(57)【要約】【課題】検体に装着した際のセンサからの信号停止を防止しながらも、検体の脈動性信号の検出感度に優れた検体情報検出ユニットを提供する。【解決手段】検体９１に当接する部位に開口部２２を有するとともに、開口部２２と連通する空洞２３を内部に有し、開口部２２を検体９１に対向させて検体９１に装着された状態で空洞２３が閉鎖された空間構造を形成するセンサ取付部２１と、センサ取付部２１に設けられ、検体９１における血管９２の脈動性信号に起因する圧力情報を受けて血管９２の脈動性信号を検出するセンサ３１と、開口部２２とセンサ３１とを隔てるとともに水分の透過を防止する膜状部材１１とを備える検体情報検出ユニット１において、センサ３１が、検体９１における血管９２の脈動性信号に起因し、開口部２２を通じ入力され、空洞２３、及び膜状部材１１を伝播する圧力情報を検出することを特徴とする、検体情報検出ユニット。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
検体に当接する部位に開口部を有するとともに、該開口部と連通する空洞を内部に有し、該開口部を該検体に対向させて該検体に装着された状態で該空洞が閉鎖された空間構造を形成するセンサ取付部と、
該センサ取付部に設けられ、検体における血管の脈動性信号に起因する圧力情報を受けて上記の検体における血管の脈動性信号を検出するセンサと、
上記のセンサ取付部の開口部と該センサとを隔てるとともに水分の透過を防止する膜状部材とを備える検体情報検出ユニットにおいて、
該センサが、該検体における血管の脈動性信号に起因し、該開口部を通じ入力され、該空洞、及び該膜状部材を伝播する圧力情報を検出する
ことを特徴とする、検体情報検出ユニット。
【請求項２】
該センサは、該検体における血管の脈動性信号に起因する圧力情報を検出する感圧素子と、該感圧素子を内部に支持する筐体と、該筐体の内部の空間である空気室と、該筐体に設けられ該空気室と外部とを通じて圧力情報を取り込む圧力情報取込部とを有し、
該センサ取付部は、該空洞が上記のセンサの圧力情報取込部と該開口部とを連通するとともに、該開口部を該検体に対向させて該検体に装着された状態で該空洞と上記のセンサの空気室とからなる空間が閉鎖された空間構造を形成し、
該膜状部材は、上記の空洞と空気室とからなる空間において上記のセンサ取付部の開口部と上記のセンサの感圧素子とを隔てるとともに水分の透過を防止し、
該センサが、該検体における血管の脈動性信号に起因し、該開口部を通じ入力され、該空洞、該膜状部材、及び該空気室を伝播する圧力情報を検出する
ことを特徴とする、請求項１記載の検体情報検出ユニット。
【請求項３】
該膜状部材が、上記センサ取付部の空洞において該空洞内の該開口部に面する空間と該センサに連通する空間とを隔てる位置に設けられる
ことを特徴とする請求項１または請求項２記載の検体情報検出ユニット。
【請求項４】
該センサと該センサ取付部とが、交換可能に設けられている
ことを特徴とする請求項３に記載の検体情報検出ユニット。
【請求項５】
該センサ取付部と該センサとの間に該膜状部材を備える中継部材が介装されて設けられ、
該中継部材は、該センサ取付部と該センサとの間に介装された状態で該空洞と該空気室とを連通する貫通孔を内部に有し、
該膜状部材が上記中継部材の貫通孔において上記センサ取付部の空洞と上記センサの圧力情報取込部とを隔てる位置に設けられる
ことを特徴とする請求項２に記載の検体情報検出ユニット。
【請求項６】
該中継部材が、交換可能に介装されている
ことを特徴とする請求項５に記載の検体情報検出ユニット。
【請求項７】
該膜状部材が合成樹脂からなるフィルムである
ことを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の検体情報検出ユニット。
【請求項８】
該膜状部材がポリエチレンテレフタラートからなるフィルムである
ことを特徴とする請求項７に記載の検体情報検出ユニット。
【請求項９】
該膜状部材に金属またはケイ素酸化物からなる層が積層されている
ことを特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれか１項に記載の検体情報検出ユニット。
【請求項１０】
該センサが、上記の検体における動脈血管の脈動性信号に起因する音圧情報を受けて振動する振動板としてのダイヤフラムと、該ダイヤフラムに対向して設けられたバックプレートとを有し、上記の検体における動脈血管の脈動性信号に起因する音圧情報を検出するコンデンサマイクとして構成された
ことを特徴とする、請求項１ないし請求項９のいずれか１項に記載の検体情報検出ユニット。
【請求項１１】
該コンデンサマイクが、ＭＥＭＳ−ＥＣＭで構成された
ことを特徴とする、請求項１０記載の検体情報検出ユニット。
【請求項１２】
該開口部の口径が３ｍｍから１０ｍｍである
ことを特徴とする、請求項１乃至１１のいずれかに１項に記載の検体情報検出ユニット。
【請求項１３】
請求項１ないし請求項１２のいずれか１項に記載の検体情報検出ユニットと、
該検体情報検出ユニットの該センサからの脈動性信号出力について、周波数補正処理を施すことにより、少なくとも脈動性容積信号、脈動性速度信号および脈動性加速度信号のうちの１つの信号を取り出す周波数補正処理部とを備えて構成された
ことを特徴とする検体情報処理装置。
【請求項１４】
該周波数補正処理部が、該脈動性信号の有する周波数で少なくとも増幅動作、積分動作および微分動作のうちの１つの動作を行なうことにより、少なくとも上記の脈動性容積信号、脈動性速度信号および脈動性加速度信号のうちの１つの信号を取り出すように構成された
ことを特徴とする、請求項１３記載の検体情報処理装置。
【請求項１５】
該検体情報検出ユニットの該センサからの脈動性信号出力、または上記の周波数補正処理部により処理された信号について、該脈動性信号に変調成分として含まれる呼吸信号を抽出する周波数復調処理を施すことにより、該検体の脈波情報または呼吸情報を取り出す抽出処理部を備えて構成された
ことを特徴とする、請求項１ないし請求項１４のいずれか１項に記載の検体情報処理装置。
【請求項１６】
請求項１ないし請求項１５のいずれか１項に記載の検体情報検出ユニットの製造方法であって、
水分の透過を防止する膜状部材を、狭持部材により保持する保持工程と、
上記の狭持部材に保持された膜状部材を、該センサ取付部または該中継部材に張設する張設工程と、
上記のセンサ取付部または中継部材に張設された膜状部材の張設部位より外縁の部分を切除する切除工程とを含む
ことを特徴とする検体情報検出ユニットの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、検体情報を検出する検体情報検出ユニット、この検体情報について処理を行う検体情報処理装置、及びこの検体情報検出ユニットの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
比較的太い血管が中に通っている腕や、毛細血管が網のように張り巡らされた指先などに対して、それらが持つ脈動性の信号を検出するセンサにおいて、閉じた空間を持つ構造をもつもので、片側が検体の腕の皮膚や指先の皮膚の部分に、血管の流れを妨げないごく弱いレベルで圧力をかけ、反対側にコンデンサマイクなどの圧力センサを配置し、血管を通じて伝わってくる心臓の脈動に起因する脈波を、閉じた空間内の圧力変化として良好なＳ／Ｎ比で検出することを特徴とする圧力センサ装置が知られている。
【０００３】
特許文献１（特開２０１０−１１５４３１）では、空洞を有する筐体を装着部材により皮膚表面に装着され、装着面の一部にある開口部が皮膚により密閉され、体内音による皮膚表面の振動が直接空洞内の空気に伝わり、これをマイクロホンにより取得できる体内音取得装置について開示されている。
【０００４】
また、検体の血管の脈動性信号に起因する圧力情報を受けて、検体における脈動性信号を検出する圧力センサとしてはコンデンサマイクロホンが用いられており、中でもＭＥＭＳ（microelectromechanical system）技術を用いて作製したＥＣＭ（electret condenser microphone）である、ＭＥＭＳ型ＥＣＭ（以下、「ＭＥＭＳ−ＥＣＭ」または「ＭＥＭＳＭｉｃ」ともいう）を用いる試みがなされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−１１５４３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
発明者がコンデンサマイクロホンを用いた上述の圧力センサ装置によって脈動性信号の検出を行ったところ、圧力センサ装置を装着する検体によっては、または圧力センサ装置を長時間装着したような場合に、信号がでなくなる現象が見られた。このとき、機械的な衝撃を与えて復帰することがあり、さらには、センサの姿勢を変えることで信号量が変化することも確認された。
【０００７】
発明者らがこのようなセンサの感度の低下の原因を検討したところ、検体に装着された圧力センサ装置のセンサが、検体から何らかの影響を受けることによりセンサの感度が低下しているものと考えられた。
【０００８】
センサとして用いられるＭＥＭＳＭｉｃでは、音圧情報を受けて振動する振動板としてのダイヤフラムと、ダイヤフラムに対向して設けられたバックプレートとの間が４μｍ程度となるように設けられており、ダイヤフラムは“浮いた”構造になっている。センサとしてＭＥＭＳＭｉｃを用いた場合には、圧力センサ装置が検体の皮膚と接することでＭＥＭＳＭｉｃが閉じた空間に置かれることにより、ダイヤフラムまたはバックプレートに結露が生じ、または結露に起因してダイヤフラムとバックプレートとの位置関係が変化することにより、結露が解消された後であってもダイヤフラムが本来の位置に戻らずに、結果としてセンサの感度が低下したままになると予想された、
【０００９】
本発明は、このような課題に鑑みて創案されたものであり、検体に装着した際のセンサからの信号停止またはセンサの感度の低下を防止して、検体の脈動性信号の検出感度に優れた検体情報検出ユニット及び検体情報処理装置、並びにその検体情報検出ユニットの製造方法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】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明の検体情報検出ユニットは、検体に当接する部位に開口部を有するとともに、該開口部と連通する空洞を内部に有し、該開口部を該検体に対向させて該検体に装着された状態で該空洞が閉鎖された空間構造を形成するセンサ取付部と、該センサ取付部に設けられ、検体における血管の脈動性信号に起因する圧力情報を受けて上記の検体における血管の脈動性信号を検出するセンサと、上記のセンサ取付部の開口部と該センサとを隔てるとともに水分の透過を防止する膜状部材とを備える検体情報検出ユニットにおいて、該センサが、該検体における血管の脈動性信号に起因し、該開口部を通じ入力され、該空洞、及び該膜状部材を伝播する圧力情報を検出することを特徴としている。
【００１１】
このとき、該センサは、該検体における血管の脈動性信号に起因する圧力情報を検出する感圧素子と、該感圧素子を内部に支持する筐体と、該筐体の内部の空間である空気室と、該筐体に設けられ該空気室と外部とを通じて圧力情報を取り込む圧力情報取込部とを有し、該センサ取付部は、該空洞が上記のセンサの圧力情報取込部と該開口部とを連通するとともに、該開口部を該検体に対向させて該検体に装着された状態で該空洞と上記のセンサの空気室とからなる空間が閉鎖された空間構造を形成し、該膜状部材は、上記の空洞と空気室とからなる空間において上記のセンサ取付部の開口部と上記のセンサの感圧素子とを隔てるとともに水分の透過を防止し、該センサが、該検体における血管の脈動性信号に起因し、該開口部を通じ入力され、該空洞、該膜状部材、及び該空気室を伝播する圧力情報を検出する構成としてもよい。
【００１２】
また、該膜状部材が、上記センサ取付部の空洞において該空洞内の該開口部に面する空間と該センサに連通する空間とを隔てる位置に設けられていてもよい。
また、該センサと該センサ取付部とが、交換可能に設けられていてもよい。
また、該センサ取付部と該センサとの間に該膜状部材を備える中継部材が介装されて設けられ、該中継部材は、該センサ取付部と該センサとの間に介装された状態で該空洞と該空気室とを連通する貫通孔を内部に有し、該膜状部材が上記中継部材の貫通孔において上記センサ取付部の空洞と上記センサの圧力情報取込部とを隔てる位置に設けられていてもよい。
また、該中継部材が、交換可能に介装されていてもよい。
【００１３】
さらに、該膜状部材が合成樹脂からなるフィルムであってもよい。
また、該膜状部材がポリエチレンテレフタラートからなるフィルムであってもよい。
また、該膜状部材に金属またはケイ素酸化物からなる層が積層されていてもよい。
さらに、該センサが、上記の検体における動脈血管の脈動性信号に起因する音圧情報を受けて振動する振動板としてのダイヤフラムと、該ダイヤフラムに対向して設けられたバックプレートとを有し、上記の検体における動脈血管の脈動性信号に起因する音圧情報を検出するコンデンサマイクとして構成されていてもよい。
また、該コンデンサマイクが、ＭＥＭＳ−ＥＣＭで構成されていてもよい。
さらに、該開口部の口径が３ｍｍから１０ｍｍであってもよい。
【００１４】
本発明の別の要旨は、上記の検体情報検出ユニットと、該検体情報検出ユニットの該センサからの脈動性信号出力について、周波数補正処理を施すことにより、少なくとも脈動性容積信号、脈動性速度信号および脈動性加速度信号のうちの１つの信号を取り出す周波数補正処理部とを備えて構成されたことを特徴とする検体情報処理装置に存する。
