JP2020189077A - Blood pressure measuring device and blood pressure measuring method - Google Patents
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- Measuring Pulse, Heart Rate, Blood Pressure Or Blood Flow (AREA)
Abstract
Description
本発明の実施形態は、血圧測定装置、及び血圧測定方法に関する。 Embodiments of the present invention relate to a blood pressure measuring device and a blood pressure measuring method.
心拍数の変化に対応する動脈及び毛細血管の血液量の変化を測定することにより、心拍に伴う脈波を検出する光電式容積脈波計(PPG:Photoplethysmogram)センサが知られている。PPGセンサを用いて脈拍ごとに組織を通過する血液量に基づいて心拍数を検出する手法は、容積脈波(BVP:Blood Volume Pulse)測定と呼ばれている。 A photoelectric volume plethysmogram (PPG) sensor that detects a pulse wave accompanying a heartbeat by measuring a change in blood volume of an artery and a capillary vessel corresponding to a change in heart rate is known. A method of detecting a heart rate based on the amount of blood passing through a tissue for each pulse using a PPG sensor is called a volume pulse wave (BVP: Volume Volume) measurement.
容積脈波形状の特徴点に基づき血圧の推定を行う方法が一般に知られている。ところが、容積脈波の波形は、被検者の活動状態や精神状態によって変動し、容積脈波に乱れが生じる。容積脈波が乱れていると、特徴点等を正確に計測できなくなり、血圧の測定精度が悪くなる。 A method of estimating blood pressure based on the characteristic points of the volume pulse wave shape is generally known. However, the waveform of the volume pulse wave fluctuates depending on the active state and the mental state of the subject, and the volume pulse wave is disturbed. If the volume pulse wave is disturbed, the feature points and the like cannot be measured accurately, and the blood pressure measurement accuracy deteriorates.
本発明が解決しようとする課題は、被検者の血圧を簡易かつ精度よく取得可能な血圧測定装置及び血圧測定方法を提供することである。 An object to be solved by the present invention is to provide a blood pressure measuring device and a blood pressure measuring method capable of easily and accurately obtaining the blood pressure of a subject.
本実施形態によれば、血圧測定装置は、測定部と、血圧取得部とを備える。測定部は、所定の周波数帯域の光信号を照射したときに被検者の体内で散乱された受光信号に基づいて、被検者の脈波を測定する。血圧取得部は、脈波を時間で1階微分した値が最大になる第1基準時から次の脈波の立ち上がる第2基準時までの期間内における第1期間の前記被検者の血液流量に対応する第1値と、被検者の血流抵抗に対応する第2値とに基づき、拡張期血圧を取得する。 According to the present embodiment, the blood pressure measuring device includes a measuring unit and a blood pressure acquiring unit. The measuring unit measures the pulse wave of the subject based on the received light signal scattered in the body of the subject when the optical signal of a predetermined frequency band is irradiated. The blood pressure acquisition unit is the blood flow rate of the subject in the first period within the period from the first reference time when the first-order differential value of the pulse wave is maximized to the second reference time when the next pulse wave rises. The diastolic blood pressure is obtained based on the first value corresponding to and the second value corresponding to the blood flow resistance of the subject.
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下の実施形態では、血圧測定装置内の特徴的な構成および動作を中心に説明するが、血圧測定装置には以下の説明で省略した構成および動作が存在しうる。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following embodiments, the characteristic configurations and operations in the blood pressure measuring device will be mainly described, but the blood pressure measuring device may have configurations and operations omitted in the following description.
(第1実施形態)
図1は第1実施形態による血圧測定装置1の概略構成を示すブロック図である。血圧測定装置1は、測定部2と、血圧取得部4とを備えている。血圧測定装置1は、例えば図2に示すような腕時計型の生体測定装置6に組み込むことができる。なお、生体測定装置6は、上腕部、胸部などに配置しても良い。
(First Embodiment)
FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of the blood pressure measuring device 1 according to the first embodiment. The blood pressure measuring device 1 includes a measuring unit 2 and a blood pressure acquiring unit 4. The blood pressure measuring device 1 can be incorporated into, for example, a wristwatch-type biometric measuring device 6 as shown in FIG. The biometric device 6 may be arranged on the upper arm, chest, or the like.
測定部2は、被検者の心拍数の変化に伴う動脈及び毛細血管の血液量の変化を測定することにより、心拍に伴う容積脈波の情報を取得する。以下では、容積脈波を単に脈波と呼ぶこともある。 The measuring unit 2 acquires information on the volume pulse wave associated with the heartbeat by measuring the change in the blood volume of the arteries and capillaries accompanying the change in the heart rate of the subject. In the following, the volume pulse wave may be simply referred to as a pulse wave.
測定部2は、発光部22と、受光部24と、脈波生成部26とを有する。発光部22は、例えば、特定の波長帯域(緑色や近赤外帯域など)の光信号を発光するLED(Light Emitting Device)を有する。受光部24は、発光部22からの光信号が被検者の体内で吸収又は反射・散乱された後の信号を受光する。脈波生成部26は、受光信号に基づいて、心拍の1拍ごとに脈波を生成する。 The measuring unit 2 includes a light emitting unit 22, a light receiving unit 24, and a pulse wave generating unit 26. The light emitting unit 22 has, for example, an LED (Light Emitting Device) that emits an optical signal in a specific wavelength band (green, near infrared band, etc.). The light receiving unit 24 receives the signal after the light signal from the light emitting unit 22 is absorbed, reflected, and scattered in the body of the subject. The pulse wave generation unit 26 generates a pulse wave for each beat of the heartbeat based on the received signal.
