JP2004313605A

JP2004313605A - 血管弾性測定装置

Info

Publication number: JP2004313605A
Application number: JP2003114487A
Authority: JP
Inventors: Yoji Yukinari; 洋二行成
Original assignee: A&D Co Ltd
Current assignee: A&D Holon Holdings Co Ltd
Priority date: 2003-04-18
Filing date: 2003-04-18
Publication date: 2004-11-11
Anticipated expiration: 2023-04-18
Also published as: JP4117211B2

Abstract

【課題】動脈硬化の指標を知ること。
【解決手段】生体の一部を圧迫するカフ１１の減圧過程で、検出手段１１０で検出される信号からカフ圧Ｐｏを差し引いて、脈波Δｐを検出する脈波抽出手段１７と、カフ１１を所定の圧力に維持し、その時に検出手段１１０で検出される波形を基準波形ｐｉとして記憶する基準波形記憶手段２５と、脈波Δｐを検出する過程で検出される信号を、カフ１１の弾性特性関数とボイルシャルルの法則の適用により圧力単位から体積単位に換算し、カフ１１の体積変化ΔＶを求めるΔＶ算出手段２９と、基準波形ｐｉを前記最低血圧Ｐｄと最高血圧Ｐｓとによって単位換算して血管内圧Ｐｉとし、血管内圧Ｐｉとカフ圧Ｐｏとの差分である内外圧差ΔＰを求めるΔＰ算出手段２７と、ΔＶとΔＰとを脈波Δｐ毎に比較することによって血管弾性率を得る比較手段３１とを、有する血管弾性測定装置１である。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、非観血式による血圧測定時に、血管の動脈硬化指標を得ることが出来る血管弾性測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
日本人の死因の第２位である心疾患（心筋梗塞など）と、第３位である脳血管障害（脳卒中など）の原因は、血管の動脈硬化であることが知られており、今や動脈硬化は我々にとって身近な問題となっている。
【０００３】
しかし、動脈硬化の指標を家庭で知ることは難しく、病院で専門検査を受ける必要があるので、健康な人や、自覚症状のない人は、まずそのような検査を自発的に受けようとは思わない。このことが種々の病気を潜在的に進行させ、最悪の場合には手遅れになる要因となっている。
【０００４】
従って、病院の専門検査などで動脈硬化指標の詳細な数値を測定せずとも、家庭や外来受診時に手軽に、簡単に、動脈硬化の程度や傾向を知ることの有用性や、動脈硬化について知るきっかけの必要性が増している。
【０００５】
従来、非観血式方法により血圧を測定する過程で、血圧と同時に、動脈硬化指標、すなわち血管の弾性特性を求めることが出来る装置があった（例えば、特許文献１、特許文献２参照。）。
【０００６】
【特許文献１】
特許第３１８４３４９号公報
【特許文献２】
特開平８−６６３７７号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特許文献１や特許文献２に開示されている装置は、従来の血圧計の構成要素の他に、被測定者の手の指等に取り付ける装置を別途必要とし、このような専用の装置を開発する手間が発生していた。
【０００８】
また、被測定者の立場からすると、家庭で、わざわざ血管の弾性特性のみを測定する習慣はなく、血圧を測定するために必要なカフ（腕帯）に加えて、指にも装置を取り付けなければならないという煩わしさから、このような装置は敬遠されがちであった。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
そこで本発明者は上記問題に鑑み、カフを使用して脈波から血圧を求める既存の方式（以降、脈波検出方式という）の血圧計のハードウェア構成に何ら追加することなく、家庭内で、又は外来受診時に、血圧と同時に血管の動脈硬化の指標を手軽に、簡単に求めることが出来る血管弾性測定装置を実現している。
【００１０】
請求項１の発明は、
生体の一部を圧迫するカフと、前記カフのカフ圧Ｐｏを制御するカフ圧制御手段と、前記カフ内の圧力信号を検出する検出手段と、前記カフ圧制御手段での前記カフの減圧又は加圧制御過程で、前記検出手段で検出される信号から前記カフ圧Ｐｏを差し引いて、脈波Δｐを検出する脈波抽出手段と、前記カフ圧制御手段で、前記カフを所定の圧力に維持し、その時に前記検出手段で検出される信号の波形を基準波形ｐｉとして記憶する基準波形記憶手段と、最低血圧Ｐｄと最高血圧Ｐｓとを算出する血圧算出手段と、前記基準波形ｐｉを前記最低血圧Ｐｄと最高血圧Ｐｓとによって単位換算して血管内圧Ｐｉとし、前記血管内圧Ｐｉと前記カフ圧Ｐｏとの差分である内外圧差ΔＰを求めるΔＰ算出手段と、前記脈波Δｐを検出する過程で、前記検出手段で検出される信号を、カフの弾性特性関数とボイルシャルルの法則の適用により、圧力単位から体積単位に換算して前記カフの体積変化ΔＶを求めるΔＶ算出手段と、前記内外圧差ΔＰとを比較することによって、血管弾性率又は血管弾性率に相当する動脈硬化指標を得る比較手段とを有する血管弾性測定装置である。
