JP2004000422A - 波形解析機能付き血圧測定装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】脈波検出圧力維持手段50bにより、血圧測定のためのカフ12による圧迫に先立って、カフ12の圧力を予め設定された脈波検出圧力値に維持し、その状態で、カフ脈波採取手段53により、振幅増加指数AIを算出するためのカフ脈波信号SMを採取する。このようにすると、カフ12により圧迫される部位の血流量、血管径、皮膚および皮下組織の状態が安定した状態でカフ脈波が採取されるので、再現性の良い正確なカフ脈波が得られる。そのため、そのカフ脈波から算出される振幅増加指数AIの精度が向上する。
【選択図】 図2
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、生体に装着されたカフに発生するカフ脈波の形状を解析する波形解析機能を備えた血圧測定装置に関するものである。なお、本明細書では、波形解析とは、波形の全体的な形状を解析する場合だけでなく、ピーク、立ち上がり点などの波形の一点を決定する場合も含むものとする。
【0002】
【従来の技術】
血圧の測定は、生体の一部を圧迫するために、たとえば上腕などの生体の一部にカフを装着し、そのカフの圧迫圧力を徐速変化させ、その過程でそのカフから採取されるカフ脈波の振幅の変化あるいはコロトコフ音の発生などを検出することにより行われる。
【0003】
また、血圧測定に付随して、上記カフから採取されるカフ脈波の形状を解析して、振幅増加指数や生体内を脈波が伝播する速度に関連する脈波伝播速度情報などの血圧以外の生体情報を得ることがある。たとえば、特許文献1には、カフ脈波を用いて脈波伝播速度PWVを測定する機能を備えた自動血圧測定装置が記載されている。
【0004】
【特許文献1】
特開平9−140679号公報
【0005】
AI(=Augmentation Index) として一般的に知られている振幅増加指数を算出するためには、たとえば、まず、カフ脈波の形状を解析して、そのカフ脈波を構成する進行波成分および反射波成分のピークをそれぞれ決定する。そして、進行波成分のピーク発生時におけるカフ脈波の大きさと、反射波成分のピーク発生時におけるカフ脈波の大きさとの差を、カフ脈波の脈圧で割ることにより振幅増加指数を算出する。また、脈波伝播速度情報である脈波伝播速度を算出するためには、まず、カフ脈波の形状を解析して、そのカフ脈波の周期的に発生する所定部位、たとえば立ち上がり点、ピーク、ノッチなどを決定する。そして、生体の他の部位で検出された心拍同期信号についても周期的に繰り返す所定部位を決定し、カフ脈波の所定部位の検出時間と上記心拍同期信号の所定部位の検出時間との検出時間差を算出する。そして、カフ装着部位と上記心拍同期信号の検出部位との間の伝播距離を上記検出時間差で割ることにより脈波伝播速度を算出する。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
このように、血圧測定のために装着されるカフを利用し、カフから採取されるカフ脈波の形状を解析して振幅増加指数や脈波伝播速度情報を決定すれば、生体に装着するセンサの個数を減らすことができる利点があるが、カフから採取されるカフ脈波は、再現性が比較的低く、不安定な場合があった。そのため、カフ脈波の形状を解析することにより決定した生体情報は、その精度が十分ではなかった。
【0007】
本発明は以上の事情を背景としてなされたものであって、その目的とするところは、血圧値に加えて、振幅増加指数や脈波伝播速度情報などの生体情報を得るためにカフ脈波を解析する波形解析機能付き血圧測定装置において、正確な形状のカフ脈波を得ることにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記の事情を背景として種々検討を重ねた結果、以下の知見を見いだした。すなわち、従来は、血圧測定のためにもカフ脈波を採取することから、その血圧測定中に採取されるカフ脈波を利用して脈波伝播速度などの生体情報を測定することが多く、前述の特許文献1でも、カフの圧迫圧力が、一旦、最高血圧値以上の高い圧力まで昇圧させられた後の徐速降圧過程で得られるカフ脈波を用いて脈波伝播速度PWVが算出されている。しかし、血圧測定のためにカフ装着部位を高い圧力で圧迫すると、止血による充血および静脈還流停止や、止血後の圧迫圧力解放による血流の急激な増加に伴う血管拡張反応が生じるので、血圧測定中あるいは血圧測定直後は、血流量や血管径が一定ではない状態となり、また、血圧測定により、カフ装着部位の皮膚および皮下組織は一旦薄くさせられた後その厚みが回復するため、血圧測定が終了しても、しばらくの間は皮膚および皮下組織の厚みは一定しない。これら、血流量、血管径、皮膚および皮下組織の厚みがカフ脈波の形状に影響する結果、血圧測定中および血圧測定終了直後は、カフ脈波の再現性が低下することを見いだした。本発明は、かかる知見に基づいてなされたものである。
【0009】
【課題を解決するための第1の手段】
すなわち、前記目的を達成するための第1発明の要旨とするところは、生体の一部を圧迫するためにその生体の一部に装着されるカフと、そのカフから採取されるカフ脈波の形状を解析する波形解析手段とを備えた波形解析機能付き血圧測定装置であって、血圧測定のためのカフによる圧迫に先立って、前記波形解析手段による波形解析のためのカフ脈波の採取を実行するカフ脈波採取手段を、含むことにある。
【0010】
【第1発明の効果】
このようにすれば、カフ脈波採取手段によって、血圧測定のためのカフによる圧迫に先立って、波形解析のためのカフ脈波が採取されることから、そのカフにより圧迫される部位の血流量、血管径、皮膚、および皮下組織の状態が安定した状態でカフ脈波が採取されるので、再現性の良い正確なカフ脈波が得られる。
【0011】
【第1発明の他の態様】
ここで、カフ脈波の採取が血圧測定のためのカフによる圧迫に先立つ時間は、その長短はいずれであってもよいが、血圧測定完了までの期間を可及的に短縮するために、たとえば数秒以内であることが望ましい。
