JP2004305362A

JP2004305362A - 脈波測定装置

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Publication number: JP2004305362A
Application number: JP2003101602A
Authority: JP
Inventors: Kazuhisa Tanabe; 一久田部
Original assignee: Omron Healthcare Co Ltd
Current assignee: Omron Healthcare Co Ltd
Priority date: 2003-04-04
Filing date: 2003-04-04
Publication date: 2004-11-04
Anticipated expiration: 2023-04-04
Also published as: EP1464275A3; EP1464275B1; ES2294387T3; CN1535653A; CN1299639C; DE602004010448T2; JP4123031B2; US20040199080A1; EP1464275A2; DE602004010448D1; US7344502B2

Abstract

【課題】ローコストで測定精度の高い脈波測定装置を提供する。
【解決手段】脈波測定装置は、従来のトノメトリ方式で必要とされている微細なセンサよりも幅の広いセンサを複数個並べてなる圧力センサを備える。そして、動脈直上に該当するセンサからの脈波信号に基づくＡＩ値と、そのセンサエレメントより所定の距離にある２つのセンサエレメントとからの脈波信号に基づくＡＩ値との差α，βより、α^２＋β^２を得（Ｓ２０３）、これを歪み度合いを表わす補正パラメータとして、回帰式を用いてＡＩ値補正量を算出する（Ｓ２０５）。この補正量より、動脈直上に該当するセンサからの脈波信号に基づくＡＩを補正する（Ｓ２０７）。
【選択図】図１３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は脈波測定装置に関し、特に、ローコストで測定精度の高い脈波測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、脈波測定装置としては、圧力センサを動脈直上にセットして脈波を測定する脈波測定装置があった。しかしながら、このような脈波測定装置は、動脈直上に圧力センサを位置決めすることが非常に難しく、高度なテクニックが必要とされるという問題があった。また、位置決め再現性がよくないことから、測定の再現性もよくないという問題もあった。
【０００３】
そこで、このような問題を解決するため、トノメトリ方式を利用した脈波測定装置がある。
【０００４】
ここで、トノメトリ方式の原理について、図１６を用いて説明する。すなわち、図１６を参照して、体表面から平板で動脈を押圧して、動脈を平坦に変形させる。そのとき、平坦につぶれた動脈直上は、図１６において点線矢印で示される血管張力が左右でつりあうため、血管内圧への血管張力の影響が最も小さい。そこで、平坦につぶれた動脈直上で平坦につぶれた部分に比べてサイズの小さなセンサエレメントで計測した圧力は動脈内圧に一致し、体表面から動脈内波形を測定できるという原理である。
【０００５】
このトノメトリ方式を利用するため、従来の脈波測定装置としては、動脈直上に位置決めして押圧し脈波を測定する圧力センサとして、微小なセンサエレメントを複数個配列し、動脈直上にあるセンサエレメントで脈波を測定する脈波測定装置がある。たとえば特許文献１などにこのようなトノメトリ方式を利用した血圧測定装置が開示されている。
【０００６】
このようなトノメトリ方式を利用した脈波測定装置は、微細なセンサエレメントが複数個配列されており、いずれかのセンサエレメントが動脈直上に位置する可能性が高いため、位置決めが容易になる。複数個配列されたセンサエレメントにおける位置決めについては、たとえば、本願出願人が先に出願して公開されている特許文献２などに開示されている。
【０００７】
【特許文献１】
特許第２７７６９６１号公報
【０００８】
【特許文献２】
特開２００２−３２０５９４号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述のトノメトリ方式を利用した脈波測定装置は、微細な（たとえば０．２〜０．３ｍｍ程度の幅の）センサエレメントを多数配列しなければならない。そのため、高感度、微細加工などの高度な必要条件を満たさなければならず、半導体シリコンＭＥＭＳ（ＭｉｃｒｏＥｌｅｃｔｒｏＭｅｃｈａｎｉｃａｌＳｙｓｔｅｍｓ：微小電気機械システム）圧力センサなどを使わざるを得なくなり、非常に高価なセンサとなってしまうという問題があった。また、多数のセンサエレメントからの信号を取扱うため、センサ信号を受取る電子回路も複雑になり、コストが高くなってしまうという問題があった。
【００１０】
また、仮に、このような問題を回避するために脈波測定装置において上述のような微細のセンサエレメントを用いない場合には、センサエレメントの幅に比べて動脈の平坦につぶれた部分が狭くなり、測定誤差が発生してしまうという問題がある。この問題について、図１７を用いて詳しく説明する。図１７は、動脈上に並んだ微細（０．２ｍｍ幅）な各センサエレメントで測定された脈波より算出した、センサ信号の歪みに顕著に影響されるパラメータであるＡＩ（ＡｕｇｍｅｎｔａｔｉｏｎＩｎｄｅｘ）を示す図である。なお、ＡＩについては、本発明の実施の形態において詳細に説明している。
【００１１】
