JP2009285029A - 電子血圧計 - Google Patents

Abstract

【課題】容積補償法に従う血圧測定のためのサーボゲインを速やかに決定する。
【解決手段】電子血圧計は、血圧の測定部位に装着されるカフ内のカフ圧を検出する。動脈容積検出回路７４は測定部位の動脈容積信号を検出する。カフ圧を初期カフ圧に設定した後に、サーボ制御部１０６は、検出される動脈容積信号に基づいて、動脈の容積が一定となるようにカフ圧調整部をサーボ制御する。サーボ制御において、ゲイン決定部１０９は、予め算出した脈圧と制御誤差振幅から決定した初期ゲインを、サーボ制御に用いるサーボゲインに加算することにより逐次更新する。
【選択図】図６

Description

この発明は、電子血圧計に関し、特に、容積補償法を用いて血圧を測定する電子血圧計に関する。

従来の電子血圧計は、オシロメトリック法に従い血圧を測定するものがある。オシロメトリック法とは、被測定者の測定部位に予め腕帯（カフ）を巻き付けておく。測定時には、カフ内の圧力（カフ圧）を最高血圧より高く加圧し、その後徐々に減圧していく。この減圧する過程において、測定部位の動脈で発生する脈動をカフを介して圧力センサで脈波信号として検出する。その時のカフ圧と検出した脈動の大きさ（脈波信号の振幅）を利用して最高血圧と最低血圧を決定している。本明細書では、最高血圧は収縮期血圧を指し、また最低血圧は拡張期血圧を指すものとする。

一方、非侵襲で１心拍毎に連続的に血圧波形を測定することができる容積補償法式血圧計がある（特許文献１：特公昭５９−５２９６号公報）。

容積補償法とは次のようである。つまり、生体外からカフによって動脈を圧迫し、心拍に同期して脈動する動脈の容積を常時一定に保つことで測定部位を圧迫する圧力（カフ圧）と測定部位の動脈の内圧すなわち血圧とを平衡させ、この平衡状態を維持したときのカフ圧を検出することにより連続的に血圧値を得る方式である。

したがって、容積補償法では、動脈が無負荷状態（動脈の血管壁に圧力のかからない自然な状態）にあるときの容積値（以下、制御目標値という）の検出、および、この無負荷状態を維持すること（サーボ制御すること）の２点が重要となる。

制御目標値の決定方法としては、カフにより動脈を徐々に圧迫していきながら、動脈容積変化信号（容積脈波の交流成分）を検出する。検出される動脈容積変化信号のレベルが最大となったことを検出したときに検出される動脈容積信号（容積脈波の直流成分）のレベルを、制御目標値に決定する方法が提案されている（特許文献２：特公平１−３１３７０号公報）。

制御目標値が決定すると、カフ圧を制御初期カフ圧に設定した後、動脈容積変化信号のレベルが最小となるように、すなわち動脈の容積が一定になるようにカフ圧をサーボ制御する。サーボ制御の過程において動脈容積変化信号のレベルが所定値より小さくなったことが検出されると、この時のカフ圧は血圧と等しくなる。この状態を維持してカフ圧を測定することによって連続的な血圧の測定が可能になる。
特公昭５９−５２９６号公報 特公平１−３１３７０号公報

上述した容積補償法を用いた電子血圧計では、サーボ制御の方法としてはフィードバック制御であるＰＩＤ制御（比例制御（Proportional Control)、積分制御（Integral Control)、微分制御（Derivative Control)を組み合わせて制御目標値に収束させる制御を指す）が用いられる。すなわち、現在の動脈容積信号と予め求めた制御目標値との偏差、偏差の積分、偏差の微分に、それぞれある定数：constant value（以下、サーボゲインという）を掛けて足し合わせたものをカフ圧の制御量として出力する。高い精度で血圧測定を行うためにはサーボゲインの最適値を制御対象に合わせて調整する必要がある。

上記した特許文献２（特公平１−３１３７０号公報）の構成においては、サーボゲインを一定速度で徐々に増加させていき、容積脈波信号の消去率（制御中の容積脈波信号の振幅/制御前の容積脈波信号の振幅）が所定値より小さくなる時のサーボゲインを、血圧測定において採用する。しかし、この方法ではサーボゲインの決定に時間がかかり、血圧測定を迅速に開始できない。

それゆえに、この発明の目的は、サーボ制御の下で容積補償法に従い血圧を測定する電子血圧計において、当該サーボ制御のためのサーボゲインを速やかに決定することができる電子血圧計を提供することである。

この発明のある局面に従う、容積補償法に従い血圧を測定するための電子血圧計は、血圧の測定部位に装着されるカフと、カフ内の圧力を表わすカフ圧を検出するための圧力検出手段と、カフに設けられ、且つカフ圧を加える過程で測定部位の動脈の容積を示す動脈容積信号を検出するための容積検出手段と、カフ圧を加圧および減圧により調整するためのカフ圧調整手段と、制御手段と、を備える。

制御手段は、カフ圧調整手段を制御して、カフ圧を、特定の圧力値を表わす初期カフ圧に設定するための第１の制御手段と、カフ圧を前記初期カフ圧に設定した後に、動脈の容積が一定となるように、カフ圧調整手段を、サーボゲインを用いてサーボ制御するためのサーボ制御手段と、サーボ制御手段によるサーボ制御が行なわれている際に、初期ゲインを加算することによりサーボゲインを逐次更新しながら、血圧測定のための特定のサーボゲインを決定するサーボゲイン決定手段と、を含み、カフ圧を初期カフ圧に設定したときに検出される動脈容積信号の振幅は最大であり、初期ゲインは、推定される動脈の脈圧の値を動脈容積信号について検出された最大の振幅値で除することによって算出される。

好ましくは、制御手段は、初期ゲインを検出する初期ゲイン検出手段を含み、初期ゲイン検出手段は、初期カフ圧を検出する過程において圧力検出手段によって検出されるカフ圧に基づき最高血圧と最低血圧とを算出することによって脈圧を推定する。

好ましくは、サーボゲイン決定手段は、サーボゲインの値を更新しながらサーボ制御する過程において、容積検出手段により検出される動脈の容積の変化量が最小値に収束したときに更新後のサーボゲインを、特定のサーボゲインに決定する。

好ましくは、サーボゲイン決定手段は、サーボ制御手段によるサーボ制御が行なわれている際に、脈波一拍毎に、容積検出手段により検出される動脈容積信号の振幅と、カフ圧を初期カフ圧に設定したときに検出された動脈容積信号の振幅と、の比を検出する振幅比検出手段を、有し、振幅比検出手段により検出される比が、所定値よりも小さくなることを検出したとき、動脈の容積の変化の量が最小値に収束したことを検出する。

この発明の他の局面に従う容積補償法に従い血圧を測定するための電子血圧計は、血圧の測定部位に装着されるカフと、カフ内の圧力を表わすカフ圧を検出するための圧力検出手段と、カフに設けられ、測定部位の動脈の容積を示す動脈容積信号を検出するための容積検出手段と、カフ圧を加圧および減圧により調整するためのカフ圧調整手段と、制御手段とを備える。

制御手段は、カフ圧を、特定の圧力値を表わす初期カフ圧に設定するための設定手段と、カフ圧を初期カフ圧に設定した後に、血圧測定のための特定サーボゲインに基づいて、動脈の容積が一定となるようにカフ圧調整手段をサーボ制御するためのサーボ制御手段と、特定サーボゲインを決定するための処理を行なう決定処理手段とを含み、決定処理手段は、カフ圧調整手段によりカフ圧を所定値まで加圧させる過程、または、カフ圧を所定値から減圧させる過程において、動脈容積信号の最大の振幅および動脈の脈圧を検出する振幅脈圧検出手段と、検出された動脈の脈圧と、動脈の脈圧間における容積の変化量との関係に基づいて、動脈の弾性特性を推定するための特性推定手段と、特性推定手段により推定された動脈の弾性特性、および、弾性特性と容積変化消去率との関係を示す所定の相関式に基づいて、動脈についての容積変化消去率を算出するための消去率算出手段と、を有する。そして、検出した脈圧を、検出した動脈容積信号の最大の振幅の値と算出した容積変化消去率とを掛け合わせた値で除することにより、特定サーボゲインを決定する。

好ましくは、決定処理手段はカフ圧を所定値まで加圧させる過程、または、カフ圧を所定値から減圧させる過程において、動脈容積信号の振幅が最大となる時点におけるカフ圧を初期カフ圧として検出するための処理を行なう検出処理手段と、検出処理手段による処理と並行して、最低血圧および最高血圧を推定するための血圧推定手段とをさらに有し、特性推定手段は、最低血圧および最高血圧それぞれが検出された時点間における動脈容積信号の値の差を、最高血圧と最低血圧との差で除算することにより、動脈の弾性特性を推定する。

好ましくは、制御手段は、サーボ制御手段により特定サーボゲインでのサーボ制御が行なわれている際に、圧力検出手段からの検出信号を受付けて、検出信号に応じたカフ圧を血圧として決定するための血圧決定手段をさらに含み、血圧決定手段により決定された血圧を記憶するための記憶手段をさらに備える。

