JP2016067916A - センサ及び生体信号測定システム - Google Patents

Abstract

【課題】精度の良い血液再充填時間の測定を行うことができるセンサを提供する。
【解決手段】センサ１０は、被験者の生体組織への圧迫後の血液再充填時間の測定に使用される。発光部１１は、被験者の生体組織に光を照射する。受光部１３は、被験者の生体組織からの反射光または透過光を受光する。第１光透過部材１２は、一端が発光部１１との接触面であり、他端が被験者との接触面となり、光透過性素材から構成される。第２光透過部材１４は、一端が受光部１３との接触面であり、他端が被験者との接触面となり、光透過性素材から構成される。遮光部材１５は、被験者を圧迫し、発光部１１及び受光部１３との間の光を遮断する。
【選択図】図３

Description

本発明はセンサ及び生体信号測定システムに関する。

被験者の組織灌流を把握するための指標の一つとして血液再充填時間が挙げられる。血液再充填時間は、ショックの有無を評価するための簡便な指標として扱われる。血液再充填時間は、輸液の要否判断やトリアージ（多数傷病発生時の優先度評価）など、救急医療の領域において汎用されている。

一般的な血液再充填時間の測定では、医療従事者が被験者の指の爪等の生体組織を圧迫し、当該圧迫を解除した後の爪や皮膚の色の変化を目視で確認する。概ね２秒以内に元の色に戻れば、正常な状態と判断される。しかしながら、手で生体組織の圧迫を行い、目視で皮膚色の変化を確認する手法であるために定量性にかけ、誤差も生じやすい。

そこでパルスオキシメータを用いて血液再充填時間を測定することが提案されている（例えば、特許文献１）。当該手法では、血液に吸収される波長の光を生体組織に入光させ、当該生体組織を透過した光の強度を光センサで測定する。この際にアクチュエータを用いて生体組織を圧迫すると、当該箇所の生体組織から血液が排除されるため、透過光の強度は増大する。圧迫を解除すると当該箇所の生体組織に血液が充填されるため、透過光の強度は減少する。圧迫を解除してから透過光強度が元のレベルに戻るまでの時間に基づいて、血液再充填時間が特定される。

米国特許出願公開第２００７／０２８２１８２号明細書 特開２０１２−１１５６４０号公報 特開２０１２−４００８８号公報 特開平６−３０９１５号公報

ベッドサイドモニタＢＳＭ−１７００シリーズ ライフスコープＰＴ、[平成26年9月22日検索]、インターネット＜URL：http://www.nihonkohden.co.jp/iryo/products/monitor/01_bedside/bsm1700.html">

再現性のある定量的な血液再充填時間の測定を行うためには、生体組織に対する圧迫状態を一定にする必要がある。しかしながら、特許文献１のようにアクチュエータによって生体組織を直接圧迫する構成の場合、アクチュエータの生体組織に対する当節位置を常に一定にすることが難しい。この当節位置が変化することにより圧迫状態が変化してしまうため、測定結果の再現性が低下する。

また空気袋等を用いて生体組織を圧迫することも考えられるが、空気袋の素材によって生体組織への入射光や生体組織からの透過光（または反射光）が影響を受けてしまい、測定結果の精度が低くなる恐れがあった。

すなわち上述の技術では、精度の良い血液再充填時間の測定が難しいという問題があった。

本発明にかかるセンサの一態様は、
被験者の生体組織の血液再充填時間の測定に使用されるセンサであって、
前記被験者の生体組織を圧迫する圧迫部と、
前記被験者の生体組織に光を照射する発光部と、
前記被験者の生体組織からの反射光または透過光を受光する受光部と、
一端が前記発光部との接触面であり、他端が前記被験者との接触面となる光透過性素材の第１光透過部材と、
一端が前記受光部との接触面であり、他端が前記被験者との接触面となる光透過性素材の第２光透過部材と、
前記発光部及び受光部との間の光を遮断する遮光部材と、を備えるものである。

本発明にかかる生体信号測定システムの一態様は、
上述のセンサと、
当該センサの受光量を基に前記被験者の血液再充填時間を算出する生体信号測定装置と、を備えた、ものである。

発光部は光透過性素材である第１光透過部材を介して被験者の生体組織に対して発光する。すなわち発光部は、光の減衰が生じるような部材を介することなく被験者の生体組織に対して光を入射する。これにより発光部は、血液再充填時間の測定のために十分な光量を被験者の生体組織に入射することができる。また受光部は、被験者の生体組織からの光（反射光または透過光）を光透過性素材である第２光透過部材を介して直接受光する。これにより受光部は、生体組織以外の影響を受けることのない受光処理を行うことができる。発光部と受光部との間には、遮光部材が設けられている。これにより受光部が発光部の発光の影響を受けることを回避することができる。

