JP3838201B2 - 脈波検出装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は脈波検出装置に関し、特に、適切な動脈位置を探知して探知した動脈位置において脈波を検出する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
脈波は、生体の動脈上の表面に加圧されて押し当てた圧力検出素子から得られる電圧信号である圧力情報に基づいて検出される。この圧力情報は脈圧を示し、脈圧は加圧で生じた動脈の容積変化に由来して、その変化を示す波形は脈波として得られる。脈波検出装置としては押圧力が所定レベルに達したときの脈波の振幅が予め定められた値以下になるか否かに基づいて押圧位置の適否を判定する装置（たとえば、特許文献１参照）や圧力検出素子の生体への押圧状態が適切であるか否かを判定する機能を有した装置（たとえば特許文献２参照）がある。
【０００３】
【特許文献１】
特開平０１−２８５２４４号公報の明細書と図面
【０００４】
【特許文献２】
特開平０６−９０９１２号公報の明細書と図面
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の脈波検出装置においては、押圧部位における骨、腱などの固形物の位置を特定する機能を備えておらず、適切な動脈位置で脈波検出することは困難であったから、検出脈波にはアーチファクト脈波が含まれることになり、高い検出精度を得ることは困難であった。ここで、アーチファクト脈波とは電圧信号の固形物に起因した交流ノイズ成分を指す。
【０００６】
それゆえに、この発明の目的は、動脈位置において脈波を検出することのできる脈波検出装置を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明のある局面に従う脈波検出装置は、複数の圧力センサが配列された面を有し、該面が生体の動脈上に該圧力センサの配列方向が該動脈と交差するように押圧される圧力センサアレイと、該圧力センサアレイの面を動脈上に押圧する押圧手段と、押圧手段により押圧される圧力センサアレイの圧力センサのうちから、動脈上に位置する圧力センサの候補を選択するセンサ選択手段と、押圧手段による圧力センサアレイに対する押圧力を連続的に変化させる過程でセンサ選択手段により選択された圧力センサにより出力される圧力情報に基づいて動脈から発生する脈波を検出する脈波検出手段とを備える。
【０００８】
上述のセンサ選択手段は、圧力センサアレイの圧力センサそれぞれから時間軸に沿って同時に圧力情報を取得する圧力情報取得手段と、固形物センサ除外手段とを有する。
【０００９】
固形物センサ除外手段は、圧力情報取得手段により取得された圧力センサそれぞれの圧力情報から生体の動脈とは異なる固形物に起因する圧力成分の情報を抽出して、抽出された圧力成分情報から固形物上に位置する圧力センサを特定し、複数圧力センサのうち特定された圧力センサを除いたものを動脈上に位置する圧力センサの候補として選択する。
【００１０】
上述の脈波検出装置によれば、複数の圧力センサのうち、圧力成分情報を用いて固形物除外手段により特定された固形物上に位置する圧力センサを除いたものが動脈上に位置する圧力センサの候補として選択されて、選択された圧力センサの出力する圧力情報に基づいて動脈から発生する脈波が検出される。
【００１１】
したがって、動脈とは異なる固形物位置でなく、動脈位置において脈波を検出することができる。
【００１２】
上述の脈波検出装置においては好ましくは、圧力情報は電圧信号であり、圧力成分情報は電圧信号の直流成分であり、固形物センサ除外手段は、電圧信号から直流成分を抽出して、抽出された直流成分のレベルに基づいて固形物上に位置する圧力センサを特定する。
【００１３】
したがって、圧力センサの出力する電圧信号の直流成分レベルに基づき固形物に起因した圧力を検出する圧力センサを、すなわち固形物上に位置する圧力センサを特定できる。
【００１４】
上述の固形物センサ除外手段は、好ましくは、直流成分のレベルが所定レベルを超える圧力センサは固形物上に位置する可能性が高いと特定する。
