特許 7580095 測定装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-10-31

(45)【発行日】2024-11-11

(54)【発明の名称】測定装置

(51)【国際特許分類】

   A61B 5/02 20060101AFI20241101BHJP

【ＦＩ】

A61B5/02 A

A61B5/02 310V

【請求項の数】 11

(21)【出願番号】P 2023575153

(86)(22)【出願日】2022-12-22

(86)【国際出願番号】 JP2022047301

(87)【国際公開番号】W WO2023140038

(87)【国際公開日】2023-07-27

【審査請求日】2024-06-24

(31)【優先権主張番号】P 2022008023

(32)【優先日】2022-01-21

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】504136568

【氏名又は名称】国立大学法人広島大学

(73)【特許権者】

【識別番号】000006231

【氏名又は名称】株式会社村田製作所

(74)【代理人】

【識別番号】110000970

【氏名又は名称】弁理士法人 楓国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】辻 敏夫

(72)【発明者】

【氏名】古居 彬

(72)【発明者】

【氏名】許 自強

(72)【発明者】

【氏名】森田 暢謙

【審査官】遠藤 直恵

(56)【参考文献】

【文献】米国特許出願公開第２００８／００３９７３１（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特表２０１９－５１６４１６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－２２６９０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１４／２０８２８９（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ａ６１Ｂ ５／０２－５／０３

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

人体の表面に接触し、かつ、前記人体の第１部分の脈波を検知することにより第１信号を出力する第１センサと、
前記第１センサを前記第１部分に固定する第１固定部材と、
前記人体の表面に接触し、かつ、前記人体の第２部分の脈波を検知することにより第２信号を出力する第２センサと、
前記第２センサを前記第２部分に固定する第２固定部材と、
前記第１信号及び前記第２信号に基づいて、前記人体の血管剛性に関連するパラメータを示す血管剛性関連データを生成する演算回路と、
を備えており、
前記第２部分は、前記第１部分に比較して前記人体の心臓に近い部分であり、
前記第１部分は、前記人体の関節の表面であり、
前記第１固定部材は、前記第１センサを前記第１部分に直接接触させる、
測定装置。

【請求項2】

前記第２部分は、前記人体の関節の表面であり、
前記第２固定部材は、前記第２センサを前記第２部分に直接接触させる、
請求項１に記載の測定装置。

【請求項3】

前記演算回路により生成された前記血管剛性関連データが示す前記パラメータを表示する表示装置を更に備えている、
請求項１又は請求項２に記載の測定装置。

【請求項4】

前記演算回路は、前記第１信号に含まれる脈波の発生時刻と前記第２信号に含まれる脈波の発生時刻との差が変化すると、前記パラメータが変化するように前記血管剛性関連データを生成する、
請求項１又は請求項２に記載の測定装置。

【請求項5】

前記パラメータは、脈波が伝搬する速度である脈波伝搬速度である、
請求項１又は請求項２に記載の測定装置。

【請求項6】

前記パラメータは、血管剛性である、
請求項１又は請求項２に記載の測定装置。

【請求項7】

前記演算回路は、前記人体に刺激が加わっている状態の前記第１信号及び前記第２信号、並びに、前記人体に刺激が加わっていない状態の前記第１信号及び前記第２信号に基づいて、前記人体の血管剛性に関連する前記パラメータを示す前記血管剛性関連データを生成する、
請求項１又は請求項２に記載の測定装置。

【請求項8】

前記第１センサは、圧電フィルムを含んでいる、
請求項１又は請求項２に記載の測定装置。

【請求項9】

前記第１センサは、超音波センサである、
請求項１又は請求項２に記載の測定装置。

【請求項10】

前記第１センサは、フォトプレチスモグラフィセンサである、
請求項１又は請求項２に記載の測定装置。

【請求項11】

前記第１固定部材と前記第２固定部材とを連結している連結部材を更に備えている、
請求項１又は請求項２に記載の測定装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、血管剛性に関連するパラメータを測定する測定装置に関する。

