JP2001178691A - 指から身体情報を収集する循環器系評価装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来、センサにより動脈脈波を検出して、血
圧情報や末梢循環情報等を得るようにした検査装置が実
用化されている。その一例が、特開平８−３３６１５号
公報に開示されている、この装置では装置の構成が複雑
になりそのコストが高くなるだけではなく、その操作も
煩雑になるために専門の病院等の設備とスタッフの揃っ
たところでしか使用することが出来ず、個人が簡単に血
圧情報や末梢循環情報等を得ることは困難であった。 【解決手段】 本発明は、指第一関節より末梢部におい
て血流による皮膚の膨張収縮を圧力センサによって電気
信号として取り出し、その出力波形から心拍周期（心拍
数）、左心室駆出時間、血圧情報等を長時間連続計測可
能な指から身体情報として収集する循環器系評価装置を
実現することにより、簡単な構成で、個人が容易に血圧
情報だけでなくより多くの末梢循環情報等を得ることが
出来るようにしたものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、指の第一関節より
末梢部において、血流による皮膚の膨張収縮を圧力セン
サにより検出して、この信号より血圧情報や末梢循環情
報等の循環器系の各種の情報を指から得るようにした循
環器系評価装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、圧力センサにより動脈脈波を検出
し、その振幅や波形に着目して、血圧情報や末梢循環情
報等を得るようにした装置が実用化されている。このよ
うな装置に関する最新の技術情報の一例が、特開平８−
３３６１５号公報に開示されている。この内容は、左心
室駆出時間（ＬＶＥＴ）は、心拍数をＨＲとするとアー
ノルド・ワイスラの式の関係にあることが知られている
が、血液を流した状態での腕からの観測では、ＬＶＥＴ
は末梢抵抗の影響が強く、精度の良いＬＶＥＴの測定が
困難であった。又、アーノルド・ワイスラの式における
直線の傾きは、代謝若しくは心拍出量の情報を意味して
いることが知られずにいた。代謝との関係を明らかにす
るためには被験者の酸素消費量を精度良く測定すること
が必要であるため解明されていなかった。

【０００３】現在は波形分析器のように、自在な波形分
析が可能となったが、当時はＬＶＥＴを精度良く計測す
る測定法は無く、腕の動脈でのコンプライアンス（硬化
度）を測定する方法も存在していなかった。このため、
腕からのＬＶＥＴが末梢抵抗から受ける影響や、アーノ
ルド・ワイスラの式の直線の傾きの検討が十分なされた
とはいえない。特開平８−３３６１５号公報には、上記
の点を改善して、腕で止血の状態で計測することにより
末梢抵抗の影響を受けること無く、非観血に容易に、後
負荷（全身のインピーダンス）、腕のコンプライアンス
及び代謝（甲状腺機能）等の医学情報を得ることのでき
る動脈系医学情報検査装置に関する最新の情報が開示さ
れている。

