(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）アモルファスワイヤの両端が固定されるプラスチックリングと、
（ｂ）前記アモルファスワイヤにパルス波を印加するパルス波発生手段と、
（ｃ）前記アモルファスワイヤに被験者の指尖部を作用させ、生成する応力インピーダンス効果に基づく出力を得る出力装置とを具備することを特徴とする指尖脈波検出装置。
【請求項２】
請求項１記載の指尖脈波検出装置において、前記出力装置は、前記アモルファスワイヤから得られる検波電圧をバッファを介してピークホールド回路で直流電圧に変換することを特徴とする指尖脈波検出装置。
【請求項３】
請求項２記載の指尖脈波検出装置において、前記アモルファスワイヤは基準となる応力インピーダンスが不変の第１のアモルファスワイヤと、応力インピーダンス効果を生じる第２のアモルファスワイヤとを直列に接続して、前記第１のアモルファスワイヤと第２のアモルファスワイヤとのパルス誘起電圧の検波直流電圧との差電圧を検出電圧とすることを特徴とする指尖脈波検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、微小歪みや微弱応力を検出する指尖脈波検出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
脈波は、心臓の拍動による血管中の血液の動的流動形態を表し、血流の圧力変化や血管壁の粘弾性変形、血液流量変化などの検出によって測定され、血液循環系の動態診断や疾病診断に有効な情報を与えている。脈波図は、心臓の機構形態を表す心機図（心拍動図、心音図、脈波図）の中に含まれているが、この場合の脈波は頸動脈や股動脈などの動脈脈波や頸静脈脈波などが中心であり、毛細血管の脈波は通常含まれない。
【０００３】
毛細血管は、動脈と静脈の境界領域の末梢血管網であるためその脈波は微弱であり、従来の加速度トランスデューサのような力学的振動検出形の脈波センサでは感度が不足し、検出が困難である。非観血的毛細血管脈波センサとしては、これまで光電式の指尖容積脈波計のみが実用化されている。これは、指尖の一方から赤外線を照射し、他方の受光部で血液中のヘモグロビンの総量による透過光減少量を検知することによって、指尖部毛細血管の血流容積の変化を脈波として検出するものである。したがって、指尖容積脈波計で検出感度を高めるために、光照射強度を高めると指尖を加熱することにより、血行状態が変化したり、時には被験者に熱感を与えることがある。
【０００４】
現在までに、この指尖容積脈波計を用いて、診断から心機能の評価、薬剤効果の判定、健診、運動療法の効果判定などが広く行われているが、心機能の評価にあたっては、中枢圧波と末端までの動脈圧波などとの対応が不明である。これは、光電式容積脈波検出法は光が透過する指尖部にだけ適用でき、指の付け根から腕や頸部などの動脈や静脈の脈波検出には適用できず、直接の比較検討が出来ないためである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このような状況からして、指尖脈波から心機能を評価するためには、頸動脈、上腕動脈、手首動脈、指尖脈等の脈波が全て同時に検出できる脈波センサが必要であり、現在かかるセンサの開発が重要な課題となっている。
【０００６】
本発明は、上記状況に鑑みて、脈波検出手段としてアモルファス磁歪部材を用い、直接被験者の血管部の皮膚に接触させて脈波を高感度に検出できるようにしたもので、指尖部での脈波検出を容易に行うことができる指尖脈波検出装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、
