JP3820719B2 - Biological condition measuring device - Google Patents

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【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、生体としての人体の状態を測定するために好適な生体状態測定装置係り、特に心筋負荷指数の算出に好適な生体状態測定装置関する。
【0002】
【従来の技術】
人体の循環器系の状態について診断を行う場合、最も一般的には血圧や心拍数等が用いられている。
しかし、さらに詳しい診断を行うためには、血管の粘性抵抗やコンプライアンスといったいわゆる循環動態パラメータを測定することが必要となる。
【0003】
ところで、これらの循環動態パラメータをモデル化して表わす場合、動脈系の振る舞いを記述するモデルとして、四要素集中定数モデルが用いられている。
一方、上記循環動態パラメータを測定するには、大動脈起始部と切痕部における圧力波形や血流量を測定する必要がある。すなわち、動脈にカテーテルを挿入して直接測定する方法を採るか、或いは、超音波等で間接的に測定する方法を採ることになる。
【0004】
上記、脈にカテーテルを挿入して直接測定する方法では侵襲的な測定となるため被験者への負担が大きいとともに、装置も大がかりなものとなるという問題があった。
一方、超音波等で間接的に測定する方法では、血管内の血流を非侵襲的に観測することができ、被験者への負担を低減することはできるが、測定に熟練を要し、測定のための装置もやはり大がかりなものとなるという問題があった。
【0005】
そこで、本発明者は、橈骨動脈の脈波波形と1回拍出量を測定することにより四要素集中定数モデルのパラメータを近似的に算出する方法を見い出した。そして、この方法を用いることにより、循環動態パラメータの評価を非侵襲的かつ手軽に行うことが可能な脈波解析装置を提案してきた(特開平6−205747号、発明の名称:脈波解析装置)。
【0006】
ところで、上記橈骨動脈の脈波波形と1回拍出量を測定することにより四要素集中定数モデルのパラメータを近似的に算出する方法においては、血管のコンプライアンスを動脈系の中枢部と末梢部とに分けて取り扱うモデルを採用していない。したがって、運動時や循環動態動作薬を患者に投与した場合等に、循環動態作動薬を患者に投与した場合に、その効果を中枢部と末梢部に分けて評価することはできなかった。
【0007】
次に、上述した血圧の測定について簡単に説明する。
従来から一般的に用いられている非観血型の血圧測定装置は、カフ(腕帯)を被験者の上腕部等に装着させ、カフに圧力をかけて被験者の脈波を検出することにより血圧値を測定している。
このように、被験者の末梢部における血圧の測定装置として、例えば、特開平4−276234号公報が挙げられる。すなわち、図29に示すように、カフ110を被験者の上肢の上腕部に巻回させて取り付けるとともに、バンド138を手首140に巻回し、脈波センサ134を被験者の橈骨動脈部に密着させて、被験者の脈波を検出する。そして、カフ110を加圧させた後に、降圧時において周知のオシロメトリック法により最高血圧値や最低血圧値を計測するものである。
【0008】
ところで、人体の動脈系における中枢側の血圧値と末梢側の血圧値を実測してみると、特に最高血圧値については、中枢側と末梢側の血圧値に差異が見られる。しかも、この差異の程度は、末梢側で観察される脈波の形状によって様々である。
図22〜図24に、このような脈波の形状に依存した血圧値の変動の様子を示す。
【0009】
これらの図には、中枢側である大動脈圧波形及び最高/最低血圧値、並びに、末梢側である橈骨動脈圧波形及び最高/最低血圧値を示してある。
図22に示す第1のタイプの脈波波形の場合には、点線で示す大動脈圧波形と実線で示す橈骨動脈波形から得られるそれぞれの最高血圧値は、若干橈骨動脈側が高いものの概ね等しいと言って良い。
【0010】
ところが、図23に示す第2のタイプの脈波波形の場合には、最高血圧差が14.9mmHg となって、図22に示した第1のタイプの脈波波形の場合と比較してかなり大きくなってくる。
さらに、図24に示す第3のタイプの脈波波形になると、最高血圧差は26.1mmHgといっそう大きくなる上に、第1ないし第2のタイプの脈波波形とは逆に、大動脈圧波形が全体的に橈骨動脈波形を大きく上回るようになる。
【0011】
ちなみに、これらの図22〜図24によれば、橈骨動脈側における最低血圧値は、脈波の形状によらず略同じであることがわかる。
ここで、既述した第1ないし第3のタイプの脈波について簡単に説明しておく。
第1のタイプの脈波波形は、正常な健康人の脈象であって、その波形はゆったりとして緩和であり、リズムが一定であって乱れの少ないことが特徴である。
【0012】
また、第2のタイプの脈波波形は、急激に立ち上がった後にすぐに下降し、大動脈切痕が深く切れ込むと同時に、その後の弛期峰が通常よりもかなり高いのが特徴である。
また、第3のタイプの脈波波形は、急激に立ち上がり、その後はすぐには下降せず血圧の高い状態が一定時間持続するのが特徴である。
【0013】
例示したこれらの図から導かれることは、橈骨部や上腕部といった末梢側の血圧値が高くとも大動脈起始部、すなわち中枢側,の血圧値が低い場合がある上、これとは逆に末梢側の血圧値が低くとも中枢側の血圧値が高い場合もある。このような関係は脈波波形の形状によって異なり、しかもこれらの関係が脈波波形の形状に如実に現れることである。
【0014】
例えば、高血圧治療のために患者に血圧降下剤を投与し、橈骨動脈部の血圧をもとにして薬の効果を見るとする。そうした場合、末梢側で測定した血圧が下がってきても、実際には中枢側の血圧は下がっていないこともあるわけである。
したがって、末梢側の血圧からだけでは、薬効を正しく把握することが困難な場合があると言える。
【0015】
また、これとは反対に、末梢側の血圧には変化が見られなくとも、大動脈圧波形が変化して中枢側での血圧が下がっていれば、実際には心臓の負担は軽くなっているわけである。このような場合には、無理に末梢側の血圧を下げなくとも、薬の効果は充分現われているわけであるが、これを末梢側の血圧だけから判断することは難しい。
【0016】
ところで、従来より心筋に対する負荷がどの程度であるのかを推し量るための指標として、心筋負荷指数(W−Product)が用いられている。
心筋負荷指数WPは、末梢側の血圧をPperiとし、心拍数をHRとすると、以下のように表される。
WP=Pperi×HR
【0017】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、末梢側の血圧値が高い場合でも大動脈起始部、すなわち、中枢側の血圧値が低い場合がある。さらに、これとは逆に末梢側の血圧値が低くい場合でも中枢側の血圧値が高い場合もあり、末梢側の血圧値は、必ずしも中枢側の血圧値に連動しているわけではない。
【0018】
ところで、心筋負荷指数は、本来心臓の負担がどの程度なのかを見るための指標とすべきものであるにもかかわらず、従来から行われているように末梢側で測定した血圧値(収縮期血圧)に基づいて心筋負荷指数を算出すると、心臓の負担を過大評価してしまうこともあるし、逆に過小評価してしまうという不具合があった。
【0019】
そこで、本発明の第1の目的は、簡易な構成で正確に中枢部血圧を推定することが可能な生体状態測定装置提供することにある。
【0020】
また本発明の第2の目的は、実際の心筋負荷に対応するより正確な心筋負荷指数WPを算出することができる生体状態測定装置提供することにある。
【0026】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項記載の構成は、生体の末梢部の脈波波形に基づいて前記生体の状態を測定する測定手段と、前記生体の状態をもとに、前記生体の中枢部から末梢部に至る動脈系の循環動態を表わす循環動態パラメータとして、大動脈の粘弾性を含む循環動態パラメータを算出する解析手段と、前記循環動態パラメータに基づいて前記生体の大動脈起始部血圧の推定値を算出する大動脈血圧算出手段と、前記生体の心拍数を検出する心拍数検出手段と、前記大動脈起始部血圧の推定値及び前記検出した心拍数に基づいて心筋負荷指数を算出する心筋負荷指数算出手段と、前記検出した心拍数の安静時の心拍数である基準心拍数に対する変動率が予め設定した基準心拍数変動率を越えたか否かを判別する判別手段と、を備え、前記心筋負荷指数算出手段は、前記判別に基づいて前記変動率が前記基準心拍数変動率以上の場合に、前記大動脈起始部血圧及び前記検出した心拍数に基づいて心筋負荷指数を算出することを特徴としている。
請求項2記載の構成は、請求項1記載の構成おいて、前記生体の末梢部血圧を非観血的に検出する末梢部血圧検出手段を有し、前記心筋負荷指数算出手段は、前記判別に基づいて前記変動率が前記基準心拍数変動率未満の場合に前記末梢部血圧及び前記検出した心拍数に基づいて心筋負荷指数を算出することを特徴としている。
請求項3記載の構成は、生体の末梢部の脈波波形に基づいて前記生体の状態を測定する測定手段と、前記生体の状態をもとに、前記生体の中枢部から末梢部に至る動脈系の循環動態を表わす循環動態パラメータとして、大動脈の粘弾性を含む循環動態パラメータを算出する解析手段と、前記循環動態パラメータに基づいて前記生体の大動脈起始部血圧の推定値を算出する大動脈血圧算出手段と、前記生体の心拍数を検出する心拍数検出手段と、前記大動脈起始部血圧の推定値及び前記検出した心拍数に基づいて心筋負荷指数を算出する心筋負荷指数算出手段と、を備え、前記心筋負荷指数算出手段は、前記算出した循環動態パラメータの所定のタイミングにおける前記循環動態パラメータである基準循環動態パラメータに対する変動率が予め設定したパラメータ基準変動率以上の場合に、前記大動脈起始部血圧及び前記検出した心拍数に基づいて心筋負荷指数を算出することを特徴としている。
請求項4記載の構成は、請求項3記載の構成おいて、前記生体の末梢部血圧を非観血的に検出する末梢部血圧検出手段を有し、前記心筋負荷指数算出手段は、前記判別に基づいて前記変動率が前記基準パラメータ変動率未満の場合に前記末梢部血圧及び前記検出した心拍数に基づいて心筋負荷指数を算出することを特徴としている。
【0027】
請求項記載の構成は、請求項1ないし請求項4のいずれかに記載の構成において、前記循環動態パラメータは、前記中枢部での血液粘性による血管抵抗,血液の慣性,前記末梢部での血管抵抗,前記末梢部での血管の粘弾性を含む、ことを特徴としている。
【0028】
請求項記載の構成は、請求項1ないし請求項のいずれかに記載の構成において、前記血圧算出手段は、大動脈弁に対応するダイオードと,前記中枢部での血液粘性による血管抵抗に対応する第1の抵抗と,前記中枢部での血液の慣性に対応するインダクタンスと,前記大動脈の粘弾性に対応する第1の静電容量と,前記末梢部での血管抵抗に対応する第2の抵抗と,前記末梢部での血管の粘弾性に対応する第2の静電容量を有するモデルであって、一対の入力端子間に前記ダイオードと前記第1の静電容量の直列回路が接続され、一対の出力端子間に前記第2の静電容量及び前記第2の抵抗からなる並列回路が挿入され、前記第1の静電容量の両端子間と前記出力端子との間に前記第1の抵抗及び前記インダクタンスからなる直列回路が挿入されてなる五要素集中定数モデルにより前記動脈系の循環動態をモデル化して、前記循環動態パラメータを決定するとともに、前記第1の静電容量の両端子間の電圧波形を前記大動脈圧波形とする、ことを特徴としている。
【0029】
請求項記載の構成は、請求項1ないし請求項のいずれかに記載の構成において、前記生体の状態は前記動脈系の末梢部における脈波であり、前記血圧算出手段は、前記生体の左心室圧に対応する電気信号が前記入力端子間に与えられたときに、前記脈波の波形に対応する電気信号が前記出力端子から得られるように、前記五要素集中定数モデルを構成する各素子の値を決定することを特徴としている。
【0030】
請求項記載の構成は、請求項1ないし請求項のいずれかに記載の構成において、前記生体の状態は前記動脈系の末梢部における脈波であり、前記脈波の波形から該脈波のひずみを算出するひずみ算出手段を有し、前記血圧算出手段は、前記循環動態パラメータと前記脈波のひずみとの相関関係に基づいて前記循環動態パラメータを決定することを特徴としている。
【0031】
請求項記載の構成は、請求項1ないし請求項のいずれかに記載の構成において、前記生体の1回拍出量を検出する1回拍出量検出手段を有し、前記血圧算出手段は、前記大動脈圧波形から得られる1回拍出量の計算値と、前記1回拍出量測定手段で測定された1回拍出量の実測値とが一致するように、前記循環動態パラメータの値を調整することを特徴としている。
【0032】
請求項10記載の構成は、請求項1ないし請求項のいずれかに記載の構成において、前記大動脈圧波形に基づいて前記生体の心臓の仕事量を算出する仕事量算出手段を有することを特徴としている。
【0044】
【発明の実施の形態】
次に図面を参照して本発明の好適な実施形態について説明する。
第1実施形態
以下、図面を参照して、本発明の第1実施形態について説明する。
【0045】
[1] 血圧測定装置の概要構成
図1に第1実施形態による生体状態測定装置としての血圧測定装置の構成ブロック図を示す。
本第1実施形態では、非侵襲的なセンサによって人体から得た情報に基づいて、人体の動脈系の循環動態パラメータを評価し、得られた循環動態パラメータに基づいて中枢部における最高血圧、最低血圧、心筋負荷指数及び心仕事量を算出するが、循環動態パラメータの具体的内容については後述することとする。
【0046】
脈波検出装置1は、図2に示すように、被験者の手首へ装着された圧力センサS2を介して橈骨動脈波形を検出するとともに、被験者の上腕部に装着されたカフ帯S1を介して被験者の血圧を検出する。
そして、測定した橈骨動脈波形を血圧によって校正し、アナログ電気信号として出力する。このアナログ信号は、A/D(アナログ/デジタル)変換器3へ入力され、所定のサンプリング周期毎にデジタル信号に変換される。
【0047】
1回拍出量測定器2は、図2に示すように、カフ帯S1に接続されており、このカフ帯S1を介して、心臓から1回の拍で流出される血液の量である1回拍出量を測定し、その測定結果を1回拍出量データとしてデジタル信号で出力する。この種の測定器としては、いわゆる収縮期面積法により測定を行う装置を用いることができる。
【0048】
マイクロコンピュータ4は、A/D変換器3から取り込んだ脈波波形を格納するための波形メモリと、作業領域としての一時記憶メモリを内蔵している。
そして、マイクロコンピュータ4は、入力装置であるキーボード5から投入されたコマンドに従って、図6に示すような、各種の処理を行い、これら処理から得られた結果を出力装置6へ出力する。
【0049】
ここでは、処理の概要についてのみ説明し、それらの処理の詳細に関しては、動作説明の際に詳述することとする。
▲1▼ 脈波の測定データ読込処理(ステップS1)
a) A/D変換器3を介して得られる橈骨動脈波形の時系列デジタル信号を内蔵の波形メモリ(図示略)に取り込む。
b) 波形メモリへ取り込んだ橈骨動脈波形を”拍”毎に平均化して、1拍に対応した橈骨動脈波形(以下、平均波形と呼ぶ)を求める。
【0050】
▲2▼ 1回拍出量の測定データ読込処理(ステップS2)
1回拍出量データを、マイクロコンピュータ4内蔵の一時記憶メモリへ取り込む
▲3▼ パラメータ算出処理(ステップS3)
1拍に対応した橈骨動脈波形を表わす数式を求め、この数式に基づいて動脈系に対応した電気的モデルの各パラメータを算出する。
【0051】
▲4▼ データ算出処理(ステップS4)
得られた循環動態パラメータから、大動脈起始部における脈波波形を求めるとともに、大動脈起始部における最高血圧値,最低血圧値,心筋負荷指数WP及び心臓の仕事量を算出する。
▲5▼ 出力処理(ステップS5)
得られた循環動態パラメータ,最高血圧値,最低血圧値,心筋負荷指数WP及び心臓の仕事量を出力装置6へ出力する。
【0052】
[2] 出力装置の詳細構成
次に、出力装置6の詳細について図1を参照して説明する。
実測血圧表示部61は、橈骨動脈波形に基づいて実測された最高血圧、最低血圧および平均血圧を表示する。
【0053】
中枢部推定血圧表示部62は、後述する処理によって求められた中枢部の平均血圧E01、最高血圧Em’、最低血圧Eoを表示する。
警告表示部63は、横一列に配列された複数のLEDによって構成されており、これらLEDは、実測された最高血圧と中枢部の最高血圧Em’との差に対応して点灯する。
【0054】
すなわち、両者の差が±10mmHg以下であれば、「NORMAL」の緑色のLEDが点灯され、差が±10mmHgを越えた場合は「CAUTION」の赤色のLEDが点灯される。
【0055】
パラメータ表示部64は、マイクロコンピュータ4から静電容量Cc、電気抵抗Rc、インダクタンスL、静電容量C、電気抵抗Rp、左心室加圧時間ts、1拍の時間tp、1回拍出量SVおよび心仕事量Wsが供給されると、これらのパラメータを表示する。なお、これらパラメータの詳細については後述する。
CRTディスプレイ67は、橈骨動脈波形、左心室圧波形、大動脈圧波形等、各種の波形を表示する。
【0056】
プリンタ65は、プリント指令ボタン66が押下されると、実測血圧表示部61、中枢部推定血圧表示部62、警告表示部63、パラメータ表示部64に表示された各種のデータと、CRTディスプレイ67に表示された波形とを用紙にプリントアウトする。
【0057】
心筋負荷指数表示部68は、後述する処理によって求められた心筋負荷指数WPを表示する。
ここで、警告表示部63において警告表示を行う意義について説明する。
【0058】
先に図22〜図24について説明したように、推定された大動脈圧波形と橈骨動脈波形の最高血圧差には3つのタイプがある。そして、脈波波形が第1のタイプ(図22)である被験者は健康人である可能性が高く、第2および第3のタイプの場合は被験者が何らかの疾患を有している場合が多い。
【0059】
例えば、第2のタイプ(図23)は血流状態の異常に原因するもので、浮腫,肝腎疾患,呼吸器疾患,胃腸疾患,炎症性疾患などの疾患を有する可能性が高い。また、第3のタイプは、血管壁の緊張度の上昇に原因するもので、肝胆疾患,皮膚疾患,高血圧,疼痛性疾患などを有する可能性が高い。
【0060】
そこで、本実施形態にあっては、最高血圧差が異常であると考えられる場合に、赤色のLEDを点灯させて警告表示を行うこととしたものである。
なお、上記例にあっては、大動脈圧波形と橈骨動脈波形の最高血圧差に基づいて診断を行ったが、最高血圧差に代えて最低血圧差あるいは平均血圧差を用いてもよい。さらに、最高血圧差、最低血圧差および平均血圧差の全てを用いて診断を行ってもよいことは言うまでもない。
【0061】
[3] 五要素集中定数モデルについて
本第1実施形態では、動脈系の電気的モデルとして新たに「五要素集中定数モデル」を採用している。
この五要素集中定数モデルでは、人体の循環系の挙動を決定する要因のうち、特開平6−205747号(発明の名称:脈波解析装置)が開示する四要素集中定数モデルで採用されている中枢部での血液による慣性,中枢部での血液粘性による血管抵抗(粘性抵抗),末梢部における血管のコンプライアンス(粘弾性),末梢部における血管抵抗(粘性抵抗)の4つのパラメータに、新たなパラメータとして大動脈コンプライアンスを追加し、これらの5つのパラメータを電気回路としてモデリングしたものである。なお、コンプライアンスとは血管の軟度を表わす量である。
【0062】
図3(a)には、四要素集中定数モデルの回路図を示してあり、また、図3(b)には、五要素集中定数モデルの回路図を示してある。以下、五要素集中定数モデルを構成する各素子と各パラメータの対応関係を示す。
静電容量Cc :大動脈コンプライアンス〔cm5/dyn〕
電気抵抗Rc :動脈系中枢部での血液粘性による血管抵抗〔dyn・s/cm5〕
インダクタンスL:動脈系中枢部での血液の慣性 〔dyn・s2/cm5〕
静電容量C :動脈系末梢部での血管のコンプライアンス〔cm5/dyn〕
電気抵抗Rp :動脈系末梢部での血液粘性による血管抵抗〔dyn・s/cm5〕
【0063】
ここで、電気回路内の各部を流れる電流i,ip,ic,isは、各々対応する各部を流れる血 流〔cm3/s〕に相当する。中でも、電流iは大動脈血流であり、電流isは左心室から拍出される血流である。また、入力電圧eは左心室圧〔dyn/cm2〕に相当し、電圧v1は大動脈起始部の圧力〔dyn/cm2〕に相当する。さらに、静電容量Cの端子電圧vpは橈骨動脈部での圧力〔dyn/cm2〕に相当するものである。加えて、図3(b)に示すダイオードDは大動脈弁に相当するものであって、収縮期に相当する期間においてオン(弁が開いた状態)となり、拡張期に相当する期間ではオフ(弁が閉じた状態)となる。
【0064】
後述するように、本第1実施形態においては、これら5つのパラメータを一度に算出してしまうのではなく、静電容量Ccを除くパラメータを前述の文献に開示されている四要素集中定数モデルを用いて算出した後に、静電容量Ccを決定するようにしている。そこで、まず、図3(a)に示す四要素集中定数モデルの挙動についての理論的説明を行うこととする。
【0065】
同図(a)に示す四要素集中定数モデルにおいては、下記微分方程式が成立する。
v1=Rci+L(di/dt)+vp …(1)
ここで、電流iは、
i=ic+ip=C(dvp/dt)+(vp/Rp) …(2)
と表わすことができるから、式(1)は次式のように変形される。
v1=LC(d2vp/dt2)+{RcC+(L/Rp)}(dvp/dt)+{1+(Rc/Rp)}vp …(3)
【0066】
周知のように、式(3)によって示される2次の定係数常微分方程式の一般解は、式(3)を満足する特殊解(定常解)と、次式の微分方程式を満足する過渡解の和によって与えられる。
0=LC(d2vp/dt2)+{RcC+(L/Rp)}(dvp/dt)+{1+(Rc/Rp)}vp …(4)
【0067】
次に、微分方程式(4)の解は次のようにして得られる。まず、微分方程式(4)の解として次式によって表わされる減衰振動波形を仮定する。
vp=exp(st) …(5)
式(5)を式(4)に代入すると、式(4)は次のように変形される。
[LCs2+{RcC+(L/Rp)}s+{1+(Rc/Rp)}]vp=0…(6)
【0068】
式(6)をsについて解くと、
s=[−{RcC+(L/Rp)}±√{{RcC+(L/Rp)}2−4LC{1+(Rc/Rp)}}]/2LC …(7)
となる。
式(7)において、
{RcC+(L/Rp)}2<4LC{1+(Rc/Rp)} …(8)
である場合には、第2項の根号√の中が負となり、sは以下のようになる。

Figure 0003820719
【0069】
ここで、減衰率をα,角周波数をωとしており、
Figure 0003820719
である。そして、
A1=LC …(12)
A2=(L+RcRpC)/Rp …(13)
A3=(Rc+Rp)/Rp …(14)
とおくと、式(10),式(11)は以下のように表わすことができる。
α=(A2/2A1) …(15)
ω=√{(A3/A1)−α2} …(16)
【0070】
このようにしてsの値が確定し、微分方程式(4)を満足する解が得られる。
以上の知見に基づくことで、四要素集中定数モデルの応答波形に含まれる減衰振動成分を近似する式として、式(5)を用いることができる。
次に、大動脈起始部における圧力波形のモデリングを行う。一般に、大動脈起始部の圧力波形は図4の太線の如き波形であって、同図における時間tp は波形の1拍分の時間,時間tsは左心室の加圧時間である。四要素集中定数モデルでは、この圧力波形を図5に示す三角波で近似することにする。図5において近似波形の振幅と時間がEo,Em,tp,tp1で表わされるとすると、任意の時間tにおける大動脈圧v1は以下の式で表わされる。ここで、Eoは最低血圧(拡張期血圧)、Emは脈圧,(Eo+Em)は最高血圧(収縮期血圧),tpは1拍の時間、tp1は大動脈圧の立ち上がりから圧力が最低血圧値になるまでの時間である。
0≦t<tp1の区間:
v1=Eo+Em{1−(t/tp1)} …(17)
tp1≦t<tpの区間:
v1=Eo …(18)
【0071】
そして、式(17),式(18)によって表わされる電圧v1を図3(a)の等価回路へ入力した時の応答波形vp(即ち橈骨動脈波)は以下のようになる。
0≦t<tp1の区間:
Figure 0003820719
tp1≦t<tpの区間:
Figure 0003820719
【0072】
ここで、Eminは、脈波検出装置1が測定する橈骨動脈波形における最低の血圧値(後述する 図11を参照)である。
