JP2006122513A

JP2006122513A - 電子血圧計の圧力制御方法

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Publication number: JP2006122513A
Application number: JP2004317135A
Authority: JP
Inventors: Eikichi Suda; 栄吉須田
Original assignee: Japan Precision Instruments Inc
Current assignee: Japan Precision Instruments Inc
Priority date: 2004-10-29
Filing date: 2004-10-29
Publication date: 2006-05-18
Anticipated expiration: 2024-10-29
Also published as: JP4607546B2

Abstract

【課題】脈波の有無に関係なく、減圧速度を一定にコントロールする。
【解決手段】カフを加圧最高値まで加圧する第１ステップと、加圧最高値まで加圧した後、カフ圧が所定値に降下するまで、実際の減圧速度が目標減圧速度に近づくように電動排気弁をフィードバック制御する第２ステップと、第２ステップを実行した際の電動排気弁に対する制御信号の変化量と、それに対応するカフ圧の変化量との相関に基づいて、電動排気弁を制御する際の最小分解能あたりの圧力変化量を求め、カフ圧が所定値になった段階で、最小分解能あたりの圧力変化量だけカフ圧が変化するごとに、電動排気弁に最小分解能に相当する制御信号を与えて電動排気弁を制御する第３ステップと、を備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、動脈をカフで圧迫し、カフ圧を変化させる過程で脈波振幅値を検出し、この脈波振幅値を用いて血圧を決定するオシロメトリック式の電子血圧計の圧力制御方法に関するものである。

オシロメトリック式の電子血圧計では、被測定体である被験者の上腕または手首などにカフを巻き、カフを加圧し動脈を圧迫して阻血し、その後減圧してゆく過程で、圧力センサでカフ圧を検出すると共に、カフ圧信号中に重畳される脈波成分を抽出し、その脈波振幅の推移とカフ圧とに基づき血圧を決定する。例えば、脈波振幅の最大値に対応するカフ圧を平均血圧、脈波振幅の最大値の５０％に相当する高カフ圧側の脈波振幅に対応するカフ圧を最高血圧、また脈波振幅の最大値の７０％に相当する低カフ圧側の脈波振幅に対応するカフ圧を最低血圧と決定している。

この種の電子血圧計において正確な血圧を測定するためには、カフ圧を一定速度で減圧しなければならない。つまり、現在の排気速度を監視し、所定の減圧速度（減圧速度が一定）となるように、電動排気弁を制御しなければならない。例えば、電動排気弁の弁開度が入力電流に比例する場合は、排気速度が速すぎるとき、電動排気弁の電流を増やして排気を遅くし、排気速度が遅すぎるとき、電動排気弁の電流を減らして排気を速くするよう制御している。なお、電動排気弁の形式により、制御入力が、電流の代わりに、電圧値やデューティ値であってもよい。

この減圧速度をコントロールする方法として、従来では、図３、図４に示すように、脈波発生前は、単位時間ごとの圧力差（検出カフ圧と目標カフ圧の差）に基づいて減圧速度を検出して電動排気弁の通電（電流）を制御し、脈波発生後は、各脈波の立上り直前の圧力差（検出カフ圧と目標カフ圧の差）により減圧速度を検出して、電動排気弁の通電（電流）を制御している。つまり、脈波と脈波の間隔（時間）と立ち上がりの圧力値から減圧速度を演算して、脈波１拍につき１回だけ電動排気弁の通電制御を行うのが一般的であった（例えば、特許文献１参照）。その理由は、脈波のあるところでのカフ圧に基づいて電動排気弁の制御が行われると、その時点でのカフ圧の検出値自体が基線（脈波判定の基準となる線であり、脈波が無いとした場合のカフ圧の変化曲線に相当）からはずれたものであり、減圧速度制御が適正に行われなくなるからである。
特開平６−４７０１１号公報

ところで、上記従来のカフの圧力制御方法は、圧力が高い区間では問題は少ないが、圧力が低くなると、電動排気弁の制御出力の変更により圧力振動が発生することがあり、この圧力振動が、人体から発生する脈波信号を検出しにくくしたり、正しい減圧速度の検出を妨げたりすることがあった。

即ち、脈波が検出されない高い圧力の区間は、単位時間毎に電動排気弁が制御されるが、脈波検出が開始される低い圧力になると、脈波の発生周期毎にしか電動排気弁が制御されないことにより、特に被験者の脈拍数が低い場合に電動排気弁の制御の間隔が粗くなって、１回の制御出力変更量が大きくなり、その結果、場合によっては、カフ圧の変化曲線から脈波成分を検出する際の基線変動を血圧計自身が招き、測定の正確さを阻害する一因になっていた。例えば、脈拍数が３０拍／分と低い場合、脈波間隔は２０００mSec.となるので、脈波信号がない場合（２００〜２５０mSec.）の約１０倍も、電動排気弁の制御出力（電流）を大きく変更することになる。１回の制御出力変更量が大きくなると、電動排気弁自体が圧力振動を起こしてしまい、排気カーブが乱れたり、急排気したり、またこの振動を脈波信号として誤検出したりすることがあり、その結果、動作に余裕がない電動排気弁の場合、制御ができなくなることもある。

