JP2002085361A - 脈検出装置及び超音波診断装置 - Google Patents
脈検出装置及び超音波診断装置Info
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Abstract
電素子とを精度良く配置することで、品質のばらつきが
生じにくい脈検出装置を提供する。また、脈検出装置に
おいて脈の検出感度を向上させる。 【解決手段】 入力された駆動電圧信号に従って励振し
て超音波を発生し、該超音波を生体内に送信する送信用
圧電素子41と、生体内に送信された超音波が生体の血
流によって反射した反射波を受信して電圧信号に変換す
る受信用圧電素子42と、を基板43の電極47a、4
7bで固定する。また、処理演算部は、送信用圧電素子
41が発生した超音波の周波数と、受信用圧電素子42
が受信した反射波の周波数と、を比較して脈を検出す
る。
Description
子として用いた脈検出装置及び圧電素子を使用した超音
波診断装置に関する。
要な情報が含まれている。そこで、近年、患者の腕に携
帯型脈検出装置を装着させて、この携帯型脈検出装置か
ら送信された患者の脈検出データを病院が受信し、患者
の状態を把握するシステムが病院等の医療施設において
検討されている。脈検出装置の小型化・軽量化のために
圧電素子を用いることは有効であり、上述したシステム
に適用することもふまえて、圧電素子を使用した脈検出
装置の開発が進められている。また同様に超音波を用い
て生体や物体の情報を得る超音波診断装置はよく知られ
ている。この超音波診断装置は、被験者や診断物の診断
部位へ超音波を照射(送信)し、診断部位で反射されて
きた反射波を検知し、この検知結果に基づいて診断部位
についての情報を取得する。
0を図32に示す。図示するように、脈検出装置100
は、2つの圧電素子110,120を樹脂(またはゲ
ル)130の中に埋め込み固定したものである。ここ
で、各圧電素子110,120の厚み方向の両面には、
金属性の電極が形成される(図示省略)。また、圧電素
子110の両電極には、駆動電圧印加用のプローブ(端
子、引き出し線等)が接続され、圧電素子120の両面
の電極には電圧信号出力用のプローブ(端子、引き出し
線等)が接続される(図示省略)。また、例えば、超音
波による脈波検出装置では、被験者の橈骨動脈に向けて
超音波を送信し、反射波の振幅や周波数の変化から、脈
波波形や脈拍数を取得する。
100を使用して患者の脈を検出している。詳細には、
圧電素子110の両電極に駆動用の電圧を印加すると、
圧電素子110が励振して超音波を発生し、超音波は樹
脂130を介して生体内に送信される。生体内に送信さ
れた超音波は生体の血流によって反射し、反射した超音
波が樹脂130を介して圧電素子120によって受信さ
れる。この時、圧電素子110が送信した超音波と、圧
電素子120が受信した超音波には、血流のドップラ効
果によって周波数変化が生じる。また、血流の速度は脈
と同期して変化するため、この超音波の周波数変化によ
って生体の脈が検出される。
利用した前述の脈検出装置においては、超音波の受信感
度を良くするために、超音波送信用の圧電素子110
と、超音波受信用の圧電素子120と、を精度良く配置
する必要がある。
は、2つの圧電素子110,120を所定位置に配置し
た後、樹脂130を流し込んで製造していたため、樹脂
を流し込む際にこれら圧電素子の配置位置及び配置角度
がずれる可能性があり、精度良く圧電素子を配置するこ
とが難しいという問題があった。
品質のばらつきが生じる可能性があった。
子と超音波受信用の圧電素子とを精度良く配置すること
で、品質のばらつきが生じにくい脈検出装置、及びその
製造方法を提供することを目的とする。また、脈検出装
置において脈の検出感度を向上させることも目的とす
る。
置では、超音波の受信感度を良くするために、超音波送
信用の圧電素子と超音波受信用の圧電素子を精度良く配
置する必要がある。また、該超音波が基板内を伝わって
受信用圧電素子に直接受信されると、ノイズの原因とな
り、また本来脈を測定するために必要である血流への送
信波及び受信波の強度が減少してしまうため、結果とし
て脈の検出感度が低下してしまう。そのため、脈検出感
度を向上させるためには、該超音波が基板内を伝わって
受信用圧電素子に直接受信されにくい構造にする必要が
ある。さらに樹脂130が厚いほど、生体内の血流へ送
信される超音波の強度が低下する。
は、2つの圧電素子110,120を所定位置に配置し
た後、樹脂130を流し込んで製造していたため、以下
のような問題点があった。 (1) 樹脂を流し込む際にこれら圧電素子の配置位置
及び配置角度がずれる可能性があり、精度良く圧電素子
を配置することが難しく、品質のばらつきが生じる可能
性がある。 (2) 超音波が樹脂を通して受信用圧電素子に直接受
信されやすい構造であるため脈検出感度に限界があっ
た。 (3) 樹脂130の厚さを薄く製造することが難しい
ため、脈検出感度に限界があった。
子と超音波受信用の圧電素子とを精度良く配置すること
で、品質のばらつきが生じにくい脈検出装置、及び感度
の向上を図った構造の脈検出装置を提供することを目的
とする。
検出装置と同様の問題点があった。そこで、本発明は、
超音波送信用の圧電素子と超音波受信用の圧電素子とを
精度良く配置することで、品質のばらつきが生じにくい
超音波診断装置、及び感度の向上を図った構造及びその
製造方法の超音波診断装置を提供することを目的とす
る。
め、本発明による脈検出装置は、送信用圧電素子(入力
された駆動信号に応じて生体内に超音波を送信する圧電
素子)と受信用圧電素子(超音波が生体の血流によって
反射した反射波を受信する圧電素子)の少なくとも一方
が、圧電素子に駆動信号を印加する給電部により基板上
に固定されている構成とした。この構成によれば、送信
用圧電素子と受信用圧電素子の少なくとも一方は基板上
に載置固定されるため、これら圧電素子を精度良く設計
通りに配置することができる。
にばらつきが生じにくい脈検出装置を提供することがで
きる。また、圧電素子と基板は基板全面では無く給電部
で固定されているため、基板に超音波が伝搬しにくく、
ノイズを低減させることが可能で、また感度を向上させ
ることができる。
を形成した。このような構成によれば、送信用圧電素子
から基板に超音波が伝わりにくくなり、該超音波が基板
内を伝わって受信用圧電素子により直接受信される可能
性が低くなるため、ノイズを低減させることが可能で、
また感度を向上させることができる。
た構造や、圧電素子が給電部に対して突出した構造、あ
るいは多孔質体の基板を用いることで、さらに該超音波
が基板内を伝わって受信用圧電素子により直接受信され
る可能性が低い構造となるため、ノイズを低減させるこ
とが可能で、また感度を向上させることができる。
んで送信用圧電素子と受信用圧電素子とを配置する構成
とした。この構成によれば、送信用圧電素子で発生した
超音波は、基板上の送信用圧電素子と受信用圧電素子と
の間の溝で反射、減衰するため、該超音波が基板内を伝
わって受信用圧電素子により直接受信される可能性がさ
らに低くなる。このため、脈検出装置の感度を向上させ
ることができる。
基板に送信用圧電素子を配置し、他方の基板に受信用圧
電素子を配置してもよい。この場合、送信用圧電素子で
発生した超音波は、受信用圧電素子にさらに直接伝わり
にくくなる。したがって、脈検出装置の感度を向上させ
ることができる。
脂層を備えることで、効果的に超音波が生体内に送信さ
れる構成とした。また、基板上に圧電素子が配置されて
いるため、樹脂層を一定の厚さで容易に配置することが
可能となる。また前記樹脂層が送信用圧電素子と受信用
圧電素子間で分割されている構成とし、送信用圧電素子
で発生した超音波が、前記樹脂層を介して受信用圧電素
子に直接伝わりにくい構造とした。
部からの衝撃に対する脈検出装置の強度、及び取り扱い
性が向上する。
する表示部を備える構成としてもよい。手首に当該脈検
出装置を装着するためのベルトを備える構成とすること
によって、生体が脈検出装置を容易に携帯することがで
きる。
検出装置は、送信用の圧電素子と受信用の圧電素子が一
面上に固定載置され、他面が生体に接する送受信基板
と、この送受信基板を支えるとともに送信用圧電素子及
び受信用圧電素子に接しない支持部を備えている。この
ような構成によれば、送信用圧電素子及び受信用圧電素
子の双方は、送受信基板上に載置固定されるため、これ
ら圧電素子を精度良く設計通りに配置することができ
る。また、送信用圧電素子が発生した超音波は、送受信
基板を介して生体内に送信され、また、生体の血流によ
る反射波も、送受信基板を介して生体から受信用圧電素
子に伝達するので、機能上問題は生じない。
の場合全ての方向に振動してしまうが、送信用の圧電素
子の裏面側は空間であるため、無駄なく基板側のみに振
動が伝わる。したがって、本発明の構成によれば、品質
にばらつきが生じにくい脈検出装置を提供することがで
き、また、脈の検出感度を向上させることができる。
を、各圧電素子の音響インピーダンスと生体の音響イン
ピーダンスとの間の値とすることとした。このように、
送受信基板の音響インピーダンスを設定することによっ
て、送信用の圧電素子が発生した超音波を、送受信基板
と生体との界面で反射させずに効率良く生体に送信する
ことができ、生体の脈による反射波を界面で反射させず
に感度良く受信用の圧電素子で受信することができる。
電素子が発生する超音波の波長の約4分の1にすること
によって、基板と生体との界面において超音波の反射を
低減させることができ、生体内に超音波を効率良く送信
することとなり、受信用の圧電素子により反射波を感度
良く受信することができる。
