JP2006280485A - 血圧検出装置、血圧検出方法、血圧検出プログラム及び血圧検出歪みセンサ - Google Patents

Abstract

【課題】 従来とは異なる原理から正確な最高血圧と最低血圧血圧値を得ることができ、心拍数が弱まった状態や、運動中などの身体が動いた状態においても血圧値を検出可能とする血圧検出装置及び血圧検出方法と、その血圧検出装置に用いる血圧検出歪みセンサと血圧検出プログラムを提供すること。
【解決手段】 血圧検出装置11,81について、血圧検出歪みセンサ22を設けた脈波検出手段21と、生体を押圧して血管を圧迫するとともにその圧迫圧力を漸減可能とした押圧手段31と、動脈閉塞時から徐々に動脈を開放する過程における該脈波検出手段21から得られた脈波を出力する出力手段71か、閉塞動脈を開放する過程において該脈波検出手段21から得られた脈波形にノッチが最初に出現した時の圧力を最高血圧（A)とし、ノッチが消滅した時の圧力を最低血圧（B)と認識する血圧認識手段41と、を備えるものとした。
【選択図】 図６

Description

本発明は、生体の動脈に伝達する脈波から最高血圧と最低血圧（最高最低血圧）を少なくとも検出することができる血圧検出装置と、血圧検出方法、及びこの血圧検出をコンピュータに行わせる血圧検出プログラム、さらにこの血圧検出装置や血圧検出方法に用いることができる血圧検出歪みセンサに関する。

非侵襲的血圧測定法には、聴診法やオシロメトリ法、トノメトリ法などがある。聴診法は、血管を圧迫して血流をストップさせた状態から血管を開放し、血流が流れる過程において発生、消滅するコロトコフ音（Korotkoff sound）を聴診器で採取する方法である。より具体的には、上腕にカフを巻回し、そのカフ内に空気を入れて血管を圧迫する。この際、最高血圧を超えるカフ圧で圧迫して上腕動脈を完全に閉塞し下流側への血流を遮断する。その後、カフ内の空気を徐々に放出し、カフによる上腕の圧迫圧を漸減すると、カフ圧が最大血圧を下回る時点で血流が再開し始め、拍動に伴って断続的に血流が発生する。このときに発生する音がコロトコフ音である。そして、さらに減圧を続け、最低血圧を下回ると、上腕動脈は全開口して定常流が流れることになり、コロトコフ音も消失する。このコロトコフ音をカフ装着箇所の末梢側で上腕動脈拍動部上に当てた聴診器で聞き取ることにより、コロトコフ音の発生時を最高血圧、コロトコフ音の消滅時を最低血圧として判定するものである。

オシロメトリ法も、聴診法と同様にカフによる血流の閉塞、開放を用いており、カフで動脈を圧迫した際に、動脈の拍動により生じるカフ内圧の振動現象を利用する測定法である。カフで上腕動脈を閉塞した後、カフ圧を徐々に減じていくと、この振幅が急増する時点と、急激に小さくなる時点が存在する。そこで、この振幅が急増する時点を最高血圧とし、振幅が急激に小さくなる時点を最低血圧として判定するものである。

トノメトリ法は、圧力センサを用いて動脈からの圧力を直接検出する方法である。具体的には、平板で生体表面を押圧し動脈も平坦に変形させる。この際、動脈を平坦に保つ圧力を圧力センサで検出し電気信号に変換して脈波形を得る。得られた脈波形の最高点と最低点から、予め求められた押圧力と血圧値との関係に基づき、最高血圧と最低血圧を判定する。

これらの方法を用いた血圧測定装置については、例えば、オシロメトリ法については特開平５−３８３３２号公報（特許文献１）、トノメトリ法については特開平１０−２４３９２９号公報（特許文献２）に記載されている。
特開平５−３８３３２号公報 特開平１０−２４３９２９号公報

しかしながら、これらの血圧測定法はいずれも何らかの課題を有し、正確な血圧検出を行えるものではなかった。

聴診法では、一般的にコロトコフ音の発生と消滅を人間の耳で判別するため、測定する者の相違によって誤差が生じるおそれや、熟練が必要であるなどの欠点があり、マイクロフォンなどを用いて人間の耳に代わる機械を利用しても、雑音を拾いやすいなどの問題がある。

また、聴診法で利用するコロトコフ音は、理想的な状態では、典型的な音質変化過程をたどり、かなり正確に音の発生、消滅を捉えることができる。しかしながら、常に良好なコロトコフ音が発生するとは限らず、被験者個人の特性や測定条件によって変化するという欠点がある。即ち、腕の太さ、血圧値、心臓の強弱、不整脈の有無、心不全の有無、異常血圧低下の有無などの被験者個人の特性や、聴診器の押圧力などの測定条件の相違によってコロトコフ音は変化し、コロトコフ音の発生、消滅の判定ができない場合があり得るのである。したがって、コロトコフ音を利用する限り、周波数分析を緻密に行いプログラムで解決しようとしても、個体固有のコロトコフ音周波数分布帯域が異なり、万人向けの正確な血圧測定は難しい。