【００１１】
請求項１の発明により、被測定者にカフを取り付けるだけで、血圧のみならず、動脈硬化の指標も求めることが出来る。
【００１２】
請求項２の発明は、
前記基準波形ｐｉは、前記脈波Δｐを検出する過程の前後で、少なくとも３周期分記憶され、平均化される血管弾性測定装置である。
【００１３】
請求項２の発明により、被測定者に意識させることなく、また、血圧測定とほぼ同じ時間で、動脈硬化の指標が求められる。
【００１４】
請求項３の発明は、
前記脈波Δｐと、前記基準波形ｐｉとは、前記比較手段での比較のために、時間軸の相互規格化が行なわれる血管弾性測定装置である。
【００１５】
請求項３の発明により、より精度の高い動脈硬化の指標を求めることが出来る。
【００１６】
請求項４の発明は、
生体の一部を圧迫するカフと、前記カフのカフ圧Ｐｏを制御するカフ圧制御手段と、前記カフ内の圧力信号を検出する検出手段と、前記カフ圧制御手段での前記カフの減圧又は加圧制御過程で、前記検出手段で検出される信号から前記カフ圧Ｐｏを差し引いて、脈波Δｐを検出する脈波抽出手段と、前記脈波Δｐを検出する過程で、前記検出手段で検出される信号を、カフの弾性特性関数とボイルシャルルの法則の適用により、圧力単位から体積単位に換算して前記カフの体積変化ΔＶを求めるΔＶ算出手段と、前記カフの体積変化ΔＶと、前記カフ圧Ｐｏとを比較することによって、血管弾性率又は血管弾性率に相当する動脈硬化指標を得る比較手段とを有する血管弾性測定装置である。
【００１７】
請求項４の発明により、基準波形ｐｉを記憶しなくとも、手軽にかつ高速に、動脈硬化の指標を求めることが出来る。
【００１８】
請求項５の発明は、
生体の一部を圧迫するカフと、前記カフのカフ圧Ｐｏを制御するカフ圧制御手段と、前記カフ内の圧力信号を検出する検出手段と、前記カフ圧制御手段での前記カフの減圧又は加圧制御過程で、前記検出手段で検出される信号から前記カフ圧Ｐｏを差し引いて、脈波Δｐを検出する脈波抽出手段と、前記脈波Δｐと、前記カフ圧Ｐｏとを比較することによって、血管弾性率又は血管弾性率に相当する動脈硬化指標を得る比較手段とを有する血管弾性測定装置である。
【００１９】
請求項５の発明により、最も高速かつ簡単に、動脈硬化の指標を求めることが出来る。
【００２０】
請求項６の発明は、
前記比較手段で得られる血管弾性率又は血管弾性率に相当する動脈硬化指標を、２次元グラフ等の関連図、前記関連図の傾きの数値、前記傾きの数値に対応した動脈硬化の程度を示すランク、の少なくとも１以上によって表示する表示手段を有する血管弾性測定装置である。
【００２１】
請求項６の発明により、血管弾性率や動脈硬化の指標を、グラフや、数値や、ランク等によって被測定者に分かりやすく示すことが出来る。
【００２２】
請求項７の発明は、
前記表示手段は、前記血管弾性率又は血管弾性率に相当する動脈硬化指標、最低血圧Ｐｄ、最高血圧Ｐｓのいずれかの組合わせを、同時又は交互に表示する血管弾性測定装置である。
【００２３】
請求項７の発明により、動脈硬化の指標に加え、最高血圧Ｐｓや最低血圧Ｐｄも、同時又は交互に表示することによって、各種の診断に、より役立て易くなる。
【００２４】
請求項８の発明は、
前記カフ、前記カフ圧制御手段、前記検出手段、前記脈波抽出手段は、脈波検出方式の血圧計と共用される血管弾性測定装置である。
【００２５】
請求項８の発明により、従来の脈波検出方式の血圧計の表示部分と内部プログラムを変更するだけで、血圧計に動脈硬化の指標測定機能が追加されるので、開発コストの削減が図られる。更に、血圧測定用と、動脈硬化指標測定用に、別々に測定する必要がないので、測定時間は従来の血圧測定時間とほぼ同じで済み、効率的である。
【００２６】
【発明の実施の形態】
本発明の実施態様について詳細に説明する前に、参考として、脈波から血圧を算出する脈波検出方式の一態様であるオシロメトリック方式の血圧計の測定原理を説明する。
【００２７】
脈波検出方式の血圧計の測定原理を説明する所以は、本発明による血管弾性の測定には、カフの使用と脈波の検出が必須であるため、脈波検出方式の血圧計を本発明に応用するのが、最もハードウェアの変更が少なく効率的であるからである。但し、本発明で必要となる最高血圧Ｐｓ、最低血圧Ｐｄの算出は、必ずしも脈波検出方式による必要はない。
【００２８】
尚、以下に説明するオシロメトリック方式の血圧計は、現在、家庭用、業務用を問わず最も普及しているが、脈波検出方式の血圧計には、オシロメトリック方式以外にも複数あり、オシロメトリック方式はあくまでその一態様に過ぎないものである。
【００２９】
図１の血管弾性測定装置１の破線部分には、カフ１１、検出手段１１０、カフ圧制御手段１３、全波形記憶手段１５、脈波抽出手段１７、脈波振幅算出手段１９、血圧算出手段２１が含まれる。これらは脈波検出方式（オシロメトリック方式）の血圧計に一般的に含まれる手段である。