本発明では、精度の良い血液再充填時間の測定を行うことができるセンサ及び生体信号測定システムを提供することができる。

本発明にかかる生体信号測定システム１を示すブロック図である。 本発明にかかる血液再充填時間測定の処理の流れを示すフローチャートである。 本発明にかかるセンサ１０の断面図である。 実施の形態１にかかる生体信号測定システム１の構成を示すブロック図である。 実施の形態１にかかるカフ３０を示す外観図である。 実施の形態１にかかるカフ３０を示す概念図である。 実施の形態１にかかるカフ圧の昇圧とオシレーション信号の関係を示す概念図である。 実施の形態２にかかるバンドセンサ４０の装着例を示す概念図である。 実施の形態２にかかる生体信号測定システム１の構成を示すブロック図である。 実施の形態２にかかるバンドセンサ４０の装着例を示す概念図である。 実施の形態３にかかるシール状センサ５０を示す外観図である。

＜発明の概要＞
以下、図面を参照して本発明の概要について説明する。図１は、生体信号測定システムの構成を示すブロック図である。生体信号測定システム１は、センサ１０、及び生体信号測定装置２０を備える。

センサ１０は、被験者の血液再充填時間の測定に用いられるものである。センサ１０は、被験者の生体組織（例えば腕、頭部（いわゆるおでこ）等の生体組織）を圧迫するとともに、生体組織に対して発光し、生体組織からの反射光または透過光を受光する。センサ１０は、生体組織からの受光量を示す検出信号を生体信号測定装置２０に入力する。センサ１０の構成については、図３を参照して後述する。

生体信号測定装置２０は、制御部２１、入力部２２、及び出力部２３を備える。制御部２１は、圧力調整部２１１及び血液再充填時間測定部２１２を備える。

圧力調整部２１１は、センサ１０による被験者の生体組織への圧迫強度を調整する。詳細には圧力調整部２１１は、制御信号（以下、圧力制御信号と記載する。）をセンサ１０に入力することにより、センサ１０が被験者に与える圧迫強度を制御する。一般に、血液再充填時間の正常値は２秒以内とされている。そのため圧力調整部２１１は、圧迫強度の降下開始から圧迫終了までの時間が２秒より短くなるように減圧を行う（すなわち圧力減少の時定数が２秒以下とする。）。

制御部２１は、センサ１０からの発光量や発光タイミングを制御信号を用いて制御する。血液再充填時間測定部２１２は、各時間（例えば圧迫開始前、圧迫状態、圧迫終了後）におけるセンサ１０の受光量を取得する。そして血液再充填時間測定部２１２は、受光量の変化に応じて血液再充填時間の測定を行う。血液再充填時間測定の処理の詳細を図２のフローチャートを参照して説明する。

はじめに制御部２１は、所定のタイミング（例えば３０分毎）において、発光と受光を開始する（Ｓ１１）。この際に圧力調整部２１１は、生体組織への圧迫を行わないように制御する。血液再充填時間測定部２１２は、センサ１０から生体組織の圧迫前の受光量を測定する（Ｓ１２）。圧力調整部２１１は、圧迫前の受光量を取得した後に生体組織への圧迫を開始する（Ｓ１３）。血液再充填時間測定部２１２は、センサ１０から生体組織の圧迫状態における受光量を測定する（Ｓ１４）。圧力調整部２１１は、十分な圧迫を行った後に生体組織への圧迫を解放する（Ｓ１５）。

血液再充填時間測定部２１２は、生体組織への圧迫が解放されたタイミングから、受光量が圧迫前のレベルに近い値まで減衰するのに要した時間を血液再充填時間として算出または計算する（Ｓ１６）。血液再充填時間の算出方法の一例として、特許文献２が挙げられる。

なお、圧迫前の受光量を使用しなくても、圧迫後の受光量変化を用いて血液再充填時間を計算することも可能である。すなわち血液再充填時間測定部２１２は、生体組織の圧迫後の受光量変化を用いて血液再充填時間を特定するものであれば、どのようなアルゴリズムを用いてもよい。

再び図１を参照する。入力部２２は、生体信号測定装置２０上に設けられたボタンやツマミ等の入力インターフェイス及び当該インターフェイスの制御回路等である。

出力部２３は、制御部２１が測定した血液再充填時間を出力する。例えば出力部２３は、生体信号測定装置２０の筐体上に設けられた液晶ディスプレイ上に血液再充填時間の表示を行う。なお出力部２３による出力処理は、画面上への表示のみならず、印刷出力や電子ファイルへの書き込み等も含む概念である。

なお入力部２２と出力部２３は、タッチパネルのように情報表示と操作入力を同時にできる構成であってもよい。

続いて図３を参照してセンサ１０の概略構成について説明する。図３は、センサ１０の断面図である。センサ１０は、被験者の頭部や腕等に装着され、所定波長の光を生体組織に発光し、生体組織からの反射光または透過光を受光する。センサ１０の装着形態の具体例は、後述する実施の形態１〜３において説明する。