式(19)における右辺第3項および式(20)における右辺第2項が既述した式(5)の減衰振動成分であって、これらの項におけるαおよびωは式(15),式(16)により与えられている。なお、B,tb,Dm1,Dm2は後述する手順にしたがって算出される定数値である。
【0073】
次に、式(19),式(20)の各定数のうち、既に確定したα,ω以外のものについて検討する。まず、式(17),式(19)を微分方程式(3)に代入すると、次式が得られる。
Figure 0003820719
【0074】
式(21)が成立するためには、以下の条件が必要となる。
Figure 0003820719
【0075】
なお、式(24)および(25)はαおよびωを拘束するものであるが、既に式(15),式(16)により得られたα,ωはこれらの式を満足する。
一方、式(18),式(20)を微分方程式(3)に代入すると、次式が得られる。
Figure 0003820719
【0076】
式(26)が成立するためには式(24),式(25)が成立することに加えて、次式が成立することが必要である。
Eo={1+(Rc/Rp)}Emin=A3Emin …(27)
次に、微分方程式(3)が成立するための条件式(22)〜(25),式(27)に基づいて、式(19),式(20)の各定数を算定する。
【0077】
まず、Eminは式(27)より次式のように得られる。
Emin=(EO/A3) …(28)
また、式(23)よりBは、
B=(tbEm)/(tp1A3) …(29)
となる。また、式(22)に式(29)を代入して、tbについて解くと、
tb=(tp1A3+A2)/(A3) …(30)となる。
【0078】
さらに、残りの定数Dm1,Dm2,θ1,θ2は、橈骨動脈波形vpがt=0,tp1,tpにおいて連続性を維持し得るような値、すなわち、下記に示す条件▲1▼〜▲4▼を満足する値が選ばれる。
▲1▼ 式(19)のvp(tp1)と式(20)のvp(tp1)とが一致すること
▲2▼ 式(20)のvp(tp)と式(19)のvp(0)とが一致すること
▲3▼ 式(19)および式(20)におけるt=tp1の微分係数が一致すること
▲4▼ 式(19)のt=0での微分係数と、式(20)のt=tpでの微分係数が一致すること
【0079】
すなわち、Dm1およびθ1は、
Dm1=√(D112+D122)/ω …(31)
θ1=tan-1(D11/D12) …(32)
なる値が選ばれる。ただし、
D11=(vO1−B−Emin)ω …(33)
D12=(vO1−B−Emin)α+(B/tp)+(iO1/C) …(34)
であり、vO1とiO1はt=0におけるvpとicの初期値である。
【0080】
また、Dm2およびθ2は、
Dm2=√(D212+D222)/ω …(35)
θ2=tan-1(D21/D22) …(36)
なる値が選ばれる。ただし、
D21=(vO2−Emin)・ω …(37)
D22=(vO2−Emin)・α+(iO2/C) …(38)
であり、vO2とiO2はt=tp1でのvpとicの初期値である。
【0081】
このようにして、式(19),式(20)の各定数が得られた。
さて、式(16)の角周波数ωから逆算することにより、血管抵抗RCは、
Rc=[L−2Rp√{LC(1−ω2LC)}]/CRp …(39)
となる。ここで、Rcが実数でかつ正となる条件は、
{4Rp2C}/{1+(2ωRpC)2}≦L≦(1/ω2C) …(40)
である。
【0082】
一般に、Rpは103[dyn・s/cm5]程度,Cは10-4[cm5/dyn]程度であり、ωは脈波に重 畳している振動成分の角周波数であるから10(rad/s)以上であるとみてよい。このため、式(40)の下限はほぼ1/(ω2C)と見なせる。そこで、簡略化のため、Lを近似的に、
L=1/(ω2C) …(41)
とおくと、Rcは、
Rc=L/(CRp) …(42)
となる。
【0083】
また、式(41),式(42)の関係より式(15)の減衰定数αは、
α=1/(CRp) …(43)
となる。
式(41)〜式(43)の関係を用いて、α,ω,Lによって四要素集中定数モデルの残りのパラメータを表わすと、
Rc=αL …(44)
Rp=(ω2L/α) …(45)
C=1/(ω2L) …(46)
となる。これらの式(44)〜式(46)より、パラメータはα,ω,Lが得られることにより確定することが明らかである。
【0084】
ここで、後述するようにα,ω,B,tbは橈骨動脈波の実測波形から得られ、Lは1回拍出量SVに基づいて算出できる。以下に1回拍出量SVに基づくLの算出手順について説明する。
まず、大動脈起始部の圧力波の平均値E01は次式により与えられる。
E01={Eotp+(tp1Em/2)}/tp …(47)
一方、Rc,Rp,α,ω,Lの間には次式が成立する。
Rc+Rp=αL+(ω2L/α)=(α2+ω2)L/α …(48)
【0085】
そして、四要素集中定数モデルを流れる平均電流,すなわち平均値E01,を(Rc+Rp)によって除算したものは、拍動により動脈を流れる血流の平均値(SV/tp)に相当するから、次式が成立する。
Figure 0003820719
【0086】
このようにして得られた式(49)をLについて解くことにより、1回拍出量SVからLを求めるための式が次の通りに得られる。
L= α・{Eotp+(tp1Em/2)}/{(α2+ω2)SV} …(50)
なお、血流量を測定することにより式(49)中の平均電流(1/tp){Eotp+(tp1Em/2)}に相当する値を求め、この結果に基づいてインダクタンスLを算出してもよい。血流量を測定する装置としては、インピーダンス法によるもの,ドップラー法によるもの等が知られている。また、ドップラー法による血流量測定装置には、超音波を利用したもの,レーザを利用したもの等がある。
【0087】
[4] 循環動態パラメータの算出方法の原理説明
次に、五要素集中定数モデルに基づいた循環動態パラメータの算出方法の原理的な説明をおこなう。先に触れたように、循環動態パラメータの中のRc,Rp,C,Lが、四要素集中定数モデルを用いて決定されるので、これらのパラメータをもとに静電容量Ccの値を決定する。そのために、図3(b)における電流i,電流is,電圧v1,電圧vp等を求める必要がある。
【0088】
まず、左心室圧波形eを図4に示すような正弦波で近似する。すなわち、
ωs=π/ts
とおいて、左心室圧波形eを次式で表わす。
e=Em’ sinωst …(51)
ここで、Em’は最高血圧であって、図5で言えば(Em+Eo)に相当する。以下、図4に示すように、時間tがt1≦t<t2の収縮期とt2≦t<(tp+t1)の拡張期に場合分けして説明することとする。ここで、時刻t1,時刻t2は左心室圧波形と大動脈圧波形との交点における時刻である。
【0089】
[4.1] 収縮期
この場合、v1=eが成立するとともに、電圧v1と電流iについてはそれぞれ式(1)と式(2)が成立する。したがって、式(1)〜式(3)と式(12)〜式(14),式(51)から、次に示す微分方程式が成立する。
A1(d2vp/dt2)+A2(dvp/dt)+A3vp=Em’sinωst…(52)
【0090】
そこでまず、四要素集中定数モデルと同様にして、この微分方程式の定常解vpstを求める。そのために、定常解vpstを次式のように仮定する。
vpst=E1cosωst+E2sinωst …(53)
式(53)を式(52)のvpに代入して係数を比較することにより、次の2式が得られる。
(A3・ωs2A1)E1+ωsA2E2=0 …(54)
−ωsA2E1+(A3−ωs2A1)E2=Em’ …(55)
【0091】
これらの式を解くことにより、
E1=(−ωsA2Em’)/{(ωsA2)2+(A3−ωs2A1)2} …(56)
E2={(A3−ωs2A1)Em’}/{(ωsA2)2+(A3−ωs2A1)2}…(57)
が得られる。
【0092】
次に、式(52)の微分方程式の過渡解vptrを求める。そのために、
vptr=exp(λt)
とおいて、次式のvpへ代入する。
A1(d2vp/dt2)+A2(dvp/dt)+A3vp=0 …(58)
これにより、次式が得られる。
A1λ2+A2λ+A3=0 …(59)
【0093】
そこで、この式をλについて解くと次式が得られる。
Figure 0003820719
【0094】
ここで、{A2/(2A1)}2<(A3/A1)とする(振動モード)と、次式が得られる。
Figure 0003820719
【0095】
このとき、
β1=A2/(2A1) …(62)
ω1=√(A3/A1−β12 …(63)
である。
【0096】
ここで、さらに過渡解vptrを次式のように置く。
vptr=(a1cosω1t+ja2sinω1t)exp(−β1t)…(64)
すると、電圧vpは定常解と過渡解との和で表わされることから、式(53)と式(64)によって次式で与えられる。
vp=(E1cosωst+E2sinωst)+(a1cosω1t+ja2sinω1t)exp(−β1t)…(65)
【0097】
また、電流iは、式(65)を式(2)へ代入することによって、次式のように得られる。
Figure 0003820719
【0098】
次に、t=t1のときのvp,iを各々v02,i0として次式の如く仮定する。
i0=J0+(a1J1+ja2J2)exp(−β1t1) …(68)
v02=P0+(a1P1+ja2P2)exp(−β1t1) …(69)
すると、式(65)〜式(69)より以下の式が成立する。
J0=(E1/Rp+ωsCE2)cosωst1+−ωsCE1+E2/Rp)・sinωst1 …(70)
J1={(1−β1CRp)/Rp}cosω1t1−ω1Csinω1t1…(71)
J2=ω1Ccosω1t1+{(1−β1CRp)/Rp}sinω1t1…(72)
P0=E1cosωst1+E2sinωst1 …(73)
P1=cosω1t1 …(74)
P2=sinω1t1 …(75)
【0099】
また、式(68)〜式(69)をa1,a2について解くと、次のようになる。
Figure 0003820719
【0100】
さらに、式(71)〜式(75)から次式の関係が成立することがわかる。
J2P1−J1P2=ω1C …(78)したがって、式(64)に式(76)〜式(77)を代入し、その際に式(78)を用いると、過渡解vptrとして次式が得られる。
Figure 0003820719
【0101】
ここで、
B1tr=v02−P0 …(81)
t’ =t−t1 …(82)
B2tr=−{(1−β1CRp)(v02−P0)−Rp(i0−J0)}/(ω1CRp) …(83)
とおくと、
vptr=(B1trcosω1t’+B2trsinω1t’) exp(−β1t’)…(84)
が得られる。
【0102】
結局、式(65)は次式のようになる。
Figure 0003820719
【0103】
次に、前述した式(67)において
D1st=(E1/Rp)+ωsCE2 …(86)
D2st=−ωsCE1+(E2/Rp) …(87)
D1tr={(1−β1CRp)/Rp}B1tr+ω1CB2tr …(88)
D2tr=−ω1CB1tr+{(1−β1CRp)/Rp}B2tr …(89)
とする。
【0104】
すると、電流iとしては、
Figure 0003820719
が得られる。
【0105】
また、電流isは、
is=Cc(dv1/dt)+i=ωsCcEm’cosωst+i …(91)
として得られる。
【0106】
[4.2] 拡張期
拡張期においては、ダイオードDがオフとなって、左心室圧eがダイオードDのカソード側の回路へ印加されなくなり、静電容量CCを流れる電流は、電流iと大きさが等しく、逆方向の電流となる。したがって、電圧v1は上述した式(1)で表わされるとともに、電流i,電流icはそれぞれ以下の式で表わされる。
i=−Cc(dv1/dt) …(92)
ic=C(dvp/dt) …(93)
【0107】
したがって、電圧vpは、
Figure 0003820719
となる。
【0108】
また、i−ic=ip=vp/Rp であるから、
i=vp/Rp+C(dvp/dt) …(95)
となる。
【0109】
次に、式(1)に式(95)を代入して、得られた式の両辺を時間tで微分すると次式が得られ る。
Figure 0003820719
【0110】
また、式(92)と式(95)から次式が導かれる。
dv1/dt=−{vp/Rp+C(dvp/dt)}/Cc …(97)
そして、式(96)と式(97)から次式が得られる。
Figure 0003820719
【0111】
したがって、この式を変形すると次式が得られる。
(d3vp/dt3)+A1’(d2vp/dt2)+A2’(dvp/dt)+A3’vp=0 …(99)
ここで、
A1’=(L+CRcRp)/(LCRp) …(100)
A2’=(CcRc+CcRp+CRp)/(LCcCRp) …(101)
A3’=1/(LCcCRp) …(102)
【0112】
次に、vp=exp(λt)とおいて、これを式(99)へ代入すると次式が得られる。
(λ3+A1’λ2+A2’λ+A3’)exp(λt)=0 …(103)
さらに、以下のような定義をおこなう。
p=(A1’2/9)−(A2’/3) …(104)
q=−A1’3/27+(A1’A2’)/6−A3’/2 …(105)
u={q+√(q2−p3)}1/3 …(106)
v={q−√(q2−p3)}1/3 …(107)
α’=−(u+v)+A1’/3 …(108)
β2=(u+v)/2+A1’/3 …(109)
ω2=(u−v)√(3)/2 …(110)
λ1=−α’ …(111)
λ2=−β2+jω2 …(112)
λ3=−β2−jω2 …(113)
なお、(q2−p3)>0であれば振動モードである。
【0113】
そして、電圧vpをさらに次式のように仮定する。
Figure 0003820719
【0114】
すると、式(95)へ式(114)を代入することにより、電流iは次式のように変形される。
Figure 0003820719
【0115】
ここで、
g0=(1−α’CRp)/Rp …(116)
g1=(1−β2CRp)/Rp …(117)
g2=(ω2CRp)/Rp …(118)
【0116】
したがって、電圧v1は式(115)から次式のようになる。
Figure 0003820719
【0117】
ここで、
f0=g0/(α’Cc) …(120)
f1=(β2g1−ω2g2)/{(β22+ω22)Cc} …(121)
f2=(ω2g1+β2g2)/{(β22+ω22)Cc} …(122)
次に、計算の簡略化を図るために、以後の説明においては、図4に示す時刻t2をt=0とおくことにする。そして、t=0における電圧v1,電圧vp,電流iを各々v01,v02,i0とすると、これらは式(119),式(114),式(115)のtをt=0とおくことで以下のように得られる。
v01=f0b1+(f1+jf2)b2+(f1−jf2)b3 …(123)
v02=b1+b2+b3 …(124)
i0=g0b1+(g1+jg2)b2+(g1−jg2)b3 …(125)
【0118】
次に、式(114)における第2項と第3項を変形することで、電圧vp は次式のようになる。
Figure 0003820719
【0119】
ここで、
Figure 0003820719
であって、
k1=v01−f0v02 …(130)
k2=i0−g0v02 …(131)
k3=g1−g0 …(132)
k4=f1−f0 …(133)
である。
【0120】
次いで、式(126)のvp を式(2)へ代入することにより、電流iは以下のようになる。
Figure 0003820719
ここで、
D0={(1−α’CRp)/Rp}B0 …(135)
D1={(1−β2CRp)/Rp}B1+ω2CB2 …(136)
D2=−ω2CB1+{(1−β2CRp)/Rp}B2 …(137)
【0121】
したがって、式(134)から電圧v1は、
Figure 0003820719
となる。ここで、
H0=D0/(α’Cc) …(139)
H1=(β2D1+ω2D2)/{(β22+ω22)Cc} …(140)
H2=(−ω2D1+β2D2)/{(β22+ω22)Cc} …(141)
【0122】
上述したように、以上の説明では時刻t2をt=0としていた。そこで、時間スケールを合わせるために、t→(t−t2)の置き換えを行う。これにより、電圧v1,電圧vp,電流iは各々式(138),式(126),式(134)から以下のように求められる。
Figure 0003820719
【0123】
ここで、
Hm=√(H12+H22) …(145)
φ21=tan-1(H1/H2) …(146)
Bm=√(B12+B22) …(147)
φ22=tan-1(B1/B2) …(148)
Dm=√(D12+D22) …(149)
φ23=tan-1(D1/D2) …(150)
【0124】
ちなみに、拡張期における電流isは「0」である。
次いで、1回拍出量SVの理論値を求める。1回拍出量SVは、収縮期における電流isの面積で与えられることから、式(91)で示す電流isを時刻t1〜時刻t2について積分することによって得られる。すなわち、
Figure 0003820719
【0125】
[5]脈波解析装置の動作
次に、本実施形態による脈波解析装置の動作を図6ないし図12を参照して説明する。
図6〜図10に、第1実施形態における脈波解析装置の動作を示すフローチャートを示す。
【0126】
また、図11に、上述した平均化処理により得られる平均波形の波形図を示す。
さらに図12に、後述するパラメータ算出処理により得られる橈骨動脈波形と、平均化処理により得られた平均波形とを対比した波形図を示す。
以下、これらの図を参照して動作説明を行うこととする。
【0127】
▲1▼ 脈波の測定データ読込処理(ステップS1)
(a) 脈波読取処理
循環動態パラメータの評価を行うに際して、被験者の診断を担当する診断者は、図2に示すようにカフ帯S1及び圧力センサS2を被験者に装着させ、測定開始のコマンドをキーボード5から入力する。マイクロコンピュータ4はこのコマンドに応答して、脈波の測定指示を脈波検出装置1へ送出する。
この結果、脈波検出装置1が橈骨動脈波を検出して、この橈骨動脈波を表わす時系列デジタル信号をA/D変換器3が出力する。マイクロコンピュータ4は、このデジタル信号を一定時間(約1分間)にわたって内蔵の波形メモリへ取り込む。このようにして、波形メモリには複数拍分の橈骨動脈波形が取り込まれる。
【0128】
(b) 平均化処理
次に、マイクロコンピュータ4は、複数拍分の橈骨動脈波形を1拍毎ごとに重ね合わせ、上記の一定時間における1拍当たりの平均波形を求める。そして、この平均波形を橈骨動脈波形の代表波形として内蔵メモリへ格納する。このようにして作成された平均波形の代表波形W1を、図11に例示する。
【0129】
▲2▼ 1回拍出量データ取込処理(ステップS2)
次いで、マイクロコンピュータ4は1回拍出量測定器2へ1回拍出量の測定指示を送る。この結果、1回拍出量測定器2が被験者の1回拍出量を測定し、その測定結果がマイクロコンピュータ4によって内蔵の一時記憶メモリへ取り込まれる。
【0130】
▲3▼ パラメータ算出処理(ステップS3)
つぎに、四要素集中定数モデルに基づいて、五要素集中定数モデルを構成する5つの循環動態パラメータのうち、静電容量Ccを除く4つの循環動態パラメータの決定を行う。
【0131】
マイクロコンピュータ4は、図7〜図8に示すパラメータ算出処理ルーチンを実行する。その際、当該ルーチンの実行に伴って、図9に示すα,ω算出処理ルーチンが実行され(ステップS109、S117)る。また、当該α,ω算出処理ルーチンの実行に伴って、図10に示すω算出ルーチンが実行される(ステップS203)。
【0132】
以下、これらのルーチンの処理内容について説明する。
まず、マイクロコンピュータ4は、図11に示すごとき橈骨動脈の平均波形について、血圧が最大となる第1ポイントP1に対応する時間t1’と血圧値y1,第1ポイントの後に血圧が一旦落込む第2ポイントに対応する時間t2’と血圧値y2,2番目のピーク点である第3ポイントP3に対応する時間t3’と血圧値y3,1拍分の時間tp,最低血圧値Emin(上述した式(3)と式(4)の第1項に相当する)を求める(ステップS101)。
【0133】
なお、脈波が”なだらか”であって第2ポイントP2や第3ポイントP3を区別するのが困難であれば、第2ポイントと第3ポイントの時間を各々t2’=2t1’、t3’=3t1’と想定する。
次に、処理を簡略化するために、図13に示すA点の血圧値y0を用いて血圧値y1〜y3の正規化処理を行い(ステップS102,S103)、B点の値を(y0/2)−0.1に初期設定する(ステップS104)。
【0134】
次いで、以下の手順に従ってB,tb,α,ωの最適値を決定する。
(a) まず、Bを
「(y0/2)〜y0」
の範囲で変化させ、同時に、tbを
「(tp/2)〜tp」
の範囲で変化させる。その際、Bとtbは何れも+0.1間隔で変化させるようにする。そして、B及びtbの各々について、
|vp(t1’)−y1|,
|vp(t2’)−y2|,
|vp(t3’)−y3|
が最小となるα,ωを求める。
【0135】
(b) (a)において求めたB,tb,α,ωの中で
|vp(t1’)−y1|,
|vp(t2’)−y2|,
|vp(t3’)−y3|
が最小となるB,tb,α,ωを求める。
【0136】
(c) (b)において求めたB,tbを基準にして、Bについては
B±0.05,
tbについては
tb±0.05
の範囲で、上記の(a),(b)の処理を再実行する。
【0137】
(d) 上記(a)〜(c)の処理の際、αは3〜10の範囲を0.1間隔で変化させ、各αについて最適なωを算出する。
またωは、各αにおいて、
dvp(t2’)/dt=0
となる点について二分法を用いて求める(図10のフローチャートを参照)。
【0138】
なお、上記の各処理におけるvpの値の演算に際して、式(33)の初期値vo1は零とする。
以上のような処理によって、B,tb,α,ωが最終的に決定される。
【0139】
(e) tp1,Em,Eoを式(28)〜式(30),式(44)〜式(46)に基づいて算出する(ステップS123、S124)。
(f) 式(50)を用いて、測定した1回拍出量SVをもとにLの値を算出し(ステップS125)、残りのパラメータRc,Rp,Cを式(44)〜式(46)から求める(ステップS126)。
【0140】
次に、五要素集中定数モデルに基づいて、最後の循環動態パラメータである静電容量Ccを決定する。
その際、1回拍出量SVの計算値と実測値が一致するように静電容量Ccを決定する方法と、計算脈波の最低血圧と実測脈波の最低血圧とが一致するように静電容量Ccを決定する方法とが考えられる。そこで、各々の方法について場合を分けて説明する。
【0141】
▲3▼−1 1回拍出量SVの計算値と実測値とが一致するように静電容量Cc(大動脈コンプライアンス)を決定する方法
最初に、1回拍出量SVの計算値と実測値とが一致するように静電容量Ccを決定するための具体的な方法について説明する。
まず初めに、静電容量Ccの値を、四要素集中定数モデルにより算出した静電容量Cをもとに、次式のように推定する。また、その他の循環動態パラメータ,すなわちRc,Rp,C,Lの値は、四要素集中定数モデルで得られたものを用いる。
Cc=10・C …(153)
次いで、これらの循環動態パラメータを用いて、1回拍出量SVの計算値を式(152)によって算出する。
【0142】
その際、左心室加圧時間tsは、四要素集中定数モデルによって得られた1拍の時間tpから、次式によって推定することとする。
ts=(1.52−1.079tp)tp …(154)
この関係式は、心エコーで左心室の収縮時間を測定した結果から得られた実験式であって、図14に示すように、相関係数としては−0.882が得られている。また、最高血圧Em’については、四要素集中定数モデルにより得られた値を用いる(式(22),式(28)を参照)。
【0143】
また、時刻t1,時刻t2に関しては、左心室内圧=大動脈圧の関係から求めることができる。さらに、前述したようにv02とi0はt=t1におけるvp,iの値であるから、式(85),式(90)に存在するtへt1を代入することで、v02とi0を得ることができる。
次に、上記のようにして求めた1回拍出量SV計算値が、1回拍出量測定器2から取り込んだ測定値と一致するように静電容量Ccの値を決定する。すなわち、静電容量Ccの値を式(153)で求めた初期値から所定の範囲内で変化させてゆく。そして、1回拍出量の測定値と、各静電容量Ccの値から計算された計算値とを比較して、測定値の整数部分と計算値の整数部分が一致するかどうかを調べる。もし整数部分に一致が見られれば、測定値と計算値とが一致したものと見なし、静電容量Ccが決定されてパラメータ算出処理が終了する。
【0144】
