发明内容
本发明为了解决如上述的问题而成的,其目的在于提供一种非侵袭性的而且可以高精度地测量最高血压的电子血压计及其血压测量方法。
通过将本发明所述的袖带安装到被测量者身上,并对袖带加压和减压,来测量被测量者的血压的电子血压计,具有:检出袖带的压迫时的被测量者的脉搏波的脉搏波检出部;基于由脉搏波检出部检出的脉搏波,估算被测量者的平均血压的平均血压估算部;检出被测量者的最低血压的最低血压检出部;从估算出的平均血压、检出的最低血压和脉搏波的波形算出被测量者的最高血压的最高血压算出部。
检出袖带的压迫时的被测量者的脉搏波,基于检出的脉搏波,估算被测量者的平均血压,同时,检出被测量者的最低血压。基于估算出的平均血压和检出的最低血压以及脉搏波的波形,以脉搏波波形和动脉压波形的类似性为根据,算出被测量者的最高血压,因此不需要加压到最高血压以上,可以非侵袭性地且高精度地测量最高血压。
优选地,脉搏波检出部具有算出示出检出的脉搏波波形的特征的波形参数的波形参数算出部,最低血压检出部具有利用波形参数算出最低血压的最低血压算出部。同时,平均血压估算部利用脉搏波波形参数,在最高血压以下且最低血压以上的任意的范围中决定参考压力点,基于决定的参考压力点,通过与动脉内压波形的平均值相关的脉搏波波形参数,算出估算平均血压值。最高血压算出部,通过将最低血压和估算平均血压与脉搏波波形的最小值和平均值进行对应,算出对应于脉搏波波形的最大值点的值,决定最高血压。
电子血压计,当基于决定的参考压力,根据与动脉内压波形的平均值相关的脉搏波波形参数算出估算平均血压时,通过将最低血压和算出的估算平均血压与脉搏波波形的最小值和平均值进行对应,算出与脉搏波波形对应的最大值点的值。同时,由于将算出结果的值作为最高血压,所以不需要加压到最高血压以上,可以非侵袭性地且高精度地测量最高血压。
优选地,电子血压计进一步具备校正波形参数的波形偏斜校正部,以便抵消相对于动脉内压波形的检出脉搏波的波形的偏斜量给最高血压的算出带来的误差。
相对于动脉内压波形的检出脉搏波的波形的偏斜量,由于进行了校正抵消了给最高血压的算出带来的误差,所以能够减少由动脉内压波形和检出脉搏波波形的差异导致的血压算出中的误差。
由于检出脉搏波的波形和动脉内压波形的不同是由各个脉搏波的检出方法引起的,所以在各个检出方法中用固有的校正方法进行偏斜校正。
优选地,波形偏斜校正表示由袖带的压迫时的动脉内压和血管容积的关系,即是基于表示动脉的弹性特性的脉搏波波形参数求出的。由于根据每个人的动脉的弹性特性的不同来进行偏斜校正,所以可以进行更高精度的测量。
优选地,平均血压测量部将脉搏波振幅成为最大的袖带压力作为估算平均血压。
一方面,平均血压估算部也可以基于脉搏波振幅的包络线的顶点部分的面积通过运算决定估算平均血压,也可以基于表示脉搏波上升点附近的陡峭度的波形参数的特征点决定估算平均血压。
更优选地,电子血压计进一步具备检出即使使袖带压力变化是否具有脉搏波振幅变化小的袖带压力区域的振幅平坦部检出部,在脉搏波振幅变化少的袖带压力区域内存在估算平均血压的情况下,基于由平均血压估算部得到的估算平均血压的一方或者两方决定最高血压。
其结果是,在脉搏波振幅变化少的袖带压力区域内存在估算平均血压的情况下,能够用更合适的方法估算平均血压。
更优选地,按照每一个测量中得到的多拍的脉搏波形算出最高血压,将这些多个最高血压的平均作为最终的最高血压。
