JP3657584B2 - カフ脈波検出装置および脈波伝播速度情報測定装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、生体に装着されるカフを用い、生体からそのカフに伝達されるカフ脈波を検出するカフ脈波検出装置、およびそのカフ脈波検出装置を用いて生体の所定の２部位間を脈波が伝播する速度に関連する脈波伝播速度情報を測定する脈波伝播速度情報測定装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
脈波伝播速度情報などの生体情報を測定するために、生体の所定の部位で脈波を検出する脈波検出装置が用いられる。この脈波検出装置として、上腕など生体の所定の部位にカフを装着し、生体からそのカフに伝達される圧力振動であるカフ脈波を検出する形式の脈波検出装置すなわちカフ脈波検出装置が用いられることがある。脈波検出装置としてカフ脈波検出装置を用いれば、装置の多くの部分を血圧測定装置と共用できる利点があるからである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
カフ脈波検出装置では、カフ内で生じた圧力振動であるカフ脈波が配管内を伝播して圧力センサに伝達されることにより、カフ脈波が電気信号に変換される。カフ内で生じたカフ脈波が配管内を伝播して圧力センサに到達するのには時間を必要とするので、カフ脈波検出装置では、カフにおいてカフ脈波が発生してから、配管内を伝播する時間だけ遅れて、電気信号としてカフ脈波が検出される。すなわち、カフ脈波検出装置によって検出されるカフ脈波は、実際の脈波に対して時間的に遅れているという問題がある。また、カフ脈波は、配管内を伝播する際に、時間的な遅れとともに位相の遅れも生じている。そのため、従来のカフ脈波検出装置に基づいて測定される生体情報は、精度が不十分であった。
【０００４】
本発明は以上の事情を背景として為されたものであって、その目的とするところは、時間的および位相的に遅れの少ないカフ脈波を検出することができるカフ脈波検出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】
上記目的を達成するための本発明は、生体の所定部位に装着されるために本体部から離隔して設けられたカフと、配管により前記カフに接続されて前記カフ内の圧力を検出する圧力センサとを備え、前記生体から前記カフに伝達される圧力振動であるカフ脈波を検出するカフ脈波検出装置であって、前記カフ内で生じたカフ脈波が前記配管内を伝播して前記圧力センサに到達するまでの時間が、カフ脈波信号がＣＰＵのクロック周波数に基づいて定まる時間毎に読み込まれる際の測定間隔よりも短くなるように、前記カフと前記圧力センサとの間の前記配管の長さが設定されていることを特徴とする。
【０００８】
【発明の効果】
この発明によれば、カフ内で生じたカフ脈波が配管内を伝播して圧力センサに到達するまでの時間が、測定できる最小時間よりも短くなるようにカフと圧力センサとの間の配管の長さが短く設定されるので、時間的および位相的に遅れのほとんどないカフ脈波が得られる。
【０００９】
【発明の他の態様】
ここで、好ましくは、上記カフ脈波検出装置は脈波伝播速度情報測定装置に用いられる。すなわち、その脈波伝播速度情報測定装置は、生体の所定の２部位においてそれぞれ検出される２つの心拍同期信号に基づいて、その２部位間を脈波が伝播する速度に関連する脈波伝播速度情報を測定する脈波伝播速度情報測定装置であって、上記カフ脈波検出装置を備え、一方の心拍同期信号としてそのカフ脈波検出装置により検出されるカフ脈波を用いることを特徴とする。この脈波伝播速度情報測定装置によれば、脈波伝播速度情報を測定するための２つの心拍同期信号の一方に、時間遅れの少ないカフ脈波が用いられるので、精度のよい脈波伝播速度情報が得られる。
【００１０】
また、好ましくは、脈波伝播速度情報測定装置は、２つの心拍同期信号にともに前記カフ脈波検出装置により検出されるカフ脈波を用いる。すなわち、その脈波伝播速度情報測定装置は、生体の所定の２部位においてそれぞれ検出される２つの心拍同期信号に基づいて、その２部位間を脈波が伝播する速度に関連する脈波伝播速度情報を測定する脈波伝播速度情報測定装置であって、互いに異なる部位に装着されるカフを有する前記カフ脈波検出装置を２つ備え、前記２つの心拍同期信号として、その２つのカフ脈波検出装置によりそれぞれ検出される２つのカフ脈波を用いることを特徴とする。このようにすれば、脈波伝播速度情報を測定するための２つの心拍同期信号の両方に、時間遅れの少ないカフ脈波が用いられるので、より精度のよい脈波伝播速度情報が得られる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明が適用された脈波伝播速度情報測定装置１０の概略構成を示す斜視図である。なお、この脈波伝播速度情報測定装置１０は、血圧を測定する機能も備えている。
【００１２】
図１に示す脈波伝播速度情報測定装置１０は、箱形の本体部１２と、生体の左右の上腕にそれぞれ装着される上腕カフ１４Ｌ、１４Ｒと、生体の左右の足首にそれぞれ装着される足首カフ１６Ｌ、１６Ｒとを備えており、左右の上腕カフ１４Ｌ、１４Ｒは、左上腕カフ用配管１８および右上腕カフ用配管２０によりそれぞれ本体部１２と接続され、左右の足首カフ１６Ｌ、１６Ｒは、本体部１２側が外筒２２により一体化された左足首カフ用配管２４おおび右足首カフ用配管２６によりそれぞれ本体部１２と接続されている。