構成とした。樹脂層を設けることにより、生体に接する
面の特性をその用途に応じて最適に調整することが可能
になる。例えば、樹脂層にシリコン系樹脂を用いること
で、送受信基板と生体との密着性が向上する。したがっ
て、送受信基板と生体との界面において、空気の混入が
減少するため超音波の振動の減衰が少なくなり、効率良
く超音波を伝搬することができる。また、シリコン系樹
脂は、生体との適合性が良く、生体の皮膚に密着させて
も影響が少ない。
の送受信基板に送信用の圧電素子を配置し、他方の送受
信基板に受信用の圧電素子を配置してもよい。この場
合、送信用圧電素子で発生した超音波は、受信用の圧電
素子に直接伝わらない。したがって、ノイズを低減させ
ることができ、脈検出装置の信頼性を向上させることが
できる。
て斜めに形成した。例えば、送受信基板の他面と一面と
を平行な面ではなく、すなわち、テーパ形状にした。こ
れにより、生体の血流のドップラ効果が大きくなり、送
信用圧電素子で発生する超音波と、受信用圧電素子で受
信される反射波と、の周波数変化が大きくなる。したが
って、脈検出装置における脈の検出強度が向上する。
素子及び受信用圧電素子を支持する支持部によって、外
部からの衝撃に対する脈検出装置の強度が向上し耐久性
が向上する。
する表示部を備える構成としてもよい。また、手首に当
該脈検出装置を装着するためのベルトを備える構成とす
ることによって、生体が脈検出装置を容易に携帯するこ
とができる。
よる超音波診断装置は、入力された駆動信号に応じて生
体内に超音波を送信する圧電素子(以下送信用圧電素
子)と、超音波が診断部位によって反射した反射波を受
信する圧電素子(以下受信用圧電素子)と、前記圧電素
子が一方の表面に設けられた基板と、前記反射波とから
診断部位に関する検出する検出部と、前記圧電素子に前
記駆動信号を印加する給電部を前記基板上と、を備え、
前記基板と前記圧電素子が前記給電部で固定されている
構成とした。
信用圧電素子の双方は、基板上に載置固定されるため、
これら圧電素子を精度良く設計通りに配置することがで
きる。 したがって、本発明の構成によれば、品質に
ばらつきが生じにくい脈波検出装置を提供することがで
きる。また、圧電素子と基板は基板全面では無く給電部
で固定されているため、基板に超音波が伝搬しにくく、
ノイズを低減させることが可能で、また感度を向上させ
ることができる。
を有する構成とした。この構成によれば、送信用圧電素
子から基板に超音波が伝わりにくくなり、該超音波が基
板内を伝わって受信用圧電素子により直接受信される可
能性が低くなるため、ノイズを低減させることが可能
で、また感度を向上させることができる。
た構造や、前記圧電素子が前記給電部に対した構造、あ
るいは多孔質体の基板を用いることで、さらに前記超音
波が基板内を伝わって受信用圧電素子により直接受信さ
れる可能性が低い構造となるため、ノイズを低減させる
ことが可能で、また感度を向上させることができる。
んで送信用圧電素子と受信用圧電素子とを配置する構成
とした。この構成によれば、送信用圧電素子で発生した
超音波は、基板上の送信用圧電素子と受信用圧電素子と
の間の溝で反射、減衰するため、該超音波が基板内を伝
わって受信用圧電素子により直接受信される可能性がさ
らに低くなる。このため、検出感度を向上させることが
できる。
基板に送信用圧電素子を配置し、他方の基板に受信用圧
電素子を配置してもよい。この場合、送信用圧電素子で
発生した超音波は、受信用圧電素子にさらに直接伝わり
にくくなる。したがって、検出感度を向上させることが
できる。
脂層を備えることで、効果的に超音波が生体内に送信さ
れる構成とした。また、基板上に圧電素子が配置されて
いるため、樹脂層を一定の厚さで容易に配置することが
可能となる。また前記樹脂層が送信用圧電素子と受信用
圧電素子間で分割されている構成とし、送信用圧電素子
で発生した超音波が、前記樹脂層を介して受信用圧電素
子に直接伝わりにくい構造とした。
からの衝撃に対する脈波検出装置の強度、及び取り扱い
性が向上する。
することで、上記減衰性を向上させ、送信用圧電素子で
発生した超音波は、受信用圧電素子に直接伝わりにくく
なり、検出感度を向上させることができる。
力された駆動信号に応じて生体内に超音波を送信する圧
電素子と、超音波が生体の血流によって反射した反射波
を受信する圧電素子と、これらの圧電素子が一方の表面
に設けられた基板と、反射波から脈を検出する検出部
と、圧電素子に駆動信号を印加するために基板上に設け
られた給電部とを備え、基板と圧電素子が給電部で固定
されている構成とした。この構成によれば、送信用圧電
素子及び受信用圧電素子の双方は、基板上に載置固定さ
れるため、これら圧電素子を精度良く設計通りに配置す
ることができる。
電部のみで固定されているため、送信用圧電素子からの
振動が基板全体に伝搬しにくく、そのため、超音波が基
板内を伝わって受信用圧電素子により直接受信される可
能性が低くなるため、ノイズを減少させ、脈検出感度を
向上させることができる。
けることにより、超音波が基板内を伝わって受信用圧電
素子により直接受信される可能性がさらに低くなるた
め、感度を向上させることができる。
構造や、圧電素子が給電部に対して突出した構造、ある
いは多孔質体の基板を用いることにより、超音波が基板
内を伝わって受信用圧電素子により直接受信される可能
性が低い構造となるため、感度を向上させることができ
る。
とにより、強度、取り扱い性を向上させることができ
る。詳細は以下の実施例において述べる。
れた駆動電気的信号に応じて生体内に超音波を送信する
圧電素子、または、超音波が生体の血流によって反射し
た反射波を受信する圧電素子が、支持部上または基板上
の一方の表面に設けられているとともに、圧電素子を中
心にして生体側とは反対側に空間が形成された構成であ
る。このような構成の脈検出装置によれば、圧電素子が
支持部または基板上に載置固定されるため、これら圧電
素子を精度良く設計通りに配置することができる。した
がって、本発明の構成によれば、品質にばらつきが生じ
にくく、また、脈の検出感度を向上させることができ
る。
素子の音響インピーダンスと生体の音響インピーダンス
との間の値に設定した。また、基板の厚みを圧電素子が
発生する超音波の波長の約4分の1とした。また、生体
に接する面に樹脂層を備えることとした。詳細は以下の
実施例において述べる。
に説明する。 (実施例1)図1〜図6を参照して本発明の実施例1に
よる脈検出装置を詳細に説明する。先ず、脈検出装置1
の外観について図1〜図2を参照して説明する。
外観上の構成を示す側面図であり、図2は、図1に示し
た脈検出装置1を生体2(腕)に装着した状態を示す図
である。
3、測定部4、バンド5、及び、止め金具6によって概
略構成されており、図2に示すように、脈検出装置1
は、生体2に装着することにより常時携帯可能である。
ここで、処理部3及び測定部4は、バンド5に取り付け
られており、バンド5及び止め金具6によって生体2
(図中の破線部)に装着される。この時、測定部4は生
体2の橈骨(とうこつ)動脈あるいは尺骨動脈付近(図
示省略)に当接される。また、図示しないが、処理部3
と測定部4は導線により接続されており、この導線を介
して処理部3から駆動用電圧信号が測定部4に入力さ
れ、測定部4で測定された電圧信号が処理部3に入力さ
れる。
部3について説明する。図3は、処理部3の内部構成
と、処理部3と測定部4の接続状態を示すブロック図で
ある。図3に示すように、処理部3は、処理演算部3
1、駆動回路32、及び表示部33によって概略構成さ
れている。
(図示省略)に記憶されている処理プログラムを実行す
ることによって、脈の検出に関する各種処理を実行し、
その処理結果を表示部33に表示する。
32から測定部4の送信用圧電素子41(詳細は後述)
に特定の駆動用電圧信号を出力させる。
41から発せられた超音波の周波数と、受信用圧電素子
42で受信され血流のドップラ効果により変化した超音
波の周波数と、を比較して脈を検出する。
従って、特定の駆動用電圧信号を測定部4の送信用圧電
素子41に出力する。
成されており、処理演算部31から入力される脈検出結
果等を表示する。
1の測定部4について説明する。図4は、測定部4の構
成を示す概要図であり、図5は、測定部4の上面から見
た図である。
電素子41、受信用圧電素子42、基板43によって概
略構成されている。ここで、送信用圧電素子41と受信
用圧電素子42の厚み方向の両面には、それぞれ電極4
5a、45bと電極46a、46bが形成されている。
また、基板43の一面43aには、電極47a、47
b、上面用電極60a、60bが形成されており、電極
45a、46aと上面用電極60a、60bは配線61
で電気的に接続されている。基板43の材質としては、
超音波を伝えにくい材質が適しているが、本実施例では
ガラスを用いた。ここで、電極45a,45b,46
a,46b,47a,47b,48a,48b, 60
a,60bは、Au,Pt等の金属膜であり、蒸着等の
方法によって形成される。また、配線61はAu線など
のワイヤボンディングによって形成される。
面43a上に送信用圧電素子41が電極47aと固定部
62で重なるように載置固定され、受信用圧電素子42
が電極47bと固定部62で重なるように載置固定され
ている。
42に、同一の圧電素子を使用してもよい。また、これ
ら圧電素子41,42の形状については任意であり、送
信用と受信用に形状の異なる圧電素子を使用してもよ
い、さらに送信用圧電素子及び受信用圧電素子は、それ
ぞれ複数個設置しても良い。
電素子として厚さ0.2mm(共振周波数9.6MH
z)、外形2×4mmのPZTを、基板43は厚さ0.
