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Technischer Bereich
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Diese Erfindung bezieht sich auf ein elektronisches Blutdruckmessgerät, und spezieller ausgedrückt auf ein elektronisches Blutdruckmessgerät für das kontinuierliche Messen von Blutdruck bei jedem Herzschlag, während die Änderung im arteriellen Volumen detektiert wird.
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Hintergrund des Standes der Technik
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Bei einem herkömmlichen elektronischen Blutdruckmessgerät wird ein Armband (eine Manschette) um einen Messort gewickelt, der Druck innerhalb der Manschette (Manschettendruck) wird auf einen Betrag größer als der höchste Blutdruck erhöht und ein Puls, welcher durch eine Arterie erzeugt ist, wird mit einem Drucksensor über die Manschette in einem nachfolgenden Prozess des allmählichen Reduzierens des Manschettendruckes detektiert, wobei der höchste Blutdruck und der niedrigste Blutdruck festgelegt wird, indem der Manschettendruck und die Größe des Pulses (die Pulswellenamplitude) zu dieser Zeit benutzt werden (oszillometrisches Verfahren). Im Gegensatz dazu wurde ein Blutdruckmessgerät entwickelt, welches ein Volumenkompensationsverfahren anwendet, welches konfiguriert ist, den Blutdruck bei jedem Herzschlag kontinuierlich in einer nichtinvasiven Weise zu messen (Patentliteratur 1).
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Das Volumenkompensationsverfahren beinhaltet das kontinuierliche Detektieren der Blutdruckwerte durch Komprimieren einer Arterie mit einer Manschette von außerhalb des Körperteils, das Ausgleichen des Kompressionsdruckes (Manschettendruckes) mit dem arteriellen Druck, d. h. dem Blutdruck, indem das Volumen pro Längeneinheit der pulsierenden Arterie konstant gehalten wird, und das Detektieren des Manschettendruckes, wenn dieser Zustand beibehalten wird. Bei dem Volumenkompensationsverfahren wird das Volumen (der Steuerzielwert ”V0”) der Arterie in einem Zustand im Voraus detektiert, bei welchem der Arteriendruck im Gleichgewicht mit dem Manschettendruck ist, welcher auf die Arterie ausgeübt wird, d. h. wenn die Arterienwand in einem nicht belasteten Zustand ist. Der Manschettendruck wird so gesteuert, dass das Arterienvolumen, welches sich abhängig von dem Puls pro Herzschlag ändert, mit dem Steuerzielwert V0 (Servo-Steuerung) übereinstimmt.
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Bei einer herkömmlichen Servo-Steuerung wird die PID-Steuerung für das Steuern des Manschettendruckes benutzt, wobei der Unterschied zwischen einem arteriellen Volumensignal (DC-Komponente der Volumenpulswelle) und einem arteriellen Volumensignal-Zielwert als ein Rückkopplungssignal benutzt wird. Bei diesem Steuerverfahren sagt man, dass das Ansteigen der Steuerverstärkung, bis ein arterielles Volumen-Änderungssignal (AC-Komponente der Volumenpulswelle) geringer als oder gleich zu –15 dB der Verstärkung zur Zeit der maximalen Amplitude ist, es ermöglicht, dass ein Blutdruckmessfehler von ungefähr 5% erreicht wird (Nicht-Patentliteratur 1).
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Zitatliste
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Patentliteratur
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- Patentliteratur 1: JP 54-50175A
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Keine-Patentliteratur
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Keine-Patentliteratur 1: Indirekte Messung des momentanen arteriellen Blutdruckes im menschlichen Finger durch die vaskuläre Entlastungstechnik; KEN-ICHI YAMAKOSHI, HIDEAKI SHIMAZU, UND TATSUO TOGAWA (IEEE TRANSACTIONS ON BIOMEDICAL ENGINEERING, Band BME-27, Nr. 3, MÄRZ 1980)
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Zusammenfassung der Erfindung
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Technisches Problem
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Die PID-Steuerung, welche eine Rückkopplungssteuerung ist, wird als das Servo-Steuerverfahren benutzt (bezeichnet die Steuerung, welche eine proportionale Steuerung, eine integrale Steuerung und eine abgeleitete Steuerung kombiniert und auf einen Steuerzielwert hin konvergiert). D. h., ein Wert, welcher durch das jeweilige Multiplizieren der Abweichung zwischen dem aktuellen Arterienvolumensignal und einem Steuerzielwert, welcher zuvor abgeleitet wurde, dem Integral der Abweichung und der Ableitung der Abweichung durch eine gegebene Konstante (hier nachfolgend Servo-Verstärker) und das Summieren der resultierenden Werte erhalten wird, wird als der Steuerbetrag ausgegeben. Um eine hohe Genauigkeit der Blutdruckmessung durchzuführen, muss der optimale Wert der Servo-Verstärkung entsprechend zu dem Steuerziel eingestellt werden.
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Da jedoch eine Charakteristik der PID-Steuerung darin besteht, dass Oszillationen in der Antwort des Manschettendruck-Steuersystems als ein Ergebnis des Ansteigens der Servo-Verstärkung auftreten, kann der Blutdruckmessfehler nicht vollständig eliminiert werden. Da sich der Steuerzielwert für jede Messperson ändert, ist es auch schwierig, die Servo-Verstärkung so einzustellen, dass Oszillationen nicht auftreten. Um für das Steuersystem auf die Blutdruckwellenform ohne Verzögerung zu antworten, sind außerdem eine Pumpe, ein Ventil und Ähnliches notwendig, welche in der Lage sind, eine hohe Durchflussrate zu steuern, wobei die Abmessung des elektronischen Blutdruckmessgerätes größer wird.
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Deshalb ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein elektronisches Blutdruckmessgerät bereitzustellen, welches in der Lage ist, den Blutdruck basierend auf der Änderung im arteriellen Volumen genau zu messen, ohne eine Vergrößerung in der Abmessung der Einrichtung auszulösen.
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Lösung des Problems
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Ein elektronisches Blutdruckmessgerät entsprechend einem Gesichtspunkt dieser Erfindung beinhaltet: eine Manschette, welche an einem Blutdruckmessort platziert ist, eine Druckdetektiereinheit, um einen Manschettendruck zu detektieren, welcher einen Druck innerhalb der Manschette repräsentiert, eine Volumendetektiereinheit, welche in der Manschette bereitgestellt wird, und für das Detektieren eines arteriellen Volumensignals, welches ein arterielles Volumen des Messortes in einem Prozess des Änderns des Manschettendruckes anzeigt, eine Manschettendruck-Einstelleinheit, um den Manschettendruck durch Druckaufbau und Druckverminderung einzustellen, und eine Blutdruckmesseinheit.
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Die Blutdruckmesseinheit beinhaltet eine Steuerzielwert-Detektiereinheit, welche als einen Steuerzielwert einen Wert des arteriellen Volumensignals detektiert, wenn eine Amplitude des arteriellen Volumensignals, welches durch die Volumen-Detektiereinheit detektiert ist, ein Maximum anzeigt, eine Geschwindigkeitsänderungs-Detektiereinheit, welche sequenziell eine Geschwindigkeit der Änderung in dem arteriellen Volumen in dem Prozess des Änderns des Manschettendruckes detektiert, basierend auf dem arteriellen Volumensignal, welches durch die Volumendetektiereinheit detektiert ist, eine Steuerungsabweichungs-Detektiereinheit, welche als eine Steuerabweichung eine Differenz zwischen dem Wert des arteriellen Volumensignals und des Steuerzielwertes detektiert, eine Servo-Steuereinheit, um die Servo-Steuerung an der Manschettendruck-Einstelleinheit durchzuführen, wobei eine Servo-Verstärkung benutzt wird, so dass der Wert des arteriellen Volumensignals mit dem Steuerzielwert übereinstimmt, und eine Blutdruck-Festlegungseinheit, welche, als einen Blutdruck, den Manschettendruck festlegt, welcher sequenziell durch die Druckdetektiereinheit in einer Periode detektiert wird, während der die Servo-Steuerung durch Korrigieren des Manschettendruckes durchgeführt wird, wobei die Steuerabweichung und eine Änderungsgeschwindigkeit benutzt werden, welche als eine Konstante erachtet wird, und die Servo-Steuereinheit die Servo-Verstärkung bei jeder Pulswelle aktualisiert, so dass die Steuerabweichung, welche die Differenz zwischen dem Wert des arteriellen Volumensignals, welches durch die Volumen-Detektiereinheit detektiert ist, und dem Steuerzielwert ist, einen Wert anzeigt, welcher geringer als ein Steuerabweichungs-Zielwert ist, welcher die Steuerabweichung ist, welche durch die Steuerabweichungs-Detektiereinheit in einer Periode detektiert ist, während der die Änderungsgeschwindigkeit, welche sequenziell durch die Änderungsgeschwindigkeits-Detektiereinheit detektiert ist, als konstant erachtet wird.
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Vorzugsweise berechnet die Blutdruck-Festlegungseinheit einen Korrekturwert durch Dividieren der Steuerabweichung durch die Änderungsgeschwindigkeit, welche als konstant erachtet wird, und korrigiert den Manschettendruck durch Hinzufügen des Korrekturwertes zu dem Manschettendruck.
