JP2012205673A - 血圧計 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】被検者の血圧を測定する血圧測定手段と被検者の呼吸状態から被験者を安静状態に誘導する安静状態誘導手段とを備えた血圧計であり、安静状態誘導手段は、被検者にマイクロ波を照射し、被検者の呼吸動作によりドップラシフトした反射マイクロ波から被検者の呼気実時間と吸気実時間とを算出し、これらの比や合計時間、継続時間から、被験者を安静状態に誘導するようにして血圧測定するようにした。
【選択図】図1
Description
しかし、血圧値は、測定環境と身体状態との2つの要因によって大きく変動することがあるため、測定した血圧値が正確な血圧値であるか否かを知ることは難しい。
24時間血圧は、比較的長い時間にわたり血圧測定を行うため、用いる血圧計も携帯性が重視される。そして、そのような血圧計の使用に係るガイドラインも発表されている。
ここでいう安静とは、肉体的安静状態や精神的安定状態を指すものである。つまり、身体も精神もリラックスしている状態である。
を安静状態に誘導する機能を有する血圧計が提案されている(例えば、特許文献1参照。)。
図13に示したように、特許文献1に示した従来技術は、被検者の血圧を測定する血圧測定手段300と、被検者の各呼吸のタイミングを示す情報を含む呼吸信号を検出する呼吸信号検出手段400とがカフ200に搭載されていて、この呼吸信号検出手段400により検出された呼吸信号に基づいて被検者の各呼吸のタイミングを被検者にそのまま伝える伝達手段500とを備えている。
しかし、具体的な技術内容は開示されておらず、どのような仕組みを用いてどのように
間接的に呼吸を計測するか不明である。つまり、思想が紹介されているだけであって、技術が完成しているとはいえない。
本発明の血圧計は、被検者の血圧を測定する血圧測定手段と被検者の呼吸状態から被験者を安静状態に誘導する安静状態誘導手段とを備えた血圧計において、安静状態誘導手段は、被検者にマイクロ波を照射し被検者の呼吸動作によりドップラシフトした反射マイクロ波の変化分を呼吸変化分データとして出力する信号処理手段と、前記呼吸変化分データに基づき被検者の呼気実時間及び吸気実時間を出力する呼吸気識別手段とを備えたことを特徴とする。
なったときに被検者が安静状態になるという考えを利用して、呼吸タイミングを上記の条件になるように誘導するのである。
呼吸検出にマイクロ波を用いるので、カフなどで身体を加圧することがないため、被検査者にストレスが掛からない状態で呼吸タイミングを計測できる。そして、非接触であるから着衣のままでも呼吸タイミングを計測できる。
血圧計1は、血圧を測定する帯状のカフと、制御回路や報知手段などを搭載した血圧計本体とが別体であって、カフを上腕部に巻き付けるタイプであっても、またカフが箱状のケースの中に収納され、上腕部の挿入が容易になるように改良されたいわゆる上腕部挿入型の血圧計であっても、手首装着式血圧計と称しカフと血圧計本体とが一体化された構成のものであっても構わない。
初めに、図7を用いて、どのような仕組みでマイクロ波ドップラセンサによって、被検
者を安静状態に誘導するかについて詳述する。図7は、血圧計の原理を説明するため模式的に示すブロック図である。
図8は、被検者11が息を吐くときと吸う時の鼻と口及び胸郭内部の動きを模式的に表したものである。図8(a)が息を吐くとき(呼気)の様子を、図8(b)が息を吸うとき(吸気)の様子を示している。
次に、図1を用いて血圧計の機能的な構成を説明する。
図1は本発明による血圧計の主たる機能を示すブロック図である。
部7とメッセージ選択手段8とを備えた安静状態誘導手段2と、血圧測定手段6と報知手段9とから構成される。
血圧計1の主たる要素は以上のような機能を有している。
次に、図2を用いて、血圧計1を構成する安静状態誘導手段2、血圧測定手段6、報知手段9の詳細の構成及び機能を説明する。
まず、信号処理手段3の構成及び機能を説明する。