【背景技術】

【0002】

血管剛性に関連するパラメータを測定するための測定装置に関する発明としては、例えば、特許文献１に記載の血管内超音波技術が知られている。この技術では、血管内部に超音波を伝搬させることにより、血管剛性を測定する。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0003】

【文献】循環器画像技術研究会，“ＩＶＵＳの基本と画像判読”，［ｏｎｌｉｎｅ］，［２０２１年１２月２９日検索］，インターネット ＜ＵＲＬ： http://citec.fc2wheb.com/shiryou/on-wheb/basicIVUS/basicIVUS.htm＞

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、特許文献１に記載の血管内超音波技術では、血管内部に超音波を伝搬させるために、人体に傷をつける必要がある。その一方で、血管剛性に関連するパラメータを精度よく測定したいという要望がある。

【0005】

そこで、本発明の目的は、人体に傷をつけることなく血管剛性に関連するパラメータを測定でき、かつ、血管剛性に関連するパラメータを精度よく測定できる測定装置を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の一形態に係る測定装置は、
人体の表面に接触し、かつ、前記人体の第１部分の脈波を検知することにより第１信号を出力する第１センサと、
前記第１センサを前記第１部分に固定する第１固定部材と、
前記人体の表面に接触し、かつ、前記人体の第２部分の脈波を検知することにより第２信号を出力する第２センサと、
前記第２センサを前記第２部分に固定する第２固定部材と、
前記第１信号及び前記第２信号に基づいて、前記人体の血管剛性に関連するパラメータを示す血管剛性関連データを生成する演算回路と、
を備えており、
前記第１部分は、関節であり、
前記第１固定部材は、前記第１センサを前記第１部分に密着させる。

【発明の効果】

【0007】

本発明に係る測定装置によれば、人体に傷をつけることなく血管剛性に関連するパラメータを測定でき、かつ、血管剛性に関連するパラメータを精度よく測定できる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】図１は、測定装置１０のブロック図である。

【図2】図２は、第１センサ１２ａの上面図及び断面図である。

【図3】図３は、第１信号Ｓｉｇ１及び第２信号Ｓｉｇ２の波形を示した図である。

【図4】図４は、脈波伝搬速度の２乗Ｖ^２と血管剛性Ｇとの関係を示すグラフである。

【図5】図５は、演算回路１８が実行するフローチャートである。

【図6】図６は、測定装置１０ａのブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

（実施形態）
［測定装置１０の構成及び動作］
以下に、本発明の一実施形態に係る測定装置１０の構成について図面を参照しながら説明する。図１は、測定装置１０のブロック図である。図２は、第１センサ１２ａの上面図及び断面図である。図３は、第１信号Ｓｉｇ１及び第２信号Ｓｉｇ２の波形を示した図である。図４は、脈波伝搬速度Ｖと血管剛性Ｇとの関係を示すグラフである。

【0010】

測定装置１０は、人体の血管剛性に関連するパラメータを演算する装置である。測定装置１０は、例えば、人体の動脈硬化度を測定する装置である。測定装置１０は、図１に示すように、第１センサ１２ａ、第２センサ１２ｂ、第１固定部材１４ａ、第２固定部材１４ｂ、連結部材１６、演算回路１８及び表示装置２０を備えている。

【0011】

第１センサ１２ａは、人体の第１部分の脈波を検知することにより第１信号Ｓｉｇ１を出力する。第１部分は、関節である。本実施形態では、第１部分は、手首である。第１センサ１２ａは、脈波により発生する人体の表面の伸縮を検知して、伸縮に応じた電圧値を有する電気信号を生成する。以下に、第１センサ１２ａの構造について説明する。

【0012】

第１センサ１２ａは、圧電フィルム２４、上電極２５ａ、下電極２５ｂ、基材２６、接着層２８及び粘着層３０を含んでいる。圧電フィルム２４は、シート形状を有している。従って、圧電フィルム２４は、上主面及び下主面を有している。圧電フィルム２４の左右方向の長さは、圧電フィルム２４の前後方向の長さより長い。本実施形態では、圧電フィルム２４は、上下方向に見て、左右方向に延びる長辺を有する矩形状を有している。圧電フィルム２４は、圧電フィルム２４の変形量に応じた電荷を発生する。本実施形態では、圧電フィルム２４は、ＰＬＡフィルムである。以下に、圧電フィルム２４についてより詳細に説明する。

