(57)【要約】【課題】従来の血流センサは光ファイバを用いており、身体からの荷重がかかり、光ファイバがわずかでも振動すると測定結果に影響を及ぼすなど、環境変化の影響を受けやすいという課題があった。そこで、本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、臥床状態にある身体の圧迫部位の血流を計測する際し、環境変化の影響を受けにくい血流センサを提供することを目的とする。【解決手段】本発明に係る血流センサは、柔軟性があり、被検部の形状に合わせて被検部を覆うシート状の基材１３と、基材１３に固定され、被検部９００へ向けてレーザ光Ｐを照射する発光素子１１１及び被検部９００の内部からレーザ光Ｐに基づく散乱光Ｓを受光して電気信号を出力する受光素子１１２を有するセンサプローブ部１１と、センサプローブ部１１からの前記電気信号を解析して被検部の血流を測定する本体部１２と、を備える。【選択図】図１
2008272085.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
柔軟性があり、被検部の形状に合わせて被検部を覆うシート状の基材と、
前記基材に固定され、被検部へ向けてレーザ光を照射する発光素子及び被検部の内部から前記レーザ光に基づく散乱光を受光して電気信号を出力する受光素子を有するセンサプローブ部と、
前記センサプローブ部からの前記電気信号を解析して被検部の血流を測定する本体部と、
を備える血流センサ。
【請求項２】
前記センサプローブ部は、前記基材に複数固定されていることを特徴とする請求項１に記載の血流センサ。
【請求項３】
前記基材は、被検部を覆う側の表面に光を透過する光透過部を有しており、
前記センサプローブ部は、前記基材の内部に固定され、前記発光素子からの前記レーザ光を前記基材の前記光透過部を通じて被検部へ照射し、被検部からの前記散乱光を前記基材の前記光透過部を通じて前記受光素子で受光することを特徴とする請求項１又は２に記載の血流センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は生体組織からの散乱光を利用して対象生体組織における血流量、血液量、血流速度、脈拍を測定する血流センサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
病気、けが、神経障害などが原因で長期臥床状態にある患者、あるいは車椅子使用者は、体位変換が出来ない為に布団やマットレスに接する身体の突出部分が常時圧迫される。持続的な圧迫によりその部分に体圧が集中して血流障害が起こり、必要な酸素、栄養分の供給が絶たれると、皮膚が擦りむけ、皮下組織に壊死が起こり、やがて、その部分の組織が欠落、陥没が生じる、即ち「褥瘡（じょくそう）」が発生する場合がある。従来、褥瘡を防ぐために定期的に患者の姿勢を変更するなどといった対策が取られていたが、介護者の負担や効率を考慮した場合、あるいは効果的な褥瘡予防を考慮した場合、事前に血流値の変化を検出し、血流値が著しく低い状態が継続している場合などを検出できれば望ましい。
【０００３】
従来、上記褥瘡予防を目的に身体の褥瘡好発部位などに取り付けて接触圧と血流を同時計測する接触圧血流センサがある（例えば、特許文献１の図６を参照。）。このセンサは、チューブを備えた扁平状で柔軟で伸縮が少ない材料から成る透明な空気袋に、先端にレーザー血流計を接続した光ファイバを袋内面に固定し、チューブを圧力計に接続することにより、身体から圧迫が掛かった時の袋の内圧と血涙変化を同時計測し、これを解析することにより褥瘡予防に資する、というものである。前記従来のセンサは、褥瘡の原因である血流阻害を高感度なレーザー血流計で計測するセンサである。
【特許文献１】特開２００２−１１９４８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、前記従来の血流センサは光ファイバを用いており、身体からの荷重がかかり、光ファイバがわずかでも振動すると測定結果に影響を及ぼすなど、環境変化の影響を受けやすいという課題があった。そこで、本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、臥床状態にある身体の圧迫部位の血流を計測する際し、環境変化の影響を受けにくい血流センサ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】