【００１３】
右上腕カフ用配管２０の途中には、右上腕カフ１４Ｒからの距離が5Ocm以内（たとえば、50cmあるいは40cm）の位置にカフ脈波検出ユニット２８が取り付けられている。
【００１４】
このカフ脈波検出ユニット２８は、図１のＡ−Ａ線断面図である図２に示すように、圧力検出面３０ａが右上腕カフ用配管２０の一部を貫通するように、その右上腕カフ用配管２０の外周面に設けられることにより、右上腕カフ用配管２０内の圧力P1を検出してその圧力を表す第１圧力信号SP1を出力する第１圧力センサ３０と、バンドパスフィルタを備えて圧力センサ３０により検出される配管内圧力P1の振動成分を抽出する脈波弁別回路３２とが、保護ケース３４内に収容されたものである。
【００１５】
上記第１圧力センサ３０には、たとえば、半導体ピエゾ抵抗式圧力センサ、半導体容量式圧力センサ、薄膜式圧力センサなどの電子式圧力センサを用いることができる。
【００１６】
上記脈波弁別回路３２により弁別される振動成分は、右上腕の動脈の脈波が右上腕カフ１４Ｒに伝達されることにより右上腕カフ１４Ｒに発生したカフ脈波を表しており、脈波弁別回路３２はそのカフ脈波を表すカフ脈波信号SM1を電線３６を介して本体部１２に供給する。なお、第１圧力センサ３０から出力される第１圧力信号SP1も、静圧成分の有無がカフ脈波信号SM1と異なるのみであるので、第１圧力信号SP1が表す第１圧力P1もカフ脈波であるといえる。また、カフ脈波は、心拍に同期して発生することから心拍同期信号である。
【００１７】
図１に戻って、カフ脈波検出ユニット３８は、左足首カフ用配管２４および右足首カフ用配管２６の２本の配管が外筒２２により一体化されている部分よりも足首カフ１６側であって、左右の足首カフ１６Ｌ、１６Ｒからの距離がともに50cm以内となる位置において、両方の配管２４、２６を覆うように取り付けられている。このカフ脈波検出ユニット３８は、前記カフ脈波検出ユニット２８に備えられた第１圧力センサ３０および脈波弁別回路３２と同様の構成を有する第１圧力センサ３９および脈波弁別回路４０を内部にそれぞれ２つずつ備えたものであり、その２つの第１圧力センサ３９により左足首カフ用配管２４の配管内圧力P2および右足首カフ用配管２６の配管内圧力P3をそれぞれ検出し、その２つの脈波弁別回路４０により、配管内圧力P2および配管内圧力P3からそれらの振動成分である第２カフ脈波信号SM2および第３カフ脈波信号SM3をそれぞれ抽出する。これら第２カフ脈波信号SM2および第３カフ脈波信号SM3もカフ脈波を表す。
【００１８】
カフ脈波検出ユニット３８内の２つの脈波弁別回路４０により抽出された第２カフ脈波信号SM2および第３カフ脈波信号SM3は、電線４１を介して本体部１２に供給される。
【００１９】
図３は、本体部１２の前面４２を示す図である。図３に示すように、本体部１２の前面４２には、患者の名前、識別番号、身長等を入力するための複数の入力キー４４と、測定された脈波伝播速度PWVを表示するための表示器４６とが備えられている。
【００２０】
図４は、この脈波伝播速度情報測定装置１０の回路構成を示すブロック図である。なお、左足首カフ１６Ｌに関連する回路構成は右足首カフ１６Ｒと同じであり、また、左上腕カフ１４Ｌの圧迫圧力を制御し、且つ、左上腕カフ１４Ｌに発生するカフ脈波を検出するための回路構成は、カフ脈波検出ユニット２８が設けられず、代わりに、カフ圧制御部４８の第２圧力センサ５６に相当する一つの圧力センサに静圧弁別回路６２および脈波弁別回路３２がともに接続されていること以外は、右上腕カフ１４Ｒに関連する回路構成と同じであることから、図４では、左足首カフ１６Ｌおよび左上腕カフ１４Ｌに関連する回路構成は省略してある。
【００２１】
図４において、本体部１２内に備えられたカフ圧制御部４８は、右上腕カフ１４Ｒの圧迫圧力（以下、この圧力を第１カフ圧PC1という）を検出して、その第１カフ圧PC1を制御するものであり、右上腕カフ用配管２０と接続される配管５２、その配管５２に接続された調圧弁５４および第２圧力センサ５６、配管５８を介して調圧弁５４に接続された空気ポンプ６０、静圧弁別回路６２、およびＡ／Ｄ変換器６４からなる。
【００２２】
調圧弁５４は、空気ポンプ６０により発生させられた圧力の高い空気を調圧して右上腕カフ１４Ｒ内へ供給し、あるいは、右上腕カフ１４Ｒ内の空気を排気することにより、右上腕カフ１４Ｒ内の圧力を調圧する。
【００２３】
第２圧力センサ５６は、カフ脈波検出ユニット２８内の第１圧力センサ３０と同様に、右上腕カフ用配管２０内の圧力P1を検出してその圧力を表す第１圧力信号SP1を出力するものであり、検出した第１圧力信号SP1を静圧弁別回路６２に供給する。
【００２４】
静圧弁別回路２６はローパスフィルタを備えており、第１圧力信号SP1に含まれる定常的な圧力すなわち第１カフ圧PC1を表す第１カフ圧信号SC1を弁別して、その第１カフ圧信号SC1をＡ／Ｄ変換器６４を介して電子制御装置６６へ供給する。
【００２５】