図2に示すように、信号処理手段3は、マイクロ波ドップラセンサ31と帯域制限及びAD部32と微分部33とから構成される。
帯域制限及びAD部32は、マイクロ波ドップラシフト信号Eoの帯域を信号処理に必要な部分のみに制限したのち、アナログ信号をデジタル信号に変換(以後、AD変換と称する)して、ドップラシフトデータDoとして出力し、微分部33に入力する。なお、このAD変換に必要なサンプリング時間は、計時部7から入力される第1の時間情報T1を用いる。
図2に示すように、呼吸気識別手段4は、呼吸波形識別部41と呼気時間計測部42と吸気時間計測部43とから構成される。
同様に、吸気時間計測部43は、吸気期間信号Ipと第2の時間情報T2とから吸気期間信号Ipの継続時間を計測して、吸気実時間Itとして出力し、呼吸判定部5に入力す
る。
図2に示すように、呼吸判定部5は、呼気実時間Etと吸気実時間Itと計時部7が出力する第3の時間情報T3とから被検者11の呼吸パターンを判定し、呼吸判定データKhを出力する。
呼気が長く吸気が短いとき:呼吸判定データKh1
吸気が長く呼気が短いとき:呼吸判定データKh2
呼吸間隔が短いとき :呼吸判定データKh3
呼気実時間Etと吸気実時間Itとが、この条件のうちのどれと異なるかにより、データのパターン分けを行うのである。
そして、予め定められた時間継続とは、呼気実時間Etと吸気実時間Itとの時間比が何秒続くかを定めたものであって、例えば30秒である。
呼吸判定データKh1:呼気実時間Etが6秒を超え、吸気実時間Itが3秒未満のとき
呼吸判定データKh2:吸気実時間Itが3秒を超え、呼気実時間Etが6秒未満のとき
呼吸判定データKh3:呼気実時間Etと実時間Itとの合計が8秒以下のとき
図2に示すように、安静状態誘導手段2のメッセージ選択手段8は、呼吸判定部5が出力する呼吸判定データKhが入力されると、被検者11を安静にさせるための呼吸ナビゲーションメッセージKnを出力する。
呼気が長く吸気が短いとき:呼吸ナビゲーションメッセージKn1
吸気が長く呼気が短いとき:呼吸ナビゲーションメッセージKn2
呼吸間隔が短いとき :呼吸ナビゲーションメッセージKn3
安静状態のとき :呼吸ナビゲーションメッセージKnn
セージは単にKnと、それぞれ表記している。
そして、呼吸判定部5は、血圧測定許可信号Keを出力し血圧測定手段6の血圧測定制御回路66に入力する。
図2に示すように、計時部7は、図示はしないが例えば水晶振動子などを用いて所定の周波数のクロック信号を出力する源振クロック部、そのクロック信号を分周して所定の分周信号を生成する分周回路部、その分周信号から時刻情報を生成する時刻生成部などで構成することができる。これらの構成は知られている時計回路で広く知られているものであるから、詳細な説明は省略する。
第1の時間情報T1は、帯域制限及びAD部33のサンプリング時間を決めるための時刻情報を有しており、例えば、パルス周期を10msecとした信号である。
次に、引き続き図2を用いて血圧測定手段6の構成と機能を説明する。
図2に示すように、血圧測定手段6は、カフ10と、圧力センサ61と、加圧ポンプ62と、加圧制御部63と、排気バルブ64と、排気制御部65と、バイタルデータメモリ661を備えた血圧測定制御部66と、操作入力部67とを備えている。
なお、この血圧測定制御部66は、特に限定しないが、ワンチップマイクロコンピュータなどで構成すると、小型で低消費電力化ができるので便利である。このとき、バイタル
データメモリ661は、このワンチップマイクロコンピュータに搭載されているメモリ装置を用いることができる。
次に、図2、図5及び図6を用いて報知手段9の構成を説明する。
図5は報知手段9の実施例を示す外観図である。
図6は被検者11に安静誘導を行なう呼吸ナビゲーションメッセージ表示器の外観図である。
表示部91は、特に限定しないが、液晶表示装置で構成することができる。
報音部92は、ダイナミックスピーカやピエゾ音響素子などで構成することができる。