このとき、該周波数補正処理部が、該脈動性信号の有する周波数で少なくとも増幅動作、積分動作および微分動作のうちの１つの動作を行なうことにより、少なくとも上記の脈動性容積信号、脈動性速度信号および脈動性加速度信号のうちの１つの信号を取り出すように構成されていてもよい。
また、該検体情報検出ユニットの該センサからの脈動性信号出力、または上記の周波数補正処理部により処理された信号について、該脈動性信号に変調成分として含まれる呼吸信号を抽出する周波数復調処理を施すことにより、該検体の脈波情報または呼吸情報を取り出す抽出処理部を備えて構成されていてもよい。
【００１５】
また、本発明の別の要旨は、上記の検体情報検出ユニットの製造方法であって、水分の透過を防止する膜状部材を、狭持部材により保持する保持工程と、上記の狭持部材に保持された膜状部材を、該センサ取付部または該中継部材に張設する張設工程と、上記のセンサ取付部または中継部材に張設された膜状部材の張設部位より外縁の部分を切除する切除工程とを含むことを特徴とする検体情報検出ユニットの製造方法に存する。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、検体情報検出ユニットは、膜状部材を備えることにより、検体から生じる水蒸気によるセンサからの信号停止またはセンサの感度の低下を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第一実施形態に係る検体情報処理装置の構成を模式的に表す図である。
【図２】本発明の第一実施形態に係る脈動性信号検出ユニットの構成例を模式的に表わす図である。
【図３】検体情報検出ユニットの開口部の口径と信号の強さとの関係の一例を示す図である。
【図４】（ａ）は膜状部材の貼り付けに用いられる膜状部材貼付用の治具による膜状部材の保持について説明するための模式図であり、（ｂ）は膜状部材の貼り付けに用いられる膜状部材貼付用の治具の構成を説明するための模式図である。
【図５】膜状部材の貼り付け方法の一例を説明するためのフローチャートである。
【図６】本発明の一実施形態に係る検体情報処理装置の機能構成を説明するためのブロック図である。
【図７】本発明の一実施形態に係る検体情報処理装置の機能構成を説明するためのブロック図である。
【図８】周波数補正処理部の機能構成の一例を説明するためのブロック図である。
【図９】抽出処理部の機能構成の一例を説明するためのブロック図である。
【図１０】検体情報処理装置における検体情報処理の一例を説明するためのフローチャートである。
【図１１】検体情報処理装置における検体情報処理の一例を説明するためのフローチャートである。
【図１２】検体情報処理装置における検体情報処理の一例を説明するためのフローチャートである。
【図１３】マイクロホンの開放状態にした場合の周波数応答の一例を表わす図である。
【図１４】マイクロホンのクローズの状態にした場合の周波数応答の一例を表わす図である。
【図１５】（ａ）はＭＥＭＳ−ＥＣＭがクローズドキャビティを形成した場合における低域の周波数特性を表わす図、（ｂ）はＭＥＭＳ−ＥＣＭがクローズドキャビティを形成した場合における積分動作後の周波数特性を示す図、（ｃ）はＭＥＭＳ−ＥＣＭがクローズドキャビティを形成した場合における微分動作後の周波数特性を示す図である。
【図１６】脈動性信号出力の周波数補正処理の一例を説明するための図である。
【図１７】（ａ）は膜状部材を備えていない場合に測定した容積脈波波形の一例を表わす図、（ｂ）は膜状部材を備えていない場合に測定した速度脈波波形の一例を表わす図、（ｃ）は膜状部材を備えていない場合に測定した加速度脈波波形の一例を表わす図である。
【図１８】膜状部材を備えていない検体情報検出ユニットを検体に装着して、信号が得られなくなったものに対し、機械的な衝撃を与え信号が出るように復活させたものの姿勢を変えた時の脈動性信号の検出を行った場合の波形の一例を示す図である。
【図１９】ＭＥＭＳ−ＥＣＭのダイヤフラム及びバックプレート部の構成の一例を模式的に表わす図である。
【図２０】（ａ）は本発明の一実施形態に係る検体情報検出ユニットにおける速度脈波信号の周波数特性を表わす図であり、（ｂ）は本発明の一実施形態に係る検体情報検出ユニットにおける容積脈波信号を表わす図である。
【図２１】（ａ）は膜状部材として厚さ９μｍのＰＥＴフィルムを備えている場合に測定した容積脈波波形の一例を表わす図、（ｂ）は膜状部材として厚さ９μｍのＰＥＴフィルムを備えている場合に測定した速度脈波波形の一例を表わす図、（ｃ）は膜状部材として厚さ９μｍのＰＥＴフィルムを備えている場合に測定した加速度脈波波形の一例を表わす図である。
【図２２】（ａ）は膜状部材として厚さ２５μｍのＰＥＴフィルムを備えている場合に測定した容積脈波波形の一例を表わす図、（ｂ）は膜状部材として厚さ２５μｍのＰＥＴフィルムを備えている場合に測定した速度脈波波形の一例を表わす図、（ｃ）は膜状部材として厚さ２５μｍのＰＥＴフィルムを備えている場合に測定した加速度脈波波形の一例を表わす図である。
【図２３】（ａ）は膜状部材として厚さ３８μｍのＰＥＴフィルムを備えている場合に測定した容積脈波波形の一例を表わす図、（ｂ）は膜状部材として厚さ３８μｍのＰＥＴフィルムを備えている場合に測定した速度脈波波形の一例を表わす図、（ｃ）は膜状部材として厚さ３８μｍのＰＥＴフィルムを備えている場合に測定した加速度脈波波形の一例を表わす図である。
【図２４】膜状部材の厚さと速度脈波信号の振幅の関係を表わす図である。
【図２５】（ａ）は膜状部材で圧力情報取込部を塞いでいる場合に測定した容積脈波波形の一例を表わす図、（ｂ）は膜状部材で圧力情報取込部を塞いでいる場合に測定した速度脈波波形の一例を表わす図、（ｃ）は膜状部材で圧力情報取込部を塞いでいる場合に測定した加速度脈波波形の一例を表わす図である。
【図２６】一次の振動モードを説明するための図である。
【図２７】引っ張った膜の周波数応答を示す図である。
【図２８】本発明の第二実施形態に係る検体情報処理装置の構成を模式的に表す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。本発明は以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、任意に変更して実施できる。
【００１９】
〔Ａ．第一実施形態の説明〕
［１．検体情報検出ユニット及び検体情報処理装置］
［１−１．検体情報検出ユニット及び検体情報処理装置の構成例］
本発明の第一実施形態に係る検体情報処理装置３は、図１に示すように、検体情報検出ユニット１と、信号処理部２とを備えて構成されている。
第一実施形態に係る検体情報検出ユニット１は、図１、図２に示すように、センサ取付部２１と、センサ３１と、膜状部材１１とを備えて構成されている。
信号処理部２は、図１に示すように、周波数補正処理部５１と、抽出処理部６１とを備えて構成されている。
【００２０】
以下、第一実施形態に係る検体情報検出ユニット１、信号処理部２、及び検体情報処理装置３の構成、並びに各部を構成する要素について詳細に説明する。
なお、図１は、本発明の第一実施形態に係る検体情報処理装置３の構造を模式的に表わしたものであり、図２は、図１に示した検体情報検出ユニット１の構造をより詳細に説明するための図であり、検体情報検出ユニット１の構造を模式的に表わしたものである。
【００２１】
＜検体情報検出ユニットの構成＞
検体情報検出ユニット１は、図１に示すように、センサ取付部２１と、センサ３１と、膜状部材１１とを備えて構成されている。ここで、センサ取付部２１は、検体９１に当接する部位に開口部２２を有するとともに、開口部２２と連通する空洞２３を内部に有するものである。センサ３１は、センサ取付部２１に設けられ、検体９１における血管９２の脈動性信号に起因する圧力情報を受けて上記の検体９１における血管９２の脈動性信号を検出するものである。膜状部材１１は、センサ取付部２１の開口部２２とセンサ３１とを隔てるとともに水分の透過を防止するものである。
【００２２】
検体情報検出ユニット１は、センサ取付部２１の開口部２２を検体９１に対向させて検体９１に装着された状態で空洞２３が閉鎖された空間構造を形成しており、センサ３１が、検体９１における血管９２の脈動性信号に起因し、開口部２２を通じ入力され、空洞２３、及び膜状部材１１を伝播する圧力情報を検出するようになっている。
【００２３】
（センサ取付部）
センサ取付部２１は、図１に示すように、検体情報検出ユニット１を検体９１に装着する際に検体９１の皮膚９３と接触する部分である。センサ取付部２１はリング状部材２４によって形成されており、リング状部材２４は、検体９１に当接する部位に開口部２２を有するとともに、開口部２２の他端側でセンサ３１の圧力情報取込部３２を有する面に付設して設けられ、開口部２２とセンサ３１の圧力情報取込部３２とを連通する空洞２３を内部に有している。
【００２４】
センサ取付部２１は、センサ３１が取り付けられると共に、開口部２２を検体９１に対向させて検体９１に装着された状態で、空洞２３とセンサ３１の空気室３４とからなる空間が閉鎖された空間構造を形成する。このように空洞２３が形成する閉鎖された空間構造を、「Ｃｌｏｓｅｄ  Ｃａｖｉｔｙ；クローズドキャビティ」ということもある。
【００２５】
クロ−ズドキャビティを形成するリング状部材２４は、弾性を有する材料からなることが好ましいが、検体９１における脈動性信号を閉じ込める空洞２３を形成できる物体であれば、樹脂製や金属製の素材からなるものであっても用いることができる。空洞２３のクローズドキャビティの形成のためには剛性を有するものであってもよいが、少なくとも皮膚に当たる側には、検体の皮膚の特性（柔軟性）を考慮するとゴムやシリコン製などの皮膚との親和性が高く、弾性を有する素材を用いることが好ましい。
【００２６】
リング状部材２４は、一端が開口部２２と通じ、他端がセンサ３１の圧力情報取込部３２を有する面に通じるとともに、開口部２２とセンサ３１の圧力情報取込部３２とを連通する空洞２３を有する筒状または環状の形状であることが好ましい。
【００２７】
センサ取付部２１は、空洞２３がセンサ３１の圧力情報取込部３２と開口部２２とを連通するとともに、開口部２２を検体９１に対向させて検体９１に装着された状態で、空洞２３とセンサ３１の空気室３４とからなる空間が閉鎖された空間構造を形成するようになっている。センサ取付部２１の空洞に、膜状部材１１がセンサ取付部２１の開口部２２とセンサ３１とを隔てるようにして設けられていることにより、センサ取付部２１の内部の空洞２３が、膜状部材１１により、開口部２２を通じて検体９１の皮膚９３に面する検体側の空間２５と、センサ３１の圧力情報取込部に連通するセンサ側の空間２６とに分けられている。
【００２８】
検体情報検出ユニット１は、図２に示すように、クロ−ズドキャビティを形成するセンサ取付部２１のリング状部材２４が、同じ口径を有する２つのゴム製のＯ−リング２４ａ、２４ｂにより形成されている。Ｏ−リング２４ａ、２４ｂにより内部に形成される空洞２３が、Ｏ−リング２４ａ、２４ｂの間に挟まれた膜状部材１１により、検体側の空間２５と、センサ側の空間２６とに分けられている。
【００２９】
（開口部）
開口部２２は、検体情報検出ユニット１のセンサ取付部材２１に設けられ、リング状部材２４の一方に形成されて、検体情報検出ユニット１を検体９１に装着した状態で皮膚９３と当接する部位である。すなわち、リング状部材２４の一端が、検体情報検出ユニット１及びセンサ取付部２１の開口部となっている。
図３は、センサ３１としてコンデンサマイクを用いた場合に、センサ取付部２１において、開口部２２の口径を変えながら、指先の毛細血管の脈動性信号を測定した場合の信号の強さを表わす図である。
【００３０】
図３から明らかなように、開口部２２の口径が１〜３ｍｍでは信号が測定できてはいるものの、十分なゲインが得られていない。開口部２２の口径が３ｍｍ以上ではゲインが上昇し、開口部２２の口径が５ｍｍ〜６ｍｍにおいて、高いゲインで脈動性信号の測定を行うことができることが分かる。これは、開口部２２の口径が２ｍｍよりも小さい場合には、血管９２からの信号を捉えるための面積が狭くなるため、検出される信号が弱くなることが影響しているのだと考えられる。
【００３１】
開口部２２の口径が大きすぎる（例えば口径が１０ｍｍよりも大きい）と、検体情報処理装置３の検体情報検出ユニット１を検体９１に装着した場合に、検体９１の表面の組織（皮膚、脂肪、体毛等）が盛り上がって空洞２３に入り込むことで、組織によって圧力情報の取込部３２が塞がれたり、組織が膜状部材１１やセンサ素子３３と干渉したりするおそれがある。また、開口部２２の口径が大きすぎると、検体情報検出ユニット１を検体９１の立体的な形状に沿って密着するように装着する場合に、空洞２３がクローズドキャビティを形成することが困難になる場合がある。また人の指先等の、検体９１の面積が狭い箇所に検体情報検出ユニット１を装着する場合にも、検体情報検出ユニット１を装着する際に空洞２３のクローズドキャビティの形成が困難になる場合がある。また、空洞２３の高さを一定にした場合、空洞２３の開口部２２の口径が大きくなるにつれて空洞２３の体積が大きくなり、脈動性信号の強さが一定の場合には、空洞２３の体積が大きくなることで血管９２の脈動性信号に起因する振動が減衰するため、センサ３１により検出される信号の強度が低下するおそれがある。また、開口部２２の口径が広すぎると、血管９２の真上に検体情報検出ユニット１が存在しない場合であっても血管９２の脈動性信号が検出可能となるため、センサ３１の指向性が低下するおそれがある。
【００３２】
このため、開口部２２の口径は、通常３ｍｍ以上、好ましくは４ｍｍ以上、より好ましくは６ｍｍ以上であり、通常１０ｍｍ以下、好ましくは８ｍｍ以下である。開口部２２の口径の下限が上記の範囲の値より大きいことで、検出される脈動性信号が強くなり、検体情報検出ユニット１を検体９１に装着した際に血管９２からの振動を検出できる位置に開口部２２を密着させることが容易になるため好ましい。開口部２２の口径の上限が上記範囲の値より小さいことで、開口部２２に入り込む検体９１の影響を抑え、感度を保ち、センサ３１の指向性を持たせることができるため好ましい。
