JP2011167424A

JP2011167424A - 血圧監視装置

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Publication number: JP2011167424A
Application number: JP2010035574A
Authority: JP
Inventors: Katsumi Imada; 勝巳今田
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2010-02-22
Filing date: 2010-02-22
Publication date: 2011-09-01

Abstract

【課題】透析患者等が不快を感じることなく被測定者の血圧の変化を連続的に推定することができる、非侵襲的な血圧監視装置の実現を目的とする。
【解決手段】上記課題を克服するために、本発明の血圧監視装置は、光源と、光源を駆動する第１駆動回路と、光源が発する光の波長に感度を有する検出器と、検出器を駆動する第２駆動回路と、光源と検出器を所定の光軸角に保持する保持材と、検出器の出力信号から脈波信号を抽出する処理部と、抽出された脈波信号が入力される血圧変化推定部とを有している。そして、血圧変化推定部は脈波信号を２階微分すると共に、この２階微分処理を行った脈波信号の時間変化から血圧の変化を導出する。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば、透析患者などの被測定者の血流を測定することにより、非侵襲的に被測定者の血圧変化を推定する装置に関する。

例えば、患者が透析をしている際、突然、患者の血圧が低下する場合がある。これを早期に発見するために、理想的には連続的に血圧を測定する必要がある。最も一般的に行われている連続的な血圧測定方法としては、マンシェットを用いる血圧計により、マンシェットを透析中の患者の上肢に継続的に巻いて、間欠的に、しかし頻回に血圧を測る方法である。この方法では、最も頻回に血圧測定をしようとしても１５分おきが限度であり、それ以上の頻度で血圧測定をした場合には、患者が不快に感じてしまうと共に、マンシェットより下流にうっ血が生じ、シャント側と反対側の上肢にマンシェットを巻かなければならないため、患者は両上肢を拘束され、不快感が増大する等の問題が発生する。理想的には、患者が両上肢を拘束されることを防ぐため、シャント側の上肢で血圧を連続的に測定するのがよい。

特許文献１に透析中の血圧をシャント側の腕で連続的に測定する方法として、シャント血流速を赤外線ドップラー計で測定し、これを用いて血圧を推定する方法が記載されている。この方法では、予め測定しておいたシャント血流速と血圧との関係（比例関係）を用いて血圧を推定する。この方法では、シャント血流の流線の中央に赤外線が当たるようにしなければならない。そのため、患者がわずかにでも手を動かす状況下では、この方法を適用する事が極めて困難となる。また、このような装置は極めて高価である。

特許文献２、３には、透析中、シャント形成部位における振動や血流音をモニターし、シャント形成部位の血流状態を推定する方法が開示されている。しかし、これらの方法は血流量を測定するものであり、血圧を測定するものではなかった。

特許文献４には透析時に使用されるシャント血管中を流れる血液中の圧力を測定し、そこから透析監視装置のポンプ類等が発する振動を特定して分離し、脈拍数及び血圧値を測定する手段が開示されている。しかし、採血液の圧力が動脈側でも低い、装置類からのノイズを分離することが難しい、さらに透析血液の再還流の可能性がある、等の欠点があり、測定精度に問題があった。

特開２００６−２４７１９３号公報特開平１０−５２４９０号公報特許第３０８３３７８号公報特開２００５−２７８００号公報

本発明は、上記従来技術の問題点に鑑み、透析患者等が不快感を感じることなく被測定者の血圧の変化を連続的に推定することができる、非侵襲的な血圧監視装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の血圧監視装置は、光源と、光源を駆動する第１駆動回路と、光源が発する光の波長に感度を有する検出器と、検出器を駆動する第２駆動回路と、光源と検出器を所定の光軸角に保持する保持材と、検出器の出力信号から脈波信号を抽出する処理部と、抽出された脈波信号が入力される血圧変化推定部とを有している。そして、血圧変化推定部は脈波信号を２階微分すると共に、この２階微分処理を行った脈波信号の時間変化から血圧の変化を導出する。

本発明により、透析患者等の被測定者に不快感を与えるマンシェット等の拘束冶具を用いず、且つ、非侵襲に、被測定者の脈波信号を連続的に検出することができ、この脈波信号に数学的処理を行った結果の時間変動に着目する事で、被測定者の血圧変化を連続的に推定することができる。このため、被測定者に不快感を与える事無く、短い時間間隔で血圧の変化を検出可能な血圧監視装置を提供することができる。

