JP2019180622A - 血圧測定装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 脈波伝播時間に基づく血圧測定に使用する関係式の較正に関するユーザの負担が小さい血圧測定装置を提供する。【解決手段】 一態様に係る血圧測定装置は、被測定者の被測定部位において血圧を測定する血圧測定部と、前記被測定者の前記被測定部位において脈波伝播時間を測定する脈波伝播時間測定部と、前記脈波伝播時間の測定結果と、前記脈波伝播時間と前記血圧との間の相関関係を表す関係式と、に基づいて、血圧値を算出する血圧値算出部と、前記被測定者の心臓に対する前記被測定部位の高さ位置が異なる複数の姿勢をとるように前記被測定者に指示する姿勢指示部と、前記複数の姿勢のそれぞれにおいて、前記血圧測定部により測定された血圧と、前記脈波伝播時間測定部により測定された脈波伝播時間と、に基づいて、前記関係式の較正を行う較正部と、備える。【選択図】図1

Description

本発明は、血圧を非侵襲的に測定する血圧測定装置に関する。
脈波が動脈上の2点間を伝播するのに要する時間である脈波伝播時間(PTT:Pulse Transit Time)と血圧との間に相関関係があることが知られている。
特許文献1には、上記の相関関係を利用して血圧を測定する血圧測定装置が開示されている。この血圧測定装置は、ユーザの胴体に装着されたECG(ElectroCardioGraphic)センサの出力とユーザの耳に装着されたPPG(PhotoPlethysmoGraphic)センサの出力とに基づいて脈波伝播時間を算出し、算出した脈波伝播時間と上記の相関関係を表す関係式とを用いて血圧値を算出する。
特許第5984088号公報
PTTと血圧との間の相関関係は個人ごとに異なるので、ユーザに関して関係式の較正を行う必要がある。引用文献1に開示された血圧測定装置では、関係式の較正を行うために、ユーザに運動負荷又はメンタル負荷などをかけることで血圧を変動させながら、PTTと血圧とを同時に測定する。このため、関係式の較正に関するユーザの負担が大きく、さらに、関係式の較正に時間がかかる。
本発明は、上記の事情に着目してなされたものであり、その目的は、ユーザの負担を低減するとともに、短い時間で関係式の較正を行うことができる血圧測定装置を提供することである。
本発明は、上記課題を解決するために、以下の態様を採用する。
一態様に係る血圧測定装置は、被測定者の被測定部位において血圧を測定する血圧測定部と、前記被測定者の前記被測定部位において脈波伝播時間を測定する脈波伝播時間測定部と、前記脈波伝播時間の測定結果と、前記脈波伝播時間と前記血圧との間の相関関係を表す関係式と、に基づいて、血圧値を算出する血圧値算出部と、前記被測定者の心臓に対する前記被測定部位の高さ位置が異なる複数の姿勢をとるように前記被測定者に指示する姿勢指示部と、前記複数の姿勢のそれぞれにおいて、前記血圧測定部により測定された血圧と、前記脈波伝播時間測定部により測定された脈波伝播時間と、に基づいて、前記関係式の較正を行う較正部と、備える。
上記の構成によれば、脈波伝播時間に基づく血圧測定に使用する関係式の較正を行う際には、ユーザはいくつかの姿勢をとるだけでよい。したがって、関係式の較正に関するユーザの負担を低減でき、さらに、短い時間で関係式の較正を行うことができる。
一態様では、前記姿勢指示部は、前記複数の姿勢として、前記被測定部位が前記被測定者の心臓よりも低い位置にある姿勢と前記被測定部位が前記心臓よりも高い位置にある姿勢とを指定してもよい。
上記の構成によれば、2つの異なる測定結果セット(各測定結果セットは脈波伝播時間の測定結果と血圧の測定結果とを有する)が取得される。その結果、関係式の較正をうまく行うことができるようになる。例えば、関係式に関するパラメータの数が2である場合には、関係式の較正を確実に行うことができる。
一態様では、前記姿勢指示部は、前記複数の姿勢として、前記被測定部位が前記被測定者の心臓と同じ高さにある姿勢を指定してもよい。被測定部位が心臓と同じ高さにある姿勢は、血圧測定に適した姿勢である。この姿勢で測定を行うことで得られた測定結果は信頼性が高い。このため、上記の構成によれば、信頼性の高い測定結果セットが関係式の較正に使用される。その結果、脈波伝播時間に基づく血圧測定により得られる血圧測定結果の信頼性が向上する。
一態様では、前記血圧測定装置は、前記被測定者が前記姿勢指示部により指定された姿勢をとっているか否かを検出する姿勢検出部をさらに備えてもよく、前記脈波伝播時間測定部及び前記血圧測定部は、前記被測定者が前記姿勢指示部により指定された姿勢をとっていることを前記姿勢検出部が検出している状態で、前記脈波伝播時間及び前記血圧の測定をそれぞれ行ってもよい。
上記の構成によれば、各測定結果セットが同じ姿勢で取得された脈波伝播時間の測定結果及び血圧の測定結果を有することが保証される。このため、関係式の較正を的確に行うことができるようになる。
一態様では、前記被測定部位は手首である。当該構成によれば、被測定者は心臓に対する被測定部位の高さ位置が異なる複数の姿勢を容易にとることができる。
本発明によれば、ユーザの負担を低減するとともに、短い時間で関係式の較正を行うことができる血圧測定装置を提供することができる。
一実施形態に係る血圧測定装置を例示する概略図。 図1に示した血圧測定装置の外観を例示する斜視図。 図1に示した血圧測定装置を例示する断面図。 装着状態での図2に示した電極群と橈骨動脈との位置関係を例示する図。 図1に示した血圧測定装置の制御系のハードウェア構成を例示するブロック図。 図1に示した血圧測定装置において脈波伝播時間を測定する方法を説明する図。 図1に示した血圧測定装置のソフトウェア構成を例示するブロック図。 図7に示した姿勢指示部が指定する姿勢の一例を示す図。 図7に示した姿勢指示部が指定する姿勢の他の例を示す図。 図7に示した姿勢指示部が指定する姿勢のさらなる例を示す図。 一実施形態に係るオシロメトリック法による血圧測定の手順を例示するフローチャート。 オシロメトリック法による血圧測定におけるカフ圧及び脈波信号の変化を例示する図。 一実施形態に係る脈波伝播時間に基づく血圧測定の手順を例示するフローチャート。 一実施形態に係る関係式較正の手順を例示するフローチャート。