【００３３】
また、人の成人の手首における動脈血管（橈骨動脈及び尺骨動脈）の直径がおよそ２ｍｍ程度であることから、検体情報検出ユニット１の開口部２２を人の手首に装着した場合には、動脈血管９２からの脈動性信号をセンサ３１により感度良く検出する観点から、開口部２２の口径は動脈血管９２の直径の２倍以上、４〜５倍以下、すなわち、４ｍ以上、８ｍｍ〜１０ｍｍ以下であることが好ましい。開口部２２の口径の下限が上記範囲の値より大きいことで、検出される脈動性信号が強くなり、検体９１に装着した際に血管９２からの振動を検出できる位置に開口部２２を密着させることが容易になるため好ましい。開口部２２の口径の上限が上記範囲の値より小さいことで、開口部２２に入り込む検体９１の影響を抑え、空洞２３の体積の増大に伴う感度の低下を防ぎ、センサ３１の指向性を持たせることができるため好ましい。
【００３４】
人の指に検体情報処理装置３の検体情報検出ユニット１の開口部２２を装着する場合には、指に存在する毛細血管の脈動信号を検出するために、上記の人の手首に装着した場合のように血管９２の直径との関係から規定することはできないが、空洞２３がクローズドキャビティを形成して脈動性信号を感度良く検出する観点から、開口部２２の口径は少なくとも指のスパンの半分以上、指のスパンの４分の３以下の大きさであることが好ましい。
【００３５】
（センサ）
センサ３１は、図１に示すように、センサ取付部２１のリング状部材２４の開口部２２の他端に当接して設けられ、検体９１における血管９２の脈波情報に基づく脈動性信号を、脈動性信号に起因し開口部２２を通じ入力され、空洞２３、及び膜状部材１１を伝播する圧力情報として検出するものである。
本実施形態では、センサ３１としてＭＥＭＳ−ＥＣＭを用いている。
【００３６】
センサ３１は、検体９１における動脈血管９２の脈動性信号に起因する圧力情報を検出する感圧素子３３と、感圧素子３３を内部に支持する筐体３５と、筐体３５の内部の空間である空気室３４と、筐体３５に設けられ空気室３４と外部とを通じて圧力情報を取り込む圧力情報取込部３２とを有している。以下、動脈血管を単に血管と言うことがある。
【００３７】
検体情報検出ユニット１は、図１に示すように、センサ取付部３１の開口部３２とセンサ３１とを隔てる膜状部材１１を備えている。膜状部材１１は、センサ取付部３１の空洞２３とセンサ３１の空気室３４とからなる空間において、センサ取付部３１の開口部２２とのセンサ３１の感圧素子３３とを隔てている。このため、センサ３１は、検体９１における血管９２の脈動性信号に起因し、開口部２２を通じ入力され、空洞２３、膜状部材１１、及び空気室３４を伝播する圧力情報を検出するように構成されている。
【００３８】
センサ３１としては、血管９２の脈動性信号を検出するものであれば、特に限定されないが、血管９２の脈動に起因する検体９１の皮膚９３の振動によって生じる空気の振動（音圧情報）を電気的に検出するマイクロホン、又は圧電素子のような感圧素子を好適に用いることができる。マイクロホンの中でも、指向性、Ｓ／Ｎ比、感度の点からコンデンサマイクが好ましく、ＥＣＭ（electret condenser microphone；エレクトレットコンデンサーマイクロホン、以下、単に「ＥＣＭ」ともいう）を好適に用いることができる。また、ＭＥＭＳ（microelectromechanical system）技術を用いて作製したＥＣＭである、ＭＥＭＳ型ＥＣＭ（以下、「ＭＥＭＳ−ＥＣＭ」ともいう）を好適に用いることができる。圧電素子としては、高い圧電性を示すセラミックスとして、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴともいう）を使用したＰＺＴ圧電素子を好適に用いることができる。
【００３９】
本実施形態では、脈動性信号検出ユニット１に、センサ３１を１つ設けた構成を記載しているが、検出される脈動性信号の強さを向上させ、Ｓ／Ｎ比を上げる観点からは、センサ３１を２つ以上設けて各センサ３１の信号を加算したものを脈動性信号としてもよい。脈動性信号検出ユニット１に複数のセンサ３１を設ける場合、ＭＥＭＳ−ＥＣＭはサイズが小さいために実装が容易であり、開口部２２の口径が大きくなりすぎるのを防ぐことができるために好ましい。また、ＭＥＭＳ−ＥＣＭは品質が安定しているため、並列に多数接続して、各センサ３１の信号を加算した際であっても安定した信号を得ることができるために好ましい。
【００４０】
（膜状部材）
膜状部材１１は、検体情報検出ユニット１の空洞２３と空気室３４とからなる空間において、センサ取付部２１の開口部２２とセンサ３１の感圧素子３３とを隔てるように設けられている。膜状部材１１は、検体情報検出ユニットを検体９１に装着した際に、皮膚９３から生じた水分が水蒸気となってセンサ３１に影響を及ぼすことを防ぐために設けられているため、水分、特に水蒸気の透過を防止するフィルムであることが好ましい。なお、本明細書において単に水分といった場合、液体状態の水と、気体状態の水蒸気の両方を含むものとする。
【００４１】
本実施形態では、膜状部材１１として、ポリエチレンテレフタレート（ポリエチレンテレフタラート）製のフィルム（以降、「ＰＥＴフィルム」ともいう）を用いている。
膜状部材１１は、水分の透過を防止するフィルム状の部材であればその素材は特に限定されないが、耐水性に優れるとともに、入手及び加工が容易である点から、合成樹脂からなるフィルムであることが好ましい。膜状部材の素材としては、例えば、ポリエチレンテレフタラート、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリエステル、ポリビニルアルコール、ナイロンを用いることができる。
【００４２】
また、膜状部材１１は、水蒸気の透過を防ぐとともに、検体９１から発生するガスのセンサ３１への影響を防止するために酸素、二酸化炭素等のガスの透過防止能を備えることが好ましく、また機械的強度が高いことが好ましい。膜状部材１１にこのような特性を付与するため、膜状部材１１に金属またはケイ素酸化物（シリカ）からなる層が積層されていてもよい。膜状部材１１への金属またはケイ素酸化物の積層は、例えば、蒸着加工、ラミネート加工、印刷加工により行うことができる。積層に用いられる金属としては、例えば、アルミニウム、金、亜鉛、ニッケルが挙げられる。
【００４３】
中でも、膜状部材１１がセンサ取付部２１の開口部２２とセンサ３１の感圧素子３３とを隔てるように設けられている場合において、膜状部材１１のセンサ側の空間２６に向けてシリカからなる層が積層されていることが好ましい。このようにシリカからなる層が積層されていることにより、膜状部材１１の水蒸気の透過を防止するとともに、センサ側の空間に存在する水分を吸着して、センサ３１の特に感圧素子３３への水蒸気の影響を軽減することができる。
【００４４】
膜状部材１１の膜厚は、水分の透過を防ぐのに十分な厚さを有しているのであれば特に限定されないが、後述するように、膜状部材１１の膜厚が増加するにつれて、信号レベルが低下する傾向にあるため、少なくとも信号レベルの観点から言えば、膜厚が薄いほうが好ましい。
【００４５】
膜状部材１１は、センサ取付部２１の開口部２２とセンサ３１とを隔てるように設けられていればその位置は特に限定されないが、膜状部材１１が開口部２２に近すぎると検体９１の皮膚９３及び体毛等の組織と接触して、検出される信号が影響を受けることがあるため、開口部２２に近すぎない位置に設けることが好ましい。また、後述するように、センサ３１の圧力情報取込部３２を塞ぐように設けた場合、信号のレベルが落ちる場合があるため、取付部材２４の内部に膜状部材１１が貼り付けられて、圧力情報取込部３２を塞ぐ場合よりも膜状部材の径が大きくなるように設けられることが好ましい。
【００４６】
膜状部材１１は、後述するように、式（１）により算出されるコーナー周波数ｆが少なくとも０．３Ｈｚ以下、望ましくは０．１Ｈｚ以下であることが好ましく、膜状部材１１を張る力（張力）と、膜状部材１１の単位面積当たりの質量と、膜状部材１１の半径は、膜状部材１１のコーナー周波数ｆが所定の範囲となるようにして設けられることが好ましい。
【００４７】
（検体情報検出ユニット）
検体情報検出ユニット１は、図２に示すように、クロ−ズドキャビティを形成するセンサ取付部２１のリング状部材２４が、同じ口径を有する２つのゴム製のＯ−リング２４ａ、２４ｂにより形成されている。Ｏ−リング２４ａ、２４ｂを対向させて、その間に膜状部材１１を挟みこんだ状態になっており、センサ３１に取り付けたＯ−リング２４ｂと膜状部材１１とを接着剤により接着し、膜状部材１１とＯ−リング２４ａとを接着剤により接着することで、リング状部材２４を形成している。これにより、Ｏ−リング２４ａとＯ−リング２４ｂとからなるセンサ取付部２１の内部の空洞２３において、膜状部材１１が、空洞２３内の開口部２２を通じて検体９１の皮膚９３に面する検体側の空間２５と、センサ３１の圧力情報取込部に連通するセンサ側の空間２６とを隔てる位置に設けられている。
【００４８】
本実施形態ではセンサ３１がＭＥＭＳ−ＥＣＭからなり、図２に示すように、圧力情報取込部３２としての空気穴（「音孔」ともいう）が設けられている。また、ＭＥＭＳ−ＥＣＭ３１の筐体３５の内部の空気室３４には感圧素子として、ダイヤフラム３６及びバックプレート３７が設けられている。なお、ＭＥＭＳ−ＥＣＭからなる本実施形態のセンサ３１では、ダイヤフラム３６とバックプレート３７を備えるＭＥＭＳチップと、図示しないＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor；相補型金属酸化膜半導体）チップとがワイヤボンディングで接続された構成となっている。
【００４９】
振動源から振動が発生した場合、外部と連通する圧力情報取込部（空気穴、音孔）３２を通じて伝わる空気室３４の空気の振動がダイヤフラム３６を振動させ、ダイヤフラム３６とバックプレート３７との距離が変化することによりキャパシタンス（静電容量）の変化が生じる。この静電容量の変化を電圧に変換することで、振動を測定することができる。ＣＭＯＳチップはダイアフラム３６とバックプレート３７において生じた電圧の変化を必要に応じて増幅し、脈動性信号として信号処理部２に出力する。
【００５０】
本実施形態では、センサ３１とセンサ取付部２１とは、センサ３１の圧力情報取込部３２を有する面に、センサ取付部２１のＯ−リング２４ｂが接着剤を塗布することより接着されることで取り付けられている。なお、センサ３１とセンサ取付部２１とは、センサ３１の圧力情報取込部３２を有する面に、センサ取付部２１のＯ−リング２４ｂが粘着性の素材を介して取り付けられ、センサ３１とセンサ取付部２１とを交換可能に設けるようにしてもよい。また、センサ取付部２１とセンサ取付部２１に設けられた膜状部材１１とを一体にしたものを、センサ３１に対して交換可能に設けるようにしてもよい。
【００５１】
検体情報検出ユニット１は、センサ取付部２１がＯ−リング２４ａによって形成される開口部２２を検体９１に向けて、検体９１に装着された状態で、空洞２３と空気穴３２によって連通する空気室３４とが、閉鎖された空間構造（クローズドキャビティ）をとっており、このクローズドキャビティが膜状部材１１により隔てられた構造となっている。これにより、本実施形態に係る検体情報検出ユニット１においては、膜状部材１１が検体９１からセンサ３１への水分の透過を防止するとともに、センサ３１が、検体９１における血管の脈動性信号に起因し、開口部２２を通じ入力され、検体側の空間２５、膜状部材１１、センサ側の空間２６、及び空気室３４を伝播する圧力情報を検出するようになっている。
【００５２】
（膜状部材の貼り付け方法）
本実施形態に係る検体情報検出ユニット１の作成について、図４（ａ）、図４（ｂ）及び図５のフローチャートを参照して説明する。検体情報検出ユニット１の作成は、センサ３１にセンサ取付部２１を取り付けるとともに、膜状部材１１を設けることで作成することができる。センサ３１は、用いるセンサの種類に応じて公知の方法により作成できるため、センサ３１の作成方法については省略し、センサ取付部材２１に膜状部材１１を設ける方法、すなわち膜状部材１１の貼り付け方法について詳細に説明する。
【００５３】
本実施形態に係る検体情報検出ユニット１では、図２に示すように、Ｏ−リング２４ａ、２４ｂの間に、膜状部材１１を張った状態で入れた構造になっている。このような構造を形成するために、図４（ａ）、図４（ｂ）に示すような、膜状部材貼付用の治具１１１、１１２、１１３ａ、１１３ｂ、１１３ｃを用いている。
【００５４】
膜状部材貼付用の治具は、一対の狭持部材１１１、１１２と、固定部材１１３ａ、１１３ｂ、１１３ｃと、押上部材１１４とからなる。一対の狭持部材１１１、１１２は、中心部に貫通する孔１１５、１１６を備える円板状の形状を有し、膜状素材１２を狭持部材１１１、１１２の間に狭持するものである。なお、膜状素材１２とは、少なくとも狭持部材１１１、１１２の中心部の孔１１５、１１６よりも大きい面積を有し、膜状部材１１と同じ素材からなる膜状の部材である。固定部材１１３ａ、１１３ｂ、１１３ｃは、狭持部材１１１、１１２が膜状素材１２を挟み込んだ状態で、狭持部材１１１、１１２の外周側の３点を固定するとともに、固定部材１１３ａ、１１３ｂ、１１３ｃが各々備える弾性部材により、狭持部材１１１、１１２と押上部材１１４とが接近するように弾性力を付与するものである。押上部材１１４は、狭持部材１１１、１１２の中心部の孔１１５、１１６の直径よりもやや小さい直径を有する円筒状の形状を有し、狭持部材１１１、１１２に狭持されて中心部の孔１１５、１１６の部分に存在する膜状素材１２を押し上げるものである。
【００５５】
