脈波伝播速度計測装置及び脈波伝播速度計測方法
【課題】局所的な計測範囲で脈波伝播速度を計測できる脈波伝播速度計測装置及び脈波伝播速度計測方法を提供する。
【解決手段】実施形態によれば、第１センサ部と、第２センサ部と、基体と、演算部と、を含む脈波伝播速度計測装置が提供される。前記第１センサ部は、管の内部を伝播する脈波を検知する。前記第２センサ部は、前記第１センサ部と離間し前記脈波を検知する。前記基体は、前記第１センサ部と前記第２センサ部とを保持し前記第１センサ部と前記第２センサ部との間の距離を規定する。前記演算部は、前記第１センサ部による前記脈波の前記検知の時刻と、前記第２センサ部による前記脈波の前記検知の時刻と、の差を導出する。
【解決手段】実施形態によれば、第１センサ部と、第２センサ部と、基体と、演算部と、を含む脈波伝播速度計測装置が提供される。前記第１センサ部は、管の内部を伝播する脈波を検知する。前記第２センサ部は、前記第１センサ部と離間し前記脈波を検知する。前記基体は、前記第１センサ部と前記第２センサ部とを保持し前記第１センサ部と前記第２センサ部との間の距離を規定する。前記演算部は、前記第１センサ部による前記脈波の前記検知の時刻と、前記第２センサ部による前記脈波の前記検知の時刻と、の差を導出する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、脈波伝播速度計測装置及び脈波伝播速度計測方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
血圧などの測定のために、例えば、脈波伝播速度（ＰＷＶ：pulse wave velocity)を測定することが行われる。この方法では、例えば、心臓の近傍の測定点と、心臓から離れた例えば手首などの測定点と、における脈波の測定時刻の差から、ＰＷＶを求める。この例では、大きく離れた２つの測定点から配線が延びるため、被検者は煩雑さを感じる。また、装置の小型化は困難であり、日常生活をしながらの連続的な測定も困難である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−３２１２５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の実施形態は、局所的な計測範囲で脈波伝播速度を計測できる脈波伝播速度計測装置及び脈波伝播速度計測方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の実施形態によれば、第１センサ部と、第２センサ部と、基体と、演算部と、を含む脈波伝播速度計測装置が提供される。前記第１センサ部は、管の内部を伝播する脈波を検知する。前記第２センサ部は、前記第１センサ部と離間し前記脈波を検知する。前記基体は、前記第１センサ部と前記第２センサ部とを保持し前記第１センサ部と前記第２センサ部との間の距離を規定する。前記演算部は、前記第１センサ部による前記脈波の前記検知の時刻と、前記第２センサ部による前記脈波の前記検知の時刻と、の差を導出する。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】第１の実施形態に係る脈波伝播速度計測装置を示す模式図である。
【図２】第１の実施形態に係る脈波伝播速度計測装置の使用状態を示す模式図である。
【図３】第１の実施形態に係る脈波伝播速度計測装置の使用状態を示す模式図である。
【図４】図４（ａ）及び図４（ｂ）は、第１の実施形態に係る脈波伝播速度計測装置の動作を示す模式的断面図である。
【図５】第１の実施形態に係る脈波伝播速度計測装置を示す模式図である。
【図６】図６（ａ）〜図６（ｃ）は、第１の実施形態に係る脈波伝播速度計測装置の動作を示す模式的斜視部である。
【図７】図７（ａ）〜図７（ｄ）は、第１の実施形態に係る脈波伝播速度計測装置の一部を示す模式的斜視図である。
【図８】第１の実施形態に係る脈波伝播速度計測装置の動作状態を示す模式的斜視図である。
【図９】第１の実施形態に係る脈波伝播速度計測装置の動作を示すグラフ図である。
【図１０】第１の実施形態に係る脈波伝播速度計測装置の動作を示すフローチャート図である。
【図１１】第１の実施形態に係る脈波伝播速度計測装置の動作を示すグラフ図である。
【図１２】第１の実施形態に係る別の脈波伝播速度計測装置を示す模式的断面図である。
【図１３】第１の実施形態に係る別の脈波伝播速度計測装置を示す模式的断面図である。
【図１４】第１の実施形態に係る別の脈波伝播速度計測装置を示す模式図である。
【図１５】図１５（ａ）〜図１５（ｄ）は、第１の実施形態に係る別の脈波伝播速度計測装置の構成及び使用状態を示す模式図である。
【図１６】第１の実施形態に係る別の脈波伝播速度計測装置を示す模式的断面図である。
【図１７】第２の実施形態に係る脈波伝播速度計測方法を示すフローチャート図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下に、各実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
なお、図面は模式的または概念的なものであり、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
なお、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
【０００８】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る脈波伝播速度計測装置の構成を例示する模式図である。 図１に表したように、本実施形態に係る脈波伝播速度計測装置４１０は、第１センサ部５０ａと、第２センサ部５０ｂと、基体６０と、演算部７０と、を含む。
【０００９】
第１センサ部５０ａは、管（例えば血管）の内部を伝播する脈波を検知する。第２センサ部５０ｂは、第１センサ部５０ａと離間している。第２センサ部５０ｂも、その脈波を検知する。第１センサ部５０ａは、例えば、管の内部を伝播する脈波による歪を検知する。第２センサ部５０ｂは、例えば、その脈波による歪を検知する。
【００１０】
基体６０は、第１センサ部５０ａと第２センサ部５０ｂとを保持する。基体６０は、第１センサ部５０ａと第２センサ部５０ｂとの間の距離ｄを規定する。
【００１１】
基体６０には、例えば、第１センサ部５０ａ及び第２センサ部５０ｂを製造する際に用いられる基板（例えばシリコン基板など）を用いることができる。また、基体６０には、例えば、第１センサ部５０ａ及び第２センサ部５０ｂを実装するためのプリント基板などを用いることができる。基体６０には、プラスチック基板などを用いることもでき、基体６０は可撓性を有していても良い。
【００１２】
第１センサ部５０ａから第２センサ部５０ｂに向かう方向を第１方向とする。本願明細書においては、第１センサ部５０ａと第２センサ部５０ｂとの間の距離ｄは、便宜的に、第１方向に沿った第１センサ部５０ａの中心と、第１方向に沿った第２センサ部５０ｂの中心と、の間の距離とする。
【００１３】
基体６０は、第１センサ部５０ａと第２センサ部５０ｂとの間の距離ｄが実質的に一定になるように、第１センサ部５０ａと第２センサ部５０ｂとを保持する。基体６０が可撓性を有している場合も、基体６０は、第１センサ部５０ａと第２センサ部５０ｂとの間の距離ｄを実質的に一定に規定している。
【００１４】
第１センサ部５０ａ、第２センサ部５０ｂ及び基体６０は一体的である。本実施形態に係る計測センサ３１０は、第１センサ部５０ａ、第２センサ部５０ｂ及び基体６０を含むものとする。
【００１５】
本実施形態に係る計測センサ３１０は、管の内部を伝播する脈波による歪を検知する第１センサ部５０ａと、第１センサ部５０ａと離間し脈波による歪を検知する第２センサ部５０ｂと、第１センサ部５０ａと第２センサ部５０ａとを保持し第１センサ部５０ａと第２センサ部５０ｂとの間の距離を規定する基体６０と、を含む。
【００１６】
また、説明を簡単にするために、第１センサ部５０ａ及び第２センサ部５０ｂを合わせてセンサ部５０と呼ぶ場合がある。
【００１７】
演算部７０は、第１センサ部５０ａによる脈波の検知の時刻と、第２センサ部５０ｂによる脈波の検知の時刻と、の差を導出する。
【００１８】
本実施形態においては、１つの基体６０に２つ以上のセンサ部５０が設けられる。このため、実質的に１箇所で脈波が検出される。本実施形態によれば、局所的な計測範囲で脈波伝播速度を計測できる脈波伝播速度計測装置が提供できる。
【００１９】
距離ｄは、１ｍｍ以上５ｃｍ以下である。距離ｄは、５ｍｍ以上２ｃｍ以下であることがさらに好ましい。測定するときに、実質的に一体ものとして扱うためには、この程度の小さいサイズが好ましいからである。
【００２０】
図２は、第１の実施形態に係る脈波伝播速度計測装置の使用状態を例示する模式図である。
図２においては、計測センサ３１０が図示されているが、演算部７０は省略されている。
【００２１】
図３に表したように、計測センサ３１０は、例えば手首に接触して装着される。手首の動脈血管２１０（管）に対向して第１センサ部５０ａ及び第２センサ部５０ｂが配置される。動脈血管２１０の中には、血液２２０（液体）が流れる。血液２２０の流れは、脈波による流れである。
【００２２】
距離ｄを小さく（例えば５ｃｍ以下）に設定することで、実質的に１箇所の測定点で、脈波を検出することができる。
【００２３】
計測センサ３１０は、手首だけでなく、種々の位置に配置できる。計測センサ３１０は、例えば血圧測定部位に配置される。例えば、計測センサ３１０は、皮膚表面に、例えば粘着剤などにより、付着される。計測センサ３１０は、皮膚上に接するように配置される。計測センサ３１０は、例えば、皮膚の表面の近傍に動脈血管２１０が存在しているような皮膚の上に配置される。例えば、計測センサ３１０が配置される部位は、被検者の体の表面から脈動を検知できる部位である。
【００２４】
この部位（および体表下にある動脈）は、例えば、以下の通りである。内側上腕二頭筋溝（上腕動脈）、前腕外側下端で橈側手根屈筋腱と腕橈骨筋腱との間（橈骨動脈）、前腕内側下端で尺側手根屈筋腱と浅指屈筋腱との間（尺骨動脈）、長母指伸筋腱の尺側（第１背側中手動脈）、腋窩（腋窩動脈）、大腿三角部（大腿動脈）、下腿前面の下部で前脛骨筋腱の外側（前脛骨動脈）、内果の後下部（後脛骨動脈）、長母指伸筋腱の外側（足背動脈）、頚動脈三角（総頚動脈）、咬筋停止部の前（顔面動脈）、胸鎖乳突筋停止部の後ろで僧帽筋起始部との間（後頭動脈）、外耳孔の前（浅側頭動脈）。計測センサ３１０は、例えば、このような部位に配置される。
【００２５】
これに対して、例えば、従来のＰＷＶの測定においては、心臓の近傍の測定点と、心臓から離れた例えば手首などの測定点と、が用いられる。このため、煩雑さがあり、装置の小型化が困難である。さらに、日常生活をしながらの連続的な測定も困難である。また、血管をモデル化して血圧を算出しているが、実際には心臓と腕などの２点間において血管は単一モデルで扱うことはできない。このため、測定誤差が大きい。例えば、１０ｍｍＨｇ程度の誤差がある。
【００２６】
本願発明者は、このように、大きく離れた２つ測定点で測定することは煩雑なため使い難く、また、測定精度が低いことに着目した。人間の感覚として実質的に１点と感じられる測定箇所で、高い精度でＰＷＶを測定することを新たな課題として見出した。
【００２７】
本実施形態においては、大きく離れた２つの測定点での測定ではなく、局所的な計測範囲で測定を行う。局所的な計測範囲で脈波伝播速度を計測できることから、被検者が感じる煩雑さが著しく低減できる。また、装置が小型化できる。さらに、日常生活をしながらの連続的な測定も容易になる。そして、局所的な計測であるため、血管は単一モデルとして扱うことができ、高い測定精度が得られる。
【００２８】
図３は、第１の実施形態に係る脈波伝播速度計測装置の使用状態を例示する模式図である。
図３に表したように、被験者の体２３０の皮膚２３１の下に動脈血管２１０がある。動脈血管２１０の中を血液２２０が流れる。動脈血管２１０の脈波を局所的に配置された第１センサ部５０ａ及び第２センサ部５０ｂで検知する。第１センサ部５０ａにおける脈波の検知信号（第１信号５０ｓａ）と、第２センサ部５０ｂにおける脈波の検知信号（第２信号５０ｓｂ）と、が、演算部７０に供給される。演算部７０は、それらの信号に基づいて、第１センサ部５０ａによる脈波の検知の時刻と、第２センサ部５０ｂによる脈波の検知の時刻と、の差を導出する。さらに、演算部７０では、その時刻の差と、距離ｄと、からＰＷＶを求めることができる。演算部７０は、演算結果７０ｓ（例えば、時刻の差、及び、ＰＷＶの少なくともいずれか）を出力する。
脈波伝播速度計測装置４１０によれば、局所的な計測範囲で脈波伝播速度を計測できる。
【００２９】