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Vorzugsweise bezeichnet die Periode, während der die Änderungsgeschwindigkeit als konstant erachtet wird, eine Periode, während der eine Änderungsgeschwindigkeit, welche größer oder gleich zu einem vorgeschriebenen Schwellwert ist, detektiert wird, bezüglich zu Änderungsgeschwindigkeiten, welche durch die Änderungsgeschwindigkeit-Detektiereinheit detektiert werden, wenn der Maximalwert der Amplitude des arteriellen Volumensignals detektiert wird.
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Vorzugsweise bezeichnet die Periode, während der die Änderungsgeschwindigkeit als konstant erachtet wird, eine Periode, in welcher eine Differenz in Änderungsgeschwindigkeiten kleiner oder gleich zu einem vorgeschriebenen Schwellwert ist, bezüglich zu Änderungsgeschwindigkeiten, welche durch die Änderungsgeschwindigkeits-Detektiereinheit detektiert werden, wenn der Wert des arteriellen Volumensignals den Steuerzielwert anzeigt.
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Vorzugsweise beinhaltet die Blutdruckmesseinheit eine Detektiereinheit, welche als einen Anfangssteuer-Manschettendruck den Manschettendruck detektiert, welcher detektiert ist, wenn die Amplitude des arteriellen Volumensignals, welches durch die Volumendetektiereinheit detektiert ist, ein Maximalwert ist. Die Servo-Steuereinheit startet die Servo-Steuerung, so dass der Wert des arteriellen Volumensignals mit dem Steuerzielwert übereinstimmt, nachdem der Manschettendruck auf den Anfangs-Steuermanschettendruck durch die Manschettendruck-Einstelleinheit eingestellt ist.
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Vorzugsweise bezeichnet der Prozess des Änderns des Manschettendruckes einen Prozess des Erhöhens des Manschettendruckes oder einen Prozess des Reduzierens des Manschettendruckes.
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Entsprechend einem anderen Gesichtspunkt dieser Erfindung veranlasst ein Blutdruckmessprogramm für das Messen des Blutdruckes, während ein arterielles Volumensignal detektiert wird, welches ein arterielles Volumen eines Blutdruckmessortes in einem Prozess des Änderns eines Manschettendruckes zeigt, welcher einen Druck innerhalb einer Manschette repräsentiert, welche an dem Messort platziert ist, einen Computer, die Schritte des Detektierens, als einen Steuerzielwert, eines Wertes des arteriellen Volumensignals, wenn eine Amplitude des detektierten arteriellen Volumensignals ein Maximum anzeigt, des sequenziellen Detektierens einer Änderungsgeschwindigkeit in dem arteriellen Volumen in dem Prozess des Änderns des Manschettendruckes, basierend auf dem detektierten arteriellen Volumensignal, des Detektierens, als eine Steuerabweichung, einer Differenz zwischen dem Wert des arteriellen Volumensignals und des Steuerzielwertes, des Durchführens der Servo-Steuerung an einer Manschettendruck-Einstelleinheit, wobei eine Servo-Verstärkung benutzt wird, so dass der Wert des arteriellen Volumensignals mit dem Steuerzielwert übereinstimmt, und des Festlegens, als einen Blutdruck, des Manschettendrucks, welcher sequenziell in einer Periode detektiert ist, während der die Servo-Steuerung durchgeführt wird, durch Korrigieren des Manschettendruckes, wobei die Steuerabweichung und eine Änderungsgeschwindigkeit, welche als konstant erachtet wird, benutzt werden, auszuführen. In dem Schritt des Durchführens der Servo-Steuerung wird die Servo-Verstärkung bei jeder Pulswelle aktualisiert, so dass die Steuerabweichung, welche die Differenz zwischen dem Wert des detektierten arteriellen Volumensignals und des Steuerzielwertes ist, einen Wert anzeigt, welcher geringer als ein Steuerungs-Abweichungszielwert ist, welcher die Steuerabweichung ist, welche in einer Periode detektiert wird, während der die sequenzielle detektierte Änderungsgeschwindigkeit als konstant erachtet wird.
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Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
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Entsprechend der Erfindung wird eine Servo-Steuerung durchgeführt, während eine Servo-Verstärkung bei jeder Pulswelle aktualisiert wird, so dass die Differenz zwischen dem arteriellen Volumen, welches durch ein arterielles Volumensignal gezeigt wird, welches durch eine Volumendetektiereinheit detektiert ist, und einem Steuerzielwert der Servo-Steuerung geringer als ein Steuerabweichungs-Zielwert ist. Wenn vorgegeben ist, dass die Steuerabweichung die Differenz zwischen dem arteriellen Volumen, welches durch das arterielle Volumensignal gezeigt wird, welches in einer Periode detektiert ist, während der die Änderungsgeschwindigkeit, welche durch eine Änderungsgeschwindigkeit-Detektiereinheit detektiert ist, als konstant erachtet wird, und dem Steuerzielwert ist, kann der Manschettendruck, welcher sequenziell durch eine Druckdetektiereinheit in der Periode detektiert ist, während der die Servo-Steuerung durchgeführt wird, als der Blutdruck festgelegt werden, indem der Manschettendruck korrigiert wird, wobei die Steuerabweichung und die Änderungsgeschwindigkeit, welche erachtet wird, konstant zu sein, benutzt werden.
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Entsprechend kann der Blutdruck genau gemessen werden, basierend auf der Änderung im arteriellen Volumen, ohne eine Erhöhung in der Abmessung der Manschettendruck-Einstelleinheit auszulösen, da die Servo-Steuerung durchgeführt wird, während eine Steuerabweichung gestattet wird.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist eine externe perspektivische Ansicht eines elektronischen Blutdruckmessgerätes entsprechend einer Ausführungsform.
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2 ist ein Blockdiagramm, welches eine beispielhafte Konfiguration des elektronischen Blutdruckmessgerätes entsprechend der Ausführungsform zeigt.
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3 ist ein Graph, welcher die mechanischen Eigenschaften einer Arterie zeigt.
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4 ist ein Diagramm, welches den Änderungsbetrag im arteriellen Volumen relativ zu dem Betrag der Änderung in einem arteriellen Druck-externen Druck-Differential entsprechend zu der Ausführungsform zeigt.
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5 ist ein Diagramm, welches ein Verfahren für das Festlegen eines Steuerzielwertes entsprechend der Ausführungsform zeigt.
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6 ist ein Diagramm, welches ein anderes Verfahren für das Festlegen eines Steuerungs-Abweichungszielwertes entsprechend zu der Ausführungsform zeigt.
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7 ist ein Ablaufdiagramm für das Messen des Blutdruckes entsprechend zu der Ausführungsform.
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8 ist ein Ablaufdiagramm für das Festlegen der Steuerparameter entsprechend zu der Ausführungsform.
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9 ist ein Diagramm, welches im Vergleich die Blutdruckwellenformen vor und nach der Korrektur zeigt.
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10 ist ein Diagramm, welches im Vergleich die Blutdruckwellenformen vor und nach der Korrektur im Falle des Erniedrigens einer Servo-Verstärkung zeigt.
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Beschreibung der Ausführungsformen
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Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird im Detail mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. Man beachte, dass die gleichen Bezugszeichen den Teilbereichen gegeben sind, welche die gleichen oder äquivalenten in den Zeichnungen sind, und dass die Beschreibung davon nicht wiederholt wird.
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Äußeres Erscheinungsbild
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1 ist eine äußere perspektivische Ansicht eines elektronischen Blutdruckmessgerätes 1 entsprechend einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Mit Bezug auf 1 wird das elektronische Blutdruckmessgerät 1 mit einer Hauptgrundteileinheit 10 und einer Manschette 20 bereitgestellt, welche in der Lage ist, um einen vorgeschriebenen Messort der Person, welche gemessen wird, gewickelt zu werden. Die Hauptgrundteileinheit 10 ist an der Manschette 20 befestigt. Eine Anzeigeeinheit 40 ist beispielsweise durch einen Flüssigkeitskristall aufgebaut, und eine Bedieneinheit 41, welche bedient wird, um Instruktionen von einem Benutzer (z. B. einer Person, welche gemessen wird) zu empfangen, sind auf der Oberfläche der Hauptgrundteileinheit 10 angeordnet. Die Bedieneinheit 41 beinhaltet eine Vielzahl von Schaltern.
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In der vorliegenden Ausführungsform wird der Messort beschrieben, dass er das Handgelenk ist. Jedoch ist der Messort nicht auf das Handgelenk begrenzt und kann z. B. der Oberarm sein. In der vorliegenden Ausführungsform gibt es nur einen Messort.
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Bei dem elektronischen Blutdruckmessgerät 1 in der vorliegenden Ausführungsform ist die Hauptgrundteileinheit 10 an der Manschette 20 befestigt, wie dies in 1 gezeigt wird. Jedoch kann eine Konfiguration angewendet werden, bei welcher eine getrennte Hauptgrundteileinheit 10 und die Manschette 20 durch einen Luftschlauch (Luftschlauch 31 in 2) verbunden sind, wie dies z. B. in einem elektronischen Blutdruckmessgerät vom Oberarmtyp angewendet wird.
