JPH08154903A

JPH08154903A - 生体情報モニタリングシート

Info

Publication number: JPH08154903A
Application number: JP30588194A
Authority: JP
Inventors: Yuji Miyahara; 裕二宮原; Yoshio Watanabe; ▲吉▼雄渡辺
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1994-12-09
Filing date: 1994-12-09
Publication date: 1996-06-18

Abstract

(57)【要約】【目的】生体情報を無侵襲に高精度計測する生体情報
モニタリングシートを提供する。【構成】わん曲可能な厚さ０．０２〜０．１ｍｍのセ
ンサ基板１を、熱伝導性シート２と断熱性シート３の間
に設置し、断熱性シート３の面にセンサ駆動源である電
池４及び測定値を読み出す出力端子５を設ける。電池４
及び出力端子５はフレキシブルセンサ基板１にリード線
１０で接続される。センサ基板１は、少なくとも１個の
センサ８、信号処理回路９、演算部１１、記憶部１２、
出力部１３から構成される。熱伝導シート２と断熱シー
ト３の間にセンサ基板１を挟んだ形で３者を密着させて
一体形成する。【効果】被検者の動作、時間を拘束せず生体情報をモ
ニタリングできる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は医療用のセンサに関し、
特に患者の動作及び時間等を拘束せず、患者に負担を与
えず生体情報を無侵襲で連続モニタリングするシートに
関する。

【０００２】

【従来の技術】生体液中の生化学成分を計測する方法
が、センサーズアンドアクチュエーターズＢ１
（１９９０年）第４８８頁から第４９２頁（Ｓｅｎｓｏ
ｒｓａｎｄＡｃｔｕａｔｏｒｓ、Ｂ１（１９９０）
ｐｐ４８８−ｐｐ４９２）に記載されており、生体表面
の皮膚を剥離し、表面からの滲出液中のグルコース濃度
を半導体センサを用いて計測する方法が記載されてい
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記の従来技術では、
測定前に皮膚表面を剥離する侵襲的な方法であり、また
測定時に被検者は測定場所で静止する必要があるため、
被検者の時間、及び動作が拘束されるという問題があっ
た。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記問題は、フレキシブ
ルで熱伝導性の良好なシートの表面またはシートの中に
センサ基板を設置し、熱伝導性の良好なシートと断熱性
のフレキシブルシートを積層して一体形成することによ
り解決される。さらにセンサ基板を薄くしてフレキシブ
ルにして、フレキシブルシートとの整合性を良好にす
る。

【０００５】詳細に説明すると、本発明の生体情報モニ
タリングシートは、センサ基板と、センサ基板の感応面
に接触するフレキシブルな熱伝導性シートと、センサ基
板の感応面の裏面に接触するフレキシブルな断熱性シー
トとからなる生体情報モニタリングシートであり、セン
サ基板が熱伝導性シートと断熱性シートとの間にはさま
れ熱伝導性シートと断熱性シートとが一体化されてお
り、断熱性シートには電池、又は熱−電気変換器が埋め
込まれ、熱伝導性シートの異なる位置に半導体レーザ、
光検出器がそれぞれが埋め込まれている。熱伝導性シー
トが検査対象面に接触するように、検査対象に装着され
る。

【０００６】センサ基板は、温度、圧力、電位、イオ
ン、ガス、生化学物質を検出するセンサを１種類、又は
複数種類含み、センサからの信号を処理する信号処理回
路、演算部、記憶部、出力部（出力部は送信回路、アン
テナを含む。）を含み、センサ基板に、同じ種類のセン
サを複数個２次元配置してもよい。センサ基板は従来広
く使用されているシリコン基板、もしくは厚さが０．１
ｍｍ以下のフレキシブルなシリコン基板を使用する。

【０００７】上記半導体レーザの波長は、１．５５μｍ
であることが望ましいが、半導体レーザ波長から出射す
る光の波長が幅をもつ場合には、１．５μｍから１．７
μｍであってもよい。また、上記半導体レーザの波長は
２．１μｍから２．３μｍとする。上記光検出器はゲル
マニウム、インジウム−ガリウム砒素、セレン化鉛、硫
化鉛を材料として得られるもので、０．７μｍから３μ
ｍの範囲にピーク感度波長を有している。