第１センサ部５０ａ及び第２センサ部５０ｂと、演算部７０と、は、例えば、有線または無線（電波信号または光信号による通信を含む）で接続される。例えば、第１センサ部５０ａの第１信号５０ｓａ及び第２センサ部５０ｂの第２信号５０ｓｂは、配線などで、演算部７０に供給される。また、例えば、基体６０上に無線送信回路が設けられ、第１信号５０ｓａ及び第２信号５０ｓｂは、その無線送信回路によって、演算部７０に供給されても良い。
【００３０】
図４（ａ）及び図４（ｂ）は、第１の実施形態に係る脈波伝播速度計測装置の動作を例示する模式的断面図である。
図４（ａ）は、動脈血管２１０の収縮を例示している。図４（ｂ）は、測定時のセンサ部５０の状態を例示している。
【００３１】
図４（ａ）に表したように、動脈血管２１０内を血液２２０が脈波により流れることで、動脈血管２１０が径方向に対して伸縮して血圧が作用する。
【００３２】
図４（ｂ）に表したように、動脈血管２１０が径方向に対して拡張すると、皮膚２３１が押し上げられる。このとき、血圧が働く方向に対して垂直方向に皮膚２３１は、引っ張り応力を受ける。それと同時に、センサ部５０にも引っ張り応力が一定の方向に働く。
【００３３】
後述するように、センサ部５０に電流が流される。センサ部５０に加わる引っ張り応力に応じて、センサ部５０の電気抵抗が変化する。これに基づいて、センサ部５０により、脈波が検出される。
【００３４】
以下、センサ部５０の構成の１つの例について説明し、その動作について説明する。
図５は、第１の実施形態に係る脈波伝播速度計測装置の構成を例示する模式図である。 図５は、本実施形態に係る計測センサ３１０の１つの例である計測センサ３１１の断面の構成を例示している。
図５に表したように、第１センサ部５０ａは、第１強磁性層１０ａと、第２強磁性層２０ａと、第１強磁性層１０ａと第２強磁性層２０ａとの間に設けられた非磁性の第１中間層３０ａと、を含む。第２センサ部５０ｂは、第３強磁性層１０ｂと、第４強磁性層２０ｂと、第３強磁性層１０ｂと第４強磁性層２０ｂとの間に設けられた非磁性の第２中間層３０ｂと、を含む。
【００３５】
例えば、第３強磁性層１０ｂには、第１強磁性層１０ａに用いられる材料と同じ材料を用いることができる。例えば、第４強磁性層２０ｂには、第３強磁性層２０ａに用いられる材料と同じ材料を用いることができる。例えば、第２中間層３０ｂには、第１中間層３０ａに用いられる材料と同じ材料を用いることができる。この例では、第３強磁性層１０ｂは、第１強磁性層１０ａと同層である。第４強磁性層２０ｂは、第２強磁性層２０ａと同層である。第２中間層３０ｂは、第１中間層３０ａと同層である。
【００３６】
第１センサ部５０ａは、第１電極５１ａと第２電極５２ａとをさらに含むことができる。第１電極５１ａと第２電極５２ａとの間に第１強磁性層１０ａが配置され、第１強磁性層１０ａと第２電極５２ａとの間に第２強磁性層２０ａが配置される。
【００３７】
第２センサ部５０ｂは、第３電極５１ｂと第４電極５２ｂとをさらに含むことができる。第３電極５１ｂと第４電極５２ｂとの間に第３強磁性層１０ｂが配置され、第３強磁性層１０ｂと第４電極５２ｂとの間に第４強磁性層２０ｂが配置される。
【００３８】
以下では、説明を簡単にするために、第１強磁性層１０ａ及び第３強磁性層１０ｂを、便宜的に下磁性層１０と言うことにする。第２強磁性層２０ａ及び第４強磁性層２０ｂを、便宜的に上磁性層２０と言うことにする。第１中間層３０ａ及び第２中間層３０ｂを、便宜的に中間層３０と言うことにする。また、下磁性層１０、中間層３０及び上磁性層２０を、適宜、センサ部積層体５０ｓと言うことにする。第１電極５１ａ及び第３電極５１ｂを、便宜的に下電極５１と言うことにする。第２電極５２ａ及び第４電極５２ｂを、便宜的に上電極５２と言うことにする。
【００３９】
上記において、「上」及び「下」に関して、基体６０との相対的な上下関係は任意である。例えば、基体６０の上に「上磁性層２０」が配置され、その上に中間層３０が配置され、その上に「下磁性層１０」が配置されていても良い。
【００４０】
センサ部５０において、例えば、下磁性層１０及び上磁性層２０のいずれか一方は、磁化自由層である。下磁性層１０及び上磁性層２０のいずれか他方は、例えば、磁化固定層である。ただし、後述するように、下磁性層１０及び上磁性層２０の両方が磁化自由層でも良い。
【００４１】
以下では、センサ部５０の動作の例について、下磁性層１０が磁化固定層であり、上磁性層２０が磁化自由層である場合について説明する。センサ部５０においては、強磁性体が有する「逆磁歪効果」と、センサ部積層体５０ｓで発現する「ＭＲ効果」と、が利用される。
【００４２】
「ＭＲ効果」は、センサ部積層体５０ｓに電流を流すことで、磁化の向きの相対角度の変化を電気抵抗変化として読み取ることで発現する。既に説明したように、脈波によりセンサ部５０に引っ張り応力が加わる。上磁性層２０（磁化自由層）の磁化の向きと、上磁性層２０に加わる引っ張り応力の方向と、が異なるときに、逆磁歪効果によりＭＲ効果が発現する。ＭＲ効果によって変化する電気抵抗の変化量は、「ＭＲ変化量」である。抵抗変化量ΔＲを、最小抵抗値Ｒで除した値、すなわち、ΔＲ／Ｒを「ＭＲ変化率」という。
【００４３】
図６（ａ）〜図６（ｃ）は、第１の実施形態に係る脈波伝播速度計測装置の動作を例示する模式的斜視部である。
これらの図は、センサ部５０のセンサ部積層体５０ｓにおける磁化の方向と、引っ張り応力の方向と、の関係を例示している。
【００４４】
図６（ａ）は、引っ張り応力が印加されていない状態を示す。このとき、この例では、下磁性層１０（磁化固定層）の磁化の向きは、上磁性層２０（磁化自由層）の磁化の向きと、同じである。
【００４５】
図６（ｂ）は、引っ張り応力が印加された状態を示している。この例では、Ｘ軸方向に沿って引っ張り応力が印加されている。このとき、引っ張り応力の方向と同じ方向になるように、上磁性層２０（磁化自由層）の磁化が回転する。これを「逆磁歪効果」という。このとき、下磁性層１０（磁化固定層）の磁化は固定されている。上磁性層２０（磁化自由層）の磁化が回転することで、下磁性層１０（磁化固定層）の磁化の向きと、上磁性層２０（磁化自由層）の磁化の向きと、の相対角度が変化する。
【００４６】
この図には、下磁性層１０（磁化固定層）の磁化の方向が一例として図示されており、磁化の方向は、この図に示した方向でなくても良い。
【００４７】
逆磁歪効果においては、強磁性体の磁歪定数の符号によって磁化の容易軸が変化する。大きな逆磁歪効果を示す多くの材料は、磁歪定数が正の符号を持つ。磁歪定数が正の符号である場合には、上述のように引っ張り応力が加わる方向が磁化容易軸となる。このときには、上記のように、上磁性層２０（磁化自由層）の磁化は、磁化容易軸の方向に回転する。
【００４８】
例えば、上磁性層２０（磁化自由層）の磁歪定数が正である場合には、上磁性層２０（磁化自由層）の磁化の方向は、引っ張り応力が加わる方向とは異なる方向に設定する。
【００４９】
一方、磁歪定数が負である場合には、引っ張り応力が加わる方向に垂直な方向が磁化容易軸となる。
図６（ｃ）は、磁歪定数が負である場合の状態を例示している。この場合には、上磁性層２０（磁化自由層）の磁化の方向は、引っ張り応力が加わる方向（この例ではＸ軸方向）に対して垂直な方向とは異なる方向に設定する。
この図には、下磁性層１０（磁化固定層）の磁化の方向が一例として図示されており、磁化の方向は、この図に示した方向でなくても良い。
【００５０】
下磁性層１０の磁化と上磁性層２０の磁化との間の角度に応じて、センサ部積層体５０ｓの電気抵抗が、例えば、ＭＲ効果によって変化する。
【００５１】
このように、第１センサ部５０ａ及び第２センサ部５０ｂの電気抵抗は、脈波により第１センサ部５０ａ及び第２センサ部５０ｂに加えられる応力に応じた逆磁歪効果により生じる磁化方向の変化によって変化する。
【００５２】
磁歪定数（λｓ）は、外部磁界を印加して強磁性層をある方向に飽和磁化させたときの形状変化の大きさを示す。外部磁界がない状態で長さＬであるときに、外部磁界が印加されたときにΔＬだけ変化したとすると、磁歪定数λｓは、ΔＬ／Ｌで表される。この変化量は外部磁界の大きさによって変わるが、磁歪定数λｓは、十分な外部磁界が印加され、磁化が飽和された状態のΔＬ／Ｌとしてあらわす。
【００５３】
以下、下磁性層１０（第１強磁性層１０ａ及び第３強磁性層１０ｂ）、上磁性層２０（第２強磁性層２０ａ及び第４強磁性層２０ｂ）、中間層３０（第１中間層３０ａ及び第２中間層３０ｂ）、下電極５１（第１電極５１ａ及び第３電極５１ｂ）、及び、上電極５２（第２電極５２ａ及び第４電極５２ｂ）の構成の例について説明する。
【００５４】
例えば、下磁性層１０が磁化固定層である場合、下磁性層１０には、例えば、ＣｏＦｅ合金、ＣｏＦｅＢ合金及びＮｉＦｅ合金等を用いることができる。下磁性層１０の厚さは、例えば２ナノメートル（ｎｍ）以上６ｎｍ以下である。
【００５５】
中間層３０には、金属または絶縁体を用いることができる。金属としては、例えば、Ｃｕ、Ａｕ及びＡｇ等を用いることができる。金属の場合、中間層３０の厚さは、例えば１ｎｍ以上７ｎｍ以下である。絶縁体としては、例えば、マグネシウム酸化物（ＭｇＯ等）、アルミ酸化物（Ａｌ２Ｏ３等）、チタン酸化物（ＴｉＯ等）、及び、亜鉛酸化物（ＺｎＯ等）を用いることができる。絶縁体の場合、中間層３０に厚さは、例えば０．６ｎｍ以上２．５ｎｍ以下である。
【００５６】
また、中間層３０には、上記のような絶縁体の層の一部に、その層を貫通するナノオーダーの金属電流パスが多数ある、ＣＣＰ（Current-Confined-Path）中間層の構成を用いても良い。具体的には、アルミ酸化物（Ａｌ２Ｏ３等）の一部に、Ｃｕ，Ａｕ，Ａｇ，Ｎｉ，Ｆｅ，Ｃｏなどを含むナノ電流パス構造が形成された場合などである。このときの中間層３０の厚さは、例えば１ｎｍ以上３ｎｍ以下である。また、ナノ電流パスの直径は、０．５ｎｍ以上１０ｎｍ以下である。より具体的には、１ｎｍ以上７ｎｍ以下である。
【００５７】
上磁性層２０が磁化自由層である場合、上磁性層２０には、例えば、ＦｅＣｏ合金、及び、ＮｉＦｅ合金等を用いることができる。この他、第２強磁性層２０には、Ｆｅ−Ｃｏ−Ｓｉ−Ｂ合金、λｓ＞１００ｐｐｍを示すＴｂ−Ｍ−Ｆｅ合金（Ｍは、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ）、Ｔｂ−Ｍ１−Ｆｅ−Ｍ２合金（Ｍ１は、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｍ２は、Ｔｉ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｃｏ，Ｃｕ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｗ，Ｔａ）、Ｆｅ−Ｍ３−Ｍ４−Ｂ合金（Ｍ３は、Ｔｉ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｃｏ，Ｃｕ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｗ，Ｔａ、Ｍ４は、Ｃｅ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｓｍ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｅｒ）、Ｎｉ、Ａｌ−Ｆｅやフェライト（Ｆｅ３Ｏ４、（ＦｅＣｏ）３Ｏ４）など）等を用いることができる。上磁性層２０の厚さは、例えば２ｎｍ以上である。
【００５８】
上磁性層２０は、２層構造を有することができる。この場合、上磁性層２０は、ＦｅＣｏ合金の層と、ＦｅＣｏ合金の層と積層された以下の層と、を含むことができる。ＦｅＣｏ合金の層と積層されるのは、Ｆｅ−Ｃｏ−Ｓｉ−Ｂ合金、λｓ＞１００ｐｐｍを示すＴｂ−Ｍ−Ｆｅ合金（Ｍは、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ）、Ｔｂ−Ｍ１−Ｆｅ−Ｍ２合金（Ｍ１は、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｍ２は、Ｔｉ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｃｏ，Ｃｕ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｗ，Ｔａ）、Ｆｅ−Ｍ３−Ｍ４−Ｂ合金（Ｍ３は、Ｔｉ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｃｏ，Ｃｕ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｗ，Ｔａ、Ｍ４は、Ｃｅ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｓｍ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｅｒ）、Ｎｉ、Ａｌ−Ｆｅやフェライト（Ｆｅ３Ｏ４、（ＦｅＣｏ）３Ｏ４）など）等から選択される材料の層である。