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Hardware-Konfiguration
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2 ist ein Blockdiagramm, welches eine beispielhafte Konfiguration des elektronischen Blutdruckmessgerätes 1 entsprechend einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
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Mit Bezug auf 2 beinhaltet die Manschette 20 des elektronischen Blutdruckmessgerätes 1 einen Luftbalg 21 und einen arteriellen Volumensensor 70. Der arterielle Volumensensor 70 besitzt ein Licht emittierendes Element 71 und ein Licht empfangendes Element 72. Das Licht emittierende Element 71 strahlt Licht auf eine Arterie, und das Licht empfangende Element 72 empfängt das Licht, welches durch das Licht emittierende Element 71 ausgestrahlt wurde, welches durch eine Arterie gelaufen ist oder von dieser reflektiert wurde. Das Licht emittierende Element 71 und das Licht empfangende Element 72 sind an einem vorher festgelegten Zwischenraum auf der Innenseite des Luftbalges 21, z. B. angeordnet.
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Der arterielle Volumensensor 70 kann jeder beliebige Sensor sein, welcher in der Lage ist, das Volumen einer Arterie zu detektieren, und kann ein Sensor sein, welcher das Volumen einer Arterie detektiert, wobei ein Impedanzsensor (Impedanz-Plethysmograph) benutzt wird. In diesem Fall ist eine Vielzahl von Elektroden für das Detektieren der Impedanz eines Ortes beinhaltet, welcher eine Arterie beinhaltet (Elektrodenpaar für das Anwenden von Strom und Elektrodenpaar für das Detektieren von Spannung), anstatt des Licht emittierenden Elementes 71 und des Licht empfangenden Elementes 72.
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Der Luftbalg 21 ist an ein Luftsystem 30 über den Luftschlauch 31 angeschlossen. Zusätzlich zu der oben erwähnten Anzeigeeinheit 40 und der Bedieneinheit 41 beinhaltet die Hauptgrundteileinheit 10 das Luftsystem 30, eine CPU (Zentrale Verarbeitungseinheit) 100, um die Einheiten zentral zu steuern und um verschiedene arithmetische Operationen durchzuführen, eine Speichereinheit 42, um verschiedene Daten und Programme zu speichern, um die CPU 100 zu veranlassen, vorgeschriebene Operationen durchzuführen, einen nichtflüchtigen Speicher (z. B. Flash-Speicher) 43, um Messergebnisse und Ähnliches zu speichern, eine Leistungsversorgung 44, um Leistung für die Einheiten, z. B. wie die CPU 100, eine Uhreinheit 45, welche Taktoperationen durchführt, und eine Schnittstelleneinheit 46 zu liefern, um Programme und Daten von und zu einem entfernbaren Aufzeichnungsmedium 132 auszulesen und zu schreiben. Die funktionellen Einheiten der CPU 100 werden später diskutiert.
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Die Bedieneinheit 41 beinhaltet einen Leistungsschalter 41A, welcher den Eingang einer Instruktion für das Ein- oder Ausschalten der Leistungsversorgung empfängt, einen Messschalter 41B für das Empfangen einer Instruktion des Messungsstartes, einen Stoppschalter 41C für das Empfangen einer Instruktion des Stoppens einer Messung, und einen Speicherschalter 41D für das Empfangen einer Instruktion, um die Information, wie z. B. den Blutdruck, welcher in dem Flash-Speicher 43 aufgezeichnet ist, auszulesen.
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Das Luftsystem 30 beinhaltet einen Drucksensor 32, um den Druck innerhalb des Luftbalges 21 (den Manschettendruck Pc) zu detektieren, eine Pumpe 51, um die Luft an den Luftbalg 21 zu liefern, um den Manschettendruck Pc zu erhöhen, und ein Ventil 52, welches sich öffnet und schließt, um Luft aus dem Luftbalg 21 zu entladen oder in ihm einzuschließen.
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Die Hauptgrundteileinheit 10 beinhaltet ferner eine Licht emittierendes Element-Treiberschaltung 73, eine arterielle Volumen-Detektierschaltung 74 und eine Oszillationsschaltung 33, eine Pumpe-Treiberschaltung 53 und eine Ventil-Treiberschaltung 54, in Verbindung mit dem Luftsystem 30 von oben.
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Die Treiberschaltung 73 des Licht emittierenden Elements veranlasst das Licht emittierende Element 71, Licht bei einer vorgeschriebenen Zeitfolge entsprechend einem Befehlssignal von der CPU 100 auszusenden. Die Arterienvolumen-Detektierschaltung 74 detektiert das arterielle Volumen durch Wandeln des Ausgangssignales von dem Licht empfangenden Element 72 in einen Spannungswert. Das detektierte arterielle Volumen wird an die CPU 100 als ein arterielles Volumensignal ausgegeben.
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Der Drucksensor 32 ist beispielsweise ein Kapazitäts-Drucksensor, und der Kapazitätswert ändert sich mit dem Manschettendruck Pc. Die Oszillationsschaltung 33 gibt ein Oszillations-Frequenzsignal, welches von dem Kapazitätswert des Drucksensors 32 abhängt, an die CPU 100 aus. Die CPU 100 detektiert den Druck durch Umwandeln des Signals, welches von der Oszillationsschaltung 33 erhalten wird, in einen Druck. Die Pumpe-Treiberschaltung 53 steuert das Treiben der Pumpe 51 basierend auf einem Steuersignal, welches von der CPU 100 bereitgestellt wird. Die Ventil-Treiberschaltung 54 steuert das Öffnen und Schließen des Ventils 52, basierend auf einem Steuersignal, welches von der CPU 100 bereitgestellt wird.
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Die Pumpe 51, das Ventil 52, die Pumpe-Treiberschaltung 53 und die Ventil-Treiberschaltung 54 stellen eine Justiereinheit 50 dar, um den Druck innerhalb der Manschette 20 durch Druckaufbau oder Druckverminderung einzustellen. Die Anzahl der Drehungen und die Richtung der Drehung der Pumpe 51 werden basierend auf einem Spannungssignal gesteuert, welches von der Pumpe-Treiberschaltung 53 bereitgestellt wird, und das Öffnen und Schließen des Betriebes des Ventils 52 wird basierend auf einem Spannungssignal gesteuert, welches von der Ventil-Treiberschaltung 54 bereitgestellt wird. Man beachte, dass die Einrichtung, welche die Justiereinheit 50 darstellt, nicht auf das Obige beschränkt ist. Beispielsweise kann, zusätzlich zu dem Obigen, die Justiereinheit 50 einen Luftzylinder und einen Aktuator für das Treiben eines Luftzylinders beinhalten.
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Obwohl eine Konfiguration angewendet wird, in welcher der Luftbalg 21 in der Manschette 20 beinhaltet ist, ist das Fluid, welches an die Manschette 20 geliefert wird, nicht auf Luft beschränkt und kann beispielsweise eine Flüssigkeit oder ein Gel sein. Alternativ ist die Substanz nicht auf ein Fluid begrenzt und kann gleichförmige Partikelstückchen, wie z. B. Mikrokügelchen, beinhalten.
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Das elektronische Blutdruckmessgerät 1 misst den Blutdruck kontinuierlich, indem es das Volumen der Arterie ungefähr konstant hält.
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Grundzüge der Blutdruckmessung entsprechend einem typischen Volumenkompensationsverfahren Vor dem Beschreiben des Blutdruckmessverfahrens der vorliegenden Ausführungsform werden die Grundzüge der Blutdruckmessung entsprechend einem typischen Volumenkorrekturverfahren beschrieben.
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Operationen, wie z. B. die folgende, werden ausgeführt, wenn die Blutdruckmessung entsprechend einem typischen Volumen-Kompensationsverfahren durchgeführt wird. D. h., der externe Druck wird an einer Arterie von außerhalb des Körperteils angelegt und die Arterienwand wird in einem unbelasteten Zustand beibehalten, indem die Steuerung durchgeführt wird, so dass der externe Druck auf das Körperteil und der arterielle Druck (Blutdruck) konstant im Gleichgewicht sind. Bei einem typischen Volumen-Kopensationsverfahren wird der Blutdruck durch Messen des externen Druckes auf das Körperteil zu dieser Zeit (dem unbelasteten Zustand) gemessen.
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In dem aktuellen Fall ist der externe Druck auf das Körperteil gleich zu dem Manschettendruck Pc der Manschette 20, welche um den Messort gewickelt ist. Auch zur Zeit der Messung wird das arterielle Volumen ”V0”, wenn der Manschettendruck Pc und der Blutdruck im Gleichgewicht sind, detektiert, und der Manschettendruck Pc wird so gesteuert, dass das arterielle Volumen, welches sich mit der Variation im Blutdruck ändert, mit V0 (Servo-Steuerung) übereinstimmt.
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3 ist ein Graph, welcher die mechanischen Eigenschaften einer Arterie zeigt. Der Graph in 3 zeigt die Beziehung zwischen einem arteriellen Druck-externen Druckdifferential Ptr und einem arteriellen Volumen V, wobei das arterielle Druck-externe Druckdifferential Ptr auf der horizontalen Achse und das arterielle Volumen V auf der vertikalen Achse ist. Das arterielle Druck-externe Druckdifferential Ptr zeigt die Differenz zwischen dem arteriellen Druck Pa und dem Manschettendruck (externer Druck auf das Körperteil) Pc.
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Wie in diesem Graphen gezeigt wird, zeigen die mechanischen Eigenschaften einer Arterie typischerweise eine hohe Nichtlinearität. Wenn das arterielle Druck-externe Druckdifferential Ptr 0 ist (Gleichgewichtszustand), d. h. wenn die arterielle Wand in einem unbelasteten Zustand ist, wird die Compliance der Arterie (der Betrag der Änderung im Volumen aufgrund des Pulses) bei einem Maximalwert sein. Mit anderen Worten, die Fähigkeit der Volumenänderung, der Druckänderung zu folgen, wird bei ihrem Maximalwert sein.