また、低圧になると、電動排気弁の制御出力（例えば電流値）が減り、フィードバック制御できなくなる直前で動作するので、電動排気弁の動作に余裕がなくなり、また低圧になるほど、制御手段であるマイクロコンピュータの制御出力値が小さくなるので、同じ１ビット（最小分解能）の変化でも影響が大きく出るようになり、見かけ上の分解能が低下したことになる。そのため、圧力振動が発生しやすくなり、測定の正確さを阻害することになっていた。

つまり、圧力が低くなるほど、制御の１ビット当たりの重みが大きくなるために、制御によって発生する圧力振動ノイズが増えたり、動作が不安定になるという問題があった。例えば、マイクロコンピュータの出力が１００の場合に１カウント変更したとすると、変更量は全体の１％なので圧力振動はそれほど大きくはならないが、マイクロコンピュータの出力が１０の場合に１カウント変更したとすると、変更量は全体の１０％となるために圧力振動が１０倍になり、その影響が大きく出ることになっていた。

また、脈波信号が発生して、図５に示すように、電動排気弁の制御を脈波信号ごとに変更しているときに、途中で脈波が途切れると、脈波信号が無い場合の制御に戻すことになる。つまり、脈波信号があったり消えたりすると、非常に不安定な制御になってしまう。例えば、脈波信号が不整脈で途切れたりした場合は、２秒間（３０拍／分まで対応する場合）程度、脈波がくるのを待ち、それでも脈波信号が来ない場合は、所定時間での排気速度変更と電流切り替えに制御の仕方を戻す。ところが、２秒間電流を変更しないと、減圧速度が遅くなり過ぎ、次の電流変更値が大きくなり過ぎてしまい、圧力振動が発生して、適切な減圧制御ができなくなる（排気速度制御が乱れることがある）。また、血圧測定中に腕を動かした場合、その圧力変動を脈波信号と誤認識することもあり、減圧速度を誤認識することにつながっていた。

本発明は、上記事情を考慮し、脈波の有無に関係なく、減圧速度を一定にコントロールすることができ、それにより、血圧測定精度の向上を図れるようにした電子血圧計の圧力制御方法を提供することを目的とする。

請求項１の発明は、生体動脈を圧迫するカフと、カフを加圧する加圧ポンプと、カフを減圧する電動排気弁と、カフ圧を検出する圧力センサと、前記電動排気弁に制御信号を与える排気弁制御手段と、前記電動排気弁によりカフを減圧する過程において脈波の重畳された前記圧力センサからの信号を解析して血圧値を割り出す血圧演算手段と、を備える電子血圧計の圧力制御方法において、前記加圧ポンプによりカフを加圧最高値まで加圧する第１ステップと、前記第１ステップにて加圧最高値まで加圧した後、カフ圧が所定値に降下するまで前記圧力センサからの信号に基づいて、実際の減圧速度が目標減圧速度に近づくように前記電動排気弁をフィードバック制御する第２ステップと、前記第２ステップを実行した際の前記電動排気弁に対する制御信号の変化量と、それに対応する前記圧力センサの検出したカフ圧の変化量との相関に基づいて、前記電動排気弁を制御する際の最小分解能あたりの圧力変化量を求め、前記カフ圧が所定値になった段階で、前記最小分解能あたりの圧力変化量だけカフ圧が変化するごとに、前記電動排気弁に前記最小分解能に相当する制御信号を与えて電動排気弁を制御する第３ステップと、を備えていることを特徴とする。

請求項２の発明は、生体動脈を圧迫するカフと、カフを加圧する加圧ポンプと、カフを減圧する電動排気弁と、カフ圧を検出する圧力センサと、前記電動排気弁に制御信号を与える排気弁制御手段と、前記電動排気弁によりカフを減圧する過程において脈波の重畳された前記圧力センサからの信号を解析して血圧値を割り出す血圧演算手段と、を備える電子血圧計の圧力制御方法において、前記加圧ポンプによりカフを加圧最高値まで加圧する第１ステップと、前記第１ステップにて加圧最高値まで加圧した後、カフ圧が所定値に降下するまで前記圧力センサからの信号に基づいて、実際の減圧速度が目標減圧速度に近づくように前記電動排気弁をフィードバック制御する第２ステップと、前記第２ステップを実行した際の前記電動排気弁に対する制御信号の変化量と、それに対応する前記圧力センサの検出したカフ圧の変化量との相関に基づいて、前記電動排気弁を制御する際の最小分解能あたりの減圧時間を求め、前記カフ圧が所定値になった段階で、前記最小分解能あたりの減圧時間が経過するごとに、前記電動排気弁に前記最小分解能に相当する制御信号を与えて電動排気弁を制御することを特徴とする。