【００５９】
下電極５１及び上電極５２には、例えば、非磁性体であるＡｕ、Ｃｕ、Ｔａ、Ａｌ等を用いることができる。下電極５１及び上電極５２として、軟磁性体の材料を用いることで、センサ部積層体５０ｓに影響を及ぼす外部からの磁気ノイズを低減することができる。軟磁性体の材料としては、例えば、パーマロイ（ＮｉＦｅ合金）や珪素鋼（ＦｅＳｉ合金）を用いることができる。センサ部５０は、アルミ酸化物（例えばＡｌ２Ｏ３）やシリコン酸化物（例えばＳｉＯ２）等の絶縁体で覆われる。
【００６０】
例えば、中間層３０が金属の場合は、ＧＭＲ（Giant Magnetoresistance）効果が発現する。中間層３０が絶縁体の場合は、ＴＭＲ（Tunneling Magnetoresistance）効果が発現する。例えば、センサ部５０においては、例えば、センサ部積層体５０ｓの積層方向に沿って電流を流すＣＰＰ（Current Perpendicular to Plane）−ＧＭＲ効果が用いられる。
【００６１】
このように、本実施形態においては、センサ部５０における逆磁歪現象が用いられる。これにより、高感度な検出が可能になる。逆磁歪効果を用いる場合、例えば、外部から加えられる歪に対して、下磁性層１０及び上磁性層２０の少なくともいずれかの磁性層の磁化方向が変化させられる。外部から加えられる歪の有無によって、２つの磁性層の磁化の相対的な角度が変わる。外部から加えられる歪によって電気抵抗が変わるため、センサ部５０は、歪センサとして機能する。
【００６２】
すなわち、下磁性層１０及び上磁性層２０の少なくともいずれかの磁性層の磁化方向は、応力に応じて変化する。少なくともいずれかの磁性層（応力に応じて磁化方向が変化する磁性層）の磁歪定数の絶対値は、例えば、１０−５以上に設定する。これにより、逆磁歪効果によって、外部から加えられる歪みに応じて磁化の方向が変化する。例えば、下磁性層１０及び上磁性層２０の少なくともいずれかには、Ｆｅ、Ｃｏ及びＮｉなどのような金属または、それらを含む合金などが用いられる。用いる元素や添加元素などによって、磁歪定数は大きく設定される。
【００６３】
例えば、中間層３０としてＭｇＯのような酸化物が用いられる。ＭｇＯ層上の磁性層は、一般的にプラスの磁歪定数を有する。例えば、中間層３０の上に上磁性層２０を形成する場合、上磁性層２０として、ＣｏＦｅＢ／ＣｏＦｅ／ＮｉＦｅの積層構成の磁化自由層を用いる。最上層のＮｉＦｅ層をＮｉリッチにすると、ＮｉＦｅ層の磁歪定数はマイナスでその絶対値が大きくなる。酸化物層上のプラスの磁歪が打ち消されることを抑制するために、最上層のＮｉＦｅ層のＮｉ組成は、一般的なＮｉＦｅ合金材料として知られるパーマロイの標準組成Ｎｉ８１Ｆｅ１９（ａｔｏｍｉｃ％）よりもＮｉリッチにしない。具体的には、最上層のＮｉＦｅ層におけるＮｉの比率は、８０原子パーセント（ａｔｏｍｉｃ％）未満とすることが好ましい。上磁性層２０を磁化自由層とする場合には、上磁性層２０の厚さは、例えば、１ｎｍ以上２０ｎｍ以下が好ましい。
【００６４】
上磁性層２０が磁化自由層である場合において、下磁性層１０は、磁化固定層でも磁化自由層でも良い。下磁性層１０が磁化固定層である場合、外部から歪が加えられても下磁性層１０の磁化の方向は実質的に変化しない。そして、下磁性層１０と上磁性層２０との間での相対的な磁化の角度によって電気抵抗が変化する。電気抵抗の違いによって歪が検知される。
【００６５】
下磁性層１０及び上磁性層２０の両方が磁化自由層である場合には、例えば、下磁性層１０の磁歪定数は、上磁性層２０の磁歪定数とは異なるように設定される。
【００６６】
下磁性層１０が磁化固定層である場合も磁化自由層である場合も、下磁性層１０の厚さは、例えば１ｎｍ以上２０ｎｍ以下が好ましい。
【００６７】
例えば、下磁性層１０が磁化固定層である場合、例えば、下磁性層１０には、反強磁性層／磁性層／Ｒｕ層／磁性層の積層構造を用いたシンセティックＡＦ構造などを用いることができる。反強磁性層には、例えばＩｒＭｎなどが用いられる。また、下磁性層１０が磁化固定層である場合に、反強磁性層を用いる代わりに、下磁性層１０に、ハード膜を用いる構成を適用しても良い。ハード膜には、例えば、ＣｏＰｔ及びＦｅＰｔなどが用いられる。
【００６８】
センサ部５０は、磁性層のスピンが用いられる。センサ部５０に必要な面積は、極めて小さいサイズで十分である。センサ部５０の面積は、例えば、５０ｎｍ×５０ｎｍ〜１０μｍ×１０μｍ以下程度で十分である。製造コストと十分な位置分解能とを得るという観点では、１００ｎｍ×１００ｎｍ〜５μｍ×５μｍが好ましい素子サイズである。
【００６９】
図７（ａ）〜図７（ｄ）は、第１の実施形態に係る脈波伝播速度計測装置の一部を例示する模式的斜視図である。
図７（ａ）に示した例では、センサ部５０において、下地層４１、反強磁性層４２、下磁性層１０（例えば磁化固定層）、中間層３０、上磁性層２０（例えば磁化自由層）及び保護層４３が、この順で積層されている。この構成は、例えば、ボトム型スピンバルブ膜と呼ばれる。
【００７０】
下地層４１は、例えば、下地層４１の上に積層される膜の結晶配向性を高める。下地層４１には、例えば、アモルファスのＴａなどのバッファ効果を有する材料を用いることができる。アモルファスのＴａは、例えば、形成する基板との密着性が高い。下地層４１には、これらバッファ効果を有する材料に積層して、結晶質のシード効果を有する、Ｒｕ、ＮｉＦｅ及びＣｕ等を用いることができる。これらの材料の単層または積層膜を下地層４１として用いることで、下地層４１の上に形成される層の結晶配向性を向上させることができる。アモルファスＴａ膜と、結晶質の、Ｒｕ、ＮｉＦｅ及びＣｕ等の膜と、の積層構造を採用することで、ぬれ性と結晶配向性とを両立できる。下地層４１の厚さは、例えば０．５ｎｍ以上５ｎｍ以下である。
【００７１】
保護層４３は、センサ部積層体を製造する際のダメージからセンサ部積層体を保護する。保護層４３には、例えば、Ｃｕ、Ｔａ及びＲｕ等や、それらの積層膜を用いることができる。保護層４３の厚さは、例えば１ｎｍ以上２０ｎｍ以下である。
【００７２】
図７（ｂ）に示した例では、下地層４１、反強磁性層４２、磁化固定層４４、反平行結合層４５、下磁性層１０（例えば磁化固定層）、中間層３０、上磁性層２０（例えば磁化自由層）及び保護層４３が、この順で積層されている。この構成は、例えば、ボトム型シンセティックバルブ膜と呼ばれる。この構成により、下磁性層１０（磁化固定層）の磁化の固定力を強めることができる。
【００７３】
磁化固定層４４の磁化は、反強磁性層４２からの交換結合によって、一方向に固定される。磁化固定層４４には、下磁性層１０（磁化固定層）に用いられる材料と同じ材料を用いることができる。磁化固定層４４の厚さは、下磁性層１０（磁化固定層）の磁気膜厚（飽和磁化と厚さとの積）と実質的に同じになるように設定される。磁化固定層４４の厚さは、例えば２ｎｍ以上６ｎｍ以下である。
【００７４】
反平行結合層４５は、下磁性層１０（磁化固定層）の磁化と、磁化固定層４４の磁化と、を反平行に結合させる。この構成により、反強磁性層４２からの交換結合エネルギーが一定でも、下磁性層１０（磁化固定層）の磁化の固定磁界を強めることができる。したがって、センサ部積層体５０ｓに加わる磁気ノイズに対する影響を低減できる。反平行結合層４５には、例えばＲｕ及びＩｒ等を用いることができる。反平行結合層４５の厚さは、例えば０．８ｎｍ以上１ｎｍ以下である。
【００７５】
図７（ｃ）に示した例では、下地層４１、上磁性層２０（例えば磁化自由層）、中間層３０、下磁性層１０（例えば磁化固定層）、反強磁性層４２及び保護層４３が、この順で積層されている。この構成は、例えば、トップ型スピンバルブ膜と呼ばれる。
【００７６】
図７（ｄ）に示した例では、下地層４１、上磁性層２０（例えば磁化自由層）、中間層３０、下磁性層１０（例えば磁化固定層）、反平行結合層４５、磁化固定層４４、反強磁性層４２及び保護層４３が、この順で積層される。この構成は、例えば、トップ型シンセティックスピンバルブ膜と呼ばれる。
【００７７】
トップ型スピンバルブ膜及びトップ型シンセティックスピンバルブ膜に含まれる層は、ボトム型スピンバルブ膜及びボトム型シンセティックスピンバルブ膜に含まれる層と同様であるので説明は省略する。
【００７８】
上磁性層２０の磁化を引っ張り応力と異なる方向に向けておく方法として、下磁性層１０の磁化との層間結合を用いる方法がある。中間層３０が金属の場合には３ｎｍ以下、絶縁体の場合は１．５ｎｍ以下で、上磁性層２０の磁化が下磁性層１０の磁化と平行に揃うように層間結合が働く。従って、下磁性層１０の磁化を引っ張り応力と異なる方向に固定することによって、上磁性層２０の磁化を弱いエネルギーで同じ方向に向けることが出来る。
【００７９】
上磁性層２０（磁化自由層）をスパッタ装置で成膜する際に、磁界を印加することによっても上磁性層２０の磁化を一方向に向けておくことが出来る。成膜時の磁界の方向に磁化が向きやすくなるので、引っ張り応力と異なる方向に磁界を印加しながらスパッタ法で成膜することが好ましい。
【００８０】
本実施形態においては、このようなスピンを用いたセンサ部５０が用いられる。これにより、極短距離での脈波伝播速度を計測することが可能になる。
【００８１】
本願発明者の検討によると、極短距離での計測の場合、例えば、人体の脈波伝播速度においては、２μｓ（マイクロ秒）と数ｍｍ程度の位置分解能とが必要である。このような時間分解能と、位置分解能と、の２つの観点で、既存のセンサ部の性能は十分ではない。本実施形態においては、上記のようなスピンを用いたセンサ部５０を用いることで、時間分解能及び位置分解能の点で十分な性能を発揮できる。例えば、本実施形態に係るセンサ部５０を用いることで、数百ＭＨｚ程度の時間分解能が得られる。また、センサ部５０の位置分解能は、前述のような素子サイズで規定されるので、最小で１０ｎｍ程度である。実質的には、動脈血管２１０の血流の歪を直接測定しているわけではなく、動脈血管２１０及び皮膚２３１を介して歪を測定しているため、それらの間接材料の影響がある。このため、素子サイズの大きさを極限まで小さくしても、そのときの素子サイズが位置分解能になるわけではない。
【００８２】
図８は、第１の実施形態に係る脈波伝播速度計測装置の動作状態を例示する模式的斜視図である。
図８に表したように、第１センサ部５０ａと第２センサ部５０ｂとが、被験者の体２３０の皮膚２３１の下の動脈血管２１０に対向して配置される。そして、動脈血管２１０の中を流れる血液２２０の脈波をこれらのセンサ部５０で検知する。
【００８３】
図９は、第１の実施形態に係る脈波伝播速度計測装置の動作を例示するグラフ図である。
図９の横軸は時間ｔである。縦軸はセンサ部５０で検知された歪値Ｙである。
図９に表したように、例えば、第１センサ部５０ａで得られる歪値Ｙに関する第１信号５０ｓａの例えばピーク値を示す時刻ｔ１は、第２センサ部５０ｂで得られる歪値Ｙに関する第２信号５０ｓｂの例えばピーク値を示す時刻ｔ２と異なる。
【００８４】
例えば、第１センサ部５０ａによる脈波の検知の時刻を時刻ｔ１とする。第２センサ部５０ｂによる脈波の検知の時刻を時刻ｔ２とする。演算部７０は、時刻ｔ１と時刻ｔ２との間の時間（センサ部５０間の信号伝播遅れ時間ΔＴ）を求める。この信号伝搬遅れ時間ΔＴから脈波伝播速度を求めることができる。
【００８５】
実施形態においては、極短距離（例えば、センサ部５０どうしの距離ｄが１ｃｍなど）での計測により、実質的に１箇所で測定可能である。これにより測定の際煩雑さがなくなる。その一方で、極短距離での計測においては、脈波の検出の時間差は極めて短い。このため、第１信号５０ｓａの波形は、第２信号５０ｓｂの波形とほとんど一致してしまう。第１信号５０ｓａ及び第２信号５０ｓｂから正確に脈波伝播速度を算出するために、例えば、自己相関信号処理を行う。これにより、正確に脈波伝播速度を算出することができる。第１信号５０ｓａの波形は、第２信号５０ｓｂの波形と殆ど同じであり、時間的に少しのズレがあるだけである。自己相関信号処理を行うことで、このような波形のずれ量を高い精度で検出することができる。
【００８６】
図１０は、第１の実施形態に係る脈波伝播速度計測装置の動作を例示するフローチャート図である。
図１０は、自己相関信号処理の例を表している。
図１０に表したように、第１センサ部５０ａと第２センサ部５０ｂとで、脈波に応じた歪値Ｙを検知する（ステップＳ１１０）。すなわち、第１測定点（位置＝ｘ）と、第２測定点（位置＝ｘ＋ｄ）と、におけるセンサ部５０の歪値Ｙを求める。具体的には、第１センサ部５０ａで第１歪値Ｙ１を求め、第２センサ部５０ｂで第２歪値Ｙ２を求める。
【００８７】
この結果から、それぞれの測定点における圧力値、すなわち、以下の第１圧力値Ｐ１（ｘ）及び第２圧力値Ｐ２（ｘ＋ｄ）を導出する（ステップＳ１２０）。