すでに説明したように、被検者11自身が安静になろうとするときに、案内する情報が文字などであると、それを注視してしまうことで無意識のうちに緊張し、安静状態になかなかなれないときがある。血圧計1は、報音部92からの音声による案内を併用するので、表示部91を目視しないようにしても何ら問題はない。また、表示部91があれば、被検験11自身が物を注視しても緊張しない体質の場合に問題がないことに加え、被検査11以外の人にも呼吸タイミングなどの情報を報知できるので、表示部91と報音部92とは必要に応じて使い分けると良い。
この操作入力部67によって、例えば、表示部91による表示や報音部92による音声案内を選択して止めることもできる。被検者11の好みや体質に応じて案内を選択することができるのである。
次に、図3、図4及び図6を用いて血圧計1の第1の実施形態の動作を説明する。
まず、安静状態誘導手段2の動作説明を行なう。
図3は、血圧計1の動作を説明する内部信号波形図である。縦軸に波形の振幅を、横軸には時間を示している。
マイクロ波ドップラシフト信号Eoは、帯域制限及びAD部32によって、呼吸成分すなわち0.03Hz〜0.5Hzの周波数帯域のみの信号が抽出され、デジタル信号に変換され、呼吸動作を反映した時系列のドップラシフトデータDoとして出力され微分部33に入力される。
すでに説明しているように、呼気実時間Etは息を吐いている時間であって、吸気実時間Itは息を吸っている時間である。
図12は、実際に呼吸した際のドップラシフトデータDoと、呼吸変化分データBfとの推移を示したものである。横軸に時間(秒)、縦軸に信号の振幅を示している。
人体が吸う動作及び吐く動作に移行する際、その切り換り点で一瞬振動的な挙動を示す。これは、肺が空気を吸う、又は吐く直前に反動を付けるために、肺内部の空気を吐き切る、又は吸い切るという動作を行うことによるものである。
したがって、この吐く動作、吸う動作の切り換り点に生ずる振動成分をドップラシフトデータDoの微分信号である呼吸変化分データBfとして検出し、振動成分が検出してから次の振動成分が検出される時間間隔を計測することにより、吸っている実時間と吐いている実時間とを計測することが可能となる。
吸気時間が一定の期間続いた後、「吐いて下さい」とアナウンスをすると、胸郭内部11aの動きに伴ってドップラシフトデータDoが上昇する。
すると、ドップラシフトデータDoを微分した呼吸変化分データBfが再び振幅0の点を「−」方向から「+」方向に変化して、呼吸タイミングt2の呼吸タイミングで吸気から呼気に変わる。
呼吸判定部5は、吸気実時間Itが長く呼気期間信号Etが短いと判断すると、図3に示す呼吸タイミングt2、t4、・・、t(2n)を早める呼吸判定データKhを出力する。なお、nは自然数であり、以下の説明でも同様とする。
例えば、呼吸判定部5が、呼吸タイミングt2、t4、・・、t(2n)を早めるための呼吸判定データKhを出力すると、メッセージ選択手段8は「はい、そこで吐いて下さい」のように誘導する呼吸ナビゲーションメッセージKnを出力する。
被検者11は安静に保つために目を閉じていることが多いので、被検者11へ音声によって呼吸を誘導することは安静を保つ上で有利である。
被検者11は、カフ10を例えば左手上腕部に巻き、血圧測定手段6の操作入力部67を操作して血圧測定を開始する。
次に、図2を用いて血圧測定手段6の動作を説明する。
図2において、安静状態誘導手段2の呼吸判定部5は、被検者11が安静に誘導されると、安静に誘導されたことを示す呼吸判定データKhnを出力するとともに、血圧測定許可信号Keを血圧測定手段6の血圧測定制御部66に入力する。
血圧測定中に11の呼吸タイミングが変わり、安静状態が維持できなくなってしまうことがある。
例えば、「息をゆっくり吐いて下さい」などと報知し、図3に示す呼吸タイミングt(2n−1)を遅らせたり、「息をもう少しゆっくり吸って下さい」などと報知し、呼吸を安静になるように誘導する。
例えば、呼気実時間Etと吸気実時間Itとの比が1対2のように、被検者11を安静に誘導することが困難な程度に呼気実時間Etと吸気実時間Itとがずれると、「血圧測定を中止します」などと報知するなどし、血圧測定を中断する。