コロトコフ音を波形に変換すると図９のように表され、この振動波形は周波数からＳｗａｎＩ、ＩＩ、ＩＩＩ、ＩＶ、Ｖ点に分類される。ここで最大血圧はＳｗａｎＩ点であり、最低（最小）血圧はＳｗａｎＩＶ点かＳｗａｎＶ点であるが通常はＳｗａｎＩＶ点と決定される。図９で示したように、ＳｗａｎＩ点、ＳｗａｎＩＶ点が明瞭であれば良いが、被験者の特性や測定条件によってはこの両点が不明瞭となる場合もある。

最低血圧については、音が弱くなるＳｗａｎＩＶ点か、音が消滅するＳｗａｎＶ点かについて現在でも議論のあるところであり、一応、決まり事としてＳｗａｎＩＶ点を最低血圧と定めてはいるが、コロトコフ音と最低血圧の関係が不明瞭である。これは、カフ圧により閉塞を強いられていた血管が最低血圧時に全開放されることにより、血流が余力を駆って流れることになるが、その際の瞬時の血流量や速度が大きくなり、動脈管内腔壁が振動し、最低血圧よりもカフ圧が低い時点で疑似コロトコフ音が生じることがあるからである。このようにコロトコフ音を波形に変換しても最低血圧の判定が困難な場合がある。一方、カフ圧が最高血圧以上で上腕動脈が完全に閉塞している場合でも、中枢側からの脈動流が動脈閉塞中枢断端に衝突し、疑似コロトコフ音が発生することもある。これを型通りの周波数分析で分析、判別できないと、誤った最高血圧が表示されるおそれがある。

オシロメトリ法では、振動周波数に基づき最大血圧、最低血圧を決定しているが、紛らわしい事例の場合の取扱いが一様ではなく、どこに照準を合わせて最高血圧、最低血圧を表示しているかが曖昧である。即ち、カフ内圧の振動を所定のプログラムによってコンピュータ処理しているが、全ての事例に万能なプログラムは無いため、事例によっては正確な血圧を検出できない場合がある。

一方、トノメトリ法は心拍ごとに圧力波形が得られるという利点がある。しかし、正確に血圧を測定するためには測定器が精密なものとならざるを得ず高価である一方、測定時の制約が多く、簡単には測定できないという不都合がある。例えば、トノメトリ法では、血管を平坦に押圧させて血管と圧力センサとを平衡状態に置くため、圧力センサ内に流体やエアーを流入させ内部から生体表面を押圧可能とする押圧力付与手段や、その押圧力を制御する押圧力制御手段を備えた特殊な圧力センサを用いる必要がある。加えて、トノメトリ法では拍動に伴う脈波の値をもって直接血圧値とするため、動脈からの圧力を正確に検出する必要がある。そのため血管サイズより微小な圧力センサを用いる必要がある。また、生体内部に潜む血管の位置の把握ができないため、予め多数の圧力センサを備えておき、最も適切に血管からの圧力を捕らえた圧力センサを選択する必要がある。そして、これらの要求に応えるためには、非常に小さく高価な圧力センサを用いるとともに、圧力センサを微細配列させる高度な技術が必要があり、結果的に高価な装置とならざるを得ない。

一方、こうして得られた装置であっても、正確な血圧を検出しにくいという欠点がある。それは、血管を適度に押圧して扁平にする必要があることや、血管の存在する範囲内の内圧との平衡を保つ必要があるなどの測定上の制約が多いため、被検者が測定中に僅かに動いたとしても、それが原因でノイズが入り、正確な測定ができないからである。

このように、聴診法やオシロメトリ法、トノメトリ法には種々の欠点があるが、これらの欠点を抑えた範囲内で実用化され、血圧測定現場において利用されている。しかしながら、これらの欠点を解消したとしても、これらの測定法を実際には採り得ない場合があることも問題である。例えば、オシロメトリ法では異常低血圧の場合は測定不能である。ショックなどで５０ｍｍＨｇ以下の異常低血圧となり、心拍出力が弱い時など、血圧測定を行うことができない。そのため、手術時やＩＣＵ内の重篤患者に対する血圧測定にはオシロメトリ法は全く採用されていない。また、循環器系運動負荷試験など、運動負荷時の血圧測定などの専門血圧検査に採用することができない。種々の振動が加わり、コンピュータによる振幅処理が不可能になるからである。

聴診法も周囲が騒がしい場合や心拍が弱まっている場合には測定が難しい。心拍が弱まればコロトコフ音も微弱になるし、ドレッドミルやエルゴメータで身体を動かせば、骨の振動や筋肉の動きによるノイズが介入するため、何れの場合もコロトコフ音の判別が困難になるからである。トノメトリ法も安静な状態に置かなければ測定ができず、運動中の測定など到底不可能である。

そこで、本発明は、従来の血圧測定法とは異なる尺度から最高血圧と最低血圧を検出することを目的になされたものである。換言すれば、コロトコフ音の発生などに起因しない全く別の観点から少なくとも最高血圧と最低血圧を検出することにより、より正確な血圧値を得ることができる血圧検出装置を得ることを目的とするものである。

