JP3654802B2 - 血圧測定装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、医療用器具の分野において、生体内血管に微弱な振動を与え、血管内を伝搬した振動を検出し、解析することで血圧を連続的に測定する装置に関し、特に、交流電源からのノイズや、同時に使用される機器からのノイズが存在しても、高い感度で振動を検出可能な血圧測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来この種の装置では、例えば特表平9-506024号公報に示すように、非侵襲で血圧を連続的に計測する方法が提案されている。この方法は、血圧の変化に応じて血管の弾性が変化することに着目し、さらに血管の弾性変化は、血管を伝わる振動の伝搬速度を変化させることから、血管を伝搬する振動の速度を検出することで血圧を推定するものである。
【０００３】
この血圧計測方法について図３を用いてより詳細に説明する。被検体の前腕には加振器２と振動センサ４が取り付けられ、上腕にはカフ８が取り付けられる。加振器２には発振器３が発生した周波数ｆの信号が供給され、この信号により前腕内部の橈骨動脈を周波数ｆで振動させる。周波数ｆはおよそ100Hzから2000Hzの範囲である。振動センサ４は橈骨動脈を伝搬した振動を検出し、電気信号に変換する。振動センサ４からの電気信号は５により増幅された後、A/D変換器６によりディジタル信号に変換され、プロセッサ７に入力される。プロセッサ７では、位相検波処理を行い、その円弧分布の中心から見た位相変化を算出する。この位相変化は、振動伝搬速度の変化であり、血圧の変化に相当する。この変化量を校正用のカフ８およびカフ血圧測定器９による最高血圧および最低血圧の測定値で校正することにより、血圧を連続的に算出し、表示部10で波形表示を行う。なお、直流電源11は、接続を図示していないが、電源プラグ12を交流電源のコンセントに挿入し、各ブロックの動作に必要な直流定電圧を生成して、各ブロックに供給している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記方法において精度の高い血圧検出を行うには、血管を伝搬した微弱な振動を感度良く検出することが重要である。加振器２を動作させずに、振動センサ４からの信号をアンプ５で増幅し、A/D変換器６でディジタルデータに変換した信号のパワースペクトラムを図４に示す。これは、システムに入力されるノイズスペクトラムを示している。なお、領域ｂでの周波数成分は、被検体の脈波成分である。
【０００５】
図４に示すように、電源の周波数fsの整数倍の周波数において、ノイズパワーが強くなっている。これらは、電源11もしくは被検体を介して交流電源の基本波および高調波がノイズとして装置の入力系に混入しているものであり、振動の検出感度を著しく悪化させるものである。
【０００６】
電源11に供給される交流電源の周波数fsは、機器が使用される国および地域により異なり、あらかじめ周波数を特定するのは困難である。
【０００７】
また、図４の周波数fd1，fd2では、このような血圧計が使用される環境、たとえば手術室、において、同時に使用される機器が発生する振動もしくは電磁波ノイズによる信号が観測される。この信号も、振動の検出感度を悪化させる要因となる。同時に使用される機器は使用環境において様々に変化するので、あらかじめノイズ信号の周波数を特定するのは不可能である。
【０００８】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、交流電源からのノイズや、同時に使用される機器からのノイズ信号が存在しても、高い感度で加振器からの振動を検出可能な血圧測定装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の血圧測定装置は、血管を振動させるための加振手段と、前記血管を伝搬した振動を検出し、電気信号に変換する振動検出手段と、前記振動検出手段からの電気信号をもとに血圧を算出する血圧算出手段と、前記振動検出手段からの電気信号の周波数解析を行う信号解析手段と、前記信号解析手段の出力をもとに前記加振手段の加振周波数を制御する周波数制御手段とを有する。この構成により、外来ノイズの存在する周波数帯域を検出し、その周波数帯域を避けて加振周波数を設定することが可能であるため、外来ノイズに影響されずに信号検出が可能となる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００１２】
（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態では、血管に振動を与えない状態での受信信号のパワースペクトラムから、ノイズパワーの小さい帯域を選択し、その帯域に加振周波数を選定することにより、外来ノイズに影響されない信号検出を可能とした。
【００１３】