センサ１０は、発光部１１、第１光透過部材１２、受光部１３、第２光透過部材１４、及び遮光部材１５を備える。接触面１６は、被験者の生体表面と接触する。

発光部１１は、被験者の生体組織に対して（図３においては図中下方向に対して）所定波長の光を照射する。発光部１１からの出射光は、第１光透過部材１２を通過して被験者の生体組織に入射する。発光部１１は、発光素子を有することにより発光を行う。発光素子は、例えばレーザダイオード、発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）等である。なお発光部１１は、複数の発光素子を備える構成であってもよく、各発光素子が異なる波長の光（例えば６６０ｎｍ、９４０ｎｍ）を制御部２１の制御に応じたタイミングで発光してもよい。

第１光透過部材１２は、発光部１１から出射された光を被験者の生体組織に導光する部材である。すなわち第１光透過部材１２は、一方（一端）が発光部１１との接触面となり、他方（他端）が被験者との接触面となるように配置される。第１光透過部材１２は、光透過性の良い素材（光透過性素材）であり、例えばシリコンゴム、エラストマー、ポリ塩化ビニール、ポリカーボネート、ＡＢＳ、ポリウレタン、植物繊維、ナイロン等である。また第１光透過部材１２の光透過率は３０〜１００％程度であればよい。

第２光透過部材１４は、被験者の生体組織からの反射光または透過光を受光部１３に導光する部材である。すなわち第２光透過部材１４は、一方（一端）が受光部１３との接触面となり、他方（他端）が被験者との接触面となるように配置される。第２光透過部材１４は、光透過性の良い素材（光透過性素材）であり、例えばシリコンゴム、エラストマー、ポリ塩化ビニール、ポリカーボネート、ＡＢＳ、ポリウレタン、植物繊維、ナイロン等である。また第２光透過部材１４の光透過率は３０〜１００％程度であればよい。

受光部１３は、被験者の生体組織からの反射光または透過光を受光する。受光部１３は、受光量（受光の強度）に応じた受光信号を生体信号測定装置２０に入力する。受光部１３は、受光素子を有することにより上述の受光信号を生成する。当該受光素子の一例として、フォトダイオードが挙げられる。

遮光部材１５は、発光部１１と受光部１３の間に設けられた部材であり、光透過性の低い部材である。換言すると遮光部材１５は、第１光透過部材１２及び第２光透過部材１４の光透過率（第１光透過率）よりも低い光透過率（第２光透過率）を持つ部材である。すなわち遮光部材１５は、発光部１１から出射された光が受光部１３において受光されないように遮光を行う部材である。遮光部材１５は、例えば色素を加えたシリコンゴム、エラストマー、ポリ塩化ビニール、ポリカーボネート、ＡＢＳ、ポリウレタン、植物繊維、ネオプレン等である。また遮光部材１５の光透過率は０〜３０％程度であればよい。

なお図３の例では遮光部材１５は、発光部１１と受光部１３を覆うように構成されているが必ずしもこれに限られず、発光部１１から受光部１３への光を遮断するような構成であればどのような形態であってもよい。例えば遮光部材１５は、発光部１１と受光部１３の間を遮る線状の部材であってもよい。

遮光部材１５は、後述する実施の形態１では被験者の生体組織を圧迫する圧迫部としても機能する。この場合、遮光部材１５は、例えばカフ等の袋体である。なお、着脱可能なベルト等（圧迫部）によってセンサ１０を介して被験者の生体組織を圧迫することも可能である（詳細は実施の形態２図１０において後述する。）。

続いて上述の構成（図１〜図３）の効果について説明する。発光部１１は光透過性素材である第１光透過部材１２を介して被験者の生体組織に対して発光する。すなわち発光部１１は、光の減衰が生じるような部材を介することなく被験者の生体組織に対して光を入射する。これにより発光部１１は、血液再充填時間の測定のために十分な光量を被験者の生体組織に入射することができる。

また受光部１３は、被験者の生体組織からの光（反射光または透過光）を光透過性素材である第２光透過部材１４を介して直接受光する。これにより受光部１３は、生体組織以外の影響を受けることのない受光処理を行うことができる。

更に発光部１１と受光部１３との間には、遮光部材１５が設けられている。これにより受光部１３が発光部１１の発光の影響を受けることを回避することができる。

これらの機能（「生体組織に十分な光量を入射できる」「生体組織からの光を直接受光できる」「受光部１３が発光部１１の発光の影響を受けない」）によりセンサ１０は、被験者の生体組織由来の光量変化のみを正確に取得することができる。

以下、上述の構成（図１〜図３）の具体例について説明する。なお以下の説明において、図１及び図３と同一の名称及び符号を付した処理部は、特に説明しない限り上述した内容と同様の処理を行うものとする。

＜実施の形態１＞
本実施の形態では、上述のセンサ１０がいわゆるカフ形状であることを特徴とする。本実施の形態にかかる生体信号測定システム１の構成を図４に示す。生体信号測定システム１は、図１及び図３におけるセンサ１０の一態様としてカフ３０を有する構成である。また生体信号測定装置２０は、カフ３０の圧制御を行う具体的態様として加圧ポンプ２４、圧センサ２５、及び排気弁２６を備える。制御部２１は、血圧再充填時間測定部２１２に加えて被験者の血圧を非侵襲的に算出する血圧算出部２１３を有する。