また、本発明は、心拍数が弱まった状態においても最高血圧と最低血圧を検出できる血圧検出装置を得ることを目的としてなされたものである。

さらに本発明は、運動中などの身体が動いた状態においても最高血圧と最低血圧を検出可能な血圧検出装置を得ることを目的としてなされたものである。

さらに本発明は、この血圧検出装置に用いる血圧検出歪みセンサや、血圧検出方法、及び血圧検出プログラムを得ることも目的としてなされたものである。

上記目的を達成するために本発明は、生体の拍動を受ける金属薄板と、該金属薄板の一面側に取付けられ、該金属薄板を通じて媒介伝達される拍動から圧力を検出するストレンゲージと、を有する圧力トランスジューサーを備える血圧検出歪みセンサを提供する。

血圧検出歪みセンサに備えられた圧力トランスジューサーは、生体に接触して生体の拍動を受ける金属薄板を有するため、金属箔板の裏面に取付けられるストレンゲージが外部に露出するのを防ぎ、ストレンゲージを保護することができる。また、ストレンジージが指などに触れて押し曲げられたりするのを防止することができる。そして、この圧力トランスジューサーは、金属薄板の一面側に取付けられ、金属薄板を通じて媒介伝達される拍動から圧力を検出するストレンゲージを有するため、血管からの圧力を金属薄板を通じてストレンゲージの歪みとして検出することができる。

そして、この血圧検出歪みセンサは、この圧力トランスジューサーを備るため、生体の拍動を圧力信号として捉えることができ、正確な血圧検出に用いることができる。

前記圧力トランスジューサーに用いられる金属薄板は、その直径が５ｍｍ〜２０ｍｍ、厚さが２ｍｍ以下の薄板形状をとどめる厚さとし、銅系合金でなるものとすることができる。金属薄板の直径を５ｍｍ〜２０ｍｍ、厚さを２ｍｍ以下の薄板形状をとどめる厚さとし、銅系合金でなるものとしたため、血管からの拍動を正確に捉えることができる。すなわち、金属箔板の直径を５ｍｍ〜２０ｍｍとしたため、脈波を検出する拍動部の直上位置から外れにくく、ノイズの影響もほとんど受けることがない。そして、厚さを２ｍｍ以下で金属薄板としての形状をとどめられる厚さとしたため、血管からの拍動を十分に圧力トランスジューサーに伝達することができる。また、金属薄板の材質に銅系合金を用いたため、金属薄板表面で受けた圧力を圧力トランスジューサーに十分に媒介することができ、また、歪みを受けた後の復元力に優れている。そのため、感度の良好な血圧検出歪みセンサとなる。そして、銅系合金の中でもりん青銅板を用いれば、熱の影響を受けにくくより拍動を正確に圧力トランスジューサーに伝達することができる。

また、ストレンゲージに半導体ストレンゲージを用いた血圧検出歪みセンサとすれば、半導体ストレンゲージが高ゲージ率であり、小型であることから、高感度でコンパクトな血圧検出歪みセンサとすることができる。そのため、運動時に身体に装着しても邪魔にならず運動に伴うノイズを受けにくい。そして、非常に小型にできることから、特に運動時の血圧検出時に用いるセンサとして適用できる。

また、ストレンゲージに薄ストレンゲージなどの金属ストレンゲージを用いることができる。本発明では、検出する脈波の波高値の絶対値は不要であり動脈圧の絶対値ではなく変化を読み取れば良いことから、ゲージ率が低い金属ストレンゲージを用いた金属ダイヤフラム型センサを用いることができるのである。金属ストレンゲージは安価であり、また、拍動部からややずれた位置にセンサを置いても金属ダイヤフラム全体で歪みを検出することが可能である。また、比較的広い面積の全体から歪みを検出することができるため、センサのずれによる測定部位の移動が起きても均質な出力を得ることができる。

さらに、２枚の金属薄板の間にストレンゲージを挟んだ血圧検出歪みセンサとすることができる。２枚の金属薄板の間にストレンゲージを挟んだものとすれば、非常に厚みを薄くすることができる。また、この血圧検出歪みセンサを後述の血圧検出装置として利用する場合に、カフと生体の間に血圧検出歪みセンサを挟んで置くことで、血圧検出歪みセンサの一方側に生体表面から、その他方側にカフ表面からの圧力を受けることができ、カフ圧を徐々に減圧していく過程における脈波を正確に検出することができる。

また本発明は、血圧検出歪みセンサを設けた脈波検出手段と、生体を押圧して血管を圧迫するとともにその圧迫圧力を漸減可能とした押圧手段と、動脈閉塞時から徐々に動脈を開放する過程における該脈波検出手段から得られた脈波を出力する出力手段と、を備える血圧検出装置を提供する。