【０００５】
前記目的を達成するために、本発明に係る血流センサは、光ファイバを使用せず、被検部に近接する位置にレーザ光の発光素子及び受光素子を配置している。
【０００６】
具体的には、本発明に係る血流センサは、柔軟性があり、被検部の形状に合わせて被検部を覆うシート状の基材と、前記基材に固定され、被検部へ向けてレーザ光を照射する発光素子及び被検部の内部から前記レーザ光に基づく散乱光を受光して電気信号を出力する受光素子を有するセンサプローブ部と、前記センサプローブ部からの前記電気信号を解析して被検部の血流を測定する本体部と、を備える。
【０００７】
本発明に係る血流センサは、被検部へのレーザ光の照射及び被検部からの散乱光の受光に光ファイバを用いず、被検部にレーザ光を照射する発光素子と被検部からの散乱光を受光する受光素子が被検部に直接臨む形で配置している。そのため、発光部及び受光部と測定部とを光ファイバなどで接続する従来の血流計のように身体荷重や体動に伴う擾乱によるノイズ混入を防止することができる。
【０００８】
また、本発明に係る血流センサの前記センサプローブ部は、前記基材に複数固定されていることが好ましい。
【０００９】
基材内に複数個分布させることで、褥瘡の好発部位およびその周辺を計測することが可能である。
【００１０】
また、本発明に係る血流センサの前記基材は、被検部を覆う側の表面に光を透過する光透過部を有しており、前記センサプローブ部は、前記基材の内部に固定され、前記発光素子からの前記レーザ光を前記基材の前記光透過部を通じて被検部へ照射し、被検部からの前記散乱光を前記基材の前記光透過部を通じて前記受光素子で受光することが好ましい。
【００１１】
本発明の血流センサのセンサプローブ部は、極めて小型に構成することができるため、シート状の基材に埋設することができる。基材に埋設することで、センサプローブ部が汚れることを防止することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明は、光ファイバを使用していないため、環境変化の影響を受けにくい血流センサを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
添付の図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。以下に説明する実施の形態は本発明の構成の例であり、本発明は、以下の実施の形態に制限されるものではない。なお、本明細書及び図面において符号が同じ構成要素は、相互に同一のものを示すものとする。
【００１４】
本実施形態の血流センサは、柔軟性があり、被検部の形状に合わせて被検部を覆うシート状の基材と、前記基材に固定され、被検部へ向けてレーザ光を照射する発光素子及び被検部の内部から前記レーザ光に基づく散乱光を受光して電気信号を出力する受光素子を有するセンサプローブ部と、前記センサプローブ部からの前記電気信号を解析して被検部の血流を測定する本体部と、を備える。
【００１５】
本実施形態の血流センサ８０１の断面の概略図を図１に示す。血流センサ８０１は、センサプローブ部１１、本体部１２及び基材１３を備える。基材１３は、被検部９００の形状に合わせて被検部９００を覆うシートである。被検部９００は、図５に示すような仰臥位、側臥位、座位に於ける褥瘡好発部位である。血流センサ８０１は、これらの褥瘡好発部位に貼付させて用いるため、基材１３にはフレキシブルなシートが好ましい。基材１３としてウレタン・フォーム製のクッションを使用してもよい。基材１３は、被検部９００を覆う側の表面に光を透過する光透過部１５を有している。
【００１６】
センサプローブ部１１は、基材１３に固定され、被検部９００へ向けてレーザ光Ｐを照射する発光素子１１１及び被検部９００の内部からレーザ光Ｐに基づく散乱光Ｓを受光して電気信号を出力する受光素子１１２を有する。センサプローブ部１１は、発光素子１１１からのレーザ光Ｐを基材１３の光透過部１５を通じて被検部９００へ照射でき、被検部９００からの散乱光Ｓを基材１３の光透過部１５を通じて受光素子１１２で受光できる向きで基材１３の内部に固定される。
【００１７】
センサプローブ部１１に接続された電気配線１５１が基材１３内部から外部に引き出され本体部１２と接続される。受光素子１１２が出力する電気信号は電気配線１５１を通じて本体部１２が受信する。本体部１２は、センサプローブ部１１からの電気信号を解析して被検部９００の血流を測定する。