そのときは、血圧測定手段6の操作入力部67などを操作して所定の情報Dsを入力し、強制的に血圧測定を開始することもできる。
次に、主に図4を用いて血圧計1による血圧測定の動作フローを詳述する。
図4は、血圧計1によって呼吸タイミングを整え安静状態に移行してから上腕部にカフを巻き、血圧測定を開始して終了するまでの動作を説明するフローチャートである。以下、動作ステップはS1、S2、・・、Snのように略記する。
被検者11は指示に従って呼吸タイミングを整える。
なお、この継続時間は、例えば5秒から50秒の範囲で、被検者11の状態に応じて最適な値を選ぶことができる。
なお、血圧測定の間にも呼吸の監視が行なわれるが、その動作については、既に説明を行なったので重複する説明は省略する。(S5)
ここで、第1の実施形態の効果をまとめる。
これまで電子血圧計は、測定環境と身体状態との2つの要因によって大きく測定値がばらつくという問題を抱えていた。
この問題を解決すべく従来の電子血圧計はカフの中に呼吸検出手段を設けるなどして呼吸状態を検出するようにしていたが、静かな呼吸をしていたり逆に振動が多い環境などでは測定が難しかったばかりか、そもそもカフを巻いて加圧した状態では、被検者がストレスを感じてしまい、さらに正しい血圧測定ができなかった。
次に、図9,図10,図11を用いて血圧計の第2の実施形態について説明する。
第2の実施形態である血圧計100は、安静誘導を行なうに際に被検者の心臓の動きをマイクロ波で検出し、心拍数が変化する様子を報知することで、被検者11へ効果的にフィードバックを行い安静誘導の効果を上げるものである。なお、説明は第1の実施形態と重複する部分は省略する。
図11は、呼吸ナビゲーションメッセージを表示するグラフ表示器911cに、新たに心拍数の変化を表す、心拍数推移グラフPgを加えた呼吸メッセージ表示器911の外観図である。
図10において図10(a)はドップラシフトデータDoの時系列変化をアナログ的に表したもので、横軸は経過時間であり、縦軸はドップラシフトデータDoの振幅を示している。
なお、心拍スペクトルデータSfは、心拍の繰り返し性を表す周波数であるから、60倍することによって1分間の心拍数に換算することができる。
心拍数抽出部35が出力する初期心拍数Hrbは、表示部91のグラフ表示器911cに入力される。グラフ表示器911cは、心拍数抽出部35が出力する初期心拍数Hrbの数値の変化を、曲線によってアナログ的に表現する。
第1の実施形態と同様に、血圧計100は被検者11が安静になるように誘導するから、この心拍数推移グラフPgも徐々に安静状態の心拍数になっていく。例えば、被検者11が安静になっていると思い込んでいても、心拍数推移グラフPgの変化が心拍数が上昇するようになっていたとすれば、被検者11の意識と実際の身体の様子の乖離が分かる。
ここで、第2の実施形態の効果をまとめる。
第2の実施形態の血圧計100の最も重要な点は、呼吸と同時に心拍数を監視することが可能であることである。被検者11は呼吸によって心拍数が低下し、あるいは上昇することを認識できるので、より速やかに安静状態に移行でき信頼性が高い血圧測定が可能となるのである。
2 安静状態誘導手段
3,3a信号処理手段
31 マイクロ波ドップラセンサ
311 マイクロ波発信器
312 マイクロ波受信器
313 マイクロ波ドップラ復調器
32 帯域制限・AD部
33 微分部
34 FFT部
35 心拍数抽出部
4 呼吸気識別手段
41 呼吸波形識別部
42 呼気時間計測部
43 吸気時間計測部
5 呼吸判定部
6 血圧測定手段
61 圧力センサ
62 加圧ポンプ
63 加圧制御部
64 排気バルブ
65 排気制御部
66 血圧測定制御部
661 バイタルデータメモリ
67 操作入力部
7 計時部
8 メッセージ選択手段
9 報知手段
91 表示部
911 呼吸ナビゲーションメッセージ表示器
911a 時間表示バーグラフ
911b 実時間表示器
911c グラフ表示器