【００１５】
したがって、圧力センサの出力する電圧信号の直流成分レベルが所定レベルを超えていることに基づき、固形物上に位置する可能性が高い圧力センサを、すなわち動脈上以外に位置する圧力センサを特定できる。
【００１６】
上述の固形物センサ除外手段は、好ましくは、直流成分のレベルが複数の圧力センサのうちで最高レベルである圧力センサは固形物上に位置していると特定する。
【００１７】
したがって、圧力センサの出力する電圧信号の直流成分レベルが最高レベルであることに基づき、複数圧力センサのうちから固形物上に位置する圧力センサを特定できる。
【００１８】
上述の固形物センサ除外手段は、好ましくは、複数圧力センサの直流成分レベルを配列の方向に連続して繋いでなる波形の傾きに基づいて、固形物上に位置している圧力センサを特定する。
【００１９】
したがって、配列方向の直流成分の変化量により固形物の位置する中心方向を判定できて、判定された中心方向に位置する圧力センサを固形物上に位置すると特定できる。
【００２０】
上述のセンサ選択手段は、好ましくは、圧力情報取得手段により取得された圧力センサそれぞれの圧力情報に含まれる脈波振幅情報と圧力成分情報とから、動脈上に位置する圧力センサを選択するための動脈位置情報を生成する動脈位置情報生成手段をさらに有する。
【００２１】
したがって動脈位置情報生成手段が、圧力センサそれぞれの圧力情報に含まれる脈波振幅情報と圧力成分情報とから生成した動脈位置情報に基づき、動脈上に位置する圧力センサを選択できる。
【００２２】
上述の脈波検出装置では、好ましくは、脈波振幅情報は電圧信号の交流成分であり、交流成分は脈波の成分とアーチファクト脈波とを含み、動脈位置情報生成手段は、交流成分からアーチファクト脈波を除去した後の脈波成分を、動脈位置情報として取得するアーチファクト除去手段を含む。
【００２３】
したがって、動脈上に位置する圧力センサを選択するための動脈位置情報は、アーチファクト除去手段により交流成分からアーチファクト脈波を除去した後の脈波成分として取得できる。
【００２４】
上述のアーチファクト除去手段は、好ましくは、直流成分を用いて交流成分からアーチファクト脈波を除去する。
【００２５】
したがって、直流成分を用いて交流成分からアーチファクト脈波を除去して、動脈位置情報を取得できる。
【００２６】
上述のアーチファクト除去手段は、好ましくは、交流成分を直流成分で除して正規化することにより、交流成分からアーチファクト脈波を除去する。したがって、交流成分を直流成分で除して正規化することにより動脈位置情報を取得できる。
【００２７】
上述のアーチファクト除去手段は、好ましくは、交流成分から直流成分を減ずることにより、交流成分からアーチファクト脈波を除去する。したがって、交流成分から直流成分を減ずることにより動脈位置情報を取得できる。
【００２８】
上述の脈波検出装置は、好ましくは、固形物センサ除外手段により固形物上に位置すると特定された圧力センサの配列における位置に基づいて、固形物のセンサアレイに対する相対的位置を報知する固形物位置報知手段をさらに備える。
【００２９】
したがって、脈波検出時には、生体内の固形物のセンサアレイに対する相対的位置を報知できる。
【００３０】
上述の脈波検出装置は、好ましくは、センサ選択手段により動脈上に位置すると選択された圧力センサの候補の配列における位置に基づいて、動脈のセンサアレイに対する相対的位置を報知する動脈位置報知手段をさらに備える。
【００３１】
したがって、脈波検出時には、生体内の動脈のセンサアレイに対する相対的位置を報知できる。
【００３２】
上述の脈波検出装置では、好ましくは、圧力センサアレイは配列方向にスライド移動操作可能であって、固形物センサ除外手段により固形物上に位置すると特定された圧力センサの配列における位置に基づいて、脈波検出のための圧力センサアレイのスライド移動方向を報知する手段をさらに備える。
【００３３】
したがって、生体内の固形物位置に基づいて圧力センサアレイの脈波検出のためのスライド移動方向を報知することができる。
【００３４】
