JP2008302052A - 生体信号採取装置 - Google Patents

Abstract

【課題】皮膚にかける負担を小さくしながら、小型の装置であっても剥がれ時に生じるノイズ信号の発生を低減することが可能な生体信号取得装置を得る。
【解決手段】中間シート部材３の第１接着面３ａにおける接着部外周が、第２接着面３ｂにおけるセンサユニット２との接着部外周よりも外側に位置し、かつ、
中間シート部材３の第１接着面３ａにおける生体との単位面積あたりの接着力が、第２接着面３ｂにおけるセンサユニット２との単位面積あたりの接着力よりも小さいことを特徴とする生体信号採取装置とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、被検者の体表面に直接取り付けることにより、生体信号を採取する生体信号採取装置に関する。

従来の聴診器は、患者（被検体）の身体に直接当てがった集音部により身体内で発する微かな心音、血管音、肺胞音、呼吸音等の診断情報となる生体音を取得し、この生体音を集音部に連設された管路部を介して耳部まで伝搬させ、医師が耳部に伝搬された生体音を聞くことにより患者の健康状態を診断するものである。

しかしながら、この聴診器による診断方法では、医師が患者の身体に集音部を当てがいながら生体音を取得して患者の健康状態を診断するので、診断中は医師と患者が直接対面し続けていなければならず、例えば、睡眠時に発する生体音を一晩中かけて取得して患者の病状を診断する場合のように、長時間に亘る生体音を必要とする診断には適していなかった。

そこで、近年、聴診器などの生体音取得装置により取得した患者の生体音を、デジタル音響信号としてサーバに保存しておくことにより、そのデジタル音響信号を医師や患者が随時再生することのできる生体音取得システムが開発されている（例えば、特許文献１参照）。この生体音取得システムによれば、生体音をまとめてサーバに保存しておくことができ、睡眠中等の長時間に渡って生体音の取得を行う臨床診断には好適である。

特許文献２でも、長時間に渡って生体信号を取得する装置として、加速度センサを被検体に取り付け、加速度センサからの信号を処理することにより咳に伴う信号を抽出することにより、咳の発生状況を長期間に渡ってモニタする咳計測装置が開示されている。

このように生体から発する音や動きに伴う生体信号を長期に渡って取得する生体信号取得装置は、信号を取得するセンサを生体の体表面の一定箇所に保持し続ける必要がある。特許文献２では、その一手段としてセンサを両面テープにより被検体の体表面に取り付けている。
特開２００３−９３３８１号公報 特開平９−９８９６４号公報

しかし、センサを被検体の体表面に両面テープ等の粘着材により貼り付けた場合には、患者の動きや、センサに対する外部からの力によりセンサの体表面からの剥がれが生じる場合がある。特に被検体の体表面は曲面で構成され、かつ、その表面の形状が変化する。貼り付けられた部材に対し、生体はある程度追従するが端部から剥がれが生じ易い。剥がれが生じた場合には、その剥がれ時に生じる振動音等がノイズ信号となってしまう。また一旦剥がれた部材が、生体に再度密着する際にも振動が生じノイズ信号となる場合がある。これらは、一旦発生すると、生体が動くと容易におきやすくなり、生体信号を解析する際に非常にやっかいなノイズ信号となる。特に呼吸音においては、この剥がれ時に生じる信号は間質性肺炎などで見られるベロクロラ音と非常によく似た信号であり、誤検出の原因となる。

このような問題に対しては、センサと体表面との接着力を強くすることにより剥がれの発生を抑えることが可能となる。ここで、接着力を強くする手段として接着する面積を広くする手段と、単位面積あたりの接着力を強くする手段とがあるが、前者はセンサを大きくすることに繋がり、被検体の邪魔とならないよう小型化が望まれる状況下では手段として選択し難い。

後者の単位面積あたりの接着力を強くする手段は、測定終了後にセンサを剥がす際に皮膚を傷つけたり、強い粘着剤を用いることによる皮膚かぶれが生じたりする問題があった。

本願発明は上記問題に鑑み、皮膚にかける負担を小さくしながら、小型の装置であっても剥がれ時に生じるノイズ信号の発生を低減することが可能な生体信号取得装置を得ることを目的とする。

