(57)【要約】【課題】小型化の容易な血流センサ装置および血流測定システムを提供する。【解決手段】血流センサ１００は、基板２５０と、基板上に２次元に配列された複数の血流センサ２００であって、各々が、受光素子２１０および発光素子２２０を有する複数の血流センサと、複数の血流センサを制御するコントローラ４００と、を備え、コントローラ４００は、血流測定の対象である血管の種類に応じて複数の血流センサ２００の制御方法を変える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上に２次元に配列された複数の血流センサであって、各々が、受光素子および発光素子を有する複数の血流センサと、
前記複数の血流センサを制御するコントローラと、
を備え、
前記コントローラは、血流測定の対象である血管の種類に応じて前記複数の血流センサの制御方法を変える、血流センサ装置。
【請求項２】
前記コントローラは、前記血管の種類に応じて異なる波長の光を照射するように前記複数の血流センサを制御する、請求項１に記載の血流センサ装置。
【請求項３】
前記複数の血流センサは、所定のピッチで前記基板上に配列され、
前記コントローラは、前記血管の種類に応じて、行方向および／または列方向に隣接する駆動対象の血流センサの間の間隔を切り替え、血流測定の対象が第１の種類の血管であるときの前記間隔は、血流測定の対象が第２の種類の血管であるときの前記間隔よりも長い、請求項１に記載の血流センサ装置。
【請求項４】
前記コントローラは、血流測定の対象が第１の種類の血管であるとき、第１の波長域の第１の光を照射するように前記複数の血流センサのうち駆動対象の血流センサを制御し、血流測定の対象が第２の種類の血管であるとき、前記第１の波長域の波長よりも短い第２の波長域の第２の光を照射するように前記複数の血流センサのうち駆動対象の血流センサを制御する、請求項３に記載の血流センサ装置。
【請求項５】
前記複数の血流センサは、第１のピッチで前記基板上に配列された第１の複数の血流センサと、前記第１のピッチよりも小さい第２のピッチで前記基板上に配列された第２の複数の血流センサとを含み、
前記コントローラは、血流測定の対象が第１の種類の血管であるとき、前記第１の複数の血流センサを駆動し、血流測定の対象が第２の種類の血管であるとき、前記第２の複数の血流センサを駆動する、請求項１に記載の血流センサ装置。
【請求項６】
前記第１の複数の血流センサは、第１の波長域の第１の光を照射し、前記第２の複数の血流センサは、前記第１の波長域の波長よりも短い第２の波長域の第２の光を照射する、請求項５に記載の血流センサ装置。
【請求項７】
前記第１の波長域は近赤外光の波長域であり、前記第２の波長域は緑色の波長域である、請求項４または６に記載の血流センサ装置。
【請求項８】
前記第１の種類の血管は、動脈または静脈であり、前記第２の種類の血管は毛細血管である、請求項３から７のいずれかに記載の血流センサ装置。
【請求項９】
請求項１から８のいずれかに記載の血流センサ装置と、
前記複数の血流センサからの出力信号に基づいて血流状態を２次元的に検出する信号処理回路と、
を備える血流測定システム。
【請求項１０】
前記信号処理回路は、動脈硬化の度合、下肢静脈瘤の度合、熱中症の度合、および肩こりの度合の少なくとも１つを前記血流状態に基づいて測定する、請求項９に記載の血流測定システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、血流センサ装置および血流測定システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、健康管理は主に病院で行われ、心電図などの測定には大型の装置が用いられていた。近年になって、多くのテレビ番組で健康に関するテーマが取り上げられているように、健康への意識がより一層高まっている。また、血圧計に代表される小型の健康機器が数多く市販され、誰もがそれらを簡単に入手できるようになり、個人が様々な生体情報、例えば血圧、心電や脈拍などを目的に応じて容易に測定できるようになった。
【０００３】
例えば特許文献１および２が、受光素子および発光素子を含み、指先の血流を測定する小型の血流センサを開示している。特許文献１に開示された血流センサは透過光を受光素子で受光するものであり、一般に透過型血流センサと呼ばれている。特許文献２に開示された血流センサは反射光を受光素子で受光するものであり、一般に反射型血流センサと呼ばれている。以下、血流センサの原理を簡単に説明する。
【０００４】
血管内の血液量が多いと、血液による光の吸収量も多くなるので、受光素子の受光量は小さくなる。逆に、血管内の血液量が少ないと、血液による光の吸収量は少なくなるので、受光素子の受光量は大きくなる。このように、血流センサによれば、受光量の時間的な変化に基づいて血流状態を測定することができる。例えば、特許文献２の反射型の血流センサによれば、受光素子の受光量の時間的な変化に基づいて、血液粘度を測定することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭６４−６２１２１号公報
【特許文献２】特開２００８−１６１４９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述したような血流センサが提案されているものの、血液に関する疾患の中にはその程度を測定するために大型の測定装置が必要なものも少なくはない。例えば、ＣＡＶＩ（Ｃａｒｄｉｏ  Ａｎｋｌｅ  Ｖａｓｃｕｌａｒ  Ｉｎｄｅｘ）検査と一般的に呼ばれる動脈硬化の測定には病院関係者だけが扱える大型の装置が用いられる。そのような装置は一般家庭において簡単に利用できる小型の装置とは言えない。
