(57)【要約】【課題】本発明は、複数の人間の外耳の特定部位に安定して装着が可能であり、かつ、装着位置の再現性が高い装着部を備える生体センサの作製方法の提供を目的とする。【解決手段】本発明に係る生体センサの作製方法は、生体情報を測定する生体センサ９１を人間の外耳に装着する装着部１３のうち前記外耳の特定部位１０４と接触させる部分の形状を、複数の人間の前記外耳の特定部位１０４の平均形状に沿った形状とすることを特徴とする。特定部位１０４は、外耳道１０２から耳甲介腔１０３にかけての後頭部側の部位であることが好ましく、装着部１３が外耳の特定部位１０４に接触することで、カフ１１の装着位置を一意的に決定し、身体の動きによってその位置が変化することを抑制することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
生体情報を測定する生体センサを人間の外耳に装着する装着部のうち前記外耳の特定部位と接触させる部分の形状を、複数の人間の前記外耳の特定部位の平均形状に沿った形状とすることを特徴とする生体センサの作製方法。
【請求項２】
複数の人間の外耳の特定部位の３次元形状を取得する形状取得手順と、
前記形状取得手順で取得した複数の３次元形状の平均形状を算出する平均形状算出手順と、
生体情報を測定する生体センサを外耳に装着する装着部のうちの前記外耳の特定部位と接触させる部分の形状を、前記平均形状算出手順で算出した前記平均形状に沿った形状に設定する装着部形状設定手順と、を有することを特徴とする生体センサの作製方法。
【請求項３】
前記平均形状算出手順において、前記複数の３次元形状の平均形状を、前記形状取得手順で取得した複数の３次元形状の積和演算又はモーフィングを用いて算出することを特徴とする請求項２に記載の生体センサの作製方法。
【請求項４】
前記平均形状算出手順において、前記形状取得手順で取得した複数の３次元形状のそれぞれについて前記３次元形状を形成する複数の平面を抽出し、前記平面の中心から前記平面の法線上の他の前記３次元形状を形成する平面までの距離が平均となる平均位置を前記平面ごとに算出し、前記平均位置の集合によって形成される３次元形状を、前記平均形状とすることを特徴とする請求項２に記載の生体センサの作製方法。
【請求項５】
前記平均形状算出手順において、前記形状取得手順で取得した複数の３次元形状のそれぞれについて予め定められた断面における２次元形状を抽出し、前記予め定められた断面ごとに前記２次元形状の平均形状を算出し、前記２次元形状の平均形状の集合によって形成される３次元形状を、前記平均形状とすることを特徴とする請求項２に記載の生体センサの作製方法。
【請求項６】
前記形状取得手順で取得した複数の前記３次元形状の表面同士の距離が小さくなるように、前記形状取得手順で取得した複数の前記３次元形状のそれぞれを配置する配置手順を、前記形状取得手順と前記平均形状算出手順の間にさらに有することを特徴とする請求項２から５のいずれかに記載の生体センサの作製方法。
【請求項７】
前記配置手順において、前記形状取得手順で取得した３次元形状の表面同士の距離について、前記３次元形状の表面の位置ごとの分散又は偏差が最小になるように、前記形状取得手順で取得した複数の前記３次元形状のそれぞれを配置することを特徴とする請求項６に記載の生体センサの作製方法。
【請求項８】
前記形状取得手順で取得した複数の前記３次元形状のうち、前記３次元形状の表面同士の距離が所定距離以下となる類似形状を抽出する類似形状抽出手順を、前記平均形状算出手順と前記装着部形状設定手順との間にさらに有することを特徴とする請求項２から７のいずれかに記載の生体センサの作製方法。
【請求項９】
前記形状取得手順において、弾性印象材を用いて型取りしたものを３次元形状スキャナで取り込むことを特徴とする請求項２から８のいずれかに記載の生体センサの作製方法。
【請求項１０】
前記形状取得手順において、一人の人間の外耳の特定部位の３次元形状を取得する際に、前記人間の外耳の特定部位の３次元形状を複数箇所に分けて型取りし、３次元形状スキャナで取り込んだものを合成することを特徴とする請求項９に記載の生体センサの作製方法。
【請求項１１】
前記外耳の特定部位が、外耳道から耳甲介腔にかけての後頭部側の部位であることを特徴とする請求項１から１０のいずれかに記載の生体センサの作製方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、外耳に安定して装着可能な生体センサの作製方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
高齢化が進み、成人の生活習慣病への対応が社会的に大きな課題となっている。特に高血圧に関連する疾患の場合、長期の血圧値の収集が非常に重要である点が認識されている。このような観点から、血圧値を始めとして、脈拍、脈波、心電、体温又は動脈血酸素飽和度等の生体情報を継続的に測定する測定装置が開発されている。
【０００３】
生体情報を継続的に測定する測定装置として、外耳道に常時装着する患者モニタ装置がある（例えば、特許文献１参照。）。この装置は、体内へ放射した赤外光、可視光の散乱光の受光量から血圧値などを算出するものである。しかし、この患者モニタ装置では、血圧測定装置としての具体的な構成は示されていない。
【０００４】
ここで、耳介の名称は非特許文献１、２、３による。また、耳介の表側とは耳介の顔面側に面している側であり、耳介の裏側とは耳介の後頭部側に面している側を示す。また、耳介の上端部とは、耳介と側頭部との境界における頭頂側の端部である。耳介の下端部とは、耳介と側頭部との境界における首側の端部である。