一方、静電容量Ccの値を調整しただけでは1回拍出量の測定値と計算値に一致が見られない場合には、調整した静電容量Ccの値の中で、1回拍出量の測定値と計算値との差分が最小であった静電容量Ccの値を最終的な値とする。次いで、最高血圧Em’の値を±3mmHgの範囲内で1mmHg毎に変化させて、上記と同様に1回拍出量の測定値と計算値との一致の有無を調べる。もし、一致が見られる最高血圧Em’が存在すれば、その値を最終的な最高血圧Em’として、パラメータ算出処理を終える。
【0145】
他方、最高血圧Em’の値を調整しても、まだ1回拍出量の測定値と計算値に一致が見られない場合には、さらに抵抗Rpの値を調整する。そこで、調整した最高血圧値Em’の値の中で、1回拍出量の測定値と計算値との差分が最小であった最高血圧値Em’の値を最終的な値とする。次いで、抵抗Rpを例えば10[dyn・s/cm5]刻みで増減させて、1回拍出量の測定値と計算値との差分が最も小さい値を最終的な抵抗Rpの値に決定する。
【0146】
以上説明した過程を実現するフローチャートの一例を図31に示す。なお、プログラム中で所定の範囲内で変動されるパラメータに対しては、元々のパラメータ名に対して下添字の「v」を付けた。
【0147】
▲3▼−2 計算脈波の最低血圧と実測脈波の最低血圧とが一致するように静電容量Ccを決定する方法
次に、計算脈波の最低血圧と実測脈波の最低血圧とが一致するように静電容量Ccを決定する方法について説明する。
この場合において、従来は、収縮期時間QTを初期値として用いて静電容量Ccを決定していた。
【0148】
この初期値として用いる収縮期時間QTの算出方法としては、従来は、被験者の心電図より収縮期時間QTを予め求めたり、心電図あるいは脈波波形より得た心拍数HRから収縮期時間QTを求める回帰式を用いて算出したりしていた。
そして、この予め得られた収縮期時間QTに対して、左心室加圧時間tsvを「QT+0.1〔sec〕」〜「QT+0.2〔sec〕」の範囲で「0.01〔sec〕」間隔で変化させ、同時に最高血圧Emv’を「Eo+Em−20〔mmHg〕」〜「Eo+Em+20〔mmHg〕」の範囲で「1mmHg」間隔で変化させる、すなわち、これら左心室加圧時間tsvおよび最高血圧Emv’の各々に対して、451通りの組合せが想定され、これら各組合せにおいて、計算脈波の最低血圧と実測脈波の最低血圧とが一致するような静電容量Ccが計算する構成としていた。
【0149】
しかしながら、上記従来の心電図から収縮期時間QTを求める方法においては、予め心電図を採取する必要があり、装置構成が大型化、複雑化してしまうという問題点があった。
また、心拍数HRから回帰式を用いて収縮時間QTを求める方法においては、正確な回帰式を求めることが困難であるという問題点があった。
【0150】
図33に、一般的な脈波波形を示す。
ところで、脈波波形は、心臓の収縮・拡張によって生じる血液流の脈動を末梢部で測定したものであるから、その波形形状には、心臓の動きが反映されている。図中のEED(Estimated Ejection Duration)は概略駆出期間と呼ばれ、1回の心拍中に心臓から血液が流れ出る時間、ひいては、収縮期時間QTに対応している。
【0151】
そこで、本実施形態においては、この収縮期時間QTに代えて、概略駆出時間EED(Estimated Ejection Duration)を用い、この概略駆出時間EEDに対して、左心室加圧時間tsvを「EED+0.1〔sec〕」〜「EED+0.2〔sec〕」の範囲で「0.01〔sec〕」間隔で変化させ、同時に最高血圧Emv’を「Eo+Em−20〔mmHg〕」〜「Eo+Em+20〔mmHg〕」の範囲で「1mmHg」間隔で変化させる。
【0152】
すなわち、これら左心室加圧時間tsvおよび最高血圧Emv’の各々に対して、451通りの組合せが想定されることになる。これら各組合せにおいて、計算脈波の最低血圧と実測脈波の最低血圧とが一致するような静電容量Ccが計算される。
この結果、各被験者自身の末梢部における圧脈波波形によるEEDを用いて循環動態をパラメータを求めることができるため、心電計が不要となるなど装置構成を簡略化でき、被験者の循環動態を反映したより正確な循環動態パラメータを算出することができるのである。
【0153】
次に、各組合せにおける計算脈波のサンプリング値をP1(t)とし、実測脈波のサンプリング値をP2(t)としたとき、各組合せにおける波形平均誤差εは下式により求まる。そして、波形平均誤差εが最も小さい場合における静電容量Cc(大動脈コンプライアンス)が採用される。以上説明した過程を実現するフローチャートの一例を図32に示す。
ε=Σt=0tp(|P2(t)−P2(t)|)/(N) …(155)
【0154】
以上のようにして、1回拍出量の測定値と計算値が一致する循環動態パラメータが全て決定されたことになる。
ここで、32歳の男性を被験者とした場合について橈骨動脈波形から算出した循環動態パラメータ等の値を以下に示す。
静電容量Cc = 0.001213〔cm5/dyn〕
電気抵抗Rc = 98.768〔dyn・s/cm5〕
インダクタンスL = 15.930〔dyn・s2/cm5〕
静電容量C = 0.0001241〔cm5/dyn〕
電気抵抗Rp = 1300.058〔dyn・s/cm5〕
左心室加圧時間ts = 0.496〔s〕
1拍の時間tp = 0.896〔s〕
1回拍出量SV = 83.6〔cc/拍〕
最高血圧Em’ = 117.44〔mmHg〕
また、図12に示す通り、算出したパラメータから求めた橈骨動脈の計算波形と実測波形とは良く一致していることがわかる。
【0155】
▲5▼ データ算出処理(ステップS4)
さらに、循環動態パラメータL,C,Cc,Rc,Rpの値等をもとにして、大動脈圧波形が求められる。すなわち、収縮期にあっては式(51)を用い、拡張期にあっては式(142)を用いることにより、電圧v1の波形を1拍分(すなわち、時刻0〜時刻tp或いは時刻t1〜時刻(t1+tp))だけ計算する。
【0156】
そして、次に、得られた大動脈起始部の波形の時刻t1における値をこれらの式から算出して、その算出結果を最低血圧値Eoとする。
次に先に求めた最高血圧値Em‘に心拍数HR(=60/tp)を乗じることにより、心筋負荷指数WPを算出する。
Figure 0003820719
【0157】
▲6▼ データ出力処理(ステップS5)
次にマイクロコンピュータ4は、パラメータ算出処理により得られた循環動態パラメータL,C,Cc,Rc,Rpを出力装置6へ出力し、出力装置上に表示する。
また、得られた計算波形を出力装置6へ出力して大動脈圧波形の表示を行う。さらに最高血圧値Em’、心筋負荷指数WPを最低血圧値Eoと一緒に出力装置6へ送出して、これらの値を出力装置6上に表示させる。
【0158】
[6] 第1実施形態のまとめ
ところで、従来の血圧測定装置では、橈骨動脈部,上腕部等の末梢側において血圧を測定しており、心臓の負担を間接的に測定する手法であると言える。ところが、心臓の負担の変化が末梢側の血圧に反映されているとは限らないのであって、心臓の負担を末梢側で見るということは、必ずしも的確なものとは言えない。
【0159】
このようなことから、本第1実施形態では、とりわけ中枢部の血圧波形が心臓の負担を見る上で重要であることに着目し、大動脈起始部(動脈系の中枢部)の血圧波形を末梢側で測定した脈波波形から推定して求めるようにしている。そして、推定された大動脈圧波形から、大動脈起始部における最高血圧値,最低血圧値並びに心筋負荷指数WPを算出すれば、これらの値が心臓の負担を直接的に表わす指標となりうる。
【0160】
このように、本実施形態によれば、各種の循環動態パラメータとともに、中枢側の最高血圧,最低血圧,心筋負荷指数、大動脈圧波形を診断者や被験者に対して示すことができる。
【0161】
なお、式(51)は左心室圧波形そのものを示すことから、中枢部における圧波形として、上述した大動脈圧波形の代わりに左心室圧波形を出力装置6へ表示させるようにしても良い。
【0162】
第2実施形態
上記第1実施形態では、橈骨動脈波形と1回拍出量から循環動態パラメータの各値を算出することとした。しかるに、上述したように、1回拍出量の検出を行うには、被験者がカフ帯S1を装着する必要があるため、被験者にとって煩わしいものと言える。
【0163】
そこで、本第2実施形態では、橈骨動脈波形の形状によって大動脈圧が変化するという現象に着眼して、波形の形状をひずみ率で代表させて中枢側の血圧値等を推定するものである。すなわち、本実施形態では、橈骨動脈波形から得られるひずみ率dをもとにして循環動態パラメータを導出する。
【0164】
まず、マイクロコンピュータ4は、第1実施形態と同様にして、▲1▼脈波読み取り処理と▲2▼平均化処理を実施して、橈骨動脈波形の1拍分の平均波形を求める。次に、この平均波形に対して周知のFFT(高速フーリエ変換)処理を施すことによって、脈波のフーリエ解析を行う。そして、解析の結果として得られた周波数スペクトルから、基本波の振幅A1,第2高調波の振幅A2,第3高調波の振幅A3,…,第n高調波の振幅Anを求める。なお、n(nは自然数)の値は、高調波の振幅の大きさを考慮して適宜決定するものとする。そして、これらの振幅値をもとにして、次式で定義されるひずみ率dを算出する。
ひずみ率d=(A22+A32+…+An2)1/2/A1 …(156)
【0165】
次いで、得られたひずみ率dから循環動態パラメータを推定する。推定にあたっては、橈骨動脈波形のひずみ率と循環動態パラメータの各値の間に相当程度の相関関係があるという知見に基づいて行う。すなわち、予め多数の被験者についてひずみ率dと循環動態パラメータとを測定して、ひずみ率と各循環動態パラメータの間の関係式を導出しておく。ここで、ひずみ率dと循環動態パラメータRC,Rp,L,Cの測定結果との相関関係の一例を、図25〜図28に示しておく。なお、大動脈コンプライアンスCCに関しては図示していないが、他の四つのパラメータと同様に相関係数と関係式を求めることができる。
【0166】
そして、上記の式(156)で算出したひずみ率dと図25〜図28に各々図示した関係式に基づいて、循環動態パラメータRc,Rp,L,C,Ccを計算する。
次いで、第1実施形態における▲5▼および▲6▼の出力処理と同様にして、算出した循環動態パラメータから、大動脈圧波形の1拍分の波形を求めるとともに、大動脈起始部における最低血圧値Eo、最高血圧値Em‘及び心筋負荷指数WPを算出して、これらを出力装置6上へ表示させる。
【0167】
第3実施形態
本第3実施形態は、大動脈起始部における最高血圧値、最低血圧値あるいは心筋負荷指数WPに加え、上記のようにして求めた大動脈起始部の血圧波形から、心臓の仕事量(以下、心仕事量と呼ぶ)を算出して、これを表示させるものである。
【0168】
この心仕事量は、心臓の負担を表わす1指標であって、1回拍出量と大動脈圧との積で定義され、1分あたりの心拍出量を仕事量に換算したものである。
ここで、1回拍出量は、1回の拍動で心臓から送り出される血流量で定義され、心臓から出る血流波形の面積に相当するものである。この1回拍出量は、大動脈圧波形の収縮期の面積と相関があり、大動脈圧波形に対して収縮期面積法を適用することで1回拍出量を求めることができる。
【0169】
すなわち、まず、心臓の収縮期に対応する部分の脈波波形の面積Sを算出する。これを図29の脈波波形で説明すると、脈波の立ち上がりの部分から窪み(ノッチ)に至る領域の面積,即ち同図でハッチングを付した部分が、面積Sに相当する。次いで、所定の定数をKとすると、1回拍出量SVを次式によって算出することができる。
1回拍出量SV[ml]=面積S[mmHg・s]×定数K
【0170】
一方、心拍出量は、心臓から1分間に送り出される血流量で定義される。したがって、心拍出量は1回拍出量を1分間に換算することで得られる。すなわち、心拍出量は、1回拍出量と心拍数の積によって求められる。
本実施形態では、第1実施形態又は第2実施形態の▲5▼の出力処理において、マイクロコンピュータ4が、算出された左心室圧波形をもとに心仕事量を算出して出力装置6へ表示する。その他の処理は、第1実施形態或いは第2実施形態と同じであり、その説明は省略する。
【0171】
ここで、マイクロコンピュータ4は、以下に示す手順によって心仕事量Wsを算出する。
まず、wsをe・isで定義すると、これは式(51),式(90),式(91)から次式のように算出される。
Figure 0003820719
【0172】
ここで、式(157)における第1項,第2項,第3項をそれぞれw1,w2,w3とすると、各々は以下の式のように変形される。
Figure 0003820719
【0173】
次に、式(82)より
Figure 0003820719
とおき、
ωst−ω1t’=(ωs−ω1)t+ω1t1=ωbt+Φ …(165)
とおく。
【0174】
すなわち、
ωa=ωs+ω1 …(166)
ωb=ωs−ω1 …(167)
Φ =ω1t1 …(168)
である。
【0175】
すると、式(163)は次式のようになる。
Figure 0003820719
【0176】
次に、W1,W2,W3をそれぞれ以下のように定義し、式(161),式(162),式(169)から以下の式を導出する。
Figure 0003820719
【0177】
仕事量Wsは、上記のW1,W2,W3の総和を”分”あたりに換算して得られることから、最終的に次式で表わされる。
Ws=(W1+W2+W3)×10-7×60/tp〔J/分〕 …(176)
大動脈起始部における最高血圧値,最低血圧値及び心筋負荷指数WPに加えて、以上説明したような心仕事量を表示する意味は次のようなものである。
【0178】
大動脈圧波形をもとに上述した心仕事量を求めることで、心臓の負担を表わす指標として、大動脈起始部の最高血圧値,最低血値値あるいは心筋負荷指数WPとは別の有用な指標を提供することも可能となる。
ここで、心仕事量を算出することによる意義について以下に例を挙げて説明することとする。
【0179】
いま、患者へ降圧剤を投与して高血圧の治療を行う場合を考えてみる。通常、薬が効いているのであれば、橈骨動脈部で測定される最高血圧値,最低血圧値に変化が現れて薬の効果を確認することができる。
ところが、最高血圧値,最低血圧値に変化が見られない場合であっても、実際には薬が効いていて、心臓の負荷自体は軽くなっていることがある。
これは、降圧剤の役割としては動脈系のどこかで心臓の負荷を小さくしていれば良く、必ずしも橈骨動脈部における血圧が下がっている必要はないからである。
【0180】
このように、橈骨動脈部等の動脈系の末梢部における血圧値に顕著な変化が見られない場合であっても、大動脈起始部の血圧波形から求めた心仕事量を算出することで、真の心臓の負担を知ることが可能となるのである。
ところで、このような心臓の負担の変化は、大動脈起始部の血圧波形を子細に検討することで見い出せるのではあるが、心仕事量を算出することによって微妙な波形の変化を定量的に表現できるようになるのである。
【0181】
したがって、最高血圧値や最低血圧値ばかりでなく、心筋負荷指数WP及び心仕事量を求めてこれを表示することによって、降圧剤療法の評価をいっそうきめ細かく行うことが可能となるのである。
図22〜図24に上述した第1ないし第3のタイプの各脈波形状について心仕事量を算出した結果を示す。
【0182】
第4実施形態
以上の第1ないし第3実施形態においては、心筋負荷指数WPを算出するに際しては、常に大動脈起始部血圧及び検出した心拍数に基づいていたが、本第4実施形態は末梢部血圧と大動脈起始部血圧との差を無視することが可能な心拍数範囲では、大動脈起始部血圧に代えて末梢部血圧を用い、末梢部血圧と大動脈起始部血圧との差を無視することができない心拍数範囲では、大動脈起始部血圧を用いることにより、全体として演算処理の軽減を図るための実施形態である。
【0183】
一般に心拍数が増加すると、大動脈起始部血圧と末梢部血圧との差は大きくなることが知られている。
そこで本第4実施形態においては、心拍数の変動範囲が所定の基準心拍数変動範囲内である場合には、末梢部血圧(最高血圧)及び検出した心拍数を用いて心筋負荷指数WPを求め、心拍数の変動範囲が基準心拍数変動範囲以上となった場合には、大動脈起始部血圧(最高血圧)及び検出した心拍数を用いて心筋負荷指数を求めることとした。
【0184】
より具体的には、安静時におけるヒトの心拍数(もちろん、個人差を有する)である基準心拍数に対する心拍数変動は、±10[%]程度である。
従って、例えば、実際の心拍数変動が安静時の基準心拍数に対して±10[%]未満であるならば、末梢部血圧と大動脈起始部血圧との差を無視することが可能であると判断して末梢部血圧Pperi及び心拍数HRに基づいて次式により心筋負荷指数WPを算出する。
WP=Pperi×HR
一方、実際の心拍数変動が安静時の基準心拍数に対して、測定誤差マージンを考慮した±15[%]以上となった場合には、末梢部血圧と大動脈起始部血圧との差を無視することができないと判断して、大動脈起始部血圧Pcent及び心拍数HRに基づいて次式により心筋負荷指数WPを算出することとなる。
WP=Pcent×HR
これにより本第4実施形態によれば、実際の心拍数変動が安静時の基準心拍数に対して所定範囲未満であれば、末梢部血圧を用いて心筋負荷指数WPを算出することとなるので、常に大動脈起始部血圧を用いて心筋負荷指数を算出する場合と比較して、処理を簡略化し、処理速度の向上を図ることが可能となる。
【0185】
また、実際の心拍数変動が安静時の基準心拍数に対して所定範囲以上であれば、循環動態パラメータに基づいて算出した大動脈起始部血圧を用いて心筋負荷指数WPを算出することとなるので、末梢部血圧を用いて心筋負荷指数WPを算出する場合と比較してより正確な心筋負荷指数を算出することが可能となる。
このように本第4実施形態によれば、全体として処理を簡略化することができるにも拘わらず、常に正確な心筋負荷指数WPを算出することが可能となる。
【0186】
第5実施形態
上記第1実施形態ないし第3実施形態においては、所定のタイミングで常時、大動脈起始部血圧及び検出した心拍数に基づいて心筋負荷指数WPを算出する構成としていたが、大動脈起始部血圧があまり変化したとは考えられない場合には、必ずしも心筋負荷指数WPを継続的に算出する必要はないと考えられる。
【0187】
そこで、本第5実施形態は、大動脈起始部血圧が大きく変化したと考えられる場合にのみ新たに心筋負荷指数WPを算出し、大動脈起始部血圧があまり変化したとは考えられない場合には、心筋負荷指数WPの算出を行わずに前回求めた心筋負荷指数WPを保持、表示することにより演算処理量を低減するための実施形態である。
【0188】
ところで、大動脈起始部血圧を算出するためには、それに先だって循環動態パラメータの算出が必要である。
この場合において、今回求めた循環動態パラメータの前回(あるいは複数回前)に求めた循環動態パラメータに対する変化(変化率)が小さい場合には、今回求めた循環動態パラメータにより得られるであろう大動脈起始部血圧の前回に求めた循環動態パラメータにより得られるであろう大動脈起始部血圧に対す変化(変化率)も小さいと考えられる。
【0189】
そこで、本第5実施形態においては、今回求めた循環動態パラメータと前回求めた循環動態パラメータとを比較し、各循環動態パラメータの変化率が予め定めた基準変化率未満である場合には、大動脈起始部血圧の算出、ひいては、心筋負荷指数WPの算出を行わずに前回(あるいは複数回前)に求めた心筋負荷指数を保持し、表示を継続する。
【0190】
また、今回求めた循環動態パラメータと前回求めた循環動態パラメータとを比較し、各循環動態パラメータの変化率が予め定めた基準変化率以上である場合には、今回求めた循環動態パラメータに基づいて大動脈起始部血圧の算出並びに心筋負荷指数WPの算出を行うものである。
【0191】
より具体的には、今回もとめた循環動態パラメータと前回(あるいは複数回前)に求めた循環動態パラメータとを比較し、各循環動態パラメータの変化率が±5[%]以上である場合には大動脈起始部血圧の算出及びこの算出した大動脈起始部血圧に基づく心筋負荷指数WPの算出を行う。
【0192】
一方、各循環動態パラメータの変化率が±5[%]未満の場合には、大動脈起始部血圧の算出及び心筋負荷指数WPの算出を行わず、前回(あるいは複数回前)に求めた心筋負荷指数を保持し、表示を継続する。
この結果、本第5実施形態によれば、不必要な演算を行う必要がなくなり、演算処理量を低減し、処理を簡略化して、全体的な処理速度の向上を図ることが可能となる。
【0193】
実施形態の変形例
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、例えば以下のように種々の変形が可能である。例えば、1回拍出量SVの測定を行うことなく循環動態パラメータを求める形態も考えられる。
すなわち、この実施形態によれば、循環動態パラメータのうちのインダクタンスLは固定値とすることとして、被験者から測定した橈骨動脈脈波の波形のみに基づいて、その他の循環動態パラ メータの値を算出するようにする。このようにすれば、図1の構成において必要とされた1回拍出量測定器2を、図15に示す如く省略することが可能となる。したがって、この実施形態における測定の態様は、図16に示されるように、図2で必要とされたカフ帯S1が不要となっている。
【0194】
ところで、このようにインダクタンスLの値を固定してしまうと、実測した1回拍出量を用いた方法に比して、得られる循環動態パラメータの精度が低下する。そこでこの点を補うため、図17に示すように、測定により得られた橈骨動脈波形(測定波形)W1と計算により得られた橈骨動脈波形(計算波形)W2とを重ねて出力装置6に表示させる。そして、まず、インダクタンスLの値を上記の固定値に設定して計算波形W2を求め、この波形を出力装置6に表示させて測定波形W1との波形の一致の程度を見る。次に、診断者が、上記の固定値とは異なる適当な値をインダクタンスLとして決めて、再度、計算波形W2を求めて測定波形W1との一致の程度を出力装置6上で見る。そして、以後は、診断者が上記と同様にインダクタンスLの値を幾つか適当に決めて、それぞれのインダクタンスLの値について計算波形W2を求め、出力装置6上で計算波形W2の各々と測定波形W1とを比較する。そして、これらの計算波形W2の中で測定波形W1と最も良く一致する波形を一つ選んで、その時のインダクタンスLの値を最適値として決定する。
【0195】
なお、大動脈起始部の圧波形のモデルとしては、上述した三角波の代わりに台形波を使用することが考えられる。このようにすると、三角波で近似する場合に比べて実際の圧波形により近い波形となるため、さらに正確な循環動態パラメータを算出することができる。
【0196】
また、脈波や1回拍出量の測定箇所は、図2や図16に示す場所に限られるものではなく、被験者の体の如何なる部位であっても良い。すなわち、上述した実施形態では、被験者の上腕部にカフ帯S1を装着させた測定態様としたが、被験者の利便を考えるとカフ帯を使用しない形態が好ましいと言える。
【0197】
その一例として、手首において橈骨動脈波形と1回拍出量の双方を測定する形態が考えられる。この種の構成例としては、図18に示すように、血圧測定用のセンサおよび1回拍出量測定用のセンサからなるセンサ12を腕時計11のベルト13に装着するとともに、脈波解析装置のうちセンサ12以外の構成部分10を腕時計11の本体部分に内蔵させた構成が考えられる。そして、図に示すように、センサ12が取り付け具14によってベルト13へ摺動自在に取り付けられており、被験者が腕時計11を手首にはめることで、センサ12が適度な圧力で橈骨動脈部へ押し当てられるようになっている。
【0198】
また、指において脈波と1回拍出量とを測定する形態も考えられるのであって、この形態による装置の構成例を図19に示す。同図に示すように、血圧測定用のセンサおよび1回拍出量測定用のセンサからなるセンサ22を指(この図の例では人差し指)の根元に取り付けるとともに、脈波解析装置のうちセンサ22以外の構成部分10を腕時計21に内蔵させてリード線23,23を介してセンサ22へ接続してある。
【0199】
さらに、これら2つの測定形態を組み合わせることによって、手首において1回拍出量を測定するとともに指において脈波を測定する形態,指において1回拍出量を測定するとともに手首において橈骨動脈波を測定する形態を実現することが可能となる。
【0200】
そして、これらの如くカフ帯なしの構成とすることで被験者が腕をまくらずに済み、測定にあたって被験者の負担が軽減される。
他方、カフ帯だけを用いた形態として図20に示す構成が考えられる。同図に示すように、血圧測定用のセンサおよび1回拍出量測定用のセンサからなるセンサ32と、脈波解析装置のうちセンサ32以外の構成部分10とを、カフ帯によって被験者の上腕部へ固定させており、図2と比較しても簡易な構成となっていることがわかる。
【0201】
また、上記の実施形態においては、循環動態パラメータを算出するにあたって脈波を用いることとしたが、これに限定されるものではなく、その他の生体の状態を用いることが可能なことは言うまでもない。