図１７に示されるように、センサ信号歪みの程度を示すＡＩ値の増加は、平坦部分から離れるほど大きくなり、センサ信号歪みの程度が大きくなっていることが示されている。これは、図１６に示されるように、平坦部分から離れると、平坦部分に平行な方向以外の方向の血管張力が発生して、血管張力の合力が血管内圧に及ぼす影響が大きくなることによる。
【００１２】
センサエレメントの幅が大きくなると、必然的に検出範囲も広がり、平坦部分以外の部分を含む可能性が高まる。その結果、図１７に示されるようなセンサ信号の歪みの高い部分も検出範囲に入る可能性が高まり、センサエレメントからのセンサ信号に歪みが発生して測定誤差が生じる可能性が高い。このような問題は、センサエレメントの幅が大きい場合のみならず、センサエレメントの押圧力が不足している場合や、動脈内圧が高まったときにセンサエレメントが押し返された場合などにも生じる。
【００１３】
本発明はこれらの問題を鑑みてなされたものであって、高い測定精度を維持しつつ、ローコストな脈波測定装置を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明のある局面に従うと、脈波測定装置は、動脈内圧波形を体表から検出する、複数のセンサエレメントを含む圧脈波センサと、圧脈波センサで検出される脈波波形に基づいて、複数のセンサエレメントのうち、動脈の直上にあるセンサエレメントを選択する選択手段と、選択されたセンサエレメントで検出される脈波波形から、所定の特徴点の振幅値を用いた特徴量を算出する脈波波形特徴量算出手段と、選択されたセンサエレメントで検出される脈波波形と、選択されたセンサエレメントから所定の距離にある少なくとも１個以上のセンサエレメントで検出される脈波波形とから、各々のセンサエレメントで検出される脈波波形の歪み度合の違いを算出する歪み度合算出演算手段と、算出された歪み度合の違いを用いて、所定の特徴点の振幅値を補正する振幅値補正手段とを備える。
【００１５】
さらに、上述の特徴量は、ＡＩ（ＡｕｇｍｅｎｔａｔｉｏｎＩｎｄｅｘ）値であることが望ましい。
【００１６】
また、上述の歪み度合算出手段で算出する歪み度合の違いは、脈波波形特徴量算出手段において、選択されたセンサエレメントで検出される脈波波形から算出されるＡＩ値と、選択されたセンサエレメントから所定の距離にある少なくとも１個以上のセンサエレメントで検出される脈波波形から算出されるＡＩ値との差の和であることが望ましい。
【００１７】
あるいは、上述の歪み度合算出手段で算出する歪み度合の違いは、脈波波形特徴量算出手段において、選択されたセンサエレメントで検出される脈波波形から算出されるＡＩ値と、選択されたセンサエレメントから所定の距離にある少なくとも１個以上のセンサエレメントで検出される脈波波形から算出されるＡＩ値との差の２乗和であることが望ましい。
【００１８】
また、上述の歪み度合算出手段は、歪み度合の違いとして、選択されたセンサエレメントで検出される脈波波形と、選択されたセンサエレメントから所定の距離にある少なくとも１個以上のセンサエレメントで検出される脈波波形とを同一位相で正規化した後、この同一位相以外の他の同一位相における選択されたセンサエレメントで検出される脈波波形の波高値と、選択されたセンサエレメントから所定の距離にある少なくとも１個以上のセンサエレメントで検出される脈波波形の波高値との比を算出することが望ましい。
【００１９】
あるいは、上述の歪み度合算出手段は、歪み度合の違いとして、選択されたセンサエレメントで検出される脈波波形と、選択されたセンサエレメントから所定の距離にある少なくとも１個以上のセンサエレメントで検出される脈波波形とをピークの時相で正規化した後、選択されたセンサエレメントで検出された正規化された脈波波形の面積と、選択されたセンサエレメントから所定の距離にある少なくとも１個以上のセンサエレメントで検出された正規化された脈波波形の面積との比を算出することが望ましい。
【００２０】
またあるいは、上述の歪み度合算出手段は、歪み度合の違いとして、選択されたセンサエレメントで検出される脈波波形と、選択されたセンサエレメントから所定の距離にある少なくとも１個以上のセンサエレメントで検出される脈波波形とをピークの時相で正規化した後、選択されたセンサエレメントで検出された正規化された脈波波形が所定の割合のしきい値を交差する時間幅と、選択されたセンサエレメントから所定の距離にある少なくとも１個以上のセンサエレメントで検出された正規化された脈波波形がしきい値を交差する時間幅との比を算出することが望ましい。
【００２１】
またあるいは、上述の歪み度合算出手段は、歪み度合の違いとして、選択されたセンサエレメントで検出される脈波波形の、１拍内の大動脈弁閉鎖痕に相当する時相前後の面積比と、選択されたセンサエレメントから所定の距離にある少なくとも１個以上のセンサエレメントで検出される脈波波形の時相前後の面積比との比を算出することが望ましい。
【００２２】
またあるいは、上述の歪み度合算出手段は、歪み度合の違いとして、選択されたセンサエレメントで検出される脈波波形と、選択されたセンサエレメントから所定の距離にある少なくとも１個以上のセンサエレメントで検出される脈波波形とを同一拍の面積で正規化した後、選択されたセンサエレメントで検出された正規化された脈波波形の最大波高値と、選択されたセンサエレメントから所定の距離にある少なくとも１個以上のセンサエレメントで検出された正規化された脈波波形の最大波高値との比を算出することが望ましい。
【００２３】
またあるいは、上述の歪み度合算出手段は、歪み度合の違いとして、選択されたセンサエレメントで検出される脈波波形の振幅と、選択されたセンサエレメントから所定の距離にある少なくとも１個以上のセンサエレメントで検出される脈波波形の振幅との比を算出することが望ましい。