【０００８】

【作用】熱伝導性の良好な材料と断熱材料で形成される
フレキシブルシートとセンサ基板とが一体形成されてい
るため、体表面等の曲面に密着させて装着できる。フレ
キシブルシートが体表面と接触する面は熱伝導性の良好
な材料で、また反対側の空気と接触する面は断熱材料で
形成されているため、気温、風等の外部環境の変化に影
響されることなく、体温を精度良く測定できる。また、
温度センサ等各種のセンサ、半導体レーザ、光検出器及
び周辺回路の温度を体温と等しくほぼ一定にできるの
で、高精度な測定ができる。この結果、被検者の動作及
び時間を拘束せず、生体情報を無侵襲に高精度に計測で
きる。

【０００９】

【実施例】

（第１の実施例）図１（ａ）に本発明の第１の実施例の
生体情報モニタリングシートの断面図を示す。厚さ０．
０２〜０．１ｍｍ、１０ｍｍ角のセンサ基板１を、熱伝
導性シート２と断熱性シート３の間に設置し、断熱性シ
ート３にセンサ駆動源である電池４及び測定値を読み出
す出力端子５が埋め込まれている。モニタリングシート
の厚さは０．５〜５ｍｍである。電池４及び出力端子５
はフレキシブルセンサ基板１にリード線１０で接続され
ている。

【００１０】本実施例のセンサ基板１の断面形状を図１
（ｂ）に、従来のセンサ基板の断面形状を図１（ｃ）に
示す。センサ基板６及び従来のセンサ基板７では、セン
サ８及び信号処理回路９等は基板表面から約１０μｍの
深さの部分に形成されている。本実施例のセンサ基板６
では、従来のセンサ基板７の裏面側の不要な部分をエッ
チング等により除去し、厚さ０．０５ｍｍの薄い基板と
した。本実施例のセンサ基板６は、基板の中心部を凹又
は凸にわん曲させることができる。最大にわん曲させた
状態では、わん曲させる前の平面に対して基板の中心が
平面に垂直方向に３ｍｍ移動する。

【００１１】図１（ｄ）のセンサ基板１は、少なくとも
１個のセンサ８、信号処理回路９、演算部１１、記憶部
１２、出力部１３から構成される。出力部１３には、コ
イル、容量、抵抗等からなる送信回路及びアンテナが集
積化されている。センサ基板１はシリコンを材料とし、
センサ、センサの信号処理回路、演算回路、記憶回路、
出力回路等をオンチップに集積化することが望ましい
が、絶縁基板にセンサチップ、信号処理回路チップ、記
憶回路チップ等の個別のチップをハイブリッド形成して
もよい。

【００１２】熱伝導性シート２として金属、半導体、高
分子を用い、断熱性シート３として石綿、発砲スチレ
ン、発砲ウレタン、ガラス繊維等を使用できる。熱伝導
シート２と断熱シート３の間にセンサ基板１を挟んだ形
で３者を密着させて一体形成する。一体化したシート全
体の寸法は、厚さ５ｍｍ、幅３０ｍｍ、長さ６０ｍｍで
あり、断面の直径が１０ｍｍの円柱状の生体表面にも密
着させることができる。

【００１３】図２にシリコン基板を用いた温度センサの
断面構造を示す。（数１）に示すようにｐｎ接合の順方
向電流の温度依存性を利用して、最も簡単に温度を求め
ることができる。

【００１４】

【数１】Ｉ＝Ａ・ｅｘｐ（ｑＶ／（ｋＴ）） …（数１）（数１）で、Ｉは電流、Ａは定数、ｑは単位電荷、Ｖは
印加電圧、ｋはボルツマン定数、Ｔは絶対温度をそれぞ
れ表す。図２に示すように、ｐ型シリコン基板１４の表
面に酸化シリコン１５を形成し、酸化シリコン１５の一
部に穴をあけてｐ型シリコン中にｎ型領域１６及びｐ＋
領域１７を形成する。ｎ型領域及びｐ＋領域にアルミニ
ウム等の金属電極１８を形成し信号処理部（回路）と接
続する。