上記の目的は、下記に記載する発明により達成される。

（１）被検体の生体信号を検知する生体信号採取装置であって、
生体に取り付ける第１接着面を有する中間シート部材と、
前記中間シート部材の前記第１接着面以外の第２接着面に取り付けて生体信号を検知するセンサユニットと、を有し、
前記中間シート部材の前記第１接着面における接着部外周が、前記第２接着面における前記センサユニットとの接着部外周よりも外側に位置し、かつ、
前記中間シート部材の第１接着面における生体との単位面積あたりの接着力が、前記中間シート部材の第２接着面における前記センサユニットとの単位面積あたりの接着力よりも小さいことを特徴とする生体信号採取装置。

（２）前記中間シート部材は、可撓性シートであることを特徴とする（１）に記載の生体信号採取装置。

（３）前記中間シート部材の第１接着面に粘着剤を付着させており、
前記センサユニットにおける前記中間シート部材の第２接着面との接触面に粘着剤を付着させていることを特徴とする（１）又は（２）に記載の生体信号採取装置。

（４）前記中間シート部材と前記センサユニットは着脱可能であることを特徴とする（１）乃至（３）のいずれかに記載の生体信号採取装置。

（５）前記中間シート部材の第２接着面には、所定の位置に前記センサユニットの取り付けるための目印が付与されていることを特徴とする（１）乃至（４）のいずれかに記載の生体信号採取装置。

本発明によれば、皮膚にかける負担を小さくしながら、小型の装置であっても剥がれ時に生じるノイズ信号の発生を低減することが可能な生体信号取得装置を得ることが可能となる。

本発明を実施の形態に基づいて説明するが、本発明は該実施の形態に限られない。

図１は、生体信号採取装置の使用例を示す模式図である。同図に示す例は二つの生体信号採取装置１を被検体の生体面Ｈに取り付けた状態を示している。生体信号採取装置１により、咳、呼吸音、心音、その他の生体信号を検知して不図示の外部装置に送信することにより被検体Ｈの長期間に渡るモニタを行うことができる。

図２は、実施形態に係る被検体の生体信号を取得する生体信号採取装置１の断面図である。同図に示す例では生体信号として生体音を採取する。図２に示すように、生体信号採取装置１は、円柱形状で一端面が開口したセンサユニット２と、該センサユニット２の開口面を閉塞するようにセンサユニット２に密着した中間シート部材３とを備えている。

センサユニット２は、いわゆるコンデンサマイクロホン方式の集音ユニットである。センサユニットは、コイルや磁石などから構成される変換部２５と、上面及び下面が開口した円錐形状の空気室壁２６からなる集音部と、変換部２５により得た電気信号を増幅してデジタル信号に変換したり、外部端末（図示せず）に送信したりする素子２９と、変換部２５及び素子２９を搭載した基板２７と、変換部２５及び素子２９に電源を供給するバッテリ部２８から構成される。

生体信号採取装置１は、中間シート部材３に設けられた粘着剤層３１により患者（被検体）の所定の部位に貼り付けられている（貼着ともいう）。患者が呼吸や嚥下などを行うことにより生体音を発すると、この生体音の波長に合わせて中間シート部材３が微小振動する。中間シート部材３の微小振動は空気室壁２６を伝って変換部２５に伝搬される。そして、生体音の振動が変換部２５により電気信号に変換され、素子２９によりデジタル信号に変換されて、図示しない外部装置に送信される。送信された生体音は外部装置に保存される。

医師は、外部装置に保存された患者の生体音を、例えば、表示装置に表示させたり、スピーカにより出力させたりすることで、患者の健康状態を診断することができる。また、外部装置に生体音を解析する解析機能を設け、当該解析により診断を行い、診断結果を出力するように構成してもよい。

中間シート部材３は、ＰＥＴ（Ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ Ｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ）、ＰＰ（Ｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅ）、塩化ビニルをはじめとする樹脂などの材料により形成された薄い隔膜であり、可撓シートであることから被検体の動きに伴って微少変化する生体面Ｈ（主に皮膚）の形状に追従するようになっている。さらに中間シート部材３を伸縮性を持たせた弾性材料で形成することにより、追従性がさらに向上するのでより好ましい。