【特許文献１】特開平９−１２２０８３号公報
【非特許文献１】Ｓｏｂｏｔｔａ  図説人体解剖学第１巻（監訳者：岡本道雄）、ｐ．１２６、（株）医学書院、１９９６年１０月１日発行
【非特許文献２】Ｓｏｂｏｔｔａ  図説人体解剖学第１巻（監訳者：岡本道雄）、ｐ．１２７、（株）医学書院、１９９６年１０月１日発行
【非特許文献３】からだの地図帳  （監修・解説：高橋長雄）、ｐ．２０、（株）講談社、２００４年１月２９日発行
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
外耳又はその周囲は、日常生活での振動や変化が手足に比べて少なく、かつ、比較的太い動脈や抹消血管が表皮近くに多く存在するので、血圧値の測定に適している。血圧値を比較するためには脈波の再現性が要求されるが、外耳には動脈が数多く存在するので、装着位置の再現性が要求される。特に、血圧測定時のカフ加減圧に伴い装着位置が変化する場合がある。これを解決する方法としては、血圧計を外耳に装着するための装着部を設ける方法が考えられる。
【０００６】
装着部は、生体センサを外耳に常時装着して継続的に血圧値を測定するため、装着部の位置をできるだけ小さな刺激で一定の位置に固定する必要がある。しかし、外耳の形状は複雑かつ個人差が大きい。このため、装着部を単一の大きさ若しくは形状又は単純なパラメータによるサイズ分けをして作製しても、フィット感に欠け、装着部を人間の外耳に装着しても装着位置が安定せずに簡単にずれてしまう問題があった。
【０００７】
一方、装着部と外耳とのフィット感を高めるためオーダメイドにすると、個人ごとに外耳の特定部位の形状を測定し、測定した形状に合わせて装着部の形状を作製することになる。このため、装着部の作製のためのすべての工程を一人一人に対して行わなければならないので、血圧計１個の提供のために大掛かりな作製手順が必要となる。
【０００８】
よって、本発明は、複数の人間の外耳の特定部位に安定して装着が可能であり、かつ、装着位置の再現性が高い装着部を備える生体センサの作製方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る生体センサの作製方法は、生体情報を測定する生体センサを人間の外耳に装着する装着部のうち前記外耳の特定部位と接触させる部分の形状を、複数の人間の前記外耳の特定部位の平均形状に沿った形状とすることを特徴とする。
【００１０】
具体的には、本発明に係る生体センサの作製方法は、複数の人間の外耳の特定部位の３次元形状を取得する形状取得手順と、前記形状取得手順で取得した複数の３次元形状の平均形状を算出する平均形状算出手順と、生体情報を測定する生体センサを外耳に装着する装着部のうちの前記外耳の特定部位と接触させる部分の形状を、前記平均形状算出手順で算出した前記平均形状に沿った形状に設定する装着部形状設定手順と、を有することを特徴とする。
【００１１】
本発明に係る生体センサの作製方法では、前記平均形状算出手順において、前記複数の３次元形状の平均形状を、前記形状取得手順で取得した複数の３次元形状の積和演算又はモーフィングを用いて算出することが好ましい。積和演算又はモーフィングを用いることで、３次元形状の精密な平均形状を算出することができる。さらに、積和演算を用いることで、簡単な演算で平均形状を算出することができる。
【００１２】
本発明に係る生体センサの作製方法では、前記平均形状算出手順において、前記形状取得手順で取得した複数の３次元形状のそれぞれについて前記３次元形状を形成する複数の平面を抽出し、前記平面の中心から前記平面の法線上の他の前記３次元形状を形成する平面までの距離が平均となる平均位置を前記平面ごとに算出し、前記平均位置の集合によって形成される３次元形状を、前記平均形状とすることが好ましい。３次元形状の表面形状のデータを抽出して平均形状を算出できるので、３次元形状を表現するためのデータの容量を減少させることができる。
【００１３】
本発明に係る生体センサの作製方法では、前記平均形状算出手順において、前記形状取得手順で取得した複数の３次元形状のそれぞれについて予め定められた断面における２次元形状を抽出し、前記予め定められた断面ごとに前記２次元形状の平均形状を算出し、前記２次元形状の平均形状の集合によって形成される３次元形状を、前記平均形状とすることが好ましい。予め定められた断面を、装着部のうちの重要な部分の断面とすれば、重要な部分の平均形状を精密に算出することができる。
【００１４】
本発明に係る生体センサの作製方法では、前記形状取得手順で取得した複数の前記３次元形状の表面同士の距離が小さくなるように、前記形状取得手順で取得した複数の前記３次元形状のそれぞれを配置する配置手順を、前記形状取得手順と前記平均形状算出手順の間にさらに有することが好ましい。配置手順をさらに有することで、平均形状算出手順において算出する平均形状を、形状取得手順で取得した複数の３次元形状のそれぞれに近づけることができる。
【００１５】
本発明に係る生体センサの作製方法では、前記配置手順において、前記形状取得手順で取得した３次元形状の表面同士の距離について、前記３次元形状の表面の位置ごとの分散又は偏差が最小になるように、前記形状取得手順で取得した複数の前記３次元形状のそれぞれを配置することが好ましい。形状取得手順で取得した３次元形状の表面上の点と他の３次元形状の表面上の点との距離の分散又は偏差が最小になるように、形状取得手順で取得した３次元形状のそれぞれを配置するので、配置手順において、形状取得手順で取得した複数の３次元形状を最も重なるように配置することができる。これにより、平均形状算出手順において算出する平均形状を、形状取得手順で取得した複数の３次元形状のそれぞれに最も近づけることができる。