Ｐ１（ｘ）＝ａＹ１、
Ｐ２（ｘ＋ｄ）＝ａＹ２
ここで、ａは、ひずみ値から圧力値への変換係数である。演算は、一般的にマトリックス計算となる。
【００８８】
血圧Ｐとして、この２点の圧力値（第１圧力値Ｐ１（ｘ）及び第２圧力値Ｐ２（ｘ＋ｄ））の平均値を求める（ステップＳ１３０）。
【００８９】
なお、血流速度（脈波伝播速度）を求めるだけの場合は、圧力値に変換しても変換しなくてよい。この場合は、得られた歪値Ｙの時間遅れだけを検出する。
【００９０】
時間遅れτに関して、遅れ時間ΔＴが同定できるまで相互相関値Ｉを算出する。すなわち、第１歪値Ｙ１及び第２歪値Ｙ２を比較するときに、時間ｔをずらして比較したそれぞれの値を算出する。具体的な演算は、平均化処理も加えて、それぞれの時間ｔに対して以下の式となる。
【００９１】
【数１】
ここで、Ｎは、総測定回数である。２点間の測定位置で信号の到達速度が確定するまで、すなわち、Ｉ１，２（τ）が最も大きいτが確定するまで、測定を繰り返す（ステップＳ１４０）。
【００９２】
この結果により得られたτが、遅れ時間ΔＴとなる。すなわち、遅れ時間ΔＴを決定する（ステップＳ１５０）。
【００９３】
さらに、血流速度（脈波伝播速度）Ｖを、ｄ／ΔＴにより算出する（ステップＳ１６０）で求める。
【００９４】
図１１は、第１の実施形態に係る脈波伝播速度計測装置の動作を例示するグラフ図である。
図１１の横軸は時間ｔである。縦軸は、第１信号５０ｓａと第２信号５０ｓｂとの歪値Ｙ（第１歪値Ｙ１及び第２歪値Ｙ２）を求める。第１の相互相関値Ｉである。
【００９５】
このように、相互相関値Ｉは、ずらした時間ｔが遅れ時間ΔＴのときに最大になる。このようにして、遅れ時間ΔＴを求めることができる。
【００９６】
このような相互相関処理は、例えば、演算部７０において実施することができる。すなわち、演算部７０における検知の時刻の差の導出は、第１センサ部５０ａによる脈波の検知の信号（第１信号５０ｓａ）と、第２センサ部５０ｂによる脈波の検知の信号（第２信号５０ｓｂ）と、を自己相関信号処理することを含むことができる。
【００９７】
図１２は、第１の実施形態に係る別の脈波伝播速度計測装置の構成を例示する模式的断面図である。
この図では、計測センサ３１０の部分だけを図示しており、演算部７０は省略している。
図１２に表したように、本実施形態に係る脈波伝播速度計測装置４１１においては、第１センサ部５０ａ及び第２センサ部５０ｂは、ダイアフラムをさらに含む。すなわち、第１センサ部５０ａは、第１センサ部５０ａのセンサ部積層体５０ｓに接続された第１ダイアフラム５０Ｄａを有する。第２センサ部５０ｂは、第１センサ部５０ｂのセンサ部積層体５０ｓに接続された第２ダイアフラム５０Ｄｂを有する。
【００９８】
この例では、第１ダイアフラム５０Ｄａは、基体６０上に設けられた第１支持体５０Ｈａの上に設けられている。第２ダイアフラム５０Ｄｂは、基体６０上に設けられた第２支持体５０Ｈｂの上に設けられている。第１ダイアフラム５０Ｄａ及び第２ダイアフラム５０Ｄｂは、基体６０と離間しており、動くことができる。これにより脈波を圧力で受けることができ、検知の感度が向上する。
【００９９】
図１３は、第１の実施形態に係る別の脈波伝播速度計測装置の構成を例示する模式的断面図である。
この図では、計測センサ３１０の部分だけを図示しており、演算部７０は省略している。
図１３に表したように、本実施形態に係る脈波伝播速度計測装置４１２においては、基体６０は、粘着層６１を有する。粘着層６１により、計測センサ３１０を被験者の体２３０へ固定する。これにより、より便利になる。
【０１００】
図１４は、第１の実施形態に係る別の脈波伝播速度計測装置の構成を例示する模式図である。
図１４に表したように、本実施形態に係る脈波伝播速度計測装置４１３においては、基体６０として、柔らかいフィルムが用いられている。そのフィルム上に２つ以上のセンサ部５０が設けられている。この例では、センサ部５０の近傍に演算部７０が設けられている。センサ部５０及び演算部７０の周囲のフィルム上に粘着層６１が設けられている。脈波伝播速度計測装置４１３を使用する前には、粘着層６１はセパレータフィルム６３で覆われている。使用するときに、セパレータフィルム６３を剥がして、粘着層６１によって、脈波伝播速度計測装置４１３を体２３０に付着させる。基体６０として柔らかいフィルムを用いることで、使用者によって違和感が少なくなる。脈波伝播速度計測装置４１３は、例えば、絆創膏のように体２３０に貼り付けることができる。これにより、日常生活をしながらの連続的な測定がより容易になる。この例において、演算部７０は、基体６０とは別に設けても良い。
【０１０１】
図１５（ａ）〜図１５（ｄ）は、第１の実施形態に係る別の脈波伝播速度計測装置の構成及び使用状態を例示する模式図である。
図１５（ａ）は、本実施形態に係る脈波伝播速度計測装置４１４の構成を例示する模式的分解斜視図である。図１５（ｂ）は、脈波伝播速度計測装置４１４の使用状態を表す模式図である。図１５（ｃ）及び図１５（ｄ）は、脈波伝播速度計測装置４１４の使用状態を表す模式的断面図である。
【０１０２】
図１５（ａ）に表したように、脈波伝播速度計測装置４１３は、４つのセンサ部５０を有する。例えば、計測センサ３１０を体２３０に付着させるときの不具合などにより、例えば１つのセンサ部５０が動脈血管２１０の脈波を検知し難い場合が生じる。このとき、３つ以上のセンサ部５０を設けることで、このような場合においても、それ以外のセンサ部５０で脈波を検知できるため、所望の動作を実施し易くなる。
【０１０３】
この例では、センサ部５０の周囲にスペーサ６３が設けられている。スペーサ６３は、例えば柔らかいゴム製であり、厚さは例えば約０．５ｍｍである。このようなスペーサ６３を設けることで、使用者の違和感を低減することができる。スペーサ６３を必要に応じて設けられ省略しても良い。
【０１０４】
図１５（ｂ）に表したように、計測センサ３１０は、体２３０（例えば手首など）に付着させる。計測センサ３１０のサイズは、例えば約２０ｍｍ×約２０ｍｍである。
【０１０５】
図１５（ｃ）に表したように、基体６０が柔らかい場合は、基体６０が、体２３０（例えば手首）の形状に沿って曲がる。ただし、図１５（ｄ）に表したように、基体６０の剛性が比較的高く、基体６０は実質的に平面状を維持しても良い。
【０１０６】
図１６は、第１の実施形態に係る別の脈波伝播速度計測装置の構成を例示する模式的断面図である。
図１６に表したように、本実施形態に係る脈波伝播速度計測装置４１５においては、演算部７０が、基体６０上に設けられている。これにより、装置がより小型化できより、便利になる。
【０１０７】
（第２の実施形態）
本実施形態は、脈波伝播速度計測方法に係る。
図１７は、第２の実施形態に係る脈波伝播速度計測方法を例示するフローチャート図である。
図１７に表したように、本測定方法では、基体６０と、基体６０に保持された第１センサ部５０ａと、第１センサ部５０ａと離間して基体６０に保持され第１センサ部５０ａとの距離が基体６０により規定された第２センサ部５０ｂと、を有する計測センサ３１０を、被検体に接触させてその被検体が有する管（例えば動脈血管２１０）の内部を伝播する脈波を第１センサ部５０ａと第２センサ部５０ｂとで検知する（ステップ２１０）。
【０１０８】
本測定方法では、第１センサ部５０ａによる脈波の検知の時刻ｔ１と、第２センサ部５０ｂによる脈波の検知の時刻ｔ２と、の差に基づいて脈波伝播速度を導出する。
例えば、図１０に関して説明した処理を実施する。
【０１０９】
これにより、局所的な計測範囲で脈波伝播速度を計測できる脈波伝播速度計測方法が提供できる。
【０１１０】
上記の第１及び第２の実施形態において、センサ部５０は、管の内部を伝播する脈波を検知する。上記の例では、この管が血管である場合として説明したが、実施形態はこれに限らない。例えば、センサ部５０は、リンパ管の内部を伝播する脈波を検知しても良い。実施形態は、生物（動植物など）が有する、脈波が伝達する任意の管に適用できる。また、実施形態は、非生物に設けられる、脈波が伝達する任意の管に適用できる。
【０１１１】
実施形態によれば、局所的な計測範囲で脈波伝播速度を計測できる脈波伝播速度計測装置及び脈波伝播速度計測方法が提供される。
【０１１２】
以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明の実施形態は、これらの具体例に限定されるものではない。例えば、脈波伝播速度計測装置に含まれる第１センサ部、第２センサ部、基体、演算部、第１〜第４強磁性層、第１、第２中間層、ダイアフラム及び粘着層などの各要素の具体的な構成に関しては、当業者が公知の範囲から適宜選択することにより本発明を同様に実施し、同様の効果を得ることができる限り、本発明の範囲に包含される。
【０１１３】
また、各具体例のいずれか２つ以上の要素を技術的に可能な範囲で組み合わせたものも、本発明の要旨を包含する限り本発明の範囲に含まれる。
【０１１４】
その他、本発明の実施の形態として上述した脈波伝播速度計測装置及び脈波伝播速度計測方法を基にして、当業者が適宜設計変更して実施し得る全ての脈波伝播速度計測装置及び脈波伝播速度計測方法も、本発明の要旨を包含する限り、本発明の範囲に属する。
【０１１５】
その他、本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の範囲に属するものと了解される。
【０１１６】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【０１１７】
１０…下磁性層、 １０ａ…第１強磁性層、 １０ｂ…第３強磁性層、 ２０…上磁性層、 ２０ａ…第２強磁性層、 ２０ｂ…第４強磁性層、 ３０…中間層、 ３０ａ…第１中間層、 ３０ｂ…第２中間層、 ４１…下地層、 ４２…反強磁性層、 ４３…保護層、 ４４…磁化固定層、 ４５…反平行結合層、 ５０…センサ部、 ５０Ｄａ、５０Ｄｂ…第１及び第２ダイアフラム、 ５０Ｈａ、５０Ｈｂ…第１及び第２支持体、 ５０ａ、５０ｂ…第１及び第２センサ部、 ５０ｓ…センサ部積層体、 ５０ｓａ、５０ｓｂ…第１及び第２信号、 ５１…下電極、 ５１ａ…第１電極、 ５１ｂ…第３電極、 ５２…上電極、 ５２ａ…第２電極、 ５２ｂ…第４電極、 ６０…基体、 ６１…粘着層、 ６２…セパレータフィルム、 ６３…スペーサ、 ７０…演算部、 ７０ｓ…演算結果、 ２１０…動脈血管（管）、 ２２０…血液、 ２３０…体、 ２３１…皮膚、 ３１０、３１１…センサ、 ４１０〜４１３…脈波伝播速度計測装置、 ΔＴ…遅れ時間、 Ｙ…歪値、 ｄ…距離、 ｔ…時間、 ｔ１、ｔ２…時刻
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、脈波伝播速度計測装置及び脈波伝播速度計測方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
血圧などの測定のために、例えば、脈波伝播速度（ＰＷＶ：pulse wave velocity)を測定することが行われる。この方法では、例えば、心臓の近傍の測定点と、心臓から離れた例えば手首などの測定点と、における脈波の測定時刻の差から、ＰＷＶを求める。この例では、大きく離れた２つの測定点から配線が延びるため、被検者は煩雑さを感じる。また、装置の小型化は困難であり、日常生活をしながらの連続的な測定も困難である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−３２１２５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の実施形態は、局所的な計測範囲で脈波伝播速度を計測できる脈波伝播速度計測装置及び脈波伝播速度計測方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の実施形態によれば、第１センサ部と、第２センサ部と、基体と、演算部と、を含む脈波伝播速度計測装置が提供される。前記第１センサ部は、管の内部を伝播する脈波を検知する。前記第２センサ部は、前記第１センサ部と離間し前記脈波を検知する。前記基体は、前記第１センサ部と前記第２センサ部とを保持し前記第１センサ部と前記第２センサ部との間の距離を規定する。前記演算部は、前記第１センサ部による前記脈波の前記検知の時刻と、前記第２センサ部による前記脈波の前記検知の時刻と、の差を導出する。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】第１の実施形態に係る脈波伝播速度計測装置を示す模式図である。
【図２】第１の実施形態に係る脈波伝播速度計測装置の使用状態を示す模式図である。
【図３】第１の実施形態に係る脈波伝播速度計測装置の使用状態を示す模式図である。
【図４】図４（ａ）及び図４（ｂ）は、第１の実施形態に係る脈波伝播速度計測装置の動作を示す模式的断面図である。