【００１８】
センサプローブ部１１は前述のように小型で基材１３に埋設されているため、基材１３を被検部９００に貼り付けることで、血流センサ８０１は被検部９００にレーザ光Ｐを照射することができる。図１では、血流センサ８０１は、発光素子１１１のレーザ光Ｐを被検部９００の表面に照射し、被検部９００中の血管を流れる血液による散乱光Ｓを受光素子１１２で受光する。図１の血流センサ８０１は、被検部９００の血流状態を測定することができる。
【００１９】
次に、センサプローブ部１１及び本体部１２の構成を図２のブロック図を用いて詳しく説明する。センサプローブ部１１は発光素子１１１、受光素子１１２及び増幅器１１３を有している。発光素子１１１は基板１１０に搭載され被検部９００ヘレーザ光Ｐを照射する。受光素子１１２は発光素子１１１に隣接して基板１１０に搭載される。受光素子１１２は被検部９００からの散乱光Ｓを受光し、散乱光Ｓの受光強度に応じた散乱光強度信号Ａ１を出力する。増幅器１１３は基板１１０に近接して配置される。このように増幅器１１３を配置することで散乱光強度信号Ａ１が微弱であってもノイズの混入を防ぐことができる。増幅器１１３は入力された信号の特定の周波数範囲を抽出し、所定の利得で増幅してアナログ信号Ａ２を出力する。
【００２０】
基板１１０は、例えば半導体基板とすることができる。例えば、基板１１０には特開２００２‐３３０９３６に記載されるような集積化の公知技術を用いて発光素子１１１及び受光素子１１２を搭載することができる。図３は、発光素子１１１及び受光素子１１２を基板１１０へ搭載したセンサヘッド４０を示す図である。導波路４０１は、発光素子１１１からの光を発散又は集束させることで図１及び２で説明したレーザ光Ｐ（図示せず）とすることができ、レーザ光Ｐを被検部９００（図示せず）に向けて出射する。導波路４０１は基板１１０に搭載されている。また、遮蔽ブロック４０４は、発光素子１１１からの光が直接受光素子１１２に入射するのを防ぐため、発光素子１１１と受光素子１１２のそれぞれを囲い込む形のブロックである。遮蔽ブロック４０４は基板１１０に接合される。このような構造のセンサヘッド４０は小型にすることができる。また、センサヘッド４０は光ファイバの取り回しが不要であるため、光ファイバによる擾乱に起因するノイズが発生せず、正確な血流を測定することができる。
【００２１】
現在市販されている１．３μＤＦＢレーザ及びフォトダイオードのサイズから、遮蔽ブロック４０４を取り付けた場合でも、センサヘッド４０のサイズは横幅約２．５ｍｍ、縦幅約３．５ｍｍ、厚み約２ｍｍ程度である。センサヘッド４０が小型化できるため、図１で説明したセンサプローブ部１１も小型にすることができる。また、基板１１０の表面に発光素子１１１、受光素子１１２及び導波路４０１を２次元的に配置するため、光部品を３次元的に組み立てる従来のセンサヘッドより光軸合わせや調整の工程を不要とすることができ製造コストを安価にすることも可能となる。
【００２２】
図２を利用して本体部１２の説明をする。本体部１２は、ローパスフィルタ１２１、アナログ‐デジタル変換器１２２、信号処理回路１２３、インターフェース回路１２４、電源回路１２５及び発光素子駆動回路１２６を有する。ローパスフィルタ１２１は入力される信号から設定されるカットオフ周波数以上の周波数成分を除去して出力する電気回路であり、アナログ信号線１５１−１に重畳するノイズを除去する。アナログ‐デジタル変換器１２２は、アナログ信号Ａ３を所定の周波数でサンプリングを行い、量子化してデジタル信号Ｄ１を出力する。
【００２３】
信号処理回路１２３は、デジタル信号Ｄ１を所定の規則に従い処理を行なう電気回路である。信号処理回路１２３は大量のデジタル信号のデータを高速に処理できるため、デジタル信号Ｄ１を処理した結果をリアルタイムで出力することができる。例えば、信号処理回路１２３はデジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）である。インターフェース回路１２４は、外部の周辺機器と通信ができるように、信号処理回路１２３の出力Ｄ２を所定の規格の信号に変換する電気回路である。例えば、インターフェース回路１２４は入力された信号をＲＳ−２３２Ｃ規格の信号に変換する回路である。インターフェース回路１２４は信号Ｄ３を出力部１４へ出力する。例えば、出力部１４は、血流量及び脈拍を表示する。また、出力部１４は、過去の血流量や脈拍を記憶し、その推移を合わせて表示してもよい。