5mm、外形10ラ11mmのガラス基板を使用した。
45a,45bが電極47a、60aを介して処理部3
の駆動回路32と導線によって接続されている。そし
て、送信用圧電素子41の両電極45a,45bに駆動
回路32から特定の駆動用電圧信号が印加されると、送
信用圧電素子41は励振して特定周波数の超音波を発生
し、生体内(図6の2参照)に送信する。本実施の形態
では9.6MHzで励振させた。受信用圧電素子42
は、その両電極46a,46bが電極47b、60bを
介して処理部3の処理演算部31と導線によって接続さ
れている。受信用圧電素子42は生体から超音波を受信
すると、この超音波を電圧信号に変換し、処理部3の処
理演算部31に出力する。
置1における処理部3及び測定部4の動作について説明
する。図6は本実施例による脈検出装置の測定部4と生
体2との配置関係を示しており、電極45a、45b、
46a、46b、60a、60b、配線61は省略され
ている。
図6に示すように、測定部4が生体2(の橈骨(とうこ
つ)動脈あるいは尺骨動脈付近)に当接される。そし
て、脈の検出時に、図3に示す処理演算部31は、駆動
回路32から送信用圧電素子41の両電極45a,45
b(図5参照)に特定の駆動用電圧信号を出力させる。
bに入力された駆動用電圧信号に応じて励振して超音波
を発生し、該超音波を生体2(図6参照)内に送信す
る。生体2内に送信された超音波は血流2aにより反射
され、測定部4の受信用圧電素子42により受信され
る。受信用圧電素子42は、受信した超音波を電圧信号
に変換して、両電極46,46(図5参照)から処理演
算部31に出力する。
41から送信された超音波の周波数と、受信用圧電素子
42で受信され血流のドップラ効果により変化した超音
波の周波数と、を比較して生体の脈を検出する。そし
て、処理演算部31は、脈の検出結果を表示部33に表
示する。
脈を測定・表示する。
の製造方法について説明する。送信用圧電素子41及び
受信用圧電素子42は、アルミ、Auなどの金属を真空
蒸着することで電極45a、45b、46a、46bを
形成し、外形をダイシングなどにより切断する。基板4
3は、アルミ、Auなどの金属を真空蒸着により電極を
43a上に形成し、エッチングなどの薄膜プロセスによ
り、電極47a、47b、60a、60bを一面43a
上に形成する。
とを固定部62において導電性の接着剤などで固定する
ことにより、送信用圧電素子41及び受信用圧電素子4
2を基板43に固定する。
配線により、図3の処理部3の駆動回路32に接続さ
れ、電極47b、60bは処理回路31に接続される。
基板43上に送信用圧電素子41及び受信用圧電素子4
2を配置した。
用圧電素子42を基板43上に精度良く配置することが
できるため、測定部4の品質が安定し、品質のばらつき
がない脈検出装置1を提供することができ、また、図5
の固定部62でのみ基板43に固定されているため、超
音波が基板43に直接伝搬しにくくなり、ノイズが減少
するため脈の検出感度を向上させることができる。本実
施の形態の場合では、送信用圧電素子、受信用圧電素子
のサイズが2×4mm、基板サイズが10×11mmに
対して固定部62の面積は0.5mm×0.5mmとし
た。
2を、全面で導電性接着剤などにより基板43に固定し
た場合では、送信用圧電素子41に±5V、9.5MH
zのバースト信号(5波分のサイン波)を入力したとこ
ろ、脈を測定していない状態(非測定状態)で、受信用
圧電素子42によって入力の0.8%の振幅のバースト
信号が受信されていたが、本実施の形態のように、固定
部62のみで固定したところ、受信用圧電素子によって
検出されたバースト信号の振幅は入力の0.02%にま
で減少した。
リコンオイル中に設置したCu板への超音波の反射強度
(送信用圧電素子41から送信された超音波がCu板に
反射して受信用圧電素子42によって検出される割合)
を測定したところ、全面で基板43に固定した場合では
0.2%だったが、本実施の形態のように、固定部62
のみで固定したところ、0.6%になり、反射強度が3
倍程度になり、結果として脈検出感度も向上した。
ないため、送信用圧電素子41及び受信用圧電素子42
の両面に容易に電極を形成することができ、各圧電素子
から容易に電極を引き出すことができる。
拍を測定・表示するが、脈波も測定できる。
おいて処理部3と測定部4とを離れた構造にするのでは
なく、1つのモジュールとして構成してもよい。これに
よって、脈検出装置1の部品点数が少なくなり製造コス
トを抑えることができる。さらに、処理部3と測定部4
の間の配線を簡略化することができる。
測定結果を病院内の管理システムに送信する構成にして
もよく、これにより、脈検出装置1を装着した患者の状
態を常時把握することができる。
上記実施例の内容に限定されるものではなく、本発明の
要旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。例えば、
本実施の形態では圧電素子の励振周波数を9.6MHz
としたが、共振周波数5MHz程度の圧電素子を利用し
て、励振周波数を5MHz程度としても特に問題はな
い。 (実施例2)本発明による脈検出装置の実施例2を図
1、図7を用いて説明する。図7は本実施例の脈検出装
置に関わる測定部4の側面図であり、電極45a、45
b、60a、60b、46a、46b、47a、47
b、配線部61は省略する。処理部、バンド及び止め
具、圧電素子、基板の材質、形状は実施例1と同様のも
のを使用した。
9を設けた測定部4の構成を示す図である。図7に示す
ように、基板43の一面43aに樹脂層49が形成され
ている。ここで、樹脂層49はエポキシ系樹脂またはシ
リコン系樹脂からなり、送信用圧電素子41、受信用圧
電素子42の保護と、電極45a、45b、60a、6
0b、46a、46b、47a、47b、配線部61の
絶縁の効果および、生体と各圧電素子41,42との間
で効率良く超音波を伝搬させる効果がある。
良く超音波を伝搬するためには、樹脂層49の音響イン
ピーダンスを、生体の音響インピーダンスZlと圧電素
子の音響インピーダンスZcとの間の値にする必要があ
る。音響インピーダンスとは音波の伝搬のしやすさを示
す値であり、その値はヤング率や密度によって変化す
る。
において、基板43の理想的な音響インピーダンスZm
は、 Zm=(Zc×Zl)1/2 式(1)によって示す
ことができる。そして、式(1)に、公知であるZl=
1.5M(N・sec/m3 )、Zc(PZTを使用)
=30M(N・sec/m3 )を代入すると、Zm=約
6.7M(N・sec/m3 )となる。
板43に、音響インピーダンスが約3M(N・sec/
m3 )であるエポキシ系の樹脂を使用している。
は、薄いほど良く、本実施の形態のような構成では、1
00μm下が適当である。スピンコートあるいは、バー
コートにより樹脂49を基板43上に塗布し、熱あるい
は紫外線で樹脂49を硬化させることにより、一定の厚
さで均一に樹脂層49を配置することができる。
樹脂の樹脂層を形成し、更にその上にシリコン系樹脂の
樹脂層を形成して2層の樹脂層にしてもよく、これによ
り、超音波の反射、減衰を防ぐことができる。
合、シリコン系樹脂は軟質であるため樹脂層49によっ
て基板43と生体との密着性が向上する。したがって、
生体と基板43との間に存在する空気層を低減させるこ
とができ、この空気層による超音波の振動の減衰を抑え
ることができる。また、シリコン系樹脂は、生体との適
合性がよく、皮膚に密着させても影響が少ない。 (実施例3)本発明による脈検出装置1の測定部4の実
施例3を図8に基づいて説明する。図8は本発明の脈検
出装置に関わる測定部4の側面図であり、配線部61、
電極60a、60bは省略されている。処理部、バンド
及び止め具、圧電素子、基板の材質、形状は実施例1と
同様のものを使用した。本実施例の脈検出装置は、基板
43上に溝を形成し、この溝に電極47a、47bを形
成し、送信用圧電素子41、受信用圧電素子42をこの
溝の中に配置し、基板43上に樹脂層49を取り付けた
ものである。このように溝に圧電素子を埋め込むこと
で、圧電素子による凹凸が形成されず、さらに均一に樹
脂層49を形成できる。 (実施例4)本発明による脈検出装置1の測定部4の実
施例4を図9に基づいて説明する。図9は本発明の脈検
出装置に関わる測定部4の側面図であり、処理部、バン
ド及び止め具、圧電素子、基板の材質、形状は実施例1
と同様のものを使用し、電極60a、60b、配線部6