【０００７】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、小型化の容易な血流センサ装置および血流測定システムを提供することを目的とする。本明細書において、例えば、血管は、動脈、静脈および毛細血管であり、血管に関連する疾患は、動脈硬化、下肢静脈瘤、熱中症および肩こりなどを意味する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の実施形態による血流センサ装置は、基板と、前記基板上に２次元に配列された複数の血流センサであって、各々が、受光素子および発光素子を有する複数の血流センサと、前記複数の血流センサを制御するコントローラと、を備え、前記コントローラは、血流測定の対象である血管の種類に応じて前記複数の血流センサの制御方法を変える。
【０００９】
ある実施形態において、前記コントローラは、前記血管の種類に応じて異なる波長の光を照射するように前記複数の血流センサを制御する。
【００１０】
ある実施形態において、前記複数の血流センサは、所定のピッチで前記基板上に配列され、前記コントローラは、前記血管の種類に応じて、行方向および／または列方向に隣接する駆動対象の血流センサの間の間隔を切り替え、血流測定の対象が第１の種類の血管であるときの前記間隔は、血流測定の対象が第２の種類の血管であるときの前記間隔よりも長い。
【００１１】
ある実施形態において、前記コントローラは、血流測定の対象が第１の種類の血管であるとき、第１の波長域の第１の光を照射するように前記複数の血流センサのうち駆動対象の血流センサを制御し、血流測定の対象が第２の種類の血管であるとき、前記第１の波長域の波長よりも短い第２の波長域の第２の光を照射するように前記複数の血流センサのうち駆動対象の血流センサを制御する。
【００１２】
ある実施形態において、前記複数の血流センサは、第１のピッチで前記基板上に配列された第１の複数の血流センサと、前記第１のピッチよりも小さい第２のピッチで前記基板上に配列された第２の複数の血流センサとを含み、前記コントローラは、血流測定の対象が第１の種類の血管であるとき、前記第１の複数の血流センサを駆動し、血流測定の対象が第２の種類の血管であるとき、前記第２の複数の血流センサを駆動する。
【００１３】
ある実施形態において、前記第１の複数の血流センサは、第１の波長域の第１の光を照射し、前記第２の複数の血流センサは、前記第１の波長域の波長よりも短い第２の波長域の第２の光を照射する。
【００１４】
ある実施形態において、前記第１の波長域は近赤外光の波長域であり、前記第２の波長域は緑色の波長域である。
【００１５】
ある実施形態において、前記第１の種類の血管は、動脈または静脈であり、前記第２の種類の血管は毛細血管である。
【００１６】
本発明の実施形態による血流測定システムは、上記のいずれかに記載の血流センサ装置と、前記複数の血流センサからの出力信号に基づいて血流状態を２次元的に検出する信号処理回路と、を備える。
【００１７】
ある実施形態において、前記信号処理回路は、動脈硬化の度合、下肢静脈瘤の度合、熱中症の度合、および肩こりの度合の少なくとも１つを前記血流状態に基づいて測定する。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の一実施形態によれば、小型化の容易な血流センサ装置および血流測定システムが提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】第１の実施形態による血流センサ装置１００の基本的なブロック構成を示す模式図である。
【図２Ａ】第１の実施形態による血流センサ２００の構成を示す模式図である。
【図２Ｂ】図２Ａ中のＡＡ’線に沿った断面を示す模式図である。
【図３】図２Ａ中のＡＡ’線に沿った断面における配線の様子を示す模式図である。
【図４】血流センサ装置１００を用いて脳波伝播速度を測定する様子を示す模式図である。
【図５Ａ】掌の脈波を測定するときの手と複数の血流センサ２００との位置関係を示す模式図である。
【図５Ｂ】足の裏の脈波を測定するときの足と複数の血流センサ２００との位置関係を示す模式図である。
【図６】血流センサ装置１００を用いて下肢静脈瘤の度合を測定する様子を示す模式図である。
【図７】下肢静脈瘤になりかけた血管における２次元的な血流分布の一例を示す模式図である。
【図８】血流センサ装置１００を用いて熱中症の度合を測定する様子を示す模式図である。
【図９】血流センサ装置１００を用いて肩こりの度合を測定する様子を示す模式図である。
【図１０】第３の実施形態による血流センサ２０１の構成を示す模式図である。
【図１１】血流センサ２０１を行列状に配置して血流センサ装置１０１を構成する様子を示す模式図である。
【図１２】第４の実施形態による血流測定システム５００のハードウェア構成例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明の実施形態による血流センサ装置は、基板と、基板上に２次元に配列された複数の血流センサであって、各々が、受光素子および発光素子を有する複数の血流センサと、複数の血流センサを制御するコントローラと、を備え、コントローラは、血流測定の対象である血管の種類に応じて複数の血流センサの制御方法を変える。