【００２４】
またあるいは、上述の歪み度合算出手段は、歪み度合の違いとして、選択されたセンサエレメントで検出される脈波波形と、選択されたセンサエレメントから所定の距離にある少なくとも１個以上のセンサエレメントで検出される脈波波形との相関係数を算出することが望ましい。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下に、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品および構成要素には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがってそれらについての詳細な説明は繰返さない。
【００２６】
図１に、本実施の形態における脈波測定装置の構成の具体例を示す。図１を参照して、本実施の形態における脈波測定装置は、大きくは、本体部１０とセンサ部２０とを含んで構成され、本体部１０は外部の血圧計３０と接続される。本体部１０と血圧計３０との接続は、専用ケーブルや通信回線などを介した接続や、非接触の無線通信も含むものとする。なお、図１においては、本脈波測定装置が本体部１０に通信機能を備えて血圧計３０と連携して必要に応じて血圧測定可能な構成が示されているが、いうまでもなく、本脈波測定装置が血圧計３０を含み、血圧測定可能であってもよい。
【００２７】
本体部１０はＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）１０１を備え、電源１１０からエネルギを供給されて動作する。ＣＰＵ１０１は、メモリ１０８などの記憶装置にアクセスしてプログラムを読出して実行し、当該脈波測定装置全体の制御を行なう。
【００２８】
また、ＣＰＵ１０１は、操作スイッチ１０９からユーザからの操作信号を受取り、その操作信号に基づいて脈波測定装置全体の制御処理を行なう。すなわち、ＣＰＵ１０１は、操作スイッチ１０９から入力された操作信号に基づいて、ポンプ１０２、弁１０３および血圧計３０に対して制御信号を送出する。そして、血圧計３０から測定結果を受取る。
【００２９】
ポンプ１０２および弁１０３は、ＣＰＵ１０１から入力された制御信号に基づいて、センサ部２０に含まれる空気袋２１を加圧あるいは空気袋２１内の空気の排気を行なう。圧力センサ１０４は、空気袋２１内の圧力（カフ圧）を検出し、圧力信号をＡ／Ｄ変換器１０６に入力する。
【００３０】
センサ部２０に含まれる圧脈波センサ２２は、所定間隔に並んだ複数のセンサエレメントを含んで構成され、空気袋２１の圧力によって測定中の被験者の手首などの測定部位に押圧される。その状態で、センサ２０は被験者の脈波を検出する。圧脈波センサ２２は、検出した脈波信号を各センサエレメントのチャネルごとにマルチプレクサ２３に入力し、マルチプレクサ２３からアンプ１０５に入力される。
【００３１】
アンプ１０５は、マルチプレクサ２３から入力された各チャネルの脈波信号を所定レベルまで増幅させ、Ａ／Ｄ変換器１０６に入力する。
【００３２】
Ａ／Ｄ変換器１０６は、圧力センサ１０４から入力されたアナログ信号である圧力信号と、アンプ１０５から入力されたアナログ信号である動脈信号とをデジタル情報に変換して、ＣＰＵ１０１に入力する。
【００３３】
そして、ＣＰＵ１０１は、デジタル信号を表示器１０７やメモリ１０８に出力する。
【００３４】
図１に示される本実施の形態の脈波測定装置の圧脈波センサ２２は、通常のトノメトリ方式で必須とされるセンササイズよりも大きなサイズのセンサエレメントからなり、本実施の形態の脈波測定装置は、そのようなセンサエレメントで動脈直上で測定される信号の歪みを補正することを特徴とする。
【００３５】
図２に示すフローチャートを用いて、本実施の形態の脈波測定装置における処理について説明する。図２のフローチャートに示される処理は、脈波測定装置のＣＰＵ１０１が、メモリ１０８などの記憶装置にアクセスしてプログラムを読出して実行することによって実現される。
【００３６】
図２を参照して、始めに、脈波の測定を開始するには、センサ部２０を被験者の手首などの測定部位に、図示しない装着ベルトにて装着する（Ｓ１０１）。そして、ＣＰＵ１０１は血圧計３０に対して制御信号を送出し、血圧の測定の開始を指示する（Ｓ１０３）。血圧計３０で被験者の血圧が測定されると（Ｓ１０５）、次に、ＣＰＵ１０１は、脈波の測定を開始するため、弁１０３を開き、Ａ／Ｄ変換器１０６を介して圧力センサ１０４から入力される空気袋２１内の圧力を検知しながら、空気袋２１内の圧力が所定の圧力勾配となるようにポンプ１０２に加圧を行なうよう制御信号を送出し、空気袋２１内の圧力を高めて圧脈波センサ２２の押圧を開始する（Ｓ１０７）。
【００３７】
圧脈波センサ２２を構成する各センサエレメントは、被験者の測定部位に押し当てられ、動脈の拍動をそれぞれ検出する（Ｓ１０９）。そのときの押圧力を適正な押圧力にするために、ＣＰＵ１０１は、空気袋２１内の圧力をいったん被験者の最低血圧以上まで高めた後に（Ｓ１１１でＹＥＳ）、適正な押圧力を決定する（Ｓ１１３）。
【００３８】
ステップＳ１１１における空気袋２１内の圧力が最低血圧を超えたか否かの判定方法については、本発明において限定されるものではない。たとえば、圧脈波センサ２２で検出される脈波の立上がり点直前に平坦部があれば、空気袋２１内の圧力が最低血圧を超えているという判定ができる。
【００３９】
