(57)【要約】【課題】センサと血管の位置関係の正確さを要求せず、かつセンシングに指向性を有し、血管の脈動性信号の検出と呼吸信号の抽出が可能な検体情報処理装置を提供する【解決手段】検体７１における血管７３の脈動性信号に起因する圧力情報を受けて検体７１における血管７３の脈動性信号を検出するセンサ３１と、センサ３１の圧力情報の取込部３２に連通する空洞２３を有するとともに検体７１に対向する部位に３ｍｍから１０ｍｍの口径を有する開口部２２を有し開口部２２を検体７１に対向させて検体７１に装着された状態で空洞２３が閉鎖された空間構造を有するセンサ取付部２１とを有する脈動性信号検出ユニット１１と、脈動性信号検出ユニット１１のセンサ３１からの脈動性信号出力について、周波数復調処理を施すことにより、脈動性信号出力に含まれる呼吸信号を抽出する周波数復調部６１とをそなえて構成されたことを特徴とする、検体情報処理装置。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、該センサの該圧力情報の取込部に連通する空洞を有するとともに該検体に対向する部位に３ｍｍから１０ｍｍの口径を有する開口部を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有するセンサ取付部とを有する脈動性信号検出ユニットと、
該脈動性信号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、周波数復調処理を施すことにより、該脈動性信号出力に含まれる呼吸信号を抽出する周波数復調部とをそな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２】
該検体情報処理装置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信号補正部をそなえて構成されたことを特徴とする請求項１記載の検体情報処理装置。
【請求項３】
該信号補正部が、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２記載の検体情報処理装置。
【請求項４】
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３に記載の検体情報処理装置。
【請求項５】
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４記載の検体情報処理装置。
【請求項６】
該開口部の口径が動脈血管の直径の５倍以下であることを特徴とする、請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の検体情報処理装置。
【請求項７】
該脈動性信号検出ユニットの移動に伴って変化する該センサからの出力レベルを検出するレベル検出部と、
該レベル検出部での検出結果に基づいて出力レベル変化情報を表示するレベル表示部とをそなえ、
該レベル表示部が該脈動性信号検出ユニットに設けられていることを特徴とする、請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の検体情報処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、検体情報を検出して、この検体情報について処理を行う検体情報処理装置に関する。
【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。また、血管の脈動性信号のベースバンドに現れる、伝送歪みにより復調された呼吸成分から、呼吸信号信号を抽出する試みがなされている。
【０００３】
特許文献１（特開昭６３−０１５４１５３）では、被検出体への当接部分に当該検出体により形成される開口部を有する有限容積キャビティと、上記キャビティ内に設置された無指向性マイクロホンとから成り、被検出体の膨張変化あるいは収縮変化を上記キャビティ内の圧力変化として上記無指向性マイクロホンにて検出するセンサが開示されている。
【０００４】
特許文献２（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。また、人体頚部の皮膚表面から呼吸音を取得できたことが開示されている。
【０００５】
特許文献３（特開２００６−５５５０１）では、発光素子と受光素子とからなる光学式反射型センサを脈波センサとして用いて検出対象者の脈波を検出し、その検出した脈波信号を信号処理して胸腔内圧を検出することにより、呼吸の深さを検出することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開昭６３−０１５４１５３号公報
【特許文献２】特開２０１０−１１５４３１号公報
【特許文献３】特開２００６−５５５０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記特許文献１の場合、圧力センサの開口部は指を挿入できる程度の大きさであり、検体の特定部位の血管の振動を、指向性よく検出することが困難であるという課題がある。
上記特許文献２の場合、体内音取得装置は開口部の穴の径が１ｍｍ又は３ｍｍであり、細い血管の振動をその真上にマイクがなくても測定できるような工夫がなされていない。
上記特許文献３の場合、脈波信号から検出信号の包絡線を求めることで呼吸信号を生成しており、この方法で得られる呼吸信号のＳ／Ｎ比では、脈波を変調している呼吸信号を正確に反映したものが得られなかった。
【０００８】
また、ＥＣＭ（エレクトレットコンデンサマイクロホン、以下ＥＣＭともいう）は風除け等の理由から低周波領域の信号の感度が低いように設計されているが、上記文献のいずれもＥＣＭのこの特性については触れていない。
【０００９】
また、血管の脈動性信号において、ベースバンドに現れる、伝送歪みにより復調された呼吸成分を抽出する従来の方法では、Ｓ／Ｎ比の点で十分とは言い難く、呼吸信号の周波数成分を正しく取ることが出来ないという課題があった。
【００１０】
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、センサと血管の位置関係の正確さを要求せず、かつセンシングに指向性を有し、血管の脈動性信号の検出と呼吸信号の抽出が可能な検体情報処理装置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】
【００１１】
上記目的を達成するために、本発明の検体情報処理装置は、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、該センサの該圧力情報の取込部に連通する空洞を有するとともに該検体に対向する部位に３mmから１０mmの口径を有する開口部を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有するセンサ取付部とを有する脈動性信号検出ユニットと、該脈動性信号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、周波数復調処理を施すことにより、該脈動性信号出力に含まれる呼吸信号を抽出する周波数復調部とをそなえて構成されたことを特徴としている。
【００１２】
また、本発明の検体情報処理装置は、該検体情報処理装置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信号補正部をそなえて構成されてもよい。
【００１３】
また、本発明の検体情報処理装置は、該信号補正部が、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もよい。
【００１４】
また、本発明の検体情報処理装置は、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検出するコンデンサマイクとして構成されてもよい。
また、本発明の検体情報処理装置は、該コンデンサマイクが、ＭＥＭＳ−ＥＣＭで構成されてもよい。
また、本発明の検体情報処理装置は、該開口部の口径が動脈血管の直径の５倍以下であってもよい。
【００１５】
また、本発明の検体情報処理装置は、該脈動性信号検出ユニットの移動に伴って変化する該センサからの出力レベルを検出するレベル検出部と、該レベル検出部での検出結果に基づいて出力レベル変化情報を表示するレベル表示部とをそなえ、該レベル表示部が該脈動性信号検出ユニットに設けられていてもよい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、センサと血管の位置関係の正確さを要求しない仕組みを持ち、血管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を提供することができる。また、本発明の検体情報処理装置は、圧力センサーとしてのセンシング範囲が狭く限定されており、高い指向性（あるいは空間分解能）を持つことができる。また、本発明では、検体情報処理装置の指向性を利用して、血管から近い位置で脈動性信号を検出することにより、脈動性信号及び呼吸信号のＳ／Ｎ比及び感度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の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わす図である。