上述の脈波検出装置では、好ましくは、圧力センサアレイは配列方向にスライド移動操作可能であって、センサ選択手段により動脈上に位置すると選択された圧力センサの候補の配列における位置に基づいて、脈波検出のための圧力センサアレイのスライド移動方向を報知する手段をさらに備える。
【００３５】
したがって、生体内の動脈位置に基づいて圧力センサアレイの脈波検出のためのスライド移動方向を報知することができる。
【００３６】
上述の脈波検出装置は、好ましくは、圧力センサアレイは配列方向にスライド移動操作可能であって、固形物センサ除外手段により固形物上に位置すると特定された圧力センサの配列における位置とセンサ選択手段により動脈上に位置すると選択された圧力センサの候補の配列における位置とに基づいて、脈波検出のための圧力センサアレイのスライド移動方向を報知する手段をさらに備える。
【００３７】
したがって、生体内の固形物位置と動脈位置とに基づいて圧力センサアレイの脈波検出のためのスライド移動方向を報知することができる。
【００３８】
上述の報知は、好ましくは、圧力センサアレイに関連して設けられた発光手段を用いてなされる。
【００４３】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態について図面を参照し詳細に説明する。
【００４４】
図１には、本実施の形態に係る脈波検出装置の機能構成が示される。図２にはセンサユニットと固定台との接続関係が示される。図３には、脈波検出装置を生体に装着した状態が示される。図２と図３を参照して、脈波検出装置は手首の動脈における脈波を検出するために手首表面に装着されるセンサユニット１、脈波検出のために手首を固定するための固定台２および脈波検出のための演算を含む各種処理を実行するためのＰＣ（Personal Computer）ユニット３（図示せず）を備える。図２ではセンサユニット１は筐体内に収容されており、図３ではスライド溝９（図２参照）を介して筐体内から外部にスライド移動されて、手首上に位置している状態が示される。
【００４５】
固定台２は固定台ユニット７を内蔵しており、固定台ユニット７とＰＣユニット３とはＵＳＢ（Universal Serial Bus）ケーブル４を介して通信可能に接続される。また、固定台ユニット７とセンサユニット１とは通信ケーブル５とエア管６とを介して接続される。
【００４６】
脈波検出時には、図３に示すように、ユーザは手首を固定台２の所定位置に載置した状態で、センサユニット１をスライド移動により手首の動脈側の表面に位置させてセンサユニット１の筐体と固定台２とをベルト８を介して締めて、手首上のセンサユニット１がずれないように止める。
【００４７】
図１を参照して、センサユニット１は複数個のＬＥＤ（Light Emitting Diode）が並列して構成されて、手首装着時にその発光状態が外部から視認可能なように設けられるＬＥＤ部１０、脈圧を検出するための複数個のダイアフラムと抵抗ブリッジ回路からなる圧力センサが単結晶シリコンなどからなる半導体チップの後述の押圧面４０に一方向に配列されて成る圧力センサアレイ１１、圧力センサアレイ１１中の複数の圧力センサそれぞれが出力する電圧信号を選択的に導出するマルチプレクサ１２、および圧力センサアレイ１１を手首上に押圧させるために加圧調整される空気袋を含む押圧カフ１３を有する。ＬＥＤ部１０は後述するようにセンサユニット１のスライド方向を案内するための情報（動脈の位置または腱などの固形物の位置）を発光によりユーザに報知するために設けられる。したがって、これら情報を報知するための媒体としては、ＬＥＤに限定されずＬＣＤ（Liquid Crystal Display）であってもよい。
【００４８】
固定台ユニット７は、押圧カフ（空気袋）１３の内圧（以下、カフ圧という）を加圧するための加圧ポンプ１４と減圧するための負圧ポンプ１５、加圧ポンプ１４と負圧ポンプ１５のいずれかを選択的にエア管６に切換接続するための切換弁１６、これらを制御するための制御回路１７、ＵＳＢケーブル４が接続される通信回路１８およびセンサユニット１から導出された出力信号をデジタルデータに変換するためのＡ／Ｄ（Analog/Digital）コンバータ１９を有する。