本発明によれば、最小分解能ずつしか電動排気弁の制御出力を変更しないので、１回の制御出力変更量が小さくなる。従って、脈波のどこで電動排気弁の制御変更を行っても、脈波振動を乱すような圧力振動ノイズを発生するおそれがなくなる。また、所定圧（所定値）以下ではフィードバック制御をしないから、体動や不整脈があったりしても、減圧速度制御に影響を受けない。従って、たとえ低圧で脈波信号が途切れたり、腕を動かして排気速度が乱れたりしても、非常に安定な電動排気弁の制御ができる。また、圧力ノイズが減少するので、血圧測定の精度が向上する上、今まで使用できなかった特性のあまり良くない電動排気弁でも使用できるようになる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は実施形態の制御方法の実施に使用する電子血圧計の概略構成を示すブロック図、図２は減圧制御の内容を示す特性図である。この血圧計は、図１に示すように、生体動脈を圧迫するカフ１と、カフ１内を加圧する加圧ポンプ２と、カフ１内を減圧する電動排気弁３と、カフ１内の圧力（カフ圧）を検出する圧力センサ４と、全般的の制御演算処理を行うマイクロコンピュータよりなる制御手段１０と、制御手段１０からの制御指令を受けて加圧ポンプ２に駆動信号を供給する加圧ポンプ用の駆動回路１１と、制御手段１０からの制御指令を受けて電動排気弁３に駆動信号を供給する電動排気弁用の駆動回路１２と、圧力センサ４のアナログ出力をデジタル変換して制御手段１０に入力させるＡ／Ｄ変換器１３と、操作キー等の入力操作部１６と、液晶表示装置等の表示部１７と、を具備している。

制御手段１０は、圧力センサ４からの信号に基づいて、加圧ポンプ２や電動排気弁３に制御信号を与えて各動作を制御する機能（加圧ポンプ制御手段及び排気弁制御手段に相当）と、電動排気弁３によりカフ１を減圧する過程におい、脈波の重畳された圧力センサ４からの検出信号を解析して血圧値を割り出す機能（血圧演算手段に相当）とを有している。また、各種の表示すべき情報を表示部１７に表示させる機能や、入力操作部１６からの入力に応じて各種の命令を実行する機能等を備えている。

次に制御内容について説明する。
この血圧計には、カフ１を手首や上腕部に巻き付けた状態で、血圧測定のトリガーが何らかのタイミングで与えられることにより、次の順序で処理を進める機能が備わっている。まず、第１のステップでは、加圧ポンプ２によりカフ１を加圧最高値（例：１８０mmHg）まで加圧する。加圧最高値まで加圧したら、図２に示すように、次の第２のステップで、カフ１の圧力が所定値（例えば１００mmHg）に降下するまで、圧力センサ４からの信号に基づいて、実際の減圧速度が目標減圧速度に近づくように電動排気弁３をフィードバック制御する。

この第２ステップの前半は、単位時間毎に圧力センサ４からの信号に基づいて、実際の減圧速度が目標減圧速度に近づくように電動排気弁３をフィードバック制御し、脈波が数個発生したら、後半の制御として、脈波信号間隔で圧力センサ４からの信号に基づいて、実際の減圧速度が目標減圧速度に近づくように電動排気弁３をフィードバック制御する。この段階までは従来と同様である。

次に、カフ１の圧力が所定値（例：１００mmHg）に降下したら、第３のステップとして、第２のステップを実行した際の電動排気弁３に対する制御信号の変化量と、それに対応する圧力センサ４の検出したカフ圧の変化量との相関に基づいて、電動排気弁３を制御する際の最小分解能（本例では１ビット）あたりの圧力変化量を求め、カフ圧が所定値（例：１００mmHg）になった段階で、脈波信号の有無に関係なく、最小分解能あたりの圧力変化量だけカフ圧が変化するごとに、電動排気弁３に最小分解能に相当する制御信号を与えて電動排気弁３を制御する。

例えば、１５０mmHgから１００mmHgまで下降する際の制御手段（マイクロコンピュータ）１０の制御出力値の変化量が５０ビットであったら、１ビット相当の圧力変化量が１mmHgであるから、カフ圧が１mmHg下がる度に、制御値を１ビット減らせばよい。この場合、制御量を変更しないでもカフ圧は下がっていくが、そのままでは減圧速度が遅い。そこで、１ビット減らすことにより、カフ圧と時間の関係曲線を直線に近づけることができる。