【０００４】具体的には、心臓側から末梢側に延びる動
脈に沿った３つの位置の、心臓側の位置、中間位置およ
び末梢側の位置に、それぞれ、第１圧力センサ、第２圧
力センサおよび血流制限素子を配して、上記３つの位置
における押圧力を血流遮断状態から徐々に低下させ、第
２圧力センサから検出圧力が得られる血流通過限界の直
前状態で押圧力を一定に制御しておき、押圧力が一定に
制御されているときに第１圧力センサから得られる圧変
化から心拍周期、および左心室駆出時間と第１の医学情
報としての圧変化の時定数を測定し、左心室駆出時間を
時定数で除算し第２の医学情報を算出し、心拍周期及ぴ
時定数とに基づいて所定の演算を行い第３の医学情報を
算出するようにしたものである。特開平８−３３６１５
号公報に開示された技術は、腕を止血の状態で計測する
ことにより末梢抵抗の影響を受けること無く、非観血に
容易に、第１の医学情報としての後負荷（全身のインピ
ーダンス）、第２の医学情報としての腕のコンプライア
ンス及び第３の医学情報としての代謝（甲状腺機能）等
の医学情報を得るようにしたものである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
特開平８−３３６１５号公報に開示された血圧情報や末
梢循環情報等を得るようにした検査装置では、正確な限
定情報を得ることは出来るが、復数個の圧力センサや血
流押圧力を一定に制御する制御手段等が必要なために、
装置の構成が複雑になりそのコストが高くなるだけでは
なく、その操作も煩雑になるために専門の病院等の設備
とスタッフの揃ったところでしか使用することが出来
ず、個人が簡単に血圧情報や末梢循環情報等を得ること
は困難であった。本発明は、このような問題点を解決す
るために、最近開発されて使用され始めた指の血圧計と
同様な感覚で、個人が簡単に血圧情報だけでなくより多
くの循環情報を容易に得ることが出来る循環器系評価装
置を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、指第一関節よ
り末梢部において血流による皮膚の膨張収縮を圧力セン
サによって電気信号として取り出し、得られた電気信号
を時定数５０ｍｓｅｃ以下の微分器を経由させ、又は時
定数５０ｍｓｅｃ以下の微分型圧力センサの出力波形か
ら心拍周期（心拍数）、左心室駆出時間、血圧情報等を
長時間連続計測可能な指から身体情報として収集する循
環器系評価装置を実現することにより、簡単な構成で、
個人が容易に血圧情報だけでなくより多くの末梢循環情
報等を得ることが出来るようにしたものである。

【０００７】

【発明の実施の形態】

【実施例】図１は、本発明の指から身体情報を収集する
循環器系評価装置の構成を示す説明図である。図１にお
いて、１０は循環器系評価装置の計測制御部である。２
１は脈波センサ、３１は脈波センサ２１より計測制御部
１０に測定信号を送るリード線ある。計測制御部１０
は、動作開始用のスイッチＳＷと、心拍周期（心拍
数）、左心室駆出時間等の自動測定値を表示する表示部
ＤＳと各種の表示の設定を行う設定部ＳＴとを持ってい
る。

【０００８】又、計測制御部１０は、その内部に、指第
一関節より末梢部において血流による皮膚の膨張収縮を
脈波センサ２１の圧力センサによって電気信号として検
出された信号より心拍周期（心拍数）、左心室駆出時間
等の測定を行う測定手段と、これらの測定データより循
環器系の各種の情報を得る演算手段とを備えている。脈
波センサ２１は被検診者の手の指に装着されて使用され
るもので、指の爪部とその対称位置で圧力センサを介し
てこれらの厚み（高さ）を一定に保持する構造となって
いる。図１に示した循環器系評価装置では、被検診者の
指に装着された脈波センサ２１によって被検診者の指の
被検出部位を保持し、被検診者の皮膚組織を介して循環
器系の各種の情報を得ることが出来る。

【０００９】図２は脈波センサ２１の具体的な構成を示
す説明図である。図２の（ａ）は脈波センサの構成を示
し、（ｂ）は脈波センサを被験者の指に装着した状態を
示したものである。図２の（ａ）（ｂ）において、ＰＴ
は圧力センサ本体で、ＰＴＣは圧力センサのケース、Ｐ
ＴＴは力伝達子である。ＬＮは圧力センサの信号線路で
ある。ＢＮは圧力センサを介して被検出部位の厚みを保
持する付加帯で、枠板ＰＢと枠板ＰＢの両端に取り付け
られたマジックテープＭＴにより構成されている。圧力
センサ本体ＰＴはその一面が圧力センサのケースＰＴＣ
に保護され、その他面は力伝達子ＰＴＴを介して付加帯
２１の枠板ＰＢに取り付けられている。

【００１０】図２の（ｂ）において、ＦＮは被験者の指
で、ＮＬは被験者の指の爪である。脈波センサを被験者
の指に装着する場合には、図２の（ｂ）に示すように、
付加帯ＢＮを被験者の指ＦＮに脈波センサの圧力センサ
のケースＰＴＣの面があたるような状態で、巻き付け付
加帯ＢＮのマジックテープＭＴにより固定する。この結
果、検出部においてセンサを介した爪部の厚みが保持さ
れ血流による皮膚の膨張収縮が圧力センサＰＴに正確に
伝達され電気信号に変換される。このような検出原理の
ため、脈波センサは水中でも使用可能であり、水泳中や
入浴中にも使用出来る。脈波センサの圧力センサＰＴの
出力信号は信号線路ＬＮを介して計測制御部１０の内部
の演算装置に加えられている。演算装置では、圧力セン
サＰＴの信号に対して、循環器系の各種の情報を得るた
めの演算が行われる。