以上の実施形態においては、算出した循環動態パラメータに基づく大動脈起始部血圧及び検出した心拍数に基づいて心筋負荷指数を算出する構成としていたが、生体の末梢部血圧あるいは生体の末梢部の脈波波形に基づいて、生体の大動脈起始部血圧の推定値を算出すれば、算出方法の如何を問わず、同様に大動脈起始部血圧の推定値及び検出した心拍数に基づいて心筋負荷指数を算出することが可能である。
【0202】
例えば、循環動態パラメータに基づいて算出した大動脈起始部血圧に代えて、生体の末梢部の脈波波形からGTF(Genelal Transfer Function)等の予め求めた所定の伝達関数に基づいて生体の大動脈起始部血圧の推定値を算出し、この算出した大動脈起始部血圧の推定値及び検出した心拍数に基づいて心筋負荷指数を算出するように構成することも可能である。
この場合において、所定の伝達関数としては、万人に適用可能な一般的な伝達関数に限らず、特定の生体に固有の補正を加えた伝達関数を用いることも可能である。
【0203】
実施形態の効果
本実施形態によれば、算出した循環動態パラメータに基づく大動脈起始部血圧の推定値及び検出した心拍数に基づいて心筋負荷指数を算出するので、末梢部血圧を用いて心筋負荷指数を算出する場合と比較して、より広範な条件下で、最適な心筋負荷指数を算出することが可能となる。
【0204】
また、心拍数の変動率が基準心拍数変動率以上の場合に、大動脈起始部血圧及び検出した心拍数に基づいて心筋負荷指数を算出するので、常に大動脈起始部血圧及び検出した心拍数に基づいて心筋負荷指数を算出する構成と比較して、より処理を簡略化することができ、処理の高速化を図ることができる。
【0205】
さらに心拍数の変動率が基準心拍数変動率未満の場合に末梢部血圧及び検出した心拍数に基づいて心筋負荷指数を算出する構成によれば、正確な心筋負荷指数を得られるにも拘わらず、処理を簡略化することが可能となる。
さらにまた、算出した循環動態パラメータの基準循環動態パラメータに対する変動率が予め設定したパラメータ基準変動率以上の場合に、大動脈起始部血圧及び検出した心拍数に基づいて心筋負荷指数を算出する構成によれば、心筋負荷指数があまり変化しない状態においては、不必要に演算処理を行うことがないので、処理の簡略化を図ることができる。
【0206】
また、循環動態パラメータの変動率が基準パラメータ変動率未満の場合に末梢部血圧及び検出した心拍数に基づいて心筋負荷指数を算出する構成によれば、正確な心筋負荷指数を得られるにも拘わらず、処理を簡略化することが可能となる。
さらに生体の末梢部血圧あるいは生体の末梢部の脈波波形に基づいて、生体の大動脈起始部血圧の推定値を算出し、生体の心拍数を検出し、大動脈起始部血圧の推定値及び検出した心拍数に基づいて心筋負荷指数を算出する構成によれば、簡易、正確、かつ、迅速に心筋負荷指数を算出することが可能となる。
【0207】
さらにまた、生体の末梢部の脈波波形及び所定の伝達関数に基づいて生体の大動脈起始部血圧の推定値を算出し、生体の心拍数を検出し、大動脈起始部血圧及び検出した心拍数に基づいて心筋負荷指数を算出する構成によれば、簡易、正確、かつ、迅速に心筋負荷指数を算出することが可能となる。
【0208】
【発明の効果】
本発明によれば、循環動態パラメータを算出するに際し、前記概略駆出期間を初期値として算出した左心室加圧時間を用いることにより、心電計が不要となるなど装置構成を簡略化でき、被験者の循環動態を反映したより正確な循環動態パラメータを算出することができるので、得られた循環動態パラメータに基づいて生体の大動脈起始部血圧の推定値をより正確に算出することができる。
【0209】
また、生体の末梢部血圧あるいは生体の末梢部の脈波波形に基づいて、生体の大動脈起始部血圧の推定値を算出し、生体の心拍数を検出し、大動脈起始部血圧の推定値及び検出した心拍数に基づいて心筋負荷指数を算出するので、簡易、正確、かつ、迅速に心筋負荷指数を算出することが可能となる。
【0210】
また、生体の末梢部の脈波波形及び所定の伝達関数に基づいて生体の大動脈起始部血圧の推定値を算出し、生体の心拍数を検出し、大動脈起始部血圧及び検出した心拍数に基づいて心筋負荷指数を算出するので、簡易、正確、かつ、迅速に心筋負荷指数を算出することが可能となる。
【0211】
さらに、算出した循環動態パラメータに基づく大動脈起始部血圧及び心電図などにより別個に検出した心拍数あるいは脈波波形から検出した心拍数に基づいて心筋負荷指数を算出するので、末梢部血圧を用いて心筋負荷指数を算出する場合と比較して、より広範な条件下で、最適な心筋負荷指数を算出することが可能となる。
【0212】
また心筋負荷指数算出手段は、心拍数の変動率が基準心拍数変動率以上の場合に、大動脈起始部血圧及び検出した心拍数に基づいて心筋負荷指数を算出するので、常に大動脈起始部血圧及び検出した心拍数に基づいて心筋負荷指数を算出する構成と比較して、より処理を簡略化することができ、処理の高速化を図ることができる。
【0213】
さらにまた、心筋負荷指数算出手段は、心拍数の変動率が基準心拍数変動率未満の場合に末梢部血圧及び検出した心拍数に基づいて心筋負荷指数を算出するので、正確な心筋負荷指数を得られるにも拘わらず、処理を簡略化することが可能となる。
【0214】
また心筋負荷指数算出手段は、算出した循環動態パラメータの基準循環動態パラメータに対する変動率が予め設定したパラメータ基準変動率以上の場合に、大動脈起始部血圧及び検出した心拍数に基づいて心筋負荷指数を算出するので、心筋負荷指数があまり変化しない状態においては、不必要に演算処理を行うことがないので、処理の簡略化を図ることができる。
【0215】
さらに心筋負荷指数算出手段は、循環動態パラメータの変動率が基準パラメータ変動率未満の場合に末梢部血圧及び検出した心拍数に基づいて心筋負荷指数を算出するので、正確な心筋負荷指数を得られるにも拘わらず、処理を簡略化することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の第1実施形態による脈波解析装置の構成を示すブロック図である。
【図2】 第1実施形態における脈波検出装置,1回拍出量測定器を用いた測定態様を示す図である。
【図3】 (a)は、人体の動脈系をモデル化した四要素集中定数モデルを示す回路図、(b )は同じく五要素集中定数モデルを示す回路図である。
【図4】 左心室圧波形と大動脈起始部の血圧波形とを示す図である。
【図5】 大動脈起始部の血圧波形をモデル化した波形を示す図である。
【図6】 第1実施形態における脈波解析装置の動作の概要を示すフローチャートである。
【図7】 第1実施形態における脈波解析装置のパラメータ算出処理の動作を示すフローチャートである。
【図8】 第1実施形態における脈波解析装置のパラメータ算出処理の動作を示すフローチャートである。
【図9】 第1実施形態における脈波解析装置のα,ω算出処理の動作を示すフローチャートである。
【図10】 第1実施形態における脈波解析装置のω算出処理の動作を示すフローチャートである。
【図11】 第1実施形態における脈波解析装置の平均化処理により得られた橈骨動脈波形を例示する波形図である。
【図12】 第1実施形態における脈波解析装置の演算処理により得られた橈骨動脈波形と平均化処理により得られた橈骨動脈波形とを重ね表示した波形図である。
【図13】 第1実施形態における脈波解析装置の平均化処理により得られた橈骨動脈波形へ適用する正規化の処理内容を説明する図である。
【図14】 左心室加圧時間tsと1拍の時間tpとの相関を示す図である。
【図15】 第2実施形態による脈波解析装置の構成を示すブロック図である。
【図16】 第2実施形態における脈波検出装置を用いた測定態様を示す図である。
【図17】 第2実施形態において、出力装置に表示される橈骨動脈波の測定波形と計算波形の重ね表示を示す図である。
【図18】 センサを除く脈波解析装置の構成部分を腕時計に内蔵させ、センサを腕時計のバンドへ装着させた形態の斜視図である。
【図19】 センサを除く脈波解析装置の構成部分を腕時計に内蔵させ、センサを指の根元に装着させた形態の斜視図である。
【図20】 センサを除く脈波解析装置の構成部分とセンサをカフ帯によって上腕部に取り付けた形態の構成図である。
【図21】 本発明の第3実施形態による血圧測定装置の構成を示すブロック図である。
【図22】 第1のタイプの脈波における大動脈圧波形(点線)と橈骨動脈波形(実線)の関係を表わす図である。
【図23】 、第2のタイプの脈波における大動脈圧波形(点線)と橈骨動脈波形(実線)の関係を表わす図である。
【図24】 第3のタイプの脈波における大動脈圧波形(点線)と橈骨動脈波形(実線)の関係を表わす図である。
【図25】 中枢部血管抵抗Rcとひずみ率dの関係を表わす図である。
【図26】 末梢部血管抵抗Rpとひずみ率dの関係を表わす図である。
【図27】 血流による慣性Lとひずみ率dの関係を表わす図である。
【図28】 コンプライアンスCとひずみ率dの関係を表わす図である。
【図29】 収縮期面積法を説明した図である。
【図30】 従来の技術による血圧測定装置の構成を示す図である。
【図31】 静電容量Ccを求めるプログラムのフローチャートである。
【図32】 静電容量Ccを求める他のプログラムのフローチャートである。
【図33】 脈波波形の説明図である。
【符号の説明】
1 脈波検出装置
2 1回拍出量測定器
3 A/D変換器
4 マイクロコンピュータ
5 キーボード
6 出力装置
7 モニタ
61 実測血圧表示部
62 中枢部推定血圧表示部
63 警告表示部
64 パラメータ表示部
65 プリンタ
66 プリント指令ボタン
67 CRTディスプレイ
68 心筋負荷指数表示部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
  The present invention relates to a biological state measuring device suitable for measuring the state of a human body as a living body.InIn particular, a biological state measuring device suitable for calculating a myocardial load indexInRelated.
[0002]
[Prior art]
When diagnosing the state of the human circulatory system, blood pressure, heart rate, etc. are most commonly used.
However, in order to perform more detailed diagnosis, it is necessary to measure so-called circulatory dynamic parameters such as viscous resistance and compliance of blood vessels.
[0003]
By the way, when these circulatory dynamic parameters are modeled and expressed, a four-element lumped constant model is used as a model for describing the behavior of the arterial system.
On the other hand, in order to measure the circulatory dynamic parameters, it is necessary to measure the pressure waveform and blood flow volume at the aortic origin and notch. That is, a method of directly measuring by inserting a catheter into an artery is employed, or a method of indirectly measuring with an ultrasonic wave or the like.
[0004]
The above-described method of directly measuring by inserting a catheter into a pulse is an invasive measurement, so that there is a problem that the burden on the subject is large and the apparatus becomes large.
On the other hand, the method of measuring indirectly with ultrasonic waves can observe blood flow in blood vessels non-invasively and can reduce the burden on the subject. There was also a problem that the equipment for this would also be large.
[0005]
Accordingly, the present inventor has found a method of approximately calculating the parameters of the four-element lumped constant model by measuring the pulse waveform of the radial artery and the stroke volume. And by using this method, a pulse wave analysis device has been proposed that enables non-invasive and easy evaluation of circulatory dynamic parameters (Japanese Patent Laid-Open No. 6-205747, title of the invention: pulse wave analysis device). ).
[0006]
By the way, in the method of approximately calculating the parameters of the four-element lumped constant model by measuring the pulse waveform of the radial artery and the stroke volume, the compliance of the blood vessels is determined between the central part and the peripheral part of the arterial system. The model that is handled separately is not adopted. Therefore, when a hemodynamic agonist is administered to a patient during exercise or when a hemodynamic agonist is administered to a patient, the effect cannot be evaluated separately for the central part and the peripheral part.
[0007]
Next, the blood pressure measurement described above will be briefly described.
A conventional non-invasive blood pressure measuring device generally used has a cuff (arm band) attached to a subject's upper arm, etc., and pressure is applied to the cuff to detect the subject's pulse wave and blood pressure value Is measuring.
Thus, as an apparatus for measuring blood pressure in the peripheral part of a subject, for example, JP-A-4-276234 can be cited. That is, as shown in FIG. 29, the cuff 110 is wound around and attached to the upper arm of the subject's upper limb, the band 138 is wound around the wrist 140, and the pulse wave sensor 134 is brought into close contact with the subject's radial artery, The subject's pulse wave is detected. Then, after pressurizing the cuff 110, the systolic blood pressure value and the diastolic blood pressure value are measured by a well-known oscillometric method at the time of pressure reduction.
[0008]
By the way, when the blood pressure value on the central side and the blood pressure value on the peripheral side in the arterial system of the human body are actually measured, there is a difference between the blood pressure values on the central side and the peripheral side, particularly regarding the maximum blood pressure value. Moreover, the degree of this difference varies depending on the shape of the pulse wave observed on the peripheral side.
22 to 24 show how the blood pressure value varies depending on the shape of the pulse wave.
[0009]
In these figures, the central aortic pressure waveform and the maximum / minimum blood pressure value, and the radial artery pressure waveform and the maximum / minimum blood pressure value which are on the peripheral side are shown.
In the case of the first type of pulse waveform shown in FIG. 22, the maximum blood pressure values obtained from the aortic pressure waveform indicated by the dotted line and the radial artery waveform indicated by the solid line are substantially equal, although the radial artery side is slightly higher. Good.
[0010]
However, in the case of the second type pulse wave waveform shown in FIG. 23, the maximum blood pressure difference is 14.9 mmHg, which is considerably higher than that in the case of the first type pulse wave waveform shown in FIG. It gets bigger.
Furthermore, in the case of the third type of pulse waveform shown in FIG. 24, the maximum blood pressure difference is further increased to 26.1 mmHg, and on the contrary to the first or second type of pulse waveform, the aortic pressure waveform is increased. Overall exceeds the radial artery waveform.
[0011]
Incidentally, according to these FIG. 22 to FIG. 24, it can be seen that the minimum blood pressure value on the radial artery side is substantially the same regardless of the shape of the pulse wave.
Here, the first to third types of pulse waves described above will be briefly described.
The first type of pulse waveform is that of a normal healthy person, and the waveform is relaxed and relaxed, with a constant rhythm and less disturbance.
[0012]
In addition, the second type of pulse wave waveform is characterized in that it quickly rises after rising rapidly, the aortic incision is deeply cut, and the subsequent lagging peak is considerably higher than usual.
The third type of pulse wave waveform is characterized in that it rises sharply and does not fall immediately thereafter, and a high blood pressure state lasts for a certain period of time.
[0013]
It is derived from these illustrated figures that the blood pressure value at the origin of the aorta, that is, the central side, may be low even if the peripheral blood pressure value such as the rib or the upper arm is high, and conversely, the peripheral blood pressure value is low. Even if the blood pressure value on the side is low, the blood pressure value on the central side may be high. Such a relationship varies depending on the shape of the pulse wave waveform, and furthermore, these relationships appear in the shape of the pulse wave waveform.