〔１〕指尖脈波検出装置において、アモルファスワイヤの両端が固定されるプラスチックリングと、前記アモルファスワイヤにパルス波を印加するパルス波発生手段と、前記アモルファスワイヤに被験者の指尖部を作用させ、生成する応力インピーダンス効果に基づく出力を得る出力装置とを具備するようにしたものである。
【０００８】
〔２〕上記〔１〕記載の指尖脈波検出装置において、前記出力装置は、前記アモルファスワイヤから得られる検波電圧をバッファを介してピークホールド回路で直流電圧に変換するようにしたものである。
【０００９】
〔３〕上記〔２〕記載の指尖脈波検出装置において、前記アモルファス磁歪部材は基準となる応力インピーダンスが不変の第１のアモルファスワイヤと、応力インピーダンス効果を生じる第２のアモルファスワイヤとを直列に接続して、前記第１のアモルファスワイヤと第２のアモルファスワイヤとのパルス誘起電圧の検波直流電圧との差電圧を検出電圧とするようにしたものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図を参照しながら説明する。
【００１１】
図１は本発明の参考例を示す脈波検出装置の構成図である。
【００１２】
この図において、１は線引き後２ｋｇ／ｍｍ2 の張力下でアニールされた２０μｍ径Ｃｏ72.5Ｓｉ12.5Ｂ15アモルファスワイヤからなるアモルファス磁歪部材（ＳＩ素子）、２はパルス波発生装置（パルス波発生手段）であり、そのアモルファス磁歪部材１に立ち上り時間が５ｎｓ，２０ｍＡのパルス波電流を通電する。３はそのアモルファスワイヤ１からの脈波を出力する出力装置である。なお、Ｒは内部抵抗である。
【００１３】
次に、かかる脈波検出装置を用いた応力インピーダンス効果とその発生原理について説明する。
【００１４】
図２は線引き後２ｋｇ／ｍｍ2 の張力下でアニールされた２０μｍ径Ｃｏ72.5Ｓｉ12.5Ｂ15アモルファスワイヤ１に、パルス波発生装置２から立ち上り時間５ｎｓ、２０ｍＡのパルス波電流を通電した場合の張力インピーダンス効果の測定結果を示す図である。
【００１５】
張力σが７〜１５ＭＰａの範囲でインピーダンスの減少率は、４５％である。線引きＣｏＳｉＢアモルファスワイヤ１は、約４０００ＭＰａの最大抗張力において最大のび率は３％である。したがって、歪みゲージ率（＝電磁気量の変化率／のび率）は約４０００である。
【００１６】
磁性ワイヤのインピーダンスＺは、高周波電流またはパルス電流の通電により表皮効果が顕著（表皮厚さδ≪ワイヤ半径ｄ）な場合、次式で表される。
【００１７】
｜Ｚ｜＝〔ｄ／√（２ρ）〕Ｒdc√〔ωμ（σ）〕            …（１）
ここで、ρ：電気抵抗率（アモルファスワイヤで１３０μΩ−ｃｍ）、Ｒdc：ワイヤの直流抵抗、ω：通電電流の角周波数、μ：ワイヤ円周方向の最大微分透磁率、σ：印加応力である。
【００１８】
磁化回転における磁歪の逆効果により、μがσによって変化（２０ＭＨｚ程度の十分な高周波では、張力によって減少、圧縮力の増加に応じて増加の後減少）し、｜Ｚ｜が変化する。
【００１９】
表１は、従来の歪みゲージである抵抗線歪みゲージ、ピエゾ抵抗効果半導体歪みゲージと本発明のアモルファスワイヤ歪みゲージ率の比較を示す。
【００２０】
【表１】
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【００２１】
表１から明らかなように、抵抗線歪みゲージの場合は、ゲージ率は２程度、半導体歪みゲージの場合は、ゲージ率は１５０〜２００であるのに対して、本発明のアモルファスワイヤ歪みゲージの場合は、ゲージ率は１０００〜４０００であり、半導体歪みゲージに比べても、ゲージ率は１桁高い数値を示している。
【００２２】
