脉搏波检测装置的制造方法
【专利摘要】本发明提供脉搏波检测装置。在本发明的脉搏波检测装置中，传感器芯片具备基板(10)，基板(10)具有在X方向上细长延伸的形状，且配置成与动脉交叉。基板(10)形成有压力传感器阵列(40)，压力传感器阵列(40)由沿X方向排列的多个压力传感器元件(41)构成。在基板(10)上的与压力传感器阵列(40)的端部对置的区域，形成有用于向芯片外部取出多个压力传感器元件(41)的输出的电极端子阵列(50B)。基板(10)上的与压力传感器阵列(40)的两侧相当的区域(10A、10B)为不存在电极端子的平坦面。
【专利说明】
脉搏波检测装置
技术领域
[0001]本发明涉及脉搏波检测装置，更详细而言，涉及将形成有压力传感器(应变传感器)阵列的传感器芯片按压于动脉经过的被测定部位，以无创方式检测脉搏波的脉搏波检测装置。
【背景技术】
[0002]作为这种脉搏波检测装置，例如专利文献I(日本专利公开公报特开2011-239840号)所示，已知有如下技术:利用MEMS(Micro Electro Mechanical Systems;微机电系统)技术将形成有压力传感器(应变传感器)阵列的传感器芯片按压于动脉经过的被测定部位，利用张力测量法以无创方式测定所述动脉的内压的变化，换句话说，测定脉搏波。
[0003]在用于利用张力测量法以无创方式测定血压(包括动脉的内压的变化)的市场销售品中，存在具备图16的(A)所示的图案布局的传感器芯片的市场销售品。在该例中，传感器芯片101具备:在一个方向(X方向)上细长的大致平板状的硅基板102、形成在该硅基板102的Y方向(与X方向垂直的方向)的大致中央的压力传感器阵列110、沿着Y方向上的两侧的长边102a、102b形成的电极端子阵列120A、120B。压力传感器阵列110由沿X方向以恒定间距排列的多个压力传感器(应变传感器)元件111构成。电极端子阵列120A、120B分别由沿X方向以恒定间距排列的多个金凸块电极121、121构成。压力传感器阵列110的各压力传感器元件111借助形成在硅基板102上的未图示的布线，与电极端子阵列120A、120B的对应的金凸块电极121连接。如图16的(B)(图16的(A)中的B-B线剖面)所示，压力传感器阵列110形成于薄区域119，通过将硅基板102的背面侧(-Z侧)削为凹状而设置薄区域119。硅基板102的背面侧由玻璃板103支承。玻璃板103以不妨碍压力传感器元件111的Z方向的挠曲的方式，设置有允许薄区域(凹部)119与外部之间的空气流通的贯通孔103A、103B。
[0004]如图17中所示，在安装有传感器芯片101的产品中，柔性布线板130A、130B连接于电极端子阵列120A、120B的金凸块电极121、121。柔性布线板130A、130B搭载有处理来自各压力传感器元件111的信号的处理电路(未图示)。另外，设置有覆盖传感器芯片101的整个表面的由树脂构成的保护薄片140。
[0005]在利用张力测量法进行血压测定时，如图18中所示，传感器芯片101被按压于动脉91经过的被测定部位90。由此，借助传感器芯片101利用外压Po而压迫动脉91，不会将动脉91完全挤扁，仅使动脉91的血管壁的一部分(接近与传感器芯片1I对置的体表面90a的部分。以下称为“向外部分”)91a形成为平坦状态。即，将该向外部分91a的血管壁的曲率半径形成为无限大。此时，传感器芯片101的长边方向、即压力传感器阵列110的延伸方向(X方向)沿着与动脉91交叉的方向配置。在该配置下，基于压力传感器阵列110所含的多个压力传感器元件111、111、…的输出，在压力传感器阵列110之中选择适当的压力传感器元件
111。然后，基于所选的压力传感器元件111的输出而测定动脉91的内压的变化。
[0006]具体地说，如图19的(B)中示意性所示，保持外压Po与血管的内压Pi的平衡，并且求出对抗外压Po而搏动的内压(血压脉搏波)Pi。此外，如图19的(A)中示意性所示，在动脉91未形成有平坦部分的情况下，在外压Po与内压Pi的关系式Po = Pi+T/r中，血管壁的曲率半径(设为r)比较小。因此，外压Po与血管的内压Pi实际不一致，无法进行准确的测定。
[0007]专利文献1:日本专利公开公报特开2011-239840号
[0008]在以往的市场销售品中，在观察图17所示的与压力传感器阵列110的延伸方向垂直的剖面(实际为沿着动脉91的剖面)的情况下，由于在传感器芯片101的两侧的长边102a、102b的附近存在金凸块电极121、121和与之连接的柔性布线板130A、130B，因此保护薄片140中的两侧的长边102a、102b附近的部分140a、140b如箭头E所示，向外(被测定部位90)呈凸状隆起。因此，存在该凸状隆起的部分140a、140b妨碍动脉91的血管壁的向外部分91a平坦化的问题。其结果，无法使曲率半径无限大，受到血管壁张力的影响，存在测定精度降低的可能性。
【发明内容】