また、本発明は、血圧検出歪みセンサを設けた脈波検出手段と、生体を押圧して血管を圧迫するとともにその圧迫圧力を漸減可能とした押圧手段と、動脈閉塞時から徐々に動脈を開放する過程において該脈波検出手段から得られた脈波について、その波形にノッチが最初に出現した時の圧力を最高血圧とし、ノッチが消滅した時の圧力を最低血圧と認識する血圧認識手段と、を備える血圧検出装置を提供する。なお、本明細書、特許請求の範囲において「ノッチ」とは、脈波形において、山形の波形の一部箇所が凹んで谷が生じた部分をいうものとし、陰性スパイクとも呼ばれる。

本発明は、血圧検出歪みセンサを設けた脈波検出手段を用いているため、生体から簡単に、そして直接的に脈波の検出ができ脈波形を得ることができる。そして、検出される脈波の波長特性がノッチを有する特異性があることから、バンドパスフィルターなどを用いればノイズと鮮明に識別可能で、この脈波を利用して正確な最高最低血圧を検出することができる。

この血圧検出装置に用いる血圧検出歪みセンサには、前述の血圧検出歪みセンサを利用することができる。前述の血圧検出歪みセンサを用いれば、血管の拍動を正確に電気信号に変換することができるので、正確な血圧を検出することができる血圧検出装置となる。

また本発明は、生体を押圧して血管を圧迫するとともにその圧迫圧力を漸減可能とした押圧手段を備えたため、動脈の閉塞状態から徐々にその動脈を開放させることができる。この押圧手段と脈波検出装置を組み合わせることで、ノッチが生じる脈波形を得ることができる。このノッチは最高血圧と最低血圧の判定に利用することができる。

さらに、動脈閉塞時から徐々に動脈を開放する過程における該脈波検出手段から得られた脈波を出力する出力手段を備えるものとすることができる。動脈閉塞時から徐々に動脈を開放する過程における該脈波検出手段から得られた脈波を出力する出力手段を備えたため、出力された脈波形から、ノッチの発生と消滅をヒトの目で視認することができ、目視にて最高血圧と最低血圧とを判定することができる。

また、動脈閉塞時から徐々に動脈を開放する過程において血圧検出歪みセンサを備えた脈波検出手段から得られた脈波について、その波形にノッチが最初に出現した時の圧力を最高血圧とし、ノッチが消滅した時の圧力を最低血圧と認識する血圧認識手段を備えるものとすることができる。このような血圧認識手段を備えたため、圧迫状態から徐々に開放する動脈から脈波を検出すれば、ノッチの発生と消滅を起こす脈波から最高血圧と最低血圧を認識することができる。

このように、動脈閉塞時から徐々に動脈を開放する過程における血圧検出歪みセンサを設けた脈波検出手段から得られた脈波を用いているため、脈波の波高値によらず最高最低血圧を認識することができ、動脈圧の絶対値を検出する必要がなく、生体を押圧する押圧力を制御する押圧制御手段のない血圧検出歪みセンサを利用することができる。また、コロトコフ音やカフ内振動の増減を検出する必要がないため、正確で確実な最高最低血圧を得ることができる。加えて、心拍が弱くとも波形の変化は明確であることから心拍の弱い重篤患者の最高最低血圧の検出が可能であり、また、波形の変化から最高最低血圧を得るため、ノイズを容易に識別でき、運動中の最高最低血圧の検出も可能である。

本発明では、血圧検出歪みセンサのセンサ部が押圧手段としてのカフの一部に取付けられたものとして構成することができる。血圧検出歪みセンサのセンサ部が押圧手段としてのカフの一部に取付けられたものとして構成したため、カフ圧をも含んだ圧力を血圧検出歪みセンサで感知することができる。そのため、カフ圧を含む圧力から変換した電気信号を処理して血圧値を検出することができる。

また、本発明は、押圧手段としてのカフと血圧検出歪みセンサを一体に繋ぐとともに、該カフから離れて血圧検出歪みセンサのセンサ部が配置するようにした離隔帯を備えるものとした運動時測定用の血圧検出装置として構成することができる。押圧手段にカフを備えるものとし、該カフと血圧検出歪みセンサとを一体に繋ぐとともに、該カフから離れて血圧検出歪みセンサのセンサ部が配置するようにした離隔帯を備えるものとしたため、特に運動時、即ち身体が動いている状態において扱い易く、カフからのノイズを拾いにくい。

さらに、本発明は、動脈を伝達する脈波から最高血圧と最低血圧とを検出する血圧検出方法について、血圧検出歪みセンサを用いて、閉塞状態から徐々に開放する動脈から得た脈波形に対し、最初にノッチが出現する時点を最高血圧とし、ノッチが消滅する時点を最低血圧と判定することを特徴とする血圧検出方法を提供する。

動脈を伝達する脈波から最高血圧と最低血圧とを検出する血圧検出方法について、血圧検出歪みセンサを用いて、閉塞状態から徐々に開放する動脈から得た脈波形に対し、最初にノッチが出現する時点を最高血圧とし、ノッチが消滅する時点を最低血圧と判定したため、正確に最高最低血圧を検出することができる。拍動が弱い場合や、運動中の場合であっても平常時と同様に正確に最高最低血圧を検出することができる。

