(57)【要約】【課題】例えば被測定者の指尖部にセンサが装着された場合において、ＭＥＭＳセンサに代えて光センサをセンサケーブルを介して脈波血圧計装置に接続して血管脈波を測定することができる信号変換アダプタ装置を提供する。【解決手段】皮膚を介して血管に光を放射する発光素子と、上記血管からの反射光又は上記血管を介した透過光を皮膚を介して受光する受光素子とを含み上記血管の血管脈波を測定する光センサと、脈波測定装置との間に挿入される信号変換アダプタ装置であって、入力される駆動信号に基づいて上記発光素子を駆動する駆動回路と、上記受光素子により受光された光を電気信号に変換して出力する検出回路と、上記電気信号を上記駆動信号として上記駆動回路に直接に同期帰還する帰還キャパシタとを備え、上記信号変換アダプタ装置は、上記検出回路から上記血管脈波に同期する自励発振信号を発生して血管脈波信号として出力する。【選択図】図１
2017029504.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
皮膚を介して血管に光を放射する発光素子と、上記血管からの反射光又は上記血管を介した透過光を皮膚を介して受光する受光素子とを含み上記血管の血管脈波を測定する光センサと、脈波測定装置との間に挿入される信号変換アダプタ装置であって、
入力される駆動信号に基づいて上記発光素子を駆動する駆動回路と、
上記受光素子により受光された光を電気信号に変換して出力する検出回路と、
上記電気信号を上記駆動信号として上記駆動回路に直接に同期帰還する帰還キャパシタとを備え、
上記信号変換アダプタ装置は、上記検出回路から上記血管脈波に同期する自励発振信号を発生して血管脈波信号として出力することを特徴とする信号変換アダプタ装置。
【請求項２】
上記信号変換アダプタ装置は、本体接続ケーブルを介して上記脈波測定装置に接続されることを特徴とする請求項１記載の信号変換アダプタ装置。
【請求項３】
上記信号変換アダプタ装置は、センサケーブルを介して上記光センサに接続されることを特徴とする請求項１又は２記載の信号変換アダプタ装置。
【請求項４】
上記脈波測定装置は、脈波血圧計装置を含むことを特徴とする請求項１〜３のうちのいずれか１つに記載の信号変換アダプタ装置。
【請求項５】
請求項１〜４のうちのいずれか１つに記載の信号変換アダプタ装置と、上記脈波測定装置とを備えることを特徴とする血管脈波測定システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば発光素子と受光素子とを用いて血管の脈動波形（以下、脈波という。）を取得して血管脈波測定を行う血管脈波測定システムのための信号変換アダプタ装置と、当該信号変換アダプタ装置を用いた血管脈波測定システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
図４は従来例に係るＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）センサ８を用いた血管脈波測定システムの構成を示すブロック図である（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図４において、脈波血圧計装置５には、本体接続ケーブル７及びセンサケーブル９を介して例えばＭＥＭＳセンサ８が接続されている。ここで、本体接続ケーブル７とセンサケーブル９とは着脱可能な１対のコネクタＣＮ１５，ＣＮ１２により接続され、また、本体接続ケーブル７の他端のコネクタＣＮ１３はそれと着脱可能なコネクタＣＮ１４と接続することで、本体接続ケーブル７を脈波血圧計装置５の本体に接続することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第５５４３０３６号公報