また、ステップＳ１１３における適正押圧力の決定方法についてもまた、本発明において限定されるものではなく、既存の方法を用いることができる。たとえば、最低血圧以下の押圧力の範囲において、圧力変化に対して脈波振幅の変化が少ない領域を適正押圧力と決定するなどの方法がある。
【００４０】
そして、空気袋２１内の圧力がステップＳ１１３で決定された適正押圧となるよう、ＣＰＵ１０１は、弁１０３およびポンプ１０２を制御する（Ｓ１１５）。すなわち、いったん空気袋２１内の圧力が適正押圧に達すると、ＣＰＵ１０１は弁１０３を閉じ、適正押圧を維持する。なお、漏気や体動によって押圧が適正値からずれた場合、ＣＰＵ１０１は、そのことを圧力センサ１０４からＡ／Ｄ変換器１０６を介してを介して入力される圧力値を関しすることによって検知でき、その検知に応じて適応的に弁１０３およびポンプ１０２を制御して適正押圧を維持してもよい。
【００４１】
圧脈波センサ２２の押圧が適正になると、ＣＰＵ１０１は、被験者の動脈の直上の位置をセンサの検知領域内に含むセンサエレメントを決定する（Ｓ１１７）。ステップＳ１１７におけるセンサエレメントの決定方法については、本発明において限定されるものではなく、たとえば、本願出願人が先に出願し、特願２００２−３２０５９４号公報においてすでに開示している方法などを用いることができる。
【００４２】
次に、ＣＰＵ１０１は、ステップＳ１１７で決定されたセンサエレメントによって測定された脈波より、特徴量を算出する（Ｓ１１９）。なお、ここでの処理については、後にフローチャートを挙げて詳細に説明する。そして、ＣＰＵ１０１は、ステップＳ１１９の特徴量の算出処理を、測定終了条件が成立するまで繰返す（Ｓ１２１でＹＥＳ）。ステップＳ１２１で測定を終了するための条件は、予め設定された所定時間の経過であってもよいし、ユーザからの中断指示などであってもよい。
【００４３】
脈波の測定が終了すると、ＣＰＵ１０１は、圧力センサ１０４の押圧を解除するため、弁１０３を開放し、空気袋２１を排気するためにポンプ１０２を作動させる（Ｓ１２３）。そして、圧力センサ１０４の押圧が解除されると、ユーザはセンサ部２０を測定部位から取外し（Ｓ１２５）、一連の脈波計測処理を終了する。
【００４４】
さらに、上述のステップＳ１１９で実行される特徴量算出処理について説明を行なう。本実施の形態では、特徴量としてＡＩ（ＡｕｇｍｅｎｔａｔｉｏｎＩｎｄｅｘ）値を用いて説明する。
【００４５】
ここで、ＡＩとは、公知の指標であって、主に中枢血管の動脈硬化に対応する脈波の反射強度を反映する特徴量を指標化したものである。ＡＩは、特に循環器系疾患の早期発見のために有効な指標と言われており、血圧とは異なった挙動を示すことが知られている。ＡＩは、上述のステップＳ１１９において、ＣＰＵ１０１で、測定された脈波から計算される。また、当該脈波測定装置が図示されないコンピュータ等の情報処理装置に接続されて、測定情報が当該情報処理装置において処理される場合には、当該情報処理装置に含まれるＣＰＵで計算されてもよい。
【００４６】
図３および図４に、測定される脈波の時間経過に従う変化の具体例を示す。たとえば、図３に示される脈波が測定された場合には、ＡＩ値はＡＩ＝Ｐ１／Ｐ２（もしくはＡＩ（％）＝（Ｐ２−Ｐ１）／Ｐ１×１００）として得られ、図４に示される脈波が測定された場合には、ＡＩ値はＡＩ＝Ｐ１／Ｐ２（もしくは、ＡＩ（％）＝（Ｐ２−Ｐ１）／Ｐ２×１００）として得られる。ここで、時間Ｔ１におけるレベルＰ１は、心臓の心拍による血液の駆出波による値を示し、時間Ｔ２におけるレベルＰ２は、心拍による駆出波についての反射波による値を示す。この反射波は、血管の硬化に対応して強度と出現時相とが変化する。なお、Ｐ１，Ｐ２を決定する方法としては、脈波波形に微分等の演算操作を行なって求めることができる。一般的に、被験者の年齢が若い方が、図３に示されるようにレベルＰ２＜レベルＰ１となり、被験者の年齢が高い方が図４に示されるようにレベルＰ２＞レベルＰ１となる。これは、被験者の年齢が高くなるほど血管内壁の硬化（動脈硬化）が進行しているために、駆出波を血管壁で十分に吸収できずレベルの高い反射が短時間のうちに検出されることによる。
【００４７】
ところで、すでに述べたトノメトリ方式での脈波の測定は、動脈の平坦部分よりも小さな幅（０．２ｍｍ程度）のセンサエレメントで脈波を検出することが必須であるが、このセンサエレメントの幅が動脈の平坦部分よりも大きくなると、センサエレメントで測定される動脈内圧とセンサ信号とが線形性を示さなくなり、歪みが発生する。
【００４８】
すなわち、センサエレメントの動脈に対する位置と、センサエレメントで測定される脈波の波形との関係を示した図５からわかるように、平坦につぶれている動脈直上のセンサエレメントで測定した場合の脈波の振幅に比べて、完全に平坦にはつぶれていない動脈中央から離れた位置のセンサエレメントで測定した場合の脈波の振幅は全体的に低い傾向にある。これは、センサエレメントで検出される脈波が、動脈中央から離れた位置に発生する血管張力（図１６参照）の影響を受けることによる。
【００４９】
このようなセンサ信号の歪みは、算出されたＡＩ値により顕著に表われる。図６および図７は、動脈上に並んだ各センサエレメントで測定された脈波より得られたＡＩ値を示す図であって、図６は０．６ｍｍ幅のセンサエレメントで測定された脈波から得られたＡＩ値、図７は１．０ｍｍ幅のセンサエレメントで測定された脈波から得られたＡＩ値を示している。図６および図７、さらに０．２ｍｍ幅のセンサエレメントで測定された脈波から得られたＡＩ値を示す図１７は、センサエレメントの幅が大きくなるほど、平坦につぶれている動脈中央から離れた位置を含む動脈の範囲から脈波を測定することになるため、センサエレメントの中心が動脈上の同じ位置で測定された脈波に基づいたＡＩ値であっても、高めに得られる傾向を示している。すなわち、これらの図は、センサエレメントの幅が大きくなるほどＡＩ値の誤差が大きくなる傾向を示している。
