JP3562024B2

JP3562024B2 - Biological signal detection device

Info

Publication number: JP3562024B2
Application number: JP09554595A
Authority: JP
Inventors: 九州男岩永; 浩行井邊; 泉三原
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 1994-04-20
Filing date: 1995-04-20
Publication date: 2004-09-08
Anticipated expiration: 2019-09-08
Also published as: JPH08584A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は生体の心拍や呼吸や体動等を非拘束で検出する生体信号検出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
各種の生体信号を検出するにあたり、生体にセンサー部を装着するタイプのものは、生体の動きを拘束する上に、この拘束が生体にストレスを与えてしまうためにリラックス状態での生体信号の検出が困難であり、特に電極を皮膚に貼り付けたりするものでは、皮膚が荒れたり炎症を起こしたりすることがあるために、非拘束タイプのものが望まれている。
【０００３】
そして、非拘束タイプとして、圧電素子や静電容量センサーを用いたものが提案されている。これらは生体を受けるベッドのような生体支持部に圧電素子や静電容量センサーを配置して、これらによって生体支持部にかかる生体荷重が生体の体動や呼吸に伴ってわずかに変化することを検知して生体信号を検出するものであるが、体動や呼吸について検出することができても、心拍まで検出することができるだけの感度を有していない。また、非拘束では生体支持部のどこに生体荷重がかかるかを特定できないために、圧電素子や静電容量センサーを生体支持部の広い部分にわたって配置しなくてはならないが、この点に対応することは感度のこともあって困難である上に、生体への刺激が無いように配置することも困難である。
【０００４】
ここにおいて、上記圧電素子や静電容量センサーに代えて、一端が発光部に、他端が受光部に接続された柔軟性を有する光ファイバーを用いて、生体を受ける生体支持部にその生体支持面に添って光ファイバーを配置したものが特開平６−３０９１４号公報に示されている。光ファイバーによって発光部から受光部へと導かれる光の量を、生体荷重の変動に伴う光ファイバーの撓みによって変化させることで、荷重変動を捕らえ、ここから生体信号を検出しようというものである。
【０００５】
この場合、配置面積を広くすることに困難がない上に、柔軟な光ファイバーを用いることで生体に刺激のないものとすることができ、更に電磁気的な影響を生体に与えてしまうこともないといった利点を有している。また、生体信号のうち、心拍も検出することができる感度を期待することができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、心拍を捕らえる場合を考えると、十分なＳ／Ｎ比を確保することができるだけの感度を得られておらず、検出精度の点で不満があるのが実状であり、更に感度の高いものが求められている。
本発明はこのような点に鑑み為されたものであり、その目的とするところは非拘束ながらも体動や呼吸、心拍といった生体信号を感度よく検出することができる生体信号検出装置を提供するにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
しかして本発明に係る生体信号検出装置は、生体９を受ける生体支持部２に配設されるとともに発光部からの光を受光部へと導く光ファイバー１と、上記受光部出力から生体信号を検出する検出部３２とを備えている生体信号検出装置において、光ファイバー１は生体９の荷重がかかる方向において所要の曲率を持つ状態で屈曲していることに主たる特徴を有している。
【０００８】
【作用】
本発明によれば、生体９の荷重がかかる方向において所要の曲率を持つように光ファイバー１を屈曲させているために、光ファイバー１における屈曲部は、生体９から加わる荷重（圧力）の変動に伴って、受光部に到達する光量を大きく変化させることになる曲率域において曲率を変化させるものであり、従って心拍によるところのわずかな荷重変化も感度よく捕らえることができる。
【０００９】
すなわち、光ファイバー１は、コアとこのコアを囲むクラッドより構成され、発光部からの光はコアとクラッドとの境界面における全反射によって受光部へと導くものであり、光ファイバー１に撓みが生じた時、境界面ですべての光が全反射せずに一部の光がクラッドを透過してしまうのであるが、屈曲の曲率がわずかであるために殆どの光に対して全反射角を保つことができる曲率域においては、光ファイバー１が撓んでも受光部に到達する光の量の変化はわずかである。しかし、微小な撓みを起こしただけでも多くの光に対して全反射角を保つことができなくなるような曲率域においては、撓みに伴って受光部に到達する光の量が大きく変化するものであり、しかも光ファイバー１が生体９の荷重がかかる方向において上記曲率を持つ時、微小な荷重変動に対しても光ファイバー１の撓みが確実に生じるために、受光部に到達する光の量が確実に大きく変化することになり、このために高い感度を得ることができるものである。
【００１０】
従って、光ファイバー１の屈曲部の荷重がかかる方向における曲率は、その光ファイバー１におけるコアとクラッドの材質によって決定される全反射角との関係で、荷重変化に伴うわずかな曲率半径の変化によってコアから漏れる光量が大きく変化するように設定する。また光ファイバー１のコアとクラッドの材質や径は、荷重変動に伴う曲率変化が大きいばね性が発揮されるように設定することが好ましい。弾性を有する芯材５の周囲に光ファイバー１を巻き付ける場合のように、ばね性として他の部材の弾性も利用することができる場合には、この他の部材の弾性を考慮して光ファイバー１のばね性を設定する。また、屈曲させた部分をあまり多くとると、受光部に達する光量が少なくなり過ぎて、受光部における光量変化の検出が困難となることから、受光部の特性も含めたこの点も考慮して光ファイバー１の屈曲部を設定することが望ましい。
【００１２】
生体荷重が加わっていない時にはほぼ直線状を保ち、生体荷重がかかった時にのみ、屈曲して上記曲率を持つものとなるようにすることを妨げない。これは生体荷重によって光ファイバー１を屈曲させる凹凸面上もしくは凹凸面下に光ファイバー１を配置することによって実現することができ、この場合、凹凸面を光ファイバー１の長手方向において複数の凹凸部７０を有するものとすることで、必要とする屈曲部の数を確保することができる。
【００１３】
また、上記凹凸面に光ファイバー１を配置する際に、光ファイバー１が屈曲点からずれてしまい、十分な屈曲量が得られず、検出できない場合が考えられるため、凸部７０ａの先端側に光ファイバー１を固定するための溝１０を設けるのが好ましい。また、凸部７０ａの押圧力で光ファイバー１が損傷するのを防止するために、凸部７０ａの端部７０ｃを光ファイバー１の屈曲方向に沿って円弧状に曲成するのが好ましい。また、生体の荷重がかかる方向において所要の曲率を持つ状態で屈曲する光ファイバー１が破壊するほど大きく撓まないようにするために、光ファイバー１が生体荷重によって光ファイバー１を屈曲させる凹凸部７０を有する部材７ａ，７ｂの間に配されると共に、光ファイバーの屈曲量を制限するストッパを上記凹凸部７０を有する部材７ａ，７ｂから突設させるのが好ましい。また、光ファイバー１を折り返して使用する場合、光ファイバー１の折り返し部１２の中を通過する光の量が損失しないようにするために、一本の光ファイバー１を凹凸面と平行な面上でループ状に複数回巻回し、各ループの折り返し部１２を凹凸面の外側に夫々配設し、各ループの中間部１３を同一の凹凸面上もしくは凹凸面下に並べて配設するのが好ましい。また、凹凸面の外側に配される光ファイバー１の折り返し部１２の屈曲による振動等を防止するために、光ファイバー１の折り返し部１２を曲率の大きい円弧状の保護チューブ１４で保持するのが好ましい。