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Bei einem typischen Volumenkompensationsverfahren steuert die CPU 100 variabel den Pegel der Spannungssignale, welche der Pumpe 51 und dem Ventil 52 bereitgestellt werden, so dass das arterielle Volumen, welches durch den Drucksensor 32 detektiert wird, immer den Kapazitätswert V0 zu dem Zeitpunkt anzeigt, bei welchem das arterielle Druck-externe Druckdifferential Ptr auf 0 zurückkehrt (PID-Steuerung). Der Blutdruck wird dadurch gemessen, während der externe Druck auf das Körperteil (der Manschettendruck) sequenziell gesteuert wird. Das arterielle Volumen V0 ist in dem Fall, in welchem der Manschettendruck und der arterielle Druck (Blutdruck) im Gleichgewicht sind, damit der Zielwert der Servo-Steuerung in einem typischen Volumen-Kompensationsverfahren. In der vorliegenden Ausführungsform wird das arterielle Volumen V0 auch als der ”Gleichgewichts-Steuerzielwert V0” bezeichnet.
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Entsprechend zu den Messprinzipien eines derartigen Volumen-Kompensationsverfahrens tritt in dem Fall, bei welchem nicht eine Pumpe 51 benutzt wird, welche eine hohe Fliessgeschwindigkeit besitzt, wie oben erwähnt, ein Oszillationsphänomen in Antwort auf das System für das Steuern des Manschettendruckes Pc auf, und der Blutdruckmessfehler kann nicht vollständig eliminiert werden.
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Prinzipien des Blutdruckmessens entsprechend der vorliegenden Ausführungsform
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Der Blutdruck ändert sich zwischen dem systolischen Blutdruck (SYS) und dem diastolischen Blutdruck (DIA) bei jedem Herzschlag. In dem Fall, bei welchem der Manschettendruck Pc bei einem vorgeschriebenen Druck festgelegt ist, ändert sich das arterielle Volumen mit einer Änderung im Blutdruck (arterielle Volumenänderung ΔV in 3). Da die mechanischen Eigenschaften einer Arterie eine nichtlineare Eigenschaft besitzen, wie in 3 gezeigt wird, unterscheidet sich die Größe der arteriellen Volumenänderung ΔV abhängig von dem Manschettendruck Pc, jedoch bleibt der Betrag der Änderung der gleiche bei 1 zu 1 mit dem Pulsdruck (= systolischer arterieller Druck – diastolischer Blutdruck). Auch in dem Fall, in welchem das arterielle Volumen ausreichend nahe an dem Gleichgewichts-Steuerzielwert V0 ist, wird die Geschwindigkeit der Änderung im arteriellen Volumen relativ zu der Änderung im Manschettendruck als konstant erachtet, und eine Pulswelle, welche eine Amplitude besitzt, welche die Blutdruckmessung gestattet, kann in dieser Periode detektiert werden.
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Entsprechend wird in der vorliegenden Erfindung, vielmehr als das Festlegen des Steuerzielwerts des arteriellen Volumens (Gleichgewichts-Steuerzielwert) V0, bei welchem Punkt der Manschettendruck Pc und der arterielle Druck im Gleichgewicht sind, der Blutdruckwert nach dem Justieren der Servo-Verstärkung gemessen, während eine Steuerabweichung von weniger als oder gleich zu einem vorgeschriebenen Wert erlaubt wird (Steuerabweichungs-Zielwert, welcher später diskutiert wird).
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Hier ist die Steuerabweichung ein arterielles Volumen, welches ausreichend nahe zu dem Gleichgewichts-Steuerzielwert V0 ist, und ist gleich zu der Differenz zwischen einem arteriellen Volumen, bei welchem die Änderungsgeschwindigkeit im arteriellen Volumen relativ zu der Änderung im Manschettendruck Pc als konstant erachtet wird, und dem Gleichgewichts-Steuerzielwert V0.
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In der Servo-Steuerung, wenn eine Steuerungsabweichung gestattet ist, zieht der Manschettendruck Pc nicht länger die arteriellen Volumenänderung ΔV nach sich, und ein Fehler ist in dem gemessenen Blutdruck als ein Ergebnis beinhaltet. Hier bezeichnet der Fehler eine Differenz zwischen einem Blutdruckwert, welcher in einem Zustand detektiert ist, in welchem das arterielle Volumen V dem Gleichgewichts-Steuerzielwert V0 entspricht (nicht belasteter Zustand), und einem Blutdruckwert, welcher gemessen ist, während eine Steuerabweichung gestattet ist. Hier nachfolgend wird dieser Fehler als ”Blutdruckfehler Er” bezeichnet.
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In der vorliegenden Ausführungsform wird ein genauer Blutdruckwert gemessen, indem die Servo-Verstärkung festgelegt wird, während eine Steuerabweichung gestattet wird, und indem der Blutdruckfehler Er benutzt wird, um die Blutdruckwerte zu korrigieren, welche in der Periode gemessen sind, während der die Servo-Steuerung an dem Manschettendruck Pc durchgeführt wird, wobei die festgelegte Servo-Verstärkung benutzt wird. Auch muss, da ein genauer Blutdruckwert sogar gemessen werden kann, während eine Steuerabweichung gestattet ist, die Volumenänderung nicht die Druckänderung perfekt nach sich ziehen, d. h. die Verbesserung (Vergrößerung) des Luftsystems, welches aus der Pumpe 51 und dem Ventil 52 besteht, ist auch nicht notwendig.
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Steuerabweichungs-Zielwert
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4 ist ein Graph, welcher auf Tests basiert, welche durch die Erfinder ausgeführt wurden, wobei das elektronische Blutdruckmessgerät 1 benutzt wurde. Die Testergebnisse in dem Fall, in welchem die Manschette 20 an dem Messort in einem Zustand platziert wurde, in welchem der Manschettendruck Pc null war, und mit einer konstanten niedrigen Geschwindigkeit von 3 mm Hg/sec, z. B., mit Luft befüllt wurde, werden gezeigt.
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In dem Graphen wird die Beziehung zwischen dem arteriellen Druck-externen Druckdifferential Ptr und dem arteriellen Volumen V durch die durchgezogene Linienkurve gezeigt, wobei das arterielle Druck-externe Druckdifferential Ptr auf der horizontalen Achse und das arterielle Volumen V auf der vertikalen Achse sind. Auch wird eine Steigung dV/dP der durchgezogenen Linienkurve durch eine gestrichelte gerade Linie L approximiert. Die gerade Linie L zeigt die Beziehung des Änderungsbetrages in dem arteriellen Volumen V relativ zu dem Änderungsbetrag in dem arteriellen Druck-externen Druckdifferential Ptr.
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Wie in 4 gezeigt wird, haben die Erfinder herausgefunden, dass die durchgezogene Linienkurve nicht durch die gerade Linie L in dem Fall approximiert werden kann, in welchem das Nach-sich-Ziehen aufgrund der Servo-Steuerung nicht ausreichend ist, was zu einer großen arteriellen Volumenänderung ΔV führt, dass jedoch in dem Fall, in welchem das Nach-sich-Ziehen aufgrund der Servo-Steuerung ausreichend ist, dies zu einer arteriellen Volumenänderung ΔV, welche abnimmt, und zu dem arteriellen Volumen V führt, welches den Gleichgewichts-Steuerzielwert V0 oder einen Wert anzeigt, welcher sehr nahe an dem Gleichgewichts-Steuerzielwert V0 ist, die durchgezogene Linienkurve durch die gerade Linie L approximiert werden kann, d. h., die Änderungsgeschwindigkeit in dem arteriellen Volumen V relativ zu der Änderung in dem Manschettendruck Pv wird erachtet, dass sie als im Wesentlichen konstant betrachtet werden kann. Auch haben die Erfinder herausgefunden, dass in dem Zwischenraum, in welchem die durchgezogene Linienkurve durch die gerade Linie L approximiert werden kann, der Blutdruckfehler Er (äquivalent zum Differenzdruck dP in 4) basierend auf der Steigung dV/dP abgeschätzt werden kann.
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Basierend auf diesen Erkenntnissen haben die Erfinder herausgefunden, dass in der Periode, während welcher die durchgezogene Linienkurve durch die gerade Linie L approximiert werden kann, der gemessene Blutdruck auf einen genauen Blutdruckwert korrigiert werden kann, wobei der Blutdruckfehler Er benutzt wird, d. h. ein Blutdruck äquivalent zu dem Blutdruck, welcher in einem Zustand gemessen ist, in welchem das arterielle Volumen V mit dem Gleichgewichts-Steuerzielwert V0 übereinstimmt (nicht belasteter Zustand), kann berechnet werden.
