JP2019010415A - 電子血圧計、血圧測定方法、及び電子聴診器 - Google Patents
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Abstract
Description
一方、特許文献1には、上述したコロトコフ音を検出して、電気的な信号処理により血圧を測定する技術が開示されている。
まず、第1の実施形態について説明する。
図1は、第1の実施形態の電子血圧計1の構成例を示す構成図である。
図1に示すように、電子血圧計1は、振動センサ2と、カフ圧センサ3と、聴診器フィルタ4と、ラウドネス判定機5と、出力装置6と、を備える。
振動センサ2は、体表の振動に伴って振動センサ2のフィルム面の厚み方向に圧力が生じることにより、体表の振動を検出する。そして、振動センサ2は、検出した体表の振動に応じた信号を出力する。
図2は第1の実施形態の振動センサ2の特性例を示す図である。図2は、振動センサ2に入力される振動の強度に対する振動センサ2の出力信号の強度の割合と、周波数の関係を示す。図2の横軸は周波数[Hz]、縦軸は信号の強度[dB]をそれぞれ示す。
図2に示すように、振動センサ2の特性においては、0.5[Hz]程度から200k[Hz]程度までの間の周波数においては、振動センサ2からは、振動センサ2に入力される信号の強度とほぼ同じ強度の信号が出力される。換言すると、この周波数の範囲においては、振動センサ2からは、体表の振動の大きさに比例した信号が出力される。
図3は、第1の実施形態の振動センサ2の取り付け例を示す図である。図3(a)〜(d)は、カフ70を体表80に巻き付けた状態の、その上腕の周方向の断面図である。
図3(a)は、振動センサ2が体表80に直に接するように取り付けられた例において、カフ70により体表80が加圧されていない状態を示す。図3(b)は、図3(a)においてカフ70により体表80が加圧された状態を示す。
図3(c)は、体表80に接するダイヤフラム(膜)73を介して振動センサ2が体表80の振動を検出するように取り付けられた例において、カフ70により体表80が加圧されていない状態を示す。図3(d)は、図3(c)においてカフ70により体表80が加圧された状態を示す。
振動センサ2は、ダイヤフラム73の体表80に接する側の面に接続される。
図3(d)に示すように、カフ70内にカフ圧調整口71を介して空気が流入されると(符号D)、ダイヤフラム73が体表80に押し付けられる。これにより、ダイヤフラム73が、体表80の形状に沿って体表80に密着する。そして、振動センサ2は、体表80の振動を、ダイヤフラム73および内気室74内にある空気を介して検出する。
このように、振動センサ2は、体表80と直接に当接された状態で用いられてもよいし、体表80と直接に当接されていない状態で用いられてもよい。振動センサ2は、上述した何れの状態で用いられた場合にも体表80の振動を検出する。
図4は、第1の実施形態の聴診器フィルタ4の構成例を示す構成図である。
図4に示すように、聴診器フィルタ4は、チェストピースフィルタ部40と、チューブフィルタ部41と、記憶部42を有する。
まず、聴診器100の構成について、図5を用いて説明する。
図5は、聴診器100を説明するための図である。図5(a)は、聴診器100の構成例を示す構成図である。図5(b)は、チェストピース101をチューブ103の周方向に垂直な面における断面図である。
チェストピース101には、体表80に接触されるダイヤフラム102が張られている。チェストピース101を生体に当て、ダイヤフラム102を体表80に密着させることにより、体表80の振動がダイヤフラム102の振動として検出される。ダイヤフラム102の振動が内気室200(図5(b)参照)にある空気を膨張または圧縮する。内気室200にある空気の膨張または圧縮により生じる音がチューブ103の中に存在する空気に伝達される。