好ましくは、検出処理手段は、さらに、圧力検出手段からの検出信号および動脈容積信号に基づいて、初期カフ圧を導出する。

本発明によれば、容積補償法による電子血圧計の構成におけるサーボゲイン調整処理に先立って、脈圧と動脈容積信号が指す最大動脈容積との比に応じた量の初期ゲイン値を検出して、調整時には検出した初期ゲインを値を逐次加算することにより、サーボゲインを更新する。

これにより、サーボゲイン調整に掛かる時間を短縮できる。その結果、容積補償法に従う血圧測定のためのサーボゲインを速やかに決定し、血圧測定を迅速に開始できる。

また、本発明によれば、血圧測定のための初期カフ圧を検出する過程において、容積変化消去率を算出し、算出した容積変化消去率を用いて、血圧測定のための特定サーボゲインを検出することができるので、容積補償法による電子血圧計の構成におけるサーボゲイン調整処理を省略することができる。その結果、容積補償法に従う血圧測定のためのサーボゲインを速やかに決定し、血圧測定を迅速に開始できる。

また、上述の容積変化消去率は動脈の弾性特性に応じて算出されるため、算出した容積変化消去率を用いて被験者にとって最適な血圧測定のための特定サーボゲインを設定することができる。これにより、容積補償法にて精度良く血圧を測定することができる。

以下、この発明の各実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、各図中、同一符号は同一または相当部分を指し、その説明は繰返さない。

発明者らは、容積補償法において、動脈の無負荷状態を維持するためのサーボ制御に係るサーボゲインの決定について次のような知見を得た。

サーボゲインを増加していくにつれて、動脈容積変化信号の振幅は次第に小さくなり振幅は最小値に収束していく。つまり、サーボ制御により、サーボゲインを増加させていく過程において、カフ圧信号から検出される脈動の大きさも収束し、動脈の容積の変化の量も最小値に収束する。それ以上にサーボゲインを増加すると、制御系が不安定になるため、制御信号において不要な高周波成分の振動が生じる。さらにサーボゲインを増加すると、制御信号において異常発振が生じて制御不能になるという性質がある。そこで、発明者らは、この性質を利用して、サーボゲインを増加させながらサーボ制御を行う過程で動脈容積変化信号の振幅が最小となる時点を検出することにより、個人毎に動脈の無負荷状態を維持するための最適なサーボゲインを決定できるとの知見を得た。

以下に、各実施の形態に係る容積補償法を用いて血圧を測定する電子血圧計を説明する。各実施の形態に係る電子血圧計は、最適なサーボゲインを決定後は、たとえば特許文献１に開示される手順を利用した容積補償法により連続的に血圧を測定する。電子血圧計は、生体外から動脈に外圧を加え、生体外圧と動脈内圧すなわち血圧とが常時平衡するように、決定した最適なサーボゲインを用いてサーボ制御する。つまり、電子血圧計は、動脈壁が無負荷状態に維持されるようにカフ圧を微調整し、そのとき（無負荷状態）の生体外圧を測定することにより連続的に血圧を測定する。

図１は、本発明の各実施の形態に係る電子血圧計１の外観斜視図である。
図１を参照して、電子血圧計１は、本体部１０と、被測定者の四肢に巻き付け可能なカフ２０とを備える。本体部１０はカフ２０に取り付けられている。本体部１０の表面には、たとえば液晶等により構成される表示部４０と、ユーザ（被測定者）からの指示を受付けるための操作部４１とが配置されている。操作部４１は、複数のスイッチを含む。

本実施の形態において、「四肢」とは、上肢および下肢を表わす。つまり、四肢は、手首から腕の付け根までの部位と、足首から足の付け根までの部位とを含む。以下の説明においては、カフ２０は、被測定者の手首に装着されるものとする。

なお、各実施の形態における電子血圧計１は、図１に示されるように、本体部１０がカフ２０に取り付けられた形態を例に説明するが、上腕式の血圧計で採用されているような、本体部１０とカフ２０とがエアチューブ（後述の図３においてエアチューブ３１）によって接続される形態のものであってもよい。

図２は、本発明の各実施の形態に係る電子血圧計１における血圧測定のためのカフ圧を制御する概念を表わした図である。図２には、カフ２０が、被測定者の手首２００に装着された様子が示される。

図２を参照して、本体部１０には、ポンプ５１および排気弁（以下、単に「弁」という）５２を含むカフ圧の調整機構が配置される。

ポンプ５１、弁５２、および空気袋２１内の圧力（カフ圧）を検出するための圧力センサ３２からなるエア系３０は、エアチューブ３１を介して、カフ２０に内包される空気袋２１と接続される。このように、エア系３０が本体部１０に設けられるため、カフ２０の厚みを薄く保つことができる。

空気袋２１の内側には発光素子７１と受光素子７２とが所定の間隔に配置される。図２では、カフ２０の装着状態における手首の周に沿って発光素子７１と受光素子７２とが並べられるが、このような配置例に限定されるものではない。

図３は、本発明の各実施の形態に係る電子血圧計１のハードウェア構成を表わすブロック図である。

図３を参照して、電子血圧計１のカフ２０は、空気袋２１と、動脈容積センサ７０とを含む。動脈容積センサ７０は、上述した発光素子７１と受光素子７２とを有する。発光素子７１は、動脈に対して光を照射し、受光素子７２は、発光素子７１によって照射された光の動脈の透過光または反射光を受光する。

なお、動脈容積センサ７０は、動脈の容積が検出できるものであればよく、インピーダンスにより動脈の容積を検出するものであってもよい。その場合、発光素子７１および受光素子７２に代えて、動脈を含む部位のインピーダンスを検出するための複数の電極が含まれる。

本体部１０は、上述の表示部４０および操作部４１に加え、各部を集中的に制御し、各種の演算処理を行なうためのＣＰＵ（Central Processing Unit）１００と、ＣＰＵ１００に所定の動作をさせるプログラムや各種データを記憶するためのメモリ部４２と、測定された血圧データを記憶するための不揮発性メモリの１種であるフラッシュメモリ４３と、ＣＰＵ１００を介し各部に電力を供給するための電源４４、および現在時間を計時して計時データをＣＰＵ１００に出力するタイマ４５とを含む。操作部４１は、電源をＯＮまたはＯＦＦするための指示の入力を受付ける電源スイッチ４１Ａと、測定開始の指示を受付けるための測定スイッチ４１Ｂと、測定停止の指示を受付けるための停止スイッチ４１Ｃと、フラッシュメモリ４３に記録された血圧などの情報を読出す指示を受付けるためのメモリスイッチ４１Ｄと、被測定者を識別するためのＩＤ（Identifier）情報を入力するために操作されるＩＤスイッチ４１Ｅを有する。

本体部１０は、さらに、上述したエア系３０と、カフ圧の調整機構５０と、発振回路３３と、発光素子駆動回路７３と、動脈容積検出回路７４とを含む。

調整機構５０は、ポンプ５１および弁５２の他、ポンプ駆動回路５３と弁駆動回路５４とを有する。

ポンプ５１は、カフ圧を加圧するために、空気袋２１に空気を供給する。弁５２は、空気袋２１の空気を排出しまたは封入するために開閉される。ポンプ駆動回路５３は、ポンプ５１の駆動をＣＰＵ１００から与えられる制御信号に基づいて制御する。弁駆動回路５４は弁５２の開閉制御をＣＰＵ１００から与えられる制御信号に基づいて行なう。

発光素子駆動回路７３は、ＣＰＵ１００からの指令信号に応じて、発光素子７１を所定のタイミングで発光させる。動脈容積検出回路７４は、受光素子７２からの信号に基づき、動脈容積を検出する。

圧力センサ３２は、静電容量型の圧力センサでありカフ圧により容量値が変化する。発振回路３３は、圧力センサ３２の容量値に応じた発振周波数の信号をＣＰＵ１００に出力する。ＣＰＵ１００は、発振回路３３から得られる信号を圧力に変換し圧力を検知する。

（実施の形態１）
以下、実施の形態１によるサーボゲイン決定動作について説明する。本実施の形態では、容積補償法に従う血圧測定時のサーボ制御に用いるべき予め検出した特定のサーボゲイン（最適サーボゲインという）の決定に要する時間を短縮して血圧測定を迅速に開始できるようにするために、初期サーボゲインを予め算出し、サーボゲイン調整時に現在のサーボゲインを、算出しておいた初期サーボゲインを加算することにより逐次更新する。この概要を説明する。

（概要）
まず、初期サーボゲインの算出方法について後述の式１〜式４を用いて説明する。図４には、制御脈圧と制御誤差とサーボゲインの関係が模式的に示される。図４では、横軸は最適サーボゲインを決定する期間の時間経過を指しており、同一時間軸上に、制御脈圧と制御誤差とサーボゲインの変化が示される。

容積補償法においては、動脈の容積が無負荷状態の容積（制御目標値）に一致するように、すなわち動脈容積の脈動が最小になるようにカフ圧Ｐｃをサーボ制御する。図４を参照して、サーボ制御においては、カフ圧Ｐｃの制御量（これを、制御脈圧PPcという）は、制御誤差信号（制御誤差信号は、制御目標値と動脈容積信号の値の差分を指す信号）の振幅（Δerr）にサーボゲイン（Ｇ）を掛け合わせた値として指示される。そこで、動脈の容積が無負荷状態時の制御脈圧PPcである制御脈圧PPc1および動脈の容積が無負荷状態時の制御誤差振幅Δerrである制御誤差振幅Δerr1が予め検出されるならば（式１）に基づき最適サーボゲインAGを算出することができる。