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In 4 wird der Gleichgewichts-Steuerzielwert V0 wie folgt detektiert. Mit anderen Worten, wenn die Luft aus dem Luftbalg 21 herausgelassen wurde und die Manschette 20 um den Messort in einem Zustand gewickelt worden ist, in welchem der Manschettendruck Pc null ist, steuert die CPU 100 die Pumpe-Treiberschaltung 53, um Luft graduell an den Luftbalg 21 zu senden, wobei die Pumpe 51 benutzt wird. Mit anderen Worten, es wird Luft an den Luftbalg 21 gesendet, so dass der Manschettendruck Pc beispielsweise bei einer konstanten niedrigen Geschwindigkeit von ungefähr 3 mm Hg/sec erhöht wird. In diesem Druckaufbauprozess detektiert die CPU 100 den Änderungsbetrag pro Herzschlag in der Amplitude des arteriellen Volumensignals, welches über die arterielle Volumen-Detektiereinheit 74 detektiert ist (arterielle Volumenänderung ΔV), und detektiert den Zeitpunkt, bei welchem die arterielle Volumenänderung ΔV maximiert ist. Der Durchschnittswert des arteriellen Volumensignals, welches zu dem Zeitpunkt detektiert ist, wird berechnet und in einer vorgeschriebenen Fläche bzw. Bereich der Speichereinheit 42 gespeichert, wobei der berechnete Durchschnittswert als der Gleichgewichts-Steuerzielwert V0 hergenommen wird.
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Der Durchschnittswert des arteriellen Volumensignals ist gleich zu dem Wert der Gleichstromkomponente des arteriellen Volumensignals, und die CPU 100 detektiert den Gleichgewichts-Steuerzielwert V0, indem das arterielle Volumensignal gefiltert wird.
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Die Steigung dV/dP, welche den Änderungsbetrag in dem arteriellen Volumen relativ zu dem Änderungsbetrag in dem arteriellen Druck-externen Druckdifferential Ptr anzeigt, wird basierend auf dem detektierten Durchschnittswert des arteriellen Volumensignals und dem Manschettendruck Pc, welcher zu dieser Zeit detektiert ist, berechnet. In der vorliegenden Ausführungsform wird die Steigung dV/dP, welche für die Blutdruckkorrektur benutzt wurde, berechnet, wobei der Manschettendruck Pc zu der Zeit berechnet wird, bei welcher der Gleichgewichts-Steuerzielwert V0 detektiert wird. In der vorliegenden Ausführungsform kann der Wert (Blutdruckfehler Er), welcher für die Korrektur benutzt wurde, durch Dividieren der Steuerabweichung, welche durch die Servo-Steuerung detektiert wurde, durch die Steigung dV/dP ermittelt werden. Obwohl die tatsächliche Steigung dV/dP eine Nichtlinearität zeigt, ist eine derartige Korrektur möglich, da die Steigung dV/dP in der Nähe des Gleichgewichts-Steuerzielwertes V0 durch die gerade Linie L approximiert werden kann, wenn die Steuerabweichung klein ist (man beziehe sich auf 4).
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Um die obige Korrektur durchzuführen, muss die Servo-Steuerung auf dem Manschettendruck Pc durchgeführt werden, so dass die Steuerungsabweichung kleiner oder gleich zu einem vorgeschriebenen Wert ist, so dass die Steigung dV/dP in der Nähe des Gleichgewichts-Steuerzielwertes V0 durch die gerade Linie L approximiert werden kann. Dieser vorgeschriebene Wert bezeichnet einen Steuerungs-Abweichungszielwert, welcher später diskutiert werden wird.
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Das Verfahren für das Festlegen des Steuerungs-Abweichungszielwertes wird mit Bezug auf 5 beschrieben. Der Graph in 4 wird in (A) der 5 gezeigt, und die Änderung in der Steigung dV/dP des Graphen (durchgezogene Linienkurve), welche die Beziehung zwischen dem arteriellen Druck-externen Druckdifferential Ptr und dem arteriellen Volumen V in (A) der 5 zeigt, wird in (B) der 5 gezeigt. Der Graph in (B) der 5 ist durch das Differenzieren des Graphen in (A) der 5 mit dem arteriellen Druck-externen Druckdifferential Ptr berechnet.
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Die Änderungsgeschwindigkeit, relativ zu der Änderung im Manschettendruck Pc, des arteriellen Volumens, welches in der Periode detektiert ist, zwischen dem Zeitpunkt, wenn das oben erwähnte Maximum (100%) der Änderungsgeschwindigkeit in dem Druckaufbauprozess detektiert wird und wenn eine Änderungsgeschwindigkeit einer Größe geringer oder gleich zu einem vorgeschriebenen Wert (z. B. geringer oder gleich zu 10%) des Maximums (100%) der Änderungsgeschwindigkeit detektiert wird, kann als konstant erachtet werden. Der optimale Wert ist jedoch nicht auf einen Wert von 10% begrenzt.
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In Anbetracht dessen wird der Wert einer Steigung dV/dP äquivalent zu 90% des Falles, in welchem die Steigung dV/dP, welche dem Gleichgewichts-Steuerzielwert V0 in (B) der 5 entspricht (maximaler Wert der Steigung dV/dP), als 100% hergenommen wird, berechnet, wobei die Differenz zwischen dem arteriellen Volumen entsprechend zu der 100%-Steigung dV/dP (Gleichgewichts-Steuerzielwert V0) und dem arteriellen Kapazitätswert V entsprechend zu 90% der Steigung dV/dP berechnet wird, und die berechnete Differenz wird als der Steuerungs-Abweichungszielwert festgelegt.
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Das Verfahren für das Festlegen (Detektieren) des Steuerungs-Abweichungszielwertes kann ein anderes Verfahren sein als das, welches in 6 beispielsweise gezeigt wird. Der Graph in 4 wird in (A) der 6 gezeigt, und die Änderung in der Steigung dV/dP des Graphen (durchgezogene Linienkurve), welche die Beziehung zwischen dem arteriellen Druck-externen Druckdifferenzial Ptr und dem arteriellen Volumen V in (A) der 6 zeigt, wird in (B) der 6 gezeigt. Der Graph in (B) der 6 wird durch Differenzieren des Graphen in (A) der 6 mit dem arteriellen Druck-externen Druckdifferential Ptr berechnet.
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Mit diesem Festlegungsverfahren wird der Wert des arteriellen Volumensignals, welches in einer Periode detektiert ist, während der die Steigung dV/dP durch eine gerade Linien in dem Druckaufbauprozess approximiert werden kann, d. h. einer Periode, während der die Änderungsgeschwindigkeit des detektierten arteriellen Volumensignals relativ zu der Änderung in dem Manschettendruck Pc als konstant erachtet wird, als ein Steuerziel hergenommen. Die Steigung dV/dP, welche detektiert ist, wenn der Wert des arteriellen Volumensignals den Steuerzielwert anzeigt, wird als eine Referenz eingestellt. Der arterielle Kapazitätswert V, entsprechend zu einer Steigung dV/dP, bei welcher eine Differenz DE1 von der Referenzsteigung dV/dP kleiner oder gleich zu einem vorgeschriebenen Schwellwert (z. B. 5%) ist, wird dann detektiert. Die Differenz zwischen diesem detektierten arteriellen Kapazitätswert V und dem arteriellen Kapazitätswert V entsprechend zu der Referenzsteigung dV/dP wird dann berechnet, und die berechnete Differenz wird als der Steuerungs-Abweichungszielwert festgelegt. Man beachte, dass der vorgeschriebene Schwellwert nicht auf 5% begrenzt ist.
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Zu der Zeit der Blutdruckmessung der vorliegenden Ausführungsform wird die Servo-Steuerung durchgeführt, während die Servo-Verstärkung aktualisiert wird, so dass die Steuerungsabweichung geringer oder gleich zu dem Steuerungs-Abweichungszielwert ist.
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Funktionelle Konfiguration
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Die funktionelle Konfiguration der CPU 100 wird auch in 2 gezeigt.
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Mit Bezug auf 2 wird die CPU 100 mit einer Manschettendruck-Steuereinheit 101, welche variabel den Manschettendruck Pc steuert, indem die Pumpe-Treiberschaltung 53 und die Ventil-Treiberschaltung 54 gesteuert werden, und mit einer Blutdruckmesseinheit 102 für das Messen des Blutdrucks ausgestattet.
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Die Blutdruckmesseinheit 102 beinhaltet eine Parameter-Detektiereinheit 103, entsprechend zu einer Gleichgewichts-Steuerzielwert-Detektiereinheit, und eine Änderungsgeschwindigkeits-(Steigung dV/dP-)Detektiereinheit, eine Konstantvolumen-Steuereinheit 104 äquivalent zu einer Servo-Steuereinheit, welche die Servo-Steuerung durchführt, während die Servo-Verstärkung aktualisiert wird, und eine Blutdruck-Festlegungseinheit 105, äquivalent zu einer Blutdruck-Festlegungseinheit.
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Die Blutdruck-Festlegungseinheit 105 besitzt eine Korrektureinheit 106, welche den Blutdruckfehler Er berechnet und den Blutdruck korrigiert. Jede Einheit besteht aus einem Programm. Die Programme sind in der Speichereinheit 42 gespeichert, und die Funktion jeder Einheit wird durch die CPU 100 realisiert, welche ein Programm aus der Speichereinheit 42 ausliest und den Instruktionscode des gelesenen Programms ausführt.