【図２】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３】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４】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５】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６】左手の手のひらの動脈を追跡した一例を示す模式図である。
【図７】検体情報処理装置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８】周波数復調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】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１０】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１１】ＥＣＭの構成の一例を模式的に表わす図である。
【図１２】ＭＥＭＳ−ＥＣＭの内部を上部から見た構成の一例を模式的に表わす図である。
【図１３】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１４】ＭＥＭＳ−ＥＣＭの回路構成の一例を表わす図である。
【図１５】ＭＥＭＳ−ＥＣＭの周波数特性の測定法の一例を説明するための機器の構成を模式的に表わした図である。
【図１６】ＭＥＭＳ−ＥＣＭのクローズドキャビティ形成時の低周波数域における周波数特性の一例を表わした図である。
【図１７】ＭＥＭＳ−ＥＣＭからの出力の周波数補正処理の方法の一例を説明するための図である。
【図１８】周波数補正処理を実現するためのアナログ回路の一例を示す図である。
【図１９】ＭＥＭＳ−ＥＣＭにより測定される周波数補正後の脈波の周波数特性の一例を示す図である。
【図２０】ＭＥＭＳ−ＥＣＭを用いて測定した波形を示す図であって、（ａ）はＭＥＭＳ−ＥＣＭを用いて測定した手首橈骨での容積脈波波形の一例を表わす図、（ｂ）はＭＥＭＳ−ＥＣＭを用いて測定した手首橈骨での速度脈波波形の一例を表わす図、（ｃ）はＭＥＭＳ−ＥＣＭを用いて測定した手首橈骨での加速度脈波波形の一例を表わす図である。
【図２１】圧電素子を用いて測定した波形を示す図であって、（ａ）は圧電素子を用いて測定した頚動脈の容積脈波を表わす図、（ｂ）は圧電素子を用いて測定した頚動脈の速度脈波を表わす図、（ｃ）は圧電素子を用いて測定した頚動脈の加速度脈波を表わす図である。
【図２２】ＭＥＭＳ−ＥＣＭを用いた検体情報処理装置における脈波の変化の一例を表わす図である。
【図２３】脈波の変化に伴う信号処理における機能構成の一例を表わすブロック図である。
【図２４】ＭＥＭＳ−ＥＣＭを用いた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２５】ＭＥＭＳ−ＥＣＭを用いた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２６】ＥＣＭを用いた検体情報処理装置の一部（脈動性信号ユニット及び信号補正部）の機能構成を表わすブロック図である。
【図２７】通常呼吸時の容積脈波と加速度脈波の周波数スペクトラムの一例を表わす図である。
【図２８】息止め時の容積脈波と加速度脈波の周波数スペクトラムの一例を表わす図である。
【図２９】呼吸波形の抽出要領を説明する図であって、（ａ）は抽出された呼吸波形の一例を表わす図、（ｂ）は容積脈波波形の一例を表わす図である。
【図３０】ＥＣＭを用いた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。
【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。
［１．検体情報処理装置］
［１−１．検体情報処理装置の構成例］
＜検体情報処理装置の構成＞
本発明の検体情報処理装置１（以下、本検体情報処理装置ともいう）は、図１に示すように、脈動性信号検出ユニット１１と信号処理部４１とをそなえて構成されている。
脈動性信号検出ユニット１１は、脈動性信号を検出して、信号処理部４１に脈動性信号を出力するものであって、センサ３１とセンサ取付部２１とを有する。
【００１９】
センサ３１は、検体７１における動脈血管７３の脈動性信号に起因する圧力情報を受けて、上記の検体７１における動脈血管の脈動性信号を検出するものである。センサ３１の筐体３５は、圧力情報の取込部３２を有しており、筐体３５の内部の空間である空気室３４にセンサ素子３３が設けられている。以下、動脈血管を単に血管と言うことがある。
【００２０】
センサ取付部２１は、検体情報処理装置１を検体７１に装着する際に検体７１の皮膚７２と接触する部分であって、センサ３１の圧力情報の取込部３２を有する面に付設して設けられ、ゴム製のＯ−リング２４によって形成されセンサ３１の圧力情報の取込部３２に連通する空洞（Ｃａｂｉｔｙ；キャビティ）２３を有するとともに、検体７１に対向する部位に開口部２２を有しており、開口部２２を検体７１の皮膚７２に装着された状態で空洞２３が閉鎖された空間構造を有する。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。
【００２１】
信号処理部４１は、脈動性信号検出ユニット１１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、信号補正部５１と、周波数復調部６１とを有している。
【００２２】
信号補正部５１は、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ものである。
【００２３】
周波数復調部６１は、センサ３１からの脈動性信号出力または信号補正部５１によって周波数補正処理が施された信号について周波数復調処理を施すことにより、脈動性信号出力または信号補正部５１によって周波数補正処理が施された信号に含まれる呼吸信号を抽出するものである。
【００２４】
検体情報処理装置１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４１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、信号補正部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７１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、周波数復調部６１によって抽出された呼吸信号を利用して、検体７１の呼吸状態の検査や、検体７１の睡眠又は覚醒状態の判断を行うことも出来る。
【００２５】
波形表示器８２は、信号処理部４１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４１の信号補正部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４１の周波数復調部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４１の信号補正部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。
【００２６】
本検体情報処理装置（以下、本装置ともいう）１は、上述のように構成されており、検体７１に開口部２２を密着させることで空洞２３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７１における検体情報処理装置１の装着部位付近に存在する血管７３の脈動性信号に起因する圧力情報を受けて、検体７１における血管７３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。
【００２７】
＜検体＞
本検体情報処理装置１を適用する検体７１としては、検体７１における動脈血管７３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７１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１を検体７１の皮膚７２に装着することが好ましい。
【００２８】
上記の構成では、検体７１における動脈血管７３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７３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。
【００２９】
本検体情報処理装置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。
【００３０】
本検体情報処理装置１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７３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。
【００３１】
＜開口部の口径＞
図７はセンサ取付部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。
【００３２】
図７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７３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。
【００３３】