まず、センサ３１にＯ−リング２４ｂを接着剤で接着したものを用意しておく。一方で、膜状素材１２を一対の狭持部材１１１、１１２の間に入れて、膜状素材１２を挟み込んだ状態固定部材１１３ａ、１１３ｂ、１１３ｃにより固定する（ステップＳ４１）。次に、固定部材１１３ａ、１１３ｂ、１１３ｃに備えられたバネ部材の弾性力により、狭持部材１１１、１１２が下方に引き下げられると共に、押上部材が狭持部材１１１、１１２に挟み込まれている膜状素材１２を下方から押し上げる（ステップＳ４２）。これにより、膜状素材１２は、膜状部材貼付用の治具１１１〜１１３によりテンション（張力）がかかった状態で保持されることになる。
【００５６】
この状態で、あらかじめ用意しておいたセンサ３１が接着されているＯ−リング２４ｂを、センサ３１が接着されていない側の面を膜状素材１２に向けて接着することで張設する（ステップＳ４３）。これにより、膜上部材１２をテンションがかかった状態でＯ−リング２４ｂと接着することができる。接着後に、膜状部材１１がＯ−リング２４ｂと接着された状態となるように接着部を残して、張設された膜状素材１２の張設部位より外縁の部分を切除することで膜状部材１１を膜状素材１２から切り出す（ステップＳ４４）。切り出し後、膜状部材１１と接着されているＯ−リング２４ｂと、膜状部材１１を挟んで対向するようにして、Ｏ−リング２４ａを膜状部材１１に接着することで、膜状部材１１を挟み込んだ状態で固定する（ステップＳ４５）。
【００５７】
このようにして、膜状部材１１をテンションを加えて張った状態で貼り付けることにより、Ｏ−リング２４ａ、２４ｂの間に膜状部材１１を挟みこんだ状態となるようにして、センサ取付部２１に膜状部材１１を設けることができる。さらに、膜状部材１１が設けられたセンサ取付部２１の一端に、センサ３１の圧力情報取込部３２を有する面を取り付けることで、検体情報検出ユニット１が作成される。
【００５８】
すなわち、本実施形態に係る検体情報検出ユニットの製造方法は、水分の透過を防止する膜状素材１２を狭持部材１１１、１１２により狭持して張力がかかった状態で保持する保持工程（ステップＳ４１、Ｓ４２）と、狭持部材１１１、１１２に保持された膜状素材１２をリング状部材２４に張設する張設工程（ステップＳ４３）と、リング状部材２４に張設された膜状素材１２の張設部位より外縁の部分を切除する切除工程（ステップＳ４４）とを含み、さらに膜状部材１１を挟んで接着することで固定する固定工程（ステップＳ４５）とを含んでいてもよい。
【００５９】
なお、膜状部材１１は、後述するように、式（１）により算出されるコーナー周波数ｆが好ましい値となるように、膜状部材１１を張る力（張力）は、狭持部材１１１、１１２に挟み込まれている膜状素材１２を押上部材が押し上げる際に、膜状素材１２に付与されるテンション（張力）により調整することができる。
【００６０】
＜信号処理部の構成＞
本実施形態に係る信号処理部２は、脈動性信号検出ユニット１のセンサ３１からの脈動性信号出力について信号処理を施すもので、図１に示すように、周波数補正処理部５１と、抽出処理部６１と備えて構成されている。
【００６１】
信号処理部２は、周波数補正処理部５１と抽出処理部６１とを共に備えているが、信号処理部２は、周波数補正処理部５１と抽出処理部６１とのいずれか一方を備えるものであってもよい。
【００６２】
（周波数補正処理部）
周波数補正処理部５１は、検体情報検出ユニット１のセンサ３１からの脈動性信号出力について周波数補正処理を施すことで、脈動性信号の有する周波数で少なくとも増幅動作、積分動作および微分動作のうちの１つの動作を行なうことにより、少なくとも脈動性容積信号、脈動性速度信号および脈動性加速度信号のうちの１つの信号を取り出す電気回路である。周波数補正処理部５１により脈動性容積信号、脈動性速度信号、及び脈動性加速度信号のうちの一つの信号を取り出す処理を、補正処理ともいう。
【００６３】
（抽出処理部）
抽出処理部６１は、検体情報検出ユニット１のセンサ３１からの脈動性信号出力、または周波数補正処理部５１により処理された信号について信号処理を施して、検体の脈波情報または呼吸情報を取り出す電気回路である。検体の脈波情報または呼吸情報を取り出しは、例えば位相同期回路（Phase-locked loop、以下、「ＰＬＬ」ともいう）を利用する周波数復調処理により脈動性信号に変調成分として含まれる呼吸信号を抽出することにより行われる。抽出処理部６１により検体の脈波情報または呼吸情報を抽出する処理を、抽出処理ともいう。
【００６４】
本実施形態において、脈波情報とは、検体９１の心臓の拍動に伴って生じる血管を伝わってくる振動を示す信号である。脈波情報は、血管９２の脈動に起因する検体９１の皮膚９３の振動によって生じる空気の振動として検出される血管の脈波情報に基づく脈動性信号から、脈波情報以外に起因する信号を除かれたものであることが好ましい。脈波情報としては、例えば、容積脈波信号、速度脈波信号、加速度脈波信号等が挙げられる。
また、呼吸情報とは、検体９１の呼吸に伴って生じる呼吸状態を示す信号である。
【００６５】
＜検体情報処理装置の構成＞
本実施形態に係る検体情報処理装置３は、図１に示すように、検体情報検出ユニット１と、信号処理部２とを備えて構成されている。
信号処理部２は検体情報検出ユニット１と一体として構成されていてもよく、検体情報検出ユニット１と分離して無線又は有線により電気的に接続されて構成されていてもよい。
【００６６】
検体情報処理装置３は、外部のコンピュータ８１、及び波形表示器８２に有線又は無線の回線を介して接続されている。
コンピュータ８１は、信号処理部２によって処理された信号が入力されて、信号の処理又は保存を行うものである。コンピュータ８１は、周波数補正処理部５１によって取り出された脈動性容積信号、脈動性速度信号又は脈動性加速度信号を利用して、各信号の波形から検体９１の健康状態の診断を行うことが出来る。また、コンピュータ８１は、抽出処理部６１によって抽出された呼吸信号を利用して、検体９１の呼吸状態の検査や、検体９１の睡眠又は覚醒状態の判断を行うことも出来る。
【００６７】
波形表示器８２は、信号処理部２から出力された信号が入力されて、信号波形の表示を行うものである。信号処理部２の周波数補正処理部５１から脈動性容積信号、脈動性速度信号、又は脈動性加速度信号が波形表示器８２に出力されることで、波形表示器８２は脈動性容積信号、脈動性速度信号、又は脈動性加速度信号の波形を表示する。信号処理部２の抽出処理部６１から呼吸信号が波形表示器８２に出力されることで、波形表示器８２は呼吸信号の波形を表示する。また、センサ３１からの脈動性信号について、信号処理部２の周波数補正処理部５１によって増幅動作を行った脈動性信号の波形を表示する。波形表示器８２としては、例えば、液晶ディスプレイ、ＣＲＴ、プリンタ、又はペンレコーダを用いることができる。
【００６８】
＜検体＞
検体情報検出ユニット１及び検体情報処理装置３を適用する検体９１としては、検体９１における動脈血管９２の脈動を測ることができるものであれば特に制限されず、人または人以外の動物に用いることができる。センサ取付部２１の開口部２２を検体９１に対向させて密着させることにより、空洞２３がクローズドキャビティを形成するためには、検体情報処理装置３の検体情報検出ユニット１を検体９１の皮膚９３に装着することが好ましい。
【００６９】
上記の構成では、検体９１における動脈血管９２の脈動性信号に起因する圧力情報を受ける構成を挙げたが、測定の対象となる血管９２は脈動を測ることが出来る血管であれば特に制限されず、静脈血管や毛細血管の測定にも用いることが出来る。
【００７０】
検体情報処理装置３の検体情報検出ユニット１の装着箇所としては、人の場合は、装着のし易さ、測定のし易さ、体表近くに動脈血管が存在して感度良く測定できる点から、前腕部が好ましい。または、装着のし易さ、測定のし易さ、体表近くに毛細血管が存在して感度良く測定できる点から、指先が好ましい。人以外の動物についても、その装着箇所は、装着のしやすさ、測定のし易さを考慮した部位が好ましい。
【００７１】
検体情報処理装置３を用いて人の脈動性信号を検出する場合において、測定の対象となる血管９２の例としては、前腕に存在する橈骨動脈または尺骨動脈が挙げられる。
【００７２】
＜検体情報検出ユニット及び検体情報処理装置について＞
本実施形態に係る検体情報検出ユニット１及び検体情報処理装置３は、上述のように構成されており、検体９１に開口部２２を密着させることで空洞２３及び空気室３４が閉鎖された空間構造（クローズドキャビティ）を形成して、検体９１における検体情報検出ユニット１の装着部位付近に存在する血管９３の脈動性信号に起因する圧力情報を受けて、検体９１における血管９２の脈動性信号を検出し、脈動性信号出力から、少なくとも脈動性容積信号、脈動性速度信号および脈動性加速度信号のうちの１つの信号を取り出すものであり、また脈動性信号出力に含まれる呼吸信号を抽出するものである。
【００７３】
［１−２．検体情報処理装置の機能構成］
＜検体情報処理装置の機能構成＞
検体情報処理装置３を機能的に表わすとき、検体情報処理装置３は、図６、図７に示すように、検体情報検出ユニット１及び信号処理部２を備え、信号処理部２は、周波数補正処理部５１及び抽出処理部６１を有している。
【００７４】
信号処理部２は、図６に示すように、検体情報検出ユニット１からの脈動性信号出力が、周波数補正処理部５１と抽出処理部６１にそれぞれ入力されて信号処理が行われる構成としてもよく、図７に示すように、検体情報検出ユニット１からの脈動性信号出力が、周波数補正処理部５１に入力されて信号処理が行われるとともに、周波数補正処理部５１により処理された信号が抽出処理部６１に入力されてさらに信号処理がなされる構成としてもよい。
【００７５】
検体情報検出ユニット１は、前述のごとく、センサ３１により検体９１における血管９２の脈動性信号に起因する圧力情報を受けて、検体９１における血管９２の脈動性信号を検出し、この脈動性信号を出力するものである。
【００７６】
（周波数補正処理部）
周波数補正処理部５１は、前述のごとく、検体情報検出ユニット１のセンサ３１からの脈動性信号出力について周波数補正処理を施すことで、脈動性容積信号、脈動性速度信号、及び脈動性加速度信号のうちの一つの信号を取り出すものである。
【００７７】
また、周波数補正処理部５１は、脈動性信号の有する周波数で少なくとも増幅動作、積分動作および微分動作のうちの１つの動作を行なうことにより、少なくとも上記の脈動性容積信号、脈動性速度信号および脈動性加速度信号のうちの１つの信号を取り出すものである。
【００７８】
周波数補正処理部５１を機能的に表わすとき、周波数補正処理部５１は、図８に示すように、増幅器５２、積分補正部５３、微分補正部５４を備えている。
センサ３１で得られた脈動性信号出力は、周波数補正処理部５１の増幅器５２に入力され、増幅処理が行われる。センサ３１としてＥＣＭまたはＭＥＭＳ−ＥＣＭを用いた検体情報処理装置３において、増幅器５２の出力信号は速度脈波が得られるため、周波数補正処理部５１では増幅処理以外の周波数補正処理を行わずに、速度脈波を得ることができる。また、増幅器５２の出力信号を積分補正部５３に入力し、積分回路での補償を行うことにより、容積脈波を得ることができる。また、増幅器５２の出力信号を微分補正部５４に入力し、微分回路での補償を行うことにより、加速度脈波を得ることができる。
【００７９】
（抽出処理部）
抽出処理部６１は、前述のごとく、例えば位相同期回路（Phase-locked loop、以下、「ＰＬＬ」ともいう）を利用する周波数復調処理により脈動性信号に変調成分として含まれる呼吸信号を抽出するものである
【００８０】
検体情報処理装置３における呼吸信号の抽出は、図６に示すように、検体情報検出ユニット１のセンサ３１からの脈動性信号出力を、周波数補正処理部５１を介さずに、そのまま抽出処理部６１において周波数復調処理を行っても良い。
【００８１】
または、検体情報処理装置３における呼吸信号の抽出は、図７に示すように、検体情報検出ユニット１のセンサ３１からの脈動性信号出力を、周波数補正処理部５１において周波数補正処理を行った後に、補正処理後の脈動性容積信号、脈動性速度信号、及び脈動性加速度信号のうちのいずれかの信号について、抽出処理部６１において周波数復調処理を行うように構成してもよい。
【００８２】
抽出処理部６１を機能的に表わすとき、抽出処理部６１は、図９に示すように、位相比較器６２、ローパスフィルタ６３、ＶＣＯ（voltage controlled oscillator；電圧制御発振器）６４、分周器６５を備えている。
【００８３】
周波数復調処理とは、ＰＬＬによって位相を同期させた二つの信号を比較することで、脈動性信号に含まれる呼吸信号を抽出する処理である。一例として、図９に示すように、抽出処理部６１において、位相比較器６２に脈動性信号を入力し、位相比較器６２からの出力をローパスフィルタ６３に入力してその出力でＶＣＯ６４の発振周波数を調整し、分周器６５によって分周し、位相比較器６２に戻してこれらの二つの信号を同期させることで、ローパスフィルタ６３の出力波形を呼吸成分として得ることができる。
すなわち、検体９１の呼吸成分が変調された脈動性信号について、復調処理を施すことにより、呼吸成分を脈動性信号から抽出できるのである。
【００８４】
［１−３．検体情報処理装置の動作］
図１０〜１２に示すフローチャートに従って、検体情報処理装置３の動作を、図６に示す機能構成を有する場合と、図７に示す機能構成を有する場合とについてそれぞれ説明する。
【００８５】
図６に示す機能構成を有する検体情報処理装置３では、図１０に示すように、まず、検体情報検出ユニット１のセンサ３１によって脈動性信号を検出する（ステップＳ１１）。次に、信号処理部２の周波数補正処理部５１は、検体情報検出ユニット１のセンサ３１によって検出された脈動性信号出力について、周波数補正処理を施し（ステップＳ１２）、脈動性容積信号、脈動性速度信号、及び脈動性加速度信号のうちの一つの信号を取り出す（ステップＳ１３）。
【００８６】
