JP5636731B2 - 血圧センサシステム及びその血圧計測方法 - Google Patents
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Description
また、特許文献2には、血管上の2点を計測点として、血管への阻血圧や阻血時間を血圧測定や生体インピーダンス測定から算出される脈波伝搬速度により制御し、これらの変化や速度から血管内皮機能を評価する技術が提案されている。
また、体内で血管に装着する血圧センサに、弾性体材料に内包したCNT(カーボン・ナノチューブ:carbon nanotube)を適用しようとすると、CNTの生成温度が800℃程度の高温が想定されるため、公知な弾性体を基板として、直接生成することは困難である。
まず、本発明の血圧計測システムによる血圧計測の概念について説明する。
以下に説明する本発明の従う実施形態は、血管径を計測する少なくとも2つの血圧センサを1本の血管上で離間した位置に貼り付けて、血管径及び血管内の脈波伝播速度(PWV)を計測し、血圧と血管の剛性を算出することによって、長期間にわたって安定的に血圧をモニタリング可能で、血管の硬さ変化に依存しない血圧計測システムである。尚、以下の説明では、計測対象物として、血管を例としているが、限定されるものではなく、膨張と萎縮による脈動する物であれば、その圧力を計測することができる。
図1に示すように、体内の血管3上において、離間距離Lで離間した2箇所の位置に血管径を計測するセンサユニット2(2a,2b)を配置する。これらのセンサユニットの各センサは、一定の離間距離Lを保つ状態で血管径及び脈派伝搬速度PWVを計測する。これらの計測結果を用いて、血管の剛性が変化するような長期間にわたってキャリブレーション不要で血圧の計測を可能とする。以下の説明において、従来と本願発明による計算原理の違いについて対比させて説明する。
図2(a)は、本実施形態の血圧計測システム1に用いるセンサ部の概念的な構成を示す図、図2(b)は、センサ部A−A’の断面構成を示す図である。図3は、センサ部に用いられているセンサ素子であるカンチレバーの断面構成を示す図である。図4は、センサ部の出力信号を示す図である。図5は、血圧計測システムの構成を示すブロック図である。
図2(a),(b)に示すように、血管3上の離間した2箇所で、血管径を計測するために、血管周囲に挟着するように一対のセンサユニット2a,2bが装着される。各センサユニット(センサ)間の離間距離は、図1(b)に示した2つのセンサに流れる検出信号A,Bの時間差が検出可能な距離であれば、特に限定されるものではない。しかし、体内にセンサを埋め込むことを考慮すれば、短い距離の方が装着箇所への影響を少なくすることができる。例えば、離間距離は、5mm−50mmの範囲内で好ましくは、30mm−40mm程度とする。勿論、センサの高性能化及び処理回路の処理能力(処理速度等)の高性能化が実現することにより、さらに離間距離を短くすることは可能である。
以上のように構成されたセンサユニット2a,2bの計測結果により取得された脈派伝搬速度PWVの結果に基づき、血管の剛性を算出する。算出された血管の剛性と、各血管径を計測するセンサ7による計測した血管径から血圧値を算出することができる。
この構成において、データ受信アンテナ52は、データ送信部44から送信されたデータを受信する。この受信されたデータは、データ受信部53により通信信号から復調され、受信制御部54における処理(画像信号処理等)によって、応答時間差及び血圧値及びそれに関する情報として再生される。データ表示部57は、モニタ画面を有し、再生された血圧値及び関係情報を表示する。また、電源部56は、電池等のバッテリからなり、送電部55に電源供給する。送電部55は、電源を前述したエネルギーに変換して、血圧センサ部41に発信する。
図6(a)は、第1の変形例のセンサユニットにおける外観構成を示し、図6(b)は、このセンサユニットにおける断面構成を示す図である。
前述した第1の実施形態では、2つのセンサユニット間の離間距離を高い剛性の支持体8を用いて保持する構成であった。
本変形例においても前述した第1の実施形態と同様な効果を奏している。さらに、第1の実施形態で用いた支持体8及び固定枠5が不要となり、構成が簡素化され、且つ小型化される。
本実施形態は、システム構成が第1実施形態(図5)と同等であるが、センサユニットの構成が異なっている。本センサユニットが採用するセンサは、血管の直径変化を、弾性体材料に埋め込んだCNT(カーボン・ナノチューブ:carbon nanotube)のピエゾ抵抗効果を利用して計測する構成である。
このセンサは、前述したように、橋脚部分となる角柱形状の2つのシリコン支持部材15a,15bとこれらの間を連結するCNT16とでブリッジ架橋構造に構成されている。この本実施形態において、このセンサは、弾性部材に内包されている。
図10(a)に示すように、シリコン基板21上に形成された多数の架橋構造部17に対して、近赤外蛍光分光法を用いて、それぞれの架橋CNT16のカイラリティ(カイラル指数)を取得する。図10(b)に示すように、取得したカイラリティの中で、所望するカイラリティの架橋CNT16とその本数を持つ架橋構造部17aを特定する。通常、CNTにおける電気抵抗は、カイラリティに依存する。
その後、弾性体基板22上の架橋構造部17a、即ちセンサ12(図示せず)が内包されるように、弾性体基板22と同じ材料のシリコーンゴムで密に覆って封止を行い、ベルト部材13を形成する。