【００３０】
カフ１１は、従来より血圧測定等で利用されているもの同様、ゴム等の弾性材料で出来た袋が入った腕帯であり、被測定者の上腕又は下肢に巻き付けられる。
【００３１】
検出手段１１０は、カフ１１内の圧力を検出する手段である。検出手段１１０は、一般に圧力センサ等で構成され、カフ１１内部に固定されるが、圧力を検出するものであれば圧力センサである必要はない。
【００３２】
カフ圧制御手段１３は、カフ１１内の圧力を制御する手段である。尚、以降、カフ圧制御手段１３が制御する圧力をカフ圧Ｐｏという。カフ圧制御手段１３は、測定開始とともに、カフ圧Ｐｏが被測定者の体内の血管内圧より高くなるように、加圧ポンプ１３０を介してカフ１１内のゴム袋に空気などを印加する。カフ１１が測定部位を圧迫し、体内の血流を阻止したところで、カフ圧制御手段１３は加圧を停止する。その後は、カフ１１の中の空気を排気弁１３１に流す制御を行なうことにより、カフ圧Ｐｏを徐々に低下させる。尚、カフ圧Ｐｏを上昇させていく過程で、血圧を測定する方法もある。
【００３３】
最初、測定部位がカフ１１によって圧迫され、直下にある血管が押しつぶされている状態から、カフ圧Ｐｏを徐々に低下させていく過程で、血液は、最高血圧Ｐｓ付近で流れ始め、最低血圧Ｐｄ付近では、カフ圧Ｐｏによる影響を受けることなく流れることが知られている。
【００３４】
オシロメトリック方式の血圧計は、このカフ圧Ｐｏを変化させていく過程で、心臓の拍動に同期した血管壁の振動がカフ１１にもたらす微小な圧力変動（以降、これを脈波Δｐという。）に基づいて、最高血圧Ｐｓ、最低血圧Ｐｄ、平均血圧Ｐａを判定する。
【００３５】
従って、検出手段１１０では、この微小な脈波Δｐがカフ圧Ｐｏに重畳した信号（Ｐｏ＋Δｐ）が図２のグラフの上段のように得られる。
【００３６】
全波形記憶手段１５は、検出手段１１０で検出される信号を記憶する手段である。
【００３７】
脈波抽出手段１７は、カフ圧Ｐｏを低下又は上昇（つまり、カフ１１を減圧又は加圧）させていく過程で、検出手段１１０で検出される信号からカフ圧Ｐｏを差し引いて、脈波Δｐのみを検出する手段である。図２のグラフの下段は、脈波抽出手段１７で検出された脈波Δｐの縦軸を拡大した信号である。尚、検出された脈波Δｐに対しては、後の処理を円滑に行なうため、適宜、増幅、波形整形、ノイズ除去等が施される。
【００３８】
脈波振幅算出手段１９は、脈波Δｐの周期（拍と同義、以下同じ。）毎（以下、単に脈波Δｐ毎ともいう。）に、振幅を算出する手段である。振幅は通常、各周期毎に脈波Δｐの最大値−最小値、又は最大値−最小値を２で割って得られる。
【００３９】
血圧算出手段２１は、脈波振幅算出手段１９で算出された振幅から、最高血圧Ｐｓ、最低血圧Ｐｄ、平均血圧Ｐａのいずれか１以上を求める手段である。
【００４０】
すなわちオシロメトリック方式では、カフ１１の減圧又は加圧過程で、脈波Δｐの振幅が急激に増大するポイント（図２のＡ）でのカフ圧Ｐｏを最高血圧Ｐｓとし、脈波Δｐの振幅が急激に減少するポイント（図２のＢ）でのカフ圧Ｐｏを最低血圧Ｐｄとし、脈波Δｐの振幅が最も大きくなるポイント（図２のＣ）でのカフ圧Ｐｏを平均血圧Ｐａとしている。
【００４１】
従って、血圧算出手段２１では、脈波Δｐの各振幅を微分して増減の程度を規定値と比較する等によって、最高血圧Ｐｓ、最低血圧Ｐｄを算出し、また、各振幅相互の大小比較によって、平均血圧Ｐａを算出する。
【００４２】
尚、血圧の判定方法や判定基準は各社様々であり、また電子部品を用いて回路的に実現するか、ＣＰＵのプログラムにより実現するかは用途などに応じても様々である。また、カフ１１の減圧過程ではなく、加圧過程でも同様に血圧測定を行なえることはよく知られている。従って、本発明の血管弾性測定に際しても、カフ１１を加圧していくか減圧していくかは問わない。
【００４３】
また、血管弾性測定装置１では、血管弾性を求めるため、血圧算出手段２１で求められた最高血圧Ｐｓと最低血圧Ｐｄを必要とするが、血圧算出手段２１の実施態様は、ここで説明したオシロメトリック方式によるものに限定されるものではない。
【００４４】
次に、本発明の血管弾性測定装置１を使用した血管弾性の測定原理を説明する。本発明では、詳細は後述するように、カフ１１の減圧又は加圧過程で検出される脈波を利用している。
【００４５】
つまり、脈波抽出手段１７で検出される脈波Δｐは、血圧測定用と、本発明の血管弾性測定用の両用途に、同時に使用することが出来るので、脈波検出方式の血圧計と本発明の血管弾性測定装置１との共用化を図ることが出来る。従って、脈波その他の信号を、血圧測定用と血管弾性測定用とに別々に測定したり、記憶する必要はない。もちろん、脈波Δｐを検出するためのカフ１１の加圧、減圧制御も１回でよく、全体としての測定時間は、従来の血圧計で血圧のみを測定する時間とほぼ同じで済み、効率的な測定が行なえる。
【００４６】