[0009]因此，本发明的课题在于提供一种脉搏波检测装置，该脉搏波检测装置将形成有压力传感器阵列的传感器芯片按压于动脉经过的被测定部位，以无创方式检测脉搏波，并且该脉搏波检测装置能够使动脉的血管壁的向外部分高精度地平坦化，因此能够准确地求出血管的内压。
[0010]为了解决所述课题，本发明的脉搏波检测装置将形成有压力传感器阵列的传感器芯片按压于动脉经过的被测定部位，以无创方式检测脉搏波，其中，所述传感器芯片包括:基板，具有在一个方向上细长延伸的形状，且配置成与所述动脉交叉;压力传感器阵列，形成于所述基板，且由沿着所述一个方向排列的多个压力传感器元件构成；以及电极端子阵列，由沿着与所述一个方向垂直的方向排列的多个电极端子构成，形成在所述基板上的与所述压力传感器阵列的端部对置的区域，用于将所述多个压力传感器元件的输出取出到芯片外部，所述基板上的与所述压力传感器阵列的两侧相当的区域为不存在电极端子的实际的平坦面。
[0011]在本说明书中，“实际的平坦面”只要在将传感器芯片按压于动脉经过的被测定部位时看似平坦即可，是指允许微米级别的微小凹凸(例如在制作传感器芯片的半导体工序中产生的薄膜的阶梯差)。
[0012]在本发明的脉搏波检测装置中，在进行血压测定时，所述传感器芯片被按压于动脉经过的被测定部位。此时，所述传感器芯片的长边方向、即所述压力传感器阵列的延伸方向配置成与所述动脉交叉。然后，基于所述压力传感器阵列所含的多个压力传感器元件的输出，在所述压力传感器阵列之中选择适当的压力传感器元件(例如输出了最大的脉搏波信号的压力传感器元件)。然后，基于该所选的压力传感器元件的输出，测定所述动脉的内压的变化(即，脉搏波)。
[0013]在此，在该脉搏波检测装置中，所述多个压力传感器元件的输出借助形成在所述基板上的与所述压力传感器阵列的端部对置的区域的电极端子阵列取出到芯片外部。所述基板上的与所述压力传感器阵列的两侧相当的区域为不存在电极端子的实际的平坦面。因此，在与所述压力传感器阵列的延伸方向垂直的剖面(实际为沿着所述动脉的剖面)中，不会妨碍所述动脉的血管壁的向外部分平坦化。其结果，能够使所述动脉的血管壁的向外部分高精度地平坦化。因此，能够不受血管壁的影响，准确地求出所述动脉的内压的变化。
[0014]此外，在沿着所述压力传感器阵列的延伸方向的剖面(横切所述动脉的剖面)中，所述基板上的与所述压力传感器阵列的端部对置的区域存在有电极端子。但是，该电极端子存在于从所述动脉偏离的区域，因此不会妨碍所述动脉的血管壁的向外部分平坦化。
[0015]另外，在所述传感器芯片的所述基板上的与所述压力传感器阵列的两侧相当的区域不存在电极端子阵列。因此，在与所述压力传感器阵列的延伸方向垂直的剖面(实际为沿着所述动脉的剖面)中，能够减小与所述压力传感器阵列的两侧相当的区域的尺寸。其结果，能够减小对被测定部位的压迫力，因此能够减少被测定者的痛苦。
[0016]在一个实施方式的脉搏波检测装置中，其特征在于，所述电极端子阵列包括沿着与所述一个方向垂直的方向排列的多个电极端子。
[0017]在该一个实施方式的脉搏波检测装置中，与沿着所述一个方向排列配置多个电极端子的情况相比，能够抑制所述传感器芯片的所述一个方向的尺寸变大。
[0018]在一个实施方式的脉搏波检测装置中，其特征在于，在所述基板的与所述压力传感器阵列的两侧相当的区域，一体地形成有处理电路，所述处理电路对所述压力传感器阵列的所述压力传感器元件的输出进行处理，并向所述电极端子阵列的电极端子送出。
[0019]在该一个实施方式的脉搏波检测装置中，在所述基板的与所述压力传感器阵列的两侧相当的区域，一体地形成有处理电路，所述处理电路对所述压力传感器阵列的所述压力传感器元件的输出进行处理并向所述电极端子阵列的电极端子送出。因此，无需将所述处理电路设置在芯片外部，简化了芯片外部的电路。
[0020]在一个实施方式的脉搏波检测装置中，其特征在于，所述处理电路包括多路复用器，所述多路复用器选择所述压力传感器阵列的所述多个压力传感器元件的输出，并分时地取出个数减少的压力传感器元件的输出。
[0021]在该一个实施方式的脉搏波检测装置中，所述处理电路包括多路复用器，所述多路复用器选择所述压力传感器阵列的所述多个压力传感器元件的输出，并分时地取出个数减少的压力传感器元件的输出。由此，能够降低所述电极端子阵列所含的电极端子的个数。因此，沿着所述基板上的与所述一个方向(所述传感器芯片的长边方向)垂直的方向配置所述电极端子阵列的布局变得容易，并且制造成品率提高。另外，由于所述压力传感器元件的输出信号数减少，简化了芯片外部的电路，因此能够降低成本。
[0022]在一个实施方式的脉搏波检测装置中，其特征在于，包括搭载并支承所述传感器芯片的布线基板，所述传感器芯片的所述电极端子阵列的电极端子借助电线连接于所述布线基板上的对应的电极极板。
[0023]在该一个实施方式的脉搏波检测装置中，所述传感器芯片的所述电极端子阵列的电极端子借助电线连接于所述布线基板上的对应的电极极板。该电线利用公知的引线接合技术，与由金凸块进行的连接相比被高精度地设置。其结果，安装工序的合格率提高。
[0024]在一个实施方式的脉搏波检测装置中，其特征在于，所述电线由树脂密封。