本発明の血圧監視装置の概要を示すブロック図本発明の血圧監視装置の使用状態を示す概念図酸化ヘモグロビン、還元ヘモグロビンの波長と吸光率の関係を示す図本発明の実施の形態１の処理部により抽出された脈波信号の概略図本発明の実施の形態１の血圧変化推定部に入力される脈波信号と、脈波信号を２階微分した結果を表す概略図本発明の実施の形態２における血圧監視装置のセンサユニットの概要を示すブロック図本発明の実施の形態２における血圧監視装置の受信ユニットの概要を示すブロック図本発明の実施の形態３における血圧監視装置のセンサユニットの概要を示すブロック図本発明の実施の形態３における血圧監視装置の受信ユニットの概要を示すブロック図本発明の実施の形態３における別の実施例の血圧監視装置のセンサユニットの概要を示すブロック図本発明の実施の形態３における別の実施例の血圧監視装置の受信ユニットの概要を示すブロック図血圧変化推定部における信号処理の概要を示す図血圧変化推定部における信号処理の概要を示す図血圧変化推定部における信号処理の概要を示す図血圧変化推定部における信号処理の概要を示す図

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における血圧監視装置の概要を示すブロック図である。

図１において、本発明の血圧監視装置は、所定の波長特性を有する光源である発光ダイオード１（以下、ＬＥＤと呼ぶ）と、ＬＥＤ１の光線を検出するフォトダイオード２（以下、ＰＤと呼ぶ）と、ＬＥＤ１とＰＤ２を所定の角度で保持する保持材３と、ＬＥＤ１を駆動する第１駆動回路４と、ＰＤ２を駆動する第２駆動回路５とを有している。更に、本発明の血圧監視装置は、ＰＤ２により検出した信号を処理する処理部６と、処理部６により抽出した脈波信号を元に血圧変化を推定する血圧変化推定部７と、血圧変化推定部７で得られた血圧値変化傾向が所定の状態となった場合には、被測定者にその旨を警告する警告表示機能８とを有している。

図２は、本発明の血圧監視装置の使用状態を示す概念図である。図２において、被測定者の指９は、ＬＥＤ１とＰＤ２とに同時に接触するようにそれらの上部に置かれる。そして、ＬＥＤ１が近赤外波長の光線を発するものである場合、ＬＥＤ１の発した近赤外光は指９内部に入射され、指９内部に存在する毛細血管により拡散反射される。

ＰＤ２は、ＬＥＤ１同様、指９に接触されているため、毛細血管により拡散反射された光線を検出する。ＰＤ２に受信される光線は、拡散反射源である毛細血管と血流の情報を含んでいる。具体的には、図３の酸化ヘモグロビン、還元ヘモグロビンの波長と吸光率の関係で示される影響が、ＰＤ２検出波形に及ぼされ、血管中の血液の流れに依存した光量変化を検出することが出来る。以上により、図１及び図２に示すＬＥＤ１とＰＤ２とを用いた脈波センサにより、被測定者の血流の情報を検出することが可能となる。

処理部６では、ＰＤ２で検出された信号から、不要なノイズ（ＤＣオフセットや高周波ノイズ）を除き、脈波信号を抽出する。通常、この処理には、バンドパスフィルタ等が用いられる。

図４に処理部６により抽出された脈波信号の概略図を示す。横軸は時間、縦軸は信号の強さを表す。図４において、脈波信号１０は三角波に近い形状をしており、処理部６において、極性を反転されているため、最高値付近は血管中の血流が多いため、血中ヘモグロビンに多くの光線が吸収されていることを示す。また、最低値付近は血管中の血流が少ないため、血中ヘモグロビンに光線の吸収量が減少していることを示す。尚、脈波信号１０の周期は心臓の動きと同期していることは言うまでもない。

処理部６において抽出された脈波信号１０は、血圧変化推定部７へ入力され、血圧変化推定部７により被測定者の血圧の変化が推定されることとなる。図５（ａ）、（ｂ）を用いて、血圧変化推定部７で実施される処理の概要を説明する。

図５（ａ）は、処理部６において抽出され、血圧変化推定部７に入力される脈波信号１０の概略図であり、横軸は時間、縦軸は信号の強さを表している。血圧変化推定部７は、処理部６から入力された脈波信号１０に対し、２階微分処理を行う。図５（ａ）に示す脈波信号１０を２階微分した結果を図５（ｂ）に示す。図５（ｂ）も図５（ａ）と同様に、横軸は時間、縦軸は信号の強さを表している。

