(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
動脈における脈波波形に近似させた電圧波形を持つ脈波信号を発生させる脈波信号発生部と、
前記脈波信号を機械的振動に変換して、診察者の触診によって知覚される脈動に類似する振動を発生させる脈動発生部と、
を有し、
前記脈動発生部は、前記脈波信号発生部が発生する脈波信号によって駆動されて機械的振動を発生する変換素子と、振動膜と、前記振動膜を保持する保持部とを有し、
前記振動膜は、表面と裏面とを備え、前記変換素子の機械的振動が前記裏面から伝えられて振動し、
前記脈動発生部は、前記保持部に設けられて前記振動膜が前記表面の方向に変位する範囲を制限する第１変位制限部をさらに有することを特徴とする脈動発生装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記脈波信号発生部は、
大動脈起始部または左心室における血圧波形に近似させた電圧波形の入力信号を発生させる入力信号発生部と、
前記血圧波形を持つ血流が流れ込んだ際の動脈系の伝達特性と同様な伝達特性を前記入力信号に対して持ち、前記入力信号が入力されて前記脈波信号を出力する少なくとも１つの定数回路と、
を有することを特徴とする脈動発生装置。
【請求項３】
請求項２において、
前記定数回路は、複数の受動素子からなり、前記受動素子の少なくとも一つの特性を可変とすることによって、動脈系の異なった伝達特性に対応することを特徴とする脈動発生装置。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれかにおいて、
前記脈動発生部は、前記保持部に設けられて前記振動膜が前記裏面の方向に変位する範囲を制限する第２変位制限部を有することを特徴とする脈動発生装置。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれかにおいて、
前記変換素子は、印加された直流電圧の極性によって収縮または膨張し、
前記脈波信号発生部は、前記脈波信号にオフセット電圧を印加するオフセット印加部を有することを特徴とする脈動発生装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、脈診教育用に利用できる脈動発生装置に関する。
【０００２】
【背景技術および発明が解決しようとする課題】
脈診の教育には典型的な脈動を呈する多くの被験者の協力を得て臨床訓練を行う必要があり、長い経験を必要としていた。また、典型的な脈動を呈する被験者の確保も容易ではなかった。
【０００３】
そこで、典型的な脈動の判断基準を容易に修得するために、典型的な脈動を発生させる教育用の装置が考えられている。そのような装置の一つとして、血管に類似する弾性を有する管路を備えた前腕部の模型において、その管路にポンプから押し出された流体を電磁弁などで制御しながら環流させて、所定の部位に脈動を発生させるものが知られている。しかし、この装置の場合は、脈診の教育に必要なさまざまな脈状を再現するために、管路の硬さ、管路の径、流体の粘度などを変化させた複数の装置を用意する必要があった。また、この装置は、前腕部模型、流体、ポンプ、電磁弁、それらの制御回路などを必要とし、複雑で大がかりとなる。
【０００４】
本発明は、上記のような問題点に鑑みてなされたものであって、その目的は、脈診の教育を被験者を必要とすることなく容易に行うことを可能とし、小型で比較的単純な構成を持ち、多くの脈状を１つの装置で発生させることができる脈動発生装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る脈動発生装置は、
動脈における脈波波形に近似させた電圧波形を持つ脈波信号を発生させる脈波信号発生部と、
前記脈波信号を機械的振動に変換して、診察者の触診によって知覚される脈動に類似する振動を発生させる脈動発生部と、
を有する。
【０００６】
本発明に係る脈動発生装置は、脈波信号発生部が発生させた脈波信号を、脈動発生部が脈動に類似する振動に変換する。したがって、脈波信号を発生させる脈波信号発生部と、脈動発生部とを含む単純で小型化が容易な構成によって脈動に類似した振動を発生させることができる。また、脈波信号発生部で発生させる脈波信号を変化させると、その脈波信号に対応した脈動が脈動発生部において得られるため、脈動発生部を変更することなく、１つの装置によって多くの種類の脈動に類似した振動を容易に発生させることができる。
【０００７】
本発明に係る脈動発生装置では、前記脈動発生部は、前記脈波信号発生部が発生する脈波信号によって駆動されて機械的振動を発生する変換素子をさらに有する。
【０００８】