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Detektion der Steuerparameter
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Die Parameter-Detektiereinheit 103 detektiert das arterielle Volumensignal über die arterielle Volumen-Detektierschaltung 74 in der Periode, während der der Manschettendruck allmählich bei einer geringen Geschwindigkeit von ungefähr 3 mm Hg/sec erhöht wird, durch die Manschettendruck-Steuereinheit 101. In diesem Druckaufbauprozess wird die Änderung pro Herzschlag des arteriellen Volumensignals (ΔV), d. h. das arterielle Volumenänderungssignal, detektiert, und ein Punkt MAX, bei welchem das arterielle Volumen-Änderungssignal bei seinem Maximum ist (Amplitude des arteriellen Volumensignals ist bei seinem Maximum), wird detektiert. Der Durchschnittswert des arteriellen Volumensignals pro Herzschlag zu dem Zeitpunkt, bei welchem der Maximalpunkt MAX detektiert wird, wird als der Ausgleichs-Steuerzielwert V0 festgelegt und wird in einem vorgeschriebenen Bereich der Speichereinheit 42 gespeichert. Auch bei diesem Druckaufbauprozess wird der Manschettendruck Pc sequenziell detektiert, basierend auf dem ausgegebenen Signal von der Oszillationsschaltung 33, und in der Speichereinheit 42 gespeichert.
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Man beachte, dass, solange wie der Gleichgewichts-Steuerzielwert V0 einen Wert zeigt, basierend auf dem arteriellen Volumensignal, in dem Fall, in welchem der interne Druck der Arterie und der Manschettendruck im Gleichgewicht sind, die vorliegende Erfindung nicht auf ein derartiges Detektierverfahren begrenzt ist. Beispielsweise ist die vorliegende Erfindung nicht auf ein Verfahren für das Durchführen des Detektierens in dem Druckaufbauprozess, wie oben erwähnt, begrenzt, und das Detektieren kann in dem Druckverminderungsprozess durchgeführt werden.
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Die Parameter-Detektiereinheit 103 speichert die Werte der Gleichstromkomponente des arteriellen Volumensignals, welches in dem Druckaufbauprozess detektiert ist, in Zeitreihen in der Speichereinheit 42. Der Graph der Kurve in (A) der 5 wird detektiert, basierend auf den Daten, welche in der Speichereinheit 42 gespeichert sind. Der Graph ((B) in 5) der Steigung dV/dP wird durch Differenzieren des detektierten Graphen detektiert. Alle Daten des detektierten Graphen werden in einem vorgeschriebenen Bereich der Speichereinheit 42 gespeichert.
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Die Parameter-Detektiereinheit 103 liest die Daten des Graphen in (B) der 5 aus der Speichereinheit 42 aus und detektiert den Maximalwert der Steigung dV/dP, basierend auf den ausgelesenen Daten. In dem Fall, in welchem der detektierte Maximalwert (Steigung dV/dP entsprechend dem Gleichgewichts-Steuerzielwert V0) als 100% hergenommen wird, wird das arterielle Volumen V entsprechend zu einer Änderungsgeschwindigkeit geringer oder gleich zu einem vorgeschriebenen Schwellwert (z. B. 10%) relativ zu der Änderungsgeschwindigkeit (dV/dP) detektiert, und die Differenz zwischen dem detektierten arteriellen Volumen V und dem Gleichgewichts-Steuerzielwert V0 wird berechnet. Die Differenz wird in der Speichereinheit 42 als ein Steuerungs-Abweichungszielwert dV gespeichert. Die Parameter für die Servo-Steuerung werden dadurch detektiert.
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Hier kann, obwohl der Steuerungs-Abweichungszielwert dV entsprechend dem Verfahren der 5 festgelegt wird, das nachfolgende Bearbeiten in ähnlicher Weise angewendet werden, sogar mit Werten, welche durch Benutzen des Verfahrens der 6 festgelegt werden.
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Konstante Volumensteuerung
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Die konstante Volumen-Steuereinheit 104 berechnet die Differenz zwischen dem Wert des arteriellen Volumensignals (Gleichstromkomponente der Volumenpulswelle), welches sequenziell zur Zeit der Blutdruckmessung detektiert ist, und den Gleichgewichts-Steuerzielwert V0, welcher aus der Speichereinheit 42 ausgelesen ist. Die Servo-Verstärkung wird festgelegt, während sie aktualisiert ist, so dass die berechnete Differenz geringer ist oder gleich zu dem Steuerungs-Abweichungszielwert dV, welcher aus der Speichereinheit 42 ausgelesen ist.
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Die festgelegte Servo-Verstärkung wird der Manschettendruck-Steuereinheit 101 bereitgestellt. Die Manschetten-Steuereinheit 101 steuert die Pumpe-Treiberschaltung 53 oder die Ventil-Treiberschaltung 54, basierend auf einem Steuerbetrag (Spannungssignal), konform zu der bereitgestellten Servo-Verstärkung. Mit anderen Worten, die Pumpe-Treiberschaltung 53 oder die Ventil-Treiberschaltung 54 steuert den Betrieb der Pumpe 51 oder das Öffnen und Schließen des Ventils 52, so dass die Steuerungsabweichung geringer oder gleich zu dem Steuerungs-Abweichungszielwert dV ist.
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Operationen zur Zeit der Blutdruckmessung
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Operationen bzw. Betriebsabläufe des elektronischen Blutdruckmessgerätes werden beschrieben.
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7 ist ein Hauptablaufdiagramm der Blutdruckmessverarbeitung, und 8 ist ein Ablaufdiagramm der Steuerungsparameter-Detektierung. Die Verarbeitung, welche in dem Ablaufdiagramm gezeigt wird, ist in der Speichereinheit 42 zuvor als ein Programm gespeichert, und die Funktion der Blutdruckmessverarbeitung wird durch die CPU 100 realisiert, welche dieses Programm ausliest und ausführt.
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Mit Bezug auf 7 führt die CPU 100, nachdem sie detektiert hat, dass der Leistungsschalter 41A durch einen Benutzer gedrückt wurde (Schritt ST1), die Initialisierungsverarbeitung durch (Schritt ST2). Speziell wird ein vorgeschriebener Bereich (hier nachfolgend ”Speicherbedreich”) der Speichereinheit 42 initialisiert, Luft wird aus dem Luftbalg 21 herausgelassen, und eine 0 mm Hg-Korrektur des Drucksensors 32 wird durchgeführt. Zu dieser Zeit wurde die Manschette 20 an dem Messort platziert.
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Als Nächstes, wenn die CPU 100 detektiert hat, dass der Messschalter 41B gedrückt worden ist (Schritt ST3), wird die Manschettendruck-Steuereinheit 101 aktiviert, und der Druckaufbau des Messortes wird gestartet.
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Als Nächstes detektiert die Parameter-Detektiereinheit 103 den oben erwähnten Gleichgewichts-Steuerzielwert V0, den Steuer-Abweichungszielwert dV und Ähnliches (Schritt ST4). Die Details dieser Verarbeitung werden später mit Bezug auf 8 diskutiert.
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Die Manschettendruck-Steuereinheit 101 steuert den Manschettendruck, so dass das arterielle Volumen V dem Gleichgewichts-Steuerzielwert V0 entspricht. Zu dieser Zeit wird der Manschettendruck so gesteuert, dass er auf einen Anfangs-Steuermanschettendruck Pcb eingestellt wird, was später diskutiert werden wird (Schritt ST5). Die Servo-Steuerung wird durch die Konstantvolumen-Steuereinheit 104 durchgeführt, nachdem der Manschettendruck auf den Anfangs-Steuermanschettendruck Pcb eingestellt worden ist (Schritt ST6).
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Da die Zeit für das Einjustieren der Servo-Verstärkung verkürzt werden kann, was es ermöglicht, die Zeit, welche benötigt wird, den Blutdruck festzulegen, zu verkürzen, und die Blutdruckmessung ohne Erhöhen der Servo-Verstärkung durchgeführt werden kann, d. h. bei einer niedrigen Servo-Verstärkung, da der Manschettendruck Pc beim Start der Steuerung demnach an den Anfangs-Steuermanschettendruck angepasst ist, bei welchem das arterielle Volumen V mit dem Gleichgewichts-Steuerzielwert V0 in der Servo-Steuerung übereinstimmt, wird ein Luftsystem, welches in der Lage ist, eine hohe Flussgeschwindigkeit zu steuern, nicht benötigt, und die Verkleinerung der Einrichtung wird nicht behindert.
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In der Servo-Steuerungsperiode der Schritte ST7 bis ST9 berechnet die Konstantvolumen-Steuereinheit 104 die Differenz zwischen dem Durchschnittswert des arteriellen Volumensignals pro Pulswelle, welcher durch die Arterielles-Volumen-Detektierschaltung 74 detektiert ist, und des Gleichgewichts-Steuerzielwertes V0, welcher aus der Speichereinheit 42 ausgelesen ist, und legt die Servo-Verstärkung so fest, dass die berechnete Differenz kleiner als der Steuerungs-Abweichungszielwert dV ist, welcher aus der Speichereinheit 42 ausgelesen ist. Die Manschettendruck-Steuereinheit 101 steuert die Pumpe-Treiberschaltung 53 oder die Ventil-Treiberschaltung 54, basierend auf einem Steuerbetrag, welcher entsprechend zu der festgelegten Servo-Verstärkung bestimmt ist. Auf diese Weise wird die Rückkopplungssteuerung des Manschettendruckes Pc wiederholt durchgeführt, basierend auf einem arteriellen Volumensignal, welches sequenziell detektiert wird.