光信号の発光量が変動すると、受光信号の受光量も変動する。このため、脈波生成部26は、受光信号のDC成分とAC成分とに分離し、AC/DC比に基づいて脈波を生成する。このため、生成される脈波は、無次元のデータである。 When the light emission amount of the optical signal fluctuates, the light reception amount of the light reception signal also fluctuates. Therefore, the pulse wave generation unit 26 separates the DC component and the AC component of the received signal and generates a pulse wave based on the AC / DC ratio. Therefore, the generated pulse wave is dimensionless data.
図3は、測定部2により測定された容積脈波の一例を示す図である。縦軸は脈波の値を示し、横軸は時間を示している。図3に示すように、脈波は一心拍毎に変動を繰り返す。i拍目の脈波yiは周期的に変動するAC成分とDC成分である
により構成される。
FIG. 3 is a diagram showing an example of a volumetric pulse wave measured by the measuring unit 2. The vertical axis shows the value of the pulse wave, and the horizontal axis shows the time. As shown in FIG. 3, the pulse wave repeats fluctuation with each heartbeat. The pulse wave y i of the i-beat is an AC component and a DC component that fluctuate periodically.
Consists of.
血圧取得部4は、脈波に基づき、被検者の血圧を取得する。この血圧取得部4は、特徴点処理部42と、血圧演算部44とを有する。 The blood pressure acquisition unit 4 acquires the blood pressure of the subject based on the pulse wave. The blood pressure acquisition unit 4 has a feature point processing unit 42 and a blood pressure calculation unit 44.
まず、図4乃至7Bに基づき、血圧取得部4で用いるモデルに関して説明する。図4は、モデル化された血管を示す図である。図4に示す血管のモデルは、半径ris、長さLの円筒管で近似したものである。血圧変動は、心臓から拍出された血液により血管壁にかかる圧力の変動である。この血圧変動は、脈波yiと連動する。 First, the model used in the blood pressure acquisition unit 4 will be described with reference to FIGS. 4 to 7B. FIG. 4 is a diagram showing a modeled blood vessel. The blood vessel model shown in FIG. 4 is approximated by a cylindrical tube having a radius of ris and a length of L. Blood pressure fluctuations are fluctuations in the pressure exerted on the walls of blood vessels by the blood pumped from the heart. This blood pressure fluctuation is linked to the pulse wave yi .
円筒管の圧力差ΔP、流量Q、および抵抗Rの関係は、ナビエ・ストークスの式から導かれ、(1)式で示される。
図5は、第1実施形態に係る脈波の波形の一例とモデル化した円筒管の半径との関係を示す図である。左図は、1拍分の正常な脈波の波形の一例を示す図である。縦軸は脈波の値を示し、横軸は時間を示している。右図は、モデル化した円筒管の半径を示す図である。血管の容積変化を、半径risと変化分であるΔridで示している。すなわち、半径risは、点PEにおける血管の半径であり、Δridは、点PEから点PHへの容積の増加に係る半径の増分である。 FIG. 5 is a diagram showing the relationship between an example of the pulse wave waveform according to the first embodiment and the radius of the modeled cylindrical tube. The figure on the left shows an example of a waveform of a normal pulse wave for one beat. The vertical axis shows the value of the pulse wave, and the horizontal axis shows the time. The figure on the right shows the radius of the modeled cylindrical tube. The volume change of the blood vessel, is shown by Δr id is a change in the radius r is. That is, the radius r IS is the radius of the vessel at the point P E, [Delta] r id is the radius of the increment of the increase in volume from the point P E to the point P H.
正常な脈波yiは、振幅がボトムの位置(t0)で開始し、振幅がほぼ単調に増加して最大ピーク(t2)に達し、その後、振幅が単調に減少してボトムの位値(t3)に達して終了する。ここで、添え字iは、容積脈波データにおいて、各一つのパルスを識別する番号である。すなわち、i拍目の脈波に対応するデータを意味する。なお、本実施形態に係る演算では、一拍毎の演算を行っているが、これに限定されず、数拍分のデータを例えば平均化して演算してもよい。 A normal pulse wave y i starts at the bottom position (t 0 ) in amplitude, increases almost monotonously to reach the maximum peak (t 2 ), and then monotonically decreases in amplitude to the bottom position. The value (t 3 ) is reached and the process ends. Here, the subscript i is a number that identifies each one pulse in the volume pulse wave data. That is, it means the data corresponding to the pulse wave of the i-beat. In the calculation according to the present embodiment, the calculation is performed for each beat, but the calculation is not limited to this, and the data for several beats may be averaged and calculated.
t1は、t0からt2までの間で、脈波yiを時間で1階微分した値が最大になる時刻である。このt1は、後述する(4)式で示す粘弾性運動方程式の変位r(t)の平衡点に対応する。 t 1 is the time between t 0 and t 2 at which the value obtained by first-derivating the pulse wave y i with respect to time becomes maximum. This t 1 corresponds to the equilibrium point of the displacement r (t) of the viscoelastic equation of motion shown by the equation (4) described later.
tsは、(2)式で示すように、時刻t1の脈波yiの値yisから直流成分
を減じた第1差分値を、最大になる1階微分値
で除算した値に基づく時刻である。ここで、1階微分値
は、例えば後述する(15)式で演算される。
に対応する。PS、PE、PH、PLは、それぞれ時刻ts、t1、t2、t3に対応する点である。なお、本実施形態に係る時刻t1が第1時刻に対応し、時刻t2が第2時刻に対応し、時刻t0又はtsが第3時刻に対応する。
As shown by Eq. (2), t s is a DC component from the value y is of the pulse wave y i at time t 1.