この脈動発生部は、電気的信号である脈波信号を機械的信号に変換する変換素子を備えているため、単純な構成で容易に脈動に類似した振動を発生させることができる。
【０００９】
本発明に係る脈動発生装置では、前記脈動発生部は、振動膜と、前記振動膜を保持する保持部とを有し、前記振動膜は、表面と裏面とをさらに備え、前記変換素子の機械的振動が前記裏面から伝えられて振動する。
【００１０】
本発明に係る脈動発生装置においては、脈波信号によって振動する変換素子が振動膜の裏面に固定されて振動膜が脈動する。したがって、血圧の変化による血管の振動が、血管を覆う組織を介して伝わる実際の脈動と同様に、震動源である変換素子の振動が振動膜を介して伝わり、さらに自然の脈動に近い振動を発生させることができる。
【００１１】
本発明に係る脈動発生装置では、前記脈動発生部は、前記保持部に設けられて前記振動膜が前記表面の方向に変位する範囲を制限する第１変位制限部をさらに有する。
【００１２】
本発明によれば、振動膜がその表面方向に変位する範囲が第１変位制限部によって制限されるため、押圧力を加えて振動膜を裏面方向に押圧した方が脈動が強くなる状態、すなわち、脈診における沈脈に近い状態を再現することができる。
【００１３】
本発明に係る脈動発生装置では、
前記脈波信号発生部は、
大動脈起始部または左心室における血圧波形に近似させた電圧波形の入力信号を発生させる入力信号発生部と、
前記血圧波形を持つ血流が流れ込んだ際の動脈系の伝達特性と同様な伝達特性を前記入力信号に対して持ち、前記入力信号が入力されて前記脈波信号を出力する少なくとも１つの定数回路と、
をさらに有することができる。
【００１４】
なお、本明細書においては、定数回路は、集中定数回路や分布定数回路を意味する。
【００１５】
本発明によれば、大動脈起始部または心臓の左心室における血圧波形に近似させた電圧波形を持つ入力信号を、血圧を電圧に置換した場合に動脈系と同様な伝達特性を持つ定数回路に入力することによって、脈波信号を発生させることができる。したがって、この定数回路を変化させることによって、入力信号を変化させることなく、さまざまな動脈系の状態に対応した脈波信号を容易に発生させることができる。
【００１６】
本発明に係る脈動発生装置では、前記定数回路は、複数の受動素子からなり、前記受動素子の少なくとも一つの特性を可変とすることによって、動脈系の異なった伝達特性に対応させることができる。
【００１７】
本発明によれば、動脈系の伝達特性を模した定数回路を構成する少なくとも１つの受動素子が可変となっている。したがって、動脈系の異なった伝達特性に対応させて定数回路を容易に調節することができる。
【００２２】
本発明に係る脈動発生装置では、前記脈動発生部は、前記保持部に設けられて前記振動膜が前記裏面の方向に変位する範囲を制限する第２変位制限部を有することができる。
【００２３】
本発明によれば、振動膜がその裏面方向に変位する範囲が第２変位制限部によって制限されるため、強い押圧力を加えて振動膜を裏面方向に押圧すると脈動が弱くなる。これによって、脈診における押圧力が強いと脈が感じられなくなる傾向、すなわち、浮脈に近い状態を再現することができる。
【００２４】
本発明に係る脈動発生装置は、
前記変換素子は、印加された直流電圧の極性によって収縮または膨張し、
前記脈波信号発生部は、前記脈波信号にオフセット電圧を印加するオフセット印加部を有することを特徴とする。
【００２５】
本発明によれば、脈波信号に正または負のオフセット電圧を印加することによって変換素子の変形を収縮または膨張の一方の方向に偏らせることができる。したがって、変換素子の動きにしたがって振動する振動膜から第１変位制限部または第２変位制限部までの距離が、印加されるオフセット電圧によって変化する。そのため、オフセット電圧を調節することによって、前述した沈脈または浮脈の程度に対応させた脈動に類似した振動を発生させることができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照しながら、さらに具体的に説明する。
【００２７】
〔第１実施形態〕
＜脈動発生装置＞
図１は、本実施形態の脈動発生装置１０を示すブロック図である。この図に示すように、本実施形態の脈動発生装置１０は、脈波信号発生部２０と、脈動発生部４０とを備えて構成される。脈波信号発生部２０は、動脈（例えば橈骨動脈、上腕動脈、頚動脈）における脈波波形すなわち血圧波形に近似させた電圧波形を持つ脈波信号を発生させ、脈動発生部４０に対して出力する。脈波信号発生部２０は、入力信号発生部２４と定数回路としての集中定数回路２８とを備えている。脈動発生部４０は、脈波信号発生部２０から入力された脈波信号を機械的振動に変換して、診察者の触診によって知覚される脈動を模した振動を発生させる。
【００２８】
