(57)【要約】【課題】  正確な位置決めを要することなく、適正な振幅の圧力波を測定することを可能にする。【解決手段】  圧電シート１０の一方の表面には接地電極１１Ｇが積層され、他方の表面には各々複数の信号電極１１Ｓが一方向に配列された第１〜第３の信号電極群１１ＳＡ１〜１１ＳＡ３が積層されている。ここで、各信号電極群における信号電極１１Ｓの前記一方向の位置は、各信号電極群１１ＳＡ１〜１１ＳＡ３間で相互にずれている。このため、第１〜第３の信号電極群１１ＳＡ１〜１１ＳＡ３のうちのいずれかにおいて、信号電極１１Ｓと脈波の発生源である橈骨動脈８ａとの対向面積が大きくなり、当該信号電極から振幅の大きな脈波形が得られる。【選択図】図１
2019033825.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電シートの表面の一方向に並んだ複数の信号電極からなる信号電極群を複数組有し、各信号電極の位置が信号電極群間で前記一方向に相互にずれていることを特徴とする圧電センサ。
【請求項２】
前記複数組の信号電極群は、圧力測定部位からの距離が略同じである１層に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の圧電センサ。
【請求項３】
前記複数組の信号電極群は、圧力測定部位からの距離が異なる複数層に各々配置されていることを特徴とする請求項１に記載の圧電センサ。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１の請求項に記載の圧電センサと、
前記複数組の信号電極群に含まれる信号電極の中から最も振幅の大きな圧力波の得られる信号電極を選択する測定制御手段とを具備することを特徴とする圧力波測定装置。
【請求項５】
請求項１〜３のいずれか１の請求項に記載の圧電センサを具備し、
前記信号電極群が有する複数の信号電極が動脈に対して垂直な方向に並ぶことを特徴とする脈波測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、脈波等の圧力波を測定する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
人体等の生体の脈波を測定する装置が各種提供されている。脈波は、生体の状態を示す多くの情報を含んでいるため、その波形を正確に測定することが望まれる。そこで、圧電センサを脈波の測定に利用する技術が提案されている（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−３１３４０９号公報
【特許文献２】特開２０１５−１４５５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
圧電センサにより圧力波である脈波を正確に測定するためには、圧力波の発生源である動脈に対して圧電センサが正確に対向するように、圧電センサの位置決めを正確に行う必要がある。しかしながら、このような位置決めは煩雑な作業である。
【０００５】
特許文献２に開示の圧電センサは、長尺状の圧電シートの一面に接地電極が積層されているとともに、同圧電シートの他面に複数の信号電極が互いに間隔を空けて積層された構成を有している。この圧電センサを被測定者の動脈付近の肌表面に接触させた場合に、複数の信号電極のいずれかが脈波の発生源である動脈に対向する可能性があり、その信号電極により脈波を測定することが可能になる。
【０００６】
しかしながら、肌表面における圧電センサの配置位置によっては、複数の信号電極の間の領域が動脈に対向し、あるいは信号電極の一部が動脈と対向するがその対向面積が不十分になる場合があり、その場合には適正な振幅の脈波を測定することができない問題がある。
【０００７】