1は省略する。本実施例では、電極47a、47bには
んだ等のバンプ71が形成されている。送信用圧電素子
41及び受信用圧電素子42はバンプ71によって電極
47aおよび電極47bに固定され、送信用圧電素子4
1及び受信用圧電素子42と電極47a及び電極47b
の間に空隙70が形成される。
って形成し、バンプ71の高さは10μmした。
のため、空気層である空隙70が存在することによっ
て、超音波が基板43内を伝わって受信用圧電素子42
で直接受信される可能性が低くなり、脈測定のノイズを
防止することができる。
信用圧電素子42の両方にバンプを形成したが、どちら
か一方でも同様の効果を得ることができる。また、実施
例2と同様に樹脂層を設けても良い。 (実施例5)本発明による脈検出装置1の測定部4の実
施例5を図10に基づき説明する。図10は本実施例の
脈検出装置に関わる測定部4の側面図である。処理部、
バンド、止め具、圧電素子、基板の材質は実施の形態1
と同様のものを使用した。電極60a、60b、配線部
61は省略する。本実施例の脈検出装置は基板43と送
信用圧電素子41と受信用圧電素子42の間に空隙70
が設けられた構成である。基板43上に空隙70が形成
され、この空隙70を挟んで送信用圧電素子41と電極
47a及び、受信用圧電素子42と電極47bが配置さ
れている。
高いため、空隙70によって、超音波が基板43内を伝
わって受信用圧電素子42によって直接受信される可能
性が低くなり、脈測定のノイズを防止することができ
る。更に、検出感度を向上させることもできる。
あたる波長λの1/4の奇数倍が良好であり、中でも1
/4程度が適している。一方、気体、液体、固体中では
距離が離れるほど、超音波は減衰することが知られてい
る。本実施の形態では、空隙70の厚さ(深さ)として
は、超音波の波長λ以上で超音波は十分に減衰し、良好
な特性が得られた。例えば、9.5MHzの超音波を使
用する場合、空隙70の厚さ(深さ)は0.2mm以上
が適している。
5V、9.5MHzのバースト信号(5波分のサイン
波)を入力したところ、非測定時では0.02%の信号
が送信用圧電素子41から受信用圧電素子42に伝搬
し、また、シリコンオイル中に設置したCu板への超音
波の反射強度(送信用圧電素子41から送信された超音
波がCu板に反射して受信用圧電素子42によって検出
される割合)を測定したところ、0.7%となり、さら
に反射強度が向上した。
ダイシングすることにより形成したが、他の加工方法を
利用してもよく、また空隙70の深さは0.2mm程度
とした。また、実施例2と同様に樹脂層を設けても良
い。 (実施例6)本発明による脈検出装置1の測定部4の実
施例6を図11に基づき説明する。図11は本実施例の
脈検出装置に関わる測定部4の側面図であり、電極47
a、47b、電極60a、60b、配線部61は省略し
ている。処理部、バンド、止め具、圧電素子、基板の材
質は実施例1と同様のものを使用した。
素子41及び受信用圧電素子42に対して基板43上に
突起部72が設けられている。送信用圧電素子41及び
受信用圧電素子42は突起部72でのみ固定されるた
め、送信用圧電素子41により発せられた超音波が直接
受信用圧電素子42に伝わりにくくなるため、脈測定の
ノイズを防止することができる。
の金属を基板43上にメッキすることで形成したが、ダ
イシングなどで基板43上に突起部72を形成しても良
い。また、実施例2と同様に樹脂層を設けても良い。 (実施例7)本発明による脈検出装置1の測定部4の実
施例7を図12に基づき説明する。図12は本実施例の
脈検出装置に関わる測定部4の側面図であり、電極60
a、60b、配線部61は省略する。バンド、止め具、
処理部、圧電素子、基板の材質は実施例1と同様のもの
を使用した。
一面43aに研削加工などによりある一定の粗さで表面
処理が施されている。基板43の一面43aに図示しな
い電極を設け、さらに研削加工などにより、ある粗さで
表面処理を施し、この一面43a上に送信用圧電素子4
1、受信用圧電素子42を導電性接着剤などにより固定
した。これにより、送信用圧電素子41、受信用圧電素
子42は電極45b、電極46bを介して基板43とご
く限られた面積で接触することになり、送信用圧電素子
41により発せられた超音波が直接受信用圧電素子42
に伝わりにくくなるため、脈測定のノイズを防止するこ
とができる。更に、検出感度を向上させることもでき
る。 (実施例8)本発明による脈検出装置1の測定部4の実
施例を図13に基づいて説明する。図13は本発明によ
る実施例8の脈検出装置に関わる測定部4の側面図であ
り、電極60a、60b、配線部61は省略されてい
る。バンド、処理部、止め具、基板の材質、形状は実施
例1と同様のものを使用した。
素子41及び受信用圧電素子42の電極45b、電極4
6b側に溝を形成し、電極47a、電極47bと空隙7
0を介して固定されている。空隙70は送信用圧電素子
41及び受信用圧電素子42の電極45b、電極46b
側にダイシングにより溝を形成することで作成した。
く、送信用圧電素子41及び受信用圧電素子42は空隙
70を介して固定されるため、空隙70で超音波が減衰
し、送信用圧電素子41により発せられた超音波が直接
受信用圧電素子42に伝わりにくくなるため、脈測定の
ノイズを防止することができる。また、実施例2と同様
に樹脂層を設けても良い。
ても良い。また、送信用圧電素子41,受信用圧電素子
42のうち、空隙70に対応する部分のみ圧電素子厚み
方向に分極処理を施してもよく、この場合、上記効果を
さらに向上させることができる。 (実施例9)本発明による脈検出装置1の測定部4の実
施例9を図14に基づき説明する。図14は測定部4の
側面図であり、電極60a、60b、配線部61は省略
されている。圧電素子、基板の材質、形状は実施例1と
同様のものを使用した。
に溝50aが形成され、この溝50aを介して送信用圧
電素子41及び受信用圧電素子42の電極45b、電極
46bと電極47a、電極47bを固定した構成であ
る。したがって、脈の検出の際に、送信用圧電素子41
により発せられた超音波は、基板43の溝部50aによ
って反射、減衰するため、超音波が送受信基板50内を
伝わって受信用圧電素子42によって直接受信される可
能性が低くなり、脈測定のノイズを防止することができ
る。
より基板43に加工された。また、実施例2と同様に樹
脂層を設けても良い。 (実施例10)本発明による脈検出装置1の測定部4の
実施例10を図15に基づいて説明する。図15は本実
施例の脈検出装置に関わる測定部4の概略構成を示す斜
視図である。バンド、止め具、処理部、圧電素子は実施
例1と同様のものを使用した。
板43が送信用圧電素子41側及と受信用圧電素子42
側とで分割され、さらに基板43の他面に支持体81が
取り付けられた構成である。図15のように、支持体8
1は凹型をしており、基板43と支持体81には空隙8
0が形成されている。基板43を図15の様に分割して
も、基板43を容易に精度良く設置することができる。
また、超音波の送信、受信強度も向上させることが可能
となる。
面積(図22のL×M)が送信用圧電素子41,受信用
圧電素子の面積より小さい場合、支持体81の側壁部8
3を超音波が伝わってしまう。そのため、凹部82の面
積は送信用圧電素子41,受信用圧電素子42の合計面
積より大きいことが望ましい。
zのバースト信号(5波分のサイン波)を入力したとこ
ろ、本実施例の場合、受信用圧電素子によって検出され
たバースト信号の振幅は入力の0.01%にまで減少し
た。さらに本実施例による測定部4を用いて、シリコン
オイル中に設置したCu板への超音波の反射強度(送信
用圧電素子41から送信された超音波がCu板に反射し
て受信用圧電素子42によって検出される割合)を測定
したところ、1.0%に向上した。
が基板43に伝わっても、基板43と支持体81との間
には空隙80があるため、超音波は減衰し、支持体81
には伝搬しない。そのため、送信用圧電素子41により
発せられた超音波が直接受信用圧電素子42に伝わりに
くくなるため、脈測定のノイズを防止することができ
る。更に、検出感度を向上させることもできる。
リルを使用したが、超音波が減衰しやすい、多孔質体な
どで形成すると、さらに送信用圧電素子41により発せ
られた超音波が直接受信用圧電素子42に伝わりにくく
なるため、脈測定のノイズを防止することができる。ま
た、実施例2と同様に樹脂層を設けても良い。 (実施例11)本発明による脈検出装置1の測定部4の