【0013】

圧電フィルム２４は、圧電フィルム２４が左右方向に伸張されたときに発生する電荷の極性が、圧電フィルム２４が前後方向に伸張されたときに発生する電荷の極性と逆となる特性を有している。具体的には、圧電フィルム２４は、キラル高分子から形成されるフィルムである。キラル高分子とは、例えば、ポリ乳酸（ＰＬＡ）、特にＬ型ポリ乳酸（ＰＬＬＡ）である。キラル高分子からなるＰＬＬＡは、主鎖が螺旋構造を有する。ＰＬＬＡは、一軸延伸されて分子が配向する圧電性を有する。圧電フィルム２４は、ｄ１４の圧電定数を有している。圧電フィルム２４の一軸延伸方向（配向方向）は、前後方向及び左右方向のそれぞれに対して４５度の角度を形成している。この４５度は、例えば、４５度±１０度程度を含む角度を含む。これにより、圧電フィルム２４は、圧電フィルム２４が前後方向及び左右方向に伸張されること又は前後方向及び左右方向に圧縮されることにより、電荷を発生する。圧電フィルム２４は、例えば、左右方向に伸張されると正の電荷を発生する。圧電フィルム２４は、例えば、左右方向に圧縮されると負の電荷を発生する。圧電フィルム２４は、例えば、前後方向に伸張されると負の電荷を発生する。圧電フィルム２４は、例えば、前後方向に圧縮されると正の電荷を発生する。電荷の大きさは、伸張又は圧縮による圧電フィルム２４の変形量に依存する。より正確には、電荷の大きさは、伸張又は圧縮による圧電フィルム２４の変形量の微分値に比例する。

【0014】

上電極２５ａは、信号電極である。上電極２５ａから第１信号Ｓｉｇ１が出力される。上電極２５ａは、圧電フィルム２４の上主面に設けられている。下電極２５ｂは、グランド電極である。下電極２５ｂは、グランドに接続される。下電極２５ｂは、圧電フィルム２４の下主面に設けられている。上電極２５ａの材料及び下電極２５ｂの材料は、例えば、ＰＥＤＯＴのような導電性高分子である。

【0015】

基材２６は、上電極２５ａの上に設けられている。基材２６は、圧電フィルム２４、上電極２５ａ及び下電極２５ｂを保持することにより、圧電フィルム２４と共に変形する。基材２６は、シート形状を有している。基材２６は、上主面及び下主面を有している。基材２６の左右方向の長さは、基材２６の前後方向の長さより長い。本実施形態では、基材２６は、上下方向に見て、左右方向に延びる長辺を有する矩形状を有している。基材２６の長辺は、圧電フィルム２４の長辺、上電極２５ａの長辺及び下電極２５ｂの長辺より長い。基材２６の短辺は、圧電フィルム２４の短辺、上電極２５ａの短辺及び下電極２５ｂの短辺より長い。圧電フィルム２４、上電極２５ａ及び下電極２５ｂは、上下方向に見て、基材２６の外縁に囲まれた領域内に配置されている。基材２６の材料は、例えば、ポリウレタン、ＰＥＴである。フレキシブル基板、プリント配線板で形成してもよい。

【0016】

接着層２８は、圧電フィルム２４、上電極２５ａ及び下電極２５ｂを基材２６に固定する。より詳細には、接着層２８は、基材２６の下主面に設けられている。接着層２８は、基材２６の下主面の一部分を覆っている。また、接着層２８は、上電極２５ａの上主面の全体を覆っている。接着層２８の外縁は、上下方向に見て、基材２６の外縁に囲まれている。接着層２８は、上電極２５ａと基材２６とを接着している。その結果、基材２６の変形は、圧電フィルム２４に伝達される。接着層２８の材料は、例えば、両面テープ、熱硬化接着剤、熱可塑性接着剤である。