【００１４】
更に、光ファイバー１は、生体支持部２における生体９の躯体部及び頭部を受ける部分に配することが、生体９の呼吸や心臓の動きの検出にとって好ましく、殊に生体９の脇下よりも頭部側を受ける部分に配した場合、呼吸による変動が少なくなるために、心拍を的確に検出することができるものとなる。枕に配設した時には、ベッドそのものに光ファイバー１を配設する場合よりも配設面積を小さくすることができる。
【００１５】
【実施例】
以下本発明を図示の実施例に基づいて詳述すると、本発明においては、一端に発光ダイオードのような発光素子３ａが、他端に受光素子３ｂが接続された光ファイバー１を生体９を受ける生体支持部２（図１に示す場合は椅子の背もたれ）に配置するにあたり、生体９の荷重がかかる方向において所要の曲率を持つように光ファイバー１を屈曲させておく。受光素子３ｂにはその電流出力を電圧に変換する変換部３０と増幅部３１とを介して、ローパスフィルターやコンパレータ等からなる弁別部３３を有して体動や呼吸、あるいは心拍等の生体信号を検出する検出部３２を接続してある。
【００１６】
そして、光ファイバー１を上記方向に曲率を持つ屈曲状態とするにあたっては、図２に示すように光ファイバー１をコイル状に巻回したものを用いて、コイル軸の方向が生体支持部２における生体支持面と平行となるように生体支持部２に配設している。コイル状としているのは、光ファイバー１に所要の曲率を持たせておくことが容易となるためである。また、光ファイバー１がコイル状態を保つように、図２（ａ）では接着剤からなる保持材４でコイル部の一部同士を連結している。光ファイバー１にかかる荷重変動に伴う撓みを阻害しないのであれば、コイル部全体に対して保持材４を使用することで、過度の圧力に対する形状保持や折損防止を図ることができる。
【００１７】
図２（ｂ）に示すように、コイルの軸方向に添う細幅の帯板状のアクリル樹脂等からなる保持材４をコイル部に接着固定することで形状保持を図ってもよい。この場合、コイル部の一部にかかる荷重を、コイル軸方向に並ぶ他の部分にも保持材４で伝えることができるものとなるために、つまりコイル部全体に荷重変動が伝わるために、安定した生体信号の検出を行うことができるものとなる。このものにおいても、前述の理由で接着剤はコイル部全体に対して使用してもよい。
【００１８】
コイル形状の維持は、図３や図４に示すように、芯材５の周囲に光ファイバー１を巻き付けることで行ってもよい。芯材５が柔軟性を有しないものである場合には、芯材５の角を光ファイバー１に傷を付けない程度の面取りを施すだけとし、屈曲部での光ファイバー１の撓み変形を阻害しないように、芯材５が光ファイバー１の屈曲部の内側に当たらないようにしておく。芯材５が発泡ポリウレタンや発泡ポリエステル、エアーセル等の柔軟性を有するものからなる場合には、芯材５が光ファイバー１の屈曲部の内側に当たっていてもよく、また柔軟性を持つ芯材５は、生体９が感じる違和感を抑えることになる。いずれにしても、芯材５の周囲に光ファイバー１を巻回することで光ファイバー１をコイル状とする時には、光ファイバー１に所要の曲率を持たせることが更に容易となるとなる上に、過度の荷重が光ファイバー１に加わっても、芯材５の厚みが光ファイバー１の異常変形による破損を防止する。
【００１９】
芯材５の形状は、生体支持部２への配設位置等にもよるが、図３に示すような板状のものよりも、図４に示すような細い棒状のものの方が、荷重変動に対する光ファイバー１の屈強部の撓み部分が多くなるために、感度を高くすることができる。また、芯材５を図５に示すような形状に変形させることも可能となるために、生体支持部２への設置が容易となる。図６に示す例は、ゴム、シリコンゴム、フッ素ゴム等からなるチューブ状の芯材５を用い、この芯材５の外周に光ファイバー１を巻き付けてコイル状とした場合を示している。芯材５を断面円形の棒状やチューブ状とした場合、光ファイバー１を一定曲率で螺旋を描くものとすることができるために、生体支持部２に配設するにあたって方向性が問題となることがなくなるとともに、角がある場合のような生体９が感じる違和感を低減することができる。
【００２０】
なお、光ファイバー１をコイル状とするにあたっては、図６からも明らかなように、光ファイバー１の直径よりもコイルのピッチを大きくして、コイル部分において光ファイバー１同士が接触しない状態としておくことが望ましい。つまり、隣接する光ファイバー１同士が接触する状態では光ファイバー１の撓みが光ファイバー１自体の隣接部によって制限されてしまうが、このようなことが無くなり、感度を高く保つことができるからである。
【００２１】
光ファイバー１は、光ファイバー１を屈曲状態に保つ保持材（芯材５を含む）４の中に埋め込んでしまってもよい。図７は一体成形によってチューブ状の芯材５内に光ファイバー１を埋め込んだ場合を示している。このように光ファイバー１を埋め込めば、光ファイバー１の損傷をより確実に防ぐことができる。
光ファイバー１を波状に屈曲させる場合には、図８に示すような格子材６の格子間に光ファイバー１を上下に交互に通せばよい。これによって光ファイバー１を波状に屈曲した状態に保つことができる。この場合、格子材６の格子ピッチは、光ファイバー１の屈曲部に与えたい曲率に応じて設定しておく。格子材６が柔軟性を持つことを妨げないが、光ファイバー１を屈曲させておくことができないものであってはならない。
【００２２】
図９に示すものは、通常時は光ファイバー１が直線状を保つものの、荷重がかかった時に所要の曲率を持つようにしたもので、上面に凹凸部７０を備えた部材７ａと、下面が凹凸部７０を備えた部材７ｂとの間に光ファイバー１を通すとともに、部材７ｂを部材７ａから浮かしておき、生体９の荷重がかかって部材７ｂが下降した時、凹凸部７０，７０によって光ファイバー１が屈曲状態となるようにしている。この場合の光ファイバー１の屈曲部の数と曲率は、図１０に示すように、光ファイバー１の長手方向に複数の凹凸部７０を設けることと、凹凸部７０の間隔ｄや高さｈ等によって設定することができる。
【００２３】
ところで、上記凹凸部７０に光ファイバー１を配置する際に、光ファイバー１が屈曲点からずれてしまい、十分な屈曲量が得られず、検出できない場合も予想される。図１１及び図１２（ａ）に示すものは、各凸部７０ａの先端側に光ファイバー１を固定するための溝１０を夫々設けるようにしたもので、光ファイバー１の長手方向から見て部材７ａ側の各溝１０は逆Ｕ字状に形成され、部材７ｂ側の各溝１０はＵ字状に形成され、夫々の溝１０は光ファイバー１の外径よりもやや大きい巾と深さとを有している。このように、光ファイバー１を凹凸面に対して固定するためのガイドとなる溝１０を設けることによって、光ファイバー１が屈曲点からずれたり、十分な屈曲量が得られなかったりする現象を防ぐことができ、従って、体振動を確実に屈曲量の変動に変換することができ、検出の精度及び再現性を向上させることができるという利点がある。尚、上記溝１０はすべての凸部７０に夫々設けられてもよいが、一部の凸部７０のみに設けられてもよい。
【００２４】
また、上記ガイドとなる溝１０を形成する場合において、図１２（ａ）のように各凸部７０ａの端部が角を持つように加工すると、光ファイバー１に対してせん断力が生じ、光ファイバー１を損傷させてしまい、検出不良を起こす可能性が考えられる。図１２（ｂ）は、各凸部７０ａの端部７０ｃを光ファイバー１の屈曲方向に沿って円弧状となるように夫々加工するようにしたもので、光ファイバー１の屈曲時において、円弧状となった端部７０ｃに沿って光ファイバー１が屈曲できるので、光ファイバー１に対して上記せん断力が生じなくなり、光ファイバー１を保護して、実際の使用上でのセンサーとしての耐久性を向上させることができるものである。
【００２５】
図１３（ｂ）は、同（ａ）に示す凹凸部７０を有する部材７ａに、光ファイバー１の屈曲量を制限するためのストッパ１１を凹凸部７０とは別に設けたものを示している。このストッパ１１は光ファイバー１の撓み時に光ファイバー１が破壊してしまう撓み量以上撓まないようにするためのもので、光ファイバー１がある程度撓むことができる範囲内で凹凸部７０による押圧を制限できる高さで部材７ａ（部材７ｂであってもよい）の下面から突設している。このストッパ１１によって光ファイバー１を破壊から保護でき、信号検出を安定させることができるので、実際の使用上でのセンサーとしての耐久性の向上を図ることができる。