実施例11を図16に基づいて説明する。図16は本実
施例の脈検出装置に関わる測定部4の概略構成を示す斜
視図である。バンド、処理部、止め具、圧電素子、基板
の材質は実施例1と同様のものを使用した。
て、基板43は送信用圧電素子41側及と受信用圧電素
子42側とで分割され、さらに基板43の他面に支柱8
3を介して支持体89を取り付けられた構成である。基
板43を図16の様に分割しても、基板43を容易に精
度良く設置することができ、さらに超音波の送信、受信
強度を向上させることができる。
介して基板43に取り付けられている。送信用圧電素子
41上から発信した超音波が、基板43に伝わっても、
基板43と支持体89との間には空隙80があるため、
超音波は減衰し、支持体89には伝搬しない。そのため
送信用圧電素子41により発せられた超音波が直接受信
用圧電素子42に伝わりにくくなるため、脈測定のノイ
ズを防止することができる。更に、検出感度を向上させ
ることもできる。
用したが、超音波が減衰しやすい、多孔質体などで形成
すると、さらに送信用圧電素子41により発せられた超
音波が直接受信用圧電素子42に伝わりにくくなるた
め、脈測定のノイズを防止することができる。また、実
施例2と同様に樹脂層を設けても良い。 (実施例12)本発明による脈検出装置1の測定部4の
実施例12を図17に基づいて説明する。図17は本実
施例の脈検出装置に関わる測定部4の側面図である。バ
ンド、処理部、止め具、圧電素子、基板の材質は実施例
1と同様のものを使用した。電極45a、45b、46
a、46b、60a、60b、配線部61は省略してあ
る。
て、基板43は送信用圧電素子41側及と受信用圧電素
子42側とで分割され、基板43の他面に支持体89が
取り付けられ、さらに樹脂層49が送信用圧電素子41
側と受信用圧電素子42側に分割して設けられた構成で
ある。基板43上に樹脂層を分割して設けることで、送
信用圧電素子41から樹脂層49を介して生体内に伝搬
せずに受信用送信圧電素子42で受信される超音波を減
少させ、脈検出感度を向上させる効果がある。支持体8
1には、セラミックなどの多孔質体のほか、ゴムなど超
音波を減衰させやすい材質を用いることで、送信用圧電
素子41から支持体81を伝搬して受信用圧電素子42
へ超音波が伝搬することを防ぐことができる。 (実施例13)以下に、図面を参照して本発明による脈
検出装置の実施例について詳細に説明する。
を示す側面図を図1に示す。また、図1に示した脈検出
装置1を生体2(腕)に装着した状態を図2に示す。
部3、測定部4、バンド5、及び止め金具6によって概
略構成されている。図2に示すように、脈検出装置1は
生体2に装着することにより常時携帯可能である。処理
部3及び測定部4はバンド5に取り付けられており、バ
ンド5及び止め金具6によって生体2(図1中の破線
部)に装着される。この時、測定部4は生体2の橈骨
(とうこつ)動脈あるいは尺骨動脈付近(図示省略)に
当接される。また、図示しないが、処理部3と測定部4
は導線により接続されており、この導線を介して処理部
3から駆動用電圧信号が測定部4に入力され、測定部4
で測定された電圧信号が処理部3に入力される。
理部3と測定部4の接続状態を示すブロック図を図3に
示す。図示するように、処理部3は、処理演算部31、
駆動回路32、及び表示部33によって概略構成されて
いる。
(図示省略)に記憶されている処理プログラムを実行す
ることによって、脈の検出に関する各種処理を実行し、
その処理結果を表示部33に表示する。また、処理演算
部31は、脈測定時に駆動回路32から測定部4の送信
用圧電素子41(詳細は後述)に特定の駆動用電圧信号
を出力させる。また、処理演算部31は、送信用圧電素
子41から発せられた超音波の周波数と、受信用圧電素
子42で受信され血流のドップラ効果により変化した超
音波の周波数を比較して脈を検出する。
従って、特定の駆動用電圧信号を測定部4の送信用圧電
素子41に出力する。
成されており、処理演算部31から入力される脈検出結
果等を表示する。
図18に示す。送信用圧電素子41と受信用圧電素子4
2は送受信基板44に接合され、送受信基板44は支持
部81によって保持されている。このような構成にする
ことにより、各圧電素子の片面には空間80ができ、送
信用圧電素子41と受信用圧電素子42は超音波が送受
信する方向のみに伝達可能になる。
2と送受信基板44の接合には、各種接着剤を用いる方
法と拡散結合や共晶結合を利用した方法がある。拡散接
合とは2つの金属が互いに接した状態で加圧加熱される
ことによって、金属原子の熱拡散を相互金属間で発生さ
せて接合させる方法である。共晶結合とは、2つの金属
が互いに接した状態で加圧加熱することによって、互い
の金属を溶融し、その後冷却することによって、合金を
相互金属間に生成することによって接合させる方法であ
る。送受信基板44と、送信用圧電素子41もしくは受
信用圧電素子42とを接合する際に拡散結合及び共晶結
合を使用する利点は、接合界面に接着層が形成されず、
接合界面における超音波の振動の減衰を低減させること
ができることである。また、これら圧電素子41,42
の形状については任意であり、送信用と受信用に形状の
異なる圧電素子を使用してもよい。
駆動回路32と導線によって電気的に接続されている。
そして、送信用圧電素子41に駆動回路32から特定の
駆動用電圧信号が印加されると、送信用圧電素子41は
励振して特定周波数の超音波を発生し、生体内(図31
の2)に送信する。
算部31と導線によって電気的に接続されている。受信
用圧電素子42は、生体から超音波を受信すると、この
超音波を電圧信号に変換し、処理部3の処理演算部31
に出力する。
送信用圧電素子41及び受信用圧電素子42を配置し、
他面43bは生体に接するガラス基板等である。
圧電素子41,42との間で効率良く超音波を伝搬する
ためには、送受信基板44の音響インピーダンスを、生
体の音響インピーダンスZlと圧電素子の音響インピー
ダンスZcとの間の値にする必要がある。音響インピー
ダンスとは音波の伝搬のしやすさを示す値であり、その
値はヤング率や密度によって変化する。
4において、送受信基板44の理想的な音響インピーダ
ンスZmは、 Zm=(Zc×Zl)1/2
式(1)によって示すことができる。
=1.5M(N・sec/m3 )、PZTを使用した場
合のZc=30M(N・sec/m3 )を代入すると、
Zmは約6.7M(N・sec/m3 )となる。
受信基板44に、音響インピーダンスが約10M(N・
sec/m3 )であるガラス基板を使用している。
4の厚さも重要な要素である。送受信基板44の厚さが
不適当な場合には、上述の音響インピーダンスと同様
に、送受信基板44において超音波の反射が起こってし
まい、効率良く超音波が伝搬しない。そこで、送受信基
板44の厚さは、送受信基板44が伝搬する超音波の周
波数で波長の1/4程度にするのが好ましい。具体的に
は、超音波の周波数が9MHz(通常2.3〜10MH
zの超音波を使用する)で、送受信基板(ガラス基板)
における音速が約5000m/secの場合、送受信基
板44の厚さは140μm程度にする。
れた面の反対側の面、すなわち、生体に接する面には樹
脂層48が形成されている。ここで、樹脂層48はエポ
キシ系樹脂またはシリコン系樹脂からなり、これら使用
する樹脂の種類によって、送受信基板44における生体
との接触面(他面43b)の性質が異なる。
用した場合、エポキシ系樹脂の音響インピーダンスは、
送受信基板44の音響インピーダンスと生体の音響イン
ピーダンスとの間の値であるため、生体と送受信基板4
4の界面で起こる超音波の反射を更に低減させることが
できる。したがって、生体と送受信基板44との間で効
率良く超音波を伝搬させることができる。ここで、樹脂
層48の理想的な音響インピーダンスは、前述の式
(1)と同様の式によって算出される。
た場合には、シリコン系樹脂は軟質であるため、樹脂層
48によって送受信基板44と生体との密着性が向上す
る。したがって、生体と送受信基板44との間に存在す
る空気層を低減させることができ、この空気層による超
音波の振動の減衰を抑えることができる。また、シリコ
ン系樹脂は、生体との適合性がよく、皮膚に密着させて
も影響が少ない。
樹脂の樹脂層を形成し、更にその上にシリコン系樹脂の
樹脂層を形成して2層の樹脂層にしてもよく、これによ
り、超音波の反射、減衰を防ぐことができる。