また、前記カフ脈波検出ユニット２８内の脈波弁別回路３２により抽出されたカフ脈波信号SM1も、Ａ／Ｄ変換器６８を介して電子制御装置６６へ供給され、入力キー４４から入力された患者の名前、識別番号、身長等を表す信号も電子制御装置６６へ供給される。
【００２６】
カフ圧制御部７０は前記カフ圧制御部４８と同様の構成を有しており、カフ圧制御部７０に備えられた配管５２が右足首カフ用配管２６に接続され、カフ圧制御部７０に備えられた静圧弁別回路６２により右足首カフ１６Ｒの圧迫圧力である第３カフ圧PC3を表す第３カフ圧信号SC3が弁別されて、電子制御装置６６へ供給される。また、カフ脈波検出ユニット３８内の脈波弁別回路４０により抽出されたカフ脈波信号SM3も、Ａ／Ｄ変換器７２を介して電子制御装置６６へ供給される。
【００２７】
電子制御装置６６は、ＣＰＵ７４、ＲＯＭ７６、ＲＡＭ７８、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おり、ＣＰＵ７４は、ＲＯＭ７６に予め記憶されたプログラムに従ってＲＡＭ７８の記憶機能を利用することにより、静圧弁別回路６２から供給されるカフ圧信号SC1,SC3に基づいて第１カフ圧PC1および第３カフ圧PC3を決定しつつ、Ｉ／Ｏポートから駆動信号を出力して空気ポンプ６０および調圧弁５４を制御することにより、脈波伝播速度PWVの算出に際しては、それら第１カフ圧PC1および第３カフ圧PC3を所定の脈波検出圧に制御する。ここで、脈波検出圧とは、それぞれのカフ１４Ｒ、１６Ｒが装着されている部位における最低血圧値よりも低い圧力であって脈波弁別回路３２、４０により弁別されるカフ脈波信号SM1,SM3が十分な信号強度となるような圧力であり、たとえば５０mmHgに設定されている。
【００２８】
このように、電子制御装置６６によりカフ圧制御部４８、７０の空気ポンプ６０および調圧弁５４が制御されて、第１カフ圧PC1および第３カフ圧PC3がそれぞれ脈波検出圧に制御され、その状態でカフ脈波検出ユニット２８の脈波弁別回路３２またはカフ脈波検出ユニット３８の脈波弁別回路４０により、カフ脈波を表すカフ脈波信号SM1,SM3が検出されることから、右上腕カフ１４Ｒ、カフ脈波検出ユニット２８、カフ圧制御部４８、および電子制御装置６６により右上腕カフ脈波検出装置８０が構成され、右足首カフ１６Ｒ、カフ脈波検出ユニット３８、カフ圧制御部７０、および電子制御装置６６により右足首カフ脈波検出装置８２が構成される。
【００２９】
また、ＣＰＵ７４は、さらにカフ圧PC1,PC3が脈波検出圧に制御されている状態で脈波弁別回路３２、４０から供給されるカフ脈波信号SM1,SM3に基づいて脈波伝播速度PWVを算出し、その算出した脈波伝播速度PWVを表示器４６に表示する。
【００３０】
なお、電子制御装置６６に供給されるカフ脈波信号SM1,SM3は、ＣＰＵ７４のクロック周波数ｆに基づいて定まる最小実行時間毎に読み込まれる。また、この最小実行時間が測定できる最小時間に相当する。クロック周波数ｆは特に制限はなく、要求される演算処理速度やコストなどに基づいて決定されるが、このＣＰＵ７４は、たとえば、クロック周波数ｆが600Hz、すなわち最小実行時間が1.67msecとされている。
【００３１】
ところで、右上腕カフ１４Ｒや左右の足首カフ１６Ｌ、１６Ｒに発生した圧力振動であるカフ脈波が配管２０、２４、２６内を伝播する速度は、圧力を伝達する媒体（すなわち空気）や配管の径、材質などによって定まり、本脈波伝播速度情報測定装置１０では、2ms乃至3msで1mの距離を伝播する。従って、右上腕カフ１４Ｒや左右の足首カフ１６Ｌ、１６Ｒからの距離が50cm以下となる位置に取り付けられたカフ脈波検出ユニット２８、３８までカフ脈波が伝播するのに要する時間は、1ms乃至1.5msあるいはそれ以下の時間である。この時間は、前記最小実行時間よりも短い時間となっている。そのため、右上腕カフ１４Ｒや左右の足首カフ１６Ｌ、１６Ｒにおいてカフ脈波が発生してから、そのカフ脈波が第１圧力センサ３０、３９により検出されるまでの時間的な遅れはほとんど問題とならない。
【００３２】
また、ＣＰＵ７４は、血圧測定に際しては、カフ圧制御部４０、７０の空気ポンプ６０および調圧弁５４、および左上腕カフ１４Ｌ、左足首カフ１６Ｌの圧迫圧力を制御するための空気ポンプ６０および調圧弁５４（図示せず）を制御することにより、それら４つのカフ１４Ｌ、１４Ｒ、１６Ｌ、１６Ｒの圧迫圧力を、所定の目標圧力まで急速に昇圧した後、その圧迫圧力を所定の速度で徐速降圧させる。そして、その徐速降圧過程で４つの静圧弁別回路および脈波弁別回路から逐次供給される信号に基づいて、よく知られたオシロメトリック方式のアルゴリズムを実行することにより、四肢の血圧値を決定する。
【００３３】
図５は、脈波伝播速度PWVを測定する際のＣＰＵ７４の制御機能の要部を説明するフローチャートである。なお、本脈波伝播速度情報測定装置１０は、右上腕と右足首との間の脈波伝播速度PWV、および右上腕と左足首との間の脈波伝播速度PWVの２つの脈波伝播速度PWVを測定するが、２つの脈波伝播速度PWVを算出するための制御機能は同一であるので、図５には、右上腕と右足首との間の脈波伝播速度PWVを算出する制御機能を示す。
【００３４】