【図５】第１の実施形態に係る脈波伝播速度計測装置を示す模式図である。
【図６】図６（ａ）〜図６（ｃ）は、第１の実施形態に係る脈波伝播速度計測装置の動作を示す模式的斜視部である。
【図７】図７（ａ）〜図７（ｄ）は、第１の実施形態に係る脈波伝播速度計測装置の一部を示す模式的斜視図である。
【図８】第１の実施形態に係る脈波伝播速度計測装置の動作状態を示す模式的斜視図である。
【図９】第１の実施形態に係る脈波伝播速度計測装置の動作を示すグラフ図である。
【図１０】第１の実施形態に係る脈波伝播速度計測装置の動作を示すフローチャート図である。
【図１１】第１の実施形態に係る脈波伝播速度計測装置の動作を示すグラフ図である。
【図１２】第１の実施形態に係る別の脈波伝播速度計測装置を示す模式的断面図である。
【図１３】第１の実施形態に係る別の脈波伝播速度計測装置を示す模式的断面図である。
【図１４】第１の実施形態に係る別の脈波伝播速度計測装置を示す模式図である。
【図１５】図１５（ａ）〜図１５（ｄ）は、第１の実施形態に係る別の脈波伝播速度計測装置の構成及び使用状態を示す模式図である。
【図１６】第１の実施形態に係る別の脈波伝播速度計測装置を示す模式的断面図である。
【図１７】第２の実施形態に係る脈波伝播速度計測方法を示すフローチャート図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下に、各実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
なお、図面は模式的または概念的なものであり、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
なお、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
【０００８】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る脈波伝播速度計測装置の構成を例示する模式図である。 図１に表したように、本実施形態に係る脈波伝播速度計測装置４１０は、第１センサ部５０ａと、第２センサ部５０ｂと、基体６０と、演算部７０と、を含む。
【０００９】
第１センサ部５０ａは、管（例えば血管）の内部を伝播する脈波を検知する。第２センサ部５０ｂは、第１センサ部５０ａと離間している。第２センサ部５０ｂも、その脈波を検知する。第１センサ部５０ａは、例えば、管の内部を伝播する脈波による歪を検知する。第２センサ部５０ｂは、例えば、その脈波による歪を検知する。
【００１０】
基体６０は、第１センサ部５０ａと第２センサ部５０ｂとを保持する。基体６０は、第１センサ部５０ａと第２センサ部５０ｂとの間の距離ｄを規定する。
【００１１】
基体６０には、例えば、第１センサ部５０ａ及び第２センサ部５０ｂを製造する際に用いられる基板（例えばシリコン基板など）を用いることができる。また、基体６０には、例えば、第１センサ部５０ａ及び第２センサ部５０ｂを実装するためのプリント基板などを用いることができる。基体６０には、プラスチック基板などを用いることもでき、基体６０は可撓性を有していても良い。
【００１２】
第１センサ部５０ａから第２センサ部５０ｂに向かう方向を第１方向とする。本願明細書においては、第１センサ部５０ａと第２センサ部５０ｂとの間の距離ｄは、便宜的に、第１方向に沿った第１センサ部５０ａの中心と、第１方向に沿った第２センサ部５０ｂの中心と、の間の距離とする。
【００１３】
基体６０は、第１センサ部５０ａと第２センサ部５０ｂとの間の距離ｄが実質的に一定になるように、第１センサ部５０ａと第２センサ部５０ｂとを保持する。基体６０が可撓性を有している場合も、基体６０は、第１センサ部５０ａと第２センサ部５０ｂとの間の距離ｄを実質的に一定に規定している。
【００１４】
第１センサ部５０ａ、第２センサ部５０ｂ及び基体６０は一体的である。本実施形態に係る計測センサ３１０は、第１センサ部５０ａ、第２センサ部５０ｂ及び基体６０を含むものとする。
【００１５】
本実施形態に係る計測センサ３１０は、管の内部を伝播する脈波による歪を検知する第１センサ部５０ａと、第１センサ部５０ａと離間し脈波による歪を検知する第２センサ部５０ｂと、第１センサ部５０ａと第２センサ部５０ａとを保持し第１センサ部５０ａと第２センサ部５０ｂとの間の距離を規定する基体６０と、を含む。
【００１６】
また、説明を簡単にするために、第１センサ部５０ａ及び第２センサ部５０ｂを合わせてセンサ部５０と呼ぶ場合がある。
【００１７】
演算部７０は、第１センサ部５０ａによる脈波の検知の時刻と、第２センサ部５０ｂによる脈波の検知の時刻と、の差を導出する。
【００１８】
本実施形態においては、１つの基体６０に２つ以上のセンサ部５０が設けられる。このため、実質的に１箇所で脈波が検出される。本実施形態によれば、局所的な計測範囲で脈波伝播速度を計測できる脈波伝播速度計測装置が提供できる。
【００１９】
距離ｄは、１ｍｍ以上５ｃｍ以下である。距離ｄは、５ｍｍ以上２ｃｍ以下であることがさらに好ましい。測定するときに、実質的に一体ものとして扱うためには、この程度の小さいサイズが好ましいからである。
【００２０】
図２は、第１の実施形態に係る脈波伝播速度計測装置の使用状態を例示する模式図である。
図２においては、計測センサ３１０が図示されているが、演算部７０は省略されている。
【００２１】
図３に表したように、計測センサ３１０は、例えば手首に接触して装着される。手首の動脈血管２１０（管）に対向して第１センサ部５０ａ及び第２センサ部５０ｂが配置される。動脈血管２１０の中には、血液２２０（液体）が流れる。血液２２０の流れは、脈波による流れである。
【００２２】
距離ｄを小さく（例えば５ｃｍ以下）に設定することで、実質的に１箇所の測定点で、脈波を検出することができる。
【００２３】
計測センサ３１０は、手首だけでなく、種々の位置に配置できる。計測センサ３１０は、例えば血圧測定部位に配置される。例えば、計測センサ３１０は、皮膚表面に、例えば粘着剤などにより、付着される。計測センサ３１０は、皮膚上に接するように配置される。計測センサ３１０は、例えば、皮膚の表面の近傍に動脈血管２１０が存在しているような皮膚の上に配置される。例えば、計測センサ３１０が配置される部位は、被検者の体の表面から脈動を検知できる部位である。
【００２４】
この部位（および体表下にある動脈）は、例えば、以下の通りである。内側上腕二頭筋溝（上腕動脈）、前腕外側下端で橈側手根屈筋腱と腕橈骨筋腱との間（橈骨動脈）、前腕内側下端で尺側手根屈筋腱と浅指屈筋腱との間（尺骨動脈）、長母指伸筋腱の尺側（第１背側中手動脈）、腋窩（腋窩動脈）、大腿三角部（大腿動脈）、下腿前面の下部で前脛骨筋腱の外側（前脛骨動脈）、内果の後下部（後脛骨動脈）、長母指伸筋腱の外側（足背動脈）、頚動脈三角（総頚動脈）、咬筋停止部の前（顔面動脈）、胸鎖乳突筋停止部の後ろで僧帽筋起始部との間（後頭動脈）、外耳孔の前（浅側頭動脈）。計測センサ３１０は、例えば、このような部位に配置される。
【００２５】
これに対して、例えば、従来のＰＷＶの測定においては、心臓の近傍の測定点と、心臓から離れた例えば手首などの測定点と、が用いられる。このため、煩雑さがあり、装置の小型化が困難である。さらに、日常生活をしながらの連続的な測定も困難である。また、血管をモデル化して血圧を算出しているが、実際には心臓と腕などの２点間において血管は単一モデルで扱うことはできない。このため、測定誤差が大きい。例えば、１０ｍｍＨｇ程度の誤差がある。
【００２６】
本願発明者は、このように、大きく離れた２つ測定点で測定することは煩雑なため使い難く、また、測定精度が低いことに着目した。人間の感覚として実質的に１点と感じられる測定箇所で、高い精度でＰＷＶを測定することを新たな課題として見出した。
【００２７】
本実施形態においては、大きく離れた２つの測定点での測定ではなく、局所的な計測範囲で測定を行う。局所的な計測範囲で脈波伝播速度を計測できることから、被検者が感じる煩雑さが著しく低減できる。また、装置が小型化できる。さらに、日常生活をしながらの連続的な測定も容易になる。そして、局所的な計測であるため、血管は単一モデルとして扱うことができ、高い測定精度が得られる。
【００２８】
図３は、第１の実施形態に係る脈波伝播速度計測装置の使用状態を例示する模式図である。
図３に表したように、被験者の体２３０の皮膚２３１の下に動脈血管２１０がある。動脈血管２１０の中を血液２２０が流れる。動脈血管２１０の脈波を局所的に配置された第１センサ部５０ａ及び第２センサ部５０ｂで検知する。第１センサ部５０ａにおける脈波の検知信号（第１信号５０ｓａ）と、第２センサ部５０ｂにおける脈波の検知信号（第２信号５０ｓｂ）と、が、演算部７０に供給される。演算部７０は、それらの信号に基づいて、第１センサ部５０ａによる脈波の検知の時刻と、第２センサ部５０ｂによる脈波の検知の時刻と、の差を導出する。さらに、演算部７０では、その時刻の差と、距離ｄと、からＰＷＶを求めることができる。演算部７０は、演算結果７０ｓ（例えば、時刻の差、及び、ＰＷＶの少なくともいずれか）を出力する。
脈波伝播速度計測装置４１０によれば、局所的な計測範囲で脈波伝播速度を計測できる。
【００２９】
第１センサ部５０ａ及び第２センサ部５０ｂと、演算部７０と、は、例えば、有線または無線（電波信号または光信号による通信を含む）で接続される。例えば、第１センサ部５０ａの第１信号５０ｓａ及び第２センサ部５０ｂの第２信号５０ｓｂは、配線などで、演算部７０に供給される。また、例えば、基体６０上に無線送信回路が設けられ、第１信号５０ｓａ及び第２信号５０ｓｂは、その無線送信回路によって、演算部７０に供給されても良い。
【００３０】
図４（ａ）及び図４（ｂ）は、第１の実施形態に係る脈波伝播速度計測装置の動作を例示する模式的断面図である。
図４（ａ）は、動脈血管２１０の収縮を例示している。図４（ｂ）は、測定時のセンサ部５０の状態を例示している。
【００３１】
図４（ａ）に表したように、動脈血管２１０内を血液２２０が脈波により流れることで、動脈血管２１０が径方向に対して伸縮して血圧が作用する。
【００３２】
図４（ｂ）に表したように、動脈血管２１０が径方向に対して拡張すると、皮膚２３１が押し上げられる。このとき、血圧が働く方向に対して垂直方向に皮膚２３１は、引っ張り応力を受ける。それと同時に、センサ部５０にも引っ張り応力が一定の方向に働く。
【００３３】
後述するように、センサ部５０に電流が流される。センサ部５０に加わる引っ張り応力に応じて、センサ部５０の電気抵抗が変化する。これに基づいて、センサ部５０により、脈波が検出される。
【００３４】
以下、センサ部５０の構成の１つの例について説明し、その動作について説明する。
図５は、第１の実施形態に係る脈波伝播速度計測装置の構成を例示する模式図である。 図５は、本実施形態に係る計測センサ３１０の１つの例である計測センサ３１１の断面の構成を例示している。
図５に表したように、第１センサ部５０ａは、第１強磁性層１０ａと、第２強磁性層２０ａと、第１強磁性層１０ａと第２強磁性層２０ａとの間に設けられた非磁性の第１中間層３０ａと、を含む。第２センサ部５０ｂは、第３強磁性層１０ｂと、第４強磁性層２０ｂと、第３強磁性層１０ｂと第４強磁性層２０ｂとの間に設けられた非磁性の第２中間層３０ｂと、を含む。
【００３５】
例えば、第３強磁性層１０ｂには、第１強磁性層１０ａに用いられる材料と同じ材料を用いることができる。例えば、第４強磁性層２０ｂには、第３強磁性層２０ａに用いられる材料と同じ材料を用いることができる。例えば、第２中間層３０ｂには、第１中間層３０ａに用いられる材料と同じ材料を用いることができる。この例では、第３強磁性層１０ｂは、第１強磁性層１０ａと同層である。第４強磁性層２０ｂは、第２強磁性層２０ａと同層である。第２中間層３０ｂは、第１中間層３０ａと同層である。
【００３６】
第１センサ部５０ａは、第１電極５１ａと第２電極５２ａとをさらに含むことができる。第１電極５１ａと第２電極５２ａとの間に第１強磁性層１０ａが配置され、第１強磁性層１０ａと第２電極５２ａとの間に第２強磁性層２０ａが配置される。
【００３７】
第２センサ部５０ｂは、第３電極５１ｂと第４電極５２ｂとをさらに含むことができる。第３電極５１ｂと第４電極５２ｂとの間に第３強磁性層１０ｂが配置され、第３強磁性層１０ｂと第４電極５２ｂとの間に第４強磁性層２０ｂが配置される。
【００３８】
以下では、説明を簡単にするために、第１強磁性層１０ａ及び第３強磁性層１０ｂを、便宜的に下磁性層１０と言うことにする。第２強磁性層２０ａ及び第４強磁性層２０ｂを、便宜的に上磁性層２０と言うことにする。第１中間層３０ａ及び第２中間層３０ｂを、便宜的に中間層３０と言うことにする。また、下磁性層１０、中間層３０及び上磁性層２０を、適宜、センサ部積層体５０ｓと言うことにする。第１電極５１ａ及び第３電極５１ｂを、便宜的に下電極５１と言うことにする。第２電極５２ａ及び第４電極５２ｂを、便宜的に上電極５２と言うことにする。