【００５０】
このようなセンサエレメント幅とＡＩ値の誤差との関係を図８に示す。図８に示されるように、センサエレメント幅が大きくなるとセンサ信号の歪みは大きくなり、ＡＩ値の誤差も大きくなる。その結果、ＡＩ誤差のばらつきを示す標準偏差（ＳｔａｎｄａｒｄＤｅｖｉａｔｉｏｎ：ＳＤ）も大きくなっていることがわかる。
【００５１】
また、図６および図７を参照して、センサ信号の歪みは、センサエレメントの位置が動脈直上から離れるほど、あるいは動脈の平坦部から離れるほど大きくなっていることがわかる。すなわち、各センサエレメントからのセンサ信号に基づいて算出されるＡＩ値には、各センサエレメントからのセンサ信号の歪みの程度も反映されている。
【００５２】
これらのことを利用して、本実施の形態の脈波測定装置は、上述の図２のステップＳ１１９に示される特徴量算出処理において、動脈直上の位置をセンサの検知領域内に含むセンサエレメント（以下、簡単のため、「動脈直上のセンサエレメント」と呼ぶ）からのセンサ信号の歪みと、動脈直上のセンサエレメントから所定の距離にあるセンサエレメントからのセンサ信号の歪みとの差より、動脈直上のセンサエレメントからのセンサ信号の歪みを補正する。
【００５３】
より具体的には、図９にセンサエレメント幅が大きい場合に各センサエレメントからのセンサ信号により算出されるＡＩ値の分布を、図１０にセンサエレメント幅が小さい場合に各センサエレメントからのセンサ信号により算出されるＡＩ値の分布を模式的に示し、上述の補正方法の原理について説明する。
【００５４】
始めに、動脈直上のセンサエレメントからのセンサ信号に基づき算出されるＡＩ値と、動脈直上のセンサエレメントから所定の距離にあるセンサエレメントからのセンサ信号の歪みに基づき算出されるＡＩ値とからセンサ信号の歪み度合いを定義する。すなわち、動脈直上のセンサエレメントからのセンサ信号に基づくＡＩ値と、動脈直上のセンサエレメントから所定の距離にあるセンサエレメントからのセンサ信号に基づくＡＩ値との差（図９に示されるＡ１およびＢ１、および図１０に示されるＡ２およびＢ２）から、各々の場合のセンサ信号の歪み度合いを定義する。以下では、Ａ１およびＡ２を総称してＡと呼び、Ｂ１およびＢ２を総称してＢと呼ぶ。歪み度合いの定義方法は本発明において限定されるものではないが、たとえば、係数（Ａ＋Ｂ）で定義することもできるし、係数（Ａ^２＋Ｂ^２）で定義することもできる。
【００５５】
このように歪み度合いを定義すると、図９に示される動脈径に対してセンサエレメント幅が大きい場合には、センサ信号の歪み度合いが大きく、一方、センサ信号の歪み度合いが大きければ、センサエレメントの検知領域に対して動脈の平坦部が狭くなっているので、動脈直上のセンサ信号の歪みも大きいと考えられる。図９においては、動脈直上のセンサ信号の歪みがＤ１で示されている。逆に、図９よりもセンサエレメント幅が小さい場合には、図１０に示されるようにセンサ信号の歪み度合いＤ２はＤ１よりも小さく、センサ信号の歪み度合いが小さければ、センサエレメントの検知領域に対して動脈の平坦部が広くなっているので、動脈直上のセンサ信号の歪みも小さいと考えられる。このため、歪み度合いを利用して、動脈直上のセンサで測定された脈波から算出されたＡＩ値を補正することができる。
【００５６】
具体的に、１．８ｍｍ幅のセンサエレメントで脈波を測定した場合の、歪み度合いを表わすパラメータと、動脈直上のセンサで測定された脈波から算出されたＡＩ値の誤差との関係を、図１１および図１２に示す。図１１は、歪み度合いを表わすパラメータとしてＡＩ値の差の和（上述の係数（Ａ＋Ｂ））を用いた場合、図１２は、歪み度合いを表わすパラメータとしてＡＩ値の差の２乗和（上述の係数（Ａ^２＋Ｂ^２））を用いた場合を示している。
【００５７】
図１１および図１２に示されるように、これらの歪み度合いを表わすパラメータと動脈直上のセンサで測定された脈波から算出されたＡＩ値の誤差とは、相関関係を持っていることがわかる。したがって、これらの関係から得られる回帰式を用いて、ＡＩ値の誤差を推定することが可能になる。そこで、このような相関関係を利用して、本脈波測定装置では、上述のステップＳ１１９の特徴量算出処理において誤差のないＡＩ値を算出することを特徴としている。
【００５８】
上述のステップＳ１１９の特徴量算出処理について、さらに図１３のフローチャートを用いて説明する。すなわち、図１３に示されるように、始めに、ＣＰＵ１０１は、ステップＳ１１７で決定された動脈直上のセンサエレメントに該当するチャネルから入力された脈波信号に基づいて、ＡＩ値ＡＩｃを算出する（Ｓ２０１）。さらに、動脈直上のセンサエレメントから所定の距離にある２つのセンサエレメントに該当するチャネルから入力された脈波信号に基づいて、それぞれのＡＩ値ＡＩａ，ＡＩｂを算出する。
【００５９】
次に、α＝ＡＩａ−ＡＩｃ，β＝ＡＩｂ−ＡＩｃと定義し、ＣＰＵ１０１は、α，βを算出して、α^２＋β^２を算出する（Ｓ２０３）。これは、図１２に具体例が示される、歪み度合いを表わすパラメータとしてＡＩ値の差の２乗和を用いる方法である。
【００６０】
さらに、ステップＳ２０３で算出されたα^２＋β^２を歪み度合いを表わす補正パラメータとして、回帰式であるＡＩ値補正量算出式Ｙ＝ＮＸ＋Ｍを用い、ＡＩ値補正量（ΔＡＩ）を算出する（Ｓ２０５）。なお、ここで、Ｎ，Ｍは予め決定されている係数である。
【００６１】