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Speziell vergleicht die Konstantes-Volumen-Steuereinheit 104 die Differenz (Steuerabweichung) zwischen dem Wert des arteriellen Volumensignals, welches durch die Arterielles-Volumen-Detektierschaltung 74 detektiert ist und dem Gleichgewichts-Steuerzielwert V0 mit dem Steuerungs-Abweichungszielwert dV (Schritt ST7). Wenn bestimmt ist, dass die Steuerabweichung größer als oder gleich zu dV ist, basierend auf dem Vergleichsergebnis, geht die Verarbeitung zum Schritt ST10 über, welcher später diskutiert wird, ohne dass eine Blutdruckmessung durchgeführt wird.
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Wenn bestimmt wird, dass die Steuerabweichung geringer als dV ist, basierend auf dem Vergleichsergebnis, geht die Verarbeitung zu der Blutdruckmessung des Schrittes ST8 über.
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Im Schritt ST8 legt die Blutdruck-Festlegungseinheit 105, als einen vorläufigen Blutdruckwert, den Manschettendruck Pc fest, welcher detektiert wird, wenn bestimmt ist, dass die Steuerungsabweichung geringer als der Steuerungs-Abweichungszielwert dV ist (Schritt ST8).
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Man beachte, dass, da die Blutdruckmesseinheit 102 sequenziell die Manschettendruck Pc detektiert, basierend auf dem Signal, welches von der Oszillationsschaltung 33 eingegeben ist, und die detektierten Manschettendrücke Pc in einem vorgeschriebenen Bereich der Speichereinheit 42 in Zeitreihen in der Periode der Schritte ST5 bis ST10 speichert, die Manschettendrücke Pc in der Speichereinheit gesucht werden können, und der Manschettendruck Pc, welcher detektiert ist, wenn bestimmt wurde, dass die Steuerabweichung geringer als der Steuerungs-Abweichungszielwert dV ist, kann ausgelesen werden.
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Die Korrektureinheit 106 korrigiert den vorläufigen Blutdruckwert und ermittelt einen genauen Blutdruck. Speziell wird der Blutdruckfehler Er, welcher als der Korrekturwert dient, entsprechend zu ”Blutdruckfehler Er = Steuerabweichung/max (dV/dP)” berechnet, wobei die Steuerabweichung und die Steigung max(dV/dP) (welches später diskutiert wird) von der Speichereinheit 42 ausgelesen wird. Da die Steuerabweichung gleich zu der Abweichung zwischen dem arteriellen Volumen V und dem Gleichgewichts-Steuerzielwert V0 ist, d. h. das arterielle Volumen, welches nicht detektiert ist, wenn das arterielle Volumen V der Gleichgewichts-Steuerzielwert V0 ist, wird das ”Druck-Äquivalent zu der Abweichungskomponente”, welches nicht in dem vorläufigen Blutdruckwert beinhaltet ist, durch das Dividieren der Steuerabweichung durch die Steigung max(dV/dP) detektiert. Der Blutdruckfehler Er wird dadurch detektiert.
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Der Blutdruckwert nach der Korrektur wird entsprechend zu ”Blutdruckwert = vorläufiger Blutdruckwert + Fehler Er” berechnet. Der Endblutdruckwert wird dadurch berechnet (gemessen).
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Der Blutdruck nach der Korrektur wird in dem Flash-Speicher 43 in Zeitfolgen aufgezeichnet. Die kontinuierlichen Blutdruckwerte werden dadurch ermittelt, und eine Blutdruckwellenform wird als ein Ergebnis erhalten.
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Die Messungs-Verarbeitungseinheit 106 kann Information, welche sich auf die festgelegten Blutdruckwerte bezieht, auf der Anzeigeeinheit 40 während der Messung anzeigen. Beispielsweise können der lokale Minimalwert und der lokale Maximalwert des Manschettendruckes Pc pro Herzschlag auf der Anzeigeeinheit 40 als der diastolische Blutdruck und der systolische arterielle Druck jeweils angezeigt werden. Alternativ kann eine Blutdruckwellenform entlang der Zeitachse angezeigt werden.
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Die Messverarbeitung durch die Blutdruckmesseinheit 102 wird fortgesetzt, bis ein Stoppsignal durch den Stoppschalter 41C, welcher gedrückt wird, eingeschaltet wird, wobei eine vorgeschriebene Zeit verstreicht, oder Ähnliches (Schritt ST10).
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Wenn das Stoppsignal eingeschaltet worden ist, zeichnet die Blutdruckmesseinheit 102 die Blutdruckwerte (Manschettendrücke), welche in dem Speicherbereich aufgezeichnet sind, in Zeitfolgen auf dem Flash-Speicher 43, oder dem Aufzeichnungsmedium 132 als Messergebnisse auf.
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Steuerparameter-Detektierverarbeitung
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Die Details der Verarbeitung des Schrittes ST4 in 7 werden mit Bezug auf 8 beschrieben.
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Der Bearbeitungsablauf der 8 besteht aus den Schritten ST101 bis ST110. Von diesen sind die Schritte ST102 bis ST108 gleich zu dem Prozess des Erhöhens des Manschettendruckes Pc, in welchen sich das arterielle Druck-externe Druckdifferential Ptr in (A) der 5 von ”Ptr3” auf ”Ptr0” verändert. Die Schritte ST102 und ST103 in dem Druckaufbauprozess sind gleich zu der Verarbeitung für das Detektieren der Änderung in dem arteriellen Volumen V, welches durch die ausgezogene Linienkurve in (A) der 5 gezeigt wird. Der Schritt ST104 ist gleich zu der Verarbeitung für das Detektieren der Steigung dV/dP in (B) der 5. Die Schritte ST105 bis ST107 sind gleich zu der Verarbeitung für das Detektieren der maximalen Steigung dV/dP in (B) der 5.
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Bei den Operationen bzw. Arbeitsabläufen initialisiert zuerst die Parameter-Detektiereinheit 103 den Speicherbereich der Speichereinheit 42 für das Speichern des Maximalwertes (hier nachfolgend Maximum ΔVmax) der Änderung im arteriellen Volumen, des arteriellen Volumens ΔVmax, welches detektiert ist, wenn das Maximum ΔVmax detektiert ist, des Manschettendruckes Pcb, welcher detektiert ist, wenn das Maximum ΔVmax detektiert ist, und der Steigung dV/dP (hier nachfolgend Steigung max(dV/dP)), welche detektiert ist, wenn das Maximum Vmax detektiert ist (ST101). Ein Wert 0 beispielsweise wird jeweils für das Maximum ΔVmax, das arterielle Volumen Vmax, den Manschettendruck Pcb und die Steigung max/dV/dP) in dem Speicherbereich als Ergebnis der Initialisierung eingestellt. Um den Gleichgewichts-Steuerzielwert V0 zu detektieren, wird das arterielle Volumen Vmax detektiert.
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Als Nächstes erhöht die Parameter-Detektiereinheit 103 den Manschettendruck bei einer konstanten Geschwindigkeit von 3 mm Hg/sec über die Manschettendruck-Steuereinheit 101 (ST102). In dem Druckaufbauprozess detektiert die Parameter-Detektiereinheit 103 die arterielle Volumenänderung ΔV bei jeder Pulswelle (ST103). Auch wird die Steigung dV/dP bei jedem vorgeschriebenen Manschettendruck (z. B. alle 3 mm Hg) zu dieser Zeit berechnet und in Zeitfolgen in der Speichereinheit 42 gespeichert (ST104). Die Steigung dV/dP, welche zu dieser Zeit berechnet ist, wird mit der Steigung max(dV/dP), welche aus der Speichereinheit 42 ausgelesen ist, berechnet, und es wird bestimmt, ob die berechnete Steigung dV/dP das Maximum ist, basierend auf dem Vergleichsergebnis (ST105).
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Wenn bestimmt wird, dass die Bedingung ”dV/dP > max(dV/dP)” erfüllt wird, basierend auf dem Vergleichsergebnis (JA im Schritt ST105), werden das arterielle Volumen Vmax, das Maximum ΔVmax, der Manschettendruck Pcb und die Steigung max(dV/dP) in der Speichereinheit 42 aktualisiert, indem sie mit dem arteriellen Volumen V, der arteriellen Volumenänderung ΔV, dem Manschettendruck Pc und der Steigung dV/dP, welche in dieser Zeit detektiert wurden, überschrieben werden (ST106, ST107), und die Verarbeitung geht zum Schritt ST108 über. Wenn bestimmt ist, dass die Bedingung ”dV/dP ≤ max(dV/dP)” erfüllt wird, basierend auf dem Vergleichsergebnis (NEIN im Schritt ST105), geht die Verarbeitung zum Schritt ST108 über.
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Im Schritt ST108 vergleicht die Parameter-Detektiereinheit 103 den Manschettendruck Pc mit einem vorgeschriebenen Druck. Wenn bestimmt wird, dass die Bedingung ”Manschettendruck Pc < vorgeschriebener Druck” erfüllt wird, basierend auf dem Vergleichsergebnis (JA im Schritt ST108), kehrt die Bearbeitung zum Schritt ST102 zurück, und die nachfolgende Bearbeitung wird in ähnlicher Weise wiederholt. Wenn bestimmt wird, dass die Bedingung ”Manschettendruck Pc ≥ vorgeschriebener Druck” erfüllt wird, basierend auf dem Vergleichsergebnis (NEIN im Schritt ST108), geht die Verarbeitung zum Schritt ST109 über. Der vorgeschriebene Druck im Schritt ST108 kann irgendein Druck sein, bei welchem eine Pulswelle nicht länger detektiert werden kann, wenn die Arterie als ein Ergebnis des Druckaufbaus komprimiert wird, und zeigt einen Druck von 280 mm Hg z. B. in der vorliegenden Ausführungsform an.