[0025]在该一个实施方式的脉搏波检测装置中，所述电线由树脂密封。因此，所述电线由所述树脂保护。
[0026]根据以上说明可知，按照本发明的脉搏波检测装置，能使动脉的血管壁的向外部分高精度地平坦化，因此能够准确地求出血管的内压。
【附图说明】
[0027]图1为表示构成本发明一个实施方式的脉搏波检测装置的传感器单元和固定台的图。
[0028]图2为表示将所述脉搏波检测装置佩戴于被测定部位的状态的图。
[0029]图3为表示设置于所述传感器单元的传感器芯片的图。
[0030]图4为表示在安装时将所述传感器芯片搭载于陶瓷基板的方式的平面图。
[0031]图5为示意性示出所述传感器芯片的平面布局的图。
[0032]图6的(A)为对所述传感器芯片的安装状态进行说明的、沿着压力传感器阵列的延伸方向剖切的剖视图。图6的(B)为对所述传感器芯片的安装状态进行说明的、与压力传感器阵列的延伸方向垂直剖切的剖视图。
[0033]图7为表示所述传感器芯片的安装步骤的流程图。
[0034]图8为对所述传感器芯片所含的多路复用器的动作进行说明的图。
[0035]图9为表示所述脉搏波检测装置的功能模块结构的图。
[0036]图10为表示所述脉搏波检测装置所进行的测定处理的流程的图。
[0037]图11为表示测定时的所述传感器芯片附近的、与压力传感器阵列的延伸方向垂直的剖面(实际为沿着动脉的剖面)的图。
[0038]图12为表示测定时的所述传感器芯片附近的、沿着压力传感器阵列的延伸方向的剖面(横切动脉的剖面)的图。
[0039]图13的(A)为例示在多路扫描模式下得到的压力信号的波形的图。图13的(B)为例示从多个信道的压力信号得出的张力图的图。
[0040]图14为对求出所述传感器芯片的最佳按压力的方法进行说明的图。
[0041]图15为例示在信道固定模式下得出的脉搏波信号的波形的图。
[0042]图16的(A)为示意性示出以往的市场销售品所含的传感器芯片的平面布局的图。图16的(B)为表示图16的(A)中的B-B线剖面的图。
[0043]图17为表示以往的市场销售品进行测定时的传感器芯片的、与压力传感器阵列的延伸方向垂直的剖面(实际为沿着动脉的剖面)的图。
[0044]图18为表示以往的市场销售品进行测定时的传感器芯片的、沿着压力传感器阵列的延伸方向的剖面(横切动脉的剖面)的图。
[0045]图19的(A)为示意性示出在动脉未形成有平坦部分的情况下，外压Po与血管的内压Pi的关系的图。图19的(B)为示意性示出在动脉形成有平坦部分的情况下，外压Po与血管的内压Pi的关系的图。
[0046]附图标记说明
[0047]I传感器单元
[0048]IM 框体
[0049]2固定台
[0050]8 带[0051 ] 9滑动槽
[0052] 18按压袖带
[0053]19传感器芯片
[0054]20、20A、20B 多路复用器
[0055]21放大器
[0056]22特性可变滤波器
[0057]40压力传感器阵列
[0058]41压力传感器元件
[0059]42低通滤波器
[0060]50A.50B电极端子阵列
[0061]E1、E2、…、E28 电极端子
【具体实施方式】
[0062]以下参照附图，对本发明的实施方式进行详细说明。
[0063]图1和图2示出本发明一个实施方式的脉搏波检测装置100的外观。该脉搏波检测装置100包括:传感器单元I，为了检测手腕的动脉的脉搏波而佩戴于手腕表面;固定台2，为了检测脉搏波而固定手腕；以及显示单元3，用于输入和输出与脉搏波检测相关的各种信息(参照图9)。在图1中，传感器单元I收容于大致J形的框体IM内，在图2中示出传感器单元I借助滑动槽9从框体IM内部向外部滑移，并通过窗口 IW而位于手腕的被测定部位(桡骨动脉经过的手掌侧的表面)90上的状态。
[0064]固定台2内置有固定台单元7，固定台单元7借助USB(Universal Serial Bus;通用串行总线)电缆4与显示单元3可通信地连接。另外，固定台单元7与传感器单元I借助通信电缆5和空气管6连接。
[0065]在检测脉搏波时，如图2所示，在用户将手腕载置于固定台2的规定位置的状态下，通过使传感器单元I滑移而使传感器单元I位于手腕的被测定部位90，并将传感器单元I的框体IM和固定台2借助带8紧固，避免手腕上的传感器单元I偏移。
[0066]如图3所示，在传感器单元I的与手腕抵接一侧(图1、2中的传感器单元I的背面侧)设置有:传感器芯片19，利用MEMS(Micro Electro Mechanical Systems;微机电系统)技术形成有压力传感器(应变传感器)阵列40;以及按压袖带18，用于将该传感器芯片19向手腕的被测定部位90按压。
[0067]按压袖带18接受后述的加压栗15和负压栗16对袖带压的调整，使传感器芯片19以与该袖带压等级对应的量，朝向从传感器单元I突出的方向(或者相反的方向)移动。由此，传感器芯片19从框体IM的预先设置的窗口 IW突出并被按压于被测定部位90。