【００１６】
本発明に係る生体センサの作製方法では、前記形状取得手順で取得した複数の前記３次元形状のうち、前記３次元形状の表面同士の距離が所定距離以下となる類似形状を抽出する類似形状抽出手順を、前記平均形状算出手順と前記装着部形状設定手順との間にさらに有することが好ましい。類似形状抽出手順をさらに有することで、形状取得手順で取得した類似する３次元形状についてのみ平均形状を算出することができる。これにより、装着部の形状を、外耳の形状が類似している人同士の平均形状とすることができるので、外耳の形状が類似している人それぞれに適した装着部の形状に設計することができる。
【００１７】
本発明に係る生体センサの作製方法では、前記形状取得手順において、弾性印象材を用いて型取りしたものを３次元形状スキャナで取り込むことが好ましい。外耳の形状は細かく入り組んでいるので、弾性印象材を用いて型取りすることで、細かな部分についても精密な形状を取得することができる。又、型取りは装置が必要ないので、いろいろな場所で型取りを行うことができる。このため、複数箇所で型取りしたものを集め、共通の３次元形状スキャナで取り込めば、多くの人が利用可能となる。
【００１８】
本発明に係る生体センサの作製方法では、前記形状取得手順において、一人の人間の外耳の特定部位の３次元形状を取得する際に、前記人間の外耳の特定部位の３次元形状を複数箇所に分けて型取りし、３次元形状スキャナで取り込んだものを合成することが好ましい。外耳の形状は複雑なので、外耳の特定部位の３次元形状を分割して取得することで、正確な３次元形状を取得することができる。
【００１９】
本発明に係る生体センサの作製方法では、前記外耳の特定部位が、外耳道から耳甲介腔にかけての後頭部側の部位であることが好ましい。外耳道から耳甲介腔にかけての後頭部側の部位に装着部が接触することで、装着部の外耳への装着位置を一意的に決定することができる。これにより、カフの装着位置の再現性を高めることができる。更に、血圧測定時におけるカフの加減圧の際に、加減圧の反力を耳甲介腔及び外耳道の内壁の広い範囲で受けることができるので、血圧測定時におけるカフの移動を抑制することができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明は、生体センサを外耳に装着する装着部の形状を、複数の人間の外耳の特定部位の３次元形状の平均形状とするので、装着部の形状に各人の特徴を取り入れることができる。装着部の形状に各人の特徴を取り入れることで、各人の外耳の特定部位にフィットする装着部を作製することができる。このように、本発明に係る生体センサの作製方法は、各人の外耳の特定部位にフィットする装着部を作製することができるので、複数の人間の外耳の特定部位に安定して装着が可能であり、かつ、装着位置の再現性が高い装着部を備える生体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】
【００２１】
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。
【００２２】
図１は、本実施形態に係る生体センサの一例を示す模式図である。図１に示す生体センサ９１は、生体情報を測定するものであり、生体センサ９１を人間の外耳に装着する装着部１３を備える。生体情報は、例えば、脈拍、脈波、心電、体温、脈波血酸素飽和度、血流値及び血圧値である。図１では、一例として、生体センサ９１が、耳珠１０１を挟持して血圧値を測定する２個のカフ１１、１２を備える場合を示す。生体センサ９１は、さらに、先端でカフ１１を保持するアーム２１と、先端でカフ１２を保持するアーム２２と、アーム２１とアーム２２とを回転機構を介して接続するアーム接続部２３と、アーム２２とカフ１２との間隔を大小するカフ調節ネジ２４とを備えていてもよい。
【００２３】
２個のカフ１１、１２は、耳珠１０１を挟持して血圧値を測定するものである。２個のカフ１１、１２のうちの一方のカフ１１が耳珠１０１の外耳道１０２側を押圧し、２個のカフ１１、１２のうちの他方のカフ１２が耳珠１０１の顔面側を押圧する。カフ１１、１２としては、例えば、膨張または伸縮する袋体を用いることができる。袋体の膨張によって耳珠１０１を挟持する。ここで、膨張または伸縮は、カフ１１又はカフ１２のいずれかであってもよいし、カフ１１及びカフ１２の両方であってもよい。また、カフは弾性体であり、アーム２１とアーム２２との開閉によってカフ１１とカフ１２との間の耳珠１０１を挟持するものであってもよい。
【００２４】
カフ１１又はカフ１２の少なくともいずれかは、生体情報を測定するものである。例えば、カフ１１内に検出器を収容し、当該検出器を用いて生体情報を測定する。生体情報が血圧値の場合、検出器としては脈波を検出する光電センサを用いることができる。また、圧力変動から脈波を検出する圧脈波検出器を用いてもよい。
【００２５】
装着部１３は、生体センサを人間の外耳に装着するものである。図１では、装着部１３が２個のカフのうちの一方であるカフ１１と固定されることで、生体センサ９１を外耳に装着している。装着部１３は、接触部３１が外耳の特定部位１０４に接触する。ここで、特定部位１０４は、外耳道１０２から耳甲介腔１０３にかけての後頭部側の部位であることが好ましい。装着部１３が外耳の特定部位１０４に接触することで、カフ１１の装着位置を一意的に決定し、身体の動きによってその位置が変化することを抑制することができる。カフ１１、１２の加減圧の反力を耳甲介腔１０３及び外耳道１０２の内壁の全体で受ければ、血圧測定時におけるカフ１１、１２の装着位置の移動を抑制することができる。装着部１３の固定されるカフの一方は、２個のカフのうちのいずれのカフでもよいが、外耳道１０２側に配置されるカフ１１であることが好ましい。