【００２４】
発光素子駆動回路１２６は、発光素子１１１への電力を供給すると共に発光素子１１１のオンオフ及び強度を制御する電気回路である。電源回路１２５は、アナログ‐デジタル変換器１２２、信号処理回路１２３、インターフェース回路１２４及び発光素子駆動回路１２６へ電力線２０５を介して電力を供給する電気回路である。また、電源回路１２５は、センサプローブ部１１へも電力を供給する。電源回路１２５は、交流を直流に変換する回路、電圧変換回路、電圧安定化回路を含む。また、電源回路１２５の電源は電池であってもよい。
【００２５】
センサプローブ部１１に接続される電気配線１５１は、増幅器１１３とアナログ‐デジタル変換器１２２とを接続するアナログ信号線１５１−１、発光素子駆動回路１２６と発光素子１１１とを接続する発光素子駆動線１５１−２及び電源回路１２５と基板１１０及び増幅器１１３とを接続する電源線１５１−３を有する。例えば、アナログ信号線１５１−１、発光素子駆動線１５１−２及び電源線１５１−３はまとめられ、図１に示した基材１３の内部に収容される。さらに、電気配線１５１は基材１３内部から外部に引き出され本体部１２と接続される。従って、血流センサ８０１は光ファイバを介さずにセンサプローブ部１１と本体部１２とを接続できるため、光ファイバの擾乱に起因するノイズは発生せず、正確な血流を測定することができる。
【００２６】
図４に示すブロック図のような構成の血流センサ８０２も、図２の血流センサ８０１と同様に被検部９００の血流を測定できる。
【００２７】
図２の血流センサ８０１と図４の血流センサ８０２との違いは、図４のセンサプローブ部１１がアナログ‐デジタル変換器１１４をさらに備えていること及び図４の本体部１２にローパスフィルタ１２１及びアナログ‐デジタル変換器１２２が無いことである。また、電気配線１５１は、アナログ信号線１５１−１の代替としてデジタル信号線１５１−４を持つ。
【００２８】
アナログ‐デジタル変換器１１４は図２で説明したアナログ‐デジタル変換器１２２と同様の機能を持つ。血流センサ８０２は、増幅器１１３から出力されたアナログ信号Ａ２をアナログ‐デジタル変換器１１４ですぐにデジタル信号Ｄ１に変換する。そのため、センサプローブ部１１と本体部１２との間の電気配線１５１で受けるノイズの影響を低減することができ、高精度な血流測定が可能となる。デジタル信号であるから、本体部１２にはローパスフィルタ１２１が不要である。
【００２９】
血流センサ８０１及び血流センサ８０２は、次のように被検部９００の血流を測定することができる。発光素子１１１からのレーザ光Ｐにより、被検部９００内で、静止した生体組織から散乱した光と生体組織の毛細血管中を移動している赤血球（散乱粒子）から散乱した光（血液速度に応じてドップラーシフトΔｆを受けた光）とが生ずる。受光素子１１２は、これらの光が干渉した散乱光Ｓを検出（ヘテロダイン検波）し、散乱光強度信号Ａ１を出力する。増幅器１１３は、散乱光強度信号Ａ１のうち散乱光の干渉成分を増幅する。アナログ‐デジタル変換器１２２又はアナログ‐デジタル変換器１１４は、アナログ信号Ａ３又はアナログ信号Ａ２をデジタル信号Ｄ１に変換する。信号処理回路１２３は、デジタル信号Ｄ１の信号処理を行い散乱光Ｓの干渉成分の周波数解析を行う。散乱光Ｓの干渉成分の周波数は血流速度に相当し、散乱光の強度は移動している血液量に相当する。そのため、血流速度と血液量との積で血流量が求められる。さらに、散乱信号波形には、脈拍による変調成分もあり脈拍の検出も可能である。そして、信号処理回路１２３は周波数解析の結果を信号Ｄ２をインターフェース回路１２４に出力する。インターフェース回路１２４は信号Ｄ３を出力部１４に出力する。
【００３０】
（センサヘッドの他の例）
図４で基板１１０に搭載するセンサヘッドの一例を示した。以下にセンサヘッドの他の例を示す。
［センサヘッド５０］
センサヘッド５０について図６を用いて説明する。図６は第一の実施形態のセンサヘッドの鳥瞰図である。絶縁性材料である絶縁基板１１０ａ上に電気配線１８２、１８３、１８４、１８５が形成され、電気配線１８２は受光素子用のアノード、電気配線１８３は受光素子用のカソードであり、微小信号検出のために増幅器（図示せず）へと接続されている。電気配線１８５は発光素子用のアノード、電気配線１８４は発光素子用のカソードであり、図２で説明した発光素子駆動回路１２６へと接続される。