[0068]图5示意性示出所述传感器芯片19的平面布局。该传感器芯片19具备硅基板10，并构成为ASIC(Applicat1n Specific Integrated Circuit;专用集成电路)，所述娃基板 10为在一个方向(X方向)上细长的大致平板状的基板。硅基板10的X方向的尺寸被设定为1mm左右，与X方向垂直的Y方向的尺寸被设定为3mm左右，与X、Y方向垂直的Z方向的尺寸(厚度)被设定为0.4mm左右。在该硅基板1的Y方向上的大致中央，形成有沿X方向延伸的压力传感器阵列40。在该压力传感器阵列40的两侧，分别形成有沿X方向平行地延伸的多路复用器20A、20B(适当地统一用附图标记20表示)。在硅基板10上的与压力传感器阵列40的端部对置的区域，即本例中沿着X方向上的两侧的短边10c、10d的区域(双点划线所示)，形成有电极端子阵列50A、50B。图5中，在+X侧的电极端子阵列50B的附近形成有低通滤波器(LPF)42和增幅器(以下称为“放大器”)21。另外，硅基板10设置有连接所述的各部分40、20A、20B、
42、21、50A、50B的未图示的布线。Y方向上的与压力传感器阵列40的两侧相当的区域(虚线所示)10A、10B为不存在电极端子的实际的平坦面。
[0069]压力传感器阵列40包括沿X方向以恒定间距(在本例中为0.2mm的间距)排列的多个(在本例中为46个)压力传感器(应变传感器)元件41、41、…。例如图6的(A)、图6的(B)所示，压力传感器阵列40形成于薄区域49，通过将硅基板10的背面侧(-Z侧)削为凹状而设置所述薄区域49。各压力传感器元件41为包括惠斯通电桥的公知类型的压力传感器元件。
[0070]如图8所示，多路复用器20受到后述的CPUll的控制，选择压力传感器阵列40所含的多个压力传感器元件41、41、…的输出A、B、C、...，将个数减少的压力传感器元件的输出(压力信号)Psl、Ps2、...分时地取出。将该取出的压力信号的个数称为“信道数”。在本例中，将信道数设为40信道(压力传感器阵列40两端各有三个压力传感器元件41未被使用)。
[0071]此外，例如也可以将压力传感器阵列40所含的46个压力传感器元件41、41、…间隔两个使用，即将信道数设为15信道(压力传感器阵列40端部的一个压力传感器元件41未被使用)。在这种情况下，使用的压力传感器元件41、41、…的间距实际为0.6mm的间距。
[0072]在本例中，低通滤波器42是截止频率为500kHz的低通滤波器，从多路复用器20的输出中除去超过500kHz的高频噪声，并将500kHz以下的信号向放大器21发送。
[0073]放大器21对从多路复用器20借助低通滤波器42接收的压力信号Psl、Ps2、…进行放大。放大后的压力信号Ps1、Ps2、…借助电极端子阵列(在本例中，为图5中的电极端子阵列50B)向芯片外部输出。此外，放大器21为斩波放大器，因此在放大器21的后级包含用于降低伴随斩波的杂音的低通滤波器(未图示)。
[0074]如图5中所不，电极端子阵列50A包括沿Y方向排成一列的多个电极端子E1、E2、…、Ell。同样，电极端子阵列50B包括沿Y方向排成一列的多个电极端子E12、E13、...、E28。这样，通过将多个电极端子沿Y方向排成一列，从而抑制了X方向尺寸的增加。在本例中，各电极端子具有X、Y方向的尺寸为ΙΟΟμπι左右的平坦的铝电极极板(electrode pad)的形态。
[0075]例如，电极端子El为从后述的CPUll接收使全部的压力传感器元件41、41、...(的惠斯通电桥)活性化(供电)的信号的端子。电极端子E2为向多路复用器20和放大器21供电的端子。电极端子E3为提供接地电位的端子。电极端子E6?Ell为从CPUll接收对多路复用器20的动作进行控制的信号的端子。利用电极端子E6?Ell接收到的信号的编码(高电平、低电平的组合)，确定多个压力传感器元件41、41、…的输出(压力信号)中的应该由多路复用器20选择并取出的压力信号。电极端子E12、E13为在后述的多路扫描模式下将由多路复用器20选择的(由放大器21放大后的)压力信号Psl、Ps2、…向芯片外部输出的端子。另外，电极端子E12、E13为将多个信道中的被决定为最佳信道的信道的压力信号在后述的信道固定模式下向芯片外部输出的端子。
[0076]如上所述，在该传感器芯片19中，在硅基板10的与压力传感器阵列40的两侧相当的区域1(^、1(?—体地形成有处理电路20、42、21，所述处理电路20、42、21对压力传感器阵列40的压力传感器元件41的输出进行处理，并向电极端子阵列50B的电极端子送出。因此，无需将该处理电路设置在芯片外部，简化了芯片外部的电路。
[0077]另外，该处理电路包括多路复用器20，该多路复用器20选择压力传感器阵列40的多个压力传感器元件41的输出，并取出个数减少的压力传感器元件41的输出(压力信号)Psl、Ps2、...。由此，能够减少电极端子阵列50A、50B所含的电极端子的个数。因此，在硅基板10上沿着与传感器芯片19的长边方向(X方向)垂直的方向(Y方向)配置电极端子阵列的布局(图5的布局)变得容易，制造成品率提高。另外，压力传感器元件41的输出信号个数减少，简化了芯片外部的电路，因此能够降低成本。