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。
[適用例]
図1を参照して、本発明が適用される場面の一例について説明する。図1は、一実施形態に係る血圧測定装置10を概略的に示している。血圧測定装置10は、ウェアラブルデバイスであり、ユーザの被測定部位としての手首に装着される。血圧測定装置10は、ベルト部20、第1の血圧測定部30、第2の血圧測定部40、姿勢指示部50、及び較正部60を備える。
ベルト部20は、ユーザの手首に巻き付けられる部材である。第1の血圧測定部30、第2の血圧測定部40、姿勢指示部50、及び較正部60は、ベルト部20に搭載されている。
第1の血圧測定部30は、脈波伝播時間に基づく血圧測定を行う。具体的には、第1の血圧測定部30は、ユーザの手首において脈波伝播時間を測定し、脈波伝播時間の測定結果に基づいて血圧値を算出する。第1の血圧測定部30は、一心拍ごとの血圧値を得る連続血圧測定を行うことができる。第2の血圧測定部40は、第1の血圧測定部30とは異なる方式で血圧測定を行う。第2の血圧測定部40は、例えばオシロメトリック法又はコロトコフ法に基づいており、特定のタイミングで、例えばユーザによる操作に応答して、血圧測定を行う。第2の血圧測定部40は、連続血圧測定を行うことはできないが、第1の血圧測定部30よりも正確に血圧を測定することができる。
第1の血圧測定部30は、脈波伝播時間測定部31及び血圧値算出部32を備える。
脈波伝播時間測定部31は、ベルト部20に設けられた2つの脈波センサを備え、これらの脈波センサを用いて脈波伝播時間を非侵襲的に測定する。本実施形態では、脈波伝播時間は、脈波が手首において脈波センサ間の距離を伝播するのに要した時間に相当する。
血圧値算出部32は、脈波伝播時間測定部31により測定された脈波伝播時間と、脈波伝播時間と血圧との間の相関関係を表す関係式と、に基づいて、血圧値を算出する。関係式の一例を下記に示す。
SBP=A/PTT+A ・・・(1)
ここで、SBPは収縮期血圧を表し、PTTは脈波伝播時間を表し、A、Aはパラメータである。パラメータA、Aは、較正部60によって決定される。
脈波伝播時間測定部31は一心拍ごとの脈波伝播時間を得ることができ、したがって、血圧値算出部32は一心拍ごとの血圧値を得ることができる。
姿勢指示部50は、心臓に対する手首の高さ位置が異なる複数の姿勢をとるようにユーザに指示する。関係式に含まれるパラメータの数をNとすると、測定結果セット(脈波伝播時間の測定結果と血圧の測定結果との組み)が少なくとも2つ必要である。例えば、関係式(1)を使用する場合、少なくとも2つの測定結果セットが必要となる。ただし、2つの測定結果セットそれぞれに含まれる2つの血圧の測定値が同じである場合には、パラメータA、Aを一意に決定することができない。
一般に、心臓と被測定部位(この例では手首)との高度差に応じて、血圧の測定値が本来の値(心臓と被測定部とが同じ高さレベルにある場合に得られる測定値)からずれることが知られている。これは重力に起因する。例えば、心臓と被測定部位との高度差が10cmである場合には、約8mmHgの血圧差が発生する。同様に、心臓と被測定部位との高度差に応じて脈波伝播時間の測定値が本来の値からずれる。
本実施形態では、心臓に対する手首の高さ位置が異なる複数の姿勢それぞれで血圧を測定するので、異なる血圧測定値が取得される。一例として、姿勢指示部50は、最初に、血圧測定装置10を装着している手を下げた姿勢をとるようユーザに指示する。そして、ユーザが手を下げた状態で脈波伝播時間測定部31による測定と第2の血圧測定部40による測定とが実行され、それにより、脈波伝播時間の測定結果と血圧の測定結果との組みが取得される。次に、姿勢指示部50は、血圧測定装置10を装着している手を上げた姿勢をとるようユーザに指示する。そして、ユーザが手を上げた状態で脈波伝播時間測定部31による測定と第2の血圧測定部40による測定とが実行され、それにより、脈波伝播時間の測定結果と血圧の測定結果との組みが取得される。ユーザが手を下げた状態では手首が心臓よりも低い位置にあり、本来の値よりも高い血圧の測定値が得られる。一方、ユーザが手を上げた状態では手首が心臓よりも高い位置にあり、本来の値よりも低い血圧の測定値が得られる。このため、ユーザが手を下げた状態とユーザが手を上げた状態とで血圧測定を行う場合、異なる2つの血圧測定値を確実に取得することができる。
較正部60は、複数の姿勢それぞれで取得された複数の測定結果セットに基づいて、上記の関係式(1)の較正を行う。例えば、較正部60は、最小二乗法などのフィッティング法を適用することで、複数の測定結果セットに基づいてパラメータA、Aを決定する。
較正部60による関係式(1)の較正が完了した後に、第1の血圧測定部30は、連続血圧測定を実行することができるようになる。
以上のように、血圧測定装置10は、心臓に対する手首の高さ位置が異なる複数の姿勢を順次にとるようユーザに指示し、複数の姿勢それぞれで脈波伝播時間及び血圧を測定し、脈波伝播時間及び血圧の測定結果に基づいて関係式の較正を行う。これにより、関係式の較正を行う際には、ユーザはその場で姿勢を変更すればよい。したがって、関係式の較正に関するユーザの負担が低く、さらに、短い時間で関係式の較正を行うことができる。
さらに、上記の姿勢は、血圧測定装置10を装着した手を下げた姿勢と、その手を上げた姿勢と、を含む。これにより、異なる2つの血圧測定値を確実に取得することができ、関係式の較正をうまく行うことができるようになる。
以下において、血圧測定装置10をより具体的に説明する。
[構成例]