【００２６】
さらに、カフ１１及びカフ１２が耳珠１０１を押圧しているとき、装着部１３には耳甲介腔１０３から外耳道１０２の入り口に向かう方向Ａに圧力が印加される。この際に、接触部３１が外耳道１０２の後頭部側の内壁及び耳甲介腔１０３に接触するので、外耳道１０２の入り口付近の湾曲部で方向Ａへの装着部１３の移動を制限することができる。さらに、装着部１３は、耳甲介腔１０３から外耳道１０２の後頭部側の内壁にかけて接触することが好ましい。広い範囲で接触すれば、さらに装着部１３を安定して装着し、カフ１１、１２を安定して固定することができる。さらに、装着部１３は、耳珠１０１側の内壁にも接触することが好ましい。装着部１３が耳珠１０１側の内壁にも接触すれば、耳珠１０１側の内壁の内側は変形しにくいので、装着部１３の方向Ａへの移動をさらに制限することができる。
【００２７】
装着部１３は、例えば、２個のカフ１１、１２の配列方向上でカフの一方であるカフ１１を固定し、２個のカフ１１、１２の配列方向上の端部にカフ１１側に凹んだ凹部が接触部３１に形成されているものである。２個のカフの配列方向とは、例えばカフ１１の中心とカフ１２の中心とを結ぶ方向とすることができる。カフ１１とカフ１２の相対位置が変化する場合は、耳珠１０１を挟持したときの、又は、カフ同士が対向しているときの、カフ１１の中心とカフ１２の中心とを結ぶ方向とすることができる。耳珠１０１に対する外耳道１０２の入り口の位置は個人差があるので、接触部３１の位置は必ずしも２個のカフ１１、１２の配列方向上にある必要はない。接触部３１が２個のカフ１１、１２の配列方向上に形成されていれば多くの被検者が装着できるので、２個のカフ１１、１２の配列方向上に接触部３１が形成されていることが好ましい。また、固定は、機械的な固定機構を用いた固定でもよいし、接着してもよい。
【００２８】
さらに、図１に示す装着部１３は、人体に対して十分硬いものが好ましい。すなわち、装着部１３は、カフ１１から印加される圧力に対して変形しないことが好ましい。例えば、デュロメータ硬さショアＡ型（ＪＩＳ  Ｋ６２５３）で略硬度９０以上であることが好ましい。また、ショアＤ型（ＪＩＳ  Ｋ６２５３）で略硬度５０以上が好ましい。装着部１３が人体よりも柔らかい場合、カフ１１から印加される圧力によって装着部１３が変形することがあるからである。このように、人体に対して十分硬いものであれば、カフ１１、１２を耳珠１０１に固定することができる。
【００２９】
本実施形態に係る生体センサの作製方法は、外耳で生体情報を測定する生体センサ９１において、生体センサ９１を人間の外耳に装着する装着部１３のうち外耳の特定部位１０４と接触させる部分３１の形状を、複数の人間の外耳の特定部位１０４の平均形状に沿った形状とする。例えば、複数の人間の耳珠１０１の外耳道１０２側面に接するカフ１１の反対側に当たる特定部位１０４の平均形状を算出し、当該平均形状を生体センサ９１を外耳に装着する装着部１３の形状とする。
【００３０】
耳珠１０１で生体情報を測定する生体センサ９１にとって重要なことは、加減圧時のカフ１１、１２の動きによって一意の場所に装置が装着されずに、測定する血圧値の再現性が低下することを防ぐことである。耳珠で測定する場合、生体センサ９１のカフ１１、１２は、耳珠１０１の外耳道１０２側と顔面１０５側の両側から挟持して押圧することが好ましい。この場合、耳珠１０１を挟持して押圧すると、カフ１１、１２が押し返され、カフ１１、１２は耳珠１０１から外れやすくなる。このとき、外耳道１０２から耳甲介腔１０３にかけての後頭部側の湾曲部である特定部位１０４にカフが固定されていれば、カフ１１は外耳から外れにくくなる。このため、外耳の特定部位１０４の形状にできる限りフィットする形状を抽出することが好ましい。
【００３１】
図２は、本実施形態に係る生体センサの作製方法の流れ図である。図２に示す生体センサの作製方法は、形状取得手順Ｓ１０１と、平均形状算出手順Ｓ１０２と、装着部形状設定手順Ｓ１０３と、装着部成形手順Ｓ１０６とを順に有する。以下、図１及び図２を参照しながら各手順について説明する。
【００３２】
形状取得手順Ｓ１０１では、複数の人間の外耳の特定部位１０４の３次元形状を取得する。３次元形状は、表面の３次元形状であり、例えば立体的な凹凸である。取得は、例えば、ステレオカメラ等の立体カメラ又は３次元スキャナを用いて取得する。ステレオマッチングは複雑な装置が不要なので、３次元形状を手軽に取得することができる。３次元スキャナは、レーザ光線等の非接触のものが好ましい。
【００３３】
形状取得手順Ｓ１０１において、一人の人間の外耳の特定部位１０４の３次元形状を取得する際に、弾性印象材を用いて型取りしたものを３次元形状スキャナで取り込むことが好ましい。例えば、外耳道１０２から耳甲介腔１０３にかけての特定部位１０４に、弾性印象材を充填して型取りを行い、その形状を３次元形状スキャナで取り込む。外耳の形状は細かく入り組んでいるので、弾性印象材を用いて型取りすることで、細かな部分についても精密な形状を取得することができる。又、型取りは装置が必要ないので、いろいろな場所で行うことができる。このため、複数箇所で型取りしたものを集め、共通の３次元形状スキャナで取り込めば、多くの人が利用可能となる。弾性印象材は、例えば、ハイドロコロイド印象材、寒天印象材、アルジネート印象材、ゴム質印象材、ポリサルファイドゴム印象材、シリコンゴム印象材又はポリエーテルゴム印象材がある。弾性印象材は人体に無害であることが好ましく、例えばアルジネート印象材又はシリコン印象材が好ましい。