【００２６】
また図１３（ｃ）は、同（ｂ）に示すストッパ１１に代えて、ガイドとなる溝１０の深さを調整することで、溝１０にストッパとしての役割を持たせるようにしたものであり、光ファイバー１を固定するための溝１０を利用して光ファイバー１が破壊してしまう撓み量以上撓まないようにすることができ、光ファイバー１を破壊から保護して、信号検出を安定させることができるものである。
【００２７】
図１４（ａ）は同一の凹凸面に光ファイバー１を波形に折り返して設置する際の一般的な配置を示しており、また図１４（ｂ）は一本の光ファイバー１を凹凸面と平行な面上でループ状に複数回（本実施例では３回）巻回し、各ループの折り返し部１２を凹凸面の外側に夫々配設し、各ループの中間部１３を同一の凹凸面上もしくは凹凸面下に並べて配設した場合を示している。ここで、図１４（ａ）のように同一の凹凸面に対して一本の光ファイバー１を複数回設置する場合、光ファイバー１を波型に折り返すと、折り返し部１２の曲率が小さくなり、光ファイバー１内を通過する光を損失してしまうことがある。そこで、図１４（ｂ）のように、一本の光ファイバー１を図１４（ｂ）の実線矢印Ａで示す円弧状に折り返して１つ目のループを形成し、さらに破線矢印Ｂで示す円弧状に折り返して２つ目のループを形成し、さらに一点鎖線矢印Ｃで示す円弧状に折り返して３つ目のループ状を形成し、これらループが折り返し部１２のみで重なるように配置すると共に、各ループの中間部１３を凹凸面に間隔をあけて配置することにより、折り返し部１２の曲率ができる限り大きくなるように一本の光ファイバー１を設置できるようになり、図１４（ａ）の場合と比較して、各折り返し部１２の曲率が夫々大きくなって光の損失を最小に抑えることができるようになる。従って、光ファイバー１内を通過する光の量ができる限り多くなるように保たれるので、検出回路におけるＳ／Ｎ比を向上させることができ、信号検出能力を高めることが可能となる。
【００２８】
図１５は凹凸面の外側に光ファイバー１の折り返し部１２を配し、この折り返し部１２を曲率の大きい円弧状の保護チューブ１４で保持したものを示しており、保護チューブ１４は例えば樹脂から成り、折り返し部１２の曲率の固定や、雑音（雑振動）からの保護を可能とし、安定した検出を行う役割を果たすものであり、また保護チューブ１４を最大曲率の円弧状に形成することで、光ファイバー１の折り返し部１０もまた最大曲率で保持されるようになり、生体信号を含まない振動による屈曲を防ぐことができ、この結果、光ファイバー１内を通過する光の量ができる限り多くなるように保たれ、検出回路におけるＳ／Ｎ比を向上させることができ、信号検出能力を高めることができるものである。尚、図１５の実施例では一本の光ファイバー１を１回円弧状に折り返した場合を示しているが、これに限定されるものではなく、例えば図１４（ｂ）のような複数の折り返し部１２をこの保護チューブ１４を用いて各々別々に保持することもできる。
【００２９】
さて、生体の荷重がかかる方向において所要の曲率を持つ光ファイバー１からなるセンサー部Ｓは、図１では椅子の背もたれである生体支持部２に配したが、図１６に示すように、椅子の座面に配してもよい。また背もたれ内や座部内に配するほか、背もたれ面や座面に配するクッション内に配してもよい。生体支持部２が図１７に示すようにベッドであったり、図１８に示すように布団であったりしてもよい。これらの場合においても、生体９の微小な荷重変動を検出することができる位置であれば、その配置位置を問うものではない。図１９に示すように、生体支持部２が浴槽であってもよい。また、生体支持部２が浴槽である場合、浴槽自体が生体の振動をよく伝えることから、浴槽の外面にセンサー部Ｓを接触させて配置することも可能である。水回りにおいて、光センサー１であるセンサー部Ｓを用いることは、電気的安全性の確保が容易であるという利点もある。
【００３０】
センサー部Ｓによって生体９のどの部分の荷重変動を検出するかという点については、生体９の呼吸や心拍に伴う荷重変動の検出には、図２０に示すように、生体支持部２における生体９の躯体部及び頭部を受ける部分に配置することが好ましい。特に心拍の検出を主目的とする場合には、図２１に示すように、生体支持部２における生体９の脇下よりも頭部側を受ける部分、例えば枕にセンサー部Ｓを配置することが好ましい。
【００３１】
実験結果からわかったことであるが、この位置にセンサー部Ｓを配置すると、呼吸の影響を受けにくく、結果的に心拍波形を感度よく検出することができるものとなる。枕にセンサー部Ｓを配置することは、枕によって荷重変動が吸収されてしまって感度が落ちたりすることがないという点で利点を有するほかに、センサー部Ｓの配設範囲を限定して配設面積を小さくすることができるという利点がある。なお、枕にセンサー部Ｓを配置する場合は、枕が上下逆に使用されることもあるために、両面にセンサー部Ｓを設けることが好ましい。
【００３２】
参考までにセンサー部Ｓの配置位置によってセンサー部Ｓの（受光素子３ｂの）出力がどのように異なってくるかを図２２に示す。図２２（ａ）は生体９の頭部の荷重変動を検出した時、図２２（ｂ）は首から肩にかけての部分の荷重変動を検出した時、図２２（ｃ）は胸部の荷重変動を検出した時、図２２（ｄ）は腹部の荷重変動を検出した時である。頭部付近の荷重変動に心拍が明瞭に現れていることがわかる。
【００３３】
更に、図２３は、直径１８ｍｍのシリコンチューブである芯材に光ファイバー１を巻き付けたものを用いて検出した生体信号を示しており、図２４はシリコン製の角柱である芯材に光ファイバー１を巻き付けるとともに、アクリル樹脂製の保持材を光ファイバー１のコイル部の外面に貼り付けたものを用いて検出した生体信号を示している。
【００３４】
【発明の効果】
以上のように本発明では、生体の荷重がかかる方向において所要の曲率を持つように光ファイバーを屈曲させているために、光ファイバーは心拍に伴うような微小な荷重変動に対してもその曲率を変化させることで受光部へと導く光の量を大きく変化させるものであり、このために心拍も高感度で捕らえることができて、良好な検出精度を得られるものである。
【００３７】
生体荷重がかかった時にのみ、屈曲して上記曲率を持つものとなるようにしても、所要の目的は達成することができる。
また、複数の凹凸部のうち、各凸部の先端側に光ファイバーを固定するための溝を設けた場合には、光ファイバーが屈曲点からずれたり、十分な屈曲量が得られなかったりする事態を防止でき、結果として、体振動を確実に屈曲量の変動に変換することができ、光ファイバーの検出の精度及び再現性を向上させることができる。
【００３８】
また、各凸部の端部を光ファイバーの屈曲方向に沿って円弧状に曲成した場合には、光ファイバーに対してせん断力が生じなくなり、各凸部の端部で光ファイバーが損傷するのを防止でき、検出不良を無くして実際の使用上でのセンサーとしての耐久性を向上させることができる。
また、生体の荷重がかかる方向において所要の曲率を持つ状態で屈曲する光ファイバーが、生体荷重によって光ファイバーを屈曲させる凹凸部を有する部材の間に配されると共に、光ファイバーが破壊してしまう撓み量以上に撓まないように光ファイバーの屈曲量を制限するストッパを上記凹凸部を有する部材から突設させたので、光ファイバーが破壊してしまう撓み量以上撓まないように、光ファイバーを破壊から保護して、信号検出を安定させることができるので、実際の使用上でのセンサーとしての耐久性を向上させることができる。
【００３９】
一本の光ファイバーを凹凸面と平行な面上でループ状に複数回巻回し、各ループの折り返し部を凹凸面の外側に夫々配設し、各ループの中間部を同一の凹凸面上もしくは凹凸面下に並べて配設した場合には、折り返し部の曲率が大きくなって光の損失を最小に抑えることができ、光ファイバー内を通過する光の量ができる限り多くなるように保たれ、検出回路におけるＳ／Ｎ比を向上させて、信号検出能力を高めることが可能となる。
【００４０】