また、動脈を伝達する脈波から最高血圧と最低血圧とを検出する血圧検出方法について、血圧検出歪みセンサを用いて、閉塞状態から徐々に開放する動脈から得た脈波形に対し、最初にノッチが出現する脈波形と、ノッチが消滅する時点の脈波形を少なくとも出力することを特徴とする血圧検出方法も提供する。

動脈を伝達する脈波から最高血圧と最低血圧とを検出する血圧検出方法について、血圧検出歪みセンサを用いて、閉塞状態から徐々に開放する動脈から得た脈波形に対し、最初にノッチが出現する脈波形と、ノッチが消滅する時点の脈波形を少なくとも出力したため、その出力から目視などの手段で最高血圧と最低血圧とを認識することができる。

さらにまた本発明は、動脈を伝達する脈波から最高血圧と最低血圧を得る血圧検出プログラムについて、血圧検出歪みセンサによって電気信号に変換された脈波を所定の演算式に従って単位時間ごとの増減を算出する処理と、その増減の変化状態から脈波形におけるノッチの出現と消滅の時点を決定する処理とをコンピュータに実行させる血圧検出プログラムを提供する。

血圧検出歪みセンサによって電気信号に変換された脈波を、所定の演算式に従い、単位時間ごとの増減を算出する処理をコンピュータに実行させたため、ノッチの出現と消滅を単位時間ごとの増減の変化として検出することができる。また、その増減の変化状態から脈波形におけるノッチの出現と消滅の時点を決定する処理をコンピュータに実行させたため、ヒトが脈波形の形状変化を読み取る必要がなく機械処理するため、正確、簡単に最高最低血圧を得ることができる。

本発明の血圧検出歪みセンサによれば、生体の拍動を正確に捉えることができ、脈波から血圧を検出する血圧検出装置に好適に用いることができる。

本発明の血圧検出装置、血圧検出方法および血圧検出プログラムによれば、従来の血圧測定法のような原理的な不明瞭さがなく、正確、確実に最高血圧及び最低血圧を得ることができる。

また、本発明の血圧検出装置、血圧検出方法および血圧検出プログラムによれば、心拍出力が弱い手術時の患者やＩＣＵ内の重篤患者などの最高血圧及び最低血圧を得ることができる。

さらに、本発明の血圧検出装置、血圧検出方法および血圧検出プログラムによれば、循環器系運動負荷試験など、運動負荷時の最高血圧及び最低血圧を得ることができる。

本発明をその実施形態に基づいて詳細に説明する。本実施形態に係る血圧検出装置１１，６１，８１は、図７や図８に示すように、脈波検出手段２１と、押圧手段３１とを備え、場合により血圧認識手段４１や出力手段７１を備えたものである。まず、第１の実施形態について説明する。血圧検出装置１１の測定端部を図１に示す。ここでは、脈波検出手段２１としての血圧検出歪みセンサ２２が、押圧手段３１としてのカフ３２の中央端部に備えられている。そして、この血圧検出装置１１は、図２で示すように、例えば血圧検出歪みセンサ２２が上腕の拍動部に位置するようにカフ３２を上腕５１に巻回した状態で使用するものである。

脈派検出手段２１は、生体の主に拍動部から脈派を検出するものであり血圧検出歪みセンサ２２が、測定部位における脈波を直接検出する。血圧検出歪みセンサ２２の外観図を図３に示す。ここでは直径約３０ｍｍ、厚さ５ｍｍ〜２０ｍｍ程度のハット状の外形をした圧力トランスジューサー２３が、図外のアンプに接続するミニディンプラグ（４Ｐ）２４とコード２５で繋がれている。圧力トランスジューサー２３は、その表面に表れるりん青銅板などの金属薄板２６の裏面２６ａに、半導体ストレンゲージや、箔ストレンゲージを含む金属ストレンゲージなどのストレンゲージ２７を備えたものである。圧力トランスジューサー２３が生体からの圧力（動脈圧）を受けると、ストレンゲージ２７の抵抗が変化するのを利用して圧力を電気信号に変換し、図外のアンプで増幅し、ノイズを除去して（図４）脈派形を検出する。

金属薄板２６の大きさは、図３で示すような円形の場合は直径が５ｍｍ〜３０ｍｍ、好ましくは５ｍｍ〜２０ｍｍである。金属薄板２６を角形とした場合は、長辺と短辺の平均長さが５ｍｍ〜３０ｍｍ、好ましくは５ｍｍ〜２０ｍｍである。５ｍｍより短いと拍動部直上に当てるのが困難になる。３０ｍｍを超えるとノイズが多くなり、また、圧力トランスジューサー２３に正確に圧力が伝達されないおそれがある。そのため、５ｍｍより短いか、３０ｍｍより長いと血管からの圧力を正確に検出できないからである。また、５ｍｍ〜２０ｍｍが好ましいのは、金属薄板２６に受けた圧力をそのまま圧力トランスジューサー２３に伝達できることができ、ノイズの影響もほとんどないからである。