または、図６に示す機能構成を有する検体情報処理装置３では、図１１に示すように、まず、検体情報検出ユニット１のセンサ３１によって脈動性信号を検出する（ステップＳ２１）。次に、信号処理部２の抽出処理部６１は、脈動性信号信号検出ユニット１１のセンサ３１によって検出された脈動性信号出力について、抽出処理を施し（ステップＳ２２）、脈動性信号出力に含まれる呼吸信号を抽出する（ステップＳ２３）。
【００８７】
図７に示す機能構成を有する検体情報処理装置３では、図１２に示すように、まず、検体情報検出ユニット１のセンサ３１によって脈動性信号を検出する（ステップＳ３１）。次に、信号処理部２の周波数補正処理部５１は、検体情報検出ユニット１のセンサ３１によって検出された脈動性信号出力について、周波数補正処理を施し（ステップＳ３２）、脈動性容積信号、脈動性速度信号、及び脈動性加速度信号のうちの一つの信号を取り出す（ステップＳ３３）。これら脈動性容積信号、脈動性速度信号、及び脈動性加速度信号のうちの一つの信号について、信号処理部２の抽出処理部６１は、抽出処理を施し（ステップＳ３４）、脈動性信号出力に含まれる呼吸信号を抽出する（ステップＳ３５）。
【００８８】
なお、図７に示す機能構成を有する検体情報処理装置３では、信号処理部２の周波数補正処理部５１が、検体情報検出ユニット１のセンサ３１によって検出された脈動性信号出力について、周波数補正処理を施して、脈動性容積信号、脈動性速度信号、及び脈動性加速度信号のうちの一つの信号を取り出す周波数補正処理を行い、その後に必ずしも抽出処理部６１による抽出処理は行わなくともよい。
【００８９】
［２．センサと周波数特性について］
本実施形態に係る検体情報検出ユニット１及び検体情報処理装置３のセンサ３１に用いられるセンサに関して、まずはマイクロホンのクローズドキャビティと周波数応答との関係についてについて説明し、次に、ＥＣＭ及びＭＥＭＳ−ＥＣＭ、並びにこれらを用いた脈動性信号の検出、周波数特性、及び周波数補正処理について説明する。
【００９０】
［２−１．クローズドキャビティの形成と周波数応答］
検体情報処理装置３は、血管９２の脈動性信号の振動をセンサ３１によって開放状態（開放系）で測定を行うのではなく、センサ３１と振動源との関係において、センサ３１の空気室３４と連通する空洞２３とが閉鎖された空間構造（クロ−ズドキャビティ）を形成するようにして測定した場合、すなわちセンサ３１と振動源とをクローズの状態（閉じた状態）にして測定する。
この測定条件の違いを説明するために、センサ３１としてマイクロホンを使用した場合における、開放状態とクローズの状態との周波数応答の相違について説明する。
【００９１】
検体９１における血管９２の脈動性信号を検出するにあたって、人体のどこからでも、心臓の動きに端を発する振動を捉えることはできる。しかし、その動きの振幅はきわめて小さく、単にマイクロホン等の圧力を感知できるものを人体の近くに配置しても、心臓の動きに端を発する振動を検出することは困難である。それはセンサを開放状態にした場合では、音の放射の原理でいったん空間に放射された振動は、図１３に示すように、その素子の固有周波数ｆ0においてレスポンスがピークとなり、固有周波数ｆ0よりも高周波数領域では定出力となるが、低周波数領域に向けていわゆる−４０ｄＢ／ｄｅｃのカーブをたどり、心臓の動きの基本周波数のところではきわめて微少な信号になっている周波数応答を示すためである。小型の音響機器では固有周波数は数ｋＨｚであるとされており、心臓の動き等の１Ｈｚ付近では高い周波数に対する振幅に対して−１２０ｄＢ以下に信号が減衰することになり、レスポンスが低く十分な感度で測定を行うことが困難である。図１３で何本ものトレースがあるのはいわゆるダンピングファクターの差であり、横軸のｆoの位置が固有周波数を意味する。
【００９２】
一方で、この振動を感知する素子（センサ）の先端に閉じた空間を作り上げてクローズの状態にすることで、周波数特性は一変し図１４のようになる。図１４における複数のトレースの存在は先に説明したとおり、いわゆるダンピングファクターの差である。図１４からは、クロ−ズドキャビティ形成時には、低周波領域の信号を感度よく測定可能であることが分かる。これは図１３の開放状態の周波数応答と比較すると、１Ｈｚ付近の心臓の振動であっても、固有周波数ｆ0付近の振動と同ゲインで正しい振幅で検出できることを意味している。このことは振動を音響エネルギーとして空気中に放出するのではなく、閉じた空間の圧力変化に変換しているためであると考えられる。
【００９３】
上述のとおり、センサ（ＥＣＭ）をクロ−ズドキャビティを形成するようにして、クローズの状態にして測定することで、低周波数領域の周波数応答を向上させることができる。
【００９４】
すなわち、本実施形態に係る検体情報検出ユニット１及び検体情報処理装置３では、クローズドキャビティの形成に伴う周波数応答の変化を利用して、従来測定が困難であった、１Ｈｚ付近の検体９１における血管の脈動性信号に起因する圧力情報を受けて、検体９１における血管の脈動性信号を感度良く検出することができ、また１Ｈｚ付近の脈動性信号から検体９１の呼吸信号を抽出することができるものである。
【００９５】
［２−２．クローズドキャビティの形成と脈動性信号の検出］
センサ３１としてＥＣＭまたはＭＥＭＳ−ＥＣＭ（シリコンマイクということもある）等のマイクロホンを用いて、心臓に起因する血管９２の振動（脈動性信号）を捕らえようとするとき、これらのマイクを図１４のような周波数特性で、空洞が形成する閉じた空間（クローズドキャビティ）の圧力変化として検出することが望ましい。そのためには、例えばセンサ３１を直接人体の皮膚に押し付けてしまえばよい。この場合、センサ３１の圧力情報取込部３２（空気穴、音孔）と感圧素子３３のダイヤフラムとの間で空間が閉じられるために図１４のような周波数特性で信号が検出できるとも考えられる。
【００９６】
しかしながら、実際には、センサ３１としてＥＣＭあるいはＭＥＭＳ−ＥＣＭを直接検体に押し付けても、所望の信号を良好に得ることができない。最大の原因は、センサ３１の圧力情報取込部３２の径が小さすぎることにあると考えられる。例えば、圧力情報取込部３２である空気穴の径が２ｍｍのＥＣＭでは血管９２の真上に空気穴が来たときにだけ信号が検出できる。一方で、ＭＥＭＳ−ＥＣＭでは圧力情報取込部３２である空気穴（音孔）が血管９２の径より細いためか、ほとんど信号の検出が出来ない。これは、検体９１とセンサ３１との間に開口部２２と空洞２３を有するセンサ取付部２１を設けてクローズドキャビティを形成していない場合には、ＥＣＭ又はＭＥＭＳ−ＥＣＭの圧力情報取込部３２（空気穴、音孔）の直下にある血管９２の脈動性信号を検出できるという特性を有するため、圧力情報の取込部から外れた位置の血管の脈動性信号の検出は出来ていないためと考えられる。また、検体９１の皮膚組織の柔らかさなどにより圧力情報の取込部３２から皮膚組織等が進入し、圧力情報の取込部３２が塞がれることも影響しているものと考えられる。
【００９７】
そこで、本検体情報検出ユニット１では、リング状部材２４を用いて開口部２２と空洞３とを有するセンサ取付部２１を設け、開口部２２を検体９１に当接させることで、クローズドキャビティの形成を行ない、センサ取付部の開口部２２と空洞２３とセンサ３１の圧力情報取込部３２と空気室３４とを、膜状部材１１を介して連通させている。これにより、本検体情報検出ユニット１によれば、開口部２２の範囲内にある血管の脈動性信号の検出を可能にしている。
【００９８】
［２−３．センサの周波数特性と周波数補正処理］
＜センサの周波数特性について＞
センサ３１としてのマイクロホンに用いられるＥＣＭやＭＥＭＳ−ＥＣＭ等に共通の特性として、風除けの対策が施されていることが挙げられる。携帯電話等のマイクでは、風が強いときの風音、あるいは、使用者が咳き込んだとき（吹かれ）などの急な圧力変化に反応しないように、ダイヤフラムに小さな穴（数十μｍ）の穴が開けられている。これにより、周波数特性的には低周波分の減衰を招くことになる。遅い空気の流れはこの小さなダイヤフラムの穴を抜けることを考えれば理解しやすい。
【００９９】
なお、半導体プロセスによりダイヤフラムの穴が形成されるＭＥＭＳ−ＥＣＭでは、穴の形成を安定して同品質で行うことが可能であり、ＥＣＭと比較するとＭＥＭＳ−ＥＣＭ毎の個体間において周波数応答が安定していることが知られている。
【０１００】
低周波数領域の感度低下は、可聴音域（例えば２０Ｈｚ以上）を対象とする通常のマイクロホンの使い方においては風音や吹かれを防止する上で効果的である。しかしながら、検体情報処理装置３において検出したい脈波の中心周波数は約１Ｈｚであり、呼吸信号の周波数も数Ｈｚオーダーの領域において顕著に現れるため、この低周波数領域の感度低下は検出に影響することが考えられる。
【０１０１】
ＭＥＭＳ−ＥＣＭは前述の風除けのための小さな穴をダイヤフラムに空けており、一例として、Ｋｎｏｗｌｅｓ社製のＳＰＭ０４０８（部品型番）の場合には、１００Ｈｚ付近から低い周波数において２０ｄＢ／ｄｅｃで周波数の低い方（低域）に向かって減衰しているモデルで周波数特性を推定できる。１００Ｈｚ付近から高い周波数ではフラットな周波数特性を示す。すなわち、ＭＥＭＳ−ＥＣＭは、脈波検出帯域である０．１Ｈｚから１０Ｈｚの周波数範囲では、２０ｄＢ／ｄｅｃで低域に向かい減衰している周波数特性であると考えてよい。
【０１０２】
ここで、センサ３１として用いられるＭＥＭＳ−ＥＣＭがクローズドキャビティを形成した場合において、１００Ｈｚ以下の低周波数領域の周波数特性は、横軸に周波数（Ｈｚ）のスケールをＬｏｇ（対数）としたものとり、縦軸に信号のＧａｉｎ（ｄＢ）をとることで、図１５（ａ）のように表わされる。
なお、図１５において、図中の横軸の「Ｌｏｇ（周波数）」とは、周波数のスケールを対数表記したものを表し、単位はＨｚである（以降、図中の「Ｌｏｇ（周波数）」についても同様）。
【０１０３】
図１５（ａ）に示すように、ＭＥＭＳ−ＥＣＭの周波数特性は、１００Ｈｚ以下の低周波数領域に向かって、２０ｄＢ／ｄｅｃの感度低下が認められる（これを「低周波が落ちる」ともいう）。心臓の動きに関するものであれば脈拍は普通１Ｈｚ（脈拍が一分間で６０の場合）程度なので、これは本来の検出すべき信号の微分特性を示すものといえる。また、１００Ｈｚ付近に１つの極を持つ微分回路と等価であるといえる。
【０１０４】
この時、血管の脈動の容積変化などの信号を検出すべき信号とすると、センサ３１としてＭＥＭＳ−ＥＣＭを用いてクローズドキャビティを形成して脈波を計測する場合、対象とする周波数帯域（およそ０．５〜１０Ｈｚ）において、単純な微分回路であって、その計測波形は通常の脈波の微分である速度成分を示すことになり、速度脈波であると考えることができる。
なお、よく血管の状況を判断するのに用いられる加速度脈波はこの速度脈波をさらに時間微分したものである。
【０１０５】
＜周波数補正処理について＞
次に、センサ３１としてＭＥＭＳ−ＥＣＭを用いた場合の脈動性信号出力の周波数補正処理について説明する。
【０１０６】
周波数補正処理とは、検体情報検出ユニット１のセンサ３１からの脈動性信号出力について、脈動性信号の有する周波数で少なくとも増幅動作、積分動作および微分動作のうちの１つの動作を行なう補正処理をいう。この周波数補正処理により、すくなくとも脈動性容積信号、脈動性速度信号、及び脈動性加速度信号のうちの１つの信号を取り出すことが可能である。
【０１０７】
図１５（ａ）のように、低周波数領域に向かって２０ｄＢ／ｄｅｃの感度低下する応答を示すＭＥＭＳ−ＥＣＭの出力（測定データ）は、速度脈波（「脈動性速度信号」ともいう）として得られる。このため、クローズドキャビティを形成して、ＭＥＭＳ−ＥＣＭを用いて血管の脈動性信号を検出した際に、周波数補正処理を行わない場合には速度脈波を得ることができる。
【０１０８】
ＭＥＭＳ−ＥＣＭの出力から脈波、そして加速度脈波を得るには、図１６に示すような周波数応答をする電気回路を通過させる周波数補正処理を適用すればよい。
すなわち、図１６に示すように、ＭＥＭＳ−ＥＣＭからの脈動性信号出力に対して超低周波域から１００Ｈｚまで−２０ｄＢ／ｄｅｃでその後はフラットなカーブの周波数応答をする電気回路を通過させる積分動作により、（容積）脈波が得られることになる。この様な回路を通過させた後のトータルな周波数特性は図１５（ｂ）のようになる。図１５（ｂ）に示す容積脈波は、周波数の変化に伴うゲインの変化は０ｄＢ／ｄｅｃであり、脈波の周波数付近では容積脈波を発生するフラットな周波数特性となっている。
【０１０９】
また、図１６に示すように、ＭＥＭＳ−ＥＣＭの出力に対して超低域から１００Ｈｚまで２０ｄＢ／ｄｅｃで上昇しその後フラットなカーブの周波数応答をする電気回路を通過させる微分動作により、加速度脈波が得られることになる。この様な回路を通過させた後のトータルな周波数特性は図１５（ｃ）のようになる。図１５（ｃ）に示す加速度脈波は、周波数が高くなるにつれて４０ｄＢ／ｄｅｃでゲインが上昇しており、脈波の周波数付近では加速度脈波を発生する周波数特性となっている。
【０１１０】
また、図１６に示すように、ＭＥＭＳ−ＥＣＭの出力に対して積分動作または微分動作を行わずに通過させる場合には、図１５（ａ）に示すＭＥＭＳ−ＥＣＭの出力と同様の周波数特性となるため、速度脈波が得られる。図１５（ａ）に示す速度脈波は、周波数が高くなるにつれて２０ｄＢ／ｄｅｃでゲインが上昇しており、脈波の周波数付近では速度脈波を発生する周波数特性となっている。
【０１１１】
上述の周波数補正処理は、ＭＥＭＳ−ＥＣＭを用いて血管の脈動性信号を検出した際に得られる速度脈波について、１００Ｈｚ以下を積分回路で補償する（積分する）ことにより容積脈波を得ることができ、また、速度脈波について、１００Ｈｚ以下を微分回路で補償する（微分する）ことにより加速度脈波を得ることができ、速度脈波を通過させることで速度脈波を得る処理と同等の処理を行うものであるということができる。また、周波数補正処理では、必要に応じて増幅動作を行っても良い。