チューブ103は、チェストピース101と耳管104との間を接続する管であり、ダイヤフラム102により検出された振動に基づく音を、耳管104に伝達する。耳管104は、チューブ103とイヤーチップ105との間を接続する。耳管104は、一端側(例えば、右耳用)と、他端側(例えば、左耳用)とがあり、それぞれにイヤーチップ105が取り付けられ、チューブ103から伝達された音をイヤーチップ105に伝える。イヤーチップ105は、電子血圧計1の使用者の耳に挿入され、使用者の鼓膜に耳管104から伝達された音を伝える。
通気孔201は、内気室200と外部を連通する。
図6は、第1の実施形態のチェストピースフィルタ部40の等価回路を説明する図である。図6(a)は、チェストピース101の機械的な構成に基づく等価回路である。図6(b)は、図6(a)における機械的な構成に基づく等価回路に対応する、電気的な構成に基づく等価回路である。
図6(a)では、図6(a)の矢印方向(ダイヤフラム102の厚み方向)に圧力Pm生じた結果、ダイヤフラム102が厚み方向に速度Vmで動く(湾曲する)と仮定する。
図6(a)に示す等価回路において、ダイヤフラム102が矢印方向に駆動する際には、ダイヤフラム102の弾性要素(スティフネス)102Sm、ダイヤフラム102の慣性要素102Mm、ダイヤフラム102の機械的な抵抗要素102Rm、内気室200の機械的な弾性要素(スティフネス)200Sm、および通気孔201の機械的な抵抗要素201Rmからの影響を受ける。
慣性要素102Mmは、例えば、ダイヤフラム102を厚み方向に駆動させる場合に、ダイヤフラム102に作用させる力と変位との関係を示す変数である。例えば、慣性要素102Mmは、ダイヤフラム102の質量である。
抵抗要素102Rmは、例えば、ダイヤフラム102を駆動させる場合に、ダイヤフラム102に作用させる力と変形量との関係を示す変数である。例えば、抵抗要素102Rmは、ダイヤフラム102の粘性抵抗である。
弾性要素200Smは、内気室200にある空気を膨張または圧縮させる場合に、内気室200に作用させる力と内気室200の膨張または圧縮する量との関係を示す変数である。弾性要素200Smは、例えば内気室200にある空気のバネ定数である。
抵抗要素201Rmは、通気孔201を介して空気を外部に通過させる場合に、通気孔201に存在する空気に作用させる力とその空気の変形量との関係を示す変数である。例えば、抵抗要素201Rmは、通気孔201の粘性抵抗である。通気孔201は内気室200の圧力を大気圧に追従させる機能を持つ。例えば、内気室200を密室空間にすると、高度が高い場所で聴診器100が使用される場合に、内気室200の内部の気圧と大気圧との差が生じることに起因してダイヤフラム102が内気室200の内部の空気に押されて伸びてしまう。つまり、通気孔201は、高度が高い場所で使用される場合などに内気室200の圧力を大気圧に追従させることにより、ダイヤフラム102が伸びてしまうことにより、ダイヤフラム102の張りが弱くなってしまう不都合を解消するためにある。
また、弾性要素102Smはコンデンサ102Se、慣性要素102Mmはコイル102Me、および抵抗要素102Rmは抵抗102Reにそれぞれ対応する。また、弾性要素200Smはコンデンサ200Se、および抵抗要素201Rmは抵抗201Reにそれぞれ対応する。そして、内気室200の圧力は、コンデンサ200Seの正極側と負極側との間の電位差を示す電圧PIRに対応する。
図7は、第1の実施形態のチェストピースフィルタ部40のフィルタの周波数特性の例を示す図である。図7の横軸は周波数[Hz]、縦軸は信号の強度[dB]をそれぞれ示す。
図8は、第1の実施形態のチューブフィルタ部41を説明する図である。図8は、聴診器100のチューブ部分の音響的な構造に基づくチューブフィルタ部41のモデルである。聴診器100の「チューブ部分」とは、チューブ103、耳管104、およびイヤーチップ105をまとめた総称である。図6(b)に示す機械的な構造に基づくモデルにおける力学的な圧力の作用は、図8に示す音響的な構造に基づくモデルにおける音の圧力(音圧)の作用に対応する。また、図6(b)に示す機械的な構造に基づくモデルにおける質量が駆動する際の速度は、図8に示す音響的な構造に基づくモデルにおける音を媒介する媒体(例えば、空気)が駆動する際の体積速度に対応する。
