(57)【要約】【課題】多軸圧力センサーで生体情報を取得する際に、装置本体を被測定者に固定することとセンサーを被装着者の適切な位置に装着することの両立が困難で、精度良く生体情報を取得する妨げとなっていた。【解決手段】生体情報取得用の多軸圧力センサーを被測定者に装着する際に装置本体を固定する部材とは別のセンサー専用部材を設ける。【選択図】図１
2020092875.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定者の生体情報を圧力センサーで測定する生体情報取得装置であって、
所定の角度で交わる２以上の軸方向の圧力を検出する多軸圧力センサーと、
前記多軸圧力センサーの各軸の成分の信号を検出する信号検出手段と、
を備え、
前記多軸圧力センサーは前記被測定者に取り付けられ、
前記被測定者の生体情報は圧力として前記多軸圧力センサーに入力され、
前記信号検出手段は前記多軸圧力センサーの各軸の成分の信号を検出する、
ものであって、
前記多軸圧力センサーは、前記被測定者に取り付けられる際に、取り付けられる前記被測定者の生体組織表面に対する押圧方向が装着に伴って適切に調整される機構部品である押圧調整部品に設けられている
ことを特徴とする生体情報取得装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧力センサーを用いて生体情報を取得する装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
脈拍数等の生体情報を読み取る装置について、光学センサー方式のみではなく圧力センサー方式の技術も提案されている。当初は卓上などで用いる半固定的な装置であったが小型化や軽量化が進み、日常生活において被測定者に装着して長時間連続して生体情報を取得することが可能となってきた。古典的なカフ式のものでも上腕や手首に装着するものが実現されている。
また、多軸圧力センサーを用いて脈波を計測することで生体情報を取得するものも開発されてきている。小型な多軸圧力センサーが実現されたことにより長時間連続しての生体情報取得が可能となった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１８−００４４３１号公報
【特許文献２】特開２０１７−１２１４６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
（カフ式測定間隔問題）
以前より普及しているカフ式は、カフと呼ばれるエアバッグを血流が停止するまるまで膨張させて血管を圧迫する必要がある。カフには圧力センサーが付けられており、カフの圧力を測定している。
カフ式による血圧の測定は一定の測定精度を見込むことができるので長く使われてきたが、カフ式は身体への負担が大きい為、医療ガイドラインで最低限の測定間隔（覚醒時：３０分毎、就寝時：６０分毎）を取ることが定められている。その為、カフ式の測定方法では、間欠的な生体情報しか取得することができず、常時連続した精密な生体情報を取得することができないという問題がある。
【０００５】
（検出位置問題）
上述のカフ式の問題を回避するために多軸圧力センサーを用いた脈波測定による常時連続した生体情報取得を行う場合、例えば手首に巻き付けるような生体情報取得装置の端末を装着するとして、装置の一体化・小型化を考慮して装置ケースの裏蓋部（手首の手甲側に接する）に多軸圧力センサーを搭載すると、脈波の測定を行うことができないという問題がある。何故ならば裏蓋部が接する手首の手甲側には太い血管が通っておらず、脈動する部分が無いためである。
しかしながら、手首は手掌側へ屈曲可能となっており、動脈の存在する手掌側に生体情報取得装置の端末が位置すると当然ながら手首の屈曲動作を阻害し、装着者にとっては日常生活に支障が出てしまうこととなる。
このように、生体情報取得装置の設計上の都合と人体の構造が合致しないことを原因とする課題が存在する。
【０００６】
（装着位置ずれ問題）
橈骨動脈上の脈動する部分に圧力センサーを配置することで、常時連続的に動脈血の圧力変化を捉えることが可能となる。しかし、圧力センサーの皮膚上の位置が変動すると測定精度に大きく影響することが知られている。手首の場合、手首を動かした際の腱の変形により圧力センサー位置が適切な箇所からずれてしまうことがある。従来の技術では、生体情報取得装置を手首に装着する際の固定具であるバンドに圧力センサーを内蔵させているため、バンドにより手首全周が連続的に覆われている。確実な固定を期するためにバンドは一定以上の張力をかけるので結果として伸縮性が殆ど失われてしまい、手首を動かした際の筋肉の動きや、浮き上がる腱による手首の断面形状の変化に圧力センサーが追従できず、圧力センサーの位置が装着した際と変わってしまう。そうなると、正確な生体情報が取得できなくなってしまい、生体情報の読取精度低下の一因となる。