【００１１】図３は、２個の圧力センサを使用した脈波
センサ２１，２２の構成を示す説明図である。図３の
（ａ）、（ｂ）は異なった構成の脈波センサを被験者の
指に装着した状態を示したものである。図３の（ａ）
（ｂ）において、ＰＴ１，ＰＴ２は圧力センサ本体で、
ＰＴＣ１，ＰＴＣ２は圧力センサのケース、ＰＴＴ１，
ＰＴＴ２は力伝達子である。ＬＮ１，ＬＮ２は圧力セン
サの信号線路である。ＢＮは圧力センサを介して被検出
部位の厚みを一定に保持する付加帯で、枠板ＰＢ１，Ｐ
Ｂ２と枠板ＰＢ１の両端に取り付けられたマジックテー
プＭＴにより構成されている。

【００１２】圧力センサ本体ＰＴ１，ＰＴ２は、それぞ
れその電気端子面が圧力センサのケースＰＴＣ１，ＰＴ
Ｃ２によりに保護され、その他面は力伝達子ＰＴＴ１，
ＰＴＴ２を介して付加帯２１の枠板ＰＢ１，ＰＢ２に取
り付けられている。ＦＮは被験者の指で、ＮＬは被験者
の指の爪である。図３の実施例（ａ）と（ｂ）との相違
点は、実施例（ａ）の圧力センサのケースＰＴＣ１は、
図２の実施例と同様の圧力センサとほぼ同一の大きさの
ものを使用しているのに対して、実施例（ｂ）では圧力
センサより大きな平板状のケースを使用し、指を保持す
る範囲を広くしている点である。脈波センサを被験者の
指への装着は、図２のと同様に、付加帯ＢＮを被験者の
指ＦＮに脈波センサの圧力センサのケースＰＴＣ１，Ｐ
ＴＣ２の面があたるような状態で、巻き付け付加帯ＢＮ
のマジックテープＭＴにより固定する。

【００１３】検出部において血流による皮膚の膨張収縮
は圧力センサＰＴに正確に伝達され電気信号に変換さ
れ、信号線路ＬＮを介して計測制御部１０に伝達され
る。圧力センサのケースを実施例（ｂ）に示すように圧
力センサより大きな平板状のものにすることにより、装
着位置のずれなどがあった場合にも皮膚の膨張収縮が圧
力センサＰＴに正確に伝達される。このように脈波セン
サに、２個の圧力センサを使用することにより、２個の
圧力センサの出力信号の和（センサ同面対向の場合）、
又は、出力信号の差（センサ異面対向の場合）によって
脈波信号を得ることにより、体動等による雑音を除去す
ると同時に皮膚の膨張収縮に対しては大きく正確な信号
を得ることが出来る。この結果、運動（体動）時の心拍
周期（心拍数）、左心室駆出時間、脈波伝播スピード＝
血圧変動（正確には最低血圧変動）等を正確に計測でき
る。

【００１４】図４は、本発明の、指から身体情報を収集
する循環器系評価装置の使用状態を示した説明図であ
る。図４の例は、２個の脈波センサとマンシェツトを使
用して血圧の測定を行う場合の例を示している。図４に
おいて、ＨＮは身体情報収集する人の左手である。１０
は循環器系評価装置の計測制御部である。２１，２２は
脈波センサ、３１，３２は脈波センサ２１，２２より計
測制御部１０に測定信号を送るリード線ある。４０は血
流を抑制するマンシェツトである。身体情報収集する人
の左手ＨＮには、循環器系評価装置の計測制御部１０が
握られ、脈波センサ２１は身体情報収集する人の左手Ｈ
Ｎの人差し指の先端に装着され、又脈波センサ２２は身
体情報収集する人の左手ＨＮの親指の先端に装着されて
いる。身体情報収集する人の左手ＨＮの人差し指の付け
根の第二、三関節の間の部分にはマンシェツト４０が装
着され、人差し指のへの血流を抑制する。このようにし
て、循環器系評価装置の計測制御部１０のスイッチをＯ
Ｎにすると測定動作が開始される。