[0014]
For example, suppose that a hypotensive agent is administered to a patient for the treatment of hypertension, and the effect of the drug is observed based on the blood pressure in the radial artery. In such a case, even if the blood pressure measured on the peripheral side decreases, the blood pressure on the central side may not actually decrease.
Therefore, it can be said that it may be difficult to correctly grasp the drug effect only from the blood pressure on the peripheral side.
[0015]
On the other hand, even if there is no change in the blood pressure on the peripheral side, if the aortic pressure waveform changes and the blood pressure on the central side decreases, the burden on the heart actually decreases. That is why. In such a case, even if the blood pressure on the peripheral side is not lowered forcibly, the effect of the medicine is sufficiently manifested, but it is difficult to judge this only from the blood pressure on the peripheral side.
[0016]
By the way, a myocardial load index (W-Product) has been used as an index for estimating the degree of load on the myocardium.
The myocardial load index WP is expressed as follows, assuming that the peripheral blood pressure is Pperi and the heart rate is HR.
WP = Pperi × HR
[0017]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, even when the blood pressure value on the peripheral side is high, the blood pressure value on the aortic root, that is, the central side may be low. Further, on the contrary, even when the peripheral blood pressure value is low, the central blood pressure value may be high, and the peripheral blood pressure value is not necessarily linked to the central blood pressure value.
[0018]
By the way, the myocardial load index should be used as an index to see how much the heart burden is originally, but it is a blood pressure value (systolic blood pressure) measured on the peripheral side as is conventionally done. ) Based on), the heart burden may be overestimated, and conversely, it may be underestimated.
[0019]
  Accordingly, a first object of the present invention is to provide a biological state measurement device capable of accurately estimating central blood pressure with a simple configuration.TheIt is to provide.
[0020]
  Also, a second object of the present invention is a biological state measuring device capable of calculating a more accurate myocardial load index WP corresponding to an actual myocardial load.TheIt is to provide.
[0026]
[Means for Solving the Problems]
  To solve the above problem,Claim1The described configuration includes a measuring means for measuring the state of the living body based on a pulse waveform at a peripheral part of the living body, and a circulation of the arterial system from the central part of the living body to the peripheral part based on the state of the living body. Analysis means for calculating a circulatory dynamic parameter including viscoelasticity of the aorta as a circulatory dynamic parameter representing dynamics, and an aortic blood pressure calculating means for calculating an estimated value of the aortic origin blood pressure of the living body based on the circulatory dynamic parameter; , Heart rate detection means for detecting the heart rate of the living body, myocardial load index calculation means for calculating a myocardial load index based on the estimated value of the aortic origin blood pressure and the detected heart rate, and the detected heart rate Discriminating means for discriminating whether or not the fluctuation rate with respect to the reference heart rate, which is the number of resting heart rates, exceeds a preset reference heart rate fluctuation rateAnd comprisingThe myocardial load index calculating means calculates a myocardial load index based on the aortic origin blood pressure and the detected heart rate when the fluctuation rate is equal to or higher than the reference heart rate fluctuation rate based on the determination. It is characterized by.
  According to a second aspect of the present invention, in the configuration of the first aspect, there is provided peripheral blood pressure detecting means for noninvasively detecting the peripheral blood pressure of the living body, and the myocardial load index calculating means is configured to perform the determination. The myocardial load index is calculated based on the peripheral blood pressure and the detected heart rate when the fluctuation rate is less than the reference heart rate fluctuation rate.
  The structure according to claim 3 is a measuring means for measuring the state of the living body based on a pulse waveform at a peripheral portion of the living body, and an artery extending from the central portion of the living body to the peripheral portion based on the state of the living body. Analysis means for calculating a circulatory dynamic parameter including viscoelasticity of the aorta as a circulatory dynamic parameter representing the circulatory dynamics of the system, and an aortic blood pressure for calculating an estimated value of the aortic origin blood pressure of the living body based on the circulatory dynamic parameter Calculating means; heart rate detecting means for detecting a heart rate of the living body; and myocardial load index calculating means for calculating a myocardial load index based on the estimated value of the aortic origin blood pressure and the detected heart rate. The myocardial load index calculating means has a variation rate with respect to a reference hemodynamic parameter that is the hemodynamic parameter at a predetermined timing of the calculated hemodynamic parameter in advance. When boss was above parameters reference variation rate, it is characterized by calculating the cardiac muscle load index based on the heart rate the aortic root and the blood pressure and the detection.
  According to a fourth aspect of the present invention, in the configuration of the third aspect, the peripheral blood pressure detecting means for noninvasively detecting the peripheral blood pressure of the living body is provided, and the myocardial load index calculating means includes the discrimination The myocardial load index is calculated based on the peripheral blood pressure and the detected heart rate when the variation rate is less than the reference parameter variation rate.
[0027]
  Claim5The described configuration is claimed.5. The method according to any one of claims 1 to 4.In the structure, the hemodynamic parameters include blood vessel resistance due to blood viscosity at the central part, blood inertia, blood vessel resistance at the peripheral part, and viscoelasticity of the blood vessel at the peripheral part. .
[0028]
  Claim6The described configuration is defined in claims 1 to 5.5In the configuration described in any of the above, the blood pressure calculation means includes a diode corresponding to the aortic valve, a first resistance corresponding to vascular resistance due to blood viscosity in the central portion, and inertia of blood in the central portion. The first capacitance corresponding to the viscoelasticity of the aorta, the second resistance corresponding to the vascular resistance in the peripheral portion, and the viscoelasticity of the blood vessel in the peripheral portion. A model having a second capacitance, wherein a series circuit of the diode and the first capacitance is connected between a pair of input terminals, and the second capacitance and a pair of output terminals are connected between the pair of output terminals. A parallel circuit composed of the second resistor is inserted, and a series circuit composed of the first resistor and the inductance is inserted between both terminals of the first capacitance and the output terminal. The element lumped constant model By modeling the circulatory state of the pulse system, and determines the circulatory state parameters, the voltage waveform between the terminals of the first capacitance and the aortic pressure waveform, is characterized by.
[0029]
  Claim7The described configuration is defined in claims 1 to 5.6In the configuration according to any one of the above, the state of the living body is a pulse wave in the peripheral part of the arterial system, and the blood pressure calculating unit applies an electrical signal corresponding to the left ventricular pressure of the living body between the input terminals. The value of each element constituting the five-element lumped constant model is determined so that an electric signal corresponding to the waveform of the pulse wave is obtained from the output terminal.
[0030]
  Claim8The described configuration is defined in claims 1 to 5.6In the configuration according to any one of the above, the state of the living body is a pulse wave in a peripheral part of the arterial system, and has strain calculating means for calculating a distortion of the pulse wave from the waveform of the pulse wave, and the blood pressure calculation The means determines the hemodynamic parameter based on the correlation between the hemodynamic parameter and the distortion of the pulse wave.
[0031]
  Claim9The described configuration is defined in claims 1 to 5.8In the configuration according to any one of the above, there is provided a stroke volume detecting means for detecting a stroke volume of the living body, and the blood pressure calculating means is configured to calculate a stroke volume obtained from the aortic pressure waveform. The value of the hemodynamic parameter is adjusted so that the calculated value and the measured value of the stroke volume measured by the stroke volume measuring means coincide with each other.
[0032]
  Claim10The described configuration is defined in claims 1 to 5.9In the configuration described in any one of the above, it is characterized by having a work amount calculating means for calculating the work amount of the heart of the living body based on the aortic pressure waveform.
[0044]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
First embodiment
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0045]
[1] Outline configuration of blood pressure measurement device
FIG. 1 shows a configuration block diagram of a blood pressure measurement device as a biological state measurement device according to the first embodiment.
In the first embodiment, the hemodynamic parameters of the arterial system of the human body are evaluated based on the information obtained from the human body by the noninvasive sensor, and the systolic blood pressure and the minimum blood pressure in the central part are evaluated based on the obtained hemodynamic parameters. The blood pressure, myocardial load index, and cardiac work are calculated. The specific contents of the hemodynamic parameters will be described later.
[0046]
As shown in FIG. 2, the pulse wave detection device 1 detects the radial artery waveform via a pressure sensor S2 attached to the wrist of the subject, and the subject via a cuff band S1 attached to the upper arm of the subject. Detect blood pressure.
Then, the measured radial artery waveform is calibrated by blood pressure and output as an analog electric signal. This analog signal is input to an A / D (analog / digital) converter 3 and converted into a digital signal at every predetermined sampling period.
[0047]
As shown in FIG. 2, the stroke volume measuring device 2 is connected to a cuff belt S1, and is the amount of blood that flows out of the heart in one stroke through the cuff belt S1. The stroke volume is measured, and the measurement result is output as a stroke volume data as a digital signal. As this type of measuring instrument, an apparatus for measuring by a so-called systolic area method can be used.
[0048]
The microcomputer 4 has a built-in waveform memory for storing the pulse waveform acquired from the A / D converter 3 and a temporary storage memory as a work area.
The microcomputer 4 performs various processes as shown in FIG. 6 according to commands input from the keyboard 5 as an input device, and outputs the results obtained from these processes to the output device 6.
[0049]
Here, only the outline of the processing will be described, and details of those processing will be described in detail when the operation is described.
(1) Pulse wave measurement data reading process (step S1)
a) The time-series digital signal of the radial artery waveform obtained via the A / D converter 3 is taken into a built-in waveform memory (not shown).
b) The radial artery waveform taken into the waveform memory is averaged for each “beat” to obtain a radial artery waveform corresponding to one beat (hereinafter referred to as an average waveform).
[0050]
(2) Measurement data reading process for stroke volume (step S2)
The stroke volume data is taken into a temporary storage memory built in the microcomputer 4.
(3) Parameter calculation processing (step S3)
A mathematical expression representing the radial artery waveform corresponding to one beat is obtained, and each parameter of the electrical model corresponding to the arterial system is calculated based on this mathematical expression.
[0051]
(4) Data calculation process (step S4)
From the obtained circulatory dynamic parameters, a pulse wave waveform at the aortic origin is obtained, and a maximum blood pressure value, a minimum blood pressure value, a myocardial load index WP, and a heart workload are calculated at the aortic origin.
(5) Output process (step S5)
The obtained circulatory dynamic parameters, systolic blood pressure value, diastolic blood pressure value, myocardial load index WP, and cardiac work are output to the output device 6.
[0052]
[2] Detailed configuration of output device
Next, details of the output device 6 will be described with reference to FIG.
The measured blood pressure display unit 61 displays the highest blood pressure, the lowest blood pressure, and the average blood pressure that are actually measured based on the radial artery waveform.
[0053]
The central part estimated blood pressure display unit 62 displays the average blood pressure E01, the maximum blood pressure Em ', and the minimum blood pressure Eo of the central part obtained by the processing described later.
The warning display unit 63 is configured by a plurality of LEDs arranged in a horizontal row, and these LEDs are lit according to the difference between the measured systolic blood pressure and the central systolic blood pressure Em '.
[0054]
That is, if the difference between the two is ± 10 mmHg or less, the “NORMAL” green LED is turned on, and if the difference exceeds ± 10 mmHg, the “CAUTION” red LED is turned on.
[0055]
The parameter display unit 64 receives the electrostatic capacitance Cc, electrical resistance Rc, inductance L, electrostatic capacitance C, electrical resistance Rp, left ventricular pressurization time ts, time of one beat tp, stroke volume SV from the microcomputer 4. When the mental work Ws is supplied, these parameters are displayed. Details of these parameters will be described later.
The CRT display 67 displays various waveforms such as a radial artery waveform, a left ventricular pressure waveform, and an aortic pressure waveform.
[0056]
When the print command button 66 is pressed, the printer 65 displays various data displayed on the measured blood pressure display unit 61, the central part estimated blood pressure display unit 62, the warning display unit 63, the parameter display unit 64, and the CRT display 67. Print out the displayed waveform on paper.
[0057]
The myocardial load index display unit 68 displays the myocardial load index WP obtained by the processing described later.
Here, the significance of warning display in the warning display unit 63 will be described.
[0058]
As described above with reference to FIGS. 22 to 24, there are three types of the maximum blood pressure difference between the estimated aortic pressure waveform and the radial artery waveform. The subject whose pulse waveform is the first type (FIG. 22) is likely to be a healthy person, and in the second and third types, the subject often has some disease.
[0059]
For example, the second type (FIG. 23) is caused by an abnormal blood flow state, and is likely to have diseases such as edema, hepatorenal disease, respiratory disease, gastrointestinal disease, and inflammatory disease. The third type is caused by an increase in the tension of the blood vessel wall, and is highly likely to have hepatobiliary disease, skin disease, hypertension, painful disease and the like.
[0060]
Therefore, in the present embodiment, when it is considered that the maximum blood pressure difference is abnormal, a red LED is turned on to display a warning.
In the above example, the diagnosis is performed based on the maximum blood pressure difference between the aortic pressure waveform and the radial artery waveform, but the minimum blood pressure difference or the average blood pressure difference may be used instead of the maximum blood pressure difference. Furthermore, it goes without saying that the diagnosis may be performed using all of the maximum blood pressure difference, the minimum blood pressure difference, and the average blood pressure difference.
[0061]
[3] About the five-element lumped constant model
In the first embodiment, a “five element lumped constant model” is newly adopted as an electrical model of the arterial system.
Among the factors that determine the behavior of the circulatory system of the human body, this five-element lumped constant model is adopted in the four-element lumped constant model disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 6-205747 (name of invention: pulse wave analyzer). In addition to the four parameters of blood inertia in the central part, vascular resistance (viscosity resistance) due to blood viscosity in the central part, vascular compliance (viscoelasticity) in the peripheral part, vascular resistance (viscosity resistance) in the peripheral part, Aortic compliance is added as a parameter, and these five parameters are modeled as an electric circuit. The compliance is an amount representing the softness of the blood vessel.
[0062]
FIG. 3 (a) shows a circuit diagram of a four-element lumped constant model, and FIG. 3 (b) shows a circuit diagram of a five-element lumped constant model. The correspondence between each element and each parameter constituting the five-element lumped constant model is shown below.
Capacitance Cc: Aortic compliance [cm5 / dyn]
Electrical resistance Rc: Vascular resistance due to blood viscosity at the central part of the arterial system [dyn · s / cm5]
Inductance L: Blood inertia in the central part of the arterial system [dyn · s2 / cm5]
Capacitance C: Blood vessel compliance in the peripheral part of the arterial system [cm5 / dyn]
Electrical resistance Rp: Vascular resistance due to blood viscosity at the peripheral arterial system [dyn · s / cm5]
[0063]
Here, the currents i, ip, ic, and is flowing through each part in the electric circuit correspond to the blood flow [cm3 / s] flowing through each corresponding part. In particular, the current i is the aortic blood flow, and the current is is the blood flow pumped from the left ventricle. The input voltage e corresponds to the left ventricular pressure [dyn / cm2], and the voltage v1 corresponds to the pressure at the aortic origin [dyn / cm2]. Further, the terminal voltage vp of the capacitance C corresponds to the pressure [dyn / cm2] at the radial artery. In addition, the diode D shown in FIG. 3B corresponds to an aortic valve, and is on (valve opened) during a period corresponding to the systole and off (valve) during the period corresponding to the diastole. Is closed).
[0064]
As will be described later, in the first embodiment, these five parameters are not calculated at once, but parameters other than the capacitance Cc are calculated using the four-element lumped constant model disclosed in the above-mentioned document. After using and calculating, the capacitance Cc is determined. Therefore, first, a theoretical explanation will be given on the behavior of the four-element lumped constant model shown in FIG.
[0065]
In the four-element lumped constant model shown in FIG.
v1 = Rci + L (di / dt) + vp (1)
Here, the current i is
i = ic + ip = C (dvp / dt) + (vp / Rp) (2)
Therefore, equation (1) can be transformed into the following equation.
v1 = LC (d2vp / dt2) + {RcC + (L / Rp)} (dvp / dt) + {1+ (Rc / Rp)} vp (3)
[0066]
As is well known, the general solution of the second-order constant coefficient ordinary differential equation expressed by equation (3) is a special solution (stationary solution) that satisfies equation (3) and a transient solution that satisfies the following equation: Given by the sum of
0 = LC (d2vp / dt2) + {RcC + (L / Rp)} (dvp / dt) + {1+ (Rc / Rp)} vp (4)
[0067]
Next, the solution of the differential equation (4) is obtained as follows. First, a damped oscillation waveform represented by the following equation is assumed as a solution of the differential equation (4).
vp = exp (st) (5)
Substituting equation (5) into equation (4), equation (4) is transformed as follows.
[LCs2 + {RcC + (L / Rp)} s + {1+ (Rc / Rp)}] vp = 0 (6)
[0068]
Solving equation (6) for s,
s = [-{RcC + (L / Rp)} ± √ {{RcC + (L / Rp)} 2-4LC {1+ (Rc / Rp)}}] / 2LC (7)
It becomes.
In equation (7),
{RcC + (L / Rp)} 2 <4LC {1+ (Rc / Rp)} (8)
, The second term root sign √ is negative, and s is as follows.
Figure 0003820719
[0069]
Here, the attenuation rate is α, the angular frequency is ω,
Figure 0003820719
It is. And
A1 = LC (12)
A2 = (L + RcRpC) / Rp (13)
A3 = (Rc + Rp) / Rp (14)
In other words, equations (10) and (11) can be expressed as follows.
α = (A2 / 2A1) (15)
ω = √ {(A3 / A1) -α2} (16)
[0070]
In this way, the value of s is determined, and a solution satisfying the differential equation (4) is obtained.
Based on the above knowledge, Expression (5) can be used as an expression for approximating the damped vibration component included in the response waveform of the four-element lumped constant model.
Next, the pressure waveform at the aortic root is modeled. In general, the pressure waveform at the beginning of the aorta is a waveform as shown by the thick line in FIG. 4, where time tp is the time for one beat of the waveform and time ts is the pressurization time of the left ventricle. In the four-element lumped constant model, this pressure waveform is approximated by a triangular wave shown in FIG. In FIG. 5, if the amplitude and time of the approximate waveform are represented by Eo, Em, tp, and tp1, the aortic pressure v1 at an arbitrary time t is represented by the following equation. Here, Eo is the lowest blood pressure (diastolic blood pressure), Em is the pulse pressure, (Eo + Em) is the highest blood pressure (systolic blood pressure), tp is the time of one beat, tp1 is the lowest blood pressure value from the rise of the aortic pressure It is time to become.
Section where 0 ≦ t <tp1:
v1 = Eo + Em {1- (t / tp1)} (17)
tp1 ≦ t <tp interval:
v1 = Eo (18)
[0071]
The response waveform vp (namely, radial artery wave) when the voltage v1 represented by the equations (17) and (18) is input to the equivalent circuit of FIG. 3 (a) is as follows.
Section where 0 ≦ t <tp1:
Figure 0003820719
tp1 ≦ t <tp interval:
Figure 0003820719
[0072]
Here, Emin is the lowest blood pressure value in the radial artery waveform measured by the pulse wave detection device 1 (see FIG. 11 described later).
The third term on the right side in Equation (19) and the second term on the right side in Equation (20) are the damped oscillation components of Equation (5) described above, and α and ω in these terms are Equations (15) and ( 16). B, tb, Dm1, and Dm2 are constant values calculated according to the procedure described later.
[0073]
Next, of the constants in the equations (19) and (20), those other than the already determined α and ω will be examined. First, when the equations (17) and (19) are substituted into the differential equation (3), the following equation is obtained.
Figure 0003820719
[0074]
The following conditions are necessary for the expression (21) to hold.
Figure 0003820719
[0075]
Equations (24) and (25) constrain α and ω, but α and ω already obtained by equations (15) and (16) satisfy these equations.
On the other hand, when the equations (18) and (20) are substituted into the differential equation (3), the following equation is obtained.
Figure 0003820719
[0076]
In order for the expression (26) to be satisfied, in addition to the expressions (24) and (25) being satisfied, the following expression must be satisfied.
Eo = {1+ (Rc / Rp)} Emin = A3 Emin (27)
Next, the constants of the equations (19) and (20) are calculated based on the conditional equations (22) to (25) and the equation (27) for establishing the differential equation (3).
[0077]
First, Emin is obtained from the equation (27) as follows.
Emin = (EO / A3) (28)
Also, from the equation (23), B is
B = (tbEm) / (tp1A3) (29)
It becomes. Also, substituting equation (29) into equation (22) and solving for tb,
tb = (tp1A3 + A2) / (A3) (30)
[0078]
Further, the remaining constants Dm1, Dm2, θ1, and θ2 are values such that the radial artery waveform vp can maintain continuity at t = 0, tp1, and tp, that is, the conditions (1) to (4) shown below. A value that satisfies is selected.
(1) vp (tp1) in equation (19) matches vp (tp1) in equation (20)
(2) vp (tp) in equation (20) matches vp (0) in equation (19)
(3) The differential coefficient of t = tp1 in equation (19) and equation (20) must match.
(4) The differential coefficient at t = 0 in equation (19) matches the differential coefficient at t = tp in equation (20).
[0079]
That is, Dm1 and θ1 are
Dm1 = √ (D112 + D122) / ω (31)
θ1 = tan −1 (D11 / D12) (32)
Is chosen. However,
D11 = (vO1−B−Emin) ω (33)
D12 = (vO1-B-Emin) [alpha] + (B / tp) + (iO1 / C) (34)
VO1 and iO1 are initial values of vp and ic at t = 0.
[0080]
Dm2 and θ2 are
Dm2 = √ (D212 + D222) / ω (35)
θ2 = tan −1 (D21 / D22) (36)
Is chosen. However,
D21 = (vO2−Emin) · ω (37)
D22 = (vO2-Emin) .alpha. + (IO2 / C) (38)
VO2 and iO2 are initial values of vp and ic at t = tp1.
[0081]
In this way, the constants of Equation (19) and Equation (20) were obtained.
By calculating backward from the angular frequency ω in equation (16), the vascular resistance RC is
Rc = [L-2Rp√ {LC (1-ω2LC)}] / CRp (39)
It becomes. Here, the condition that Rc is real and positive is:
{4Rp2C} / {1+ (2ωRpC) 2} ≦ L ≦ (1 / ω2C) (40)
It is.