【００４９】
ＰＣユニット３は脈波検出装置を集中的に制御するために演算を含む各種処理を実行するＣＰＵ（Central Processing Unit）２０、脈波検出装置を制御するためのデータおよびプログラムを記憶するＲＯＭ（Read Only Memory）２１とＲＡＭ（Random Access Memory）２２、外部から操作可能に設けられて各種情報を入力するために操作される操作部２３および脈波検出結果などの各種情報を外部出力するためにＬＣＤなどからなる表示器２４を有する。
【００５０】
なお、ここでは固定台２の固定台ユニット７とＰＣユニット３とは別個に設けたが、両機能を固定台２に内蔵する構成であってもよい。
【００５１】
図４（Ａ）〜（Ｅ）にはセンサユニット１の構成が示される。図４（Ａ）のセンサユニット１の、手首装着時の手首を横断する方向の断面構造が図４（Ｂ）に示される。図４（Ｃ）には図４（Ｂ）の破線の枠内の一部が拡大して示される。図４（Ｂ）の押圧カフ１３は加圧ポンプ１４および負圧ポンプ１５によりカフ圧が調整されると、セラミックないしは樹脂により成型されたブロックを介して取付けられた圧力センサアレイ１１は図４（Ｃ）に示す矢印２５方向に該カフ圧レベルに応じた量だけ自在に移動する。圧力センサアレイ１１は矢印２５の下方向に移動することにより、筐体の予め設けられた開口部から突出して手首表面に押圧される。図４（Ｄ）と図４（Ｅ）に示すように、圧力センサアレイ１１の複数個の圧力センサ２６の配列方向は、センサユニット１を手首に装着した時には動脈と略直交（交差）する方向に対応し、配列長は少なくとも動脈の径より長い。圧力センサ２６それぞれは押圧カフ１３のカフ圧により押圧されると、動脈から発生して生体表面に伝達される圧力振動波である圧力情報を電圧信号として出力する。圧力センサ２６は所定の大きさ（５．５ｍｍ×８．８ｍｍ）の押圧面４０において、たとえば４０個配列される。
【００５２】
図５には、図３のＶ−Ｖ線に沿う切断面が示される。図５では押圧カフ１３のカフ圧は負圧ポンプ１５により十分に減圧されているので（大気圧よりも十分に低い圧力レベルを有するので）圧力センサアレイ１１はセンサユニット１の筐体内に収納された状態となり手首表面には接触していない。
【００５３】
手首には、脈波検出のための橈骨動脈２７と、橈骨動脈２７付近の橈骨２８および腱２９などの固形物とが存在する。固形物上の手首表面において脈波検出すると、検出脈波にはアーチファクト脈波が含まれてしまう。
【００５４】
本実施の形態では、アーチファクト脈波を除外した脈波を検出するために固形物上に位置する圧力センサ２６を除外した残りの圧力センサ２６を橈骨動脈２７上に位置する候補とし、これら候補圧力センサ２６から最適な圧力センサ２６、すなわち橈骨動脈２７上に位置する圧力センサ２６を特定し、特定された圧力センサ２６の圧力情報を用いて脈波検出する。
【００５５】
また、固形物または橈骨動脈２７の位置をユーザに対して報知し、ユーザがセンサユニット１を報知内容に従い橈骨動脈２７の方向にスライドさせるように促している。この報知の詳細については後述する。
【００５６】
本実施の形態による脈波検出のための処理手順を図６のフローチャートに従い説明する。該フローチャートに従うプログラムと、該プログラム実行時に参照されるデータはＲＯＭ２１またはＲＡＭ２２に予めストアされておりＣＰＵ２０が該データを適宜参照しながらプログラムを読出し実行することで脈波検出処理が進行する。
【００５７】
まず、ユーザは電源スイッチ（図示せず）をＯＮすると、ＣＰＵ２０は通信回路１８を介して制御回路１７に対して負圧ポンプ１５を駆動するように指示するので、制御回路１７はこの指示に基づいて切換弁１６を負圧ポンプ１５側に切換えて、負圧ポンプ１５を駆動する（Ｓ１）。
【００５８】
負圧ポンプ１５は駆動されると切換弁１６を介してカフ圧を大気圧よりも十分に低くするように作用するので、圧力センサアレイ１１は図４（Ｃ）の矢印２５の上矢印方向に移動する。この結果、圧力センサアレイ１１が不用意に突出して誤動作や故障するのを回避できる。
【００５９】