上記の制御脈圧PPcは、最高血圧と最低血圧の差分により指示される。ここで、容積補償法に従う血圧測定時に検出されるべき血圧値（最高血圧と最低血圧）は、制御目標値を決定する過程においてオシロメトリック法に従う算出により推定（検出）することができる。また、上記の制御誤差振幅Δerr1は、サーボ制御開始前の動脈容積信号の振幅値（制御誤差最大値：Δerr-max）と、動脈容積一定制御による容積変化消去率PDR（サーボ制御中の動脈容積変化信号の振幅/サーボ制御前の動脈容積変化信号の振幅）とを用いて（式２）に基づき算出することができる。

また、サーボ制御開始前の動脈容積信号（Δerr-max）は、カフ２０により動脈を徐々に圧迫していったときの動脈容積信号の最大振幅値として検出できる。これに対し、容積変化消去率PDRは被測定者の動脈の弾性特性によって異なるので、通常は実際にサーボ制御を行うまでは検出することができない。ここで、何らかの方法により事前に容積変化消去率PDRを推定することができれば、（式３）に基づき制御脈圧PPｃ1を取得するのに必要なサーボゲイン、すなわち最適サーボゲインAGを事前に算出することが可能である。

このように、容積変化消去率PDRが事前に検出されていない場合には、最適サーボゲインAGを事前に算出することは不可能なので、容積変化消去率PDRが事前に検出できない場合であっても最適サーボゲインAGを短時間のうちに検出することが望まれる。

そこで、本実施の形態では、最適サーボゲインAGを短時間のうちに検出するために、（式４）に基づき制御脈圧PPc1を制御誤差最大値Δerr-maxで割った値を初期サーボゲインG-initとして算出する。そして、算出した初期サーボゲインG-initの値を、サーボ制御時のサーボゲインの値に逐次加算すれば、ゼロから徐々にサーボゲインを増加するよりも速く最適サーボゲインに到達させることが可能となる。その結果、最適サーボゲインを取得するためのサーボゲイン調整にかかる時間を短縮することが可能となる。たとえば容積変化消去率PDRが５０％を指示している場合には、（式３）と（式４）に従えば初期サーボゲインG-initの値は最適サーボゲインAGの値の５０％を指示することになる。そのため、サーボゲイン調整においてゼロからサーボゲインの値を増加させた場合と比べて、最適サーボゲインAGの決定にかかる時間を半分に短縮することができる。

AG=PPc1/Δerr1…(式１)
Δerr1=Δerr-max×PDR…（式２)
AG=PPc1/(Δerr-max×PDR)…（式３)
G-init=PPc1/Δerr-max…（式４）
（メモリ内容）
ここで、図５を参照して、本発明の実施の形態１におけるフラッシュメモリ４３に格納されるデータの一例を説明する。

図５を参照して、フラッシュメモリ４３は最適サーボゲインAGの検出にかかるデータを格納するための領域Ｅ０、所定の閾値を予め格納するための領域Ｅ１、作業用の領域Ｅ２および血圧測定データを格納する領域Ｅ３を含む。領域Ｅ０のデータについては後述する。領域Ｅ１には、制御目標値および初期カフ圧検出のために参照されるカフ圧データＰＣ１と、サーボゲイン決定のために参照される閾値THpdrとが予め格納される。領域Ｅ０およびＥ２の内容は血圧測定が開始される毎に初期化される。

領域Ｅ３には、容積補償法に従う血圧測定時に得られた複数の測定データ８０が格納される。測定データ８０の各々は、一例として、「ＩＤ情報」のフィールド８１と、測定情報のフィールド８３とを含む。フィールド８１には、血圧測定時のＩＤスイッチ４１Ｅの操作により入力した被測定者を識別するためのＩＤ情報が格納される。フィールド８３には、タイマ４５により計時された測定データ８０の測定開始日時や測定期間などを指示するデータ８３１および測定された血圧のデータ８３２（データＶ（１）、Ｖ（２）、…、Ｖ（ｎ））が関連付けて格納される。

（機能構成）
図６は、本発明の実施の形態に係る電子血圧計１の機能構成を示す機能ブロック図である。

図６を参照して、ＣＰＵ１００は、サーボ制御のための制御目標値を検出するための制御目標値検出部１０２と、カフ圧を設定するためのカフ圧設定部１０４と、血圧を連続的に測定するためのフィードバック制御を行なうサーボ制御部１０６と、血圧決定部１０８と、サーボゲインを決定するためのサーボゲイン決定部１０９と、初期サーボゲインG-initを検出するための初期ゲイン検出部１０７とを含む。なお、図６には、説明を簡単にするために、ＣＰＵ１００の有するこれら各部との間で直接的に信号を授受する周辺のハードウェアのみ示されている。

制御目標値検出部１０２は、カフ圧を所定値（たとえば、２００mmHg）まで加圧させる過程において、初期カフ圧を検出する処理を行なう。制御目標値検出部１０２は、ポンプ駆動回路５３にポンプ５１を駆動させるとともに、発光素子駆動回路７３に発光素子７１を駆動させる。ポンプ５１が駆動されることで、カフ圧が徐々に上昇する。発光素子７１の駆動により、受光素子７２が受付けた信号が、動脈容積検出回路７４に出力される。制御目標値検出部１０２は、動脈容積検出回路７４から出力される動脈容積変化信号を入力し、入力した動脈容積変化信号に基づき１心拍毎の変化（振幅）を検出する。

制御目標値検出部１０２は発振回路３３から入力する信号に基づき検出されるカフ圧が所定値を指示するまでポンプ駆動回路５３の駆動を制御する（このとき、弁５２は閉じた状態にある）。制御目標値検出部１０２は、カフ圧が所定値に達するまでの間、動脈容積変化信号の振幅の（仮の）最大値を検出するとともに、発振回路３３からの信号を入力し、入力した信号を圧力値に変換することにより、カフ圧を検出する。そして、検出された仮の最大値とその時点において検出した動脈容積信号の値とカフ圧とを関連付けて、フラッシュメモリ４３の領域Ｅ２に記録する。

最終的に、動脈容積信号の最大値として領域Ｅ２に記録された値は、サーボ制御の際の制御目標値（Ｖ０）として確定されて領域Ｅ０に格納される。また、カフ圧の最大値として領域Ｅ２に格納されたカフ圧は、初期カフ圧（ＭＢＰ）として確定されて領域Ｅ０に格納される。

なお、カフ圧を所定値から減圧させる過程において、初期カフ圧が検出されてもよい。
制御目標値検出部１０２は、カフ圧が所定値となったことを検知すると、ポンプ駆動回路５３の駆動を停止する。そして、カフ圧設定部１０４には、領域Ｅ０から確定された初期カフ圧および制御目標値を読出す。カフ圧設定部１０４は、発振回路３３からの信号を入力し、入力した信号をカフ圧に変換し、変換したカフ圧が初期カフ圧となるまで弁駆動回路５４を駆動する。これにより、弁５２が開いて空気袋２１から空気が排出されて、カフ圧が所定値のカフ圧から初期カフ圧にまで減少される。

サーボ制御部１０６は、発光素子駆動回路７３を駆動する。そして、動脈容積検出回路７４からの信号に基づいて、動脈の容積が一定となるようにポンプ駆動回路５３または弁駆動回路５４を制御する。

より具体的には、サーボ制御部１０６は、動脈容積検出回路７４から受付けた動脈容積信号と制御目標値Ｖ０との差が最小となるように（好ましくはゼロになるように）、サーボゲインに従う制御量に基づきポンプ駆動回路５３または弁駆動回路５４を制御する。つまり、ポンプ駆動回路５３または弁駆動回路５４は、動脈容積変化信号の値（振幅値）が所定の閾値以下となるようにポンプ５１の駆動または弁５２の開閉を制御する。

血圧決定部１０８は、サーボ制御部１０６による制御が行なわれている際に、発振回路３３から入力する信号（「圧力検出信号」という）を連続的に（定期的に）受付けて、圧力検出信号に応じたカフ圧を、血圧として決定するための処理を行なう。

より具体的には、血圧決定部１０８は、動脈容積信号の値と領域Ｅ０から読出した制御目標値Ｖ０との差が、所定の閾値以下であるか否かを検出する。そうである場合にのみ、そのときのカフ圧を血圧として決定する。決定された血圧は、フラッシュメモリ４３の領域Ｅ２にタイマ４５の計時データに従い時系列に格納される。

最適サーボゲインを決定するために、初期ゲイン検出部１０７は制御脈圧検出部１１３を含み、およびサーボゲイン決定部１０９は容積変化消去率算出部１１１およびゲイン更新部１１２を含む。これらの各部の機能は後述する。

なお、ＣＰＵ１００に含まれる各機能ブロックの動作は、メモリ部４２中に格納されたソフトウェアを実行することで実現されてもよいし、これらの機能ブロックのうち少なくとも１つについては、ハードウェアで実現されてもよい。

あるいは、ハードウェア（回路）として記載したブロックのうち少なくとも１つについては、ＣＰＵ１００がメモリ部４２中に格納されたソフトウェアを実行することで実現されてもよい。