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１を検体７１に装着した場合に、検体７１の表面の組織（皮膚、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、検体情報処理装置１を検体７１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７１の面積が狭い箇所に検体情報処理装置１を装着する場合にも、検体情報処理装置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７３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７３の真上に検体情報処理装置１が存在しない場合であっても血管７３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。
【００３４】
このため、開口部２２の口径は、通常３ｍｍ以上、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７１に装着した際に血管７３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７１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。
【００３５】
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、検体情報処理装置１の開口部２２を人の手首にに装着した場合には、動脈血管７３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７３の直径の２倍以上、４〜５倍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７１に装着した際に血管７３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７１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。
【００３６】
人の指に検体情報処理装置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７３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。
【００３７】
＜クロ−ズドキャビティを形成する材料＞
クロ−ズドキャビティを形成する材料としてここではゴム製のＯ−リング２４を挙げたが、検体７１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の高いものが望ましいが、皮膚７２に当たる側には、人体の皮膚７２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７２との親和性が高い素材を用いることが好ましい。
【００３８】
＜センサ＞
センサ３１としては、血管７３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７３の脈動に起因する検体７１の皮膚７２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。
【００３９】
ここでは、脈動性信号検出ユニット１１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することが好ましい。脈動性信号検出ユニット１１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】
［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１を機能的に表わすとき、検体情報処理装置１は、図２、図３に示すように、脈動性信号検出ユニット１１及び信号処理部４１を備え、信号処理部４１は、信号補正部５１及び周波数復調部６１を有している。
【００４１】
脈動性信号検出ユニット１１は、前述のごとく、センサ３１により検体７１における血管７３の脈動性信号に起因する圧力情報を受けて、検体７１における血管７３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。
【００４２】
信号補正部５１は、前述のごとく、脈動性信号検出ユニット１１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行うことで、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。信号補正部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。
【００４３】
また、信号補正部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。
【００４４】
周波数復調部６１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ものである。周波数復調部６１により呼吸信号を抽出する処理を、抽出処理ともいう。
【００４５】
検体情報処理装置１における呼吸信号の抽出は、図２に示すように、脈動性信号検出ユニット１１のセンサ３１からの脈動性信号出力を、信号補正部５１を介さずに、そのまま周波数復調部６１において周波数復調処理を行っても良い。
【００４６】
または、検体情報処理装置１における呼吸信号の抽出は、図３に示すように、脈動性信号検出ユニット１１のセンサ３１からの脈動性信号出力を、信号補正部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、周波数復調部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。
【００４７】
＜呼吸信号の抽出＞
周波数復調部６１を機能的に表わすとき、周波数復調部６１は、図８に示すように、位相比較器１５１、ローパスフィルタ１５２、ＶＣＯ（ｖｏｌｔａｇｅ  ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ  ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ；電圧制御発振器）１５３、分周器１５４を備えている。
【００４８】
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８に示すように、周波数復調部６１において、位相比較器１５１に脈動性信号を入力し、位相比較器１５１からの出力をローパスフィルタ１５２に入力してその出力でＶＣＯ１５３の発振周波数を調整し、分周器１５４によって分周し、位相比較器１５１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１５２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７１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。
【００４９】
［１−３．検体情報処理装置の動作］
図４、図５に示すフローチャートに従って、検体情報処理装置１の動作を説明する。
図２に示す機能構成を有する検体情報処理装置１では、図４に示すように、まず、脈動性信号検出ユニット１１のセンサ３１によって脈動性信号を検出する（ステップＳ１１）。
【００５０】
次に、周波数復調部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、周波数復調処理を施し（ステップＳ１２）、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Ｓ１３）。
【００５１】
また、図３に示す機能構成を有する検体情報処理装置１では、図５に示すように、まず、脈動性信号検出ユニット１１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４１の信号補正部５１は、脈動性信号検出ユニット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、周波数補正処理を施し（ステップＳ２２）、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（ステップＳ２３）、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４１の周波数復調部６１は、周波数復調処理を施し（ステップＳ２４）、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Ｓ２５）。
【００５２】
［１−４．効果］
本検体情報処理装置１によれば、検体情報処理装置１の開口部２２が血管７３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７３の直上になくとも、血管７３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７３の位置関係の正確さを要求しない仕組みを持ち、血管７３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１を提供することができる。
【００５３】
また、本検体情報処理装置１は脈動性信号の検出に際して、開口部２２を検体７１に対向させることで、センサ３１と検体７１の皮膚７２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１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１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。
