの体積を算出する体積算出部19と、脈動による皮膚の変位を算出する変位算出部20と、を有する。なお、演算処理部14に備わる各部の機能については、後段の(変位算出フローについて)で詳述する。   The arithmetic processing unit 14 includes a differential pressure calculation unit 15 that calculates a differential pressure based on the output of the differential pressure sensor 5, a cavity internal pressure calculation unit 16 that calculates an atmospheric pressure inside the cavity of the differential pressure sensor 5 described later, An air circulation mole number calculation unit 17 that calculates the number of moles of air flowing through the cavity, an air mole number calculation unit 18 that calculates the number of moles of air in the cavity, and a volume calculation unit that calculates the volume of the cavity. 19 and a displacement calculator 20 that calculates the displacement of the skin due to pulsation. The function of each unit included in the arithmetic processing unit 14 will be described in detail later (on the displacement calculation flow).

(差圧センサの構成)
次いで、差圧センサ5の構成について説明する。図3は差圧センサ5の断面図を示し、(a)は初期状態を表す時刻T0における断面を、(b)は時刻T0以降で皮膚の脈動が生じた時刻T1における断面を、それぞれ示す。差圧センサ5は、例えば、上下に亘って貫通する貫通穴を有する上面視ロ字状のフレームであるセンサフレーム31と、センサフレーム31の上面を基端として片持ち梁状に突出したカンチレバー32と、を有する。当該差圧センサ5は、ユーザの皮膚のうち脈動によって変位する皮膚部分33に密着させることによって、センサフレーム31(側壁)と皮膚部分33(可撓性を有する底面)とで構成された空間であるキャビティ34を形成する。
(Configuration of differential pressure sensor)
Next, the configuration of the differential pressure sensor 5 will be described. 3A and 3B are cross-sectional views of the differential pressure sensor 5. FIG. 3A shows a cross section at time T0 representing the initial state, and FIG. 3B shows a cross section at time T1 when skin pulsation occurs after time T0. The differential pressure sensor 5 includes, for example, a sensor frame 31 that is a frame having a square shape when viewed from above, and a cantilever 32 that protrudes in a cantilever manner with the upper surface of the sensor frame 31 as a base end. And having. The differential pressure sensor 5 is a space formed by the sensor frame 31 (side wall) and the skin portion 33 (flexible bottom surface) by closely contacting the skin portion 33 that is displaced by pulsation in the user's skin. A cavity 34 is formed.

なお、図示を略したが、ユーザの皮膚と離間した状態でキャビティ34の下部は必ずしも解放されている必要は無く、皮膚部分33に密着する可撓性の薄い膜をセンサフレーム31の下面に固着しておいてもよい。   Although not shown, the lower portion of the cavity 34 is not necessarily opened in a state of being separated from the user's skin, and a flexible thin film that is in close contact with the skin portion 33 is fixed to the lower surface of the sensor frame 31. You may keep it.

ここで、キャビティ34内部の体積、圧力、空気のモル数をそれぞれV、Pin、N、とし、時刻T0とT1における値であることを示すためにそれぞれ、V(0)、Pin(0)、N(0)、V(1)、Pin(1)、N(1)、とする。   Here, the volume, pressure, and the number of moles of air inside the cavity 34 are V, Pin, and N, respectively, and V (0), Pin (0), Let N (0), V (1), Pin (1), and N (1).

(差圧センサの構造と動作)
次に、図3を用いて差圧センサ5の具体的構造を説明する。差圧センサ5はセンサフレーム31に囲まれた貫通穴を持ち、その上部側の口の大部分はカンチレバー32によって覆われる。カンチレバー32はたとえば300nm程度の極めて薄いSiから成る略長方形の板状梁であり、センサフレーム31に一端が固定される。カンチレバー32は一辺がたとえば100ミクロン程度のサイズであり、その上下の気圧にわずかでも差があればその差圧によって撓む。カンチレバー32の固定端付近は上面近傍のみP(リン)などの不純物をドープすることでピエゾ抵抗として機能するので、顕著なピエゾ抵抗効果を発揮する。また、カンチレバー32の側面とセンサフレーム31の間は1ミクロン前後の微小なギャップとなっており、このギャップを介して外気とキャビティ34の間を空気が流通する。カンチレバー32は一端のみが固定されているため、全周囲を固定されるダイヤフラム型のセンサに比べ、わずかな力でも撓むことができ、高感度なセンサとして機能する。
(Differential pressure sensor structure and operation)
Next, a specific structure of the differential pressure sensor 5 will be described with reference to FIG. The differential pressure sensor 5 has a through hole surrounded by a sensor frame 31, and most of the mouth on the upper side is covered with a cantilever 32. The cantilever 32 is a substantially rectangular plate-like beam made of extremely thin Si of about 300 nm, for example, and one end is fixed to the sensor frame 31. The cantilever 32 has a side of, for example, a size of about 100 microns, and bends due to the differential pressure if there is a slight difference between the upper and lower atmospheric pressures. Since the vicinity of the fixed end of the cantilever 32 functions as a piezoresistor by doping impurities such as P (phosphorus) only in the vicinity of the upper surface, a remarkable piezoresistive effect is exhibited. A small gap of about 1 micron is formed between the side surface of the cantilever 32 and the sensor frame 31, and air flows between the outside air and the cavity 34 through the gap. Since only one end of the cantilever 32 is fixed, the cantilever 32 can be bent even with a slight force as compared with a diaphragm sensor that is fixed at the entire periphery, and functions as a highly sensitive sensor.