【００２１】
この血流センサ装置によると、２次元に配列された複数の血流センサからの出力信号に基づいて２次元的な血流分布を捉えることで、血管に関連する疾患の程度を測定できる、一般家庭でも使用可能な小型の血流センサ装置が提供される。
【００２２】
以下、添付の図面を参照しながら、本発明の実施形態による血流センサ装置および血流測定システムを説明する。以下の説明において、同一または類似する構成要素については同一の参照符号を付している。なお、本発明の実施形態は、以下で例示する血流センサ装置および血流測定システムに限られない。例えば、一の実施形態と、他の実施形態とを組み合わせることも可能である。
【００２３】
（第１の実施形態）
図１から図３を参照しながら、本実施形態による血流センサ装置１００の基本構成を説明する。
【００２４】
図１は、血流センサ装置１００の基本的なブロック構成を模式的に示している。図２Ａは、血流センサ２００の構成を模式的に示している。図２Ｂは、図２Ａ中のＡＡ’線に沿った断面を模式的に示している。図３は、図２Ａ中のＡＡ’線に沿った断面における配線の様子を模式的に示している。
【００２５】
血流センサ装置１００は、典型的には、複数の血流センサ２００と、共通の発光素子用配線３００と、複数の受光素子用配線３１０と、コントローラ４００とを備えている。血流センサ装置１００は、反射型の血流センサである。血流センサ装置１００の血流測定の対象は、例えば動脈（特に頸動脈）、静脈（特に下肢静脈）および毛細血管である。
【００２６】
複数の血流センサ２００は、基板２５０上に２次元に配列されている。図示されるように、複数の血流センサ２００は典型的には、行列状に配置される。ただし、例えば奇数列の血流センサ２００を基準として偶数列の血流センサ２００を半ピッチずらして配置することもできる。このような構成によれば、複数の血流センサ２００を用いて体内の血流分布を２次元的に測定することができる。
【００２７】
血流センサ２００は、血流センサ装置１００の基本単位であり、発光素子２１０および受光素子２２０を含んでいる。発光素子２１０および受光素子２２０は所定の間隙を介して配置される。例えば所定の間隙は０．５ｍｍ以上５．０ｍｍ以下である。また、発光色を考慮すると、発光色が赤色の場合には所定の間隙は０．５ｍｍ以上2ｍｍ以下であることが好ましく、発光色が緑色の場合には所定の間隙は２ｍｍ以上５ｍｍ以下であることが好ましい。
【００２８】
発光素子２１０の形状は、例えばディスク状であり、その直径は２００μｍ以上３００μｍ以下である。ただし、発光素子２１０の形状はディスク状に限らず任意であり、例えばロッド状であり得る。発光素子２１０は、８００ｎｍ以上の波長域の光を出射する。本実施形態では、後述するように血流センサ装置１００を用いて動脈硬化の度合を測定することができる。人体において、動脈は皮膚の表皮から比較的深い位置にある。そのため、表皮から動脈までの光の侵入長を考慮すると、発光素子２１０は、例えば８００ｎｍ以上１１５０ｎｍ以下の波長域の近赤外光を出射することが好ましい。その場合、半導体材料としては、バンドギャップが１．５ｅＶ以下の材料を用いることができる。例えば、ＩｎＧａＡｓＰ系の化合物半導体を用いることができる。
【００２９】
動脈とは異なり、毛細血管は表皮から比較的浅い位置にある。また、動脈の中でも頸動脈は表皮近傍に存在することが知られている。そのため、例えば頸動脈や毛細血管の血流を測定する場合、発光素子２１０には、例えば４３５ｎｍ以上５８０ｎｍ以下の波長域の緑色光を出射する発光素子が適している。これにより、光の侵入長を相対的に短くでき、表皮から比較的浅い位置にある毛細血管や頸動脈の血流分布を効果的に測定することができる。
【００３０】
発光素子２１０として、発光ダイオードおよび半導体レーザ（レーザダイオード）のいずれも用いることができる。また、大面積光源が実現され、かつ、基板２５０に対して垂直に出射された光を均一に血管に照射できる観点から、発光素子２１０は面発光型であることが好ましい。
【００３１】
発光素子２１０として発光ダイオードを用いる場合、血流センサ２００は、例えば上述した反射型血流センサの原理に基づいて動作する。発光素子２１０として半導体レーザを用いる場合、血流センサ２００は、例えば公知のレーザドップラーフローメトリー（ＬＤＦ）法に基づいて動作する。ＬＤＦ法は、レーザ光を生体組織中に照射したときに赤血球で散乱される光のドップラーシフト周波数の広がりに基づいて血流量を推定するものである。
【００３２】
図２Ｂに示されるように、ディスク状の発光素子２１０を配列するために、対応する受光素子２２０が配置される位置に隣接して排気用穴２４０が基板２５０を貫通している。排気用穴２４０の直径は例えば５０μｍ以下である。溶液に発光素子２１０を混ぜ込み、基板２５０の下方から図中の矢印の方向に排気用穴２４０を通して排気する。これによって、溶液に流れが生じて、ディスク状の発光素子２１０は排気用穴２４０に引き寄せられる。発光素子２１０によって埋まった排気用穴２４０には別の発光素子２１０は位置できないので、複数の発光素子２１０をそれぞれの排気用穴２４０に排他的に配列することができる。排気用穴加工のより詳細な説明は、米国特許出願公開第２０１４／０１４７６２３号明細書に記載されている。その開示内容の全てを参考のために本明細書に援用する。
【００３３】