血管内では、体内に血液を循環させるために、心臓の鼓動と同期して、最低血圧Ｐｄと最高血圧Ｐｓを定期的に繰り返すようにして圧力が発生しており、この圧力を血管内圧Ｐｉという。つまりは血圧のことである。
【００４７】
外から血管壁に対して加わる圧力であるカフ圧Ｐｏを、血管内圧Ｐｉ以上にすると、血管は押しつぶされ血流が阻止される。カフ圧Ｐｏを徐々に低下させていくと、血管内に血液を送り流そうとする血管内圧Ｐｉの力によって、血管は膨張する。
【００４８】
血管の膨張により、血管壁はカフ１１の体積（容積と同義、以下同じ。）を圧縮する。カフ１１の体積の圧縮度合いは、内外圧差ΔＰ（＝カフ圧Ｐｏ−血管内圧Ｐｉ）と、その圧力時の血管壁の膨張度合い、すなわち血管の弾性特性との関係によって異なる。例えば、血管が硬い被測定者の血管壁は膨張性が乏しく、血管壁の振動がカフ１１を十分に圧縮するに至らないが、血管が柔らかい被測定者の血管壁は、カフ１１の体積変化ΔＶに影響を与えるだけの柔軟性を持っている。
【００４９】
従って、内外圧差ΔＰと、カフ１１の体積変化ΔＶとの比率であるΔＰ／ΔＶ（又はΔＶ／ΔＰ）を血管弾性率といい、これを一般に動脈硬化の指標としている。これら内外圧差ΔＰと、カフ１１の体積変化ΔＶを求めるため、本発明では以下の構成を採用している。
【００５０】
すなわち図１の血管弾性測定装置１は、血圧測定原理で説明した構成手段の他に、基準波形記憶手段２５、ΔＰ算出手段２７、ΔＶ算出手段２９、比較手段３１、表示手段２３を有している。これらの追加手段は、脈波検出方式の血圧計の電子回路の追加変更によっても対応出来るが、ＣＰＵのプログラム変更のみでも対応出来る。その場合は、表示手段２３の表示部を変更する以外は従来の血圧計で使用している金型や基板等をそのまま使用することが出来るので、ハードウェア面のコストがかからないというメリットがある。
【００５１】
基準波形記憶手段２５は、カフ圧制御手段１３でカフ圧Ｐｏを最低血圧Ｐｄ以下の一定値にした時に、検出手段１１０で検出される信号の波形を少なくとも１周期分、ないしは２〜３周期分記憶し、この波形そのもの又は、記憶しただけの波形を平均化した波形を血管内圧Ｐｉの基準波形ｐｉとする手段である。この基準波形ｐｉは後述のΔＰ算出手段２７で使用する。
【００５２】
基準波形ｐｉは、脈波抽出手段１７で脈波Δｐを検出する前後のほんのわずかな時間で記憶されるので、被測定者は特に血管弾性を測定していることを意識しないでよい。
【００５３】
図２に検出手段１１０で検出された血管内圧Ｐｉの基準波形ｐｉの一例を示す。１周期分では安定していないこともあるので、出来れば図２のように数周期分記憶し、平均化するのが、測定精度の向上のためにも望ましい。
【００５４】
ΔＰ算出手段２７は、以下に示す手順により、内外圧差ΔＰを算出する手段である。
【００５５】
ΔＰ算出手段２７の詳細構成図を図３に示す。ΔＰ算出手段２７は、内圧値換算手段２７０と、繰り返し波形発生手段２７１と、演算手段２７２を有する。
【００５６】
内圧値換算手段２７０は、基準波形記憶手段２５で記憶された基準波形ｐｉの各時点での圧力値を、血圧算出手段２１で測定された最高血圧Ｐｓと最低血圧Ｐｄとを用いて、外圧に相当する値から血管内圧Ｐｉに相当する値へ換算する手段である。本来、血管内圧Ｐｉは、先に説明したとおり、最高血圧Ｐｓと最低血圧Ｐｄを周期的に繰り返す信号であるのに対して、検出手段１１０で検出される基準波形ｐｉの圧力値は、あくまでも、カフ１１内の圧力値、すなわち外圧に過ぎず、血管内圧Ｐｉではないからである。
【００５７】
詳細には、図２のグラフに示すように、最高血圧Ｐｓを基準波形ｐｉの最大ピーク点（ｐｉｍａｘ）での基準波形ｐｉの最高値ｐｓに当てはめ、また最低血圧Ｐｄを最小ピーク点（ｐｉｍｉｎ）での基準波形ｐｉの最低値ｐｄに当てはめる。そして、Ｐｓ−Ｐｄとｐｓ−ｐｄの比率は、波形のどの時点でも等しいという関係を利用して、基準波形ｐｉの各時点の圧力値を、血管内圧Ｐｉに相当する圧力値に換算する。
【００５８】
例えば、検出手段１１０で検出されたもとの基準波形ｐｉ（ｔ）が
ｐｉ（ｔ）＝（（ｐｓ−ｐｄ）／２）・ｓｉｎ（ｔ）・・・（１）
という関数で与えられるとすれば、血管内圧Ｐｉに相当する値に換算後の関数Ｐｉ（ｔ）は、
Ｐｉ（ｔ）＝（（Ｐｓ−Ｐｄ）／（ｐｓ−ｐｄ））・ｐｉ（ｔ）・・・（２）
で表される。
【００５９】
繰り返し波形発生手段２７１は、内圧値換算手段２７０で値が換算された１周期分の基準波形ｐｉを連続的に擬似発生させ、これを擬似的な血管内圧Ｐｉとする手段である。連続的に発生させる必要があるのは、後に比較手段３１で、カフ１１の体積変化ΔＶの時系列信号と全時間比較をするためである。
【００６０】
演算手段２７２は、カフ圧制御手段１３から得られるカフ圧Ｐｏと、繰り返し波形発生手段２７１で発生させた血管内圧Ｐｉとの減算を行ない、内外圧差ΔＰ＝Ｐｏ−Ｐｉを算出する手段である。尚、図２の直線下降線がカフ圧Ｐｏに相当し、このカフ圧Ｐｏはカフ圧制御手段１３の制御内容から知ることが出来る。
【００６１】
ΔＶ算出手段２９は、以下に示す手順により、脈波抽出手段１７で脈波Δｐを検出する過程で、検出手段１１０で検出される信号から、カフ１１の体積変化ΔＶを算出する手段である。