（装着圧迫問題）
加えて、この位置ずれ問題の安易な解決方法として、バンドなどの強い装着感を伴う固定手段を用いて圧力センサーを固定するといった方法が取られた場合、装着者である被測定者のＱＯＬ（Quality Of Life:生活の質）を著しく低下させるという問題もあった。
【０００７】
本発明は、上記の課題を解決するために成されたものであり、発明者は解決策として多軸圧力センサーの装着と生体情報取得装置の固定とを機能的に融合しつつＱＯＬを低下させずに生体情報取得精度を向上させることが可能であることを見出し、本発明に至った。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述の問題を解決すべく本発明が成された。
本発明の生体情報取得装置は、
「所定の角度で交わる２以上の軸方向の圧力を検出する多軸圧力センサーと、多軸圧力センサーの各軸の成分の信号を検出する信号検出手段と、を備え、
多軸圧力センサーは被測定者に取り付けられ、被測定者の生体情報は圧力として多軸圧力センサーに入力され、信号検出手段は多軸圧力センサーの各軸の成分の信号を検出する、ものであって、
多軸圧力センサーは、被測定者に取り付けられる際に、取り付けられる被測定者の生体組織表面に対する押圧方向が装着に伴って適切に調整される機構部品である押圧調整部品に設けられている」
ことを特徴としている。
【０００９】
この特徴により、生体情報取得装置そのものを固定する手段とは別の押圧方向調整部品に多軸圧力センサーが設けられて、被測定者の生体組織表面に圧力センサーが適切な方向および圧力で装着され、被測定者の様々な活動状況においても測定に大きな差異を生じないようになる。
【００１０】
結果として、高精度に生体情報が取得できる上に、被測定者に測定装置を装着する際に高精度な位置決めを必要とせず、被測定者のＱＯＬを低下させずに日常生活における常時連続した生体情報取得が可能となる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明により高精度且つ連続した生体情報取得が実現可能となり、前述のカフ式測定間隔問題・検出位置問題・装着位置ずれ問題・装着圧迫問題が解決できる。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照しながら本発明を説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の概要を示す斜視図である。
【図２】本発明の概要を示す図（表面・側面・裏面）である。
【図３】手首の脈動位置と長掌筋の位置関係を示す図である。
【図４】脈動位置と長掌筋の距離の分布を示すグラフである。
【図５】手首の周長の分布を示すグラフである。
【実施例１】
【００１４】
本発明の概要を図１および図２を参照しながら説明する。
【００１５】
図１は、本発明の生体情報取得装置１０についての概要を示すものである。
生体情報取得装置１０は手首に装着する前提の形状を採用している。
生体情報取得装置の主な機能は測定装置本体２０に実装される。小型なコンピューターシステムとして実現される場合、ＣＰＵやメモリーや補助記憶装置や電源などが該当する。
測定装置本体２０とベルト３０によって主に人間の手首に装着される際の固定機能を実現する。
また、ベルト３０の内側に、ベルト３０とは別体に設けられている圧力センサーが位置しており、この圧力センサーが脈波を測定する。
【００１６】
本発明で使用する圧力センサーは多軸圧力センサーである。複数（２以上）の所定角度で交わる軸方向に押圧される力を各軸個別に測定することが可能である。本発明では３軸（ＸＹＺ軸）の圧力センサーを採用しているが、これに限定されない。
また、圧力センサーはＭＥＭＳ技術などにより小型で軽量かつ低消費電力なセンサーとして実現されており、本発明のような用途に適している。
【００１７】
圧力センサー４１は前述の３軸圧力センサーであり、本発明の装置を装着する被測定者の皮膚（生体組織表面）にセンサーが接触するように押圧調整部品４２に組込まれている。
押圧調整部品４２は腕時計のバンドで言うところの「コマ」に相当するものである。押圧調整部品４２は連接部品４３を介して隣に存在する押圧調整部品４２と接続されている。これら複数の押圧調整部品４２と連接部品４３によって押圧調整部品連４４（図２にて図示）が構成される。