また、凹凸面の外側に光ファイバーの折り返し部を配し、この折り返し部を曲率の大きい円弧状の保護チューブで保持することにより、光ファイバーの折り返し部の曲率の固定や、雑音（雑振動）からの保護が可能となり、従って、光ファイバー内を通過する光の量ができる限り多くなるように保たれ、検出回路におけるＳ／Ｎ比を向上させて、信号検出能力を高めることが可能となる。
【００４１】
光ファイバーは、生体支持部における生体の躯体部及び頭部を受ける部分に配することが、生体の呼吸や心臓の動きの検出にとって好ましい。心拍の検出を主目的とする場合には、生体の脇下よりも頭部側を受ける部分に配すると、呼吸による変動が少なくなるために、心拍波形の検出感度の向上に有効である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のブロック回路図である。
【図２】（ａ）（ｂ）は共に光ファイバーの形状の一例を示す正面図である。
【図３】芯材を用いた場合の一例を示す斜視図である。
【図４】芯材を用いた場合の他例を示す斜視図である。
【図５】芯材を用いた場合の更に他例を示す斜視図である。
【図６】芯材を用いた場合の別の例を示す斜視図である。
【図７】芯材を用いた場合の更に別の例を示す斜視図である。
【図８】（ａ）（ｂ）は共に格子材を用いて光ファイバーを波状に屈曲させた場合の例を示す斜視図である。
【図９】凹凸面を有する部材を用いた場合を示しており、（ａ）は無負荷時の断面図、（ｂ）は荷重を加えた時の断面図である。
【図１０】凹凸面を有する部材を用いた場合の他例を示しており、（ａ）は無負荷時の断面図、（ｂ）は荷重を加えた時の断面図である。
【図１１】各凸部の先端に光ファイバーをガイドする溝を設けた場合を示す斜視図である。
【図１２】（ａ）は各凸部の端部に角度を付けた場合を示す断面図、（ｂ）は各凸部の端部を円弧状に加工した場合を示す断面図である。
【図１３】凹凸面を有する部材を用いた場合の他例を示しており、（ａ）はストッパが設けられていない場合の側面図、（ｂ）はストッパが設けられている場合の側面図、（ｃ）は溝の深さを調整してストッパとして機能を持たせた場合の側面図である。
【図１４】一本の光ファイバーの配置例を示しており、（ａ）は光ファイバーを波形に折り返した場合の配置図、（ｂ）は光ファイバーをループ状に折り返した場合の配置図である。
【図１５】光ファイバーの折り返し部を保護チューブで保持した場合の平面図である。
【図１６】光ファイバーからなるセンサー部の配置例を示す説明図である。
【図１７】センサー部の他の配置例を示す説明図である。
【図１８】センサー部の更に他の配置例を示す説明図である。
【図１９】センサー部の別の配置例を示す説明図である。
【図２０】センサー部の配置位置の一例を示す平面図である。
【図２１】センサー部の配置位置の他例を示す平面図である。
【図２２】（ａ）〜（ｄ）は夫々頭部、首部、胸部、腹部での検出信号波形図である。
【図２３】他の検出信号波形図である。
【図２４】別の検出信号波形図である。
【符号の説明】
１光ファイバー
２生体支持部
３ａ発光素子
３ｂ受光素子
１０溝
１１ストッパ
１２折り返し部
１３中間部
１４保護チューブ
３２検出部[0001]
[Industrial applications]
The present invention detects heartbeat, respiration, body movement, etc. of a living body without restriction Biological signal detection device It is about.
[0002]
[Prior art]
In the detection of various biological signals, the type that attaches a sensor unit to the living body restricts the movement of the living body and also detects the biological signal in a relaxed state because this constraint applies stress to the living body In particular, when the electrode is attached to the skin, the skin may be roughened or irritated. Therefore, an unrestrained type is desired.
[0003]
As a non-constrained type, a type using a piezoelectric element or a capacitance sensor has been proposed. In these, a piezoelectric element and a capacitance sensor are arranged on a living body supporting part such as a bed for receiving a living body, and the load on the living body supporting part changes slightly with the movement and respiration of the living body. Although it detects and detects a biological signal, it does not have enough sensitivity to detect even a heartbeat even if it can detect body movement and respiration. In addition, since it is not possible to specify where the biological load is applied to the living body supporting part without being restrained, the piezoelectric element and the capacitance sensor must be arranged over a wide part of the living body supporting part. Is difficult due to the sensitivity, and it is also difficult to dispose it so as not to stimulate the living body.
[0004]
Here, instead of the piezoelectric element or the capacitance sensor, using a flexible optical fiber having one end connected to a light emitting unit and the other end connected to a light receiving unit, the living body supporting surface for receiving a living body has a living body supporting surface. Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 6-30914 discloses an arrangement in which an optical fiber is arranged along the line. By changing the amount of light guided from the light emitting part to the light receiving part by the optical fiber by the bending of the optical fiber due to the change in the biological load, the change in the load is captured, and the biological signal is detected therefrom.
