JP3538404B2 - 波形特徴点決定装置、およびその波形特徴点決定装置を用いた脈波伝播速度情報測定装置 - Google Patents
波形特徴点決定装置、およびその波形特徴点決定装置を用いた脈波伝播速度情報測定装置Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、脈波伝播速度を算
出する場合等に必要となる、脈波の所定の波形特徴点を
決定する波形特徴点決定装置、およびその波形特徴点決
定装置を備えた脈波伝播速度情報測定装置に関するもの
である。なお、脈波伝播速度情報とは、生体の所定の２
部位間において動脈内を脈波が伝播する速度に関連する
情報であり、脈波伝播速度や脈波伝播時間を意味する。
出する場合等に必要となる、脈波の所定の波形特徴点を
決定する波形特徴点決定装置、およびその波形特徴点決
定装置を備えた脈波伝播速度情報測定装置に関するもの
である。なお、脈波伝播速度情報とは、生体の所定の２
部位間において動脈内を脈波が伝播する速度に関連する
情報であり、脈波伝播速度や脈波伝播時間を意味する。
【０００２】
【従来の技術】脈波伝播速度情報を測定するためには、
上腕動脈波等の脈波や心音など生体において発生する２
つの心拍同期信号を検出し、その２つの心拍同期信号に
ついて所定の波形特徴点の検出時間差を求める必要があ
る。脈波伝播時間はこの時間差そのものであり、脈波伝
播速度は脈波伝播時間を伝播距離で割ることによって求
めることができる。従って、心拍同期信号が脈波の場合
には、脈波伝播速度情報を測定するには、上記波形特徴
点を決定する必要がある。ここで、上記波形特徴点に
は、脈波のノッチ、立ち上がり点、ピーク等が用いられ
る。なお、ノッチとは、切痕ともいい、一拍分の脈波に
おいて最大ピーク以後減少する振幅強度が増加に転じる
点である。
上腕動脈波等の脈波や心音など生体において発生する２
つの心拍同期信号を検出し、その２つの心拍同期信号に
ついて所定の波形特徴点の検出時間差を求める必要があ
る。脈波伝播時間はこの時間差そのものであり、脈波伝
播速度は脈波伝播時間を伝播距離で割ることによって求
めることができる。従って、心拍同期信号が脈波の場合
には、脈波伝播速度情報を測定するには、上記波形特徴
点を決定する必要がある。ここで、上記波形特徴点に
は、脈波のノッチ、立ち上がり点、ピーク等が用いられ
る。なお、ノッチとは、切痕ともいい、一拍分の脈波に
おいて最大ピーク以後減少する振幅強度が増加に転じる
点である。
【０００３】また、脈波の立ち上がり点からノッチまで
の時間は、心臓の左室収縮時間すなわち心臓から血液が
駆出される駆出時間に相当するので、波形特徴点とし
て、立ち上がり点とノッチとを決定することによって駆
出時間を求めることができる。
の時間は、心臓の左室収縮時間すなわち心臓から血液が
駆出される駆出時間に相当するので、波形特徴点とし
て、立ち上がり点とノッチとを決定することによって駆
出時間を求めることができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上記のように、脈波伝
播速度情報等は、波形特徴点の検出時間から求められる
ので、脈波伝播速度情報等を正確に求めるには、波形特
徴点の検出時間を正確に決定する必要がある。
播速度情報等は、波形特徴点の検出時間から求められる
ので、脈波伝播速度情報等を正確に求めるには、波形特
徴点の検出時間を正確に決定する必要がある。
【０００５】しかし、波形特徴点の検出精度が不十分な
場合もあった。特に、ノッチは生体の中枢から遠ざかる
と不明瞭になりがちであり、たとえば、上腕で検出され
る脈波すなわち上腕動脈波は、患者によっては比較的明
瞭に確認できる場合もあるが、不明瞭な場合もある。ノ
ッチが不明瞭であると、当然、そのノッチに基づいて算
出される脈波伝播速度情報等も不正確になってしまう。
従来は、ノッチの検出時間を正確に決定するために、脈
波の信号を、ノッチの有する周波数帯域の信号を通過さ
せるバンドパスフィルタに通すことによって、そのノッ
チを強調した後に、ノッチの位置を決定していた。しか
し、この方法はバンドパスフィルタを通す前の状態でも
ある程度ノッチが確認できる場合には有効であるが、ノ
ッチが不明瞭な場合には検出精度が不十分であった。
場合もあった。特に、ノッチは生体の中枢から遠ざかる
と不明瞭になりがちであり、たとえば、上腕で検出され
る脈波すなわち上腕動脈波は、患者によっては比較的明
瞭に確認できる場合もあるが、不明瞭な場合もある。ノ
ッチが不明瞭であると、当然、そのノッチに基づいて算
出される脈波伝播速度情報等も不正確になってしまう。
従来は、ノッチの検出時間を正確に決定するために、脈
波の信号を、ノッチの有する周波数帯域の信号を通過さ
せるバンドパスフィルタに通すことによって、そのノッ
チを強調した後に、ノッチの位置を決定していた。しか
し、この方法はバンドパスフィルタを通す前の状態でも
ある程度ノッチが確認できる場合には有効であるが、ノ
ッチが不明瞭な場合には検出精度が不十分であった。
【０００６】本発明は以上の事情を背景として為された
もので、その目的とするところは、波形特徴点を精度よ
く決定できる波形特徴点決定装置、およびその波形特徴
点決定装置を用いた脈波伝播速度情報測定装置を提供す
ることにある。
もので、その目的とするところは、波形特徴点を精度よ
く決定できる波形特徴点決定装置、およびその波形特徴
点決定装置を用いた脈波伝播速度情報測定装置を提供す
ることにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
めの第１発明は、生体から検出される脈波について所定
の波形特徴点を決定する波形特徴点決定手段を備えた波
形特徴点決定装置であって、前記生体の所定部位におい
て第１脈波を検出する第１脈波検出装置と、その第１脈
波と、前記波形特徴点が明確な参照脈波との間の予め決
定された伝達関数を用いて、前記第１脈波検出装置によ
り実際に検出された第１脈波の形状をその参照脈波の形