The first difference value obtained by subtracting is the first derivative value that maximizes
It is the time based on the value divided by. Here, the first derivative value
Is calculated by, for example, equation (15) described later.
Corresponds to. P S , P E , P H , and P L correspond to the times t s , t 1 , t 2 , and t 3 , respectively. The time t 1 according to the present embodiment corresponds to the first time, the time t 2 corresponds to the second time, and the time t 0 or t s corresponds to the third time.
図6は、点PSから点PLへの血管の容積変化に伴う円筒管の半径の変化を模式的に示す図である。縦軸は時間を示し、横軸は点PSからの半径の変動分を示している。半径は時間の経過にしたがい、点PSから点PHまでは増加し、その後は減少する。 Figure 6 is a diagram schematically showing the change in radius of the cylindrical tube with the point P S to the volume change of the blood vessels into the point P L. The vertical axis represents time and the horizontal axis represents the radius variation of the point P S. According lapse of radius time, from the point P S to the point P H increases and then decreases.
血液流量を、モデル化された血管の容積変化に応じた半径rに基づく体積流量Qとして計量する。このため、単位時間あたりの半径の平均変化率(Δr/Δt)を用いて流量Qを定義できる。Δtは、tの時間変化量を示し、Δrは、Δtにおける半径rの変化量を示す。 The blood flow rate is measured as the volumetric flow rate Q based on the radius r according to the volume change of the modeled blood vessel. Therefore, the flow rate Q can be defined by using the average rate of change (Δr / Δt) of the radius per unit time. Δt indicates the amount of change in t with time, and Δr indicates the amount of change in radius r at Δt.
図7Aは、点PSから点PEへ至る際の流量QSEを模式的に示す図である。図7Bは、点PEから点PHへ至る際の流量QEHを模式的に示す図である。横軸は平均変化率(Δr/Δt)の二乗を示し、縦軸は長さLとπの乗算値である。平均変化率misは、後述する(8)式で示される。図7Aの平均変化率misは、点PSから点PEへ至る際の半径risを時刻t1から時刻tsを減算した値で除算した値である。図7Bの平均変化率midは、Δridを時刻t2から時刻t1を減算した値で除算した値である。また、点PHから点PLへ至る際流量QEL(図示せず)、は、点PHから点PLに至る時間Tid2と抵抗Rと血管のコンプライアンスCと流量QEHを用いて、(3)式で得ることが可能である。(3)式において、ネイピア数の項は、2要素のウィンドケッセルモデルにおいて、収縮期後の圧力低下を表す方法として知られている。
血管壁の変位r(t)、すなわち半径r(t)の変位は脈波yiの値に連動する。また、圧力を血管壁の変位r(t)で近似する事が可能であり、半径r(t)の変位は(4)式で示す粘弾性運動方程式と同等となる。すなわち、血管を円筒管で近似する場合、血圧を脈波yiの情報に基づき演算可能となる。
ここで、bは粘性定数であり、kは弾性定数であり、血管の弾性を反映する。(4)式において左辺は、ニュートンの運動の第2法則における全体の力を示す。また、右辺の第1項は、減衰力を示し、第2項は、復元力を示し、第3項は、ウィンドケッセル効果による力を示している。変位r(t)の平衡位置は点PEに対応する。 Here, b is a viscosity constant and k is an elastic constant, which reflects the elasticity of the blood vessel. In equation (4), the left side shows the total force in Newton's second law of motion. The first term on the right side shows the damping force, the second term shows the restoring force, and the third term shows the force due to the Windkessel effect. Equilibrium position of the displacement r (t) is corresponding to the point P E.
心臓の収縮期間中、脈波yiの立ち上がりから点PEまでは、主に、ウィンドケッセル効果によって血管壁が変位する。一方で、点PEから点PHまでは、減衰力および復元力によって変位する。なお、点PHでは、ウィンドケッセル効果および減衰力は無視できる。 During contraction period of the heart, to the point P E from the rising of the pulse wave yi is mainly vascular wall is displaced by Windkessel effect. On the other hand, from the point P E to the point P H, it is displaced by the damping force and restoring force. In the point P H, Windkessel effects and damping force can be ignored.
このため、心臓の収縮期間中、点PEまでの半径risの拡張は、主にウィンドケッセル効果で生じる。従って、心臓の収縮期に生じる力、すなわち、収縮期血圧SBPは、流量QSEに反映されている。一方で、拡張期血圧DBPは、流量QELに反映されている。流量QELは、ウィンドケッセル効果による力の下限であるから、点PEから点PHへ至る際の流量QEHから得られる。なお、本実施形態に係る流量QEHが第1値に対応し、抵抗Rが第2値に対応し、流量QSEが第3値に対応する。 For this reason, during the contraction period of the heart, expansion of radius r is to the point P E occurs primarily in the window Kessel effect. Therefore, the force generated during systole of the heart, namely, systolic blood pressure SBP is reflected in the flow rate Q SE. On the other hand, the diastolic blood pressure DBP is reflected in the flow rate Q EL. Flow rate Q EL, since the lower limit of force by Windkessel effect, resulting from the flow Q EH when, from the point P E to the point P H. The flow rate Q EH according to the present embodiment corresponds to the first value, the resistor R corresponds to the second value, and the flow rate Q SE corresponds to the third value.