そして、ステップＳ２０５で算出されたＡＩ値補正量（ΔＡＩ）を用いて演算（ＡＩｃ−ΔＡＩ）を行なって、ステップＳ１１７で決定された動脈直上のセンサエレメントで測定された脈波から得られたＡＩ値ＡＩｃを補正し（Ｓ２０７）、表示器１０７に補正されたＡＩ値を表示する（Ｓ２０９）。
【００６２】
以上で、特徴量算出処理を終了し、図２に示されるメインルーチンに処理を戻す。
【００６３】
本脈波測定装置において、このような、動脈直上のセンサエレメントからのセンサ信号の歪みと、動脈直上のセンサエレメントから所定の距離にあるセンサエレメントからのセンサ信号の歪みとの歪み度合い違いを利用して、動脈直上のセンサエレメントで測定される波形から算出されたＡＩ値の補正を行なうことで、動脈直上のセンサエレメントで測定された脈波から得られたＡＩ値は補正され、図１４に示されるような結果となる。つまり、図１４を参照して、そのＡＩ誤差のばらつきを示す標準偏差ＳＤが約０．０１５となり、図８に示される補正を行なう前の標準偏差ＳＤ（０．０２１）から改善されていることがわかる。
【００６４】
なお、ステップＳ１１９の特徴量算出処理では、歪み度合いを表わすパラメータとしてＡＩ値の差の２乗和を用いる方法に限定されず、図１１に具体例が示される、ＡＩ値の差の和を用いることもできる。すなわち、上述のステップＳ２０３で、α^２＋β^２に替えてα＋βを算出し、ステップＳ２０５で、α＋βを歪み度合いを表わす補正パラメータとして、回帰式であるＡＩ値補正量算出式Ｙ＝ＮＸ＋Ｍを用いてＡＩ値補正量（ΔＡＩ）を算出してもよい。
【００６５】
この場合であっても、同様に、動脈直上のセンサエレメントで測定された脈波から得られたＡＩ値は補正され、図１５に示されるような結果となる。つまり、図１５を参照して、そのＡＩ誤差のばらつきを示す標準偏差ＳＤが約０．０１５となり、図８に示される補正を行なう前のＳＤ（０．０２１）から改善されていることがわかる。
【００６６】
また、上述の図１３に示される処理においては、動脈直上のセンサエレメントから所定の距離にあるセンサエレメントとして２つのセンサエレメントからの脈波信号を用いて演算（補正）処理を行なう例を示しているが、用いるセンサエレメントの数は２に限定されず、１または２以上の複数のセンサエレメントであればよい。
【００６７】
なお、以上の説明において、特徴量としてＡＩを用いる場合の説明をしているが、たとえば脈波一周期の面積と脈波の立ち上がり点から大動脈弁閉鎖痕までの面積の比（心機能評価に活用できる）なども同様の効果を得ることができる。
【００６８】
さらに、以上の説明においては、歪み度合いを表わすパラメータとして特徴量であるＡＩ値の差の２乗和や、差の和などの相関関係を用いる場合の説明をしているが、その他の相関関係を歪み度合いを表わすパラメータとして用いても同様の効果を得ることができる。その第１の具体例としては、各センサエレメントで測定された脈波波形を１つの同一位相時点で正規化した後の、この同一位相以外の他の同一位相時点における波高値を用いることもできる。より具体的には、各センサエレメントで測定された脈波波形を大動脈弁閉鎖痕で正規化し、他の時相での各センサエレメントの波高値を得る。そして、歪み度合いを表わすパラメータとして、動脈直上のセンサエレメントで測定された脈波から得られた波高値と、動脈直上のセンサエレメントから所定の距離にあるセンサエレメントで測定された脈波から得られた波高値との比を用いることができる。
【００６９】
あるいは、各センサエレメントで測定された脈波波形をピークの時相で正規化し、その場合の他の時相の波高値を用いることもできる。そして、同様に、歪み度合いを表わすパラメータとして、動脈直上のセンサエレメントで測定された脈波から得られた波高値と、動脈直上のセンサエレメントから所定の距離にあるセンサエレメントで測定された脈波から得られた波高値との比を用いることができる。
【００７０】
また、第２の具体例としては、各センサエレメントで測定された脈波波形をピークの時相で正規化し、その後の各面積を用いることもできる。そして、歪み度合いを表わすパラメータとして、動脈直上のセンサエレメントで測定された脈波から得られた上述の面積と、動脈直上のセンサエレメントから所定の距離にあるセンサエレメントで測定された脈波から得られた上述の面積との比を用いることができる。
【００７１】
また、第３の具体例としては、各センサエレメントで測定された脈波波形をピークの時相で正規化した後の所定の割合のしきい値と交叉する各時間幅を用いることもできる。より具体的には、ピークの時相で各センサエレメントで測定された脈波波形を正規化し、その正規化後の各波形につき、ピークから所定波高下がった値をしきい値とし、各センサエレメントで測定された脈波波形についてこのしきい値と交叉する２点間の時間間隔を求める。そして、歪み度合いを表わすパラメータとして、動脈直上のセンサエレメントで測定された脈波から得られた上述の時間幅と、動脈直上のセンサエレメントから所定の距離にあるセンサエレメントで測定された脈波から得られた上述の時間幅との比を用いることができる。
【００７２】
また、第４の具体例としては、各センサエレメントで測定された脈波波形の、大動脈弁閉鎖痕の時相前の面積と後の面積と面積比を用いることもできる。より具体的には、各センサエレメントで測定された脈波波形について、大動脈弁閉鎖痕の時相前の面積αとその時相よりも後方（右側）の面積βとを求め、各波形の面積比α／βを求める。そして、歪み度合いを表わすパラメータとして、動脈直上のセンサエレメントで測定された脈波から得られた上述の面積比と、動脈直上のセンサエレメントから所定の距離にあるセンサエレメントで測定された脈波から得られた上述の面積比との比を用いることができる。
【００７３】