ここで、図3(b)に示すように、時刻T1において皮膚部分33がその下部の動脈が脈動したことで下方へ変位したとする。すると、キャビティ内部の体積Vは増加し、気圧Pinは減少する。その結果、カンチレバー32は気圧Pinと外部の気圧との差圧により下部方向に撓む。すると、差圧センサ5は、カンチレバー32に作りこまれたピエゾ抵抗素子の電気抵抗値が変化するので、図示を略したブリッジ回路を介して、当該カンチレバー32の撓み量に対応した信号を出力する。   Here, as shown in FIG. 3B, it is assumed that the skin portion 33 is displaced downward due to the pulsation of the lower artery at time T1. Then, the volume V inside the cavity increases and the atmospheric pressure Pin decreases. As a result, the cantilever 32 bends downward due to the differential pressure between the atmospheric pressure Pin and the external atmospheric pressure. Then, since the electrical resistance value of the piezoresistive element built in the cantilever 32 changes, the differential pressure sensor 5 outputs a signal corresponding to the bending amount of the cantilever 32 via a bridge circuit (not shown). .

ここで、カンチレバー32の撓み量とキャビティ34内外の圧力差(差圧)の関係は、予め実測して「ピエゾ抵抗値と差圧の参照テーブル」として、記憶部13に記憶される。したがって、差圧算出部15は、差圧センサ5の出力信号と記憶部13の参照テーブルとにより差圧を算出できる。   Here, the relationship between the amount of bending of the cantilever 32 and the pressure difference (differential pressure) inside and outside the cavity 34 is measured in advance and stored in the storage unit 13 as a “piezoresistance value and differential pressure reference table”. Therefore, the differential pressure calculation unit 15 can calculate the differential pressure from the output signal of the differential pressure sensor 5 and the reference table of the storage unit 13.

さらに、キャビティ34内の圧力Pinが減少すると、外気からキャビティ34内へ空気が流入する。この際、当該空気の流入量をモル数で表した量をΔNとする。このように、皮膚部分33が変位すると、V、Pin、Nがすべて変化する。なお、差圧とΔNの関係は、脈波測定装置1に流量計を組み込んだ実験や、カンチレバー32の変位と空気流出入の関係を連成解析した計算機シミュレーションによって予め取得しておき、「差圧と空気流入量の参照テーブル」として、記憶部13に記憶される。   Further, when the pressure Pin in the cavity 34 decreases, air flows from the outside air into the cavity 34. At this time, the amount of the inflow of the air expressed in moles is ΔN. Thus, when the skin part 33 is displaced, V, Pin, and N all change. The relationship between the differential pressure and ΔN is acquired in advance by an experiment in which a flow meter is incorporated in the pulse wave measuring device 1 or a computer simulation in which the relationship between the displacement of the cantilever 32 and the air inflow / outflow is coupled. It is stored in the storage unit 13 as a “pressure and air inflow amount reference table”.

(変位算出フローについて)
次いで、本発明の第1の実施形態にかかる脈波測定装置1による皮膚部分33の変位算出の流れについて、図4に示す説明図(フローチャート)に沿って説明する。
(Displacement calculation flow)
Next, the flow of calculating the displacement of the skin portion 33 by the pulse wave measurement device 1 according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to an explanatory diagram (flowchart) shown in FIG.

まず、初期状態を表す時刻T0において、キャビティ34内の体積V(0)はセンサフレーム31の設計寸法から既知である。また、キャビティ34内の圧力Pin(0)は外気圧と同一である。そのため、空気モル数算出部18は、気体の状態方程式PV=NRKから、気温Kを用いればモル数N(0)=Pin(0)V(0)/RKが得られる(STEP1)。なお、気温Kや外気圧は、制御部11からの制御信号に基づき、脈波測定装置1と接続された又は脈波測定装置1内に備わる気温計(図示省略)や絶対圧測定用の圧力センサ(図示省略)により、演算処理部14(空気モル数算出部18)へ電気信号として伝送される。   First, at time T0 representing the initial state, the volume V (0) in the cavity 34 is known from the design dimensions of the sensor frame 31. The pressure Pin (0) in the cavity 34 is the same as the external pressure. Therefore, the air mole number calculation unit 18 can obtain the mole number N (0) = Pin (0) V (0) / RK from the gas state equation PV = NRK using the temperature K (STEP 1). The temperature K and the external pressure are based on a control signal from the control unit 11 and are connected to the pulse wave measuring device 1 or provided in the pulse wave measuring device 1 or a pressure for measuring absolute pressure. A sensor (not shown) transmits the signal as an electrical signal to the arithmetic processing unit 14 (number-of-air calculating unit 18).

次に、脈波測定装置1が変位の測定を開始した後、時刻T1において皮膚部分33が脈動によって変位してカンチレバー32が撓み、差圧センサ5よりピエゾ抵抗値に関する信号が演算処理部14に出力される(STEP2)。   Next, after the pulse wave measuring device 1 starts measuring the displacement, the skin portion 33 is displaced by the pulsation at time T 1, the cantilever 32 is bent, and a signal related to the piezoresistance value is sent from the differential pressure sensor 5 to the arithmetic processing unit 14. It is output (STEP 2).

次に、差圧算出部15は、記憶部13に記憶されている「ピエゾ抵抗値と差圧の参照テーブル」を参照して、ピエゾ抵抗値から差圧を算出する。また、キャビティ内気圧算出部16は、外気圧を一定と仮定し、外気圧から上記算出した差圧を減算してキャビティ34内の圧力Pin(1)を算出する(STEP3)。   Next, the differential pressure calculation unit 15 refers to the “piezoresistance value and differential pressure reference table” stored in the storage unit 13 and calculates the differential pressure from the piezoresistance value. Further, the cavity internal pressure calculation unit 16 calculates the pressure Pin (1) in the cavity 34 by subtracting the calculated differential pressure from the external pressure assuming that the external air pressure is constant (STEP 3).