(ハードウェア構成)
図2から図6を参照して、本実施形態に係る血圧測定装置10のハードウェア構成の一例を説明する。
図2は、血圧測定装置10の外観を斜めから見たところ示し、図3は、血圧測定装置10が左手首90に装着された状態で、左手首90の長手方向に対して垂直な断面を模式的に示している。
図2に示されるように、血圧測定装置10は、ベルト21、本体22、及びインピーダンス測定部310を備える。ベルト21及び本体22は、図1に示したベルト部20を形成する。
ベルト21は、左手首90を取り巻いて装着される帯状の部材を指し、バンド又はカフなどの別の名称で呼ばれることもある。ベルト21は、内周面21A及び外周面21Bを有する。内周面21Aは、ユーザが血圧測定装置10を装着した状態(以下、単に「装着状態」と称する)でユーザの左手首90に接する表面であり、外周面21Bは、内周面21Aの反対側の表面である。ベルト21の幅は、この例では約30mmに設定されている。幅は、ベルト21の幅方向における寸法を指す。ベルト21の幅方向は、矢印Yで示される左手首90の長手方向に対応する。
本体22は、ベルト21の周方向における端部21Eに一体成形により設けられている。なお、ベルト21と本体22とを別々に形成し、係合部材(例えばヒンジなど)で本体22をベルト21に取り付けるようにしてもよい。この例では、図3に示されるように、本体22が配置されたベルト21の部位は、装着状態で左手首90の手の甲側の面90Bに位置することが予定されている。図3には、左手首90の掌側の面90A近傍を通る橈骨動脈91が示されている。
本体22は、ユーザの日常活動の邪魔にならないように、小型で、薄厚に形成されている。この例では、本体22は、ベルト21から外向きに突起した四角錐台状の輪郭を有している。
図2に示されるように、本体22の頂面22Aには、表示部506が設けられている。また、本体22の側面22Fに沿って操作部507が設けられている。
本体22の底面(内周側の面)22Bは、三つ折れバックル24によってベルト21の周方向における他方の端部21Fに接続される。バックル24は、外周側に配置された第1の板状部材25と、内周側に配置された第2の板状部材26と、を含む。第1の板状部材25の一方の端部25Eは、ベルト21の幅方向に沿って延びる連結棒27を介して本体22に対して回動自在に取り付けられている。第1の板状部材25の他方の端部25Fは、ベルト21の幅方向に沿って延びる連結棒28を介して第2の板状部材26の一方の端部26Fに対して回動自在に取り付けられている。第2の板状部材26の他方の端部26Eは、固定部29によってベルト21の端部21Fに固定されている。なお、ベルト21の周方向に関して固定部29の取り付け位置は、ユーザの左手首90の周囲長に合わせて予め可変して設定されている。これにより、ベルト21は、全体として略環状に構成されるとともに、本体22の底面22Bとベルト21の端部21Fとが、バックル24によって矢印Bで示される方向に開閉可能になっている。
インピーダンス測定部310は、ベルト21の端部21Eと端部21Fとの間の部位に設けられている。インピーダンス測定部310は、電極群317と通電及び電圧検出回路318(図5に示される)とを備える。電極群317は、ベルト21の内周面21Aに配置されている。電極群317は、ベルト21の幅方向に関して互いに離間した6個の板状又はシート状の電極311〜316を含む。図3に示されるように、電極群317が配置されたベルト21の部位は、装着状態で左手首90の橈骨動脈91に対向する。
血圧測定装置10を左手首90に装着する際には、バックル24を開いてベルト21の環の径を大きくした状態で、図2の矢印Aにより示される向きに、ユーザがベルト21に左手を通す。そして、図3に示されるように、ユーザは、左手首90に対してベルト21の角度位置を調節して、左手首90を通っている橈骨動脈91上にベルト21のインピーダンス測定部310を位置させる。これにより、インピーダンス測定部310の電極群317が橈骨動脈91に対応する左手首90の部分90Cに当接する状態になる。この状態で、ユーザが、バックル24を閉じて固定する。このようにして、ユーザは血圧測定装置10を左手首90に装着する。
図3に示されるように、ベルト21は、外周面21Bをなす帯状体23と、この帯状体23の内周面に沿って取り付けられた押圧部材としての押圧カフ41と、を含む。この例では、帯状体23は、プラスチック材料で形成されており、厚さ方向に関して可撓性を有し、かつ、周方向に関して実質的に非伸縮性を有する。この例では、押圧カフ41は、伸縮可能な2枚のポリウレタンシートを厚さ方向に対向させ、それらの周縁部を溶着して、流体袋として構成されている。左手首90の橈骨動脈91に対応する、ベルト21の内周面21A(押圧カフ41の内周面)の部位には、上述したようにインピーダンス測定部310の電極群317が配置されている。
図4に示されるように、装着状態では、インピーダンス測定部310の電極群317は、左手首90の橈骨動脈91に対応して、左手首90の長手方向(ベルト21の幅方向に相当)に沿って並んだ状態になる。電極群317は、ベルト21の幅方向に関して両側に配置された通電用の電極対311、316と、電極対311、316の間に配置された電圧検出用の第1の検出電極対312、313及び第2の検出電極対314、315と、を含む。第1の検出電極対312、313は、第1の脈波センサ310−1を形成する。第2の検出電極対314、315は、第2の脈波センサ310−2を形成する。第1の検出電極対312、313に対して橈骨動脈91の血流のより下流側に第2の検出電極対314、315が配置されている。ベルト21の幅方向に関して、第1の検出電極対312、313の中央と第2の検出電極対314、315の中央との間の距離D(図6を参照)は、この例では20mmに設定されている。この距離Dは、第1の脈波センサ310−1と第2の脈波センサ310−2との間の実質的な間隔に相当する。また、ベルト21の幅方向に関して、第1の検出電極対312、313間の間隔及び第2の検出電極対314、315間の間隔は、この例ではいずれも2mmに設定されている。
