JP2013031568A - 呼吸モニタリング方法および呼吸モニタリング装置、並びに呼吸モニタリング機能付血圧計 - Google Patents

Abstract

【課題】鼻や口への呼気センサの装着あるいは脱衣やベルトの着用が必要な体動センサの装着と比較してユーザにとっての煩わしさが少なく、かつ血圧測定前の呼吸モニタリングが可能な、呼吸モニタリング方法および呼吸モニタリング装置、並びに呼吸モニタリング機能付血圧計を提供する。
【解決手段】血圧計の腕帯部１２に設置されたカフ上に、薄膜圧電体層の上下を電極層で挟持した薄膜積層構造の歪センサ素子を備えたセンサプローブ１５が設けられる。センサプローブ１５により、測定者の呼吸に伴う上腕部の上下動を電気信号として検出する。
【選択図】図１

Description

本発明は、人間の呼吸に関する情報を得る呼吸モニタリング方法および呼吸モニタリング装置、並びに呼吸モニタリング機能付血圧計に関する。

近年、呼吸と健康状態との関係について注目されるようになったことから、呼吸のモニタリング手法に関する技術開発が盛んに行われている。とりわけ睡眠時無呼吸症候群が健康状態に及ぼす悪影響について問題視されたことから、様々な診断方法が提案されている。睡眠時無呼吸症候群（Sleep Apnea Syndrome：SAS）とは睡眠中に10秒以上の呼吸停止が頻繁に起こる病気であり、高血圧、心臓病、脳卒中、糖尿病などの生活習慣病を合併している場合には、放置すると生命に影響を及ぼすことがある。SASを正確に診断するには、終夜の呼吸状態を把握することが必要であり、検査では、脳波・呼吸・血液の酸素飽和度・心電図などを一晩にわたってモニターし、無呼吸の有無や程度が診断される。

呼吸状態を非侵襲的にモニターする手法としては、鼻や口に呼気中の二酸化炭素濃度を検知するセンサや、呼気および吸気の温度変化を検知するセンサを装着する方式と、呼吸に伴う胸郭や腹壁の周囲長の伸縮を物理センサで検知する方式とに大別される。血中の飽和酸素濃度やガスを分析する手法も診断には採用されることがあるが、直接的に呼吸運動をモニターする方法ではない。

呼気中の二酸化炭素を検知する方式では患者の鼻や口にセンサユニットをクリップなどの固定手段を用いて装着する必要があり、患者に大きな精神的・肉体的ストレスを感じさせるという欠点がある。

また胸郭や腹壁の伸縮を検知する方式としては、下記特許文献１及び２に示されるように、胸部や腹部に巻いた伸縮可能なベルトの呼吸に伴う伸縮を、圧電素子やピエゾ抵抗素子などで電気信号に変換して直接体動を検知する方法が提案されている。しかし商業的に利用可能な体動を検知するタイプの呼吸モニター装置は、伸縮可能なベルトを胸部や腹部に巻きつけたり、伸縮可能なセンサをテープなどで身体に貼り付ける必要があるため、患者に束縛感による精神的・肉体的ストレスを与えたり、衣服を脱いでセンサを直接身体に貼り付けるという煩わしさがあった。

一方、近年では血圧と呼吸法との関係が重要視されている。例えば下記非特許文献１に示されているように、２分間程度のゆっくりとした呼吸は収縮期血圧、拡張期血圧をともに減少させる（収縮期血圧：149.7±3.7mmHg → 141.1±4mmHg、拡張期血圧：82.7±3mmHg → 77.8±3.7mmHg）ことがわかってきた。血圧値は精神状態や体調に大きく影響を受けるため、正確な測定を行うためには上記文献に示されたように、安静な状態でゆっくりと呼吸した後で測定することが推奨されているが、血圧測定の前に呼吸状態をモニターするための簡便な専用装置は実現されていない

下記特許文献３に示された呼吸数測定装置では、血圧測定部位の動脈の圧脈波を検出する手段により得られた脈波の波形から、血圧と同時に呼吸数を算出する方法が提案されている。この方法によると、特別な呼吸モニター装置を使用しなくとも、血圧測定時の大まかな呼吸周期に関する情報が得られるという利点はあるが、血圧測定前後の呼吸状態をモニターすることはできない。また、呼吸の深さや、呼吸停止期間の長さを精度良く測定することは不可能である。

特許第３１０１５３１号公報 特許第４０４５３４４号公報 特許第３２１９３２５号公報

Slow Breathing Improves Arterial Baroreflex Sensitivity and Decreases Blood Pressure in Essential Hypertension. Hypertension 2005;46:714-718.