図３は本発明の指尖脈波検出用アモルファスワイヤセンサヘッドとしてワイヤに直角に指尖が接触する構成を想定し、両端半田付け工程のアモルファスワイヤに直角（垂直）に重りを印加した場合のインピーダンス変化特性の測定結果を示す図であり、図３（ａ）はその測定装置を示す図であり、指尖脈波検出を想定して、プラスチックリング１１にアモルファスワイヤ１２が両端を半田付けされて設けられている。図３（ｂ）はその測定装置を用いたアモルファスワイヤの直角応力インピーダンス効果の結果を示す図であり、縦軸に電圧（Ｖ）、横軸に荷重（ｇ）を示している。なお、図３（ａ）において、１３は応力が付与されない基準となるアモルファスワイヤである。
【００２３】
図２の場合と同一の２０μｍ径アモルファスワイヤへの直角応力により、図３（ｂ）に示すように、インピーダンスが減少しており、直角応力はアモルファスワイヤの内部において張力と同様に機能していると言える。直角重力の分解能は約５ｍｇである。
【００２４】
なお、ＣｏＳｉＢアモルファスワイヤは、ピアノ線以上の強靱弾性体であるとともに、耐食性がステンレス以上であり、塩分を含む人体皮膚との直接接触に十分耐えることができる。
【００２５】
次に、指尖脈波検出用ＣＭＯＳ・ＳＩセンサの構成について説明する。
【００２６】
ＳＩ効果は、高周波正弦波電流と同等に急峻な立ち上がりのパルス電流の通電励磁によっても発生する。この場合、パルス電流ｉp の立ち上がり時間をｔr ，高さをＩp とすると、ｉp は励磁効果において次式のように直流と正弦波が重畳された電流と等価である。
【００２７】
ｉp ＝Ｉp ／２＋（Ｉp ／２）ｓｉｎ〔２π／（２〜３）ｔr 〕ｔ…（２）
従って、ｔr ＝５ｎｓのパルス電流は６０〜１００ＭＨｚの高周波電流と等価であり、２０μｍ径のアモルファスワイヤに十分な表皮効果を生じさせることができる。
【００２８】
このｔr ＝５ｎｓのパルス電流は、Ｃ−ＭＯＳ・ＩＣマルチバイブレータで容易に発生させることができる。
【００２９】
本発明の第１実施例を示す指尖脈波検出用ＣＭＯＳ・ＳＩセンサについて説明する。
【００３０】
ＳＩセンサ回路をパルス動作方式で構成すれば、低消費電力で携帯型の小型軽量指尖脈波センサが実現できる。
【００３１】
図４は２本の２０μｍ径ＣｏＳｉＢアモルファスワイヤ２２，２３を直径１５ｍｍ、高さ１０ｍｍのプラスチックリング２１の直径方向に半田づけで固定し、６個のインバータを内蔵するＣＭＯＳ・ＩＣによるマルチバイブレータとパルス発生微分回路に接続した指尖脈波検出用ＳＩセンサ回路を示す。因みに、図４において、例えば、Ｃは１００ｐＦ、Ｒは２０ｋΩ、ＣD は１００ｐＦ、ＲD は２００Ω、可変抵抗器ＶＲは３ｋΩ、ＣH は０．０４７はμＦ、ＲH は５１ｋΩ、電源電圧Ｖｄｄは３Ｖである。
【００３２】
すなわち、ＣＭＯＳインバータＱ1 ，Ｑ2 と、Ｒ，Ｃによるマルチバイブレータ出力電圧の微分パルス電圧を、インバータＱ3 ，Ｑ4 で増幅・整形して得られるパルス電圧を、基準となる応力インピーダンスが不変の第１のアモルファスワイヤ２３と、応力インピーダンス効果を生じる第２のアモルファスワイヤ２２とを直列に接続したＳＩ素子に印加して、それぞれのアモルファスワイヤの誘起パルス電圧をそれぞれショットキーバリアダイオードＳＢＤ２４，２５と、ＲH ，ＣH からなるピークホールド回路２６，２７で直流電圧に変換し、差動アンプ２８に入力させる。
【００３３】
この差動アンプ２８の出力電圧Ｖは、第２のアモルファスワイヤ２２に加えられる応力が０のとき（脈波が印加されないとき）、零になるように可変抵抗器ＶＲで調整する。応力（脈波）が加えられると、その応力（脈波）を検出することができる。
【００３４】