【００６２】
ΔＶ算出手段２９の詳細構成図を図４に示す。ΔＶ算出手段２９は、時間軸規格化手段２９０、演算手段Ａ２９１、演算手段Ｂ２９２、カフ特性補正手段２９３、演算手段Ｃ２９４、演算手段Ｄ２９５を有する。
【００６３】
時間軸規格化手段２９０は、脈波抽出手段１７で検出される脈波Δｐの時間軸を血管内圧Ｐｉの周期に合わせて規格化し、その分脈波Δｐの波形を圧縮又は伸長する手段である。これは後に、脈波Δｐをカフ１１の体積変化ΔＶに換算したものを、脈波Δｐ毎に内外圧差ΔＰ（すなわちＰｏ−Ｐｉ）と比較するためである。
【００６４】
通常、脈波Δｐの周期は、心臓の鼓動に同期しており一定間隔であるので、血管内圧Ｐｉの周期ともほぼ同じであるが、不整脈などの場合には、脈波Δｐ毎に周期が若干ずれるため、血管内圧Ｐｉ（基準波形ｐｉ）の周期に時間軸を合わせこむ必要がある。
【００６５】
尚、脈波Δｐの時間軸を血管内圧Ｐｉの時間軸に合わせるのではなく、逆に、基準波形ｐｉを繰り返し波形発生手段２７１で、検出された脈波Δｐの時間軸に合うように発生させても、時間軸規格化手段２９０と同じ役割を果たす。
【００６６】
演算手段Ａ２９１は、時間軸規格化手段２９０で規格化された脈波Δｐとカフ圧Ｐｏとの加算を行なう手段である。尚、時間軸の規格化を行なわない場合には、演算手段Ａ２９１で得られる結果は、脈波Δｐを検出する過程で、検出手段１１０で検出される信号、すなわちＰｏ＋Δｐそのものであるので、演算手段Ａ２９１は省略可能である。
【００６７】
演算手段Ｂ２９２は、演算手段Ａ２９１の結果であるＰｏ＋Δｐと、カフ圧Ｐｏの除算を行なう手段である。
【００６８】
カフ特性補正手段２９３は、カフ１１の弾性特性を考慮して、カフ圧Ｐｏを体積単位に換算する手段である。
【００６９】
そもそも、検出手段１１０で検出される信号の単位はあくまでも圧力単位であるので、カフ１１の体積変化ΔＶを求めるためには、これを体積単位に換算する必要がある。
【００７０】
カフ１１は弾性材料で製作されるため、カフ圧Ｐｏとカフ１１の体積Ｖｏには、図５の弾性特性に示されるようなカフ１１の弾性係数を介した関係があり、カフ圧がＰｏの時のカフ１１の体積は関数Ｖｏ（Ｐｏ）で表される。尚、本実施の形態では、この関数は図５のように非線形であるが、用途や高速化などに応じて、線形近似したものをカフ１１の弾性特性として利用してもよい。カフ１１の弾性特性は、予め血管弾性測定装置１のプログラム内などに用意しておく。
【００７１】
演算手段Ｃ２９４は、カフ特性補正手段２９３で算出されたカフ圧Ｐｏの体積単位換算値であるＶｏ（Ｐｏ）と、演算手段Ｂ２９２の結果である（Ｐｏ＋Δｐ）／Ｐｏの除算を行なう手段である。
【００７２】
本発明では、カフ１１の体積変化に伴って変化するカフ１１内の圧力（検出手段１１０で検出される信号）と、カフ１１の体積との間には、短期間ではボイルシャルルの法則が成立するものとする。ある時点での、カフ１１の体積Ｖｏからの増加分ΔＶによる、カフ圧Ｐｏの上昇分をΔｐとすると、
Ｐｏ・Ｖｏ＝（Ｐｏ＋Δｐ）・（Ｖｏ−ΔＶ）・・・（３）
が成立する。Ｐｏ＋Δｐは、検出手段１１０で検出される信号、すなわちカフ圧Ｐｏに脈波Δｐが重畳した信号に等しい。
【００７３】
更に、（３）式で、ＶｏをＶｏ（Ｐｏ）とすれば、
Ｐｏ・Ｖｏ（Ｐｏ）＝（Ｐｏ＋Δｐ）・（Ｖｏ（Ｐｏ）−ΔＶ）・・・（４）
となる。
【００７４】
そこで、演算手段Ｃ２９４の除算結果に、（４）式を適用すると、演算手段Ｃ２９４の結果は、Ｖｏ（Ｐｏ）−ΔＶとなる。
【００７５】
演算手段Ｄ２９５は、Ｖｏ（Ｐｏ）と、演算手段Ｃ２９４の結果であるＶｏ（Ｐｏ）−ΔＶの減算を行なう手段である。結果はΔＶとなり、つまりカフ１１の体積変化が得られる。
【００７６】
図１の構成図に戻ると、比較手段３１は、ΔＰ算出手段２７で算出された内外圧差ΔＰと、ΔＶ算出手段２９で算出されたカフ１１の体積変化ΔＶとの比較を行なう手段である。これにより、ΔＰとΔＶの比率である血管弾性率を求めることが出来る。ここでは、脈波抽出手段１７での脈波検出過程で、最高血圧Ｐｓと判定されたポイントから、最低血圧Ｐｄと判定されたポイントまでの区間の全脈波について、脈波Δｐ毎に各々比較を行なう。
【００７７】
尚、本実施の形態では、内外圧差ΔＰを求めるためには基準波形ｐｉ及び最低血圧Ｐｄ及び最高血圧Ｐｓが必要であり、カフ１１の体積変化ΔＶを求めるためには脈波Δｐが必要であることはここまで説明したとおりである。従って、例えば、カフ１１の制御を２回行なう場合で、１回目の制御時に、基準波形ｐｉ及び最低血圧Ｐｄ及び最高血圧Ｐｓを測定して、カフ圧Ｐｏ毎に内外圧差ΔＰを算出しておき、２回目の制御時に動脈硬化測定用の脈波Δｐの検出を行なえば、２回目に脈波Δｐの検出を行ないながら、逐次、カフ１１の体積変化ΔＶの算出や、比較手段３１での比較を行なうことが出来るので、全波形記憶手段１５により信号を記憶する必要は必ずしもない。またこの場合、１回目に既に最低血圧Ｐｄ及び最高血圧Ｐｓが測定されているので、２回目のカフ１１の制御時には、その被測定者の最高血圧Ｐｓまでカフ圧１１を加圧すればよいので被測定者に負担がかからない。