【0012】
また、好ましくは、第1発明の血圧測定装置には、前記血圧測定のためのカフによる圧迫に先立って、前記カフの圧力を予め設定された脈波検出圧力値に維持する脈波検出圧力維持手段が設けられ、前記カフ脈波採取手段は、その脈波検出圧力維持手段により前記カフの圧力が予め設定された脈波検出圧力値に維持された状態で、そのカフに発生する圧力振動であるカフ脈波を採取するものである。このようにすれば、カフの圧力が脈波検出圧力値に維持された状態でそのカフの圧力振動であるカフ脈波が採取されるので、そのカフ脈波はカフ圧の変化の影響による歪みもない。
【0013】
また、好ましくは、上記脈波検出圧力値としては、被測定者の最低血圧値よりも低い値、たとえば40乃至60mmHgの範囲内で設定された値が用いられる。脈波検出圧力値が最低血圧値よりも低い値とされると、カフの張力による歪みのないカフ脈波が得られる。しかし、被測定者の最低血圧値には個人差があることから、被測定者の最低血圧値によっては、予め設定されている前記脈波検出圧力値が不適切であり、その結果、カフ脈波採取手段により採取されるカフ脈波に歪みが生じる場合がある。
【0014】
そこで、さらに好ましくは、上記血圧測定装置は、前記カフを用いた血圧測定により得られた最低血圧値との比較に基づいて、予め設定されている前記脈波検出圧力値の適否を判定する脈波検出圧力判定手段と、その脈波検出圧力判定手段により前記脈波検出圧力値が不適切であると判定された場合には、血圧測定のための前記カフによる圧迫終了後、カフ装着部位の生体組織が圧迫される前の状態に復帰する時間として予め設定された所定時間経過後に、前記カフの圧力を、前記カフを用いた血圧測定により得られた最低血圧値に基づいて決定される第2脈波検出圧力値に維持する第2脈波検出圧力維持手段とをさらに備え、前記カフ脈波採取手段は、その第2脈波検出圧力維持手段により前記カフの圧力が前記第2脈波検出圧力値に維持された状態で、前記波形解析手段による波形解析のためのカフ脈波の採取を再度実行する。このようにすれば、脈波検出圧力判定手段により脈波検出圧力値が不適切であると判定された場合には、カフの圧力が、実際に測定された最低血圧値に基づいて決定される適切な第2脈波検出圧力値とされている状態で、再度、波形解析のためのカフ脈波が採取されるので、波形解析手段では、より歪みの少ないカフ脈波を用いて波形解析をすることができる。また、後述する第2発明のように、常に血圧測定後に波形解析用のカフ脈波を採取する場合に比較して、平均的な測定時間が短くなる利点もある。
【0015】
【課題を解決するための第2の手段】
また、前記目的を達成するための第2発明の要旨とするところは、生体の一部を圧迫するためにその生体の一部に装着されるカフと、そのカフから採取されるカフ脈波の形状を解析する波形解析手段とを備えた波形解析機能付き血圧測定装置であって、血圧測定のための前記カフによる圧迫終了後、カフ装着部位の生体組織が圧迫される前の状態に復帰する時間として予め設定された所定時間経過後に、前記波形解析手段による波形解析のためのカフ脈波の採取を実行するカフ脈波採取手段を、含むことにある。
【0016】
【第2発明の効果】
このようにすれば、カフ脈波採取手段によって、血圧測定のためのカフによる圧迫終了後、さらにカフ装着部位の生体組織が圧迫される前の状態に復帰した後に、波形解析のためのカフ脈波が採取されることから、そのカフにより圧迫される部位の血流量、血管径、皮膚、および皮下組織の状態が安定した状態でカフ脈波が採取されるので、再現性の良い正確なカフ脈波が得られる。
【0017】
【第2発明の他の態様】
第2発明の血圧測定装置においても、第1発明と同様に、カフ脈波採取手段によりカフ脈波が採取される際のカフの圧力は予め設定されていてもよいが、第2発明の血圧測定装置は、血圧測定のためのカフによる圧迫終了後にカフ脈波の採取を実行するので、血圧測定により得られた最低血圧値に基づいて脈波検出圧を決定し、カフの圧力がその脈波検出圧に維持されている状態でカフ脈波を採取することが好ましい。
【0018】
【第1発明および第2発明の他の態様】
前記波形解析手段は、たとえば、前記カフ脈波の形状から振幅増加指数を決定するもの、あるいは、生体内を脈波が伝播する速度に関連する脈波伝播速度情報を決定するために、前記カフ脈波の形状から所定の特徴点を決定するものである。
【0019】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図1は、本発明が適用され、波形解析機能として振幅増加指数測定機能を有する血圧測定装置10の回路構成を示すブロック図である。なお、この血圧測定装置10は動脈硬化検査装置として用いることができる。
【0020】
図1において、カフ12はゴム製袋を布製帯状袋内に有し、上腕部14に巻回される。カフ12には、圧力センサ16、調圧弁18が配管20を介してそれぞれ接続されている。また、調圧弁18には、配管22を介して空気ポンプ24が接続されている。調圧弁18は、空気ポンプ24により発生させられた圧力の高い空気を調圧してカフ12内へ供給し、あるいは、カフ12内の空気を排気することにより、カフ12内の圧力を調圧する。
【0021】
圧力センサ16は、カフ12内の圧力を検出してその圧力を表す圧力信号SPを静圧弁別回路26および脈波弁別回路(すなわち脈波弁別装置)28にそれぞれ供給する。静圧弁別回路26はローパスフィルタを備えており、圧力信号SPに含まれる定常的な圧力すなわちカフ12の圧迫圧力(以下、この圧力をカフ圧Pcという)を表すカフ圧信号SCを弁別してそのカフ圧信号SCをA/D変換器30を介して電子制御装置32へ供給する。脈波弁別回路28はたとえば1乃至30 Hz程度の信号通過帯域を有するバンドパスフィルタを備えており、圧力信号SPの振動成分であるカフ脈波信号SMを弁別してそのカフ脈波信号SMをA/D変換器34を介して電子制御装置32へ供給する。上記カフ脈波信号SMは、被測定者の動脈からカフ12に伝達される圧力振動であることからカフ脈波を表しており、また、その動脈は上腕動脈であることから、カフ脈波は上腕脈波を表している。