図２は、本実施形態の脈動信号発生部２０の一例を示す回路図である。この図に示す例においては、入力信号発生部２４で発生された入力信号が、抵抗２９（電気抵抗Ｒc），インダクタ３０（インダクタンスＬ），キャパシタ３１（静電容量Ｃ），抵抗３２（電気抵抗Ｒ p）から構成される４要素集中定数回路すなわち集中定数回路２８に入力され、集中定数回路２８からの出力信号が脈動発生部４０に入力される。なお、集中定数回路２８の出力は、必要に応じてバッファ回路などを介して脈動発生部４０に入力されるようにしてもよい。
【００２９】
脈動発生部４０は、電気的にはキャパシタとほぼ等価である圧電素子４４すなわち変換素子を含んで構成されている。また、圧電素子４４の静電容量は、集中定数回路２８のキャパシタ３１の静電容量Ｃに比べてかなり小さいため、集中定数回路２８からの出力信号が圧電素子４４に直接入力された場合でも、集中定数回路２８の出力信号に対する圧電素子４４による影響は極めて小さい。
【００３０】
なお、集中定数回路２８としての４要素集中定数回路は、大動脈起始部を通って血液が流れ込んだ際の動脈系の伝達特性と同様な伝達特性を、前述の入力信号に対して持っており、図２に示した各要素のパラメータは、循環器系の各パラメータと次のような対応関係を持っている。
【００３１】
電流ｉ，ｉp，ｉc：  血流（cm3/s）
入力信号の電圧ｅ：  大動脈起始部の血圧（dyn/cm2）
インダクタンスＬ：  動脈系中枢部での血液による慣性（dyn・s2/cm5）
電気抵抗Ｒc：  動脈系中枢部での血液粘性による抵抗（dyn・s/cm5）
電気抵抗Ｒp：  動脈系末梢部での血液粘性による抵抗（dyn・s/cm5）
キャパシタ３１の端子電圧ｖp：  橈骨動脈における血圧（dyn/cm2）
本実施形態における入力信号発生部２４が発生する入力信号は、図３に示す電圧波形を持つ信号である。この入力信号は、図４に太線で示す大動脈起始部における血圧波形を、線形な関数の組み合わせた波形を持つ電圧波形として近似したものである。なお、図３において、Ｅ0は最低血圧（拡張期血圧）に対応する電圧であり、Ｅmは最低血圧と最高血圧（収縮期血圧）との血圧差に対応する電圧である。また、ｔpは１拍の時間、ｔp1は血圧の立ち上がりから最低血圧になるまでの時間である。
【００３２】
集中定数回路２８は、大動脈起始部の血圧波形を持つ血流が流れ込んだ際の動脈系の伝達特性と同様な伝達特性を、図３に示した入力信号に対して持ち、この入力信号が入力されると、末梢部に近い動脈（例えば橈骨動脈）における脈波波形（血圧波形）に近似させた電圧波形を出力する。なお、集中定数回路は、図３に示した入力信号が入力した場合に、必ずしも末梢部に近い動脈における脈波波形（血圧波形）を出力するように形成できるばかりではなく、心臓に近い動脈例えば上腕動脈、頚動脈における脈波波形を出力するように形成することもできる。集中定数回路２８の一例である４要素集中定数回路は、前述したように４つの受動素子、すなわち抵抗２９（電気抵抗Ｒc），インダクタ３０（インダクタンスＬ），キャパシタ３１（キャパシタンスＣ），抵抗３２（電気抵抗Ｒp）から構成されている。これら各受動素子の電気抵抗、インダクタンス、またはキャパシタンスを決定する一つの方法は、本発明者らによる以前の出願（WO 94/15526など）に開示されているように、図３に示した近似した入力信号を表す関数と、末梢部に近い動脈例えば橈骨動脈の血圧波形と、１回拍出量とに基づいて、微分方程式を利用して近似解を求めることである。
【００３３】
すなわち、図４に示した大動脈起始部における血圧に対応する信号であり、図３に波形を示した入力信号（ｅ）は、時刻ｔにおいて以下のように表される。
【００３４】
０≦ｔ＜ｔp1の区間：
ｅ＝Ｅ0＋Ｅm（１−ｔ／ｔp1）                                 （１）
ｔp1≦ｔ＜ｔpの区間：
ｅ＝Ｅ0                                                      （２）
そして、図２に示した集中定数回路２８としての４要素集中定数回路の減衰定数をα、角周波数をωと仮定して、橈骨動脈における血圧ｖpを求めると、次のように表すことができる。
【００３５】
０≦ｔ＜ｔp1の区間：
vp = Emin + B(1-t/tp) + D1exp(-αt)sin(ωt+θ1)              （３）
ｔp1≦ｔ＜ｔpの区間：
vp = Emin + D2exp{-α(t-tp1)}sin{ω(t-tp1)+θ2}              （４）
ここで、
ｔb＝｛ｔp1（α2＋ω2）＋２α｝／（α2＋ω2）
Ｂ＝ω2ｔbＥm／｛ｔp1（α2＋ω2）｝
Ｅmin＝ω2Ｅ0／（α2＋ω2）
Ｄ11＝（ｖ01−Ｂ−Ｅmin）ω
Ｄ12＝（ｖ01−Ｂ−Ｅmin）α＋Ｂ／ｔb＋ｉ01／Ｃ
