JP2004081285A

JP2004081285A - 携帯型血圧測定装置

Info

Publication number: JP2004081285A
Application number: JP2002243284A
Authority: JP
Inventors: Mikinobu Hoshino; 干野　　幹信
Original assignee: Citizen Watch Co Ltd
Current assignee: Citizen Watch Co Ltd
Priority date: 2002-08-23
Filing date: 2002-08-23
Publication date: 2004-03-18

Abstract

【課題】被験者の片腕に装着して、日常生活中、常時血圧を測定するための携帯型血圧計を提供する。
【解決手段】心電波と容積脈波を測定して容積脈波の伝達時間を求め血圧の最高値、最低値を算出する携帯型血圧測定装置において、生体２０表面に接する一つの電極１を有する心電波検出手段と生体表面に接する光電センサ３１を有する容積脈波検出手段とを備え、前記心電波検出手段は前記一つの電極１に誘導される心電位を前記心電波検出手段のグラウンドに対する電位として心電波を検出し、また、前記容積脈波検出手段は生体２０の表面に接する光電センサ３１で脈波を測定して、心電波Ｒ波と脈波ピークの時間差から脈波伝達時間を求め、あらかじめ決められた脈波伝達時間と血圧の相関テーブルに基づき血圧を算出することを特徴とする。
【選択図】　　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は携帯型血圧測定装置に関するもので、特に超小型にし、被験者の腕に装着して、血圧を常時測定する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
最近の高齢化社会において、また、生活習慣病の予防の観点から、血圧は健康管理を行っていく上での、重要な指標であり幅広く用いられている。しかしながら、著しい日内変動を示すこともよく知られている。したがって血圧の測定を行う場合には、日常生活中の血圧の動的変動も把握しておくことが好ましい。このためには簡便で連続的に血圧を測定できることが望ましい。従来の標準的な血圧測定としては、腕を加圧して血液の流れに伴う雑音を検知して最高最低血圧を求める方法が用いられている。しかしながら、加圧装置が必要なため装置が大きくなってしまい、常時身につけるには適さなかった。新しい検出手段として、脈波伝達時間と血圧の関係に着目し、心室が収縮し最も圧力の高くなる時間と指尖容積脈波が最高値を示す時間との差から血圧を演算で求める方法が開示されている（例えば、特許文献１参照）。この方法においては、心電波Ｒ波を右手と左手間の第Ｉ誘導で取得するため、一方の腕に装着する腕時計のケースの裏蓋を一つの電極とし、前記腕時計の表側にもう一つの電極を置き、他方の腕の指先をこの電極に接触させている。また、指尖容積脈波は、ＬＥＤとホトトランジスタからなる光センサを前記腕時計の表側に設ける電極の隣に配置し、前記光センサに隣り合う指を置くことによって光学的に検出している。
【０００３】
【特許文献１】
特開平４−２００４３９号報（第４頁、第１図）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術では両腕に誘導される心電波を検出しているため、日常生活中に血圧を測定するためには測定時に両腕を必要とするという問題があった。例えば自動車の運転や勤労中など日常生活中で、測定のために両腕を拘束されるのは実際上不都合な場合が多々ある。
【０００５】
また、例えば無呼吸症候群などでは、就寝中の血圧変動も重要な診断指標となるが、就寝中は両腕を用いての血圧測定操作は困難である。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため本発明の血圧測定装置は下記記載の手段を採用する。本発明の血圧測定装置は、心電波と容積脈波を測定して容積脈波の伝達時間を求め血圧の最高値、最低値を算出する携帯型血圧測定装置において、生体表面に接する一つの電極を有する心電波検出手段と生体表面に接する光電センサを有する容積脈波検出手段とを備え、前記心電波検出手段は前記一つの電極に誘導される心電位を前記心電波検出手段のグラウンドに対する電位として検出することを特徴とする。
また、前記一つの電極が携帯機器の裏蓋であることを特徴とする。
また、前記光電センサが携帯機器のバンドに設けられていることを特徴とする。