【００１５】人差し指は、その第二関節と第三門節の間
に装着された血流制限秦子のマンシェット４０により、
人差し指の先端部への血流の抑制が行われている。この
ような状態で、マンシェット４０より下流に当たる指第
一関節より末梢郡での血流制限素子通過脈波を脈波セン
サ２１により検出することにより、指における最高血
圧、最低血圧を計測することが出来る。この場合、親指
の先端に装着された脈波センサ２２は、これにより検出
された末梢部脈波と、脈波センサ２１の血流制限素子の
下流に当たる指第一関節より末梢部での血流制限素子通
過脈波との比較演算を行うことにより、最高血圧、最低
血圧の測定精度を向上させることが出来る。

【００１６】図５は、本発明の循環器系評価装置の動作
を説明するための波形図である。図５の、（１）は、脈
波センサの圧力センサＰＴの出力の圧脈波を示し、
（２）は、（１）の圧脈波を、時定数５０ｍｓｅｃ以下
の微分回路により微分した波形出力信号波形を示したも
のである。図６は、心拍周期（心拍数）、左心室駆出時
間を測定する回路の一実施例の構成を示すブロック図で
ある。図６の測定回路は計測制御部１０の中の一部であ
る。図６において、ＰＴは脈波センサの圧力センサで、
図５の（１）に示した脈波の信号を出力する。ＤＦは時
定数５０ｍｓｅｃ以下の微分増幅器で、圧力センサＰＴ
の出力信号を微分した形の図５の（２）に示すような信
号を出力する。ＬＶはレベル検出回路で、微分増幅器Ｄ
Ｆの出力が所定レベルを越えたときに、パルスを出力す
る。

【００１７】ＤＴは最小値検出器で、微分増幅器ＤＦの
出力信号の最小値を検出する毎に正極性のパルスを出力
する。ＴＭ１，ＴＭ２はタイマーで、そのスタート端子
に信号が加えられてから、ストップ端子に信号が加えら
れるまでの時間を計測しその結果を出力端子に出力す
る。ＣＮはカウンターである。カウンタＣＮは、レベル
検出回路ＬＶから出力されるパルスＡを受ける毎に異な
った極性のパルスを出力する。圧力センサＰＴの出力は
微分増幅器ＤＦに接続され、微分増幅器ＤＦの出力は、
レベル検出回路ＬＶと最小値検出器ＤＴに接続されてい
る。レベル検出回路ＬＶの出力は、タイマーＴＭ１，Ｔ
Ｍ２のスタート端子とカウンターＣＮの入力端子に接続
されている。カウンターＣＮの出力端子はタイマーＴＭ
１のストップ端子に接続されている。最小値検出器ＤＴ
の出力は、タイマーＴＭ２のストップ端子に接続されて
いる。

【００１８】次に、上述のように構成された図６の回路
の動作を説明すると次の通りである。圧力センサＰＴか
らは、図５の（１）に示すような、脈波信号が出力さ
れ、この信号が微分増幅器ＤＦにより微分され、図５の
（２）に示すような微分信号が出力される。レベル検出
回路ＬＶは、微分増幅器ＤＦの出力が所定レベルを越え
たときに、すなわち最初の大動脈弁開放の時点ａを検出
して、パルスを出力し、これをタイマーＴＭ１、ＴＭ２
のスタート端子およびカウンタＣＮの入力端子に供給す
る。これに応じて、それぞれ、心拍周期及び左心室駆出
時間の測定が間始される。最小値検出器ＤＴは、微分増
幅器ＤＦの出力信号の最小値を検出すると正極性のパル
スを出力しこれをこれをタイマーＴＭ２のストップ端子
に供給する。