Ｄ1＝（Ｄ112＋Ｄ122）1/2／ω
θ1＝tan-1（Ｄ11／Ｄ12）
Ｄ21＝（ｖ02−Ｅmin）ω
Ｄ22＝（ｖ02−Ｅmin）α＋ｉ02／Ｃ
Ｄ2＝（Ｄ212＋Ｄ222）1/2／ω
θ2＝tan-1（Ｄ21／Ｄ22）
また、ｖ01とｉ01は、それぞれ橈骨動脈での血圧に対応する電圧ｖpとキャパシタ３１を流れる電流ｉcとのｔ＝０における初期値であり、ｖ02とｉ02は、ｖpとＩcとのｔ＝ｔp1における初期値である。そして、Ｅminは橈骨動脈における最低血圧に対応する電圧値であり、例えば図５に示すような橈骨動脈における血圧のグラフから読みとることができる。
【００３６】
そして、集中定数回路２８としての４要素集中定数回路を構成する素子の値は、前述した減衰定数α、角周波数ω、およびインダクタ３０のインダクタンスＬによって、次のように近似的に表現することができる。
【００３７】
Ｒc＝αＬ，  Ｒp＝ω2Ｌ／α，  Ｃ＝１／ω2Ｌ                 （５）
また、血液の慣性に対応するインダクタ３０のインダクタンスＬは、４要素集中定数回路を流れる電流が１秒あたりの血流量に対応することから、測定した１回拍出量ＳＶを用いて、以下のように求まる。
【００３８】
Ｌ＝α（Ｅ0ｔp＋Ｅmｔp1／２）／（α2＋ω2）ＳＶ              （６）
したがって、集中定数回路２８の各パラメータは、式（３）と（４）のように得られた波形が、例えば図５に示した実測した橈骨動脈における血圧に対応する電圧となるように、減衰定数α、角周波数ω、および図３に示した入力信号のＥmとｔp1とを決定すれば、式（６）によってインダクタ３０のインダクタンスＬが求まり、その結果を用いて式（５）によって抵抗２９の電気抵抗Ｒc、抵抗３２の電気抵抗Ｒp、およびキャパシタ３１の静電容量Ｃを決定することができる。例えば、橈骨動脈の血圧波形が図５に示した中国医学において平脈と分類される血圧波形である場合に対応させた集中定数回路２８は、インダクタ３０のインダクタンスＬが１２６．４ｍＨ，抵抗２９の電気抵抗Ｒcが０．６７０１Ω、抵抗３２の電気抵抗Ｒpが１０．８７Ω、そしてキャパシタ３１の静電容量Ｃは１．７３６μＦとして形成することができる。
【００３９】
このように、本実施形態の集中定数回路２８は、図３に示した入力信号が入力信号発生部２４から入力された場合に、橈骨動脈における血圧波形に近似する電圧波形を持つ出力信号となるように、各受動素子の電気抵抗、インダクタンス、またはキャパシタンスを上述のようにして求めることによって決定される。
【００４０】
したがって、橈骨動脈における血圧波形として、中国医学の脈診において平脈と呼ばれる図５に示したものに限らず、他の波形を用いて決定した集中定数回路２８とすれば、図３に示した入力信号が入力されると、その橈骨動脈における血圧波形に近似する出力信号を発生することができる集中定数回路２８となる。例えば、集中定数回路２８としての４要素集中定数回路を、橈骨動脈における血圧波形として、中国医学の脈診において滑脈（図６）と分類されるものを用いて決定すれば、図３に示した入力信号に対して、滑脈の血圧波形に近似された電圧出力波形を出力する集中定数回路２８となる。同様に、弦脈（図７）を用いて決定した集中定数回路２８とすれば、集中定数回路２８は、図３に示した入力信号に対して、弦脈の血圧波形に近似された電圧波形の出力信号を出力する。
【００４１】
このように、本実施形態の集中定数回路は、少なくとも１つの受動素子の電気抵抗、インダクタンス、またはキャパシタンスを上述のように変化させることによって、動脈系の異なった伝達特性に対応した伝達特性を入力信号に対して持つことが可能である。したがって、集中定数回路の少なくとも１つの受動素子の特性を可変とすることによって、動脈系の異なった伝達特性に対応させることができ、その場合の橈骨動脈の血圧波形に対応した出力信号を発生させることができる。
【００４２】
＜脈動発生部＞
集中定数回路２８からの出力信号は、脈動発生部４０の変換素子としての圧電素子４４に入力されて電気信号が機械的振動に変換される。図８は、本実施形態の脈動発生装置１０における脈動発生部４０の要部を断面として示す斜視図である。この図に示すように、脈動発生部４０は、振動膜４８と、振動膜４８を保持する保持部５２とを備え、保持部５２は、円筒状の貫通孔５５を有する基台５４と、貫通孔５５の周縁に対応した環状形状を持つ押さえ部材５８とを備えている。
【００４３】
基台５４は、貫通孔５５の径より大きい径で貫通孔５５の周囲を取り巻く溝部５６を備え、溝部５６の側面にはネジ山が設けられている。また、溝部５６と貫通孔５５との間は、振動膜４８を支持するための支持部が、貫通孔５５を円筒状に取り巻くように形成されている。
【００４４】