そして、金属薄板２６の厚さは、２ｍｍ以下で金属薄板としての形状をとどめられる厚さである。２ｍｍを超えると、血管からの圧力のストレンゲージ２７への伝達が減殺されるからである。金属薄板２６としての形状をとどめられる厚さは、金属の種類にもよるが、０．１ｍｍ程度である。

金属薄板２６は、銅系合金などの弾性率が低くしなやかであるとともに高強度の金属であることが好ましい。例えば、りん青銅や、黄銅、青銅は、ステンレスなどの硬材と比べてヤング率が１３０ＧＰａ以下、ずれ弾性率が４．５ＧＰａ以下と弾性率が低く撓みやすい。そのため、生体からの圧力が減殺されることなく圧力トランスジューサー２３に媒介され易い。なかでも、りん青銅は、ポアソン比が高く、また、瞬時に元の形状に復帰することから血管の拍動を正確に反映し、より好ましい材料である。

この血圧検出歪みセンサ２２は、従来のトノメトリ法で用いられる圧力センサとは異なり、センサ内部からダイやフラムとしての金属薄板２６を押圧する加圧手段を有する必要がなく、そのため、センサ内の圧力を制御する圧力制御手段も不要である。

金属薄板２６上に備えられるストレンゲージ２７の数は、特に限定されるものでなく、１個から数個のストレンゲージを備えていれば足りる。ストレンゲージ２７の数が多いほど、金属薄板２６の種々の位置での変異を捉えることができるが、トノメトリ法と異なり動脈直上の圧力を検出する必要がないこと、動脈圧の絶対値は不要で圧力の変化した波形を捉えられれば充分であること、などから金属薄板２６全体の何れかの部位での歪みを検出すれば良いからである。しかしながら、より正確な波形を得るため、ストレンゲージ２７の配置は、１個の場合は金属薄板２６の中央に備えることが好ましく、複数個の場合は、同心円の円周上に等間隔に配置されることが好ましい。ストレンゲージ２７には、ゲージ率が−８０〜−１５０、または６０〜３００程度のゲージ率の高い半導体ストレンゲージを用いることができるが、ゲージ率が１．５〜１０程度で２以下になることもあるゲージ率の低い金属ストレンゲージを用いることもできる。半導体ストレンゲージを用いればチップの大きさが小さく、よりコンパクトにすることができる。また、金属薄板２６の面積が広いためベース長が１０ｍｍ〜２５ｍｍ程度のベース長の長い箔ストレンゲージなどの金属ストレンゲージを組み込むことも可能である。箔ストレンゲージを用いればより安価に製造することができる。圧力トランスジューサー２３で検出した圧力は、電気信号に変換し、即ち、血圧検出歪みセンサの歪みによる抵抗変化をホイートストンブリッジ回路などで電圧変化に変換して増幅器で拡大し、例えば図４で示した回路にて増幅し、ノイズやカフ圧を除去して脈波として出力される。

動脈を閉塞させる目的のために用いる押圧手段３１としては、図１や図２で示すカフ３２などの圧迫帯とカフ３２にエアーを導入する図外の加圧ポンプを用いることができる。カフ３２は、袋状のゴムチューブの周囲を布で包んだ構造をなし、外形は平坦な矩形であって、その両端にはマジックテープ（登録商標）３３，３４などが縫いつけられてあって、生体の上腕などに巻回した状態で固定可能としたものである。このカフ３２には、加圧ポンプから配管３５を通じて加圧可能となっており、ゴムチューブが膨張してカフ３２が巻かれた上腕５１を圧迫することができるようになっている。また、この配管３５を通じてカフ内の空気が外部に排気できるようになっている。さらに配管３５を通じてカフ内の圧力を捕らえる圧力センサが接続されて、このカフ圧を制御可能としている。

センサ部としての圧力トランスジューサー２３は、帯状のカフ３２の長手方向中央部で短手方向の端部に取付けられている。このため、図２に示すように、カフ３２を上腕５１に巻き回し、カフ３２に縫いつけたマジックテープ（登録商標）３３，３４などで止めることにより、圧力トランスジューサー２３を上腕動脈拍動部の直上に当てた状態で１０ｍｍＨｇ程度の低圧で押圧固定することができるようになっている。この血圧検出装置１１に備え付けられた血圧検出歪みセンサ２２は多少位置ずれを起こしても正確に脈波形を検出することができる。

圧力トランスジューサー２３が生体に触れる金属箔板２６の上には、金属箔板カバーを設けることができる。金属薄板カバーとしては、例えば水性樹脂液からなるものが例示でき、金属箔板２６の上に塗布して皮膜を形成させれば、冷たい金属箔板２６の感触を避けて暖かい感触を生体に与えることができる。また、被験者ごとに金属薄膜カバーを替えれば、金属薄膜２６を清潔に、感度良が良い状態を維持することが可能である。