[0005]
In this case, there is no difficulty in increasing the arrangement area, and it is possible to use a flexible optical fiber so as not to irritate the living body, and furthermore, it does not cause electromagnetic influences on the living body. Has advantages. Further, it is possible to expect a sensitivity that can detect a heartbeat among the biological signals.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, considering the case of capturing a heartbeat, the sensitivity is not obtained enough to secure a sufficient S / N ratio, and in fact, there is dissatisfaction with the detection accuracy, and even higher sensitivity is obtained. Is required.
The present invention has been made in view of such a point, and an object of the present invention is to be able to detect biological signals such as body motion, respiration, and heartbeat with high sensitivity while being unconstrained. Biological signal detection device To provide.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
Thus according to the invention Biological signal detection device Is a living body provided with an optical fiber 1 arranged on a living body support 2 for receiving a living body 9 and guiding light from a light emitting section to a light receiving section, and a detecting section 32 for detecting a biological signal from the output of the light receiving section. In the signal detection device, the optical fiber 1 has a main feature that it is bent with a required curvature in a direction in which the load of the living body 9 is applied.
[0008]
[Action]
According to the present invention, since the optical fiber 1 is bent so as to have a required curvature in the direction in which the load of the living body 9 is applied, the bent portion of the optical fiber 1 is caused by a change in the load (pressure) applied from the living body 9. Thus, the curvature is changed in a curvature region where the amount of light reaching the light receiving section is largely changed. Therefore, a slight change in load due to a heartbeat can be detected with high sensitivity.
[0009]
That is, the optical fiber 1 is composed of a core and a clad surrounding the core, and the light from the light emitting unit is guided to the light receiving unit by total reflection at the boundary surface between the core and the clad, and the optical fiber 1 is bent. Sometimes, not all light is totally reflected at the interface but some light is transmitted through the cladding, but the curvature of curvature is so small that the angle of total reflection should be maintained for most light. In the curvature region where the optical fiber 1 is bent, the change in the amount of light reaching the light receiving portion is small even when the optical fiber 1 is bent. However, in a curvature region in which it is not possible to maintain the total reflection angle for a large amount of light even if a slight bending occurs, the amount of light reaching the light receiving unit changes greatly with the bending. In addition, when the optical fiber 1 has the above-described curvature in the direction in which the load of the living body 9 is applied, the optical fiber 1 is surely bent even with a small load change, so that the amount of light reaching the light receiving unit is surely increased. As a result, the sensitivity greatly changes, so that high sensitivity can be obtained.
[0010]
Therefore, the curvature of the bent portion of the optical fiber 1 in the direction in which the load is applied is related to the total reflection angle determined by the material of the core and the clad in the optical fiber 1, and a slight change in the radius of curvature due to the change in the load causes the curvature from the core. It is set so that the amount of leaked light changes greatly. It is preferable that the materials and diameters of the core and the clad of the optical fiber 1 are set so as to exhibit a spring property in which a change in curvature accompanying a load change is large. When the elasticity of another member can be used as the spring property, for example, when the optical fiber 1 is wound around the elastic core material 5, the spring of the optical fiber 1 is considered in consideration of the elasticity of the other member. Set the gender. In addition, if the bent portion is too large, the amount of light reaching the light receiving unit becomes too small, and it becomes difficult to detect a change in the amount of light in the light receiving unit. It is desirable to set the bent portion of the optical fiber 1.
[0012]
When a living body load is not applied, the shape is kept substantially straight, and it is not prevented that the living body is bent and has the above-mentioned curvature only when a living body load is applied. This can be realized by arranging the optical fiber 1 on or below an uneven surface where the optical fiber 1 is bent by a biological load. In this case, the uneven surface has a plurality of uneven portions 70 in the longitudinal direction of the optical fiber 1. By doing so, it is possible to secure the required number of bent portions.
[0013]
In addition, when the optical fiber 1 is arranged on the uneven surface, the optical fiber 1 may be displaced from the bending point, and a sufficient amount of bending may not be obtained, and it may not be possible to detect the bending. It is preferable to provide a groove 10 for fixing the groove. Further, in order to prevent the optical fiber 1 from being damaged by the pressing force of the projection 70a, it is preferable that the end 70c of the projection 70a be curved in an arc shape along the bending direction of the optical fiber 1. Also, Bending with the required curvature in the direction in which the biological load is applied In order to prevent the optical fiber 1 from bending so much that it breaks, The optical fiber 1 is disposed between the members 7a and 7b having the concave and convex portions 70 that bend the optical fiber 1 by a living body load, and a stopper for limiting the amount of bending of the optical fiber is protruded from the members 7a and 7b having the concave and convex portions 70. Let Is preferred. When the optical fiber 1 is used while being folded, one optical fiber 1 is looped on a surface parallel to the uneven surface in order to prevent loss of the amount of light passing through the folded portion 12 of the optical fiber 1. It is preferable that the looped portions 12 of each loop are arranged outside the uneven surface, and the intermediate portions 13 of each loop are arranged on the same uneven surface or under the uneven surface. Further, in order to prevent vibrations and the like caused by bending of the folded portion 12 of the optical fiber 1 disposed outside the uneven surface, it is preferable that the folded portion 12 of the optical fiber 1 be held by an arc-shaped protection tube 14 having a large curvature.
[0014]
Further, it is preferable that the optical fiber 1 is disposed at a portion of the living body supporting portion 2 that receives the skeleton and the head of the living body 9 for detecting the respiration and the movement of the heart of the living body 9. When it is arranged on the part receiving the head side, fluctuations due to respiration are reduced, so that the heartbeat can be accurately detected. When the optical fiber 1 is arranged on the pillow, the arrangement area can be made smaller than when the optical fiber 1 is arranged on the bed itself.
[0015]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the illustrated embodiment. In the present invention, an optical fiber 1 having a light emitting element 3a such as a light emitting diode at one end and a light receiving element 3b at the other end is connected to a living body 9 for receiving a living body 9. When the optical fiber 1 is placed on the support portion 2 (in the case of FIG. 1, the backrest of a chair), the optical fiber 1 is bent so as to have a required curvature in a direction in which the load of the living body 9 is applied. The light receiving element 3b has a discriminating unit 33 composed of a low-pass filter, a comparator, and the like via a conversion unit 30 for converting the current output into a voltage and an amplifying unit 31 to provide a biological signal such as body movement, respiration, or heartbeat. Is connected to the detection unit 32 for detecting
[0016]
In order to bring the optical fiber 1 into a bent state having a curvature in the above-described direction, the optical fiber 1 is wound in a coil shape as shown in FIG. It is arranged on the living body support 2 so as to be parallel to the surface. The reason why the optical fiber 1 is formed into a coil shape is that it is easy to give the optical fiber 1 a required curvature. In FIG. 2A, a part of the coil portion is connected by a holding member 4 made of an adhesive so that the optical fiber 1 maintains a coil state. If the bending caused by the load fluctuation applied to the optical fiber 1 is not hindered, the use of the holding member 4 for the entire coil portion can maintain the shape against excessive pressure and prevent breakage.
