CN102811660B - 基于动脉的容积变化来测定血压的电子血压计 - Google Patents

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Abstract

容积恒定控制部（104）针对每一拍脉搏波一边更新伺服增益一边进行伺服控制，以使由动脉容积检测电路（74）检测出的动脉容积信号所表示的动脉容积和伺服控制的控制目标值之间的差分小于，能够将相对于袖带压变化的动脉容积的变化率视为恒定的控制偏差。控制偏差是动脉容积信号所表示的动脉容积和控制目标值之差，所以，血压决定部（105）利用控制偏差及能够视为恒定的变化率，对在进行伺服控制的期间内逐次检测出的袖带压进行修正并决定为血压。

Description

基于动脉的容积变化来测定血压的电子血压计
技术领域
本发明涉及电子血压计，特别涉及一边检测动脉的容积变化一边针对每一心搏连续地测定血压的电子血压计。
背景技术
在以往的电子血压计中，在被测定部位上卷绕臂带(袖带)，并将袖带内的压力(袖带压)加压至高于最高血压，其后在渐渐进行减压的过程中，通过压力传感器经由袖带对在动脉上产生的搏动进行检测，由此利用袖带压和此时的搏动的大小(脉搏波振幅)来决定最高血压和最低血压(示波法)。相对于此，开发出了非侵入地针对每一心搏连续地测定血压的容积补偿法式血压计(专利文献1)。
容量补偿法是如下的方式，即：利用袖带从身体外压迫动脉，并通过使搏动的动脉的单位长度的容积保持恒定来使压迫压力(袖带压)与动脉内压即血压平衡，通过对保持了该状态时的袖带压进行检测来连续地检测血压值的方式。在容积补偿法中，预先检测在动脉内压与对动脉施加的袖带压平衡的状态，即动脉壁处于无负荷状态下的动脉的容积(控制目标值“V0”)。对袖带压进行控制，以使因每一心搏的搏动而发生变化的动脉容积与控制目标值V0相一致(伺服控制)。
在以往的伺服控制中使用如下控制，即：利用动脉容积信号(容积脉搏波的直流成分)与目标动脉容积信号之差作为反馈信号来控制袖带压的PID控制。在该控制方式中认为通过将控制增益增大至从动脉容积变化信号(容积脉搏波的交流成分)为最大振幅时的增益减去15dB的增益以下，能够将血压测定的误差控制为大约5％(非专利文献1)。
现有技術文献
专利文献
专利文献1：日本特开昭54－50175号
非专利文献
非专利文献1：Indirect Measurement of Instantaneous Arterial BloodPressure in the Human Finger by the Vascular Unloading Technique；KEN-ICHIYAMAKOSHI,HIDEAKI SHIMAZU,AND TATSUO TOGAWA(IEEETRANSACTIONS ON BIOMEDICAL ENGINEERING,VOL.BME-27,NO.3,MARCH1980)
发明内容
发明要解决的问题
作为伺服控制的方法利用反馈控制即PID控制(指对比例控制(Proportional Control)、积分控制(Integral Control)即微分控制(DerivativeControl)进行组合来收敛为控制目标值的控制)。即，输出通过在当前的动脉容积信号和预先求出的控制目标值之间的偏差、偏差的积分及偏差的微分分别乘以某常数(constant value)(下面，称之为伺服增益)而得出的值的总和作为控制量。为了以高精度进行血压测定，需要对伺服增益的最佳值与控制对象相结合地进行调整。
然而，作为PID控制的特性，通过提高伺服增益而在袖带压的控制系统响应时产生振荡，因而不能完全消除血压测定的误差。另外，由于控制对象根据每个被测定人员而发生变化，因而难以调整为不产生振荡那样的伺服增益。并且，若要以不引起血压的波形延迟的方式使控制系统进行响应，需要能够控制大流量的泵及阀等，从而导致电子血压计大型化。
因此，本发明的目的在于，提供一种不导致装置的大型化而能够基于动脉的容积变化来高精度地测定血压的电子血压计。
用于解决问题的手段
本发明的一个技术方案的电子血压计具有：袖带，其装戴于血压的被测定部位；压力检测部，其用于对表示袖带内的压力的袖带压进行检测；容积检测部，其设在袖带上，用于在使袖带压发生变化的过程中，对表示被测定部位的动脉容积的动脉容积信号进行检测；袖带压调整部，其用于通过加压及减压来对袖带压进行调整；血压测定部。
血压测定部包括：控制目标值检测部，其对在由容积检测部检测出的动脉容积信号的振幅为最大时的该动脉容积信号的值进行检测作为控制目标值，变化率检测部，其基于由容积检测部检测出的动脉容积信号，来在使袖带压发生变化的过程中逐次对动脉容积的变化率进行检测，控制偏差检测部，其对动脉容积信号的值和控制目标值之差进行检测并作为控制偏差，伺服控制部，其利用伺服增益来对袖带压调整部进行伺服控制，以使动脉容积信号的值与控制目标值相一致，血压决定部，其利用控制偏差以及能够视为恒定的变化率，对在进行伺服控制的期间由压力检测部逐次检测出的袖带压进行修正并决定为血压；伺服控制部针对每一拍脉搏波都更新伺服增益，以使由容积检测部检测出的动脉容积信号的值和控制目标值之间的差分即控制偏差，在能够将由变化率检测部逐次检测出的变化率视为恒定的期间内小于由控制偏差检测部检测出的控制偏差即控制偏差目标值。