また、前記携帯機器は腕時計であって、前記生体表面は腕表面であることを特徴とする。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下図面を用いて本発明の最適な実施形態を説明する。心筋の活動電位は概ね１００ｍＶの電圧を有しているが、導体と見なされる生体中を電流が分布し、生体表面では概ね１ｍＶ程度の微弱な電圧となって現れる。この微弱な電圧を定められた点で測定したものが心電図である。心電図の基本波形は図３に示されるようにＰＱＲＳＴＵと名づけられた部分からなる。心電図の波形に注目するとき心電図を心電波とも呼ぶ。心電波Ｒ波が通常最も波高値が大きくかつ鋭い。また、心電図の電気的な振る舞いについて説明する場合は心電波検出手段のグラウンドに対する電位を心電位と呼ぶことにする。
【０００８】
本発明では、一般に医療で用いられている同相ノイズを差動増幅器で消去する心電波検出手段とは大きく異なり、生体表面に現れた心電波を、心電波検出手段のグラウンドを空間的にフロートにして、それに対する心電位として検出する手段を採用する。
【０００９】
図１は本発明の携帯型血圧測定装置の全体ブロック図を示すものである。まず心電波検出手段について説明する。心電波検出手段は、電極１、前置増幅器２、ノッチフィルター３、バンドパスフィルター４、増幅器５、Ａ／Ｄコンバーター６を備えている。電極１は左手首乃至右手首で生体２０の表面に接触するように設け心電波を検出し、前置増幅器２の非反転入力へ接続されている。前置増幅器２はＪＦＥＴオペアンプを用いた非反転増幅回路からなる。前置増幅器２の非反転入力と心電波検出手段のグラウンドは高抵抗で接続され、本発明では１００ＭΩを用いている。前置増幅器２の出力は５０乃至６０Ｈｚ交流雑音をカットするノッチフィルター３及び心電波の周波数成分のみを通すバンドパスフィルター４を経由して、増幅器５により適正な振幅に増幅された後、ＣＰＵ４０で制御されるＡ／Ｄコンバーター６に入力され、デジタル信号に変換された心電波信号として出力される。
【００１０】
次に、容積脈波検出手段について説明する。容積脈波検出手段は、光電センサ３１、前置増幅器３２、バンドパスフィルタ３３、増幅器３４、Ａ／Ｄコンバーター３５を備えている。前記光電センサ３１は生体２０の表面に接触するように設け脈動に伴う光学的な皮膚透過率の変化を検出する。前記光電センサ３１の出力を前置増幅器３２に入力し、脈波の周波数成分である０．３Ｈｚ〜１０Ｈｚの信号のみを通すバンドパスフィルタ３３を経由して、拍動成分を抽出する。前記拍動成分は増幅器３４で十分な振幅にされた後、ＣＰＵ４０で制御されるＡ／Ｄコンバーター３５でデジタル信号に変換された容積脈波信号として出力される。
【００１１】
前記心電波検出手段及び容積脈波検出手段からの出力信号はピーク時間差検出器７に入力される。前記ピーク時間差検出器７はＣＰＵ４０で制御され、心電波Ｒ波信号と容積脈波信号ピークとの時間差を演算器８に出力する。前記演算器８はＣＰＵ４０で制御され、あらかじめ用意された脈波伝達時間と血圧値の相関を現すテーブルから最高最低血圧値を算出する。この算出された前記最高最低血圧値が表示部９で表示される。
【００１２】
図２（ａ）は本発明を腕時計１０に適用した場合の腕時計１０の表側を示し、図２（ｂ）は裏側を示している。血圧測定は、例えば血圧測定用ボタンＡ２１、血圧測定用ボタンＢ２２を本人或いは第３者が同時に押すことによって開始される。この場合、心電波検出用の電極１は腕時計１０の裏蓋である。また図２（ｂ）に示すように、腕時計バンド３０の生体２０の表面に接触する側（裏側）には、光電センサ３１が配置される。この光電センサ３１はＬＥＤ（発光ダイオード）２８とＰＤ（フォトダイオード）２７からなり、脈動に伴う光学的な皮膚透過率の変化を検出する。光電センサ３１の位置は手首橈骨動脈近傍が望ましいが、脈拍の拍動成分の抽出と増幅が適切に行われるようにすれば、装着の位置ずれが生じても検出可能である。また、測定された最高最低血圧値は液晶ディスプレイの表示部２５に表示される。尚、液晶ディスプレイの表示部２６には時刻が表示される。
【００１３】
以下本発明の動作を説明する。心臓から送り出された血液が血管中を粘性流体として流れる際、血管が弾性壁であるため、血液の圧力で血管が押し広げられながら血液が流れていくため、血液の圧力波は通常の液体中の音速よりもかなりゆっくりした速度で伝播する。また、壁の非線型性により伝播速度は圧力（血圧）に依存する。したがってする容積脈波伝達時間が血圧に依存することが知られている。心電波は体内を電気的に伝達する時間でほとんど瞬時と考えられる。したがって、心室の圧力が最も高まった時刻、すなわち心電波Ｒ波の発生時刻に対する容積脈波におけるピークの時刻のずれを求めることにより、血圧の最高値、最低値を知ることができる。
【００１４】