【０１１２】
すなわち、周波数補正処理とは、脈波の周波数１Ｈｚに対して、積分動作を行うことで容積脈波を得て、微分動作を行うことで加速度脈波を得て、増幅動作を行うことで速度脈波を得る処理であるということもできる。
【０１１３】
＜膜状部材を備えていない場合の脈波波形＞
センサ３１にセンサ取付部２１を設け、膜状部材１１を備えていない検体情報検出ユニット、言い換えれば、本実施形態に係る検体情報検出ユニット１から膜状部材１１を除いた構成のもの（以降、膜状部材１１を備えていない検体情報検出ユニットともいう）を用いて、センサ取付部２１の開口部２２を検体９１の指先の皮膚９３に対向させて検体９１に装着された状態で空洞２３がクロ−ズドキャビティを形成するようにして、センサ３１としてのＭＥＭＳ−ＥＣＭにより、開口部２２を通じ入力され空洞２３を伝播する圧力情報を検出することで、血管の脈動性信号を検出して観測した脈波の波形が図１７である。測定により得られた速度脈波（測定データ）の波形は図１７（ｂ）のように表わされる。この速度脈波を上述した積分回路での補償により得られる容積脈波は、図１７（ａ）のように表わされる。速度脈波を上述した微分回路での補償により得られる加速度脈波は、図１７（ｃ）のように表わされる。
【０１１４】
図１７（ａ）〜図１７（ｃ）にそれぞれ表わされる、容積脈波、速度脈波、及び加速度脈波の波形は東洋医学を含むいろいろな分野でヘルスケアや疾病の診断に用いられているものに相当する。
【０１１５】
特に、図１７（ｃ）の加速度脈波の波形からは、加速度脈波を特徴付けるａ波〜ｅ波と呼ばれる５つのピークが得られる。これらのうちｂ波とｄ波の相対的な振幅は心臓血管系の疾患との関連性や年齢・血圧の推定などに用いられ、臨床的に重要視されるファクターである。
また、図１７（ａ）の容積脈波の波形からは、心臓からの駆出波（Percussion Wave、以下、「ＰＷ」ともいう）および血管障壁等からの反射波（Tidal Wave、以下、「ＴＷ」ともいう）に対応する波形の形状を確認することができる。
【０１１６】
本実施形態に係る検体情報検出ユニット１及び検体情報処理装置３によれば、空洞２３がクロ−ズドキャビティを形成することにより、また、センサ３１としてＥＣＭ又はＭＥＭＳ−ＥＣＭを用いることにより、従来の圧電素子を用いて脈波を測定した場合よりも低周波領域における脈動性信号のＳ／Ｎ比が大きく改善され、より明瞭な脈波を得ることができる。
【０１１７】
［３．膜状部材と周波数応答について］
＜検体情報検出ユニットと水分の影響＞
上述したように、膜状部材１１を備えていない検体情報検出ユニットを用いて、血管の脈動性信号を検出して観測した脈波の波形が図１７である。なお、図１７は、膜状部材１１を備えていない検体情報検出ユニットを検体９１の指に装着してまもなく脈動性信号の検出を行った場合の波形を表わすものである。
【０１１８】
一方、センサ３１としてＭＥＭＳ−ＥＣＭを用いて、膜状部材１１を備えていない検体情報検出ユニットを検体９１の指に装着し、装着後に時間をおくとセンサ３１からの信号が得られなくなる場合がある。このように信号が得られなくなった場合、膜状部材１１を備えていない検体情報検出ユニットを検体９１の指から取り外して、機械的な衝撃を与えることで再び信号が得られるようになる。このときの、信号が得られるように復活させた膜状部材１１を備えていない検体情報検出ユニットを指に装着して脈動性信号の検出を行った場合の波形は、図１８となる。図１８では、横軸に時間［ｓ］（秒）をとり、縦軸に電圧（Ｖ）をとることで、時間経過に伴う検出された信号の振幅の変化を表わしている。
【０１１９】
図１８は、信号が得られるように復活させた膜状部材１１を備えていない検体情報検出ユニットを指に装着して脈動性信号の検出を行いながら、時間の経過に伴い、検体情報検出ユニットの向きを水平の位置を０度として、９０度、０度、−９０度となるような位置に指先を動かすようにして、検体情報検出ユニットの姿勢を変えた際の振幅の変化の様子を示している。符号２１１の領域が９０度、符号２１２の領域が０度、符号２１３の領域が−９０度の位置に動かした場合に相当している。図１８に示すように、膜状部材１１を備えていない検体情報検出ユニットを検体９１の指に装着し、装着後に時間をおいて信号が得られなくなった場合に、衝撃を与えて信号が得られるように復活させた後には、検体情報検出ユニットの向きを替えることで５倍以上の振幅の変化が見られた。この他、信号が得られるように復活させた膜状部材１１を備えていない検体情報検出ユニットでは、センサ３１の感度が大きく落ちることがあった。
【０１２０】
発明者による原因の解析によると、上述の現象は、検体情報検出ユニット１を検体９１の指に装着している間に、センサ３１の感圧素子が影響を受けたことにより発生したと考えられた。この原因を図１９を用いて説明する。
【０１２１】
図１９は、図１８に示す波形を検出した際にセンサ３１として用いられたＭＥＭＳ−ＥＣＭの一部の構造の一例を模式的に表わすものである。図１９に示すように、ＭＥＭＳ−ＥＣＭは、感圧素子３３としてダイヤフラム３６とバックプレート３７とを有し、ＭＥＭＳ−ＥＣＭ内部の空間である空気室３４に面したダイヤフラム３６とバックプレート３７が対向して設けられている。振動源から振動が発生した場合、外部と連通する図示しない圧力情報取込部３２（空気穴、音孔）を通じて伝わる空気室３４の空気の振動が、振動板としてのダイヤフラム３６を振動させ、ダイヤフラム３６とバックプレート３７との距離が変化することによりキャパシタンス（静電容量）の変化が生じる。この静電容量の変化を測定して電圧に変換することで、振動を検出することができる。
【０１２２】
図１９に示すようなＭＥＭＳ−ＥＣＭでは、ダイヤフラム３６とバックプレート３７との間は４μｍ程度となっており、ダイヤフラム３６はバックプレート３７から“浮いた”構造になっている。膜状部材１１を備えていない検体情報検出ユニットを検体９１の指に装着し、装着後に時間をおいた場合には、検体９１の指から発生される水分（水蒸気）によって、ＭＥＭＳ−ＥＣＭのダイヤフラム３６またはバックプレート３７に結露が生じたことにより、信号の検出が停止して、センサ３１からの信号が得られなくなったと考えられる。さらに、膜状部材１１を備えていない検体情報検出ユニットを検体９１の指から取り外して、乾燥させた後、衝撃により再び信号が得られるように復帰したとしても上述の図１８に示すような振幅の変化や、センサの感度の低下が生じたのは、ダイヤフラム３６またはバックプレート３７に生じた結露による水分が乾いた後にも、ダイヤフラム３６とのバックプレート３７の位置が結露前の本来の位置関係に戻らない可能性を示している。
【０１２３】
本発明は、上記の現象に鑑みてなされたものであり、検体情報検出ユニット１を検体９１に長時間装着して脈動性信号の検出を行う場合に、センサ３１の結露による影響を防ぐことを目的として、検体情報検出ユニット１に、センサ取付部２１の開口部２２とセンサ３１とを隔てるとともに水分の透過を防止する膜状部材１１とを備えるものである。
【０１２４】
＜膜状部材と周波数特性＞
図２に示すように、Ｏ−リング２４ａとＯ−リング２４ｂとの間に膜状部材１１を挿入して、センサ取付部２１の開口部２２とセンサ３１とを隔てるようにした、本実施形態に係る検体情報検出ユニット１について、周波数特性の測定を行った。
周波数特性の測定は、ダイナミック型スピーカーの振動板を取り去り、ボイスコイルを残して動く状態にしたままコーン紙を取り除いたＥｘｃｉｔｅｒに、ゴムシートを貼り付けたスピーカーを用いて行った。このスピーカーに貼り付けられたゴムシートと、被検対象の検体情報検出ユニット１の開口部とを向かい合うように圧着して、空気室結合を形成した。
【０１２５】
この状態で、ＦＦＴアナライザを低周波信号発生器に用いて０．１２５〜１００Ｈｚの範囲の正弦波掃引により各周波数の信号を出力し、ＦＦＴアナライザからの信号をＤＣパワーアンプに入力してＤＣパワーアンプにより増幅を行った信号（信号１）を上記のスピーカーに入力することで、スピーカーのボイスコイルを駆動させた。なお、ＤＣパワーアンプにより増幅された信号１は、ＦＦＴアナライザにも入力している。スピーカーからの信号は、スピーカーに貼り付けられたゴムシートを信号どおりに上下させることになり、被検対象の検体情報検出ユニット１のセンサ３１は、空気室結合を介してゴムシートの振動を感知して信号を出力した。
【０１２６】
振動を感知した被検対象の検体情報検出ユニット１により生じた信号を、周波数補償回路により周波数補正を行うことで得られた信号（容積脈波信号、速度脈波信号）を信号２としてＦＦＴアナライザに入力した。なお、周波数補償回路では、上述した周波数補正処理と同様の処理を行っている。すなわち、被検対象の検体情報検出ユニット１からの信号を増幅したものが速度脈波信号として得られ、被検対象の検体情報検出ユニット１からの信号を積分したものが容積脈波信号として得られる。
【０１２７】
ＤＣパワーアンプにより増幅され、スピーカーを駆動している低周波信号発生器の信号（信号１）と、検体情報検出ユニット１からの信号を周波数補正処理を行うことで得られた信号（信号２）とをＦＦＴアナライザに入力し、信号１と信号２との振幅と位相特性について、０．１２５〜１００Ｈｚの範囲において掃引した各周波数において（信号２／信号１）の値を１２８回加算し、これを平均化することで、各周波数におけるＭＥＭＳ−ＥＣＭの低周波特性を測定した。
【０１２８】
膜状部材１１として、厚さ９μｍのＰＥＴフィルムを用いた場合に測定される周波数特性は、図２０のようになる。図２０（ａ）は、検体情報検出ユニット１からの信号を増幅した速度脈波信号の周波数特性を表わし、図２０（ｂ）検体情報検出ユニット１からの信号を積分した容積脈波信号を表わしている。図２０（ａ）、図２０（ｂ）の１Ｈｚ付近が、脈波の基本周波数にあたり、その領域の周波数特性を表わす。
【０１２９】
図２０（ａ）に表わされる速度脈波信号の周波数特性では、１Ｈｚ付近でほぼ６ｄＢ／ｄｅｃで速度応答を示している。図２０（ｂ）に表わされる容積脈波信号の周波数特性では、１Ｈｚ付近でほぼ０ｄＢ／ｄｅｃで容積脈波が出せる周波数特性になっている。これらの測定結果から、図２に示すように開口部２２とセンサ３１とを隔てる膜状部材１１を設けても、脈波を検出するための周波数特性としては問題がないことがわかる。
【０１３０】
＜膜厚と波形＞
上記の測定をもとに、膜状部材１１を設けた場合の検体情報検出ユニット１１により検出される波形の変化を調べた。
【０１３１】
膜状部材１１を備えていない検体情報検出ユニットを用いて、センサ取付部２１の開口部２２を検体９１の指先の皮膚９３に対向させて検体９１に装着された状態で空洞２３がクロ−ズドキャビティを形成するようにして、センサ３１としてのＭＥＭＳ−ＥＣＭにより、開口部２２を通じ入力され空洞２３、空気室３４を伝播する圧力情報を検出することで、血管の脈動性信号を検出して観測した脈波の波形が図１７である。測定により得られた速度脈波（測定データ）の波形は図１７（ｂ）のように表わされる。この速度脈波を上述した積分回路での補償により得られる容積脈波は、図１７（ａ）のように表わされる。速度脈波を上述した微分回路での補償により得られる加速度脈波は、図１７（ｃ）のように表わされる。
【０１３２】
一方、図２に示すように、膜状部材１１を備えた本実施形態に係る検体情報検出ユニット１を用いて、センサ取付部２１の開口部２２を検体９１の指先の皮膚９３に対向させて検体９１に装着された状態で空洞２３がクロ−ズドキャビティを形成するようにして、センサ３１としてのＭＥＭＳ−ＥＣＭにより、開口部２２を通じ入力され空洞２３、膜状部材１１、空気室３４を伝播する圧力情報を検出することで、血管の脈動性信号を検出して観測したときの脈波の波形が図２１、図２２、図２３である。
【０１３３】
ここでは、リング状部材２４として、口径が６ｍｍ程度のゴム製のＯ−リングを二つ用いており、このゴム製のＯ−リングの間に膜状部材１１を挟みこんでいる。膜状部材１１として、それぞれ厚さ９μｍ、２５μｍ、３８μｍのＰＥＴフィルムを用いており、図２１は厚さ９μｍのＰＥＴフィルム、図２２は厚さ２５μｍのＰＥＴフィルム、図２３は厚さ３８μｍのＰＥＴフィルムを用いた場合の波形に対応している。なお、測定により得られた速度脈波（測定データ）の波形は図２１（ｂ）、図２２（ｂ）、図２３（ｂ）のように表わされる。速度脈波を上述した積分回路での補償により得られる容積脈波は、図２１（ａ）、図２２（ａ）、図２３（ａ）のように表わされる。速度脈波を上述した微分回路での補償により得られる加速度脈波は、図２１（ｃ）、図２２（ｃ）、図２３（ｃ）のように表わされる。
【０１３４】
図１７と、図２１、図２２、図２３との対比から、測定時の定数では加速度脈波のレベルが低かったが、これらすべて波形としては同一であるといえる。すなわち、脈波を扱う帯域においては、膜状部材１１を設け、膜状部材１１を介して脈動性信号を検出した場合には、検出される信号のレベルが変化しているだけであって、波形に変化は見られないと考えてよい。
【０１３５】
＜膜厚による影響＞
図２１（ｂ）、図２２（ｂ）、図２３（ｂ）の速度脈波について、トレースのPeak-Peakを読み取り、膜状部材１１の厚さと速度脈波信号の振幅をグラフ化したものが、図２４である。図２４から分かるように、膜状部材１１の膜厚（フィルム厚）が増加するにつれて、信号レベルが低下する傾向にあるといえる。このため、膜状部材１１は、少なくとも信号レベルの観点から言えば、膜厚が薄いほうが好ましいといえる。ただし、少なくとも、水分の透過を防ぐのに十分な膜厚を有する必要がある。
【０１３６】
＜ＭＥＭＳ−ＥＣＭの空気孔を直接塞ぐ場合＞
本実施形態に係る検体情報検ユニット１は、図２に示すように、クロ−ズドキャビティを形成するリング状部材２４が、２つのＯ−リング２４ａ、２４ｂにより形成され、Ｏ−リング２４ａ、２４ｂの間に膜状部材１１を入れた構造になっている。