カフ３０の具体的な構成について図５（Ａ）及び図５（Ｂ）を参照して説明する。図５（Ａ）は、カフ３０の外観図である。図示するようにカフ３０は、一般的な非観血測定用のカフと同様に主に上腕や下肢に巻きつけて固定する。カフ３０は、被験者と接触する接触面１６に面ファスナー３１を有し、接触面１６の対向面に面ファスナー３２を有する。面ファスナー３１及び面ファスナー３２は、一方がフック上に起毛され、他方がループ状に密集して起毛されており、面ファスナー３１と面ファスナー３２を押し付けることにより被験者に固定することができる。なお面ファスナー３１及び面ファスナー３２は、被験者に固定できるものであればクリックタイプやシャークバイトタイプ等の他の形態であってもよい。カフ３０は、チューブ３３を介して生体信号測定装置２０と接続する。また面ファスナー３１及び面ファスナー３２を用いるのではなく、面ファスナー３１の設置箇所に粘着テープ等の粘着部材を用いてカフ３０を被験者に固定することも可能である。

図５（Ｂ）は、カフ３０の接触面１６（カフ３０が被験者の生体表面と触れる側）の正面図である。本例では、袋体３４が発光部１１及び受光部１３を覆うようにして配置されている。袋体３４は、図３における遮光部材１５に相当する。すなわち袋体３４は、発光部１１と受光部１３の間の光を遮断する機能も有する。そのため袋体３４は、有色のポリ塩化ビニール、ポリウレタン等の素材から構成され、中に気体（主に空気）が流入（充填）可能な袋である。袋体３４には、生体信号測定装置２０からの空気流入制御が行われる。気体が流入することにより袋体３４が膨張し、被験者の生体組織を圧迫する。

図６（Ａ）及び図６（Ｂ）は、カフ３０の装着概念を示す図である。図６（Ａ）は、反射型のカフ３０を示す概念図である。当該構成における受光部１３は、発光部１１が発光し、生体組織が当該光を反射した光（反射光）を受光する。

図６（Ｂ）は、発光部１１と受光部１３が生体組織を介して略対向するように配置したカフ３０の装着例である。本装着例の場合、受光部１３は、発光部１１が発光して生体組織を透過した光（透過光）を受光する。

再び図４を参照する。加圧ポンプ２４、圧センサ２５、及び排気弁２６は、圧力調整部２１１の制御に応じてカフ３０の昇圧／減圧／カフ圧の検出を行う。加圧ポンプ２４は、例えば複数のシリンダーを備えたローリングポンプ等の低流量の空気ポンプである。圧センサ２５は、カフ３０内の空気圧（カフ圧）を検出する。検出されたカフ圧を示すオシレーション信号は、Ａ／Ｄ変換器（図示せず）等の処理の後に圧力調整部２１１及び血圧算出部２１３に供給される。排気弁２６は、圧力調整部２１１の制御に応じて、弁を駆動してカフ３０内の気体（主に空気）を排気する。

血圧算出部２１３は、オシレーション信号の変位を基に被験者の血圧値を算出する。ここで血圧算出部２１３は、直線加圧測定方式による非観血血圧測定を行うものである。直線加圧測定方式による非観血血圧測定の処理は、例えば非特許文献１や特許文献３と同様の方式によって実現される。

血圧算出部２１３による直線加圧測定方式による非観血血圧測定を概略すると、以下のとおりである。圧力調整部２１１は第１の設定値までカフ圧を昇圧させる。血圧算出部２１３は、昇圧に伴って変化するオシレーション信号を用いて収縮期血圧及び拡張期血圧を特定する。この特定した収縮期血圧及び拡張期血圧の双方が正常値である場合、圧力調整部２１１はカフ３０の昇圧を終了して、直ちにカフ圧を解放する。一方、血圧算出部２１３が特定した収縮期血圧及び拡張期血圧の少なくとも一方が異常値である場合、圧力調整部２１１は第２の設定値までカフ圧を昇圧させた後に降圧させる。血圧算出部２１３は、降圧時のオシレーション信号の変化に基づいて血圧値を特定する。直線加圧測定方式の詳細は、特許文献３の図２、図３等を適宜参照されたい。

図７は、第１の設定値までのカフ圧の昇圧とオシレーション信号の関係を示す概念図である。カフ３０が昇圧するにしたがって、オシレーション信号の振幅が大きくなる。血圧算出部２１３は、オシレーション振幅が急激に大きくなる変化点ＴＬを拡張期血圧（最低血圧）として検出する。また血圧算出部２１３は、オシレーション振幅が最大となった後に振幅が徐々に小さくなり、急激に小さくなる変化点ＴＨを収縮期血圧（最高血圧）として検出する。この拡張期血圧（最低血圧）と収縮期血圧（最高血圧）が正常値である場合、カフ圧の減圧を開始する（ＴＸ）。