その後、ユーザがセンサユニット１をたとえば図３のように手首上に装着してスタートボタン（図示せず）をＯＮすると、圧力センサアレイ１１が移動したか否か、すなわちセンサユニット１がスライド溝９に沿って手首の表面上に位置するようにスライド移動したか否かを判定する（Ｓ２）。センサユニット１の筐体内にはスライド移動を検知するための図示されないマイクロスイッチが設けられており、ＣＰＵ２０は該マイクロスイッチの検出信号に基づいて圧力センサアレイ１１が移動したか否かを判定する。
【００６０】
移動したと判定されない間は（Ｓ２でＮＯ）Ｓ１の処理が繰返されるが、移動したと判定されると（Ｓ２でＹＥＳ）、ＣＰＵ２０は通信回路１８を介して制御回路１７に対し加圧ポンプ１４を駆動するように指示するので、制御回路１７はこの指示に基づいて切換弁１６を加圧ポンプ１４側に切換えて、加圧ポンプ１４を駆動する（Ｓ３）。これにより、カフ圧が上昇して圧力センサアレイ１１が図４（Ｃ）の矢印２５の下矢印方向に移動して圧力センサアレイ１１は手首の表面に押圧される。
【００６１】
圧力センサアレイ１１が手首表面上に押圧されると（図５参照）、各圧力センサ２６から電圧信号の圧力情報がマルチプレクサ１２を介して導出され、Ａ／Ｄコンバータ１９でデジタル情報に変換されて、通信回路１８を介しＣＰＵ２０に与えられる。ＣＰＵ２０はこれらのデジタル情報を用いてトノグラムを作成し表示器２４に表示する（Ｓ４）。作成（表示）されるトノグラムについては後述する。
【００６２】
次に、ＣＰＵ２０はトノグラムに基づいて腱２９または橈骨２８の固形物を除外する処理を実行する（Ｓ５）。固形物除外処理では、Ｓ４で得られたトノグラムの情報に基づいて、圧力センサアレイ１１において固形物上に位置している圧力センサ２６が特定され、特定された圧力センサ２６を除外した残りの圧力センサ２６は、橈骨動脈２７上に位置する圧力センサ２６の候補として選択される。この詳細は後述する。
【００６３】
次に、ＣＰＵ２０は橈骨動脈２７上に位置する圧力センサ２６の候補から、橈骨動脈２７上に位置している圧力センサ２６を最適チャネルとして選択するための処理を実行する（Ｓ６）。この最適チャネル選択処理の詳細は後述する。
【００６４】
次に、ＣＰＵ２０は選択された最適チャネルに対応の圧力センサ２６から入力する圧力情報に基づき脈波検出するために、押圧カフ１３による押圧レベルの変動量を算出して、算出した変動量と脈波検出可能な所定変動量とを比較する（Ｓ７）。比較結果、算出した変動量が所定変動量を満たしていれば脈波検出のためのカフ圧条件が満たされたと判定するが（Ｓ８でＹＥＳ）、満たしていなければ、加圧ポンプ１４による押圧カフ１３に対する加圧を継続しながら、カフ圧条件が満たされるまでＳ４〜Ｓ８の処理を繰返す。
【００６５】
カフ圧条件が満たされた場合には（Ｓ８でＹＥＳ）、加圧ポンプ１４を押圧カフ１３による圧力センサアレイ１１に対する押圧レベルが脈波検出のための最適レベルとなるよう調整する（Ｓ９）。この最適圧力調整処理の詳細は後述する。
【００６６】
押圧カフ１３について最適圧力調整がなされる下で、最適チャネルとして選択された圧力センサ２６が出力する圧力情報は、すなわち橈骨動脈２７の脈波の波形データは、マルチプレクサ２２、Ａ／Ｄコンバータ１９および通信回路１８を介してＣＰＵ２０に転送される（Ｓ１０）。
【００６７】
ＣＰＵ２０は波形データを受理して、受理した波形データに基づき脈波検出する。波形データを受理して脈波検出終了の所定条件が成立したと判定するまではＳ１０の脈波データの転送処理が繰返される。なお、受理した波形データに基づく脈波検出処理は公知の手順に従うので、ここではその詳細は略す。
【００６８】
脈波検出終了の所定条件が成立したときは（Ｓ１１でＹＥＳ）ＣＰＵ２０は切換弁１６を介して負圧ポンプ１５を駆動するように制御する（Ｓ１２）。これにより、手首に対する圧力センサアレイ１１の押圧状態は解かれて、一連の脈波検出処理は終了する。
【００６９】
ＣＰＵ２０は検出した脈波の情報を表示器２４などを介して外部に出力する。また、脈波の情報はＡＩ（Augmentation Index）の算出に用いられて算出されたＡＩが出力されるようにしてもよい。