【特許文献２】特開２００２−３４５７６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
図４の血管脈波測定システムにおいて、ＭＥＭＳセンサ８が被測定者の指尖部に装着された場合に、ＭＥＭＳセンサ８に代えて光センサをセンサケーブルを介して脈波血圧計装置５に接続しても、出力が弱く血管脈波を測定することができない。また、特許文献２に開示された動脈圧の脈波測定装置のアンプを挿入しても血管脈波を測定することができないという問題点があった。
【０００６】
本発明の目的は以上の問題点を解決し、例えば被測定者の指尖部にセンサが装着された場合において、センサケーブルと本体接続ケーブルとの間に挿入される信号変換アダプタ装置であって、ＭＥＭＳセンサに代えて光センサをセンサケーブルを介して脈波血圧計装置に接続して血管脈波信号を測定することができる信号変換アダプタ装置を提供することにある。
【０００７】
また、本発明の別の目的は、上記信号変換アダプタ装置を用いた血管脈波測定システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
第１の発明に係る信号変換アダプタ装置は、皮膚を介して血管に光を放射する発光素子と、上記血管からの反射光又は上記血管を介した透過光を皮膚を介して受光する受光素子とを含み上記血管の血管脈波を測定する光センサと、脈波測定装置との間に挿入される信号変換アダプタ装置であって、
入力される駆動信号に基づいて上記発光素子を駆動する駆動回路と、
上記受光素子により受光された光を電気信号に変換して出力する検出回路と、
上記電気信号を上記駆動信号として上記駆動回路に直接に同期帰還する帰還キャパシタとを備え、
上記信号変換アダプタ装置は、上記検出回路から上記血管脈波に同期する自励発振信号を発生して血管脈波信号として出力することを特徴とする。
【０００９】
上記信号変換アダプタ装置において、上記信号変換アダプタ装置は、本体接続ケーブルを介して上記脈波測定装置に接続されることを特徴とする。
【００１０】
また、上記信号変換アダプタ装置において、上記信号変換アダプタ装置は、センサケーブルを介して上記光センサに接続されることを特徴とする。
【００１１】
さらに、上記信号変換アダプタ装置において、上記脈波測定装置は、脈波血圧計装置を含むことを特徴とする。
【００１２】
第２の発明に係る血管脈波測定システムは、上記信号変換アダプタ装置と、上記脈波測定装置とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る信号変換アダプタ装置によれば、例えば被測定者の指尖部にセンサが装着された場合において、センサケーブルと本体接続ケーブルとの間に挿入される信号変換アダプタ装置であって、ＭＥＭＳセンサに代えて光センサをセンサケーブルを介して脈波血圧計装置に接続して血管脈波に同期した自励発振信号である血管脈波信号を発生することで、従来技術に比較して大きな振幅を有する血管脈波信号を測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態に係る血管脈波測定システム１の構成を示すブロック図である。
【図２】被測定者の指尖部２に設けられた光センサ３を示す正面図である。
【図３】図１の光センサ３及び信号変換アダプタ４の構成を示す回路図である。
【図４】従来例に係るＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）センサ８を用いた血管脈波測定システムの構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明に係る実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下の各実施形態において、同様の構成要素については同一の符号を付している。以下では、測定対象として人間の血管の脈波について説明するが、生体の血管の脈波であればよく、人間以外の動物等を対象とすることができる。また、以下では、血管脈波測定として、脈拍、最大血圧、最小血圧の測定について説明するが、これ以外に、血管の脈動波形を用いて測定するものであればよい。例えば、脈拍波形の積分値から血流量に対応する量の測定を行い、脈動波形の微分値から血管の柔軟性を評価する測定を行うものであってもよい。以下で説明する材料、形状、寸法は例示であって、使用目的に応じこれらの内容を適宜変更してもよい。