この発明は以上のような事情に鑑みてなされたものであり、正確な位置決めを要することなく、適正な振幅の圧力波を測定することを可能にする技術的手段を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明は、圧電シートの表面の一方向に並んだ複数の信号電極からなる信号電極群を複数組有し、各信号電極の位置が信号電極群間で前記一方向に相互にずれていることを特徴とする圧電センサを提供する。
【０００９】
この発明によれば、信号電極が一方向に並んだ各信号電極群における信号電極の前記一方向の位置が信号電極群間で相互にずれているため、いずれかの信号電極群の信号電極と圧力波の発生源との対向面積が十分な大きさになり、当該信号電極から適正な振幅の出力電圧波形を得ることができる。従って、圧電センサの正確な位置決めを行うことなく、適正な振幅の圧力波を測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】この発明の第１実施形態である圧電センサの構成を示す平面図である。
【図２】図１のＩ−Ｉ’線断面図である。
【図３】同圧電センサを利用した脈波測定装置の構成を示す図である。
【図４】この発明の第２実施形態である圧電センサの構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照し、この発明の実施形態について説明する。
【００１２】
＜第１実施形態＞
図１はこの発明の第１実施形態である圧電センサ１の構成を示す平面図である。また、図２は図１のＩ−Ｉ’線断面図である。本実施形態において、圧電センサ１は、被測定者の左手首８の橈骨動脈８ａの上にある肌表面領域を圧力測定部位とし、そこに貼り付けられ、脈波センサとして用いられる。脈波を測定するには圧力測定部位は橈骨動脈８ａから最も近い肌表面領域であることが好ましい。
【００１３】
図２に示すように、圧電センサ１は、薄膜状の圧電シート１０を有している。この圧電シート１０の一方の面には、薄膜状の接地電極１１Ｇが全面に亙って積層されている。また、圧電シート１０の他方の面には、各々、矩形の薄膜状の複数の信号電極１１Ｓからなる３つの信号電極群１１ＳＡ１、１１ＳＡ２および１１ＳＡ３が積層されている。これらの信号電極群は、圧力測定部位である被測定者の左手首８の肌表面からの距離が略同じになる１層に配置されている。
【００１４】
本実施形態において、各信号電極群が備える各信号電極１１Ｓは橈骨動脈８ａと垂直な一方向に並べられる。また、第１の信号電極群１１ＳＡ１における各信号電極１１Ｓの並び方向の幅Ｄと、第２の信号電極群１１ＳＡ２における各信号電極１１Ｓの並び方向の幅Ｄと、第３の信号電極群１１ＳＡ３における各信号電極１１Ｓの並び方向の幅Ｄは互いに等しい。この信号電極の幅Ｄは、脈波の発生源である橈骨動脈８ａの直径と同程度であり、約３ｍｍである。また、第１の信号電極群１１ＳＡ１における信号電極１１Ｓ間の間隔Ｂと、第２の信号電極群１１ＳＡ２における信号電極１１Ｓ間の間隔Ｂと、第３の信号電極群１１ＳＡ３における信号電極１１Ｓ間の間隔Ｂは互いに等しい。この間隔Ｂは、幅Ｄの数分の一程度である。
【００１５】
そして、本実施形態において、各信号電極群における信号電極１１Ｓの並び方向の位置は、信号電極群間で相互にずれている。具体的には、第２の信号電極群１１ＳＡ２における各信号電極１１Ｓの位置は、第１の信号電極群１１ＳＡ１における各信号電極１１Ｓの位置に対して、その並び方向（図１では右方向）に所定長ずれている。そして、第３の信号電極群１１ＳＡ３おける各信号電極１１Ｓは、第２の信号電極群１１ＳＡ２における各信号電極１１Ｓの位置に対して、その並び方向（図１では右方向）に所定長ずれている。
【００１６】
図２に示す例では、圧電センサ１における第１〜第３の信号電極群１１ＳＡ１〜１１ＳＡ３側の面がゲル１９により橈骨動脈８ａの上にある肌表面領域に貼り付けられている。なお、圧電センサ１のいずれの面を肌表面に貼り付けるかは任意であり、接地電極１１Ｇ側の面をゲル１９により肌表面に貼り付けてもよい。
【００１７】
圧電シート１０は、圧力を電圧に変換する圧電材料から形成され、被測定者からの脈波によって応力を受け、この応力変化の加速度に応じて電位差を生じる。