血圧測定前の呼吸調整のための呼吸状態モニター装置のニーズは近年高まっているが、鼻や口への呼気センサの装着、脱衣やベルトの着用が必要な体動センサの装着は、測定者にとって煩わしいだけでなく、肉体的な苦痛や、精神的ストレスの原因にもなるという欠点があるため、血圧測定前の呼吸モニタリングは一般的には行われていない。また、複数の測定者が使用する場合には、衛生面の問題を考慮しなければならないので、測定の度に測定者専用のセンサに付け替える必要があり、現実的ではない。

一方、血圧測定時の圧脈波検出手段から得られる脈波信号波形から、血圧測定時の呼吸周期に関するおおまかな情報を得る手段が提案されているが、血圧測定前の呼吸状態をモニターすることはできず、呼吸の深さや、無呼吸の期間などの詳細な情報を得ることは不可能である。

本発明はこうした状況を認識してなされたものであり、その目的は、鼻や口への呼気センサの装着あるいは脱衣やベルトの着用が必要な体動センサの装着と比較してユーザにとっての煩わしさが少なく、かつ血圧測定前の呼吸モニタリングが可能な、呼吸モニタリング方法および呼吸モニタリング装置、並びに呼吸モニタリング機能付血圧計を提供することにある。

本発明の第１の態様は、呼吸モニタリング方法である。この呼吸モニタリング方法は、人間の呼吸に関する情報を得る方法であって、呼吸に伴う上腕部の上下動を、歪センサ素子を備えた体動検出手段により電気信号として検出することを特徴とする。

前記第１の態様において、前記情報が呼吸の深さ、周期、有無の少なくともいずれかを含むものであるとよい。

本発明の第２の態様は、呼吸モニタリング装置である。この呼吸モニタリング装置は、人間の呼吸に関する情報を得る装置であって、呼吸に伴う上腕部の上下動を、歪センサ素子を備えた体動検出手段により電気信号として検出することを特徴とする。

前記第２の態様において、上腕部を支持する上腕支持部を備え、前記体動検出手段が前記上腕支持部に設けられているとよい。

本発明の第３の態様は、呼吸モニタリング機能付血圧計である。この呼吸モニタリング機能付血圧計は、上腕部動脈の血圧を測定するための圧迫圧力を加えるカフを含む腕帯部を備える血圧計であって、
歪センサ素子を含む体動検出手段が前記腕帯部に、又は前記腕帯部よりも肩に近い位置に設けられ、呼吸に伴う上腕部の上下動を前記体動検出手段により電気信号として検出可能であることを特徴とする。

前記第３の態様において、前記体動検出手段と信号検出回路とがケーブルで電気的に接続されているとよい。

前記第３の態様において、前記体動検出手段が前記腕帯部の中央よりも肩に近い側に設けられているとよい。

前記第３の態様において、前記体動検出手段が前記カフ上の上腕部と接する側に設置されているとよい。

前記第３の態様において、前記体動検出手段が前記腕帯部よりも肩に近い位置に備えられた支持台上に設けられているとよい。

前記第３の態様において、前記体動検出手段の上腕部と接する面が前記支持台の上腕部と接する面よりも突出しているとよい。

前記第３の態様において、前記歪センサ素子が薄膜圧電体素子を含むものであるとよい。

なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現をシステムなどの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明によれば、呼吸に伴う上腕部の上下動を、歪センサ素子を備えた体動検出手段により電気信号として検出するので、鼻や口への呼気センサの装着あるいは脱衣やベルトの着用が必要な体動センサの装着と比較してユーザにとっての煩わしさが少なく、かつ血圧測定前の呼吸モニタリングが可能となる。

本発明の実施の形態に係る呼吸モニタリング装置の基本構成を示すブロック図。 図１の呼吸モニタリング装置に使用したセンサプローブの構造を示す概略断面図。 図２のセンサプローブに使用した歪センサ素子の構造を示す概略断面図。 同歪センサ素子の平面図。 本発明の実施の形態１に係る呼吸モニタリング機能付血圧計の外観図。 図５の血圧計に測定者が腕を挿入した状態を示す側断面図。 本発明の実施の形態２に係る血圧計に測定者が腕を挿入した状態を示す側断面図。 実施の形態１又は２におけるセンサプローブの固定方法を示す部分断面図。 本発明の実施の形態３に係る呼吸モニタリング機能付血圧計の外観図。 図９のＡ矢視拡大断面図。 実施例１において測定した呼吸信号波形図（その１）。 実施例１において測定した呼吸信号波形図（その２）。 実施例２において測定した呼吸信号波形図（その１）。 実施例２において測定した呼吸信号波形図（その２）。 実施例３において測定した呼吸信号波形図。 実施例３におけるカフ内空気圧の変化説明図。 実施例１、実施例２、および実施例３で説明した構成（１）から（５）についての結果説明図。