押さえ部材５８は、振動膜４８を押さえて固定するための押圧部５９と、基台５４の溝部５６に収まる形状を持ち側面には基台５４に形成されたネジ山と嵌合するネジ山が形成された嵌合部６０とを備えている。押さえ部材５８は嵌合部６０に形成されたネジ山が基台５４の溝部５６の側面に形成されたネジ山と嵌合する状態で基台５４にねじ込まれて固定されている。なお、押さえ部材５８は、このように基台５４に形成されたネジ山に螺合させて基台５４に固定するのではなく、押さえ部材５８を貫通し基台５４に到るネジ等で基台５４に固定するようにしてもよい。
【００４５】
振動膜４８は、その周縁部４９を基台５４の貫通口５５周縁すなわち支持部５７に位置させて、貫通孔５５を覆う状態で、基台５４に嵌合部６０が嵌合された押さえ部材５８の押圧部５９によって押圧されて固定されている。振動膜４８は、例えばステンレスからなり、主に振動する振動部５０は周縁部４９より薄く形成されている。振動部５０は、厚さ５０〜５００μｍ程度、例えば１００μｍとされ、直径が例えば２０ｍｍとされている。振動膜４８は、周縁部４９が振動部５０より厚いため、周辺固定により安定して振動することができる。
【００４６】
なお、振動膜４８は、周縁部４９と振動部５０との厚さを同一とした、均一な厚さに形成してもよい。また、振動膜は、ステンレスに限らず、適切に弾性変形可能な、他の金属や、ゴム、合成樹脂、有機材料などで形成されたものを用いてもよい。さらに、振動膜４８として硬質な材料を用いた場合は、その表面側に、ゴムまたはシリコーンなどで形成された軟質材料のシート（図示せず）を貼付することによって、表皮に近い感触を持たせることができる。
【００４７】
振動膜４８の裏面すなわち基台５４の貫通孔５５に面する側には、変換素子である円盤形状の圧電素子４４が周縁を接着されて固定されている。圧電素子４４としては、厚さ５０〜５００μｍ程度、例えば１００μｍで、直径５〜３０ｍｍ程度、例えば１６ｍｍで、ＰＺＴ系セラミックスのものが用いられている。
【００４８】
なお、圧電素子４４と振動膜４８の振動部５０との直径比は、約８：１０となっている。この直径比とすることで、圧電素子４４の所定の振動に対して最も大きな振幅で振動膜４８の振動部５０を振動させることができる。
【００４９】
また、圧電素子としては、２０Ｈｚ程度までの振動が可能であれば、ＰＺＴ系セラミックスのものに限らず、積層フィルム型、ＰＶＦ2膜を用いるもの、無機−高分子複合物を用いるものなど、さまざまな圧電素子を用いることができる。
【００５０】
＜脈動発生装置の動作＞
ここで、上述のように構成された脈動発生装置１０の動作について説明する。
【００５１】
まず、脈波信号発生部４０の入力信号発生部２４において、例えば図３に示した電圧波形すなわち大動脈起始部における血圧に近似させた波形を持つ入力信号を発生させる。
【００５２】
入力信号発生部２０が発生した入力信号は、この入力信号に対して動脈系の伝達特性と同様な伝達特性を持つ集中定数回路２８に入力される。そして、この入力信号が入力された集中定数回路２８は、橈骨動脈の血圧波形に対応する波形の電圧波形を持つ出力信号を出力する。
【００５３】
入力信号発生部２０からの出力信号は、脈動発生部４０の変換素子としての圧電素子４４に入力される。円盤形状を有する圧電素子４４は、この出力信号が入力されると、その径が収縮する機械的振動を発生する。圧電素子４４は、振動膜４８の振動部５０に接着固定されているため、その収縮によって、振動膜４８の振動部５０は表面方向に変位する。したがって、圧電素子４４のこのような収縮の繰り返しによって、振動膜４８の振動部５０は突出変形を繰り返す。このようにして、振動膜４８は、橈骨動脈における脈動に類似する振動を発生することができる。
【００５４】
上述したように、本実施形態の脈動発生装置１０は、脈波信号を発生させる回路である脈波信号発生部２０と、脈動発生部４０とを含む単純で小型化が容易な構成によって脈動を発生させることができる。また、脈波信号発生部４０で発生させる脈波信号を変化させると、その脈波信号に対応した脈動が脈動発生部４０において得られるため、脈動発生部４０を変更することなく、１つの装置によって多くの種類の脈動に類似する多種の振動を容易に発生させることができる脈動発生装置１０となる。
【００５５】
また、本実施形態の脈動発生装置１０は、大動脈起始部または左心室における血圧波形に近似させた電圧波形を持つ入力信号を、血圧を電圧に置換した場合に動脈系と同様な伝達特性を持つ集中定数回路２８に入力することによって、脈波信号を発生させる。したがって、この集中定数回路２８を変化させることによって、入力信号発生部２４が発生させる入力信号を変化させることなく、さまざまな動脈系の状態に対応した脈波信号を容易に発生させることができる。
【００５６】
＜記憶素子を用いた脈波信号発生部＞