[0078]此外，在电极端子阵列50A、50B所含的电极端子中的未说明用途的端子之中，还包括试制传感器芯片19的阶段用于测试特性的端子。这些特性测试用端子能够在产品阶段被省略。
[0079]图7示出所述传感器芯片19的安装步骤。
[0080]i)首先，如图7的步骤SI所示，在本例中，在图4中所示的陶瓷基板30的上表面30a，沿X、Y方向分别使用粘片树脂(未图示)以恒定间距对传感器芯片19、19、…进行粘片(diebond) ο
[0081]此外，如图6的(A)(沿着压力传感器阵列40的延伸方向的剖面)和图6的(B)(沿着与压力传感器阵列40的延伸方向垂直的剖面)所示，在陶瓷基板30(和后述的柔性布线板31)上，以不妨碍压力传感器元件41的Z方向的挠曲的方式，与各传感器芯片19对应地形成有允许薄区域(凹部)49与外部之间的空气流通的贯通孔39。
[0082]ii)接下来，如图7的步骤S2所示，进行固化(热处理)，使所述粘片树脂硬化。由此，在陶瓷基板30上固定传感器芯片19、19、…。
[0083]iii)接下来，如图6的(A)所示，例如使用金线32对电极端子阵列50A、50B各自的电极端子和陶瓷基板30的上表面30a上形成的电极极板(在本例中由Au/Cr/Ni层叠构成)37进行焊线(图7的步骤S3)。由此，将传感器芯片19与陶瓷基板30电连接。与金凸块进行的连接相比，该金线32被高精度地设置。其结果，该安装工序的合格率提高。
[0084]此外，在陶瓷基板30的下表面30b形成有用于与后述的柔性布线板31连接的电极极板38。陶瓷基板30的上表面、下表面的电极极板37、38借助未图示的导通孔(贯通孔)相互电连接。
[0085]iv)接下来，如图6的(A)所示，沿着传感器芯片19的X方向两侧的短边10c、1d涂覆用于防止流动的树脂(屏障树脂)33、34，以便保护金线32(图7的步骤S4)。屏障树脂33被涂覆于传感器芯片19的上表面19a，而屏障树脂34被涂覆于陶瓷基板30的上表面30a。屏障树月旨33、34的顶部的高度被设定为略微超出金线32的环的顶部的高度。
[0086]V)接下来，如图6的(A)所示，以填充各屏障树脂33、34之间的缝隙并包裹金线32的方式，涂覆用于保护电线的树脂(填充树脂)35(图7的步骤S5)。由此，金线32被填充树脂35包裹而受到保护。
[0087]vi)接下来，如图6的(A)、图6的(B)所示，将陶瓷基板30在X、Y方向分别沿着切割线DL切断，将陶瓷基板30与传感器芯片19形成为一体而单片化(图7的步骤S6)。
[0088]vii)接下来，如图6的(Α)、图6的(B)所示，进行回流焊(焊锡)，将单片的陶瓷基板30的下表面30b的电极极板38与柔性布线板(FPC)31的对应的面31a上设置的电极端子36电连接(图7的步骤S7)。将安装有该柔性布线板31的状态的构件称为“子组件”。此外，在柔性布线板31中的搭载陶瓷基板30的区域以外的区域，设置有与电极端子36电连接的连接器51ο
[0089]接下来，在图7的步骤S8中，将该子组件搭载于传感器单元1(参照图3)。此时，将所述柔性布线板(FPC)31的连接器51与传感器单元I的对应的连接器(未图示)电连接。在本例中，陶瓷基板30和柔性布线板(FPC)31构成布线基板。
[0090]然后，在图7的步骤S9中，以覆盖传感器单元1、特别是覆盖传感器芯片19的方式，安装(安装完毕)保护薄片60(例如图11中所示)。在本例中，保护薄片60由厚度为150μπι?300μπι左右的硅树脂的薄片构成。
[0091]在安装状态下，在与图11所示的压力传感器阵列40的延伸方向垂直的剖面中，由于传感器芯片19的与压力传感器阵列40的两侧相当的区域10Α、10Β为不存在电极端子的平坦面，因此被按压于被测定部位90的保护薄片60的外表面60a也为平坦面。在图12所示的沿着压力传感器阵列40的延伸方向的剖面中，在传感器芯片19的与压力传感器阵列40的端部对置的区域存在有电极端子阵列50A、50B，填充树脂35和屏障树脂33、34(以下称为“填充树脂35等”)在传感器芯片19的两端附近向外(被测定部位90)呈凸状隆起，因此保护薄片60中的与填充树脂35等对应的部分60c、60d也向外呈凸状隆起。如图11和图12中所示，在测定时，传感器芯片19的长边方向、即压力传感器阵列40的延伸方向配置成与动脉91交叉。
[0092]图9示出所述脉搏波检测装置100的功能模块结构。该脉搏波检测装置100的模块结构大致分为:已说明的传感器单元1、固定台2所含的固定台单元7和显示单元3。
[0093]显示单元3包括:操作部24，被设置为可从外部操作，被进行操作以便输入与脉搏波检测相关的各种信息；以及显示部25，由LED(Light Emitting D1de;发光二极管)、LCD(Liquid Crystal D i sp I ay;液晶显示器)等构成，用于将动脉位置检测结果、脉搏波测定结果等各种信息向外部输出。