状に修正した修正脈波を決定する修正脈波決定手段とを
備え、前記波形特徴点決定手段は、その修正脈波決定手
段により決定された修正脈波に基づいて前記波形特徴点
を決定するものであることを特徴とする。
めの第１発明は、生体から検出される脈波について所定
の波形特徴点を決定する波形特徴点決定手段を備えた波
形特徴点決定装置であって、前記生体の所定部位におい
て第１脈波を検出する第１脈波検出装置と、その第１脈
波と、前記波形特徴点が明確な参照脈波との間の予め決
定された伝達関数を用いて、前記第１脈波検出装置によ
り実際に検出された第１脈波の形状をその参照脈波の形
状に修正した修正脈波を決定する修正脈波決定手段とを
備え、前記波形特徴点決定手段は、その修正脈波決定手
段により決定された修正脈波に基づいて前記波形特徴点
を決定するものであることを特徴とする。
【０００８】
【発明の効果】この発明によれば、修正脈波決定手段に
より決定される修正脈波は、第１脈波検出装置により実
際に検出される第１脈波が、その第１脈波と、波形特徴
点が明確な参照脈波との間の予め決定された伝達関数を
用いて参照脈波の形状に修正された脈波なので、実際に
検出される第１脈波では波形特徴点が明確でない場合で
あっても、修正脈波では波形特徴点が明確になってい
る。そして、波形特徴点決定手段では、その波形特徴点
が明確になっている修正脈波に基づいて波形特徴点を決
定するので、正確に波形特徴点を決定できる。
より決定される修正脈波は、第１脈波検出装置により実
際に検出される第１脈波が、その第１脈波と、波形特徴
点が明確な参照脈波との間の予め決定された伝達関数を
用いて参照脈波の形状に修正された脈波なので、実際に
検出される第１脈波では波形特徴点が明確でない場合で
あっても、修正脈波では波形特徴点が明確になってい
る。そして、波形特徴点決定手段では、その波形特徴点
が明確になっている修正脈波に基づいて波形特徴点を決
定するので、正確に波形特徴点を決定できる。
【０００９】ここで、好ましくは、前記波形特徴点決定
装置を脈波伝播速度情報測定装置に利用する。すなわ
ち、その脈波伝播速度情報測定装置は、前記波形特徴点
決定装置と、前記第１脈波検出装置とは異なる部位にお
いて前記生体の心拍同期信号を検出する第２心拍同期信
号検出装置と、前記波形特徴点決定手段により決定され
た波形特徴点の発生時間と、前記第２心拍同期信号検出
装置により心拍同期信号の所定部位が検出された時間と
の時間差から、前記生体内を脈波が伝播する速度に関連
する脈波伝播速度情報を決定する脈波伝播速度情報決定
手段とを含むことを特徴とする。このようにすれば、波
形特徴点決定手段により波形特徴点が正確に決定される
ことから、その波形特徴点の発生時間と第２心拍同期信
号検出装置により検出される心拍同期信号の所定部位の
検出時間との時間差に基づいて、脈波伝播速度情報決定
手段により決定される脈波伝播速度情報の精度が向上す
る。
装置を脈波伝播速度情報測定装置に利用する。すなわ
ち、その脈波伝播速度情報測定装置は、前記波形特徴点
決定装置と、前記第１脈波検出装置とは異なる部位にお
いて前記生体の心拍同期信号を検出する第２心拍同期信
号検出装置と、前記波形特徴点決定手段により決定され
た波形特徴点の発生時間と、前記第２心拍同期信号検出
装置により心拍同期信号の所定部位が検出された時間と
の時間差から、前記生体内を脈波が伝播する速度に関連
する脈波伝播速度情報を決定する脈波伝播速度情報決定
手段とを含むことを特徴とする。このようにすれば、波
形特徴点決定手段により波形特徴点が正確に決定される
ことから、その波形特徴点の発生時間と第２心拍同期信
号検出装置により検出される心拍同期信号の所定部位の
検出時間との時間差に基づいて、脈波伝播速度情報決定
手段により決定される脈波伝播速度情報の精度が向上す
る。
【００１０】
【発明の好適な実施の形態】以下、本発明の好適な実施
の形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。図１
は、本発明が適用され、波形特徴点決定装置としての機
能を備えた脈波伝播速度情報測定装置１０の装置構成を
示す図である。
の形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。図１
は、本発明が適用され、波形特徴点決定装置としての機
能を備えた脈波伝播速度情報測定装置１０の装置構成を
示す図である。
【００１１】心音マイク１２は、第２心拍同期信号検出
装置として機能するものであり、図示しない被測定者の
胸部上に図示しない粘着テープ等により固着される。心
音マイク１２は、心拍同期信号として心音を検出するた
めのものであり、心音マイク１２の図示しない内部に備
えられている圧電素子において、被測定者の心臓から発
生する心音等が電気信号すなわち心音信号SHに変換され
る。心音信号増幅器１４には、心音の高音成分をよく記
録するためにエネルギーの大きい低音成分を弱める図示
しない４種類のフィルタが備えられており、心音信号増
幅器１４では、心音マイク１２から供給される心音信号
SHが、増幅され且つろ波された後に、Ａ／Ｄ変換器１６
を介して電子制御装置１８へ出力される。
装置として機能するものであり、図示しない被測定者の
胸部上に図示しない粘着テープ等により固着される。心
音マイク１２は、心拍同期信号として心音を検出するた
めのものであり、心音マイク１２の図示しない内部に備
えられている圧電素子において、被測定者の心臓から発
生する心音等が電気信号すなわち心音信号SHに変換され
る。心音信号増幅器１４には、心音の高音成分をよく記
録するためにエネルギーの大きい低音成分を弱める図示
しない４種類のフィルタが備えられており、心音信号増
幅器１４では、心音マイク１２から供給される心音信号
SHが、増幅され且つろ波された後に、Ａ／Ｄ変換器１６
を介して電子制御装置１８へ出力される。
【００１２】カフ２０はゴム製袋を布製帯状袋内に有
し、たとえば右腕の上腕部２２に巻回される。カフ２０