【0022】
電子制御装置32は、CPU36、ROM38、RAM40、および図示しないI/Oポート等を備えた所謂マイクロコンピュータにて構成されており、CPU36は、ROM38に予め記憶されたプログラムに従ってRAM40の記憶機能を利用しつつ信号処理を実行することにより、I/Oポートから駆動信号を出力して空気ポンプ24および調圧弁18を制御する。CPU36は、その空気ポンプ24および調圧弁18を制御することによりカフ圧Pcを制御する。また、CPU36は、図2に詳しく示す機能を実行することにより振幅増加指数AIを算出し、さらに、表示器42の表示内容を制御する。
【0023】
図2は、血圧測定装置10における電子制御装置32の制御機能の要部を説明する機能ブロック線図である。
【0024】
カフ圧制御手段50は、静圧弁別回路26から供給されるカフ圧信号SCに基づいて調圧弁18および空気ポンプ24を制御して、カフ圧Pcを制御する。従って、静圧弁別回路26、調圧弁18、空気ポンプ24およびカフ圧制御手段50によりカフ圧制御装置が構成される。カフ圧制御手段50は、血圧測定のためにカフ12が巻回された上腕14を脈波検出圧力値よりも十分に高い圧力たとえば被測定者の最高血圧値BPSYSよりも高い値で予め圧迫させるための血圧測定用圧迫手段50aと、その血圧測定用圧迫手段50aによる血圧測定のための圧迫に先立って、振幅増加指数AIの測定のためのカフ脈波信号SMを採取するために、たとえば被測定者の最低血圧値BPDIAよりも低い圧力に設定された脈波検出圧力値にカフ12の圧力を維持させる脈波検出圧力維持手段50bとを備え、カフ脈波採取のために、カフ圧Pcを1拍分以上の間、被測定者の最低血圧値BPDIAよりも低い値に予め設定された脈波検出圧力値に維持し、次いで、その脈波検出圧力値から、上腕部14における最高血圧値BPSYSよりも高い値に予め設定された昇圧目標圧力値(たとえば180mmHg)までカフ圧Pcを急速に昇圧し、その後、2〜3mmHg/secに設定された徐速降圧速度でカフ圧Pcを徐速降圧させ、そして後述する血圧値決定手段52により最低血圧値BPDIAが決定された後にカフ圧Pcを排圧する。
【0025】
ここで、上記脈波検出圧力値は、カフ圧Pcが最低血圧値BPDIAよりも高いと脈波弁別回路28によって弁別されるカフ脈波に歪みが生じ、特に、平均血圧値BPMEANよりも高くなるとカフ脈波の歪みが大きくなって、正確な振幅増加指数AIを算出することが困難になることから、平均血圧値BPMEANよりも低い値、好ましくは最低血圧値BPDIAよりも低い値であるが、カフ圧Pcが低すぎても弁別されるカフ脈波が小さくなりすぎて正確な振幅増加指数AIを算出することが困難になるので、脈波検出圧力値は、カフ脈波の大きさが十分な大きさとなる程度に高い値、たとえば40乃至60mmHg程度に設定される。
【0026】
血圧値決定手段52は、カフ圧制御手段50によりカフ圧Pcが徐速降圧させられる過程において、順次採取されるカフ脈波信号SMが表すカフ脈波の振幅の変化および順次採取されるカフ圧信号SCに基づき、良く知られたオシロメトリック法を用いて最高血圧値BPSYS、最低血圧値BPDIA、および平均血圧値BPMEANを決定し、その決定した最高血圧値BPSYS等を表示器42に表示させる。
【0027】
カフ脈波採取手段53は、上記血圧測定のためのカフ12による圧迫すなわち前記血圧測定用圧迫手段50aによる圧迫に先立って、前記脈波検出圧力維持手段50bによりカフ圧Pcが脈波検出圧力値に維持されている状態で、振幅増加指数AIを算出するためのカフ脈波信号SMを少なくとも1拍分採取する。
【0028】
波形解析手段として機能するピーク発生点決定手段54は、上記カフ脈波採取手段53により脈波検出圧力値に維持されているカフ12から検出されたカフ脈波信号SMに対して4次微分(4回微分)処理し、得られた4次微分波形に基づいてすなわちその4次微分波形の零交差(零クロス)点に基づいて、カフ脈波信号SMに含まれる進行波成分のピーク点Pおよびその発生時点tPと反射波成分のピーク点Rおよびその発生時点tRとを決定する。図3および図4には、異なる形状のカフ脈波信号SMとその4次微分波形とが同時相でそれぞれ示されており、進行波成分のピーク点Pおよびその発生時点tPと反射波成分のピーク点Rおよびその発生時点tRとが示されている。
【0029】
たとえば、上記ピーク発生点決定手段54は、カフ脈波採取手段53により採取されたカフ脈波の基準点すなわち立上り点t1およびノッチ点t6を、カフ脈波の波形に基づいて決定する基準点決定手段56と、その立上り点t1を基準としてそれから所定時間後に開始あるいは終了されるt2時点からt3時点までの立上りウインドウ(時間ゲート)W1を設定するとともに、上記ノッチ点t6を基準としてその所定時間前から開始あるいは終了されるt4時点からt5時点までのノッチウインドウ(時間ゲート)W2を設定するウインドウ設定手段58と、カフ脈波採取手段53により採取されたカフ脈波を4回微分演算する4次微分処理を実行する4次微分処理手段60と、その4次微分処理手段60により処理された4次微分波形のうち上記立上りウインドウW1およびノッチウインドウW2内の4次微分波形の零交差(零クロス)点に基づいて、そのカフ脈波に含まれる進行波成分のピーク点Pおよびその発生時点ピーク点Pと反射波成分のピーク点Rおよびその発生時点tRとを決定する進行波反射波ピーク決定手段62とを備えている。上記基準点決定手段56では、たとえばカフ脈波の最小点と最大点との間の振幅の所定割合たとえば1/10の高さ位置だけ極小点から立ち上がった場所が立上り点t1として決定され、最大点以後における最初の極小点あるいは変曲点がノッチ点t6として決定される。また、上記進行波反射波ピーク決定手段62では、上記立上りウインドウW1内における4次微分波形の零交差のうち立上りウインドウW1の開始点から予め設定された順位たとえば最初の上から下へ向かう零交差点が進行波成分のピーク発生時点tPとして決定され、上記ノッチウインドウW2内における4次微分波形の零交差のうちのノッチウインドウW2の開始点から予め設定された順位たとえば最初の下から上へ向かう零交差点が反射波成分のピーク発生時点tRとして決定される。上記ウインドウ設定手段58において用いられている、立上り点t1から立上りウインドウW1の開始点あるいは終了点までの所定時間、およびノッチ点t6からノッチウインドウW2の開始点あるいは終了点までの所定時間は、そのように予め実験的に求められた値である。