そこで、本実施形態では、心拍iにおける収縮期血圧SBPiを(5)式でモデル化する。Riは、流量QSEiおよびQELiの観測の際における末梢の循環抵抗を反映する値である。ここでa、αは定数である。
また、拡張期血圧DBPiを(6)式でモデル化する。
以上が本実施形態に係る血圧取得部4が用いるモデルの説明であるが、以下に血圧取得部4の詳細な構成を説明する。図8は、脈波yiから特徴点処理部42が取得する情報例を示す図である。縦軸は脈波の値を示し、横軸は時間を示している。 The above is the description of the model used by the blood pressure acquisition unit 4 according to the present embodiment, but the detailed configuration of the blood pressure acquisition unit 4 will be described below. FIG. 8 is a diagram showing an example of information acquired by the feature point processing unit 42 from the pulse wave yi . The vertical axis shows the value of the pulse wave, and the horizontal axis shows the time.
特徴点処理部42は、t0を立ち上がり時刻として検出し、t2を最大ピークになる時刻として検出する。また、特徴点処理部42は、t0からt2までの間で、脈波を時間で1階微分した値が最大になるt1を算出する。 The feature point processing unit 42 detects t 0 as the rise time and t 2 as the time when the maximum peak occurs. Further, the feature point processing unit 42 calculates t 1 in which the value obtained by first-derivating the pulse wave with respect to time becomes the maximum between t 0 and t 2 .
また、特徴点処理部42は、時刻t1の脈波yiの値から直流成分
を減じた第1差分値Δyisと、時刻t2の脈波yiの値から直流成分
を減じた第2差分値Δyihを演算する。
Further, the feature point processing unit 42, the DC component from the value of the pulse wave y i at time t 1
A first difference value [Delta] y IS obtained by subtracting the DC component from the value of the pulse wave y i at time t 2
The second difference value Δy ih obtained by subtracting is calculated.
特徴点処理部42は、(7)式を用いて時間Tisを演算する。Tisは、時刻t1の微分値に対応するtanθで第1差分値Δyisを除算した時間である。そして、t1からTisを減じた第2立ち上がり時刻tsを演算する。Tid1は、時刻t2からt1を減じた時間であり、Tid2は、時刻t3からt4を減じた時間である。
血圧演算部44は、(3)、(6)式で示したように、脈波yiを時間で1階微分した値が最大になる第1時刻t1から脈波の最大ピークの第2時刻t2までの被検者の血液流量に対応する流量QEH(第1値)と、被検者の血流抵抗に対応する抵抗R(第2値)とに基づき、拡張期血圧DBPを取得する。すなわち、血圧演算部44は、拡張期血圧DBPとして、流量QEHに基づく流量QELと抵抗Rの乗算に所定係数bを乗算し、所定の定数βを更に加算した値を演算する。なお、抵抗Rは、後述する(14)、(15)式に基づき演算される。また、この血圧演算部44は、(5)式を用いて脈波の立ち上がり第3時刻ts又はt0から時刻t1までの血液流量に対応する流量QSE(第3値)に更に基づき、収縮期血圧SBPを取得する。なお、本実施形態に係る第1時刻が第1基準時に対応し、第2時刻が第4基準時に対応し、第3時刻が第3基準時に対応する。 Blood pressure calculation section 44, (3), (6) as shown in the equation, the second largest peak of the pulse wave from the first time t 1 to 1 derivative value of the pulse wave y i at time is maximum flow rate corresponding to the blood flow of a subject until time t 2 Q EH (first value), based on a resistance R corresponding to the blood flow resistance of the subject (second value), the diastolic blood pressure DBP get. That is, the blood pressure calculation unit 44 calculates a value obtained by multiplying the multiplication of the flow rate Q EL based on the flow rate Q EH and the resistance R by a predetermined coefficient b and further adding a predetermined constant β as the diastolic blood pressure DBP. The resistance R is calculated based on the equations (14) and (15) described later. Further, the blood pressure calculation unit 44 further uses the equation (5) based on the flow rate Q SE (third value) corresponding to the blood flow rate from the third time t s or t 0 to the time t 1 of the rise of the pulse wave. , Obtain systolic blood pressure SBP. The first time according to the present embodiment corresponds to the first reference time, the second time corresponds to the fourth reference time, and the third time corresponds to the third reference time.
より詳細には、血圧演算部44は、risを(8)式に基づき演算し、平均変化率misを(9)式に基づき演算する。流量QSEを(10)式に基づき演算する。ここで、
は、点PEの血管容積に比例する。このように、血圧演算部44は、(5)式及び(10)式に基づき、収縮期血圧SBPiを取得する。この際に演算する脈波yiの第1差分値Δyis、直流成分
、時間Tisは、脈波yiの変動に対しても安定的に且つ簡易に演算可能である。このため、収縮期血圧SBPiを簡易かつ精度よく取得できる。Gは定数である。
It is proportional to the blood vessel volume of point P E. In this way, the blood pressure calculation unit 44 acquires the systolic blood pressure SBP i based on the equations (5) and (10). The first difference value Δy is of the pulse wave y i calculated at this time, the DC component
, Time T IS is stably and possible operations easily even to variations of the pulse wave y i. Therefore, the systolic blood pressure SBP i can be obtained easily and accurately. G is a constant.
血圧演算部44は、Δridを(11)式に基づき演算し、平均変化率midを(12)式に基づき演算する。そして、血圧演算部44は、更に、点PHから点PLへ至る際の流量QELを(2)式に基づき演算する。このように、血圧演算部44は、(6)式及び(13)式に基づき、拡張期血圧DBPiを取得する。この際に演算する第1差分値Δyis、第2差分値Δyih、直流成分
、時間Tis、Tidは、脈波yiの変動に対しても安定的に且つ簡易に演算可能である。このため、収縮期血圧SBPiを簡易かつ精度よく取得できる。
, Time T is , T id can be calculated stably and easily with respect to the fluctuation of the pulse wave y i . Therefore, the systolic blood pressure SBP i can be obtained easily and accurately.