また、図8に示すように、音響管Oの長軸方向を座標軸x軸の方向とする。開口端Ogのx座標値は0(ゼロ)、閉口端Ohのx座標はLである。
空気片Obの慣性要素Moは、空気片Obを駆動させる場合に、空気片Obに作用させる力と変位量との関係を示す変数である。例えば、空気片Obの慣性要素Moは空気片Obの質量である。
空気片Obの抵抗要素Roは、空気片Obを駆動させる場合に、空気片Obに作用させる力と変形量との関係を示す変数である。例えば、空気片Obの抵抗要素Roは空気片Obの粘性抵抗である。
図8に示すモデルに対応する電気的な等価回路の伝搬係数は、例えば、以下の式(1)で示される。ここで、Mは音響管Oにある空気の単位長さあたりの質量(音響質量)、CAは音響管Oにある空気の単位長さあたりの容量(音響容量)、RAは音響管Oにある空気の単位長さあたりの抵抗(音響抵抗)、GAは音響管Oにある空気の単位長さあたりのコンダクタンス(音響コンダクタンス)、をそれぞれ示す。
なお、チューブフィルタ部41の等価回路においては、さらにチューブ部分の内径に沿う面の慣性要素、弾性要素、抵抗要素、を加えてもよい。
図10は、第1の実施形態のラウドネス判定機5の構成例を示す構成図である。
図10に示す通り、ラウドネス判定機5は、ラウドネスフィルタ部50と、判定部51と、記憶部52とを備える。
図11は、ラウドネスフィルタ部50の特性の例を示す図である。図11の横軸は中心周波数[Hz]、縦軸は出力信号の音圧の強度[dB]をそれぞれ示す。図11の例では、ラウドネスフィルタ部50のフィルタの周波数特性は、正常あるいは一般的な聴力を有する人が聞き取れる最小の音圧と周波数の関係を示す波形に基づいて決められるものであり、ここでは、ラウドネス曲線Hに対応している。
これにより、第1の実施形態の電子血圧計1では、コロトコフ法に基づく血圧の測定であって、且つ聴診器で得られる音により近い音(聴診器で得られる音と同等の音)に基づいて血圧を測定することができる。すなわち、振動センサ2により上腕の動脈の血管音を検出することができ、検出された血管音のうち不要な音を聴診器フィルタ4により除去し、聴診器で得られる音により近いコロトコフ音を出力させることができる。そして、聴診器フィルタ4から出力されるコロトコフ音に基づいて血圧を測定することにより、コロトコフ法に基づく血圧の測定が可能となる。
これに対して、第1の実施形態の電子血圧計1では、振動センサ2を用いるようにしたので、上腕の振動を検出することで血管音を検出することができ、聴診器で得られる音により近い音を検出することができる。
また、第1の実施形態の電子血圧計1では、チェストピースフィルタ部40は、ダイヤフラム102の慣性要素、ダイヤフラム102の弾性要素、ダイヤフラム102の抵抗要素、内気室200の弾性要素、および内気室200の抵抗要素、のうち少なくとも一つに基づいて、所定の周波数帯域の信号を通過させる。これにより、第1の実施形態の電子血圧計1では、チェストピース101を構成するダイヤフラム102、内気室200の各々における特性に応じて聴診器の周波数特性をより正確に再現させることができ、聴診器で得られる音により近い音に基づいて血圧を測定することができる。
また、第1の実施形態の電子血圧計1では、チェストピースフィルタ部40は、通気孔201の抵抗要素に基づいて、所定の周波数帯域の信号を通過させる。これにより、第1の実施形態の電子血圧計1では、チェストピース101に通気孔201がある場合であっても、その特性に応じて聴診器100の周波数特性をより正確に再現させることができ、聴診器で得られる音により近い音に基づいて血圧を測定することができる。