には、圧力センサ２４、排気制御弁２６、および空気ポ
ンプ２８が配管３０を介してそれぞれ接続されている。
排気制御弁２６は、カフ２０内への圧力の供給を許容す
る圧力供給状態、カフ２０内を徐々に排圧する徐速排圧
状態、およびカフ２０内を急速に排圧する急速排圧状態
の３つの状態に切り換えられるように構成されている。
し、たとえば右腕の上腕部２２に巻回される。カフ２０
には、圧力センサ２４、排気制御弁２６、および空気ポ
ンプ２８が配管３０を介してそれぞれ接続されている。
排気制御弁２６は、カフ２０内への圧力の供給を許容す
る圧力供給状態、カフ２０内を徐々に排圧する徐速排圧
状態、およびカフ２０内を急速に排圧する急速排圧状態
の３つの状態に切り換えられるように構成されている。
【００１３】圧力センサ２４は、カフ２０内の圧力PKを
検出してその圧力PKを表す圧力信号SPを静圧弁別回路３
２および脈波弁別回路３４にそれぞれ供給する。静圧弁
別回路３２はローパスフィルタを備えており、圧力信号
SPに含まれる定常的な圧力すなわちカフ２０の圧迫圧力
を表すカフ圧信号SCを弁別してそのカフ圧信号SCをＡ／
Ｄ変換器３６を介して電子制御装置１８へ供給する。脈
波弁別回路３４はバンドパスフィルタを備えており、圧
力信号SPの振動成分であるカフ脈波信号SMを弁別してそ
のカフ脈波信号SMをＡ／Ｄ変換器３８を介して電子制御
装置１８へ供給する。このカフ脈波信号SMは、上腕部２
２において発生する心拍同期信号すなわち上腕動脈波BW
を表し、脈波弁別回路３４は、第１脈波検出装置すなわ
ち第１心拍同期信号検出装置として機能する。
検出してその圧力PKを表す圧力信号SPを静圧弁別回路３
２および脈波弁別回路３４にそれぞれ供給する。静圧弁
別回路３２はローパスフィルタを備えており、圧力信号
SPに含まれる定常的な圧力すなわちカフ２０の圧迫圧力
を表すカフ圧信号SCを弁別してそのカフ圧信号SCをＡ／
Ｄ変換器３６を介して電子制御装置１８へ供給する。脈
波弁別回路３４はバンドパスフィルタを備えており、圧
力信号SPの振動成分であるカフ脈波信号SMを弁別してそ
のカフ脈波信号SMをＡ／Ｄ変換器３８を介して電子制御
装置１８へ供給する。このカフ脈波信号SMは、上腕部２
２において発生する心拍同期信号すなわち上腕動脈波BW
を表し、脈波弁別回路３４は、第１脈波検出装置すなわ
ち第１心拍同期信号検出装置として機能する。
【００１４】上記電子制御装置１８は、ＣＰＵ４０，Ｒ
ＯＭ４２，ＲＡＭ４４，および図示しないＩ／Ｏポート
等を備えた所謂マイクロコンピュータにて構成されてい
る。ＣＰＵ４０は、ＲＯＭ４２に予め記憶されたプログ
ラムに従ってＲＡＭ４４の記憶機能を利用しつつ信号処
理を実行することにより、Ｉ／Ｏポートから駆動信号を
出力して図示しない駆動回路を介して排気制御弁２６お
よび空気ポンプ２８を制御する。ＣＰＵ４０は、その排
気制御弁２６および空気ポンプ２８を制御することによ
り、カフ２０内の圧力を、最低血圧値よりも十分に低い
圧力であって脈波弁別回路３４により弁別されるカフ脈
波信号SMが十分な信号強度となるような予め設定された
脈波検出圧力、たとえば６０mmHgに制御する。また、Ｃ
ＰＵ４０は、電子制御装置１８に供給される信号に基づ
いて演算処理を実行することにより脈波伝播速度情報を
算出し、その算出した脈波伝播速度情報を表示器４６に
表示する。
ＯＭ４２，ＲＡＭ４４，および図示しないＩ／Ｏポート
等を備えた所謂マイクロコンピュータにて構成されてい
る。ＣＰＵ４０は、ＲＯＭ４２に予め記憶されたプログ
ラムに従ってＲＡＭ４４の記憶機能を利用しつつ信号処
理を実行することにより、Ｉ／Ｏポートから駆動信号を
出力して図示しない駆動回路を介して排気制御弁２６お
よび空気ポンプ２８を制御する。ＣＰＵ４０は、その排
気制御弁２６および空気ポンプ２８を制御することによ
り、カフ２０内の圧力を、最低血圧値よりも十分に低い
圧力であって脈波弁別回路３４により弁別されるカフ脈
波信号SMが十分な信号強度となるような予め設定された
脈波検出圧力、たとえば６０mmHgに制御する。また、Ｃ
ＰＵ４０は、電子制御装置１８に供給される信号に基づ
いて演算処理を実行することにより脈波伝播速度情報を
算出し、その算出した脈波伝播速度情報を表示器４６に
表示する。
【００１５】図２は、電子制御装置１８の制御機能の要
部を示す機能ブロック線図である。カフ圧制御手段５０
は、静圧弁別回路３２から供給されるカフ圧信号SCに基
づいてカフ２０の圧迫圧力を判断しつつ、排気制御弁２
６および空気ポンプ２８を制御することにより、カフ２
０の圧迫圧力を前記脈波検出圧力に制御する。
部を示す機能ブロック線図である。カフ圧制御手段５０
は、静圧弁別回路３２から供給されるカフ圧信号SCに基
づいてカフ２０の圧迫圧力を判断しつつ、排気制御弁２
６および空気ポンプ２８を制御することにより、カフ２
０の圧迫圧力を前記脈波検出圧力に制御する。
【００１６】一次波形判定手段５２は、カフ圧制御手段
５０によりカフ２０の圧迫圧力が前記脈波検出圧力に制
御されている状態で脈波弁別回路３４から逐次供給され
るカフ脈波信号SMすなわち上腕動脈波BWについて、その
上腕動脈波BWの形状において所定の波形特徴点が明確に
確認できるか否かを判定する。上記波形特徴点とは、た
とえば、脈波の立ち上がり点、ピーク、ノッチなど、波
形から生体情報を得るときに決定される点である。上記
波形特徴点が明確に確認できるか否かは、上腕動脈波BW
を周波数解析し、波形特徴点が有する周波数帯域として
予め記憶されている周波数帯域の信号強度に基づいて判
定し、その信号強度が所定値以上であれば波形特徴点は
明確であると判定する。
５０によりカフ２０の圧迫圧力が前記脈波検出圧力に制
御されている状態で脈波弁別回路３４から逐次供給され
るカフ脈波信号SMすなわち上腕動脈波BWについて、その
上腕動脈波BWの形状において所定の波形特徴点が明確に
確認できるか否かを判定する。上記波形特徴点とは、た
とえば、脈波の立ち上がり点、ピーク、ノッチなど、波
形から生体情報を得るときに決定される点である。上記