まず、ステップＳ１（以下、ステップを省略する。）では、カフ圧制御部４８、７０の空気ポンプ６０を駆動させ、且つ、カフ圧制御部４８、７０の調圧弁５４を制御することにより、第１カフ圧PC1および第３カフ圧PC3をそれぞれ予め設定された脈波検出圧に制御する。
【００３５】
続くＳ２では、脈波弁別回路３２、４０からそれぞれ供給されるカフ脈波信号SM1,SM3をそれぞれ一拍分ずつ読み込む。そして、それらの信号を読み込んだら、続くＳ３において、カフ圧制御部４８、７０の空気ポンプ６０を停止させ、且つカフ圧制御部４８、７０の調圧弁５４を制御することにより、第１カフ圧PC1および第３カフ圧PC3をそれぞれ大気圧まで排圧する。
【００３６】
続くＳ４では、Ｓ３で読み込んだカフ脈波信号SM1,SM3がそれぞれ表すカフ脈波において基準点が検出された時間をそれぞれ決定する。この基準点には、立ち上がり点、ピークなどを用いることができる。そして、続くＳ５では、２つのカフ脈波の基準点がそれぞれ検出された検出時間差、すなわち脈波伝播時間DTを算出する。
【００３７】
そして、続くＳ６では、予め入力キー４４から入力された患者の身長に基づいて、式１から、右上腕と右足首との間の伝播距離L1を算出する。
（式１） L1=aT+b
（a,bは、実験に基づいて決定された定数）
【００３８】
続くＳ７では、Ｓ５で算出した脈波伝播時間DTおよびＳ６で算出した伝播距離L1を式２に代入して脈波伝播速度PWVを算出し、その算出した脈波伝播速度PWVを表示器に表示する。
（式２） PWV=L1/DT
【００４０】
上述の脈波伝播速度情報測定装置１０によれば、カフ１４Ｒ、１６Ｌ、１６Ｒ内で生じたカフ脈波が配管１８、２４、２６内を伝播して第１圧力センサ３０、３９に到達するまでの時間が、最小実行時間よりも短くなるようにカフカフ１４Ｒ、１６Ｌ、１６Ｒと圧力センサ３０、３９との間の配管１８、２４、２６の長さが短くされているので、時間的および位相的に遅れのほとんどないカフ脈波が得られる。
【００４１】
また、上述の脈波伝播速度情報測定装置１０によれば、脈波伝播速度PWVを測定するための２つの心拍同期信号の両方に、時間遅れの少ないカフ脈波が用いられるので、脈波伝播速度PWVの精度が向上する。
【００４２】
以上、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明したが、本発明はその他の態様においても適用される。
【００４３】
たとえば、前述の脈波伝播速度情報測定装置１０では、第１圧力センサ３０、３９は、本体部１２とカフ１４Ｒ、１６Ｒ、１６Ｌとの間に設けられていたが、第１圧力センサ３０、３９がカフ１４Ｒ、１６Ｒ、１６Ｌ内に設けられてもよい。
【００４４】
また、前述の脈波伝播速度情報測定装置１０では、脈波伝播速度PWVを測定するための２つの心拍同期信号の両方にカフ脈波を用いていたが、一方の心拍同期信号に、心音、心電信号（心電図）、指尖部などに装着される光電脈波センサにより検出される光電脈波などを用いてもよい。
【００４５】
また、前述の脈波伝播速度情報測定装置１０では、カフ脈波検出ユニット２８、３８内に脈波弁別回路３２、４０が設けられていたが、脈波弁別回路３２、４０は本体部１２内に設けられていてもよい。
【００４６】
また、脈波弁別回路３２、４０により抽出されるカフ脈波を用いて、振幅増加指数(Augmentation index)、大動脈弁が解放され左室駆血が始まってから大動脈弁が閉鎖されるまでの時間である駆血時間(ejection time)などの他の生体情報を測定してもよい。
【００４７】
なお、本発明はその主旨を逸脱しない範囲において、その他種々の変更が加えられ得るものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用された脈波伝播速度情報測定装置の概略構成を示す斜視図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】図１の本体部の前面を示す図である。
【図４】図１の脈波伝播速度情報測定装置の回路構成を示すブロック図である。
【図５】脈波伝播速度PWVを測定する際のＣＰＵの制御機能の要部を説明するフローチャートである。
【符号の説明】
１０：脈波伝播速度情報測定装置
１２：本体部
１４Ｌ：左上腕カフ
１４Ｒ：右上腕カフ
１６Ｌ：左足首カフ
１６Ｒ：右足首カフ
１８：左上腕カフ用配管
２０：右上腕カフ用配管
２４：左足首カフ用配管
２６：右足首カフ用配管
２８：カフ脈波検出ユニット
３０：第１圧力センサ
３８：カフ脈波検出ユニット
３９：第１圧力センサ
８０：右上腕カフ脈波検出装置
８２：右足首カフ脈波検出装置
【発明の属する技術分野】
本発明は、生体に装着されるカフを用い、生体からそのカフに伝達されるカフ脈波を検出するカフ脈波検出装置、およびそのカフ脈波検出装置を用いて生体の所定の２部位間を脈波が伝播する速度に関連する脈波伝播速度情報を測定する脈波伝播速度情報測定装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
脈波伝播速度情報などの生体情報を測定するために、生体の所定の部位で脈波を検出する脈波検出装置が用いられる。この脈波検出装置として、上腕など生体の所定の部位にカフを装着し、生体からそのカフに伝達される圧力振動であるカフ脈波を検出する形式の脈波検出装置すなわちカフ脈波検出装置が用いられることがある。脈波検出装置としてカフ脈波検出装置を用いれば、装置の多くの部分を血圧測定装置と共用できる利点があるからである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