【0030】
波形解析手段として機能する振幅増加指数算出手段66は、まず、カフ脈波採取手段53により採取されたカフ脈波の最大値および最小値を決定し、そして、その最大値と最小値との差である脈圧(最大振幅)PPを決定する。さらに、反射波成分のピーク発生時点tRにおけるカフ脈波信号SMの大きさbから進行波成分のピーク発生時点tPにおけるカフ脈波信号SMの大きさaを引いた差分値ΔP(=b−a)および脈圧PPから、式1に示す関係を用いて振幅増加指数AIを算出し、算出した振幅増加指数AIを表示器42に表示させる。
【0031】
AI=(ΔP/PP)×100 (%) ・・・(式1)
【0032】
図5は、図2の機能ブロック線図に示したCPU36の制御作動をさらに具体的に説明するフローチャートであり、図6は、図5の進行波および反射波のピーク発生点決定作動を説明するサブルーチンを示す図である。
【0033】
図5において、図示しない測定起動操作が行われると、前記脈波検出圧力維持手段50bに対応するステップ(以下、ステップを省略する)S1において、空気ポンプ24が起動されるとともに調圧弁18が制御されることにより、上腕14に巻回されたカフ12の圧力が前記脈波検出圧力値に維持される。次いで、前記カフ脈波採取手段53に対応するS2では、カフ脈波信号SMが少なくとも1拍分読み込まれた後、前記ピーク発生点決定手段54に対応するS3において、たとえば図6に示すピーク発生点決定ルーチンが実行される。
【0034】
図6において、前記基準点決定手段56に対応するSA1では、脈波検出圧力値に維持されているカフ12から検出されるカフ脈波信号SMの基準点すなわち立上り点t1およびノッチ点t6が、カフ脈波の波形に基づいて決定される。たとえば、カフ脈波信号SMの最小点と最大点との間の振幅の所定割合たとえば1/10の高さ位置だけ極小点から立ち上がった場所が立上り点t1として決定され、最大点以後における最初の極小点あるいは変曲点がノッチ点t6として決定される。次いで、前記ウインドウ設定手段58に対応するSA2では、上記の立上り点t1を基準としてそれから所定時間後に開始されるt2時点からt3時点までの立上りウインドウ(時間ゲート)W1が設定されるとともに、上記ノッチ点t6を基準としてその所定時間前から開始されるt4時点からt5時点までのノッチウインドウ(時間ゲート)W2が設定される。続いて、前記4次微分処理手段60に対応するSA3では、前記脈波検出圧力値に維持されているカフ12から検出されるカフ脈波信号SMが4次微分処理される。そして、前記進行波反射波ピーク決定手段62に対応するSA4では、上記SA3により処理された4次微分波形のうち上記立上りウインドウW1およびノッチウインドウW2内の4次微分波形の零交差(零クロス)点に基づいて、カフ脈波信号SMに含まれる進行波成分のピーク点Pおよびその発生時点tPと反射波成分のピーク点Rおよびその発生時点tRとが決定される。
【0035】
図5に戻って、上記のようにしてカフ脈波信号SMに含まれる進行波成分のピーク点Pおよびその発生時点tPと反射波成分のピーク点Rおよびその発生時点tRとが決定されると、前記振幅増加指数算出手段66に対応するS4において、前記脈波検出圧力値に維持されているカフ12から検出されるカフ脈波信号SMの脈圧(最大振幅)PPが決定され、次いで、反射波成分のピーク発生時点tRにおけるカフ脈波信号SMの大きさbから進行波成分のピーク発生時点tPにおけるカフ脈波信号SMの大きさaを引いた差分値ΔP=(b−a)が算出され、その差分値ΔPおよび脈圧PPから、前記式1に示す関係を用いて振幅増加指数AIが算出され、表示器42に表示される。
【0036】
上記のようにして振幅増加指数AIが求められた後には、血圧測定のためのステップS5乃至S11が実行される。すなわち、S5では、血圧測定のために、上記脈波検出圧力値から、上腕部14における最高血圧値BPSYSよりも高い値に予め設定された昇圧目標圧力値Pcm(たとえば180mmHg)まで、カフ圧Pcを急速に昇圧させる急速昇圧が開始される。次いで、S6では、カフ圧Pcが上記昇圧目標圧力値Pcmを超えたか否かが判断される。このS6の判断が否定されるうちは、そのS6の判断が繰り返し実行されることにより待機させられてカフ圧Pcの急速昇圧が継続される。しかし、カフ圧Pcが昇圧目標圧力値Pcmを超えると、上記S6の判断が肯定されるので、S7において、空気ポンプ24が停止させられるとともに調圧弁18が制御されることにより、カフ圧Pcがたとえば3乃至5mmHg/sec程度に設定された速度で徐速降圧させられる。上記S5乃至S7は、前記血圧測定用圧迫手段50aに対応している。
【0037】
続くS8では、脈波弁別回路28から供給されるカフ脈波信号SMおよびカフ圧信号SCが1拍分読み込まれた後、前記血圧値決定手段52に対応するS9では、カフ圧Pcの徐速降圧過程で上記S5において逐次得られるカフ脈波の振幅の変化およびその振幅発生時のカフ圧Pcに基づいて、良く知られたオシロメトリック方式の血圧測定アルゴリズムに従って最高血圧値BPSYS、平均血圧値BPMEAN、および最低血圧値BPDIAが決定される。続くS10では、上記S5においてすべての血圧値BPの決定が完了したか否かが判断される。このS10の判断が否定されるうちは、前記S8以下が繰り返し実行されて血圧測定作動が継続されるが、肯定されると、S11において、S9で決定された最高血圧値BPSYS、平均血圧値BPM EAN、最低血圧値BPDIAが表示器42に表示される。そして、S12において、カフ圧Pcが大気圧まで排圧される。
【0038】