【００５４】
さらに、本検体情報処理装置１の指向性を利用して、血管７３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。
【００５５】
［２．ＥＣＭ及びＭＥＭＳ−ＥＣＭについて］
本検体情報処理装置１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。
【００５６】
［２−１．クローズドキャビティと周波数応答］
本検体情報処理装置１は、血管７３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にして測定する。
このことを説明するために、センサ（マイクロホン）の開放状態とクローズの状態での周波数応答の相違について説明する。
【００５７】
検体７１における血管７３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９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９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。
【００５８】
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１０のようになる。図１０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１０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９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。
【００５９】
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。
【００６０】
すなわち、本装置では、従来測定が困難であった、１Ｈｚ付近の検体７１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７１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、さらには１Ｈｚ付近の脈動性信号から検体７１の呼吸信号を抽出することができるものである。
【００６１】
［２−２．ＥＣＭについて］
上述したような閉じた空間（空洞）の圧力変化として、微少振動を検出するときに最も身近なものはマイクロホンである。その中でも、ＥＣＭ（ｅｌｅｃｔｒｅｔ  ｃｏｎｄｅｎｓｅｒ  ｍｉｃｒｏｐｈｏｎｅ、エレクトレットコンデンサーマイクロホン）は、この用途には特に適したものである。ＥＣＭは携帯電話等への応用が進み、小型化、安定化は言うまでも無く、大量生産による入手しやすさが魅力である。
ＥＣＭはエレクトレット膜をコンデンサーマイクロホンの振動膜あるいは固定電極に融着させ、高感度・低電圧駆動を実現させた小型マイクロホンである。
【００６２】
図１１に示すように、ＥＣＭ２０１の筐体２０８は、外部と連通し窓のような形状からなる空気穴２０２を有しており、筐体２０８の内部の内部の空間である空気室２０５に、空気穴２０２に面したダイヤフラム２０３とバックプレート２０４とが対向して設けられている。ここでは、ダイヤフラム２０３としてエレクトレット膜を用いている。ダイヤフラム２０３及びバックプレート２０４には図示するように電極２０６が取り付けてあり、バックプレート２０４が固定電極となり、ここから信号を電圧の変化として検出することができ、ダイヤフラム２０３とバックプレート２０４との間のキャパシタンス（静電容量）を測定することができるようになっている。また、低インピーダンスで信号を取り出すために、電界効果トランジスタやＣＭＯＳ系のＩＣがインピーダンス変換素子として用いられる。空気穴２０２の口径は空気的な周波数特性の調整に用いられるが、おおむね筐体２０８における空気穴を有する側の径の１／３程度である。例えば、一般的な６ｍｍ径のＥＣＭの場合、空気穴の口径は２ｍｍほどである。また、この空気穴はひとつの穴でなく、さらに小さな空気穴を複数持つものも市販されている。
【００６３】
振動源から振動が発生した場合、空気穴２０２を通じて伝わる空気室２０５の空気の振動がダイヤフラム２０３を押す力となって働き、ダイヤフラム２０３とバックプレート２０４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。
【００６４】
ＥＣＭ２０１ではダイヤフラム２０３とバックプレート２０４との間に一定の電荷（Ｑ）を、動作時は常に付加し動作させる。さらにダイヤフラム２０３とバックプレート２０４との間の距離を（ｄ）、これらの面積を同じとして（Ｓ）とすると、このＥＣＭ２０１の静電容量（Ｃ）は次の式（１）で定義できる。
Ｃ∝Ｓ／ｄ      （１）
（上記式（１）において、∝は比例を意味する。）
【００６５】
一方、電磁気学から
Ｑ＝Ｃ×Ｖ      （２）
上記式（２）の関係が成り立つので、これらの式から、ＥＣＭ２０１から検出される電圧（Ｖ）は、下記式（３）で表わされる。
Ｖ∝Ｑ×ｄ／Ｓ      （３）
【００６６】
式（３）から明らかなように、電荷（Ｑ）と面積（Ｓ）は空気圧で変化することは無い定数のため、電圧（Ｖ）はダイヤフラム２０３とバックプレート２０４の距離（ｄ）に比例することになり、図１１の空気穴２０２から入ってくる空気振動は電圧Ｖの形で検出できることになる。
【００６７】
このようにして静電容量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。検体７１における血管７３の脈動性信号に起因する圧力情報も、血管７３の脈動性信号が検体７１の皮膚７２に伝わり、皮膚７２の振動が空洞２３内の空気を振動させることで、脈動性信号として検出することができる。
【００６８】
図１１では、空気穴２０２にダイアフラム２０３が対向している構成を挙げたが、ダイヤフラム２０３とバックプレート２０４は空気穴２０２に対して逆向きに設けても良い。即ち、空気穴２０２に面したバックプレート２０４とダイヤフラム２０３とを対向して設けても良い。
ここではダイヤフラムとしてエレクレット膜を用いている構成を説明したが、ダイヤフラムに外部から直流電圧をかける方式のＥＣＭも本発明に用いることができる。
【００６９】
［２−３．ＭＥＭＳ−ＥＣＭについて］
近年、ＥＣＭは小型化の要求からダイヤフラムに半導体プロセスによるシリコン性のダイヤフラムを用いることが多くなっている。このようなＥＣＭをＭＥＭＳ（ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  ｓｙｓｔｅｍ）−ＥＣＭという。
【００７０】
ＭＥＭＳ−ＥＣＭは半導体プロセスによりサブμｍオーダーの加工・成膜技術により立体的に微細加工を施した超小型のＥＣＭであり、一般に“シリコンマイクロホン”とも呼ばれる。ＭＥＭＳ−ＥＣＭは、原理的にはＥＣＭと同一であるが、ＥＣＭよりもサイズが小さく、空間を用いて周波数特性を調整するため、空気穴（音孔ともいう）のサイズは直径１ｍｍに満たないのが普通である。ＭＥＭＳ−ＥＣＭは感度・Ｓ／Ｎ・周波数特性ともに、通常のＥＣＭと比して遜色はなく、品質のばらつきも小さいことが知られている。
【００７１】
図１２に示すように、ＭＥＭＳ−ＥＣＭ２１１は、ダイヤフラムとバックプレートを備えるＭＥＭＳチップ２１２とＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ  Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ；相補型金属酸化膜半導体）チップ２１３が設けられ、ワイヤボンディング２１４で接続された構成となっている。
【００７２】
図１３に示すように、ＭＥＭＳ−ＥＣＭ２１１はＭＥＭＳ−ＥＣＭ内部の空間である空気室２２３に面したダイヤフラム２２１とバックプレート２２２が対向して設けられ、ダイヤフラム２２１とバックプレート２２２との間のキャパシタンス（静電容量）を測定することができるようになっている。ＥＣＭと同様に、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空気穴（音孔）を通じて伝わる空気室２２３の空気の振動がダイヤフラム２２１を振動させ、ダイヤフラム２２１とバックプレート２２２との距離が変化することによりキャパシタンス（容量）の変化が生じる。この容量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。なお、ダイヤフラム２２１とバックプレート２２２は空気穴（音孔）に対してどちらが対向するように設けても構わない。即ち、空気穴（音孔）に面したダイヤフラム２２１にバックプレート２２２を対向して設けても良く、空気穴（音孔）に面したバックプレート２２２にダイヤフラム２２１を対向して設けても良い。
【００７３】
図１４に示すように、ＭＥＭＳ−ＥＣＭは、ＭＥＭＳチップ部２３１と、ＣＭＯＳチップ部２３４とからなる。図１４の等価回路にあるようにインピーダンス変換と増幅のためにＣＭＯＳ構造のアンプを包含しているため、ＭＥＭＳチップ部２３１のダイアフラム２３２とバックプレート２３３において生じた電圧の変化は、ＣＭＯＳチップ部２３４のバッファ２３６を介し、更には増幅器２３５で増幅されて出力されるようになっている。
【００７４】