更优选地,电子血压计进一步具备对于用脉搏波检出装置检出的多个脉搏波分别算出脉搏波平均值的脉搏波平均算出部,最高血压算出部基于由脉搏波平均算出部算出的脉搏波平均值对于多个脉搏波分别算出最高血压,将算出的这些最高血压的平均值作为最终的最高血压来求出。这样的话,提高了测量结果的稳定性且更加实用。
最高血压算出部优选地,按照每一个测量中得到的多拍脉搏波波形算出最高血压,将这些结果在脉搏波产生时的袖带压力范围内分类成多个类别,通过在每一个类别的平均值上加权的运算,决定成为测定结果的最高血压。这样的话,能够提供更稳定的测量结果。
上述的电子血压计优选地,进一步具有按照每一个测量中得到的多拍脉搏波波形算出最高血压,显示多个最高血压的值的变化状态的血压变化范围显示部。这样的话,按照每一个测量中得到的多拍脉搏波波形算出最高血压,用数值或者图形显示多个最高血压值的变化状态。通过确认显示内容,测量者能够知道由呼吸性的血压变化或不规则脉搏导致的变化等。
根据本发明的其它方面,通过将袖带安装到被测量者身上,对袖带加压和减压,测量被测量者血压的电子血压计的血压测量方法,具有:检出袖带的压迫时的被测量者的脉搏波的步骤;基于检出的脉搏波,估算被测量者的平均血压的平均血压估算步骤;检出被测量者的最低血压的步骤;从估算出的平均血压、检出的最低血压和脉搏波的波形,算出被测量者的最高血压的步骤。
由于从估算出的平均血压、检出的最低血压和脉搏波的波形,算出被测量者的最高血压,所以可以非侵袭性地且高精度地测量最高血压。
具体实施方式
下面参照图对本发明的实施方式进行说明。
图1是示出根据本发明的电子血压计的主要部件的方框图。参照图1,电子血压计10包含血压计主体11和安装在被测量者的测量部位的袖带12以及通过袖带12将对测量部位压迫时的脉搏波作为信号检出的脉搏波检出部16。血压计主体11具有:控制血压计整体的控制部24;与控制部24连接的、用于对袖带12加压的袖带加压部13;用于对袖带12减压的袖带减压部14;检出袖带12的内部压力(下面,称作袖带压)的压力检出部15;显示测量了的血压的血压显示部22;进行血压计整体的操作的操作部23。
控制部24具有:与压力检出部15连接的袖带压脉搏波检出部17;与脉搏波检出部16连接的脉搏波波形参数算出部18;参考压力决定部19;最低血压算出部20;最高血压算出部21;波形偏斜校正部251;脉搏波平均算出部252。参考压力决定部19包含基于脉搏波波形参数估算被测量者的平均血压的平均血压估算部191和检出脉搏波波形的振幅平坦部的振幅平坦部检出部192。
首先,参照图1和图2说明本发明的测量原理。图2中示出通过袖带12加压时的脉搏波的一个周期的波形。图2中所示的脉搏波具有后述的振幅Am和平均值Aav的特性。已知该脉搏波波形与动脉内压波形类似。其中,从通过脉搏波检出部16等检出的脉搏波的波形,求出脉搏波波形的最小值28、平均值29、以及最大值27。一方面,用后面说明的任意的方法求出被测量者的平均血压和最低血压DBP(Diastolic Blood Pressure)。以这些为基础,将脉搏波波形的最小值和平均值分别看作动脉内压波形表示的最低血压和平均血压,通过运算求出与脉搏波波形的最大值27对应的动脉内压波形的值,可以求出最高血压值SBP(Systolic Blood Pressure)。
最低血压即使用示波测量法等的通常的血压测量方法,也无需使袖带压力比最高血压更高就能够决定。由于已知平均血压可以在袖带压力顺次上升的时候的脉搏波的最大振幅的位置上得到,所以也可以利用这种方式。