【００３４】
形状取得手順Ｓ１０１において、一人の人間の外耳の特定部位１０４の３次元形状を取得する際に、人間の外耳の特定部位１０４の３次元形状を複数箇所に分けて型取りし、３次元形状スキャナで取り込んだものを合成することが好ましい。外耳の形状は複雑なので、外耳の特定部位１０４の３次元形状を分割して取得することで、正確な３次元形状を取得することができる。
【００３５】
図３は、形状取得手順Ｓ１０１で取得した外耳の３次元形状の一例を示す。図３では、外耳道１０２から耳甲介腔１０３にかけての外耳の３次元形状の表面形状が示されている。形状取得手順Ｓ１０１において、取得した外耳の３次元形状のなかから、外耳の特定部位１０４の３次元形状を抽出することが好ましい。装着部の外耳へのフィット感に最も重要な部分は外耳の特定部位１０４である。フィット感のために重要な部位を残して不要な部分は削除することで、複数人の外耳の特定部位１０４の形状にできる限りフィットさせることができる。よって、より多くの使用者に適用可能な装着部を提供することができる。
【００３６】
平均形状算出手順Ｓ１０２では、形状取得手順Ｓ１０１で取得した複数の３次元形状についての平均形状を算出する。平均形状算出手順Ｓ１０２の第１例としては、例えば、形状取得手順Ｓ１０１で取得した複数の３次元形状の積和演算又はモーフィングを用いて算出する。ここで、平均形状を求める積和演算とは、ブーリアン演算における積（ＡＮＤ）又は和（ＯＲ）の処理で平均を求めることである。例えば、積算によって共通の形状を抽出し、共通の形状で形成されるもっともありえる形状を平均形状として算出する。又、平均形状を求める積和演算は、積及び和の処理で平均を求めてもよい。例えば、画像同士の共通部分を順次足し合わせて平均を求めてもよい。画像の積算とは、例えば、多数枚の画像を重ねあわせ、重なり合う部分を残して、重ならない部分を削除することである。削除は例えば透明にする。画像の和算とは、例えば、多数枚の画像を重ね合わせ、背景は除く重ならない部分を追加することである。積和演算を用いることで、簡単な構成で複数の３次元形状の平均形状を得ることができる。又、平均形状を求めるモーフィングとは、一方の形状から他方の形状へ滑らかに変化していくように処理し、一方の形状と他方の形状との間を補完する複数の中間形状からもっともありえる形状を平均形状として算出することである。複数の３次元形状のうちのそれぞれについて複数の中間形状を算出することで、複数の３次元形状の平均形状を算出することができる。中間形状は、一方の形状と他方の形状との間の１次補完であってもよいし、２次以上の補完であってもよい。又、平均形状はサンプルデータの平均を行うことで算出してもよい。例えば、画素ごとにデータの平均値を算出することで、もっともありえる形状である平均形状を算出することができる。又、画素などの座標ごとに平均値を算出し、当該平均値によって形成される形状を平均形状としてもよい。平均形状算出手順Ｓ１０２は、例えば、３ＤＣＡＤや３Ｄ形状データを扱うことのできるモデリングソフトウェアを用いる。３次元形状を扱うソフトウェアのみならず、各ポリゴンデータの相対的な位置関係が分かれば、手動の数値計算によっても行うことができる。
【００３７】
図４は、平均形状算出手順Ｓ１０２の第２例を示す模式図である。図４は、形状取得手順Ｓ１０１で取得した３次元形状の表面形状２１０、２２０のそれぞれが、複数の平面で形成されている。平面は、例えばポリゴンである。図４では、表面形状２１０を形成する複数の平面のうちの平面２１１と平面２１２のみが示されている。又、表面形状２２０を形成する複数の平面のうちの平面２２１と平面２２２のみが示されている。更に、図４は、平面２１１の中心点２１５を通る平面２１１の法線方向の断面を示している。
【００３８】
平均形状算出手順Ｓ１０２の第２例では、形状取得手順Ｓ１０１で取得した複数の３次元形状のそれぞれについて３次元形状の表面形状２１０、２２０、２３０を形成する複数の平面２１１、２１２、２２１、２２２、２３１、２３２を抽出する。そして、平面２１１の中心点２１５から平面２１１の法線方向に垂線を伸ばし、当該垂線が他の３次元形状の表面形状２２０、２３０と交差するまでのそれぞれの距離２１６、２１７を算出する。ここで、なお、平面からの垂線が他のポリゴンと交差しないものについては、対象から除外することが好ましい。そして、平面２１１の法線上の他の３次元形状を形成する平面２２０、２３０までの距離２１６と距離２１７の平均となる平均位置２１８を算出する。同様に、平面２１２についても平均位置２１９を算出し、平均位置２１８及び平均位置２１９の集合によって形成される３次元形状を、平均形状とする。３次元形状の表面形状のデータを抽出して平均形状を算出できるので、３次元形状を表現するためのデータの容量を減少させることができる。
【００３９】
平均形状算出手順Ｓ１０２の第２例では、さらに、表面形状２２０及び表面形状２３０についても同様に平均形状を算出し、平均形状同士の平均形状を算出し、最終的な形状を平均形状とすることが好ましい。又、平均位置を平面ごとに算出するとき、ポリゴン分割を行うことが好ましい。平均位置の集合から３次元形状への算出は、ベジエ曲線等の多項式曲線の特徴指定による補間又は線形補間による補間によって行うことが好ましい。又、平均位置の集合によって形成されるメッシュ上に曲面を張ることで３次元形状を算出することが好ましい。又、平均位置の集合によって形成されるメッシュを内挿することが好ましい。