[0017]
As shown in FIG. 2 (b), the shape may be maintained by bonding and fixing the holding member 4 made of acrylic resin or the like in a narrow band shape along the axial direction of the coil to the coil portion. In this case, since the load applied to a part of the coil portion can be transmitted to the other portions arranged in the coil axis direction by the holding member 4, that is, since the load variation is transmitted to the entire coil portion, the load is stable. The detected biological signal can be detected. Also in this case, the adhesive may be used for the entire coil portion for the above-mentioned reason.
[0018]
The maintenance of the coil shape may be performed by winding the optical fiber 1 around the core member 5 as shown in FIGS. When the core material 5 has no flexibility, the corners of the core material 5 are only chamfered so as not to damage the optical fiber 1 so as not to hinder the bending deformation of the optical fiber 1 at the bent portion. First, the core material 5 is prevented from hitting the inside of the bent portion of the optical fiber 1. When the core material 5 is made of a flexible material such as foamed polyurethane, foamed polyester, or an air cell, the core material 5 may hit the inside of the bent portion of the optical fiber 1. The discomfort felt by the living body 9 is suppressed. In any case, when the optical fiber 1 is wound into a coil shape by winding the optical fiber 1 around the core member 5, it becomes easier to give the optical fiber 1 a required curvature, and an excessive load is applied. Is applied to the optical fiber 1, the thickness of the core 5 prevents the optical fiber 1 from being damaged by abnormal deformation.
[0019]
Although the shape of the core material 5 depends on the arrangement position on the living body supporting portion 2 and the like, the thin rod-shaped material shown in FIG. 4 has a larger load variation than the plate-shaped material shown in FIG. Since the bending portion of the strong portion of the optical fiber 1 is increased, the sensitivity can be increased. In addition, since the core member 5 can be deformed into a shape as shown in FIG. 5, it is easy to install the core member 5 on the living body support portion 2. The example shown in FIG. 6 shows a case where a tube-shaped core material 5 made of rubber, silicon rubber, fluorine rubber, or the like is used, and the optical fiber 1 is wound around the core material 5 to form a coil. When the core material 5 is formed in a rod shape or a tube shape having a circular cross section, the optical fiber 1 can be formed into a spiral with a constant curvature. In addition, it is possible to reduce the discomfort felt by the living body 9 when there is a corner.
[0020]
When the optical fiber 1 is formed into a coil shape, as is clear from FIG. 6, it is desirable that the pitch of the coil is larger than the diameter of the optical fiber 1 so that the optical fibers 1 do not contact each other in the coil portion. . That is, in the state where the adjacent optical fibers 1 are in contact with each other, the bending of the optical fiber 1 is limited by the adjacent portion of the optical fiber 1 itself, but such a problem is eliminated, and the sensitivity can be kept high.
[0021]
The optical fiber 1 may be embedded in a holding member (including the core member 5) 4 for keeping the optical fiber 1 in a bent state. FIG. 7 shows a case where the optical fiber 1 is embedded in a tubular core material 5 by integral molding. By embedding the optical fiber 1 in this way, damage to the optical fiber 1 can be more reliably prevented.
When the optical fiber 1 is bent in a wave shape, the optical fiber 1 may be alternately passed up and down between the lattices of the lattice member 6 as shown in FIG. As a result, the optical fiber 1 can be kept in a wave-like bent state. In this case, the grating pitch of the grating member 6 is set according to the curvature to be given to the bent portion of the optical fiber 1. Although it does not prevent the lattice material 6 from having flexibility, the optical fiber 1 must not be bent.
[0022]
The optical fiber 1 shown in FIG. 9 has a required curvature when a load is applied, although the optical fiber 1 normally keeps a straight shape. A member 7a having an uneven portion 70 on the upper surface and an uneven surface on the lower surface are shown. The optical fiber 1 is passed between the member 7b having the portion 70 and the member 7b is floated from the member 7a. When the member 7b is lowered by the load of the living body 9, the optical fiber 1 is moved by the uneven portions 70, 70. It is in a bent state. In this case, the number and the curvature of the bent portions of the optical fiber 1 are set by providing a plurality of uneven portions 70 in the longitudinal direction of the optical fiber 1 and the distance d and the height h of the uneven portions 70 as shown in FIG. can do.
[0023]
By the way, when the optical fiber 1 is arranged on the concave-convex portion 70, the optical fiber 1 may be displaced from the bending point, and a sufficient amount of bending may not be obtained, and it may be possible that the optical fiber 1 cannot be detected. FIGS. 11 and 12A show a configuration in which a groove 10 for fixing the optical fiber 1 is provided at the distal end side of each convex portion 70a, and the member 7a is viewed from the longitudinal direction of the optical fiber 1. Each groove 10 is formed in an inverted U shape, each groove 10 on the member 7b side is formed in a U shape, and each groove 10 has a width and a depth slightly larger than the outer diameter of the optical fiber 1. I have. Thus, by providing the groove 10 serving as a guide for fixing the optical fiber 1 to the uneven surface, it is possible to prevent a phenomenon that the optical fiber 1 is displaced from a bending point or a sufficient bending amount cannot be obtained. Therefore, there is an advantage that the body vibration can be surely converted into a change in the amount of bending, and the accuracy and reproducibility of detection can be improved. The grooves 10 may be provided on all the protrusions 70, respectively, or may be provided only on some of the protrusions 70.
[0024]
In the case where the groove 10 serving as the guide is formed, if the end of each projection 70a is processed to have a corner as shown in FIG. May be damaged, and a detection failure may occur. FIG. 12B shows an example in which the end 70c of each convex portion 70a is processed so as to form an arc along the bending direction of the optical fiber 1. When the optical fiber 1 is bent, the end 70c becomes an arc. Since the optical fiber 1 can be bent along the bent end 70c, the above-described shearing force is not generated on the optical fiber 1, and the optical fiber 1 can be protected, and the durability as a sensor in actual use can be improved. Things.
[0025]
FIG. 13B shows a member 7 a having the uneven portion 70 shown in FIG. 13A provided with a stopper 11 for limiting the amount of bending of the optical fiber 1 separately from the uneven portion 70. The stopper 11 is for preventing the optical fiber 1 from being bent more than the amount of bending that breaks the optical fiber 1 when the optical fiber 1 is bent, and can limit the pressing by the uneven portion 70 within a range where the optical fiber 1 can be bent to some extent. It protrudes from the lower surface of the member 7a (or the member 7b) at a height. The optical fiber 1 can be protected from destruction by the stopper 11 and signal detection can be stabilized, so that the durability as a sensor in actual use can be improved.
[0026]
Further, FIG. 13C shows a configuration in which the depth of the groove 10 serving as a guide is adjusted in place of the stopper 11 shown in FIG. 13B so that the groove 10 has a role as a stopper. By using the groove 10 for fixing the optical fiber 1, it is possible to prevent the optical fiber 1 from being bent more than the amount of bending that breaks, protect the optical fiber 1 from being broken, and stabilize signal detection. You can do it.