【００１５】図３にシリコン基板を用いる酸素ガスセン
サの断面構造を示す。絶縁ゲート型電界効果トランジス
タ１９のゲート絶縁膜２０上に固体電解質膜２１を形成
し、ゲート電極として貴金属の薄膜２２を設けたもので
ある。固体電解質膜２１としてイットリア安定化ジルコ
ニア、カルシア安定化ジルコニア、フッ化ランタン、酸
化錫鉛等を用い、ゲート電極２２として白金、パラジウ
ム、イリジウム、金等を用いることができる。ゲート電
極２２の近傍の酸素分圧に応じて、ゲート電極／固体電
解質界面の電位が変化し、これがゲート電圧変化となり
電界効果トランジスタのドレイン電流を変化させる。こ
の酸素センサは、室温から２００℃付近まで幅広い温度
範囲で動作する。

【００１６】図４にシリコン基板を用いる電位計測用電
極の断面構造を示す。シリコン基板２３上に酸化シリコ
ン２４を形成し、電位計測用電極膜２５をパターン形成
する。電位計測用電極膜２５として白金、金等を用い
る。この電極を体表面に配置し、心臓の動きに同期して
体表面に誘発される電位変化を２個の電極間の電位差、
即ち心電図として計測する。電位計測用電極膜２５を２
次元アレー状に形成し体表面に配置し、各電極間の電位
差を解析して心臓疾患を詳細に知ることができる。

【００１７】（第２の実施例）図５に本発明の第２の実
施例のわん曲させて使用する生体情報モニタリングシー
トの断面図を示す。熱伝導シート２と断熱シート３の間
にフレキシブルセンサ基板１を挟んだ形で３者を密着さ
せて一体形成する。一体化したシート全体の寸法は、例
えば、モニタリングシートを耳朶で使用する場合には、
厚さ０．５ｍｍ、幅３ｍｍ、長さ３ｍｍであり、モニタ
リングシートを使用する部位に応じて、一体化したシー
ト全体の寸法を決めればよい。断熱シート３に、センサ
駆動源である電池４及び測定値を読み出す出力端子５が
埋め込まれている。電池４及び出力端子５はフレキシブ
ルセンサ基板１にリード線１０（図５では図示せず）で
接続されている。

【００１８】モニタリングシートの長手方向の一端の熱
伝導性シート２に半導体レーザ２６が、長手方向の他端
の熱伝導性シート２に光検出器２７がそれぞれ埋め込ま
れている。この生体情報モニタリングシートは、図５に
示すように半導体レーザ２６の出射光の光軸上に光検出
器２７が位置するように、半導体レーザ２６と光検出器
２７とが対向するようにわん曲させて使用し、被検体は
半導体レーザ２６と光検出器２７の間に置かれる。

【００１９】モニタリングシートに埋め込んだ電池４に
より、半導体レーザ２６、光検出器２７及び周辺回路に
電力を供給する。なお、電池の代わりに熱−電気変換器
として、異なる金属または半導体を熱伝導性シート２、
断熱性シート３の中にそれぞれ設置して、熱伝導性シー
ト２と断熱性シート３の境界面で２種の金属又は半導体
を接合させる電源として使用できる。この接合は熱伝導
性シート２が被検体（生体）と接触している部分に設置
することが望ましい。２種の金属または半導体に温度差
が生じ、ゼーベック効果により２種の金属または半導体
に起電力が発生する。この起電力をセンサ基板用電源と
して使用でき、被検者の体温を熱源として用いるので、
長期間にわたり安定した起電力をセンサ基板に供給でき
る。