【００１９】タイマーＴＭ１は、レベル検出回路ＬＶよ
りパルスを受けてから、カウンタＣＮより正極性パルス
を受けるまでの時間、すなわち脈波の心拍周期ＲＲを測
定しその値ＲＲを出力する。又、タイマーＴＭ２は、レ
ベル検出回路ＬＶよりパルスを受けてから、最小値検出
器ＤＴよりパルスを受けるまでの時間、すなわち左心室
駆出時間ＥＴを測定しその値ＥＴを出力する。このよう
にして、心拍周期ＲＲ、左心室駆出時間ＥＴを直接計測
することによって、ウィンドケッスルクラシックモデル
構成要素や循環諸指標か求められ、全身の循環器系の総
合評価が可能となる。本発明の循環器系の総合評価は個
人の本質的な体質に、時事刻々変化する体調の合成評価
であり、自己健康管理の指標としてまた、薬の作用、副
作用を調べるツールとして有効である。

【００２０】

【発明の効果】以上の説明より明らかなように、本発明
は、指第一関節より末梢部において血流による皮膚の膨
張収縮を圧力センサによって電気信号として取り出し、
得られた電気信号を時定数５０ｍｓｅｃ以下の微分器を
経由させ、又は時定数５０ｍｓｅｃ以下の微分型圧力セ
ンサの出力波形から心拍周期（心拍数）、左心室駆出時
間と共に血圧情報も指から長時間連続に計測出来る循環
器系の評価装置を提供するものである。本発明の指から
身体情報を収集する循環器系評価装置は、心拍周期と左
心室駆出時間と共に血圧情報も計測出来るので、簡単な
構成で、個人が容易に血圧情報や末梢循環情報等を得る
ことが出来る。また、脈波センサは皮膚の膨張収縮を直
接検出することから、水中での使用も可能であり、入浴
中等の血圧情報や末梢循環情報を得ることが出来る。こ
のために、本発明によれば、広く普及している血圧計と
同様な感覚で、入浴中であっても個人が簡単に指から血
圧情報や末梢循環情報等を得ることが出来る循環器系評
価装置を実現することが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の指から身体情報収集する循環器系評
価装置の構成を示す説明図である。

【図２】 脈波センサの構成を示す説明図である。

【図３】 ２個の圧力センサを使用した脈波センサの構
成を示す説明図である。

【図４】 本発明の指から身体情報収集する循環器系評
価装置の使用状態を示した説明図である。

【図５】 本発明の循環器系評価装置の動作を説明する
ための波形図である。

【図６】 心拍周期（心拍数）、左心室駆出時間を測定
する回路の一実施例の構成を示すフロック図である。

【符号の説明】

１０・・・循環器系評価装置の計測制御部， ２
１，２２・・・脈波センサ， ３１，３２・・・脈
波センサ２１，２２より計測制御部１０に測定信号を送
るリード線， ＰＴ，ＰＴ１，ＰＴ２・・・圧力セ
ンサ本体， ＰＴＣ，ＰＴＣ１，ＰＴＣ２・・・圧
力センサのケース， ＰＴＴ，ＰＴＴ１，ＰＴＴ２
・・・力伝達子， ＬＮ，ＬＮ１，ＬＮ２・・・圧
力センサの信号線路， ＢＮ・・・圧力センサを被
検出部位に抑圧する付加帯， ＦＮ・・・被験者の
指， ＮＬ・・・被験者の指の爪， ＰＢ，Ｐ
Ｂ１，ＰＢ２・・・枠板， ＭＴ・・・マジックテ
ープ， ＤＳ・・・表示部， ＬＮ・・・信号
線路， ＨＮ・・・身体情報収集する人の左手，４
０・・・マンシェツト， ＰＴ・・・圧力センサ，
ＤＦ・・・微分増幅器， ＬＶ・・・レベル検出回
路， ＴＭ１、ＴＭ２・・・タイマー， ＣＮ
・・・カウンター， ＤＴ・・・最小値検出器