中間シート部材３は、生体面Ｈに取り付ける第１接着面３ａと、その第１接着面の反対側の第２接着面３ｂを有する。そして第１接着面３ａと生体面Ｈとの間には粘着剤層３１が、第２接着面３ｂとセンサユニット２との間には粘着剤層２１を設けている。ここで、粘着剤層２１、３１と中間シート部材３、センサユニット２との位置関係について説明する。

図３は、生体信号採取装置１の各構成部の位置関係を説明する模式図である。図３（ａ）は断面分解図であり、図３（ｂ）は上面図である。

同図に示すように粘着剤層２１はセンサユニット２の底面に貼り付けており（付着）、センサユニット２の底面の形状に合わせてドーナツ状の形状としている。粘着剤層３１は円板形状であり中間シート部材３に対してその全面に渡って貼り付けている。

また中間シート部材３の第１接着面３ａにおける接着部外周つまり粘着剤層３１の外周面ｃ３１は、第２接着面３ｂにおけるセンサユニット２との接着部外周つまり粘着剤層２１の外周面ｃ２１よりも外側に位置している。同図に示す例では、センサユニット２と中間シート部材３の中心を一致させているので、外周面ｃ３１は外周面ｃ２１よりも全周に渡って所定の距離Ｌ分だけ外側に位置させている。

センサユニット２の大きさはその直径が５ｍｍ〜３０ｍｍが好ましく用いられる。このとき、中間シート部材はセンサユニット２の直径よりも１．５倍から３倍程度であることが好ましく、より好ましくは２倍程度である。この場合距離Ｌは、５ｍｍ〜３０ｍｍ程度確保することが可能となる。

センサユニット２と中間シート部材３とは着脱可能としている。これを実現するために、粘着剤層２１とセンサユニット２の接着力は、粘着剤層２１と中間シート部材３との接着力よりも大きくしている。そうすることによりセンサユニット２を中間シート部材３から取り外す（剥がす）場合には、粘着剤層２１はセンサユニット２の方に残ることになる。

［接着力］
ここで接着力について説明する。中間シート部材３の第１接着面３ａにおける生体面Ｈとの単位面積あたりの接着力αａが、中間シート部材３の第２接着面３ｂにおけるセンサユニット２との単位面積あたりの接着力αｂよりも小さくなるように設定している。このようにすることで粘着剤層３１の接着力を強くせずに済むので皮膚にかける負担を小さくすることができる。

ここで接着力とは、図４に示す方法で測定した場合によって測定した場合の接着力である。図４（ａ）は中間シート部材３と生体面Ｈとの接着力の測定方法を示す図であり、図４（ｂ）は中間シート部材３とセンサユニット２（の筐体部材）との接着力の測定方法を示す図である。同図に示す様に接着力として、中間シート部材３を他方の接着面に対して垂直方向にゆっくり引き剥がす際の剥離接着強さを測定している（ＪＩＳ−Ｋ６８５４に準拠）。測定条件としては１０ｍｍ幅の短冊状の中間シート部材３を用いている。なお、生体面Ｈとの接着力を測定する際には、汗や油分があると接着力が低下するため、汗や油分はアルコールで拭き取った後に測定している。

図４（ｂ）に示す測定方法により測定した生体面Ｈと中間シート部材３との、単位面積あたりの接着力αａは例えば０．０１Ｎ／１０ｍｍ〜１０．０Ｎ／１０ｍｍの範囲から選択される。あまり強い接着力は皮膚にダメージを与えるため、０．１Ｎ／１０ｍｍ〜５Ｎ／１０ｍｍの範囲から選択されることが好ましい。

接着力は接着面の大きさや形状によっても好ましい範囲が変わる。生体面Ｈ（皮膚）への接着面積（中間シート部材の面積）は、生体信号採取装置１の大きさにもよるが、５０ｍｍ²から２５００ｍｍ²が好ましく、剥離しにくい曲線で形成されたものであることが好ましい。図３に示した円形、又は楕円形は好ましい形状の一つで、直径で１０ｍｍ〜１００ｍｍの円形やそれに近い楕円形を基本形とした形状が好ましい。