つまり、CVD法を用いて、複数設けられたシリコン支持構造間に、CNTを一括して生成した後に、各CNTのカイラリティを調べて、架橋構造部17a、即ちセンサ12をスタンピング転写により選択的にピックアップし、弾性部材からなる別の基板に転写する。
以上のことから、本実施形態によれば、シリコン基板上に形成した多数のCNTの中から所望のカイラリティを有するセンサを選択することができ、センサの製造ばらつきを無くし、性能の均一化を図ることができる。
(1) 体内にて血管径ならびに脈波伝播速度(PWV)を計測する埋め込み型血圧センサであり、1本の血管の異なる位置に配置可能な2つの血管径を計測するセンサを有した構造を特徴とする。血圧変化に伴う血管径の変化および2箇所に配置されたセンサの脈波に対する応答時間の差からPWVを計測し、血管の剛性および血圧を求めることを特徴とする血圧計測方法。
(3)人の動きに伴う体内のセンサ間距離のズレを血管に付加を与えずに防ぐため、2つの前記血管径を計測するセンサ間を剛体の高い構造体で接続したことを特徴とする前記(2)項に記載の植え込み型血圧センサ。
(4)前記弾性体の薄膜が異方性変形の性質を持ち、血管軸方向の変形を抑止することにより、センサ間距離のズレを血管に付加しないことを特徴とする前記(2)項に記載の埋め込み型血圧センサ。
(6)前記せん断方向への引っ張りの計測に於いて、それに用いられるセンサの作製方法として、CNT生成基板上の複数の搬送用微小ブロック間にCNTを生成した後、任意の前記ブロックごと統合基板へ搬送することで、所望のCNTを所定の位置に配置する手法。
Claims (9)
- 体内にて血管径を計測する複数の血圧センサと、
血管軸方向に予め定めた離間距離を空けた少なくとも2箇所に前記血圧センサを配置し、脈動する血管の径方向の周囲を環囲し、該径方向に弾性を有する装着治具と、
前記血圧センサが出力した脈動に伴う血圧変化から血管径と、前記2箇所に配置された前記血圧センサの脈波に対する応答時間差から脈派伝搬速度PWVを算出して前記血管の剛性を求め、前記血圧センサにより計測された血管径から算出された血圧値に対して、前記剛性に基づく補正が行われた血圧を算出する制御部と、
を具備することを特徴とする血圧計測システム。 - 前記装着治具は、少なくとも一部がベルト形状を成し、
前記血圧センサは、可撓性又は弾性を有する脈波伝達部材に内包される、ピエゾ抵抗層が積層形成された片持ち梁構造を成すピエゾ抵抗付き直立型カンチレバーであり、前記装着治具の接合部に、前記血圧センサの前記片持ち梁が立ち上がり方向で接するように配置され、血管膨張または血管収縮に伴う前記装着治具のせん断方向への生じる力を計測することを特徴とする請求項1に記載の血圧計測システム。 - ベルト形状に分割された前記装着治具は、前記接合部が前記離間距離を保持する枠部材により固定されることを特徴とする請求項2に記載の血圧計測システム。
- 前記装着治具は、
前記血管径方向への変形に対して弾性変形性を有し、前記血管軸方向の変形に対して不変形な剛性を有する異方性変形性の弾性体により形成され、前記離間距離を空けた少なくとも2箇所に前記血圧センサの収容エリアが設けられて、
前記血圧センサを、前記離間距離を保持して血管に装着することを特徴とする請求項1に記載の血圧計測システム。 - 予め定めた離間間隔を空けて基板に設けられる少なくとも一対の導電性を有する支持部材と、該支持部材間を橋渡しで連結する架橋型カーボン・ナノチューブ(carbon nanotube)と、前記支持部材と電気的に接続する電極及び外部と電気的に接続するための配線パターンが形成され、弾性を有する基板と、を備え、体内で血管に装着される架橋構造センサ部と、
血管軸方向に予め定めた離間距離を空けた少なくとも2箇所に架橋構造センサを配置し、脈動する血管の径方向の周囲を環囲し、該径方向に弾性を有する装着治具と、
前記架橋構造センサが出力した脈動に伴う血圧変化から血管径と、2箇所に配置された前記架橋構造センサの脈波に対する応答時間差から脈派伝搬速度PWVを算出して前記血管の剛性を求め、前記架橋構造センサにより計測された血圧値に対して、前記剛性に基づく補正が行われた血圧を算出する制御部と、
を具備することを特徴とする血圧計測システム。 - 電極及び外部と電気的に接続するための配線パターンが形成され、弾性を有する基板と、
予め定めた間隔を空けて、電極と接続するように前記基板上に設けられる少なくとも一対の導電性を有する支持部材と、
前記支持部材間を橋渡しで連結する架橋型カーボン・ナノチューブ(carbon nanotube)と、
を具備し、
外力による前記基板の伸縮に伴い、電圧が印加されている前記支持部材間の前記間隔が変化した際に、前記カーボン・ナノチューブの伸縮により、前記支持部材間における電気的特性が変化することを特徴とする架橋構造センサ。 - 前記弾性体基板に実装された架橋構造部を、前記弾性体基板と同じ弾性体部材又は同じ弾性率を有する弾性部材で封止することを特徴とする請求項7に記載の架橋構造センサの製造方法。
- 導電性基板上にアレイ状に複数の橋脚部となる突起部を形成し、
熱分解された炭素含有ガスの雰囲気下で金属触媒のナノ粒子を導入して、プロセス温度及びプロセス時間の制御により、複数の突起部間で互いに橋渡しする架橋型カーボン・ナノチューブを生成して前記突起部を含む架橋構造部を形成し、
形成されたカーボン・ナノチューブにおける各カイラリティを取得し、
取得された中から所望するカイラリティのカーボン・ナノチューブとその本数を有する架橋構造部を樹脂製スタンプにより前記基板から分離して弾性体基板に転写して実装することを特徴とする架橋構造センサの製造方法。
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