【００７８】
更に、複数回のカフ１１の制御が可能であれば、複数回分測定される基準波形ｐｉが平均化され、より精度の高い動脈硬化測定が可能となる。
【００７９】
表示手段２３は、比較手段３１での比較結果である血管弾性、すなわち動脈硬化の指標を表示する手段である。比較結果は、ΔＰとΔＶの２次元グラフ等の関連図で表すことも出来るし、ΔＰとΔＶの傾きを算出し、その数値を表示してもよいし、又は、動脈硬化の程度をランク分けし、求められた数値に対応したランクを表示してもよい。
【００８０】
【実施例１】
次に本発明の具体的実施例について、図１、図３、図４の構成図と図２のグラフを参照しながら、詳細に説明する。
【００８１】
カフ１１は、被測定者の上腕又は下肢に巻き付けられ、カフ圧制御手段１３は、被測定者の血流を阻止する程度の圧力（最高血圧Ｐｓ以上）まで、カフ１１を加圧する。その後、カフ圧Ｐｏは、カフ圧制御手段１３の制御によって徐々に低下する。
【００８２】
全波形記憶手段１５は、カフ圧Ｐｏが低下する過程で、検出手段１１０で検出される信号を記憶する。脈波抽出手段１７は、順次、この信号からカフ圧Ｐｏを差し引いて脈波Δｐを検出する。更に、脈波振幅算出手段１９は、検出された脈波Δｐの振幅を算出する。
【００８３】
血圧算出手段２１は、算出された振幅をもとに、最高血圧Ｐｓ、最低血圧Ｐｄの判定を行なう。ここで、平均血圧Ｐａも算出されるようにしてもよい。
【００８４】
カフ圧Ｐｏが最低血圧Ｐｄに達したら、カフ圧制御手段１３は、カフ圧Ｐｏの制御を終了するのではなく、カフ圧Ｐｏを最低血圧Ｐｄ以下の一定圧力に維持する。この時に検出手段１１０で検出される信号を、血管内圧Ｐｉの基準波形ｐｉとして、基準波形記憶手段２５で記憶する。但し、基準波形ｐｉは１周期、ないしは、２〜３周期分記憶されればよいので、記憶は短時間で済み、血圧のみを測定する時と測定時間はほとんど変わらない。また、被測定者は、特に血管弾性を測定していると意識することがない。
【００８５】
ΔＰ算出手段２７は、測定された最高血圧Ｐｓ、最低血圧Ｐｄ、血管内圧Ｐｉの基準波形ｐｉと、カフ圧制御手段１３から分かるカフ圧Ｐｏを用いて、内外圧差ΔＰを算出する。
【００８６】
ΔＶ算出手段２９は、検出された脈波Δｐと、カフ圧Ｐｏと、予め記憶されているカフ１１の弾性特性を用いて、カフ１１の体積変化ΔＶを算出する。尚、ΔＰとΔＶの算出方法は、発明の実施の形態で説明したとおりであるので、説明を省略する。
【００８７】
比較手段３１は、内外圧差ΔＰをＸ軸、カフ１１の体積変化ΔＶをＹ軸にとり、一般にリサージュ図形と呼ばれる関連図を、カフ圧Ｐｏが最高血圧Ｐｓから最低血圧Ｐｄに至るまでの全脈波区間の全時間について記録する。これより、図６、図７のようなグラフが生成される。図６は血管が硬いとされる被測定者のグラフ、図７は血管が柔らかいとされる被測定者のグラフである。
【００８８】
図６、図７によると、Ｘ軸の内外圧差ΔＰが０付近で、それぞれのグラフの傾きが異なっていることからも、動脈硬化の程度が簡単に評価出来る。すなわちこれらの図で、傾きが緩やかな場合には血管が硬いと判断され、傾きが急な場合には血管が柔らかいと判断される。
【００８９】
この傾きを血管弾性率とし、その数値を、表示手段２３によって表示してもよいし、動脈硬化の程度をランク分けし、求められた数値に対応したランクを表示してもよい。また、表示スペースに余裕があれば、この図６や図７のリサージュ図形をそのまま表示してもよい。
【００９０】
更には、測定された最高血圧Ｐｓ、最低血圧Ｐｄ、平均血圧Ｐａについても、動脈硬化の指標と同時又は交互に表示させれば、被測定者は一度にいろいろな情報を知ることが出来るし、より診断に役立つ。
【００９１】
ここで、装置の記憶容量の削減と、より高速な測定結果の表示を行なうための方法を以下に示す。基準波形記憶手段２５で記憶された基準波形ｐｉと、脈波抽出手段１７で検出された脈波Δｐのそれぞれについて、脈波Δｐ毎に振幅を算出し、算出された個々の振幅について、図３及び図４で、ΔＰ及びΔＶを算出し、これらを比較する。
【００９２】
つまり、全脈波区間について全時間の比較を行なうのではなく、脈波Δｐ毎の代表点について比較を行なうので、高速な測定が可能となる。その結果を図８に示す。図８のグラフでは、上から順に、血管が硬い（Ｈａｒｄ）、普通（Ｎｏｒｍａｌ）、柔らかい（Ｓｏｆｔ）例が示されている。図８のグラフの傾きから、血管が硬い場合と、柔らかい場合との差は一目瞭然であり、簡易的な測定結果として動脈硬化の程度を知るには十分であり、しかも高速に測定される。
【００９３】
尚、算出された振幅を脈波Δｐ毎の代表点とする以外にも、脈波Δｐ毎にピーク値（最低値、最高値）や、任意の点のサンプルを抽出し、基準波形ｐｉからも同様の点でサンプルを抽出し、各点のサンプル同士で比較を行なってもよい。抽出するサンプル数は、用途や高速化の度合いに合わせて、任意に変更可能である。また、複数のサンプルを抽出する場合には、基準波形ｐｉ又は脈波Δｐの時間軸を、時間軸規格化手段２９０により、いずれかの時間軸に合わせて圧縮・伸長することが望ましい。