図３に示されるように、複数の発光素子２１０を配列した後でそれらを固定するために固定用絶縁膜３３０を形成している。固定用絶縁膜３３０の形成方法としては、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）やスパッタなどの種々の方法を用いることが可能である。また、固定用絶縁膜３３０として、酸化シリコン（ＳｉＯ2）や窒化シリコン（ＳｉＮｘ）などの材料を用いることができる。
【００３４】
受光素子２２０の形状は例えばロッド状である。ただし、受光素子２２０の形状はロッド状に限らず任意であり、例えば発光素子２１０と同様にディスク状であり得る。例えばその長さは、２００μｍ以上３００μｍ以下程度である。受光素子２２０は、発光素子２１０に対応している。具体的に説明すると、受光素子２２０として、発光素子２１０の光の波長域に感度を有する受光素子を用いる。例えば、近赤外光に感度を有する、フォトダイオードおよびｐｉｎダイオードなどの種々の受光素子を広く用いることができる。
【００３５】
図２Ａに示されるように、ロッド状の受光素子２２０を配列するために、配列用配線（不図示）に接続された櫛状の電極２３０が基板２５０上に形成されている。この電極間に交流電界を印加して、電界泳動によってロッド状の受光素子２２０を配列させる。このようなロッドの配列方法についてのより詳細な説明は、本出願人による特許出願の特許公開公報である特開２０１２−１９２４１号公報に記載されている。その開示内容の全てを参考のために本明細書に援用する。
【００３６】
図３に示されるように、発光素子２１０と同様に、受光素子２２０を配列させた後で受光素子２２０を固定するために固定用絶縁膜３３０を形成する。固定用絶縁膜３３０上には層間絶縁膜３２０がさらに形成されている。層間絶縁膜３２０内には発光素子用配線３００および複数の受光素子用配線３１０などが設けられている。
【００３７】
図１に示されるように、複数の発光素子２１０は、共通の発光素子用配線３００によって互いに電気的に接続されている。これにより、複数の発光素子２１０を同時に駆動できる。ただし、複数の発光素子２１０を、各発光素子に対応した発光素子用配線３００に個別に接続して、個々に制御するようにしても構わない。この構成によれば、個々の発光素子２１０に個別に駆動電流を調整することができるので発光強度を均一にすることができる。
【００３８】
複数の受光素子２２０は、各受光素子に対応した受光素子用配線３１０に電気的に接続されている。これにより、受光素子２２０からの出力信号を血流センサ２００単位で個々に読み出すことができる。例えば列単位および／または行単位で複数の受光素子２２０を制御することも可能である。
【００３９】
コントローラ４００は、発光素子用駆動ドライバ（不図示）および受光素子用駆動ライバ（不図示）を含み、典型的には半導体集積回路である。コントローラ４００は、発光素子用配線３００および複数の受光素子用配線３１０を介して複数の血流センサ２００に電気的に接続されている。発光素子用駆動ドライバは主に、共通の発光素子用配線３００を介して並列的に駆動電流を流すことにより、複数の発光素子２１０を駆動、つまり発光させる。また、受光素子用駆動ドライバは各受光素子用配線３１０に駆動電流を流すことにより、複数の受光素子２２０をそれぞれ駆動して、各受光素子２２０から出力された信号を逐次読み出す。
【００４０】
血流センサ装置１００は、動脈硬化の度合、下肢静脈瘤の度合、熱中症の度合、および肩こりの度合の少なくとも１つを血流の２次元分布に基づいて測定することができる。以下、それぞれの度合を測定する測定方法を具体的に説明する。
【００４１】
（１．動脈硬化の度合）
図４は、血流センサ装置１００を用いて脳波伝播速度（ＰＷＶ）を測定する様子を模式的に示している。動脈硬化の度合を測定する指標として、ＰＷＶが一般的に用いられている。図示されるように、上腕および足関節の脈波を測定し、脈波の時間差をそれらの間の距離で除算することでＰＷＶが得られる。
【００４２】
本実施形態では、上腕の代わりに掌の脈波と足関節の代わりに足の裏の脈波とを測定して、脈波の到達時間差ΔＴを測定する。最終的に、下記の数式（１）からＰＷＶが算出される。ここで、Ｌｂは掌と心臓との間の距離であり、Ｌａは足の裏と心臓との間の距離である。ＰＷＶに基づいて動脈硬化の度合を判定することができる。ただし、測定に用いる脈波は、同一列または同一行に配置された複数の血流センサ２００から得られた信号強度の代表または平均であってもよい。
ＰＷＶ＝（Ｌａ―Ｌｂ）／ΔＴ          数式（１）
【００４３】
動脈硬化の度合は、ＰＷＶと基準値との比較によって判定される。例えば、ＰＷＶが８未満であれば測定値は正常範囲であると判定することができる。ＰＷＶが８以上９未満であれば、測定値は境界域であると判定することができる。ＰＷＶが９以上であれば、動脈硬化の疑いがあり、動脈硬化は進行していると判定することができる。その場合、被験者は、くも膜下出血、脳梗塞、狭心症および心筋梗塞などの疾患にかかり易くなっていると考えられる。
【００４４】
図５Ａは、掌の脈波を測定するときの手と複数の血流センサ２００との位置関係を模式的に示している。図５Ｂは、足の裏の脈波を測定するときの足と複数の血流センサ２００との位置関係を模式的に示している。
【００４５】