对于血压测量,由于为了求出最高血压,不用进行规定的压力以上的加压,所以能够给被测量者不带来如以前的痛苦而进行血压的测量。
下面,对于电子血压计10的直到血压决定的过程参照图3所示的流程图进行说明。
参照图3,通过按下设置在操作部23上的图中未示出的测量开始开关来开始血压测量。其中通过袖带加压部13对安装在测量部位上的袖带12加压。
测量方法可以是,与在先的血压计相同地慢慢加压的同时进行测量的方法,和加压到预定的压力再慢慢地减压的同时进行测量的方法。在下面的实施方式中,说明加压的同时测量的方法。也可以用加压测量和减压测量的任意一种方法,此外对于加压或者减压可能使用任何方法。
当测量开始时对袖带12慢慢加压(步骤ST1,下面省略步骤),通过脉搏波检出部16检出由袖带12压迫的测量部位上产生的脉搏波(ST2)。
作为脉搏波检出部16存在利用光电传感器的容积脉搏波的检出、检出由脉搏跳动导致的血流变化引起的生物体的电阻抗的阻抗脉搏波的检出、将压力传感器按押在动脉上并检出压力变化等各种方法,在这里利用哪一个方法都可以。
另外,除此之外还有将用袖带12检出的袖带压力上重叠的脉搏跳动的微小变化作为袖带压脉搏波来检出的方法。在本实施方式中,使用该袖带压脉搏波进行说明。袖带压脉搏波是重叠在示出由压力检出部15检出的袖带压的压力信号上的波形,若使用袖带压脉搏波则不需要用脉搏波检出部16检出其它种类的脉搏波。因此具有能够使装置简略化以及廉价地构成电子血压计的优点。后面将袖带压脉搏波简单地称作脉搏波。
用袖带压脉搏波检出部17检出的信号,送到波形参数算出部18并算出表示脉搏波的波形特征量的波形参数(ST3)。
算出的波形参数是表示脉搏波的波高的脉搏波振幅Am,表示根据脉搏波的波形的平均面积的脉搏波平均值Aav等。
图4是示出它们的图。参照图4,决定平均值Aav,使得在将脉搏波波形由平均值Aav表示的平均面积切断时,其上部面积4A与下部面积4B+4C相等。波形参数的算出在继续对袖带12的加压的同时,按每个由袖带压脉搏波检出部17检出的脉搏波而执行。然后用参考压力决定部19求出估算平均血压(ST4)。
图5是示出随着时间的经过,在对袖带12的加压过程中产生的脉搏波51的样子的图。如图5所示,在将袖带压力53慢慢上升时,存在脉搏波51的振幅成为最大的点52。表示该脉搏波振幅Am成为最大(峰值)的点52的时候,将由袖带压力检出部15检出的袖带压力Pcmax作为估算平均血压。
图6是示出袖带压力和脉搏波振幅的包络线(示出多个脉搏波的振幅的变化的线(将多个脉搏波的各自的振幅最大值连结的线))的关系的图。通常由于如图5所示那样,随着袖带压力53的增大脉搏波51的振幅变大,当超过峰值时振幅减少,所以容易决定最大振幅点52。
然而,也存在不是那样的情况。例如,正处在动脉硬化的被测量者的情况下,如图6中的实线所示那样,有可能绘出梯形的脉搏波振幅包络线61。这是由于以下原因发生的,即由于丧失了动脉的柔软性,超过一定的容积动脉就难于膨胀,即使袖带压力相对于动脉内部压力而变化,动脉的容积变化量也非常微小。在动脉具有充分的柔软性的情况下,袖带压力相对于动脉内部压力越低,动脉容积越扩张,应该能得到用虚线表示的波形的脉搏波振幅包络线62。在形成梯形的脉搏波振幅包络线61的情况下,当由血压变化等增加了微小的脉搏波振幅变化要素时,则如图6所示的真的振幅最大点63向完全不同的振幅最大点64偏离。由此,振幅最大点63和64中被检出的袖带压力的差的误差65成为后面的最高血压算出上产生大误差的要素。