押圧調整部品連４４は言わば装軌車両の無限軌道の一部のように一定の範囲内で柔軟に変形することができる。
【００１８】
圧力センサー４１が取得する各軸の圧力情報は図示されていない電気配線を経由して測定装置本体２０へ入力される。
押圧調整部品４２内に無線で情報をやりとりする無線送受信部を設けて、測定した圧力情報を測定装置本体２０へ無線にて送信しても良い。
本発明は圧力情報の特定の転送方式に制限されないものとする。
【００１９】
本発明の生体情報取得装置１０を手首に装着する際には、押圧調整部品連４４は概ね橈骨動脈の上に位置するようにして、その上にベルト３０で覆うようにして手首に固定する。ベルト３０はある範囲内で手首に押圧力を印加する。素材は特に限定しないが、可撓性と弾性があるものが望ましい。
また図１に示す通り、押圧調整部品連４４は手首の周りを一周するだけの長さは無く、測定装置本体２０から橈骨動脈の上部の辺りまでの長さを有する。
【００２０】
図２は、本発明の生体情報取得装置のより詳細な説明をするための概要図である。
図１ではベルト３０が図示されていたが、図２ではベルト３０を省略して図示している。
【００２１】
上述の説明の通り、押圧調整部品連４４は「圧力センサー４１が組込まれた押圧調整部品４２」が連接部品４３によって複数連接しているものである。橈骨動脈のような脈波が取得できる部位以外に接する箇所には圧力センサーは不要である。その為、本体の裏蓋部２２から延びる腕時計のバンド状のコマのうち６つには圧力センサーが組込まれていない。
この「圧力センサーが組込まれていないコマ」は押圧調整部品４２と同じ形状にしても良いし異なる形状にしても良い。
【００２２】
以下、本発明の実施例１の効果を説明する。
まず、多軸の圧力センサーを採用することにより、圧力センサーを動脈の直上に配置する必要が無くなり、圧力センサーの装着自由度が向上する。
これは、従来の圧力センサー方式では生体組織表面（皮膚）に対して垂直方向（Ｚ軸）の成分は精度よく検出できるものの、センサーの配置位置が血管直上より離れ、例えば血管長手方向（Ｙ軸）や血管長手方向と直角の方向（Ｘ軸）へ少し離れるとＺ軸成分が減衰しダイナミックレンジの低下といった精度悪化を招いていた。
これが本発明のような３軸圧力センサーを採用するとＺ軸以外にＸ軸やＹ軸の成分も検出できるため、動脈血管の直上より離れた場所でも３軸の各成分の合成により脈波を精度よく検出できるからである。
【００２３】
次に、本発明の生体情報取得装置の全体を手首に固定する機能はバンド３０が受け持つが、上述の通り押圧調整部品連４４は手首を一周する長さを有しない。よって、押圧調整部品連４４には生体情報取得装置を手首に固定する機能は無い。
更に、押圧調整部品連４４は無限軌道の一部のような構造となっている。この構造は、押圧調整部品４２の接触面が常に被測定者の皮膚（生体組織表面）に対して平行になる機能を持つ。このため、装置を固定する機能を持つベルト３０に圧力センサーを組込む場合と異なり、皮膚からの乖離や著しい偏向を防ぐことができる。
【００２４】
また、圧力センサーの配置位置自由度が高いため、比較的広い範囲で圧力センサーの移動が許容される。このためベルト３０による固定には高い張力が必要とされない。張力を低減できるので被測定者を不快な装着感から解放することができる効果を有する。
加えて、押圧調整部品４２各個は角などに対して面取り加工を施してある。これにより、押圧調整部品連４４が体動などに伴って手首の周方向に移動する際において皮膚からの剥離性が良く、押圧調整部品４２が皮膚表面を引きずらないといった効果もある。これは被測定者の皮膚上の押圧調整部品４２の接触箇所において、つっぱり感や痛みといった不快な感触を発生させないということであり、被測定者の装着性の向上にも大きく貢献している。
【００２５】
ベルト３０による張力を高める必要が無いため押圧調整部品連４４は一定の範囲内で自由に手首の周方向に移動が可能であるが、手首を一周しない長さであるため、手首の皮膚上を滑るように移動する。これは、押圧調整部品４２が金属のような変形しない素材を採用しているため、周方向へ移動する力がかかっても、皮膚表面とベルト３０の間を全体的に押されたり引かれたりするように作用し、結果として押圧調整部品４２の接触面と皮膚表面は平行になる。
ベルト３０は本発明の装置を固定する機能のみを有するため、材料や加工の選択の幅が広く、軽量で強靭なものを実現できる。一方で、ベルト３０に対して相対的に厚みを要する押圧調整部品４２は手首全周には存在しない。これらを総合すると手首周りの装着物の小型化につながり、被測定者の煩わしさを低減することになる。