优选地，血压决定部通过将控制偏差除以能够视为恒定的变化率，来计算修正用值；血压决定部通过对袖带压加上修正用值，来修正该袖带压。
优选地，能够将变化率视为恒定的期间是指，相对于在检测出动脉容积信号的振幅的最大值时由变化率检测部检测出的变化率，检测出能够使接近所述控制目标值的所述变化率趋近于直线的规定阈值以上的变化率的期间。
优选地，能够将变化率视为恒定的期间是指，相对于在动脉容积信号的值为控制目标值时由变化率检测部检测出的变化率，变化率的差在能够使加压过程的所述变化率趋近于直线的规定阈值以下的期间。
优选地，血压测定部包括检测部，该检测部对由容积检测部检测出的动脉容积信号的振幅为最大值时的袖带压进行检测并作为控制初始袖带压。在利用袖带压调整部来将袖带压设定为控制初始袖带压之后，伺服控制部开始进行伺服控制，以使动脉容积信号的值与控制目标值相一致。
优选地，使袖带压发生变化的过程是指，对袖带压进行加压的过程或对袖带压进行减压的过程。
本发明的另一技术方案的血压测定程序，一边使袖带压发生变化的过程中对表示被测定部位的动脉容积的动脉容积信号进行检测，一边测定血压，所述袖带压表示装戴于血压的被测定部位的袖带内的压力，该血压测定程序使计算机执行以下步骤：对在所检测的动脉容积信号的振幅为最大时的该动脉容积信号的值进行检测并作为控制目标值的步骤；基于所检测的动脉容积信号，来在使袖带压发生变化的过程中逐次对动脉容积的变化率进行检测的步骤；对动脉容积信号的值和控制目标值之差进行检测并作为控制偏差的步骤；利用伺服增益来对袖带压的调整单元进行伺服控制，以使动脉容积信号的值与控制目标值相一致的步骤；利用控制偏差及能够视为恒定的变化率，对在进行伺服控制的期间逐次检测测定袖带压进行修正并决定为血压的步骤。在用于进行伺服控制的步骤中，针对每一拍脉搏波都更新伺服增益，以使所检测的动脉容积信号的值和控制目标值之间的差分即控制偏差，在能够将逐次检测测定变化率视为恒定的期间内小于所检测的控制偏差即控制偏差目标值。
本发明的另一技术方案的电子血压计的控制方法，在使袖带压发生变化的过程中对表示所述被测定部位的动脉容积的动脉容积信号进行检测，所述袖带压表示装戴于血压的被测定部位的袖带内的压力，该电子血压计的控制方法的特征在于，该电子血压计的控制方法包括：对在所检测的所述动脉容积信号的振幅为最大时的该动脉容积信号的值进行检测并作为控制目标值的步骤，基于所检测的所述动脉容积信号，来在使所述袖带压发生变化的过程中逐次对所述动脉容积的变化率进行检测的步骤，对所述动脉容积信号的值和所述控制目标值之差进行检测并作为控制偏差的步骤，利用伺服增益来对所述袖带压的调整单元进行伺服控制，以使所述动脉容积信号的值与所述控制目标值相一致的步骤，利用所述控制偏差以及能够视为恒定的所述变化率，对在进行所述伺服控制的期间逐次检测出的所述袖带压进行修正的步骤；在用于进行所述伺服控制的步骤中，针对每一拍脉搏波都更新所述伺服增益，以使所检测的所述动脉容积信号的值和所述控制目标值之间的差分即控制偏差，在能够将逐次检测出的所述变化率视为恒定的期间内小于所检测的所述控制偏差即控制偏差目标值。
发明效果
根据发明，针对每一拍脉搏波一边更新伺服增益一边进行伺服控制，以使由容积检测部检测出的动脉容积信号所表示的动脉容积和伺服控制的控制目标值之间的差分小于控制偏差目标值。控制偏差是在能够将由变化率检测部检测出的变化率视为恒定的期间内检测出的动脉容积信号所表示的动脉容积和控制目标值之差，所以能够利用控制偏差以及能够视为恒定的变化率，对在进行伺服控制的期间由压力检测部逐次检测出的袖带压进行修正并决定为血压。
因此，由于以容许控制偏差的方式进行伺服控制，因而不会导致袖带压调整部的大型化，并且能够基于动脉的容积变化高精度地测定血压。
附图说明
图1是本实施方式的电子血压计的外观立体图。
图2是示出了本实施方式的电子血压计的结构例的框图。
图3是示出了动脉的力学特性的曲线图。
图4是示出了本实施方式的动脉容积变化量相对于动脉内外压差的变化量的图。
图5是说明本实施方式的控制偏差目标值的决定方法的图。
图6是说明本实施方式的控制偏差目标值的其他决定方法的图。
图7是本实施方式的血压测定处理的流程图。
图8是本实施方式的决定控制参数的流程图。
图9是对照示出了修正前后的血压波形的图。
图10是对照示出了降低了伺服增益的情况的修正前后的血压波形的图。
具体实施方式
参照附图，对本发明的实施方式进行详细说明。此外，对图中的同一和等同部分标注同一附图标记而不对其进行重复说明。
(关于外观)
图1是本发明的实施方式的电子血压计1的外观立体图。
参照图1，电子血压计1具有本体部10和袖带20，该袖带20能够卷绕被测定人员的规定的被测定部位。本体部10安装在袖带20上。在本体部10的表面配置有例如由液晶等构成的显示部40和为了接收来自用户(例如被测定人员)的指示而被操作的操作部41。操作部41包括多个开关。
在本实施方式中，说明被测定部位是手腕的情况。然而，被测定部位并不限定于手腕，例如也可以是上臂。在本实施方式中，被测定部位仅是一个部位。