以下、図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態を詳述する。なお、各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理等には同一の符号を付し、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は発明を限定するものではなく例示であり、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。

本実施の形態の血圧計に内蔵（搭載）された呼吸モニタリング装置は、測定者の胸部や腹部に圧迫感を与えるベルトを装着することなく、また肉体的苦痛や精神的にストレスを与える呼気センサを鼻や口に装着することなく、通常の血圧測定と同様の操作を行うだけで、呼吸による体動を確実に検知することを目的として開発したものである。

本実施の形態の呼吸モニタリング装置は、図１に示すように、上腕部動脈の血圧を測定するための圧迫圧力を加えるカフを備えた上腕支持部としての腕帯部１２と、歪センサ素子を備えた体動検出手段としてのセンサプローブ１５と、センサプローブ１５と装置本体５０とを電気的に接続する同軸ケーブル３３と、装置本体５０とを有する。装置本体５０内には、信号処理回路２１、信号解析装置２２、測定データ記憶装置２３、及び測定データ表示装置２４が設けられる。なお、各ブロックは、ハードウェアもしくはソフトウェア、又はそれらの組合せによって実現される。

図２に示すように、センサプローブ１５は、歪センサ素子７（図３,４で後述）と、歪センサ素子７が接着されている、薄い金属材料もしくは樹脂材料からなるダイアフラム６と、歪センサ素子７の出力信号を外部回路に伝送するための電気配線８と、ダイアフラム６の外周部と接着され、歪センサ素子７および電気配線８を格納し保護するための筐体１０とを備えた構成である。

図３,４に示すように、歪センサ素子７は、例えばＰＺＴ（ジルコン酸チタン酸鉛）に代表される圧電セラミック薄膜からなる薄膜圧電体層３を第１の電極層２及び第２の電極層４で挟持し絶縁樹脂の保護層５で覆った薄膜積層構造の圧電素子を樹脂基板１（樹脂フィルム）上に有する。なお、樹脂基板１は図２のダイアフラム６に接着一体化される。あるいは、樹脂基板１がダイアフラム６に置き換えられてもよい。第１の電極層２及び第２の電極層４の端部は保護層５から側方に突出し、電気配線８と接続される。なお、圧電セラミック薄膜に替えてＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）に代表される有機圧電体を上下の電極で挟持した積層構造を有する圧電素子としてもよい。また、半導体ピエゾ抵抗素子を歪センサ素子７としてもよい。但し、センサ感度、Ｓ／Ｎ比、コストの観点から圧電セラミック薄膜を使用することが望ましい。

歪センサ素子７で発生した電荷（第１の電極層２及び第２の電極層４間に得られる）を信号処理回路に伝送するための電気配線８としては、ノイズ低減の観点から信号線の外周部に絶縁物を介してグランド線が巻かれた同軸ケーブル３３（図１に示される）が適している。

歪センサ素子７で発生した電荷は同軸ケーブル３３によりチャージアンプやバンドパスフィルタなどを含む信号処理回路２１に伝送され、歪センサ素子７で発生した電荷量をアナログ電圧信号に変換する。続いて、信号処理回路２１からのアナログ電圧信号はデジタル信号に変換され、液晶ディスプレイなどの測定データ表示装置上に出力されるとともに、例えばワンチップマイコンからなる信号解析装置２２に送信され、呼吸の有無、深さ、周期などが判定される。

一定の呼吸モニタリング期間に得られた解析データは、ＳＤカードなどの記憶媒体からなる測定データ記憶装置２３に保存され、そのデータを外部のコンピュータなどに出力することや、数値データとして表示装置に表示することができる。

呼吸モニタリング装置が血圧計の一部に組み込まれる場合、信号処理回路２１、信号解析装置２２、測定データ記憶装置２３、測定データ表示装置２４の一部または全部については、血圧計本体の血圧測定およびデータの処理に使用されているものを使用することが可能であり、呼吸モニタリング装置専用にあらたに設ける必要はない。すなわち、通常の血圧計に呼吸モニタリングの機能を付加するに当たり、あらたに設ける必要がある部材は、センサプローブ１５、同軸ケーブル３３、および信号処理回路２１の一部、たとえば信号増幅回路などであり、呼吸モニタリング機能付加のために血圧計製造コストを大幅に増加させることはない。

安定した高精度の呼吸状態モニタリングを実現するためには、センサプローブ１５を設置する位置が重要である。以下に、呼吸モニタリング機能付血圧計におけるセンサプローブ１５の好ましい設置位置の例を図面を参照して詳しく説明する。