【００１６】
図１は本発明の一実施形態に係る血管脈波測定システム１の構成を示すブロック図である。図１において、血管脈波測定システム１の構成要素ではないが、血圧等を測定する対象例である被測定者の指尖部２が図１に示されている。本実施形態に係る血管脈波測定システム１は、従来用いられているコロトコフ音を測定する圧迫カフ法、あるいは、動脈内に、圧力センサが連結されたカテーテルを挿入侵襲させて血管内の圧力を直接測定する観血法に代えて、発光素子と受光素子とを有する光探触子を含む光センサ３を用いて例えば指尖部２の血管の脈動波形を収得して脈波測定を行うシステムである。
【００１７】
血管脈波測定システム１は、
（ａ）被測定者６の血管の脈動取得に適した部位に取り付けられる光探触子を含む光センサ３と、
（ｂ）発光素子を駆動して光を放射させ、皮膚を介して血管により反射される反射光を受光素子によって検出する検出回路を備える信号変換アダプタ４と、
（ｃ）信号変換アダプタ４からの血管脈波信号である出力電圧ＶＯＵＴを増幅する増幅器３０と、増幅器３０からの出力電圧をディジタルデータにＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器３１と、装置コントローラ５０と、表示部６０とを備える脈波血圧計装置５と
を備えて構成される。
【００１８】
ここで、装置コントローラ５０は、内部メモリ５０ｍを含む例えばディジタル計算機などの制御装置であって、血管脈波測定処理モジュール５１と、血圧値校正処理モジュール５２とを含み、Ａ／Ｄ変換器３１からのディジタルデータを処理して血管脈波データを発生し、血管脈波データに対して公知の血圧値校正処理及び公知の血管脈波測定処理（例えば、特許文献１等参照）を実行する。また、表示部６０は例えばディスプレイ又はプリンタであって、装置コントローラ５０からの出力データに基づいて、脈動波形表示（移動平均処理後の脈動波形表示６１及びローパスフィルタ処理後の脈動波形表示６２）及び各血管脈波測定値表示（脈拍、最大血圧値Ｐｍａｘ及び最小血圧値Ｐｍｉｎ）を表示する。
【００１９】
図２は被測定者の指尖部２に設けられた光センサ３を示す正面図である。光探触子である光センサ３は、所定の保持部に発光素子である例えば２個の発光ダイオード（ＬＥＤ）Ｄ１，Ｄ２と、受光素子であるフォトトランジスタＱ１（フォトダイオードであってもよい）とが所定の回路基板に取り付けられて配置されて構成される。発光ダイオードＤ１，Ｄ２からの光が例えば指尖部２の血管により反射され、もしくは当該血管を透過し（すなわち、光センサ３は透過型でもよい）反射又は透過した光はフォトトランジスタＱ１に入射し、血管脈波に同期する電気信号に変換されて出力される。
【００２０】
発光ダイオードＤ１，Ｄ２とフォトトランジスタＱ１とは近接して配置されることが好ましいが、発光ダイオードＤ１，Ｄ２からの光がフォトトランジスタＱ１に直接入らないように、間に遮光璧を設ける等の構造的工夫をすることが好ましい。あるいは、レンズを発光ダイオードＤ１，Ｄ２とフォトトランジスタＱ１に設け、指向性を高めることもよい。ここで、光センサ３は、図示されていない適当なバンド、テープ等で被測定者の脈波検出に適した部位に取り付けられる。図２では、光センサ３が被測定者の指尖部２に取り付けられる様子が示されているが、これ以外に、手首の橈骨動脈部、腕の肘部の内側に対応する上腕動脈部、心臓の近傍等の部位に光センサ３を取り付けてもよい。