また、第1の実施形態の電子血圧計1では、チューブフィルタ部41は、聴診器100のチューブ部分の内径に沿う面の一方の端部と他方の端部により形成される空間において音を伝達する媒質の弾性要素、前記媒質の慣性要素、のうち少なくとも一つに基づいて、所定の周波数帯域の信号を通過させる。これにより、第1の実施形態の電子血圧計1では、聴診器100のチューブ部分における特性に応じて聴診器100の周波数特性をより正確に再現させることができ、聴診器で得られる音により近い音に基づいて血圧を測定することができる。
図12は、第1の実施形態の電子血圧計1の動作を示すフローチャートである。
まず、電子血圧計1では、振動センサ2が被測定者の体表の振動を検出する(ステップS1)。振動センサ2により検出された体表の振動は、電気信号に変換されて聴診器フィルタ4に入力される。
次に、電子血圧計1では、チェストピースフィルタ部40がフィルタ処理を行う(ステップS2)。チェストピースフィルタ部40から出力される信号は、体表の振動に基づく電気信号からチェストピース101の特性に基づいて決定される所定の周波数帯域の信号を通過させた信号となる。
次に、電子血圧計1では、チューブフィルタ部41がフィルタ処理を行う(ステップS3)。チューブフィルタ部41から出力される信号は、チェストピースフィルタ部40から出力される信号から、チェストピース101の特性に基づいて決定される所定の周波数帯域の信号を通過させた信号となる。
次に、電子血圧計1では、ラウドネスフィルタ部50がフィルタ処理を行う(ステップS4)。ラウドネスフィルタ部50から出力される信号は、人の聴覚により知覚され得る最小の音よりも大きな音の信号を通過させた信号となる。
さらに、電子血圧計1では、判定部51が、ラウドネスフィルタ部50から出力された聴診器を通して人の聴覚に知覚され得る音を示す信号と、カフ圧センサ3から出力されたカフ圧を示す信号に基づいて、最高血圧値および最低血圧値を判定する(ステップS5)。
そして、電子血圧計1では、出力装置6が判定部51により判定された血圧値を出力する(ステップS6)。
次に、第2の実施形態について説明する。
図13は、第2の実施形態の聴診器フィルタ4Aの構成例を示す構成図である。
第2の実施形態においては、聴診器フィルタ4Aが、変更部43と、入力部44とを備える点において、上述した第1の実施形態と相違する。また、以下に説明する以外の構成は、上述した第1の実施形態と同様である。
入力部44は、外部装置から入力された変更情報を取得する。ここでの外部装置は、例えば、PC(パーソナルコンピュータ)などの情報処理装置である。外部装置は、ネットワークを介して入力部44に変更情報を入力してもよい。また、ここでの変更情報は、例えば、チェストピースフィルタ部40、またはチューブフィルタ部41の回路定数である。回路定数は、各々のフィルタの等価回路におけるコイルのインダクタンス、コンデンサの容量値、または抵抗の抵抗値のうちのすくなくとも一つを含む。
さらに、第3の実施形態について説明する。
図14は、第3の実施形態の電子聴診器10の構成例を示す構成図である。
第3の実施形態においては、電子聴診器10がカフ圧センサ3、ラウドネス判定機5を有しない点において、上述した実施形態と相違する。また、第3の実施形態においては、電子聴診器10が上述した出力装置6の代わりに、出力装置6Aを有する点において、上述した実施形態と相違する。また、以下に説明する以外の構成は、上述した上述の実施形態と同様である。すなわち、本実施形態においては、血圧計の一部の構成を電子聴診器として用いることができる。
これにより、電子聴診器10では、振動センサ2により検出された体表の振動が、電気信号に変換されて聴診器フィルタ4に入力され、聴診器フィルタ4により聴診器100の周波数特性に応じた信号を出力することができる。