如图1所示，在本实施方式的电子血压计1中，本体部10安装在袖带20上。然而，如采用上臂式电子血压计那样，也可以是分离的本体部10和袖带20通过空气管(在图2中是空气管31)相连接的方式。
(关于硬件结构)
图2是示出了本发明的实施方式的电子血压计1的结构例的框图。
参照图2，电子血压计1的袖带20包括空气袋21和动脉容积传感器70。动脉容积传感器70具有发光元件71和受光元件72。发光元件71向动脉照射光，受光元件72接收受发光元件71所照射出的光对动脉的透过光或反射光。发光元件71和受光元件72例如隔着规定的间隔而配置在空气袋21的内侧。
动脉容积传感器70只要能够检测动脉的容积即可，可以利用阻抗传感器(阻抗脉波计：impedance plethysmograph)来检测动脉的容积。此时，代替发光元件71和受光元件72，而包括多个电极(用于施加电流的电极对和用于检测电压的电极对)，这些电极用于检测包括动脉的部位的阻抗。
空气袋21经由空气管31与空气系统30相连接。
本体部10除了具有上述的显示部40和操作部41之外，还包括：空气系统30；CPU(Central Processing Unit：中央处理单元)100，其用于集中控制各部并且进行各种运算处理；存储部42，其用于存储使CPU100执行规定的动作的程序及各种数据；非易失性存储器(例如闪存器)43，其用于存储测定结果等；电源44，其用于对CPU100等的各部供电；计时部45，其进行计时动作；接口部46，其用于与可装拆的记录介质132进行程序及数据的读取和写入。在后面叙述CPU100内的各功能部。
操作部41具有：电源开关41A，其接收用于接通(ON)或者断开(OFF)电源的指示的输入；测定开关41B，其用于接收开始测定的指示；停止开关41C，其用于接收停止测定的指示；存储器开关41D，其用于接收读取闪存器43所记录的血压等信息的指示。
空气系统30包括：压力传感器32，其用于检测空气袋21内的压力(袖带压Pc)；泵51，其向空气袋21供给空气，以对袖带压Pc进行加压；阀52，其进行开闭，以排出或者封入空气袋21的空气而。
本体部10与发光元件驱动电路73、动脉容积检测电路74及上述空气系统30相关联地，还包括振荡电路33、泵驱动电路53及阀驱动电路54。
发光元件驱动电路73根据来自CPU100的指令信号来使发光元件71在规定的时机发光。动脉容积检测电路74通过将来自受光元件72的输出信号转换为电压值来检测动脉容积。将所检测出的动脉容积作为动脉容积信号输出至CPU100。
压力传感器32例如是静电电容型的压力传感器，容量值随着袖带压Pc而变化。振荡电路33将与压力传感器32的容量值相对应的振荡频率的信号输出至CPU100。CPU100将从振荡电路33得到的信号转换为压力，从而检测压力。泵驱动电路53基于从CPU100接收的控制信号来控制泵51的驱动。阀驱动电路54基于从CPU100接收的控制信号来进行阀52的开闭控制。
泵51、阀52、泵驱动电路53及阀驱动电路54构成调整单元50，该调整单元50用于通过加压及减压来调整袖带20内的压力。泵51基于从泵驱动电路53接收的电压信号来被控制转速及旋转方向，阀52基于从阀驱动电路54接收的电压信号来被控制开闭动作。此外，构成调整单元50的装置并不限定于上述结构。例如，调整单元50除了具有上述结构以外，还可以包括气缸(air cylinder)和用于驱动气缸的促动器(actuator)。
另外，虽然采用了袖带20中包括空气袋21的方式，但供给到袖带20中的流体并不限定于空气，也可以是例如液体或凝胶。或者，并不限定于流体，也可以是微珠(microbeads)等均匀的微粒。
电子血压计1通过大致上使动脉的容积保持恒定来连续地测定血压。
(关于基于一般的容积补偿法来测定血压的原理)
在说明本实施方式中的血压测定方法之前，对基于一般的容积补偿法来测定血压的原理进行说明。
在按照一般的容积补偿法测定血压时，进行如下的动作，即，从身体外向动脉施加外压，并控制成使身体外压和动脉内压(血压)始终平衡，来将动脉壁保持为无负荷状态。在一般的容积补偿法中，通过测定此时(无负荷状态)的身体外压来测定血压。
实际上，身体外压相当于卷绕在被测定部位上的袖带20的袖带压Pc。另外，对在测定时袖带压Pc与血压处于平衡时的动脉容积“V0”进行检测，并控制(伺服控制)袖带压Pc，以使随着血压变动而变化的动脉容积与V0相一致。
图3是示出了动脉的力学特性的曲线图。图3的曲线图表示动脉内外压差Ptr和动脉容积V之间的关系，横轴表示动脉内外压差Ptr，纵轴表示动脉容积V。动脉内外压差Ptr表示动脉内压Pa和袖带压(身体外压)Pc之差。
如该曲线图所示，动脉的力学特性一般表示为较强的非线形。并且在动脉内外压差Ptr为0(平衡状态)时，即动脉壁处于无负荷状态时，动脉的顺应性(compliance)(基于脉动的容积变化量)达到最大。即，容积变化相对于压力变化的跟踪性达到最大。
在一般的容积补偿法中，CPU100可变地控制(PID控制)由泵51及阀52供给的电压信号的电平，以使由压力传感器32检测出的动脉容积始终是动脉内外压差Ptr成为0的时间点的容积值V0。由此，一边逐次控制身体外压(袖带压)一边测定血压。这样，在袖带压和动脉内压(血压)处于平衡状态时的动脉容积V0是一般的容积补偿法中的伺服控制的目标值。在本实施方式中，还将动脉容积V0称为“平衡控制目标值V0”。