このような電極群317は、偏平に構成され得る。したがって、この血圧測定装置10では、ベルト21を全体として薄肉に構成できる。
図5は、血圧測定装置10の制御系のハードウェア構成を示している。血圧測定装置10の本体22には、上述した操作部507及び表示部506に加えて、制御部501、記憶部505、加速度センサ508、スピーカ509、通信部510、電池511、圧力センサ42、ポンプ43、弁44、発振回路45、及びポンプ駆動回路46が搭載されている。
制御部501は、CPU(Central Processing Unit)502、RAM(Random Access Memory)503、ROM(Read Only Memory)504などを含み、各構成要素を制御する。記憶部505は、例えば、半導体メモリ(例えばフラッシュメモリ)などの補助記憶装置であり、制御部501で実行されるプログラム(例えば、脈波伝播時間測定プログラム、血圧値算出プログラム、血圧測定プログラム、及び関係式較正プログラムを含む)や、プログラムを実行するために必要な設定データ、血圧測定結果のデータなどを非一時的に記憶する。記憶部505が備える記憶媒体は、コンピュータその他装置、機械等が記録されたプログラムなどの情報を読み取り可能なように、当該プログラムなどの情報を、電気的、磁気的、光学的、機械的又は化学的作用によって蓄積する媒体である。なお、脈波伝播時間測定プログラム、血圧値算出プログラム、血圧測定プログラム、及び/又は関係式較正プログラムは、ROM504に記憶されていてもよい。
表示部506は、この例ではOLED(Organic Light Emitting Diode)ディスプレイであり、制御部501からの制御信号に従って、血圧測定結果などの血圧測定に関する情報やその他の情報を表示する。なお、表示部506は、例えば、液晶表示装置(LCD)であってもよい。操作部507は、この例ではプッシュ式ボタンを含み、ユーザによる血圧測定開始又は停止の指示に応じた操作信号を制御部501に入力する。
加速度センサ508は、例えば、3軸加速度センサであり、互いに直交する3方向の加速度を表す加速度信号を出力する。スピーカ509は、制御部501からの音響信号に基づいて音を発する。
通信部510は、外部の装置と通信するための通信インタフェースである。通信部510は、制御部501から情報を受け取り、ネットワークを介して外部装置にその情報を送信する。さらに、通信部510は、ネットワークを介して外部装置から情報を受信し、その情報を制御部501に渡す。ネットワークを介した通信は、無線、有線のいずれでもよい。ネットワークは、インターネットであるが、これに限定されない。ネットワークは、例えば病院内LAN(Local Area Network)のような他の種類のネットワークであってもよい。また、通信部510は、外部装置(例えばユーザが所有するスマートフォン)と直接に無線通信してもよい。無線方式として、例えば、Bluetooth(登録商標)、BLE(Bluetooth Low Energy)などを採用することができる。通信部510は、マイクロUSB(Universal Serial Bus)コネクタなどの端子を含み、USBケーブルなどのケーブルで外部装置に接続し、この外部装置と通信を行ってもよい。
ポンプ43および弁44は配管48を介して押圧カフ41に接続され、圧力センサ42は配管47を介して押圧カフ41に接続されている。なお、配管47、48は、共通の1本の配管であってもよい。ポンプ43は、この例では圧電ポンプであり、押圧カフ41内の圧力を増大させるために、配管517を通して押圧カフ41に流体としての空気を供給する。弁44は、ポンプ43に搭載され、ポンプ43のオン/オフに伴って開閉が制御される構成になっている。具体的には、弁44は、ポンプ43がオンされると閉じ、ポンプ43がオフされると開く。弁44が開いた状態では、押圧カフ41は大気と連通する。弁44は、逆止弁の機能を有し、空気が逆流することはない。ポンプ駆動回路46は、制御部501から与えられる制御信号に基づいてポンプ43を駆動する。
圧力センサ42は、この例ではピエゾ抵抗式圧力センサであり、押圧カフ41内の圧力(以下、カフ圧ともいう)を検出し、カフ圧を表す電気信号を出力する。カフ圧は、例えば、大気圧を基準とした圧力である。発振回路45は、圧力センサ42からの電気信号に基づいて発振して、電気信号に応じた周波数を有する周波数信号を制御部501に出力する。この例では、圧力センサ42の出力は、押圧カフ41の圧力を制御するために、及び、オシロメトリック法によって血圧値(収縮期血圧(SBP)と拡張期血圧(DBP)とを含む。)を算出するために用いられる。
電池511は、本体22に搭載された構成要素へ電力を供給する。この例では、電池511は、制御部501、記憶部505、加速度センサ508、通信部510、表示部506、圧力センサ42、ポンプ43、弁44、発振回路45、ポンプ駆動回路46へ電力を供給する。さらに、電池511は、配線521を通して、インピーダンス測定部310の通電及び電圧検出回路318へ電力を供給する。この配線521は、信号用の配線522とともに、ベルト21の帯状体23と押圧カフ41との間に挟まれた状態で、ベルト21の周方向に沿って本体22とインピーダンス測定部310との間に延在して設けられている。