生体信号測定装置２０は、この血圧の測定と並行して血液再充填時間の測定も合わせて行う。まずカフ３０は、このカフ圧の昇圧前に生体組織からの受光量の測定を行う（図２Ｓ１２に相当）。そしてカフ３０は、昇圧している際における生体組織からの受光量を測定する（図２Ｓ１４に相当）。血液再充填時間測定部２１２は、生体組織が圧迫状態から解放されたタイミング（カフ圧を開放するタイミング、図７ではＴＸ）から、受光量が生体組織の圧迫による受光量の増加分に対して所定の割合まで減衰するのに要した時間を血液再充填時間として算出または計算する（図２Ｓ１６に相当）。なお上述の処理はあくまでも一例であり、圧迫開始後に血圧測定のためのデータを取得し、血圧測定のためのデータの取得が終わった後に血液再充填時間の測定を行えばよい。すなわち生体信号測定装置２０は、圧迫処理が終了した後に（換言すると必要なデータ取得が終わった後に）血圧値と血液再充填時間を算出してもよく、圧迫の途中において順次血圧値を算出してもよい。

このように生体信号測定装置２０は、カフ３０（ひいてはセンサ１０）の取得した受光量を基に被験者の血液再充填時間を算出可能であると共に、カフ３０（ひいてはセンサ１０）が取得した圧変動を基に被験者の血圧値を算出可能な構成である。生体信号測定装置２０は、血液再充填時間と血圧値を常に算出する構成であってもよく、ユーザのモード設定（例えばボタン操作による設定）に応じて算出処理を行う（血液再充填時間のみの測定を行う、血圧値の測定のみを行う、血液再充填時間及び血圧値の測定を行う）構成であってもよい。モード設定を行うことができる構成の場合、被験者の状態に応じて必要な測定が行えると共に、不必要な処理を行わないために測定時間の短縮も図ることができる。

なお血圧値の測定タイミング及び血液再充填時間の測定タイミングの少なくとも一方は、ユーザが任意に設定できることが好ましい。すなわち血圧の測定タイミングのみを設定できてもよく、血液再充填時間の測定タイミングのみを設定できてもよく、血圧の測定タイミングと血液再充填時間の測定タイミングの双方を設定できてもよい。例えばユーザは、血圧値を３０分毎に測定し、血液再充填時間を１時間毎に測定するように設定を行ってもよい。この生体信号測定システム１は、この設定に従って自動的に各パラメータの測定制御を行う。

続いて本実施の形態にかかるカフ３０及び生体信号測定システム１の効果を説明する。パルスオキシメータ等の取り付け箇所である指先は、温度や神経系の影響により中心循環の動作を正確に反映しないことがある。一方、上腕、下肢等の箇所の血流は、指先と比べて温度や神経系の活動の影響が少ない。カフ３０は、一般的な非観血血圧測定用のカフ形状（図５）を有するため、被験者の上腕や下肢に素早く取り付けることができる。上腕や下肢に対する測定を行うことにより、中心循環の状態を反映した血液再充填時間を測定することができる。また測定箇所を上腕や下肢とすることができるため、被験者の体が小さい場合（例えば小児である場合）にも正確に血液再充填時間を測定することができる。

カフ３０は、血液再充填時間の測定のために気体（主に空気）が流入され、生体組織を圧迫した後に排気により圧迫を解除する。当該動作は、非観血血圧測定の際のカフの動作と略同一である。生体信号測定装置２０は、この性質を利用して血液再充填時間に加えて非観血式の血圧測定も行う。生体組織への１回の圧迫および圧迫解除の間に２つのパラメータを測定できるため、被験者への負担を軽くすることができる。また生体信号測定装置２０単体で２つのパラメータを測定できるため、装置のコストダウンや装置小型化を実現できる。

生体信号測定装置２０は、特許文献３と同様の直線加圧測定方式による非観血血圧測定が可能に構成されても良い（図７）。そして、ユーザの設定により血圧値測定と血液再充填時間の測定を同一タイミングで行っても良い。この場合に生体信号測定装置２０は、第１の設定値までの昇圧の際に収縮期血圧値および拡張期血圧値を正確に測定できた場合、昇圧を即座に終了して減圧を開始する。これにより生体信号測定装置２０は、一般的な血圧測定方式（はじめに十分に高いカフ圧まで昇圧した後に降圧させながらオシレーション信号を取得する方式）よりも短い時間で血圧測定を行うことができる。また生体信号測定装置２０は、この減圧の開始から血圧再充填時間の測定を開始する。昇圧時間が短時間にできることにより、生体信号測定装置２０は、血液再充填時間の測定も短時間で終了することができる。

なお、血液再充填時間を測定するとともに、一般的な血圧測定方式（はじめに十分に高いカフ圧まで昇圧した後に降圧させながらオシレーション信号を取得する方式）を用いて血圧値を算出するように構成することも勿論可能である。