【００９４】
【実施例２】
次に、実施例１を更に簡略化して、動脈硬化の指標を求める場合の一例を説明する。
【００９５】
本実施例の血管弾性測定装置５の構成図を図９に示す。実施例１の構成図である図１との相違点は、図９には、内外圧差ΔＰの算出に関わる手段、つまり血圧算出手段２１、基準波形記憶手段２５、ΔＰ算出手段２７がないことである。
【００９６】
すなわち実施例１では、内外圧差ΔＰは、カフ圧Ｐｏ−血管内圧Ｐｉであるとして、内外圧差ΔＰとカフ１１の体積変化ΔＶとを比較して、動脈硬化の指標を求めたが、本実施例では、比較手段５１で、カフ圧Ｐｏそのものとカフ１１の体積変化ΔＶとを比較することにより、動脈硬化の傾向を把握することが出来る。
【００９７】
通常、血圧や本発明の血管弾性の測定過程で、カフ圧Ｐｏは、カフ圧制御手段１３の制御により、最高血圧Ｐｓから最低血圧Ｐｄへとほぼ一定の傾きで低下する（又は、最低血圧Ｐｄから最高血圧Ｐｓへとほぼ一定の傾きで上昇する）。これに対し、血管内圧Ｐｉは、最高血圧Ｐｓと最低血圧Ｐｄの間を周期的に繰り返す波形であるので、内外圧差ΔＰの値は、図６や図７のリサージュ図形のように、脈波Δｐの１周期毎に、Ｘ軸を行き来するようになっており、この部分は、簡単に動脈硬化の程度を知りたい場合には特に必要とはされなかった。
【００９８】
この行き来が発生する要因である、周期波形の血管内圧Ｐｉを無視して内外圧差ΔＰを、カフ圧Ｐｏと近似してしまっても、動脈硬化の程度を知るには支障がないと判断したのが本実施例である。
【００９９】
従って、本実施例では、カフ１１の体積変化ΔＶとカフ圧Ｐｏが分かればよく、実施例１の内外圧差ΔＰの算出に必要であった基準波形ｐｉの記憶は不要であり、更に、脈波Δｐの波形と基準波形ｐｉとの比較が不要となるので、時間軸の規格化も不要である。
【０１００】
カフ１１の体積変化ΔＶの算出方法は、実施例１で説明した図４の詳細構成図から時間軸規格化手段２９０を削除したものと同様である。各演算手段での演算方法、カフ特性補正手段２９３での補正方法は、発明の実施の形態及び実施例１で説明したのと同様であるので、説明を省略する。
【０１０１】
脈波振幅算出手段１９で各脈波Δｐの振幅を算出し、この振幅毎に算出されたカフ１１の体積変化ΔＶを縦軸にとり、その時のカフ圧Ｐｏを横軸にとったものが、図１０のグラフである。このグラフからでも、動脈硬化の傾向の差異は、それぞれの傾きの差から一目瞭然である。
【０１０２】
本実施例では、基準波形ｐｉの記憶や、最高血圧Ｐｓ、最低血圧Ｐｄの算出が不要であるため、血圧の測定過程で、脈波Δｐを検出するのとほぼ同時に、リアルタイムで、図１０のグラフや数値を表示させることが出来、表示の高速化が図られる。
【０１０３】
尚、図９の血管弾性測定装置５では、脈波振幅算出手段１９で、各脈波Δｐの振幅を算出して、各々に対応するカフの体積変化ΔＶを求めたが、振幅以外にも、任意の点をサンプル抽出してもよい。更に、記憶容量に余裕があれば、全脈波の全時間について、後段の演算処理を行なってもよい。
【０１０４】
図９の血管弾性測定装置５でΔＰ算出手段２７を有する場合には、基準波形記憶手段２５で検出されるはずの基準波形ｐｉを固定値として、最低血圧Ｐｄと最高血圧Ｐｓによって内圧値換算を行ない、カフ圧Ｐｏとの差である内外圧差ΔＰを算出してもよい。これにより基準波形ｐｉの記憶が不要となる。
【０１０５】
更に、カフ１１の弾性特性を線形（カフ圧Ｐｏとカフ１１の体積Ｖｏが比例関係にある）とみなせば、各脈波Δｐの圧力値をカフ１１の体積変化ΔＶに換算するまでもなく、各脈波Δｐの振幅又は任意の点の値と、その時のカフ圧Ｐｏとの比較を行なっても図１０と同様のグラフは得られる。この時、基準波形ｐｉと最低血圧Ｐｄと最高血圧Ｐｓが測定されていれば、内外圧差ΔＰを求め、脈波Δｐと内外圧差ΔＰとの比較を行なってもよい。
【０１０６】
また、カフ１１の体積変化ΔＶの代わりに、脈波Δｐの振幅の時間変化分である微分値を算出し、カフ圧Ｐｏとの比較を行なってもよい。この方法は、最も簡単で、かつ高速に動脈硬化の指標を得るのに適している。
【０１０７】
【発明の効果】
本発明により、血圧を測定する時に必要となるカフ以外は、被測定者の身体に装着することなく、簡単に、手軽に、高速に、動脈硬化の指標を求めることが出来る。
【０１０８】
脈波検出方式による血圧の測定と同時に、血管弾性を測定することが出来るので効率的である。被測定者は血管弾性を測定していることを意識せずに、血圧と、動脈硬化の指標の両方を知ることが出来、総合的な診断に役立つ。健康な人も、日頃から、血圧を測定する習慣さえ身につければ、同時に、動脈硬化の早期発見、予防につながる。
【０１０９】
従来のカフを使用する脈波検出方式の血圧計の表示部以外のハードウェア構成を変更することなく、ＣＰＵのプログラム変更のみで、動脈硬化の指標をも表示させるような仕様変更対応が可能となるので、開発コストが削減される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の血管弾性測定装置の一例を示す構成図である。