波形特徴点が明確に確認できるか否かは、上腕動脈波BW
を周波数解析し、波形特徴点が有する周波数帯域として
予め記憶されている周波数帯域の信号強度に基づいて判
定し、その信号強度が所定値以上であれば波形特徴点は
明確であると判定する。
【００１７】修正脈波決定手段５４は、上記一次波形判
定手段５２において、脈波弁別回路３４から供給された
上腕動脈波BWが、そのままでは波形特徴点が明確でない
と判定された場合に、その上腕動脈波BWの形状を、記憶
装置として機能するＲＯＭ４２に予め記憶された関係を
用いて修正し、その修正した波形を修正脈波BW'とす
る。上記予め記憶された関係は、上記波形特徴点が明確
でないと判定された上腕動脈波BWと上記波形特徴点が明
確な参照脈波（たとえば頸動脈波CW）とに基づいて決定
され、波形特徴点が明確でない上腕動脈波BWの形状を参
照脈波の形状に修正するための関係である。この関係
は、たとえば、上腕動脈波BWを入力とし参照脈波を出力
とする上腕動脈波BWと参照脈波との間の伝達関数Gを用
いて表される関係である。上記伝達関数Gは、たとえ
ば、自己回帰モデル（Auto Regressive eXogenous(ARX)
モデル）を用いて以下のようにして求めることができ
る。なお、以下の説明では、参照脈波は頸動脈波CWであ
り、波形特徴点がノッチであるとして説明する。
定手段５２において、脈波弁別回路３４から供給された
上腕動脈波BWが、そのままでは波形特徴点が明確でない
と判定された場合に、その上腕動脈波BWの形状を、記憶
装置として機能するＲＯＭ４２に予め記憶された関係を
用いて修正し、その修正した波形を修正脈波BW'とす
る。上記予め記憶された関係は、上記波形特徴点が明確
でないと判定された上腕動脈波BWと上記波形特徴点が明
確な参照脈波（たとえば頸動脈波CW）とに基づいて決定
され、波形特徴点が明確でない上腕動脈波BWの形状を参
照脈波の形状に修正するための関係である。この関係
は、たとえば、上腕動脈波BWを入力とし参照脈波を出力
とする上腕動脈波BWと参照脈波との間の伝達関数Gを用
いて表される関係である。上記伝達関数Gは、たとえ
ば、自己回帰モデル（Auto Regressive eXogenous(ARX)
モデル）を用いて以下のようにして求めることができ
る。なお、以下の説明では、参照脈波は頸動脈波CWであ
り、波形特徴点がノッチであるとして説明する。
【００１８】上腕動脈波BWを入力とし頸動脈波CWを出力
して両者の関係を自己回帰モデルで表す場合には、種々
の表現が可能であるが、たとえば、式１のように表すこ
とができる。 （式１） BW(s)+a1BW(s-1)+…+anaBW(s-na)=CW(s)+b1CW(s-1)+b2CW(s-2)+ …+b nb CW(s-nb) 式１において、かっこ内はサンプリング回数、sは頸動
脈波CWまたは上腕動脈波において所定の基準点が検出さ
れた時点、BW(s),CW(s)はサンプリング周期毎に逐次採
取される上腕動脈波BWまたは頸動脈波CWのサンプリング
データ（信号強度）である。また、naおよびnbは実験に
基づいて予め決定されるサンプリング次数であり、たと
えば、(na,nb)=(4,6)または (10,10)とされる。
して両者の関係を自己回帰モデルで表す場合には、種々
の表現が可能であるが、たとえば、式１のように表すこ
とができる。 （式１） BW(s)+a1BW(s-1)+…+anaBW(s-na)=CW(s)+b1CW(s-1)+b2CW(s-2)+ …+b nb CW(s-nb) 式１において、かっこ内はサンプリング回数、sは頸動
脈波CWまたは上腕動脈波において所定の基準点が検出さ
れた時点、BW(s),CW(s)はサンプリング周期毎に逐次採
取される上腕動脈波BWまたは頸動脈波CWのサンプリング
データ（信号強度）である。また、naおよびnbは実験に
基づいて予め決定されるサンプリング次数であり、たと
えば、(na,nb)=(4,6)または (10,10)とされる。
【００１９】式１の両辺を時間シフトオペレータqを使
用してまとめると式２が得られる。 （式２） (1+a1q-1+…+anaq-na)BW(s)=(1+b1q-1+…+bnbq-nb)CW(s) 式２から式３を得ることができる。
用してまとめると式２が得られる。 （式２） (1+a1q-1+…+anaq-na)BW(s)=(1+b1q-1+…+bnbq-nb)CW(s) 式２から式３を得ることができる。
【数１】
なお、伝達関数G(s)は式４のように表現できる。
【数２】
上記式３に示す関係が、ＲＯＭ４２に記憶される関係で
あり、式３の右辺に脈波弁別回路３４から逐次供給され
る上腕動脈波BWの信号強度を入力することにより、上腕
動脈波BWを頸動脈波CWの形状に修正した修正脈波BW'が
決定できる。
あり、式３の右辺に脈波弁別回路３４から逐次供給され
る上腕動脈波BWの信号強度を入力することにより、上腕
動脈波BWを頸動脈波CWの形状に修正した修正脈波BW'が
決定できる。
【００２０】伝達関数G(s)が式４として表せる場合、係
数a1…ana, b1…bnbを決定するには、逐次検出される上
腕動脈波BWおよび頸動脈波CWの大きさを式１に代入する
ことによって得られる等式を、係数の数の合計（すなわ
ちna+nb）以上求め、それら複数の等式から最小自乗法
によって係数a1…ana, b1…bnbを決定する。
数a1…ana, b1…bnbを決定するには、逐次検出される上
腕動脈波BWおよび頸動脈波CWの大きさを式１に代入する
ことによって得られる等式を、係数の数の合計（すなわ
ちna+nb）以上求め、それら複数の等式から最小自乗法
によって係数a1…ana, b1…bnbを決定する。
【００２１】図３は、上記伝達関数G(s)の係数を決定す
るための方法を具体的に示す工程図である。まず、工程
Ｐ１では、上腕動脈波BWのノッチが明確でない患者か
ら、頸動脈波CWおよび上腕動脈波BWを採取する。なお、
この頸動脈波CWおよび上腕動脈波を採取するための装置