[0082]
In general, Rp is about 10 3 [dyn · s / cm 5], C is about 10 −4 [cm 5 / dyn], and ω is 10 (rad /) because it is the angular frequency of the vibration component superimposed on the pulse wave. s) It may be considered that the above is true. For this reason, the lower limit of the equation (40) can be regarded as approximately 1 / (ω2C). Therefore, for simplicity, L is approximately
L = 1 / (ω2C) (41)
Rc is
Rc = L / (CRp) (42)
It becomes.
[0083]
In addition, from the relationship between Equation (41) and Equation (42), the attenuation constant α in Equation (15) is
α = 1 / (CRp) (43)
It becomes.
Using the relations of the equations (41) to (43), the remaining parameters of the four-element lumped constant model are expressed by α, ω, and L.
Rc = αL (44)
Rp = (ω2L / α) (45)
C = 1 / (ω2L) (46)
It becomes. From these equations (44) to (46), it is clear that the parameters are determined by obtaining α, ω, and L.
[0084]
Here, as will be described later, α, ω, B, and tb are obtained from the actually measured waveform of the radial artery wave, and L can be calculated based on the stroke volume SV. A procedure for calculating L based on the stroke volume SV will be described below.
First, the average value E01 of the pressure wave at the aortic root is given by the following equation.
E01 = {Eotp + (tp1Em / 2)} / tp (47)
On the other hand, the following equation holds between Rc, Rp, α, ω, and L.
Rc + Rp = αL + (ω2L / α) = (α2 + ω2) L / α (48)
[0085]
The average current flowing through the four-element lumped constant model, that is, the average value E01, divided by (Rc + Rp) corresponds to the average value (SV / tp) of the blood flow flowing through the artery due to pulsation. Is established.
Figure 0003820719
[0086]
By solving the equation (49) thus obtained for L, an equation for obtaining L from the stroke volume SV is obtained as follows.
L = α · {Eotp + (tp1Em / 2)} / {(α2 + ω2) SV} (50)
A value corresponding to the average current (1 / tp) {Eotp + (tp1Em / 2)} in equation (49) is obtained by measuring the blood flow volume, and the inductance L may be calculated based on this result. . As an apparatus for measuring a blood flow rate, an impedance method, a Doppler method, and the like are known. In addition, blood flow measurement devices using the Doppler method include those using ultrasonic waves and those using lasers.
[0087]
[4] Explanation of the principle of the calculation method of hemodynamic parameters
Next, the principle of the calculation method of the circulatory dynamic parameter based on the five-element lumped constant model will be described. As mentioned above, since Rc, Rp, C, and L in the circulation dynamic parameters are determined using a four-element lumped constant model, the value of the capacitance Cc is determined based on these parameters. To do. Therefore, it is necessary to obtain the current i, current is, voltage v1, voltage vp, etc. in FIG.
[0088]
First, the left ventricular pressure waveform e is approximated by a sine wave as shown in FIG. That is,
ωs = π / ts
The left ventricular pressure waveform e is expressed by the following equation.
e = Em ′ sin ωst (51)
Here, Em ′ is the systolic blood pressure and corresponds to (Em + Eo) in FIG. Hereinafter, as shown in FIG. 4, the time t is divided into a systole when t1 ≦ t <t2 and a diastole when t2 ≦ t <(tp + t1). Here, time t1 and time t2 are times at the intersection of the left ventricular pressure waveform and the aortic pressure waveform.
[0089]
[4.1] systole
In this case, v1 = e holds, and equations (1) and (2) hold for voltage v1 and current i, respectively. Therefore, the following differential equation is established from the equations (1) to (3) and the equations (12) to (14) and (51).
A1 (d2vp / dt2) + A2 (dvp / dt) + A3vp = Em'sinωst (52)
[0090]
First, the steady solution vpst of this differential equation is obtained in the same manner as in the four-element lumped constant model. For this purpose, the steady solution vpst is assumed as follows.
vpst = E1 cos ωst + E2 sin ωst (53)
By substituting equation (53) into vp of equation (52) and comparing the coefficients, the following two equations are obtained.
(A3 ・ ωs2A1) E1 + ωsA2E2 = 0 (54)
−ωsA2E1 + (A3−ωs2A1) E2 = Em ′ (55)
[0091]
By solving these equations,
E1 = (− ωsA2Em ′) / {(ωsA2) 2+ (A3−ωs2A1) 2} (56)
E2 = {(A3−ωs2A1) Em ′} / {(ωsA2) 2+ (A3−ωs2A1) 2} (57)
Is obtained.
[0092]
Next, the transient solution vptr of the differential equation of equation (52) is obtained. for that reason,
vptr = exp (λt)
And substitute for vp in the following equation.
A1 (d2vp / dt2) + A2 (dvp / dt) + A3vp = 0 (58)
As a result, the following equation is obtained.
A1λ2 + A2λ + A3 = 0 (59)
[0093]
Therefore, when this equation is solved for λ, the following equation is obtained.
Figure 0003820719
[0094]
Here, when {A2 / (2A1)} 2 <(A3 / A1) is set (vibration mode), the following equation is obtained.
Figure 0003820719
[0095]
At this time,
β1 = A2 / (2A1) (62)
ω1 = √ (A3 / A1-β12 (63)
It is.
[0096]
Here, the transient solution vptr is set as follows.
vptr = (a1 cos ω1t + ja2sin ω1t) exp (−β1t) (64)
Then, since the voltage vp is expressed by the sum of the steady solution and the transient solution, it is given by the following equation using Equation (53) and Equation (64).
vp = (E1 cos ωst + E2 sin ωst) + (a1 cos ω1t + ja2 sin ω1t) exp (−β1t) (65)
[0097]
Further, the current i is obtained by substituting Equation (65) into Equation (2) as follows:
Figure 0003820719
[0098]
Next, it is assumed that vp and i at t = t1 are v02 and i0, respectively, as in the following equation.
i0 = J0 + (a1J1 + ja2J2) exp (−β1t1) (68)
v02 = P0 + (a1P1 + ja2P2) exp (-. beta.1t1) (69)
Then, the following formulas are established from formulas (65) to (69).
J0 = (E1 / Rp + ωsCE2) cosωst1 + −ωsCE1 + E2 / Rp) · sinωst1 (70)
J1 = {(1-β1CRp) / Rp} cosω1t1−ω1Csinω1t1 (71)
J2 = ω1C cos ω1t1 + {(1-β1CRp) / Rp} sin ω1t1 (72)
P0 = E1 cos ωst1 + E2 sin ωst1 (73)
P1 = cos ω1t1 (74)
P2 = sinω1t1 (75)
[0099]
Further, when the equations (68) to (69) are solved for a1 and a2, the following is obtained.
Figure 0003820719
[0100]
Furthermore, it can be seen from the equations (71) to (75) that the relationship of the following equation is established.
J2P1−J1P2 = ω1C (78) Accordingly, when the equations (76) to (77) are substituted into the equation (64) and the equation (78) is used at that time, the following equation is obtained as the transient solution vptr.
Figure 0003820719
[0101]
here,
B1tr = v02−P0 (81)
t '= t-t1 (82)
B2tr =-{(1-.beta.1CRp) (v02-P0) -Rp (i0-J0)} / (. Omega.1CRp) (83)
After all,
vptr = (B1 trcos ω1t ′ + B2 trsin ω1 t ′) exp (−β1t ′) (84)
Is obtained.
[0102]
Eventually, equation (65) becomes:
Figure 0003820719
[0103]
Next, in equation (67) described above,
D1st = (E1 / Rp) + ωsCE2 (86)
D2st = -ωsCE1 + (E2 / Rp) (87)
D1tr = {(1-β1CRp) / Rp} B1tr + ω1CB2tr (88)
D2tr = -ω1CB1tr + {(1-β1CRp) / Rp} B2tr (89)
And
[0104]
Then, as the current i,
Figure 0003820719
Is obtained.
[0105]
Also, the current is is
is = Cc (dv1 / dt) + i = ωsCcEm′cosωst + i (91)
As obtained.
[0106]
[4.2] Diastole
In the diastole, the diode D is turned off, and the left ventricular pressure e is not applied to the circuit on the cathode side of the diode D, and the current flowing through the capacitance CC is equal in magnitude to the current i and is in the reverse direction. It becomes current. Therefore, the voltage v1 is expressed by the above-described equation (1), and the current i and the current ic are respectively expressed by the following equations.
i = -Cc (dv1 / dt) (92)
ic = C (dvp / dt) (93)
[0107]
Therefore, the voltage vp is
Figure 0003820719
It becomes.
[0108]
Since i-ic = ip = vp / Rp,
i = vp / Rp + C (dvp / dt) (95)
It becomes.
[0109]
Next, substituting equation (95) into equation (1) and differentiating both sides of the obtained equation with time t yields the following equation.
Figure 0003820719
[0110]
Further, the following expression is derived from Expression (92) and Expression (95).
dv1 / dt =-{vp / Rp + C (dvp / dt)} / Cc (97)
Then, the following expression is obtained from Expression (96) and Expression (97).
Figure 0003820719
[0111]
Therefore, when this equation is modified, the following equation is obtained.
(D3vp / dt3) + A1 '(d2vp / dt2) + A2' (dvp / dt) + A3'vp = 0 (99)
here,
A1 '= (L + CRcRp) / (LCRp) (100)
A2 '= (CcRc + CcRp + CRp) / (LCcCRp) (101)
A3 '= 1 / (LCcCRp) (102)
[0112]
Next, when vp = exp (λt) is substituted into equation (99), the following equation is obtained.
(Λ3 + A1′λ2 + A2′λ + A3 ′) exp (λt) = 0 (103)
In addition, the following definitions are made.
p = (A1'2 / 9)-(A2 '/ 3) (104)
q = -A1'3 / 27 + (A1'A2 ') / 6-A3' / 2 (105)
u = {q + √ (q2-p3)} 1/3 (106)
v = {q-√ (q2-p3)} 1/3 (107)
α ′ = − (u + v) + A1 ′ / 3 (108)
β2 = (u + v) / 2 + A1 ′ / 3 (109)
ω2 = (u−v) √ (3) / 2 (110)
λ1 = −α ′ (111)
λ2 = −β2 + jω2 (112)
λ3 = −β2−jω2 (113)
If (q2-p3)> 0, the vibration mode is set.
[0113]
The voltage vp is further assumed as follows:
Figure 0003820719
[0114]
Then, by substituting equation (114) into equation (95), current i is transformed as follows.
Figure 0003820719
[0115]
here,
g0 = (1-α'CRp) / Rp (116)
g1 = (1-β2CRp) / Rp (117)
g2 = (ω2CRp) / Rp (118)
[0116]
Therefore, the voltage v1 is expressed by the following equation from the equation (115).
Figure 0003820719
[0117]
here,
f0 = g0 / (α'Cc) (120)
f1 = (β2g1−ω2g2) / {(β22 + ω22) Cc} (121)
f2 = (ω2g1 + β2g2) / {(β22 + ω22) Cc} (122)
Next, in order to simplify the calculation, the time t2 shown in FIG. 4 is set to t = 0 in the following description. If the voltage v1, the voltage vp, and the current i at t = 0 are v01, v02, and i0, respectively, these are obtained by setting t in the equations (119), (114), and (115) to t = 0. It is obtained as follows.
v01 = f0b1 + (f1 + jf2) b2 + (f1-jf2) b3 (123)
v02 = b1 + b2 + b3 (124)
i0 = g0b1 + (g1 + jg2) b2 + (g1-jg2) b3 (125)
[0118]
Next, by modifying the second term and the third term in the equation (114), the voltage vp becomes as follows.
Figure 0003820719
[0119]
here,
Figure 0003820719
Because
k1 = v01−f0v02 (130)
k2 = i0-g0v02 (131)
k3 = g1-g0 (132)
k4 = f1-f0 (133)
It is.
[0120]
Next, by substituting vp in the equation (126) into the equation (2), the current i becomes as follows.
Figure 0003820719
here,
D0 = {(1-α'CRp) / Rp} B0 (135)
D1 = {(1-β2CRp) / Rp} B1 + ω2CB2 (136)
D2 =-. Omega.2CB1 + {(1-.beta.2CRp) / Rp} B2 (137)
[0121]
Therefore, from equation (134), the voltage v1 is
Figure 0003820719
It becomes. here,
H0 = D0 / (α'Cc) (139)
H1 = (β2D1 + ω2D2) / {(β22 + ω22) Cc} (140)
H2 = (− ω2D1 + β2D2) / {(β22 + ω22) Cc} (141)
[0122]
As described above, the time t2 is set to t = 0 in the above description. Therefore, t → (t−t 2) is replaced in order to adjust the time scale. As a result, the voltage v1, the voltage vp, and the current i are obtained as follows from the equations (138), (126), and (134), respectively.
Figure 0003820719
[0123]
here,
Hm = √ (H12 + H22) (145)
φ21 = tan-1 (H1 / H2) (146)
Bm = √ (B12 + B22) (147)
φ22 = tan-1 (B1 / B2) (148)
Dm = √ (D12 + D22) (149)
φ23 = tan-1 (D1 / D2) (150)
[0124]
Incidentally, the current is in the diastole is “0”.
Next, a theoretical value of the stroke volume SV is obtained. Since the stroke volume SV is given by the area of the current is in the systole, it is obtained by integrating the current is shown in the equation (91) from time t1 to time t2. That is,
Figure 0003820719
[0125]
[5] Operation of pulse wave analyzer
Next, the operation of the pulse wave analyzer according to the present embodiment will be described with reference to FIGS.
6 to 10 are flowcharts showing the operation of the pulse wave analyzer in the first embodiment.
[0126]
FIG. 11 shows a waveform diagram of an average waveform obtained by the averaging process described above.
Further, FIG. 12 shows a waveform diagram comparing the radial artery waveform obtained by the parameter calculation process described later and the average waveform obtained by the averaging process.
Hereinafter, the operation will be described with reference to these drawings.
[0127]
(1) Pulse wave measurement data reading process (step S1)
(A) Pulse wave reading process
When evaluating the circulatory dynamic parameters, a diagnostician in charge of diagnosis of the subject wears the cuff belt S1 and the pressure sensor S2 on the subject as shown in FIG. In response to this command, the microcomputer 4 sends a pulse wave measurement instruction to the pulse wave detector 1.
As a result, the pulse wave detection device 1 detects the radial artery wave, and the A / D converter 3 outputs a time series digital signal representing this radial artery wave. The microcomputer 4 takes this digital signal into a built-in waveform memory for a certain time (about 1 minute). In this way, the radial artery waveform for a plurality of beats is captured in the waveform memory.
[0128]
(B) Averaging process
Next, the microcomputer 4 superimposes the radial artery waveforms for a plurality of beats for each beat, and obtains the average waveform per beat for the predetermined time. Then, this average waveform is stored in the built-in memory as a representative waveform of the radial artery waveform. A representative waveform W1 of the average waveform created in this way is illustrated in FIG.
[0129]
(2) Stroke volume data capture processing (step S2)
Next, the microcomputer 4 sends a stroke volume measurement instruction to the stroke volume measuring device 2. As a result, the stroke volume measuring device 2 measures the stroke volume of the subject, and the measurement result is taken into the built-in temporary storage memory by the microcomputer 4.
[0130]
(3) Parameter calculation processing (step S3)
Next, based on the four-element lumped constant model, among the five circulatory dynamic parameters constituting the five-element lumped constant model, four circulatory dynamic parameters excluding the capacitance Cc are determined.
[0131]
The microcomputer 4 executes a parameter calculation processing routine shown in FIGS. At that time, in accordance with the execution of the routine, the α, ω calculation processing routine shown in FIG. 9 is executed (steps S109 and S117). Further, along with the execution of the α, ω calculation processing routine, the ω calculation routine shown in FIG. 10 is executed (step S203).
[0132]
Hereinafter, processing contents of these routines will be described.
First, for the average waveform of the radial artery as shown in FIG. 11, the microcomputer 4 temporarily reduces the blood pressure once after the time t1 ′ and the blood pressure value y1 corresponding to the first point P1 at which the blood pressure becomes maximum. Time t2 'corresponding to two points and blood pressure value y2, time t3' corresponding to the third point P3 which is the second peak point, blood pressure value y3, time tp for one beat, minimum blood pressure value Emin (the above-mentioned formula (Corresponding to the first term of equation (4) and equation (4)) is obtained (step S101).
[0133]
If the pulse wave is “smooth” and it is difficult to distinguish the second point P2 and the third point P3, the times of the second point and the third point are set to t2 ′ = 2t1 ′, t3 ′ = Assume 3t1 ′.
Next, in order to simplify the process, blood pressure values y1 to y3 are normalized using the blood pressure value y0 at point A shown in FIG. 13 (steps S102 and S103), and the value at point B is set to (y0 / 2) Initially set to -0.1 (step S104).
[0134]
Next, optimum values of B, tb, α, and ω are determined according to the following procedure.
(A) First, B
"(Y0 / 2)-y0"
At the same time, tb
“(Tp / 2) to tp”
Change in the range. At that time, both B and tb are changed at intervals of +0.1. And for each of B and tb
| Vp (t1 ')-y1 |,
| Vp (t2 ')-y2 |,
| Vp (t3 ')-y3 |
Find α and ω that minimizes.
[0135]
(B) Among B, tb, α, and ω obtained in (a)
| Vp (t1 ')-y1 |,
| Vp (t2 ')-y2 |,
| Vp (t3 ')-y3 |
B, tb, α, and ω that minimize the value are obtained.
[0136]
(C) Based on B and tb obtained in (b),
B ± 0.05,
About tb
tb ± 0.05
Within the range, the above processes (a) and (b) are re-executed.
[0137]
(D) During the processes (a) to (c) above, α is changed in the range of 3 to 10 at 0.1 intervals, and the optimal ω is calculated for each α.
In addition, ω is
dvp (t2 ') / dt = 0
Is obtained using a bisection method (see the flowchart of FIG. 10).
[0138]
Note that the initial value vo1 in equation (33) is set to zero when calculating the value of vp in each of the above processes.
B, tb, α, and ω are finally determined by the above processing.
[0139]
(E) tp1, Em and Eo are calculated based on the equations (28) to (30) and (44) to (46) (steps S123 and S124).
(F) Using equation (50), the value of L is calculated based on the measured stroke volume SV (step S125), and the remaining parameters Rc, Rp, and C are represented by equations (44) to (44). 46) (step S126).
[0140]
Next, based on the five-element lumped constant model, the capacitance Cc which is the last circulatory dynamic parameter is determined.
At this time, the method of determining the capacitance Cc so that the calculated value of the stroke volume SV and the actually measured value coincide with each other and the minimum blood pressure of the calculated pulse wave and the minimum blood pressure of the actually measured pulse wave are static. A method for determining the capacitance Cc is conceivable. Therefore, each method will be described separately.
[0141]
(3) -1 Method of determining the capacitance Cc (aortic compliance) so that the calculated value of the stroke volume SV and the actual measurement value match.
First, a specific method for determining the capacitance Cc so that the calculated value of the stroke volume SV coincides with the actually measured value will be described.
First, the value of the capacitance Cc is estimated as follows based on the capacitance C calculated by the four-element lumped constant model. Other circulatory dynamic parameters, that is, values of Rc, Rp, C, and L are obtained by a four-element lumped constant model.
Cc = 10 · C (153)
Next, using these circulatory dynamic parameters, a calculated value of the stroke volume SV is calculated by Expression (152).
[0142]
At that time, the left ventricular pressurization time ts is estimated by the following formula from the time tp of one beat obtained by the four-element lumped constant model.
ts = (1.52-1.079tp) tp (154)
This relational expression is an experimental expression obtained from the result of measuring the contraction time of the left ventricle by echocardiography, and as shown in FIG. 14, a correlation coefficient of −0.882 is obtained. For systolic blood pressure Em ', a value obtained by a four-element lumped constant model is used (see equations (22) and (28)).
[0143]
Further, time t1 and time t2 can be obtained from the relationship of left ventricular pressure = aortic pressure. Furthermore, since v02 and i0 are the values of vp and i at t = t1, as described above, v02 and i0 are obtained by substituting t1 into t existing in equations (85) and (90). Can do.
Next, the value of the capacitance Cc is determined so that the calculated stroke volume SV calculated as described above matches the measured value taken from the stroke volume measuring device 2. That is, the value of the capacitance Cc is changed within a predetermined range from the initial value obtained by the equation (153). Then, the measured value of stroke volume and the calculated value calculated from the value of each capacitance Cc are compared to check whether the integer part of the measured value matches the integer part of the calculated value. If there is a match in the integer part, it is considered that the measured value and the calculated value match, the capacitance Cc is determined, and the parameter calculation process ends.
[0144]
On the other hand, if the measured value of the stroke volume does not match the calculated value only by adjusting the value of the capacitance Cc, the stroke of the adjusted capacitance Cc is The value of the capacitance Cc in which the difference between the measured value of the quantity and the calculated value is the minimum is taken as the final value. Next, the value of the systolic blood pressure Em ′ is changed for each 1 mmHg within a range of ± 3 mmHg, and whether or not there is a match between the measured value of the stroke volume and the calculated value is examined in the same manner as described above. If there is a systolic blood pressure Em 'where a match is found, the value is set as the final systolic blood pressure Em', and the parameter calculation process ends.
[0145]
On the other hand, even if the value of the systolic blood pressure Em 'is adjusted, if the measured value of the stroke volume still does not match the calculated value, the value of the resistance Rp is further adjusted. Therefore, among the adjusted systolic blood pressure value Em ', the final systolic blood pressure value Em' that has the smallest difference between the measured value of the stroke volume and the calculated value is set as the final value. Next, the resistance Rp is increased or decreased, for example, in increments of 10 [dyn · s / cm5], and the value with the smallest difference between the measured value and the calculated value of the stroke volume is determined as the final resistance Rp value.
[0146]
An example of a flowchart for realizing the process described above is shown in FIG. For parameters that vary within a predetermined range in the program, the subscript “v” is added to the original parameter name.
[0147]
(3) -2 Method of determining the capacitance Cc so that the minimum blood pressure of the calculated pulse wave and the minimum blood pressure of the measured pulse wave match.
Next, a method for determining the capacitance Cc so that the minimum blood pressure of the calculated pulse wave and the minimum blood pressure of the measured pulse wave coincide with each other will be described.
In this case, conventionally, the capacitance Cc is determined using the systolic time QT as an initial value.