【0017】

粘着層３０は、基材２６の上主面に設けられている。粘着層３０は、基材２６を第１部分に固定する。これにより、第１部分が変形すると、基材２６が変形し、圧電フィルム２４が変形する。

【0018】

第１固定部材１４ａは、人体の表面に接触し、かつ、第１センサ１２ａを第１部分に固定する。第１固定部材１４ａは、第１センサ１２ａを第１部分に密着させる。第１センサ１２ａが第１部分に密着するとは、第１センサ１２ａと第１部分との間に隙間が存在しないことを意味する。ここで、第１部分は、関節なので、凹凸を有する。また、第１部分は、関節なので、変形する。従って、第１固定部材１４ａは、可撓性を有している。更に、第１固定部材１４ａは、例えば、粘着層を有する樹脂フィルムである。そして、第１センサ１２ａは、下電極１５ｂが第１固定部材１４ａに接するように、第１固定部材１４ａに貼り付けられている。これにより、第１センサ１２ａは、第１部分に密着できる。

【0019】

第２センサ１２ｂは、人体の表面に接触し、かつ、人体の第２部分の脈波を検知することにより第２信号Ｓｉｇ２を出力する。第２部分は、関節である。第２部分は、例えば、肘である。第２センサ１２ｂの構造は、第１センサ１２ａと同じであるので説明を省略する。

【0020】

第２固定部材１４ｂは、第２センサ１２ｂを第２部分に固定する。第２固定部材１４ｂの構造は、第１固定部材１４ａの構造と同じであるので説明を省略する。

【0021】

なお、「第１センサ１２ａ及び第２センサ１２ｂが第１部分及び第２部分に密着する。」とは、第１センサ１２ａ及び第２センサ１２ｂが第１部分及び第２部分に直接に接触していなくてもよい。第１センサ１２ａ及び第２センサ１２ｂが、脈波により発生する第１部分及び第２部分の伸縮を検知できればよい。従って、第１センサ１２ａと第１部分との間、及び／又は、第２センサ１２ｂと第２部分との間に例えばシリコーン樹脂や薄い樹脂フィルム等の介在物が存在してもよい。

【0022】

連結部材１６は、第１固定部材１４ａと第２固定部材１４ｂとを連結している。連結部材１６は、第１センサ１２ａと第２センサ１２ｂとの距離を一定の距離Ｌに保つ役割を果たす。

【0023】

演算回路１８は、第１信号Ｓｉｇ１及び第２信号Ｓｉｇ２に基づいて、人体の血管剛性に関連するパラメータを示す血管剛性関連データＤを生成する。以下に、血管剛性関連データＤの生成について説明する。

【0024】

図３に示すように、第１信号Ｓｉｇ１に含まれる脈波の発生時刻を時刻ｔ１と呼ぶ。第２信号Ｓｉｇ２に含まれる脈波の発生時刻を時刻ｔ２と呼ぶ。第２センサ１２ｂと心臓との距離は、第１センサ１２ａと心臓との距離より短い。従って、時刻ｔ２は、時刻ｔ１より前の時刻である。時刻ｔ２と時刻ｔ１との差を差Δｔと呼ぶ。演算回路１８は、差Δｔで距離Ｌを割り算することにより、脈波が伝搬する速度である脈波伝搬速度Ｖを算出する。なお、距離Ｌは、図示しない記憶装置により記憶されている。

【0025】

ここで、本願発明者は、研究の結果、脈波伝搬速度Ｖと血管剛性Ｇとの間には相関関係があることを発見した。血管剛性Ｇは、人体の血管の硬さを示すパラメータである。血管剛性Ｇが増加すると、血管が硬くなる。すなわち、血管剛性Ｇは、人体の動脈硬化度を示す。脈波伝搬速度Ｖの２乗（Ｖ^２）と血管剛性Ｇとは、図４に示すように、比例関係が成立している。すなわち、脈波伝搬速度Ｖの２乗が増加すると、血管剛性Ｇが増加する。従って、脈波伝搬速度Ｖを知ることができれば、血管剛性Ｇを知ることができる。そこで、図４のグラフに相当するデータが、図示しない記憶装置により記憶されている。そして、演算回路１８は、図４のグラフに相当するデータを用いて、脈波伝搬速度Ｖに基づいて血管剛性Ｇを算出する。従って、本実施形態では、人体の血管剛性に関連するパラメータは、血管剛性Ｇである。