［２−４．クローズドキャビティの形成と脈動性信号の検出］
これらのＥＣＭあるいはＭＥＭＳ−ＥＣＭ（シリコンマイクということもある）を用いて、心臓に起因する血管７３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１０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、例えばこれらを直接人体の皮膚に押し付けてしまえばよい。この場合、空気穴とダイヤフラムの間で空間が閉じられるために図１０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。
【００７５】
しかしながら、実際には、ＥＣＭあるいはＭＥＭＳ−ＥＣＭを直接検体に押し付けても、所望の信号をなかなか得ることができない。最大の原因は、空気穴の径が小さすぎることにあると考えられる。例えば、空気穴の径が２ｍｍのＥＣＭでは血管７３の真上に空気穴が来たときにだけ信号が検出できた。一方で、ＭＥＭＳ−ＥＣＭでは空気穴（音孔）が血管７３の径より細いためか、ほとんど信号の検出が出来なかった。これは、検体７１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を設けない場合には、ＥＣＭ又はＭＥＭＳ−ＥＣＭの圧力情報の取込部（空気穴、音孔）３２の直下にある血管７３の脈動性信号を検出できるという特性が影響しているものと考えられる。また、検体７１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。
【００７６】
そこで、本検体情報処理装置１では、Ｏ−リング２４を用いて開口部２２と空洞２３を有するセンサ取付部２１を設け、クローズドキャビティの形成を行ない、空洞２３とセンサ３１の圧力情報の取込部３２と空気室を連通させることで、開口部２２の範囲内にある低周波の血管７３の脈動性信号の検出を可能にしている。
【００７７】
［２−５．ＥＣＭ及びＭＥＭＳ−ＥＣＭの周波数特性について］
現在の普通の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。
【００７８】
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。
【００７９】
低周波領域の感度低下は、可聴音域（２０Ｈｚ〜）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、本検体情報処理装置１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、この低周波領域の感度低下は検出に影響することが考えられる。
そこで、ＭＥＭＳ−ＥＣＭを用いた周波数特性の検証について説明する。
【００８０】
上述の通り、本検体情報処理装置１では、脈動性信号の検出及び呼吸信号の抽出を目的とするため１Ｈｚを含む低周波領域における周波数特性を検証する必要がある。周波数特性の検証は、図１５に示す構成の機器を用いて行った。
【００８１】
スピーカー４０３はダイナミック型スピーカーを用い、振動板を取り去り、スピーカーの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き（Ｅｘｃｉｔｅｒともいう）、その部分にゴムシートを貼り付けてある。このスピーカー４０３のゴムシートに、Ｃａｖｉｔｙの口径を拡大した周波数特性を検査される（被検）ＭＥＭＳ−ＥＣＭ４０５とを向かい合うように圧着して、空気室結合４０４を形成した。
【００８２】
この状態で、ＦＦＴアナライザ４０１（ＣＦ−７２００、株式会社小野測器）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により各周波数の信号を出力し、信号をＤＣパワーアンプ４０２に入力して増幅を行った。この増幅後の信号を入力１としてＦＦＴアナライザに入力している。
【００８３】
さらに、低周波信号発生器４０１から発生させた低周波信号でスピーカー４０３のボイスコイルを駆動することで、スピーカ４０３からの信号はゴムシートを信号どおりに上下することとなり、振動を感知した被検ＭＥＭＳ−ＥＣＭ４０５により生じた信号を、必要に応じて周波数補償回路４０６に周波数補正を行った信号４０７（容積脈波信号、速度脈波信号、加速度脈波信号）を入力２としてＦＦＴアナライザに入力した。なお、周波数補償回路４０６では、後述する周波数補正と同様の処理を行っている。すなわち、被検ＭＥＭＳ−ＥＣＭ４０５により生じた信号を積分したものが容積脈波信号、被検ＭＥＭＳ−ＥＣＭ４０５により生じた信号を増幅したものが速度脈波信号、被検ＭＥＭＳ−ＥＣＭ４０５により生じた信号を微分したものが加速度脈波信号として得られる。
駆動している低周波信号発生器の信号（入力１）と、入力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（入力２／入力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の低周波特性をの測定と検証を行った。
上述の周波数特性の測定法により、横軸に周波数（Ｈｚ）、縦軸に振幅（ｄＢ）をとることで、低周波の周波数特性の検証結果は図１６のように表わされる。
【００８４】
図１６に示すように、検証に用いられたＭＥＭＳ−ＥＣＭの周波数特性は、低周波に向かって、２０ｄＢ／ｄｅｃの感度低下が認められた。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。
【００８５】
この時、容積変化などの信号を検出すべき信号とすると、ＭＥＭＳ−ＥＣＭで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。
また、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。
【００８６】
［２−６．周波数補正処理について］
＜周波数補正処理＞
次に、脈動性信号出力についての周波数補正処理について説明する。
周波数補正処理とは、検体情報処理装置１のセンサ３１からの脈動性信号出力について、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補正処理をいう。
【００８７】
図１６のような応答を示すＭＥＭＳ−ＥＣＭの出力（測定データ）は、速度脈波として得られるため、周波数補正を行わない場合には、速度脈波を得ることができる。
ＭＥＭＳ−ＥＣＭの出力から脈波、そして加速度脈波を得るには図１７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。
【００８８】
すなわち、ＭＥＭＳ−ＥＣＭの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を通過させれば（容積）脈波が得られ、ＭＥＭＳ−ＥＣＭの出力に対して超低域から１００Ｈｚまで２０ｄＢ／ｄｅｃで上昇し、その後フラットな電気回路を通せば加速度脈波が得られることになる。また、ＭＥＭＳ−ＥＣＭの出力に対して補正処理を行わない場合には、速度脈波が得られる。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１９のようになった。
【００８９】
図１９において、Ｄは速度脈波の周波数特性を示し、Ｅは容積脈波の周波数特性を示し、Ｆは加速度脈波の周波数特性を示す。
図１９に示すこれらの加速度脈波、速度脈波、容積脈波は、周波数が高くなるにつれて４０ｄＢ／ｄｅｃ、２０ｄＢ／ｄｅｃ、０ｄＢ／ｄｅｃでゲインが上昇している。脈波の周波数付近ではそれぞれ、加速度脈波、速度脈波、そして脈波を発生する周波数特性となっている。
【００９０】
この周波数補正処理は、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、また、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る処理と同等の処理を行うものである。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。
【００９１】
また、周波数補正処理とは、脈波の周波数１Ｈｚに対して、微分動作を行うことで加速度脈波を得て、積分動作を行うことで容積脈波を得て、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。
【００９２】
このような周波数補正を施す回路をアナログ回路で表すと、図１８のように構成することができる。
図１８において、符号Ａで示す部分は増幅動作回路部分であり、符号Ｂで示す部分は積分動作回路部分であり、符号Ｃで示す部分は微分動作回路部分である。
【００９３】
＜周波数補正処理と脈波波形＞
手首橈骨に、開口部２２の口径を拡げて空洞２３がクロ−ズドキャビティを形成するようにＭＥＭＳ−ＥＣＭを当てて観測したの脈波の波形が図２０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２０（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２０（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２０（ｃ）のように表わされる。
【００９４】
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。一例として、圧電素子を用いて頚動脈の脈波を測定した容積脈波の波形は図２１（ａ）のように表わされる。また速度脈波は図２１（ｂ）のように表わされる。また、加速度脈波は図２１（ｃ）のように表わされる。