（血圧測定動作）
次に、本実施の形態における電子血圧計１の動作について説明する。

図７、８および１１は、本発明の実施の形態１における血圧測定処理を示すフローチャートである。図７のフローチャートに示す処理は、予めプログラムとしてメモリ部４２に格納されており、ＣＰＵ１００がこのプログラムを読み出して実行することにより、血圧測定処理の機能が実現される。なお、被測定者は、血圧測定をするときには、電子血圧計１のカフ２０を図３に示すように測定部位である手首に装着していると想定する。

図８を参照して、ＣＰＵ１００は、電源スイッチ４１Ａが操作（たとえば押下）されたか否かを検出する（ステップＳ２）。電源スイッチ４１Ａが操作されたと検出した場合（ステップＳ２においてＹＥＳ）、ステップＳ４に進む。

ステップＳ４において、ＣＰＵ１００は、初期化処理を行なう。具体的には、メモリ部４２およびフラッシュメモリ４３の所定の領域を初期化し、空気袋２１の空気を排気し、圧力センサ３２を０ｍｍＨｇを指示するように補正を行なう。また、このとき、最適サーボゲインが決定されたか否かを指示するためのフラグＦＬの値が初期化される。たとえば、フラグＦＬの値は０に更新される。フラグＦＬは、当該フローチャートのために準備される一時変数であり、ＣＰＵ１００の図示のない内部メモリの所定記憶領域を指している。

初期化が終わると、ＣＰＵ１００は、測定スイッチ４１Ｂが操作（たとえば押下）されたか否かを検出する（ステップＳ６）。測定スイッチ４１Ｂが操作されるまで待機する。測定スイッチ４１Ｂが押下されたと検出すると（ステップＳ６においてＹＥＳ）、ステップＳ８に進む。

ステップＳ８において、制御目標値検出部１０２は、初期カフ圧および制御目標値の検出の処理を実行し、この処理に並行して初期ゲイン検出部１１３は初期サーボゲイン検出の処理を実行する。初期カフ圧および制御目標値、ならびに初期サーボゲインの検出は以下のように行う。

制御目標値検出部１０２はポンプ駆動回路５３を駆動してカフ圧を徐々に増加させながら、その時の動脈容積信号（容積脈波信号の直流成分）PGdcと動脈容積変化信号（容積脈波信号の交流成分）PGacを検出する。これら信号は、動脈容積検出回路７４により検出される。つまり、動脈容積検出回路７４は図示のないＨＰＦ（High Pass Filter）回路を有している。

動作において、動脈容積検出回路７４は動脈容積センサ７０から動脈の容積の変化を指す容積脈波信号を入力すると、その入力信号をＨＰＦ回路により、容積脈波信号の直流成分の動脈容積信号PGdcと交流成分の動脈容積変化信号PGacに分離して出力する。たとえば、フィルタ定数を１Ｈｚとして、１Ｈｚ以下の信号は直流成分として検出されて、１Ｈｚを超える信号は交流成分として検出される。制御目標値検出部１０２は、動脈容積検出回路７４から動脈容積信号PGdcと動脈容積変化信号PGacを入力する。入力した動脈容積信号PGdcに基づき、１心拍毎の振幅を検出する。

制御目標値検出部１０２は、現在検出される動脈容積変化信号PGacの振幅値が最大であるかを検出し、最大であると検出されるときに検出される動脈容積信号PGdcの値と動脈容積信号PGdcの振幅値とカフ圧とを関連付けて領域Ｅ２に格納する。カフ圧が所定の圧力に達するまでこの動作を繰り返す。この所定の圧力は、フラッシュメモリ４３の領域Ｅ１から読出されるカフ圧データＰＣ１（たとえば２００ｍｍＨｇ）により指示される。

動脈容積変化信号PGacの振幅値は、たとえば１心拍分の動脈容積変化信号PGacの波形を抽出して、抽出した波形を微分処理することにより算出される最大値に相当する。同様に、動脈容積信号PGdcの振幅値は、たとえば１心拍分の動脈容積信号PGdcの波形を抽出して、抽出した波形を微分処理することにより算出される最大値に相当する。

カフ圧が所定の圧力に達したことを検出したときに、領域Ｅ２に格納されている動脈容積信号PGdcの最大値、カフ圧の最大値および動脈容積信号PGdcの振幅値の最大値を、制御目標値、制御初期カフ圧および制御誤差最大値として確定する。これにより、制御目標値と初期カフ圧と制御誤差最大値が検出される。検出された制御目標値、初期カフ圧および制御誤差最大値は領域Ｅ２から読出されて領域Ｅ０ににおいて、制御目標値Ｖ０、初期カフ圧ＭＢＰおよび制御誤差最大値Δerr-maxとして格納される。

このような、制御目標値Ｖ０、初期カフ圧ＭＢＰおよび制御誤差最大値Δerr-maxの検出について、図８および図９を用いて詳細に説明する。

図８は、本発明の実施の形態における制御目標値と初期カフ圧と初期サーボゲインの検出処理を示すフローチャートである。図９は、本発明の実施の形態１の血圧測定処理を説明するための図である。図９の上段には、圧力センサ３２によって検出されるカフ圧Ｐｃを示す信号がタイマ４５が計時する時間軸に沿って示される。図９の中段と下段には、同一の時間軸に沿った動脈容積変化信号PGacと動脈容積信号PGdcが示される。

図８の手順を、図９を参照しながら説明する。図８を参照して、制御目標値検出部１０２は、フラッシュメモリ４３の領域Ｅ２を初期化する（ステップＳ１０２）。この時点で図９のtime＝０に相当する。なお、以下の処理において動脈容積変化信号PGacの最大値は随時更新されるものであるので、最終的に最大値として確定するまでの値を「容積変化仮最大値」というものとする。

次に、ＣＰＵ１００は、ポンプ駆動回路５３を制御して、カフ圧を加圧する（ステップＳ１０４）。

カフ圧を加圧する段階において、制御目標値検出部１０２は、動脈容積検出回路７４から、動脈容積信号PGdcと動脈容積変化信号PGacを入力し、入力した両信号について、１心拍毎の信号を検出する（ステップＳ１０６）。そして、動脈容積信号PGdcについて１心拍毎の振幅値を検出する（ステップＳ１０８）。

制御目標値検出部１０２は、検出した動脈容積変化信号PGacの振幅値と、領域Ｅ２から読出した容積変化仮最大値とを比較し、比較結果に基づき、動脈容積変化信号PGacの振幅値が容積変化仮最大値以上であるか否かを検出する（ステップＳ１１０）。動脈容積変化信号PGacの振幅値が容積変化仮最大値以上であると検出された場合（ステップＳ１１０においてＹＥＳ）、ステップＳ１１２に進む。一方、動脈容積変化信号PGacの値が容積仮最大値未満であると検出された場合（ステップＳ１１０においてＮＯ）、ステップＳ１１４に進む。

ステップＳ１１２において、制御目標値検出部１０２は、検出した動脈容積変化信号PGacの振幅値と、関連付けてカフ圧と、動脈容積信号PGdcの値と、動脈容積信号PGdcの振幅値とを格納する。この処理が終わると、処理はステップＳ１１４に移される。

Ｓ１１４〜Ｓ１２０においては、制御目標値検出処理と並行して、血圧推定（検出）と脈圧の算出（検出）の処理が行われる。この処理については後述する。

その後、ステップＳ１２２において、制御目標値検出部１０２は、検出するカフ圧Ｐｃが領域Ｅ１から読出した所定値ＰＣ１のカフ圧以上を指示するか否かを検出する。カフ圧Ｐｃが所定値ＰＣ１のカフ圧以上を指示しないと検出した場合（ステップＳ１２２においてＮＯ）、処理はステップＳ１０４に戻り、移行の処理が同様に繰返される。このようなステップＳ１０４〜Ｓ１２２のループ処理は、図９の時刻Ｔ０に至るまでの期間において行なわれる。

一方、カフ圧Ｐｃが所定値ＰＣ１のカフ圧以上を指示すると検出した場合（ステップＳ１１２においてＹＥＳ）、処理はステップＳ１２４に進む。ステップＳ１２４では、領域Ｅ２に格納されている動脈容積信号PGdcの最大値を初期制御目標値Ｖ０とし、カフ圧Ｐｃの最大値を初期カフ圧ＭＢＰとし、および動脈容積信号PGdcの振幅値の最大値を制御誤差最大値Δerr-maxとして検出して、領域Ｅ２から読出し、領域Ｅ０に格納する。これにより、確定した初期制御目標値Ｖ０、初期カフ圧ＭＢＰ、および制御誤差最大値Δerr-maxが検出される。

ここで、ステップＳ１１４〜Ｓ１１６における図９の時刻Ｔ０までに期間における血圧推定処理の具体例を図１０を参照しながら説明する。図１０は、オシロメトリック法による血圧推定方法を概念的に示す図である。図１０の上段には、徐々に加圧されるカフ圧がタイマ４５が計時する時間軸に沿って示されて、下段には、同一の時間軸に沿った動脈容積変化信号PGacの振幅の包絡線６００が示される。包絡線６００のために、ステップＳ１０８で検出された動脈容積変化信号PGacの振幅値は、ステップＳ１２２においてＹＥＳと判定されるまで、領域Ｅ２に時系列に格納する。これにより、ステップＳ１２２においてＹＥＳと判定された時点で領域Ｅ２において格納された時系列の動脈容積変化信号PGacの振幅データによって包絡線６００が指示されることになる。