[0027]
FIG. 14A shows a general arrangement in which the optical fiber 1 is folded back into a waveform on the same uneven surface, and FIG. 14B shows one optical fiber 1 having a surface parallel to the uneven surface. The loop is wound a plurality of times (three times in this embodiment), the folded portions 12 of each loop are respectively arranged outside the uneven surface, and the intermediate portion 13 of each loop is formed on the same uneven surface or the uneven surface. The case where it arranges below is shown. Here, when one optical fiber 1 is installed a plurality of times on the same uneven surface as shown in FIG. 14A, when the optical fiber 1 is folded in a wave shape, the curvature of the folded portion 12 becomes small, and the optical fiber 1 is bent. The light passing through the inside may be lost. Therefore, as shown in FIG. 14 (b), one optical fiber 1 is folded back into an arc shape shown by a solid arrow A in FIG. 14 (b) to form a first loop. To form a second loop, and further, to form a third loop by folding back into an arc shape shown by an alternate long and short dash line arrow C. By arranging the intermediate portions 13 of the loop at intervals on the uneven surface, it becomes possible to install one optical fiber 1 so that the curvature of the folded portion 12 is as large as possible, as shown in FIG. In comparison, the curvature of each folded portion 12 is increased, and light loss can be minimized. Therefore, since the amount of light passing through the optical fiber 1 is kept as large as possible, the S / N ratio in the detection circuit can be improved, and the signal detection capability can be improved.
[0028]
FIG. 15 shows a structure in which the folded portion 12 of the optical fiber 1 is arranged outside the uneven surface and the folded portion 12 is held by an arc-shaped protection tube 14 having a large curvature. The protection tube 14 is made of, for example, resin. It can fix the curvature of the folded portion 12 and protect it from noise (vibration) and play a role of performing stable detection. Further, by forming the protective tube 14 into an arc shape having the maximum curvature, the optical fiber The first folded portion 10 is also held at the maximum curvature, and can be prevented from bending due to vibration not including a biological signal. As a result, the amount of light passing through the optical fiber 1 is increased as much as possible. The S / N ratio in the detection circuit can be improved, and the signal detection capability can be improved. In the embodiment of FIG. 15, one optical fiber 1 is folded once in an arc shape. However, the present invention is not limited to this. For example, a plurality of folded portions as shown in FIG. 12 can be separately held by using the protective tube 14.
[0029]
The sensor section S made of the optical fiber 1 having a required curvature in the direction in which the load of the living body is applied is arranged on the living body support section 2 which is the back of the chair in FIG. 1, but as shown in FIG. It may be arranged on the surface. Further, in addition to being arranged in the backrest or the seat, it may be arranged in a cushion arranged on the backrest or the seat. The living body support 2 may be a bed as shown in FIG. 17 or a futon as shown in FIG. In these cases as well, as long as it is a position where a minute load variation of the living body 9 can be detected, the arrangement position does not matter. As shown in FIG. 19, the living body support 2 may be a bathtub. Further, when the living body supporting portion 2 is a bathtub, the bathtub itself transmits vibrations of the living body well, so that the sensor portion S can be arranged in contact with the outer surface of the bathtub. The use of the sensor unit S as the optical sensor 1 around water has an advantage that electrical safety can be easily ensured.
[0030]
Regarding which part of the living body 9 detects the load change by the sensor unit S, the detection of the load change due to the respiration and heartbeat of the living body 9 is performed as shown in FIG. It is preferable to dispose it in a portion that receives the skeleton and the head. In particular, when the main purpose is to detect a heartbeat, as shown in FIG. 21, the sensor unit S may be disposed on a portion of the living body support unit 2 that receives the head side of the living body 9 below the armpit, for example, a pillow. preferable.
[0031]
As can be seen from the experimental results, when the sensor unit S is disposed at this position, the sensor unit S is hardly affected by respiration, and as a result, a heartbeat waveform can be detected with high sensitivity. The arrangement of the sensor unit S on the pillow has an advantage in that the load fluctuation is not absorbed by the pillow and the sensitivity is not reduced. In addition, the arrangement range of the sensor unit S is limited. There is an advantage that the installation area can be reduced. When the sensor unit S is arranged on the pillow, the sensor unit S is preferably provided on both sides because the pillow may be used upside down.
[0032]
For reference, FIG. 22 shows how the output (of the light receiving element 3b) of the sensor unit S differs depending on the arrangement position of the sensor unit S. FIG. 22A shows when the load fluctuation of the head of the living body 9 is detected, FIG. 22B shows when the load fluctuation of the part from the neck to the shoulder is detected, and FIG. At the time of detection, FIG. 22D shows the time at which a change in abdominal load is detected. It can be seen that the heartbeat clearly appears in the load fluctuation near the head.
[0033]
Further, FIG. 23 shows a biological signal detected by using an optical fiber 1 wrapped around a core material which is a silicon tube having a diameter of 18 mm, and FIG. 24 wraps the optical fiber 1 around a core material which is a silicon prism. In addition, a biological signal detected by using an acrylic resin holding material attached to the outer surface of the coil portion of the optical fiber 1 is shown.
[0034]
【The invention's effect】
As described above, in the present invention, since the optical fiber is bent so as to have a required curvature in the direction in which the load of the living body is applied, the optical fiber changes its curvature even with a small load variation such as a heartbeat. By doing so, the amount of light guided to the light receiving section is greatly changed. For this reason, a heartbeat can be captured with high sensitivity, and good detection accuracy can be obtained.
[0037]
The required object can be attained even if it bends to have the above-mentioned curvature only when a living body load is applied.
In addition, when a groove for fixing the optical fiber is provided on the tip side of each convex portion among the plurality of concave and convex portions, the optical fiber may deviate from the bending point or a sufficient bending amount may not be obtained. As a result, the body vibration can be reliably converted into a change in the amount of bending, and the accuracy and reproducibility of optical fiber detection can be improved.
[0038]
In addition, when the end of each convex portion is bent in an arc shape along the bending direction of the optical fiber, no shearing force is generated on the optical fiber and the optical fiber is prevented from being damaged at the end of each convex portion. It is possible to eliminate the detection failure and improve the durability of the sensor in actual use.
Also, An optical fiber that bends in a direction having a required curvature in a direction in which a load of a living body is applied is disposed between members having an uneven portion that bends the optical fiber due to a biological load, and is bent more than a bending amount at which the optical fiber is broken. Since the stopper that limits the amount of bending of the optical fiber is provided so as to protrude from the member having the irregularities, Since the optical fiber is protected from destruction and the signal detection can be stabilized so that the optical fiber does not bend more than the amount of bending that breaks, the durability as a sensor in actual use can be improved. .
[0039]
A single optical fiber is wound multiple times in a loop on a plane parallel to the uneven surface, and the folded part of each loop is arranged outside the uneven surface, and the middle part of each loop is on the same uneven surface or uneven. If they are arranged below the surface, the curvature of the folded part becomes large and light loss can be minimized, and the amount of light passing through the optical fiber is kept as large as possible. , The signal detection capability can be improved.
[0040]
In addition, the folded portion of the optical fiber is arranged outside the uneven surface, and the folded portion is held by an arc-shaped protective tube having a large curvature, thereby fixing the curvature of the folded portion of the optical fiber and preventing noise (noise vibration). Protection is possible, so that the amount of light passing through the optical fiber is kept as large as possible, and it is possible to improve the S / N ratio in the detection circuit and enhance the signal detection capability.