血流センサ２００は典型的には基板２５０に行列状に配置される。血流センサ２００の数は、両掌および両足の裏をカバーするのに十分であればよい。ただし、血流センサ２００の配置はこれに限らず、両掌および両足の裏が位置する領域にのみ複数の血流センサ２００を配置してもよい。また、基板２５０はリジッド基板であってもよく、フレキシブル基板であってもよい。ただし、耐衝撃性などを考慮すると、基板２５０はリジッド基板であることが好ましいと言える。
【００４６】
（２．下肢静脈瘤の度合）
図６は、血流センサ装置１００を用いて下肢静脈瘤の度合を測定する様子を模式的に示している。この測定では、基板２５０としてはフレキシブル基板を用いている。これにより、血流センサ２００を下肢により密着させることができるので、下肢静脈内の血流の２次元分布をより正確に測定することができる。
【００４７】
図７は、下肢静脈瘤になりかけた血管における血流の２次元分布の一例を示している。下肢静脈瘤になりかけた血管の血流は、正常な血管のそれに比べて悪くなる。図７において、血流の悪い血管は点線で示し、正常な血管は実線で示している。血流の悪い血管に沿って位置する血流センサ２００の信号強度は、正常な血管に沿って位置する血流センサ２００の信号強度よりも低くなる。図中の「○」は信号強度が相対的に高いことを示し、「●」は信号強度が相対的に低いことを示している。このように、信号強度の２次元分布から血流の２次元分布を得ることができる。血流の２次元分布に基づいて下肢静脈瘤の進行度合を測定することができる。
【００４８】
（３．熱中症の度合）
図８は、血流センサ装置１００を用いて熱中症の度合を測定する様子を模式的に示している。血流センサ装置１００を頸部に固定して測定を行う。この測定では、基板２５０としてフレキシブル基板を用いている。これにより、血流センサ２００を頸部により密着させることができるので、比較的表皮の近くにある頸動脈の血流の２次元分布をより正確に測定することができる。そして、頸動脈の血流の２次元分布に基づいて熱中症の度合を判定することができる。
【００４９】
一般的に熱中症になると、脳への血流が低下する。換言すると、頸動脈の血流状態が変化する。そのことを利用して、頸部における血流の時間変化を測定することで熱中症の進行度合を把握することができる。例えば、高温多湿の作業現場で働く人のシャツの襟の部分に血流センサ装置１００を装着し、作業開始から血流の時間変化を測定する。血流の時間変化が特定の閾値を超えた場合、作業者に警告を発して、作業の停止および休息を促すことで、重症化を回避することができる。
【００５０】
（４．肩こりの度合）
図９は、血流センサ装置１００を用いて肩こりの度合を測定する様子を模式的に示している。血流センサ装置１００を両肩または片方の肩に固定して測定を行う。この測定では、基板２５０としてフレキシブル基板を用いている。これにより、血流センサ２００を肩により密着させることができるので、毛細血管の血流の２次元分布をより正確に測定することができる。そして、毛細血管の血流の２次元分布に基づいて肩こりの度合を判定することができる。
【００５１】
一般に、肩こりの原因の１つとして血流の悪化が挙げられる。血流センサ装置１００を用いて毛細血管の血流の２次元分布を測定することで、肩のどの部分の血流が悪化しているのかを把握することが可能になる。例えば、その特定された部位をほぐすことによって血流を促進させて、肩こりを改善することができる。
【００５２】
コントローラ４００は、血流測定の対象である血管の種類に応じて複数の血流センサ２００の制御方法を変えることができる。例えばコントローラ４００は、血管の種類に応じて異なる波長の光を照射するように複数の血流センサ２００を制御することができる。この場合、例えば血流センサ２００は、発光素子として、緑色光を出射する発光素子と近赤外光を出射する発光素子とをそれぞれ独立に有していてもよいし、両方の光を出射するように構成された波長可変光源を有していてもよい。
【００５３】
上述したように、近赤外光と緑色光とでは、表皮からの光の侵入長が異なる。例えば動脈硬化や肩こりの度合を測定するとき、血流測定の対象は毛細血管であり、熱中症の度合を測定するとき、血流測定の対象は頸動脈である。これらの血管はいずれも表皮から浅い位置にあるので、コントローラ４００は、緑色光を出射するように発光素子２１０を制御してもよい。一方、下肢静脈瘤の度合を測定するとき、血流測定の対象は静脈である。静脈は表皮から比較的深い位置にあるので、コントローラ４００は、近赤外光を出射するように発光素子２１０を制御してもよい。
【００５４】
本実施形態では、複数の血流センサ２００は、所定のピッチで基板上に２次元に配列されている。毛細血管の直径は５μｍ以上１０μｍ以下程度である。毛細血管は表皮近傍に無数に存在し、その密度は高く、全ての血管の血流を測定することは現実的に困難である。例えば、既に説明したロッドおよびディスクの配列方法を用いると、所定のピッチを、５００μｍ程度とすることができる。その場合、毛細血管の血流測定の最大の分解能は５００μｍ程度となる。
【００５５】
動脈や静脈の中には直径が数センチ程の血管が存在する。動脈や静脈は毛細血管に比べて太いので、動脈や静脈の血流測定の分解能は、毛細血管の血流測定の最大の分解能程には要求されない。従って、動脈や静脈の血流測定に求められる分解能は例えば５ｍｍ以上であれば十分である。
【００５６】