〈カフ上にセンサプローブを設置する場合〉
まず、図５〜８を参照して、本発明の実施の形態１,２の構造について説明する。

図５は、本発明の実施の形態１に係る呼吸モニタリング機能付血圧計１１の全体の斜視図である。この呼吸モニタリング機能付血圧計１１は、通常の血圧計に上記説明した呼吸モニタリング装置を組み込んだものである。血圧計１１の装置本体５０には、その前後方向に貫通穴が設けられていて、その貫通穴の内側に腕帯部１２が配設されている。既存の血圧計の構造設計を大幅に変更することなくセンサプローブ１５を設置することが望まれる場合、たとえば血圧計１１の腕帯部１２に設置されたカフ１３上にセンサプローブ１５を載置することができる。

図６は図５の血圧計１１に測定者が腕を挿入した状態を示す側断面図である。血圧計１１の腕帯部１２を前面から背面に向けて貫く貫通穴が設けられていて、測定者は前面から腕を挿入し、装置本体５０の背面側に一体的に設置された腕支持台１４に肘を押し当てることによって、安定した姿勢を保つことが可能となるように設計されている。

通常の血圧測定においては、可撓性を有する塩化ビニール、合成ゴム、天然ゴムなどから形成されているカフ１３に空気を供給し、測定者の上腕部（肘と肩の間の部位）を圧迫し血流を止めた後に、徐々にカフ内の空気を排気することにより減圧しながら収縮期血圧、平均血圧、拡張期血圧を不図示のマイク等の音響センサ（例えばカフ１３又は腕帯部１２内に設けられる）を用いて求めることができる。すなわち、音響センサからの脈波信号が発生し始める時点のカフ内空気圧力が収縮期血圧、脈波信号が消失する時点のカフ内空気圧力が拡張期血圧であり、それらは音響センサで検出した脈波信号及びカフ内空気圧力信号を信号処理回路２１及び信号解析装置２２で処理、解析することで得ることができる。なお、血圧測定については周知技術なので、ここでは詳細な説明は省略する。本実施の形態の呼吸モニタリング装置ではカフ１３上の血圧計前面側に体動を検出するセンサプローブ１５を載置し、血圧測定の前後にカフ１３に空気を供給せずに呼吸状態をモニターすることが可能である。

本発明者は、腕支持台１４に肘を押し当てた状態で測定者が呼吸をすると、図６に示した測定者の肘と腕支持台１４が接触する部分１７を支点として、支点１７よりも肩に近い上腕部が僅かではあるが呼吸の深さに対応して上下に動き、その動きの大きさ、周期、有無などを歪センサ素子７を備えるセンサプローブ１５で高感度に検知できることを見出した。

センサプローブ１５は、センサプローブ１５に接触している上腕部の上下動により、センサプローブ１５のダイアフラム６に加えられる圧力が変化する。ダイアフラム６は可撓性を有する薄い金属または樹脂から形成されているので、加えられた圧力に比例して変形し、ダイアフラム６に接着された歪センサ素子７もダイアフラムに追随して変形する。

歪センサ素子７は変形の度合いに対応する電気信号を出力するので、上腕部の上下動の振幅、周期に対応する電気信号を出力する。上腕部の上下動の振幅は呼吸の深さに比例しており、周期は呼吸と完全に一致しているので、本実施の形態の呼吸モニタリング装置および方法で、高精度に呼吸状態をモニターすることが可能となった。

本実施の形態の呼吸モニタリング装置において、出力信号の大きさやＳ／Ｎ比を決定する主要因のひとつは、もちろん歪センサ素子７を含めたセンサプローブ１５の性能であるが、他の主要因に支点１７とセンサプローブ１５の中心との距離がある。呼吸に伴う上腕の上下動の振幅は、支点１７から距離が離れるほど大きくなるので、センサプローブ１５を設置する場所は、カフ１３上の支点１７からもっとも遠い部分、すなわち血圧計の前面に近い部分が望ましい。

腕支持台１４を備えていない実施の形態２の血圧計の場合は、図７に示したように、上腕の血圧計１１の背面側の外壁と接触する部分が上腕の上下動の支点となるが、上腕の上下動の振幅の大きさの観点から、同様に支点から遠い位置にセンサプローブ１５を設置することが望ましい。この場合、腕支持台１４を備えた血圧計で得られた呼吸モニタリング信号ほど安定してはいないが、ほぼ同等の出力強度が得られる。

図８は実施の形態１及び２の血圧計１１におけるセンサプローブ１５を固定する方法を示す、血圧計前面から見たセンサプローブ１５を設置した部分の断面図である。血圧計１１の前面に近い部分に設置されたセンサプローブ１５を固定するためのひとつの手段として、カフ１３上の血圧計前面に近い部分にセンサプローブ収納ポケット１８を設け、この中にセンサプローブ１５を収納することによって、位置ずれが起こらないように固定することが可能である。