【００１８】
この圧電シート１０を形成する圧電材料としては、例えばチタン酸ジルコン酸鉛等の無機材料であってもよいが、生体の表面に密着できるよう可撓性を有する高分子圧電材料であることが好ましい。
【００１９】
この高分子圧電材料としては、例えばポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、フッ化ビニリデン−３フッ化エチレン共重合体（Ｐ（ＶＤＦ／ＴｒＦＥ））、シアン化ビニリデン−酢酸ビニル共重合体（Ｐ（ＶＤＣＮ／ＶＡｃ））等を挙げることができる。
【００２０】
また、圧電シート１０として、圧電特性を有しない例えばポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等に多数の扁平な気孔を形成し、例えばコロナ放電等によって扁平な気孔の対向面を分極して帯電させることによって圧電特性を付与したものを使用することもできる。
【００２１】
圧電シート１０の平均厚さの下限としては、１０μｍが好ましく、５０μｍがより好ましい。一方、圧電シート１０Ｌおよび１０Ｕの平均厚さの上限としては、５００μｍが好ましく、２００μｍがより好ましい。圧電シート１０の平均厚さが前記下限に満たない場合、圧電シート１０の強度が不十分となるおそれがある。逆に、圧電シート１０の平均厚さが前記上限を超える場合、圧電シート１０の変形能が小さくなり、検出感度が不十分となるおそれがある。
【００２２】
信号電極１１Ｓおよび接地電極１１Ｇの材質としては、導電性を有するものであればよく、例えばアルミニウム、銅、ニッケル等の金属や、カーボン等を挙げることができる。
【００２３】
信号電極１１Ｓおよび接地電極１１Ｇの平均厚さとしては、特に限定されず、積層方法にもよるが、例えば０．１μｍ以上３０μｍ以下とすることができる。信号電極１１Ｓおよび接地電極１１Ｇの平均厚さが前記下限に満たない場合、信号電極１１Ｓおよび接地電極１１Ｇの強度が不十分となるおそれがある。逆に、信号電極１１Ｓおよび接地電極１１Ｇの平均厚さが前記上限を超える場合、圧電シート１０への振動の伝達を阻害するおそれがある。
【００２４】
信号電極１１Ｓおよび接地電極１１Ｇの圧電シート１０への積層方法としては、特に限定されず、例えば金属の蒸着、カーボン導電インクの印刷、銀ペーストの塗布乾燥等が挙げられる。
【００２５】
図３は圧電センサ１を利用した脈波測定装置１００の構成を示す図である。この脈波測定装置１００において、圧電センサ１の接地電極１１Ｇは接地され、第１〜第３の信号電極群１１ＳＡ１〜１１ＳＡ３における各信号電極１１Ｓは、複数のインピーダンス変換装置２を各々介して複数のアンプ３に接続されている。複数のインピーダンス変換装置２は、圧電センサ１の各信号電極１１Ｓの出力インピーダンスと、複数のアンプ３の各入力インピーダンスとの不整合を解消するためのインピーダンス変換を行う装置である。複数のアンプ３は、複数のインピーダンス変換装置２を介して供給される圧電センサ１の各信号電極１１Ｓの出力電圧を増幅して測定制御装置４に供給する。複数のアンプ３の出力電圧波形は、圧電センサ１の各信号電極１１Ｓにより検出される脈波形（圧力波形）を示している。測定制御装置４は、これらの脈波形の中から適切なもの、例えば最も振幅の大きな脈波形を選択して脈波処理装置４に供給する。脈波処理装置４は、例えばオシロスコープのように脈波形を表示する機能と、脈拍数等の脈波のパラメータを求める波形解析機能を有する装置である。
以上が脈波測定装置１００の構成である。
【００２６】
次に本実施形態の動作について説明する。測定者は、圧電センサ１の一方の表面にゲル１９を塗り、この圧電センサ１を図１に示すように橈骨動脈８ａの近くの肌表面領域に貼り付ける。図１に示す例では、第１〜第３の信号電極群１１ＳＡ１〜１１ＳＡ３の各々の真ん中の信号電極１１Ｓが橈骨動脈８ａと対向している。
【００２７】