【００２１】
図３は図１の光センサ３及び信号変換アダプタ４の構成を示す回路図である。図３において、信号変換アダプタ４は、センサケーブル６を介して光センサ３に接続されるとともに、本体接続ケーブル７を介して脈波血圧計装置５に接続される。ここで、センサケーブル６の一端は光センサ３の６個の端子Ｔ１〜Ｔ６に接続され、その他端は端子Ｔ１１〜Ｔ１６を有するコネクタＣＮ１１が接続される。センサケーブル６において、端子Ｔ１〜Ｔ６はそれぞれ端子Ｔ１１〜Ｔ１６に接続される。信号変換アダプタ４の一端は端子Ｔ２１〜Ｔ２６を有するコネクタＣＮ１を備え、その他端は端子Ｔ３１〜Ｔ３４を有するコネクタＣＮ２を備える。コネクタＣＮ１１とＣＮ１とは互いに着脱可能な１対の接続手段である。
【００２２】
本体接続ケーブル７の一端は信号変換アダプタ４の４個の端子Ｔ４１〜Ｔ４４に接続され、その他端は端子Ｔ５１〜Ｔ５４を有するコネクタＣＮ１３が接続される。本体接続ケーブル７において、端子Ｔ４１〜Ｔ４４はそれぞれ端子Ｔ５１〜Ｔ５４に接続される。コネクタＣＮ２とＣＮ１２とは互いに着脱可能な１対の接続手段である。また、脈波血圧計装置５は端子Ｔ６１〜Ｔ６４を有するコネクタＣＮ１４を備える。コネクタＣＮ１４とＣＮ１３とは互いに着脱可能な１対の接続手段である。
【００２３】
光センサ３において、発光ダイオードＤ１のアノードは端子Ｔ３に接続され、そのカソードは端子Ｔ４に接続される。発光ダイオードＤ２のアノードは端子Ｔ１に接続され、そのカソードは端子Ｔ６に接続される。フォトトランジスタＱ１のエミッタは端子Ｔ２に接続され、そのコレクタは端子Ｔ５に接続される。
【００２４】
信号変換アダプタ４は、
（１）エミッタ接地の駆動トランジスタＱ１１及び抵抗Ｒ１１，Ｒ１２を備えて構成され、発光ダイオードＤ１，Ｄ２を駆動する駆動回路４１と、
（２）ベース接地の検出トランジスタ１２及び抵抗Ｒ３を備えて構成され、フォトトランジスタＱ１からの光検出信号を検出する検出回路４２と、
（３）検出回路４２の出力電圧ＶＯＵＴを駆動回路４１に帰還する帰還キャパシタＣｆと
を備え、
上記信号変換アダプタ４は、検出回路４２からの出力電圧ＶＯＵＴを帰還キャパシタＣｆを介して直接に駆動回路４１に入力させることで同期帰還させて自励発振回路を構成する。
【００２５】
なお、トランジスタＱ１１，Ｑ１２のための正の電源電圧ＶＣＣは脈波血圧計装置５から本体接続ケーブル７を介してトランジスタＱ１１，Ｑ１２に供給される。また、光センサ３のフォトトランジスタＱ１のための負の電源電圧−ＶＥＥは脈波血圧計装置５から本体接続ケーブル７、信号変換アダプタ４及びセンサケーブル６を介してフォトトランジスタＱ１に供給される。
【００２６】
発光ダイオードＤ１，Ｄ２に対する駆動回路４１としては、電源電圧ＶＣＣと接地の間に発光ダイオードＤ１，Ｄ２と駆動トランジスタＱ１１とを直列に接続して駆動トランジスタＱ１１の制御端子であるベースを所定のバイアス条件とする構成が用いられる。この構成において、駆動トランジスタＱ１１のベースヘの入力信号がハイとなると、駆動トランジスタＱ１１がオンして、発光ダイオードＤ１，Ｄ２に駆動電流が流れる。これによって発光ダイオードＤ１，Ｄ２が発光し、その光が皮膚を介して例えば指尖部２の血管に向けて放射される。また、フォトトランジスタＱ１のための検出回路としては、正の電源電圧ＶＣＣと負の電源電圧−ＶＥＥとの間に負荷抵抗Ｒ３と検出トランジスタＱ１２とフォトトランジスタＱ１とが直列に接続される構成が用いられる。この構成において、発光ダイオードＤ１，Ｄ２の光によって照射された例えば指尖部２の血管からの反射光を皮膚を介してフォトトランジスタＱ１が受光することで、フォトトランジスタＱ１に光電流が発生する。その光電流の大きさは、負荷抵抗Ｒ３に流れる電流の大きさに対応する出力電圧ＶＯＵＴの信号（出力電圧信号）として出力される。ここで、検出回路４２からの出力電圧ＶＯＵＴを帰還キャパシタＣｆを介して直接に駆動回路４１に入力させることで同期帰還させて、血管脈波に同期する交流の自励発振信号を発生して血管脈波信号として出力する。