次に、空気流通モル数算出部17は、記憶部13に記憶されている「差圧と空気流入量の参照テーブル」を参照して、STEP3にて算出した差圧から空気流入量ΔNを算出する(STEP4)。ここで、「差圧と空気流入量の参照テーブル」は、例えば図5に示すように、差圧ΔPの値(Pa)に応じた単位時間当たりの空気流入量Qの値(mol/sec)が、差圧ΔPの大きさに応じてテーブル化されたものである。   Next, the air circulation mole number calculation unit 17 refers to the “reference table of differential pressure and air inflow amount” stored in the storage unit 13 and calculates the air inflow amount ΔN from the differential pressure calculated in STEP 3. (STEP 4). Here, the “reference table of differential pressure and air inflow amount” is, for example, as shown in FIG. 5, the value of air inflow amount Q per unit time (mol / sec) corresponding to the value (Pa) of differential pressure ΔP. Is tabulated in accordance with the magnitude of the differential pressure ΔP.

次に、空気モル数算出部18は、STEP4にて算出された空気流入量ΔNを時刻T0での空気モル数N(0)に加えることで、時刻T1におけるキャビティ34内部の空気モル数N(1)を算出する(STEP5)。   Next, the air mole number calculation unit 18 adds the air inflow amount ΔN calculated in STEP 4 to the air mole number N (0) at the time T0, so that the air mole number N (( 1) is calculated (STEP 5).

次に、体積算出部19は、STEP3にて算出したPin(1)とSTEP5にて算出したN(1)とを、再度気体の状態方程式に代入することで、キャビティ34内の体積V(1)を算出する(STEP6)。   Next, the volume calculation unit 19 substitutes Pin (1) calculated in STEP 3 and N (1) calculated in STEP 5 into the gas state equation again, so that the volume V (1 ) Is calculated (STEP 6).

次に、変位算出部20は、センサフレーム31自体は変形しないと仮定するとキャビティ34の断面積は変化しないので、体積の変化(V(1)―V(0))をキャビティ34の断面積で除算することで、皮膚部分33の変位を算出する(STEP7)。   Next, assuming that the sensor frame 31 itself is not deformed, the displacement calculation unit 20 does not change the cross-sectional area of the cavity 34, so the volume change (V (1) −V (0)) By dividing, the displacement of the skin portion 33 is calculated (STEP 7).

そして、制御部11は、測定を継続するかどうかを判断して(STEP8)、継続すると判断した場合(STEP8;Y)、引き続き演算処理部14にステップ2以降の処理を繰り返し実行させ、継続しないと判断した場合(STEP8;N)、本処理を終了する。   Then, the control unit 11 determines whether or not to continue the measurement (STEP 8). If it is determined that the measurement is to be continued (STEP 8; Y), the control unit 11 continuously causes the processing unit 14 to repeatedly execute the processing from step 2 and does not continue. If it is determined (STEP8; N), this process is terminated.

なお、STEP4において、空気流通モル数算出部17は、上述の「差圧と空気流入量の参照テーブル」から空気流入量ΔNを算出する際に、単位時間当たりの空気流入量Qときざみ時間(T1−T0)を積算している。このきざみ時間は必要に応じて設定可能であり、短くすると計算量が多くなるが高精度な結果が得られ、長くすると精度は落ちるが短時間で計算できることから、状況に応じて最適な長さを設定する。   In STEP 4, the air circulation mole number calculation unit 17 calculates the air inflow amount Q per unit time and the time interval (when the air inflow amount ΔN is calculated from the “reference table of differential pressure and air inflow amount” described above). T1-T0) is integrated. This step time can be set as needed.If the time is shortened, the amount of calculation increases, but a high-accuracy result can be obtained.If the length is shortened, the accuracy is reduced, but it can be calculated in a short time. Set.

また、演算処理部14は、図4に示すフローチャートの処理手順に替えて、ピエゾ抵抗値の取得(STEP2)を先に所定時間のあいだ繰り返し実行し結果データを記憶部13に格納した後で、順次記憶部13からピエゾ抵抗値を読みだして上記STEP3以降の処理を行うようにしてもよい。また、演算処理部14は、ピエゾ抵抗値の取得(STEP2)を行った際に、取得したピエゾ抵抗値が所定値未満となる状態が所定時間継続していると判断した場合、その判断した時点を初期状態を表す時刻T0とし、STEP1以降の処理を実行することとしてもよい。   In addition, the arithmetic processing unit 14 replaces the processing procedure of the flowchart shown in FIG. 4 and repeatedly obtains the piezoresistance value (STEP 2) for a predetermined time before storing the result data in the storage unit 13. Alternatively, the piezoresistance value may be sequentially read from the storage unit 13 and the processing after STEP3 may be performed. In addition, when the arithmetic processing unit 14 performs the acquisition of the piezoresistance value (STEP 2) and determines that the state in which the acquired piezoresistance value is less than the predetermined value continues for a predetermined time, the determination time point May be time T0 representing the initial state, and processing after STEP1 may be executed.