上述のように、本実施例によれば、カフ脈波採取手段53(S2)によって、血圧測定のためのカフ12による圧迫に先立って、振幅増加指数AIを算出するためのカフ脈波信号SMが採取されることから、そのカフ12により圧迫される部位の血流量、血管径、皮膚および皮下組織の状態が安定した状態でカフ脈波が採取されるので、再現性の良い正確なカフ脈波が得られる。そのため、そのカフ脈波から算出される振幅増加指数AIの精度が向上する。
【0039】
また、本実施例によれば、血圧測定のためのカフ12による圧迫に先立って、前記カフの圧力を予め設定された脈波検出圧力値に維持する脈波検出圧力維持手段50b(S1)が設けられ、カフ脈波採取手段53(S2)は、その脈波検出圧力維持手段50b(S1)によりカフ12の圧力が予め設定された脈波検出圧力値に維持された状態で、そのカフ12に発生する圧力振動であるカフ脈波信号SMを採取するものであるので、そのカフ脈波はカフ圧Pcの変化の影響による歪みもない。そのため、そのカフ脈波から算出される振幅増加指数AIは特に精度がよい。
【0040】
また、本実施例によれば、脈波検出圧力維持手段50bにより維持される脈波検出圧力値としては、被測定者の最低血圧値よりも低い値、たとえば40乃至60mmHgの範囲内で設定された値が用いられることから、カフ12の張力の影響による歪みのないカフ脈波信号SMが得られる。そのため一層正確な振幅増加指数AIが得られる。
【0041】
また、本実施例によれば、血圧測定のために、前記カフの圧迫圧力を前記カフが装着されている部位の最高血圧BPSYSより高い圧力から最低血圧BPDIAより低い圧力まで徐速降圧させる徐速降圧過程を含む血圧測定制御を実行する血圧測定用圧迫手段50aは、振幅増加指数測定用のカフ脈波を採取するための脈波検出圧力維持手段50bによるカフ圧制御から連続して実行されるので、血圧測定と同時に振幅増加指数AIが得られる利点がある。
【0042】
また、本実施例によれば、振幅増加指数算出機能を備えた血圧測定装置10は動脈硬化検査装置として用いることができる。この場合の動脈硬化検査装置は、前記振幅増加指数算出手段66により算出された振幅増加指数AIに基づいて生体の動脈硬化が検査される。
【0043】
また、本実施例によれば、ピーク発生点決定手段54(S3)によって、4次微分処理手段60(SA3)により算出されたカフ脈波信号SMの4次微分波形に基づいてそのカフ脈波信号SMに含まれる進行波成分のピーク発生点Pとそのカフ脈波信号SMに含まれる反射波成分のピーク発生点Rとが決定され、振幅増加指数算出手段66(S4)によって、そのピーク発生点決定手段54により決定された進行波成分のピーク発生点Pのカフ脈波の振幅とそのピーク発生点決定手段により決定された反射波成分のピーク発生点Rのカフ脈波の振幅との差ΔPの脈圧PPに対する割合を示す振幅増加指数AIが正確に算出される。
【0044】
また、本実施例によれば、カフ脈波信号SMの立上り点を決定する基準点決定手段56(SA1)と、その基準点決定手段56により決定されたカフ脈波信号SMの立上り点を基準とする立上りウインドウW1を設定するウインドウ設定手段58(SA2)とが設けられ、前記ピーク発生点決定手段54は、その立上りウインドウW1内における前記4次微分波形の零交差点に基づいて進行波成分のピーク発生点Pを決定するものであるので、なだらかな波形のピーク検出処理に比較して、進行波成分のピーク発生点Pおよびそれから求められる振幅増加指数AIが正確に算出される。
【0045】
また、本実施例によれば、上記ピーク発生点決定手段54は、前記立上りウインドウW1内における4次微分波形の零交差点のうちその立上りウインドウW1の開始点または終了点から予め設定された向きおよび順位の零交差点を前記進行波成分のピーク発生点Pとして決定するものであるので、進行波成分のピーク発生点Pおよびそれから求められる振幅増加指数AIが一層正確に算出される。
【0046】
また、本実施例によれば、カフ脈波信号SMのノッチ発生点を決定する基準点決定手段56(SA1)と、その基準点決定手段56により決定されたカフ脈波信号SMのノッチ発生点を基準とするノッチウインドウW2を設定するウインドウ設定手段58(SA2)とが設けられ、前記ピーク発生点決定手段54は、そのノッチウインドウW2内における4次微分波形の零交差点に基づいて反射波成分のピーク発生点Rを決定するものであるので、なだらかな波形のピーク検出処理に比較して、反射波成分のピーク発生点Rおよびそれから求められる振幅増加指数AIが正確に算出される。
【0047】
また、本実施例によれば、上記ピーク発生点決定手段54は、前記ノッチウインドウW2内における4次微分波形の零交差点のうちそのノッチウインドウW2の開始点または終了点から予め設定された交差方向および順位の零交差点を反射波成分のピーク発生点Rとして決定するものであるので、なだらかな波形のピーク検出処理に比較して、反射波成分のピーク発生点Rおよびそれから求められる振幅増加指数AIが正確に算出される。
【0048】
次に、本発明の他の実施例について説明する。なお、以下の説明において、前述の実施例と同一の構成を有する部分には、同一の符号を付して説明を省略する。
【0049】
図7は、本発明が適用され、波形解析機能として脈波伝播速度PWVを算出するための波形特徴点決定機能を有する血圧測定装置70の回路構成を示すブロック図である。この血圧測定装置70が前述の血圧測定装置10と異なるのは、心音マイク72、心音信号増幅器74、入力装置76が備えられていること、および電子制御装置32の制御機能のみである。
【0050】
心音マイク72は、被測定者の図示しない胸部上に図示しない粘着テープ等により固定される。心音マイク72は、心拍同期信号である心音を検出する心拍同期信号検出装置であり、心音マイク72の図示しない内部に備えられている圧電素子において、被測定者の心臓から発生する心音等を電気信号すなわち心音信号SHに変換する。心音信号増幅器74には、心音の高音成分を良く記録するためにエネルギーの大きい低音成分を弱める図示しない4種類のフィルタが備えられており、心音信号増幅器74は、心音マイク72から供給される心音信号SHを増幅し且つろ波した後に、図示しないA/D変換器を介して電子制御装置32へ出力する。