カフ脈波検出装置では、カフ内で生じた圧力振動であるカフ脈波が配管内を伝播して圧力センサに伝達されることにより、カフ脈波が電気信号に変換される。カフ内で生じたカフ脈波が配管内を伝播して圧力センサに到達するのには時間を必要とするので、カフ脈波検出装置では、カフにおいてカフ脈波が発生してから、配管内を伝播する時間だけ遅れて、電気信号としてカフ脈波が検出される。すなわち、カフ脈波検出装置によって検出されるカフ脈波は、実際の脈波に対して時間的に遅れているという問題がある。また、カフ脈波は、配管内を伝播する際に、時間的な遅れとともに位相の遅れも生じている。そのため、従来のカフ脈波検出装置に基づいて測定される生体情報は、精度が不十分であった。
【０００４】
本発明は以上の事情を背景として為されたものであって、その目的とするところは、時間的および位相的に遅れの少ないカフ脈波を検出することができるカフ脈波検出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】
上記目的を達成するための本発明は、生体の所定部位に装着されるために本体部から離隔して設けられたカフと、配管により前記カフに接続されて前記カフ内の圧力を検出する圧力センサとを備え、前記生体から前記カフに伝達される圧力振動であるカフ脈波を検出するカフ脈波検出装置であって、前記カフ内で生じたカフ脈波が前記配管内を伝播して前記圧力センサに到達するまでの時間が、カフ脈波信号がＣＰＵのクロック周波数に基づいて定まる時間毎に読み込まれる際の測定間隔よりも短くなるように、前記カフと前記圧力センサとの間の前記配管の長さが設定されていることを特徴とする。
【０００８】
【発明の効果】
この発明によれば、カフ内で生じたカフ脈波が配管内を伝播して圧力センサに到達するまでの時間が、測定できる最小時間よりも短くなるようにカフと圧力センサとの間の配管の長さが短く設定されるので、時間的および位相的に遅れのほとんどないカフ脈波が得られる。
【０００９】
【発明の他の態様】
ここで、好ましくは、上記カフ脈波検出装置は脈波伝播速度情報測定装置に用いられる。すなわち、その脈波伝播速度情報測定装置は、生体の所定の２部位においてそれぞれ検出される２つの心拍同期信号に基づいて、その２部位間を脈波が伝播する速度に関連する脈波伝播速度情報を測定する脈波伝播速度情報測定装置であって、上記カフ脈波検出装置を備え、一方の心拍同期信号としてそのカフ脈波検出装置により検出されるカフ脈波を用いることを特徴とする。この脈波伝播速度情報測定装置によれば、脈波伝播速度情報を測定するための２つの心拍同期信号の一方に、時間遅れの少ないカフ脈波が用いられるので、精度のよい脈波伝播速度情報が得られる。
【００１０】
また、好ましくは、脈波伝播速度情報測定装置は、２つの心拍同期信号にともに前記カフ脈波検出装置により検出されるカフ脈波を用いる。すなわち、その脈波伝播速度情報測定装置は、生体の所定の２部位においてそれぞれ検出される２つの心拍同期信号に基づいて、その２部位間を脈波が伝播する速度に関連する脈波伝播速度情報を測定する脈波伝播速度情報測定装置であって、互いに異なる部位に装着されるカフを有する前記カフ脈波検出装置を２つ備え、前記２つの心拍同期信号として、その２つのカフ脈波検出装置によりそれぞれ検出される２つのカフ脈波を用いることを特徴とする。このようにすれば、脈波伝播速度情報を測定するための２つの心拍同期信号の両方に、時間遅れの少ないカフ脈波が用いられるので、より精度のよい脈波伝播速度情報が得られる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明が適用された脈波伝播速度情報測定装置１０の概略構成を示す斜視図である。なお、この脈波伝播速度情報測定装置１０は、血圧を測定する機能も備えている。
【００１２】
図１に示す脈波伝播速度情報測定装置１０は、箱形の本体部１２と、生体の左右の上腕にそれぞれ装着される上腕カフ１４Ｌ、１４Ｒと、生体の左右の足首にそれぞれ装着される足首カフ１６Ｌ、１６Ｒとを備えており、左右の上腕カフ１４Ｌ、１４Ｒは、左上腕カフ用配管１８および右上腕カフ用配管２０によりそれぞれ本体部１２と接続され、左右の足首カフ１６Ｌ、１６Ｒは、本体部１２側が外筒２２により一体化された左足首カフ用配管２４おおび右足首カフ用配管２６によりそれぞれ本体部１２と接続されている。
【００１３】
右上腕カフ用配管２０の途中には、右上腕カフ１４Ｒからの距離が5Ocm以内（たとえば、50cmあるいは40cm）の位置にカフ脈波検出ユニット２８が取り付けられている。
【００１４】
このカフ脈波検出ユニット２８は、図１のＡ−Ａ線断面図である図２に示すように、圧力検出面３０ａが右上腕カフ用配管２０の一部を貫通するように、その右上腕カフ用配管２０の外周面に設けられることにより、右上腕カフ用配管２０内の圧力P1を検出してその圧力を表す第１圧力信号SP1を出力する第１圧力センサ３０と、バンドパスフィルタを備えて圧力センサ３０により検出される配管内圧力P1の振動成分を抽出する脈波弁別回路３２とが、保護ケース３４内に収容されたものである。