以上、本実施形態に係る脈波測定装置1によると、皮膚部分33が脈動によってわずかに変位したときに、それをカンチレバー32の撓みから発生するピエゾ抵抗値として取得し、外気とキャビティ34の間の空気の流出入量を考慮に入れた気体の状態方程式を解くことによって、皮膚部分33の変位を算出することができる。また、脈波測定装置1によると、一端のみが固定されたカンチレバー32を利用することにより、わずかな差圧でも大きく撓む高感度検出が可能となり、カンチレバー32とセンサフレーム31の間を介して空気が流出入する影響を考慮に入れながら皮膚部分33の変位を算出することで、高感度で正確なセンシングが実現できる。   As described above, according to the pulse wave measuring apparatus 1 according to the present embodiment, when the skin portion 33 is slightly displaced by pulsation, it is acquired as a piezoresistance value generated from the bending of the cantilever 32, and between the outside air and the cavity 34. The displacement of the skin portion 33 can be calculated by solving a gas equation of state that takes into account the amount of air flowing in and out. Further, according to the pulse wave measuring device 1, by using the cantilever 32 having only one end fixed, it is possible to detect with high sensitivity which is greatly bent even with a slight differential pressure, and between the cantilever 32 and the sensor frame 31. By calculating the displacement of the skin portion 33 while taking into account the influence of air flowing in and out, highly sensitive and accurate sensing can be realized.

(第2の実施形態)
次いで、本発明の第2実施形態に係る脈波測定装置41について、図6を用いて説明する。
図6は本発明の第2の実施形態に係る脈波測定装置41の構成を示す。本実施形態に係る脈波測定装置41は、ユーザの腕42に巻回されたカフ43と、空気チューブ44を介してカフ43に接続された差圧センサ45と、カフ43を押圧するポンプ47と、差圧センサ45及びポンプ47と接続された制御基板48と、を備える。当該脈波測定装置41は、ユーザの腕42にカフ43を巻きつけて押圧し、空気チューブ44によって接続された差圧センサ45によって、カフ43内の気圧変動を検出するように構成される(カフ43,空気チューブ44,差圧センサ45の内部空間を合せた空間がキャビティとして機能する)。
(Second Embodiment)
Next, a pulse wave measuring device 41 according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
FIG. 6 shows a configuration of a pulse wave measuring device 41 according to the second embodiment of the present invention. The pulse wave measuring device 41 according to this embodiment includes a cuff 43 wound around a user's arm 42, a differential pressure sensor 45 connected to the cuff 43 via an air tube 44, and a pump 47 that presses the cuff 43. And a control board 48 connected to the differential pressure sensor 45 and the pump 47. The pulse wave measuring device 41 is configured to wrap and press the cuff 43 around the user's arm 42 and detect a pressure fluctuation in the cuff 43 by a differential pressure sensor 45 connected by an air tube 44 ( A space that combines the internal spaces of the cuff 43, the air tube 44, and the differential pressure sensor 45 functions as a cavity).

カフ43は、例えば、ユーザの腕42に巻回される袋状の部材であり、内部に空気が封入されることにより腕42を押圧できる。
空気チューブ44は、例えば、カフ43に対して空気を流入出させるための内部が空洞からなるチューブ状の部材である。
The cuff 43 is a bag-like member wound around the user's arm 42, for example, and can press the arm 42 by enclosing air therein.
The air tube 44 is, for example, a tube-shaped member having a hollow inside for allowing air to flow into and out of the cuff 43.

差圧センサ45は、センサフレーム31の底面に可撓性の薄膜が形成される以外、第1実施形態に係る差圧センサ5と同一構成からなり、開口46を介して外気に連通している。ポンプ47は、空気チューブ44を介してカフ43に空気を押し入れることでカフ43を押圧する。   The differential pressure sensor 45 has the same configuration as the differential pressure sensor 5 according to the first embodiment except that a flexible thin film is formed on the bottom surface of the sensor frame 31 and communicates with the outside air through the opening 46. . The pump 47 presses the cuff 43 by pushing air into the cuff 43 via the air tube 44.

制御基板48は、第1実施形態の制御基板7と同様に、制御部11と、電源12と、記憶部13と、演算処理部14と、を有する。ここで、演算処理部14による皮膚部分33の変位算出処理については第1実施形態と同一であるので説明を省略する。   The control board 48 includes the control unit 11, the power supply 12, the storage unit 13, and the arithmetic processing unit 14, similarly to the control board 7 of the first embodiment. Here, the displacement calculation processing of the skin portion 33 by the arithmetic processing unit 14 is the same as that in the first embodiment, and thus the description thereof is omitted.

本実施形態に係る脈波測定装置41においては、腕42をカフ43で押圧しながら変位を測定するために、腕42の内部にある血管の運動がカフ内壁の変位を強く引き起こすことができ、高感度な検出が可能となる。また、脈波測定装置41は、差圧センサ45が腕42とは別の場所に配置されているため(カフ43を除く脈波測定装置41が直接人体に装着される構造で無いため)、カフ43を除く脈波測定装置41が大型化してもユーザへの負担とならない。そのため、脈波測定装置41では、感度を向上されるためのカンチレバーの大型化などを比較的容易に実現できる。   In the pulse wave measuring device 41 according to the present embodiment, in order to measure the displacement while pressing the arm 42 with the cuff 43, the movement of the blood vessel inside the arm 42 can strongly cause the displacement of the cuff inner wall, Highly sensitive detection is possible. Moreover, since the differential pressure sensor 45 is arrange | positioned in the place different from the arm 42 in the pulse wave measuring device 41 (because the pulse wave measuring device 41 except the cuff 43 is not a structure that is directly attached to the human body), Even if the pulse wave measuring device 41 excluding the cuff 43 is enlarged, there is no burden on the user. Therefore, the pulse wave measuring device 41 can relatively easily realize an increase in size of a cantilever for improving sensitivity.