[0094]固定台单元7包括:ROM (Read Only Memory;只读存储器)12 和 RAM(Random AccessMemory;随机存取存储器)13，存储用于控制该脉搏波检测装置100的数据、程序；CPU(Central Processing Unit;中央运算处理装置)11，为了集中控制该脉搏波检测装置100而执行包含运算在内的各种处理;加压栗15 ;负压栗16;切换阀17 ；控制电路14，接收来自CPUll的控制信号，对加压栗15、负压栗16和切换阀17进行控制;特性可变滤波器22;以及A/D转换部23。
[0095]CPUll访问R0M12而读取程序，在RAM13上展开并执行程序，并且从操作部24接收来自用户的操作信号，基于该操作信号对该脉搏波检测装置100进行整体控制。特别是，CPUll基于从操作部24输入的操作信号，将用于控制加压栗15、负压栗16和切换阀17的控制信号向控制电路14送出。另外，CPUll使显示部25显示脉搏波测定结果等。
[0096]加压栗15为用于对按压袖带(空气袋)18的内压(以下称为“袖带压”)进行加压的栗，负压栗16为用于对袖带压进行减压的栗。切换阀17选择性地将所述的加压栗15和负压栗16中的任一个切换连接于空气管6。此外，控制电路14基于来自CPUll的控制信号，对所述的加压栗15、负压栗16和切换阀17进行控制。
[0097]传感器单元I包括已叙述的传感器芯片19和按压袖带18，所述按压袖带18包含为了将该传感器芯片19按压在手腕上而被加压调整的空气袋。
[0098]固定台单元7所含的特性可变滤波器22为用于使截止频率fc以上的信号成分截止的低通滤波器。在本例中，特性可变滤波器22包括利用来自CPUlI的滤波器特性控制电压来控制容量的可变容量二极管，可得到截止频率fc不同的两个特性(分别称为“特性A”、“特性B，，)。
[0099]详细而言，特性A是截止频率fc被设定为对多个压力传感器元件41、41、…进行扫描时的切换频率fx(在本例中为20kHz)以上的值fcA的状态。特性B为截止频率fc被设定为比来自一个压力传感器元件的压力信号的抽样频率fs的1/2低的值fcB的状态。例如，如果对来自40信道的压力传感器元件41、41^的压力信号？81、？82、‘"、？840进行扫描时的切换频率fx设为20kHz，则来自一个压力传感器元件的压力信号的抽样频率f s为500Hz。在这种情况下，例如设定为&六=250诎2。另外，&8在30取<&8<250取(=€8/2)的范围内，例如设定为f cB = 100Hz。
[0100]A/D转换部23将从传感器芯片19导出的模拟信号亦即压力信号转换为数字信息，并送往CPU11。其结果，CPUll能够借助多路复用器20分时取得传感器芯片19所含的多个压力传感器兀件41、41、…输出的压力信号Psl、Ps2、…。
[0101]图10示出所述脉搏波检测装置100所进行的测定处理的流程。由CPUll访问R0M22而读取程序并在RAM23上展开并执行程序，从而实现该流程所示的测定处理。
[0102]首先，如果电源开关(未图示)接通，则CPUll对控制电路14发出指示以便驱动负压栗16，控制电路14基于该指示将切换阀17向负压栗16侧切换，并驱动负压栗16(S101)。通过驱动负压栗16，从而借助切换阀17以袖带压比大气压低很多的方式作用有袖带压，能够避免传感器芯片19从传感器单元I意外突出而导致误动作或故障。
[0103]随后，对传感器单元I向被测定部位90移动或者操作部24所含的测定开始开关(未图示)被按压等进行检测，判断测定开始(S103)。在前者的情况下，框体IM具备用于检测传感器单元I的移动的未图示的微动开关等，CPUll基于该微动开关的检测信号判定传感器单元I是否移动。
[0104]如果判断测定开始(S103中为“是”)，则CPUll为了取得来自压力传感器元件41、41、…的压力信号，而使多路复用器20动作并开始信道扫描(S105)。将其称为多路扫描模式。然后，在该多路扫描模式下，CPUll利用滤波器特性控制信号将特性可变滤波器22切换为特性A，使该截止频率为fcA(S107)。由于该fcA为来自多个压力传感器元件41、41、…的压力信号的切换频率fx以上的值，因此能够防止在波形复原时产生迟钝。
[0105]接下来，CPUll向控制电路14送出控制信号以便驱动加压栗15。控制电路14基于该控制信号将切换阀17向加压栗15侧切换，并驱动加压栗15(S109)。由此，袖带压上升，传感器单元I的传感器芯片19被按压于受检者的被测定部位90的表面。
[0106]此时，如图11和图12中所示，传感器芯片19的长边方向、即压力传感器阵列40的延伸方向配置成与动脉91交叉。
[0107]如果传感器芯片19被按压于被测定部位90，则来自传感器芯片19所含的压力传感器元件41、41、…的压力信号在多路复用器20中被按时间划分，并通过低通滤波器42在放大器21中放大。随后，放大后的压力信号被输入特性可变滤波器22。然后，在特性可变滤波器22中滤波后的压力信号被送出到A/D转换部23。然后，在A/D转换部23中转换为数字信息，进而输入CPUll XPUll使用这些数字信息制作张力图(表示压力信号的交流成分(脉搏波信号)的振幅的柱形图)，并显示于显示部25(图10的S111)。