[0148]
As a method for calculating the systolic time QT used as the initial value, conventionally, a regression is obtained in which the systolic time QT is obtained in advance from the electrocardiogram of the subject or the systolic time QT is obtained from the heart rate HR obtained from the electrocardiogram or pulse waveform. Or calculated using an equation.
The left ventricular pressurization time tsv is “0.01 [sec]” in the range of “QT + 0.1 [sec]” to “QT + 0.2 [sec]” with respect to the previously obtained systolic time QT. At the same time, the systolic blood pressure Emv ′ is changed at an interval of “1 mmHg” in the range of “Eo + Em−20 [mmHg]” to “Eo + Em + 20 [mmHg]”. For each of ′, 451 combinations are assumed, and in each of these combinations, the capacitance Cc is calculated such that the lowest blood pressure of the calculated pulse wave and the lowest blood pressure of the measured pulse wave match.
[0149]
However, in the conventional method for obtaining the systolic time QT from the electrocardiogram, it is necessary to collect an electrocardiogram in advance, and there is a problem that the apparatus configuration becomes large and complicated.
Further, in the method of obtaining the contraction time QT from the heart rate HR using the regression equation, there is a problem that it is difficult to obtain an accurate regression equation.
[0150]
FIG. 33 shows a general pulse wave waveform.
By the way, since the pulse wave waveform is obtained by measuring the pulsation of the blood flow caused by the contraction / expansion of the heart at the peripheral portion, the waveform shape reflects the motion of the heart. EED (Estimated Ejection Duration) in the figure is called an approximate ejection period, and corresponds to the time during which blood flows from the heart during a single heartbeat, and thus the systolic time QT.
[0151]
Therefore, in the present embodiment, instead of the systolic time QT, an approximate ejection time EED (Estimated Ejection Duration) is used, and the left ventricular pressurization time tsv is set to “EED + 0. In the range of 1 [sec] to “EED + 0.2 [sec]”, the blood pressure is changed at intervals of “0.01 [sec]”, and at the same time, the maximum blood pressure Emv ′ is changed from “Eo + Em−20 [mmHg]” to “Eo + Em + 20 [mmHg]”. In the range of “1 mmHg”.
[0152]
That is, 451 combinations are assumed for each of the left ventricular pressurization time tsv and systolic blood pressure Emv ′. In each of these combinations, the capacitance Cc is calculated such that the minimum blood pressure of the calculated pulse wave matches the minimum blood pressure of the measured pulse wave.
As a result, since the parameters of the circulatory dynamics can be obtained using the EED based on the pressure pulse waveform at the peripheral part of each subject, the device configuration can be simplified such that an electrocardiograph is not required, The reflected circulatory dynamic parameters can be calculated more accurately.
[0153]
Next, when the sampling value of the calculated pulse wave in each combination is P1 (t) and the sampling value of the measured pulse wave is P2 (t), the waveform average error ε in each combination is obtained by the following equation. Then, the capacitance Cc (aortic compliance) when the waveform average error ε is the smallest is employed. An example of a flowchart for realizing the process described above is shown in FIG.
ε = Σt = 0tp (| P2 (t) −P2 (t) |) / (N) (155)
[0154]
As described above, all the circulatory dynamic parameters in which the measured value and the calculated value of the stroke volume coincide with each other are determined.
Here, the values of hemodynamic parameters and the like calculated from the radial artery waveform when a 32-year-old male is the subject are shown below.
Capacitance Cc = 0.001213 [cm5 / dyn]
Electrical resistance Rc = 98.768 [dyn · s / cm5]
Inductance L = 15.930 [dyn · s2 / cm5]
Capacitance C = 0.0001241 [cm5 / dyn]
Electrical resistance Rp = 1300.058 [dyn · s / cm5]
Left ventricular pressurization time ts = 0.496 [s]
One beat time tp = 0.896 [s]
Stroke volume SV = 83.6 [cc / beat]
Maximum blood pressure Em ′ = 117.44 [mmHg]
Also, as shown in FIG. 12, it can be seen that the calculated waveform of the radial artery obtained from the calculated parameters and the measured waveform are in good agreement.
[0155]
(5) Data calculation process (step S4)
Further, an aortic pressure waveform is obtained based on the values of the circulatory dynamic parameters L, C, Cc, Rc, and Rp. That is, by using the equation (51) in the systole and using the equation (142) in the diastole, the waveform of the voltage v1 is equivalent to one beat (that is, time 0 to time tp or time t1 to Only time (t1 + tp)) is calculated.
[0156]
Then, the value at the time t1 of the waveform of the obtained aortic root is calculated from these equations, and the calculation result is set as the minimum blood pressure value Eo.
Next, the myocardial load index WP is calculated by multiplying the previously obtained maximum blood pressure value Em ′ by the heart rate HR (= 60 / tp).
Figure 0003820719
[0157]
(6) Data output process (step S5)
Next, the microcomputer 4 outputs the circulatory dynamic parameters L, C, Cc, Rc, Rp obtained by the parameter calculation process to the output device 6 and displays them on the output device.
Further, the obtained calculation waveform is output to the output device 6 to display the aortic pressure waveform. Further, the maximum blood pressure value Em ′ and the myocardial load index WP are sent to the output device 6 together with the minimum blood pressure value Eo, and these values are displayed on the output device 6.
[0158]
[6] Summary of the first embodiment
By the way, it can be said that the conventional blood pressure measuring device measures the blood pressure on the peripheral side of the radial artery, the upper arm, etc., and is a technique for indirectly measuring the burden on the heart. However, changes in the burden on the heart are not always reflected in the blood pressure on the peripheral side, and viewing the burden on the heart on the peripheral side is not necessarily accurate.
[0159]
Therefore, in the first embodiment, focusing on the fact that the blood pressure waveform at the central part is particularly important when viewing the burden on the heart, the blood pressure waveform at the aortic root (the central part of the arterial system) is calculated. It is estimated and determined from the pulse waveform measured on the peripheral side. Then, if the maximum blood pressure value, the minimum blood pressure value, and the myocardial load index WP at the aortic origin are calculated from the estimated aortic pressure waveform, these values can serve as an index directly representing the burden on the heart.
[0160]
As described above, according to the present embodiment, the maximum systolic blood pressure, the minimum blood pressure, the myocardial load index, and the aortic pressure waveform on the central side can be shown to the diagnostician and the subject along with various hemodynamic parameters.
[0161]
Since equation (51) indicates the left ventricular pressure waveform itself, the left ventricular pressure waveform may be displayed on the output device 6 instead of the aortic pressure waveform described above as the pressure waveform in the central portion.
[0162]
Second embodiment
In the first embodiment, each value of the hemodynamic parameter is calculated from the radial artery waveform and the stroke volume. However, as described above, since it is necessary for the subject to wear the cuff belt S1 in order to detect the stroke volume, it can be said that the subject is troublesome.
[0163]
Therefore, in the second embodiment, focusing on the phenomenon that the aortic pressure changes depending on the shape of the radial artery waveform, the waveform shape is represented by the strain rate to estimate the central blood pressure value and the like. That is, in this embodiment, the circulatory dynamic parameter is derived based on the strain rate d obtained from the radial artery waveform.
[0164]
First, the microcomputer 4 performs (1) pulse wave reading processing and (2) averaging processing in the same manner as in the first embodiment to obtain an average waveform for one beat of the radial artery waveform. Next, a Fourier analysis of the pulse wave is performed by performing a well-known FFT (Fast Fourier Transform) process on the average waveform. Then, from the frequency spectrum obtained as a result of the analysis, the amplitude A1 of the fundamental wave, the amplitude A2 of the second harmonic, the amplitude A3 of the third harmonic,..., The amplitude An of the nth harmonic are obtained. Note that the value of n (n is a natural number) is appropriately determined in consideration of the amplitude of the harmonics. Then, based on these amplitude values, a distortion rate d defined by the following equation is calculated.
Strain rate d = (A22 + A32 +... + An2) 1/2 / A1 (156)
[0165]
Next, a circulation dynamic parameter is estimated from the obtained strain rate d. The estimation is based on the knowledge that there is a considerable degree of correlation between the distortion rate of the radial artery waveform and each value of the hemodynamic parameter. That is, the strain rate d and the circulatory dynamic parameters are measured in advance for a large number of subjects, and a relational expression between the strain rate and each circulatory dynamic parameter is derived. Here, an example of the correlation between the strain rate d and the measurement results of the circulation dynamic parameters RC, Rp, L, and C is shown in FIGS. Although the aortic compliance CC is not shown, the correlation coefficient and the relational expression can be obtained in the same manner as the other four parameters.
[0166]
Then, the circulation dynamic parameters Rc, Rp, L, C, and Cc are calculated based on the strain rate d calculated by the above equation (156) and the relational expressions shown in FIGS.
Next, in the same manner as the output processing of (5) and (6) in the first embodiment, a waveform for one beat of the aortic pressure waveform is obtained from the calculated circulatory dynamic parameters, and the minimum blood pressure value at the aortic origin is obtained. Eo, systolic blood pressure value Em ′, and myocardial load index WP are calculated and displayed on the output device 6.
[0167]
Third embodiment
In the third embodiment, in addition to the maximum blood pressure value, the minimum blood pressure value, or the myocardial load index WP at the aortic origin, the work volume of the heart (hereinafter, referred to as the blood pressure waveform at the aortic origin is calculated as described above). This is calculated and displayed.
[0168]
This cardiac work is an index representing the burden on the heart, and is defined by the product of stroke volume and aortic pressure, and the cardiac output per minute is converted into work volume.
Here, the stroke volume is defined by the blood flow volume sent out from the heart in one beat and corresponds to the area of the blood flow waveform coming out from the heart. This stroke volume has a correlation with the systolic area of the aortic pressure waveform, and the stroke volume can be obtained by applying the systolic area method to the aortic pressure waveform.
[0169]
That is, first, the area S of the pulse wave waveform corresponding to the systole of the heart is calculated. This will be described with reference to the pulse waveform of FIG. 29. The area of the region from the rising portion of the pulse wave to the depression (notch), that is, the hatched portion in FIG. Next, when the predetermined constant is K, the stroke volume SV can be calculated by the following equation.
Stroke volume SV [ml] = area S [mmHg · s] × constant K
[0170]
On the other hand, the cardiac output is defined as the blood flow delivered from the heart in one minute. Therefore, the cardiac output can be obtained by converting the stroke volume to 1 minute. That is, the cardiac output is obtained by the product of the stroke volume and the heart rate.
In the present embodiment, in the output process (5) of the first embodiment or the second embodiment, the microcomputer 4 calculates the cardiac work based on the calculated left ventricular pressure waveform and outputs it to the output device 6. indicate. Other processes are the same as those in the first embodiment or the second embodiment, and the description thereof is omitted.
[0171]
Here, the microcomputer 4 calculates the cardiac work Ws by the following procedure.
First, when ws is defined by e · is, it is calculated from the equations (51), (90), and (91) as follows.
Figure 0003820719
[0172]
Here, if the first term, the second term, and the third term in the equation (157) are w1, w2, and w3, respectively, they are transformed as the following equations.
Figure 0003820719
[0173]
Next, from equation (82)
Figure 0003820719
Toki,
ωst−ω1t ′ = (ωs−ω1) t + ω1t1 = ωbt + Φ (165)
far.
[0174]
That is,
ωa = ωs + ω1 (166)
ωb = ωs−ω1 (167)
Φ = ω1t1 (168)
It is.
[0175]
Then, Formula (163) becomes like the following formula.
Figure 0003820719
[0176]
Next, W1, W2, and W3 are respectively defined as follows, and the following expressions are derived from Expressions (161), (162), and (169).
Figure 0003820719
[0177]
Since the work amount Ws is obtained by converting the total sum of W1, W2, and W3 per "minute", it is finally expressed by the following equation.
Ws = (W1 + W2 + W3) × 10 −7 × 60 / tp [J / min] (176)
In addition to the maximum blood pressure value, the minimum blood pressure value, and the myocardial load index WP at the beginning of the aorta, the meaning of displaying the cardiac work as described above is as follows.
[0178]
A useful index different from the highest blood pressure value, the lowest blood value value, or the myocardial load index WP at the beginning of the aorta as an index representing the burden on the heart by obtaining the above-described cardiac work based on the aortic pressure waveform Can also be provided.
Here, the significance of calculating the mental work will be described below with an example.
[0179]
Consider the case where hypertension is treated by administering an antihypertensive agent to a patient. Normally, if the drug is effective, changes appear in the maximum blood pressure value and the minimum blood pressure value measured at the radial artery, and the effect of the drug can be confirmed.
However, even when there is no change in the maximum blood pressure value or the minimum blood pressure value, the drug is actually effective, and the heart load itself may be lightened.
This is because the role of the antihypertensive agent is to reduce the load on the heart somewhere in the arterial system, and it is not always necessary to lower the blood pressure in the radial artery.
[0180]
Thus, even when there is no significant change in the blood pressure value in the peripheral part of the arterial system such as the radial artery, by calculating the cardiac work obtained from the blood pressure waveform of the aortic root, It is possible to know the true heart burden.
By the way, although such a change in the burden on the heart can be found by careful examination of the blood pressure waveform at the beginning of the aorta, the subtle change in the waveform can be quantitatively calculated by calculating the cardiac work. It becomes possible to express.
[0181]
Therefore, not only the maximum blood pressure value and the minimum blood pressure value, but also the myocardial load index WP and the cardiac work amount are obtained and displayed, whereby the evaluation of the antihypertensive agent therapy can be performed more finely.
FIGS. 22 to 24 show the results of calculating the cardiac work for each of the first to third types of pulse wave shapes described above.
[0182]
Fourth embodiment
In the first to third embodiments, the myocardial load index WP is always based on the aortic origin blood pressure and the detected heart rate. However, in the fourth embodiment, the peripheral blood pressure and the aorta are calculated. In the heart rate range where the difference from the origin blood pressure can be ignored, the peripheral blood pressure can be used instead of the aortic origin blood pressure, and the difference between the peripheral blood pressure and the aortic origin blood pressure can be ignored. In the heart rate range where it is not possible, the calculation processing is reduced as a whole by using the aortic origin blood pressure.
[0183]
In general, it is known that as the heart rate increases, the difference between the aortic origin blood pressure and the peripheral blood pressure increases.
Therefore, in the fourth embodiment, when the heart rate fluctuation range is within a predetermined reference heart rate fluctuation range, the myocardial load index WP is obtained using the peripheral blood pressure (maximum blood pressure) and the detected heart rate. When the heart rate fluctuation range is equal to or greater than the reference heart rate fluctuation range, the myocardial stress index is obtained using the aortic origin blood pressure (maximum blood pressure) and the detected heart rate.
[0184]
More specifically, the heart rate fluctuation with respect to the reference heart rate, which is a human heart rate at rest (of course, has individual differences), is about ± 10 [%].
Therefore, for example, if the actual heart rate fluctuation is less than ± 10 [%] with respect to the resting reference heart rate, the difference between the peripheral blood pressure and the aortic origin blood pressure can be ignored. Based on the peripheral blood pressure Pperi and the heart rate HR, the myocardial load index WP is calculated by the following formula.
WP = Pperi × HR
On the other hand, when the actual heart rate variability is more than ± 15 [%] considering the measurement error margin with respect to the resting reference heart rate, the difference between the peripheral blood pressure and the aortic origin blood pressure is It is determined that it cannot be ignored, and the myocardial load index WP is calculated by the following formula based on the aortic origin blood pressure Pcent and the heart rate HR.
WP = Pcent × HR
Thus, according to the fourth embodiment, if the actual heart rate fluctuation is less than the predetermined range with respect to the resting reference heart rate, the myocardial load index WP is calculated using the peripheral blood pressure. As compared with the case where the myocardial load index is always calculated using the aortic origin blood pressure, the processing can be simplified and the processing speed can be improved.
[0185]
If the actual heart rate fluctuation is greater than or equal to a predetermined range with respect to the resting reference heart rate, the myocardial load index WP is calculated using the aortic origin blood pressure calculated based on the circulatory dynamic parameters. Therefore, a more accurate myocardial load index can be calculated as compared with the case where the myocardial load index WP is calculated using the peripheral blood pressure.
As described above, according to the fourth embodiment, although the processing can be simplified as a whole, it is possible to always calculate an accurate myocardial load index WP.
[0186]
Fifth embodiment
In the first to third embodiments, the myocardial load index WP is always calculated based on the aortic origin blood pressure and the detected heart rate at a predetermined timing. In the case where it is not considered that there has been much change, it is considered that it is not always necessary to continuously calculate the myocardial load index WP.
[0187]
Therefore, in the fifth embodiment, the myocardial load index WP is newly calculated only when the aortic origin blood pressure is considered to have changed significantly, and when the aortic origin blood pressure is not considered to have changed much. Is an embodiment for reducing the amount of calculation processing by holding and displaying the myocardial load index WP obtained last time without calculating the myocardial load index WP.
[0188]
By the way, in order to calculate the aortic origin blood pressure, it is necessary to calculate the circulatory dynamic parameter prior to that.
In this case, when the change (rate of change) of the circulatory parameter obtained this time with respect to the circulatory parameter obtained last time (or several times before) is small, the aortic origin that would be obtained from the circulatory parameter obtained this time It is considered that the change (rate of change) with respect to the aortic origin blood pressure that would be obtained from the circulatory dynamic parameter obtained last time of the initial blood pressure is also small.
[0189]
Therefore, in the fifth embodiment, the circulatory dynamic parameter obtained this time is compared with the circulatory dynamic parameter obtained last time, and when the change rate of each circulatory dynamic parameter is less than a predetermined reference change rate, the aorta The myocardial load index obtained last time (or a plurality of times before) without holding the calculation of the starting part blood pressure and hence the myocardial load index WP is held, and the display is continued.
[0190]
In addition, the circulatory dynamic parameter obtained this time is compared with the circulatory dynamic parameter obtained last time, and if the change rate of each circulatory dynamic parameter is equal to or higher than a predetermined reference change rate, the circulatory dynamic parameter obtained this time is used. The calculation of the aortic origin blood pressure and the myocardial load index WP are performed.
[0191]
More specifically, the circulatory dynamic parameters obtained this time are compared with the circulatory dynamic parameters obtained in the previous time (or several times before), and when the change rate of each circulatory dynamic parameter is ± 5 [%] or more. The calculation of the aortic origin blood pressure and the myocardial load index WP based on the calculated aortic origin blood pressure are performed.
[0192]
On the other hand, when the rate of change of each circulatory dynamic parameter is less than ± 5 [%], the calculation of the aortic origin blood pressure and the calculation of the myocardial load index WP is not performed, but the myocardium obtained last time (or a plurality of times before). Hold the load index and continue displaying.
As a result, according to the fifth embodiment, it is not necessary to perform unnecessary calculations, the amount of calculation processing can be reduced, the processing can be simplified, and the overall processing speed can be improved.
[0193]
Modification of the embodiment
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made as follows, for example. For example, the form which calculates | requires a circulatory dynamics parameter without measuring the stroke volume SV is also considered.
That is, according to this embodiment, assuming that the inductance L of the circulatory dynamic parameters is a fixed value, the values of the other circulatory dynamic parameters are calculated based only on the waveform of the radial artery pulse wave measured from the subject. To do. In this way, the stroke volume measuring device 2 required in the configuration of FIG. 1 can be omitted as shown in FIG. Therefore, the measurement mode in this embodiment does not require the cuff band S1 required in FIG. 2, as shown in FIG.
[0194]
By the way, if the value of the inductance L is fixed in this way, the accuracy of the obtained circulatory dynamic parameter is lowered as compared with the method using the measured stroke volume. In order to compensate for this, as shown in FIG. 17, the radial artery waveform (measurement waveform) W1 obtained by measurement and the radial artery waveform (calculation waveform) W2 obtained by calculation are displayed on the output device 6 in an overlapping manner. Let First, the value of the inductance L is set to the above fixed value to obtain a calculated waveform W2, and this waveform is displayed on the output device 6 to see the degree of coincidence of the waveform with the measured waveform W1. Next, the diagnostician determines an appropriate value different from the above fixed value as the inductance L, obtains the calculated waveform W2 again, and looks on the output device 6 for the degree of coincidence with the measured waveform W1. Thereafter, the diagnostician appropriately determines several values of the inductance L in the same manner as described above, obtains the calculated waveform W2 for each value of the inductance L, and each of the calculated waveforms W2 and the measured waveform on the output device 6. Compare with W1. Then, one of the calculated waveforms W2 that best matches the measured waveform W1 is selected, and the value of the inductance L at that time is determined as the optimum value.
[0195]
Note that it is conceivable to use a trapezoidal wave instead of the above-described triangular wave as a model of the pressure waveform at the aortic root. In this way, since the waveform is closer to the actual pressure waveform than when approximated by a triangular wave, a more accurate circulatory dynamic parameter can be calculated.
[0196]
Further, the measurement location of the pulse wave and stroke volume is not limited to the location shown in FIG. 2 or FIG. 16, and may be any location on the subject's body. That is, in the above-described embodiment, the measurement mode is such that the cuff belt S1 is attached to the upper arm of the subject. However, it is preferable that the cuff belt is not used in consideration of the convenience of the subject.
[0197]
As an example, a form in which both the radial artery waveform and the stroke volume are measured at the wrist can be considered. As an example of this type of configuration, as shown in FIG. 18, a sensor 12 comprising a blood pressure measurement sensor and a stroke volume measurement sensor is mounted on a belt 13 of a wristwatch 11, and a pulse wave analysis device Of these, a configuration in which the component 10 other than the sensor 12 is built in the main body of the wristwatch 11 is conceivable. Then, as shown in the figure, the sensor 12 is slidably attached to the belt 13 by the attachment 14, and when the subject puts the wristwatch 11 on the wrist, the sensor 12 is pushed to the radial artery with an appropriate pressure. It is supposed to be applied.
[0198]
Moreover, since the form which measures a pulse wave and stroke volume in a finger | toe is also considered, the structural example of the apparatus by this form is shown in FIG. As shown in the figure, a sensor 22 composed of a blood pressure measurement sensor and a stroke volume measurement sensor is attached to the base of a finger (index finger in this example), and the sensor 22 of the pulse wave analyzer is also included. The other components 10 are built in the wristwatch 21 and connected to the sensor 22 via lead wires 23 and 23.