(第3の実施形態)
次いで、本発明の第3の実施形態に係る脈波測定装置51について、図7を用いて説明する。
図7は、本発明の第3の実施形態にかかる脈波測定装置51による皮膚部分33の変位算出処理を説明するためのフローチャートである。なお、第1実施形態と同一の処理については同一の名称を付けて説明を省略する。ここで、脈波測定装置51による変位算出処理が第1実施形態における変位算出処理と相違するのは、気温が時間変動する場合であっても正確に脈波を測定できる点である。
(Third embodiment)
Next, a pulse wave measurement device 51 according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
FIG. 7 is a flowchart for explaining the displacement calculation processing of the skin portion 33 by the pulse wave measurement device 51 according to the third embodiment of the present invention. In addition, about the process same as 1st Embodiment, the same name is attached | subjected and description is abbreviate | omitted. Here, the displacement calculation process by the pulse wave measurement device 51 is different from the displacement calculation process in the first embodiment in that the pulse wave can be accurately measured even when the temperature fluctuates over time.

まず、演算処理部14は、脈波測定装置1と接続された、又は脈波測定装置1内に備わる温度センサなどによって空気の気温K(0)を取得する(STEP11)。なお、初期状態においてはキャビティ34の体積V(0)はセンサフレーム31の設計で決まっていることと、キャビティ34内の圧力Pin(0)は外気圧と同一であるということは、第1実施形態と同一である。そのため、空気モル数算出部18は、これらV(0)、Pin(0)、K(0)を気体の状態方程式に代入してモル数N(0)を算出する(STEP12)。
この後、ピエゾ抵抗値取得(STEP13)からモル数更新(STEP16)までのステップは第1実施形態における変位算出処理と同一である。
First, the arithmetic processing unit 14 acquires the air temperature K (0) by a temperature sensor or the like connected to the pulse wave measuring device 1 or provided in the pulse wave measuring device 1 (STEP 11). In the initial state, the volume V (0) of the cavity 34 is determined by the design of the sensor frame 31, and the pressure Pin (0) in the cavity 34 is the same as the external pressure. The form is the same. Therefore, the air mole number calculation unit 18 calculates the mole number N (0) by substituting these V (0), Pin (0), and K (0) into the gas state equation (STEP 12).
Thereafter, the steps from obtaining the piezoresistance value (STEP 13) to updating the number of moles (STEP 16) are the same as the displacement calculation process in the first embodiment.

次いで、演算処理部14は、時刻T(1)における気温K(1)を取得して(STEP17)。そして、体積算出部19は、そのK(1)を使って気体の状態方程式から体積V(1)を算出する(STEP18)。その後の処理は第1実施形態と同一である。   Next, the arithmetic processing unit 14 acquires the temperature K (1) at time T (1) (STEP 17). And the volume calculation part 19 calculates volume V (1) from the state equation of gas using the K (1) (STEP18). Subsequent processing is the same as in the first embodiment.

本実施形態に係る脈波測定装置51においては、測定中に気温が変動した場合でもそれを継続的に測定して温度を考慮に入れて処理を行うことにより、常に正確で高感度な脈波測定が可能になる。   In the pulse wave measuring device 51 according to the present embodiment, even when the air temperature fluctuates during measurement, the pulse wave is always accurate and highly sensitive by continuously measuring it and taking the temperature into account. Measurement becomes possible.

(第4の実施形態)
次いで、本発明の第4の実施形態に係る脈波測定装置61について、図8を用いて説明する。
図8は、本発明の第4の実施形態にかかる脈波測定装置61による皮膚部分33の変位算出処理を説明するためのフローチャートである。なお、第1実施形態と同一の処理については同一の名称を付けて説明を省略する。ここで、脈波測定装置61による変位算出処理が第1実施形態における変位算出処理との相違するのは、外気圧が時間変動する場合であっても正確に脈波を測定できる点である。
(Fourth embodiment)
Next, a pulse wave measurement device 61 according to a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
FIG. 8 is a flowchart for explaining the displacement calculation processing of the skin portion 33 by the pulse wave measurement device 61 according to the fourth embodiment of the present invention. In addition, about the process same as 1st Embodiment, the same name is attached | subjected and description is abbreviate | omitted. Here, the displacement calculation process by the pulse wave measuring device 61 is different from the displacement calculation process in the first embodiment in that the pulse wave can be accurately measured even when the external air pressure fluctuates over time.

まず、演算処理部14は、脈波測定装置61と接続された、又は脈波測定装置61内に備わる絶対圧を測定可能な圧力センサ(図示省略)などによって、外気圧を取得する(STEP21)。   First, the arithmetic processing unit 14 acquires the external air pressure by a pressure sensor (not shown) that is connected to the pulse wave measuring device 61 or that can measure the absolute pressure provided in the pulse wave measuring device 61 (STEP 21). .

そして、空気モル数算出部18は、初期状態においてキャビティ34内の圧力Pin(0)は外気圧と同一であるので、STEP21にて測定した外気圧をPin(0)として、モル数N(0)を算出する(STEP22)。
次いで、演算処理部14は、差圧センサ5よりピエゾ抵抗値を取得し(STEP23)、圧力センサにより時刻T(1)における外気圧を取得する(STEP24)。
Since the pressure Pin (0) in the cavity 34 is the same as the outside air pressure in the initial state, the air mole number calculating unit 18 uses the outside air pressure measured in STEP 21 as Pin (0) and uses the mole number N (0 ) Is calculated (STEP 22).
Next, the arithmetic processing unit 14 acquires a piezoresistance value from the differential pressure sensor 5 (STEP 23), and acquires an external air pressure at time T (1) by the pressure sensor (STEP 24).

そして、演算処理部14は、STEP24にて取得した外気圧と、STEP23にて取得したピエゾ抵抗値に基づいて算出される差圧から、キャビティ34内の圧力を更新してPin(1)とする(STEP25)。その後の処理は第1実施形態と同一である。   Then, the arithmetic processing unit 14 updates the pressure in the cavity 34 from the external pressure acquired in STEP 24 and the differential pressure calculated based on the piezoresistance value acquired in STEP 23 to Pin (1). (STEP 25). Subsequent processing is the same as in the first embodiment.