图7A中将脉搏波包络线71与,图7B中仅切断其上部得到的剪切部72对应而示出。检出最大振幅Ammax的脉搏波后,继续袖带压力12的加压,直到检出低于最大振幅Ammax的预定的比率M%的脉搏波振幅为止。将检出的脉搏波振幅与脉搏波产生时的袖带压力对应而图形化时,可能得到图7B的剪切部72中示出的脉搏波振幅包络线。以最大振幅Ammax的规定比率M%的振幅等级,将脉搏波包络线在上下方向上剪切,仅示出脉搏波包络线71的上方的形状的是剪切部72。将剪切部72的形状的面积分割成预定的比Sl比Sh的袖带压力作为估算平均血压EMAP(Estimated Mean Arterial Pressure)。相对于将图7A的箭头AR所示的最大振幅值的袖带压力作为平均血压的情况,与用箭头BR表示的真的平均血压的误差65能够得到仅图7A所示的Δ量的改善。剪切的比率M%和面积比Sl比Sh能够以从多个脉搏波包络线71的数据中使误差65最小的方式决定。结果是,在图6所示的波形变化的情况下,能够防止估算的平均血压EMAP从用箭头BR表示的真的平均血压大大地偏离的情况。
然后,对用于得到真的最大振幅点的其它方法进行说明。对考虑了在估算平均血压EMAP的算出中表示脉搏波上升前后的陡峭度的参数RTs的情况进行说明。图8是示出脉搏波的变化状态的图。参照图8,将经过相对于脉搏波振幅约10%的阈值(TH)到下次脉搏波上升的时间的、相对于脉搏波周期的比率(%)作为表示陡峭度的参数RTs,由波形参数算出部18算出。该参数RTs是,按照每个在慢慢增加袖带压力的过程中产生的脉搏波用图9中的三角形绘出的曲线91所示的那样变化。图9中用圆形绘出的曲线表示脉搏波振幅包络线92。曲线91表示的参数RTs在最低血压附近成为最小值,随着袖带压力的上升而慢慢增加,在达到最高血压之前成为最大值。根据将从该最小值到最大值的范围按照规定的比率AA比BB进行分割的阈值TH而决定的袖带压力(图中,用EMAP示出的值)作为估算平均血压(EMAP)。
通过这样地求出平均血压,可以运算更准确的最高血压。
然后对估算平均血压算出的另一个变形例进行说明。其中使用了振幅平坦部检出部192。振幅平坦部检出部192,如图10所示,按照每个脉搏波检出依次算出脉搏波振幅的变化量,检出了在规定的微小变化判定阈值范围±Thc中连续地包含规定数目的脉搏波的情况下,或者检出了脉搏波振幅的变化量包含在微小变化判定阈值范围±Thc的期间的袖带压力的变化量Ppl超过了规定的压力幅度Ppw(判定压力幅度)的情况下,决定为梯形的脉搏波振幅包络线。
这样,本例中,在通过用于检出梯形的顶点部的振幅变化的程度非常小的振幅平坦部检出部192,检出脉搏波包络线为梯形的情况下,可以用别的方法估算平均血压。
如上述那样,由ST4求出估算平均血压,但回到图3,接下来在ST5中判定是否确定了估算平均血压值。如果是未确定(ST5中为否),则继续由袖带12的加压,同时执行新的脉搏波检出(回到ST2)。
在确定了的情况下,由最低血压算出部20算出最低血压(ST6)。最低血压的算出是从在到ST5时得到的脉搏波振幅包络线,利用在先的示波测量法来决定。在该示波测量法中,如果求出平均血压,则可求出最低血压。另外,也可以用上述参数RTs来决定。该实施方式中的最低血压的算出方法,可以适用任意的方法,并不限定方法。