【図２】カフ圧Ｐｏと、脈波Δｐの波形と、血管内圧Ｐｉの基準波形ｐｉを示すグラフである。
【図３】ΔＰ算出手段の一例を示す構成図である。
【図４】ΔＶ算出手段の一例を示す構成図である。
【図５】カフ弾性特性を示すグラフである。
【図６】血管が硬い被測定者の血管弾性を示すグラフの一例である。
【図７】血管が柔らかい被測定者の血管弾性を示すグラフの一例である。
【図８】血管弾性を示すグラフの他の一例である。
【図９】本発明の血管弾性測定装置の他の一例を示す構成図である。
【図１０】血管弾性を示すグラフの他の一例である。
【符号の説明】
１：血管弾性測定装置
１１：カフ
１１０：検出手段
１３：カフ圧制御手段
１３０：加圧ポンプ
１３１：排気弁
１５：全波形記憶手段
１７：脈波抽出手段
１９：脈波振幅算出手段
２１：血圧算出手段
２３：表示手段
２５：基準波形記憶手段
２７：ΔＰ算出手段
２７０：内圧値換算手段
２７１：繰り返し波形発生手段
２７２：演算手段
２９：ΔＶ算出手段
２９０：時間軸規格化手段
２９１：演算手段Ａ
２９２：演算手段Ｂ
２９３：カフ特性補正手段
２９４：演算手段Ｃ
２９５：演算手段Ｄ
３１：比較手段
５：血管弾性測定装置
５１：比較手段

Claims

生体の一部を圧迫するカフと、
前記カフのカフ圧Ｐｏを制御するカフ圧制御手段と、
前記カフ内の圧力信号を検出する検出手段と、
前記カフ圧制御手段での前記カフの減圧又は加圧制御過程で、前記検出手段で検出される信号から前記カフ圧Ｐｏを差し引いて、脈波Δｐを検出する脈波抽出手段と、
前記カフ圧制御手段で前記カフ圧Ｐｏを所定の圧力に維持し、その時に前記検出手段で検出される信号の波形を基準波形ｐｉとして記憶する基準波形記憶手段と、
最低血圧Ｐｄと最高血圧Ｐｓとを算出する血圧算出手段と、
前記基準波形ｐｉを前記最低血圧Ｐｄと最高血圧Ｐｓとによって単位換算して血管内圧Ｐｉとし、前記血管内圧Ｐｉと前記カフ圧Ｐｏとの差分である内外圧差ΔＰを求めるΔＰ算出手段と、
前記脈波Δｐを検出する過程で、前記検出手段で検出される信号を、カフの弾性特性関数とボイルシャルルの法則の適用により、圧力単位から体積単位に換算して前記カフの体積変化ΔＶを求めるΔＶ算出手段と、
前記カフの体積変化ΔＶと、前記内外圧差ΔＰとを比較することによって、血管弾性率又は血管弾性率に相当する動脈硬化指標を得る比較手段とを、
有することを特徴とする血管弾性測定装置。
前記基準波形ｐｉは、
前記脈波Δｐを検出する過程の前後で、少なくとも３周期分記憶され、平均化される
ことを特徴とする請求項１に記載の血管弾性測定装置。
前記脈波Δｐと、前記基準波形ｐｉとは、
前記比較手段での比較のために、時間軸の相互規格化が行なわれる
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の血管弾性測定装置。
生体の一部を圧迫するカフと、
前記カフのカフ圧Ｐｏを制御するカフ圧制御手段と、
前記カフ内の圧力信号を検出する検出手段と、
前記カフ圧制御手段での前記カフの減圧又は加圧制御過程で、前記検出手段で検出される信号から前記カフ圧Ｐｏを差し引いて、脈波Δｐを検出する脈波抽出手段と、
前記脈波Δｐを検出する過程で、前記検出手段で検出される信号を、カフの弾性特性関数とボイルシャルルの法則の適用により、圧力単位から体積単位に換算して前記カフの体積変化ΔＶを求めるΔＶ算出手段と、
前記カフの体積変化ΔＶと、前記カフ圧Ｐｏとを比較することによって、血管弾性率又は血管弾性率に相当する動脈硬化指標を得る比較手段とを、
有することを特徴とする血管弾性測定装置。
生体の一部を圧迫するカフと、
前記カフのカフ圧Ｐｏを制御するカフ圧制御手段と、
前記カフ内の圧力信号を検出する検出手段と、
前記カフ圧制御手段での前記カフの減圧又は加圧制御過程で、前記検出手段で検出される信号から前記カフ圧Ｐｏを差し引いて、脈波Δｐを検出する脈波抽出手段と、
前記脈波Δｐと、前記カフ圧Ｐｏとを比較することによって、血管弾性率又は血管弾性率に相当する動脈硬化指標を得る比較手段とを、
有することを特徴とする血管弾性測定装置。
前記比較手段で得られる血管弾性率又は血管弾性率に相当する動脈硬化指標を、２次元グラフ等の関連図、前記関連図の傾きの数値、前記傾きの数値に対応した動脈硬化の程度を示すランク、の少なくとも１以上によって表示する表示手段を
有することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の血管弾性測定装置。
前記表示手段は、
前記血管弾性率又は血管弾性率に相当する動脈硬化指標、最低血圧Ｐｄ、最高血圧Ｐｓのいずれかの組合わせを、同時又は交互に表示する
ことを特徴とする請求項６に記載の血管弾性測定装置。
前記カフ、前記カフ圧制御手段、前記検出手段、前記脈波抽出手段は、
脈波検出方式の血圧計と共用される
ことを特徴とする請求項１から請求項７のいずれかに記載の血管弾性測定装置。