このセンサプローブ収納ポケット１８の材質は、薄い可撓性を有する布や樹脂であることが望ましく、センサプローブ１５を固定する機能の他に、腕を抜き差しする際にセンサプローブ１５にダメージを与えにくくする、センサプローブ保護の効果も有する。

本実施の形態によれば、人体の肘と肩との間の上腕部の呼吸に伴う上下動を歪センサ素子で検出する構成であり、通常の血圧測定と同様の簡便な操作によって呼吸の深さ、周期、有無などを高感度に検出することができるので、従来の呼吸モニタリング方法と異なり、鼻や口への呼気センサの装着あるいは脱衣やベルトの着用が必要な体動センサの装着の煩わしさが少なく、測定者に肉体的または精神的な苦痛やストレスを感じさせることなく高精度に呼吸状態をモニタリングすることが可能となる。また、血圧測定前の呼吸状況を高精度にモニタリングできるので、適正な呼吸状態を維持することにより、正確な血圧測定を実現することができる。

〈カフの上以外の場所にセンサプローブを設置する場合〉
次にカフの上以外の場所にセンサプローブを設置する、本発明の実施の形態３の構造について図９を参照して説明する。

図９は、実施の形態３に係る血圧計１１の全体の斜視図である。図１０は、図９のＡ矢視拡大断面図である。本実施の形態においては、既存の血圧計の前面（装置本体５０の前面）かつ腕帯部１２の下側にセンサプローブ支持台１９を設け、センサプローブ支持台１９の上面中央部にセンサプローブ１５を収納する構造となっており、測定者の上腕部１６がセンサプローブ１５のダイアフラム６に、直接的または間接的に接触するように、センサプローブ支持台１９の位置を装置本体５０に対して上下に動かして調整できるような、位置調整機構を有していることが好ましい。

また図１０の部分断面図に示すように、センサプローブ１５の測定者の上腕部１６と接触する面を、センサプローブ支持台１９の上面のセンサプローブ１５の周囲よりも、１ｍｍ程度突出するように設置することにより、センサプローブ１５と測定者の上腕部との接触状態を良好に維持することが可能となり、呼吸による上腕の上下動を正確に測定することができる。

更には、血圧測定時に腕を抜き差しする際に、センサプローブ１５に腕が擦れることによる腕の損傷、およびセンサプローブ１５へのダメージを防止するために、また測定者に違和感を感じさないためにも、センサプローブ１５を設置しているセンサプローブ支持台１９の上面には、樹脂フィルムや、ゴムシートなどの弾性材料からなるカバー（図示しない）を設けることが望ましい。

但し、上記弾性材料からなるカバーの厚さは、上腕部１６の呼吸に伴う上下動により、センサプローブ１５のダイアフラムが変形可能な範囲に設定する必要があり、合成ゴムの場合であれば１ｍｍ以下、０．１ｍｍ以上であることが望ましい。１ｍｍ以下の合成ゴムからなるカバーを設置することによる、呼吸に伴う歪センサ素子７からの出力の低下を１０％未満とすることができる。また、０．１ｍｍよりも厚い弾性材料であれば、測定者やセンサプローブ１５を保護することが可能である。

本実施の形態において、上腕の上下動の支点１７とセンサプローブ１５の中心との距離は、センサプローブ１５をカフ１３上に設置した場合よりも大きいので、信号出力強度、Ｓ／Ｎ比ともに大きくなる。また本実施の形態によれば、血圧測定の前後のみならず、血圧測定中の呼吸状態をモニターすることが可能である。

本実施の形態において、センサプローブ１５はセンサプローブ支持台１９に固定されているので、血圧測定時にカフ１３が加圧、または減圧され測定者の上腕を圧迫しても、センサプローブ支持台の高ささえ適正な位置に調整されていれば、センサプローブ１５と測定者の上腕との接触状態には大きく影響しない。

したがって本実施の形態の血圧計１１は血圧測定の前後のみならず、血圧測定中の呼吸状態をも高精度にモニターすることができ、血圧測定時の呼吸状態が適正であったかどうかを判定することが可能となる。但し、上下位置調整機構を有するセンサプローブ支持台１９と、センサプローブ支持台取り付けのための機構を、血圧計本体に新たに設ける必要があり、その分の血圧計製造コストの増加を伴う。