また、第３のステップにおいて、第２のステップを実行した際の電動排気弁３に対する制御信号の変化量と、それに対応する圧力センサ４の検出したカフ圧の変化量との相関に基づいて、電動排気弁３を制御する際の最小分解能あたりの減圧時間を求め、カフ圧が所定値（例：１００mmHg）になった段階で、脈波信号の有無に関係なく、最小分解能あたりの減圧時間が経過するごとに、電動排気弁３に最小分解能に相当する制御信号を与えて電動排気弁３を制御してもよい。

例えば、１５０mmHgから１００mmHgまでの下降する際の制御手段（マイクロコンピュータ）１０の制御出力値の変化量を求め、１０秒間で５０ビット減っていれば、１００mmHg以下では、０．２秒ごとに制御値を１ビットずつ減らしてゆけばよい。

以上のように減圧制御を行うことにより、次の効果を得ることができる。
まず、カフ１の圧力が比較的高い場合（例えば、１００mmHg以上）は、脈波信号があっても、電動排気弁３の動作が安定しているので問題はない。一方、カフ１の圧力が低い場合（例えば、１００mmHg以下）は、最小分解能ずつしか電動排気弁３の制御出力を変更しないので、１回の制御出力変更量が小さくなる。従って、脈波のどこで電動排気弁３の制御変更を行っても、脈波振動を乱すような圧力振動ノイズを発生するおそれがなくなる。

また、所定圧力（例：１００mmHg）以下ではフィードバック制御をしないから、体動や不整脈があったりしても、減圧速度制御に影響を受けない。従って、たとえ低圧で脈波信号が途切れたり、腕を動かして排気速度が乱れたりしても、非常に安定な電動排気弁３の制御ができる。また、圧力ノイズが減少するので、血圧測定の精度が向上する上、今まで使用できなかった特性のあまり良くない電動排気弁でも使用できるようになる。

本発明の実施形態の電子血圧計の構成を示すブロック部である。本発明の圧力制御方法の主要部を説明するための特性図である。従来の圧力制御の例を示す特性図である。図３の部分拡大図である。従来の圧力制御の例を示す特性図である。

符号の説明

１カフ
２加圧ポンプ
３電動排気弁
４圧力センサ
１０制御手段（排気弁制御手段、血圧演算手段）

Claims

生体動脈を圧迫するカフと、カフを加圧する加圧ポンプと、カフを減圧する電動排気弁と、カフ圧を検出する圧力センサと、前記電動排気弁に制御信号を与える排気弁制御手段と、前記電動排気弁によりカフを減圧する過程において脈波の重畳された前記圧力センサからの信号を解析して血圧値を割り出す血圧演算手段と、を備える電子血圧計の圧力制御方法において、
前記加圧ポンプによりカフを加圧最高値まで加圧する第１ステップと、
前記第１ステップにて加圧最高値まで加圧した後、カフ圧が所定値に降下するまで前記圧力センサからの信号に基づいて、実際の減圧速度が目標減圧速度に近づくように前記電動排気弁をフィードバック制御する第２ステップと、
前記第２ステップを実行した際の前記電動排気弁に対する制御信号の変化量と、それに対応する前記圧力センサの検出したカフ圧の変化量との相関に基づいて、前記電動排気弁を制御する際の最小分解能あたりの圧力変化量を求め、前記カフ圧が所定値になった段階で、前記最小分解能あたりの圧力変化量だけカフ圧が変化するごとに、前記電動排気弁に前記最小分解能に相当する制御信号を与えて電動排気弁を制御する第３ステップと、を備えていることを特徴とする電子血圧計の圧力制御方法。
生体動脈を圧迫するカフと、カフを加圧する加圧ポンプと、カフを減圧する電動排気弁と、カフ圧を検出する圧力センサと、前記電動排気弁に制御信号を与える排気弁制御手段と、前記電動排気弁によりカフを減圧する過程において脈波の重畳された前記圧力センサからの信号を解析して血圧値を割り出す血圧演算手段と、を備える電子血圧計の圧力制御方法において、
前記加圧ポンプによりカフを加圧最高値まで加圧する第１ステップと、
前記第１ステップにて加圧最高値まで加圧した後、カフ圧が所定値に降下するまで前記圧力センサからの信号に基づいて、実際の減圧速度が目標減圧速度に近づくように前記電動排気弁をフィードバック制御する第２ステップと、
前記第２ステップを実行した際の前記電動排気弁に対する制御信号の変化量と、それに対応する前記圧力センサの検出したカフ圧の変化量との相関に基づいて、前記電動排気弁を制御する際の最小分解能あたりの減圧時間を求め、前記カフ圧が所定値になった段階で、前記最小分解能あたりの減圧時間が経過するごとに、前記電動排気弁に前記最小分解能に相当する制御信号を与えて電動排気弁を制御する第３ステップと、を備えていることを特徴とする電子血圧計の圧力制御方法。