JP3631639B2

JP3631639B2 - 血圧測定方法

Info

Publication number: JP3631639B2
Application number: JP27930499A
Authority: JP
Inventors: 文西陳; 登史夫小林; 達男戸川; 靖夫竹内
Original assignee: Japan Science and Technology Agency; National Institute of Japan Science and Technology Agency
Current assignee: Japan Science and Technology Agency; National Institute of Japan Science and Technology Agency
Priority date: 1999-09-30
Filing date: 1999-09-30
Publication date: 2005-03-23
Anticipated expiration: 2019-09-30
Also published as: JP2001095766A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、血圧測定方法に係り、特に、被測定者に無侵襲で連続的に血圧を計測する血圧測定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、血圧は、上腕の動脈が走っている場所に聴診器を置き、駆血帯に空気を送り込み聴診器でコロトコフ音を聞くことにより測定を行っていた。その他には、橈動脈等にカテーテルを挿し込むことにより、被測定者に対して侵襲的に血圧を計測していた。
【０００３】
また、一般に、心拍毎の最高血圧である収縮期血圧（ｓｙｓｔｏｌｉｃｂｌｏｏｄｐｒｅｓｓｕｒｅ，ＳＢＰ）と、心電図のＲ波のピークから光電脈波の立ち上がり点までの時間間隔である脈波伝播時間（ｐｕｌｓｅａｒｒｉｖａｌｔｉｍｅ，ＰＡＴ）との間の関係は、理論的に動脈血管壁の粘弾性効果として説明され、一定の関係があると考えられている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述のような従来のコロトコフ音による測定は、連続的な測定ができず、また、カテーテルによる測定は、被測定者に対して侵襲的となる。
また、ＰＡＴの測定は非侵襲的であるが、ＳＢＰとＰＡＴとの関係には、多くの要因が関連しているので、従来は、不明な点が山積していた。例えば、人工呼吸装置が全身麻酔の手術の下で導入されるとき、ＳＢＰ及びＰＡＴの関係は変わってしまった。また、実際の手術中に収集したＰＡＴ信号はＳ／Ｎが極めて低く、且つ、電気メス等の影響が心電信号に入る場合もあるため、ＰＡＴ信号とＳＰＢとの関係がはっきりしていない。
【０００５】
本発明は、以上の点に鑑み、ＰＡＴの変化が収縮期血圧の変化を反映することに注目し、非侵襲で連続的に血圧を測定することを目的とする。また、本発明は、ノイズに埋められているＰＡＴ信号に対して、適当なディジタル処理を施し、有用な情報を抽出することで、正確な血圧の評価を行うことを目的とする。さらに、本発明は、呼吸による影響を抑えて、ＳＢＰとＰＡＴとの相関関係を明確とした血圧測定方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の解決手段によると、
検出された脈波伝播時間信号からノイズを除去することにより、修正脈波伝播時間信号を求める雑音除去処理と、
前記信号処理により求められた修正脈波伝播時間信号の特定周波数成分を抽出し、抽出された特定周波数成分と血圧校正値により求めた低周波数成分を合成することにより、血圧を求める補正処理と
を含む血圧測定方法を提供する。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の血圧測定方法について詳述する。
図１に、本発明に係る血圧測定方法のフローチャートを示す。
まず、脈波伝播時間ＰＡＴを求める（Ｓ１０）。図２に、脈波伝播時間ＰＡＴの説明図を示す。図２中、上のグラフ（実線）は、ＥＣＧ（Ｅｌｅｃｔｒｏｃａｒｄｉｏｇｒａｍ）とよばれる心電図信号を示す。下のグラフ（一点鎖線）は、ＰＰＧ（Ｐｈｏｔｏｐｌｅｔｈｙｓｍｏｇｒａｍ）と呼ばれる光電脈波信号を示す。測定では、心電図Ｒ波のピークを検出し、また、連続二つのＲ波ピークの間にある光電脈波の立ち上がり点を検出する。心電図Ｒ波ピークから光電脈波の立ち上がり点までの時間を求め、これを脈波伝播時間ＰＡＴとする。