911d 指導画面
912 バイタルデータ表示器
92 報音部
10 カフ
11 被検者
11a 胸郭内部
Me 発射マイクロ波
Mt 反射マイクロ波
Et 呼気実時間
Ep 呼気期間信号
It 吸気実時間
Ip 吸気期間信号
Kh 呼吸判定データ
Kj バイタルデータ
Kf 呼吸スペクトルデータ
Sf 心拍スペクトルデータ
K 乖離率
Ke 血圧測定許可信号
Ne 呼気マーク
Ni 吸気マーク
Kn 呼吸ナビゲーションメッセージ
Bd バイタルデータ
Gr 呼吸波形
Pg 心拍数推移グラフ
Eme 送信マイクロ波信号
Emt 受信マイクロ波信号
Eo マイクロ波ドップラシフト信号
Do ドップラシフトデータ
Bf 呼吸変化分データBf
So 圧力信号
Kc 加圧制御信号
Hc 排気制御信号
Fs 周波数スペクトルデータ
Hrb 初期心拍数
Kd 加圧駆動信号
Hd 排気駆動信
Zp (心拍の)周波数帯域
Zr (呼吸の)周波数帯域
T1 第1の時間情報
T2 第2の時間情報
T3 第3の時間情報
t1,t2,・・,tn 呼吸タイミング
Claims (7)
- 被検者の血圧を測定する血圧測定手段と前記被検者の呼吸状態から前記被験者を安静状態に誘導する安静状態誘導手段とを備えた血圧計において、
前記安静状態誘導手段は、
前記被検者にマイクロ波を照射し前記被検者の呼吸動作によりドップラシフトした反射マイクロ波の変化分を呼吸変化分データとして出力する信号処理手段と、
前記呼吸変化分データに基づき被検者の呼気実時間及び吸気実時間を出力する呼吸気識別手段と、
を備えたことを特徴とする血圧計。 - 前記信号処理手段は、
マイクロ波発生器とマイクロ波受信器とを備え、前記マイクロ波発生器より前記被検者にマイクロ波を照射し前記被検者の呼吸動作によりドップラシフトした反射マイクロ波に基づきマイクロ波ドップラシフト信号を出力するマイクロ波ドップラセンサと、
前記マイクロ波ドップラシフト信号を入力して周波数帯域を制限するとともにアナログデジタル変換してドップラシフトデータとして出力する帯域制限及びAD部と、
前記ドップラシフトデータを微分して前記呼吸変化分データとして出力する微分部と、
を備えたことを特徴とする請求項1に記載の血圧計。 - 前記呼吸気識別手段は、
前記呼吸変化分データの極性変化から呼気動作と吸気動作を識別し、呼気期間信号及び吸気期間信号を出力する呼吸波形識別部と、
前記呼気期間信号に基づき前記呼気実時間を算出する呼気時間計測部と、
前記吸気期間信号に基づき前記吸気実時間を算出する吸気時間計測部と、
を備えたことを特徴とする請求項2に記載の血圧計。 - 前記安静状態誘導手段は、
前記被検者の前記呼気実時間及び前記吸気実時間から呼吸の安定状態を判定し呼吸判定データとして出力するとともに、前記被検者の前記呼気実時間及び前記吸気実時間から呼吸の安静状態が所定の時間継続したことを検出し血圧測定許可信号を出力する呼吸判定部と、
前記呼吸判定データに基づき呼吸ナビゲーションメッセージを出力するメッセージ選択手段と、
前記呼吸ナビゲーションメッセージを外部に報知する報知手段と、
を備えたことを特徴とする請求項3に記載の血圧計。 - 前記血圧測定手段は、
血圧測定完了後に血圧値と脈拍数と呼吸数とからなるバイタルデータと前記呼気時間及び前記吸気実時間の適正値からの乖離率とを記録するバイタルデータメモリと、
を備えたことを特徴とする請求項4に記載の血圧計。 - 前記呼吸ナビゲーションメッセージは、前記呼気実時間を6秒とし前記吸気実時間を3秒とする内容を含むものであることを特徴とする請求項5に記載の血圧計。
- 前記報知手段は、
前記圧測定手段による血圧測定結果を表示するバイタルデータ表示器と前記呼吸ナビゲーションメッセージを表示する呼吸ナビゲーションメッセージ表示器とを備えた表示部と、前記呼吸ナビゲーションメッセージを音声で報知する報音部と、
を備えたことを特徴とする請求項6に記載の血圧計。
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