またユーザが血圧値の測定タイミング及び血液再充填時間の測定タイミングを設定することにより、ボタン等の開始操作を逐次行うことなく血圧値と血液再充填時間を自動的に取得できる。さらに血圧値の測定タイミング及び血液再充填時間の測定タイミングを対応させる（例えば血圧測定タイミングを３０分毎にした場合に、血液再充填時間を３０分毎や１時間毎にする）ことにより、１度の生体組織への加圧及び減圧により２つのパラメータを同時に測定できることになり、被験者の負担を軽減できる。

なお上述の構成では、カフ３０の圧迫制御に応じて血圧値と血液再充填時間の双方を測定するものとしたが必ずしもこれに限られない。すなわちカフ３０及び生体信号測定装置２０を血液再充填時間の測定のみに用いる単体機として構成することも勿論可能である。

また、血液再充填時間の測定のために生体組織を圧迫するエネルギーも最小限にすることが好ましい。そこで生体信号測定装置２０は、昇圧時にカフ圧の脈動を検出し、特許文献３と同様の手法で脈動から最高血圧を算出する。そして生体信号測定装置２０は、カフ圧が最高血圧よりも高い値となった時に昇圧を終了して、即座に減圧を始めて血液再充填時間の測定を開始することが好ましい。この場合、血圧再充填時間の測定のための昇圧の時間および圧力が必要最小限となる。そのため、血圧の低い被験者に対しても過大な圧迫を行わずに血液再充填時間を測定することができる。

＜実施の形態２＞
続いて実施の形態２の構成について説明する。本実施の形態では、センサ１０（図３）がバンド形式（バンドセンサ４０）であり、頭等に巻きつけて使用することを特徴とする。本実施の形態にかかるバンドセンサ４０の装着例を図８に示し、生体信号測定システム１の構成例を図９に示す。

バンドセンサ４０は、図８に示すように被験者の頭部等に巻き付けて装着可能な形態である。バンドセンサ４０の被験者と接する面が図２における接触面１６に該当する。

本実施の構成にかかる発光部１１は、複数種類の波長の光を発光する。例えば発光部１１は、波長が６６０ｎｍ程度の赤色光を発光する発光素子と、波長が９４０ｎｍ程度の赤外光を発光する発光素子と、を備える。受光部１３は、各波長（６６０ｎｍ、９４０ｎｍ）の反射光または透過光を受光する。受光部１３は、各波長の受光量を生体信号測定装置２０に入力する。

バンドセンサ４０は、内部に袋体４１を有している。袋体４１は、気体の流入により膨張可能であり、膨張時に被験者の生体組織を圧迫する。袋体４１には図示しないチューブを介して生体信号測定装置２０から空気が流入する。バンドセンサ４０は、例えば袋体４１、発光部１１、受光部１３等をバンド等の部材に取り付けて構成すればよい。この部材は、図３における遮光部材１５として作用する。ユーザは、当該部材を被験者の取り付け箇所に応じて伸縮させて取り付ければよい。

バンドセンサ４０は、ＳｐＯ２センサとしても血液再充填時間の測定センサとしても動作可能である。ユーザは、入力部２２を操作して測定モード（ＳｐＯ２測定モード、血液再充填時間測定モード、両パラメータ測定モード）を指定する。バンドセンサ４０は、ＳｐＯ２測定モードが選択された場合、受光部１３により２波長の受光量と脈波を検出して、検出結果を生体信号測定装置２０に供給する。バンドセンサ４０は、血液再充填時間の測定モードが選択された場合、実施形態１（カフ３０）と同様に圧迫前後の受光量を検出し、検出結果を生体信号測定装置２０に供給する。

続いてこのバンドセンサ４０と接続する生体信号測定装置２０について図９を参照して説明する。生体信号測定装置２０は、図４の構成と比べて、血圧算出部２１３に代わりＳｐＯ２算出部２１４を有する構成である。

ＳｐＯ２算出部２１４は、バンドセンサ４０が検出した脈波及び各波長（赤外光、赤色光）の受光量を基に動脈血酸素飽和度（ＳｐＯ２）を測定する。ＳｐＯ２算出部２１４による動脈血酸素飽和度の算出方法は、いわゆるパルスオキシメータによる算出方法と同一であり、詳細は特許文献４を参照されたい。

血液再充填時間測定部２１２は、図２に示す処理を行い、血液再充填時間を測定する。

なお上述の構成では、発光部１１が２種類の波長の光を出射するものとして説明したが必ずしもこれに限られず、３種類以上の波長の光を出射する構成であってもよい。

続いて本実施の形態にかかるバンドセンサ４０及び生体信号測定装置２０の効果について説明する。バンドセンサ４０は、伸縮性を持つバンドを持つ構成であるため、被験者の広範な箇所に装着可能である。これにより実施の形態１（カフ形状）と同様に、小児等を対象にする場合にも有用であり、中心循環を反映した血液再充填時間を測定することができる。