このように、第1値QEL及び第3値QSEは、時刻tsにおける被検者の血管容積に対応する
に基づく値である。また、血管容積は、第1差分値Δyisを直流成分
で除算した値に基づく値である。すなわち、第1値QELは、第2差分値Δyihから第1差分値Δyisを減じて第1差分値Δyisで除算した値と、血管容積に対応する
の平方根と、の乗算に基づく値である。
Thus, the first value Q EL and the third value Q SE corresponds to the vascular volume of the subject at a time t s
It is a value based on. In addition, the blood vessel volume has the first difference value Δy is as a DC component.
It is a value based on the value divided by. That is, the first value Q EL corresponds to the value obtained by subtracting the first difference value Δy is from the second difference value Δy ih and dividing by the first difference value Δy is , and the blood vessel volume.
It is a value based on the square root of and the multiplication of.
血圧演算部44は、(14)、(15)式に基づき、被検者の血流抵抗に対応するRiを演算する。
図9Aは、血圧が高めの被検者の測定データを示す図である。図9Bは、血圧が低めの被検者の測定データを示す図である。縦軸は血圧を示し、横軸は時間を示す。また、菱形のマークが血圧測定装置1での測定値を示し、実線は比較対象用に測定した医療機器(手首カフ式)のデータを示す。本実施形態の血圧測定装置1で測定した値は、どちらの場合にも、比較対象用に測定したデータとよく一致する。 FIG. 9A is a diagram showing measurement data of a subject with high blood pressure. FIG. 9B is a diagram showing measurement data of a subject having a low blood pressure. The vertical axis shows blood pressure and the horizontal axis shows time. The diamond-shaped mark indicates the value measured by the blood pressure measuring device 1, and the solid line indicates the data of the medical device (wrist cuff type) measured for comparison. In both cases, the values measured by the blood pressure measuring device 1 of the present embodiment are in good agreement with the data measured for comparison.
図10は血圧測定装置1の処理を示すフローチャートである。まず、測定部2は、被検者の脈波を取得する(ステップS100)。続けて、特徴点処理部42は、脈波yiに基づき処理を行う。 FIG. 10 is a flowchart showing the processing of the blood pressure measuring device 1. First, the measuring unit 2 acquires the pulse wave of the subject (step S100). Subsequently, the feature point processing unit 42 performs processing based on the pulse wave yi .
次に血圧演算部44は、脈波yiを時間で1階微分した値が最大になる時刻から脈波yiの最大ピークの時刻までの脈波yi被検者の血液流量に対応する流量QEL、被検者の血流抵抗に対応する抵抗R、および脈波の立ち上がり時刻から脈波を時間で1階微分した値が最大になる時刻までの血液流量に対応する流量QSEを演算する(ステップS102)。 Then the blood pressure calculation section 44, first derivative value of the pulse wave y i at time corresponds to the blood flow rate of the pulse wave y i subject from the time of maximum until the time of the maximum peak of the pulse wave y i The flow rate Q EL , the resistance R corresponding to the blood pressure resistance of the subject, and the flow rate Q SE corresponding to the blood flow rate from the rise time of the pulse wave to the time when the value obtained by first-order differentiation of the pulse wave with time becomes maximum. Calculate (step S102).
次に血圧演算部44は、流量QEL、抵抗R、流量QSEに基づき、拡張期血圧DBP、収縮期血圧SBP、脈圧PPを算出する。(ステップS104)。血圧演算部44は、全体処理を終了するか否かを判定し(ステップS106)、全体処理を終了する場合(ステップS106:YES)、全体処理を終了し、全体処理を終了しない場合(ステップS106:NO)、ステップS100からの処理を繰り返す。 Next, the blood pressure calculation unit 44 calculates the diastolic blood pressure DBP, the systolic blood pressure SBP, and the pulse pressure PP based on the flow rate Q EL , the resistance R, and the flow rate Q SE . (Step S104). The blood pressure calculation unit 44 determines whether or not to end the overall processing (step S106), ends the overall processing (step S106: YES), ends the overall processing, and does not end the overall processing (step S106). : NO), the process from step S100 is repeated.
このように、本実施形態では、(5)式及び(10)式に基づき、収縮期血圧SBPiを取得し、(6)式及び(13)式に基づき、拡張期血圧DBPiを取得するため、血圧を簡易かつ精度よく検出できる。 As described above, in the present embodiment, the systolic blood pressure SBP i is acquired based on the equations (5) and (10), and the diastolic blood pressure DBP i is acquired based on the equations (6) and (13). Therefore, blood pressure can be detected easily and accurately.
(第2実施形態)
血圧測定装置1は、第1実施形態では収縮期血圧SBPを流量QSE(図6)に基づき、演算していたのに対し、第2実施形態では収縮期血圧SBPを流量QEHにも基づき、演算する点で相違する。また、血圧測定装置1は、第1実施形態では拡張期血圧DBPを流量QEH(図6)に基づき、演算していたいのに対し、第2実施形態では、拡張期血圧DBPを流量QHDに基づき、演算する点で相違する。以下では第1実施形態と異なる点に関して説明する。
(Second Embodiment)
In the first embodiment, the blood pressure measuring device 1 calculates the systolic blood pressure SBP based on the flow rate Q SE (FIG. 6), whereas in the second embodiment, the systolic blood pressure SBP is calculated based on the flow rate Q EH. , The difference is in the calculation. Further, the blood pressure measuring apparatus 1 in the first embodiment based on the diastolic blood pressure DBP flow rate Q EH (Fig. 6), whereas I want to calculate, in the second embodiment, the diastolic blood pressure DBP flow rate Q HD Based on this, it differs in that it is calculated. Hereinafter, the points different from the first embodiment will be described.