装置1における処理部3及び測定部4の動作について説
明する。
図31に示すように、測定部4が生体2(の橈骨(とう
こつ)動脈あるいは尺骨動脈付近)に当接される。そし
て、脈の検出時に、図3に示す処理演算部31は、駆動
回路32から送信用圧電素子41に特定の駆動用電圧信
号を出力させる。
電圧信号に基づいて励振して超音波を発生し、送受信基
板44を介して生体2内に送信する。生体2内に送信さ
れた超音波は血流2aにより反射され、測定部4の受信
用圧電素子42により受信される。受信用圧電素子42
は、受信した超音波を電圧信号に変換して、処理演算部
31に出力する。
41から送信された超音波の周波数と、受信用圧電素子
42で受信され血流のドップラ効果により変化した超音
波の周波数を比較して生体の脈を検出する。そして、処
理演算部31は、脈の検出結果を表示部33に表示す
る。このようにして、脈検出装置1は、生体の脈を測定
・表示する。
用圧電素子42を送受信基板44上に精度良く配置する
ことができるため、測定部4の品質が安定し、品質のば
らつきがない脈検出装置1を提供することができ、ま
た、脈の検出感度を向上させることができる。
ことによって、脈検出装置1の強度が向上し、脈検出装
置1の耐久性が向上する。
脈拍を測定・表示するが、脈波も測定できる。
ついては、上記実施例の内容に限定されるものではな
く、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能であ
る。例えば、本実施例では送受信基板44上に送信用圧
電素子41と受信用圧電素子42を金属間結合によって
接合させたが、水素結合によって接合させてもよい。こ
こで、水素結合とは、イオン源を用いて水をイオン化し
て水酸化物イオンOH-を生成し、この水酸化物イオン
OH- を送受信基板44上に照射した後、送受信基板4
4と各圧電素子41,42を圧接して接合させる方法で
ある。また、送受信基板44上に親水基を形成して、こ
の親水基による水素結合で、送受信基板と各圧電素子4
1,42を接合してもよい。
処理部3と測定部4とを離れた構造にするのではなく、
1つのモジュールとして構成してもよい。これにより、
脈検出装置1の部品点数が少なくなり製造コストを抑え
ることができる。さらに、処理部3と測定部4の間の配
線を簡略化することができる。
測定結果を病院内の管理システムに送信する構成にして
もよく、これにより、脈検出装置1を装着した患者の状
態を常時把握することができる。
部4の構成の変形例について、図19〜図21を参照し
て説明する。尚、以下の説明において、図18に示した
測定部4と同一構成部位については、同一の符号を付し
ており、ここでは説明を省略する。
溝部43cを挟んで、送信用圧電素子41と受信用圧電
素子42を配置した測定部4の構成を示す図である。
溝43cが形成され、この溝部43cを挟んで送信用圧
電素子41と、受信用圧電素子42とが配置されてい
る。
子41により発せられた超音波は、送受信基板44の溝
部43cによって反射、減衰することとなるため、超音
波が送受信基板44内を伝わって受信用圧電素子42に
よって直接受信される可能性が低くなり、脈測定のノイ
ズを防止することができる。更に、検出感度を向上させ
ることもできる。
あり、例えば、溝部43cの断面形状が逆三角形であっ
てもよい。 (実施例15)図20は、分割された送受信基板44,
45に、送信用圧電素子41と受信用圧電素子42をそ
れぞれ配置した測定部4の構成を示す図である。図20
に示すように、測定部4は、送受信基板44(図18)
を2つの送受信基板44,45に分割して、送信用基板
44に送信用圧電素子41を配置し、受信用基板45に
受信用圧電素子42を配置した。
41により発せられた超音波が直接受信用圧電素子42
に直接伝わることはないため、脈測定のノイズを防止す
ることができる。
用基板44と受信用基板45にそれぞれテーパ形状を有
する測定部4の構成を示す図である。図21に示すよう
に、測定部4は、送受信基板44(図18)を2つの送
受信用基板44,45に分割して、送信用基板44の一
面44a上に送信用圧電素子41を配置し、受信用基板
45の一面45a上に受信用圧電素子42を配置した。
そして、送受信基板44の他面44b及び送受信基板4
5の他面45bをテーパ形状にした。ここで、これらテ
ーパ形状は、生体の血流方向に沿って形成され、且つ各
送受信基板44,45の内側の厚みより外側の厚みの方
が大きくなるように形成される。これにより、送信用圧
電素子41から発せられた超音波を生体の血流付近にフ
ォーカスしやすくなり、生体の血流によって反射された
超音波を受信用圧電素子42によって効率良く受信する
ことができる。
8〜21で図示したような凹形状なもの(図22)だけ
でなく、図23に示すケース形状を用いてもよい。図2
3のようなものにすることで、より耐久度の高い脈検出
装置ができる。
櫛歯状にすることで、基板を保持する面積を小さくな
り、超音波が送信側から受信側によりもれなくなり、ノ
イズがより小さくなり、より高性能な脈検出装置ができ
る。図25に示すように、櫛歯形状の先端を鋭角にする
と、よりノイズが小さな脈検出装置となる。
料・無機材料の何れか、もしくは、それらの複合材料を
用いる。支持部にセラミックスを用いるとセラミックス
は堅いので、脈検出装置の強度が上がる。支持部にプラ
チックを用いると大量生産に向いており、コストが低く
なる。特にプラスチックを用いる場合は射出成型などに
より形状にこだわることなく、コストが低くなる。支持
部81に金属を用いると精密に支持部を加工できる。し
たがって、図26に示すような支持部にプラスチック4
6bと金属46aを使用すると、コストも安く、ノイズ
が小さい脈検出装置ができる。また、セラミックスやス
ポンジなどの多孔質体を用いると、超音波が伝わらない
ので、ノイズが減少し、性能が良くなる。 (実施例17)本発明の超音波診断装置の一実施例とし
ての脈波検出装置1の1実施の形態について、図27を
用いて説明する。図27は本実施の形態の脈波検出装置
に関わる測定部4の側面図であり、電極60a、60
b、配線部61は省略する。バンド、止め具、処理部、
圧電素子、基板の材質は実施の形態1と同様のものを使
用した。
電素子41,受信用圧電素子42の間に超音波減衰層7
3として導電性ゴムを配置した図である。
波として1MHz〜10MHz程度の周波数を利用する
が、一般的にゴムなどの弾性材料は、前記周波数帯域で
は、減衰率が高く、超音波減衰性の材料として利用する
ことができる。そのため、本実施の形態のように、電極
47a、47bと送信用圧電素子41,受信用圧電素子
42の間に導電性ゴムを配置することで、送信用圧電素
子41,受信用圧電素子42へ所望の電気的信号を印加
することができるとともに、超音波が基板43内を伝わ
って受信用圧電素子42によって直接受信される可能性
を低くすることが可能となる。そのため結果として、生
体内へ送信される超音波の強度が向上するため、検出感
度を向上させることができる。
に、送信用圧電素子41と受信用圧電素子42の間で分
割されている必要がある。分割されていない場合、超音
波減衰層73を介して超音波が送信用圧電素子41から
受信用圧電素子42に伝播しやすくなるため、結果とし
て検出感度の低下につながる。 (実施例18)本発明の超音波診断装置の一実施例とし
ての脈波検出装置1の1実施の形態について、図28を
用いて説明する。図28は本実施の形態の脈波検出装置
に関わる測定部4の側面図である。バンド、処理部、止
め具、圧電素子、基板の材質は実施の形態1と同様のも
のを使用した。電極45a、45b、46a、46b、
60a、60b、配線部61は省略する。
素子42を分割した基板43上に配置し、基板を超音波
減衰層75を介して支持体81に固定した構成を示す図
である。
形態3でも説明したとおり、タングステン粉末を含有す
るエポキシ樹脂や、多孔性材料よりなる多孔質材、さら
に後述する導電性、絶縁性のゴムなどが適している。 (実施例19)本発明の超音波診断装置の一実施例とし
ての脈波検出装置1の1実施の形態について、図29を
用いて説明する。図29は本実施の形態の脈波検出装置
に関わる測定部4の側面図である。バンド、処理部、止
め具、圧電素子、基板の材質は実施の形態1と同様のも
のを使用した。電極45a、45b、46a、46b、
60a、60b、配線部61は省略する。
減衰層75を介して固定した構成を示す図である。図2
9のような構造とすることで、さらに超音波が直接受信