図５（ｂ）において、２階微分処理を行った脈波波形１１（以後、加速度脈波と呼ぶ）の最初の波のピークは、収縮初期陽性波（ａ波）１１ａであり、血液の駆出に伴う加速波形に相当している。そして収縮初期陰性波（ｂ波）１１ｂが続き、収縮中期再上昇波（ｃ波）１１ｃまでで、心臓の収縮初期における脈波の形成に対応している。これらの波形に収縮後期再下降波（ｄ波）１１ｄ、拡張初期陽性波（ｅ波）１１ｅが、続くことになる。

ここで、被測定者の血圧Ｐは、血液の等価質量をｍとし、加速度脈波をａとすると、（数１）に示すような相関式が成り立つ事が推定される。

（数１）は、ｍ×ａで血流により発生する力を定義している。血液の等価質量ｍについては、予め、経験則から導出されるべき値であり、基本的に定数となる。故に、血圧変化推定部７が実施する脈波波形１０の２階微分処理により取得される加速度脈波１１の時間的変化に着目する事により、被測定者の血圧の変化を検出する事が可能となる。

また、（数１）に示した血圧Ｐの相関式を更に精度の良いものにした場合には、（数２）のように表わす事もできる。

（数２）において、ｃは血液の粘性定数であり、ｖは血圧変化推定部７に入力される脈波信号１０を１階微分処理した脈波信号（以後、速度脈波と呼ぶ）である。

（数２）は、ｍ×ａで血流により発生する力を定義し、ｃ×ｖで血液の粘性による影響を考慮したものである。

（数２）を変形すると、（数３）のように表わされる。

（数３）から、ｍ及びαの値を予め実験的に決めることにより、血圧Ｐに相関のある値を導出することが出来る。また、ｍは定数である事から、（数３）は（数４）のようにも表現できる。

（数４）から、αの値のみを実験的に決定することで、血圧Ｐに相関のある値を導出できる。（数３）又は（数４）により導出された血圧Ｐに相関のある値の時間変化を観測する事により、被測定者の血圧の変化を推定することが可能となる。尚、（数２）〜（数４）に基づいて血圧に相関のある値を導出する場合、血圧変化推定部７は、入力される脈波波形１０に対し、２階微分処理及び１階微分処理をそれぞれ行い、加速度脈波１１及び速度脈波を導出することとなる。

図１２〜図１５を用いて、血圧変化推定部７における信号処理の概要を示す。

図１２は、血圧変化推定部７に入力される脈波信号１０を表わしており、横軸は時間を、縦軸は脈波信号の強度（正規化値）を表わしている。図１３は、血圧変化推定部７が脈波信号１０に対して１階微分処理を行った後の速度脈波の信号波形であり、図１４は、血圧変化推定部７が脈波信号１０に対して２階微分処理を行った後の加速度脈波の信号波形である。図１３、図１４共にグラフの横軸は時間であり、図１３の縦軸は速度脈波の信号強度（正規化値）であると共に、図１４の縦軸は加速度脈波の信号強度（正規化値）である。

脈波信号から速度脈波信号への変換は、脈波信号の傾きを計算することにより導出される。また、速度脈波信号から加速度脈波信号への変換は、速度脈波信号の傾きを計算することにより導出される。

図１３、図１４の結果を（数４）に代入することにより、血圧Ｐに相関のある値の時間変化を導出する事ができる。その結果を図１５に示す。ここでは、α＝１．０とした結果を示した。また、図１５中に、最低血圧、及び、最高血圧の発生箇所を明記した。これらの最低血圧、及び、最高血圧の発生箇所は、血圧変化推定部７が図１５に示した波形のピーク値を検出する処理を行うことにより、検出可能である。

また、最高血圧、最低血圧を推定する際、最低血圧以下の基準血圧（図１５中では、血圧推定のための仮想原点と記載）を任意に決定してもよい。本発明の血圧監視装置は、あくまで被測定者の血圧の変化を検出する事を目的としている為、任意に基準血圧を決定したとしても、血圧変化の検出にはなんら影響がない。また、事前にマンシェットを用いる血圧計等により測定者の血圧を測定しておき、その測定結果を基に、基準血圧を決めておいても良い。これにより、被測定者に不快感を与えることなく、比較的精度良く、被験者の血圧を頻繁に測定する事もできる。

図１５において、周期的に現れる最高血圧を表わすピーク値（図１５中のＡ）の時間変動、及び、周期的に現れる最低血圧を表わすピーク値（図１５中のＢ）の時間変動に着目する事により、血圧変化推定部７は被測定者の血圧変化を推定する事が可能となる。そして、被測定者の血圧変化が所定値以上に大きい場合には、血圧変化推定部７は、図１における警告表示機能８に対して制御信号を送り、この制御信号を受信した警告表示機能８は、被測定者等に対して視覚的、聴覚的に警告を知らせることとなる。