図５に示した本発明の別の実施形態に係る血圧検出装置６１は、循環器系運動負荷試験などにおいて用いる時に都合が良いように改良を加えたものである。先の血圧検出装置１１と異なり、血圧検出歪みセンサ６２のセンサ部となる圧力トランスジューサー６３をカフ３２と繋ぐバンド６４の部分だけ離し、また、圧力トランスジューサー６３は、その直径が２０ｍｍ以下、好ましくは５ｍｍ〜７ｍｍ、厚みが１ｍｍと、非常に小さくしたものである。バンド６４は圧力トランスジューサー６１をカフ３２にとどめておくもので布製とすることができるが特に素材を限定するものではない。血圧検出時には、カフ３２を上腕に巻回す一方、圧力トランスジューサー６３はゴムバンドや粘着テープなどでカフ３２とは別に拍動部に固定されて用いられる。

圧力トランスジューサー６３を離隔帯であるバンド６４によってカフ３２と一体にしつつもカフ３２とは離して設けるようにしたため、運動時におけるカフ３２に加えられる外圧の影響を圧力トランスジューサー６３に及ばせないものとすることができる。

血圧認識手段４１は、得られた脈派形からその波形の特徴に基づいて最高血圧と最低血圧とを判別し決定する。最高血圧、最低血圧の検出は、動脈の閉鎖が解かれた後の脈派形の変化状態から求められる。図６に示した脈波形は、最高血圧を超えたカフ圧で圧迫して血流を止めた後、カフ圧が徐々に一定の割合で減圧されていく場合の脈派形を示したものであり、出力手段７１で出力されたものである。この脈波形において、前の波形に見られない負のノッチが波形前成分として認められる時点（図６のＡ）の血圧を最高血圧と判定し、前記ノッチが消失した時点（図６のＢ）での血圧値を最低血圧と判定する。このように、血圧認識手段４１は、脈波形中の負のノッチの出現、消失をもって最高血圧、最低血圧を認識する。この方法によって求めた最高血圧、最低血圧は、橈骨動脈にカテーテルを挿入した観血的方法によって測定した最高血圧、最低血圧と一致して、正確な値であることがわかっている。

ノッチの有無によって最高最低血圧が検出できる理由は次のように考えられる。カフ圧によって加圧され動脈が閉塞された状態からカフ圧が徐々に減圧されていく過程で、最高血圧時にカフ圧によって閉塞されていた動脈から僅かに血流が再開される。そのため、脈波形に負のノッチが発生する。一方、最低血圧時には、カフ圧によって閉塞されていた動脈が全開するため、ノッチが完全に消滅する。

脈派形におけるノッチの出現、消滅をもって最高血圧と最低血圧を検出するものであるため、脈派の最高点や最低点の値を求める必要がなく、動脈からの圧力の絶対値を得る必要がない。そのため、波形の変形さえ検出できれば良く、金属薄板２６全体で動脈圧を受ける血圧検出歪みセンサ２２が好適に用いられる。

血圧検出装置１１をブロック図で示せば図７のようになる。血圧検出装置１１は、脈波検出手段２１、押圧手段３１と血圧認識手段４１を有している。血圧認識手段４１は、中央演算処理装置（ＣＰＵ）などの演算処理装置、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、ハードディスク（ＨＤ）等を内蔵したコンピュータとこれを機動するコンピュータプログラムを含んで構成されている。そして、例えば、外部記録媒体であるＣＤ−ＲＯＭなどに記録された最高最低血圧認識プログラムがＲＡＭ上に読み込まれ、ＣＰＵによって実行されると、脈波検出手段２１から得られた脈波データから、例えば、その微分値などに基づいて、単位時間あたりの電流値の増減を検出し、その増減の変化からノッチの出現と消滅を認識し、最高血圧と最低血圧を決定する。得られた最高血圧、最低血圧は、患者の氏名や性別、年齢などのデータなどとともにディスプレイやプリンターなどの出力手段７１に表示、出力されて利用に供せられる。

別の実施形態に係る血圧検出装置８１を図８で示す。血圧検出装置８１は、脈波検出手段２１、押圧手段３１と出力手段７１を有している。図７で示した血圧検出装置１１と同様に動作するが、脈波検出手段２１や押圧手段３１を通じて得られたデータはコンピュータで処理されて、脈波として出力手段７１に表示される。出力手段７１に出力された脈波からヒトによる視認などにより最高血圧、最低血圧を判定することができる。

上記実施形態は、本発明の一実施形態にすぎず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲での変更はもちろん可能である。例えば、血圧検出歪みセンサ２２について、半導体ダイヤフラム型や金属ダイヤフラム型以外のプラスチックなどを用いた弾性体ダイヤフラム型であっても良い。また、血圧認識手段４１は、脈波検出手段２１から得られた脈波形をそのまま出力するものとし、脈波形からヒトの目によって最高血圧、最低血圧を読み取るようなものとしても良い。また、脈波形におけるノッチの有無によって最高最低血圧を検出するものとしているが、ノッチの発生、消滅に対応する電気信号の変化に基づいて最高最低血圧を検出するものとしても良い。さらに、血圧検出歪みセンサから血圧認識手段へのデータの伝達は無線を利用したコードレスの状態で行うように改良することもできる。