用圧電素子42により受信される可能性が低くなり、結
果として検出感度を向上させることが可能となる。 (実施例20)本発明の超音波診断装置の一実施例とし
ての脈波検出装置1の1実施の形態について、図30を
用いて説明する。図30は本実施の形態の脈波検出装置
に関わる測定部4の側面図である。バンド、処理部、止
め具、圧電素子、基板の材質は実施の形態1と同様のも
のを使用した。電極45a、45b、46a、46b、
60a、60b、配線部61は省略する。
有する支持体81を設けた測定部4において、分割され
た基板43の間に減衰層95を設けた構成を示す説明図
である。
を接触させた場合、汗、埃などの異物が分割した基板4
3の間に混入しやすくなる。この際、汗、埃などの異物
が基板43の一面43aの裏面43bに回り込むと、異
物を通して送信用圧電素子41から発生した超音波が受
信用圧電素子42に直接伝搬しやすくなるため、結果と
して、検出感度の低下につながる。
た基板43の間に減衰層95を設けると異物が混入しに
くくなるため、検出感度を低下させることがなくなる。
ポキシ系の樹脂だと、逆にこの樹脂を通して超音波が伝
搬してしまうため、シリコンゴムなど、超音波が伝搬し
にくい材質であることが望ましい。
検出装置は、超音波診断装置にも同様に使用することが
できる。また、実施例17乃至20に示す超音波診断装
置は、脈検出装置にも同様に使用することができる。
れば、基板上に送信用圧電素子と受信用圧電素子とを設
計通りに精度良く配置することができるため、品質にば
らつきが生じにくい脈検出装置を提供することができ、
また、脈の検出感度を向上させることができる。
圧電素子に突起部を設けることで、基板へ超音波が伝搬
しにくくなり、脈検出のノイズを減少させ、また生体へ
の超音波の送信、生体からの超音波の受信強度を向上さ
せることが可能となり、脈検出の感度を向上させる効果
がある。
よって、基板における生体との接触面の特性を、その用
途に応じて最適に調整することができ、また樹脂層を最
適な厚さで均一に形成することが可能であるため、さら
に脈検出感度を向上させることができる。
圧電素子と受信用圧電素子が設けられることにより、送
信用圧電素子で発せられた超音波を受信用圧電素子が直
接受信しないため、ノイズを低減させることができ、脈
検出装置の信頼性を向上させることができる。
及び受信用圧電素子を支持する支持基板を設けることに
より、外部からの衝撃に対する強度が向上し、また、超
音波の漏洩を防ぐことができる。
ば、送受信基板上に送信用圧電素子と受信用圧電素子と
を設計通りに精度良く配置することができるため、品質
にばらつきが生じにくい脈検出装置を提供することがで
き、また、脈の検出感度を向上させることができる。
ス、または送受信基板の厚みを制御することによって、
送受信基板と生体との界面における超音波の反射を低減
させることができ、効率良く超音波を伝搬することがで
きる。
構成としたため、効率よく超音波が伝搬することができ
る。
脂層によって、送受信基板における生体との接触面の特
性を、その用途に応じて最適に調整することができる。
系樹脂を用いることによって、送受信基板と生体との密
着性が向上するため、送受信基板と生体との界面におけ
る空気層が減少し、超音波の振動の減衰を抑えることが
できる。
送信用圧電素子と受信用圧電素子が設けられることによ
り、送信用圧電素子で発せられた超音波を受信用圧電素
子が直接受信しないため、ノイズを低減させることがで
き、脈検出装置の信頼性を向上させることができる。
て斜めに形成されている。すなわち、送受信基板の他面
と一面とを平行な面ではなく、テーパ形状にしたことに
よって、血流のドップラ効果が大きくなり、脈の検出感
度を向上させることができる。
電素子及び受信用圧電素子を支持する支持基板を設ける
ことにより、外部からの衝撃に対する強度が向上し、ま
た、超音波を防ぐことができる。
て、生体が脈検出結果を把握することができる。
を備えることによって、脈検出装置を容易に携帯するこ
とができる。
子と、送受信基板とを、金属間結合によって接合する構
成により、接合界面において超音波の減衰が少なく、効
率良く超音波を伝搬させることができる。
よれば、基板と圧電素子を給電部のみで固定したり、基
板或いは送信用圧電素子、受信用圧電素子に突起部を設
けて空隙を形成し、該空隙を超音波減衰層としたり、多
孔質体などの超音波減衰層を設けることで、基板を通し
て、送信用圧電素子から受信用圧電素子に超音波が伝播
しにくい構成とすることで、診断部位へ効率よく超音波
を送信させることが可能となり、検出感度を向上させる
ことができるという効果がある。また、基板上に圧電素
子を配置する構造であるため、圧電素子を精度良く設置
することが可能となるため、品質のばらつきが生じにく
い。また、基板を支持する支持体を設けることにより、
外部からの衝撃に対する強度、取り扱い性を向上させる
ことができる。また支持体と基板の間にも超音波減衰層
を設けることで、診断部位へ効率的に超音波を送信させ
ることが可能となり、検出感度を向上させる効果もあ
る。
どすることで、さらに診断部位へ効率的に超音波を送信
させることが可能となり、検出感度を向上させる効果が
ある。
音波減衰性を有する部材を設けることで、汗などの異物
が混入して、基板の裏面に回り込んでノイズの原因とな
ることを防ぐことが可能となるため、検出の安定性を向
上させる効果がある。
圧電素子とを設計通りに精度良く配置することができる
ため、品質にばらつきが生じにくい超音波診断装置を提
供することができる。
観図である。
状態を示す外観図である。
すブロック図である。
す図である。
る。
図である。
構成を示す図である。
図である。
定部の構成を示す図である。
成を示す図である。
示す図である。
る測定部の構成を示す図である。
示す図である。
の構成を示す図である。
の構成を示す図である。
の構成を示す図である。
る。
示す図である。
Claims (48)
- 【請求項1】 入力された駆動信号に応じて生体内に超
音波を送信する送信用の圧電素子と、 前記超音波が生体の血流によって反射した反射波を受信
する受信用の圧電素子と、 前記圧電素子を一面で固定する基板と、 前記送信用圧電素子が送信した超音波と前記反射波に基
づいて脈を検出する検出部と、 前記圧電素子に前記駆動信号を印加するために前記基板
上に設けられた給電部と、を備え、 前記送信用の圧電素子と前記受信用の圧電素子のうち、
少なくとも一方の圧電素子の一面と前記基板が前記給電
部で固定されたことを特徴とする脈検出装置。 - 【請求項2】 入力された駆動信号に応じて生体内に超
音波を送信する送信用の圧電素子と、 前記超音波が生体の血流によって反射した反射波を受信
する受信用の圧電素子と、 前記送信用圧電素子と前記受信用圧電素子のうち、少な
くとも一方の圧電素子を一面で固定する基板と、 前記送信用圧電素子が送信した超音波と前記反射波に基
づいて脈を検出する検出部と、を備え、 前記基板と前記少なくとも一方の圧電素子との間に空隙
を有することを特徴とする脈検出装置。 - 【請求項3】 前記給電部が前記少なくとも一方の圧電
素子に対して突出していることを特徴とする請求項1ま
たは2に記載の脈検出装置。 - 【請求項4】 前記圧電素子が前記給電部に対して突出
していることを特徴とする請求項1または2に記載の脈
検出装置。 - 【請求項5】 前記基板の一部に溝が設けられるととも
に、前記送信用の圧電素子と前記受信用の圧電素子がこ
の溝を挟んで前記基板に配置されたことを特徴とする請
求項1から4の何れか1項に記載の脈検出装置。 - 【請求項6】 前記基板が分割され、分割した一方の基
板に前記送信用の圧電素子を配置し、他方の基板に前記
受信用の圧電素子を配置したことを特徴とする請求項1
から5の何れか1項に記載の脈検出装置。 - 【請求項7】 前記基板が超音波を減衰する材質である
ことを特徴とする請求項1から6のいずれか1項に記載
の脈検出装置。 - 【請求項8】 前記基板が多孔質体であることを特徴と
する請求項7に記載の脈検出装置。 - 【請求項9】 前記基板の前記圧電素子設置面に樹脂層
を備えることを特徴とする請求項1から8の何れか1項
に記載の脈検出装置。 - 【請求項10】 前記樹脂層が前記送信用の圧電素子と
前記受信用の圧電素子間で分割されていることを特徴と
する請求項9に記載の脈検出装置。 - 【請求項11】 前記基板を支える支持部を有し、前記
支持部と前記基板の間に空隙を有することを特徴とする