【０１３７】
一方で、参考例として、センサ３１の圧力情報取込部３２（空気孔）を直接塞ぐようにして膜状部材１１を設けた場合の検体情報検出ユニットによる検出波形について例示する。参考例に係る検体情報検出ユニットでは、センサ３１としてＫｎｏｗｌｅｓ社製のＳＰＭ０４０８ＨＤという品番のＭＥＭＳ−ＥＣＭを用いた。圧力情報取込部３２である０．８３８ｍｍ（トレランス０．１ｍｍ）のAcoustic portと言われる空気孔（音孔）の周囲を囲むようにして口径が１．５ｍｍのゴム製のＯ−リングを接着剤で接着して、この１．５ｍｍのＯ−リングに厚さ９μｍのＰＥＴフィルムを接着剤で接着することにより、ＭＥＭＳ−ＥＣＭの空気孔を直接塞いでいる。さらに、この空気孔と、ＰＥＴフィルムが接着されたＯ−リングとを内包する空洞を内部に有し、検体に装着させた状態で空洞が閉鎖された空間構造を形成するセンサ取付部として、口径が６ｍｍ程度の樹脂製の円筒部材と、検体に当接するゴム製のＯ−リングとを設けることで、参考例に係る検体情報検出ユニットを作成した。
【０１３８】
この参考例に係る検体情報検出ユニットのセンサ取付部２１としてのＯ−リングの開口部２２を検体９１の指先の皮膚９３に対向させて検体９１に装着された状態で空洞２３がクロ−ズドキャビティを形成するようにして、センサ３１としてのＭＥＭＳ−ＥＣＭにより、開口部２２を通じ入力され空洞２３、圧力情報取込部３２（空気孔）を塞ぐ膜状部材１１、空気室３４を伝播する圧力情報を検出することで、血管の脈動性信号を検出して観測した脈波の波形が図２５である。測定により得られた速度脈波（測定データ）の波形は図２５（ｂ）のように表わされる。この速度脈波を上述した積分回路での補償により得られる容積脈波は、図２５（ａ）のように表わされる。速度脈波を上述した微分回路での補償により得られる加速度脈波は、図２５（ｃ）のように表わされる。
【０１３９】
図２５（ａ）〜図２５（ｃ）では、図２１、図２２、図２３に示されるような、本実施形態に係る検体情報装置により得られた波形と比較して、得られた信号のレベルが極端に落ちている。このため、参考例で用いられたようなＭＥＭＳ−ＥＣＭの寸法では、センサ３２の圧力情報取込部を直接塞ぐのは望ましくないといえる。
【０１４０】
＜周波数応答とコーナー周波数＞
図２５（ａ）〜図２５（ｃ）に示したような、センサ３１の圧力情報取込部３２を直接塞ぐようにして膜状部材１１を設けた参考例に係る検体情報検出ユニットの信号波形に関連して、膜状部材１１の周波数応答について説明する。本発明に用いられる膜状部材１１は、“引っ張られた膜”の周波数応答を示し、図２６に示すように膜の半径がＲで振動モードが１次モードのとき、以下の式（１）のｆで示される周波数をコーナーとする２次系ハイパスフィルターの周波数応答になる。
【０１４１】
【数１】
2015025769.tif 000003
（式（１）中、
Ｔ：張力（ｄｙｎｅ／ｃｍ）
ｍ：単位面積当たりの質量（ｇｒ／ｃｍ２）
Ｒ：膜の半径（ｃｍ）
α：円形膜の場合は０．３８２）
【０１４２】
なお、図２６では、半径Ｒの円形の膜が、振動モードが１次モードで振動する場合の膜の振動の様子を模式的に表わしたものであり、上側の図が円形の膜の面に対して垂直となる方向から見た様子を表わし、下側の図が円形の膜の面に対して水平となる方向から見た様子を表わす。
【０１４３】
“引っ張られた膜”の周波数応答、すなわち式（１）のｆで示されるコーナー周波数を有する２次系ハイパスフィルターの周波数とレスポンスとの関係は、図２７のようにして表わされる。
【０１４４】
なお、本発明において、検出したい脈波の中心周波数は約１Ｈｚであるため、脈波の完全な検出に必要な周波数スペクトルは、０．１Ｈｚ＜ｆ＜１００Ｈｚの範囲が望ましいと考えられる。この範囲全体の完全な検出が困難である場合には、少なくとも、０．３Ｈｚ＜ｆ＜１０Ｈｚの周波数スペクトルの検出が必要である。
【０１４５】
膜状部材１１のように“引っ張られた膜”の周波数応答は、図２７に示すように、コーナー周波数ｆ0以下の周波数領域では、レスポンスが大きく低下する。“引っ張った膜”の応答が２次系であることから、コーナー周波数ｆ0を１００Ｈｚより高い周波数に持って行って、あとで２回積分で補正するのは困難である。このため、脈波の検出のためには、図２７に示すコーナー周波数ｆ0を０．３Ｈｚ以下、望ましくは０．１Ｈｚ以下となるように膜状部材１１をセットする必要がある。
【０１４６】
本実施形態に係る検体情報検出ユニット１のように、Ｏ−リング２４ａとＯ−リング２４とｂの間に膜状部材１１を挿入して、センサ取付部２１の空洞２３内に膜状部材１１を設ける構造にした場合には、図２１に示すように、脈波検出に必要な周波数特性を保持していた。これに対し、センサ３１の圧力情報取込部３２を直接塞ぐようにして膜状部材１１を設けた場合には、膜状部材１１が圧力情報取込部３２の小さな開口にぴんと張った膜となることで、式（１）におけるＲが減少するとともにＴが増加することにより、図２７に示すコーナー周波数が少なくともかなり高い周波数にセットされた結果、脈波が検出される周波数におけるレスポンスが低下して、図２５に示すように信号の検出ができなかったのではないかと考えている。
【０１４７】
式（１）で示される周波数応答からすると、コーナー周波数ｆ0を低下させるためには、膜状部材１１の半径が大きく、膜状部材１１の張力が小さく、膜状部材の単位面積当たりの質量が大きいほうが好ましいといえる。また、膜状部材１１の半径Ｒが小さいほど、式（１）のＴ（張力）以外に大きく変化させられるパラメータがないことから、膜状部材１１の張力Ｔを小さくする、すなわちテンションを低くして緩く張る必要があることになる。
【０１４８】
上述したように、結露対策のために、クローズドキャビティ内に膜状部材１１を設けて、隔壁を作るためには、式（１）により算出されるコーナー周波数ｆが少なくとも０．３Ｈｚ以下（望ましくは０．１Ｈｚ以下）であることが必要である。また、膜状部材１１が小径になればなるほど、膜状部材１１に強い張力を付加して張ってはいけないということを意味する。膜状部材１１の式（１）により算出されるコーナー周波数ｆが、少なくとも０．３Ｈｚ以下（望ましくは０．１Ｈｚ以下）となるのであれば、膜状部材１１をセンサ３１の圧力情報取込部３２を直接塞ぐようにした状態で設けてもよく、または図２に示すように、Ｏ−リング２４ａ、２４ｂを対向させてその間に膜状部材１１を挟みこむことでリング状部材２４を形成して、圧力情報取込部３２から膜状部材１１を離隔した状態で設けてもよい。
【０１４９】
［４．第一実施形態に係る検体情報検出ユニット及び検体情報処理装置の効果］
本実施形態に係る検体情報検出ユニット１及び検体情報処理装置３（以下、それぞれ、本検体情報検出ユニットユニット１、本検体情報処理装置３ともいう）によれば、検体情報検出ユニット１の開口部２２が血管９２の上に位置して装着されることで、センサ３１の圧力情報の取込部３２が血管９２の直上になくとも、血管９２の脈動性信号の検出と呼吸信号の抽出を行うことができる。すなわちセンサ３１と血管９２の位置関係の正確さを要求しない仕組みを持ち、血管９２の脈動性信号の検出と呼吸信号の抽出を行う検体情報処理装置３を提供することができる。
【０１５０】
また、本検体情報処理装置３は脈動性信号の検出に際して、検体情報検出ユニット１の開口部２２を検体９１に対向させることで、センサ３１と検体９１の皮膚９３との間に空洞２３がクローズドキャビティを形成する。本検体情報処理装置３は開口部２２の口径を所定の大きさにを限定しているため、開口部２２が受けとる圧力情報の範囲が限定され、本検体情報処理装置３の圧力センサとしてのセンシング範囲が狭く限定される。これにより、圧電素子やマイクロホン等の他のセンサを用いて開放系でセンシングする場合に比して高い指向性（あるいは空間分解能）を持つことができる。
【０１５１】
また、本検体情報処理装置３の検体情報検出ユニット１の指向性を利用して、血管９２から近い位置で脈動性信号を検出することにより、脈動性信号のＳ／Ｎ比及び感度を向上させることができ、脈動性信号から抽出される呼吸信号のＳ／Ｎ比及び感度も向上させることができる。
【０１５２】
さらに、本検体情報検出ユニット１及び本検体情報処理装置３においては、膜状部材１１を備えることにより、膜状部材１１が検体９１からセンサ３１への水分の透過を防止するとともに、センサ３１が、検体９１における血管の脈動性信号に起因し、開口部２２を通じ入力され、空洞２３及び膜状部材１１を伝播する圧力情報を検出するようになっている。これにより、検体から生じる水蒸気によりセンサ３１が結露等の影響を受けることによる、センサ３１からの信号停止もしくはセンサ３１の信号の検出感度の低下を防ぎ、また波形の変化が生じることを防ぐことができる。また、検体情報検出ユニット１を検体９１に長時間装着している場合であったり、検体９１が例えば作業や運動をすることによって体表から発汗に伴う水蒸気の発生が多い場合であっても、安定して脈動性信号の検出を行うことができる。このとき、膜状部材１１により水分の透過を防止するが、膜状部材１１を備えていない場合と比較して、膜状部材１１を伝播して検出される信号については、脈波を検出するための周波数特性としては問題なく検出を行うことができ、検出される波形に変化は見られない。
【０１５３】
また、本検体情報検出ユニット１及び本検体情報処理装置３は、センサ３１とセンサ取付部２１とが、交換可能に設けられていてもよい。検体情報検出ユニット１及び検体情報処理装置３の使用に際して、センサ取付部２１の汚染や破損が生じたりすることで、センサ取付部２１の交換が必要となる場合がある。また、膜状部材１１に水分や汚れが付着することで、検出される信号に影響が生じた際には、膜状部材１１の交換が必要となる場合がある。また、検体情報検出ユニット１及び検体情報処理装置３の使用後に、他の検体に用いる場合には、衛生面を考慮して検体９１に接するセンサ取付部２１を交換することが好ましい。このようなときに、本検体情報検出ユニット１及び本検体情報処理装置３は、センサ３１とセンサ取付部２１とが、交換可能に設けられていることにより、比較的高価なセンサ３１に対して、膜状部材１１及びセンサ取付部２１を交換することで、ディスポーザブルに利用できるという効果を有する。
【０１５４】
〔Ｂ．本発明の第二実施形態の説明〕
［５．検体情報検出ユニット及び検体情報処理装置］
［５−１．検体情報検出ユニット及び検体情報処理装置の構成例］
本発明の第二実施形態に係る検体情報処理装置５は、検体情報検出ユニット４の一部の構成を除いて、上述の第一実施形態に係る検体情報処理装置３と同様に構成されており、上述の第一実施形態の検体情報処理装置３と同様のものについては説明を省略し、同符号を用いて説明する
第二実施形態に係る検体情報処理装置５は、図２８に示すように、検体情報検出ユニット４と、信号処理部２とを備えて構成されている。
第二実施形態に係る検体情報検出ユニット４は、図２８に示すように、センサ取付部２１と、センサ３１と、膜状部材１１を備える中継部材４１とを備えて構成されている。
信号処理部２は、図２８に示すように、周波数補正処理部５１と、抽出処理部６１とを備えて構成されている。
【０１５５】
以下、第二実施形態に係る検体情報検出ユニット４、信号処理部２、及び検体情報処理装置５の構成、並びに各部を構成する要素について詳細に説明する。
【０１５６】
＜検体情報検出ユニットの構成＞
第二実施形態に係る検体情報検出ユニット５は、図２８に示すように、検体９１に当接する部位に開口部２２を有するとともに、開口部２２と連通する空洞２３を内部に有するセンサ取付部２１と、センサ取付部２１に設けられ、検体９１における血管９２の脈動性信号に起因する圧力情報を受けて上記の検体９１における血管９２の脈動性信号を検出するセンサ３１とを備えて構成されており、さらにセンサ取付部２１とセンサ３１との間に、センサ取付部２１の開口部２２とセンサ３１とを隔てるとともに水分の透過を防止する膜状部材１１を備える中継部材４１が介装されて設けられている。
【０１５７】
第二実施形態に係る検体情報検出ユニット５は、センサ取付部２１の開口部２２を検体９１に対向させて検体９１に装着された状態で空洞２３が閉鎖された空間構造を形成しており、センサ３１が、検体９１における血管９２の脈動性信号に起因し、開口部２２を通じ入力され、空洞２３、及び膜状部材１１を伝播する圧力情報を検出するようになっている。
【０１５８】
（中継部材）
中継部材４１は、膜状部材１１を備えており、センサ取付部２１とセンサ３１との間に介装されて設けられる部材である。中継部材４１は、センサ取付部２１とセンサ３１との間に介装された状態で、センサ取付部２１の空洞２３とセンサ３１の空気室３４とを連通する貫通孔４２を内部に有する、筒状の形状の部材である。中継部材４１の大きさは特に限定されないが、センサ取付部２１とセンサ３１との間に介装されて設けられてクローズドキャビティを形成できるよう、センサ取付部２１及びセンサ３１の大きさに合わせたサイズであることが好ましい。中継部材４１の材質については特に限定されないが、強度及び加工性の点から、金属又は樹脂が好適に用いられる。
【０１５９】
中継部材４１において、膜状部材１１は、中継部材４１の貫通孔４２においてセンサ取付部２１の空洞２３とセンサ３１の圧力情報取込部３２とを隔てる位置に設けられる。第二実施形態では、図２８に示すように、中継部材４１のセンサ取付部２１側とセンサ３１側との中間位置に膜状部材１１が設けられている。このような構造は、例えば、中継部材４１をセンサ取付部２１に面する側とセンサ３１に面する側とで二つに分割し、これらを対向させて間に膜状部材１１を貼り付けて接着することで、分割された二つの中継部材の間に膜状部材１１を挟みこむことで形成することができる。
【０１６０】
本実施形態の検体情報検出ユニット４では、中継部材４１とセンサ取付部２１とは、センサ取付部２１の開口部とは他端側の面に、中継部材４１とセンサ取付部２１のリング状部材２４とが接着剤を塗布することにより接着されることで取り付けられている。中継部材４１とセンサ取付部２１とは、粘着性の素材を介して取り付けられ、交換可能に設けられていてもよい。