【００３１】
電気配線１８４の上にはんだ膜（図示せず）を介して発光素子１１１（面発光ＬＤ）が形成されている。同様に電気配線１８３の上にはんだ膜（図示せず）を介して受光素子１１２（面入射ＰＤ）が形成される。
【００３２】
また、受光素子１１２の上面にも電極があり、ワイヤボンディングによって、電気配線１８２に接続される。ここはアノード（プラス極）に接続されている。
【００３３】
さらに発光素子１１１の上面にも電極があり、ワイヤボンディングによって、電気配線１８５に接続され、ここには発光素子駆動回路１２６からのアノード（プラス極）から電流が注入される。さらに基板上には、発光素子１１１から受光素子１１２へ直接くる光を避けるため受光素子１１２を囲むように遮光枠１８７が設けられる。発光素子１１１は絶縁基板１１０ａの上方の被検部９００（図示せず）に向けてレーザ光Ｐ（図示せず）を照射する。遮光枠１８７により、受光素子１１２は発光素子１１１からの直接光の影響を受けず、被検部９００（図示せず）からの散乱光Ｓ（図示せず）を受光できる。
【００３４】
すなわち、センサヘッドで受光する毛細血管内の赤血球からの散乱光（ドップラーシフトした光）により強度変調された散乱光成分は、数１００ｐＷ程度と非常に微弱なため、遮光枠１８７を設けないと信号のＳ／Ｎ比が悪くなる。この遮光枠１８７が無い状態では、微弱なドップラーシフトした散乱光成分の強度が埋もれてしまい、血流速度の検出ができない。
【００３５】
センサヘッドを上記のような絶縁基板１１０ａと、その上の電気配線１８２〜１８５と、遮光枠１８７とを用いる構成にしたことにより、安価な材料かつ少ない工程で形成でき、製造コストが安価となる。
【００３６】
［センサヘッド５１］
センサヘッド５１について図７を用いて説明する。図７はセンサヘッド５１の受光素子側の部分の鳥瞰図である。
【００３７】
センサヘッド５１は、発光素子側の部分はセンサヘッド５０と同様の構成とすることができる。センサヘッド５１の基本的な構成はセンサヘッド５０と同様であるが、受光素子に対して発光素子から直接入射する光を遮蔽するために、遮光枠の変わりに遮光キャップ２８７を用いている。遮光キャップ２８７は直方体のキャップの上面に孔２８９が開いたものであり、遮光枠に比較して受光できる光量が少ないという短所があるが、背景からの光を遮蔽するために信号のＳ／Ｎ比が良くなるという長所がある。基本的動作はセンサヘッド５０と同様である。
【００３８】
［センサヘッド５２］
センサヘッド５２について図８を用いて説明する。図８はセンサヘッド５２の発光素子１１１ａ側の部分の鳥瞰図である。
【００３９】
センサヘッド５２は、受光素子側の部分はセンサヘッド５０もしくはセンサヘッド５１と同様の構成とすることができる。センサヘッド５２は、基本的な構成はセンサヘッド５０、５１と同様であるが、端面出射型の発光素子１１１ａを用いている点が異なる。
【００４０】
また、端面出射されるレーザ光を垂直上方へと進行方向を変えるための９０度折り曲げ鏡２８５が設置されている。この９０度折り曲げ鏡２８５は直角二等辺三角形のプリズム柱の斜辺面に金属蒸着等で鏡面を形成したものである。面発光型の発光素子を用いた場合と比較して、９０度折り曲げ鏡２８５を必要とするため部品点数が多くなりコスト増要因となるという短所があるが、端面出射型の発光素子は選択可能な波長帯域が広く、また光通信用の高品質なレーザが使用でき、特に長寿命かつ安定な波長１．３μｍの分布帰還レーザを使用することができるという利点がある。また、プリズムの材料はガラスや溶融石英などが考えられるが、プラスチックで作製すれば射出成型の方法で大量生産が可能になるという利点がある。基本的動作はセンサヘッド５０と同様である。
【００４１】
［センサヘッド８０］
センサヘッド８０について図９を用いて説明する。図９（ａ）はセンサヘッド８０の上面図であり、図９（ｂ）はＡ−Ａ’線におけるセンサヘッド８０の断面図である。センサヘッド８０は絶縁基板１１０ａ、キャップ２１３、発光素子１１１及び受光素子１１２を備える。
【００４２】
キャップ２１３は出射窓１９ａ及び入射窓１９ｂを有する。出射窓１９ａの大きさは、３００μｍ−１０００μｍ程度であり、入射窓１９ｂの大きさは１００μｍ−５００μｍ程度であるが、本実施例では双方ともに５００μｍとして説明する。キャップ２１３は不透明なプラスチックや金属で形成される。キャップ２１３がプラスチックで形成される場合、表面を金属のような導電性膜で被覆してもよい。キャップ２１３をプラスチック射出成型の方法で形成し金属薄膜で表面を被覆すれば大量生産が可能になり、光学センサの製造コストを低減することができる。