通電及び電圧検出回路318は、制御部501によって制御される。通電及び電圧検出回路318は、図6の上部に示されるように、その動作時に電極対311、316間に高周波定電流Iを流す。この例では、電流Iの周波数は50kHzであり、電流値は1mAである。この状態で、通電及び電圧検出回路318は、第1の脈波センサ310−1を形成する第1の検出電極対312、313間の電圧信号V1と、第2の脈波センサ310−2を形成する第2の検出電極対314、315間の電圧信号V2と、を検出する。これらの電圧信号V1、V2は、第1の脈波センサ310−1、第2の脈波センサ310−2が対向する左手首90の掌側の面90Aの部分における、橈骨動脈91の血流の脈波による電気インピーダンスの変化を表す。通電及び電圧検出回路318は、これらの電圧信号V1、V2を整流、増幅及び濾波して、図6の下部に示されるような山状の波形をもつ第1の脈波信号PS1、第2の脈波信号PS2を時系列で出力する。この例では、電圧信号V1、V2は、約1mV程度になっている。また、第1の脈波信号PS1、第2の脈波信号PS2のそれぞれのピークA1、A2は、この例では約1ボルトになっている。
橈骨動脈91の血流の脈波伝播速度(Pulse Wave Velocity;PWV)が1000cm/s〜2000cm/sの範囲であるとすると、第1の脈波センサ310−1と第2の脈波センサ310−2との間の実質的な間隔Dが20mmであることから、第1の脈波信号PS1と第2の脈波信号PS2との間の時間差Δtは1.0ms〜2.0msの範囲となる。
図1に示した第1の血圧測定部30は、ハードウェアとして、インピーダンス測定部310(電極群317と通電及び電圧検出回路318)を含む。また、図1に示した第2の血圧測定部40は、ハードウェアとして、図5に示した押圧カフ41、圧力センサ42、ポンプ43、弁44、発振回路45、及びポンプ駆動回路46を含む。
なお、血圧測定装置10の具体的なハードウェア構成に関して、実施形態に応じて、適宜、構成要素の省略、置換及び追加が可能である。例えば、制御部501は、複数のプロセッサを含んでいてもよい。加速度センサ508に代えて又は加速度センサ508に追加して、血圧測定装置10は、ジャイロセンサを備えていてもよい。
(ソフトウェア構成)
図7を参照して、本実施形態に係る血圧測定装置10のソフトウェア構成の一例を説明する。
図7は、血圧測定装置10のソフトウェア構成を示している。血圧測定装置10は、脈波伝播時間測定制御部701、血圧値算出部702、血圧測定制御部703、姿勢指示部704、姿勢検出部705、較正部706、脈波伝播時間情報記憶部711、第1の血圧値記憶部712、及び第2の血圧値記憶部713を備える。脈波伝播時間測定制御部701、血圧値算出部702、血圧測定制御部703、姿勢指示部704、姿勢検出部705、及び較正部706は、血圧測定装置10の制御部501が記憶部505に記憶されたプログラムを実行することによって下記の処理を実行する。制御部501がプログラムを実行する際は、制御部501は、プログラムをRAM503に展開する。そして、制御部501は、RAM503に展開されたプログラムをCPU502により解釈及び実行して、構成要素を制御する。脈波伝播時間情報記憶部711、第1の血圧値記憶部712、及び第2の血圧値記憶部713は、記憶部505により実現される。
脈波伝播時間測定制御部701は、脈波伝播時間を測定するために、通電及び電圧検出回路318を制御する。具体的には、脈波伝播時間測定制御部701は、電極対311、316間に電流を流すための指示信号を通電及び電圧検出回路318に与え、通電及び電圧検出回路318から、電極対311、316間に電流を流した状態で検出された第1の検出電極対312、313間の電圧信号V1及び第2の検出電極対314、315間の電圧信号V2を取得する。そして、脈波伝播時間測定制御部701は、電圧信号V1に基づいて第1の脈波信号PS1を生成し、電圧信号V2に基づいて第2の脈波信号PS2を生成し、第1の脈波信号PS1及び第2の脈波信号PS2に基づいて脈波伝播時間を算出する。例えば、脈波伝播時間測定制御部701は、第1の脈波信号PS1のピークA1と第2の脈波信号PS2のピークA2との間の時間差Δを脈波伝播時間として算出する。脈波伝播時間測定制御部701は、算出した脈波伝播時間を表す脈波伝播時間情報を時間情報に関連付けて脈波伝播時間情報記憶部711に記憶させる。
血圧値算出部702は、図1に示した血圧値算出部32に相当するものである。血圧値算出部702は、脈波伝播時間情報記憶部711から脈波伝播時間測定制御部701によって算出された脈波伝播時間を読み出し、読み出した脈波伝播時間と関係式(例えば上記の関係式(1))とに基づいて血圧値を算出する。血圧値算出部702は、算出した血圧値を表す血圧値情報を時間情報に関連付けて第1の血圧値記憶部712に記憶させる。
血圧測定制御部703は、オシロメトリック法による血圧測定を実行するためにポンプ駆動回路46を制御する。具体的には、血圧測定制御部703は、ポンプ駆動回路46を介してポンプ43を駆動する。これにより、押圧カフ41への空気の供給が開始される。押圧カフ41が膨張し、それによりユーザの左手首90が圧迫される。血圧測定制御部703は、圧力センサ42を用いてカフ圧をモニタする。血圧測定制御部703は、押圧カフ41に空気を供給する加圧過程において、圧力センサ42から出力される圧力信号に基づいて、オシロメトリック法により血圧値を算出する。血圧値は、収縮期血圧(SBP)及び拡張期血圧(DBP)を含むが、これに限定されない。血圧測定制御部703は、算出した血圧値を時間情報に関連付けて第2の血圧値記憶部713に記憶させる。血圧測定制御部703は、血圧値と同時に脈拍数を算出することができる。血圧測定制御部703は、血圧値の算出が完了すると、ポンプ駆動回路46を介してポンプ43を停止する。それにより、押圧カフ41から弁44を通じて空気が排気される。
姿勢指示部704は、図1に示した姿勢指示部50に相当するものである。姿勢指示部704は、心臓に対する被測定部位の高さ位置が異なる複数の姿勢それぞれで脈波伝播時間の測定結果及び血圧の測定結果を取得するために、複数の姿勢を順次にとるようにユーザに指示する。指示は、表示、音、振動などにより行われる。