【００４０】
ポリゴンデータの状態では処理が行えない場合は、耳珠側を埋めるソリッドとしたデータに対して同様の処理を行い、その後耳珠側を埋めている面を取り除けばよい。これにより、この組み合わせ中のすべての外耳道−耳甲介腔形状をもつ使用者に装着可能な形状が抽出される。
【００４１】
図５は、平均形状算出手順Ｓ１０２の第３例を示す模式図である。図５は、形状取得手順Ｓ１０１で取得した３次元形状の表面形状の予め定められた断面における２次元形状２５１、２５２、２５３を示す。２次元形状は、表面形状を抽出した２次元曲線で示されている。２次元形状２５１、２５２、２５３は、断面の２次元形状からエッジを抽出し、耳珠（図１の符号１０１）側又は外耳道（図１の符号１０２）側のソリッド部分を削除し、２次元形状を抽出することが好ましい。ここで、２次元形状は、エッジとして残った画素の集合であってもよいが、ベジエ曲線やスプライン曲線などの多項式曲線に変換してもよい。
【００４２】
平均形状算出手順Ｓ１０２の第３例では、形状取得手順Ｓ１０１で取得した複数の３次元形状のそれぞれについて予め定められた断面における２次元形状２５１、２５２、２５３を抽出する。ここで、予め定められた断面は、例えば、カフ１１、１２のそれぞれの中心及びアーム接続部２３を通る面内に配置される装着部１３の断面又はこの断面に平行な断面である。複数の断面について２次元形状を算出することが好ましく、更に断面同士の間隔は短いことが好ましい。そして、予め定められた断面ごとに２次元形状の平均形状を算出する。例えば、２次元形状２５１、２５２、２５３の平均形状を算出する。平均形状は、例えば座標軸ごとに平均して算出する。又、２次元形状２５１、２５２、２５３の曲線同士の距離の平均から算出する。そして、２次元形状の平均形状の集合によって形成される３次元形状を、平均形状とすることが好ましい。複数の２次元形状の平均形状からの３次元形状の算出は、ベジエ曲線等の多項式曲線の特徴指定による補間、線形補間又はモーフィングによって行うことが好ましい。
【００４３】
装着部形状設定手順Ｓ１０３では、生体センサ９１を外耳に装着する装着部１３のうちの外耳の特定部位１０４と接触させる部分３１の形状を、平均形状算出手順Ｓ１０２で算出した平均形状に沿った形状に設定する。ここで、平均形状に沿った形状は、例えば、装着部１３を平均形状算出手順Ｓ１０２で算出した平均形状に合わせたときに、当該平均形状と装着部１３のうちの外耳の特定部位１０４と接触させる部分とが満遍なく接触する形状である。平均形状に沿った形状は、平均形状の凹凸を反転させた形状あることが好ましい。又、装着部１３を外耳に装着した際に、空隙なく接触するような形状であることが好ましい。なお、当該平均形状と装着部１３のうちの外耳の特定部位１０４と接触させる部分との間に、接触しない部分があってもよい。例えば、発汗や皮膚呼吸を妨げないように凹凸が設けられていることが好ましい。
【００４４】
装着部成形手順Ｓ１０６では、装着部１３の形状を、装着部形状設定手順Ｓ１０３で設定した形状に成形する。例えば、装着部形状設定手順Ｓ１０３で設定した形状の型を作製し、型に装着部１３の原料を流し込んで成形する。又、押し出し成形によって成形してもよい。装着部１３の原料は、例えば樹脂又はゴムがある。装着部１３は人体に対して影響の少ないものが好ましく、例えばシリコンが好ましい。
【００４５】
以上説明したように、本実施形態に係る生体センサ９１の作製方法は、生体センサを外耳に装着する装着部１３の形状を、複数の人間の外耳の特定部位の３次元形状の平均形状とする。装着部１３の形状には各人の特徴が取り入れられているので、個人ごとに外耳の特定部位１０４にばらつきがある場合でも、複数の人のそれぞれにフィットする装着部１３を作製することができる。これにより、本実施形態に係る生体センサ９１は、複数の人のそれぞれに対し、外耳の特定部位１０４に安定して装着が可能であり、かつ、装着位置の再現性が高い装着部１３を備えることができる。
【００４６】
さらに、本実施形態に係る生体センサ９１は、複数の人のそれぞれに対して外耳の特定部位１０４に安定して装着が可能な装着部１３を備えるので、生体センサ９１の装着時において、複数の人のそれぞれの生体センサ９１の装着位置を安定させることができる。これにより、生体情報の測定時における生体センサ９１の装着位置のずれを各人共に防ぐことができる。又、生体センサ９１は、複数の人のそれぞれに対して装着位置の再現性が高い装着部１３を備えるので、生体センサ９１の装着位置の再現性を各人共に高めることができる。よって、各人共に再現性の高い生体情報を測定することができる生体センサ９１とすることができる。
【００４７】