このように、２本のアモルファスワイヤ２２，２３の内、１本のアモルファスワイヤ２３を応力を印加しない基準のワイヤ（第１のワイヤ）とし、そのパルス誘起電圧の検波直流電圧と、応力を印加するワイヤ２２（第２のワイヤ）のパルス誘起電圧の検波直流電圧との差電圧が、印加応力の安定な検出電圧となる。
【００３５】
このパルス動作ＳＩセンサの消費電力は、約８ｍＷであり、小型乾電池による携帯型センサを容易に作製することができる。
【００３６】
図５は本発明の装置を用いて椅子に腰掛けた状態で測定した２３才健常男子の左手５本の指の脈波を示す図である。すなわち、図５（ａ）はその親指の脈波、図５（ｂ）はその人差し指の脈波、図５（ｃ）はその中指の脈波、図５（ｄ）はその薬指の脈波、図５（ｅ）は小指の脈波をそれぞれ示しており、横軸は時間、縦軸は出力電圧を示している。
【００３７】
各指の脈波は互いに類似しているが、細部は同一ではない。
【００３８】
図６は図５の場合と同一の被験者の手首動脈、肘動脈の脈波であり、図６（ａ）は手首動脈の脈波を、図６（ｂ）は肘動脈の脈波をそれぞれ示しており、横軸は時間、縦軸は出力電圧を示している。
【００３９】
これらの図から明らかなように、図６に示される脈波は、図５の指尖脈波とほぼ同一であり、指尖脈波が心機能をほぼ正確に反映していると言える。動脈脈波は、図６に示すように、急峻な脈波の立ち上がりから最大値を過ぎて切痕と呼ばれる極小値の谷底までの期間が左心室の収縮期（動脈駆出期）であり、その後切痕から２次の山を越えて次の脈波の立ち上がりまでが左心室の拡張期（弛緩期）である。拡張期は末端からの反射圧力により２次の山が現れる。
【００４０】
図７は世代の異なる４名の被験者の指尖脈波、及び２次微分（加速度）波の検出例であり、図７（ａ）は５７歳男性の右手人差し指の指尖脈波を、図７（ｂ）は３８歳男性の右手人差し指の指尖脈波を、図７（ｃ）は２８歳男性の右手人差し指の指尖脈波を、図７（ｄ）は２３歳男性の右手人差し指の指尖脈波をそれぞれ示し、図７（ｅ）は５７歳男性の右手人差し指の指尖脈波の２次微分（加速度）波を、図７（ｆ）は３８歳男性の右手人差し指の指尖脈波の２次微分（加速度）波を、図７（ｇ）は２８歳男性の右手人差し指の指尖脈波の２次微分（加速度）波を、図７（ｈ）は２３歳男性の右手人差し指の指尖脈波の２次微分（加速度）波をそれぞれ示している。
【００４１】
これらの図から明らかなように、２３歳、２８歳、３８歳、５７歳の男性の右手人差し指尖脈波を比較すると、年齢が若い程切痕部の切れ込みが顕著で２次の山が急峻で高くなっている。従って、指尖脈波によって若さを判定できることが分かる。
【００４２】
図８は図７の５７歳男性が３０分の適度なジョギングを行った前後の指尖脈波の測定結果を示す図であり、図８（ａ）はそのジョギング前の指尖脈波を、図８（ｂ）はそのジョギング直後の指尖脈波を、図８（ｃ）はそのジョギング後２．５時間後の指尖脈波をそれぞれ示しており、図８（ｄ）はそのジョギング前の指尖脈波の２次微分（加速度）波を、図８（ｅ）はそのジョギング直後の指尖脈波の２次微分（加速度）波を、図８（ｆ）はそのジョギング後２．５時間後の指尖脈波の２次微分（加速度）波をそれぞれ示している。
【００４３】
これらの図から明らかなように、ジョギング後２時間程で、切痕部が顕著になり、２次の山が増大している。図８から適度なスポーツで血流が若返っていると考えられる。なお、一日後は、元の図７の波形に戻っている。
【００４４】
また、本発明の脈波検出装置によれば、この脈波検出装置を２個用いることにより、任意の２点間の脈波速度を計算することができ、動脈硬化症の診断をキメ細かく行うことができる。
【００４５】
図９は２３歳健常男子の右手手首と右人差し指尖端の脈波を同時に検出した場合のストレージスコープによる図である。
【００４６】