また、第５の具体例としては、各センサエレメントで測定された脈波波形を同一拍の面積で正規化し、その正規化された波形の最大波高値を用いることもできる。そして、歪み度合いを表わすパラメータとして、動脈直上のセンサエレメントで測定された脈波から得られた上述の最大波高値と、動脈直上のセンサエレメントから所定の距離にあるセンサエレメントで測定された脈波から得られた上述の最大波高値との比を用いることができる。
【００７４】
また、第６の具体例としては、各センサエレメントで測定された脈波波形の振幅を用いることもできる。そして、歪み度合いを表わすパラメータとして、動脈直上のセンサエレメントで測定された脈波波形の振幅と、動脈直上のセンサエレメントから所定の距離にあるセンサエレメントで測定された脈波波形の振幅との比を用いることができる。
【００７５】
さらに、歪み度合いを表わすパラメータは、上述のように、動脈直上のセンサエレメントで測定された脈波波形から算出される特徴量と、動脈直上のセンサエレメントから所定の距離にあるセンサエレメントで測定された脈波波形から算出される特徴量との差の和や、差の２乗和や、上述のような比に限定されず、動脈直上のセンサエレメントで測定された脈波波形と、動脈直上のセンサエレメントから所定の距離にあるセンサエレメントで測定された脈波波形との相関係数であってもよい。
【００７６】
これらのような歪み度合いを表わすパラメータを用いた場合であっても、上に説明されたのと同様に、特徴量のばらつきの少ない、精度高い測定結果を得ることができる。
【００７７】
このように、本発明の脈波測定装置では、通常のトノメトリ方式で必要とされる精細なセンサエレメントよりも大きなサイズのセンサエレメントを用いて脈波を測定しても、特徴量であるＡＩの精度を確保することができる。このことによって、センサエレメントの加工寸法やセンサ感度など必要とされる条件が緩和され、従来なら半導体加工技術に頼らざるを得なかった圧力センシング方法の選択肢が拡大し、ローコストを実現することができる。すなわち、本発明の脈波測定装置では、従来のトノメトリ方式を利用した脈波測定装置において使わざるを得なかった（高価な）半導体シリコンＭＥＭＳ圧力センサに限定されることなく、圧電セラミックや圧電ポリマ、金属薄膜歪みゲージなどを利用した他のセンサを用いることができ、ローコストを実現することができる。
【００７８】
さらに、本発明の脈波測定装置ではセンササイズが大きくできることから、感圧範囲を従来の繊細なセンサエレメントを複数個配列させたトノメトリ方式と同程度としても、センサエレメントの個数を減らすことができ、その結果、センサ信号を受ける電子回路の規模を小さくすることができ、さらなるローコスト化を実現することができる。
【００７９】
またさらに、本発明の脈波測定装置ではセンササイズが大きくできることから、従来の繊細なセンサエレメントに比べて、ノイズの影響を抑えることが可能になる。
【００８０】
なお、上述の脈波測定装置における特徴量算出（補正）方法を、プログラムとして提供することもできる。このようなプログラムは、コンピュータに付属するフレキシブルディスク、ＣＤ−ＲＯＭ（ＣｏｍｐａｃｔＤｉｓｃ−ＲｅａｄＯｎｌｙＭｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（ＲｅａｄＯｎｌｙＭｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（ＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ）およびメモリカードなどのコンピュータ読取り可能な記録媒体にて記録させて、プログラム製品として提供することもできる。あるいは、コンピュータに内蔵するハードディスクなどの記録媒体にて記録させて、プログラムを提供することもできる。また、ネットワークを介したダウンロードによって、プログラムを提供することもできる。
【００８１】
提供されるプログラム製品は、ハードディスクなどのプログラム格納部にインストールされて実行される。なお、プログラム製品は、プログラム自体と、プログラムが記録された記録媒体とを含む。
【００８２】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態における脈波測定装置の構成の具体例を示す図である。
【図２】本実施の形態の脈波測定装置における処理を示すフローチャートである。
【図３】脈波の時間経過に従う変化の具体例を示す図である。
【図４】脈波の時間経過に従う変化の具体例を示す図である。
【図５】センサエレメントの動脈に対する位置と、センサエレメントで測定される脈波の波形との関係を示す図である。
【図６】動脈上に並んだ０．６ｍｍ幅の各センサエレメントで測定された脈波より得られたＡＩ値を示す図である。
【図７】動脈上に並んだ１．０ｍｍ幅の各センサエレメントで測定された脈波より得られたＡＩ値を示す図である。
【図８】センサエレメント幅とＡＩ値の誤差との関係を示す図である。
【図９】センサエレメント幅が大きい場合のＡＩ値の分布を模式的に示す図である。
【図１０】センサエレメント幅が小さい場合のＡＩ値の分布を模式的に示す図である。
【図１１】歪み度合いを表わすパラメータであるＡＩ値の差の和と、動脈直上のセンサで測定された脈波から算出されたＡＩ値の誤差との関係を示す図である。
【図１２】歪み度合いを表わすパラメータであるＡＩ値の差の２乗和と、動脈直上のセンサで測定された脈波から算出されたＡＩ値の誤差との関係を示す図である。
【図１３】ステップＳ１１９の特徴量算出処理を示すフローチャートである。
【図１４】ＡＩ値の補正結果を示す図である。