また上述の構成では、発光部１１が２種類以上の波長の光を出射して受光部１３が受光する構成である。当該構成は、一般的なパルスオキシメータと同様であるため、血液再充填時間と動脈血酸素飽和度を同一の機器内で測定することができる。

次に、実施の形態２にかかるバンドセンサ４０の変形例について図１０を参照して説明する。本例では、バンドセンサ４０は、２つのパーツ（薄膜シート４２、固定バンド４３）から構成される。薄膜シート４２は、被験者の生体表面に接するパーツであり、図３に示すようなシート形式の部材である。薄膜シート４２の素材は、遮光性を有する素材である。つまり薄膜シート４２は、発光部１１と受光部１３の間の光を遮光する遮光部材１５として作用する。固定バンド４３は袋体４１を有し、薄膜シート４２及び袋体４１を被験者に固定するものである。固定バンド４３は、図８と同様にいわゆるバンドにより構成される。薄膜シート４２及び固定バンド４３は、図示しないチューブや配線を介して生体信号測定装置２０と接続する。

袋体４１に気体（主に空気）が流入することにより薄膜シート４２が固定された箇所の生体組織を圧迫することができる。血液再充填時間の計測手法やＳｐＯ２の測定方法は上述した通りである。

当該構成（図１０）であっても、小児等を対象にした血液再充填時間の測定を正確に行うことができ、中心循環を反映した正確な血液再充填時間の測定値を得ることができる。

なお図１０の構成では、薄膜シート４２をおでこに張り付けて固定バンド４３を頭に巻き付けるものとして説明したが、必ずしもこれに限られない。固定バンド４３は、固定部材の一態様であり、バンド形式ではなくてもよい。また薄膜シート４２は被験者生体の平坦面ではなく、指等に巻き付ける形状であってもよい。すなわち薄膜シート４２を指に巻き付け、空気袋を持つ固定部材を薄膜シート４２の上から取り付け、空気袋に空気を流入させることによって生体組織を圧迫するような構成であってもよい。

＜実施の形態３＞
本実施の形態ではセンサ１０の接触面１６が粘着性を有し、被験者に接触面１６が吸着することにより固定されることを特徴とする。

図１１（Ａ）及び図１１（Ｂ）は、図２におけるセンサ１０の一態様であるシール状センサ５０を示す図である。図１１（Ａ）はシール状センサ５０の外観図であり、図１１（Ｂ）はシール状センサ５０の断面図（Ａ−Ａ断面図）である。図１１（Ａ）及び図１１（Ｂ）の双方を参照して、シール状センサ５０の構成を説明する。なお生体信号測定装置２０の構成は、図４や図９と略同一であるため、図示及び詳細な説明は省略する。

本実施の形態にかかるシール状センサ５０の接触面１６は、被験者に粘着可能な粘着素材である。具体的には接触面１６は、医療用粘着剤として公知の粘着剤から形成することができ、具体的にはアクリル系粘着剤やゴム系粘着剤、シリコーン系粘着剤、ビニルエーテル系粘着剤などをそのまま、もしくは混合して用いることができる。

図３と同様に発光部１１は、生体組織に対して所定波長の光を出射する。発光部１１からの出射光は、第１光透過部材１２を通過して生体組織内に入射する。受光部１３は、生体組織からの光（反射光または透過光）を第２光透過部材１４を介して受光する。

生体信号測定装置２０は、チューブ５２を介して気体（主に空気）を袋体５１に流入して生体組織に対する昇圧及び降圧を行う。袋体５１は、図３における遮光部材１５として動作するとともに、生体組織に対する圧迫及び圧迫解除を行う。袋体５１は、図示するように接触面１６と弾性膜５３により挟まれるように配置されればよい。ここで弾性膜５３は、袋体５１よりも弾性率の大きい素材により構成することが好ましい。弾性膜５３の弾性率が袋体５１よりも大きいことにより、袋体５１の膨張時に膨張により生じる力が生体組織側にかかることになる。これにより生体組織を無駄なく圧迫できる。血液再充填時間の計測処理は、実施の形態１や２と同一である。

続いて本実施の形態にかかるシール状センサ５０及び生体信号測定システム１の効果について説明する。シール状センサ５０は、一般的な粘着部材（アクリル系粘着剤等）により被験者に容易に貼り付けることができる。またシール状センサ５０は、被験者の広範な箇所に貼り付けることができる。そのため、被験者の傷病や着衣等の状況によらず血液再充填時間を測定することができる。また実施の形態１（カフ形状）と同様に、小児等を対象にする場合にも有用であり、中心循環を反映した血液再充填時間を測定することができる。

以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は既に述べた実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能であることはいうまでもない。

例えば図５のカフ３０が複数の波長の光を照射するように構成してもよい。カフ３０は、６６０ｎｍ、９４０ｎｍ、及び１３００ｎｍ程度の波長の光を出射するように構成してもよい。１３００ｎｍの光は、ヘモグロビンによる吸収よりも水による吸収が大きい光である。そのためカフ３０を腕に巻き付けて１３００ｎｍの光の受光量を測定することにより、浮腫等の可能性を検出することもできる。