図１０の下段の包絡線６００を参照して、初期ゲイン検出部１０７は、ステップＳ１１４において、動脈容積変化信号PGacの振幅の最大値ＭＡＸが検出されると、その最大値に所定の定数（たとえば０．７および０．５）を乗じて２つの閾値TH-DIAおよびTH-SYSを算出する。そして、最大値ＭＡＸが検出された時点（これは図９の時刻Ｔ０に相当する）のカフ圧ＭＥＡＮ（平均血圧）よりもカフ圧が低い側において、閾値TH-DIAと包絡線６００とが交わった点におけるカフ圧を最低血圧として推定する。また、カフ圧ＭＥＡＮよりもカフ圧が高い側において、閾値TH-SYSと包絡線６００とが交わった点におけるカフ圧を最高血圧として推定する。

初期ゲイン検出部１０７は、最低血圧が推定されると、たとえば、最低血圧が推定済みであるか否かを指示するフラグ（以下「ＤＩＡフラグ」という）を、０から１に更新する。最高血圧が推定されると、たとえば、最高血圧が推定済みであるか否かを指示するフラグ（以下「ＳＹＳフラグ」という）を、０から１に更新する。

初期ゲイン検出部１０７は、最低血圧と最高血圧が推定済か否かを判断する（ステップＳ１１６）。具体的には、ＤＩＡフラグおよびＳＹＳフラグの値が１を指示するか否かを判断する。両フラグの値が１を指示すると判断されたとき（ステップＳ１１６でＹＥＳ）、処理はステップＳ１１８に移行する。

一方、両フラグの値がともに１を指示すると判断されない時は血圧値は決定していないと判断され（ステップＳ１１６でＮＯ）、処理はステップＳ１２２へ移行する。つまり、ステップＳ１１６においてＤＩＡフラグが１を指示すると判断したときは、そのときの動脈容積信号PGdcの値を最低血圧と推定し、ＳＹＡフラグが１を指示すると判断したときは、そのときの動脈容積信号PGdcの値を最高血圧と推定する。このようにして最低および最高血圧の両方が推定されると血圧値決定と検出される（ステップＳ１１６でＹＥＳ）。血圧値決定と判断されると、決定した血圧値は領域Ｅ２に格納される。

そして、制御脈圧検出部１１３は、ステップＳ１１４と１１６で推定した最高血圧と最低血圧の値を領域Ｅ２から読出し、読出した両血圧の差分（最高血圧−最低血圧）を算出し制御脈圧PPc1として、領域Ｅ２に格納する（ステップＳ１２０）。

これにより、初期制御目標値Ｖ０、初期カフ圧ＭＢＰ、制御誤差最大値Δerr-maxおよび制御脈圧PPc1が検出されて領域Ｅ０またはＥ２に格納される。

その後、初期ゲイン検出部１０７は、領域Ｅ２から制御脈圧PPc1を、領域Ｅ１から制御誤差最大値Δerr-maxを読出し、読だした制御脈圧PPc1を制御誤差最大値Δerr-maxで割った値を、初期サーボゲインG-initの値として算出する。算出された初期サーボゲインG-initは領域Ｅ０に格納される（ステップＳ１２６）。これにより、初期サーボゲインG-initが取得される。

次に、図７を参照して、サーボ制御部１０６はポンプ駆動回路５３および弁駆動回路５４を制御して、発振回路３３から入力する信号に基づき検出するカフ圧を、領域Ｅ０から読出す初期カフ圧ＭＢＰに設定する（ステップＳ１０）。この状態においては、未だ、最適サーボゲインはフラグＦＬに基づき未決定と判断されるので（ステップＳ１２でＮＯ）、ゲイン決定の処理（ステップＳ２６）が行なわれる。

最適サーボゲインの決定処理（ステップＳ２６）を図１１のフローチャートに従い説明する。なお、サーボ制御部１０６により参照されるサーボゲインは領域Ｅ２に格納されると想定する。

図１１を参照して、ゲイン決定部１０９は、動脈容積検出回路７４から入力する動脈容積変化信号PGacに基づき、１心拍毎の動脈容積変化信号PGacの振幅値を検出する（ステップＳ３０２）。そして、容積変化消去率算出部１１１は、容積変化消去率PDR（PDR＝現在の動脈容積変化信号PGacの振幅値／カフ圧を初期カフ圧に設定したときに検出された動脈容積変化信号PGacの振幅値）を算出して、領域Ｅ２に格納する（ステップＳ３０４）。カフ圧を初期カフ圧に設定したときに検出された動脈容積変化信号PGacの振幅値は、ＣＰＵ１００の内部メモリに格納されていると想定する。

次に、ゲイン更新部１１２は、領域Ｅ２の現在のサーボゲインの値を一定の割合で増加させるように書換える（ステップＳ３０８）。続いて、ゲイン更新部１１２は、この領域Ｅ２の増加後のサーボゲインを、領域Ｅ０から読出した初期サーボゲインG-initの値を加算することにより更新する（ステップＳ３１０）。そして、サーボ制御部１０６は領域Ｅ２から更新後のサーボゲインを読出し、読出したサーボゲインを用いてサーボ制御を行う（ステップＳ３１２）。

次に、ゲイン決定部１０９は領域Ｅ２から読出した現在の容積変化消去率PDRが、領域Ｅ１から読出した所定の消去率目標値ＴＨpdr以上であるか否かを判断する（ステップＳ３１６）。容積変化消去率PDRが消去率目標値ＴＨpdr以上であると判断された場合（ステップＳ３１６でＹＥＳ）、現状のサーボゲインは最適ではないと判断されると、処理は、図９のメインルーチンに戻される。ここで、消去率目標値ＴＨpdrは、動脈容積変化信号PGacの振幅が最小値に収束するときの値として実験により予め検出された値であるので、図１１の処理に従うことで、動脈容積信号PGdcの値と制御目標値Ｖ０との差が最小となるようにカフ圧のサーボ制御が行われる。

これに対し、容積変化消去率PDRが消去率目標値ＴＨpdr未満であると判断された場合（ステップＳ３１６でＮＯ）、ゲイン決定部１０９は、血圧決定部１０８による血圧決定処理で使用するサーボゲイン（最適サーボゲイン）を、この時点の領域Ｅ２に格納されているサーボゲインに決定する（ステップＳ３１８）。決定した最適サーボゲインは、サーボ制御部１０６に与えられるので、サーボ制御部１０６は与えられるサーボゲインに基づき血圧測定のためのサーボ制御を行うことができる。

そして、サーボゲインが決定済みであることを指示するためにフラグＦＬに１が設定される（ステップＳ３２０）。

以上の手順により、本実施の形態１に係る最適サーボゲインの決定処理（ステップＳ２６）は終了する。

再び図７を参照して、カフ圧が初期カフ圧に設定されて（ステップＳ１０）、続いて、ゲイン決定部１０９によるサーボゲイン決定処理（ステップＳ２６）が行なわれる。この間の処理は図９の時刻Ｔ１〜Ｔ２の期間で行なわれる。

ステップＳ１２において最適サーボゲインが決定済みであるか否かの検出が、フラグＦＬの値に従い行なわれる。具体的には、フラグＦＬの値が１を指示すると検出すると、最適サーボゲインが決定済みである（ステップＳ１２でＹＥＳ）と検出し、そうでないと（ステップＳ１２でＮＯ）、未決定であると検出し、サーボゲイン決定処理（ステップＳ２６）に移行する。

上述した手順に従い最適サーボゲインが決定済みの場合には（ステップＳ１２でＹＥＳ）、決定した最適サーボゲインを用いたサーボ制御部１０６によるサーボ制御によって動脈容積一定制御が実行される（ステップＳ１４）。具体的には、サーボ制御部１０６は、動脈容積信号PGdcおよび動脈容積変化信号PGacを動脈容積検出回路７４から入力するとともに、ポンプ駆動回路５３および弁駆動回路５４に、領域Ｅ２の最適サーボゲインに従い決定した制御量に基づく制御信号を出力する。これにより、ポンプ５１および弁５２は、検出される動脈容積信号PGdcの値と制御目標値Ｖ０との差が最小となるように駆動される。

ポンプ５１および弁５２の制御信号は、具体的には動脈容積信号PGdcの値と制御目標値Ｖ０との差分にサーボゲインを掛け合わせた値から算出される。サーボゲインを大きくすれば、サーボ制御によってカフ圧が示す脈動が大きくなる。すなわち、本実施の形態において、サーボゲインとはサーボ制御によるカフ圧の脈動の大きさを決定する係数を指す。

図９の例では、時刻Ｔ１からＴ２までの期間において最適サーボゲインの決定処理が行われると、時刻Ｔ２からは動脈容積一定制御（サーボ制御）が開始される。

このような動脈容積一定制御に並行して、血圧決定部１０８は、血圧算出および血圧決定の処理（ステップＳ１６とＳ１８）を実行する。具体的には、動脈容積一定制御を行っている間において検出されるカフ圧Ｐｃを血圧として決定する（ステップＳ１８）。