したがって第１ステップとして心電波検出手段により心電波を検出する。本発明では、生体２０の表面に現れた心電波を心電波検出手段のグラウンドを空間的にフロートにして、それに対する心電位として検出する手段を採用している。したがって、通常の生活環境において常に同相ノイズとして混入する５０乃至６０Ｈｚの交流雑音を、まずアナログ回路で構成される５０乃至６０Ｈｚのノッチフィルター３で４０ｄＢ程度減らした。次に、僅かに残る５０乃至６０Ｈｚの雑音はＡＤコンバータ６でデジタル化された後にＣＰＵ４０によるデジタルフィルタを用いて除去した。こうすることにより、心電波を検出するための電極をオペアンプの非反転入力に接続する一個所とすることが可能となった。
【００１５】
次のステップでは容積脈波検出手段により容積脈波を以下のように取得する。光電センサ３１のＬＥＤ光源２８より発せられた光は生体内を透過・散乱しＰＤ２７で受光される。脈動に伴い動脈及び毛細血管が拡張・収縮するため光の皮膚組織での透過率が変化する。この信号に脈波成分が含まれている。脈波の拍動信号抽出を行うため、バンドパスフィルタ３３で直流成分をカットし増幅器３４で増幅する。手首においては指先に比べて毛細血管が少なく、拍動成分はかなり小さくなるのであるが、増幅器３４のゲインを上げることで十分対応できる。光電センサ３１の位置は手首の橈骨動脈近傍が望ましい。男性では腕時計バンド３０が橈骨動脈に近いため、腕時計バンド３０に生体２０の表面と接触するように光電センサ３１を設けられる。女性では腕時計１０本体が手首内側となるように嵌めることが多いため、腕時計１０本体の裏側に光電センサ３１を配置してもよい。なお、拍動成分の抽出と増幅が適切に行われるようにすれば、携帯型血圧測定装置の装着位置ずれが１〜２ｃｍ程度生じても拍動成分は検出可能である。
【００１６】
心電波検出手段及び容積脈波検出手段で取得された心電波Ｒ波と容積脈波は、ＣＰＵ４０で制御されるＡ／Ｄコンバータでデジタル化され、ピーク時間差検出器７により両者の時間差が脈波伝達時間として求められる。あらかじめ作成された脈波伝達時間と最高最低血圧値の相関を現すテーブルに基づき脈波電圧時間から最高最低血圧値を求めることができる。なお、最高血圧は脈波伝達時間と線形の関係があり、最低血圧は脈波伝達時間と脈拍数の積とに線形の関係に有ることが知られている。また、脈波伝達時間と血圧の相関は個人毎に異なるため、本発明による血圧の測定結果を標準のカフ型の血圧計で測定した結果で較正することにより測定値の精度はより高くなり望ましいが、日常生活中の血圧変動を指標とする健康管理を行う目的では必ずしも前記較正は必要ではない。算出された最高血圧値、最低血圧値は液晶ディスプレイなどの表示部２５に表示される。
【００１７】
【発明の効果】
従来では心電波Ｒ波測定用の電極を少なくとも２個所必要とし両腕を必要とした。本発明では、心電波Ｒ波検出用の電極として１個所でよいため片腕で完結した携帯型血圧測定装置であり、両腕を使う必要がないため、常時血圧データを取得することが出来る。したがって就寝中でも血圧を取得できる。形態は腕時計型で、常時身に付けても装着の負担が少ない。また、血圧異常を事前に自動的に感知することができる。更に、自覚症状を感じたら血圧データを記録し、医師による診断に役立てることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を説明する全体ブロック図である。
【図２】本発明を腕時計に適用した場合の実施の形態を説明する外観図である。
【図３】代表的な心電図波形を示したものである。
【符号の説明】
１　電極
２　前置増幅器
３　ノッチフィルタ
４　バンドパスフィルタ
５　増幅器
６　　Ａ／Ｄコンバータ
７　　ピーク時間差検出器
８　　演算器
９　　表示部
１０　腕時計
２０　　生体
２１　　血圧測定用ボタンＡ
２２　　血圧測定用ボタンＢ
２５　　表示部（最高最低血圧表示）
２６　　表示部（時刻表示）
２７　ＰＤ（フォトダイオード）
２８　ＬＥＤ（発光ダイオード）
３０　腕時計バンド
３１　光電センサ
３２　前置増幅器
３３　バンドパスフィルタ
３４　増幅器
３５　Ａ／Ｄコンバータ
４０　ＣＰＵ

Claims

心電波と容積脈波を測定して容積脈波の伝達時間を求め血圧の最高値、最低値を算出する携帯型血圧測定装置において、生体表面に接する一つの電極を有する心電波検出手段と生体表面に接する光電センサを有する容積脈波検出手段とを備え、前記心電波検出手段は前記一つの電極に誘導される心電位を前記心電波検出手段のグラウンドに対する電位として検出することを特徴とする携帯型血圧測定装置。
前記一つの電極が携帯機器の裏蓋であることを特徴とする請求項１に記載の携帯型血圧測定装置。
前記光電センサが携帯機器のバンドに設けられていることを特徴とする請求項１に記載の携帯型血圧測定装置。
前記携帯機器は腕時計であって、前記生体表面は腕表面であることを特徴とする請求項２または請求項３記載の携帯型血圧測定装置。