コントローラ４００は、血管の種類に応じて、行方向および／または列方向に隣接する駆動対象の血流センサ２００の間の間隔を切り替える。例えば、複数の血流センサ２００はピッチ５００μｍで等間隔に行列状に配置されており、毛細血管の血流測定時の分解能を５００μｍとして、静脈の血流測定時の分解能を５ｍｍとする。その場合、コントローラ４００は、毛細血管の血流を測定するときは１列および／または１行毎に複数の血流センサ２００を駆動し、静脈の血流を測定するときは１０列および／または１０行毎に複数の血流センサ２００を駆動するように制御する。このように、血管の種類に応じて駆動すべき血流センサ２００だけを駆動するので、低消費電力化にも繋がる。なお、５ｍｍおよび５００μｍ以外に測定時の分解能をさらに設定し、血管の種類に応じてコントローラ４００の駆動方法を切り替えても構わない。
【００５７】
コントローラ４００は、血流測定の対象が静脈であるとき、近赤外光を照射するように駆動対象の血流センサ２００を制御し、血流測定の対象が毛細血管であるとき、緑色光を照射するように駆動対象の血流センサ２００を制御してもよい。
【００５８】
本実施形態によると、血管の種類に応じて血流測定時の分解能を調整することができる。また、それぞれの測定において、使用する光の波長を切り替えることができる。従って、血管に関連する疾患の程度を血管の種類に応じてより効率的に測定することが可能になる。
【００５９】
（第２の実施形態）
本実施形態による血流センサ装置１００は、複数の血流センサ２００が、第１の複数の血流センサと、第２の複数の血流センサとを有している点で、第１の実施形態による血流センサ装置１００とは異なる。以下、第１の実施形態による血流センサ装置１００との差異点を主に説明する。
【００６０】
複数の血流センサ２００は、第１の複数の血流センサと、第２の複数の血流センサとを含んでいる。第１の複数の血流センサは、第１のピッチで基板２５０上に行列状に配列されている。例えば、第１のピッチは５ｍｍ程度以上であり、動脈や静脈の血流測定に求められる分解能に相当する。第２の複数の血流センサは、第１のピッチよりも小さい第２のピッチで基板２５０上に行列状に配列されている。第２のピッチは５００μｍ程度であり、毛細血管の血流測定に求められる分解能に相当する。なお、複数の血流センサ２００は、第１および第２のピッチとは異なる第３のピッチで配列された第３の複数の血流センサをさらに有していてもよい。
【００６１】
第１の血流センサの各々は、近赤外光を出射する発光素子２１０を含んでいてもよい。第２の血流センサの各々は緑色光を出射する発光素子２１０を含んでいてもよい。
【００６２】
コントローラ４００は、血流測定の対象が動脈や静脈であるとき、第１の複数の血流センサ２００を駆動して、発光素子２１０に例えば近赤外光を出射させる。測定時の分解能は５ｍｍ程度となる。一方、コントローラ４００は、血流測定の対象が毛細血管であるとき、第２の複数の血流センサ２００を駆動して、発光素子２１０に例えば緑色光を出射させる。測定時の分解能は５００μｍ程度となる。
【００６３】
本実施形態によると、第１の実施形態と同様に、血管の種類に応じて血流測定時の分解能を調整することができる。従って、血管に関連する疾患の程度を血管の種類に応じてより効率的に測定することが可能になる。
【００６４】
（第３の実施形態）
図１０および図１１を参照しながら、本実施形態による血流センサ装置１０１を説明する。
【００６５】
本実施形態による血流センサ装置１０１は、発光素子２１０と受光素子２２０とが一体的に形成されている点で、第１の実施形態による血流センサ装置１００とは異なる。以下、第１の実施形態による血流センサ装置１００との差異点を主に説明する。
【００６６】
図１０は、本実施形態による血流センサ２０１の構成を模式的に示している。図１１は、血流センサ２０１を行列状に配置して血流センサ装置１０１を構成する様子を模式的に示している。
【００６７】
血流センサ２０１は、発光素子２１０と受光素子２２０とが一体となって形成された複合素子である。以下、血流センサ２０１を複合素子と呼ぶ。例えば、特開２００９−２８３９４１号公報に開示された反射型光学センサ装置の構造を本実施形態の複合素子にも適用できる。ただし、発光素子用および受光素子用の電極の方向を揃えるため、素子形状を非対称にしておく。
【００６８】
血流センサ２０１は発光素子用電極２６０および受光素子用電極２７０を含んでいる。素子形状を非対称にするため、二等辺三角形の形状を有する複合素子の底辺側に発光素子用電極２６０を配置して、二等辺三角形の頂点側に受光素子用電極２７０を配置している。
【００６９】
複合素子よりも一回り大きい二等辺三角形の溝２８０が基板２５０に刻まれている。また、その頂点には貫通穴２９０がある。第１の実施形態で説明したディスクの配列方法と同様に、貫通穴２９０を通して排気しながら複数の複合素子を混ぜた溶液を流し込むことにより複合素子を移動させる。複合素子の頂点と溝２８０のそれとが一致したとき、複合素子は溝２８０に嵌って固定される。複合素子の頂点と溝２８０のそれとが一致しないときは、複合素子は溝２８０に乗り上げる。その状態の複合素子を刷毛などで取り除いた後、配列処理が再度なされる。全ての溝２８０に複数の複合素子が嵌り込むまで配列処理が繰り返される。最終的には、各複合素子の発光素子用電極２６０および受光素子用電極２７０に配線を接続することで、二次元に配列された複数の複合素子を有する血流センサ装置１０１が得られる。
【００７０】
本実施形態によると、発光素子２１０と受光素子２２０とが一体的に形成された複合素子を配列することにより、血流の２次元分布を測定できる血流センサ装置をより簡便に製造することができる。
【００７１】