本実施形態に係る生体センサの作製方法では、形状取得手順Ｓ１０１と平均形状算出手順Ｓ１０２の間に配置手順Ｓ１０４をさらに有することが好ましい。配置手順Ｓ１０４では、形状取得手順Ｓ１０１で取得した複数の３次元形状が重なり合うように配置する。例えば、形状取得手順Ｓ１０１で取得した複数の３次元形状の表面同士の距離が小さくなるように、形状取得手順Ｓ１０１で取得した複数の３次元形状のそれぞれを配置する。表面同士の距離は、あらかじめ定められた３次元形状の表面の一部同士の距離が小さくなるように配置することが好ましい。あらかじめ定められた３次元形状の表面の一部は、外耳の特定部位１０４のうちの、外耳道１０２側の端部と、外耳道１０２の入り口付近に配置されることになる部分と、耳甲介腔１０３側の端部であることが好ましい。配置手順Ｓ１０４をさらに有することで、平均形状算出手順Ｓ１０２において算出する平均形状を、形状取得手順Ｓ１０１で取得した複数の３次元形状のそれぞれに近づけることができる。ここで、配置手順Ｓ１０４は、本実施形態に係る生体センサの作製方法が類似形状抽出手順Ｓ１０５をさらに有する場合は、類似形状抽出手順Ｓ１０５の前であることが好ましい。類似形状抽出手順Ｓ１０５の前であることで、類似形状抽出手順Ｓ１０５においてより正確に類似形状を抽出することができる。
【００４８】
例えば、配置手順Ｓ１０４では、前述の平均形状算出手順Ｓ１０２で説明した図４のように、外耳の３次元形状の表面形状２１０を形成する平面２１１の中心点２１５から、他の人の外耳の３次元形状の表面形状２２０を形成する平面２２１までの距離を算出し、その平面ごとの距離が小さくなるように配置する。又、配置手順Ｓ１０４では、前述の平均形状算出手順Ｓ１０２で説明した図５のように、形状取得手順Ｓ１０１で取得した複数の３次元形状の表面形状のそれぞれについて、予め定められた断面における２次元形状を抽出し、２次元形状同士の距離が小さくなるように、形状取得手順Ｓ１０１で取得した複数の３次元形状の表面形状のそれぞれについて配置する。
【００４９】
配置手順Ｓ１０４において、形状取得手順Ｓ１０１で取得した３次元形状の表面同士の距離について、３次元形状の表面の位置ごとの分散又は偏差が最小になるように、形状取得手順Ｓ１０１で取得した複数の３次元形状のそれぞれを配置することが好ましい。形状取得手順Ｓ１０１で取得した３次元形状の表面上の点と他の３次元形状の表面上の点との距離の分散又は偏差が最小になるように、形状取得手順Ｓ１０１で取得した３次元形状のそれぞれを配置するので、配置手順Ｓ１０４において、形状取得手順Ｓ１０１で取得した複数の３次元形状を重なる部分が最も多くなるように配置することができる。これにより、平均形状算出手順Ｓ１０２において算出する平均形状を、形状取得手順Ｓ１０１で取得した複数の３次元形状のそれぞれに最も近づけることができる。
【００５０】
３次元形状の表面の位置は、例えば、図４に示す平面の中心点２１５の頂点若しくは中心点２１５又は図５に示す２次元形状２５１の曲線を形成している点の各座標である。図４に示す平面の中心点２１５であれば、外耳の３次元形状の表面形状２１０からの人の外耳の３次元形状の表面形状２２０までの距離を平面ごとに算出し、平面間の分散又は偏差が最小になるように、外耳の３次元形状の表面形状２１０と人の外耳の３次元形状の表面形状２２０とを配置する。
【００５１】
本実施形態に係る生体センサの作製方法では、類似形状抽出手順Ｓ１０５を、平均形状算出手順Ｓ１０２と装着部形状設定手順Ｓ１０３との間にさらに有することが好ましい。類似形状抽出手順Ｓ１０５では、形状取得手順Ｓ１０１で取得した複数の３次元形状のうち、類似形状を集めたクラスタを作成する。そして、クラスタごとに平均形状算出手順Ｓ１０２へと移行する。すなわちクラスタごとに平均形状算出手順Ｓ１０２を行う。類似形状抽出手順Ｓ１０５をさらに有することで、形状取得手順Ｓ１０１で取得した３次元形状についてのみ平均形状を算出することができる。これにより、装着部の形状を、外耳の形状が類似している人同士の平均形状とすることができるので、外耳の形状が類似している人それぞれに適した装着部の形状に設計することができる。
【００５２】
類似形状抽出手順Ｓ１０５では、例えば、形状取得手順Ｓ１０１で取得した複数の３次元形状のうち、３次元形状の表面同士の距離が所定距離以下となる類似形状を抽出する。３次元形状の表面同士の距離は、当該表面の法線方向又は座標軸上の距離とすることができる。３次元形状の表面同士の距離は、例えば、各ポリゴンに対して計算した他の３次元形状との距離をｎ個算出し、算出したｎ個の距離のうちの一定割合以上が所定距離以内に収まっているときに類似形状とする。例えば、図５に示すように、２次元形状２５２と２次元形状２５３との距離をｎ個算出し、算出したｎ個の距離のうちの一定割合以上が所定距離以内に収まっているときに類似形状とする。２次元形状２５２と２次元形状２５３との距離は、同軸上であってもよいし、２次元形状２５２の法線方向であってもよい。ここで、一定割合は、８０％以上、望ましくは９０％が好ましい。又、所定距離は１ｍｍであることが好ましい。３次元形状の表面同士の距離が１ｍｍ以内であることで、装着部の形状を、外耳の形状が類似している人それぞれに適した装着部の形状に設計することができる。
【実施例】
【００５３】
まず、形状取得手順Ｓ１０１において、外耳道から耳甲介腔にかけての後頭部側の部位に、弾性印象材を充填して型取りを行い、その形状を、３次元形状スキャナ（コニカミノルタセンシング製、非接触３次元デジタイザ、ＶＩＶＩＤ９１０）で取り込んだ。取り込んだ形状を以後、簡単のため、外耳道−耳甲介腔形状と呼ぶ。そして、複数人の外耳道−耳甲介腔形状にできるだけフィットする形状を取得する必要があるので、外耳道−耳甲介腔形状以外の不要な部分は削除した。
【００５４】
配置手順Ｓ１０４では、モデリングソフトウェア（ＩｎｕｓＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ製、ＲａｐｉｄＦｏｒｍ２００４）を用い、取り込んだ複数の外耳道−耳甲介腔形状データを目視で形状の大部分が重なるように配置した。そして、「スキャン」ワークベンチの「位置合わせ（オート）」機能を用いて複数の外耳道−耳甲介腔形状の配置を最適化した。