本発明の血圧監視装置を用いれば、例えば、透析中の患者の血圧を看護師が定期的に測定しに回る必要がなくなると共に、透析中の患者の血圧に異常が生じた場合には、警告表示機能８によりその旨を看護師に迅速、且つ、的確に伝えることができる。

尚、血圧変化推定部７はメモリ（図示せず）を有しており、図１５に示した最高血圧を表わすピーク値（図１５中のＡ）及び最低血圧を表わすピーク値（図１５中のＢ）等をメモリに格納する構成としても良い。更に、血圧変化推定部７はメモリに格納されたピーク値同士を比較し、血圧の上昇、または下降を予測してもよい。

さらに、正確な血圧変化を検出した場合は、血圧変化推定部７におけるＡ／Ｄコンバータ（図示せず）のサンプリングレートを上げたり、血圧変化推定部７の有するメモリに格納するデータ（最高血圧のピーク値等）の世代数を増やす事などが有効である。

尚、図１３〜図１５においては、（数４）に基づいた信号処理の様子を示したが、（数１）及び（数２）の場合も、同様の方法により、被測定者の血圧の変化を推定する事が可能となる。

（実施の形態２）
図６、図７は、本発明の実施の形態２における血圧監視装置の概要を示すブロック図である。

本実施の形態は、無線通信機能を有する発信手段１２を備えている点を除けば、実施の形態１と同様の構成である。このため、実施の形態１と同一構成のものについては、同一番号を付して、重複した説明は省略する。

実施の形態２に係る血圧監視装置は、センサユニット１４（図６）と受信ユニット１５（図７）とにより構成されている。図６に示すセンサユニット１４は、所定の波長特性を有する光源であるＬＥＤ１と、ＬＥＤ１の光線を検出するＰＤ２と、ＬＥＤ１とＰＤ２を所定の角度で保持する保持材３と、ＬＥＤ１を駆動する第１駆動回路４と、ＰＤ２を駆動する第２駆動回路５とを有している。更に、図６に示すセンサユニット１４は、ＰＤ２により検出した信号を処理する処理部６と、処理部６の出力信号を無線で発信（発信する無線信号は周波数変換等の処理を行ったものでもよい）する発信手段１２とを有している。また、図７に示す受信ユニット１５は、発信手段１２で発信された無線信号を受信する受信部１３と、受信部１３により受信された脈波信号を元に被測定者の血圧変化を推定する血圧変化推定部７と、血圧変化推定部７で得られた血圧値変化傾向が所定の状態となった場合には、看護師等にその旨を警告する警告表示機能８とを有している。

図６、図７に示す構成によれば、実施の形態１の血圧監視装置と同様に、マンシェットを巻くことなしに血圧の変化を測定することができると共に、例えば、患者がセンサユニット１４を保持し、看護師が受信ユニット１５を保持している場合に、患者は自分の血圧変化を計測しながらも、患者および看護師は、センサユニット１４と受信ユニット１５とが無線通信の可能な範囲で自由に移動をすることが可能である。また、受信ユニット１５を被測定者（患者等）と離して設置することが可能となり、被験者に警告情報を直接伝えることなく、処置者（看護師等）に状況を伝えることが出来るため、被測定者への精神的負担を小さくすることができる。

さらに、センサユニット１４が血圧変化推定部７を有しない構成となることから、センサユニット１４を小型軽量にすることが可能となり、被験者の肉体的な負荷も小さくすることができる。

なお、通信手段にはＩＥＥＥ８０２．１５．１等の通信規格を用いればよい。

（実施の形態３）
図８、図９は、本発明の実施の形態３における血圧監視装置の概要を示すブロック図である。

本実施の形態の血圧監視装置は、血圧変化推定部７がセンサユニット１４側に備えられている点を除けば、実施の形態２の血圧監視装置と同様の構成である。このため、実施の形態２と同一構成のものについては、同一番号を付して、重複した説明は省略する。

実施の形態３に係る血圧監視装置は、実施の形態２に係る血圧監視装置と同様に、マンシェットを巻くことなしに血圧の変化を測定することができると共に、例えば、患者がセンサユニット１４を保持し、看護師が受信ユニット１５を保持している場合に、患者は自分の血圧変化を計測しながらも、患者および看護師は、センサユニット１４と受信ユニット１５とが無線通信の可能な範囲で自由に移動をすることが可能である。また、受信ユニット１５を被測定者（患者等）と離して設置することが可能となり、被験者に警告情報を直接伝えることなく、処置者（看護師等）に状況を伝えることが出来るため、被測定者への精神的負担を小さくすることができる。