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Wenn der Manschettendruck Pc einen Druck anzeigt, größer als oder gleich zu dem vorgeschriebenen Druck, als ein Ergebnis einer derartigen Verarbeitung, welche wiederholt in dem Druckaufbauprozess durchgeführt wird, zeigen das arterielle Volumen Vmax, der Manschettendruck Pcb und die Steigung max(dV/dP) in der Speichereinheit 42 jeweils den Gleichgewichts-Steuerzielwert V0, den Manschettendruck Pcb für das Anpassen des arteriellen Volumens mit dem Gleichgewichts-Steuerzielwert V0 in (A) der 5 und den Maximalwert der Steigung dV/dP in (B) der 5 an.
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Im Schritt ST109 werden das arterielle Volumen Vmax, der Manschettendruck Pcb und die Steigung max(dV/dP) in der Speichereinheit 42 jeweils als der Gleichgewichts-Steuerzielwert V0, der Anfangssteuer-Manschettendruck Pcb und ein Koeffizient für eine Blutdruck-Korrekturoperation festgelegt.
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Im Schritt ST110 wird der Steuerungs-Abweichungszielwert dV berechnet, basierend auf der Steigung dV/dP, welche aus der Speichereinheit 42 ausgelesen ist, und in der Speichereinheit 42 gespeichert.
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Die Parameter, welche benutzt werden, um die Konstantes-Volumen-Steuerung (Servo-Steuerung) und den gemessenen Blutdruck zu korrigieren, werden wie oben beschrieben detektiert.
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Entsprechend zu der obigen Blutdruckmessungsverarbeitung, obwohl der Blutdruckfehler Er in dem gemessenen Blutdruck beinhaltet ist, aufgrund der Änderung im Manschettendruck, welche nicht in der Lage ist, die Änderung in dem arteriellen Volumen perfekt in die Servo-Steuerung zu ziehen bzw. zu übertragen, da eine Steuerabweichung gestattet ist, gestattet das Korrigieren des gemessenen Blutdrucks, wobei der Blutdruckfehler Er benutzt wird, dass genaue Blutdruckwerte berechnet werden.
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Auch, da der genaue Blutdruckwert berechnet werden kann, sogar, wenn die Änderung im Manschettendruck nicht perfekt für die Änderung im arteriellen Volumen herangezogen werden kann, sind eine Pumpe 51 und ein Ventil 52, welche in der Lage sind, eine hohe Fließgeschwindigkeit zu steuern, nicht notwendig. Als ein Ergebnis kann die Miniaturisierung des elektronischen Blutdruckmessgerätes 1 erreicht werden.
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Vergleich des Blutdruckes vor und nach der Korrektur
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In 9 und 10 werden die Ergebnisse des Vergleichs der Blutdruckwellenform nach der Korrektur und der Blutdruckwellenform vor der Korrektur, welche in dem Fall detektiert wurden, in welchem die Erfinder den Blutdruck des Oberarmes in Versuchen gemessen haben, wobei das elektronische Blutdruckmessgerät 1 benutzt wurde, in den Graphen gezeigt. Hierbei zeigt die Blutdruckwellenform vor der Korrektur die Wellenform des Manschettendruckes Pc.
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In den Graphen der 9 und 10 ist die verstrichene Zeit (sec) der Blutdruckmessung auf der horizontalen Achse, und der Blutdruck (mm Hg) ist auf der vertikalen Achse. Die dicke Linie bezeichnet die Blutdruckwellenform vor der Korrektur, und die dünne Linie bezeichnet die Blutdruckwellenform nach der Korrektur. In den Graphen werden die Werte des wahren systolischen arteriellen Drucks SYS und des wahren diastolischen Blutdruckes DIA auch zum Zwecke der Beschreibung angezeigt.
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Es ist aus 9 klar, dass die Blutdruckwerte nahe an den Blutdruckwerten (systolischem arteriellen Druck SYS, diastolischem Blutdruck DIA) als ein Ergebnis der Korrektur gemessen werden können.
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In 10 werden Testergebnisse in dem Fall gezeigt, in welchem Tests durchgeführt wurden, nachdem die Servo-Verstärkung erniedrigt wurde, verglichen mit dem Fall, welche in 9 gezeigt werden. Andere Anfordernisse und die Parameter der Tests waren die gleichen wie diejenigen der 9. Mit Bezug auf 10 ist es klar, dass sogar in dem Fall, in welchem die Servo-Verstärkung erniedrigt wird, der Blutdruck nach der Korrektur näher an den wahren Blutdruckwerten (dem systolischen arteriellen Druck SYS, dem systolischen Blutdruck DIA) liegt, als es der Blutdruck vor der Korrektur ist. Entsprechend können sogar in dem Fall, in welchem eine kleine Pumpe 51, welche in der Lage ist, eine niedrige Fließgeschwindigkeit zu steuern, genutzt wird, Blutdruckwerte nahe an den wahren Blutdruckwerten gemessen werden, entsprechend zu dem Messverfahren der vorliegenden Ausführungsform.
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Blutdruckmessprogramm
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Das Blutdruckmessverfahren, welches durch das elektronische Blutdruckmessgerät 1 der vorliegenden Ausführungsform durchgeführt wird, kann auch als ein Programm bereitgestellt werden. Ein derartiges Programm kann auch mit einem optischen Medium, wie z. B. einer CD-ROM (Kompaktplatte-ROM) oder einem von einem Computer lesbaren, nicht-transitorischen Aufzeichnungsmedium, wie z. B. einer Speicherkarte, aufgezeichnet werden und als ein Programmprodukt bereitgestellt werden. Das Programm kann auch durch Herunterladen aus einem Netzwerk bereitgestellt werden.
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Man beachte, dass das Programm entsprechend der vorliegenden Erfindung ein Programm sein kann, welches erforderliche Module in einer vorgeschriebenen Anordnung bei einem vorgeschriebenen Zeitablauf aufruft, inmitten von Programmmodulen, welche als Teil eines Betriebssystems (OS) eines Computers bereitgestellt werden, und die aufgerufenen Module veranlasst, die Verarbeitung auszuführen. In diesem Fall sind die obigen Module nicht in dem Programm selbst beinhaltet, und das Verarbeiten wird in Zusammenarbeit mit dem OS ausgeführt. Ein Programm, welches nicht derartige Module enthält, kann auch in dem Programm entsprechend der vorliegenden Erfindung beinhaltet sein.
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Ebenso kann das Programm entsprechend der vorliegenden Erfindung ein Programm sein, welches bereitgestellt wird, indem es als Teil eines anderen Programms eingebaut ist. Module, welche in dem anderen beinhaltet sind, sind auch nicht in dem Programm selbst in diesem Fall beinhaltet, und die Verarbeitung wird in Zusammenarbeit mit dem anderen Programm ausgeführt. Ein derartiges Programm, welches in einem anderen Programm eingearbeitet ist, kann auch in dem Programm entsprechend der vorliegenden Erfindung beinhaltet sein.
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Ein Programmprodukt, welches bereitgestellt ist, wird, nachdem es in einer Programmspeichereinheit, wie z. B. einer Festplatte, installiert ist, ausgeführt. Man beachte, dass das Programmprodukt das Programm selbst und das Speichermedium, auf welchen das Programm gespeichert ist, beinhaltet.
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Die vorliegenden Ausführungsformen, welche hier veröffentlicht sind, sind in allen Gesichtspunkten als erläuternd und nicht restriktiv zu betrachten. Der technische Umfang der Erfindung wird durch die Ansprüche definiert, und alle Veränderungen, welche in die Bedeutung und den Bereich der Äquivalenz der Ansprüche fallen, sollen darin umfasst sein.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Elektronisches Blutdruckmessgerät
- 10
- Hauptgrundteileinheit
- 20
- Manschette
- 21
- Luftbalg
- 20
- Luftsystem
- 31
- Luftschlauch
- 32
- Drucksensor
- 33
- Oszillationsschaltung
- 40
- Anzeigeeinheit
- 41
- Bedieneinheit
- 41A
- Leistungsschalter
- 41B
- Messschalter
- 41C
- Stoppschalter
- 41D
- Speicherschalter
- 42
- Speichereinheit
- 43
- Flash-Speicher
- 44
- Leistungsversorgung bzw. Netzgerät
- 45
- Uhr- bzw. Takteinheit
- 46
- Schnittstelleneinheit
- 50
- Einstelleinheit
- 51
- Pumpe
- 52
- Ventil
- 53
- Pumpe-Treiberschaltung
- 54
- Ventil-Treiberschaltung
- 70
- Arterielles-Volumen-Sensor
- 71
- Licht emittierendes Element
- 72
- Licht empfangendes Element
- 73
- Licht emittierendes Element-Treiberschaltung
- 74
- Arterielles Volumen-Detektierschaltung
- 100
- CPU
- 101
- Manschettendruck-Steuereinheit
- 102
- Blutdruckmesseinheit
- 103
- Parameter-Detektiereinheit
- 104
- Konstantes Volumen-Steuereinheit
- 105
- Blutdruck-Festlegungseinheit
- 106
- Korrektureinheit
- 132
- Aufzeichnungsmedium