図１は、本発明の実施の形態の血圧測定装置の構成を示すブロック図である。この図において、図３の血圧測定装置と同一の構成要素または対応する構成要素には図３で使用した符号と同一の符号を付した。
【００１４】
本発明の実施の血圧測定装置の基本構成およびその動作は、図３に示した従来例と同一であるため、それらの説明は省略する。
【００１５】
本発明の実施の形態が前記従来例と異なる点は、プロセッサ７の処理である。プロセッサ７は、従来例と同様の血圧算出演算を行う血圧算出部21と、本実施の形態の特徴である周波数解析部22および周波数制御部23とを備えている。周波数解析部22にはＡ／Ｄ変換器６の出力が入力される。周波数解析部22は、入力信号のパワースペクトラム情報を演算して周波数制御部23に与える。周波数制御部23は、入力されたパワースペクトラム情報をもとに加振周波数を決定し、その周波数情報を発振器３に送出する。周波数制御部23の出力は位相演算部21にも供給される。
【００１６】
以下、本発明の実施の形態の血圧測定装置各部の動作について説明する。
【００１７】
まず、振動センサ４、加振器２を被検体に装着し、加振器２を動作させずに振動センサ４からの信号を検出する。この時（無加振時）の受信信号は、Ａ／Ｄ変換器６から周波数解析部22に送られる。
【００１８】
周波数解析部22では高速フーリエ変換などの演算により、無加振時の受信信号のパワースペクトラムを算出する。このときのパワースペクトラムとしては例えば図４が得られる。このパワースペクトラムは、周波数制御部23へ出力される。
【００１９】
周波数制御部23は、この無加振時の受信信号のパワースペクトラムから、ノイズパワーの小さい帯域を選択し、その帯域に加振周波数を選定する。図４を例にすると、fsからfd1の間、もしくは、２fsから３fsの間の周波数が適切である。選定された加振周波数の情報は発振器３に出力される。
【００２０】
発振器３は、周波数制御部23が選定した加振周波数を持つ正弦波を発生し、加振器２に供給する。加振器２は前記加振周波数を持つ正弦波で被検体を加振する。加振器２の振動は被検体の血管を伝搬し、振動サンセ４により検出され、電気信号に変換される。振動センサ４からの信号は、Ａ／Ｄ変換器６によりデジタル化され、血圧算出部21に入力される。血圧算出部21には、発振器３からの加振信号も入力され、位相検波の参照信号として使用される。血圧演算部21では、さらに位相検波の出力信号の位相変化を算出し、カフ血圧測定器９からの最高血圧および最低血圧の測定値で校正することで、血圧を算出する。算出された血圧は表示部10に出力され、表示される。
【００２１】
以上のように、本発明の実施の形態の血圧測定装置によれば、血管に振動を与えない状態での受信信号のパワースペクトラムを周波数解析部22で算出し、そのパワースペクトラムから周波数制御部23でノイズパワーの小さい帯域を選択し、その帯域に発振器３の加振周波数を選定するので、加振周波数を、交流電源の高調波や周囲で動作する機器から発生するノイズの周波数以外の周波数とすることが可能となり、その結果、これら外乱信号に影響されずに、高精度の血圧検出が可能となる。また、直流電源11や被検体への電源ノイズ対策や外来ノイズ対策を施さなくても、感度の高い連続式血圧測定装置を構成することが可能である。
【００２２】
（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態では、血管に振動を与えない状態で振動を計測し、その計測された振動からノイズ信号のパワースペクトラムを計算し、ノイズの小さな帯域の中から一番感度良く血圧波形を検出できる帯域に加振周波数を選定することにより、これら外乱ノイズに影響されず、かつ各被検体に最適な加振周波数を用いた高精度の血圧検出を可能とした。
【００２３】
図２は、本発明の第２の実施の形態の加振周波数決定方法を説明するフローチャートである。なお、このフローの処理は図１に示したプロセッサ７により実行することができる。
【００２４】
ステップS1では、加振器２を動作させずに振動センサ４からの信号を周波数解析し、パワースペクトラムP(f)を算出する。
【００２５】
ステップS2では、
P(f)の値が設定値PMより小さく、
かつ周波数が設定値FMINより大きくFMAXより小さく、
かつ周波数帯域幅が設定値FWより大きい、
という条件を満足する周波数範囲
[fmin＿n，fmax＿n] (n＝1,2,..k)
を算出する。
【００２６】
ここで、設定値PMは、装置の信号対雑音比(S/N比)に関連づけられて決定されるもので、この設定値より小さなノイズパワーの帯域であれば十分な精度で血圧検出が行える値として設定される。もし、当初の設定で該当する周波数範囲が存在しなかった場合、PMの値を増加させ、ステップS2を再度実行する。
【００２７】
