JP2008148910A - 電子血圧計 - Google Patents

Abstract

【課題】ノイズの影響を減らして測定精度を高める。
【解決手段】カフ圧を検出する圧力センサのデータに基づいて脈波を検出する手段と、コロトコフ音を検出するためのデータを採取する音響センサと、脈波に対応させてゲート信号を発生し、ゲート開のとき音響センサの採取データの認識を許可し、ゲート閉のとき音響センサの採取データの認識を不許可とするゲート手段と、ゲート手段により許可されたデータに基づいてコロトコフ音を検出する手段と、検出したコロトコフ音と圧力センサのデータにより血圧判定を行う手段と、を具備する。ゲート手段は、脈波の立ち上がりの位置より少し手前の位置を、過去の脈波の発生間隔の最小値に基づいて計算して、その位置でゲート開とし、脈波のピークを過ぎた時点でゲート閉とする。
【選択図】図３

Description

本発明は、コロトコフ音を検出して血圧測定を行う電子血圧計に関するものである。

従来、コロトコフ音（Ｋ音）をマイクロホン（音響センサ）で検出し、それに基づいて血圧値を割り出す電子血圧計が知られている。その中で、カフに連通する導管の端部にマイクロホンを配置し、導管の内部を空気伝播してくるコロトコフ音を、そのマイクロホンで検出するようにしたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開平６−１４８８８号公報

ところで、この種のコロトコフ音に基づいて血圧を測定する電子血圧計では、血圧測定中にカフを触ったり、体を動かしたりした場合にノイズが発生し、それをコロトコフ音として誤検出してしまい、血圧測定の精度が低下することがあった。特に従来では、血圧測定対象期間の全範囲にわたり、コロトコフ音を検出するためのサンプリングデータの取得を行っているので、データを格納するメモリの容量が多く必要である以上に、前記のノイズを拾う可能性が高くなり、結果的に血圧測定の精度を高めるのに限界を生じていた。

本発明は、上記事情を考慮し、コロトコフ音が発生する可能性の高い期間だけ、コロトコフ音を検出するためのデータの取得を行うことにより、ノイズを拾う可能性を低くし、それにより血圧測定の精度を高めることができると共に、データの取得個数が減ることにより、使用するメモリ容量を少なくすることのできる電子血圧計を提供することを目的とする。

請求項１の発明の電子血圧計は、生体動脈を圧迫するカフと、前記カフを加圧する加圧手段と、前記カフを減圧する減圧手段と、カフ圧を検出する圧力センサと、前記圧力センサの検出したデータに基づいて脈波を検出する脈波検出手段と、コロトコフ音を検出するためのデータを採取する音響センサと、前記脈波検出手段の検出した脈波に対応させてゲート信号を発生し、ゲート開の信号を発生したとき前記音響センサの採取したデータの認識を許可し、ゲート閉の信号を発生したとき前記音響センサの採取したデータの認識を不許可とするゲート手段と、前記ゲート手段により許可されたデータに基づいてコロトコフ音を検出するコロトコフ音検出手段と、前記コロトコフ音検出手段の検出したコロトコフ音と前記圧力センサの検出したデータに基づいて血圧判定を行う血圧判定手段と、を具備することを特徴とする。

請求項２の発明は、請求項１に記載の電子血圧計であって、前記ゲート手段が、前記脈波検出手段の検出する脈波の立ち上がりの位置より少し手前の位置を、過去の脈波の発生間隔の最小値に基づいて計算して、その位置でゲート開の信号を発生し、前記脈波検出手段の検出する脈波のピークを過ぎた時点で、ゲート閉の信号を発生することを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項２に記載の電子血圧計であって、前記ゲート手段がゲート閉の信号を発生しているときに、前記減圧手段として設けられた電動排気弁の開度制御を行うことを特徴とする。

請求項４の発明は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の電子血圧計であって、前記音響センサが、前記カフの内圧の及ぶ連通空間に臨ませて配置されていることを特徴とする。