[0108]例如图13的(A)示出40信道的压力信号Psl、Ps2、‘"、Ps40的波形。此外，在图13的(A)中，为了便于理解，压力信号PSl、Ps2、‘"、Ps40的波形以在纵向略微错开的方式描绘。如图13的(B)所示，张力图作为表示所述的压力信号PSl、Ps2、‘"、Ps40的交流成分(脉搏波信号)的振幅(脉搏波振幅)的柱形图而得出。此外，图13的(B)的纵轴表示与各压力信号Psl、Ps2、."、Ps40对应的信道编号。
[0109]接下来，CHJll基于在图10的步骤Slll中制作的张力图，将多个压力传感器元件41、41、…中的示出脉搏波振幅的最大值的压力传感器元件(I 3的(B)的例子中为信道8)检测为位于动脉91上的压力传感器元件。然后，执行用于将位于该动脉91上的压力传感器元件选择为最佳信道的处理(S113)。此外，选择最佳信道的处理可以使用日本专利公开公报特开2004-222847号所记载的公知技术等。在本例中，选择一个压力传感器元件(设为Di)作为最佳信道(此外，也可以采用两个以上的最佳信道)。
[0110]同时，CPUlI为了决定按压袖带18的最佳按压力，从由各压力传感器元件41、41、...输入的压力信号抽出直流成分(SI 15)。例如图14所示，压力信号Ps包括直流成分Pdc和交流成分(脉搏波信号)Pac。
[0111]可以利用压力信号的恒定时间的平均值、压力信号通过低通滤波器的成分(除去了脉搏波的成分)或者脉搏波上升点(混入脉搏波成分之前)的压力信号电平，而求出直流成分Pdc。
[0112]更具体地说，在图10的步骤S115中，将压力信号的输出变化分割为以恒定时间为单位的多个窗口(区间)，通过计算各窗口内的平均值，能够抽出直流成分Pdc。或者，通过计算各窗口内的最大值与最小值的中间值、使用低通滤波器抽出规定频率以下的值等，也同样能够抽出直流成分Pdc。此外，所述的恒定时间为与受检者的脉搏无关的预先设定于脉搏波检测装置100的时间间隔，优选为包括通常的一次脉搏时间在内的1.5秒左右。
[0113]接下来，CHJll基于从各压力传感器元件41、41、…输入的压力信号，检测在步骤S115中抽出的直流成分Pdc稳定的部位(S117)。在未检测到直流成分Pdc稳定的部位的情况下(S117中为“否”)，继续由加压栗15对按压袖带18进行加压，并且直至检测到直流成分Pdc稳定的部位为止，重复所述的步骤Slll?S117的处理。
[0114]然后，如果最佳信道选择完毕且检测到直流成分Pdc稳定的部位(S117中为“是”)，贝1JCPU11将信道固定，以便多路复用器20选择并送出来自被决定为最佳信道的压力传感器元件Di的压力信号(S119)。将此称为信道固定模式。在该信道固定模式下，CPUll利用滤波器特性控制信号，将特性可变滤波器22切换为特性B，使截止频率为fcB(例如fcB=100Hz)(S121)。由于该fcB为比来自一个压力传感器元件的压力信号的抽样频率fs的1/2低的值，因此能够除去混叠噪声(即，在利用抽样定理将模拟信号转换为数字信号的情况下，具有抽样频率的1/2以上的频率成分的噪声由于折返现象而出现在抽样频率的1/2以下的区域)。除去该混叠噪声的技术例如记载于日本专利公开公报特开2005-341994号。
[0115]接着，将步骤S117中检测出的直流成分Pdc稳定的部位临时作为按压袖带18的最佳按压力，并且向控制电路14送出控制信号以便调整按压袖带18的压力(S123)。例如在图14的例子中，在框AP的范围内得到最佳按压力。
[0116]随后，CPUlI判定在按压袖带18的按压力被保持为最佳按压的状态下，从被选择为最佳信道的压力传感器元件Di输出的压力信号、即图15例示的波形数据的上升点的锐度(MSP)是否适当(S125)，进而判定是否存在波形变形(S127)。此外，在图15中，Pl表示射波的峰值，P2表示反射波的峰值。
[0117]在波形数据的上升点的锐度(MSP)不适当的情况(图10的S125中为“否”)或检测到波形变形的情况下(S127中为“否”)，直至波形数据的上升点的锐度变为适当为止，或者检测不到波形变形为止，重复步骤S123的按压力的调整。
[0118]然后，在波形数据的上升点的锐度(MSP)适当(S125中为“是”)并且检测不到波形变形的情况下(S127中为“是”)，CPU11借助多路复用器20、放大器21、特性可变滤波器22和A/D转换部23取得此刻的波形数据(SI29)。
[0119]然后，CPUll根据取得的波形数据检测脉搏波，判定脉搏波检测结束的规定条件是否成立(S131)。在步骤S131中，用于结束脉搏波检测的条件可以是经过了预先设定的规定时间(例如30秒)，也可以是来自用户的结束(或中断)指示等。即，直至规定条件成立为止，重复所述的步骤S129的脉搏波数据的传送处理。