第1実施形態に係る血圧測定装置1で測定した血圧は、一般的な人の収縮期血圧SBP、及び拡張期血圧DBPと良く一致する。しかし、被検者の中には、脈波の特性が一般の人と異なる特性を有する人が存在することが分かってきた。第2実施形態に係る血圧測定装置1では、このような人にも対応可能とする。 The blood pressure measured by the blood pressure measuring device 1 according to the first embodiment is in good agreement with the systolic blood pressure SBP and the diastolic blood pressure DBP of a general person. However, it has become clear that some subjects have different pulse wave characteristics from those of ordinary people. The blood pressure measuring device 1 according to the second embodiment can handle such a person.
図11は、第2実施形態に係る脈波の波形の一例とモデル化した円筒管の半径との関係を示す図である。図5と同様に、左図は、1拍分の正常な脈波の波形の一例を示す図である。縦軸は脈波の値を示し、横軸は時間を示している。右図は、モデル化した円筒管の半径を示す図である。血管の容積変化を、半径rsiと変化分であるΔrdiで示している。点PDは、点PHと点PLの間において点PEと同じ容積脈波の値を示す点である。Idcは、容積脈波の直流成分である。ここで、添え字iは、容積脈波データにおいて、各一つのパルスを識別する番号である。すなわち、i拍目の脈波に対応するデータを意味する。なお、点PDの時刻が第5基準時に対応する。 FIG. 11 is a diagram showing the relationship between an example of the pulse wave waveform according to the second embodiment and the radius of the modeled cylindrical tube. Similar to FIG. 5, the left figure is a diagram showing an example of a waveform of a normal pulse wave for one beat. The vertical axis shows the value of the pulse wave, and the horizontal axis shows the time. The figure on the right shows the radius of the modeled cylindrical tube. The change in the volume of the blood vessel is indicated by the radius r si and the change amount Δr di . Point P D is a point showing the same value of the volume pulse wave and the point P E between the point P H and the point P L. I dc is a DC component of the volume pulse wave. Here, the subscript i is a number that identifies each one pulse in the volume pulse wave data. That is, it means the data corresponding to the pulse wave of the i-beat. The time of the point P D corresponding to the time of the fifth reference.
図12は、点PSから点PLへの血管の容積変化に伴う円筒管の半径の変化を模式的に示す図である。すなわち、図12は一拍分の脈波に関する円筒管の半径の変化を示している。縦軸は時間を示し、横軸は点PSからの半径の変動分を示している。半径は時間の経過にしたがい、点PSから点PHまでは増加し、その後は減少する。 Figure 12 is a diagram schematically showing the change in radius of the cylindrical tube with the point P S to the volume change of the blood vessels into the point P L. That is, FIG. 12 shows the change in the radius of the cylindrical tube with respect to the pulse wave for one beat. The vertical axis represents time and the horizontal axis represents the radius variation of the point P S. According lapse of radius time, from the point P S to the point P H increases and then decreases.
図13Aは、点PSから点PEを経て点PHへ至る際の流量QSを模式的に示す図である。図13Bは、点PHから点PDへ至る際の流量QHDを模式的に示す図である。横軸は血管半径rの平均変化率(Δr/Δt)の二乗を示し、縦軸は長さLとπの乗算値である。図13Aのmsiは、点PSから点PEへ至る際の半径の平均変化率であり、md1iは、点PEから点PHへ至る際の半径の平均変化率である。図13Bのmd2iは、点PDから点PHへ至る際の半径の平均変化率である。なお、本実施形態に係る流量QHDが第1値に対応し、抵抗Rが第2値に対応し、流量QSが第3値に対応する。 13A is a diagram schematically showing the flow rate Q S at the time of reaching through the point P E from the point P S to the point P H. 13B is a diagram schematically showing the flow rate Q HD when, from the point P H to the point P D. The horizontal axis represents the square of the average rate of change (Δr / Δt) of the blood vessel radius r, and the vertical axis is the multiplication value of the length L and π. M si in Figure 13A is the average rate of change of the radius when extending from the point P S to point P E, m d1i is the average rate of change of the radius when extending from the point P E to the point P H. M d2i in FIG. 13B, the average rate of change of the radius when extending from the point P D to the point P H. The flow rate Q HD according to the present embodiment corresponds to the first value, the resistance R corresponds to the second value, the flow rate Q S corresponds to the third value.
本実施形態では、収縮期血圧SBPを流量QSにより演算する。心臓の収縮期間中の点PEまでの血管径の拡張は、主にウィンドケッセル効果で生じる。そして、点PE以後から次第に復元力と減衰力が支配的になる。すなわち、本実施形態では、ウィンドケッセル効果に復元力が加えられた点PEから点PHまでの流量QSEにまで、収縮期に生じる力の範囲を拡張してモデル化している。被検者によっては、点PEから点PHまでの範囲にもウィンドケッセル効果がより強くでる人がいると考えられる。このような人を含めて測定をする場合には、流量QSを用いると、収縮期血圧SBPの測定精度がより向上する。なお、流量QSを用いても、一般的な人の収縮期血圧SBPの精度も低下しないことが実験的に検証されている。 In the present embodiment, the systolic blood pressure SBP is calculated by the flow rate Q S. Expansion vessel diameter up to P E point in contraction period of the heart occurs predominantly in Windkessel effect. Then, gradually restoring force and the damping force becomes dominant from point P E after. That is, in this embodiment, is modeled extends from P E that restoring force is applied to the Windkessel effect until the flow rate Q SE to the point P H, the range of the forces generated during systole. Depending on the subject, also in the range of from the point P E to the point P H is considered that there are more strongly out people wind Kessel effect. When the measurement including such person, the use of flow rate Q S, the measurement accuracy of the systolic blood pressure SBP is further improved. Even with a flow rate Q S, the accuracy of the common human systolic blood pressure SBP may not decrease has been verified experimentally.