としては、たとえば、図１の脈波伝播速度情報測定装置
１０において、心音マイク１２に代えて頸動脈波センサ
が備えられた装置が用いられる。
るための方法を具体的に示す工程図である。まず、工程
Ｐ１では、上腕動脈波BWのノッチが明確でない患者か
ら、頸動脈波CWおよび上腕動脈波BWを採取する。なお、
この頸動脈波CWおよび上腕動脈波を採取するための装置
としては、たとえば、図１の脈波伝播速度情報測定装置
１０において、心音マイク１２に代えて頸動脈波センサ
が備えられた装置が用いられる。
【００２２】続いて、頸動脈波CWおよび上腕動脈波BWに
ついてそれぞれ基準点を決定する（工程Ｐ２）。この基
準点には、波形特徴点であるノッチよりも正確に検出で
きる点が選択され、たとえば、脈波の立ち上がり点やピ
ークが基準点とされる。
ついてそれぞれ基準点を決定する（工程Ｐ２）。この基
準点には、波形特徴点であるノッチよりも正確に検出で
きる点が選択され、たとえば、脈波の立ち上がり点やピ
ークが基準点とされる。
【００２３】続いて、基準点同士を一致させて、その基
準点を基準としてサンプリング周期毎の信号強度を読み
取る（工程Ｐ３）。図４は、この工程Ｐ３で、頸動脈波
CWおよび上腕動脈波BWの立ち上がり点が一致させられた
状態を示している。
準点を基準としてサンプリング周期毎の信号強度を読み
取る（工程Ｐ３）。図４は、この工程Ｐ３で、頸動脈波
CWおよび上腕動脈波BWの立ち上がり点が一致させられた
状態を示している。
【００２４】続いて、読み取った信号強度を前記式１に
代入する。そして、基準点sを１サンプリング周期また
は所定サンプリング周期前または後の信号に移動させて
信号強度を読み取り、読み取った信号強度を前記式１に
代入する。この繰り返しにより、式１の関係を係数na,n
bの合計以上の所定数求める。そして、所定数の等式か
ら最小自乗法を用いて係数a1…ana, b1…bnbを決定す
る。
代入する。そして、基準点sを１サンプリング周期また
は所定サンプリング周期前または後の信号に移動させて
信号強度を読み取り、読み取った信号強度を前記式１に
代入する。この繰り返しにより、式１の関係を係数na,n
bの合計以上の所定数求める。そして、所定数の等式か
ら最小自乗法を用いて係数a1…ana, b1…bnbを決定す
る。
【００２５】さらに、図３に示す工程を多数の患者につ
いて行うことにより、係数a1…ana,b1…bnbの組を多数
組決定し、その多数組について対応する係数同士を平均
する。ＲＯＭ４２には、このようにして最終的に得られ
た係数が用いられた式３に示す関係が記憶されている。
なお、式３に示す関係は、工程Ｐ３において信号強度が
読み取られる前に、工程Ｐ２において基準点が一致させ
られていることから、式３を用いて決定された修正脈波
BW'は、脈波を構成する点の検出時間はもとの上腕動脈
波BWに対して変化せず、信号強度のみが修正されてノッ
チが明確とされた波形である。
いて行うことにより、係数a1…ana,b1…bnbの組を多数
組決定し、その多数組について対応する係数同士を平均
する。ＲＯＭ４２には、このようにして最終的に得られ
た係数が用いられた式３に示す関係が記憶されている。
なお、式３に示す関係は、工程Ｐ３において信号強度が
読み取られる前に、工程Ｐ２において基準点が一致させ
られていることから、式３を用いて決定された修正脈波
BW'は、脈波を構成する点の検出時間はもとの上腕動脈
波BWに対して変化せず、信号強度のみが修正されてノッ
チが明確とされた波形である。
【００２６】図２に戻って、波形特徴点決定手段５６
は、一次波形決定手段５２により波形特徴点が明確であ
ると判定された場合には、脈波弁別回路３４から供給さ
れた上腕動脈波BWをそのまま用いて、一次波形判定手段
５２により波形特徴点が明確でないと判定された場合に
は、修正脈波決定手段５４により決定された修正脈波B
W'を用いて、波形特徴点すなわちノッチを決定する。
は、一次波形決定手段５２により波形特徴点が明確であ
ると判定された場合には、脈波弁別回路３４から供給さ
れた上腕動脈波BWをそのまま用いて、一次波形判定手段
５２により波形特徴点が明確でないと判定された場合に
は、修正脈波決定手段５４により決定された修正脈波B
W'を用いて、波形特徴点すなわちノッチを決定する。
【００２７】波形特徴点決定手段５８は、心音マイク１
２から供給される心音信号SHが表す心音波形において、
上記上腕動脈波BWのノッチに対応する点である心音のII
音の開始点を決定する。
２から供給される心音信号SHが表す心音波形において、
上記上腕動脈波BWのノッチに対応する点である心音のII
音の開始点を決定する。
【００２８】脈波伝播速度情報決定手段６０は、波形特
徴点決定手段５８によって決定された心音のII音の開始
点の検出時間と、波形特徴点決定手段５６によって決定
された修正脈波BW'または上腕動脈波BWのノッチの検出
時間との時間差を算出し、その時間差を脈波伝播時間DT
に決定する。或いは、さらに、その脈波伝播時間DTから
式５に基づいて脈波伝播速度PWVを算出する。そして、
その脈波伝播時間DTまたは脈波伝播速度PWVを表示器４
６に表示する。なお、式５において、Lは、心臓からカ
フ２０の装着部位までの距離であり、予め実験に基づい
て決定された定数である。 （式５） PWV=L/DT
徴点決定手段５８によって決定された心音のII音の開始
点の検出時間と、波形特徴点決定手段５６によって決定
された修正脈波BW'または上腕動脈波BWのノッチの検出
時間との時間差を算出し、その時間差を脈波伝播時間DT
に決定する。或いは、さらに、その脈波伝播時間DTから
式５に基づいて脈波伝播速度PWVを算出する。そして、
その脈波伝播時間DTまたは脈波伝播速度PWVを表示器４
６に表示する。なお、式５において、Lは、心臓からカ
フ２０の装着部位までの距離であり、予め実験に基づい
て決定された定数である。 （式５） PWV=L/DT
【００２９】図５は、図２に示した電子制御装置１８の
