创新医疗保健 看人体传感器如何消除痛感

商品部FAE课木村正幸介绍，由于BCG是极其微弱的动作，因此采用了"精度是普通加速度传感器约50 倍"的传感器。可以检测加速度为0.001G的微弱振动。村田制作所称之为倾斜传感器，由其2012年1月收购的VTI Technologies公司（现为MurataElectronics公司）制造，是用于铲车等建筑机械、医疗设备及飞机用测量系统等的传感器。

　　在展会上，村田制作所还公开了根据测量的心跳间隔提示心理压力程度的演示。该公司打算向设备厂商等供货配备倾斜传感器的模块，计划2013年内与设备厂商共同推进实证试验，2014年实现实用化。

　　选择可与移动通信共用的2.4GHz频带

　　（4）为利用电磁波测量心率的技术，欧姆龙健康医疗的睡眠仪就属于其中之一。该公司的堤正和表示，"目前市场上的产品只是观察与睡眠有关的呼吸的情况，并不能测出心跳，不过，如果导入可补偿人体动作的滤波处理以及噪声去除等技术，技术上来说也能用来测量心跳"。心跳的动作比呼吸和体动等还要小，因此如果能去除这些噪声成分，或提高测量精度，就能以相同的技术实现心跳测量。

　　向人的胸部等发送电磁波，根据反射波和入射波之间的相位差检测体表动作——着眼于这一原理的不仅仅是欧姆龙健康医疗。阿尔卑斯电气开发的 "RF运动传感器"就是利用2.4GHz频带的电磁波测量心跳等（图6）。该传感器没有内置天线，而是另行准备。该公司技术本部H计划第1部部门经理佐藤茂介绍说，"现在正在根据设备厂商等的评价进行改善。将研究应该追求何种程度的精度"。计划2014年开始量产。

　　图6：利用2.4GHz无线电波测量心跳和呼吸

　　阿尔卑斯电气开发出了利用2.4GHz无线电波非接触测量心跳和呼吸的技术（a）。在该公司开发的"RF运动传感器"上组合使用天线（b）。

　　之所以选择2.4GHz频带，是为了兼顾人体信息的测量和测量数据的通信。欧姆龙健康医疗开发出了把向人体发送的检测电磁波用作数据通信波的试制品。

　　凭借10.5GHz频带和MIMO提高精度

　　九州大学开发出了利用10.5GHz频带电磁波测量心跳的技术（图7）。选择10.5GHz是"因为其波长比2.4GHz短，在小型化和分辨率（精度）方面占优势"（九州大学的间濑）。

　　图7：利用10.5GHz无线电波测量驾驶员的心跳和心理压力状态

　　九州大学开发出了利用10.5GHz无线电波非接触测量驾驶员的心跳和心理压力状态的技术（a）。（b）为利用该技术和ECG分别测出的心跳变化指标（判断压力状态的指标）。

　　该技术原本是为了测量驾驶员的心理压力状态等而与汽车厂商共同开展的研究。计算心理压力状态要求有精度更高的心跳数据。因此，除了采用 10.5GHz频率以外，还通过测量驾驶中动作较少的左腿大腿部位、而不是受呼吸动作影响较大的胸部，以及开发自主算法等，提高了精度（图7（b））。

　　另外，岩手大学利用以多条天线实现高速数据传输的MIMO，开展了进一步提高灵敏度的研究（图8）。在各使用两通道进行数据收发的试验中，呼吸成分的频率检测灵敏度比单通道时提高了8.3dB。关于MIMO的利用，阿尔卑斯电气也表示，"虽然存在尺寸变大的缺点，但为了提高精度，可能会考虑采用"。

　　图8：利用MIMO提高检测灵敏度

　　在利用无线电波非接触测量心跳和呼吸的技术方面，岩手大学开发出了利用MIMO提高检测灵敏度的技术（a）。该大学的试验显示，呼吸频率的检测灵敏度提高了8.3dB（b）。

　　采用光纤作为传感器

　　（5）为利用光纤测量心跳的技术。创价大学工学部教授渡边一弘开发除了"异质核心型"光纤（图9）。

　　图9：利用光纤测量心跳和呼吸

　　创价大学开发出了将"异质核心型"光纤作为传感器使用的心跳和呼吸测量技术（a）。（b）为在寝具中缝入该光纤，测量睡眠时的呼吸等的情形。

　　异质核心型光纤是在部分光波导插入纤芯直径不同的部分。在直径不同的位置，光的传输会变得不稳定，因此，从外部触碰光纤的话，传输的光量会发生变化。如果能在光纤顶端用光电二极管检测出这一变化，就可以作为传感器使用。

　　例如，将这种光纤缝入衣服和寝具中，就能检测出身体动作。渡边表示，"具备测量心跳的精度"。

　　下一个测量对象是血液？

利用（1）～（5）技术的心跳测量技术今后会越来越多地得到采用。另外，还有观点认为，"将来如果能以非接触、非侵袭方式测量血液，医疗健康领域会掀起一场更大的革命"（Aquavit代表董事、首席商务策划师田中荣）。例如，东京大学生产技术研究所等开发出了把光的强度会随血糖值变化的传感器植入小鼠耳内、通过从体外照射光来测量血糖值的技术（图10）。今