請求項１の発明によれば、脈波に基づいて発生するゲート開の信号の期間だけコロトコフ音を検出することにより、外部からノイズが入って来ても、血圧測定値に影響を与える可能性が少なくなり、血圧測定の安定性を高めることができる。また、コロトコフ音を検出するためのデータの取得数を減らすことができるので、メモリに格納する場合に必要メモリ容量を減らすことができる。

請求項２の発明によれば、脈波が発生する度にゲート信号の立ち上がり条件を更新するので、血圧測定の途中から不整脈が発生して脈波間隔が変化しても、その影響を受けにくくすることができる。また、コロトコフ音の認識を許可するゲート開の信号は、脈波の立ち上がりよりも少し前で発生するので、脈波の立ち上がりと同時にコロトコフ音が発生しても、取りこぼすことがなく、測定の信頼性を高めることができる。

また、減圧手段として設けられた電動排気弁は、開度制御の時（電流の切り替え時）にエア回路にノイズを発生するが、請求項３の発明によれば、ゲート閉の期間に電動排気弁の開度制御を行うことにより、たとえノイズが発生しても、その期間の音響センサのデータの認識を不許可にするので、コロトコフ音の検出にそのノイズの影響が出ないようにすることができ、安定した血圧測定が実現できる。

本発明は、請求項４の発明のように、音響センサがカフの内圧の及ぶ連通空間に臨ませて配置されている場合に特に有効性を発揮できる。

本発明者らが鋭意研究した結果、コロトコフ音（圧迫によって生じる血液の渦が血管の壁にぶつかる音）と脈波（血流が流れはじめる時の動脈壁の振動）との間には密接な関係があり、コロトコフ音は、最初に脈波が何回か発生してから発生し、脈波の立ち上がり付近から最大振幅（ピーク）までの間に発生することが分かった。

そこで、予めアタリをつけた期間だけコロトコフ音を検出するためのデータの取得を行うことにした。即ち、コロトコフ音が発生しそうな期間を脈波信号に基づいて予測し、その期間だけゲートを開いて、コロトコフ音を検出する信号を取り入れることにした。言い換えると、ゲートが開いているときに入力された信号のみを、正しいコロトコフ音だと判断することにした。それにより、余計なノイズを拾いにくくなるし、データをサンプリングしてメモリに格納する場合にも、必要とするメモリ容量を少なくすることができるからである。

その場合、脈波が発生するごとに、過去の脈波の発生間隔の最小値を元にして安全率を考えてゲート信号（ゲート開の信号）の立ち上がり時期を設定するようにした。その理由は、コロトコフ音をできるだけ取りこぼさないようにするためである。脈波間隔のバラツキを考慮した場合、安全率は８０％くらいに設定するのが良いことが分かった。また、コロトコフ音は、脈波の最大振幅（脈波のピーク）の後にはほとんど発生しないので、脈波のピークを検出してから数回のサンプリング後のタイミングでゲートを閉じるようにした。

以下、本発明の実施形態を図面を参照しながら説明する。
図１は第１実施形態の電子血圧計の構成を示すブロック図、図２は制御系統の構成を示す機能ブロック図である。

図１に示すように、この血圧計は、血圧測定部位に巻き付けることで生体動脈に圧迫を加えるカフ（空気袋付きの血管圧迫帯）１と、カフ１を加圧する加圧ポンプ（加圧手段）２と、カフ１を減圧する電動排気弁（減圧手段）３と、カフ１の圧力を検出する圧力センサ４と、カフ１内の空気を介して伝わってくるコロトコフ音を検出するための音響データを収集する音響センサ５と、測定結果等を表示する表示部６と、血圧測定のための全般の制御を行う制御部７と、カフ１と加圧ポンプ２及び電動排気弁３を繋ぐ管路９と、を有する。圧力センサ４や音響センサ５は、カフ１内との連通空間（例えば管路９内）に臨むように設けられている。カフ１以外の要素は血圧計本体１０に含まれており、カフ１と血圧計本体１０は、例えばチューブ（導管）により接続されている。