制御機能をフローチャートにして具体的に示した図であ
る。
制御機能をフローチャートにして具体的に示した図であ
る。
【００３０】まず、カフ圧制御手段５０に相当するステ
ップ（以下、ステップを省略する）Ｓ１では、排気制御
弁２６および空気ポンプ２８を制御することにより、カ
フ２０の圧迫圧力を脈波検出圧力に制御する。続くＳ２
では、心音信号SHおよびカフ脈波信号SMを、一拍分程度
に予め設定された時間の間、所定のサンプリング周期毎
に逐次読み込む。
ップ（以下、ステップを省略する）Ｓ１では、排気制御
弁２６および空気ポンプ２８を制御することにより、カ
フ２０の圧迫圧力を脈波検出圧力に制御する。続くＳ２
では、心音信号SHおよびカフ脈波信号SMを、一拍分程度
に予め設定された時間の間、所定のサンプリング周期毎
に逐次読み込む。
【００３１】続いて、一次波形判定手段５２に相当する
Ｓ３乃至Ｓ５を実行する。まず、Ｓ３で、Ｓ２において
読み込んだカフ脈波信号SMすなわち上腕動脈波BWを周波
数解析し、続くＳ４で、その周波数解析をして得られた
スペクトルにおいて、ノッチが有する周波数帯域として
予め設定された周波数帯域の信号強度を算出する。な
お、上記周波数帯域は、脈波の周波数成分においては比
較的高周波側の帯域である。ノッチが明確である場合に
は、上記周波数帯域の信号強度が大きくなり、ノッチが
不明確である場合には、その周波数帯域の信号強度は小
さくなる。そこで、続くＳ５では、Ｓ４で算出した信号
強度が予め設定された所定値以上であるか否かを判断す
ることにより、ノッチが明確であるか否かを判断する。
Ｓ３乃至Ｓ５を実行する。まず、Ｓ３で、Ｓ２において
読み込んだカフ脈波信号SMすなわち上腕動脈波BWを周波
数解析し、続くＳ４で、その周波数解析をして得られた
スペクトルにおいて、ノッチが有する周波数帯域として
予め設定された周波数帯域の信号強度を算出する。な
お、上記周波数帯域は、脈波の周波数成分においては比
較的高周波側の帯域である。ノッチが明確である場合に
は、上記周波数帯域の信号強度が大きくなり、ノッチが
不明確である場合には、その周波数帯域の信号強度は小
さくなる。そこで、続くＳ５では、Ｓ４で算出した信号
強度が予め設定された所定値以上であるか否かを判断す
ることにより、ノッチが明確であるか否かを判断する。
【００３２】上記Ｓ５の判断が肯定された場合には、上
腕脈波BWを修正しなくてもノッチの発生時間を精度よく
決定できる場合であるので、後述するＳ７以降を直接実
行する。一方、Ｓ５の判断が否定された場合には、修正
脈波決定手段５４に相当するＳＳ６において、ＲＯＭ４
２に予め記憶されている前記式３に示す関係に、前記Ｓ
２で逐次読み込んだカフ脈波信号SMを代入することによ
り、上腕動脈波BWを頸動脈波CWの形状に修正した修正脈
波BW'を決定する。図６に、このＳ６で決定した修正脈
波BW'および前記Ｓ２で読み込んだ心音の一例を示す。
腕脈波BWを修正しなくてもノッチの発生時間を精度よく
決定できる場合であるので、後述するＳ７以降を直接実
行する。一方、Ｓ５の判断が否定された場合には、修正
脈波決定手段５４に相当するＳＳ６において、ＲＯＭ４
２に予め記憶されている前記式３に示す関係に、前記Ｓ
２で逐次読み込んだカフ脈波信号SMを代入することによ
り、上腕動脈波BWを頸動脈波CWの形状に修正した修正脈
波BW'を決定する。図６に、このＳ６で決定した修正脈
波BW'および前記Ｓ２で読み込んだ心音の一例を示す。
【００３３】続いて波形特徴点決定手段５６に相当する
Ｓ７では、上腕動脈波BWまたは修正脈波BW'のノッチを
決定する。すなわち、前記Ｓ５の判断が肯定された場合
には、Ｓ２で読み込んだカフ脈波信号SMすなわち上腕動
脈波BWをそのまま用い、前記Ｓ５の判断が否定された場
合には、Ｓ６で決定した修正脈波BW'を用いて、ノッチ
を決定する。たとえば、上腕動脈波BWまたは修正脈波B
W'のピークを決定し、そのピーク以降において波形が極
小を示す点をノッチに決定する。
Ｓ７では、上腕動脈波BWまたは修正脈波BW'のノッチを
決定する。すなわち、前記Ｓ５の判断が肯定された場合
には、Ｓ２で読み込んだカフ脈波信号SMすなわち上腕動
脈波BWをそのまま用い、前記Ｓ５の判断が否定された場
合には、Ｓ６で決定した修正脈波BW'を用いて、ノッチ
を決定する。たとえば、上腕動脈波BWまたは修正脈波B
W'のピークを決定し、そのピーク以降において波形が極
小を示す点をノッチに決定する。
【００３４】続いて波形特徴点決定手段５８に相当する
Ｓ８では、心音のII音の開始点を決定する。たとえば、
Ｓ２で読み込んだ心音信号SHの振幅を基線（心音が発生
していないときのベースライン）に対して二乗し、その
二乗処理した波形の振幅強度が予め設定された閾値THを
越えた点をII音の開始点に決定する。
Ｓ８では、心音のII音の開始点を決定する。たとえば、
Ｓ２で読み込んだ心音信号SHの振幅を基線（心音が発生
していないときのベースライン）に対して二乗し、その
二乗処理した波形の振幅強度が予め設定された閾値THを
越えた点をII音の開始点に決定する。
【００３５】続いて、脈波伝播速度情報決定手段６０に
相当するＳ９乃至Ｓ１１を実行する。Ｓ９では、図６に
も示すように、前記Ｓ７で決定したノッチの検出時間と
Ｓ８で決定した心音のII音の開始点の検出時間との時間
差を脈波伝播時間DTとして算出する。続くＳ１０では、
Ｓ９で算出した脈波伝播時間DTを、前記式５に代入する
ことにより、脈波伝播速度PWVを算出し、Ｓ１１では、
Ｓ１０で算出した脈波伝播速度PWVを表示器４６に表示
する。
相当するＳ９乃至Ｓ１１を実行する。Ｓ９では、図６に
も示すように、前記Ｓ７で決定したノッチの検出時間と
Ｓ８で決定した心音のII音の開始点の検出時間との時間
差を脈波伝播時間DTとして算出する。続くＳ１０では、
Ｓ９で算出した脈波伝播時間DTを、前記式５に代入する
ことにより、脈波伝播速度PWVを算出し、Ｓ１１では、
Ｓ１０で算出した脈波伝播速度PWVを表示器４６に表示
する。
【００３６】そして、脈波伝播速度PWVを表示させた後