カフ１３上にセンサプローブ１５を設置し、呼吸状態のモニタリングを行った。呼吸モニタリング機能付血圧計の構成および測定結果は以下のとおりである。

１． 構成
（１）腕支持台つき血圧計（図６の構成）にて測定
歪センサ素子： ＰＺＴセラミック薄膜圧電素子
出力信号増幅回路： チャージアンプ（電荷検出用キャパシタの容量：１００ｐＦ）
バンドパスフィルタ： 使用せず
（２）腕支持台を備えていない血圧計（図７の構成）にて測定
腕支持台がないことを除き、その他の構成は（１）と同じとした。

２． 測定結果
上記（１）、（２）の構成の呼吸モニタリング機能付血圧計を使用して測定した呼吸信号波形（信号処理回路２１で得られたアナログ電圧信号波形）を図１１、１２にそれぞれ示す。本測定においては呼吸の深さ、呼吸の有無、呼吸の周期などがモニタリングできているか否かを判別するために、平常時の規則的な呼吸だけではなく、意図的に呼吸を停止したり、深く呼吸したりすることにより、信号波形の変化を観察した。

本測定に使用した圧電素子の場合、呼吸に伴う上腕部の上下動に対応する圧電素子の周期的な変形により、その出力波形は０Ｖを中心に正負に振動するサイン波に近い形状を示す。

（１）の腕支持台つき血圧計を使用して呼吸をモニタリングした波形において、平常時の周期的な呼吸の後に一旦呼吸を停止すると振幅が急激に減少し、呼吸を再開し深い呼吸を行うと振幅が増加していることがわかる。また、呼吸を停止した際に、呼吸運動よりも高い周波数のノイズのように見える信号が観察されているが、これは上腕部の動脈の脈波を同時に検出しているからであって、呼吸を停止した時に顕著に現れているように見えるが、全測定期間に亘って脈波信号が呼吸信号に重畳して観察されている。本測定においてはバンドパスフィルタなどによる信号処理を一切行っていないので、脈波も同時に検知しているが、圧電素子の出力をチャージアンプ回路で増幅した後に、ロウパスフィルタにより１Ｈｚ以上の高い周波数の信号をフィルタリング除去すれば、よりスムーズでＳ／Ｎ比に優れた呼吸信号波形を得ることができる。但しフィルタリング処理をしなくともＳ／Ｎ比は１２程度であり、呼吸の深さ、呼吸の有無、呼吸の周期を判定する上で、特に問題となるレベルではないので、回路のコストを削減する必要がある場合には、バンドパスフィルタを設けなくとも呼吸状態のモニタリングは充分に可能である。ここで得られた呼吸信号波形は、特許文献２で開示されている呼吸信号波形よりも、サイン波に近い形状を有しており、更にＳ／Ｎ比の点においても優れているので、呼吸状態をより正確に反映していると考えられる。

（２）の腕支持台を備えていない血圧計を使用して呼吸をモニタリングした波形は、測定時に肘を固定する腕支持台がなく姿勢が不安定になるため、脈波信号に加えて他の体動も検知していると考えられる。（１）の腕支持台つきの血圧計を使用して測定した信号波形と比較すると、Ｓ／Ｎ比は８程度まで低下するものの、ほぼ同等の信号強度が得られており、呼吸の深さ、呼吸の有無、呼吸の周期を判定する上で支障をきたすレベルではないが、高いＳ／Ｎ比が要求される用途においては、ロウパスフィルタにより脈波その他の体動によるノイズを除去することが望ましい。

図９に示すように、血圧計１１の前面かつ腕帯部１２の下側に、センサプローブ支持台１９を設け、センサプローブ支持台１９の上面中央部にセンサプローブ１５を収納する構成の腕支持台つき血圧計を使用して、呼吸状態のモニタリングを行った。またセンサプローブを保護するために、厚さ０．５ｍｍの合成ゴムシートを、センサプローブ１５およびセンサプローブ支持台１９の上面を覆うように設置した。呼吸モニタリング機能付血圧計の構成および測定結果は以下のとおりである。

１．構成
（３） センサプローブ１５の測定者の上腕部１６と接触する面を、センサプローブ支持台１９の上面のセンサプローブ１５の周囲と同じ高さとなるように設置する構成とし、カフ１３に空気を供給しない状態で測定した。
（４） センサプローブ１５の測定者の上腕部１６と接触する面を、センサプローブ支持台１９の上面のセンサプローブ１５の周囲よりも１ｍｍ突出するように設置する構成とし、カフ１３に空気を供給しない状態で測定した。

尚、上記（３）、（４）の構成において、実施例１と同様に歪センサ素子としてＰＺＴセラミック薄膜圧電素子を、出力信号増幅回路としてチャージアンプを使用し、ロウパスフィルタなどによる信号のフィルタリングは行わなかった。