【図１５】ＡＩ値の補正結果を示す図である。
【図１６】トノメトリ方式の原理を説明する図である。
【図１７】動脈上に並んだ微細な各センサエレメントで測定された脈波より得られたＡＩ値を示す図である。
【符号の説明】
１０本体部、２０センサ部、３０血圧計、２１空気袋、２２圧脈波センサ、２３マルチプレクサ、１０１ＣＰＵ、１０２ポンプ、１０３弁、１０４圧力センサ、１０５アンプ、１０６Ａ／Ｄ変換器、１０７表示器、１０８メモリ、１０９操作スイッチ、１１０電源。

Claims

動脈内圧波形を体表から検出する、複数のセンサエレメントを含む圧脈波センサと、
前記圧脈波センサで検出される脈波波形に基づいて、前記複数のセンサエレメントのうち、前記動脈の直上にあるセンサエレメントを選択する選択手段と、
前記選択されたセンサエレメントで検出される脈波波形から、所定の特徴点の振幅値を用いた特徴量を算出する脈波波形特徴量算出手段と、
前記選択されたセンサエレメントで検出される脈波波形と、前記選択されたセンサエレメントから所定の距離にある少なくとも１個以上のセンサエレメントで検出される脈波波形とから、前記各々のセンサエレメントで検出される脈波波形の歪み度合の違いを算出する歪み度合算出演算手段と、
前記算出された歪み度合の違いを用いて、前記所定の特徴点の振幅値を補正する振幅値補正手段とを備える、脈波測定装置。
前記特徴量は、ＡＩ（ＡｕｇｍｅｎｔａｔｉｏｎＩｎｄｅｘ）値である、請求項１に記載の脈波測定装置
前記歪み度合算出手段で算出する前記歪み度合の違いは、前記脈波波形特徴量算出手段において、前記選択されたセンサエレメントで検出される脈波波形から算出されるＡＩ値と、前記選択されたセンサエレメントから所定の距離にある少なくとも１個以上のセンサエレメントで検出される脈波波形から算出されるＡＩ値との差の和である、請求項２に記載の脈波測定装置。
前記歪み度合算出手段で算出する前記歪み度合の違いは、前記脈波波形特徴量算出手段において、前記選択されたセンサエレメントで検出される脈波波形から算出されるＡＩ値と、前記選択されたセンサエレメントから所定の距離にある少なくとも１個以上のセンサエレメントで検出される脈波波形から算出されるＡＩ値との差の２乗和である、請求項２に記載の脈波測定装置。
前記歪み度合算出手段は、前記歪み度合の違いとして、前記選択されたセンサエレメントで検出される脈波波形と、前記選択されたセンサエレメントから所定の距離にある少なくとも１個以上のセンサエレメントで検出される脈波波形とを同一位相で正規化した後、前記同一位相以外の他の同一位相における前記選択されたセンサエレメントで検出される脈波波形の波高値と、前記選択されたセンサエレメントから所定の距離にある少なくとも１個以上のセンサエレメントで検出される脈波波形の波高値との比を算出する、請求項１または２に記載の脈波測定装置。
前記歪み度合算出手段は、前記歪み度合の違いとして、前記選択されたセンサエレメントで検出される脈波波形と、前記選択されたセンサエレメントから所定の距離にある少なくとも１個以上のセンサエレメントで検出される脈波波形とをピークの時相で正規化した後、前記選択されたセンサエレメントで検出された前記正規化された脈波波形の面積と、前記選択されたセンサエレメントから所定の距離にある少なくとも１個以上のセンサエレメントで検出された前記正規化された脈波波形の面積との比を算出する、請求項１または２に記載の脈波測定装置。
前記歪み度合算出手段は、前記歪み度合の違いとして、前記選択されたセンサエレメントで検出される脈波波形と、前記選択されたセンサエレメントから所定の距離にある少なくとも１個以上のセンサエレメントで検出される脈波波形とをピークの時相で正規化した後、前記選択されたセンサエレメントで検出された前記正規化された脈波波形が所定の割合のしきい値を交差する時間幅と、前記選択されたセンサエレメントから所定の距離にある少なくとも１個以上のセンサエレメントで検出された前記正規化された脈波波形が前記しきい値を交差する時間幅との比を算出する、請求項１または２に記載の脈波測定装置。
前記歪み度合算出手段は、前記歪み度合の違いとして、前記選択されたセンサエレメントで検出される脈波波形の、１拍内の大動脈弁閉鎖痕に相当する時相前後の面積比と、前記選択されたセンサエレメントから所定の距離にある少なくとも１個以上のセンサエレメントで検出される脈波波形の前記時相前後の面積比との比を算出する、請求項１または２に記載の脈波測定装置。
前記歪み度合算出手段は、前記歪み度合の違いとして、前記選択されたセンサエレメントで検出される脈波波形と、前記選択されたセンサエレメントから所定の距離にある少なくとも１個以上のセンサエレメントで検出される脈波波形とを同一拍の面積で正規化した後、前記選択されたセンサエレメントで検出された前記正規化された脈波波形の最大波高値と、前記選択されたセンサエレメントから所定の距離にある少なくとも１個以上のセンサエレメントで検出された前記正規化された脈波波形の最大波高値との比を算出する、請求項１または２に記載の脈波測定装置。
前記歪み度合算出手段は、前記歪み度合の違いとして、前記選択されたセンサエレメントで検出される脈波波形の振幅と、前記選択されたセンサエレメントから所定の距離にある少なくとも１個以上のセンサエレメントで検出される脈波波形の振幅との比を算出する、請求項１または２に記載の脈波測定装置。
前記歪み度合算出手段は、前記歪み度合の違いとして、前記選択されたセンサエレメントで検出される脈波波形と、前記選択されたセンサエレメントから所定の距離にある少なくとも１個以上のセンサエレメントで検出される脈波波形との相関係数を算出する、請求項１または２に記載の脈波測定装置。