[0041]
It is preferable to dispose the optical fiber in a portion of the living body supporting portion that receives a body part and a head of the living body for detecting respiration of the living body and movement of the heart. When the main purpose is to detect a heartbeat, if it is arranged at a portion that receives the head side from the armpit of the living body, fluctuation due to respiration is reduced, which is effective for improving the detection sensitivity of the heartbeat waveform.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block circuit diagram of the present invention.
FIGS. 2A and 2B are front views each showing an example of the shape of an optical fiber.
FIG. 3 is a perspective view showing an example when a core material is used.
FIG. 4 is a perspective view showing another example when a core material is used.
FIG. 5 is a perspective view showing still another example when a core material is used.
FIG. 6 is a perspective view showing another example when a core material is used.
FIG. 7 is a perspective view showing still another example when a core material is used.
FIGS. 8A and 8B are perspective views each showing an example in which an optical fiber is bent in a wave shape using a lattice material.
9A and 9B show a case where a member having an uneven surface is used, wherein FIG. 9A is a cross-sectional view when no load is applied, and FIG. 9B is a cross-sectional view when a load is applied.
10A and 10B show another example in which a member having an uneven surface is used, wherein FIG. 10A is a cross-sectional view when no load is applied, and FIG. 10B is a cross-sectional view when a load is applied.
FIG. 11 is a perspective view showing a case where a groove for guiding an optical fiber is provided at the tip of each projection.
12A is a cross-sectional view illustrating a case where an end of each convex portion is angled, and FIG. 12B is a cross-sectional view illustrating a case where an end of each convex portion is processed into an arc shape.
13A and 13B show another example in which a member having an uneven surface is used, wherein FIG. 13A is a side view when a stopper is not provided, and FIG. 13B is a side view when a stopper is provided. (C) is a side view when the depth of the groove is adjusted to function as a stopper.
14A and 14B show an arrangement example of one optical fiber, in which FIG. 14A is an arrangement diagram when the optical fiber is folded into a waveform, and FIG. 14B is an arrangement diagram when the optical fiber is folded in a loop.
FIG. 15 is a plan view showing a case where the folded portion of the optical fiber is held by a protective tube.
FIG. 16 is an explanatory diagram showing an example of an arrangement of a sensor unit made of an optical fiber.
FIG. 17 is an explanatory diagram showing another arrangement example of the sensor unit.
FIG. 18 is an explanatory view showing still another arrangement example of the sensor unit.
FIG. 19 is an explanatory diagram showing another example of arrangement of the sensor unit.
FIG. 20 is a plan view illustrating an example of an arrangement position of a sensor unit.
FIG. 21 is a plan view showing another example of the arrangement position of the sensor unit.
22 (a) to (d) are detection signal waveform diagrams at the head, neck, chest, and abdomen, respectively.
FIG. 23 is another detection signal waveform diagram.
FIG. 24 is another detection signal waveform diagram.
[Explanation of symbols]
1 Optical fiber
2 Living body support
3a Light emitting device
3b Light receiving element
10 grooves
11 Stopper
12 Folding part
13 Middle part
14 Protection tube
32 detector

Claims

生体を受ける生体支持部に配設されるとともに発光部からの光を受光部へと導く光ファイバーと、上記受光部出力から生体信号を検出する検出部とを備えている生体信号検出装置において、生体の荷重がかかる方向において所要の曲率を持つ状態で屈曲する光ファイバーが、生体荷重によって光ファイバーを屈曲させる凹凸面上もしくは凹凸面下に配され、凹凸面が光ファイバーの長手方向において複数の凹凸部を有していると共に、凸部の先端側に光ファイバーを固定するための溝が設けられていることを特徴とする生体信号検出装置。A biological signal detection device, comprising: an optical fiber disposed on a living body support for receiving a living body and guiding light from a light emitting unit to a light receiving unit; and a detecting unit for detecting a biological signal from the light receiving unit output. The optical fiber that bends with a required curvature in the direction in which the load is applied is disposed on or below the uneven surface that bends the optical fiber by the biological load, and the uneven surface has a plurality of uneven portions in the longitudinal direction of the optical fiber. And a groove for fixing an optical fiber is provided at the distal end side of the convex portion.

生体を受ける生体支持部に配設されるとともに発光部からの光を受光部へと導く光ファイバーと、上記受光部出力から生体信号を検出する検出部とを備えている生体信号検出装置において、生体の荷重がかかる方向において所要の曲率を持つ状態で屈曲する光ファイバーが、生体荷重によって光ファイバーを屈曲させる凹凸部を有する部材の間に配されると共に、光ファイバーが破壊してしまう撓み量以上に撓まないように光ファイバーの屈曲量を制限するストッパを上記凹凸部を有する部材から突設させたことを特徴とする生体信号検出装置。A biological signal detection device, comprising: an optical fiber disposed on a living body support for receiving a living body and guiding light from a light emitting unit to a light receiving unit; and a detecting unit for detecting a biological signal from the light receiving unit output. The optical fiber that bends with a required curvature in the direction in which the load is applied is disposed between the members having the concave and convex portions that bend the optical fiber due to the biological load, and the optical fiber bends more than the amount of bending that breaks the optical fiber. A biological signal detecting device, characterized in that a stopper for restricting the amount of bending of the optical fiber is provided so as to protrude from the member having the uneven portion .

凸部の端部が光ファイバーの屈曲方向に沿って円弧状に曲成されていることを特徴とする請求項１記載の生体信号検出装置。2. The biological signal detecting device according to claim 1, wherein an end of the projection is curved in an arc shape along a bending direction of the optical fiber.

一本の光ファイバーを凹凸面と平行な面上でループ状に複数回巻回し、各ループの折り返し部を凹凸面の外側に夫々配設し、各ループの中間部を同一の凹凸面上もしくは凹凸面下に並べて配設したことを特徴とする請求項１記載の生体信号検出装置。A single optical fiber is wound multiple times in a loop on a plane parallel to the uneven surface, and the folded part of each loop is arranged outside the uneven surface, and the middle part of each loop is on the same uneven surface or uneven. The biological signal detection device according to claim 1, wherein the biological signal detection device is arranged below the surface.

凹凸面の外側に光ファイバーの折り返し部を配し、この折り返し部を曲率の大きい円弧状の保護チューブで保持したことを特徴とする請求項１または４記載の生体信号検出装置。5. The biological signal detecting device according to claim 1, wherein a folded portion of the optical fiber is arranged outside the uneven surface, and the folded portion is held by an arc-shaped protection tube having a large curvature.

光ファイバーは、生体支持部における生体の躯体部及び頭部を受ける部分に配されていることを特徴とする請求項１または２記載の生体信号検出装置。The biological signal detection device according to claim 1, wherein the optical fiber is disposed in a portion of the living body supporting portion that receives a body part and a head of the living body.

光ファイバーは、生体支持部における生体の脇下よりも頭部側を受ける部分に配されていることを特徴とする請求項１または２記載の生体信号検出装置。The biological signal detecting device according to claim 1, wherein the optical fiber is disposed in a portion of the living body supporting portion that receives the head side of the living body below the armpit.

光ファイバーは、生体支持部である枕に配設されていることを特徴とする請求項１または２記載の生体信号検出装置。The biological signal detection device according to claim 1, wherein the optical fiber is provided on a pillow that is a living body support.