本実施形態では、姿勢指示部704は、とるべき姿勢を指定する。とるべき姿勢の例は、左手首がユーザの心臓よりも低い位置にある姿勢と、左手首が心臓よりも高い位置にある姿勢と、左手首が心臓と同じ高さにある姿勢と、を含む。左手首がユーザの心臓よりも低い位置にある姿勢は、例えば、図8に示されるような左腕を下げた姿勢である。左手首が心臓よりも高い位置にある姿勢は、例えば、図9に示されるような左腕を上げた姿勢である。左手首が心臓と同じ高さにある姿勢は、例えば、図10に示されるような左手を胸に当てる姿勢である。なお、ユーザが立った状態で各姿勢をとる例が図8から図10に示されるが、ユーザは座った状態で各姿勢をとってもよい。姿勢指示部704が立位又は座位のいずれかを指定するようにしてもよい。
姿勢検出部705は、血圧測定装置10内に設けられたセンサ(この例では加速度センサ508)の出力に基づいて、ユーザの姿勢を検出する。具体的には、姿勢検出部705は、ユーザが姿勢指示部704により指定された姿勢をとっているか否かを判定する。
較正部706は、図1に示した較正部60に相当するものである。較正部706は、脈波伝播時間情報記憶部711から複数の姿勢それぞれで取得された脈波伝播時間の測定結果を読み出し、第2の血圧値記憶部713から複数の姿勢それぞれで取得された血圧の測定結果を読み出し、複数の測定結果セットを生成する。各測定結果セットは、1つの対応する姿勢で取得された脈波伝播時間の測定結果及び血圧の測定結果を含む。較正部706は、生成した測定結果セットに基づいて、上記の関係式(1)の較正を行う。パラメータの数と同じ数の測定結果セットを取得する場合、関係式が測定結果セットを満たすようにパラメータが決定される。パラメータの数より多い数の測定結果セットを取得する場合、較正部706は、例えば最小二乗法を適用することで、パラメータA、Aを決定する。
なお、本実施形態では、血圧測定装置10の機能がいずれも汎用のプロセッサによって実現される例について説明している。しかしながら、機能の一部又は全部が1又は複数の専用のプロセッサにより実現されてもよい。
[動作例]
(オシロメトリック法による血圧測定)
図11は、血圧測定装置10がオシロメトリック法による血圧測定を行う際の動作フローを示している。図11に示される各処理では、制御部501は、血圧測定制御部703として動作する。
図11のステップS11では、制御部501は、オシロメトリック法による血圧測定を開始する。例えば、制御部501は、操作部507からユーザがオシロメトリック法による血圧測定の実行を指示したことを表す操作信号を受け取り、それに応答して血圧測定を開始する。
ステップS12では、制御部501は、血圧測定のための初期化を行う。例えば、制御部501は、処理用メモリ領域を初期化する。さらに、制御部501は、ポンプ駆動回路46を介してポンプ43を停止する。これに伴い弁44が開き、押圧カフ41内の空気が排気される。続いて、制御部501は、圧力センサ42の現時点の出力値をカフ圧に関する基準値として設定する。
ステップS13では、制御部501は、押圧カフ41に加圧する制御を行う。例えば、制御部501は、ポンプ駆動回路46を介してポンプ43を駆動する。これに伴い弁44が閉じ、空気が押圧カフ41に供給される。それにより、押圧カフ41が膨張するとともに、図12に示すようにカフ圧Pcが徐々に高まる。制御部501は、圧力センサ42によりカフ圧Pcをモニタし、動脈容積の変動成分を表す脈波信号Pmを取得する。
図11のステップS14では、制御部501は、この時点で取得されている脈波信号Pmに基づいて血圧値(収縮期血圧及び拡張期血圧)の算出を試みる。この時点でデータ不足のために未だ血圧値を算出できない場合は(ステップS15でNo)、カフ圧Pcが上限圧力に達していない限り、ステップS13〜S15の処理が繰り返される。上限圧力は、安全性の観点から予め定められる。上限圧力は例えば300mmHgと定められる。
血圧値の算出ができたら(ステップS15でYes)、ステップS16では、制御部501は、ポンプ駆動回路46を介してポンプ43を停止する。これに伴い弁44が開き、押圧カフ41内の空気が排気される。ステップS17では、制御部501は、血圧の測定結果を表示部506に表示するとともに、記憶部505に記録する。
なお、血圧値の算出は、加圧過程に限らず、押圧カフ41内の空気が排気される減圧過程において行われてもよい。
(脈波伝播時間に基づく血圧測定)
図13は、血圧測定装置10が脈波伝播時間に基づく血圧測定を行う際の動作フローを示している。
図13のステップS21では、制御部501は、脈波伝播時間に基づく血圧測定を開始する。例えば、制御部501は、操作部507からユーザが脈波伝播時間に基づく血圧測定の開始を指示したことを表す操作信号を受け取り、それに応答して血圧測定を開始する。
ステップS22では、制御部501は、脈波伝播時間測定制御部701として動作し、脈波伝播時間を測定する。具体的には、制御部501は、電極対311、316間に高周波定電流を流すために通電及び電圧検出回路318を制御し、第1の脈波センサ310−1を用いて取得された第1の脈波信号PS1と第2の脈波センサ310−2を用いて取得された第2の脈波信号PS2とに基づいて脈波伝播時間を算出する。例えば、制御部501は、第1の脈波信号PS1のピークA1と第2の脈波信号PS2のピークA2との間の時間差Δtを脈波伝播時間として得る(図6を参照)。
ステップS23では、制御部501は、血圧値算出部702として動作し、脈波伝播時間と血圧との間の相関関係を表す関係式を用いて、ステップS22で取得された脈波伝播時間に基づいて、血圧値を算出する。制御部501は、血圧値の測定結果を記憶部505に記録する。例えば、上述した関係式(1)が使用される。
ステップS24において、制御部501は、操作部507からユーザが脈波伝播時間に基づく血圧測定の終了を指示したことを表す操作信号を受け取ったか否かを判定する。制御部501が操作信号を受け取るまで、ステップS22、S23の処理が繰り返される。それにより、一心拍ごとの血圧値が記録される。制御部501が操作信号を受け取ると、制御部501は、脈波伝播時間に基づく血圧測定を終了する。