２．測定結果
上記(３）、（４）の構成の呼吸モニタリング機能付血圧計を使用して測定した呼吸信号波形（信号処理回路２１で得られたアナログ電圧信号波形）を図１３、１４に示す。図１３（３）は、センサプローブ１５の上面とセンサプローブ支持台１９の上面を同じ高さにあわせて設置し、カフ１３に空気を供給せずに測定した呼吸信号波形であり、図１３（４）はセンサプローブ１５の上面をセンサプローブ支持台１９の上面よりも１ｍｍ突出させて設置し、カフ１３に空気を供給せずに測定した呼吸信号波形を示している。センサプローブ１５は、センサ支持台に備えられている高さ調整機構によって、適正な高さに調整されており、また上腕部が上下動しても位置がずれないように固定されているので、実施例１で得られた呼吸信号波形よりも安定した、ノイズの少ない波形となっている。但し、（３）の構成で得られた呼吸信号波形と、（４）の構成で得られた呼吸信号波形を比較すると、信号強度については（３）の構成が（４）の構成の約１／１０となっている。（３）の構成ではセンサプローブ１５の上面とセンサプローブ支持台１９の上面を同じ高さになるように設置されているため、測定者の上腕が上下動することによりセンサプローブ１５に加えられる圧力が、（４）のセンサプローブ１５が１ｍｍ突出した構成と比較して、１／１０程度になっているためであると推察される。Ｓ／Ｎ比については、（３）の構成で約１７、（４）の構成で約６０と、フィルタリング処理なしでも良好な特性が得られており、特許文献２で開示されている呼吸信号波形よりも、サイン波に近い形状を有しており、更にＳ／Ｎ比の点においても優れているので、呼吸状態をより正確に反映していると考えられる。測定環境からの振動ノイズや、測定者の姿勢の変化に伴う体動によるノイズなどの影響を考慮すると、信号強度が大きいほど高いＳ／Ｎ比が得られるので、（３）の構成より（４）の構成の方が優れている。本測定結果より、（４）の構成の呼吸モニタリング機能付血圧計によれば、呼吸の深さ、呼吸の周期、呼吸の有無などの呼吸状態を極めて高精度に検知することが可能となる。

実施例２の構成（４）と同じ構成とし、血圧測定と同時にカフ１３内の空気圧が変動する状態で呼吸モニタリングを行い、呼吸信号を測定した。

１．構成
（５） センサプローブ１５の測定者の上腕部１６と接触する面を、センサプローブ支持台１９の上面のセンサプローブ１５の周囲よりも、１ｍｍ突出するように設置する構成とし、カフに空気を供給し上腕部を圧迫した後、徐々に空気を排気しカフ内の空気圧を減圧しながら、血圧測定と同時に呼吸信号を測定した。

２．測定結果
（５）の構成では、大きな信号強度と高いＳ／Ｎ比が得られる（４）と同じ構成の呼吸モニタリング機能付血圧計を使用し、血圧を測定しながら呼吸信号を測定したので、その結果を図１５に示す。血圧測定と同時に呼吸信号をモニタリングする際にもっとも懸念される影響要因は、カフに空気が供給される際の環境ノイズ、カフ内の空気圧により上腕部が圧迫されることによる上腕の上下動の振幅への影響、および上腕部の動脈が圧迫された状態で発生する大きな脈波信号の影響などである。

図１６は、血圧測定時のカフ内空気圧の変化を示している。まず、血圧測定血圧計１１に内蔵されているポンプから空気が供給され、カフ内の圧力を大気圧から１７０ｍｍＨｇまで急速に増加させ、上腕部動脈を圧迫することにより血流を止めた後、空気を徐々に排気することにより、ほぼ一定の速度でカフ内の圧力を減少させる。動脈を圧迫する圧力が減少する際、カフ内圧が収縮期血圧に達すると脈波信号は急激に大きくなり、平均血圧付近で最大となる。更にカフ内圧が減少すると脈波信号は減少するが、拡張期血圧に達するまで比較的大きな脈波信号が発生することが知られている。本測定では収縮期血圧１１０ｍｍＨｇで脈波が増大し、平均血圧９０ｍｍＨｇで脈波信号は最大となり、拡張期血圧７５ｍｍＨｇを越えると脈波信号は、ほぼ定常状態となった。

図１５は、血圧測定と同時に呼吸をモニタリングを行い、得られた呼吸信号波形であるが、呼吸を停止した状態において、構成（１）、（２）、（３）、（４）において観察された脈波信号よりも大きな脈波信号が呼吸信号に重畳していることがわかる。また呼吸信号強度は、構成（４）の場合と比較すると、約１／２に減少している。この信号強度の減少は、カフで上腕部が圧迫、拘束されている状態では、カフよりも肩に近い部分の上腕の上下動が制限されるためであると推察される。血圧測定と同時に呼吸をモニタリングする場合、カフで上腕部が拘束されるため、信号強度は約１／２に減少し、脈波信号によるノイズが大きくなるため、Ｓ／Ｎ比は約８まで低下するが、呼吸の深さ、周期、有無などをモニタリングする上で、特に問題となるレベルではない。更に高いＳ／Ｎ比が要求される用途に使用する場合には、ロウパスフィルタにより脈波信号を除去することが望ましい。