なお、上記においては、脈波信号発生部２０を、入力信号発生部２４と集中定数回路２８とによって形成する例を示した。しかし、本実施形態の脈動発生装置１０は、脈波信号発生部２０を図９にブロック図として示したように構成することもできる。すなわち、脈波信号発生部２０は、電圧波形に対応したデジタル情報を記憶した脈波信号記憶部２２に予め記憶させておき、脈波信号記憶部２２から読み出したデジタル信号をＤ／Ａ変換器２３によりアナログ変換して脈波信号を発生させるように構成してもよい。なお、脈波信号記憶部２２は、ＲＯＭ，ＲＡＭなどの記憶素子により形成することができる。
【００５７】
〔第２実施形態〕
第２実施形態は、脈波信号発生部に用いられる入力信号発生部と集中定数回路とが第１実施形態のものとは異なる。それ以外の点については、第１実施形態と同様であるので、その説明を省略する。また、図面において、対応する部分には第１実施形態と同一の符号を付す。
【００５８】
図１０は、本実施形態の脈波信号発生部７０の回路図であり、第１実施形態と同様に入力信号発生部７１と集中定数回路７３とを備えている。この図に示すように、本実施形態の集中定数回路７３は、キャパシタ７４（静電容量Ｃc），抵抗２９（電気抵抗Ｒc），インダクタ３０（インダクタンスＬ），キャパシタ３１（静電容量Ｃ），抵抗３２（電気抵抗Ｒp）から構成される５要素集中定数回路として形成されている。なお、集中定数回路７３は、入力信号に対して直列に接続されたダイオード７５も備えている。
【００５９】
図１１は、入力信号発生部７１が集中定数回路７３に対して出力する入力信号を示すグラフである。この図に示すように、入力信号発生部７１が出力する入力信号は、正弦波の正極性の部分のみの波形からなる半波正弦波である。この波形は、心臓の左心室における血圧波形（例えば図４に細線で示した波形）を近似したものである。
【００６０】
図１０に示した集中定数回路７３の各要素の静電容量、電気抵抗、またはインダクタンスは、第１実施形態に示した方法と同様な方法によって、近似させる橈骨動脈における血圧波形について算出されたものが用いられている。図１２〜図１４は、中国医学の脈診において、滑脈、平脈、および弦脈のそれぞれに分類される橈骨動脈における血圧波形に近似する出力信号が得られるように算出した各要素を有する各集中定数回路７３を備えて形成した、それぞれの脈波信号発生部７０からの出力信号の電圧波形である。なお、図１２〜図１４に示した出力信号を発生する各脈波信号発生部７０の集中定数回路７３における各要素の静電容量、電気抵抗、またはインダクタンスは、以下のとおりである。
0003760968.tif 000002
このように、本実施形態の集中定数回路７３は、図１１に示した入力信号が入力信号発生部７１から入力された場合に、橈骨動脈における血圧波形に近似させた電圧波形を持つ出力信号、例えば図１２，図１３，または図１４に示した出力信号を、各受動素子の電気抵抗、インダクタンス、またはキャパシタンスを適切な値とすることによって、出力することができる。
【００６１】
したがって、本実施形態の集中定数回路７３は、少なくとも１つの受動素子の電気抵抗、インダクタンス、またはキャパシタンスを変化させることによって、動脈系の異なった伝達特性に対応した伝達特性を、入力信号に対して持つことが可能である。したがって、集中定数回路７３の少なくとも１つの受動素子の電気抵抗、インダクタンス、またはキャパシタンスを可変とし、適切な値に設定することによって、動脈系の異なった伝達特性に対応させ、所望の橈骨動脈の血圧波形に対応した出力信号を発生させることができる。
【００６２】
〔第３実施形態〕
第３実施形態は、脈動発生装置の脈波信号発生部７６が複数の脈波信号を選択可能に形成されている点が、第１実施形態と異なる。それ以外の点については、第１実施形態と同様であるので、その説明を省略する。また、図面において、対応する部分には第１実施形態と同一の符号を付す。
【００６３】
図１５は、本実施形態の脈波信号発生部７６を示すブロックダイアグラムである。この図に示すように、本実施形態の脈波信号発生部７６は、入力信号発生部２４で発生された入力信号が、複数の集中定数回路２８に入力され、それらの集中定数回路２８の出力のいずれかを選択部７７によって選択して出力する。
【００６４】
したがって、例えば、複数の集中定数回路２８として、それぞれ第１実施形態で示した４要素集中定数回路を用い、１つの集中定数回路２８は橈骨動脈における血圧波形として中国医学の脈診において平脈（図５）と分類されるものを用いて決定した集中定数回路２８とし、他の１つの集中定数回路２８は滑脈（図６）と分類されるものを用いて決定したものとし、もう１つの集中定数回路２８は弦脈（図７）と分類されるものを用いて決定した集中定数回路２８とすることもできる。
【００６５】