【００７０】
ここで、圧力センサ２６の出力特性について説明する。本実施の形態では、ＣＰＵ２０は圧力センサ２６それぞれが出力する電圧信号を時間軸に沿ってマルチプレクサ１２を介して同時に取得して、取得した各圧力センサ２６の電圧信号から直流成分および脈波成分に相当の交流成分を求めて、これらの特性に基づいて、橈骨動脈２７と固形物（腱２９または橈骨２８）の位置を認識する。
【００７１】
直流成分は、電圧信号の一定時間（例えば一拍期間）の平均値、または電圧信号の低域通過フィルタを通過した成分（脈波除去した成分）、または脈波立上り点（脈波成分が混入する直前）の電圧信号レベルにより求められる。交流成分は橈骨動脈２７の脈波とアーチファクト脈波との成分を含む。交流成分は、少なくとも橈骨動脈２７の脈波についての所定周波数帯域（例えば、０．５〜２５Ｈｚ）の成分をフィルタ処理により導出して求められる。
【００７２】
図７と図８には、圧力センサ２６の出力する電圧の直流成分と交流成分それぞれの特性が、圧力センサアレイ１１が手首の表面上に位置して脈波検出する状態で模式的に示されている。図７と図８の上部のトノグラムでは、横軸に圧力センサアレイ１１において橈骨動脈２７を略直交して配列される圧力センサ２６それぞれの位置のデータがとられる。図７のトノグラムでは、縦軸には各圧力センサ２６の出力する電圧信号の直流成分のデータがとられて、図８のトノグラムでは、縦軸には各圧力センサ２６の出力する電圧信号の交流成分のデータがとられている。
【００７３】
図７のトノグラムを見てわかるように、配列した複数個の圧力センサ２６のうち、固形物（腱２９）上に位置する圧力センサ２６が出力する圧力情報に含まれる固形物（腱２９）に起因して生じる圧力の成分を示す情報は、すなわち出力される電圧信号の直流成分レベルは、他の圧力センサ２６の直流成分レベルよりも高いので、複数個の圧力センサ２６の直流成分レベルのうちのピーク点Ｐで示される最高レベルを指示することになる。したがって、ピーク点Ｐに対応の位置データの圧力センサ２６は固形物上に位置していると特定できる。
【００７４】
このように、複数個の圧力センサ２６の出力する圧力情報の固形物（腱２９）に起因して生じる圧力の成分を示す情報に基づいて、言換えると出力電圧信号の直流成分に基づいて、固形物の位置または該固形物上に位置している圧力センサ２６を示す固形物位置情報を得ることができる。
【００７５】
図８のグラフが示す各圧力センサ２６の交流成分のレベルは、各圧力センサ２６について出力される電圧の一定時間内の変位（脈波の振幅）を示す。図８のグラフでは、固形物の腱２９上に位置する圧力センサ２６と、橈骨動脈２７上に位置する圧力センサ２６との交流成分レベルは大小２つのピーク点Ｐ１とＰ２を示す。これは脈波の波形とは反転した波形が出現することによる。詳細を図９と図１０を参照して説明する。
【００７６】
図９に示すように橈骨動脈２７の矢印３５方向に伝達される脈圧により圧力センサアレイ１１に対して矢印３４方向に力が加えられて、その反動として橈骨２８（或いは腱２９）の固形物上に位置する圧力センサ２６に対して集中的な応力が作用する。その結果、橈骨２８（腱２９）上に位置する圧力センサ２６の出力する交流成分に該集中応力に起因したノイズ成分、すなわちアーチファクト脈波が混入する。アーチファクト脈波は動脈２７で検出される脈波とは反転した波形を有するので、ここでは反転脈波という。脈波検出時には反転脈波を、橈骨動脈２７からの脈波の信号と誤検出してしまう。
【００７７】
反転脈波について図１０のグラフを参照して説明する。図１０のグラフは脈波測定時の圧力センサ２６の出力変化を示す。グラフの縦軸に圧力センサ２６の出力する電圧信号レベルと圧力センサアレイ１１に対する押圧カフ１３による押圧レベルとがとられて、横軸には脈波測定時間の経過がとられる。時間経過に従い徐々に押圧レベルを高めていくと、図９で示したように橈骨動脈２７の脈圧に拠る脈波の波形３１が検出されるとともに、橈骨２８（腱２９）上に位置する圧力センサ２６の出力する信号の波形３６も検出される。波形３６は脈波波形３１とは反転している。脈波波形３１と波形３６を比較してわかるように、押圧カフ１３の押圧力が等しいにも拘らず、波形３６の直流成分は固形物に起因して脈波波形３１のそれより高くなっている。