決定した血圧のデータはフラッシュメモリ４３に格納される（ステップＳ２０）。ステップＳ２０の処理が終わると、処理はステップＳ２２に移行する。

図９に示される時刻Ｔ２以降は、決定したサーボゲインを用いたサーボ制御により動脈容積と制御目標値Ｖ０との差はゼロに近い。すなわち、サーボ制御部１０６により動脈は無負荷状態に維持される。したがって、時刻Ｔ２以降において検出されるカフ圧Ｐｃが血圧として決定される。つまり、血圧決定部１０８は、動脈壁が無負荷状態に維持されている期間において、カフ圧Ｐｃ（外圧）が指す信号の１心拍毎の振幅の最大値と最小値を当該信号の波形を微分処理などすることにより検出して、検出した最大値は最高血圧に、最小値は最低血圧に相当するとして算出し、領域Ｅ３に測定データ８０として格納する。

続いて、ステップＳ２２において、ＣＰＵ１００は、停止スイッチ４１Ｃが操作（たとえば押下）されたか否かを検出する。停止スイッチ４１Ｃが操作されていないと検出した場合（ステップＳ２２においてＮＯ）、処理はステップＳ１２に戻る。停止スイッチ４１Ｃが操作されたと検出した場合（ステップＳ２２においてＹＥＳ）、フラッシュメモリ４３から測定された血圧データを読出し表示部４０に表示する（ステップＳ２４）。これにより、一連の血圧測定処理は終了する。

本実施の形態では、停止スイッチ４１Ｃの操作が検知された場合に、血圧測定処理を終了することとしたが、動脈容積一定制御が開始されてから、タイマ４５によって所定時間経過したと検出された場合に、終了することとしてもよい。

本実施の形態１によれば、初期ゲインG-initを最適サーボゲイン決定のためのサーボ制御時のゲインに逐次加算するように構成されるので、ゼロから徐々にサーボゲインを増加するよりも速く最適サーボゲインに達することができて、最適サーボゲインの決定にかかる時間を短縮することが可能となる。

（実施の形態２）
本実施の形態２においては、制御目標値検出処理中において血管の圧−容積特性を利用して動脈容積一定制御時の容積変化消去率PDRを算出する。この算出値を利用して（式３）からサーボ制御における最適サーボゲインを事前に算出する。これにより、最適サーボゲインの検出にかかる時間を短縮することが可能である。

本発明の実施の形態２の説明に先立ち、概要について説明する。
従来の容積補償法を用いた電子血圧計においては、容積補償制御を行う際に、サーボゲインを徐々に増加させていき、容積変化消去率（制御中の動脈容積変化信号の振幅／制御前の動脈容積変化信号の振幅）が所定値より小さくなる点を検出して、この時のサーボゲインを利用して血圧測定を行っている。

しかし、容積変化消去率は、動脈の弾性特性すなわち動脈硬化度により異なる。具体的には、動脈が硬いほど押圧に対する応答性が悪くなるため制御が難しく、消え残り（制御中の脈波信号）が大きくなる。その結果、容積変化消去率は大きな値となる。反対に、動脈が柔らかいほど容積変化消去率は小さな値となる。そのため、本来、サーボゲインの最適値には個人差が生じる。

そこで、本実施の形態２では、動脈の弾性特性に応じた、容積変化消去率PDRを算出により検出することにより、被験者ごとに最適サーボゲインを設定する。

以下に、本発明の実施の形態に係る、容積補償法を用いて血圧を測定する電子血圧計を説明する。

本実施の形態２に係る電子血圧計の外観およびハードウェア構成は、図１〜図３に示したものと同じであるので説明は略す。

（機能構成）
図１２は、本実施の形態２に係る電子血圧計１の機能構成を示す機能ブロック図である。図１２の構成と図６の構成とを比較して異なる点は、図１２の構成では図６の初期ゲイン算出部１０７を省略して、図６のゲイン決定部１０９とサーボ制御部１０６に代替してゲイン決定部１２０とサーボ制御部１０９を備える点にある。図１２の他の構成は、図６に示すものと同じなので説明は略す。

図１２のゲイン決定部１２０は、容積補償法を用いて血圧測定時のサーボゲインを決定するために、特性推定部１２２を有する消去率検出部１２１を含む。

特性推定部１２２は、制御目標値および初期カフ圧の検出処理（以下、「制御目標値検出処理」という）において、すなわち、制御目標値検出部１０２による処理と並行して、動脈の弾性特性を推定する。特性推定部１２２は、発振回路３３および動脈容積検出回路７４からの信号を受付ける。

動脈の弾性特性は、血管の圧−容積特性曲線から求めることが可能である。血管の圧−容積特性曲線は、カフ圧を増加または減少させた時の光電容積脈波やインピーダンス脈波から得られる動脈容積信号PGdcであり、本実施の形態においては、制御目標値検出処理において検出される。圧−容積特性曲線の傾きと変化量は、動脈の弾性特性を表わす。

図１３は、血管の圧−容積特性を示す図であり、Ｙ軸に動脈容積信号、Ｘ軸に押圧力（単位：mmHg）が示されている。図１３を参照して、柔らかい血管の圧−容積特性が曲線Ｌａで示され、硬い血管の圧−容積特性が曲線Ｌｂで示されている。曲線Ｌａは、内外圧差が０の付近（押圧力Ｐ０の付近）の傾きが大きく、曲線Ｌｂは傾きが小さい。つまり、硬化の認められる血管では、硬化の認められない（または少ない）血管よりも、内外圧差が０の付近（すなわち平均血圧の付近）において、圧−容積特性曲線（以下「特性曲線」と略す）の傾きが小さいという特徴を持つ。ここで、各特性曲線の傾きは、“ΔＰＧｄｃ／脈圧”で求められる。脈圧は、最高血圧と最低血圧との差分であり、ΔＰＧｄｃは、最低血圧検出時の動脈容積と最高血圧検出時点の動脈容積との差分を指示する。

そのため本実施の形態２では、特性推定部１２２は、制御目標値検出処理において、オシロメトリック法に従い被測定者の最高血圧および最低血圧を推定する。つまり、カフ圧を所定値まで徐々に加圧（または減圧）させる過程において、発振回路３３からの圧力検知信号に基づいて、被測定者の最高血圧および最低血圧を算出により推定する。

最高血圧および最低血圧が推定されると、特性推定部１２２は、推定最高血圧および推定最低血圧が検出された時点における動脈容積信号の値（PGdc-SYS,PGdc-DIA）を特定する。PGdc-SYSとPGdc-DIAとの差であるΔＰＧｄｃを、脈圧（推定最高血圧−推定最低血圧）で割ることで、特性曲線の傾きを算出する。算出された傾きを指す値は、消去率検出部１２１に与えられる。

このように、本実施の形態２では、制御目標値検出処理において検出されるカフ圧および動脈容積信号を利用して特性曲線の傾きを算出することができる。そのため、効率良く、かつ、高精度に動脈の弾性特性を推定することができる。しかしながら、必ずしも制御目標値検出処理において検出されるカフ圧および動脈容積信号を利用する必要はなく、たとえば、血圧決定部１０８による当該被測定者の過去（たとえば直近）の測定データに基づいて弾性特性が算出されてもよい。

消去率検出部１２１は、特性推定部１２２により算出された特性曲線の傾き、および、特性曲線の傾き（血管の弾性特性）と容積変化消去率との相関関係に基づいて、動脈弾性特性に応じた容積変化消去率PDRを検出する。そして、ゲイン決定部１２０は、この値を利用して、（式３）に基づき、最適サーボゲインの値を算出する。

血管の特性曲線の傾きと容積変化消去率との相関関係は、図１４に示される。２次元の座標平面においてＹ軸に「容積変化消去率」をとり、Ｘ軸に「圧−容積特性曲線の傾き」をとった場合の両者の相関関係は、おおよそ式７００で示す一次関数式（y=-7.3861x+0.5405）で表わされる。

図１４の相関関係は、血管について侵襲状態で測定して得られた臨床データに基づくものである。図１４に示されるように、容積変化消去率は、特性曲線の傾きが小さいほど（すなわち動脈が硬いほど）大きく、特性曲線の傾きが大きいほど（すなわち動脈が柔らかいほど）小さくなる。

本実施の形態２では、Ｙ軸の「容積変化消去率」を被験者ごとに算出する。つまり、消去率検出部１２１は、特性推定部１２２で算出された特性曲線の傾きを、上記一次関数式に基づいて、容積変化消去率PDRに換算する。なお、一次関数式に代えて、消去率目標値と特性曲線の傾きとの相関関係を表わすデータテーブルを用いてもよい。

消去率検出部１２１により算出された容積変化消去率PDRは、ゲイン決定部１２０に与えられる。

本実施の形態において、「血圧測定のためのサーボゲイン」とは、容積補償法により連続的に血圧を測定（決定）する期間、すなわち、カフ圧と動脈の内圧とが平衡状態に維持される期間のサーボ制御で用いられる最適サーボゲインである。したがって、最適サーボゲインが決定されると、サーボ制御部１０９は、サーボゲインを最適サーボゲインに固定して（図５における時刻Ｔ２）、サーボ制御を開始する。したがって、本実施の形態２では、図５の時刻Ｔ１からＴ２の最適サーボゲインを決定するための調整時間は省略することが可能である。

血圧決定部１０８は、サーボ制御部１０９による制御が行なわれている際に、発振回路３３から入力する信号（「圧力検出信号」という）を連続的に（定期的に）受付けて、圧力検出信号に応じたカフ圧を、血圧として決定するための処理を行なう。より具体的には、サーボゲインが固定された後に、血圧決定部１１６は、動脈容積信号の値と制御目標値との差が、所定の閾値以下であるか否かを判断する。そうである場合にのみ、そのときのカフ圧を血圧として決定する。決定された血圧は、フラッシュメモリ４３に時系列に格納される。