設定値FMIN，FMAXは、血管中を十分な強さの振動が伝搬するために必用な周波数の条件である。これは、加振器２および振動センサ４の帯域と血管伝搬特性により決定される値である。FMINは200〜500Hz程度、FMAXは1000〜2000Hz程度が適切である。
【００２８】
設定値FWは、血圧検出に必用な帯域で決定され、20〜100Hz程度が適当である。
【００２９】
ステップS3では周波数範囲[fmin＿n，fmax＿n] (n=1,2,..k)の中央値
fq＿n＝(fmin＿n+fmax＿n)/2 (n＝1,2,..k)
を算出する。
【００３０】
ステップS4では、周波数fq＿n (n＝1,2,..k)を加振周波数として血圧測定を行い、すべてのfq＿n (n=1,2,..k)のうち、血圧波形が一番感度良く検出できるfq＿j(1≦j≦k)を選出し、それを加振周波数と選定する。
【００３１】
このように、本発明の第２の実施の形態によれば、加振周波数を、電源の高調波や周囲で動作する機器から発生するノイズの周波数以外の周波数とすることが可能となるので、これら外乱ノイズに影響されずに、高精度の血圧検出が可能である。
【００３２】
また、ノイズの小さな帯域から一番感度良く血圧波形を検出できる帯域を選択するので、各被検体に最適な加振周波数を選択でき、より高精度の血圧検出が可能である。
【００３３】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明の血圧測定装置によれば、外乱ノイズの存在する周波数帯域を検出し、外乱ノイズの存在する周波数以外の周波数を加振周波数とすることにより、高感度、かつ高信頼性を有する血圧測定装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の血圧測定装置の基本構成を示すブロック図、
【図２】本発明の第２の実施の形態の血圧測定装置の加振信号設定方法を説明するためのフローチャート、
【図３】従来の血圧測定装置の概略ブロック図、
【図４】本発明の実施の形態および従来の血圧測定装置に入力されるノイズスペクトラムを説明するための図である。
【符号の説明】
２ 加振器
３ 発振器
４ 振動センサ
７ プロセッサ
８ カフ
９ カフ式血圧測定器
21 血圧算出部
22 周波数解析部
23 周波数制御部
【発明の属する技術分野】
本発明は、医療用器具の分野において、生体内血管に微弱な振動を与え、血管内を伝搬した振動を検出し、解析することで血圧を連続的に測定する装置に関し、特に、交流電源からのノイズや、同時に使用される機器からのノイズが存在しても、高い感度で振動を検出可能な血圧測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来この種の装置では、例えば特表平9-506024号公報に示すように、非侵襲で血圧を連続的に計測する方法が提案されている。この方法は、血圧の変化に応じて血管の弾性が変化することに着目し、さらに血管の弾性変化は、血管を伝わる振動の伝搬速度を変化させることから、血管を伝搬する振動の速度を検出することで血圧を推定するものである。
【０００３】
この血圧計測方法について図３を用いてより詳細に説明する。被検体の前腕には加振器２と振動センサ４が取り付けられ、上腕にはカフ８が取り付けられる。加振器２には発振器３が発生した周波数ｆの信号が供給され、この信号により前腕内部の橈骨動脈を周波数ｆで振動させる。周波数ｆはおよそ100Hzから2000Hzの範囲である。振動センサ４は橈骨動脈を伝搬した振動を検出し、電気信号に変換する。振動センサ４からの電気信号は５により増幅された後、A/D変換器６によりディジタル信号に変換され、プロセッサ７に入力される。プロセッサ７では、位相検波処理を行い、その円弧分布の中心から見た位相変化を算出する。この位相変化は、振動伝搬速度の変化であり、血圧の変化に相当する。この変化量を校正用のカフ８およびカフ血圧測定器９による最高血圧および最低血圧の測定値で校正することにより、血圧を連続的に算出し、表示部10で波形表示を行う。なお、直流電源11は、接続を図示していないが、電源プラグ12を交流電源のコンセントに挿入し、各ブロックの動作に必要な直流定電圧を生成して、各ブロックに供給している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記方法において精度の高い血圧検出を行うには、血管を伝搬した微弱な振動を感度良く検出することが重要である。加振器２を動作させずに、振動センサ４からの信号をアンプ５で増幅し、A/D変換器６でディジタルデータに変換した信号のパワースペクトラムを図４に示す。これは、システムに入力されるノイズスペクトラムを示している。なお、領域ｂでの周波数成分は、被検体の脈波成分である。
【０００５】
図４に示すように、電源の周波数fsの整数倍の周波数において、ノイズパワーが強くなっている。これらは、電源11もしくは被検体を介して交流電源の基本波および高調波がノイズとして装置の入力系に混入しているものであり、振動の検出感度を著しく悪化させるものである。