図２に示すように、制御部７には、圧力センサ４の検出したデータに基づいて脈波を検出する脈波検出手段１２と、脈波検出手段１２の検出した脈波に対応させてゲート信号を発生し、ゲート開の信号を発生したとき音響センサ５の採取したサンプリングデータの認識を許可し、ゲート閉の信号を発生したとき音響センサ５の採取したサンプリングデータの認識を不許可とするゲート手段１１と、ゲート手段１１により許可されたサンプリングデータに基づいてコロトコフ音を検出するコロトコフ音検出手段１３と、コロトコフ音検出手段１３の検出したコロトコフ音（Ｋ音）と圧力センサ４の検出した圧力値に基づいて血圧判定を行う（つまり、コロトコフ音が検出され始めた時点の圧力値を最高血圧とし、その後、コロトコフ音が検出されなくなった時点の圧力値を最低血圧とする）血圧判定手段１４と、を具備している。

図３は、具体例として、脈波信号と、ゲート信号と、音響センサの信号の推移を示すタイムチャートである。加圧後の一定速度の減圧過程において、最初の脈波が検出されると、その後、次々に脈波が検出される。コロトコフ音（Ｋ音）は、脈波が何回か検出された後に発生するものであるから、適当な回数（図示例では２回）の脈波が過ぎたところで、ゲート信号を立ち上げる（ゲート開の信号を発生する）。また、脈波のピークが過ぎたところで、ゲート信号を立ち下げる（ゲート閉の信号を発生する）。その際、ある条件に基づいて、ゲート信号を制御する。

即ち、脈波が発生するごとに、脈波の発生間隔Ｔ（Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、・・・）を算出し、その過去の脈波の発生間隔の最小値に安全率（例えば８０％）を掛けた時間Ｈ（Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３、・・・）を、前回の脈波の立ち上がり位置（起算点）からの間隔として設定し、前回の脈波の立ち上がり位置（起算点）から時間Ｈ（Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３、・・・）を経過した時点で、ゲート信号を立ち上げる。そうすることにより、脈波の立ち上がりの位置よりも少し手前の位置で、ゲート開の信号が発生することになる。

図３の例で言えば、最初のゲート信号の立ち上がり位置（前回のＮｏ．２脈波の立ち上がり位置からＨ１だけ経過した位置）を決めるＨ１の値は、それまでの過去の脈波間隔Ｔ１（この場合、この１回のデータしかない）に基づいて決める。即ち、Ｔ１＝１０００ｍＳの場合、Ｈ１＝１０００ｍＳ×８０％となる。

また、その次のゲート信号の立ち上がり位置（前回のＮｏ．３脈波の立ち上がり位置からＨ２だけ経過した位置）を決めるＨ２の値は、それまでの過去の脈波間隔Ｔ１とＴ２の最小値に基づいて決める。即ち、Ｔ１＝１０００ｍＳ、Ｔ２＝９００ｍＳの場合、最小値はＴ２＝９００ｍＳであるから、Ｈ２＝９００ｍＳ×８０％となる。

また、その次のゲート信号の立ち上がり位置（前回のＮｏ．４脈波の立ち上がり位置か
らＨ３だけ経過した位置）を決めるＨ３の値は、それまでの過去の脈波間隔Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３の最小値に基づいて決める。即ち、Ｔ１＝１０００ｍＳ、Ｔ２＝９００ｍＳ、Ｔ３＝９５０ｍＳの場合、最小値はＴ２＝９００ｍＳであるから、Ｈ３＝９００ｍＳ×８０％となる。

また、その次のゲート信号の立ち上がり位置（前回のＮｏ．５脈波の立ち上がり位置からＨ４だけ経過した位置）を決めるＨ４の値は、それまでの過去の脈波間隔Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４の最小値に基づいて決める。即ち、Ｔ１＝１０００ｍＳ、Ｔ２＝９００ｍＳ、Ｔ３＝９５０ｍＳ、Ｔ４＝８５０ｍＳの場合、最小値はＴ４＝８５０ｍＳであるから、Ｈ４＝８５０ｍＳ×８０％となる。