脈波伝播時間に基づく血圧測定は、オシロメトリック法による血圧測定と比べてユーザの身体的負担が軽く、さらに、血圧を長期間にわたって連続的に測定することができる。
また、この血圧測定装置10によれば、脈波伝播時間に基づく血圧測定(推定)と、オシロメトリック法による血圧測定とを一体の装置で行うことができる。したがって、ユーザの利便性を高めることができる。
(脈波伝播時間に基づく血圧測定において使用される関係式の較正)
図14は、血圧測定装置10が関係式の較正を行う際の動作フローを示している。ここでは、上記の関係式(1)のように2つのパラメータを有する関係式が脈波伝播時間に基づく血圧測定において使用されるものとする。
図14のステップS31では、制御部501は、関係式の較正を開始する。例えば、関係式の較正は、ユーザが血圧測定装置10を使い始めるときに行われる。また、関係式の較正は、ユーザが血圧測定装置10を装着するたびに行われてもよく、あるいは、定期的に行われてもよい。
ステップS32では、制御部501は、姿勢指示部704として動作し、第1の姿勢をとることをユーザに指示する。例えば、制御部501は、スピーカ509を介して「装置を装着した腕を下げた姿勢をとってください」という音声案内を出力する。
ステップS33では、制御部501は、姿勢検出部705として動作し、加速度センサ508の出力に基づいて、ユーザが第1の姿勢をとったか否かを判断する。制御部501は、ステップS32の指示を出力してから所定時間経過するまでにユーザが第1の姿勢をとったことを検出できなかった場合(ステップS33でNo)、ステップS34において姿勢指示部704として動作し、第1の姿勢をとることをユーザに促す。例えば、制御部501は、スピーカ509を介して「装置を装着した腕を下げた姿勢をとってください」という音声を再び出力する。また、制御部501は、スピーカ509を介して警告音を出力してもよい。
制御部501は、ユーザが第1の姿勢をとったことを検出した場合(ステップS33でYes)、ステップS35において血圧測定制御部703として動作し、オシロメトリック法による血圧測定を実行する。オシロメトリック法による血圧測定については図11に関連して説明したので、具体的な説明は省略する。
ステップS36では、制御部501は、脈波伝播時間測定制御部701として動作し、脈波伝播時間を測定する。脈波伝播時間の測定については、図13のステップS22に関連して説明したものと同様であるので、具体的な説明は省略する。制御部501は一心拍分の脈波伝播時間を測定し、それを、較正に用いる脈波伝播時間として取得してもよい。また、制御部501は、複数心拍分の脈波伝播時間を測定し、それらの平均値を、較正に用いる脈波伝播時間として取得してもよい。
ステップS37では、制御部501は、姿勢指示部704として動作し、第2の姿勢をとることをユーザに指示する。例えば、制御部501は、スピーカ509を介して「装置を装着した腕を上げた姿勢をとってください」という音声案内を出力する。
ステップS38では、制御部501は、姿勢検出部705として動作し、ユーザが第2の姿勢をとったか否かを判断する。制御部501は、ステップS37の指示を出力してから所定時間経過するまでにユーザが第2の姿勢をとったことを検出できなかった場合(ステップS38でNo)、ステップS39において姿勢指示部704として動作し、第2の姿勢をとることをユーザに促す。制御部501は、ユーザが第1の姿勢をとったことを検出した場合(ステップS38でYes)、ステップS40において血圧測定制御部703として動作し、オシロメトリック法による血圧測定を実行し、ステップS41において脈波伝播時間測定制御部701として動作し、脈波伝播時間を測定する。ステップS38〜41の処理はそれぞれ、ステップS33〜36の処理と同様のものであるので、具体的な説明は省略する。
ステップS42では、制御部501は、較正部706として動作し、ステップS35で取得された血圧の測定結果とステップS36で取得された脈波伝播時間の測定結果との組と、ステップS40で取得された血圧の測定結果とステップS41で取得された脈波伝播時間の測定結果との組と、に基づいて、関係式の較正を行う。この例では、2つのパラメータに対して2組の測定結果が得られているので、関係式が2組の測定結果を満たすようにパラメータが決定される。
なお、図11、図13、又は図14に示した処理手順は一例に過ぎず、処理手順又は各処理の内容を適宜変更することが可能である。例えば、図14において、オシロメトリック法による血圧測定の前に脈波伝播時間の測定を行うようにしてもよい。ステップS33とステップS35との間に「その姿勢を維持してください」という音声案内を出力する処理を追加してもよい。3つ又はそれ以上の姿勢で測定を行うようにしてもよい。
[効果]
以上のように、本実施形態に係る血圧測定装置10は、心臓に対する左手首の高さ位置が異なる複数の姿勢を順次にとるようユーザに指示し、複数の姿勢それぞれで脈波伝播時間及び血圧を測定し、脈波伝播時間及び血圧の測定結果に基づいて、脈波伝播時間に基づいて血圧値を算出するために使用する関係式の較正を行う。これにより、関係式の較正を行う際には、ユーザはその場で姿勢を変更しさえすればよい。このように、関係式の較正を行うために、ユーザに運動負荷又はメンタル負荷を適用する必要がない。したがって、関係式の較正に関するユーザの負担が低く、さらに、短い時間で関係式の較正を行うことができる。
血圧測定装置10は、左手首がユーザの心臓よりも低い位置にある姿勢と、左手首がユーザの心臓よりも高い位置にある姿勢と、を指定してもよい。これにより、2つの異なる測定結果セットを確実に取得することができる。その結果、関係式の較正を確実に行うことができるようになる。