【００４３】
図９に示すように、発光素子１１１のカソード（発光面と反対の側）は電気配線１８４上にはんだ膜を介して接続され、発光素子１１１は絶縁基板１１０ａ上に実装される。発光素子１１１のアノード（発光面側）はワイヤ１６９で電気配線１８５と接続される。受光素子１１２も発光素子１１１と同様に絶縁基板１１０ａ上に実装される。なお、受光素子１１２のアノードは電気配線１８２に接続され、カソードは電気配線１８３に接続される。なお、符号が同一の電気配線は絶縁基板１１０ａ上で繋がっている。
【００４４】
キャップ２１３は発光素子１１１及び受光素子１１２を覆うように絶縁基板１１０ａ上に実装される。キャップ２１３の絶縁基板１１０ａ上の位置は、発光素子１１１からの光が出射窓１９ａを通過して外部の被検体を照射でき、外部からの光が入射窓１９ｂを通過して受光素子１１２が受光できる位置とする。
【００４５】
キャップ２１３は導電性を有するため、キャップ２１３と絶縁基板１１０ａ上の電気配線と電気的に導通しないようにキャップ２１３と電気配線１８２から電気配線１８５との接触点はレジスト等の絶縁膜１７５で覆われている。キャップ２１３が導電性を有さない場合、絶縁膜１７５は不要である。
【００４６】
センサヘッド８０は、外部の駆動回路（図示せず）から電流が供給されて発光素子１１１が発光し、出射窓１９ａを通じて外部の被検体に光を照射することができる。なお、発光素子１１１からの光のうちキャップ２１３内で反射する光を低減するため、キャップ２１３の発光素子１１１を覆う側（キャップ２１３の内側）に反射防止膜を付してもよい。
【００４７】
一方、受光素子１１２は、外部からの光のうち生体情報測定に必要な光のみを入射窓１９ｂを通じて受光し、電気信号に変換して電気配線１８３に出力する。従って、センサヘッド８０は外部の被検体で散乱した散乱光に対応する電気信号を電気配線１８３から出力する。
【００４８】
発光素子１１１及び受光素子１１２を電気配線パタンを施しただけの安価な平面の絶縁基板１１０ａ上に実装し、さらに発光素子１１１及び受光素子１１２を覆うようにキャップ２１３を実装するだけであり、センサヘッド８０は低コストで製造できる。また、センサヘッド８０は、図７のセンサヘッド５１と同様に、背景からの光を遮蔽するために信号のＳ／Ｎ比が良くなるという長所がある。
【００４９】
［センサヘッド９０］
センサヘッド９０について図１０を用いて説明する。図１０（ａ）はセンサヘッド９０の上面図であり、図１０（ｂ）はＡ−Ａ’線におけるセンサヘッド９０の断面図である。センサヘッド９０は絶縁基板１１０ａ、キャップ２１３、発光素子１１１及び受光素子１１２を備える。
【００５０】
絶縁基板１１０ａは図９の絶縁基板１１０ａと同様の電気配線パタンを有し、同様の位置に発光素子１１１及び受光素子１１２を搭載する。
【００５１】
キャップ２１３は、遮光性を有する部材にて形成され、絶縁基板１１０ａ上で受光素子１１２を覆う。キャップ２１３の絶縁基板１１０ａ上の位置は、発光素子１１１からの光が光偏向面１９ｃを経由して外部の被検体を照射でき、外部からの光が入射窓１９ｂを通過して受光素子１１２が受光できる位置とする。キャップ２１３は、発光素子１１１からの光を受光素子１１２が直接に受光することを防止する。さらに、発光素子１１１を単独に扱う発光素子用キャップ（不図示）を設置すれば、外力による発光素子１１１の破損を防ぐことができる。また、キャップ２１３と発光素子用キャップ（不図示）とを一体化して製造工程を低減することができる。
【００５２】
キャップ２１３には、散乱光を通過させる入射窓１９ｂが形成されている。入射窓１９ｂの開口径は、外光が入射しないことが好ましく、例えば、１００μｍ以上５００μｍ以下であることが好ましい。外光の受光素子１１２への入射を遮り、散乱光を取り込むことができる。また、入射窓１９ｂは、受光素子１１２に入射させる散乱光の光路と交差する部分に設けられている。本実施形態では、光偏向面１９ｃの上方で散乱光が発生するので、キャップ２１３の天井部分と発光素子１１１側の側面部分との境界部分に入射窓１９ｂが形成されている例を示した。入射窓１９ｂは、キャップ２１３の天井部分に形成されていてもよいし、キャップ２１３の発光素子１１１側の側面部分に形成されていてもよい。また、入射窓１９ｂは、空洞になっていてもよいが、散乱光に対して透明な部材がはめこまれていてもよい。透明な部材がはめ込まれていることで、キャップ２１３内の受光素子１１２の受光面を保護することができる。