在这样的容积补偿法的测定原理中，如上述那样在不利用大流量的泵51的情况下，控制系统对袖带压Pc作出的响应产生振荡现象，从而不能完全消除测定血压的误差。
(基于本实施方式的来测定血压的原理)
针对每一心搏，血压在收缩期血压(SYS：Systolic Blood Pressure)和舒张期血压(Diastolic Blood Pressure)之间发生变化。将袖带压Pc固定为规定压力的情况下，动脉容积随着血压的变化而发生变化(图3的动脉容积变化ΔV)。如图3所示，动脉的力学的特性具有非线形的特征，因而动脉容积变化ΔV取决于袖带压Pc，导致动脉容积变化ΔV的大小不同，但其变化量与脉压(＝收缩期血压－舒张期血压)的1：1的关系不发生变化。另外，在动脉容积充分地接近平衡控制目标值V0的情况下，能够视为动脉容积变化率相对于袖带压的变化为恒定，从而在该期间内能够对具有能够测定血压的振幅的脉搏波进行检测。
因此，在本实施方式中，并不将控制目标值固定为在袖带压Pc与动脉内压平衡的点上的动脉容积(平衡控制目标值)V0，而是一边容许控制偏差在规定值(后述的控制偏差目标值)以下，一边调整伺服增益来测定血压值。
在此，控制偏差相当于特定动脉容积和平衡控制目标值V0之间的差分，其中，上述特定动脉容积作为与平衡控制目标值V0充分接近的动脉容积，可视为动脉容积变化率相对于袖带压Pc的变化为恒定。
在伺服控制中，在容许控制偏差时，袖带压Pc不会跟踪动脉容积变化ΔV，以此为起因而测定血压时会产生误差。在此，误差是指，在使动脉容积V与平衡控制目标值V0一致的状态(无负荷状态)下检测出的血压值和在容许控制偏差时测定出的血压值之间的差分。以后，将该误差称为“血压误差Er”。
在本实施方式中，一边容许控制偏差一边决定伺服增益，并利用血压误差Er对在利用所决定的伺服增益来对袖带压Pc进行伺服控制的期间内测定出的血压值进行修正，从而测定准确的血压值。另外，即使容许控制偏差也能够测定出准确的血压值，所以不要求容积变化相对于压力变化的完全跟踪性，即也不需对泵51及阀52的空气系统进行改良(大型化)。
(关于控制偏差目标值)
图4是发明人员们利用电子血压计1通过实验得出的曲线图。示出了如下的实验结果，即：将袖带压Pc为零的状态的袖带20装戴在被测定部位后开始加压，并例如以3mmHg/sec这样的恒定的低速度进行加压的情况的实验结果。
在曲线图中用实线曲线示出了动脉内外压差Ptr和动脉容积V之间的关系，其中，横轴为动脉内外压差Ptr，纵轴为动脉容积V。另外，实线曲线的斜率dv/dp趋近于虚线直线L。直线L表示动脉容积V的变化量相对于动脉内外压差Ptr的变化量的关系。
如图4所示，得到了如下的知识，即：在伺服控制未充分跟踪且动脉容积变化ΔV大的情况下，实线曲线不能趋近于直线L，但通过伺服控制充分地跟踪时，动脉容积变化ΔV变小而使动脉容积V成为平衡控制目标值V0及与平衡控制目标值V0极为接近的值时，实线曲线能够趋近于直线L，即能够视为动脉容积V的变化率相对于袖带压Pc的变化大致恒定。另外，得到了如下的知识，即：在能够趋近于直线L的区间内，能够基于斜率dv/dp推定出血压误差Er(相当于图4的差压dp)。
发明人员们基于这些知识，得到了如下的知识，即：在能够趋近与直线L的期间内，能够利用血压误差Er将测定出的血压修正为准确的血压，即能够计算出与在使动脉容积V与平衡控制目标值V0相一致的状态(无负荷状态)下测定出的血压相当的血压。
在图4中，如下地检测平衡控制目标值V0。即，将通过从空气袋21排放空气而袖带压Pc成为零的状态的袖带20卷绕在被测定部位上时，CPU100控制泵驱动电路53来利用泵51渐渐地向空气袋21送入空气。即，以例如以3mmHg/sec左右的恒定的低速对袖带压Pc加压的方式送入空气。在该加压过程中，CPU100对能够通过动脉容积检测电路74检测出的动脉容积信号针对每一心拍的振幅的变化量(动脉容积变化ΔV)进行检测，并对该动脉容积变化ΔV为最大的时间点进行检测。对在该时间点检测出的动脉容积信号的平均值进行计算，并将所计算出的平均值作为平衡控制目标值V0保存至存储部42的规定区域。
动脉容积信号的平均值相当于动脉容积信号的直流成分的值，CPU100通过对动脉容积信号进行滤波处理来检测动脉容积信号的平均值。
基于所检测出的动脉容积信号的平均值和此时所检测出的袖带压Pc，来计算表示相对于动脉内外压差Ptr的变化量的动脉容积变化量的斜率dv/dp。在本实施方式中，利用检测平衡控制目标值V0时的袖带压Pc，来计算出用于修正血压的斜率dv/dp。在本实施方式中，能够通过对在伺服控制中检测出的控制偏差除以斜率dv/dp，来获取用于修正的值(血压误差Er)。实际的斜率dv/dp表示非线形，但只要偏差小就能够使接近平衡控制目标值V0的斜率dv/dp趋近于直线L(参照图4)，因而能够进行这样的修正。
若要进行上述修正，需要以使控制偏差在规定值以下的方式对袖带压Pc进行伺服控制，以使接近平衡控制目标值V0的斜率dv/dp趋近于直线L。该规定值是后述的控制偏差目标值。