本実施形態に係る脈波測定装置61おいては、測定中に外気圧が変動した場合でもそれを継続的に測定して外気圧を考慮に入れて処理を行うことにより、常に正確で高感度な脈波測定が可能になる。   In the pulse wave measuring device 61 according to the present embodiment, even when the external air pressure fluctuates during measurement, it is always accurate and highly sensitive by continuously measuring it and taking the external air pressure into consideration. Pulse wave measurement becomes possible.

(第5の実施形態)
次いで、本発明の第5の実施形態に係る脈波測定装置71について、図9を用いて説明する。
図9は、本発明の第5の実施形態にかかる脈波測定装置71による皮膚部分33の変位算出処理を説明するためのフローチャートである。ここで、脈波測定装置71による変位算出処理が第1実施形態と同一の処理については同一の名称を付けて説明を省略する。ここで、脈波測定装置71による変位算出処理が第1実施形態における変位算出処理と相違するのは、キャビティ34の側壁が時間変位する場合であっても正確に脈波を測定できる点である。
(Fifth embodiment)
Next, a pulse wave measurement device 71 according to a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
FIG. 9 is a flowchart for explaining the displacement calculation processing of the skin portion 33 by the pulse wave measurement device 71 according to the fifth embodiment of the present invention. Here, the same processing for the displacement calculation processing by the pulse wave measuring device 71 as in the first embodiment is given the same name, and the description is omitted. Here, the displacement calculation process by the pulse wave measuring device 71 is different from the displacement calculation process in the first embodiment in that the pulse wave can be accurately measured even when the side wall of the cavity 34 is displaced in time. .

まず、演算処理部14は、脈波測定装置71内に備わる歪センサ(図示省略)などによって、キャビティ34側壁(センサフレーム31の内周面)の変位情報を取得する(STEP31)。   First, the arithmetic processing unit 14 acquires displacement information of the side wall of the cavity 34 (the inner peripheral surface of the sensor frame 31) using a strain sensor (not shown) provided in the pulse wave measuring device 71 (STEP 31).

そして、空気モル数算出部18は、この変位情報と、センサフレーム31の設計の両方を用いてキャビティ34の体積V(0)を算出し、それと外気圧とに基づいてキャビティ内のモル数N(0)を求める(STEP32)。その後の処理は、ピエゾ抵抗値取得(STEP33)から体積更新(STEP37)までは第1実施形態と同一である。   The air mole number calculation unit 18 calculates the volume V (0) of the cavity 34 using both the displacement information and the design of the sensor frame 31, and the number of moles N in the cavity N based on the volume V and the external air pressure. (0) is obtained (STEP 32). The subsequent processing is the same as that of the first embodiment from the piezoresistance value acquisition (STEP 33) to the volume update (STEP 37).

次いで、演算処理部14は、歪センサにより時刻T(1)における変位情報を取得し(STEP38)、最新のキャビティ断面積を用いて皮膚表面の変位量を算出する(STEP39)。その後の処理は第1実施形態と同一である。   Next, the arithmetic processing unit 14 acquires displacement information at time T (1) by the strain sensor (STEP 38), and calculates the displacement amount of the skin surface using the latest cavity cross-sectional area (STEP 39). Subsequent processing is the same as in the first embodiment.

本実施形態においては、測定中にキャビティ34側壁が変動した場合でもそれを継続的に測定して処理を行うことにより、常に正確で高感度な脈波測定が可能になる。
なお、第3の実施形態、第4の実施形態、第5の実施形態ではそれぞれ温度、外気圧、キャビティ34側壁、が変動する場合について説明したが、これらが同時に変動する場合も同様の扱いで対応可能である。
In the present embodiment, even if the side wall of the cavity 34 changes during measurement, it is possible to always measure the pulse wave accurately and with high sensitivity by continuously measuring it and processing it.
In the third embodiment, the fourth embodiment, and the fifth embodiment, the case where the temperature, the external air pressure, and the side wall of the cavity 34 fluctuate has been described. It is possible.

1,51,61,71 脈波測定装置
2 バンド
3 装置本体
4 皮膚
5 差圧センサ
6 開口
7 制御基板
11 制御部
12 電源
13 記憶部
14 演算処理部
15 差圧算出部
16 キャビティ内気圧算出部
17 空気流通モル数算出部
18 空気モル数算出部
19 体積算出部
20 変位算出部
31 センサフレーム
32 カンチレバー
33 皮膚部分
34 キャビティ
41 脈波測定装置
42 腕
43 カフ
44 空気チューブ
45 差圧センサ
46 開口
47 ポンプ
48 制御基板
V キャビティ34内部の体積
P キャビティ34内部の圧力
N キャビティ34内部の空気モル数
STEP1〜8 本発明の第1の実施形態に係る脈波の測定方法の各段階
STEP11〜20 本発明の第3の実施形態に係る脈波の測定方法の各段階
STEP21〜30 本発明の第4の実施形態に係る脈波の測定方法の各段階
STEP31〜40 本発明の第5の実施形態に係る脈波の測定方法の各段階
1, 51, 61, 71 Pulse wave measuring device 2 Band 3 Device body 4 Skin 5 Differential pressure sensor 6 Opening 7 Control board 11 Control unit 12 Power supply 13 Storage unit 14 Processing unit 15 Differential pressure calculation unit 16 Intracavity pressure calculation unit 17 Air flow mole number calculation unit 18 Air mole number calculation unit 19 Volume calculation unit 20 Displacement calculation unit 31 Sensor frame 32 Cantilever 33 Skin portion 34 Cavity 41 Pulse wave measuring device 42 Arm 43 Cuff 44 Air tube 45 Differential pressure sensor 46 Opening 47 Pump 48 Control board V Volume inside cavity 34 Pressure N inside cavity 34 Number of moles of air inside cavity 34 STEP1-8 STEPs 11-20 of the pulse wave measuring method according to the first embodiment of the present invention Steps 21 to 30 of the pulse wave measuring method according to the third embodiment of the present invention The fourth embodiment of the present invention Each step of the method of measuring the pulse wave according to a fifth embodiment of the stages STEP31~40 present invention method for measuring a pulse wave according to the