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】被検診者の指に装着され指の爪部とその対
   称位置で圧力センサを介してこれらの厚み（高さ）を一
   定に保持する構造を有し被検出部位を一定に抑圧する脈
   波センサ、被検診者の指第一関節より末梢部において血
   流による皮膚の膨張収縮を前記脈波センサの圧力センサ
   により電気信号として得る手段、前記圧力センサの電気
   信号を時定数５０ｍｓｅｃ以下の微分器を経由させて、
   又は時定数５０ｍｓｅｃ以下の微分型圧力センサの出力
   波形から心拍周期（心拍数）、左心室駆出時間を得る手
   段、よりなる指から身体情報を収集する循環器系評価装
   置。
2. 【請求項２】被検診者の指に装着され指の爪部とその対
   称位置で圧力センサを介してこれらの厚み（高さ）を一
   定に保持する構造を有し被検出部位を一定に抑圧して末
   梢部からの脈波検出を上下２個の圧力センサによって行
   う脈波センサ、被検診者の指第一関節より末梢部におい
   て血流による皮膚の膨張収縮を前記脈波センサの２個の
   圧力センサによりによって電気信号として得る手段、前
   記圧力センサの電気信号を時定数５０ｍｓｅｃ以下の微
   分器を経由させ、又は時定数５０ｍｓｅｃ以下の微分型
   圧力センサの出力波形から心拍周期（心拍数）、左心室
   駆出時間等の身体情報を得る手段、よりなる指から身体
   情報を収集する循環器系評価装置。
3. 【請求項３】被検診者の手の指に装着され指の爪部とそ
   の対称位置で圧力センサを介してこれらの厚み（高さ）
   を一定に保持する構造を有し被検出部位を一定に抑圧す
   る脈波センサ、被検診者の手の１本の指の第一関節と第
   三関節の間に設けたマンシェットなどの血流制限素子に
   よる血流制限手段、該血流制限手段の血流制限素子より
   下流に当たる指第一関節より末梢郡での血流制限素子通
   過脈波を前記脈波センサの圧力センサにより検出し電気
   信号を得る手段、前記圧力センサの電気信号を時定数５
   ０ｍｓｅｃ以下の微分器を経由させ、又は時定数５０ｍ
   ｓｅｃ以下の微分型圧力センサの出力波形から指におけ
   る最高血圧、最低血圧、心拍数、左心室駆出時間を計測
   する手段、よりなる指から身体情報を収集する循環器系
   評価装置。
4. 【請求項４】被検診者の手の指に装着され指の爪部とそ
   の対称位置で圧力センサを介してこれらの厚み（高さ）
   を一定に保持する構造を有し被検出部位を一定に抑圧す
   る脈波センサ、前記脈波センサを２本以上の指に設け、
   その１本の指にマンシェットなどの血流制限素子を設け
   て血流制限素子の下流に当たる指第一関節より末梢部で
   の血流制限素子を通過した末梢部脈波を検出する手段、
   血流制限素子を設けていない他の指の脈波センサにより
   指第一関節より末梢部での末梢部脈波を検出する手段、
   血流制限素子を通過した末梢部脈波と血流制限素子を設
   けていない他の指の末梢部脈波との比較演算から指にお
   ける最高血圧、最低血圧を計測する手段、よりなる指か
   ら身体情報を収集する循環器系評価装置。
5. 【請求項５】被検診者の手の指に装着され指の爪部とそ
   の対称位置で圧力センサを介してこれらの厚み（高さ）
   を一定に保持する構造を有し被検出部位を一定に抑圧す
   る脈波センサ、被検診者の手の指の指第一関節より末梢
   部における血流による皮膚の膨張収縮を前記脈波センサ
   の圧力センサによって電気信号を得る手段、前記圧力セ
   ンサの電気信号を時定数５０ｍｓｅｃ以下の微分器を経
   由させ、又は時定数５０ｍｓｅｃ以下の微分型圧力セン
   サの出力波形から心拍周期（心拍数）、左心室駆出時間
   を得る手段、前記の情報に心臓の電気興奮の検出を併用
   して脈波伝播スピードを得ることにより、長時間連続に
   血圧変動（正確には最低血圧変動）をモニタするように
   した指から身体情報を収集する循環器系評価装置。