[0199]
Furthermore, by combining these two measurement forms, the stroke volume is measured at the wrist and the pulse wave is measured at the finger, the stroke volume is measured at the finger, and the radial artery wave is measured at the wrist It becomes possible to realize the form to do.
[0200]
Further, by adopting a configuration without a cuff belt as described above, the subject does not have to wear his arm, and the burden on the subject is reduced in the measurement.
On the other hand, the configuration shown in FIG. 20 can be considered as a form using only the cuff belt. As shown in the figure, a sensor 32 composed of a blood pressure measurement sensor and a stroke volume measurement sensor, and a component 10 other than the sensor 32 in the pulse wave analysis device are connected to the upper arm of the subject by a cuff band. It can be seen that the structure is simple even when compared with FIG.
[0201]
In the above embodiment, the pulse wave is used for calculating the circulation dynamic parameter. However, the present invention is not limited to this, and it is needless to say that other biological states can be used.
In the above embodiment, the myocardial load index is calculated based on the aortic origin blood pressure based on the calculated circulatory dynamic parameter and the detected heart rate, but the peripheral blood pressure of the living body or the pulse of the peripheral portion of the living body is used. If the estimated value of the aortic origin blood pressure of the living body is calculated based on the waveform, regardless of the calculation method, the myocardial load index is similarly calculated based on the estimated value of the aortic origin blood pressure and the detected heart rate. Can be calculated.
[0202]
For example, instead of the aortic origin blood pressure calculated based on the circulatory dynamic parameters, the aortic origin of the living body is determined based on a predetermined transfer function such as GTF (Genelal Transfer Function) from the pulse waveform of the peripheral part of the living body. It is also possible to calculate the estimated value of the initial blood pressure and calculate the myocardial load index based on the calculated estimated value of the aortic starting blood pressure and the detected heart rate.
In this case, the predetermined transfer function is not limited to a general transfer function that can be applied to all people, and a transfer function with corrections specific to a specific living body can be used.
[0203]
Effects of the embodiment
According to the present embodiment, since the myocardial load index is calculated based on the estimated value of the aortic origin blood pressure based on the calculated circulatory dynamic parameter and the detected heart rate, the myocardial load index is calculated using the peripheral blood pressure. Compared to the case, the optimal myocardial load index can be calculated under a wider range of conditions.
[0204]
In addition, when the heart rate fluctuation rate is equal to or higher than the reference heart rate fluctuation rate, the myocardial load index is calculated based on the aortic origin blood pressure and the detected heart rate, so the aortic origin blood pressure and the detected heart rate are always calculated. As compared with the configuration for calculating the myocardial load index based on the above, the processing can be further simplified and the processing can be speeded up.
[0205]
Furthermore, according to the configuration in which the myocardial load index is calculated based on the peripheral blood pressure and the detected heart rate when the heart rate fluctuation rate is less than the reference heart rate fluctuation rate, the accurate myocardial load index can be obtained despite the fact that an accurate myocardial load index can be obtained. The processing can be simplified.
Furthermore, the myocardial load index is calculated based on the aortic origin blood pressure and the detected heart rate when the fluctuation rate of the calculated hemodynamic parameter with respect to the reference hemodynamic parameter is equal to or higher than a preset parameter reference fluctuation rate. Therefore, in the state where the myocardial load index does not change so much, the calculation process is not performed unnecessarily, so that the process can be simplified.
[0206]
In addition, according to the configuration in which the myocardial load index is calculated based on the peripheral blood pressure and the detected heart rate when the fluctuation rate of the hemodynamic parameter is less than the reference parameter fluctuation rate, an accurate myocardial load index can be obtained. Therefore, the process can be simplified.
Further, based on the peripheral blood pressure of the living body or the pulse waveform of the peripheral portion of the living body, the estimated value of the aortic origin blood pressure of the living body is calculated, the heart rate of the living body is detected, the estimated value of the aortic starting blood pressure and According to the configuration in which the myocardial load index is calculated based on the detected heart rate, the myocardial load index can be calculated easily, accurately, and quickly.
[0207]
Furthermore, the estimated value of the aortic origin blood pressure of the living body is calculated based on the pulse waveform and the predetermined transfer function of the peripheral part of the living body, the heart rate of the living body is detected, the aortic starting blood pressure and the detected heart rate According to the configuration in which the myocardial load index is calculated based on the number, it is possible to calculate the myocardial load index simply, accurately, and quickly.
[0208]
【The invention's effect】
According to the present invention, when calculating the circulatory dynamic parameters, by using the left ventricular pressurization time calculated with the approximate ejection period as an initial value, it is possible to simplify the device configuration, such as eliminating the need for an electrocardiograph, Since a more accurate hemodynamic parameter that reflects the circulatory dynamics of the subject can be calculated, the estimated value of the aortic origin blood pressure of the living body can be calculated more accurately based on the obtained hemodynamic parameter.
[0209]
Also, based on the peripheral blood pressure of the living body or the pulse waveform of the peripheral part of the living body, the estimated value of the aortic origin blood pressure of the living body is calculated, the heart rate of the living body is detected, and the estimated value of the aortic starting blood pressure is calculated. Since the myocardial load index is calculated based on the detected heart rate, the myocardial load index can be calculated easily, accurately, and quickly.
[0210]
In addition, an estimated value of the aortic origin blood pressure of the living body is calculated based on the pulse waveform of the peripheral part of the living body and a predetermined transfer function, the heart rate of the living body is detected, the aortic starting blood pressure and the detected heart rate Therefore, the myocardial load index can be calculated simply, accurately, and quickly.
[0211]
Furthermore, since the myocardial load index is calculated based on the heart rate detected from the heart rate detected from the aortic origin blood pressure and the electrocardiogram based on the calculated circulatory parameters or the electrocardiogram, the peripheral blood pressure is used. Compared with the case where the myocardial load index is calculated, the optimal myocardial load index can be calculated under a wider range of conditions.
[0212]
The myocardial load index calculating means calculates the myocardial load index based on the aortic origin blood pressure and the detected heart rate when the heart rate fluctuation rate is equal to or higher than the reference heart rate fluctuation rate. Compared with the configuration in which the myocardial load index is calculated based on the blood pressure and the detected heart rate, the processing can be further simplified, and the processing speed can be increased.
[0213]
Furthermore, the myocardial load index calculating means calculates the myocardial load index based on the peripheral blood pressure and the detected heart rate when the heart rate fluctuation rate is less than the reference heart rate fluctuation rate. Despite being obtained, the processing can be simplified.
[0214]
The myocardial load index calculating means is configured to calculate a myocardial load index based on the aortic origin blood pressure and the detected heart rate when the calculated rate of change of the hemodynamic parameter with respect to the reference hemodynamic parameter is equal to or greater than a preset parameter reference rate of change. Therefore, in the state where the myocardial load index does not change so much, unnecessary calculation processing is not performed, so that the processing can be simplified.
[0215]
Furthermore, since the myocardial load index calculating means calculates the myocardial load index based on the peripheral blood pressure and the detected heart rate when the fluctuation rate of the circulatory dynamic parameter is less than the reference parameter fluctuation rate, an accurate myocardial load index can be obtained. Nevertheless, the processing can be simplified.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a pulse wave analysis device according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a measurement mode using a pulse wave detection device and a stroke volume measuring device in the first embodiment.
3A is a circuit diagram showing a four-element lumped constant model that models the arterial system of a human body, and FIG. 3B is a circuit diagram showing a five-element lumped constant model. FIG.
FIG. 4 is a diagram showing a left ventricular pressure waveform and a blood pressure waveform at the beginning of the aorta.
FIG. 5 is a diagram showing a waveform obtained by modeling a blood pressure waveform at the aortic origin.
FIG. 6 is a flowchart showing an outline of the operation of the pulse wave analyzer according to the first embodiment.
FIG. 7 is a flowchart showing an operation of a parameter calculation process of the pulse wave analyzer in the first embodiment.
FIG. 8 is a flowchart showing an operation of a parameter calculation process of the pulse wave analyzer in the first embodiment.
FIG. 9 is a flowchart showing an operation of α, ω calculation processing of the pulse wave analysis apparatus in the first embodiment.
FIG. 10 is a flowchart showing an operation of ω calculation processing of the pulse wave analysis apparatus according to the first embodiment.
FIG. 11 is a waveform diagram illustrating a radial artery waveform obtained by the averaging process of the pulse wave analyzer according to the first embodiment.
FIG. 12 is a waveform diagram in which the radial artery waveform obtained by the calculation process of the pulse wave analysis device according to the first embodiment and the radial artery waveform obtained by the averaging process are displayed in an overlapping manner.
FIG. 13 is a diagram for explaining normalization processing contents applied to the radial artery waveform obtained by the averaging processing of the pulse wave analysis apparatus according to the first embodiment.
FIG. 14 is a diagram showing a correlation between a left ventricular pressurization time ts and a time tp of one beat.
FIG. 15 is a block diagram showing a configuration of a pulse wave analysis device according to a second embodiment.
FIG. 16 is a diagram illustrating a measurement mode using the pulse wave detection device according to the second embodiment.
FIG. 17 is a diagram showing a superimposed display of the measured waveform and the calculated waveform of the radial artery wave displayed on the output device in the second embodiment.
FIG. 18 is a perspective view of a form in which the component part of the pulse wave analysis apparatus excluding the sensor is built in the wristwatch and the sensor is attached to the wristband of the wristwatch.
FIG. 19 is a perspective view of a form in which the components of the pulse wave analysis apparatus excluding the sensor are built in a wristwatch and the sensor is attached to the base of a finger.
FIG. 20 is a configuration diagram of the configuration of the pulse wave analysis device excluding the sensor and a form in which the sensor is attached to the upper arm portion by a cuff belt.
FIG. 21 is a block diagram showing a configuration of a blood pressure measurement device according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 22 is a diagram showing a relationship between an aortic pressure waveform (dotted line) and a radial artery waveform (solid line) in the first type of pulse wave.
FIG. 23 is a diagram illustrating a relationship between an aortic pressure waveform (dotted line) and a radial artery waveform (solid line) in a second type of pulse wave.
FIG. 24 is a diagram showing a relationship between an aortic pressure waveform (dotted line) and a radial artery waveform (solid line) in a third type of pulse wave.
FIG. 25 is a graph showing the relationship between central vascular resistance Rc and strain rate d.
FIG. 26 is a graph showing the relationship between peripheral vascular resistance Rp and strain rate d.
FIG. 27 is a diagram showing the relationship between inertia L due to blood flow and strain rate d.
FIG. 28 is a diagram illustrating the relationship between compliance C and strain rate d.
FIG. 29 is a diagram illustrating a systolic area method.
FIG. 30 is a diagram illustrating a configuration of a blood pressure measurement device according to a conventional technique.
FIG. 31 is a flowchart of a program for obtaining a capacitance Cc.
FIG. 32 is a flowchart of another program for obtaining the capacitance Cc.
FIG. 33 is an explanatory diagram of a pulse wave waveform.
[Explanation of symbols]
1 Pulse wave detector
2 Stroke volume measuring device
3 A / D converter
4 Microcomputer
5 Keyboard
6 Output device
7 Monitor
61 Measured blood pressure display
62 Central blood pressure indicator
63 Warning display
64 Parameter display section
65 Printer
66 Print command button
67 CRT display
68 Myocardial stress index display

Claims (10)

生体の末梢部の脈波波形に基づいて前記生体の状態を測定する測定手段と、
前記生体の状態をもとに、前記生体の中枢部から末梢部に至る動脈系の循環動態を表わす循環動態パラメータとして、大動脈の粘弾性を含む循環動態パラメータを算出する解析手段と、
前記循環動態パラメータに基づいて前記生体の大動脈起始部血圧の推定値を算出する大動脈血圧算出手段と、
前記生体の心拍数を検出する心拍数検出手段と、
前記大動脈起始部血圧の推定値及び前記検出した心拍数に基づいて心筋負荷指数を算出する心筋負荷指数算出手段と、
前記検出した心拍数の安静時の心拍数である基準心拍数に対する変動率が予め設定した基準心拍数変動率を越えたか否かを判別する判別手段と、
を備え、前記心筋負荷指数算出手段は、前記判別に基づいて前記変動率が前記基準心拍数変動率以上の場合に、前記大動脈起始部血圧及び前記検出した心拍数に基づいて心筋負荷指数を算出する
ことを特徴とする生体状態測定装置。
Measuring means for measuring the state of the living body based on the pulse wave waveform of the peripheral part of the living body;
Based on the state of the living body, as a circulatory kinetic parameter representing the circulatory kinetics of the arterial system from the central part to the peripheral part of the living body, an analysis means for calculating a circulatory kinetic parameter including viscoelasticity of the aorta,
Aortic blood pressure calculating means for calculating an estimated value of the aortic origin blood pressure of the living body based on the circulatory dynamic parameter;
Heart rate detecting means for detecting the heart rate of the living body;
Myocardial load index calculating means for calculating a myocardial load index based on the estimated value of the aortic origin blood pressure and the detected heart rate;
A discriminating means for discriminating whether or not a fluctuation rate of the detected heart rate with respect to a reference heart rate which is a resting heart rate exceeds a preset reference heart rate fluctuation rate ;
The myocardial load index calculating means calculates the myocardial load index based on the aortic origin blood pressure and the detected heart rate when the fluctuation rate is equal to or higher than the reference heart rate fluctuation rate based on the determination. A biological state measuring device characterized by calculating.
請求項記載の生体状態測定装置において、
前記生体の末梢部血圧を非観血的に検出する末梢部血圧検出手段を有し、
前記心筋負荷指数算出手段は、前記判別に基づいて前記変動率が前記基準心拍数変動率未満の場合に前記末梢部血圧及び前記検出した心拍数に基づいて心筋負荷指数を算出する
ことを特徴とする生体状態測定装置。
The biological state measuring device according to claim 1 ,
Comprising peripheral blood pressure detecting means for noninvasively detecting the peripheral blood pressure of the living body ,
The myocardial load index calculating means calculates a myocardial load index based on the peripheral blood pressure and the detected heart rate when the fluctuation rate is less than the reference heart rate fluctuation rate based on the determination. Biological condition measuring device.
生体の末梢部の脈波波形に基づいて前記生体の状態を測定する測定手段と、
前記生体の状態をもとに、前記生体の中枢部から末梢部に至る動脈系の循環動態を表わす循環動態パラメータとして、大動脈の粘弾性を含む循環動態パラメータを算出する解析手段と、
前記循環動態パラメータに基づいて前記生体の大動脈起始部血圧の推定値を算出する大動脈血圧算出手段と、
前記生体の心拍数を検出する心拍数検出手段と、
前記大動脈起始部血圧の推定値及び前記検出した心拍数に基づいて心筋負荷指数を算出する心筋負荷指数算出手段と、
を備え、前記心筋負荷指数算出手段は、前記算出した循環動態パラメータの所定のタイミングにおける前記循環動態パラメータである基準循環動態パラメータに対する変動率が予め設定したパラメータ基準変動率以上の場合に、前記大動脈起始部血圧及び前記検出した心拍数に基づいて心筋負荷指数を算出する
ことを特徴とする生体状態測定装置。
Measuring means for measuring the state of the living body based on the pulse wave waveform of the peripheral part of the living body;
Based on the state of the living body, as a circulatory kinetic parameter representing the circulatory kinetics of the arterial system from the central part to the peripheral part of the living body, an analysis means for calculating a circulatory kinetic parameter including viscoelasticity of the aorta,
Aortic blood pressure calculating means for calculating an estimated value of the aortic origin blood pressure of the living body based on the circulatory dynamic parameter;
Heart rate detecting means for detecting the heart rate of the living body;
Myocardial load index calculating means for calculating a myocardial load index based on the estimated value of the aortic origin blood pressure and the detected heart rate;
The myocardial load index calculating means includes the aorta when the variation rate of the calculated hemodynamic parameter with respect to a reference hemodynamic parameter, which is the hemodynamic parameter, at a predetermined timing is greater than or equal to a preset parameter reference variation rate. A biological state measuring device, wherein a myocardial load index is calculated based on a starting blood pressure and the detected heart rate.
請求項記載の生体状態測定装置において、
前記生体の末梢部血圧を非観血的に検出する末梢部血圧検出手段を有し、
前記心筋負荷指数算出手段は、前記判別に基づいて前記変動率が前記基準パラメータ変動率未満の場合に前記末梢部血圧及び前記検出した心拍数に基づいて心筋負荷指数を算出する
ことを特徴とする生体状態測定装置。
The biological state measuring device according to claim 3 ,
Comprising peripheral blood pressure detecting means for noninvasively detecting the peripheral blood pressure of the living body,
The myocardial load index calculating means calculates a myocardial load index based on the peripheral blood pressure and the detected heart rate when the fluctuation rate is less than the reference parameter fluctuation rate based on the determination. Biological condition measuring device.
請求項1ないし請求項のいずれかに記載の生体状態測定装置において、
前記循環動態パラメータは、前記中枢部での血液粘性による血管抵抗,血液の慣性,前記末梢部での血管抵抗,前記末梢部での血管の粘弾性を含む、
ことを特徴とする生体状態測定装置。
In the biological condition measuring device according to any one of claims 1 to 4 ,
The circulatory dynamic parameters include vascular resistance due to blood viscosity at the central part, blood inertia, vascular resistance at the peripheral part, and viscoelasticity of the blood vessel at the peripheral part.
The biological state measuring apparatus characterized by the above-mentioned.
請求項1ないし請求項のいずれかに記載の生体状態測定装置において、
前記大動脈血圧算出手段は、大動脈弁に対応するダイオードと,前記中枢部での血液粘性による血管抵抗に対応する第1の抵抗と,血液の慣性に対応するインダクタンスと,前記大動脈の粘弾性に対応する第1の静電容量と,前記末梢部での血管抵抗に対応する第2の抵抗と,前記末梢部での血管の粘弾性に対応する第2の静電容量を有するモデルであって、一対の入力端子間に前記ダイオードと前記第1の静電容量の直列回路が接続され、一対の出力端子間に前記第2の静電容量及び前記第2の抵抗からなる並列回路が挿入され、前記第1の静電容量の両端子間と前記出力端子との間に前記第1の抵抗及び前記インダクタンスからなる直列回路が挿入されてなる五要素集中定数モデルにより前記動脈系の循環動態をモデル化して、前記循環動態パラメータを決定するとともに、前記第1の静電容量の両端子間の電圧波形を前記大動脈圧波形とする、
ことを特徴とする生体状態測定装置。
In the biological condition measuring device according to any one of claims 1 to 5 ,
The aortic blood pressure calculation means corresponds to the diode corresponding to the aortic valve, the first resistance corresponding to the vascular resistance due to blood viscosity in the central part, the inductance corresponding to the inertia of blood, and the viscoelasticity of the aorta A model having a first capacitance, a second resistance corresponding to the vascular resistance in the peripheral portion, and a second capacitance corresponding to the viscoelasticity of the blood vessel in the peripheral portion, A series circuit of the diode and the first capacitance is connected between a pair of input terminals, and a parallel circuit including the second capacitance and the second resistor is inserted between a pair of output terminals, The circulatory dynamics of the arterial system is modeled by a five-element lumped constant model in which a series circuit composed of the first resistor and the inductance is inserted between both terminals of the first capacitance and the output terminal. The circulation And determines the status parameter, the voltage waveform between the terminals of the first capacitance and the aorta pressure waveform,
The biological state measuring apparatus characterized by the above-mentioned.
請求項1ないし請求項のいずれかに記載の生体状態測定装置において、
前記生体の状態は前記動脈系の末梢部における脈波であり、
前記血圧算出手段は、前記生体の左心室圧に対応する電気信号が前記入力端子間に与えられたときに、前記脈波の波形に対応する電気信号が前記出力端子から得られるように、前記五要素集中定数モデルを構成する各素子の値を決定する
ことを特徴とする生体状態測定装置。
In the biological condition measuring device according to any one of claims 1 to 6 ,
The state of the living body is a pulse wave in the peripheral part of the arterial system,
The blood pressure calculation means is configured to obtain an electrical signal corresponding to the waveform of the pulse wave from the output terminal when an electrical signal corresponding to the left ventricular pressure of the living body is applied between the input terminals. A biological state measurement device characterized in that the value of each element constituting a five-element lumped constant model is determined.
請求項1ないし請求項のいずれかに記載の生体状態測定装置において、
前記生体の状態は前記動脈系の末梢部における脈波であり、
前記脈波の波形から該脈波のひずみを算出するひずみ算出手段を有し、
前記血圧算出手段は、前記循環動態パラメータと前記脈波のひずみとの相関関係に基づいて前記循環動態パラメータを決定する
ことを特徴とする生体状態測定装置。
In the biological condition measuring device according to any one of claims 1 to 6 ,
The state of the living body is a pulse wave in the peripheral part of the arterial system,
Strain calculation means for calculating the distortion of the pulse wave from the waveform of the pulse wave;
The blood pressure calculation unit determines the circulatory dynamic parameter based on a correlation between the circulatory dynamic parameter and the distortion of the pulse wave.
請求項1ないし請求項のいずれかに記載の生体状態測定装置において、
前記生体の1回拍出量を検出する1回拍出量検出手段を有し、
前記血圧算出手段は、前記大動脈圧波形から得られる1回拍出量の計算値と、前記1回拍出量測定手段で測定された1回拍出量の実測値とが一致するように、前記循環動態パラメータの値を調整する
ことを特徴とする生体状態測定装置。
The biological state measuring device according to any one of claims 1 to 8 ,
Having a stroke volume detecting means for detecting stroke volume of the living body;
The blood pressure calculation means is such that the calculated value of stroke volume obtained from the aortic pressure waveform and the measured value of stroke volume measured by the stroke volume measuring means match. The biological state measuring device characterized by adjusting the value of the circulatory dynamic parameter.
請求項1ないし請求項のいずれかに記載の生体状態測定装置において、
前記大動脈圧波形に基づいて前記生体の心臓の仕事量を算出する仕事量算出手段を有する
ことを特徴とする生体状態測定装置。
In the biological condition measuring device according to any one of claims 1 to 9 ,
A biological condition measuring device comprising: a work amount calculating means for calculating a work amount of the heart of the living body based on the aortic pressure waveform.
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