このため、ユーザは、電子聴診器10を用いることにより、コロトコフ音を聞くことができるため、カフの圧力値を参照することでコロトコフ法に応じた方法に基づいて血圧を測定することができる。このため、血圧を測定する場合においても、機械式の聴診器と同様に電子聴診器10を用いることができる。
また、「コンピュータシステム」は、ホームページ提供環境(あるいは表示環境)を備えたWWWシステムも含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ROM、CD−ROM等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムが送信された場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリ(RAM)のように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。
Claims (11)
- 体表の振動を検出し、検出した振動を電気信号に変換して出力する振動センサと、
前記振動センサにより出力された電気信号のうち、聴診器の周波数特性に基づいて決まる所定の周波数帯域の信号を通過させる聴診器フィルタと、
を備える電子血圧計。 - 前記振動センサは、フィルム状の振動センサであり、厚み方向に生じる圧力に応じた電気信号を出力する
請求項1に記載の電子血圧計。 - 前記聴診器フィルタは、前記聴診器のチェストピースの特性に基づいて決まる所定の周波数帯域の信号を通過させる第1のフィルタ部を有する
請求項1又は請求項2に記載の電子血圧計。 - 前記第1のフィルタ部は、ダイヤフラム、前記ダイヤフラムとチューブとの間に形成された内気室、を有する前記聴診器のチェストピースにおける前記ダイヤフラムの慣性要素、前記ダイヤフラムの弾性要素、前記ダイヤフラムの抵抗要素、前記内気室の弾性要素、及び前記内気室の抵抗要素のうち少なくとも一つに基づいて、所定の周波数帯域の信号を通過させる
請求項3に記載の電子血圧計。 - 前記第1のフィルタ部は、前記内気室と外気との間を連通する通気孔を有する前記聴診器のチェストピースにおける前記通気孔の抵抗要素に基づいて、所定の周波数帯域の信号を通過させる
請求項4に記載の電子血圧計。 - 前記聴診器フィルタは、前記聴診器のイヤーチップから前記聴診器のチェストピースまでの間の管の特性に基づいて決まる所定の周波数帯域の信号を通過させる第2のフィルタ部を有する
請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の電子血圧計。 - 前記第2のフィルタ部は、前記管の内径に沿う面の一方の端部と他方の端部により形成される空間において音を伝達する媒質の弾性要素、前記媒質の慣性要素、のうち少なくとも一つに基づいて、所定の周波数帯域の信号を通過させる
請求項6に記載の電子血圧計。 - 前記聴診器フィルタにより出力された電気信号を、人の聴覚特性に基づいて決まる所定の周波数帯域の信号を通過させるラウドネスフィルタ部、
を更に有する
請求項1から請求項7のいずれか一項に記載の電子血圧計。 - 前記聴診器フィルタは、所定の周波数帯域の信号を通過させるフィルタの回路定数の変更を示す変更情報を入力する入力部と、
前記入力部により入力された変更情報に基づいて、前記回路定数を変更する変更部と
を更に備える請求項1から請求項8のいずれか一項に記載の電子血圧計。 - 振動センサが、体表の振動を検出し、検出した振動を電気信号に変換して出力する工程と、
聴診器フィルタが、前記振動センサにより出力された電気信号を聴診器の周波数特性に基づいて決まる所定の周波数帯域の信号を通過させる工程と、
を備える血圧測定方法。 - 体表の振動を検出し、検出した振動を電気信号に変換して出力する振動センサと、
前記振動センサにより出力された電気信号を、聴診器の周波数特性に基づいて決まる所定の周波数帯域を通過させる聴診器フィルタと、
を備える電子聴診器。
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