参照图5，对控制偏差目标值的决定方法进行说明。在图5的(A)部分示出了图4的曲线图，在图5的(B)部分示出了表示图5的(A)部分的动脉内外压差Ptr和动脉容积V之间的关系的曲线图(实线曲线)的斜率dv/dp的变化。能够通过对图5的(A)部分的曲线图以动脉内外压差Ptr进行微分来计算出图5的(B)部分的曲线图。
能够将特定动脉容积相对于袖带压Pc的变化的变化率视为恒定，其中，上述特定动脉容积是指，在加压过程中检测出上述的最大(100％)的变化率时和检测出相对于最大(100％)的变化率在规定值以下(例如，10％以下)的大小的变化率时之间的期间内检测出的动脉容积。但是，并不将10％的值限定为最佳值。
因此，在与图5的(B)部分的平衡控制目标值V0相对应的斜率dv/dp(斜率dv/dp的最大值)设定为100％的情况下，计算出相当于90％的斜率dv/dp的值，并对与100％的斜率dv/dp相对应的动脉容积(平衡控制目标值V0)和与90％的斜率dv/dp相对应的动脉容积值V之间的差分进行计算，并将所计算出的差分决定为控制偏差目标值。
决定(检测)控制偏差目标值的方法，例如也可以是如图6示出那样的其他方法。在图6的(A)部分示出了图4的曲线图，在图6的(B)部分示出了表示图6的(A)部分的动脉内外压差Ptr和动脉容积V之间的关系的曲线图(实线曲线)的斜率dv/dp的变化。能够通过对图6的(A)部分的曲线图以动脉内外压差Ptr进行微分来计算出图6的(B)部分的曲线图。
在该决定方法中，在能够使加压过程的斜率dv/dp趋近于直线的期间内，即在能够将检测出的动脉容积相对于袖带压Pc变化的变化率视为恒定的期间内，将所检测出的动脉容积信号的值设定为控制目标值。将在动脉容积信号的值为该控制目标值时检测出的斜率dv/dp设定为基准。并且，检测与使基准斜率dv/dp之差DE1在规定阈值(例如，5％)以下那样的斜率dv/dp相对应的动脉容积值V。然后，对所检测出的该动脉容积值V和与基准斜率dv/dp相对应的动脉容积值V之间的差分进行计算，并将计算出的差分决定为控制偏差目标值。此外，规定阈值并不限定于5％。
在本实施方式中测定血压时，一边更新伺服增益一边进行伺服控制，以使控制偏差在控制偏差目标值以下。
(关于功能结构)
图2还示出了CPU100的功能结构。
参照图2，CPU100具有袖带压控制部101和用于测定血压的血压测定处理部102，上述袖带压控制部101通过对泵驱动电路53及阀驱动电路54进行控制来可变地控制袖带压Pc。
血压测定处理部102包括：参数检测部103，其与平衡控制目标值检测部及变化率(斜率dv/dp)检测部相对应；容积恒定控制部104，其相当于一边更新伺服增益一边进行伺服控制的伺服控制部；血压决定部105，其相当于血压决定部。血压决定部105具有通过计算血压误差Er来修正血压的修正部106。各部由程序来构成。程序保存在存储部42中，通过由CPU100从存储部42读取程序并形成所读取的程序的指令码来实现各部的功能。
(控制参数的检测)
参数检测部103在通过袖带压控制部101以3mmHg/sec左右的低速对袖带压渐渐加压的期间内，经由动脉容积检测电路74对动脉容积信号进行检测。在该加压过程中，对动脉容积信号的每一心拍的变化量(ΔV)，即动脉容积变化信号进行检测，并对该动脉容积变化信号成为最大(动脉容积信号的振幅为最大)时的点MAX进行检测。将检测出最大点MAX的时间点的1拍的动脉容积信号的平均值决定为平衡控制目标值V0，并保存至存储部42的规定区域。另外，在该加压过程中，基于来自振荡电路33的输出信号来依次检测袖带压Pc并保存至存储部42。
此外，只要平衡控制目标值V0是基于在动脉的内压与袖带压处于平衡状态时的动脉容积信号来得出的值，就并不限定于这样的检测方法。例如，并不限定于如上述那样在加压过程中进行检测的方法，也可以在减压过程中进行检测。
参数检测部103将在加压过程中检测出的动脉容积信号的直流成分的值以时间序列保存至存储部42。基于保存在存储部42中的数据，来检测图5的(A)部分的曲线的曲线图。通过对所检测出的曲线图进行微分处理来检测斜率dv/dp的曲线图(图5的(B)部分)。将所检测出的曲线图的数据均保存至存储部42的规定区域。
参数检测部103从存储部42读取图5的(B)部分的曲线图的数据，并基于所读取的数据来检测斜率dv/dp的最大值。在将与所检测的最大值(与平衡控制目标值V0相对应的斜率dv/dp)设定为100％的情况下，对与相对于该变化率(dv/dp)在规定阈值(例如10％)以下的变化率相对应的动脉容积V进行检测，并计算出所检测出的动脉容积V和平衡控制目标值V0之间的差分。将该差分作为控制偏差目标值dv保存至存储部42。由此，检测出用于进行伺服控制的参数。
在此，按照图5的方法来决定控制偏差目标值dv，但通过图6的方法决定控制偏差目标值dv，也能够同样地适用于以后的处理。
(容积恒定控制)
容积恒定控制部104计算出在测定血压时依次检测出的动脉容积信号(容积脉搏波的直流成分)的值和从存储部42读取的平衡控制目标值V0之间的差分。然后，一边更新伺服增益一边决定伺服增益，以使所计算出的差分在从存储部42读取的控制偏差目标值dv以下。
将所决定的伺服增益发送至袖带压控制部101。袖带压控制部101基于与接收到的伺服增益相对应的控制量(电压信号)来对泵驱动电路53或阀驱动电路54进行控制。即，泵驱动电路53或阀驱动电路54对泵51的动作或阀52的开闭进行控制，以使控制偏差在控制偏差目标值dv以下。