【００３９】
上記において、「上」及び「下」に関して、基体６０との相対的な上下関係は任意である。例えば、基体６０の上に「上磁性層２０」が配置され、その上に中間層３０が配置され、その上に「下磁性層１０」が配置されていても良い。
【００４０】
センサ部５０において、例えば、下磁性層１０及び上磁性層２０のいずれか一方は、磁化自由層である。下磁性層１０及び上磁性層２０のいずれか他方は、例えば、磁化固定層である。ただし、後述するように、下磁性層１０及び上磁性層２０の両方が磁化自由層でも良い。
【００４１】
以下では、センサ部５０の動作の例について、下磁性層１０が磁化固定層であり、上磁性層２０が磁化自由層である場合について説明する。センサ部５０においては、強磁性体が有する「逆磁歪効果」と、センサ部積層体５０ｓで発現する「ＭＲ効果」と、が利用される。
【００４２】
「ＭＲ効果」は、センサ部積層体５０ｓに電流を流すことで、磁化の向きの相対角度の変化を電気抵抗変化として読み取ることで発現する。既に説明したように、脈波によりセンサ部５０に引っ張り応力が加わる。上磁性層２０（磁化自由層）の磁化の向きと、上磁性層２０に加わる引っ張り応力の方向と、が異なるときに、逆磁歪効果によりＭＲ効果が発現する。ＭＲ効果によって変化する電気抵抗の変化量は、「ＭＲ変化量」である。抵抗変化量ΔＲを、最小抵抗値Ｒで除した値、すなわち、ΔＲ／Ｒを「ＭＲ変化率」という。
【００４３】
図６（ａ）〜図６（ｃ）は、第１の実施形態に係る脈波伝播速度計測装置の動作を例示する模式的斜視部である。
これらの図は、センサ部５０のセンサ部積層体５０ｓにおける磁化の方向と、引っ張り応力の方向と、の関係を例示している。
【００４４】
図６（ａ）は、引っ張り応力が印加されていない状態を示す。このとき、この例では、下磁性層１０（磁化固定層）の磁化の向きは、上磁性層２０（磁化自由層）の磁化の向きと、同じである。
【００４５】
図６（ｂ）は、引っ張り応力が印加された状態を示している。この例では、Ｘ軸方向に沿って引っ張り応力が印加されている。このとき、引っ張り応力の方向と同じ方向になるように、上磁性層２０（磁化自由層）の磁化が回転する。これを「逆磁歪効果」という。このとき、下磁性層１０（磁化固定層）の磁化は固定されている。上磁性層２０（磁化自由層）の磁化が回転することで、下磁性層１０（磁化固定層）の磁化の向きと、上磁性層２０（磁化自由層）の磁化の向きと、の相対角度が変化する。
【００４６】
この図には、下磁性層１０（磁化固定層）の磁化の方向が一例として図示されており、磁化の方向は、この図に示した方向でなくても良い。
【００４７】
逆磁歪効果においては、強磁性体の磁歪定数の符号によって磁化の容易軸が変化する。大きな逆磁歪効果を示す多くの材料は、磁歪定数が正の符号を持つ。磁歪定数が正の符号である場合には、上述のように引っ張り応力が加わる方向が磁化容易軸となる。このときには、上記のように、上磁性層２０（磁化自由層）の磁化は、磁化容易軸の方向に回転する。
【００４８】
例えば、上磁性層２０（磁化自由層）の磁歪定数が正である場合には、上磁性層２０（磁化自由層）の磁化の方向は、引っ張り応力が加わる方向とは異なる方向に設定する。
【００４９】
一方、磁歪定数が負である場合には、引っ張り応力が加わる方向に垂直な方向が磁化容易軸となる。
図６（ｃ）は、磁歪定数が負である場合の状態を例示している。この場合には、上磁性層２０（磁化自由層）の磁化の方向は、引っ張り応力が加わる方向（この例ではＸ軸方向）に対して垂直な方向とは異なる方向に設定する。
この図には、下磁性層１０（磁化固定層）の磁化の方向が一例として図示されており、磁化の方向は、この図に示した方向でなくても良い。
【００５０】
下磁性層１０の磁化と上磁性層２０の磁化との間の角度に応じて、センサ部積層体５０ｓの電気抵抗が、例えば、ＭＲ効果によって変化する。
【００５１】
このように、第１センサ部５０ａ及び第２センサ部５０ｂの電気抵抗は、脈波により第１センサ部５０ａ及び第２センサ部５０ｂに加えられる応力に応じた逆磁歪効果により生じる磁化方向の変化によって変化する。
【００５２】
磁歪定数（λｓ）は、外部磁界を印加して強磁性層をある方向に飽和磁化させたときの形状変化の大きさを示す。外部磁界がない状態で長さＬであるときに、外部磁界が印加されたときにΔＬだけ変化したとすると、磁歪定数λｓは、ΔＬ／Ｌで表される。この変化量は外部磁界の大きさによって変わるが、磁歪定数λｓは、十分な外部磁界が印加され、磁化が飽和された状態のΔＬ／Ｌとしてあらわす。
【００５３】
以下、下磁性層１０（第１強磁性層１０ａ及び第３強磁性層１０ｂ）、上磁性層２０（第２強磁性層２０ａ及び第４強磁性層２０ｂ）、中間層３０（第１中間層３０ａ及び第２中間層３０ｂ）、下電極５１（第１電極５１ａ及び第３電極５１ｂ）、及び、上電極５２（第２電極５２ａ及び第４電極５２ｂ）の構成の例について説明する。
【００５４】
例えば、下磁性層１０が磁化固定層である場合、下磁性層１０には、例えば、ＣｏＦｅ合金、ＣｏＦｅＢ合金及びＮｉＦｅ合金等を用いることができる。下磁性層１０の厚さは、例えば２ナノメートル（ｎｍ）以上６ｎｍ以下である。
【００５５】
中間層３０には、金属または絶縁体を用いることができる。金属としては、例えば、Ｃｕ、Ａｕ及びＡｇ等を用いることができる。金属の場合、中間層３０の厚さは、例えば１ｎｍ以上７ｎｍ以下である。絶縁体としては、例えば、マグネシウム酸化物（ＭｇＯ等）、アルミ酸化物（Ａｌ２Ｏ３等）、チタン酸化物（ＴｉＯ等）、及び、亜鉛酸化物（ＺｎＯ等）を用いることができる。絶縁体の場合、中間層３０に厚さは、例えば０．６ｎｍ以上２．５ｎｍ以下である。
【００５６】
また、中間層３０には、上記のような絶縁体の層の一部に、その層を貫通するナノオーダーの金属電流パスが多数ある、ＣＣＰ（Current-Confined-Path）中間層の構成を用いても良い。具体的には、アルミ酸化物（Ａｌ２Ｏ３等）の一部に、Ｃｕ，Ａｕ，Ａｇ，Ｎｉ，Ｆｅ，Ｃｏなどを含むナノ電流パス構造が形成された場合などである。このときの中間層３０の厚さは、例えば１ｎｍ以上３ｎｍ以下である。また、ナノ電流パスの直径は、０．５ｎｍ以上１０ｎｍ以下である。より具体的には、１ｎｍ以上７ｎｍ以下である。
【００５７】
上磁性層２０が磁化自由層である場合、上磁性層２０には、例えば、ＦｅＣｏ合金、及び、ＮｉＦｅ合金等を用いることができる。この他、第２強磁性層２０には、Ｆｅ−Ｃｏ−Ｓｉ−Ｂ合金、λｓ＞１００ｐｐｍを示すＴｂ−Ｍ−Ｆｅ合金（Ｍは、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ）、Ｔｂ−Ｍ１−Ｆｅ−Ｍ２合金（Ｍ１は、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｍ２は、Ｔｉ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｃｏ，Ｃｕ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｗ，Ｔａ）、Ｆｅ−Ｍ３−Ｍ４−Ｂ合金（Ｍ３は、Ｔｉ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｃｏ，Ｃｕ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｗ，Ｔａ、Ｍ４は、Ｃｅ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｓｍ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｅｒ）、Ｎｉ、Ａｌ−Ｆｅやフェライト（Ｆｅ３Ｏ４、（ＦｅＣｏ）３Ｏ４）など）等を用いることができる。上磁性層２０の厚さは、例えば２ｎｍ以上である。
【００５８】
上磁性層２０は、２層構造を有することができる。この場合、上磁性層２０は、ＦｅＣｏ合金の層と、ＦｅＣｏ合金の層と積層された以下の層と、を含むことができる。ＦｅＣｏ合金の層と積層されるのは、Ｆｅ−Ｃｏ−Ｓｉ−Ｂ合金、λｓ＞１００ｐｐｍを示すＴｂ−Ｍ−Ｆｅ合金（Ｍは、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ）、Ｔｂ−Ｍ１−Ｆｅ−Ｍ２合金（Ｍ１は、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｍ２は、Ｔｉ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｃｏ，Ｃｕ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｗ，Ｔａ）、Ｆｅ−Ｍ３−Ｍ４−Ｂ合金（Ｍ３は、Ｔｉ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｃｏ，Ｃｕ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｗ，Ｔａ、Ｍ４は、Ｃｅ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｓｍ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｅｒ）、Ｎｉ、Ａｌ−Ｆｅやフェライト（Ｆｅ３Ｏ４、（ＦｅＣｏ）３Ｏ４）など）等から選択される材料の層である。
【００５９】
下電極５１及び上電極５２には、例えば、非磁性体であるＡｕ、Ｃｕ、Ｔａ、Ａｌ等を用いることができる。下電極５１及び上電極５２として、軟磁性体の材料を用いることで、センサ部積層体５０ｓに影響を及ぼす外部からの磁気ノイズを低減することができる。軟磁性体の材料としては、例えば、パーマロイ（ＮｉＦｅ合金）や珪素鋼（ＦｅＳｉ合金）を用いることができる。センサ部５０は、アルミ酸化物（例えばＡｌ２Ｏ３）やシリコン酸化物（例えばＳｉＯ２）等の絶縁体で覆われる。
【００６０】
例えば、中間層３０が金属の場合は、ＧＭＲ（Giant Magnetoresistance）効果が発現する。中間層３０が絶縁体の場合は、ＴＭＲ（Tunneling Magnetoresistance）効果が発現する。例えば、センサ部５０においては、例えば、センサ部積層体５０ｓの積層方向に沿って電流を流すＣＰＰ（Current Perpendicular to Plane）−ＧＭＲ効果が用いられる。
【００６１】
このように、本実施形態においては、センサ部５０における逆磁歪現象が用いられる。これにより、高感度な検出が可能になる。逆磁歪効果を用いる場合、例えば、外部から加えられる歪に対して、下磁性層１０及び上磁性層２０の少なくともいずれかの磁性層の磁化方向が変化させられる。外部から加えられる歪の有無によって、２つの磁性層の磁化の相対的な角度が変わる。外部から加えられる歪によって電気抵抗が変わるため、センサ部５０は、歪センサとして機能する。
【００６２】
すなわち、下磁性層１０及び上磁性層２０の少なくともいずれかの磁性層の磁化方向は、応力に応じて変化する。少なくともいずれかの磁性層（応力に応じて磁化方向が変化する磁性層）の磁歪定数の絶対値は、例えば、１０−５以上に設定する。これにより、逆磁歪効果によって、外部から加えられる歪みに応じて磁化の方向が変化する。例えば、下磁性層１０及び上磁性層２０の少なくともいずれかには、Ｆｅ、Ｃｏ及びＮｉなどのような金属または、それらを含む合金などが用いられる。用いる元素や添加元素などによって、磁歪定数は大きく設定される。
【００６３】
例えば、中間層３０としてＭｇＯのような酸化物が用いられる。ＭｇＯ層上の磁性層は、一般的にプラスの磁歪定数を有する。例えば、中間層３０の上に上磁性層２０を形成する場合、上磁性層２０として、ＣｏＦｅＢ／ＣｏＦｅ／ＮｉＦｅの積層構成の磁化自由層を用いる。最上層のＮｉＦｅ層をＮｉリッチにすると、ＮｉＦｅ層の磁歪定数はマイナスでその絶対値が大きくなる。酸化物層上のプラスの磁歪が打ち消されることを抑制するために、最上層のＮｉＦｅ層のＮｉ組成は、一般的なＮｉＦｅ合金材料として知られるパーマロイの標準組成Ｎｉ８１Ｆｅ１９（ａｔｏｍｉｃ％）よりもＮｉリッチにしない。具体的には、最上層のＮｉＦｅ層におけるＮｉの比率は、８０原子パーセント（ａｔｏｍｉｃ％）未満とすることが好ましい。上磁性層２０を磁化自由層とする場合には、上磁性層２０の厚さは、例えば、１ｎｍ以上２０ｎｍ以下が好ましい。
【００６４】
上磁性層２０が磁化自由層である場合において、下磁性層１０は、磁化固定層でも磁化自由層でも良い。下磁性層１０が磁化固定層である場合、外部から歪が加えられても下磁性層１０の磁化の方向は実質的に変化しない。そして、下磁性層１０と上磁性層２０との間での相対的な磁化の角度によって電気抵抗が変化する。電気抵抗の違いによって歪が検知される。
【００６５】