[0120]然后，在脉搏波检测结束的规定条件成立时(S131中为“是”)，CPUlI对控制电路14送出控制信号，以便借助切换阀17驱动负压栗16(S133)。由此，传感器芯片19对被测定部位90的按压状态被解除，结束一系列的脉搏波测定处理。
[0121]在如此进行脉搏波测定的情况下，在图11所示的与压力传感器阵列40的延伸方向垂直的剖面(沿着动脉91的剖面)中，传感器芯片19的与压力传感器阵列40的两侧相当的区域10A、10B为不存在电极端子的平坦面，被按压于被测定部位90的保护薄片60的外表面60a也是平坦面。因此，不会妨碍动脉91的血管壁的向外部分91a的平坦化。其结果，能使动脉91的血管壁的向外部分91a高精度地平坦化。因此，能够不受血管壁的影响，准确求出动脉91的内压的变化。
[0122]此外，在图12所示的沿着压力传感器阵列40的延伸方向的剖面(横切动脉91的剖面)中，在传感器芯片19的与压力传感器阵列40的端部对置的区域存在有电极端子阵列50A、50B，并且填充树脂35等在传感器芯片19的两端附近向外(被测定部位90)呈凸状隆起。但是，由于该电极端子阵列50A、50B、填充树脂35等存在于从动脉91偏离的区域，因此不会妨碍动脉91的血管壁的向外部分91a平坦化。
[0123]另外，如图11所示，在传感器芯片19的硅基板10上的与压力传感器阵列40的两侧相当的区域10A、10B不存在电极端子阵列，因此能够减小与压力传感器阵列40的两侧相当的区域10A、10B的尺寸。在这种情况下，例如可以将低通滤波器42和放大器21设置于芯片外部，从而可以简化传感器芯片19内的处理电路。其结果，能够减小对被测定部位90的压迫力，因此能够减少被测定者的痛苦。
[0124]在本实施方式中，使用硅基板10作为形成传感器芯片19的基板，不过并不局限于此。所述基板只要能够利用MEMS技术形成有压力传感器(应变传感器)阵列即可，可以是其他材料的基板。
[0125]另外，在本实施方式中，使用陶瓷基板30和柔性布线板31作为布线基板，不过并不局限于此。所述布线基板只要能够支承所述基板，并且能够设置与所述基板上的电极端子连接的布线即可，也可以是其他材料的基板。例如，可以将柔性布线板31的一部分刚性构成，并在该刚性的部分直接搭载传感器芯片19。
[0126]另外，在本实施方式中，以覆盖传感器芯片19的方式设置保护薄片60，不过并不局限于此。也可以将传感器芯片19的表面与金线32—起用树脂实际平坦地涂覆并密封，从而进行保护。[Ο127]另外，在本实施方式中，将电极端子阵列50Α、50Β所含的电极端子分别沿Y方向排成一列，不过并不局限于此。电极端子阵列50Α、50Β只要设置在与压力传感器阵列40的端部对置的区域即可。例如，电极端子阵列50Α、50Β可以沿Y方向形成为2列，且为彼此分别隔开1/2间距的排列(所谓的交错排列)。在如此形成的情况下，与一列的情况相比，能够缩小传感器芯片19的Y方向尺寸。
[0128]上述的实施方式仅仅为例示，可以在不脱离本发明范围的情况下进行各种变形。上述的多个实施方式分别单独成立，不过也可以将各实施方式彼此组合。另外，不同实施方式中的各种特征可以分别单独成立，不过也可以将不同的实施方式中的特征彼此组合。
【主权项】
1.一种脉搏波检测装置，将形成有压力传感器阵列的传感器芯片按压于动脉经过的被测定部位，以无创方式检测脉搏波，其特征在于， 所述传感器芯片包括: 基板，具有在一个方向上细长延伸的形状，且配置成与所述动脉交叉； 压力传感器阵列，形成于所述基板，且由沿着所述一个方向排列的多个压力传感器元件构成；以及 电极端子阵列，形成在所述基板上的与所述压力传感器阵列的端部对置的区域，用于将所述多个压力传感器元件的输出取出到芯片外部， 所述基板上的与所述压力传感器阵列的两侧相当的区域为不存在电极端子的平坦面。2.根据权利要求1所述的脉搏波检测装置，其特征在于，所述电极端子阵列包括沿着与所述一个方向垂直的方向排列的多个电极端子。3.根据权利要求1或2所述的脉搏波检测装置，其特征在于，在所述基板的与所述压力传感器阵列的两侧相当的区域，一体地形成有处理电路，所述处理电路对所述压力传感器阵列的所述压力传感器元件的输出进行处理，并向所述电极端子阵列的电极端子送出。4.根据权利要求3所述的脉搏波检测装置，其特征在于，所述处理电路包括多路复用器，所述多路复用器选择所述压力传感器阵列的所述多个压力传感器元件的输出，并分时地取出个数减少的压力传感器元件的输出。5.根据权利要求1?4中任意一项所述的脉搏波检测装置，其特征在于， 包括搭载并支承所述传感器芯片的布线基板， 所述传感器芯片的所述电极端子阵列的电极端子借助电线连接于所述布线基板上的对应的电极极板。6.根据权利要求5所述的脉搏波检测装置，其特征在于，所述电线由树脂密封。
【文档编号】A61B5/0245GK105848572SQ201580003402
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2015年1月19日
【发明人】加藤雄树, 若宫祐之, 小椋敏彦
【申请人】欧姆龙健康医疗事业株式会社