本実施形態によれば、動脈系の伝達特性を模した集中定数回路が複数の伝達特性に対応して設けられ、いずれかが選択されて、その出力として所定の動脈系の伝達特性に対応した脈波信号を発生させる。したがって、所定の動脈系の伝達特性に対応した脈波信号を、再現性良く、しかも迅速に選択して発生させることができる。
【００６６】
なお、上記においては、入力信号発生部２４と複数の集中定数回路２８とを備える脈波信号発生部７６において、集中定数回路２８からの出力信号を選択部７７によって選択可能とすることによって、複数の脈波信号のいずれかを選択して出力することができる脈波信号発生部７６を示した。しかし、本実施形態の脈波信号発生部７６は、上記の例に限らず、例えば、複数の電圧波形に対応したデジタル情報を記憶する記憶素子たとえばＲＯＭを用意し、その記憶素子からいずれかの電圧波形のデジタル情報を取り出してＤ／Ａ変換し、脈波信号を発生させるように構成してもよい。これによっても、所望の脈波信号を選択し、容易に所望の脈動を模した振動を発生させることができる脈動発生装置が得られる。
【００６７】
〔第４実施形態〕
第４実施形態は、脈動発生部に第１および第２変異制限部が設けられ、脈波信号発生部にオフセット印加部が設けられている点が、第１実施形態とは異なる。それ以外の点については、第１実施形態と同様であるので、その説明を省略する。また、図面において、対応する部分には第１実施形態と同一の符号を付す。
【００６８】
図１６は、本実施形態の脈動発生部８６の模式的な断面図であり、第１実施形態における断面を示した斜視図である図８に対応している。この図に示すように脈動発生部８６には、振動膜４８が表面方向に変位する範囲を制限する第１変位制限部８８が、保持部５２の押さえ部材５８に設けられている。この図に示すように、第１変位制限部８８は、押さえ部材５８の内周側縁部に、振動膜４８とはいくぶん間隔を空けて突出するように形成されている。
【００６９】
したがって、振動膜４８がその表面方向に変位する範囲が第１変位制限部８８によって制限されるため、押圧力を加えて振動膜４８を裏面方向に押圧した方が脈動が強くなる状態、すなわち、中国医学の脈診における沈脈に近い状態を再現することができる。
【００７０】
また、本実施形態の保持部５２の基台５４には、振動膜４８が裏面方向に変位する範囲を制限する第２変位制限部９０が設けられている。第２変位制限部９０は、図１６に示すように、振動膜４８とは幾分間隔を空けて、基台５４の貫通孔５５の側に突出している。
【００７１】
したがって、振動膜４８がその裏面方向に変位する範囲が第２変位制限部９０によって制限されるため、強い押圧力を加えて振動膜４８を裏面方向に押圧すると脈動が弱くなる。これによって、中国医学の脈診における押圧力が強いと脈が感じられなくなる傾向の脈状、すなわち、浮脈に近い状態を再現することができる。
【００７２】
図１７は、本実施形態の脈波信号発生部８２を示す回路図である。この図に示すように脈波信号発生部８２は、第１実施形態（図２）において示した脈波信号発生部２０に、オフセット印加部８３が加えられた構成となっている。オフセット印加部８３で発生されたオフセット電圧が集中定数回路２８の出力に印加されて、脈波信号発生部８２の出力信号となっている。なお、オフセット印加部８３が出力するオフセット電圧は可変となっている。
【００７３】
上記のような構成によれば、脈波信号に正または負のオフセット電圧を印加することによって、変換素子としての圧電素子４４の変形を収縮または膨張の一方の方向に偏らせることができる。これによって、振動膜４８は、その変位が表面または裏面方向に偏ることになる。したがって、圧電素子４４の動きにしたがって振動する振動膜４８から第１変位制限部８８または第２変位制限部９０までの距離が、印加されるオフセット電圧の大きさおよび極性によって変化する。
【００７４】
例えば、振動膜４８がその表面方向に偏り第１変位制限部８８に接触する状態となるようにオフセット印加部８３が印加する印加電圧を設定しておけば、指で振動膜４８に押圧力を加えて振動膜４８が第１変位制限部８８から離れる状態となるまで、殆ど振動が感じられないことになる。これは、中国医学の脈診において通常より強い押圧力を加えないと脈動が感じられない脈状すなわち沈脈に類似した状態である。
【００７５】
逆に、振動膜４８がその裏面方向に偏り第２変位制限部９０に接近した状態となるようにオフセット印加部８３が印加する印加電圧を設定しておけば、指で振動膜４８に通常の押圧力を加えた場合でも、振動膜４８が第２変位制限部９０に接触する状態となり、殆ど振動が感じられない状態となってしまう。これは、中国医学の脈診において弱い押圧力を加えた場合でないと脈動が感じられない脈状すなわち浮脈に類似した状態を再現したことになる。
【００７６】