請求項1から10のいずれか1項に記載の脈検出装置。 - 【請求項12】 前記支持部が前記基板に対して凸形状
をしていることを特徴とする請求項11に記載の脈検出
装置。 - 【請求項13】 前記支持部が超音波を減衰する材質で
あることを特徴とする請求項11または12に記載の脈
検出装置。 - 【請求項14】 入力された駆動信号に応じて生体内に
超音波を送信する送信用の圧電素子と、 前記超音波が生体の血流によって反射した反射波を受信
する受信用の圧電素子と、 前記圧電素子のうち少なくとも一方が一つの表面に設け
られた基板と、 前記基板を支持するために、前記基板が生体に接する面
の裏面側に設けられた支持部と、を備え、 前記支持部が前記基板との間に空隙を形成することを特
徴とする脈検出装置。 - 【請求項15】 前記送信用の圧電素子と前記受信用の
圧電素子がそれぞれ別個の基板に固定搭載されるととも
に、前記各基板が同一の支持部上に構成されることを特
徴とする請求項14に記載の脈検出装置。 - 【請求項16】 前記基板の音響インピーダンスが圧電
素子の音響インピーダンスと生体の音響インピーダンス
の間であることを特徴とする請求項14または15に記
載の脈検出装置。 - 【請求項17】 前記基板の厚みは、前記送信用の圧電
素子が発生する超音波の波長の約4分の1であることを
特徴とする請求項16に記載の脈検出装置。 - 【請求項18】 前記支持部が箱型であることを特徴と
する請求項14または15に記載の脈検出装置。 - 【請求項19】 前記支持部が櫛歯形状であることを特
徴とする請求項14または15に記載の脈検出装置。 - 【請求項20】 前記支持部がセラミックスであること
を特徴とする請求項18または19に記載の脈検出装
置。 - 【請求項21】 前記支持部がプラスチックであること
を特徴とする請求項18または19に記載の脈検出装
置。 - 【請求項22】 前記支持部が金属であることを特徴と
する請求項18または19に記載の脈検出装置。 - 【請求項23】 前記支持部がプラスチックと金属から
なることを特徴とする請求項18または19に記載の脈
検出装置。 - 【請求項24】 入力された駆動信号に応じて生体内に
超音波を送信する送信用の圧電素子と、前記超音波が診
断部位から反射した反射波を受信する受信用の圧電素子
と、前記送信用の圧電素子と前記受信用の圧電素子を一
面で固定する基板と、前記送信用の圧電素子が送信した
前記超音波と前記反射波から診断部位に関する情報を検
出する検出部と、前記基板上に設けられた前記圧電素子
に前記駆動信号を印加する給電部と、を備え、 前記基板と前記圧電素子の一面が前記給電部で固定され
ている超音波診断装置。 - 【請求項25】 入力された駆動信号に応じて生体内
に超音波を送信する送信用の圧電素子と、前記超音波が
診断部位から反射した反射波を受信する受信用の圧電素
子と、前記送信用の圧電素子と前記受信用の圧電素子を
一面で固定する基板と、前記送信用の圧電素子が送信し
た前記超音波と前記反射波から診断部位に関する情報を
検出する検出部と、前記基板上に設けられた前記圧電素
子に前記駆動信号を印加する給電部と、を備え、 少なくとも前記基板あるいは前記圧電素子のいずれか一
方に、少なくとも凸部あるいは凹部いずれか一方を設
け、前記基板と前記圧電素子との間に空隙を有するよう
に前記少なくとも凸部あるいは凹部のいずれか一方の周
辺部を固定した超音波診断装置。 - 【請求項26】 前記基板に前記圧電素子に対して突出
する第1の突出部と、前記給電部に前記圧電素子に対し
て突出する第2の突出部と、前記圧電素子に前記給電部
に対して突出する第3の突出部と、のうちの少なくとも
1つの前記突出部を有する請求項24又は25に記載の
超音波診断装置。 - 【請求項27】 前記基板が超音波を減衰する材質であ
る請求項24乃至26のいずかに記載の超音波診断装
置。 - 【請求項28】 前記基板が多孔質体である請求項24
乃至27のいずれかに記載の超音波診断装置。 - 【請求項29】 前記基板の一部に溝を設け、前記溝を
挟んで前記送信用の圧電素子と前記受信用の圧電素子を
前記基板に配置する請求項24乃至28のいずれかに記
載の超音波診断装置。 - 【請求項30】 前記基板を分割し、前記分割された前
記基板の1つに前記送信用の圧電素子を配置し、前記送
信用の圧電素子を配置した前記基板とは異なる前記分割
された前記基板に前記受信用の圧電素子を配置した請求
項24乃至29のいずれかに記載の超音波診断装置。 - 【請求項31】 前記基板の前記圧電素子を設置する面
に樹脂層を有する請求項24乃至30のいずれかに記載
の超音波診断装置。 - 【請求項32】 前記樹脂層が前記送信用の圧電素子と
前記受信用の圧電素子との間で分割されている請求項3
1記載の超音波診断装置。 - 【請求項33】 入力された駆動信号に応じて診断部位
へ超音波を送信する送信用の圧電素子と、前記超音波が
前記診断部位から反射した反射波を受信する受信用の圧
電素子と、前記送信用の圧電素子と前記受信用の圧電素
子を一面で固定する基板と、前記送信用の圧電素子が送
信した前記超音波と前記反射波から前記診断部位の情報
を取得する情報取得手段と、 前記基板を支える支持部と、を備え、前記支持部と前記
基板の間に空隙を有する超音波診断装置。 - 【請求項34】 前記支持部が前記基板に対して凸形状
である請求項33記載の超音波診断装置。 - 【請求項35】 前記支持部が超音波を減衰する材質で
ある請求項33又は34記載の超音波診断装置。 - 【請求項36】 入力された駆動信号に応じて生体内に
超音波を送信する送信用の圧電振動子と、前記超音波が
診断部位によって反射した反射波を受信する受信用の圧
電素子と、前記送信用の圧電振動子と前記受信用の圧電
素子との一方の表面に設けられた基板と、前記基板を支
持するために前記基板の前記基板と生体に接する面の裏
面側に支持部と、を備え、前記基板と前記支持部との間
に空隙を有する超音波診断装置。 - 【請求項37】 前記送信用の圧電素子と前記受信用の
圧電素子のそれぞれが別個の前記基板に固定され、前記
別個の基板が同一の支持部上にある請求項33又は36
に記載の超音波診断装置。 - 【請求項38】 前記基板の音響インピーダンスが前記
送信用の圧電素子と前記受信用の圧電素子との音響イン
ピーダンスと、生体の音響インピーダンスの間である請
求項36又は37記載の超音波診断装置。 - 【請求項39】 前記基板は、前記送信用の圧電素子が
発生する前記超音波の波長の約4分の1の厚みである請
求項38記載の超音波診断装置。 - 【請求項40】 前記支持部が箱型あるいは櫛歯形状の
いずれかである請求項33乃至36のいずれかに記載の
超音波診断装置。 - 【請求項41】 前記支持部の材質がセラミックス、プ
ラスチックおよび金属の少なくとも1つである請求項3
3乃至36及び40のいずれかに記載の超音波診断装
置。 - 【請求項42】 入力された駆動信号に応じて診断部位
へ超音波を送信する送信用の圧電素子と、前記超音波が
前記診断部位から反射した反射波を受信する受信用の圧
電素子と、前記送信用の圧電素子と受信用の圧電素子を
一面で固定する基板と、前記送信用の圧電素子が送信し
た前記超音波と前記反射波から前記診断部位の情報を取
得する情報取得手段を備え、 前記送信用の圧電素子と前記受信用の圧電素子と前記基
板との間には、前記超音波の伝播を減衰する超音波減衰
部を有する超音波診断装置。 - 【請求項43】 前記超音波減衰部は、前記送信用の圧
電素子と前記受信用の圧電素子の間で分割されている請
求項42記載の超音波診断装置。 - 【請求項44】 前記超音波減衰部の材質が導電性を有
するゴムである請求項42又は43記載の超音波診断装
置。 - 【請求項45】 前記支持部と前記基板との間に超音波
の伝播を減衰する超音波減衰部を有する請求項33乃至
41のいずれかに記載の超音波診断装置。 - 【請求項46】 前記分割された前記基板の間に超音波
減衰性の材料を設けた請求項30又は37記載の超音波
診断装置。 - 【請求項47】 前記空隙の超音波の送受信方向の深さ
が、前記超音波の波長λ以上である請求項25、33、
36のいずれかに記載の超音波診断装置。 - 【請求項48】 前記基板と対向する前記空隙の面積
が、前記圧電素子の超音波送受信面の面積よりも大きい
請求項25、33、36、47のいずれかに記載の超音
波診断装置。
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