【0051】
入力装置76は、被測定者の身長Tが入力されるための図示しない複数の入力キーを備えており、入力された被測定者の身長Tを表す身長信号STを電子制御装置32へ供給する。
【0052】
図8は、血圧測定装置70におけるCPU36の制御機能の要部を説明する機能ブロック線図である。
【0053】
脈波検出圧力判定手段80は、血圧値決定手段52により決定された最低血圧値BPDIAと、予め設定されている脈波検出圧力値とを比較することにより、その脈波検出圧力値が正確にカフ脈波を検出できる適切な圧力値となっているか否かを判定する。前述のように、脈波検出圧力値が最低血圧値BPDIAに比較して高すぎるとカフ脈波の歪みが大きくなってしまい、逆に、脈波検出圧力値が最低血圧値BPDIAに比較して低すぎるとカフ脈波信号SMが小さくなりすぎる。従って、脈波検出圧力判定手段80は、予め設定されている脈波検出圧力値が血圧値決定手段52により決定された最低血圧値BPDIAに比較して高すぎる場合または低すぎる場合には、その脈波検出圧力値が不適切であると判定する。脈波検出圧力値と最低血圧値BPDIAとの比較は、たとえば、最低血圧値BPDIAと脈波検出圧力値との圧力差を算出し、その圧力差が予め実験に基づいて設定された所定範囲内であるか否かにより行う。
【0054】
カフ圧制御手段82は、前述のカフ圧制御手段50と同じ血圧測定用圧迫手段50aおよび脈波検出圧力維持手段50bを含み、さらに、第2脈波検出圧力維持手段84を含んでいる。
【0055】
第2脈波検出圧力維持手段84は、脈波検出圧力判定手段80により、予め設定された脈波検出圧力値が不適切であると判定された場合に、血圧値決定手段52により決定された最低血圧値BPDIAに基づいて新たな脈波検出圧力値である第2脈波検出圧力値を決定し、血圧測定用圧迫手段50aによるカフ圧Pcの制御が終了してから、カフ装着部位の生体組織が圧迫される前の状態に復帰する時間として予め設定された復帰時間Tr経過後に、カフ圧Pcを第2脈波検出圧力値とする。この第2脈波検出圧力値は、たとえば、決定された最低血圧値BPDIAから、10mmHg程度に設定された所定値αを引くことにより決定する。また、復帰時間Trは、たとえば数十秒に設定される。
【0056】
カフ脈波採取手段86は、前述の実施例のカフ脈波採取手段53と同様に、前記血圧測定用圧迫手段50aによる圧迫に先立って、脈波検出圧力維持手段50bによりカフ圧Pcが脈波検出圧力値に維持されている状態でカフ脈波信号SMを少なくとも1拍分採取し、さらに、第2脈波検出圧力維持手段84によりカフ圧Pcが第2脈波検出圧力値に維持されている状態でもカフ脈波信号SMを少なくとも1拍分採取する。
【0057】
波形解析手段として機能する波形特徴点決定手段88は、脈波伝播速度PWVを算出するために、カフ脈波採取手段86により採取されたカフ脈波の特徴点を決定する。上記特徴点は、たとえば、立ち上がり点、ピーク、ノッチ(切痕)など、脈波において周期的に発生する部位であればどこでもよい。
【0058】
脈波伝播速度算出手段90は、まず、波形特徴点決定手段88により決定された特徴点の検出時間と、心音マイク72により検出される心音信号SHが表す心音波形において、カフ脈波の特徴点に対応する所定部位の検出時間との検出時間差を、心臓からカフ装着部位である上腕部14までを脈波が伝播する時間すなわち脈波伝播時間DT(sec)として算出する。そして、入力装置76から供給される身長信号STが表す被測定者の身長Tを、心臓から上腕部14までの伝播距離Lと身長Tとの間の予め記憶された関係である式2に代入することにより、伝播距離Lを求め、得られた伝播距離Lと上記脈波伝播時間DTとを、式3に代入することにより脈波伝播速度PWV(cm/sec)を算出する。そして、算出した脈波伝播速度PWVを表示器42に表示する。
L=aT+b ・・・(式2)
(a,bは、実験に基づいて決定された定数)
PWV=L/DT ・・・(式3)
【0059】
なお、波形特徴点決定手段88によるカフ脈波の特徴点の決定および脈波伝播速度算出手段90による脈波伝播速度PWVの算出は、カフ脈波採取手段86により採取された各カフ脈波毎に行う。従って、カフ圧Pcが脈波検出圧力値に維持されている状態および第2脈波検出圧力値に維持されている状態で、カフ脈波採取手段86によりそれぞれカフ脈波信号SMが採取された場合には、それぞれのカフ脈波信号SMに基づいて脈波伝播速度PWVを算出する。
【0060】
図9は、図8の機能ブロック線図に示したCPU36の制御作動をさらに具体化して説明するフローチャートである。なお、図9のフローチャートは、入力装置76から身長信号STが予め供給されていることを条件として、図示しないスタートボタンの操作により開始されるようになっている。
【0061】
SB1は図5のS1と同様の処理であり、空気ポンプ24および調圧弁18が制御されることにより、カフ圧Pcが40乃至60mmHg程度に設定された脈波検出圧力値に維持される。
【0062】
続くSB2では、図10に示す脈波伝播速度決定ルーチンが実行される。図10において、SC1では、カフ圧Pcが上記脈波検出圧力値に維持されている状態で、カフ脈波信号SMおよび心音信号SHがそれぞれ1拍分ずつ読み込まれる。
【0063】
そして、波形特徴点決定手段88に対応するSC2では、上記SC1で読み込まれたカフ脈波信号SMが表すカフ脈波が解析されて、特徴点としてノッチが決定される。このノッチは、たとえば、カフ脈波のピーク以降における最初の極小点に決定される。
【0064】
続いて脈波伝播速度算出手段90に対応するSC3乃至SC6が実行される。まず、SC3では、上記SC1で読み込まれた心音信号SHが表す心音波形において、カフ脈波のノッチに対応する部位であるII音の開始点が決定され、続くSC4では、SC2で決定されたカフ脈波のノッチの検出時間と、SC3で決定された心音のII音の開始点の検出時間との時間差が脈波伝播時間DTとして算出される。
【0065】