【００５３】
発光素子１１１の配置されている側のキャップ２１３の側面に、発光素子１１１からの光を絶縁基板１１０ａの上方に偏向させる光偏向面１９ｃが形成されている。絶縁基板１１０ａの上方とは、発光素子１１１の搭載されている絶縁基板１１０ａの基板面に対して上方である。光偏向面１９ｃは、発光素子１１１からの光を絶縁基板１１０ａの上方に偏向させるために、絶縁基板１１０ａの基板面に対して傾斜している。光偏向面１９ｃの傾き角度は、例えば、１０°から８０°である。光偏向面１９ｃは、絶縁基板１１０ａのうちの発光素子１１１の搭載されている基板面の法線方向に発光素子１１１からの光を偏向させることが好ましい。例えば、図１０に示すように、光偏向面１９ｃの傾き角度が４５°であることが好ましい。光偏向面１９ｃの傾き角度が４５°の場合は偏向された出射光が絶縁基板１１０ａから垂直に上方に進行する。このため、照射対象となる血液中の散乱体と絶縁基板１１０ａとの距離が変化しても照射位置が絶縁基板１１０ａからの距離によらないという利点がある。特に、血管の表皮からの深さは、皮下脂肪などの種々の要因によってかなりの個人差がある。この場合に、発光素子１１１からの出射光を表皮に対して垂直に入射させることができれば、生体情報を安定して測定することができる。
【００５４】
光偏向面１９ｃは、発光素子１１１からの光を偏向させる鏡面又は回折格子であることが好ましい。キャップ２１３が金属の場合、鏡面は表面を鏡面研磨することで形成することができる。また、キャップ２１３がプラスチックの場合は、鏡面は、反射性の高い金属である金を蒸着して形成することができる。光偏向面１９ｃは、キャップ２１３の外表面なので、光偏向面１９ｃの形成は容易である。また、キャップ２１３に予め光偏向面１９ｃを形成しておくことができるので、センサヘッド９０の製造工程を簡略化することができる。
【００５５】
［センサヘッド９１］
センサヘッド９１について図１１を用いて説明する。図１１（ａ）はセンサヘッド９１の上面図であり、図１１（ｂ）はＡ−Ａ’線におけるセンサヘッド９１の断面図である。以下に、センサヘッド９０との違いを説明する。
【００５６】
図１１に示すセンサヘッド９１は、図１０に示すセンサヘッド９０に加え、遮光性を有する部材にて形成され、絶縁基板１１０ａ上で発光素子１１１を覆う発光素子用キャップ２１３−１をさらに備える。発光素子用キャップ２１３−１は不透明であり、キャップ２１３と同じ素材を用いることができる。発光素子用キャップ２１３−１の側面のうち、光偏向面１９ｃ側に配置されている側面には、発光素子１１１からの出射光を通過させるための開口部が形成されている。発光素子１１１の上に１つの側面が開いている発光素子用キャップ２１３−１があるため、発光素子１１１からの光は支障なく外部に出射される。従って、図１０のセンサヘッド９０と同様の効果が得られる。さらに、発光素子１１１に対する外界からの不慮の衝撃、例えば皮膚が触れて電気的や構造的に破損するなどの事故から発光素子１１１を守る効果が得られる。
【００５７】
［センサヘッド９２］
センサヘッド９２について図１２を用いて説明する。図１２（ａ）はセンサヘッド９２の上面図であり、図１２（ｂ）はＡ−Ａ’線におけるセンサヘッド９２の断面図である。以下に、センサヘッド９１との違いを説明する。
【００５８】
センサヘッド９２は、図１１に示すキャップ２１３と図１１に示す発光素子用キャップ２１３−１を一体化した一体化キャップ２１３−２を備える。一体化キャップ２１３−２は不透明であり、キャップ２１３と同じ素材を用いることができる。一体化キャップ２１３−２と絶縁基板１１０ａとで囲まれる空間は、光偏向面１９ｃにより発光素子１１１が収まる小室と受光素子１１２が収まる小室に分けられる。キャップ２１３と発光素子用キャップ２１３−１に分離されていたものを一体化したことで、実装の手間が１つ減るという利点がある。
【００５９】
［センサヘッド９３ａ及びセンサヘッド９３ｃ］