Claims (12)

皮膚の時間変位を算出することで脈波を測定する脈波測定装置であって、
貫通孔を有する枠体状のセンサフレームと、前記センサフレームの上面を基端として片持ち梁状に前記センサフレームの貫通孔を覆うように突出し、前記センサフレームとの間にギャップを有するカンチレバーと、前記センサフレームの貫通孔の下面の開口部が皮膚部分と接触することにより形成されるキャビティとを有し、
前記キャビティの内気圧と前記キャビティの外部の気圧である外気圧との差圧に関する信号を出力する差圧センサと、
前記差圧センサの出力に基づいて、前記皮膚の時間変位を算出する演算処理部と、
を備え、
前記演算処理部は、
前記皮膚が脈動した際に、前記差圧センサの出力信号に基づいて、前記キャビティの内気圧と前記外気圧との差圧を算出する差圧算出部と、
前記差圧算出部により算出した差圧と前記外気圧に基づいて、前記キャビティの内気圧を算出するキャビティ内気圧算出部と、
前記差圧算出部により算出した差圧に基づいて、前記キャビティの外部と前記キャビティとの間の前記ギャップを流通する空気の流通モル数を算出する空気流通モル数算出部と、
前記空気流通モル数算出部により算出した流通モル数に基づいて、前記キャビティ内の空気モル数を算出する空気モル数算出部と、
前記空気モル数算出部により算出した空気モル数と前記キャビティ内気圧算出部により算出したキャビティの内気圧に基づいて、前記キャビティ内の体積を算出する体積算出部と、
前記体積算出部により算出したキャビティ内の体積に基づいて前記皮膚の時間変位を算出する変位算出部と、を備えることを特徴とする脈波測定装置。
A pulse wave measuring device that measures a pulse wave by calculating time displacement of the skin,
A frame-shaped sensor frame having a through-hole, a cantilever projecting so as to cover the through-hole of the sensor frame in a cantilever shape with the upper surface of the sensor frame as a base end, and having a gap between the sensor frame and A cavity formed by the opening of the lower surface of the through hole of the sensor frame coming into contact with the skin part,
A differential pressure sensor that outputs a signal relating to a differential pressure between an internal pressure of the cavity and an external pressure that is an external pressure of the cavity ;
An arithmetic processing unit that calculates the time displacement of the skin based on the output of the differential pressure sensor;
With
The arithmetic processing unit
When the skin is pulsed, and the difference based on the output signal of the pressure sensor, differential pressure calculator for calculating a differential pressure between the outer pressure and the inner pressure of the cavity,
Based on the outer pressure and differential pressure calculated by the pressure difference calculating unit, and the intracavity pressure calculation unit for calculating the internal pressure of the cavity,
Based on the differential pressure calculated by the pressure difference calculating unit, and the air flow mole number calculating section for calculating a distribution number of moles of air flowing through the gap between the external and the cavity of the cavity,
Based on the flow mole number calculated by the air flow mole number calculation section, the air mole number calculation section for calculating the air mole number in the cavity;
Based on the number of air moles calculated by the air mole number calculation unit and the internal pressure of the cavity calculated by the cavity internal pressure calculation unit, a volume calculation unit that calculates the volume in the cavity;
A pulse wave measuring device comprising: a displacement calculating unit that calculates time displacement of the skin based on the volume in the cavity calculated by the volume calculating unit.
前記キャビティは、前記センサフレームの下面に固着された可撓性の薄い膜により形成されることを特徴とする請求項1に記載の脈波測定装置。The pulse wave measuring device according to claim 1, wherein the cavity is formed of a flexible thin film fixed to a lower surface of the sensor frame. 前記演算処理部は、前記差圧の大きさに応じた前記空気の流通モル数を予め記憶する流通モル数データベース部を有し、
前記空気流通モル数算出部は、前記流通モル数データベース部より、前記差圧算出部により算出した前記差圧の大きさに応じた前記空気流通モル数を抽出することを特徴とする請求項1または2に記載の脈波測定装置。
The arithmetic processing unit has a circulation mole number database unit that stores in advance the circulation mole number of the air corresponding to the magnitude of the differential pressure,
The air flow mole number calculation unit extracts the air flow mole number corresponding to the magnitude of the differential pressure calculated by the differential pressure calculation unit from the flow mole number database unit. Or the pulse wave measuring device according to 2;
前記流通モル数データベース部は、予め、前記キャビティの前記内気圧と前記外気圧の圧力差と空気の流通量との関係性を数値計算で求め、当該関係性と前記差圧に基づいて、前記空気流通モル数を算出することで生成されたものであることを特徴とする請求項に記載の脈波測定装置。 The circulation number-of-moles database unit obtains, in advance, a relationship between the pressure difference between the internal pressure and the external pressure of the cavity and the flow rate of air by numerical calculation, and based on the relationship and the differential pressure, The pulse wave measuring device according to claim 3 , wherein the pulse wave measuring device is generated by calculating the number of moles of air flow. 前記空気の温度情報を取得する気温取得部を有し、
前記空気モル数算出部は、前記温度情報と前記流通モル数に基づいて前記キャビティ内の空気モル数を算出することを特徴とする請求項1〜の何れか一項に記載の脈波測定装置。
An air temperature acquisition unit for acquiring temperature information of the air;
The pulse wave measurement according to any one of claims 1 to 4 , wherein the air mole number calculation unit calculates the air mole number in the cavity based on the temperature information and the flow mole number. apparatus.