この橈骨動脈８ａに血が流れる際、この血流を送り出す脈動により橈骨動脈８ａが膨張および収縮を繰り返し、左手首８の肌表面において橈骨動脈８ａと対向する領域に肌表面に垂直な方向の振動が発生する。この肌表面領域に発生する圧力のうち圧電シート１０の厚み方向の成分が、圧電シート１０の当該肌表面領域と対向する領域に伝播する。この結果、圧電シート１０において圧力が伝播する領域を挟む信号電極１１Ｓおよび接地電極１１Ｇ間に当該圧力に応じた電圧が発生する。さらに詳述すると、圧電シート１０において、信号電極１１Ｓと対向しており、かつ、肌表面からの圧力波が伝播する領域に与えられる圧力が当該信号電極１１Ｓに電圧を発生する。
【００２８】
図１に示す例では、各信号電極１１Ｓのうち第１の信号電極群１１ＳＡ１の真ん中の信号電極１１Ｓの橈骨動脈８ａとの対向面積が最大であるため、この信号電極１１Ｓから得られる出力電圧波形の振幅が最大となる。そこで、測定制御装置４は、この振幅が最大である脈波形を選択して脈波処理装置４に供給する。
【００２９】
以上のように、本実施形態によれば、信号電極の位置を複数の信号電極群間で相互にずらしたため、いずれかの信号電極群の信号電極と脈波の発生源である動脈との対向面積が十分な大きさになり、当該信号電極から適正な振幅の脈波を得ることができる。従って、本実施形態によれば、圧電センサの正確な位置決めを行うことなく、適正な振幅の脈波を測定することができる。
【００３０】
＜第２実施形態＞
図４はこの発明の第２実施形態である圧電センサ１Ａの構成を示す断面図である。この圧電センサ１Ａは、２枚の薄膜状の圧電シート１０Ｌおよび１０Ｕを有している。この圧電シート１０Ｌおよび１０Ｕの間には１枚の薄膜状の接地電極１１Ｇが挟まれている。この接地電極１１Ｇは、圧電シート１０Ｌおよび１０Ｕの全面に貼り付けられている。そして、圧電シート１０Ｌにおける接地電極１１Ｇと反対側に表面には、等間隔を空けて並んだ複数の矩形薄膜状の信号電極１１Ｌからなる第１の信号電極群１１ＬＡが配置されている。また、圧電シート１０Ｕにおける接地電極１１Ｇと反対側に表面には、等間隔を空けて並んだ複数の矩形薄膜状の信号電極１１Ｕからなる第２の信号電極群１１ＵＡが配置されている。すなわち、本実施形態において、第１の信号電極群１１ＬＡと、第２の信号電極群１１ＵＡは、圧力測定部位である被測定者の左手首の肌表面からの距離が異なる複数層（この場合、２層）に各々配置されている。
【００３１】
本実施形態において、第１の信号電極群１１ＬＡにおける各信号電極１１Ｌの並び方向の幅Ｄと、第２の信号電極群１１ＵＡにおける各信号電極１１Ｕの並び方向の幅Ｄは互いに等しい。また、第１の信号電極群１１ＬＡにおける各信号電極１１Ｌ間の間隔も幅Ｄと同じであり、第２の信号電極群１１ＵＡにおける各信号電極１１Ｕ間の間隔も幅Ｄと同じである。
【００３２】
そして、本実施形態において、信号電極１１Ｌおよび１１Ｕの位置は、第１および第２の信号電極群１１ＬＡおよび１１ＵＡ間で相互にずれている。具体的には、第２の信号電極群１１ＵＡにおける各信号電極１１Ｕの位置は、第１の信号電極群１１ＬＡにおける各信号電極１１Ｌの位置に対して、その並び方向に沿って１信号電極分ずれている。そして、第２の信号電極群１１ＵＡにおける各信号電極１１Ｕは、第１の信号電極群１１ＬＡにおいて隣り合った２つの信号電極１１Ｌ間の間隙の領域または信号電極１１Ｌの隣の領域に対向している。
【００３３】
本実施形態では、被測定者の肌表面に発生する脈波を圧電シート１０Ｌおよび１０Ｕの両方に伝播させる必要がある。このため、圧電シート１０Ｌおよび１０Ｕの厚みは、上記第１実施形態における圧電シートの厚みの平均よりも薄いことが好ましい。信号電極および接地電極の厚みも同様である。
【００３４】
本実施形態において、圧電シート１０Ｌおよび１０Ｕは、十分に薄いので、肌表面に生じる垂直方向の圧力振動は、圧電シート１０Ｌおよび１０Ｕを十分な振幅で伝播する。このため、第１の信号電極群１１ＬＡの信号電極１１Ｌまたは第２の信号電極群１１ＵＡの信号電極１１Ｕのいずれが橈骨動脈８ａと対向した場合においても、当該信号電極から十分な振幅の出力電圧波形が得られる。従って、本実施形態においても上記第１実施形態と同様な効果が得られる。