（第４の実施形態）
図１２を参照しながら、本実施形態による血流測定システム５００を説明する。
【００７２】
図１２は、血流測定システム５００のハードウェア構成例を示す。
【００７３】
血流測定システム５００は主に、血流センサ装置５１０と、信号処理回路５２０と、記憶装置５３０と、表示処理回路５４０と、入力装置５５０とを備えている。これらの要素は、互いにバスラインＬで接続され、相互にデータの送受信が可能である。血流センサ装置５１０として、例えば第１から第３の実施形態で説明した血流センサ装置１００および１０１をバスラインＬに接続することができる。なお、それぞれの回路にはバッテリ（図示せず）から電力が供給されている。
【００７４】
血流センサ装置５１０の受光素子２２０からのアナログ信号は、バスラインＬの入力インタフェース内のアナログデジタル（ＡＤ）変換回路によってデジタル信号に変換される。そして、デジタル信号はバスラインＬを経由して信号処理回路５２０のＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）５２１に送られる。なお、血流センサ装置５１０からの出力信号はデジタル信号であってもよい。その場合には、ＡＤ変換処理は行われなくてよい。
【００７５】
信号処理回路５２０は、ＣＰＵ５２１と、ＲＡＭ５２２と、ＲＯＭ５２４とを有する。ＣＰＵ５２１はデジタル信号処理を行う半導体集積回路である。ＲＡＭ５２２にはプログラム５４３が展開されている。このプログラム５４３はＲＯＭ５２４に記憶されており、血流測定システム５００が起動されるとＲＯＭ５２４からＲＡＭ５２２に読み出される。
【００７６】
プログラム５２３は、例えば血流センサ装置５１０のコントローラ４００を制御する命令コード群、および血流センサ装置５１０からの出力信号を解析する命令コード群を含み、ＣＰＵ５２１によって実行される。ＣＰＵ５２１は、このコンピュータプログラム５２３に記述された命令コード群にしたがって、血流センサ装置５１０を制御して、血流センサ装置５１０から出力される信号を解析する。具体的に説明すると、ＣＰＵ５２１は、動脈硬化の度合、下肢静脈瘤の度合、熱中症の度合、および肩こりの度合の少なくとも１つを、解析結果から得られる血流状態に基づいて測定する。測定データや解析結果は記憶装置５３０に送られて記録される。
【００７７】
記憶装置５３０は、記録媒体５３１と記録制御回路５３２とを有する。記録制御回路５３２は、信号処理回路５４０からバスラインＬを介して受け取ったデータを記録媒体５３１に格納する。記憶装置５３０は、例えばフラッシュメモリ装置である。記録媒体５３１および記録制御回路５３２は、それぞれ、フラッシュメモリ装置のメモリコントローラと、メモリセルに対応する。記録媒体５３１は、たとえばフラッシュメモリのメモリカードであってもよい。その場合には、記録媒体５３１は、血流測定システム５００に着脱可能である。
【００７８】
表示処理回路５４０は、ディスプレイ５４１と表示制御回路５４２とを有する。表示制御回路５４２は、信号処理回路５２０から表示命令および表示用のデータを受け取り、表示用のデータを処理してディスプレイ５４１に画像および／または文字を表示する。具体的にはディスプレイ５４１は、動脈硬化の度合、下肢静脈瘤の度合、熱中症の度合、および肩こりの度合などを表示することができる。表示処理回路５４０は、例えばグラフィック処理回路（ＧＰＵ）である。ディスプレイ５４１は、例えば液晶パネル、有機ＥＬパネル、電子ペーパを用いた表示装置である。
【００７９】
なお、表示処理回路５４０は、使用者へ情報を呈示するための構成の一例である。他の例として、音を出力するための音声制御回路およびスピーカであってもよいし、光源を点灯および消灯させるための電源回路および光源であってもよい。血流測定システム５００は、音、光、画像および文字の少なくとも１つの出力を制御する制御回路を備え、出力するために必要なハードウェア（スピーカ、光源、ディスプレイ等）を有していればよい。
【００８０】
入力装置５５０は、使用者の入力を受け付ける。本実施形態では、入力装置５５０はディスプレイに重畳して配置されたタッチスクリーンパネル５５１であるとする。しかしながら、これは一例である。タッチスクリーンパネル５５１およびディスプレイ５４１は、タッチセンサがディスプレイの画素に組み込まれた、インセル型のタッチスクリーンパネルディスプレイにより実現されてもよい。または、入力装置５５０は、ハードウェアボタン、スイッチであってもよい。
【００８１】
本実施形態によると、血管に関連する疾患の程度を血管の種類に応じてより効率的に測定することができる血流測定システムを提供できる。
【００８２】
本明細書は、以下の項目に記載の血流センサ装置および血流測定システムを開示している。
【００８３】
〔項目１〕
基板と、
前記基板上に２次元に配列された複数の血流センサであって、各々が、受光素子および発光素子を有する複数の血流センサと、
前記複数の血流センサを制御するコントローラと、
を備え、
前記コントローラは、血流測定の対象である血管の種類に応じて前記複数の血流センサの制御方法を変える、血流センサ装置。
項目１に記載の血流センサ装置によると、血流の２次元分布を測定することが可能で、小型化の容易な血流センサ装置が提供される。
【００８４】
〔項目２〕
前記コントローラは、前記血管の種類に応じて異なる波長の光を照射するように前記複数の血流センサを制御する、項目１に記載の血流センサ装置。