（動作について）
次に、本実施の形態２における電子血圧計１の動作について説明する。

図１５-図１７は、本発明の実施の形態２における血圧測定処理を示すフローチャートである。図１８は、本実施の形態２のフラッシュメモリ４３の内容例を示す図である。

図１５のフローチャートを、図９のスローチャートとを比較し異なる点は、図１５では図９のステップＳ４とＳ８の処理が、ステップＳ４ａとＳ８ａに代替されている点にある。図１５の他の処理は図９に示すものと同様であるので、説明は簡単に行なう。

図１５を参照して、ＣＰＵ１００は、電源スイッチ４１Ａが操作されたと判断すると（ステップＳ２においてＹＥＳ）、ステップＳ４において、初期化処理を行なう。このときフラグＦＬとＦＲの値も初期化される。フラグＦＲは、サーボゲインの調整期間において血圧の推定が完了したか否かを指す。

初期化が終わり、ＣＰＵ１００は、測定スイッチ４１Ｂが押下されたと判断すると（ステップＳ６においてＹＥＳ）、処理はステップＳ８ａに進む。

ステップＳ８ａにおいて、制御目標値検出部１０２は、初期カフ圧および制御目標値の検出の処理を実行する。初期カフ圧および制御目標値の検出について、図１６および上述の図５を用いて詳細に説明する。

図１６は、本発明の実施の形態における制御目標値検出処理を示すフローチャートである。

図１６を参照して、制御目標値検出部１０２はステップＳ１０２〜Ｓ１１２の処理を図１０と同様に行なう。

次のステップＳ１１３では、特性推定部１２２により血圧推定がされる。血圧推定処理については、後に図１７のフローチャートを用いて詳述する。

ステップＳ１１３の処理が終わると、制御目標値検出部１０２は、検出するカフ圧Ｐｃが所定値ＰＣ１のカフ圧以上を指示するか否かを判断する（ステップＳ１２２）。カフ圧Ｐｃが所定値ＰＣ１のカフ圧以上を指示しないと判断した場合（ステップＳ１２２においてＮＯ）、ステップＳ１０２に戻る。一方、カフ圧Ｐｃが所定値ＰＣ１のカフ圧以上を指示すると判断した場合（ステップＳ１２２においてＹＥＳ）、ステップＳ１２４に進む。

ステップＳ１２４において、図６と同様に、ステップＳ１２４では、図１８の領域Ｅ２に格納されている動脈容積信号PGdcの最大値を初期制御目標値Ｖ０とし、カフ圧Ｐｃの最大値を初期カフ圧ＭＢＰとし、および動脈容積信号PGdcの振幅値の最大値を制御誤差最大値Δerr-maxとして検出して、領域Ｅ２から読出し、図１８の領域Ｅ０に格納する。これにより、確定した初期制御目標値Ｖ０、初期カフ圧ＭＢＰ、および制御誤差最大値Δerr-maxが検出される。

ステップＳ１２４の処理が終わると、容積変化消去率PDRの算出と最適サーボゲインAGの算出を行う。まず特性推定部１２２はフラグＦＲが１を指示するか否かを検出する（ステップＳ１３６）。フラグＦＲは０であると検出すると（ステップＳ１３６でＮＯ）、図１６の処理を抜けて処理はメインルーチンに戻される。

フラグＦＲ＝１であると検出すると（ステップＳ１３６でＹＥＳ）、動脈容積の変化量（ΔPGdc）と脈圧から圧−容積曲線の傾きを算出し（ステップＳ１３８）、臨床データから得られた関係式（図１４）と圧−容積特性曲線の傾きとに基づき容積変化消去率PDRを算出する（ステップＳ１４０）。

より具体的には、ステップＳ１３８において、特性推定部１２２は、動脈の弾性特性として、特性曲線の傾きを算出する。特性曲線の傾きは、ステップＳ２００で推定された最高血圧および最低血圧と、ステップＳ２０４およびＳ２０８でそれぞれ決定された容積値PGdc-DIAおよびPGdc-SYSとに基づき、算出される。より具体的には、次式により算出される。

特性曲線の傾き＝｛（PGdc-SYS）−（PGdc-DIA）｝／（推定最高血圧−推定最低血圧）
次に、消去率検出部１２１は、消去率目標値PDRを算出する（ステップＳ１４０）。具体的には、ステップＳ１３８で算出された特性曲線の傾きの値を、図１４の式７００で表わされる上記一次関数式に代入することにより、消去率目標値PDRを算出する。算出した消去率目標値PDRは、図１８の領域Ｅ０に一時格納される。この処理が終わると、処理は、ステップＳ１４４に移る。

ステップＳ１４４においてゲイン決定部１２０は、実施の形態１と同様の図１０で説明した手順に従い最高血圧と最低血圧を検出し、検出した両血圧に基づき脈圧PPc1を算出する（ステップＳ１４４）。そして、算出した脈圧PPc1と領域Ｅ０から読出した消去率目標値PDRと制御誤差最大値Δerr-maxを用いて（式３）に従い最適サーボゲインAGを算出し、領域Ｅ０に格納する。最適サーボゲインAGが決定されると、フラグＦＬの値は１に設定される（ステップＳ１４６）。このように最適サーボゲインAGが検出されると、処理はメインルーチンに戻される。

ここで、血圧推定処理（ステップＳ１１３）の流れについて説明する。図１７は、血圧推定処理を示すフローチャートである。

図１７を参照して、はじめに、特性推定部１２２は、血圧推定処理を実行する（ステップＳ２００）。ここで、本実施の形態２における血圧推定処理の具体例を図１０を参照しながら説明する。図１０を参照して、特性推定部１２２は、動脈容積信号PGdcの振幅の最大値ＭＡＸが検出されると、閾値TH-DIAおよびTH-SYSを算出する。そして、最大値ＭＡＸが検出された時点Ｔ０のカフ圧ＭＥＡＮ（平均血圧）よりもカフ圧が低い側において、閾値TH-DIAと包絡線６００とが交わった点におけるカフ圧を最低血圧として推定する。また、カフ圧ＭＥＡＮよりもカフ圧が高い側において、閾値TH-SYSと包絡線６００とが交わった点におけるカフ圧を最高血圧として推定する。特性推定部１２２は、最低血圧が推定されると、たとえば、最低血圧が推定済みであるか否かを指示するフラグ（以下「ＤＩＡフラグ」という）を、０から１に更新する。最高血圧が推定されると、たとえば、最高血圧が推定済みであるか否かを指示するフラグ（以下「ＳＹＳフラグ」という）を、０から１に更新する。

特性推定部１２２は、最低血圧が推定済か否かを判断する（ステップＳ２０２）。具体的には、ＤＩＡフラグの値が１を指示するか否かを判断する。最低血圧が推定済と判断された場合（ステップＳ２０２でＹＥＳ）、そのときの動脈容積信号PGdcの値を、最低血圧推定時の容積値“PGdc-DIA”として決定する（ステップＳ２０４）。決定した容積値PGdc_DIAは、内部メモリに一時記録される。この処理が終わると、ステップＳ２０６に進む。

ステップＳ２０２において、最低血圧が推定済でないと判断された場合（ステップＳ２０２でＮＯ）、ステップＳ２０６に進む。

ステップＳ２０６において、特性推定部１２２は、最高血圧が推定済か否かを判断する。具体的には、ＳＹＳフラグの値が１を指示するか否かを判断する。最高血圧が推定済と判断された場合（ステップＳ２０６でＹＥＳ）、そのときの動脈容積信号PGdcの値を、最高血圧推定時の容積値“PGdc-SYS”として決定する（ステップＳ２０８）。決定した容積値PGdc-SYSは、内部メモリに一時記録される。この処理が終わると、ステップＳ２１０に進む。

ステップＳ２０６において、最低血圧が推定済でないと判断された場合（ステップＳ２０６でＮＯ）、ステップＳ２１０に進む。

ステップＳ２１０において、特性推定部１２２は、容積値PGdc-DIAと、容積値PGdc-SYSとが決定済か否かを判断する。決定済と判断された場合（ステップＳ２１０でＹＥＳ）、ステップＳ２１２においてフラグＦＲの値を１に設定する。一方、決定済でないと判断された場合（ステップＳ２１０でＮＯ）、フラグＦＲの値を更新することなく処理は、図１６のルーチンに戻される。

再び図１５を参照して、上述のような制御目標値検出処理が終了すると、カフ圧設定部１０４は、弁駆動回路５４を制御して、カフ圧Ｐｃを初期カフ圧に設定する（ステップＳ１０）。図５を参照して、カフ圧設定部１０４は、カフ圧Ｐｃが初期カフ圧に設定された時点Ｔ１で、弁駆動回路５４を停止させる。

このようにカフ圧が初期カフ圧に設定されると、動脈容積変化信号PGacが示す振幅は最大となる。

カフ圧が初期カフ圧に設定されると、サーボ制御の最適サーボゲインAG（特定サーボゲイン）が決定されるまでは（ステップＳ１２でＮＯ）、サーボゲイン決定処理（ステップＳ２６）が行なわれる。