ここで、脈波の発生間隔Ｔ（Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、・・・）は、前回の脈波の立ち上がり位置から次回の脈波の立ち上がり位置までの間隔として算出する。また、脈波の立ち上がりは、圧力値が一定の減少傾向から、数回のサンプリングで続けて上昇に転じたことをもって判断するものとする。なお、圧力値のサンプリング間隔は、例えば３０ｍＳくらいのオーダーである。

また、ゲート信号の立ち下がり（ゲート閉の信号を発生する）のタイミングは、脈波のピークを過ぎてから、２〜３回のサンプリングを経過した時点とする。図３中の小さい黒丸は、脈波のピーク後の何回かのサンプリング点を示している。

音響センサの信号上にコロトコフ音（Ｋ音）が現れるのは、数回の脈波がカウントされてからであり、正常なコロトコフ音は、ゲート開のときに検出される。一方、ゲート閉のときに、コロトコフ音に類似したノイズを拾った場合には、そのデータの認識が不許可にされるので、ノイズが除去される。

図４は脈波信号と、ゲート信号と、音響センサの信号と、コロトコフ音の判定内容を示すタイムチャートである。この図に示すように、ゲート閉のときに発生するノイズは、コロトコフ音判定の段階でカットされる。言い換えると、ゲート信号が閉じられている期間に入力された信号は、ノイズとして判断されて除去される。

このように、脈波に基づいて発生するゲート開の信号の期間だけコロトコフ音を検出することにより、外部からノイズが入って来ても、血圧測定値に影響を与える可能性が少なくなり、血圧測定の安定性を高めることができる。

特に、脈波が発生する度にゲート信号の立ち上がり条件を更新するので、血圧測定の途中から不整脈が発生して脈波間隔が変化しても、その影響を受けにくくなる。また、コロトコフ音の認識を許可するゲート開の信号は脈波の立ち上がりよりも少し前で発生するので、脈波の立ち上がりと同時にコロトコフ音が発生しても、取りこぼすことがなく、測定の信頼性を高めることができる。

また、コロトコフ音を検出するためのデータの取得数を減らすことができるので、メモリに格納する場合に必要メモリ容量を減らすことができる。

次に比較例との比較により、上述した本発明の実施形態の有意性を述べる。
図５に示す比較例のように、例えば、ソフトウエアによるゲ−ト信号の発生の際に、脈波の立ち上がり検出位置でゲートを開き、脈波の最大振幅検出位置でゲートを閉じたとする。

その場合は、タイミングによっては、つまり、ゲート信号の立ち上がりよりもコロトコ
フ音の立ち上がりが先になったような場合は、コロトコフ音を見逃す可能性がある。このため、正常なコロトコフ音であっても、途切れが認められることにより、測定値に影響を与えたり、不整脈があると判定されてしまうことがある。

これに対して、上述の実施形態では、脈波の立ち上がりの少し手前でゲート信号を立ち上げるので、コロトコフ音の見逃しを無くすことができる。

また、図６に示す比較例は、ハードウエアによりゲート信号を発生する場合の例である。この場合は、コンパレータで脈波信号の高さをみており、脈波信号をコンパレータに入力して、ゲート信号を作るようにしている。つまり、コンパレータの閾値（カフ圧の下降曲線）より圧力値が上のとき（脈波発生期間）、ゲートを開くようにしている。

しかし、この場合も、ゲートが開くと同時にコロトコフ音が発生すると、コロトコフ音のピークが検出できない可能性ある。また、ゲートを開く期間が長く、コロトコフ音を発生しないであろう期間まで見ているので、その無駄時間にノイズを拾う可能性があり、ゲート信号を設けてノイズを除去する効果が減じられてしまう。

これに対して、上述の実施形態では、脈波の立ち上がりの少し手前でゲート信号を立ち上げるので、確実にコロトコフ音を検出できると共に、無駄時間を極力減らしているので、ノイズ除去効果を高めることができる。