このように、本実施形態の脈動発生装置は、オフセット印加部８３が印加するオフセット電圧の大きさおよび極性を適切に設定することによって、所望の程度の沈脈または浮脈の性質を持つ脈動を発生させることができる。
【００７７】
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は前述した各実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内または特許請求の範囲の均等範囲内で各種の変形実施が可能である。
【００７８】
例えば、上記各実施形態では、振動膜を保持する保持部が基台と押さえ部材との２つの部分から構成される例を示したが、１つの部分のみからなる基台に振動膜が接着剤やネジなどで固定されるように形成してもよい。
【００７９】
また、上記各実施形態では、脈動発生部は、変換素子の振動が振動膜を介して伝わって脈動を発生させる例を示した。しかし、変換素子として例えば厚さ方向に変形するフィルム型の圧電素子を用いれば、変換素子の振動がそのまま脈動となる脈動発生部とすることもできる。
【００８０】
さらに、上記各実施形態では、変換素子として圧電素子を用いる例を示したが、例えば、ダイナミックスピーカのように磁場を横切る導体内を流れる電流に対応して発生する力によって振動を発生させる変換素子としてもよい。
【００８１】
そして、上記各実施形態では、定数回路として集中定数回路の例を示したが、定数回路は分布定数回路であってもよい。
【００８２】
また、上記各実施形態では、脈波信号発生部が入力信号発生部と集中定数回路とによって構成される例を示した。しかし、脈波信号発生部は、目的とする電圧波形の信号を直接的に発生する信号発生回路であってもよい。
【００８３】
さらに、上記各実施形態では、入力信号発生部で発生させる入力信号を一定とし集中定数回路を構成する少なくとも一つの要素の静電容量、インダクタンス、または電気抵抗を変化させて多種の脈波信号を発生させる例を示した。しかし、集中定数回路の各要素は固定しておき、入力信号発生部が発生させる入力信号を変化させることによって、脈波信号発生部が多種の脈波信号を発生するようにしてもよい。
【００８４】
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態の脈動発生装置のブロックダイアグラムである。
【図２】第１実施形態の脈波信号発生部の回路図である。
【図３】第１実施形態の入力信号発生部が発生する入力信号を示すグラフである。
【図４】左心室および大動脈起始部における典型的な血圧変化を示すグラフである。
【図５】中国医学の脈診において平脈とされる、典型的な橈骨動脈の血圧波形である。
【図６】中国医学の脈診において滑脈とされる、典型的な橈骨動脈の血圧波形である。
【図７】中国医学の脈診において弦脈とされる、典型的な橈骨動脈の血圧波形である。
【図８】第１実施形態の脈動発生装置の脈動発生部の要部を便宜的に断面として示す斜視図である。
【図９】第１実施形態の脈動発生装置の変形例を示すブロックダイアグラムである。
【図１０】第２実施形態の脈動発生装置の脈波信号発生部を示す回路図である。
【図１１】第２実施形態の入力信号発生部が発生する入力信号を示すグラフである。
【図１２】第２実施形態の脈波信号発生部を、中国医学の脈診における滑脈に模した電圧波形を発生するように形成した場合の出力信号の波形である。
【図１３】第２実施形態の脈波信号発生部を、中国医学の脈診における平脈に模した電圧波形を発生するように形成した場合の出力信号の波形である。
【図１４】第２実施形態の脈波信号発生部を、中国医学の脈診における弦脈に模した電圧波形を発生するように形成した場合の出力信号の波形である。
【図１５】第３実施形態の脈動発生装置の脈波信号発生部を示すブロックダイアグラムである。
【図１６】第４実施形態の脈動発生装置の脈動発生部を示す模式的な断面図である。
【図１７】第４実施形態の脈動発生装置の脈波信号発生部を示す回路図である。
【符号の説明】
１０  脈動発生装置
２０，７０，７６，８２  脈波信号発生部
２４，７１  入力信号発生部
２８，７３  集中定数回路
４０，８６  脈動発生部
４４  圧電素子（変換素子）
４８  振動膜
５２  保持部
８３  オフセット印加部
８８  第１変位制限部
９０  第２変位制限部
【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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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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