続くSC5では、予め供給されている身長信号STが表す被測定者の身長Tが、前記式2に代入されることにより伝播距離Lが算出され、続くSC6では、SC4で算出された脈波伝播時間DTおよびSC5で算出された伝播距離Lが前記式3に代入されることにより脈波伝播速度PWVが算出されて、本ルーチンは終了させられる。
【0066】
図9に戻って、SB3乃至SB10は、図5のS5乃至S12と同じ処理であり、カフ圧Pcが制御され、そのカフ圧Pcの制御過程において血圧値BPが決定される。
【0067】
続くSB11は脈波検出圧力判定手段80に対応し、SB7において決定された最低血圧値BPDIAから予め設定されている脈波検出圧力値が差し引かれることにより圧力差が算出され、その圧力差が予め設定された所定範囲内である場合には脈波検出圧力値は適切であると判定され、その圧力差が上記所定範囲内ではない場合には脈波検出圧力値は不適切であると判定される。なお、圧力差が上記のように最低血圧値BPDIAから脈波検出圧力値が差し引かれることにより算出される場合には、上記所定範囲の上限値は、負の値に設定されるか、あるいは正の値であっても脈波検出圧力値よりも十分に小さい値に設定される。このように所定範囲の上限値が設定されることにより、脈波検出圧力値が最低血圧値BPDIAに比較して高すぎる場合にはその脈波検出圧力値は不適切であると判定される。
【0068】
上記SB11の判断が肯定された場合には、SB12において、前記SB2で決定された脈波伝播速度PWVが表示器42に表示された後、本ルーチンは終了させられる。一方、SB11の判断が否定された場合には、図11に示す脈波伝播速度再測定ルーチンが実行される。
【0069】
図11において、SD1乃至SD3は第2脈波検出圧力維持手段84に相当する。SD1では、図9のSB7で決定された最低血圧値BPDIAから、10mmHg程度に設定された所定値αが差し引かれることにより、第2脈波検出圧力値が決定される。
【0070】
続くSD2では、血圧測定終了から(すなわち図9のSB10が実行されてから)の経過時間が、数十秒程度に設定された復帰時間Trを超えたか否かが判断される。この判断が否定された場合には、SD2の判断が繰り返し実行される。また、この間に、カフ12による圧迫によって変化させられた血流量等が圧迫前の状態に次第に復帰する。
【0071】
そして、SD2の判断が繰り返されるうちに血圧測定終了からの経過時間が復帰時間Trを超えるとSD2の判断が肯定されて、SD3において、空気ポンプ24および調圧弁18が制御されることによりカフ圧PcがSD1で決定された第2脈波検出圧力値に維持される。
【0072】
続くSD4では、前述した図10の脈波伝播速度決定ルーチンが再び実行される。これにより、カフ圧Pcが第2脈波検出圧力値に維持されている状態で採取されたカフ脈波に基づいて脈波伝播速度PWVが決定される。なお、図9乃至図11に示したフローチャートでは、図9のSB2および図11のSD4において実行される図10のSC1がカフ脈波採取手段86に相当する。
【0073】
そして、SD4において脈波伝播速度PWVが算出されると、続くSD5において、空気ポンプ24および調圧弁18が制御されることによりカフ圧Pcが大気圧まで排圧させられ、続くSD6において前記SD4で決定された脈波伝播速度PWVが表示器42に表示された後、本ルーチンは終了させられる。
【0074】
上述の実施例によれば、前述した第1実施例において述べた、血圧測定のためのカフ12による圧迫に先立って波形解析用のカフ脈波信号SMを採取することによる効果が得られることに加え、脈波検出圧力判定手段80(SB11)により脈波検出圧力値が不適切であると判定された場合には、カフ圧Pcが、実際に測定された最低血圧値BPDIAに基づいて決定される適切な第2脈波検出圧力値とされている状態で、再度、波形解析のためのカフ脈波が採取されるので、波形特徴点決定手段88(SC2)では、より歪みの少ないカフ脈波を用いて波形特徴点を決定することができる。従って、その波形特徴点に基づいて決定される脈波伝播速度PWVの精度が向上する。
【0075】
以上、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明したが、本発明はその他の態様においても適用される。
【0076】
たとえば、前述の血圧測定装置10、70では、カフ12は上腕部14に装着されていたが、他の部位、たとえば大腿部や足首に装着されてもよい。
【0077】
また、前述の血圧測定装置10、70では、カフ圧Pcが脈波検出圧力値に維持された状態でカフ脈波が採取されていたが、カフ圧Pcがたとえば徐速変化過程で採取されてもよい。性能の良いフィルタを通すことによって歪みの少ないカフ脈波が得られる。
【0078】
また、振幅増加指数AIの算出式(式1)は、分母が脈圧PPであることが一般的であるが、分母が進行波成分のピーク発生時点または反射波成分のピーク発生時点における低圧時脈波の振幅であっても、算出される値は動脈硬化を反映するので、式1において脈圧PPに代えて進行波成分のピーク発生時点または反射波成分のピーク発生時点における低圧時脈波の振幅を用いても良い。要するに、カフ脈波に含まれる進行波成分に対する反射波成分の割合を示すものであれば良い。
【0079】
また、前述の実施例の進行波反射波ピーク決定手段62は、立上りウインドウW1内の4次微分波形の最初の上から下への零交差を進行波のピーク点Pとして決定し、ノッチウインドウW2内における4次微分波形の最初の下から上への零交差点を反射波のピーク点Rとして決定していたが、その零交差の順位および交差方向は、立上りウインドウW1やノッチウインドウW2の設定、4次微分処理の正負に関連して適宜設定され得るものである。
【0080】
また、前述の実施例のピーク発生点決定手段54は、カフ脈波信号SMの4次微分波形の零交差点に基づいて進行波のピーク発生点Pおよび反射波のピーク発生点Rを決定するものであったが、前記脈波検出圧が最高血圧BPSYSよりも高い圧力に設定されているときに得られたカフ脈波信号SMのピークから決定されても良い。
【0081】