(测定血压时的动作)
对血压测定装置1的动作进行说明。
图7是血压测定处理的主流程图，图8是检测控制参数的流程图。流程图所示的处理预先作为程序保存在存储部42中，通过由CPU100读出并执行该程序来实现血压测定处理的功能。
参照图7，若CPU100检测出由用户按下了电源开关41A(步骤ST1)，就进行初始化处理(步骤ST2)。具体而言，对存储部42的规定区域(下面称为“存储器区域”)进行初始化，并排放空气袋21内的空气，进行对压力传感器32的0mmHg修正。此时，袖带20装戴在被测定部位上。
其次，若在CPU100检测出按下了测定开关41B(步骤ST3)，袖带压控制部101就起动，并开始对被测定部位进行加压。
接着，参数检测部103对上述的平衡控制目标值V0及控制偏差目标值dv等进行检测(步骤ST4)。在后面，参照图8对该处理进行详细叙述。
袖带压控制部101控制袖带压，以使动脉容积V与平衡控制目标值V0相一致。此时，控制袖带压使其被设定为后述的控制初始袖带压Pcb(步骤ST5)。将袖带压设定为控制初始袖带压Pcb之后，通过容积恒定控制部104进行伺服控制(步骤ST6)。
这样在伺服控制中，使开始控制时的袖带压Pc与用于使动脉容积V与平衡控制目标值V0相一致那样的控制初始袖带压相一致，因而能够缩短伺服增益的调整时间，从而能够缩短决定血压所需的时间，另外，即使不提高伺服增益，即以低的伺服增益也能够测定血压，因而不需能够控制大流量的空气系统，从而不阻碍装置的小型化。
在步骤ST7～ST9的伺服控制期间内，容积恒定控制部104计算出通过动脉容积检测电路74检测出的每一拍脉搏波的动脉容积信号的平均值和从存储部42读取的平衡控制目标值V0之间的差分，并决定以使计算出的差分小于从存储部42读取的控制偏差目标值dv那样的伺服增益。袖带压控制部101基于与所决定的伺服增益相对应的控制量来对泵驱动电路53或阀驱动电路54进行控制。这样，基于依次检测出的动脉容积信号来反复对袖带压Pc进行反馈控制。
具体而言，容积恒定控制部104对通过动脉容积检测电路74检测出的动脉容积信号的值与平衡控制目标值V0之间的差分(控制偏差)和控制偏差目标值dv进行比较(步骤ST7)。在基于比较结果来判定为控制偏差≥dv成立时，不测定血压而处理转移至后述的步骤ST10。
在基于比较结果来判定为控制偏差＜dv成立时，处理转移至步骤ST8的血压测定处理。
在步骤ST8中，血压决定部105将在判定为控制偏差＜控制偏差目标值dv成立时所检测出的袖带压Pc决定为暂定血压值(步骤ST8)。
此外，在步骤ST5～ST10的期间内，血压测定部102基于从振荡电路33接收到的信号来依次检测袖带压Pc并以时间序列保存至存储部42的规定区域，因而能够通过搜索存储部42的袖带压Pc来读取在判定为控制偏差＜控制偏差目标值dv成立时检测出的袖带压Pc。
修正部106通过对暂定血压值进行修正来获取准确的血压。具体而言，利用控制偏差和从存储部42读取的斜率max(dv/dp)(后述)，按照(血压误差Er＝控制偏差/max(dv/dp))，计算作为修正用值的血压误差Er。控制偏差相当于动脉容积V和平衡控制目标值V0之间的偏差，即相当于在动脉容积V为平衡控制目标值V0时检测不出的动脉容积，因而通过将控制偏差除以斜率max(dv/dp)，来检测出不包含在暂定血压值中的“相当于偏差成分的压力”。由此，检测出血压误差Er。
然后，按照(血压值＝暂定血压值+误差Er)来计算修正后的血压值。由此，计算(测定)出最终的血压值。
将修正后的血压以时间序列记录至闪存器43。由此，得到连续的血压值，其结果得到血压波形。
测定处理部106也可以在测定期间内将与所决定的血压值相关的信息显示在显示部40上。例如，可以将针对每一心搏的袖带压Pc的最小值和最大值分别作为舒张期血压和收缩期血压来显示在显示部40上。或者，还可以沿着时间轴显示血压波形。
血压测定处理部102的测定处理持续进行至按下停止开关41C或经过了规定时间等而停止信号被设定为接通(ON)为止(步骤ST10)。
在停止信号被设定为接通(ON)时，血压测定处理部102将以时间序列记录在存储器区域中的血压值(袖带压)作为测定结果记录至闪存器43或记录介质132中。
(控制参数检测处理)
参照图8，对图7的步骤ST4的处理进行详细说明。
图8的处理流程由步骤ST101～ST110构成。其中，步骤ST102～ST108相当于图5的(A)部分的动脉内外压差Ptr从“Ptr3”向“Ptr0”变化的袖带压Pc的加压过程。加压过程中的步骤ST102和ST103相当于图5的(A)部分的实线曲线所示的对动脉容积V的变化进行检测的处理。步骤ST104相当于图5的(B)部分的用于对斜率dv/dp进行检测的处理。步骤S105～S107相当于图5的(B)部分的用于对最大的斜率dv/dp进行检测的处理。