【０１６１】
中継部材４１とセンサ３１とは、取り外し可能に装着されていることが好ましい。本実施形態の検体情報検出ユニット４では、中継部材４１とセンサ３１との装着する部分に互いに螺合する雄ねじと雌ねじをそれぞれ設け、中継部材４１とセンサ３１とが螺合により装着されている。また、中継部材４１とセンサ３１とを粘着性の素材を介して取り付けるようにしてもよい。
【０１６２】
本実施形態では、中継部材４１のセンサ取付部２１側とセンサ３１側との中間位置に膜状部材１１が設けられているが、中継部材４１のセンサ取付部２１と接する面に膜状部材１１が設けられてもよく、中継部材４１のセンサ３１と接する面に膜状部材１１が設けられてもよい。例えば、中継部材４１の一端面に膜状部材１１を接着剤を塗布することにより接着することで、センサ取付部２１と接する面に膜状部材１１を設けることができる。このとき、中継部材４１とセンサ取付部剤２１とは、膜状部材１１を挟んで取り付けられることになる。または、中継部材４１の一端面に膜状部材１１を接着剤を塗布することにより接着することで、センサ３１と接する面に膜状部材１１を設けることができる。このとき、中継部材４１とセンサ３１とは、膜状部材１１を挟んで取り付けられることになる。
（膜状部材の貼り付け方法）
【０１６３】
本実施形態に係る検体情報検出ユニット４の作成は、センサ取付部２１とセンサ３１との間に、膜状部材１１を備える中継部材４１を介装させることで作成することができる。センサ３１は、用いるセンサの種類に応じて公知の方法により作成できるため、センサ３１の作成方法については省略し、膜状部材１１を設ける方法、すなわち膜状部材１１の貼り付け方法について説明する。
【０１６４】
膜状部材１１の貼り付けは第一実施形態における膜状部材１１の貼り付けと同様に、図４（ａ）、図４（ｂ）に示すような、膜状部材貼付用の治具１１１、１１２、１１３ａ、１１３ｂ、１１３ｃを用いて、水分の透過を防止する膜状素材１２を狭持部材１１１、１１２により保持する保持工程（ステップＳ４１、Ｓ４２）と、狭持部材１１１、１１２に保持された膜状素材１２を中継部材４１に張設する張設工程（ステップＳ４３）と、中継部材４１に張設された膜状素材１２の張設部位より外縁の部分を切除する切除工程（ステップＳ４４）とを経て、膜状部材１１を中継部材４１に設けることにより行うことができる。
【０１６５】
具体的に、分割された二つの中継部材の間に膜状部材１１を挟みこむことで、中継部材４１のセンサ取付部２１側とセンサ３１側との中間位置に膜状部材１１が設けられている場合について説明する。この場合、保持工程を経て、膜状部材貼付用の治具１１１〜１１３によりテンション（張力）がかかった状態で保持される膜状素材１２に向けて、分割された中継部材の一方を接着することで張設する（張設工程）。このとき、分割された中継部材４１に螺合のための雄ねじまたは雌ねじが設けられている場合には、雄ねじまたは雌ねじが設けられていない側を膜状素材１２に向けて接着する。接着後に、膜状部材１１が、分割された中継部材と接着された状態となるように接着部を残して、張設された膜状素材１２の張設部位より外縁の部分を切除することで膜状部材１１を膜状素材１２から切り出す（切除工程）。切り出し後、膜状部材１１と接着されている一方の中継部材と、膜状部材１１を挟んで対向するようにして、他方の中継部材を膜状部材１１に接着することで膜状部材１１を挟み込んだ状態で固定する。
【０１６６】
このようにして、膜状部材１１をテンションを加えて張った状態で貼り付けることにより、中継部材４１の間に膜状部材１１を挟みこんだ状態となるようにして、中継部材４１に膜状部材１１を設けることができる。さらに、膜状部材１１が設けられた中継部材４１の一端に、センサ３１の圧力情報取込部３２を有する面を取り付けることで、検体情報検出ユニット１が作成される。
【０１６７】
次に、センサ取付部２１と接する面に膜状部材１１が設けられている場合について説明する。この場合、保持工程を経て、膜状部材貼付用の治具１１１〜１１３によりテンション（張力）がかかった状態で保持される膜状素材１２に向けて、中継部材の一方を接着することで張設する（張設工程）。このとき、分割された中継部材４１に螺合のための雄ねじまたは雌ねじが設けられている場合には、雄ねじまたは雌ねじが設けられていない側を膜状素材１２に向けて接着する。接着後に、膜状部材１１が、分割された中継部材と接着された状態となるように接着部を残して、張設された膜状素材１２の張設部位より外縁の部分を切除することで膜状部材１１を膜状素材１２から切り出す（切除工程）。
【０１６８】
このようにして、膜状部材１１をテンションを加えて張った状態で貼り付けることにより、センサ取付部２１と接する面に膜状部材１１が設けられている状態となるように、中継部材４１に膜状部材１１を設けることができる。さらに、中継部材４１の膜状部材１１が設けられた側に、膜状部材１１を介して、センサ取付部２１の開口部２２の他端側を取り付けることで、検体情報検出ユニット１が作成される。
【０１６９】
次に、センサ３１と接する面に膜状部材１１が設けられている場合について説明する。この場合、保持工程を経て、膜状部材貼付用の治具１１１〜１１３によりテンション（張力）がかかった状態で保持される膜状素材１２に向けて、中継部材の一方を接着することで張設する（張設工程）。接着後に、膜状部材１１が、分割された中継部材と接着された状態となるように接着部を残して、張設された膜状素材１２の張設部位より外縁の部分を切除することで膜状部材１１を膜状素材１２から切り出す（切除工程）。
【０１７０】
このようにして、膜状部材１１をテンションを加えて張った状態で貼り付けることにより、センサ３１と接する面に膜状部材１１が設けられている状態となるように、中継部材４１に膜状部材１１を設けることができる。さらに、中継部材４１の膜状部材１１が設けられた側に、膜状部材１１を介して、センサ３１圧力情報取込部３２を有する面を取り付けることで、検体情報検出ユニット１が作成される。
【０１７１】
（検体情報検出ユニット）
第二実施形態に係る検体情報検出ユニット５は、センサ取付部２１とセンサ３１との間に膜状部材１１を備える中継部材４１が介装されて設けられることで、膜状部材１１により、センサ取付部２１の内部の空洞２３と中継部材４１の貫通孔４２とを合わせた空間が、開口部２２を通じて検体９１の皮膚９３に面する検体側の空間２７と、センサ３１の圧力情報取込部に連通するセンサ側の空間２８とに分けられている。
【０１７２】
第二実施形態に係る検体情報検出ユニット５は、図２８に示すように、センサ取付部２１がリング状部材２４によって形成される開口部２２を検体９１に向けて、検体９１に装着された状態で、空洞２３と貫通孔４２と圧力情報取込部３２によって連通する空気室３４とが、閉鎖された空間構造（クローズドキャビティ）をとっており、このクローズドキャビティが膜状部材１１により隔てられた構造となっている。これにより、センサ３１は、検体９１における血管の脈動性信号に起因し、開口部２２を通じ入力され、検体側の空間２７、膜状部材１１、センサ側の空間２８、及び空気室３４を伝播する圧力情報を検出するようになっている。
【０１７３】
＜信号処理部の構成＞
第二実施形態に係る信号処理部２は、脈動性信号検出ユニット１のセンサ３１からの脈動性信号出力について信号処理を施すもので、図２８に示すように、周波数補正処理部５１と、抽出処理部６１と備えて構成されている。
【０１７４】
第二実施形態に係る信号処理部２は、周波数補正処理部５１と抽出処理部６１とを共に備えているが、信号処理部２は周波数補正処理部５１と抽出処理部６１とのいずれか一方を備えるものであってもよい。
【０１７５】
＜検体情報処理装置の構成＞
第二実施形態に係る検体情報処理装置５は、図２８に示すように、検体情報検出ユニット４と、信号処理部２とを備えて構成されている。
信号処理部２は検体情報検出ユニット１と一体として構成されていてもよく、検体情報検出ユニット４と分離して無線又は有線により電気的に接続されて構成されていてもよい。
【０１７６】
＜検体情報検出ユニット及び検体情報処理装置について＞
第二実施形態に係る検体情報検出ユニット４及び検体情報処理装置５は、上述のように構成されており、検体９１に開口部２２を密着させることで空洞２３と貫通孔４２と空気室３４とが閉鎖された空間構造（クローズドキャビティ）を形成して、検体９１における検体情報検出ユニット４の装着部位付近に存在する血管９３の脈動性信号に起因する圧力情報を受けて、検体９１における血管９２の脈動性信号を検出し、脈動性信号出力から、少なくとも脈動性容積信号、脈動性速度信号および脈動性加速度信号のうちの１つの信号を取り出すものであり、また脈動性信号出力に含まれる呼吸信号を抽出するものである。
【０１７７】
［５−２．検体情報処理装置の機能構成］
＜検体情報処理装置の機能構成＞
第二実施形態に係る検体情報処理装置５を機能的に表わすとき、検体情報処理装置３は、図６、図７に示すように、検体情報検出ユニット４及び信号処理部２を備え、信号処理部２は、周波数補正処理部５１及び抽出処理部６１を有している。
【０１７８】
［５−３．検体情報処理装置の動作］
第二実施形態に係る検体情報処理装置５は、第一実施形態に係る検体情報処理装置３と同様にして動作し、検体情報検出ユニット４のセンサ３１による脈動性信号の検出と、信号処理部２の周波数補正処理部５１による脈動性容積信号、脈動性速度信号、及び脈動性加速度信号のうちの一つの信号を取り出しと、信号処理部２の抽出処理部６１による呼吸信号の抽出を行う。
【０１７９】
［６．第二実施形態に係る検体情報検出ユニット及び検体情報処理装置の効果］
第二実施形態の検体情報検出ユニット４及び検体情報処理装置５では、前記第一実施形態の検体情報検出ユニット１及び検体情報処理装置３で得られる効果に加えて、以下の効果を奏する。
【０１８０】
第二実施形態の検体情報検出ユニット４では、センサ３１と、中継部材４１とが螺合により装着されている。これにより、検体情報検出ユニット４において、センサ３１に対して中継部材４１を交換可能に介装させることができる。検体情報検出ユニット４及び検体情報処理装置５の使用に際して、センサ取付部２１の汚染や破損が生じたりすることで、センサ取付部２１の交換が必要となる場合がある。また、膜状部材１１に水分や汚れが付着することで、検出される信号に影響が生じた際には、膜状部材１１の交換が必要となる場合がある。また、検体情報検出ユニット４及び検体情報処理装置５の使用後に、他の検体に用いる場合には、衛生面を考慮して検体９１に接するセンサ取付部２１を交換することが好ましい。このようなときに、本検体情報検出ユニット４及び本検体情報処理装置５は、センサ３１と中継部材４１及びセンサ取付部２１とが、交換可能に設けられていることにより、比較的高価なセンサ３１に対して、センサ取付部２１が接着された中継部材４１を交換することで、ディスポーザブルに利用できるという点で利点を有する。なお、本検体情報検出ユニット４及び本検体情報処理装置５は、センサ取付部２１と膜状部材を備える中継部材４１を一体として交換してもよく、センサ取付部２１と膜状部材を備える中継部材４１とを別々に交換することも可能である。
【０１８１】
［７．その他］
＜乾燥剤の配置＞
上述したように、検体情報検出ユニット１は、図２に示すように、空洞２３と空気穴３２によって連通する空気室３４とが、閉鎖された空間構造（クローズドキャビティ）をとり、さらに、空洞２３において、膜状部材１１が、検体側の空間２５と、センサ３１側の空間２６とを隔てる位置に設けられていることにより、クローズドキャビティが膜状部材１１により隔てられた構造となっている。
【０１８２】
検体情報検出ユニット１には、クローズドキャビティ内に乾燥剤が配置されていてもよい。乾燥剤が配置されていることにより、検体情報検出ユニット１を検体に装着した際にクローズドキャビティ内に生じる水蒸気を乾燥剤が除去することによって、水蒸気によるセンサ３１または信号の検出への影響を軽減することができる。中でも、センサ３１側の空間２６内に乾燥剤が配置されていることが好ましく、この場合にはセンサ３１の特に感圧素子３３への水蒸気の影響を軽減することができる。乾燥剤の配置は、例えば球状に成形した乾燥剤をクローズドキャビティ内に接着して固定することで行えばよい。
【０１８３】
乾燥剤としては、クローズドキャビティ内の水分を除去できるものであれば特に限定されず、物理的乾燥剤または化学的乾燥剤を用いる事ができるが、水分子を吸着することで水分を除去する物理的乾燥剤を好適に用いる事ができる。物理的乾燥剤としては、例えば
シリカゲル、酸化アルミニウム、ゼオライト等を用いる事ができる。
【０１８４】
＜信号処理について＞
上記の説明においては、脈動性信号の処理を検体情報処理装置３、５の信号処理部２が備えるアナログ回路による処理について説明したが、検体情報処理装置３、５の信号処理部２がデジタル回路、例えばデジタルシグナルプロセッサ（以下、「ＤＳＰ」ともいう）を含む回路とアナログ回路とを組み合わせたり、演算処理装置（ＣＰＵ）やＤＳＰを組み合わせたりして、このデジタル回路を含む回路により信号を処理する構成としてもよい。
【符号の説明】
【０１８５】
１、４  検体情報検出ユニット
２  信号処理部
３、５  検体情報処理装置
１１  膜状部材
２１  センサ取付部２１
２２  開口部
２３  空洞（Ｃａｖｉｔｙ）
２４  リング状部材
３１  センサ
３２  圧力情報取込部
３３  感圧素子
３４  空気室
３５  筐体
５１  周波数補正処理部
６１  抽出処理部
９１  検体
９２  血管
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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