【０００６】
電源11に供給される交流電源の周波数fsは、機器が使用される国および地域により異なり、あらかじめ周波数を特定するのは困難である。
【０００７】
また、図４の周波数fd1，fd2では、このような血圧計が使用される環境、たとえば手術室、において、同時に使用される機器が発生する振動もしくは電磁波ノイズによる信号が観測される。この信号も、振動の検出感度を悪化させる要因となる。同時に使用される機器は使用環境において様々に変化するので、あらかじめノイズ信号の周波数を特定するのは不可能である。
【０００８】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、交流電源からのノイズや、同時に使用される機器からのノイズ信号が存在しても、高い感度で加振器からの振動を検出可能な血圧測定装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の血圧測定装置は、血管を振動させるための加振手段と、前記血管を伝搬した振動を検出し、電気信号に変換する振動検出手段と、前記振動検出手段からの電気信号をもとに血圧を算出する血圧算出手段と、前記振動検出手段からの電気信号の周波数解析を行う信号解析手段と、前記信号解析手段の出力をもとに前記加振手段の加振周波数を制御する周波数制御手段とを有する。この構成により、外来ノイズの存在する周波数帯域を検出し、その周波数帯域を避けて加振周波数を設定することが可能であるため、外来ノイズに影響されずに信号検出が可能となる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００１２】
（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態では、血管に振動を与えない状態での受信信号のパワースペクトラムから、ノイズパワーの小さい帯域を選択し、その帯域に加振周波数を選定することにより、外来ノイズに影響されない信号検出を可能とした。
【００１３】
図１は、本発明の実施の形態の血圧測定装置の構成を示すブロック図である。この図において、図３の血圧測定装置と同一の構成要素または対応する構成要素には図３で使用した符号と同一の符号を付した。
【００１４】
本発明の実施の血圧測定装置の基本構成およびその動作は、図３に示した従来例と同一であるため、それらの説明は省略する。
【００１５】
本発明の実施の形態が前記従来例と異なる点は、プロセッサ７の処理である。プロセッサ７は、従来例と同様の血圧算出演算を行う血圧算出部21と、本実施の形態の特徴である周波数解析部22および周波数制御部23とを備えている。周波数解析部22にはＡ／Ｄ変換器６の出力が入力される。周波数解析部22は、入力信号のパワースペクトラム情報を演算して周波数制御部23に与える。周波数制御部23は、入力されたパワースペクトラム情報をもとに加振周波数を決定し、その周波数情報を発振器３に送出する。周波数制御部23の出力は位相演算部21にも供給される。
【００１６】
以下、本発明の実施の形態の血圧測定装置各部の動作について説明する。
【００１７】
まず、振動センサ４、加振器２を被検体に装着し、加振器２を動作させずに振動センサ４からの信号を検出する。この時（無加振時）の受信信号は、Ａ／Ｄ変換器６から周波数解析部22に送られる。
【００１８】
周波数解析部22では高速フーリエ変換などの演算により、無加振時の受信信号のパワースペクトラムを算出する。このときのパワースペクトラムとしては例えば図４が得られる。このパワースペクトラムは、周波数制御部23へ出力される。
【００１９】
周波数制御部23は、この無加振時の受信信号のパワースペクトラムから、ノイズパワーの小さい帯域を選択し、その帯域に加振周波数を選定する。図４を例にすると、fsからfd1の間、もしくは、２fsから３fsの間の周波数が適切である。選定された加振周波数の情報は発振器３に出力される。
【００２０】
発振器３は、周波数制御部23が選定した加振周波数を持つ正弦波を発生し、加振器２に供給する。加振器２は前記加振周波数を持つ正弦波で被検体を加振する。加振器２の振動は被検体の血管を伝搬し、振動サンセ４により検出され、電気信号に変換される。振動センサ４からの信号は、Ａ／Ｄ変換器６によりデジタル化され、血圧算出部21に入力される。血圧算出部21には、発振器３からの加振信号も入力され、位相検波の参照信号として使用される。血圧演算部21では、さらに位相検波の出力信号の位相変化を算出し、カフ血圧測定器９からの最高血圧および最低血圧の測定値で校正することで、血圧を算出する。算出された血圧は表示部10に出力され、表示される。
【００２１】