図１７に、実施例１、実施例２、および実施例３で説明した構成（１）から（５）について、結果をまとめて示す。もっとも安定して高いＳ／Ｎ比が得られる呼吸モニタリング機能付血圧計は、センサプローブ支持台１９にセンサプローブ１５を１ｍｍ突出させて設置し、腕支持台に肘を押し当てて測定する（４）の構成であり、ロウパスフィルタによるノイズ除去を行わなくとも、約６０という高いＳ／Ｎ比が得られ、呼吸の深さ、呼吸の周期、呼吸の有無などの呼吸状態を極めて高精度に検知することが可能となる。本構成を用いることで、脈波やその他の身体の振動に起因するノイズを最小限に抑制することができ、その結果高いＳ／Ｎ比で呼吸信号を検知するとが可能となった。また（４）の構成であれば、血圧測定の前後のみならず、血圧測定と同時に呼吸をモニタリングすることが可能となるので、機能面では（４）の構成がもっとも優れている。但し、センサプローブ支持台、腕支持台などを設ける必要があるので、血圧計製造コストが増加する構成ではある。各実施例ではロウパスフィルタによるノイズのフィルタリング除去を行っていないので、Ｓ／Ｎ比には大きな差が発生しているが、信号処理回路にフィルタリング機能を設ければ、いずれの構成においても、呼吸の深さ、呼吸の周期、呼吸の有無に関する高精度な情報を得ることができる。

以上、実施の形態を例に本発明を説明したが、実施の形態の各構成要素や各処理プロセスには請求項に記載の範囲で種々の変形が可能であることは当業者に理解されるところである。

１ 樹脂基板
２ 第１の電極層
３ 薄膜圧電体層
４ 第２の電極層
５ 保護層
６ ダイアフラム
７ 歪センサ素子
８ 電気配線
９ 接着用樹脂
１０ 筐体
１１ 血圧計
１２ 腕帯部
１３ カフ
１４ 腕支持台
１５ センサプローブ
１６ 測定者の上腕
１７ 支点
１８ センサプローブ収納ポケット
１９ センサプローブ支持台

Claims (11)

1. 人間の呼吸に関する情報を得る方法であって、呼吸に伴う上腕部の上下動を、歪センサ素子を備えた体動検出手段により電気信号として検出することを特徴とする、呼吸モニタリング方法。
2. 前記情報が呼吸の深さ、周期、有無の少なくともいずれかを含む請求項１に記載の呼吸モニタリング方法。
3. 人間の呼吸に関する情報を得る装置であって、呼吸に伴う上腕部の上下動を、歪センサ素子を備えた体動検出手段により電気信号として検出することを特徴とする、呼吸モニタリング装置。
4. 上腕部を支持する上腕支持部を備え、前記体動検出手段が前記上腕支持部に設けられている、請求項３に記載の呼吸モニタリング装置。
5. 上腕部動脈の血圧を測定するための圧迫圧力を加えるカフを含む腕帯部を備える血圧計であって、
   歪センサ素子を含む体動検出手段が前記腕帯部に、又は前記腕帯部よりも肩に近い位置に設けられ、呼吸に伴う上腕部の上下動を前記体動検出手段により電気信号として検出可能であることを特徴とする、呼吸モニタリング機能付血圧計。
6. 前記体動検出手段と信号検出回路とがケーブルで電気的に接続されている請求項５に記載の呼吸モニタリング機能付血圧計。
7. 前記体動検出手段が前記腕帯部の中央よりも肩に近い側に設けられている請求項５又は６に記載の呼吸モニタリング機能付血圧計。
8. 前記体動検出手段が前記カフ上の上腕部と接する側に設置されている請求項５から７のいずれか一項に記載の呼吸モニタリング機能付血圧計。
9. 前記体動検出手段が前記腕帯部よりも肩に近い位置に備えられた支持台上に設けられている請求項５から７のいずれか一項に記載の呼吸モニタリング機能付血圧計。
10. 前記体動検出手段の上腕部と接する面が前記支持台の上腕部と接する面よりも突出している請求項９に記載の血圧計。
11. 前記歪センサ素子が薄膜圧電体素子を含む請求項５から１０のいずれか一項に記載の呼吸モニタリング機能付血圧計。

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