【００２０】（第３の実施例）図６に本発明の第３の実
施例の円筒状の生体情報モニタリングシートの断面図を
示す。円筒状のモニタリングシートの内表面は熱伝導性
シート２、外表面は断熱性シート３である。第２の実施
例と同様に、熱伝導シート２と断熱シート３の間にフレ
キシブルセンサ基板１を挟んだ形で３者を密着させて一
体形成する。一体化した円筒状のシート全体の寸法は、
円筒と見做したとき、例えば、シート厚さ１ｍｍ、円筒
高さ２ｍｍ、円筒内径２０ｍｍである。断熱シート３
に、センサ駆動源である電池４及び測定値を読み出す出
力端子５を埋め込む。電池４及び出力端子５はフレキシ
ブルセンサ基板１にリード線１０（図６では図示せず）
で接続されている。

【００２１】熱伝導性シート２に、半導体レーザ２６を
埋め込み、半導体レーザ２６の出射光の光軸上に光検出
器２７が位置するように、半導体レーザ２６に対向させ
て光検出器２７を埋め込む。被検体は、円筒状のシート
の内部で半導体レーザ２６と光検出器２７の間に置かれ
る。半導体レーザ、光検出器及び周辺回路への電力の供
給は第２の実施例と同様にして行なう。

【００２２】（第４の実施例）図７は第１の実施例の生
体情報モニタリングシートを使用して、被検者の動作及
び時間を拘束せず、体温の連続モニタリングを行なう例
を示す。生体２８の表面に生体情報モニタリングシート
２９を密着させ、体温を予め設定した一定時間ごとに測
定する。２次元アレー温度センサを形成したセンサ基板
を使用して、生体の２次元温度分布を測定できる。本発
明のモニタリングシートは、厚さが１〜５ｍｍであり非
常に薄く、被検者は違和感なく通常の生活ができる。測
定期間の終了後、生体情報モニタリングシートを生体か
ら取外し、情報読み出し装置により体温の経時変化の情
報を取得できる。また、２次元アレー温度センサを形成
したセンサ基板を使用する場合、生体情報モニタリング
シートを外部表示装置に接続して生体の２次元温度分布
図を描くことができる。

【００２３】（第５の実施例）図８に第２の実施例の生
体情報モニタリングシートを使用して、血糖値、即ちグ
ルコースをモニタリングする例を示す。Ｕ字型にわん曲
した生体情報モニタリングシート２９の長手方向の両端
の近傍に、それぞれ半導体レーザ、光検出器が設置され
ており、半導体レーザと光検出器の間に生体を挾んで使
用する。即ち、生体情報モニタリングシート２９を耳朶
３０に挾んでグルコースを計測する。

【００２４】光源は、インジウム、ガリウム、ヒ素及び
アンチモンからなる半導体レーザであり、出射する光の
波長は２．２μｍである。硫化鉛を材料とする光検出器
を用いた。この光検出器は２．２μｍにピーク感度を有
する。半導体レーザから出射する光は、グルコースによ
り光の一部が吸収される。既知濃度のグルコースの透過
光の強度から得た校正データを用いて、光検出器で測定
された透過光の強度からグルコースを定量的に測定でき
る。サンプリング時間、読み出し方法は第４の実施例と
同様である。本実施例では、生体情報モニタリングシー
トをイヤリングのように使用でき、被検者の時間及び動
作を拘束せず、グルコースを無侵襲に計測できる。

【００２５】（第６の実施例）図９に第３の実施例の生
体情報モニタリングシートを使用して、グルコースをモ
ニタリングする例を示す。第３の実施例の生体情報モニ
タリングシート２９の中に腕３１を通して使用し、グル
コースを計測する。

【００２６】光源はインジウム、ガリウム、ヒ素及びリ
ンからなる半導体レーザであり、出射する光の波長は
１．５５μｍである。光検出器としてゲルマニウムを材
料とするホトダイオードを用いた。この光検出器は１．
５５μｍにピーク感度を有する。グルコースの測定原理
は実施例５と同様である。本実施例では、生体情報モニ
タリングシートを腕時計のように使用でき、実施例５と
同様に被検者の時間及び動作を拘束せず、グルコースを
無侵襲に計測できる。