以上のように、本発明の実施の形態の血圧測定装置によれば、血管に振動を与えない状態での受信信号のパワースペクトラムを周波数解析部22で算出し、そのパワースペクトラムから周波数制御部23でノイズパワーの小さい帯域を選択し、その帯域に発振器３の加振周波数を選定するので、加振周波数を、交流電源の高調波や周囲で動作する機器から発生するノイズの周波数以外の周波数とすることが可能となり、その結果、これら外乱信号に影響されずに、高精度の血圧検出が可能となる。また、直流電源11や被検体への電源ノイズ対策や外来ノイズ対策を施さなくても、感度の高い連続式血圧測定装置を構成することが可能である。
【００２２】
（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態では、血管に振動を与えない状態で振動を計測し、その計測された振動からノイズ信号のパワースペクトラムを計算し、ノイズの小さな帯域の中から一番感度良く血圧波形を検出できる帯域に加振周波数を選定することにより、これら外乱ノイズに影響されず、かつ各被検体に最適な加振周波数を用いた高精度の血圧検出を可能とした。
【００２３】
図２は、本発明の第２の実施の形態の加振周波数決定方法を説明するフローチャートである。なお、このフローの処理は図１に示したプロセッサ７により実行することができる。
【００２４】
ステップS1では、加振器２を動作させずに振動センサ４からの信号を周波数解析し、パワースペクトラムP(f)を算出する。
【００２５】
ステップS2では、
P(f)の値が設定値PMより小さく、
かつ周波数が設定値FMINより大きくFMAXより小さく、
かつ周波数帯域幅が設定値FWより大きい、
という条件を満足する周波数範囲
[fmin＿n，fmax＿n] (n＝1,2,..k)
を算出する。
【００２６】
ここで、設定値PMは、装置の信号対雑音比(S/N比)に関連づけられて決定されるもので、この設定値より小さなノイズパワーの帯域であれば十分な精度で血圧検出が行える値として設定される。もし、当初の設定で該当する周波数範囲が存在しなかった場合、PMの値を増加させ、ステップS2を再度実行する。
【００２７】
設定値FMIN，FMAXは、血管中を十分な強さの振動が伝搬するために必用な周波数の条件である。これは、加振器２および振動センサ４の帯域と血管伝搬特性により決定される値である。FMINは200〜500Hz程度、FMAXは1000〜2000Hz程度が適切である。
【００２８】
設定値FWは、血圧検出に必用な帯域で決定され、20〜100Hz程度が適当である。
【００２９】
ステップS3では周波数範囲[fmin＿n，fmax＿n] (n=1,2,..k)の中央値
fq＿n＝(fmin＿n+fmax＿n)/2 (n＝1,2,..k)
を算出する。
【００３０】
ステップS4では、周波数fq＿n (n＝1,2,..k)を加振周波数として血圧測定を行い、すべてのfq＿n (n=1,2,..k)のうち、血圧波形が一番感度良く検出できるfq＿j(1≦j≦k)を選出し、それを加振周波数と選定する。
【００３１】
このように、本発明の第２の実施の形態によれば、加振周波数を、電源の高調波や周囲で動作する機器から発生するノイズの周波数以外の周波数とすることが可能となるので、これら外乱ノイズに影響されずに、高精度の血圧検出が可能である。
【００３２】
また、ノイズの小さな帯域から一番感度良く血圧波形を検出できる帯域を選択するので、各被検体に最適な加振周波数を選択でき、より高精度の血圧検出が可能である。
【００３３】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明の血圧測定装置によれば、外乱ノイズの存在する周波数帯域を検出し、外乱ノイズの存在する周波数以外の周波数を加振周波数とすることにより、高感度、かつ高信頼性を有する血圧測定装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の血圧測定装置の基本構成を示すブロック図、
【図２】本発明の第２の実施の形態の血圧測定装置の加振信号設定方法を説明するためのフローチャート、
【図３】従来の血圧測定装置の概略ブロック図、
【図４】本発明の実施の形態および従来の血圧測定装置に入力されるノイズスペクトラムを説明するための図である。
【符号の説明】
２ 加振器
３ 発振器
４ 振動センサ
７ プロセッサ
８ カフ
９ カフ式血圧測定器
21 血圧算出部
22 周波数解析部
23 周波数制御部
Claims (1)
- 血管を振動させるための加振手段と、前記血管を伝搬した振動を検出し、電気信号に変換する振動検出手段と、前記振動検出手段からの電気信号をもとに血圧を算出する血圧算出手段と、前記振動検出手段からの電気信号の周波数解析を行う信号解析手段と、前記信号解析手段の出力をもとに前記加振手段の加振周波数を制御する周波数制御手段とを有することを特徴とする血圧測定装置。
Priority Applications (2)
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