下磁性層１０及び上磁性層２０の両方が磁化自由層である場合には、例えば、下磁性層１０の磁歪定数は、上磁性層２０の磁歪定数とは異なるように設定される。
【００６６】
下磁性層１０が磁化固定層である場合も磁化自由層である場合も、下磁性層１０の厚さは、例えば１ｎｍ以上２０ｎｍ以下が好ましい。
【００６７】
例えば、下磁性層１０が磁化固定層である場合、例えば、下磁性層１０には、反強磁性層／磁性層／Ｒｕ層／磁性層の積層構造を用いたシンセティックＡＦ構造などを用いることができる。反強磁性層には、例えばＩｒＭｎなどが用いられる。また、下磁性層１０が磁化固定層である場合に、反強磁性層を用いる代わりに、下磁性層１０に、ハード膜を用いる構成を適用しても良い。ハード膜には、例えば、ＣｏＰｔ及びＦｅＰｔなどが用いられる。
【００６８】
センサ部５０は、磁性層のスピンが用いられる。センサ部５０に必要な面積は、極めて小さいサイズで十分である。センサ部５０の面積は、例えば、５０ｎｍ×５０ｎｍ〜１０μｍ×１０μｍ以下程度で十分である。製造コストと十分な位置分解能とを得るという観点では、１００ｎｍ×１００ｎｍ〜５μｍ×５μｍが好ましい素子サイズである。
【００６９】
図７（ａ）〜図７（ｄ）は、第１の実施形態に係る脈波伝播速度計測装置の一部を例示する模式的斜視図である。
図７（ａ）に示した例では、センサ部５０において、下地層４１、反強磁性層４２、下磁性層１０（例えば磁化固定層）、中間層３０、上磁性層２０（例えば磁化自由層）及び保護層４３が、この順で積層されている。この構成は、例えば、ボトム型スピンバルブ膜と呼ばれる。
【００７０】
下地層４１は、例えば、下地層４１の上に積層される膜の結晶配向性を高める。下地層４１には、例えば、アモルファスのＴａなどのバッファ効果を有する材料を用いることができる。アモルファスのＴａは、例えば、形成する基板との密着性が高い。下地層４１には、これらバッファ効果を有する材料に積層して、結晶質のシード効果を有する、Ｒｕ、ＮｉＦｅ及びＣｕ等を用いることができる。これらの材料の単層または積層膜を下地層４１として用いることで、下地層４１の上に形成される層の結晶配向性を向上させることができる。アモルファスＴａ膜と、結晶質の、Ｒｕ、ＮｉＦｅ及びＣｕ等の膜と、の積層構造を採用することで、ぬれ性と結晶配向性とを両立できる。下地層４１の厚さは、例えば０．５ｎｍ以上５ｎｍ以下である。
【００７１】
保護層４３は、センサ部積層体を製造する際のダメージからセンサ部積層体を保護する。保護層４３には、例えば、Ｃｕ、Ｔａ及びＲｕ等や、それらの積層膜を用いることができる。保護層４３の厚さは、例えば１ｎｍ以上２０ｎｍ以下である。
【００７２】
図７（ｂ）に示した例では、下地層４１、反強磁性層４２、磁化固定層４４、反平行結合層４５、下磁性層１０（例えば磁化固定層）、中間層３０、上磁性層２０（例えば磁化自由層）及び保護層４３が、この順で積層されている。この構成は、例えば、ボトム型シンセティックバルブ膜と呼ばれる。この構成により、下磁性層１０（磁化固定層）の磁化の固定力を強めることができる。
【００７３】
磁化固定層４４の磁化は、反強磁性層４２からの交換結合によって、一方向に固定される。磁化固定層４４には、下磁性層１０（磁化固定層）に用いられる材料と同じ材料を用いることができる。磁化固定層４４の厚さは、下磁性層１０（磁化固定層）の磁気膜厚（飽和磁化と厚さとの積）と実質的に同じになるように設定される。磁化固定層４４の厚さは、例えば２ｎｍ以上６ｎｍ以下である。
【００７４】
反平行結合層４５は、下磁性層１０（磁化固定層）の磁化と、磁化固定層４４の磁化と、を反平行に結合させる。この構成により、反強磁性層４２からの交換結合エネルギーが一定でも、下磁性層１０（磁化固定層）の磁化の固定磁界を強めることができる。したがって、センサ部積層体５０ｓに加わる磁気ノイズに対する影響を低減できる。反平行結合層４５には、例えばＲｕ及びＩｒ等を用いることができる。反平行結合層４５の厚さは、例えば０．８ｎｍ以上１ｎｍ以下である。
【００７５】
図７（ｃ）に示した例では、下地層４１、上磁性層２０（例えば磁化自由層）、中間層３０、下磁性層１０（例えば磁化固定層）、反強磁性層４２及び保護層４３が、この順で積層されている。この構成は、例えば、トップ型スピンバルブ膜と呼ばれる。
【００７６】
図７（ｄ）に示した例では、下地層４１、上磁性層２０（例えば磁化自由層）、中間層３０、下磁性層１０（例えば磁化固定層）、反平行結合層４５、磁化固定層４４、反強磁性層４２及び保護層４３が、この順で積層される。この構成は、例えば、トップ型シンセティックスピンバルブ膜と呼ばれる。
【００７７】
トップ型スピンバルブ膜及びトップ型シンセティックスピンバルブ膜に含まれる層は、ボトム型スピンバルブ膜及びボトム型シンセティックスピンバルブ膜に含まれる層と同様であるので説明は省略する。
【００７８】
上磁性層２０の磁化を引っ張り応力と異なる方向に向けておく方法として、下磁性層１０の磁化との層間結合を用いる方法がある。中間層３０が金属の場合には３ｎｍ以下、絶縁体の場合は１．５ｎｍ以下で、上磁性層２０の磁化が下磁性層１０の磁化と平行に揃うように層間結合が働く。従って、下磁性層１０の磁化を引っ張り応力と異なる方向に固定することによって、上磁性層２０の磁化を弱いエネルギーで同じ方向に向けることが出来る。
【００７９】
上磁性層２０（磁化自由層）をスパッタ装置で成膜する際に、磁界を印加することによっても上磁性層２０の磁化を一方向に向けておくことが出来る。成膜時の磁界の方向に磁化が向きやすくなるので、引っ張り応力と異なる方向に磁界を印加しながらスパッタ法で成膜することが好ましい。
【００８０】
本実施形態においては、このようなスピンを用いたセンサ部５０が用いられる。これにより、極短距離での脈波伝播速度を計測することが可能になる。
【００８１】
本願発明者の検討によると、極短距離での計測の場合、例えば、人体の脈波伝播速度においては、２μｓ（マイクロ秒）と数ｍｍ程度の位置分解能とが必要である。このような時間分解能と、位置分解能と、の２つの観点で、既存のセンサ部の性能は十分ではない。本実施形態においては、上記のようなスピンを用いたセンサ部５０を用いることで、時間分解能及び位置分解能の点で十分な性能を発揮できる。例えば、本実施形態に係るセンサ部５０を用いることで、数百ＭＨｚ程度の時間分解能が得られる。また、センサ部５０の位置分解能は、前述のような素子サイズで規定されるので、最小で１０ｎｍ程度である。実質的には、動脈血管２１０の血流の歪を直接測定しているわけではなく、動脈血管２１０及び皮膚２３１を介して歪を測定しているため、それらの間接材料の影響がある。このため、素子サイズの大きさを極限まで小さくしても、そのときの素子サイズが位置分解能になるわけではない。
【００８２】
図８は、第１の実施形態に係る脈波伝播速度計測装置の動作状態を例示する模式的斜視図である。
図８に表したように、第１センサ部５０ａと第２センサ部５０ｂとが、被験者の体２３０の皮膚２３１の下の動脈血管２１０に対向して配置される。そして、動脈血管２１０の中を流れる血液２２０の脈波をこれらのセンサ部５０で検知する。
【００８３】
図９は、第１の実施形態に係る脈波伝播速度計測装置の動作を例示するグラフ図である。
図９の横軸は時間ｔである。縦軸はセンサ部５０で検知された歪値Ｙである。
図９に表したように、例えば、第１センサ部５０ａで得られる歪値Ｙに関する第１信号５０ｓａの例えばピーク値を示す時刻ｔ１は、第２センサ部５０ｂで得られる歪値Ｙに関する第２信号５０ｓｂの例えばピーク値を示す時刻ｔ２と異なる。
【００８４】
例えば、第１センサ部５０ａによる脈波の検知の時刻を時刻ｔ１とする。第２センサ部５０ｂによる脈波の検知の時刻を時刻ｔ２とする。演算部７０は、時刻ｔ１と時刻ｔ２との間の時間（センサ部５０間の信号伝播遅れ時間ΔＴ）を求める。この信号伝搬遅れ時間ΔＴから脈波伝播速度を求めることができる。
【００８５】
実施形態においては、極短距離（例えば、センサ部５０どうしの距離ｄが１ｃｍなど）での計測により、実質的に１箇所で測定可能である。これにより測定の際煩雑さがなくなる。その一方で、極短距離での計測においては、脈波の検出の時間差は極めて短い。このため、第１信号５０ｓａの波形は、第２信号５０ｓｂの波形とほとんど一致してしまう。第１信号５０ｓａ及び第２信号５０ｓｂから正確に脈波伝播速度を算出するために、例えば、自己相関信号処理を行う。これにより、正確に脈波伝播速度を算出することができる。第１信号５０ｓａの波形は、第２信号５０ｓｂの波形と殆ど同じであり、時間的に少しのズレがあるだけである。自己相関信号処理を行うことで、このような波形のずれ量を高い精度で検出することができる。
【００８６】
図１０は、第１の実施形態に係る脈波伝播速度計測装置の動作を例示するフローチャート図である。
図１０は、自己相関信号処理の例を表している。
図１０に表したように、第１センサ部５０ａと第２センサ部５０ｂとで、脈波に応じた歪値Ｙを検知する（ステップＳ１１０）。すなわち、第１測定点（位置＝ｘ）と、第２測定点（位置＝ｘ＋ｄ）と、におけるセンサ部５０の歪値Ｙを求める。具体的には、第１センサ部５０ａで第１歪値Ｙ１を求め、第２センサ部５０ｂで第２歪値Ｙ２を求める。
【００８７】
この結果から、それぞれの測定点における圧力値、すなわち、以下の第１圧力値Ｐ１（ｘ）及び第２圧力値Ｐ２（ｘ＋ｄ）を導出する（ステップＳ１２０）。
Ｐ１（ｘ）＝ａＹ１、
Ｐ２（ｘ＋ｄ）＝ａＹ２
ここで、ａは、ひずみ値から圧力値への変換係数である。演算は、一般的にマトリックス計算となる。
【００８８】
血圧Ｐとして、この２点の圧力値（第１圧力値Ｐ１（ｘ）及び第２圧力値Ｐ２（ｘ＋ｄ））の平均値を求める（ステップＳ１３０）。
【００８９】
なお、血流速度（脈波伝播速度）を求めるだけの場合は、圧力値に変換しても変換しなくてよい。この場合は、得られた歪値Ｙの時間遅れだけを検出する。
【００９０】
時間遅れτに関して、遅れ時間ΔＴが同定できるまで相互相関値Ｉを算出する。すなわち、第１歪値Ｙ１及び第２歪値Ｙ２を比較するときに、時間ｔをずらして比較したそれぞれの値を算出する。具体的な演算は、平均化処理も加えて、それぞれの時間ｔに対して以下の式となる。
【００９１】
【数１】
ここで、Ｎは、総測定回数である。２点間の測定位置で信号の到達速度が確定するまで、すなわち、Ｉ１，２（τ）が最も大きいτが確定するまで、測定を繰り返す（ステップＳ１４０）。
【００９２】
この結果により得られたτが、遅れ時間ΔＴとなる。すなわち、遅れ時間ΔＴを決定する（ステップＳ１５０）。
【００９３】
さらに、血流速度（脈波伝播速度）Ｖを、ｄ／ΔＴにより算出する（ステップＳ１６０）で求める。
【００９４】
図１１は、第１の実施形態に係る脈波伝播速度計測装置の動作を例示するグラフ図である。
図１１の横軸は時間ｔである。縦軸は、第１信号５０ｓａと第２信号５０ｓｂとの歪値Ｙ（第１歪値Ｙ１及び第２歪値Ｙ２）を求める。第１の相互相関値Ｉである。
【００９５】
このように、相互相関値Ｉは、ずらした時間ｔが遅れ時間ΔＴのときに最大になる。このようにして、遅れ時間ΔＴを求めることができる。
【００９６】
このような相互相関処理は、例えば、演算部７０において実施することができる。すなわち、演算部７０における検知の時刻の差の導出は、第１センサ部５０ａによる脈波の検知の信号（第１信号５０ｓａ）と、第２センサ部５０ｂによる脈波の検知の信号（第２信号５０ｓｂ）と、を自己相関信号処理することを含むことができる。
【００９７】
図１２は、第１の実施形態に係る別の脈波伝播速度計測装置の構成を例示する模式的断面図である。
この図では、計測センサ３１０の部分だけを図示しており、演算部７０は省略している。
図１２に表したように、本実施形態に係る脈波伝播速度計測装置４１１においては、第１センサ部５０ａ及び第２センサ部５０ｂは、ダイアフラムをさらに含む。すなわち、第１センサ部５０ａは、第１センサ部５０ａのセンサ部積層体５０ｓに接続された第１ダイアフラム５０Ｄａを有する。第２センサ部５０ｂは、第１センサ部５０ｂのセンサ部積層体５０ｓに接続された第２ダイアフラム５０Ｄｂを有する。
【００９８】
この例では、第１ダイアフラム５０Ｄａは、基体６０上に設けられた第１支持体５０Ｈａの上に設けられている。第２ダイアフラム５０Ｄｂは、基体６０上に設けられた第２支持体５０Ｈｂの上に設けられている。第１ダイアフラム５０Ｄａ及び第２ダイアフラム５０Ｄｂは、基体６０と離間しており、動くことができる。これにより脈波を圧力で受けることができ、検知の感度が向上する。
【００９９】
図１３は、第１の実施形態に係る別の脈波伝播速度計測装置の構成を例示する模式的断面図である。
この図では、計測センサ３１０の部分だけを図示しており、演算部７０は省略している。
図１３に表したように、本実施形態に係る脈波伝播速度計測装置４１２においては、基体６０は、粘着層６１を有する。粘着層６１により、計測センサ３１０を被験者の体２３０へ固定する。これにより、より便利になる。