本構成では、受信ユニット１５において、脈波信号の処理を行う必要がないため、受信ユニット１４の小型化を図ることが出来ると共に、受信ユニット１５の消費電力が小さく出来る事からを電池交換や充電の頻度を低減できる。

また、図８の発信手段１２から無線送信される信号は、被測定者の推定血圧は警告を要する状況であると判断した場合に、血圧変化推定部７が警告表示機能８に送信する制御信号であるため、発信手段１２と受信部１３の間の無線通信の頻度は少ない。よって、センサユニット１４と受信ユニット１５の消費電力を低減する事が可能となる。

尚、血圧変化推定部７をセンサユニット１４側に配置する構成を採用することにより、図１０、図１１に示すように、センサユニット１４にも警告表示機能８を搭載することが可能となり、被測定者も処置者（看護師等）と同時に、警告情報を取得することができ、被測定者の迅速な対応も可能となる。

また、図１０、図１１のように、センサユニット１４が警告表示機能８を有している場合に、この警告表示機能８を無効化し、受信ユニット１５を保持する処置者のみに警告状況を伝えてもよい。これにより、被測定者への精神的負担を小さくすることができる。

本発明にかかる血圧監視装置は、非侵襲で、且つ、被測定者へ負担が少ない状態で被測定者の血圧変化を推定し、警告する機能を有しており、透析時等の急激な血圧変化を処置者に警告する装置等として有用である。またフィットネスクラブ等での運動負荷による血圧変化を検出する装置等の用途にも応用できる。

１ＬＥＤ（発光ダイオード）
２ＰＤ（フォトダイオード）
３保持材
４第１駆動回路
５第２駆動回路
６処理部
７血圧変化推定部
８警告表示機能
９指
１０脈波信号
１２発信手段
１３受信部
１４センサユニット
１５受信ユニット

Claims

光源と、
前記光源を駆動する第１駆動回路と、
前記光源が発する光の波長に感度を有する検出器と、
前記検出器を駆動する第２駆動回路と、
前記光源と前記検出器を所定の光軸角に保持する保持材と、
前記検出器の出力信号から脈波信号を抽出する処理部と、
抽出された前記脈波信号が入力される血圧変化推定部とを有し、
前記血圧変化推定部は前記脈波信号を２階微分すると共に、この２階微分処理を行った脈波信号の時間変化から血圧の変化を導出する血圧監視装置。
光源と、
前記光源を駆動する第１駆動回路と、
前記光源が発する光の波長に感度を有する検出器と、
前記検出器を駆動する第２駆動回路と、
前記光源と前記検出器を所定の光軸角に保持する保持材と、
前記検出器の出力信号から脈波信号を抽出する処理部と、
抽出された前記脈波信号が入力される血圧変化推定部とを有し、
前記血圧変化推定部は前記脈波信号を２階微分及び１階微分すると共に、これら２階微分処理を行った脈波信号と１階微分処理を行った脈波信号とを用いて導出される値の時間変化から血圧変化を導出する血圧監視装置。
前記２階微分処理を行った脈波信号と前記１階微分処理を行った脈波信号とを用いて導出される値ｐは、

で表わされ、ａは前記２階微分処理を行った脈波であり、ｖは前記１階微分処理を行った脈波であり、αは所定定数となる請求項２に記載の血圧監視装置。
前記血圧変化推定部は前記血圧変化を監視し、その変化状態に応じて警告を行う請求項１又は請求項２に記載の血圧監視装置。
前記光源と前記第１駆動回路と前記検出器と前記第２駆動回路と前記保持材と前記処理部とを備えると共に、前記脈波信号を無線信号として発信する無線発信手段とを備えたセンサユニットと、
前記センサからの無線信号を受信する受信部と前記血圧変化推定部とを備えた受信ユニットと、
を有する請求項１又は請求項２に記載の血圧監視装置。
前記光源と前記第１駆動回路と前記検出器と前記第２駆動回路と前記保持材と前記処理部と前記血圧変化推定部とを備えると共に、前記血圧変化推定部の出力信号を無線信号として発信する無線発信手段とを備えたセンサユニットと、
前記センサからの無線信号を受信する受信部を備えた受信ユニットと、
を有する請求項１又は請求項２に記載の血圧監視装置。