は、続くＳ１２において、排気制御弁２６を急速排圧状
態に切り替え、且つ空気ポンプ２８を停止させることに
より、カフ内の圧力を排圧して、本ルーチンは終了す
る。
は、続くＳ１２において、排気制御弁２６を急速排圧状
態に切り替え、且つ空気ポンプ２８を停止させることに
より、カフ内の圧力を排圧して、本ルーチンは終了す
る。
【００３７】上述の図５に示したフローチャートに基づ
く実施形態によれば、Ｓ６（修正脈波決定手段５４）で
決定する修正脈波BW'は、脈波弁別回路３４により実際
に検出される上腕動脈波BWが、その上腕動脈波BWと、ノ
ッチが明確な頸動脈波CWとの間で予め決定された式３に
示す伝達関数を用いて頸動脈波 CW の形状に修正された脈
波なので、実際に検出される上腕動脈波BWではノッチが
明確でない場合であっても、修正脈波BW'ではノッチが
明確になっている。そして、Ｓ３乃至Ｓ５（一次波形判
定手段５２）において、上腕脈波BWがそのままではノッ
チが明確でないと判断した場合には、Ｓ７（波形特徴点
決定手段５６）では、そのノッチが明確になっている修
正脈波BW'に基づいてノッチを決定するので、正確にノ
ッチを決定できる。
く実施形態によれば、Ｓ６（修正脈波決定手段５４）で
決定する修正脈波BW'は、脈波弁別回路３４により実際
に検出される上腕動脈波BWが、その上腕動脈波BWと、ノ
ッチが明確な頸動脈波CWとの間で予め決定された式３に
示す伝達関数を用いて頸動脈波 CW の形状に修正された脈
波なので、実際に検出される上腕動脈波BWではノッチが
明確でない場合であっても、修正脈波BW'ではノッチが
明確になっている。そして、Ｓ３乃至Ｓ５（一次波形判
定手段５２）において、上腕脈波BWがそのままではノッ
チが明確でないと判断した場合には、Ｓ７（波形特徴点
決定手段５６）では、そのノッチが明確になっている修
正脈波BW'に基づいてノッチを決定するので、正確にノ
ッチを決定できる。
【００３８】また、上述の図５に示したフローチャート
に基づく実施形態によれば、Ｓ７（波形特徴点決定手段
５６）でノッチが正確に決定されることから、Ｓ９乃至
Ｓ１０（脈波伝播速度情報決定手段６０）において、そ
のノッチの発生時間と心音マイク１２により検出される
心音のII音の開始点の検出時間との時間差に基づいて決
定される脈波伝播速度情報の精度が向上する。
に基づく実施形態によれば、Ｓ７（波形特徴点決定手段
５６）でノッチが正確に決定されることから、Ｓ９乃至
Ｓ１０（脈波伝播速度情報決定手段６０）において、そ
のノッチの発生時間と心音マイク１２により検出される
心音のII音の開始点の検出時間との時間差に基づいて決
定される脈波伝播速度情報の精度が向上する。
【００３９】以上、本発明の一実施例を図面に基づいて
説明したが、本発明は他の態様においても適用される。
説明したが、本発明は他の態様においても適用される。
【００４０】たとえば、前述の実施形態では、式３の係
数は、個人毎に決定した後に、その個人毎に決定した係
数を平均することによって決定していたが、個人毎に決
定した係数をそのまま用いてもよい。
数は、個人毎に決定した後に、その個人毎に決定した係
数を平均することによって決定していたが、個人毎に決
定した係数をそのまま用いてもよい。
【００４１】また、前述の実施形態では、第１脈波は上
腕動脈波BWであったが、橈骨動脈波や指尖脈波が第１脈
波であってもよい。橈骨動脈波が第１脈波である場合に
は、橈骨動脈波を検出するための装置には、たとえば、
手首の橈骨動脈の真上となる位置に装着される圧脈波セ
ンサが用いられる。また、指尖脈波が第１脈波である場
合には、指尖脈波を検出するための装置には、たとえ
ば、指尖部に装着される脈拍検出用の脈波センサが用い
られる。
腕動脈波BWであったが、橈骨動脈波や指尖脈波が第１脈
波であってもよい。橈骨動脈波が第１脈波である場合に
は、橈骨動脈波を検出するための装置には、たとえば、
手首の橈骨動脈の真上となる位置に装着される圧脈波セ
ンサが用いられる。また、指尖脈波が第１脈波である場
合には、指尖脈波を検出するための装置には、たとえ
ば、指尖部に装着される脈拍検出用の脈波センサが用い
られる。
【００４２】また、前述の図５に示したフローチャート
において、Ｓ４で算出した信号強度が、ノッチに関する
情報がほとんど喪失していることを意味する予め設定さ
れた値以下である場合には、脈波伝播速度情報を算出せ
ずに図５のルーチンを終了させるステップが、Ｓ４とＳ
５との間にさらに設けられていてもよい。このようにす
れば、精度の悪い脈波伝播速度情報が算出されることを
防止できる。
において、Ｓ４で算出した信号強度が、ノッチに関する
情報がほとんど喪失していることを意味する予め設定さ
れた値以下である場合には、脈波伝播速度情報を算出せ
ずに図５のルーチンを終了させるステップが、Ｓ４とＳ
５との間にさらに設けられていてもよい。このようにす
れば、精度の悪い脈波伝播速度情報が算出されることを
防止できる。
【００４３】以上、本発明の実施例を図面に基づいて詳
細に説明したが、これはあくまでも一実施形態であり、
本発明は当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を加
えた態様で実施することができる。
細に説明したが、これはあくまでも一実施形態であり、
本発明は当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を加
えた態様で実施することができる。
【図１】本発明が適用され、波形特徴点決定装置として
の機能を備えた脈波伝播速度情報測定装置の装置構成を
示す図である。
の機能を備えた脈波伝播速度情報測定装置の装置構成を
示す図である。
【図２】図１の電子制御装置の制御機能の要部を示す機
能ブロック線図である。
能ブロック線図である。
【図３】伝達関数G(s)の係数を決定するための方法を具
体的に示す工程図である。
体的に示す工程図である。
【図４】図３の工程Ｐ３で、工程Ｐ１において読み込ま