【００３５】
＜他の実施形態＞
以上、この発明の各実施形態について説明したが、この発明には他にも実施形態が考えられる。例えば次の通りである。
【００３６】
（１）上記各実施形態では、この発明による圧電センサを橈骨動脈波の測定を行う装置に適用したが、この発明による圧電センサは橈骨動脈波以外の脈波、あるいは脈波以外の圧力波を測定する圧力波測定装置にも適用可能である。
【００３７】
（２）上記第１実施形態では、圧電シート１０の表面に３つの信号電極群１１ＳＡ１〜１１ＳＡ３を配置したが、２つの信号電極群または４以上の信号電極群を配置してもよい。また、１つの信号電極群に何個の信号電極を設けるかは任意である。
【００３８】
（３）上記第１実施形態では、脈波の発生源である橈骨動脈８ａの直径と同程度の幅を有する信号電極１１Ｓを用いたが、橈骨動脈８ａの径よりも短い幅を有する信号電極１１Ｓを十分に短い間隔を空けて圧電シート１０に密集配置してもよい。具体的には、橈骨動脈８ａの直径を３ｍｍとした場合、信号電極１１Ｓの幅をこの直径の１／２以下の例えば１．５ｍｍとし、この信号電極１１Ｓを例えば０．２ｍｍの間隔で圧電シートに密集配置する。この場合、各信号電極群１１ＳＡ１〜１１ＳＡ３において、橈骨動脈８ａを横切る方向に並んだ２〜３個の信号電極１１Ｓが橈骨動脈８ａと対向し、これらの信号電極から大きな振幅の出力電圧波形が得られる。この場合、測定制御装置４が次の手順により脈波処理装置５に供給する脈波形を合成するようにしてもよい。
【００３９】
（３−１）全ての信号電極１１Ｓから得られる各出力電圧波形の振幅を比較し、最大の振幅の出力電圧波形の発生元である信号電極１１Ｓを選択する。
【００４０】
（３−２）選択した信号電極１１Ｓが属する信号電極群を選択し、その信号電極群において、最大振幅に次いで第２位の振幅の出力電圧波形を発生している信号電極１１Ｓを選択する。
【００４１】
（３−３）最大振幅の出力電圧波形と第２位の振幅の出力電圧波形を加算して、脈波処理装置５に供給する脈波形を合成する。
【００４２】
なお、信号電極１１Ｓの幅をさらに細かくして、３以上の信号電極１１Ｓを橈骨動脈８ａに対向させ、３以上の信号電極１１Ｓの出力電圧波形を用いて、脈波処理装置５に供給する脈波形を合成してもよい。
【００４３】
（４）上記第２実施形態において、各信号電極群における信号電極の間隔を信号電極の幅よりも短くし、第２の信号電極群１１ＵＡにおける各信号電極１１Ｕが、第１の信号電極群１１ＬＡにおける信号電極１１Ｌと部分的に重なり合うように各信号電極を配置してもよい。
【００４４】
（５）上記第２実施形態において、第１の信号電極群１１ＬＡ、接地電極１１Ｇおよび第２の信号電極群ＵＡの配置位置は任意である。圧電シート１０Ｌおよび１０Ｕの間に第１の信号電極群１１ＬＡを挟み、圧電シート１０Ｌにおける第１の信号電極群ＬＡと反対側の表面に接地電極１１Ｇを配置し、圧電シート１０Ｕにおける第１の信号電極群ＬＡと反対側の表面に第２の信号電極群１１ＵＡを配置してもよい。
【００４５】
（６）上記第２実施形態の圧電センサ１Ａでは、圧力測定部位からの距離が異なる２層に信号電極群を配置したが、３層以上に亙って信号電極群を配置してもよい。
【符号の説明】
【００４６】
１００……脈波測定装置、１，１Ａ……圧電センサ、１０，１０Ｌ，１０Ｕ……圧電シート、１１ＬＡ，１１ＳＡ１……第１の信号電極群、１１ＵＡ，１１ＳＡ２……第２の信号電極群、１１ＳＡ３……第３の信号電極群、１１Ｓ，１１Ｌ，１１Ｕ……信号電極、１１Ｇ……接地電極、１９……ゲル、２……インピーダンス変換装置、３……アンプ、４……測定制御装置、５……脈波処理装置、８……左手首、８ａ……橈骨動脈。
【図１】
2019033825.tif 000003
【図２】
2019033825.tif 000004
【図３】
2019033825.tif 000005
【図４】
2019033825.tif 000006