【００９５】
図２０（ｃ）及び図２１（ｃ）のピークにａ〜ｅの符号を付して示したように、加速度脈波を特徴付けるａ〜ｅのピーク（ａ波〜ｅ波）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。このｂ−ｄ波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）の合成の様態に由来し、ちょうど容積脈波においては図２０（ａ）におけるＰＷとＴＷで示した箇所のくびれの形状により大きく異なる。
【００９６】
図２０と図２１の波形の比較から、ＭＥＭＳ−ＥＣＭを用いて脈波の測定を行うことにより、観察された容積脈波（図２０（ａ））は、ＰＷとＴＷにより形成されるギャップが強調されており、また、加速度脈波（図２０（ｃ））においても顕著なピークを形成していることがわかる。
【００９７】
本発明の検体情報処理装置１によれば、空洞２３がクロ−ズドキャビティを形成することと、センサ３１としてＥＣＭ又はＭＥＭＳ−ＥＣＭを用いることにより、従来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。
【００９８】
［３．血管位置の検出と通知について］
＜血管位置の検出＞
脈動性信号検出ユニット１１を検体７１に対向させて設置して、検体情報処理装置１の検体７１上の位置を変えながら皮膚７２の表面で脈動性信号の検出を行なう。このとき、波形表示器８２により表示される脈動性信号の波形を確認することで、脈動性信号検出ユニット１１の位置の変化に伴う脈動性信号検出ユニット１１のセンサ３１からの出力レベルを検出することができる。さらに、脈動性信号検出ユニット１１のセンサ３１からの心拍（脈動性信号）が強く検出された位置（出力レベルとしての脈波波形の振幅が大きく検出された位置）をプロットすることを繰り返すことで、血管７３の位置を追跡することができる。図６は、左手の手のひらに検体情報処理装置１の脈動性信号検出ユニット１１を当てて、脈波の速度成分が少しでも検出できる位置を探し、その近辺で脈動性信号検出ユニット１１を少しずつずらしていき、速度脈波の振幅（脈動性信号の出力レベル）が一番大きくなるところをプロットしたものである。
【００９９】
左手の手のひらにおいて動脈が存在することが知られており、動脈の分布についての知見が得られている。この動脈の分布と図６のプロットの分布とを比較すると、図６のプロットは動脈の分布と一致しており、図６のプロットにより動脈血管が追跡できていることが分かる。図６に示すプロットでは、断続的にプロットが得られており動脈血管を完全にはトレースしきれていないものの、ＥＣＭをセンサ３１に用いた本検体情報処理装置１により、血管分布のような２次元マップを作成することができる。
【０１００】
なお、センサ３１からの出力レベルとしては、上述のように、波形表示器８２により表示される脈動性信号の脈波波形の振幅を用いることができる。脈動性信号としては、容積脈波、速度脈波、または加速度脈波のいずれを用いてもよい。または、コンピュータ８１において、信号処理部４１から入力された脈動性信号を処理して、脈動性信号の強さを検体情報処理装置１の位置の変化に伴う経時的な値として数値化することで脈動性信号の出力レベルとして比較するようにしてもよい。
【０１０１】
＜血管位置の通知＞
上述したように、本検体情報処理装置１を用いることで、検体情報処理装置１の指向性を利用して、脈動性信号検出ユニット１１の移動に伴って変化する、センサ３１の出力レベルを検出し、その出力レベルの変化に基づいて検体７１の皮膚７２の表面において動脈血管の位置を追跡することができる。
次に、本検体情報処理装置１の、この特性を利用して、本検体情報処理装置１による脈動性信号の検出の際に血管位置を通知し、適正な検出位置で本装置の装着と測定を行うことを可能にする装置について説明する
【０１０２】
このような血管位置の通知を行う検体情報処理装置１は、レベル検出部と、レベル表示部とをそなえ、レベル表示部が脈動性信号検出ユニット１１に設けられていることにより構成することができる。
レベル検出部は、脈動性信号検出ユニット１１の移動に伴って変化するセンサ３１からの出力レベルを検出するものである。
レベル表示部は、レベル検出部での検出結果に基づいて出力レベル変化情報を表示するものである。レベル表示部は本検体情報処理装置１における視認しやすい箇所、例えば本装置１を検体７１に装着したときに、本装置の上面となる部位に設けることが好ましい。
【０１０３】
血管位置の通知を行う検体情報処理装置４４１を機能的に表わすとき、例えば、図２３に示すように構成することができ、レベル検出部４４２は、ＰＬＬ（Ｐｈａｓｅ−ｌｏｃｋｅｄ  ｌｏｏｐ）４４３、タイミング発生部４４４、サンプルホールド４４５、４４６を備えており、レベル表示部４４７はコンパレータ４４８、４５０、及びＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ；発光ダイオード）４４９、４５１を備えている。
【０１０４】
検体情報処理装置１により脈波を測定する際に、脈動性信号検出ユニット１１を検体７１に対向させて位置を変えながら脈動性信号の検出をすることで、図２２に示すように、脈動性信号検出ユニット１１と検体７１の動脈血管７３との位置関係に応じて、センサ３１からの出力レベル（脈波の強さ（振幅））がピークｔ1〜ｔ8のように順に変化する。ここではｔ1〜ｔ4において、検体情報処理装置１が検体７１の動脈血管７３に近づくにつれて脈波の振幅が増大し、ｔ4においてピークとなる様子を表わしている。また、ｔ5〜ｔ8において、検体情報処理装置１が検体７１の動脈血管７３から離れるにつれて振幅が減少している様子を表わしている。
【０１０５】
測定により得られた脈波は、まずレベル検出部４４２において、脈動性信号検出ユニット１１の移動に伴って変化するセンサ３１からの出力レベルを検出する。一例として、図２３に示すように、ＰＬＬ４４３、タイミング発生部４４４、サンプルホールド４４５、４４６を利用して、サンプルホールド４４５から出力されるピーク値と、サンプルホールド４４６から出力される１ピーク位置分遅延したピークとを、コンパレータ４４８、４５０に入力する。
【０１０６】
次に、図２３に示すように、レベル表示部において、レベル検出部４４２からの出力に応じて、出力レベル評価情報を表示する。ここでは、コンパレータ４４８、４５０の出力がＬｏｗのときに、ＬＥＤ４４９、４５１が点灯するように構成されている。このため、コンパレータ４５０は、サンプルホールド４４５及びサンプルホールド４４６からの出力を受けて、サンプルホールド４４５からの入力がサンプルホールド４４６からの入力よりも高ければ（図２２のｔ1〜ｔ4の場合）、ＬＥＤ４５１を点灯させる。コンパレータ４４８は、サンプルホールド４４５及びサンプルホールド４４６からの出力を受けて、サンプルホールド４４５からの入力がサンプルホールド４４６からの入力よりも低ければＬＥＤ４４９を点灯させる。
ＬＥＤ４４９、４５１は、本装置における視認しやすい箇所に設けられているので、動脈血管７３の位置に近い、適正な検出位置に対応する部位に本装置が装着されたことを容易に知ることができる。
【０１０７】
本検体情報処理装置１は上述のように構成されているため、例えば検体７１として人の手首を周方向に一方向に移動させながら脈動性信号の検出をした場合、動脈血管７３から離れた状態のｔ1のピークから、検体情報処理装置１が動脈血管７３に近づくにつれて図２２のｔ2〜ｔ3のようにピークが増大し、動脈血管７３に最も近づいたｔ4においてピークが最大となる。この間、レベル検出部４４２がセンサ３１からの出力レベルを検出して、レベル表示部４４７はＬＥＤ４４９を消灯させ、ＬＥＤ４５１を点灯させる。さらに、検体情報処理装置１を移動させながら脈動性信号の検出を行うと、検体情報処理装置１が動脈血管７３から離れることで、ｔ5〜ｔ8において振幅が減少する。この間、レベル表示部４４７はＬＥＤ４４９を点灯させ、ＬＥＤ４５１を消灯させる。
【０１０８】
ＬＥＤ４４９及び４５１を、脈動性信号検出ユニット１１に設けておき、例えばＬＥＤ４４９を赤色、ＬＥＤ４５１を青色を発するようにすることで、検体情報処理装置１を移動させながら脈動性信号の検出をする場合に、動脈血管７３との位置関係をＬＥＤの点灯状態（点灯色）の変化で使用者に通知することができる。これにより、使用者は検体情報処理装置１を操作しながら、検体情報処理装置１に設けられた手元のＬＥＤを確認することで、簡便に動脈血管７３に近い適正な位置に本装置を装着して測定を行なうことができる。また、動脈血管７３に近い位置での測定が可能となり、強い脈動性信号を検出することができる。
【０１０９】
もちろん、ＬＥＤ４４９が点灯すると、出力レベルの判定結果を示す表示板（例えば、ＬＥＤ４４９の点灯により「後」と表示される表示板）を照らし、ＬＥＤ４５１が点灯すると、ＬＥＤ４４９が照らす表示板とは別の表示板（例えば、ＬＥＤ４５１の点灯により「前」と表示される表示板）を照らすように構成することも可能である。このように構成することにより、本装置を使用する者は、表示板の表示に従って操作を行うことで容易に動脈血管７３の位置を確認することができ、本装置の適正な装着位置を確認することが出来る。
【０１１０】