在动作中，首先，参数检测部103对用于保存以下数据的存储部42的存储器区域进行初始化，这些数据是指动脉容积变化的最大值(下面，称为最大值ΔVmax)、在检测出最大值ΔVmax时检测出的动脉容积Vmax、在检测出最大值ΔVmax时检测出的袖带压Pcb、在检测出最大值Vmax时检测出的斜率dv/dp(下面，称为斜率max(dv/dp))(步骤ST101)。通过进行初始化，将存储器区域的最大值ΔVmax、动脉容积Vmax、袖带压Pcb及斜率max(dv/dp)分别设定为例如0的值。为了检测平衡控制目标值V0而检测动脉容积Vmax。
其次，参数检测部103通过袖带压控制部101以3mmHg/sec的恒定速度对袖带压进行加压(步骤ST102)。在加压过程中，参数检测部103针对每一拍脉搏波的动脉容积变化ΔV进行检测(步骤ST103)。另外，此时针对每一规定袖带压(例如针对每3mmHg)，计算斜率dv/dp并以时间序列保存至存储部42(步骤ST104)。对此时计算出的斜率dv/dp和从存储部42读取的斜率max(dv/dp)进行比较，并基于比较结果，来判定所计算出的斜率dv/dp是否为最大(步骤ST105)。
在基于比较结果判定为(dv/dp＞max(dv/dp))的条件成立时(步骤S105：“是”)，通过将存储部42中的动脉容积Vmax、最大值ΔVmax、袖带压Pcb及斜率max(dv/dp)改写为本次检测出的动脉容积V、动脉容积变化ΔV、袖带压Pc及斜率dv/dp来进行更新(步骤ST106、步骤ST107)，并转移至步骤ST108的处理。在基于比较结果判定为(dv/dp≦max(dv/dp))的条件成立时(步骤S105：“否”)，转移至步骤ST108的处理。
在步骤ST108中，参数检测部103对袖带压Pc和规定压进行比较。进行比较的结果判定为(袖带压Pc＜规定压)的条件成立时(步骤ST108：“是”)，处理返回步骤ST102，并同样地重复进行以后的处理。在进行比较的结果判定为(袖带压Pc≥规定压)的条件成立时(步骤ST108：“否”)，处理转移至步骤ST109。步骤ST108中的规定压只要是通过加压来压迫动脉而不能检测出脉搏波那样的压力即可，在本实施方式中，例如是280mmHg。
通过在加压过程中反复进行这样的处理，袖带压Pc在规定压以上时，存储部42中的动脉容积Vmax、袖带压Pcb及斜率max(dv/dp)分别表示图5的(A)部分的平衡控制目标值V0、用于使动脉容积与平衡控制目标值V0相一致的袖带压Pcb及图5的(B)部分的斜率dv/dp的最大值。
在步骤ST109中，将存储部42中的动脉容积Vmax、袖带压Pcb及斜率max(dv/dp)分别决定为平衡控制目标值V0、控制初始袖带压Pcb及血压修正运算用的系数。
在步骤ST110中，基于从存储部42读取的斜率dv/dp，来计算控制偏差目标值dv并保存至存储部42。
通过上述处理，来检测在进行容积恒定控制(伺服控制)以及修正测定血压时所利用的参数。
根据上述的血压测定处理，因容许控制偏差而在伺服控制中袖带压的变化不能完全跟踪动脉容积变化，以此为起因，在测定血压中包含血压误差Er，但通过利用血压误差Er来对测定血压进行修正，能够计算出准确的血压值。
另外，由于即使袖带压的变化不能完全跟踪动脉容积变化也能够计算出准确的血压，因而不需能够控制大流量的泵51及阀52。其结果，能够使本实施方式的电子血压计1小型化。
(修正前后的血压的比较)
在图9和图10中用曲线图示出了发明人员们利用电子血压计1通过实验来测定了上臂部的血压时所检测出的修正后的血压波形和修正前的血压波形之间的比较结果。在此，修正前的血压波形是指袖带压Pc的波形。
在图9和图10的曲线图中，横轴为血压测定的经过时间(sec)，纵轴为血压(mmHg)。粗线是修正前的血压波形，细线是修正后的血压波形。在曲线图中，为了说明还示出了真正的收缩期血压SYS和真正的舒张期血压DIA的值。
在图9中了解到，通过修正能够测定出与真正的血压值(收缩期血压SYS、舒张期血压DIA)接近的血压值。
在图10中示出了与图9的情况相比降低伺服增益来进行了实验时的实验结果。实验的其他必要条件及参数与图9相同。参照图10了解到，即使在降低了伺服增益的情况下，修正后的血压比修正前的血压更接近真正的血压值(收缩期血压SYS、舒张期血压DIA)。因此，即使在利用能够控制的流量少的小型的泵51的情况下，根据本实施方式的测定方法，也能够测定出同样真正的血压值接近的血压值。
(血压测定程序)
能够将本实施方式的电子血压计1所进行的血压测定方法作为程序来提供。这样的程序通过记录到CD－ROM(Compact Disk－Readonly Memory：只读光盘)等光学介质或存储卡等计算机可读取的非暂时的(non-transitory)的记录介质中，来能够提供程序产品。另外，也可以通过互联网进行下载来提供程序。
此外，本发明的程序也可以是这样的程序：以规定的排列在规定的时机从程序模块中调出需要的模块来执行处理，所述程序模块是作为计算机的操作系统(OS)的一部分而提供的程序模块。此时，程序本身不包括上述模块，而是与OS协同执行处理。不包括这种模块的程序也包含在本发明的程序中。
另外，本发明的程序也可以嵌入在其他程序的一部分中来提供。此时，程序本身也不包括上述其他程序所含的模块，而是与其他程序协同执行处理。此种嵌入在其他程序中的程序也包含在本发明的程序中。
将提供的程序产品安装到硬盘等程序保存部来执行。另外，程序产品包括程序本身和记录有程序的记录介质。