【００５５】
類似形状抽出手順Ｓ１０５では、外耳道−耳甲介腔形状のポリゴン間の距離の平均が１ｍｍ以内となる外耳道−耳甲介腔形状データの組み合わせにクラスタ化した。
【００５６】
装着部形状設定手順Ｓ１０３では、モデリングソフトウェア（ＩｎｕｓＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ製、ＲａｐｉｄＦｏｒｍ２００４）の「ポリゴン」ワークベンチの「ブーリアン演算、シェルとシェルの積」の機能を使い、クラスタ内の外耳道−耳甲介腔形状データについて平均形状を算出した。
【００５７】
１５人の被検者に対して形状取得手順Ｓ１０１、配置手順Ｓ１０４及び類似形状抽出手順Ｓ１０５を行った結果、４人の外耳道−耳甲介腔形状が同一のクラスタに該当した。そして、この同一クラスタの４人の外耳道−耳甲介腔形状について装着部形状設定手順Ｓ１０３を行い、平均形状を算出した。ここでは簡単のため、平均形状をマージシェルと呼ぶ。図６、図７、図８、図９は、同一クラスタの４人の外耳道−耳甲介腔形状のそれぞれについて、外耳道−耳甲介腔形状とマージシェルとの距離を測定した結果である。
【００５８】
図１０は、血圧測定時の脈波を検出した１回目の結果であり、（ａ）はマージシェルを装着しなかった場合、（ｂ）はマージシェルを装着した場合を示す。図１０（ａ）において、５１１は光電容積脈波、５１２はカフ圧、５１３は受光レベルを示す。図１０（ｂ）において、５１５は光電容積脈波、５１６はカフ圧、５１７は受光レベルを示す。
【００５９】
図１１は、血圧測定時の脈波を検出した２回目の結果であり、（ａ）はマージシェルを装着しなかった場合、（ｂ）はマージシェルを装着した場合を示す。図１１（ａ）において、５２１は光電容積脈波、５２２はカフ圧、５２３は受光レベルを示す。図１１（ｂ）において、５２５は光電容積脈波、５２６はカフ圧、５２７は受光レベルを示す。
【００６０】
図１２は、血圧測定時の脈波を検出した９回目の結果であり、（ａ）はマージシェルを装着しなかった場合、（ｂ）はマージシェルを装着した場合を示す。図１２（ａ）において、５９１は光電容積脈波、５９２はカフ圧、５９３は受光レベルを示す。図１２（ｂ）において、５９５は光電容積脈波、５９６はカフ圧、５９７は受光レベルを示す。
【００６１】
上記図１０、図１１及び図１２の結果から、血圧計がマージシェルを備えない場合は受光レベル、カフ圧及び光電容積脈波のいずれも再現性がないが、マージシェルによって固定したときは、受光レベル、カフ圧及び光電容積脈波の波形のいずれも再現性があることが分かった。特に、光電容積脈波の波形については、脈波の出現する時点及び最大振幅となる時点が重要になる。これらの時点に注目した場合、図１１（ａ）及び図１２（ａ）に示すマージシェルを備えない場合は脈波の最大振幅となる時点が判別できず、血圧値の検出が不可能となっている。しかし、図１０（ｂ）、図１１（ｂ）及び図１２（ｂ）に示すマージシェルによって血圧計を外耳に装着した場合は、いずれについても理想的な脈波振幅の増減となっており、光電容積脈波の最大振幅の時点を高い再現性にて検出することができる。よって、血圧値を再現性よく測定することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６２】
本発明に係る生体センサは、外耳から生体情報を測定できるので、美容や健康の用途にも用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本実施形態に係る生体センサの一例を示す模式図である。
【図２】本実施形態に係る生体センサの作製方法の流れ図である。
【図３】形状取得手順Ｓ１０１で取得した外耳の３次元形状の一例を示す。
【図４】平均形状算出手順Ｓ１０２の第２例を示す模式図である。
【図５】平均形状算出手順Ｓ１０２の第３例を示す模式図である。
【図６】同一クラスタの４人の外耳道−耳甲介腔形状のそれぞれについて、外耳道−耳甲介腔形状とマージシェルとの距離を測定した結果である。
【図７】同一クラスタの４人の外耳道−耳甲介腔形状のそれぞれについて、外耳道−耳甲介腔形状とマージシェルとの距離を測定した結果である。
【図８】同一クラスタの４人の外耳道−耳甲介腔形状のそれぞれについて、外耳道−耳甲介腔形状とマージシェルとの距離を測定した結果である。
【図９】同一クラスタの４人の外耳道−耳甲介腔形状のそれぞれについて、外耳道−耳甲介腔形状とマージシェルとの距離を測定した結果である。
【図１０】血圧測定時の脈波を検出した１回目の結果であり、（ａ）はマージシェルを装着しなかった場合、（ｂ）はマージシェルを装着した場合を示す。
【図１１】血圧測定時の脈波を検出した２回目の結果であり、（ａ）はマージシェルを装着しなかった場合、（ｂ）はマージシェルを装着した場合を示す。
【図１２】血圧測定時の脈波を検出した９回目の結果であり、（ａ）はマージシェルを装着しなかった場合、（ｂ）はマージシェルを装着した場合を示す。
【符号の説明】
【００６４】
１１、１２  カフ
１３  装着部
２１、２２  アーム
２３  アーム接続部
２４  カフ調節ネジ
３１  接触部
９１  生体センサ
１０１  耳珠
１０２  外耳道
１０３  耳甲介腔
１０４  外耳の特定部位
１０５  顔面
Ａ  方向
【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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