ゲイン決定部１２０によって最適サーボゲインAGが決定済みの場合には（ステップＳ１２でＹＥＳ）、領域Ｅ０から読出した最適サーボゲインAGを用いてサーボ制御部１０９によりサーボ制御がされて、動脈容積一定制御が実行される（ステップＳ１４）。

このような動脈容積一定制御に並行して、実施の形態１と同様に、血圧決定部１１６は、血圧算出および血圧決定の処理（ステップＳ１６とＳ１８）を実行する。測定した血圧のデータはフラッシュメモリ４３の領域Ｅ３に格納される（ステップＳ２０）。ステップＳ２０の処理が終わると、処理はステップＳ２２に移行する。

続いて、ステップＳ２２において、停止スイッチ４１Ｃが操作されたと判断されると（ステップＳ２２においてＹＥＳ）、一連の血圧測定処理は終了する。

このように、本実施の形態２によると、実施の形態１の初期ゲイン値G-initに代替して最適サーボゲインAGを利用することができるので、最適ゲインを決定する処理が不要となる。したがって、図９の時刻Ｔ１−Ｔ２の最適サーボゲイン決定の時間を省略できて、直ちに血圧測定に移行することができる。

また、本実施の形態２では、血圧測定のためのサーボゲインが被測定者の動脈の弾性特性（硬化度）に応じて決定されるため、高精度に血圧を測定（決定）することができる。また、動脈の弾性特性は、被測定者の動脈の脈圧と脈圧間における動脈容積の変化量とに基づいて推定されるため、容積補償法による血圧測定では必須の処理である制御目標値検出処理において推定することができる。その結果、一連の血圧測定処理に要する時間を従来よりも延ばすことなく、被測定者ごとに最適サーボゲインを決定することができる。

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。

本発明の各実施の形態に係る電子血圧計の外観斜視図である。 本発明の各実施の形態に係る電子血圧計における血圧測定のためのカフ圧を制御する概念を表わした図である。 本発明の各実施の形態に係る電子血圧計のハードウェア構成を表わすブロック図である。 本発明の実施の形態１に係る制御脈圧と制御誤差とサーボゲインの関係を模式的に示す図である。 本発明の実施の形態１に係るデータの格納例を説明する図である。 本発明の実施の形態１に係る電子血圧計の機能構成を示す機能ブロック図である。 本発明の実施の形態１における血圧測定処理を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態１における制御目標値と初期ゲイン検出処理を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態１の血圧測定処理を説明するための図である。 本発明の実施の形態１に係る血圧推定の手順を説明するための図である。 本発明の実施の形態１に係るサーボゲイン決定処理のフローチャートである。 本発明の実施の形態２に係る電子血圧計の機能構成を示す機能ブロック図である。 本発明に係る血管の圧−容積特性を示す図である。 本発明に係る血管の特性曲線の傾きと容積変化消去率との相関関係を示す図である。 本発明の実施の形態２における血圧測定処理を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態２における制御目標値と最適ゲイン検出処理を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態２に係る血圧推定処理のフローチャートである。 本発明の実施の形態２に係るデータの格納例を説明する図である。

符号の説明

１ 電子血圧計、１０２ 制御目標値検出部、１０４ カフ圧設定部、１０６，１０９ サーボ制御部、１０８ 血圧決定部、１０９，１２０ ゲイン決定部、１１１ 容積変化消去率算出部、１１２ ゲイン更新部、１１３ 制御脈圧検出部、１２１ 消去率検出部、１２２ 特性推定部。

Claims (9)

1. 容積補償法に従い血圧を測定するための電子血圧計であって、
   血圧の測定部位に装着されるカフと、
   前記カフ内の圧力を表わすカフ圧を検出するための圧力検出手段と、
   前記カフに設けられ、且つ前記カフ圧を加える過程で前記測定部位の動脈の容積を示す動脈容積信号を検出するための容積検出手段と、
   カフ圧を加圧および減圧により調整するためのカフ圧調整手段と、
   制御手段と、を備え、
   前記制御手段は、
   前記カフ圧調整手段を制御して、カフ圧を、特定の圧力値を表わす初期カフ圧に設定するための第１の制御手段と、
   カフ圧を前記初期カフ圧に設定した後に、前記動脈の容積が一定となるように、前記カフ圧調整手段を、サーボゲインを用いてサーボ制御するためのサーボ制御手段と、
   前記サーボ制御手段によるサーボ制御が行なわれている際に、初期ゲインを加算することにより前記サーボゲインを逐次更新しながら、血圧測定のための特定のサーボゲインを決定するサーボゲイン決定手段と、を含み、
   カフ圧を前記初期カフ圧に設定したときに検出される前記動脈容積信号の振幅は最大であり、
   前記初期ゲインは、推定される前記動脈の脈圧の値を前記動脈容積信号について検出された前記最大の振幅値で除することによって算出される、電子血圧計。
2. 前記制御手段は、
   前記初期ゲインを検出する初期ゲイン検出手段を含み、
   前記初期ゲイン検出手段は、
   前記初期カフ圧を検出する過程において前記圧力検出手段によって検出される前記カフ圧に基づき前記最高血圧と前記最低血圧とを算出することによって前記脈圧を推定する、請求項１に記載の電子血圧計。
3. 前記サーボゲイン決定手段は、
   前記サーボゲインの値を更新しながらサーボ制御する過程において、前記容積検出手段により検出される前記動脈の容積の変化量が最小値に収束したときに更新後の前記サーボゲインを、前記特定のサーボゲインに決定する、請求項１または２に記載の電子血圧計。
4. 前記サーボゲインの値を更新しながらサーボ制御する過程において、前記容積検出手段により検出される前記動脈の容積の変化量が最小値に収束したときに、前記圧力検出手段により検出される前記カフ圧を血圧として検出する、請求項１から３のいずれかに記載の電子血圧計。
5. 前記サーボゲイン決定手段は、
   前記サーボ制御手段によるサーボ制御が行なわれている際に、脈波一拍毎に、前記容積検出手段により検出される前記動脈容積信号の振幅と、前記カフ圧を前記初期カフ圧に設定したときに検出された前記動脈容積信号の振幅と、の比を検出する振幅比検出手段を、有し、
   前記振幅比検出手段により検出される前記比が、所定値よりも小さくなることを検出したとき、前記動脈の容積の変化の量が最小値に収束したことを検出する、請求項１から４のいずれかに記載の電子血圧計。
6. 容積補償法に従い血圧を測定するための電子血圧計であって、
   血圧の測定部位に装着されるカフと、
   前記カフ内の圧力を表わすカフ圧を検出するための圧力検出手段と、
   前記カフに設けられ、前記測定部位の動脈の容積を示す動脈容積信号を検出するための容積検出手段と、
   カフ圧を加圧および減圧により調整するためのカフ圧調整手段と、
   制御手段とを備え、
   前記制御手段は、
   カフ圧を、特定の圧力値を表わす初期カフ圧に設定するための設定手段と、
   カフ圧を前記初期カフ圧に設定した後に、血圧測定のための特定サーボゲインに基づいて、前記動脈の容積が一定となるように前記カフ圧調整手段をサーボ制御するためのサーボ制御手段と、
   前記特定サーボゲインを決定するための処理を行なう決定処理手段とを含み、
   前記決定処理手段は、
   前記カフ圧調整手段によりカフ圧を所定値まで加圧させる過程、または、カフ圧を所定値から減圧させる過程において、前記動脈容積信号の最大の振幅および前記動脈の脈圧を検出する振幅脈圧検出手段と、
   検出された前記動脈の脈圧と、前記動脈の脈圧間における容積の変化量との関係に基づいて、前記動脈の弾性特性を推定するための特性推定手段と、
   前記特性推定手段により推定された前記動脈の弾性特性、および、弾性特性と容積変化消去率との関係を示す所定の相関式に基づいて、前記動脈についての容積変化消去率を算出するための消去率算出手段と、を有し、
   検出した前記脈圧を、検出した前記動脈容積信号の最大の振幅の値と算出した前記容積変化消去率とを掛け合わせた値で除することにより、前記特定サーボゲインを決定する、電子血圧計。
7. 前記決定処理手段は
   カフ圧を所定値まで加圧させる過程、または、カフ圧を所定値から減圧させる過程において、前記動脈容積信号の振幅が最大となる時点におけるカフ圧を前記初期カフ圧として検出するための処理を行なう検出処理手段と、
   前記検出処理手段による処理と並行して、最低血圧および最高血圧を推定するための血圧推定手段とをさらに有し、
   前記特性推定手段は、前記最低血圧および前記最高血圧それぞれが検出された時点間における前記動脈容積信号の値の差を、前記最高血圧と前記最低血圧との差で除算することにより、前記動脈の弾性特性を推定する、請求項６に記載の電子血圧計。
8. 前記制御手段は、
   前記サーボ制御手段により前記特定サーボゲインでのサーボ制御が行なわれている際に、前記圧力検出手段からの検出信号を受付けて、前記検出信号に応じたカフ圧を血圧として決定するための血圧決定手段をさらに含み、
   前記血圧決定手段により決定された血圧を記憶するための記憶手段をさらに備える、請求項６または７に記載の電子血圧計。
9. 前記検出処理手段は、さらに、前記圧力検出手段からの検出信号および前記動脈容積信号に基づいて、前記初期カフ圧を導出する、請求項７または８に記載の電子血圧計。

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