一方で、点PEから点PHまでの範囲にウィンドケッセル効果がより強くでる人の場合には、ウィンドケッセル効果が弱まる点は、点PL側にずれていると考えられる。拡張期血圧は、ウィンドケッセル効果による力の下限であるので、ウィンドケッセル効果が弱まる点を点PHまでずらし、点PHから点PDまでの範囲の流量QDを用いて拡張期血圧DBPをモデル化している。特に、流量QDを流量QHDに基づき、演算する。なお、流量QHDを用いても、一般的な人の拡張期血圧DBPの精度も低下しないことが実験的に検証されている。 On the other hand, in the case of a person who Windkessel effect comes out more strongly in the range from point P E to the point P H, the point Windkessel effect is weakened, it is considered that offset the point P L side. Diastolic blood pressure, since it is the lower limit of force by Windkessel effect, wind shifting Kessel points effect weakens to the point P H, the point P flow rate range of from H to point P D Q D diastolic blood pressure DBP using Is modeled. In particular, based on the flow rate Q D on the flow rate Q HD, calculates. It has been experimentally verified that the accuracy of diastolic blood pressure DBP in general people does not decrease even if the flow rate QHD is used.
以上が本実施形態に係る血圧取得部4が用いるモデルの説明であるが、以下に血圧取得部4の詳細な処理例を説明する。
図14は、第2実施形態に係る特徴点処理部42が脈波yiから取得する情報例を示す図である。縦軸は脈波の値を示し、横軸は時間を示している。右図は、モデル化した円筒管の半径を示す図である。血管の容積変化を、半径rsiと変化分であるΔrdiで示している。
The above is a description of the model used by the blood pressure acquisition unit 4 according to the present embodiment, but a detailed processing example of the blood pressure acquisition unit 4 will be described below.
FIG. 14 is a diagram showing an example of information acquired from the pulse wave yi by the feature point processing unit 42 according to the second embodiment. The vertical axis shows the value of the pulse wave, and the horizontal axis shows the time. The figure on the right shows the radius of the modeled cylindrical tube. The change in the volume of the blood vessel is indicated by the radius r si and the change amount Δr di .
特徴点処理部42は、時刻t1の脈波yiの値から直流成分Idcを減じた第1差分値Δysiと、時刻t2の脈波yiの値から直流成分Idcを減じた第2差分値Δyhiを演算する。
また、特徴点処理部42は、(16)式を用いて時間Td2iを演算する。Td2iは、点PDと点PH間の時間である。Tsiは、時刻t1からt0を減じた時間であり、Td1iは、時刻t2からt1を減じた時間であり、Td3iは、時刻t3からt2を減じた時間である。すなわち、特徴点処理部42は、脈波yiの時刻t2から時刻t3までの期間内において時刻t1における脈波yiと同等の値を示す点PDの時刻を第5基準時として取得し、時刻t2と第5基準時との間の時間を時間Td2iとして演算する。
Further, the feature point processing unit 42 calculates the time T d2i using the equation (16). T d2i is the time between points P D and the point P H. T si is the time obtained by subtracting t 0 from the time t 1 , T d 1i is the time obtained by subtracting t 1 from the time t 2 , and T d 3i is the time obtained by subtracting t 2 from the time t 3. .. That is, the feature point processing unit 42, when the time the fifth reference of P D point indicating the value equivalent to the pulse wave y i at time t 1 in the period from time t 2 of the pulse wave y i to time t 3 And the time between the time t 2 and the fifth reference time is calculated as the time T d2i .
点PLに対応する容積を基準とすれば、Δysi/Idcは点PE、PDにおける容積に比例し、同様にΔyhi/Idcは点PHにおける容積に比例する。Gは比例定数であり、Idcは、脈波のDC成分の値である。
円筒管の半径がrsiからrsi+Δrdiに変化した場合、Δrdiを点PEにおける半径rsiを用いて、(17)〜(19)式により演算可能である。
If the radius of the cylindrical tube is changed from r si to r si + Δr di, the [Delta] r di with radius r si at the point P E, it can be calculated by (17) - (19).
血圧演算部44は、平均変化率msiを(22)式を用いて演算する。
血圧演算部44は、流量QSiを平均変化率md1i及びmd2iに基づき、(25)式を用いて演算する。
血圧演算部44は、抵抗Riを(26)式を用いて演算する。ここで、Viは、モデル円筒管の体積であり、Vi(t1)は、時間t1でのモデル円筒管の体積である。すなわち、Idcは、第1実施形態における
に対応する。このため、(26)式は(16)式と同等の値となる。
Corresponds to. Therefore, the equation (26) has the same value as the equation (16).