【0026】

以上のように、演算回路１８は、第１信号Ｓｉｇ１に含まれる脈波の発生時刻ｔ１と第２信号Ｓｉｇ２に含まれる脈波の発生時刻ｔ２との差Δｔが変化すると、パラメータが変化するように血管剛性関連データＤを生成する。本実施形態では、演算回路１８は、差Δｔが増加すると、血管剛性Ｇが増加するように血管剛性関連データＤを生成する。以上のような演算回路１８は、例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）である。

【0027】

表示装置２０は、演算回路１８により生成された血管剛性関連データＤが示すパラメータを表示する。本実施形態では、表示装置２０は、血管剛性Ｇを表示する。表示装置２０は、例えば、液晶表示装置や有機ＥＬ表示装置である。

【0028】

次に、演算回路１８が行う動作について説明する。図５は、演算回路１８が実行するフローチャートである。演算回路１８は、図示しない記憶装置が記憶しているプログラムを実行することにより、図５のフローチャートを実行する。

【0029】

演算回路１８は、第１信号Ｓｉｇ１及び第２信号Ｓｉｇ２を取得する（ステップＳ１）。次に、演算回路１８は、図２に示すように、第１信号Ｓｉｇ１及び第２信号Ｓｉｇ２から脈波を検知する（ステップＳ２）。より詳細には、演算回路１８は、第１信号Ｓｉｇ１に含まれる脈波の発生時刻ｔ１及び第２信号Ｓｉｇ２に含まれる脈波の発生時刻ｔ２を特定する。

【0030】

次に、演算回路１８は、検知した脈波の発生時刻ｔ１と発生時刻ｔ２との差Δｔを取得する（ステップＳ３）。そして、演算回路１８は、記憶装置により記憶されている距離Ｌを差Δｔで割り算することにより、脈波伝搬速度Ｖを算出する（ステップＳ４）。最後に、演算回路１８は、図４のグラフに相当するデータを用いて、脈波伝搬速度Ｖに基づいて血管剛性Ｇを算出する（ステップＳ５）。この後、表示装置２０は、血管剛性Ｇを表示する。

【0031】

［効果］
測定装置１０によれば、人体に傷をつけることなく血管剛性に関連するパラメータを測定できる。より詳細には、第１センサ１２ａは、人体の表面に接触し、かつ、人体の第１部分の脈波を検知することにより第１信号Ｓｉｇ１を出力する。第２センサ１２ｂは、人体の表面に接触し、かつ、人体の第２部分の脈波を検知することにより第２信号Ｓｉｇ２を出力する。そして、演算回路１８は、第１信号Ｓｉｇ１及び第２信号Ｓｉｇ２に基づいて、人体の血管剛性に関連するパラメータを示す血管剛性関連データＤを生成する。このように、測定装置１０では、人体に傷をつけることなく、血管剛性に関連するパラメータを測定できる。

【0032】

測定装置１０によれば、血管剛性に関連するパラメータを精度良く測定できる。より詳細には、本願発明者は、研究の結果、脈波の測定位置を関節にすればよいと思い至った。更に、本願発明者は、研究の結果、脈波の測定位置を手首にすればよいと思い至った。ただし、手首は、複雑な凹凸を有し、かつ、変形する。そこで、第１固定部材１４ａは、第１センサ１２ａを関節である第１部分に密着させる。これにより、第１センサ１２ａは、脈波を精度よく検知できるようになる。その結果、測定装置１０によれば、血管剛性に関連するパラメータを精度良く測定できる。