血圧測定装置10は、左手首が心臓と同じ高さにある姿勢を指定してもよい。左手首が心臓と同じ高さにある姿勢は、血圧測定に適した姿勢である。左手首が心臓と同じ高さにある姿勢で測定を行うことで得られた測定結果は信頼性が高い。信頼性の高い測定結果に基づいて関係式の較正を行うことにより、脈波伝播時間に基づく血圧測定により得られる血圧測定結果の信頼性が向上する。
血圧測定装置10は、ユーザが指定の姿勢をとっているか否かを検出する。これにより、同じ姿勢で脈波伝播時間及び血圧の測定を行うことで取得された測定結果セットを生成できるようになる。
血圧測定装置10が手首に装着される。それにより、ユーザは心臓に対する被測定部位の高さ位置が異なる複数の姿勢を容易にとることができる。
[変形例]
本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。
例えば、姿勢検出部705は必ずしも必要というわけではない。この場合、特定の姿勢をとることを指示してから所定時間(例えば3秒)経過した後にはユーザが特定の姿勢をとっているものとみなし、制御部501は、指示から所定時間経過したことに応答して、脈波伝播時間の測定と血圧の測定とを実行するようにしてもよい。
姿勢指示部704は、とるべき姿勢を指定しなくてもよい。例えば、姿勢指示部704は、通知音が鳴るごとに心臓に対する被測定部位の高さ位置が異なる姿勢をとるようにユーザに最初に通知しておき、スピーカ509を介して通知音を適切なタイミングで出力するようにしてもよい。とるべき姿勢の例が取扱説明書に記載されてもよい。
脈波伝播時間から血圧値を算出するための血圧算出式は上記の式(1)に限らない。血圧算出式は、例えば、下記の式であってもよい。
SBP=B/PTT+B/PTT+B×PTT+B
ここで、B、B、B、Bはパラメータである。
上述した実施形態では、脈波センサは、動脈の容積変化に伴うインピーダンスの変化を検出するインピーダンス法を採用している。なお、脈波センサは、光電法、圧電法又は電波法などの他の測定法を採用してもよい。光電法を採用する実施形態では、脈波センサは、被測定部位を通る動脈に向けて光を照射する発光素子と、その光の反射光又は透過光を検出する光検出器と、を備え、動脈の容積変化に伴う光強度の変化を検出する。圧電法を採用する実施形態では、脈波センサは、被測定部位に接するようにベルトに設けられた圧電素子を備え、動脈の容積変化に伴う圧力の変化を検出する。電波法を採用する実施形態では、被測定部位を通る動脈に向けて電波を送信する送信素子と、その電波の反射波を受信する受信素子と、を備え、動脈の容積変化に伴う送信波と反射波との間の位相ずれを検出する。
上述した実施形態では、2つの脈波センサを用いて脈波伝播時間を取得している。他の実施形態では、血圧測定装置は、1つの脈波センサと1つの心電図センサとを備えてもよく、脈波センサにより取得された脈波信号と、心電図センサにより取得された、ユーザの心臓の電気的活動を表す心電図と、に基づいて脈波伝播時間を取得してもよい。
被測定部位は、上腕に限らず、手首、大腿、足首などの他の部位であってもよい。
本発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。
10…血圧測定装置、
20…ベルト部、21…ベルト、22…本体、23…帯状体、
24…三つ折れバックル、25,26…板状部材、
27,28…連結棒、29…固定部、
30…第1の血圧測定部、31…脈波伝播時間測定部、32…血圧値算出部、
310…インピーダンス測定部、310−1,310−2…脈波センサ、
311〜316…電極、317…電極群、318…通電及び電圧検出回路、
40…第2の血圧測定部、41…押圧カフ、42…圧力センサ、43…ポンプ、
44…弁、45…発振回路、46…ポンプ駆動回路、
50…姿勢指示部、60…較正部、
501…制御部、502…CPU、503…RAM、504…ROM、
505…記憶部、506…表示部、507…操作部、508…加速度センサ、
509…スピーカ、510…通信部、511…電池、
701…脈波伝播時間測定制御部、702…血圧値算出部、703…血圧測定制御部、
704…姿勢指示部、705…姿勢検出部、706…較正部、
711…脈波伝播時間情報記憶部、712…第1の血圧値記憶部、
713…第2の血圧値記憶部。

Claims (5)

  1. 被測定者の被測定部位において血圧を測定する血圧測定部と、
    前記被測定者の前記被測定部位において脈波伝播時間を測定する脈波伝播時間測定部と、
    前記脈波伝播時間の測定結果と、前記脈波伝播時間と前記血圧との間の相関関係を表す関係式と、に基づいて、血圧値を算出する血圧値算出部と、
    前記被測定者の心臓に対する前記被測定部位の高さ位置が異なる複数の姿勢をとるように前記被測定者に指示する姿勢指示部と、
    前記複数の姿勢のそれぞれにおいて、前記血圧測定部により測定された血圧と、前記脈波伝播時間測定部により測定された脈波伝播時間と、に基づいて、前記関係式の較正を行う較正部と、
    備える血圧測定装置。
  2. 前記姿勢指示部は、前記複数の姿勢として、前記被測定部位が前記被測定者の心臓よりも低い位置にある姿勢と前記被測定部位が前記心臓よりも高い位置にある姿勢とを指定する、請求項1に記載の血圧測定装置。
  3. 前記姿勢指示部は、前記複数の姿勢として、前記被測定部位が前記被測定者の心臓と同じ高さにある姿勢を指定する、請求項1又は2に記載の血圧測定装置。
  4. 前記被測定者が前記姿勢指示部により指定された姿勢をとっているか否かを検出する姿勢検出部をさらに備え、
    前記脈波伝播時間測定部及び前記血圧測定部は、前記被測定者が前記姿勢指示部により指定された姿勢をとっていることを前記姿勢検出部が検出している状態で、前記脈波伝播時間および前記血圧の測定をそれぞれ行う、請求項1乃至3のいずれか1項に記載の血圧測定装置。
  5. 前記被測定部位は手首である、請求項1乃至4のいずれか1項に記載の血圧測定装置。
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