前記外気圧を取得する外気圧取得部を有することを特徴とする請求項1〜の何れか一項に記載の脈波測定装置。 The pulse wave measuring apparatus according to any one of claim 1 to 5, characterized in that with an outer pressure acquisition unit for acquiring the outer pressure. 前記キャビティの側壁の歪みによる変位量を検出する歪み検出部を有し、
前記体積算出部は、前記歪み検出部の検出する変位量を用いて前記キャビティ内の体積を算出することを特徴とする請求項1〜の何れか一項に記載の脈波測定装置。
A strain detection unit that detects a displacement amount due to distortion of the side wall of the cavity;
The volume calculation unit, a pulse wave measuring apparatus according to any one of claim 1 to 6, characterized in that to calculate the volume in the cavity by using a displacement detecting the distortion detector.
皮膚の時間変位を算出することで脈波を測定する脈波測定方法であって、
貫通孔を有する枠体状のセンサフレームと、前記センサフレームの上面を基端として片持ち梁状に前記センサフレームの貫通孔を覆うように突出し、前記センサフレームとの間にギャップを有するカンチレバーと、前記センサフレームの貫通孔の下面の開口部が皮膚部分と接触することにより形成されるキャビティとを有する差圧センサが、前記キャビティの内気圧と前記キャビティの外部の気圧である外気圧との差圧に関する差圧出力信号を出力する差圧出力ステップと、
前記皮膚が脈動した際に、前記出力された差圧出力信号に基づいて、前記キャビティの内気圧と前記外気圧との差圧を算出する差圧算出ステップと、
前記算出された差圧と前記外気圧に基づいて、前記キャビティの内気圧を算出するキャビティ内気圧算出ステップと、
前記算出された差圧に基づいて、前記キャビティの外部と前記キャビティとの間の前記ギャップを流通する空気の流通モル数を算出する空気流通モル数算出ステップと、
前記算出した流通モル数に基づいて、前記キャビティ内の空気モル数を算出する空気モル数算出ステップと、
前記算出した空気モル数と前記キャビティの内気圧に基づいて、前記キャビティ内の体積を算出する体積算出ステップと、
前記算出したキャビティ内の体積に基づいて前記皮膚の変位量を算出する変位算出ステップと、を有することを特徴とする脈波測定方法。
A pulse wave measuring method for measuring a pulse wave by calculating a time displacement of the skin,
A frame-shaped sensor frame having a through-hole, a cantilever projecting so as to cover the through-hole of the sensor frame in a cantilever shape with the upper surface of the sensor frame as a base end, and having a gap between the sensor frame and A differential pressure sensor having a cavity formed by contacting an opening of a lower surface of the through hole of the sensor frame with a skin portion, and an internal pressure of the cavity and an external pressure that is an external pressure of the cavity A differential pressure output step for outputting a differential pressure output signal relating to the differential pressure;
When the skin is pulsating, on the basis of the outputted differential pressure output signal, and the differential pressure calculation step of calculating a differential pressure between the outer pressure and the inner pressure of the cavity,
Based on the outer pressure and the calculated differential pressure, and cavity pressure calculation step of calculating the internal pressure of the cavity,
Based on the calculated differential pressure, the air flow moles calculating step of calculating a distribution number of moles of air flowing through the gap between the external and the cavity of the cavity,
Based on the calculated number of circulation moles, the mole number calculation step of calculating the number of moles of air in the cavity;
Based on the calculated number of moles of air and the internal pressure of the cavity, a volume calculating step for calculating the volume in the cavity;
A displacement calculating step of calculating a displacement amount of the skin based on the calculated volume in the cavity.
少なくとも前記差圧出力ステップと、前記キャビティ内気圧算出ステップと、前記空気流通モル数算出ステップと、前記空気モル数算出ステップと、前記体積算出ステップと、前記変位算出ステップと、を繰り返し実行する繰り返し処理ステップを有することを特徴とする請求項に記載の脈波測定方法。 Repetitively executing at least the differential pressure output step, the cavity internal pressure calculation step, the air circulation mole number calculation step, the air mole number calculation step, the volume calculation step, and the displacement calculation step The pulse wave measuring method according to claim 8 , further comprising a processing step. 前記繰り返し処理ステップは、設定した所定時間毎に実行することを特徴とする請求項に記載の脈波測定方法。 The pulse wave measuring method according to claim 9 , wherein the repetitive processing step is executed every set predetermined time. 前記差圧算出ステップは、差圧出力ステップにて出力される所定時間毎の前記差圧出力信号の各々を記憶装置に格納し、格納した前記差圧出力信号に基づいて、前記所定時間毎の前記差圧を求めることを特徴とする請求項に記載の脈波測定方法。 The differential pressure calculating step stores each of the differential pressure output signals for each predetermined time output in the differential pressure output step in a storage device, and based on the stored differential pressure output signal, for each predetermined time The pulse wave measuring method according to claim 8 , wherein the differential pressure is obtained. 前記差圧算出ステップは、前記差圧出力ステップにて出力される前記差圧出力信号が所定時間の間、予め定めた信号強度の基準値よりも低い状態が継続した後に実行されることを特徴とする請求項11に記載の脈波測定方法。 The differential pressure calculating step is executed after the differential pressure output signal output in the differential pressure output step continues for a predetermined time period lower than a predetermined reference value of signal strength. The pulse wave measuring method according to claim 11 .
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