次に本発明の第２実施形態について述べる。
上記第１実施形態の電子血圧計では、所定の減圧速度になるように電動排気弁３の電流を制御する場合に、電流を変化させると、図７に示すように、電動排気弁３から漏れるエア量が変化するために、エア回路にノイズが発生することがある。図において、Ａ点では、減圧が遅くなったので、電動排気弁の電流を減らして所定の減圧速度に直している。また、Ｂ点では、減圧が速くなったので、電動排気弁の電流を増やして所定の減圧速度に直している。その電流の切替の際にノイズを発生し、これをコロトコフ音と誤検出するおそれがある。

そこで、第２実施形態の血圧計では、図８に示すように、前述のゲート閉の信号を発生しているときだけ、電動排気弁３の電流変更を行うようにしている。

このように、ゲート閉の期間に電動排気弁３の電流変更を行うことにより、たとえ電動排気弁３の電流変更に伴ってノイズが発生しても、その期間の音響センサのデータの認識を不許可にするので、コロトコフ音の検出にそのノイズの影響が出ないようにすることができ、安定した血圧測定が実現できる。

また、脈波の判定の際にも、ゲート信号によって、電動排気弁３の電流変更に伴うノイズの影響を排除することができる。

なお、上述のゲート信号に応じたデータの取捨選択による効果は、音響センサ４がカフ１の内圧の及ぶ連通空間に臨ませて配置されている場合に特に発揮される。

本発明の第１実施形態の電子血圧計の構成を示すブロック図である。 同血圧計の制御系統の構成を示す機能ブロック図である。 同血圧計における制御内容の説明に用いるタイムチャートである。 図３と同様のタイムチャートである。 比較例として示すタイムチャートである。 別の比較例として示すタイムチャートである。 電動排気弁の電流変更時にノイズが発生する様子を示すタイムチャートである。 本発明の第２実施形態の制御内容の説明に用いるタイムチャートである。

符号の説明

１ カフ
２ 加圧ポンプ（加圧手段）
３ 電動排気弁（減圧手段）
４ 圧力センサ
５ 音響センサ
１１ ゲート手段
１２ 脈波検出手段
１３ コロトコフ音検出手段
１４ 血圧判定手段

Claims (4)

1. 生体動脈を圧迫するカフと、
   前記カフを加圧する加圧手段と、
   前記カフを減圧する減圧手段と、
   カフ圧を検出する圧力センサと、
   前記圧力センサの検出したデータに基づいて脈波を検出する脈波検出手段と、
   コロトコフ音を検出するためのデータを採取する音響センサと、
   前記脈波検出手段の検出した脈波に対応させてゲート信号を発生し、ゲート開の信号を発生したとき前記音響センサの採取したデータの認識を許可し、ゲート閉の信号を発生したとき前記音響センサの採取したデータの認識を不許可とするゲート手段と、
   前記ゲート手段により許可されたデータに基づいてコロトコフ音を検出するコロトコフ音検出手段と、
   前記コロトコフ音検出手段の検出したコロトコフ音と前記圧力センサの検出したデータに基づいて血圧判定を行う血圧判定手段と、
   を具備することを特徴とする電子血圧計。
2. 請求項１に記載の電子血圧計であって、
   前記ゲート手段が、前記脈波検出手段の検出する脈波の立ち上がりの位置より少し手前の位置を、過去の脈波の発生間隔の最小値に基づいて計算して、その位置でゲート開の信号を発生し、前記脈波検出手段の検出する脈波のピークを過ぎた時点で、ゲート閉の信号を発生することを特徴とする電子血圧計。
3. 請求項２に記載の電子血圧計であって、
   前記ゲート手段がゲート閉の信号を発生しているときに、前記減圧手段として設けられた電動排気弁の開度制御を行うことを特徴とする電子血圧計。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の電子血圧計であって、
   前記音響センサが、前記カフの内圧の及ぶ連通空間に臨ませて配置されていることを特徴とする電子血圧計。