接下来的ST7中,在脉搏波平均算出部252中,算出由袖带压脉搏波检出部17检出的脉搏波波形的平均值。图11是用于说明算出脉搏波波形的平均值的方法的图。脉搏波波形111在图11中用虚线表示。可以算出对于用估算平均血压以下的袖带压力检出的任意的脉搏波波形111的平均值。
基本上,对于1个脉搏波波形算出平均值,在此基础上可以算出最高血压。一方面,也可以对于多个脉搏波波形分别算出平均值,再基于其平均值算出最高血压,将算出的最高血压的平均值作为最终的最高血压而求出。如果是这样,则提高测量结果的稳定性且更加实用。从而,在本实施方式中,对于用比估算平均血压低的袖带压力检出的全部的脉搏波波形,算出平均值。
由于脉搏波波形111表示以周期Ts采样的数字信号,所以脉搏波波形的平均值用如下方式算出。
在图11中,示出基于采样周期Ts的脉搏波1周期中采样的数字信号表示的值Uij(j=0,1,2,3,…,n),和脉搏波波形的最大值Am。基于脉搏波1周期的时间Tpi的脉搏波1拍的平均值AAV用下面的公式(1)表示。
当完成脉搏波波形平均值AAV的算出后,通过波形偏斜校正部251,执行波形校正(ST8)。波形校正是校正检出的脉搏波波形和本来的动脉内压波形之间的差异的,由此能够减少该差异导致的血压算出误差。
检出脉搏波和动脉内压波形的差异(波形偏斜)是由脉搏波的检出方法引起的。一般的非侵袭的脉搏波检出方法有以下方法,即在上述实施方式中使用的抽取袖带压力上重叠的脉搏波成分(袖带压脉搏波)的方法,利用光电传感器或电阻抗法检出由脉搏跳动导致的血管的容积变化(容积脉搏波)的方法,检出利用偏斜量表等的压力传感器按压在动脉上部上的通过脉搏跳动传达的压力波(压力脉搏波)的波形的方法。
因为由于脉搏波检出方法而波形偏斜的产生原因不同,所以各个检出方法需要有特定的校正方法。
在用袖带12压迫测量部位的情况下,在动脉内压即血压比袖带压力高的情况下动脉壁向扩张方向移动,在动脉内压比袖带压力低的情况下动脉壁向闭塞方向移动。即脉搏波通过动脉容积的变化而产生。该容积的有节奏的变动称作容积脉搏波。动脉内压通过心脏有节奏地将血液压出而周期性地变化,该变化表示为血压波形即动脉内压波形表示。
由袖带12施加的压力(袖带压力)Pc和动脉内压Pa的差是施加在动脉壁上的压力,该施加在动脉壁上的压力和动脉容积V的关系作为管道法则被众所周知。
容积脉搏波的产生根据上述的管道法则说明,但施加在动脉壁的压力和动脉容积的关系(下面,称为“PV曲线”)根据动脉的弹性而变化。因此成为按照每个被测量者而不同的关系。进而,动脉的弹性受到交感神经和副交感神经的影响而变化。也就是说如果被测量者被置于具有急剧的温度差的环境中,或受到精神压力等,则动脉的弹性会变化。由于该动脉弹性变化影响到脉搏波波形,而使得脉搏波波形平均值AAV变化。其结果,使最高血压的值变化并成为测量误差的原因。如下所示,优选地,将该动脉的弹性参数从测量时的脉搏波参数中检出,并校正最高血压算出误差。由于校正由于每个人的动脉的弹性特性的不同而导致的误差,可以进行更高精度的测量。
在ST8的波形的变形校正步骤中,将由上述血管弹性的变化导致的对最高血压算出值的影响,使用动脉弹性参数而使其减少。动脉弹性参数通过测量脉搏波波形的斜度来决定。
参照图12说明波形校正的一个例子。参照图12,表示以脉搏波上升点作为起源的规定的2个时刻(T1、T2)之间的脉搏波振幅的变化量的倾斜量ΔAmr能够根据下面的公式(2)计算。