血圧検出装置の端部を表し、図１（ｂ）はその平面図、図１（ａ）は図１（ｂ）のＳＡ−ＳＡ線断面図である。 生体の上腕に血圧検出装置を着けた状態を表す外観図である。 血圧検出歪みセンサを表し、図３（ａ）はその圧力トランスジューサーの正面図、図３（ｂ）は、血圧検出歪みセンサの平面図である。 血圧検出歪みセンサで得られたデータの処理を示す回路図である。 別の実施形態に係る血圧検出装置の端部を表し、図５（ｂ）はその平面図、図５（ａ）は図５（ｂ）のＳB−ＳB線断面図である。 血圧検出歪みセンサで検出した脈波の波形を示すチャート図である。 本発明の一実施形態による血圧検出装置を示すブロック図である。 本発明の別の実施形態による血圧検出装置を示すブロック図である。 周波数で分解したコロトコフ音と最大血圧、最小血圧との関係を示す図である。

符号の説明

１１ 血圧検出装置
２１ 脈波検出手段
２２ 血圧検出歪みセンサ
２３ 圧力トランスジューサー
２４ ミニディンプラグ
２５ コード
２６ 金属薄板
２６ａ 裏面
２７ ストレンゲージ
３１ 押圧手段
３２ カフ
３３，３４ マジックテープ（登録商標）
３５ 配管
４１ 血圧認識手段
５１ 上腕
６１ 血圧検出装置
６２ 血圧検出歪みセンサ
６３ 圧力トランスジューサー
６４ バンド（離隔帯）
６５ コード
７１ 出力手段
８１ 血圧検出装置

Claims (14)

1. 生体の拍動を受ける金属薄板と、
   該金属薄板の一面側に取付けられ、該金属薄板を通じて媒介伝達される拍動から圧力を検出するストレンゲージと、
   を有する圧力トランスジューサーを備える血圧検出歪みセンサ。
2. 前記金属薄板は、その直径が５ｍｍ〜２０ｍｍ、厚さが２ｍｍ以下の薄板形状をとどめる厚さとし、銅系合金でなる請求項１記載の血圧検出歪みセンサ。
3. 前記金属薄板がりん青銅板である請求項２記載の血圧検出歪みセンサ。
4. 前記ストレンゲージを半導体ストレンゲージとした請求項１〜請求項３何れか１項記載の血圧検出歪みセンサ。
5. 前記ストレンゲージを薄ストレンゲージとした請求項１〜請求項３何れか１項記載の血圧検出歪みセンサ。
6. ２枚の金属薄板の間にストレンゲージを挟んだものである請求項１〜請求項５何れか１項記載の血圧検出歪みセンサ。
7. 血圧検出歪みセンサを設けた脈波検出手段と、生体を押圧して血管を圧迫するとともにその圧迫圧力を漸減可能とした押圧手段と、動脈閉塞時から徐々に動脈を開放する過程における該脈波検出手段から得られた脈波を出力する出力手段と、を備える血圧検出装置。
8. 血圧検出歪みセンサを設けた脈波検出手段と、生体を押圧して血管を圧迫するとともにその圧迫圧力を漸減可能とした押圧手段と、動脈閉塞時から徐々に動脈を開放する過程において該脈波検出手段から得られた脈波について、その波形にノッチが最初に出現した時の圧力を最高血圧とし、ノッチが消滅した時の圧力を最低血圧と認識する血圧認識手段と、を備える血圧検出装置。
9. 前記血圧検出歪みセンサに、請求項１〜請求項６何れか１項記載の血圧検出歪みセンサを用いる請求項７または請求項８記載の血圧検出装置。
10. 血圧検出歪みセンサのセンサ部が押圧手段としてのカフの一部に取付けられたものとした請求項７〜請求項９何れか１項記載の血圧検出装置。
11. 押圧手段としてのカフと血圧検出歪みセンサを一体に繋ぐとともに、該カフから離れて血圧検出歪みセンサのセンサ部が配置するようにした離隔帯を備えるものとした運動時測定用の請求項７〜請求項９何れか１項記載の血圧検出装置。
12. 動脈を伝達する脈波から最高血圧と最低血圧とを検出する血圧検出方法において、
    血圧検出歪みセンサを用いて、閉塞状態から徐々に開放する動脈から得た脈波形に対し、最初にノッチが出現する時点を最高血圧とし、ノッチが消滅する時点を最低血圧として判定することを特徴とする血圧検出方法。
13. 動脈を伝達する脈波から最高血圧と最低血圧とを検出する血圧検出方法において、
    血圧検出歪みセンサを用いて、閉塞状態から徐々に開放する動脈から得た脈波形に対し、最初にノッチが出現する脈波形と、ノッチが消滅する時点の脈波形を少なくとも出力することを特徴とする血圧検出方法。
14. 動脈を伝達する脈波から最高血圧と最低血圧を得る血圧検出プログラムにおいて、
    血圧検出歪みセンサによって電気信号に変換された脈波を所定の演算式に従って単位時間ごとの増減を算出する処理と、その増減の変化状態から脈波形におけるノッチの出現と消滅の時点を決定する処理とをコンピュータに実行させる血圧検出プログラム。
    

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