【００１５】
上記第１圧力センサ３０には、たとえば、半導体ピエゾ抵抗式圧力センサ、半導体容量式圧力センサ、薄膜式圧力センサなどの電子式圧力センサを用いることができる。
【００１６】
上記脈波弁別回路３２により弁別される振動成分は、右上腕の動脈の脈波が右上腕カフ１４Ｒに伝達されることにより右上腕カフ１４Ｒに発生したカフ脈波を表しており、脈波弁別回路３２はそのカフ脈波を表すカフ脈波信号SM1を電線３６を介して本体部１２に供給する。なお、第１圧力センサ３０から出力される第１圧力信号SP1も、静圧成分の有無がカフ脈波信号SM1と異なるのみであるので、第１圧力信号SP1が表す第１圧力P1もカフ脈波であるといえる。また、カフ脈波は、心拍に同期して発生することから心拍同期信号である。
【００１７】
図１に戻って、カフ脈波検出ユニット３８は、左足首カフ用配管２４および右足首カフ用配管２６の２本の配管が外筒２２により一体化されている部分よりも足首カフ１６側であって、左右の足首カフ１６Ｌ、１６Ｒからの距離がともに50cm以内となる位置において、両方の配管２４、２６を覆うように取り付けられている。このカフ脈波検出ユニット３８は、前記カフ脈波検出ユニット２８に備えられた第１圧力センサ３０および脈波弁別回路３２と同様の構成を有する第１圧力センサ３９および脈波弁別回路４０を内部にそれぞれ２つずつ備えたものであり、その２つの第１圧力センサ３９により左足首カフ用配管２４の配管内圧力P2および右足首カフ用配管２６の配管内圧力P3をそれぞれ検出し、その２つの脈波弁別回路４０により、配管内圧力P2および配管内圧力P3からそれらの振動成分である第２カフ脈波信号SM2および第３カフ脈波信号SM3をそれぞれ抽出する。これら第２カフ脈波信号SM2および第３カフ脈波信号SM3もカフ脈波を表す。
【００１８】
カフ脈波検出ユニット３８内の２つの脈波弁別回路４０により抽出された第２カフ脈波信号SM2および第３カフ脈波信号SM3は、電線４１を介して本体部１２に供給される。
【００１９】
図３は、本体部１２の前面４２を示す図である。図３に示すように、本体部１２の前面４２には、患者の名前、識別番号、身長等を入力するための複数の入力キー４４と、測定された脈波伝播速度PWVを表示するための表示器４６とが備えられている。
【００２０】
図４は、この脈波伝播速度情報測定装置１０の回路構成を示すブロック図である。なお、左足首カフ１６Ｌに関連する回路構成は右足首カフ１６Ｒと同じであり、また、左上腕カフ１４Ｌの圧迫圧力を制御し、且つ、左上腕カフ１４Ｌに発生するカフ脈波を検出するための回路構成は、カフ脈波検出ユニット２８が設けられず、代わりに、カフ圧制御部４８の第２圧力センサ５６に相当する一つの圧力センサに静圧弁別回路６２および脈波弁別回路３２がともに接続されていること以外は、右上腕カフ１４Ｒに関連する回路構成と同じであることから、図４では、左足首カフ１６Ｌおよび左上腕カフ１４Ｌに関連する回路構成は省略してある。
【００２１】
図４において、本体部１２内に備えられたカフ圧制御部４８は、右上腕カフ１４Ｒの圧迫圧力（以下、この圧力を第１カフ圧PC1という）を検出して、その第１カフ圧PC1を制御するものであり、右上腕カフ用配管２０と接続される配管５２、その配管５２に接続された調圧弁５４および第２圧力センサ５６、配管５８を介して調圧弁５４に接続された空気ポンプ６０、静圧弁別回路６２、およびＡ／Ｄ変換器６４からなる。
【００２２】
調圧弁５４は、空気ポンプ６０により発生させられた圧力の高い空気を調圧して右上腕カフ１４Ｒ内へ供給し、あるいは、右上腕カフ１４Ｒ内の空気を排気することにより、右上腕カフ１４Ｒ内の圧力を調圧する。
【００２３】
第２圧力センサ５６は、カフ脈波検出ユニット２８内の第１圧力センサ３０と同様に、右上腕カフ用配管２０内の圧力P1を検出してその圧力を表す第１圧力信号SP1を出力するものであり、検出した第１圧力信号SP1を静圧弁別回路６２に供給する。
【００２４】
静圧弁別回路２６はローパスフィルタを備えており、第１圧力信号SP1に含まれる定常的な圧力すなわち第１カフ圧PC1を表す第１カフ圧信号SC1を弁別して、その第１カフ圧信号SC1をＡ／Ｄ変換器６４を介して電子制御装置６６へ供給する。
【００２５】
また、前記カフ脈波検出ユニット２８内の脈波弁別回路３２により抽出されたカフ脈波信号SM1も、Ａ／Ｄ変換器６８を介して電子制御装置６６へ供給され、入力キー４４から入力された患者の名前、識別番号、身長等を表す信号も電子制御装置６６へ供給される。
【００２６】
カフ圧制御部７０は前記カフ圧制御部４８と同様の構成を有しており、カフ圧制御部７０に備えられた配管５２が右足首カフ用配管２６に接続され、カフ圧制御部７０に備えられた静圧弁別回路６２により右足首カフ１６Ｒの圧迫圧力である第３カフ圧PC3を表す第３カフ圧信号SC3が弁別されて、電子制御装置６６へ供給される。また、カフ脈波検出ユニット３８内の脈波弁別回路４０により抽出されたカフ脈波信号SM3も、Ａ／Ｄ変換器７２を介して電子制御装置６６へ供給される。
【００２７】