１ 生体信号測定システム
１０ センサ
１１ 発光部
１２ 第１光透過部材
１３ 受光部
１４ 第２光透過部材
１５ 遮光部材
１６ 接触面
２０ 生体信号測定装置
２１ 制御部
２１１ 圧力調整部
２１２ 血液再充填時間測定部
２１３ 血圧算出部
２１４ ＳｐＯ２算出部
２２ 入力部
２３ 出力部
２４ 加圧ポンプ
２５ 圧センサ
２６ 排気弁
３０ カフ
３１ 面ファスナー
３２ 面ファスナー
３３ チューブ
３４ 袋体
４０ バンドセンサ
４１ 袋体
５０ シール状センサ
５１ 袋体
５２ チューブ
５３ 弾性膜

Claims (17)

1. 被験者の生体組織の血液再充填時間の測定に使用されるセンサであって、
   前記被験者の生体組織を圧迫する圧迫部と、
   前記被験者の生体組織に光を照射する発光部と、
   前記被験者の生体組織からの反射光または透過光を受光する受光部と、
   一端が前記発光部との接触面であり、他端が前記被験者との接触面となる光透過性素材の第１光透過部材と、
   一端が前記受光部との接触面であり、他端が前記被験者との接触面となる光透過性素材の第２光透過部材と、
   前記発光部及び受光部との間の光を遮断する遮光部材と、を備えるセンサ。
2. 前記圧迫部は、気体の流入により前記被験者の生体組織を圧迫する袋体である、ことを特徴とする請求項１に記載のセンサ。
3. 前記被験者に巻きつけて固定可能なカフ形状を有する、ことを特徴とする請求項２に記載のセンサ。
4. 前記圧迫部の圧力減少の時定数が２秒以下である、ことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載のセンサ。
5. 前記被験者との接触面は、粘着素材により構成されている、ことを特徴とする請求項１に記載のセンサ。
6. 前記圧迫部として動作する袋体と、
   前記接触面との対向面に設けられ、前記袋体を覆うように設けられた弾性膜と、を備え、
   前記弾性膜の弾性率は、前記袋体の弾性率よりも大きい、
   ことを特徴とする請求項５に記載のセンサ。
7. 前記発光部は、２種類以上の波長の光を発光する、ことを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載のセンサ。
8. 前記センサは、薄膜シートと固定部材により構成され、
   前記発光部及び前記受光部は前記遮光部材として作用する前記薄膜シート上に設けられ、
   前記固定部材は圧迫部を有し、前記薄膜シート及び前記圧迫部を前記被験者に固定するように構成されている、請求項１に記載のセンサ。
9. 請求項８に記載のセンサを構成する薄膜シート。
10. 請求項８に記載のセンサを構成する固定部材。
11. 請求項１〜８のいずれかに記載のセンサと、
    当該センサの受光量を基に前記被験者の血液再充填時間を算出する生体信号測定装置と、を備えた生体信号測定システム。
12. 請求項３に記載のセンサと、
    当該センサの受光量を基に前記被験者の血液再充填時間を算出可能であると共に、当該センサが取得したカフ内の圧変動を基に前記被験者の血圧値を算出可能な生体信号測定装置と、を備えた、生体信号測定システム。
13. 前記生体信号測定装置は、モードの切り替えに応じて、前記被験者の血液再充填時間、及び前記被験者の血圧値の一方または双方を算出する、ことを特徴とする請求項１２に記載の生体信号測定システム。
14. 前記生体信号測定装置は、前記被験者の血液再充填時間を設定したタイミングで算出する、ことを特徴とする請求項１２または請求項１３に記載の生体信号測定システム。
15. 前記生体信号測定装置は、前記被験者の血圧値を設定したタイミングで算出する、ことを特徴とする請求項１２〜請求項１４のいずれか１項に記載の生体信号測定システム。
16. 前記生体信号測定装置は、
    前記センサが前記被験者の生体組織の圧迫を開始した後に前記被験者の血圧値の算出に用いるデータの取得を開始し、当該血圧値の算出に用いるデータ取得が終了した後に前記被験者の生体組織の圧迫を終了し、圧迫終了後の受光量変化を用いて前記被験者の血液再充填時間の測定を開始する、
    ことを特徴とする請求項１２または請求項１３に記載の生体信号測定システム。
17. 被験者の血液再充填時間の測定に使用されるセンサであって、
    前記被験者の生体組織を圧迫する圧迫部と、
    前記被験者の生体組織に光を照射する発光部と、
    前記被験者の生体組織からの反射光または透過光を受光する受光部と、を備え、
    前記発光部及び受光部は、第１光透過率を有する光透過性素材を介して前記被験者の生体組織と接触し、
    前記発光部及び受光部との間に前記第１光透過率よりも低い第２光透過率を持つ遮光部材が配置されている、センサ。

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