图13A示出了表示动脉壁的压力,即根据[动脉内压(Pa)-动脉外压(Pc)]的动脉容积的变化的样子的PV曲线。PV曲线的斜度dV/dP在图13B中示出。
动脉越硬其PV曲线具有向CA→CB→CC变化的倾向,其斜度dV/dP由CA1→CB1→CC1所示的那样,动脉越硬越大。因此,从脉搏波波形求出的倾斜量ΔAmr随着动脉越硬具有增加的倾向。
一方面,柔软动脉时观测到的容积脉搏波波形131在图13C中,硬的动脉时观测到的容积脉搏波波形132在图13D中示出。动脉内压波形133和134在图13C和图13D中是相同的,但在根据动脉硬度即PV曲线的不同而观测到的容积脉搏波上产生不同。图示的动脉内压波形133和134的平均位置(表示平均血压的位置)135和136,投影到容积脉搏波波形的图中AM的位置上。即,动脉越硬真的平均位置投影到观测到的脉搏波的高的位置上。
根据上述理由,利用脉搏波波形的倾斜量ΔAmr,将校正系数α根据下面的公式(3)来决定。公式(3)的常数A和B基于临床数据等适当地决定。
α=A·exp(ΔAmr/B) …(3)
然后在最高血压算出部21中,根据上述估算平均血压EMAP、最低血压DBP、波形平均值AAV、以及校正系数α,通过下面的公式(4)算出最高血压SBP(ST9)。
最高血压SBP的算出可以相对于用比估算平均血压EMP低的袖带压力检出的任意的脉搏波进行。
之后,算出后述的血压变化范围(ST10),用血压显示部22显示测量结果(ST11)。
在上述的实施方式中,虽然对检出的全部的脉搏波算出最高血压SBP,将算出的最高血压SBP的平均值作为测量结果(最终的最高血压SBP)而使用的方法进行了说明,但是除此之外,也可以通过根据脉搏波产生的袖带压力分类的每一个类别算出最高血压SBP的平均,将这些算出值进一步加权平均的方法求出。将这种情况下的测量过程模式化并将图在图14中示出。这样的话,能够提供更加稳定的测量结果。
在图14中,基于使用多个脉搏波141的测量结果的最高血压SBP,用下面的公式(5)求出,所述多个脉搏波及141是在根据脉搏波141产生的袖带压力分类的类别142和143中分别产生的。
SBP=(K1·SBP1+K2·SBP2)/(K1+K2) …(5)
根据公式(5),对于各个类别的最高血压SBP1和SBP2,使用规定常数的变量K1和K2算出加权平均。
进而,算出上述多个类别的最高血压的最大值和最小值、或标准偏差‘σ’或者‘2×σ’等的表示偏差的值,显示作为血压变化范围决定的、在图中未示出的血压变化范围决定部的输出。这样的话,测量者能够知道由于呼吸性的血压变化或不规则脉搏导致的变化等。
图15A~图15C是示出测量结果的向血压显示部22的显示例的图。关于最高血压SBP也可以在显示根据血压变化范围决定部输出的变化范围的同时显示最高血压SBP和最低血压DBP(参照图15A)。另外,关于最高血压也可以分别显示最大、平均和最小(参照图15B),也可以图表化来显示(参照图15C),也可以选择这3种显示方式中的任意一个。
应指出这次指出的实施方式是对所有特点的例示,不是限制性的。本发明的范围不是由上述说明而是由权利要求的范围所表示,表明与权利要求的范围相等的意义和包含范围内的所有的变更。
本发明可有效地适用于,通过对测量部位进行压迫来检出脉搏波,通过基于检出的脉搏波的运算测量血压的电子血压计。