電子制御装置６６は、ＣＰＵ７４、ＲＯＭ７６、ＲＡＭ７８、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おり、ＣＰＵ７４は、ＲＯＭ７６に予め記憶されたプログラムに従ってＲＡＭ７８の記憶機能を利用することにより、静圧弁別回路６２から供給されるカフ圧信号SC1,SC3に基づいて第１カフ圧PC1および第３カフ圧PC3を決定しつつ、Ｉ／Ｏポートから駆動信号を出力して空気ポンプ６０および調圧弁５４を制御することにより、脈波伝播速度PWVの算出に際しては、それら第１カフ圧PC1および第３カフ圧PC3を所定の脈波検出圧に制御する。ここで、脈波検出圧とは、それぞれのカフ１４Ｒ、１６Ｒが装着されている部位における最低血圧値よりも低い圧力であって脈波弁別回路３２、４０により弁別されるカフ脈波信号SM1,SM3が十分な信号強度となるような圧力であり、たとえば５０mmHgに設定されている。
【００２８】
このように、電子制御装置６６によりカフ圧制御部４８、７０の空気ポンプ６０および調圧弁５４が制御されて、第１カフ圧PC1および第３カフ圧PC3がそれぞれ脈波検出圧に制御され、その状態でカフ脈波検出ユニット２８の脈波弁別回路３２またはカフ脈波検出ユニット３８の脈波弁別回路４０により、カフ脈波を表すカフ脈波信号SM1,SM3が検出されることから、右上腕カフ１４Ｒ、カフ脈波検出ユニット２８、カフ圧制御部４８、および電子制御装置６６により右上腕カフ脈波検出装置８０が構成され、右足首カフ１６Ｒ、カフ脈波検出ユニット３８、カフ圧制御部７０、および電子制御装置６６により右足首カフ脈波検出装置８２が構成される。
【００２９】
また、ＣＰＵ７４は、さらにカフ圧PC1,PC3が脈波検出圧に制御されている状態で脈波弁別回路３２、４０から供給されるカフ脈波信号SM1,SM3に基づいて脈波伝播速度PWVを算出し、その算出した脈波伝播速度PWVを表示器４６に表示する。
【００３０】
なお、電子制御装置６６に供給されるカフ脈波信号SM1,SM3は、ＣＰＵ７４のクロック周波数ｆに基づいて定まる最小実行時間毎に読み込まれる。また、この最小実行時間が測定できる最小時間に相当する。クロック周波数ｆは特に制限はなく、要求される演算処理速度やコストなどに基づいて決定されるが、このＣＰＵ７４は、たとえば、クロック周波数ｆが600Hz、すなわち最小実行時間が1.67msecとされている。
【００３１】
ところで、右上腕カフ１４Ｒや左右の足首カフ１６Ｌ、１６Ｒに発生した圧力振動であるカフ脈波が配管２０、２４、２６内を伝播する速度は、圧力を伝達する媒体（すなわち空気）や配管の径、材質などによって定まり、本脈波伝播速度情報測定装置１０では、2ms乃至3msで1mの距離を伝播する。従って、右上腕カフ１４Ｒや左右の足首カフ１６Ｌ、１６Ｒからの距離が50cm以下となる位置に取り付けられたカフ脈波検出ユニット２８、３８までカフ脈波が伝播するのに要する時間は、1ms乃至1.5msあるいはそれ以下の時間である。この時間は、前記最小実行時間よりも短い時間となっている。そのため、右上腕カフ１４Ｒや左右の足首カフ１６Ｌ、１６Ｒにおいてカフ脈波が発生してから、そのカフ脈波が第１圧力センサ３０、３９により検出されるまでの時間的な遅れはほとんど問題とならない。
【００３２】
また、ＣＰＵ７４は、血圧測定に際しては、カフ圧制御部４０、７０の空気ポンプ６０および調圧弁５４、および左上腕カフ１４Ｌ、左足首カフ１６Ｌの圧迫圧力を制御するための空気ポンプ６０および調圧弁５４（図示せず）を制御することにより、それら４つのカフ１４Ｌ、１４Ｒ、１６Ｌ、１６Ｒの圧迫圧力を、所定の目標圧力まで急速に昇圧した後、その圧迫圧力を所定の速度で徐速降圧させる。そして、その徐速降圧過程で４つの静圧弁別回路および脈波弁別回路から逐次供給される信号に基づいて、よく知られたオシロメトリック方式のアルゴリズムを実行することにより、四肢の血圧値を決定する。
【００３３】
図５は、脈波伝播速度PWVを測定する際のＣＰＵ７４の制御機能の要部を説明するフローチャートである。なお、本脈波伝播速度情報測定装置１０は、右上腕と右足首との間の脈波伝播速度PWV、および右上腕と左足首との間の脈波伝播速度PWVの２つの脈波伝播速度PWVを測定するが、２つの脈波伝播速度PWVを算出するための制御機能は同一であるので、図５には、右上腕と右足首との間の脈波伝播速度PWVを算出する制御機能を示す。
【００３４】
まず、ステップＳ１（以下、ステップを省略する。）では、カフ圧制御部４８、７０の空気ポンプ６０を駆動させ、且つ、カフ圧制御部４８、７０の調圧弁５４を制御することにより、第１カフ圧PC1および第３カフ圧PC3をそれぞれ予め設定された脈波検出圧に制御する。
【００３５】
続くＳ２では、脈波弁別回路３２、４０からそれぞれ供給されるカフ脈波信号SM1,SM3をそれぞれ一拍分ずつ読み込む。そして、それらの信号を読み込んだら、続くＳ３において、カフ圧制御部４８、７０の空気ポンプ６０を停止させ、且つカフ圧制御部４８、７０の調圧弁５４を制御することにより、第１カフ圧PC1および第３カフ圧PC3をそれぞれ大気圧まで排圧する。
【００３６】
続くＳ４では、Ｓ３で読み込んだカフ脈波信号SM1,SM3がそれぞれ表すカフ脈波において基準点が検出された時間をそれぞれ決定する。この基準点には、立ち上がり点、ピークなどを用いることができる。そして、続くＳ５では、２つのカフ脈波の基準点がそれぞれ検出された検出時間差、すなわち脈波伝播時間DTを算出する。