【００２７】

【発明の効果】本発明の生体情報モニタリングシート
は、厚さが薄くフレキシブルであるため、生体表面の曲
面に密着して装着でき、被検者は違和感を感じることな
く、通常の生活を行ないながら生体情報をモニタリング
できる。また、本発明の生体情報モニタリングシート
は、熱伝導性の良好なシートと断熱性のシートを積層し
て一体形成しているので、温度、風等周囲の環境の変化
に影響されずに生体情報を高精度にモニタリングでき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例を示す図。

【図２】温度センサの断面図。

【図３】ガスセンサの断面図。

【図４】電位計測用電極の断面図。

【図５】本発明の第２の実施例を示す断面図。

【図６】本発明の第３の実施例を示す断面図。

【図７】本発明の第４の実施例を示す図。

【図８】本発明の第５の実施例を示す図。

【図９】本発明の第６の実施例を示す図。

【符号の説明】

１…センサ基板、２…熱伝導性シート、３…断熱性シー
ト、４…電池、５…出力端子、６…本発明のセンサ基
板、７…従来のセンサ基板、８…センサ、９…信号処理
回路、１０…リード線、１１…演算部、１２…記憶部、
１３…出力部、１、１５…酸化シリコン、１６…ｎ型領
域、１７…ｐ＋領域、１８…金属電極、１９…電界効果
トランジスタ、２０…ゲート絶縁膜、２１…固体電解質
膜、２２…貴金属ゲート電極、２３…シリコン基板、２
４…酸化シリコン、２５…電位計測用金属電極、２６…
半導体レーザ、２７…光検出器、２８…生体、２９…生
体情報モニタリングシート、３０…耳朶、３１…腕。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】センサ基板と、該センサ基板の感応面に接
触するフレキシブルな熱伝導性シートと、前記センサ基
板の感応面の裏面に接触するフレキシブルな断熱性シー
トとからなる生体情報モニタリングシートであり、前記
センサ基板が前記熱伝導性シートと前記断熱性シートと
の間にはさまれ前記熱伝導性シートと前記断熱性シート
とが一体化されたことを特徴とする生体情報モニタリン
グシート。
【請求項２】前記断熱性シートに電池、又は熱−電気変
換器が埋め込まれたことを特徴とする請求項１に記載の
生体情報モニタリングシート。
【請求項３】前記熱伝導性シートの異なる位置に半導体
レーザ、光検出器がそれぞれが埋め込まれたことを特徴
とする請求項１に記載の生体情報モニタリングシート。
【請求項４】前記センサ基板は、温度、圧力、電位、イ
オン、ガス、生化学物質を検出するセンサを１種類、又
は複数種類含み、前記センサからの信号を処理する信号
処理回路、演算部、記憶部、出力部を含むことを特徴と
する請求項１に記載の生体情報モニタリングシート。
【請求項５】センサ基板に、同じ種類の前記センサを複
数個２次元配置することを特徴とする請求項４に記載の
生体情報モニタリングシート。
【請求項６】前記センサ基板がシリコン基板からなるこ
とを特徴とする請求項４に記載の生体情報モニタリング
シート。
【請求項７】前記センサ基板はフレキシブルなシリコン
基板からなり、該シリコン基板の厚さが０．１ｍｍ以下
であることを特徴とする請求項４に記載の生体情報モニ
タリングシート。
【請求項８】前記半導体レーザの波長が１．５５μｍで
あることを特徴とする請求項３に記載の生体情報モニタ
リングシート。
【請求項９】前記半導体レーザの波長が１．５μｍから
１．７μｍであることを特徴とする請求項３に記載の生
体情報モニタリングシート。
【請求項１０】前記半導体レーザの波長が２．１μｍか
ら２．３μｍであることを特徴とする請求項３に記載の
生体情報モニタリングシート。
【請求項１１】光検出器は０．７μｍから３μｍの範囲
にピーク感度波長を有することを特徴とする請求項３に
記載の生体情報モニタリングシート。
【請求項１２】前記出力部は送信回路、アンテナを含む
ことを特徴とする請求項４に記載の生体情報モニタリン
グシート。
【請求項１３】前記熱伝導性シートが検査対象面に接触
することを特徴とする請求項１に記載の生体情報モニタ
リングシート。