れた頸動脈波CWおよび上腕動脈波BWの立ち上がり点が一
致させられた状態を示す図である。
れた頸動脈波CWおよび上腕動脈波BWの立ち上がり点が一
致させられた状態を示す図である。
【図５】図２に示した電子制御装置の制御機能をフロー
チャートにして具体的に示した図である。
チャートにして具体的に示した図である。
【図６】図５のＳ６で決定した修正脈波BW'およびＳ２
で読み込んだ心音の一例を示す図である。
で読み込んだ心音の一例を示す図である。
１０：脈波伝播速度情報測定装置（波形特徴点決定装
置） １２：心音マイク（第２心拍同期信号検出装置） ３４：脈波弁別回路（第１脈波検出装置、第１心拍同期
信号検出装置） ５４：修正脈波決定手段 ５６：波形特徴点決定手段 ６０：脈波伝播速度情報決定手段
置） １２：心音マイク（第２心拍同期信号検出装置） ３４：脈波弁別回路（第１脈波検出装置、第１心拍同期
信号検出装置） ５４：修正脈波決定手段 ５６：波形特徴点決定手段 ６０：脈波伝播速度情報決定手段
─────────────────────────────────────────────────────
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(56)参考文献 特開 平４−285530（ＪＰ，Ａ)
特開 平10−43148（ＪＰ，Ａ)
特開2001−95766（ＪＰ，Ａ)
特開2001−161650（ＪＰ，Ａ)
特開 平10−305018（ＪＰ，Ａ)
特開 平９−122091（ＪＰ，Ａ)
特開 平８−257002（ＪＰ，Ａ)
特開2000−254104（ＪＰ，Ａ)
特開2001−190509（ＪＰ，Ａ)
特公 平７−83742（ＪＰ，Ｂ２)
特許2664918（ＪＰ，Ｂ２)
特許3217330（ＪＰ，Ｂ２)
特許3213296（ＪＰ，Ｂ２)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
A61B 5/02 - 5/0245
Claims (2)
- 【請求項１】 生体から検出される脈波について所定の
波形特徴点を決定する波形特徴点決定手段を備えた波形
特徴点決定装置であって、 前記生体の所定部位において第１脈波を検出する第１脈
波検出装置と、 該第１脈波と、前記波形特徴点が明確な参照脈波との間
の予め決定された伝達関数を用いて、前記第１脈波検出
装置により実際に検出された第１脈波の形状を該参照脈
波の形状に修正した修正脈波を決定する修正脈波決定手
段とを備え、 前記波形特徴点決定手段は、該修正脈波決定手段により
決定された修正脈波に基づいて前記波形特徴点を決定す
るものであることを特徴とする波形特徴点決定装置。 - 【請求項２】 請求項１に記載の波形特徴点決定装置
と、 前記第１脈波検出装置とは異なる部位において前記生体
の心拍同期信号を検出する第２心拍同期信号検出装置
と、 前記波形特徴点決定手段により決定された波形特徴点の
発生時間と、前記第２心拍同期信号検出装置により心拍
同期信号の所定部位が検出された時間との時間差から、
前記生体内を脈波が伝播する速度に関連する脈波伝播速
度情報を決定する脈波伝播速度情報決定手段とを含むこ
とを特徴とする脈波伝播速度情報測定装置。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001312209A JP3538404B2 (ja) | 2001-10-10 | 2001-10-10 | 波形特徴点決定装置、およびその波形特徴点決定装置を用いた脈波伝播速度情報測定装置 |
| US10/121,657 US6923770B2 (en) | 2001-10-10 | 2002-04-15 | Pulse-wave-characteristic-point determining apparatus, and pulse-wave-propagation-velocity-related-information obtaining apparatus employing the pulse-wave-characteristic-point determining apparatus |
| EP02009813A EP1302165A1 (en) | 2001-10-10 | 2002-04-30 | Pulse-wave-characteristic-point determining apparatus, and pulse-wave-propagation-velocity-related-information obtaining apparatus employing the pulse-wave-characteristic-point determining apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001312209A JP3538404B2 (ja) | 2001-10-10 | 2001-10-10 | 波形特徴点決定装置、およびその波形特徴点決定装置を用いた脈波伝播速度情報測定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003116800A JP2003116800A (ja) | 2003-04-22 |
| JP3538404B2 true JP3538404B2 (ja) | 2004-06-14 |
Family
ID=19130903
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001312209A Expired - Lifetime JP3538404B2 (ja) | 2001-10-10 | 2001-10-10 | 波形特徴点決定装置、およびその波形特徴点決定装置を用いた脈波伝播速度情報測定装置 |
Country Status (3)
| Country | Link |
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