【０１００】
図１４は、第１の実施形態に係る別の脈波伝播速度計測装置の構成を例示する模式図である。
図１４に表したように、本実施形態に係る脈波伝播速度計測装置４１３においては、基体６０として、柔らかいフィルムが用いられている。そのフィルム上に２つ以上のセンサ部５０が設けられている。この例では、センサ部５０の近傍に演算部７０が設けられている。センサ部５０及び演算部７０の周囲のフィルム上に粘着層６１が設けられている。脈波伝播速度計測装置４１３を使用する前には、粘着層６１はセパレータフィルム６３で覆われている。使用するときに、セパレータフィルム６３を剥がして、粘着層６１によって、脈波伝播速度計測装置４１３を体２３０に付着させる。基体６０として柔らかいフィルムを用いることで、使用者によって違和感が少なくなる。脈波伝播速度計測装置４１３は、例えば、絆創膏のように体２３０に貼り付けることができる。これにより、日常生活をしながらの連続的な測定がより容易になる。この例において、演算部７０は、基体６０とは別に設けても良い。
【０１０１】
図１５（ａ）〜図１５（ｄ）は、第１の実施形態に係る別の脈波伝播速度計測装置の構成及び使用状態を例示する模式図である。
図１５（ａ）は、本実施形態に係る脈波伝播速度計測装置４１４の構成を例示する模式的分解斜視図である。図１５（ｂ）は、脈波伝播速度計測装置４１４の使用状態を表す模式図である。図１５（ｃ）及び図１５（ｄ）は、脈波伝播速度計測装置４１４の使用状態を表す模式的断面図である。
【０１０２】
図１５（ａ）に表したように、脈波伝播速度計測装置４１３は、４つのセンサ部５０を有する。例えば、計測センサ３１０を体２３０に付着させるときの不具合などにより、例えば１つのセンサ部５０が動脈血管２１０の脈波を検知し難い場合が生じる。このとき、３つ以上のセンサ部５０を設けることで、このような場合においても、それ以外のセンサ部５０で脈波を検知できるため、所望の動作を実施し易くなる。
【０１０３】
この例では、センサ部５０の周囲にスペーサ６３が設けられている。スペーサ６３は、例えば柔らかいゴム製であり、厚さは例えば約０．５ｍｍである。このようなスペーサ６３を設けることで、使用者の違和感を低減することができる。スペーサ６３を必要に応じて設けられ省略しても良い。
【０１０４】
図１５（ｂ）に表したように、計測センサ３１０は、体２３０（例えば手首など）に付着させる。計測センサ３１０のサイズは、例えば約２０ｍｍ×約２０ｍｍである。
【０１０５】
図１５（ｃ）に表したように、基体６０が柔らかい場合は、基体６０が、体２３０（例えば手首）の形状に沿って曲がる。ただし、図１５（ｄ）に表したように、基体６０の剛性が比較的高く、基体６０は実質的に平面状を維持しても良い。
【０１０６】
図１６は、第１の実施形態に係る別の脈波伝播速度計測装置の構成を例示する模式的断面図である。
図１６に表したように、本実施形態に係る脈波伝播速度計測装置４１５においては、演算部７０が、基体６０上に設けられている。これにより、装置がより小型化できより、便利になる。
【０１０７】
（第２の実施形態）
本実施形態は、脈波伝播速度計測方法に係る。
図１７は、第２の実施形態に係る脈波伝播速度計測方法を例示するフローチャート図である。
図１７に表したように、本測定方法では、基体６０と、基体６０に保持された第１センサ部５０ａと、第１センサ部５０ａと離間して基体６０に保持され第１センサ部５０ａとの距離が基体６０により規定された第２センサ部５０ｂと、を有する計測センサ３１０を、被検体に接触させてその被検体が有する管（例えば動脈血管２１０）の内部を伝播する脈波を第１センサ部５０ａと第２センサ部５０ｂとで検知する（ステップ２１０）。
【０１０８】
本測定方法では、第１センサ部５０ａによる脈波の検知の時刻ｔ１と、第２センサ部５０ｂによる脈波の検知の時刻ｔ２と、の差に基づいて脈波伝播速度を導出する。
例えば、図１０に関して説明した処理を実施する。
【０１０９】
これにより、局所的な計測範囲で脈波伝播速度を計測できる脈波伝播速度計測方法が提供できる。
【０１１０】
上記の第１及び第２の実施形態において、センサ部５０は、管の内部を伝播する脈波を検知する。上記の例では、この管が血管である場合として説明したが、実施形態はこれに限らない。例えば、センサ部５０は、リンパ管の内部を伝播する脈波を検知しても良い。実施形態は、生物（動植物など）が有する、脈波が伝達する任意の管に適用できる。また、実施形態は、非生物に設けられる、脈波が伝達する任意の管に適用できる。
【０１１１】
実施形態によれば、局所的な計測範囲で脈波伝播速度を計測できる脈波伝播速度計測装置及び脈波伝播速度計測方法が提供される。
【０１１２】
以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明の実施形態は、これらの具体例に限定されるものではない。例えば、脈波伝播速度計測装置に含まれる第１センサ部、第２センサ部、基体、演算部、第１〜第４強磁性層、第１、第２中間層、ダイアフラム及び粘着層などの各要素の具体的な構成に関しては、当業者が公知の範囲から適宜選択することにより本発明を同様に実施し、同様の効果を得ることができる限り、本発明の範囲に包含される。
【０１１３】
また、各具体例のいずれか２つ以上の要素を技術的に可能な範囲で組み合わせたものも、本発明の要旨を包含する限り本発明の範囲に含まれる。
【０１１４】
その他、本発明の実施の形態として上述した脈波伝播速度計測装置及び脈波伝播速度計測方法を基にして、当業者が適宜設計変更して実施し得る全ての脈波伝播速度計測装置及び脈波伝播速度計測方法も、本発明の要旨を包含する限り、本発明の範囲に属する。
【０１１５】
その他、本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の範囲に属するものと了解される。
【０１１６】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【０１１７】
１０…下磁性層、 １０ａ…第１強磁性層、 １０ｂ…第３強磁性層、 ２０…上磁性層、 ２０ａ…第２強磁性層、 ２０ｂ…第４強磁性層、 ３０…中間層、 ３０ａ…第１中間層、 ３０ｂ…第２中間層、 ４１…下地層、 ４２…反強磁性層、 ４３…保護層、 ４４…磁化固定層、 ４５…反平行結合層、 ５０…センサ部、 ５０Ｄａ、５０Ｄｂ…第１及び第２ダイアフラム、 ５０Ｈａ、５０Ｈｂ…第１及び第２支持体、 ５０ａ、５０ｂ…第１及び第２センサ部、 ５０ｓ…センサ部積層体、 ５０ｓａ、５０ｓｂ…第１及び第２信号、 ５１…下電極、 ５１ａ…第１電極、 ５１ｂ…第３電極、 ５２…上電極、 ５２ａ…第２電極、 ５２ｂ…第４電極、 ６０…基体、 ６１…粘着層、 ６２…セパレータフィルム、 ６３…スペーサ、 ７０…演算部、 ７０ｓ…演算結果、 ２１０…動脈血管（管）、 ２２０…血液、 ２３０…体、 ２３１…皮膚、 ３１０、３１１…センサ、 ４１０〜４１３…脈波伝播速度計測装置、 ΔＴ…遅れ時間、 Ｙ…歪値、 ｄ…距離、 ｔ…時間、 ｔ１、ｔ２…時刻
【特許請求の範囲】
【請求項１】
管の内部を伝播する脈波を検知する第１センサ部と、
前記第１センサ部と離間し前記脈波を検知する第２センサ部と、
前記第１センサ部と前記第２センサ部とを保持し前記第１センサ部と前記第２センサ部との間の距離を規定する基体と、
前記第１センサ部による前記脈波の前記検知の時刻と、前記第２センサ部による前記脈波の前記検知の時刻と、の差を導出する演算部と、
を備えた脈波伝播速度計測装置。
【請求項２】
前記第１センサ部及び前記第２センサ部は、磁性材料を含む請求項１記載の脈波伝播速度計測装置。
【請求項３】
前記第１センサ部は、第１強磁性層と、第２強磁性層と、前記第１強磁性層と前記第２強磁性層との間に設けられた非磁性の第１中間層と、を含み、
前記第２センサ部は、第３強磁性層と、第４強磁性層と、前記第３強磁性層と前記第４強磁性層との間に設けられた非磁性の第２中間層と、を含む請求項１または２に記載の脈波伝播速度計測装置。
【請求項４】
前記第１センサ部及び前記第２センサ部の電気抵抗は、前記脈波により前記第１センサ部及び前記第２センサ部に加えられる応力に応じた逆磁歪効果により生じる磁化方向の変化によって変化する請求項１〜３のいずれか１つに記載の脈波伝播速度計測装置。
【請求項５】
前記第１センサ部及び前記第２センサ部は、ダイアフラムをさらに含む請求項１〜４のいずれか１つに記載の脈波伝播速度計測装置。
【請求項６】
前記基体は、粘着層を有する請求項１〜５のいずれか１つに記載の脈伝播速度計測装置。
【請求項７】
前記演算部は、前記基体上に設けられている請求項１〜６のいずれか１つに記載の脈波伝播速度計測装置。
【請求項８】
前記演算部は、前記差の導出は、前記第１センサ部による前記脈波の前記検知の信号と、前記第２センサ部による前記脈波の前記検知の信号と、を自己相関信号処理することを含む請求項１〜７のいずれか１つに記載の脈波伝播速度計測装置。
【請求項９】
基体と、前記基体に保持された第１センサ部と、前記第１センサ部と離間して前記基体に保持され前記第１センサ部との距離が前記基体により規定された第２センサ部と、を有する計測センサを、被検体に接触させて前記被検体が有する管の内部を伝播する脈波を前記第１センサ部と前記第２センサ部とで検知し、
前記第１センサ部による前記脈波の前記検知の時刻と、前記第２センサ部による前記脈波の前記検知の時刻と、の差に基づいて脈波伝播速度を導出する脈波伝播速度計測方法。
【請求項１】
管の内部を伝播する脈波を検知する第１センサ部と、
前記第１センサ部と離間し前記脈波を検知する第２センサ部と、
前記第１センサ部と前記第２センサ部とを保持し前記第１センサ部と前記第２センサ部との間の距離を規定する基体と、
前記第１センサ部による前記脈波の前記検知の時刻と、前記第２センサ部による前記脈波の前記検知の時刻と、の差を導出する演算部と、
を備えた脈波伝播速度計測装置。
【請求項２】
前記第１センサ部及び前記第２センサ部は、磁性材料を含む請求項１記載の脈波伝播速度計測装置。
【請求項３】
前記第１センサ部は、第１強磁性層と、第２強磁性層と、前記第１強磁性層と前記第２強磁性層との間に設けられた非磁性の第１中間層と、を含み、
前記第２センサ部は、第３強磁性層と、第４強磁性層と、前記第３強磁性層と前記第４強磁性層との間に設けられた非磁性の第２中間層と、を含む請求項１または２に記載の脈波伝播速度計測装置。
【請求項４】
前記第１センサ部及び前記第２センサ部の電気抵抗は、前記脈波により前記第１センサ部及び前記第２センサ部に加えられる応力に応じた逆磁歪効果により生じる磁化方向の変化によって変化する請求項１〜３のいずれか１つに記載の脈波伝播速度計測装置。
【請求項５】
前記第１センサ部及び前記第２センサ部は、ダイアフラムをさらに含む請求項１〜４のいずれか１つに記載の脈波伝播速度計測装置。
【請求項６】
前記基体は、粘着層を有する請求項１〜５のいずれか１つに記載の脈伝播速度計測装置。
【請求項７】
前記演算部は、前記基体上に設けられている請求項１〜６のいずれか１つに記載の脈波伝播速度計測装置。
【請求項８】
前記演算部は、前記差の導出は、前記第１センサ部による前記脈波の前記検知の信号と、前記第２センサ部による前記脈波の前記検知の信号と、を自己相関信号処理することを含む請求項１〜７のいずれか１つに記載の脈波伝播速度計測装置。
【請求項９】
基体と、前記基体に保持された第１センサ部と、前記第１センサ部と離間して前記基体に保持され前記第１センサ部との距離が前記基体により規定された第２センサ部と、を有する計測センサを、被検体に接触させて前記被検体が有する管の内部を伝播する脈波を前記第１センサ部と前記第２センサ部とで検知し、
前記第１センサ部による前記脈波の前記検知の時刻と、前記第２センサ部による前記脈波の前記検知の時刻と、の差に基づいて脈波伝播速度を導出する脈波伝播速度計測方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【公開番号】特開２０１３−７０７３２（Ｐ２０１３−７０７３２Ａ）
【公開日】平成２５年４月２２日（２０１３．４．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２１０３１７（Ｐ２０１１−２１０３１７）
【出願日】平成２３年９月２７日（２０１１．９．２７）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年４月２２日（２０１３．４．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月２７日（２０１１．９．２７）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
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