項目２に記載の血流センサ装置によると、表皮からの光の侵入長を考慮して血流の２次元分布を効果的に測定することができる。
【００８５】
〔項目３〕
前記複数の血流センサは、所定のピッチで前記基板上に配列され、
前記コントローラは、前記血管の種類に応じて、行方向および／または列方向に隣接する駆動対象の血流センサの間の間隔を切り替え、血流測定の対象が第１の種類の血管であるときの前記間隔は、血流測定の対象が第２の種類の血管であるときの前記間隔よりも長い、項目１に記載の血流センサ装置。
項目３に記載の血流センサ装置によると、血管の種類に応じて駆動すべき血流センサだけを駆動するので、低消費電力化が図れる。
【００８６】
〔項目４〕
前記コントローラは、血流測定の対象が第１の種類の血管であるとき、第１の波長域の第１の光を照射するように前記複数の血流センサのうち駆動対象の血流センサを制御し、血流測定の対象が第２の種類の血管であるとき、前記第１の波長域の波長よりも短い第２の波長域の第２の光を照射するように前記複数の血流センサのうち駆動対象の血流センサを制御する、項目３に記載の血流センサ装置。
項目４に記載の血流センサ装置によると、表皮からの光の侵入長をさらに考慮して血流の２次元分布を効果的に測定することができる。
【００８７】
〔項目５〕
前記複数の血流センサは、第１のピッチで前記基板上に配列された第１の複数の血流センサと、前記第１のピッチよりも小さい第２のピッチで前記基板上に配列された第２の複数の血流センサとを含み、
前記コントローラは、血流測定の対象が第１の種類の血管であるとき、前記第１の複数の血流センサを駆動し、血流測定の対象が第２の種類の血管であるとき、前記第２の複数の血流センサを駆動する、項目１に記載の血流センサ装置。
項目５に記載の血流センサ装置によると、血流センサ装置のバリエーションが提供される。
【００８８】
〔項目６〕
前記第１の複数の血流センサは、第１の波長域の第１の光を照射し、前記第２の複数の血流センサは、前記第１の波長域の波長よりも短い第２の波長域の第２の光を照射する、項目５に記載の血流センサ装置。
項目６に記載の血流センサ装置によると、表皮からの光の侵入長をさらに考慮して血流の２次元分布を効果的に測定することができる。
【００８９】
〔項目７〕
前記第１の波長域は近赤外光の波長域であり、前記第２の波長域は緑色の波長域である、項目４または６に記載の血流センサ装置。
項目７に記載の血流センサ装置によると、血管の種類に適した波長域の光を用いて、血流の２次元分布を効果的に測定することができる。
【００９０】
〔項目８〕
前記第１の種類の血管は、動脈または静脈であり、前記第２の種類の血管は毛細血管である、項目３から７のいずれかに記載の血流センサ装置。
【００９１】
〔項目９〕
項目１から８のいずれかに記載の血流センサ装置と、
前記複数の血流センサからの出力信号に基づいて血流状態を２次元的に検出する信号処理回路と、
を備える血流測定システム。
項目９に記載の血流測定システムによると、血流の２次元分布を測定することが可能で、小型化の容易な血流測定システムが提供される。
【００９２】
〔項目１０〕
前記信号処理回路は、動脈硬化の度合、下肢静脈瘤の度合、熱中症の度合、および肩こりの度合の少なくとも１つを前記血流状態に基づいて測定する、項目９に記載の血流測定システム。
項目１０に記載の血流測定システムによると、血管に関連する疾患の程度を血管の種類に応じてより効率的に測定することができる血流測定システムを提供できる。
【産業上の利用可能性】
【００９３】
本発明は、血流センサを２次元に配列した血流センサ装置および血流測定システムに用いることができる。
【符号の説明】
【００９４】
１００、１０１、５１０    血流センサ装置
２００、２０１    血流センサ
２１０    発光素子
２２０    受光素子
２３０    櫛状の電極
２４０    排気用穴
２５０    基板
２６０    発光素子用電極
２７０    受光素子用電極
２８０    溝
２９０    貫通穴
３００    発光素子用配線
３１０    受光素子用配線
３２０    層間絶縁膜
３３０    固定用絶縁膜
４００    コントローラ
５００    血流測定システム
５２０    信号処理回路
５２１    ＣＰＵ
５２２    ＲＡＭ
５２３    プログラム
５２４    ＲＯＭ
５３０    記憶装置
５３１    記録媒体
５３２    記録制御回路
５４０    表示処理回路
５４１    ディスプレイ
５４２    表示制御回路
５５０    入力装置
５５１    タッチスクリーンパネル
【図１】
2017018207.tif 000003
【図２Ａ】
2017018207.tif 000004
【図２Ｂ】
2017018207.tif 000005
【図３】
2017018207.tif 000006
【図４】
2017018207.tif 000007
【図５Ａ】
2017018207.tif 000008
【図５Ｂ】
2017018207.tif 000009
【図６】
2017018207.tif 000010
【図７】
2017018207.tif 000011
【図８】
2017018207.tif 000012
【図９】
2017018207.tif 000013
【図１０】
2017018207.tif 000014
【図１１】
2017018207.tif 000015
【図１２】
2017018207.tif 000016