【００２６】
ここで、押圧調整部品連４４の具体的な寸法の例について説明する。
発明者は、装着部位である手首の「動脈の脈動する位置」と「周長」とについて、複数のサンプルを対象として調査を行った。
図３は、調査の際の計測の模式図であり、右手首の側面および断面を示している。
脈動位置とは、手首付近の橈骨動脈が脈打っている部分を指す。いわゆる「脈」の位置である。この位置で圧力センサー４１が脈波波形を取得することが望ましい。
長掌筋とは、手首を屈曲運動させる際に皮膚の下で作用する筋であり、皮膚表面を上下に目視可能なほど変動させる。よって、押圧調整部品連４４は極力この長掌筋の直上に位置しないような寸法となるべきである。
なお、長掌筋の近傍には橈側手根屈筋があるが、手首の屈曲運動に伴う皮膚の上下変動は長掌筋によるものと比較して相対的に影響が小さいため、本発明では橈側手根屈筋の存在は考慮しないこととした。
【００２７】
男女４１人を対象として、図３における「脈動位置〜長掌筋」の距離を測定した結果が、図４に示すグラフである。
男性の方が女性より体格が良い傾向にあるので、度数分布としては男女で異なる傾向を示している。女性で概ね２．６ｃｍ、男性で概ね３．０ｃｍ、が中心値となる。
前述の通り、本発明においては測定装置本体２０が手首の手甲側に装着されるので、裏蓋部２２の端から脈動位置までの距離をＬ０、裏蓋部２２の端から押圧調整部品連４４までの長さをＬ１、
押圧調整部品連４４の長さをＬ２、「動脈位置〜長掌筋」距離をＬｇ、とすると、
例えば、
Ｌ２ ＝ Ｌｇ
Ｌ１ ＝ Ｌ０ − Ｌ２／２
といった関係を満たすようにすることができる。
これは、脈動位置を中心として手首周方向に長さＬｇの押圧調整部品連４４を有することを意味する。先述したが、体動などを理由に押圧調整部品連４４は手首周方向に移動することを前提としている。そのため、押圧調整部品連４４は脈動位置を中心にして長掌筋までＬｇ／２の距離を有する程度にすることで、長掌筋の影響を排除しつつ手首周方向の移動にも対応できる。
【００２８】
図５は、男女４１人を対象として、手首の周長について測定した結果である。
男性の方が女性より体格が良い傾向にあるので、度数分布としては男女で異なる傾向を示している。女性で概ね１４．５ｃｍ、男性で概ね１６．５ｃｍ、が中心値となる。
バンド３０の寸法を決定する際にはこれらの値を採用し、男性用および女性用それぞれのものとしても良いし、上述の中心値を含む一定の範囲内でバンド３０の寸法を調整できる機構としても良い。
【実施例２】
【００２９】
図１および図２に開示した実施例１において「１つの押圧調整部品４２に１つの圧力センサー４１を組込む」技術を開示しているが、これに限定はされない。「１つの押圧調整部品４２に複数の圧力センサー４１を組込む」技術としても良い。
【実施例３】
【００３０】
実施例１および実施例２において押圧調整部品連４４は「圧力センサー４１が組込まれた押圧調整部品４２」と「連接部品４３」より構成される旨の技術を開示したが、これ以外に、金属や樹脂などで同じ効果を得られる部品を一体に成形して圧力センサー４１を組込んでも良い。
要するに本発明の装置を固定する機能を持つバント３０と分離した形で押圧調整部品連４４に相当するものが実現できれば良いのである。
【００３１】
以上までに、本発明の原理と効果を説明してきた。
ベルト３０のような装置を手首に固定する機能を持つものと、押圧調整部品連４４のような複数の多軸圧力センサーの基台となるものを分離することにより生体情報取得の精度が向上し、諸問題を解決することが可能となる。
また、発明の精神を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことができるのは勿論である。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
量産可能な圧力センサーを使用して生体情報取得を高精度で実現でき、高い経済性と実用性、広い応用可能性を得られるなどの効果を有している。
【符号の説明】
【００３３】
１０  本発明の生体情報取得装置
２０  測定装置本体
２２  裏蓋部
３０  ベルト
４１  圧力センサー
４２  押圧調整部品
４３  連接部品
４４  押圧調整部品連
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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