このように、血圧演算部44は、脈波yiを時間で1階微分した値が最大になる第1時刻t1から次の脈波の立ち上がる第4時刻t3までの期間内における期間Td2i(第1期間)の被検者の血液流量に対応する流量QHD(第1値)と、被検者の血流抵抗に対応するR(第2値)とに基づき、拡張期血圧DBPを取得する。また、血圧演算部44は、脈波の立ち上がる第3時刻t0から脈波の最大ピークの第2時刻t2までの期間内における期間(Tsi+Td1i)(第2期間)の被検者の血液流量に対応する流量QS(第3値)に更に基づき、収縮期血圧を取得する。なお、本実施形態に係る第1時刻が第1基準時に対応し、第2時刻が第4基準時に対応し、第3時刻が第3基準時に対応し、第4時刻が第2基準時に対応する。 In this way, the blood pressure calculation unit 44 has a period T within the period from the first time t 1 at which the value obtained by first-order differentiation of the pulse wave y i with time becomes maximum to the fourth time t 3 at which the next pulse wave rises. d2i flow Q HD corresponding to the blood flow rate (first period) of the subject (the first value), based on the R (second value) corresponding to the blood flow resistance of the subject, diastolic blood pressure DBP To get. In addition, the blood pressure calculation unit 44 is a subject in a period (T si + T d1i ) (second period) within the period from the third time t 0 when the pulse wave rises to the second time t 2 of the maximum peak of the pulse wave. Furthermore, based acquires systolic blood pressure to the flow rate Q S corresponding to the blood flow rate (the third value). The first time according to the present embodiment corresponds to the first reference time, the second time corresponds to the fourth reference time, the third time corresponds to the third reference time, and the fourth time corresponds to the second reference time. ..
このように、本実施形態では、(27)式及び(30)式に基づき、拡張期血圧DBPiを取得し、(25)式及び(31)式に基づき、収縮期血圧SBPiを取得するため、血圧を簡易かつ精度よく検出できる。 As described above, in the present embodiment, the diastolic blood pressure DBP i is acquired based on the equations (27) and (30), and the systolic blood pressure SBP i is acquired based on the equations (25) and (31). Therefore, blood pressure can be detected easily and accurately.
血圧測定装置1の少なくとも一部は、ハードウェアで構成してもよいし、ソフトウェアで構成してもよい。ソフトウェアで構成する場合には、血圧測定装置1の少なくとも一部の機能を実現するプログラムをフレキシブルディスクやCD−ROM等の記録媒体に収納し、コンピュータに読み込ませて実行させてもよい。記録媒体は、磁気ディスクや光ディスク等の着脱可能なものに限定されず、ハードディスク装置やメモリなどの固定型の記録媒体でもよい。 At least a part of the blood pressure measuring device 1 may be configured by hardware or software. When configured by software, a program that realizes at least a part of the functions of the blood pressure measuring device 1 may be stored in a recording medium such as a flexible disk or a CD-ROM, read by a computer, and executed. The recording medium is not limited to a removable one such as a magnetic disk or an optical disk, and may be a fixed recording medium such as a hard disk device or a memory.
また、血圧測定装置1の少なくとも一部の機能を実現するプログラムを、インターネット等の通信回線(無線通信も含む)を介して頒布してもよい。さらに、同プログラムを暗号化したり、変調をかけたり、圧縮した状態で、インターネット等の有線回線や無線回線を介して、あるいは記録媒体に収納して頒布してもよい。 Further, a program that realizes at least a part of the functions of the blood pressure measuring device 1 may be distributed via a communication line (including wireless communication) such as the Internet. Further, the program may be encrypted, modulated, compressed, and distributed via a wired line or wireless line such as the Internet, or stored in a recording medium.
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 Although some embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented as examples and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other embodiments, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the gist of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are also included in the scope of the invention described in the claims and the equivalent scope thereof.
1:血圧測定装置、2:測定部、4:血圧取得部、6:生体測定装置。 1: Blood pressure measuring device, 2: Measuring unit, 4: Blood pressure acquisition unit, 6: Biometric measuring device.
Claims (7)
前記脈波を時間で1階微分した値が最大になる第1基準時から次の脈波の立ち上がる第2基準時までの期間内における第1期間の前記被検者の血液流量に対応する第1値と、前記被検者の血流抵抗に対応する第2値とに基づき、拡張期血圧を取得する血圧取得部と、
を備える、血圧測定装置。 A measuring unit that measures the pulse wave of the subject based on the received signal scattered in the subject's body when irradiating an optical signal in a predetermined frequency band.
The first period corresponding to the blood flow rate of the subject in the first period within the period from the first reference time at which the value obtained by first-order differentiation of the pulse wave with time becomes maximum to the second reference time at which the next pulse wave rises. A blood pressure acquisition unit that acquires diastolic blood pressure based on one value and a second value corresponding to the blood flow resistance of the subject, and
A blood pressure measuring device.
前記第1期間及び前記第2期間は、前記第4基準時から前記第5基準時の期間である、請求項2に記載の血圧測定装置。 The blood pressure acquisition unit obtains a fifth reference time showing a value equivalent to that of the pulse wave at the first reference time within the period from the fourth reference time to the second reference time of the pulse wave.
The blood pressure measuring device according to claim 2, wherein the first period and the second period are a period from the fourth reference time to the fifth reference time.
前記脈波を時間で1階微分した値が最大になる第1基準時から次の脈波の立ち上がる第2基準時までの期間内における第1期間の前記被検者の血液流量に対応する第1値と、前記被検者の血流抵抗に対応する第2値とに基づき、拡張期血圧を取得する血圧取得工程と、
を備える、血圧測定方法。 A measurement step of measuring the pulse wave of the subject based on the received signal scattered and received in the body of the subject when the subject is irradiated with an optical signal in a predetermined frequency band.
The first period corresponding to the blood flow rate of the subject in the first period within the period from the first reference time at which the value obtained by first-order differentiation of the pulse wave with time becomes maximum to the second reference time at which the next pulse wave rises. A blood pressure acquisition step of acquiring diastolic blood pressure based on one value and a second value corresponding to the blood flow resistance of the subject, and
A blood pressure measurement method.
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