上述したように、検体情報処理装置１に、レベル検出部とレベル表示部とがそなえられ、レベル表示部が脈動性信号検出ユニット１１に設けられていることにより、簡便に血管７３の位置を検出することが可能となる。また、血管７３に近い適正な位置に本装置１を装着して測定を行なうことができるため、信号が強くＳ／Ｎ比が高い脈動性信号を検出することができる。さらには、血管７３に近い適正な位置に本装置１を装着して測定を行なうことができるため、周波数復調部６１により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。
【０１１１】
＜第一実施形態＞
［４．ＭＥＭＳ−ＥＣＭを用いた検体情報処理装置］
次に、本発明の第一実施形態である、センサとしてＭＥＭＳ−ＥＣＭを用いた検体情報処理装置について説明する。
本実施形態は、一部の構成を除いて上述の検体情報処理装置１と同様に構成されており、上述の検体情報処理装置１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
【０１１２】
［４−１．ＭＥＭＳ−ＥＣＭを用いた検体情報処理装置の構成例］
ＭＥＭＳ−ＥＣＭを用いた検体情報処理装置は、図１に示すように、脈動性信号検出ユニット１１と信号処理部４１とをそなえて構成されており、ＭＥＭＳ−ＥＣＭを用いた検体情報処理装置１では、図１に示す脈動性信号検出ユニット１１のセンサ３１として、ＭＥＭＳ−ＥＣＭを用いる。
【０１１３】
図２４は、センサ３１としてＭＥＭＳ−ＥＣＭを用いた脈動性信号検出ユニット３０１の構成例を模式的に表わす図である。図２５は、センサ３１としてＭＥＭＳ−ＥＣＭを用いた脈動性信号検出ユニット３５１の別の構成例を模式的に表わす図である。
【０１１４】
図２４に示すように、脈動性信号検出ユニット３０１は、センサ３１としてＭＥＭＳ−ＥＣＭ３１１を有し、ＭＥＭＳ−ＥＣＭ３１１には圧力情報の取込部３２として音孔３１２が設けられており、ＭＥＭＳ−ＥＣＭ３１１内部の空間である空気室３１５とＭＥＭＳ−ＥＣＭ３１１外部の空間とが連通している。ＭＥＭＳ−ＥＣＭ３１１内の空気室３１５にはＭＥＭＳ膜のダイヤフラム３１３、及びバックプレート３１４が設けられている。センサ取付部２１はゴム製のＯ−リング３３３と基板３３４によって形成されており、Ｏ−リング３３３によって形成される開口部３３１を検体３４１に向けて、検体３４１に装着された状態で、音孔３１２に連通する空洞３３２が、閉鎖された空間構造（クローズドキャビティ）をとっている。
【０１１５】
なお、図２４の符号３１６、３１７はセンサ素子を形成する支持台を表わし、符号３１８はＣＭＯＳを表わし、符合３１９、３２０はワイヤボンディングを表わし、符合３２１はＣＭＯＳを埋包するエポキシを表わし、符合３２２はＭＥＭＳ−ＥＣＭ３１１のＬｉｄ蓋を表わし、符合３２３はＭＥＭＳ−ＥＣＭ３１１の壁を表わす。
【０１１６】
開口部３３１において捉えられる検体３４１の振動が空洞３３２及び音孔３１２を通じて空気室３１５に伝わることで、ダイヤフラム３１３とバックプレート３１４との距離の変化を生じさせ、静電容量の変化から血管７３の脈動性信号を検出することができる。
【０１１７】
または、図２５に示すように、脈動性信号検出ユニット３５１は、センサとしてＭＥＭＳ−ＥＣＭ３６１を有し、ＭＥＭＳ−ＥＣＭ３６１には圧力情報の取込部として音孔３６２が設けられており、ＭＥＭＳ−ＥＣＭ３６１内部の空間である空気室３６５とＭＥＭＳ−ＥＣＭ３１１外部の空間とが連通している。ＭＥＭＳ−ＥＣＭ３６１内の空気室３６５にはＭＥＭＳ膜のダイヤフラム３６３、及びバックプレート３６４が設けられている。センサ取付部２１はゴム製のＯ−リング３８３と基板３８４によって形成されており、Ｏ−リング３８３によって形成される開口部３８１を、３９１に向けて検体３９１に装着された状態で、音孔３６２及び基板にあけた穴３７２に連通する空洞３８２が、閉鎖された空間構造（クローズドキャビティ）をとっている。
【０１１８】
なお、図２５の符号３６６、３６７はセンサ素子を形成する支持台を表わし、符号３６８はＣＭＯＳを表わし、符合３６９、３７０はワイヤボンディングを表わし、符合３７１はＣＭＯＳを埋包するエポキシを表わす。
【０１１９】
開口部３８１において捉えられる検体３９１の振動が空洞３８２及び音孔３６２を通じて空気室３６５に伝わることで、ダイヤフラム３６３とバックプレート３６４との距離の変化を生じさせ、静電容量の変化から血管７３の脈動性信号を検出することができる。
【０１２０】
［４−２．ＭＥＭＳ−ＥＣＭを用いた検体情報処理装置の機能構成］
ＭＥＭＳ−ＥＣＭを用いた検体情報処理装置を機能的に表わすとき、図２、図３に示すように、ＭＥＭＳ−ＥＣＭを用いた検体情報処理装置１は、脈動性信号検出ユニット１１及び信号処理部４１とを備え、信号処理部４１は、信号補正部５１及び周波数復調部６１を有している。
【０１２１】
ここで、ＭＥＭＳ−ＥＣＭを用いた検体情報処理装置１は、脈動性信号検出ユニット１１において、センサにＭＥＭＳ−ＥＣＭを用いる。ＭＥＭＳ−ＥＣＭからの脈動性信号出力は、信号補正部５１、または周波数復調部６１に入力される。
周波数復調部６１では、図８に示すように、ＰＬＬを利用する周波数復調処理により脈動性信号から呼吸信号を抽出する。
【０１２２】
ＭＥＭＳ−ＥＣＭを用いた検体情報処理装置の一部（脈動性信号ユニット１１及び信号補正部５１）の機能構成は、図２６に示すように表わすことができる。ＭＥＭＳ−ＥＣＭを用いた情報処理装置４２１は、コンデンサマイク４２３及びインピーダンス変換器４２４を備える脈動性信号検出ユニット４２２と、増幅器４２６、積分補正部４２７、及び微分数補正部４２８を備える信号補正部４２５を有している。ＥＣＭを用いた検体情報処理装置では、ＭＥＭＳ−ＥＣＭがコンデンサマイク４２３として機能する。
【０１２３】
コンデンサマイク４２３及びインピーダンス変換器４２４を備える脈動性信号検出ユニット４２２は、図２及び図３の脈動性信号ユニット１１におけるセンサ３１に相当し、増幅器４２６、積分補正部４２７、及び微分補正部４２８を備える信号補正部４２５は、図２及び図３の信号補正部５１に相当する。
【０１２４】
コンデンサマイク４２３で得られた信号は、インピーダンス変換器４２４に入力され、インピーダンス変換される。インピーダンス変換器４２４の出力信号は増幅器４２６に入力され、増幅処理が行われる。ＭＥＭＳ−ＥＣＭを用いた情報処理装置において、増幅器４２６の出力信号は速度脈波が得られるため、信号補正部４２５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４２６の出力信号を積分補正部４２７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４２６の出力信号を微分補正部４２８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。
【０１２５】
［４−３．ＭＥＭＳ−ＥＣＭを用いた検体情報処理装置の動作］
ＭＥＭＳ−ＥＣＭを用いた検体情報処理装置は、図４、図５に示すフローチャートのようにして、脈動性信号から呼吸信号を抽出する。
【０１２６】
ここで、ＭＥＭＳ−ＥＣＭを用いた検体情報処理装置１を用いて、人間の小指に検体情報処理装置１のＯ−リングにより形成される開口部を対向させて装着し、脈動性信号の検出と呼吸信号を抽出した場合を例として説明する。
【０１２７】
脈動性信号検出ユニットにより検出された脈動性信号は、ＭＥＭＳ−ＥＣＭを用いた検体情報処理装置１では速度脈波として得られるため、この速度脈波について周波数復調部６１により呼吸信号の抽出を行うことができる。または信号補正部５１により、速度脈波から容積脈波または加速度脈波に周波数補正を行い、これら容積脈波または加速度脈波について周波数復調部６１により呼吸信号の抽出を行うことができる。
【０１２８】
図２７、図２８を比較すると明らかなように、ＭＥＭＳ−ＥＣＭを用いた検体情報処理装置１を用いて検出した脈動性信号において、通常呼吸時の周波数スペクトラム（図２７）では、脈波のスペクトルに、脈波が呼吸により変調された、脈波の変調スペクトル（呼吸による変調スペクトル）がサイドバンドとして含まれていることが分かる。このような呼吸による脈波の周波数の変調は、これまでの検出装置では見られなかった。この変調スペクトルについて、周波数復調部６１により周波数復調処理を行うことにより呼吸信号抽出することができる。
【０１２９】
図２９（ｂ）は、時間経過に伴う容積脈波波形を表わす図であり、０秒〜約５１秒は普通に呼吸をしており（通常呼吸）、約５１秒〜約１分２１秒は息を止めており（息止め）、約１分１９秒以降は止めていた息を吐き出して呼吸をした際（通常呼吸）の脈波波形を表わしている。
【０１３０】
図２９（ａ）は、図２９（ｂ）の容積脈波波形から抽出された呼吸信号の波形（呼吸波形）を表わしている。図２９（ａ）において、０〜約５１秒では安定した呼吸波形が得られており、約５１秒〜約５５秒では、息止めにもかかわらず、多少追従して通常呼吸と同様の呼吸波形が得られている。また、約５５秒〜約１分２１秒では息止めの影響から呼吸波形が弱くなっている。さらに、約１分２１秒以降は息止め後に息を吐き出して通常呼吸に戻った反動により、強い呼吸波形が得られている。このように、脈波波形から抽出された呼吸波形は、検体の動作に影響を受けていることが分かる。
【０１３１】
［４−４．効果］
図２７、図２８から明らかなように、本発明のクロ−ズドキャビティの形成とＭＥＭＳ−ＥＣＭを組み合わせた検体情報処理装置１とを用いることで、従来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る。このため、従来の検出装置では見られなかった、脈波の呼吸による周波数変調を確認することができる。
【０１３２】