【００３７】
そして、続くＳ６では、予め入力キー４４から入力された患者の身長に基づいて、式１から、右上腕と右足首との間の伝播距離L1を算出する。
（式１） L1=aT+b
（a,bは、実験に基づいて決定された定数）
【００３８】
続くＳ７では、Ｓ５で算出した脈波伝播時間DTおよびＳ６で算出した伝播距離L1を式２に代入して脈波伝播速度PWVを算出し、その算出した脈波伝播速度PWVを表示器に表示する。
（式２） PWV=L1/DT
【００４０】
上述の脈波伝播速度情報測定装置１０によれば、カフ１４Ｒ、１６Ｌ、１６Ｒ内で生じたカフ脈波が配管１８、２４、２６内を伝播して第１圧力センサ３０、３９に到達するまでの時間が、最小実行時間よりも短くなるようにカフカフ１４Ｒ、１６Ｌ、１６Ｒと圧力センサ３０、３９との間の配管１８、２４、２６の長さが短くされているので、時間的および位相的に遅れのほとんどないカフ脈波が得られる。
【００４１】
また、上述の脈波伝播速度情報測定装置１０によれば、脈波伝播速度PWVを測定するための２つの心拍同期信号の両方に、時間遅れの少ないカフ脈波が用いられるので、脈波伝播速度PWVの精度が向上する。
【００４２】
以上、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明したが、本発明はその他の態様においても適用される。
【００４３】
たとえば、前述の脈波伝播速度情報測定装置１０では、第１圧力センサ３０、３９は、本体部１２とカフ１４Ｒ、１６Ｒ、１６Ｌとの間に設けられていたが、第１圧力センサ３０、３９がカフ１４Ｒ、１６Ｒ、１６Ｌ内に設けられてもよい。
【００４４】
また、前述の脈波伝播速度情報測定装置１０では、脈波伝播速度PWVを測定するための２つの心拍同期信号の両方にカフ脈波を用いていたが、一方の心拍同期信号に、心音、心電信号（心電図）、指尖部などに装着される光電脈波センサにより検出される光電脈波などを用いてもよい。
【００４５】
また、前述の脈波伝播速度情報測定装置１０では、カフ脈波検出ユニット２８、３８内に脈波弁別回路３２、４０が設けられていたが、脈波弁別回路３２、４０は本体部１２内に設けられていてもよい。
【００４６】
また、脈波弁別回路３２、４０により抽出されるカフ脈波を用いて、振幅増加指数(Augmentation index)、大動脈弁が解放され左室駆血が始まってから大動脈弁が閉鎖されるまでの時間である駆血時間(ejection time)などの他の生体情報を測定してもよい。
【００４７】
なお、本発明はその主旨を逸脱しない範囲において、その他種々の変更が加えられ得るものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用された脈波伝播速度情報測定装置の概略構成を示す斜視図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】図１の本体部の前面を示す図である。
【図４】図１の脈波伝播速度情報測定装置の回路構成を示すブロック図である。
【図５】脈波伝播速度PWVを測定する際のＣＰＵの制御機能の要部を説明するフローチャートである。
【符号の説明】
１０：脈波伝播速度情報測定装置
１２：本体部
１４Ｌ：左上腕カフ
１４Ｒ：右上腕カフ
１６Ｌ：左足首カフ
１６Ｒ：右足首カフ
１８：左上腕カフ用配管
２０：右上腕カフ用配管
２４：左足首カフ用配管
２６：右足首カフ用配管
２８：カフ脈波検出ユニット
３０：第１圧力センサ
３８：カフ脈波検出ユニット
３９：第１圧力センサ
８０：右上腕カフ脈波検出装置
８２：右足首カフ脈波検出装置
Claims (3)
- 生体の所定部位に装着されるために本体部から離隔して設けられたカフと、配管により該カフに接続されて該カフ内の圧力を検出する圧力センサとを備え、前記生体から前記カフに伝達される圧力振動であるカフ脈波を検出するカフ脈波検出装置であって、
前記カフ内で生じたカフ脈波が前記配管内を伝播して前記圧力センサに到達するまでの時間が、カフ脈波信号がＣＰＵのクロック周波数に基づいて定まる時間毎に読み込まれる際の測定間隔よりも短くなるように、前記カフと前記圧力センサとの間の前記配管の長さが設定されていることを特徴とするカフ脈波検出装置。 - 生体の所定の２部位においてそれぞれ検出される２つの心拍同期信号に基づいて、該２部位間を脈波が伝播する速度に関連する脈波伝播速度情報を測定する脈波伝播速度情報測定装置であって、
請求項１に記載のカフ脈波検出装置を備え、
一方の心拍同期信号として該カフ脈波検出装置により検出されるカフ脈波を用いることを特徴とする脈波伝播速度情報測定装置。 - 生体の所定の２部位においてそれぞれ検出される２つの心拍同期信号に基づいて、該２部位間を脈波が伝播する速度に関連する脈波伝播速度情報を測定する脈波伝播速度情報測定装置であって、
互いに異なる部位に装着されるカフを有する請求項１に記載のカフ脈波検出装置を２つ備え、
前記２つの心拍同期信号として、該２つのカフ脈波検出装置によりそれぞれ検出される２つのカフ脈波を用いることを特徴とする脈波伝播速度情報測定装置。
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