【００２７】
図３に示すように、上記自励発振回路を構成する信号変換アダプタ４の回路からの出力電圧信号は脈波血圧計装置５の増幅器３０及びＡ／Ｄ変換器３１を介して装置コントローラ５０に出力される。このように、発光ダイオードＤ１，Ｄ２から光が例えば指尖部２の血管（正確には、例えば酸化ヘモグロンビンを含む血液が充填された血管の血管壁）により放射され、当該血管からの反射光をフォトトランジスタＱ１が受け取る場合には、発光ダイオードＤ１，Ｄ２からフォトトランジスタＱ１に直接入射する光の影響がないものとして、光センサ３からの出力電圧信号は光の伝搬距離（発光ダイオードＤ１，Ｄ２から放射された光がフォトトランジスタＱ１に到達するまでの距離をいう。）に応じて出力電圧ＶＯＵＴが変化するので、血管が脈動により変化すると、出力電圧ＶＯＵＴが変化し、すなわち、出力電圧ＶＯＵＴは脈動の変化に対応して変化する。
【００２８】
図４の従来例及び特許文献２では、大きな出力電圧の変化を得ることができなかったために、その周波数変化を電圧変化に変換して、脈動の変化を検出していたが、本実施形態では、図３に示すように、検出回路４２の出力電圧信号を直接に帰還キャパシタＣｆを介して駆動回路４１の入力信号として同期帰還させることで、自励発振させて血管脈波に同期する自励発振信号を発生させている。これにより、従来技術に比較して大きな電圧を有する自励発振信号である血管脈波信号（脈動波形）をきわめて簡単に得ることができる。
【００２９】
以上説明したように、例えば被測定者の指尖部にセンサが装着された場合において、センサケーブルと本体接続ケーブルとの間に挿入される信号変換アダプタ装置であって、ＭＥＭＳセンサに代えて光センサをセンサケーブルを介して脈波血圧計装置に接続して血管脈波信号を測定することができる信号変換アダプタ装置を提供できる。
【００３０】
以上の実施形態においては、脈波血圧計装置５を用いているが、本発明はこれに限らず、脈波血圧計装置５を含む、血管脈波を測定する装置に広く適用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
以上詳述したように、本発明によれば、例えば被測定者の指尖部にセンサが装着された場合において、センサケーブルと本体接続ケーブルとの間に挿入される信号変換アダプタ装置であって、ＭＥＭＳセンサに代えて光センサをセンサケーブルを介して脈波血圧計装置に接続して血管脈波信号を測定することができる信号変換アダプタ装置を提供できる。
【符号の説明】
【００３２】
１…血管脈波測定システム、
２…被測定者の指尖部、
３…光センサ、
４…信号変換アダプタ、
５…脈波血圧計装置、
６…センサケーブル、
７…本体接続ケーブル、
８…ＭＥＭＳセンサ、
９…センサケーブル、
３０…増幅器、
３１…Ａ／Ｄ変換器、
４１…駆動回路、
４２…検出回路、
５０…装置コントローラ、
５０ｍ…内部メモリ、
５１…血管脈波測定処理モジュール、
５２…血圧値校正処理モジュール、
６０…表示部、
６１，６２…脈動波形表示、
６３…血管脈波測定値表示、
Ｃｆ…帰還キャパシタ、
ＣＮ１〜ＣＮ１４…コネクタ、
Ｄ１，Ｄ２…発光ダイオード（ＬＥＤ）、
Ｑ１…フォトトランジスタ、
Ｑ１１…駆動トランジスタ、
Ｑ１２…検出トランジスタ、
Ｒ１〜Ｒ３…抵抗、
Ｔ１〜Ｔ６４…端子。
【図１】
2017029504.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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