また、図２９（ａ）、（ｂ）から明らかなように、従来のベースバンドに現れる、伝送歪みにより復調された脈波を単に０．３Ｈｚ以下位の低域通過フィルタによって抜き出すことによる検出とは異なり、本発明のクロ−ズドキャビティの形成とＭＥＭＳ−ＥＣＭを組み合わせた検体情報処理装置１を用いることで、脈波波形から呼吸信号を復調でき、また検体の動作状況に応じて呼吸波形が変化する様子を捉えることができる。
【０１３３】
＜第二実施形態＞
［５．ＥＣＭを用いた検体情報処理装置］
本発明の第二実施形態である、ＥＣＭを用いた検体情報処理装置について説明する。
【０１３４】
本実施形態は、一部の構成を除いて上述の検体情報処理装置及び第一実施形態と同様に構成されており、上述の検体情報処理装置及び第一実施形態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。
【０１３５】
［５−１．ＥＣＭを用いた検体情報処理装置の構成例］
図３０は、センサとしてＥＣＭを用いた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。
【０１３６】
ＥＣＭを用いた検体情報処理装置は、図１に示すように、検体７１における血管７３の脈動性信号を検出して、脈動性信号に周波数復調処理を施すことにより、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って、脈動性信号検出ユニット１１と信号処理部４１とをそなえて構成されている。
ここで、脈動性信号検出ユニット１１のセンサ３１として、ＥＣＭを用いる。
【０１３７】
図３０に示すように、脈動性信号検出ユニット５０１は、センサ３１としてＥＣＭ５１１を有し、ＥＣＭ５１１には圧力情報の取込部として空気穴５１２が設けられている。ＥＣＭ５１１内の空気室５１５にはダイヤフラム５１３及びバックプレート５１４が設けられている。センサ取付部２１はゴム製のＯ−リング５３３によって形成されており、Ｏ−リング５３３によって形成される開口部５３１を検体５４１に向けて、検体５４１に装着された状態で、空気穴５１２に連通する空洞５３２が、閉鎖された空間構造（クローズドキャビティ）をとっている。
なお、図３０の符号５１６、５１７は電極を表わし、符合５１８はＥＣＭ５１１の筐体を表わす。
【０１３８】
開口部５３１において捉えられる検体５４１の振動が空洞５３２及び音孔５１２を通じて空気室５１５に伝わることで、ダイヤフラム５１３とバックプレート５１４との距離の変化を生じさせ、静電容量の変化から血管７３の脈動性信号を検出することができる。
【０１３９】
［５−２．ＥＣＭを用いた検体情報処理装置の機能構成］
ＥＣＭを用いた検体情報処理装置を機能的に表わすとき、図２、図３に示すように、ＥＣＭを用いた検体情報処理装置１は、脈動性信号検出ユニット１１及び信号処理部４１とを備え、信号処理部４１は、信号補正部５１及び周波数復調部６１を有している。
【０１４０】
ここで、ＥＣＭを用いた検体情報処理装置１は、脈動性信号検出ユニット１１において、センサ３１にＥＣＭを用いる。ＥＣＭからの脈動性信号出力は、信号補正部５１、または周波数復調部６１に入力される。
周波数復調部６１では、図８に示すように、ＰＬＬを利用する周波数復調処理により脈動性信号から呼吸信号を抽出する。
【０１４１】
ＭＥＭＳ−ＥＣＭを用いた検体情報処理装置１の一部（脈動性信号ユニット１１及び信号補正部５１）の機能構成は、図２６に示すように表わすことができる。ＥＣＭを用いた情報処理装置４２１は、コンデンサマイク４２３、及びインピーダンス変換器４２４を備える脈動性信号検出ユニット４２２と、増幅器４２６、積分補正部４２７、及び微分数補正部４２８を備える信号補正部４２５を有している。ＥＣＭを用いた検体情報処理装置では、ＥＣＭがコンデンサマイク４２３として機能する。
【０１４２】
コンデンサマイク４２３、及びインピーダンス変換器４２４を備える脈動性信号検出ユニット４２２は、図２及び図３の脈動性信号ユニット１１のセンサ３１に相当し、増幅器４２６、積分補正部４２７、及び微分補正部４２８を備える信号補正部４２５は、図２及び図３の信号補正部５１に相当する。
【０１４３】
コンデンサマイク４２２で得られた信号は、インピーダンス変換器４２４に入力され、インピーダンス変換される。インピーダンス変換器４２４の出力信号は増幅器４２６に入力され、増幅処理が行われる。ＥＣＭを用いた検体情報処理装置において、脈動性信号検出ユニットにより検出された脈動性信号は、速度脈波、容積脈波と速度脈波との中間の波形、または速度脈波〜加速度脈波との中間の波形して得られる。いずれの波形として得られるかは、ＥＣＭ毎の特性の違いにより変わってくるため、個々のＥＣＭ毎の特性にあわせて周波数補正を行う必要がある。脈動性信号検出ユニットにより検出された脈動性信号が速度脈波である場合には、信号補正部４２５では増幅処理以外の周波数補正処理を行わずに、加速度脈波を得ることができる。また、脈動性信号検出ユニットにより検出された脈動性信号が速度脈波である場合には、増幅器４２６の出力信号を積分補正部４２７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、脈動性信号検出ユニットにより検出された脈動性信号が速度脈波である場合には、増幅器４２６の出力信号を微分補正部４２８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。
【０１４４】
［５−３．ＥＣＭを用いた検体情報処理装置の動作］
ＥＣＭを用いた検体情報処理装置は、図４、図５に示すフローチャートのようにして、脈動性信号から呼吸信号を抽出する。
【０１４５】
脈動性信号検出ユニットにより検出された脈動性信号について、周波数復調部６１によりそのまま呼吸信号の抽出を行うことができる。周波数補正後の呼吸信号についても周波数復調部６１により呼吸信号の抽出を行うことが可能であるが、信号補正部５１により周波数補正を行う場合には、ＥＣＭ毎の特性にあわせ、脈動性信号に応じて周波数補正を行う必要がある。
【０１４６】
［５−４．効果］
クロ−ズドキャビティの形成とＥＣＭを組み合わせた検体情報処理装置１を用いることで、従来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、従来の検出装置では見られなかった、脈波の呼吸による周波数変調を確認することができる。
【０１４７】
また、従来のベースバンドに現れる、伝送歪みにより復調された脈波を、単に０．３Ｈｚ以下位の低域通過フィルタによって抜き出すことによる検出とは異なり、本発明のクロ−ズドキャビティの形成とＥＣＭを組み合わせた検体情報処理装置１を用いることで、脈波波形から呼吸信号を復調することができ、また検体の動作状況に応じて呼吸波形が変化する様子を適性且つ正確に捉えることができる。
【０１４８】
（その他）
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）を含む回路を備え、このデジタル回路により信号をデジタル処理する構成としても良い。
【０１４９】
また、脈動性信号検出ユニット１１により検出された脈動性信号を、検体情報処理装置外部のＡ／Ｄコンバータを介してコンピュータに出力し、ＣＰＵで信号を処理する構成としても良い。
【符号の説明】
【０１５０】
１      検体情報処理装置
１１    脈動性信号検出ユニット
２１    センサ取付部
２２    開口部
２３    空洞（Ｃａｖｉｔｙ）
２４    Ｏ−リング
３１    センサ
３２    圧力情報の取込部
３３    センサ素子
３４    空気室
３５    筐体
４１    信号処理部
５１    信号補正部
６１    周波数復調部
７１    検体
７２    皮膚
７３    血管
８１    コンピュータ
２０１、５１１  ＥＣＭ
２０２、３１２、３６２、５１２  空気穴（音孔）
２０３、３１３、３６３、５１３  ダイヤフラム
２０４、３１４、３６４、５１４  バックプレート
３１１、３６１          ＭＥＭ−ＥＣＭ
３３１、３８１、５３１  開口部
３３２、３８２、５３２  空洞（Ｃａｖｉｔｙ）
３３３、３８３、５３３  Ｏ−リング
３４１、３９１、５４１  検体
【図１】
2013244287.tif 000003
【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】
2013244287.tif 000009
【図８】
2013244287.tif 000010
【図９】
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【図１０】
2013244287.tif 000012
【図１１】
2013244287.tif 000013
【図１２】
2013244287.tif 000014
【図１３】
2013244287.tif 000015
【図１４】
2013244287.tif 000016
【図１５】
2013244287.tif 000017
【図１６】
2013244287.tif 000018
【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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【図２９】
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【図３０】
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