【0033】

測定装置１０では、連結部材１６は、第１固定部材１４ａと第２固定部材１４ｂとを連結している。これにより、第１センサ１２ａと第２センサ１２ｂとの距離Ｌが一定に保たれる。その結果、第１センサ１２ａと第２センサ１２ｂとの距離Ｌの測定及び入力が不要である。

【0034】

（変形例）
以下に、変形例に係る測定装置１０ａについて図面を参照しながら説明する。図６は、測定装置１０ａのブロック図である。

【0035】

測定装置１０ａは、連結部材１６を備えていない点、及び、入力装置２１を更に備えている点において測定装置１０と相違する。従って、第１センサ１２ａと第２センサ１２ｂとの距離Ｌは、一定ではない。そこで、ユーザは、距離Ｌを測定する。更に、ユーザは、入力装置２１を用いて、距離Ｌを入力する。これにより、演算回路１８は、第１部分と第２部分との距離Ｌを示す距離データＤＬを取得する。そして、演算回路１８は、第１信号Ｓｉｇ１、第２信号Ｓｉｇ２及び距離データＤＬに基づいて、血管剛性関連データＤを生成する、測定装置１０ａのその他の構造は、測定装置１０と同じであるので説明を省略する。

【0036】

（その他の実施形態）
なお、本発明に係る測定装置は、測定装置１０，１０ａに限らずその要旨の範囲内において変更可能である。また、測定装置１０，１０ａの構造を組み合わせてもよい。

【0037】

なお、第１センサ１２ａ及び第２センサ１２ｂは、超音波センサであってもよいし、フォトプレチスモグラフィセンサであってもよい。また、第１センサ１２ａと第２センサ１２ｂとは互いに異なるタイプのセンサでもよい。

【0038】

なお、第２部分は、関節でなくてもよい。この場合、第２固定部材１４ｂは、第２センサ１２ｂを第２部分に密着させなくてもよい。第２固定部材１４ｂは、人体の一部に巻き付けられるバンドであってもよい。

【0039】

なお、パラメータは、脈波が伝搬する速度である脈波伝搬速度Ｖであってもよい。この場合、表示装置２０は、脈波伝搬速度Ｖを表示する。ただし、パラメータは、血管剛性Ｇ及び脈波伝搬速度Ｖの両方であってもよい。また、パラメータは、人体の動脈硬化度を示す値であってもよい。

【0040】

なお、演算回路１８は、差Δｔを用いて、脈波伝搬速度Ｖを算出することなく、血管剛性Ｇを算出してもよい。この場合、図示しない記憶装置は、差Δｔと血管剛性Ｇとの関係を示すテーブルを記憶している。

【0041】

なお、第１部分は、手首以外の関節であってもよい。

【0042】

なお、測定装置１０，１０ａは、パラメータを印刷する印刷装置を更に備えていてもよい。

【0043】

なお、本願発明者は、人体に痛みなどの刺激が加わっている状態での脈波伝搬速度と人体に刺激が加わっていない状態での脈波伝搬速度とが異なることを発見した。そこで、演算回路１８は、この性質を利用して、人体に刺激が加わっている状態の第１信号Ｓｉｇ１及び第２信号Ｓｉｇ２、並びに、人体に刺激が加わっていない状態の第１信号Ｓｉｇ１及び第２信号Ｓｉｇ２に基づいて、人体の血管剛性に関連するパラメータを示す血管剛性関連データＤを生成してもよい。測定装置１０，１０ａでは、リアルタイムに血管剛性関連データＤを計測できることから、人の感じている肉体的な疼痛や精神的なストレスを定量的なデータでリアルタイムに評価をすることが可能である。昨今、ストレス指標として扱われている心拍変動解析は、計測に一定の時間がかかることが知られており、短時間での刺激の評価には使用できず、リアルタイムに人の感性を評価できる測定装置１０，１０ａの応用範囲は広い。

【符号の説明】

【0044】

１０，１０ａ：測定装置
１２ａ：第１センサ
１２ｂ：第２センサ
１４ａ：第１固定部材
１４ｂ：第２固定部材
２４：圧電フィルム
Ｓｉｇ１：第１信号
Ｓｉｇ２：第２信号

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】