センサヘッド９３ａ及びセンサヘッド９３ｃについて図１３を用いて説明する。図１３（ａ）はセンサヘッド９３ａの上面図であり、図１３（ｂ）はＡ−Ａ’線におけるセンサヘッド９３ａの断面図である。図１３（ｃ）はセンサヘッド９３ｃの上面図であり、図１３（ｄ）はＡ−Ａ’線におけるセンサヘッド９３ｃの断面図である。以下に、センサヘッド９３ａとセンサヘッド９３ｃとの違いを説明する。なお、センサヘッド９３ｃと図１２のセンサヘッド９０とは絶縁基板１１０ａ上の電気配線パタンが異なる以外は同様である。また、符号１８６ｃは電気配線である。
【００６０】
センサヘッド９３ａは、センサヘッド９３ｃの構成に発光素子１１１と絶縁基板１１０ａとの間に、発光素子１１１を搭載する台１１１ｂをさらに備える。発光素子１１１の光源位置の高さを上げることにより、光偏向面１９ｃの反射位置が入射窓１９ｂに近くなる。発光素子１１１からの出射光の光偏向面１９ｃにおける反射点と入射窓１９ｂとの距離Ｌａが、台１１１ｂがない場合の距離Ｌｃに比べて近くなる。上面から見ると、出射光の光偏向面１９ｃにおける反射点は事実上の発光位置となるため、上面から見ると、発光位置と受光素子１１２の受光位置との絶縁基板１１０ａと平行な投影面上での距離はより近くなったことと等価である。発光位置と受光位置との間の距離が遠いほど深い位置の生体情報を取得することができる。もし、表面から浅い部位の生体情報を得たいときは、この実施形態を用いることによって、所望の深さの生体情報を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
本発明の血流センサは、動物や植物の体液を測定することもできる。さらに、フッ素樹脂チューブ、シリコンチューブ等、レーザ光が透過できる管であれば、内部を流れる液体の流量を測定することができるため、本発明の血流センサは半導体製造装置や冷却装置の流量計に使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明に係る血流センサの概略図である。
【図２】本発明に係る血流センサのブロック図である。
【図３】本発明に係る血流センサのセンサヘッドの概略図である。
【図４】本発明に係る血流センサのブロック図である。
【図５】褥瘡発生部位を示す図である。仰臥位での好発部位を丸印で示す。側臥位での好発部位を三角印で示す。坐位での好発部位を四角印で示す。
【図６】本発明に係る血流センサのセンサヘッドの概略図である。
【図７】本発明に係る血流センサのセンサヘッドの概略図である。
【図８】本発明に係る血流センサのセンサヘッドの概略図である。
【図９】本発明に係る血流センサのセンサヘッドの概略図である。
【図１０】本発明に係る血流センサのセンサヘッドの概略図である。
【図１１】本発明に係る血流センサのセンサヘッドの概略図である。
【図１２】本発明に係る血流センサのセンサヘッドの概略図である。
【図１３】本発明に係る血流センサのセンサヘッドの概略図である。
【符号の説明】
【００６３】
８０１、８０２  血流センサ
１１  センサプローブ部
１９ａ  出射窓
１９ｂ  入射窓
１９ｃ  光偏向面
１１０  基板
１１０ａ  絶縁基板
１１１、１１１ａ  発光素子
１１１ｂ  台
１１２  受光素子
１１３  増幅器
１１４  アナログ‐デジタル変換器
１２  本体部
１２１  ローパスフィルタ
１２２  アナログ‐デジタル変換器
１２３  信号処理回路
１２４  インターフェース回路
１２５  電源回路
１２６  発光素子駆動回路
１３  基材
１４  出力部
１５  光透過部
１５１  電気配線
１５１−１  アナログ信号線
１５１−２  発光素子駆動線
１５１−３  電源線
１５１−４  デジタル信号線
２０５  電力線
４０、５０、５１、５２、８０、９０、９１、９２、９３ａ、９３ｃ  センサヘッド
１６９  ワイヤ
１７５  絶縁膜
１８２〜１８６  電気配線
１８７  遮蔽枠
２１３  キャップ
２１３−１  発光素子用キャップ
２１３−２  一体化キャップ
２８５  ９０°折り曲げ鏡
２８７  遮光キャップ
２８９  孔
４０１  導波路
４０４  遮蔽ブロック
９００  被検部
Ａ１  散乱光強度信号
Ａ２、Ａ３  アナログ信号
Ｄ１  デジタル信号
Ｄ２、Ｄ３  出力
Ｐ  レーザ光
Ｓ  散乱光
【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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