【０００８】
図３に、検出したＰＡＴ信号の説明図を示す。上のグラフがＰＡＴ信号、下のグラフがＳＢＰ信号をそれぞれ示す。このように、一般に、手術中等で長時間にわたって収集したＰＡＴ信号は、Ｓ／Ｎが大変低く、且つ、電気メス等の影響が心電信号に入る場合もあるため、検出したＰＡＴ信号は強いスパイク状ノイズに埋もれてしまう。これでは、ＰＡＴとＳＢＰの関係を求めることは極めて困難である。
【０００９】
そこで、つぎに、本発明では、ノイズに埋められているＰＡＴ信号に対して、適当なディジタル処理を施し、有用な情報を抽出して正確な評価をするために、ＰＡＴの雑音除去処理を実行する（Ｓ２０）。雑音除去処理としては、例えば、スパイク状雑音除去、例外値検出・除去と欠損値補間、呼吸成分除去等である。これらのうち、全ての方法を用いてもよいし、必要に応じて適宜の方法を選択して用いて雑音除去を行ってもよい。
【００１０】
図４に、スパイク状雑音除去の説明図を示す。画像のスパイク状ノイズ（ＳａｌｔａｎｄＰｅｐｐｅｒノイズ）を除去するために、例えばメディアンフィルタを使用する。これにより、孤立的なスパイク雑音を除去することができる。なお、ＰＡＴとＳＢＰとの相関係数は、一例として、−０．２５を示した。
このようにして、幅の狭いスパイクノイズが除去されたが、幅の広いスパイクはまだ残っている。そこで、例外値検出・除去と欠損値補間の処理を実行する。
【００１１】
図５に、例外値検出・除去と欠損値補間の説明図を示す。この処理では、メディアンフィルタ等で除去できない幅の広いスパイクノイズを微分フィルタで検出して、その区間内のデータを削除する。さらに、スプライン関数等で該当区間前後のデータを用いて、削除された欠損値を補間する。このような、非線形フィルタを使用することは、雑音除去に極めて有効である。この処理により、有用信号に混入した雑音を有効に除去すると同時に、細かな微妙の変化も再現できる。なお、ＰＡＴとＳＢＰとの相関係数は、一例として、−０．８４を示した。
【００１２】
さらに、呼吸成分を除去する処理を実行する。図６に、呼吸成分除去についての説明図を示す。この処理では、例えば、ウェーブレット（Ｗａｖｅｌｅｔ）変換を利用した、ウェーブレットフィルタを用いることができる。これにより、ＰＡＴ信号を平滑化することができる。なお、ＰＡＴとＳＢＰとの相関係数は、一例として、−０．８７を示した。
つぎに、雑音除去処理がほどこされた修正ＰＡＴ信号について、さらにＳＢＰとの相関を良くするように補正処理を実行する（Ｓ３０）。
【００１３】
図７に、補正処理の説明図を示す。また、図８に、収縮期血圧推定プロセスの説明図を示す。
まず、修正ＰＡＴ信号（図８（ａ））の値を統一のサンプリング周波数（例えば、１Ｈｚ）にリスケールする。リスケールしたＰＡＴ（ＲｅｓｃａｌｅｄＰｕｌｓｅＡｒｒｉｖａｌＴｉｍｅ，ＲＰＡＴ）信号に基づき、バンドパスフィルタで帯域限定成分ＢＬＣを生成する（図８（ｂ））。すなわち、リスケールした脈波伝播時間ＲＰＡＴが、バンドパスフィルタ３１に入力される。収縮期血圧の推定精度はバンドパスフィルタ３１のパラメータと校正間隔Ｔ_Ｃに依存する。バンドパスフィルタ３１のパラメータの最適選択は、例えば、ハイカットオフ周波数Ｆ_Ｈ＝０．００４Ｈｚ、ローカットオフ周波数Ｆ_Ｌ＝０．０００５３Ｈｚであり、また、Ｔ_Ｃ＝５ｍｉｎである。これらの値は、実際応用時の目的、要求等により、適宜の値を用いることができる。バンドパスフィルタ３１から、帯域限定成分ＢＬＣが出力される。帯域限定成分ＢＬＣは、短時間内における収縮期血圧の変化分を追跡する。
【００１４】
一方、例えば、線形補間方法等を用いた収縮期血圧校正値より、低周波数成分ＬＦＣ（図８（ｃ））を生成する。具体的には、まず、血圧校正値が補間処理部３２に入力される。例えば、補間処理部３２は、コロトコフ音を利用した間接的血圧測定等により所定時間間隔で計測された収縮期血圧を用いて、測定間の補間処理を行い連続した低周波成分を生成する。または、補間処理部３２は、脈波伝播信号又は修正脈波伝播信号等を用いて、連続した低周波成分を生成するようにしてもよい。なお、図８中、ＩＳＢＰ（ＩｎｖａｓｉｖｅＳｙｓｔｏｌｉｃｂｌｏｏｄｐｒｅｓｓｕｒｅ）信号は、侵襲的に測定したＳＢＰ信号、即ち、観血式収縮期血圧を示す。補間処理部３２は、このようにして、低周波数成分ＬＦＣを出力する。低周波数成分ＬＦＣは、長時間の間に収縮期血圧ＳＢＰのトレンドを推定する。
【００１５】
つぎに、ＢＬＣ成分とＬＦＣ成分を加算することによって、収縮期血圧ＳＢＰを推定する。すなわち、加算部３３は、脈波伝播時間の帯域限定成分ＢＬＣと、一定時間間隔で計測された校正値により求められた低周波数成分ＬＦＣとを合成する。このようにして、連続的に収縮期血圧ＳＢＰが推定され、推定した収縮期血圧ＥＳＢＰ（図８（ｄ））を出力する（Ｓ４０）。