この図から明らかなように、２点間の距離と脈波立ち上がりの差の時間の比で脈波速度を計算すると、約６．９ｍ／ｓである。同一被験者で、右手の肘部と手首部間の脈波速度を測定した結果は、約７．８ｍ／ｓであり、動脈末端部で脈波はやや速度が遅いと考えられる。
【００４７】
上記したように、本発明の高感度脈波センサは、アモルファスワイヤを直接被験者の血管部の皮膚に接触させて脈波を高感度に検出できるため、指尖部での脈波検出ができるものである。
【００４８】
従って、本発明の高感度脈波センサにより、従来困難であった指尖脈波と中枢圧波及び心機能との対応が容易にできるため、指尖脈波の生理学的意味が明確になるとともに、同一のセンサを複数個設定することにより、脈波速度が容易に検出され、動脈硬化症のキメ細かい診断や心筋梗塞症の前兆検知などの高度な診断が可能になる。
【００４９】
また、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。
【００５０】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明によれば、以下のような効果を奏することができる。
【００５１】
（Ａ）指尖脈波検出手段としてアモルファスワイヤの両端をプラスチックリングに固定し、そのアモルファスワイヤにパルス波を印加し、アモルファスワイヤに被験者の指尖部を作用させ、生成する応力インピーダンス効果に基づく出力を得て、指尖脈波を高感度に検出することができる。
【００５２】
（Ｂ）小型乾電池による低消費電力の小型軽量携帯型指尖センサを容易に作製することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の参考例を示す脈波検出装置の構成図である。
【図２】  本発明の参考例を示す張力インピーダンス効果の測定結果を示す図である。
【図３】  本発明の実施例を示すアモルファスワイヤに直角（垂直）に重りを印加した場合のインピーダンス変化特性の測定結果を示す図である。
【図４】  本発明の実施例を示すＣＭＯＳ・ＩＣによるマルチバイブレータとパルス発生微分回路に接続した指尖脈波検出用ＳＩセンサ回路図である。
【図５】  本発明の実施例を示す脈波検出装置による椅子に腰掛けた状態で測定した２３才健常男子の左手５本の指の脈波を示す図である。
【図６】  図５の場合と同一の被験者の手首動脈、肘動脈の脈波を示す図である。
【図７】  本発明の実施例を示す脈波検出装置による世代の異なる４名の被験者の指尖脈波、及び２次微分（加速度）波の検出例を示す図である。
【図８】  図７の５７歳男性が３０分の適度なジョギングを行った前後の指尖脈波の測定結果を示す図である。
【図９】  本発明の実施例を示す脈波検出装置による２３歳健常男子の右手手首と右人差し指尖端の脈波を同時に検出した場合のストレージスコープによる図である。
【符号の説明】
１    アモルファス磁歪部材（ＳＩ素子）
２    パルス波発生装置（パルス波電源）
３    出力装置
１１，２１    プラスチックリング
１２，１３，２２，２３    アモルファスワイヤ
２４，２５    ショットキーバリアダイオード
２６，２７    ピークホールド回路
２８    差動アンプ
【図１】
0003691263.tif 000003
【図２】
0003691263.tif 000004
【図３】
0003691263.tif 000005
【図４】
0003691263.tif 000006
【図５】
0003691263.tif 000007
【図６】
0003691263.tif 000008
【図７】
0003691263.tif 000009
【図８】
0003691263.tif 000010
【図９】
0003691263.tif 000011