また、前述の第1実施例では波形解析により振幅増加指数AIが算出され、第2実施例では波形解析により脈波伝播速度PWVが算出されていたが、波形解析により決定される生体情報には特に制限はない。たとえば、カフ脈波のピーク高さHすなわち脈圧に対するカフ脈波の面積の重心位置高さGの割合(=100×H/G(%))である%MAPや、カフ脈波の立ち上がり点から頂点までの時間であるアップストロークタイム(upstroke time)などが波形解析により決定されても良い。
【0082】
また、前述の第2実施例では、血圧測定のためのカフ12による圧迫に先立って、まず、カフ圧Pcが予め設定された脈波検出圧力値とされた状態で波形解析用のカフ脈波が採取され、血圧測定後に、脈波検出圧力判定手段80により上記脈波検出圧力値が不適切と判定された場合にのみ、第2脈波検出圧力維持手段84が実行されてカフ圧Pcが第2脈波検出圧力値とされた状態で、波形解析用のカフ脈波が再度採取されていたが、血圧測定前にはカフ脈波が採取されず、常に、第2脈波検出圧力維持手段84が実行されて血圧測定後にのみ波形解析用のカフ脈波が採取されても良い。
【0083】
なお、本発明はその主旨を逸脱しない範囲において、その他種々の変更が加えられ得るものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明が適用され、波形解析機能として振幅増加指数算出機能を備えた血圧測定装置の回路構成を示すブロック図である。
【図2】図1の振幅増加指数算出機能を備えた血圧測定装置における電子制御装置の制御機能の要部を説明する機能ブロック線図である。
【図3】図2におけるカフ脈波、4次微分波形、立上りウインドウW1やノッチウインドウW2、進行波のピーク点P、反射波のピーク点Rの相互関係を示すタイムチャートである。
【図4】図3とは異なる形状のカフ脈波についての、4次微分波形、立上りウインドウW1やノッチウインドウW2、進行波のピーク点P、反射波のピーク点Rの相互関係を示すタイムチャートである。
【図5】図1の振幅増加指数算出機能を備えた血圧測定装置における電子制御装置の制御作動の要部を説明するフローチャートである。
【図6】図5のピーク発生点決定ルーチンの作動を説明する図である。
【図7】本発明が適用され、波形解析機能として脈波伝播速度PWVを算出するための波形特徴点決定機能を有する血圧測定装置の回路構成を示すブロック図である。
【図8】図7の血圧測定装置におけるCPUの制御機能の要部を説明する機能ブロック線図である。
【図9】図8の機能ブロック線図に示したCPUの制御作動をさらに具体化して説明するフローチャートである。
【図10】図9のSB2および図11のSD4で実行される脈波伝播速度決定ルーチンを示す図である。
【図11】図9のSB11の判断が否定された場合に実行される脈波伝播速度再測定ルーチンを示す図である。
【符号の説明】
10:振幅増加指数測定機能付き血圧測定装置
12:カフ
14:上腕部( 生体の一部)
50:カフ圧制御手段
50a:血圧測定用圧迫手段
50b:脈波検出圧力維持手段
53:カフ脈波採取手段
66:振幅増加指数算出手段(波形解析手段)
70:波形特徴点決定機能付き血圧測定装置
80:脈波検出圧判定手段
84:第2脈波検出圧力維持手段
86:カフ脈波採取手段
88:波形特徴点決定手段(波形解析手段)
Claims (6)
- 生体の一部を圧迫するために該生体の一部に装着されるカフと、該カフから採取されるカフ脈波の形状を解析する波形解析手段とを備えた波形解析機能付き血圧測定装置であって、
血圧測定のためのカフによる圧迫に先立って、前記波形解析手段による波形解析のためのカフ脈波の採取を実行するカフ脈波採取手段を、含むことを特徴とする波形解析機能付き血圧測定装置。 - 前記血圧測定のためのカフによる圧迫に先立って、前記カフの圧力を予め設定された脈波検出圧力値に維持する脈波検出圧力維持手段を備え、
前記カフ脈波採取手段は、該脈波検出圧力維持手段により前記カフの圧力が予め設定された脈波検出圧力値に維持された状態で、該カフに発生する圧力振動であるカフ脈波を採取するものである請求項1に記載の波形解析機能付き血圧測定装置。 - 請求項2に記載の波形解析機能付き血圧測定装置であって、
前記カフを用いた血圧測定により得られた最低血圧値との比較に基づいて、予め設定されている前記脈波検出圧力値の適否を判定する脈波検出圧力判定手段と、
該脈波検出圧力判定手段により前記脈波検出圧力値が不適切であると判定された場合には、血圧測定のための前記カフによる圧迫終了後、カフ装着部位の生体組織が圧迫される前の状態に復帰する時間として予め設定された所定時間経過後に、前記カフの圧力を、前記カフを用いた血圧測定により得られた最低血圧値に基づいて決定される第2脈波検出圧力値に維持する第2脈波検出圧力維持手段とをさらに含み、
前記カフ脈波採取手段は、該第2脈波検出圧力維持手段により前記カフの圧力が前記第2脈波検出圧力値に維持された状態で、前記波形解析手段による波形解析のためのカフ脈波の採取を再度実行するものであることを特徴とする波形解析機能付き血圧測定装置。 - 生体の一部を圧迫するために該生体の一部に装着されるカフと、該カフから採取されるカフ脈波の形状を解析する波形解析手段とを備えた波形解析機能付き血圧測定装置であって、
血圧測定のための前記カフによる圧迫終了後、カフ装着部位の生体組織が圧迫される前の状態に復帰する時間として予め設定された所定時間経過後に、前記波形解析手段による波形解析のためのカフ脈波の採取を実行するカフ脈波採取手段を、含むことを特徴とする波形解析機能付き血圧測定装置。 - 前記波形解析手段は、前記カフ脈波の形状から振幅増加指数を決定するものであることを特徴とする請求項1乃至4に記載の波形解析機能付き血圧測定装置。
- 前記波形解析手段は、生体内を脈波が伝播する速度に関連する脈波伝播速度情報を決定するために、前記カフ脈波の形状から所定の特徴点を決定するものであることを特徴とする請求項1乃至4に記載の波形解析機能付き血圧測定装置。
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