【００１６】
つぎに、実際の測定結果について説明する。
測定された信号は、４歳から７７歳までの広い範囲の年齢で、２０例（男１４例，女６例）を対象とした。疾患は、狭心症，心房中隔欠損，解離性大動脈瘤，心室中隔欠損，ファロー四徴症，等の心臓血管の病気を計測対象とした。ＰＡＴ信号を求めるための測定信号は、胸部Ｖ_５誘導心電図の信号、指尖光電脈波（Ｐｈｏｔｏｐｌｅｔｈｙｓｍｏｇｒａｍ、ＰＰＧ）信号（左食指等）である。この他に、肢誘導ＩＩ心電図等を用いることもできる。解析データ長として、測定時間４２時間２７分、心拍数２０６，５１９である。また、推定した結果を評価するための血圧基準値は、左橈動脈カテーテルより計測した。
【００１７】
図９に、推定した収縮期血圧ＥＳＢＰのサンプルの説明図を示す。
図より、観血式収縮期血圧ＩＳＢＰは、推定した収縮期血圧ＥＳＢＰとよく相関していることがわかる。この例では、推定誤差ＥｒｒＳＢＰは、ほぼ７％以内となっている。なお、推定誤差ＥｒｒＳＢＰは、以下の式で求めたものである。ＥｒｒＳＢＰ＝１００＊（ＥＳＢＰ−ＩＳＢＰ）／ＩＳＢＰ
【００１８】
つぎに、図１０に、２０例について求めた結果の誤差分布図を示す。
この図では、誤差範囲とその確率は、次の通りである。すなわち、誤差範囲±０％は確率３８．８％、誤差範囲±１０％は確率９７．８％、また、誤差範囲±１６％は確率９９．４％である。なお、校正間隔Ｔ_Ｃは、５分とした。このように、推定した収縮期血圧ＥＳＢＰの誤差特性は、平均誤差がゼロで、かなり良い正規分布となっている。
【００１９】
以上のように、ＰＡＴ信号に混入された雑音を除去した結果、有意で微妙なＰＡＴ信号の経時的変化が明らかになった。また、比較的短期間又はＳＢＰが安定している間では、血管特性の大きな変化が認められないため、ＰＡＴが良くＳＢＰに追従していて、良好な線形関係が見られる。
【００２０】
【発明の効果】
本発明によると、以上のように、ＰＡＴの変化が収縮期血圧の変化を反映することに注目し、非侵襲で連続的に血圧を測定することができる。また、本発明によると、ノイズに埋められているＰＡＴ信号に対して、適当なディジタル処理を施し、有用な情報を抽出することで、正確な血圧の評価を行うことができる。さらに、本発明によると、呼吸による影響を抑えて、ＳＢＰとＰＡＴとの相関関係を明確とした血圧測定方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る血圧測定方法のフローチャート。
【図２】脈波伝播時間ＰＡＴの説明図。
【図３】検出したＰＡＴ信号の説明図。
【図４】スパイク状雑音除去の説明図。
【図５】例外値検出・除去と欠損値補間の説明図。
【図６】呼吸成分除去についての説明図。
【図７】補正処理の説明図。
【図８】収縮期血圧測定プロセスの説明図。
【図９】推定した収縮期血圧ＥＳＢＰのサンプルの説明図。
【図１０】誤差分布図。
【符号の説明】
Ｓ１０ＰＡＴ検出処理
Ｓ２０雑音除去処理
Ｓ３０補正処理
Ｓ４０血圧出力処理
３１バンドパスフィルタ
３２補間処理部
３３加算部

Claims

検出された脈波伝播時間信号からノイズを除去することにより、修正脈波伝播時間信号を求める雑音除去処理と、
前記信号処理により求められた修正脈波伝播時間信号の特定周波数成分を抽出し、抽出された特定周波数成分と血圧校正値により求めた低周波数成分を合成することにより、血圧を求める補正処理と
を含む血圧測定方法。
前記補正処理は、所定時間間隔で計測された血圧値を用いて、所定時間の間の補間処理を行い連続した低周波成分を生成することを特徴とする請求項１に記載の血圧測定方法。
前記補正処理は、血圧校正値、脈波伝播信号又は修正脈波伝播信号を用いて、連続した低周波成分を生成することを特徴とする請求項１に記載の血圧測定方法。
前記雑音除去処理は、スパイク状雑音を除去することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の血圧測定方法。
前記雑音除去処理は、ある区間について、区間内の例外値を除去し、該当区間の前及び／又は後のデータを用いて除去された欠損値を補間することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の血圧測定方法。
前記雑音除去処理は、呼吸成分を除去することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の血圧測定方法。