なお本願発明で言う、「単位面積あたりの接着力」とは、図４に示す９０度剥離における長さあたりの接着力を用いているが、これを面積換算したものを用いてもよい、例えば面積（ｍ²）に９０度剥離の値Ｎ／１０ｍｍを乗じた値を用いる場合である。

上記のような接着力とするためには、粘着剤層３１における粘着剤の材料としては公知の医療用粘着組成物を用いることができる。例えば、特開平１１−１８８０５３に開示されているような皮膚への刺激性を少ない、アクリル系粘着剤、ゴム系粘着剤、シリコーン系粘着剤などを用いた粘着剤層にすることが好ましい。特開平１１−１８８０５３に開示されている粘着剤層では、アクリル系粘着剤としては、炭素数４〜１８の脂肪族アルコールと（メタ）アクリル酸とから得られる（メタ）アクリル酸アルキルエステルの単独重合体もしくは共重合体、及び／又は上記（メタ）アクリル酸アルキルエステルとその他の官能性モノマーとの共重合体が好適に用いている。ゴム系粘着剤としては、例えば天然ゴム、スチレン−イソプレン−スチレンブロック共重合体、ポリイソプレン、ポリブテン、ポリイソブチレン、エチレン−酢酸ビニル共重合体などのゴム弾性体１００質量部に、粘着付与剤２０〜２００質量部、及び適量の軟化剤、安定剤などを添加してなるものが使用している。そしてシリコーン系粘着剤としては、例えばポリジメチルシロキサンなどを主成分とするものを使用している。

図５は、センサユニット２に引き剥がす力が加わった場合の状態を示す模式図である。生体面Ｈに貼り付けられ生体信号採取装置１を引き剥がす方向の力としては、センサユニット２にかかる重力、伝送のためのリード線にかかる重力及びこのリード線に加わる力がある。このような引き剥がす方向の力が加わった場合には、図５（ａ）に示すように生体面Ｈが延びるとともに、それに合わせるように可撓性の中間シート部材３は変形する。

図５（ｂ）は図５（ａ）の拡大図である。同図に示すようにセンサユニット２の端部に加わった力Ｆ１は、同図に示す領域ｂの範囲に力を及ぼしセンサユニット２を中間シート部材３から引き剥がそうとする。しかし、同図に示すように可撓性の中間シート部材３の第２接着面における外周面ｃ２１よりも（所定の長さＬ分）外側に粘着剤層３１が広がるようにしている。このことにより引き剥がそうとする力は図５に示す領域ａの広い範囲に分散することができるので、粘着剤層３１における単位面積あたりの接着力αａが小さくでも剥がれが生じにくく、剥がれに起因するノイズ信号を低減することができる。

前述のように中間シート部材３の第１接着面３ａにおける生体面Ｈとの単位面積あたりの接着力ｆａが、中間シート部材３の第２接着面３ｂにおけるセンサユニット２との単位面積あたりの接着力ｆｂよりも小さく設定している。しかし、領域ｂが領域ａよりも十分に広いために、領域ｂにおける粘着剤層３１と生体面Ｈとの接着力Ｆａは、領域ｂにおける粘着剤層２１とセンサユニット２との接着力Ｆｂと同等以上にすることができる。

このように、中間シート部材３の第１接着面３ａにおける接着部外周が、第２接着面３ｂにおけるセンサユニット２との接着部外周よりも外側に位置させることにより小型のセンサであっても剥がれ時に生じるノイズ信号の発生を低減することが可能な生体信号取得装置を得ることが可能となる。

なお、本願実施形態においては、円柱型のセンサユニット２について説明したがこれに限られず、半球形、直方体形、あるいは円錐形などであってもよく、また、中間シート部材も円形、長方形、楕円形などでもよい。すなわち、中間シート部材３をセンサユニットの底面よりも大きくし（外側に位置するようにし）、所定の距離Ｌ（外周面ｃ３１と外周面ｃ２１との距離）を全周に渡って数ｍ〜数十ｍｍ確保できればよい。また中間シート部材３は可撓性のシートではなく剛体、例えば金属板であってもよい。

さらに、コンデンサマイクロホン形式の音を電気信号に変換する変換部２５を有するセンサユニット２について説明したが、加速度センサにより加速度を電気信号に変換する変換部であってもよい。