这样，应当认为本次公开的实施方式在所有方面都是例示性的，而非限制性的。本发明的范围并不由上述的说明来表示，而是由权利要求书来表示，并且包括与权利要求书等同的意思和范围内的所有变更。
附图标记的说明
1  电子血压计
10  本体部
20  袖带
21  空气袋
30  空气系统
31  空气管
32  压力传感器
33  振荡电路
40  显示部
41  操作部
41A  电源开关
41B  测定开关
41C  停止开关
41D  存储器开关
42  存储部
43  闪存器
44  电源
45  计时部
46  接口部
50  调整单元
51  泵
52  阀
53  泵驱动电路
54  阀驱动电路
70  动脉容积传感器
71  发光元件
72  受光元件
73  发光元件驱动电路
74  动脉容积检测电路
100  CPU
101  袖带压控制部
102  血压测定处理部
103  参数检测部
104容积恒定控制部
105  血压决定部
106  修正部
132  记录介质

Claims (7)

1.一种电子血压计，其特征在于，
该电子血压计具有：
袖带(20)，其装戴于血压的被测定部位，
压力检测部(32)，其用于对表示所述袖带内的压力的袖带压进行检测，
容积检测部(70)，其设在所述袖带上，用于在使所述袖带压发生变化的过程中，对表示所述被测定部位的动脉容积的动脉容积信号进行检测，
袖带压调整部(50)，其用于通过加压以及减压来对袖带压进行调整，
血压测定部(102)；
所述血压测定部(102)包括：
控制目标值检测部，其对在由所述容积检测部检测出的所述动脉容积信号的振幅为最大时的该动脉容积信号的值进行检测并作为控制目标值，
变化率检测部，其基于由所述容积检测部检测出的所述动脉容积信号，来在使所述袖带压发生变化的过程中逐次对所述动脉容积的变化率进行检测，
控制偏差检测部，其对所述动脉容积信号的值和所述控制目标值之差进行检测并作为控制偏差，
伺服控制部(104)，其利用伺服增益来对所述袖带压调整部进行伺服控制，以使所述动脉容积信号的值与所述控制目标值相一致，
血压决定部(105)，其利用所述控制偏差以及能够视为恒定的所述变化率，对在进行所述伺服控制的期间由所述压力检测部逐次检测出的所述袖带压进行修正并决定为血压；
所述伺服控制部针对每一拍脉搏波都更新所述伺服增益，以使由所述容积检测部检测出的所述动脉容积信号的值和所述控制目标值之间的差分即控制偏差，在能够将由所述变化率检测部逐次检测出的所述变化率视为恒定的期间内小于由所述控制偏差检测部检测出的所述控制偏差即控制偏差目标值。
2.如权利要求1所述的电子血压计，其特征在于，
所述血压决定部通过将所述控制偏差除以能够视为恒定的所述变化率，来计算修正用值；
所述血压决定部通过对所述袖带压加上所述修正用值，来修正该袖带压。
3.如权利要求1所述的电子血压计，其特征在于，能够将所述变化率视为恒定的期间是指，相对于在检测出所述动脉容积信号的振幅的最大值时由所述变化率检测部检测出的变化率，检测出能够使接近所述控制目标值的所述变化率趋近于直线的规定阈值以上的变化率的期间。
4.如权利要求1所述的电子血压计，其特征在于，能够将所述变化率视为恒定的期间是指，相对于在所述动脉容积信号的值为所述控制目标值时由所述变化率检测部检测出的变化率，变化率的差在能够使加压过程的所述变化率趋近于直线的规定阈值以下的期间。
5.如权利要求1所述的电子血压计，其特征在于，
所述血压测定部包括检测部，该检测部对由所述容积检测部检测出的所述动脉容积信号的振幅为最大值时的所述袖带压进行检测并作为控制初始袖带压；
在利用所述袖带压调整部来将袖带压设定为所述控制初始袖带压之后，所述伺服控制部开始进行所述伺服控制，以使所述动脉容积信号的值与所述控制目标值相一致。
6.如权利要求1所述的电子血压计，其特征在于，使所述袖带压发生变化的过程是指，对袖带压进行加压的过程或者对袖带压进行减压的过程。
7.一种电子血压计的控制方法，在使袖带压发生变化的过程中对表示用于测定血压的被测定部位的动脉容积的动脉容积信号进行检测，所述袖带压表示装戴于血压的被测定部位的袖带内的压力，
该电子血压计的控制方法的特征在于，
该电子血压计的控制方法包括：
对在所检测的所述动脉容积信号的振幅为最大时的该动脉容积信号的值进行检测并作为控制目标值的步骤，
基于所检测的所述动脉容积信号，来在使所述袖带压发生变化的过程中逐次对所述动脉容积的变化率进行检测的步骤，
对所述动脉容积信号的值和所述控制目标值之差进行检测并作为控制偏差的步骤，
利用伺服增益来对所述袖带压的调整单元进行伺服控制，以使所述动脉容积信号的值与所述控制目标值相一致的步骤，
利用所述控制偏差以及能够视为恒定的所述变化率，对在进行所述伺服控制的期间逐次检测出的所述袖带压进行修正的步骤；
在用于进行所述伺服控制的步骤中，
针对每一拍脉搏波都更新所述伺服增益，以使所检测的所述动脉容积信号的值和所述控制目标值之间的差分即控制偏差，在能够将逐次检测出的所述变化率视为恒定的期间内小于所检测的所述控制偏差即控制偏差目标值。
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