［他の実施形態］
図６は、他の実施形態に係る生体信号採取装置１である。同図においてセンサユニット２には、変換部２５を保護する円板形状の外壁シート２４を設けている。保護シートは薄い金属板あるいは、中間シート部材と同様の樹脂板から構成されており、生体面Ｈからの振動情報を損なうことなく変換部２５に伝えることが可能である。外壁シート２４の全面に渡って接着剤層２１０を貼り付けている。

このように外壁シート２４を設けることによりセンサユニット２を中間シート部材３から着脱した際において、変換部２５を保護することができる。

［別の実施形態］
図７は、別の実施形態に係る生体信号採取装置１である。同図においては、中間シート部材３の第２接着面３ｂには、所定の位置にセンサユニット２の取り付けるための目印３４を設けている。目印３４は、中間シート部材３と同じ材質からなり、中間シート部材３に貼り付けている。なお目印としては、同図のように突起形状のものではなく、インク等により中間シート部材３の表面にマークするようにしてもよい。

本願発明は、長時間の生体信号の計測を目的としている。被検体が入浴、その他の理由で生体信号取得装置を着脱する事態もある。この際に生体信号を計測する位置が異なると、信号の質も変化することは解析の上で不都合である。

このような場合でも、着脱時に中間シート部材３を被検体（生体Ｈ）に残してセンサユニット２のみを着脱可能な構成とすることにより、中間シート部材３は、被検体の貼り付け位置から剥がさずに済み、そのままの位置を維持することができる。再度の取り付けを行う際に被検体に対する位置が変わらない中間シート部材３に、（第２接着面３ｂの表面を拭ってから）センサユニット２を施設すればセンサユニット２の被検体に対する位置が変化することを防ぐことができる。さらに中間シート部材３に図７に示した様なマークを付与することより、着脱前後で精度よくセンサユニット２を同一の位置に施設することができるので、前述の所定の距離Ｌを十分確保することができる。さらに、センサユニット２を取り付ける際に中間シート部材の特定部分に（突起物等により）センサが導かれる構造が具備されていると、より確実に同一の位置にセンサユニット２を施設することが可能になる。

生体信号採取装置の使用例を示す模式図である。 実施形態に係る被検体の生体信号を取得する生体信号採取装置１の断面図である。 生体信号採取装置１の各構成部の位置関係を説明する模式図である。 接着力の測定方法を示す図である。 センサユニット２に引き剥がす力が加わった場合の状態を示す模式図である。 他の実施形態に係る生体信号採取装置１である。 別の実施形態に係る生体信号採取装置１である。

符号の説明

１ 生体信号採取装置
２ センサユニット
２１、２１０ 粘着剤層
２５ 変換部
２６ 空気室壁
２７ 基板
２８ バッテリ部
２９ 素子
３ 中間シート部材
３ａ 第１接着面
３ｂ 第２接着面
３１ 粘着剤層
ｃ２１、ｃ３１ 外周面（接着部外周）
３４ 目印

Claims (5)

1. 被検体の生体信号を検知する生体信号採取装置であって、
   生体に取り付ける第１接着面を有する中間シート部材と、
   前記中間シート部材の前記第１接着面以外の第２接着面に取り付けて生体信号を検知するセンサユニットと、を有し、
   前記中間シート部材の前記第１接着面における接着部外周が、前記第２接着面における前記センサユニットとの接着部外周よりも外側に位置し、かつ、
   前記中間シート部材の第１接着面における生体との単位面積あたりの接着力が、前記中間シート部材の第２接着面における前記センサユニットとの単位面積あたりの接着力よりも小さいことを特徴とする生体信号採取装置。
2. 前記中間シート部材は、可撓性シートであることを特徴とする請求項１に記載の生体信号採取装置。
3. 前記中間シート部材の第１接着面に粘着剤を付着させており、
   前記センサユニットにおける前記中間シート部材の第２接着面との接触面に粘着剤を付着させていることを特徴とする請求項１又は２に記載の生体信号採取装置。
4. 前記中間シート部材と前記センサユニットは着脱可能であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の生体信号採取装置。
5. 前記中間シート部材の第２接着面には、所定の位置に前記センサユニットの取り付けるための目印が付与されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の生体信号採取装置。

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