【００７８】
このように、圧力センサ２６の出力する圧力情報にはアーチファクト脈波成分が混入するから図８の交流成分（脈波振幅）のみに基づいては橈骨動脈２７上に位置する圧力センサ２６を確かに特定することは困難である。そこで、本実施の形態では、図１１に示すようにして橈骨動脈２７上に位置する圧力センサ２６を特定する。
【００７９】
図１１では、図７の直流成分のトノグラムと図８の交流成分のトノグラムとが横軸を対応付けて示される。両トノグラムを参照すると、交流成分（脈波振幅）レベルが高くても直流成分レベルが高ければ、該交流成分はアーチファクト脈波を含むことによりレベルが上昇していると判断できる。よって、対応の直流成分レベルが低く、かつ対応の交流成分（脈波振幅）レベルがピークとなっている圧力センサ２６は橈骨動脈２７上に位置している可能性が極めて高いと判断できる。
【００８０】
（固形物除外処理および最適チャネル選択処理）
図６の固形物除外処理（Ｓ５）と最適チャネル選択処理（Ｓ６）においては、ＣＰＵ２０は以下の処理例１〜４に示すように、図７〜図１１に示した特性に基づいて、圧力センサ２６それぞれの圧力情報の電圧信号から直流成分を抽出して、抽出された直流成分から固形物上に位置する圧力センサ２６を特定し、特定された該圧力センサ２６の出力を除外し、特定された該圧力センサ２６を除いた他の圧力センサ２６を橈骨動脈２７上に位置する圧力センサ２６の候補として選択する。
【００８１】
処理例１〜３を、図１２〜図１４を参照し説明する。図１２〜図１４における上部のトノグラムは図６のＳ４にて作成されて表示される。これらトノグラムの横軸には図の下部に断面が示される手首上に配列する複数の圧力センサ２６のそれぞれの位置データがとられて、縦軸には各圧力センサ２６の出力電圧信号に基づく脈波振幅情報に相当の交流成分Ｐａｍｐ、固形物情報を示す直流成分Ｐｄｃおよび動脈位置情報を示す脈波成分Ｐａｒｔのレベルがとられている。なお、図１４のグラフでは脈波成分Ｐａｒｔは示されない。
【００８２】
（処理例１）
ＣＰＵ２０は図１２に示すように脈波成分Ｐａｒｔを（Ｐａｒｔ＝Ｐａｍｐ／Ｐｄｃ）の演算式に基づいて、交流成分Ｐａｍｐを直流成分Ｐｄｃで正規化して求める。これにより、脈波成分Ｐａｒｔが低レベルの位置データに対応の圧力センサ２６は固形物上に位置するであろうと特定できる。特定されたこれら圧力センサ２６を除いた圧力センサ２６は、すなわち直流成分Ｐｄｃのレベルがより低くかつ交流成分Ｐａｍｐのレベルより高い圧力センサ２６は橈骨動脈２７上に位置する圧力センサ２６の候補として選択される。ＣＰＵ２０は、これら候補の圧力センサ２６のうち脈波成分Ｐａｒｔのピーク点Ｐ３に対応の位置データの圧力センサ２６を橈骨動脈２７上に位置している脈波検出のための最適チャネルとして選択する。
【００８３】
（処理例２）
本処理例では、ＣＰＵ２０が図１３のグラフに示す脈波成分Ｐａｒｔを（Ｐａｒｔ＝αＰａｍｐ−βＰｄｃ）の演算式に従い減算して求めている。なお、αとβは圧力センサ２６の感度により決定される定数である。
【００８４】
これにより、脈波成分Ｐａｒｔが低レベルの位置データに対応の圧力センサ２６は固形物上に位置するであろうと特定できる。特定されたこれら圧力センサ２６を除いた圧力センサ２６は、すなわち直流成分Ｐｄｃのレベルがより低く、かつ交流成分Ｐａｍｐのレベルがより高い圧力センサ２６は、橈骨動脈２７上に位置する圧力センサ２６の候補として選択される。ＣＰＵ２０は、これら候補の圧力センサ２６のうち脈波成分Ｐａｒｔのレベルがピーク点Ｐ４に対応の位置データの圧力センサ２６を橈骨動脈２７上に位置している脈波検出のための最適チャネルとして選択する。
【００８５】
（処理例３）
本処理例３では、ＣＰＵ２０は直流成分Ｐｄｃのレベルが一定しきい値以上となっているすべての圧力センサ２６を、橈骨動脈２７上に位置していないと特定する。そしてＣＰＵ２０は特定された圧力センサ２６を除外した残りの圧力センサ２６は橈骨動脈２７上に位置する圧力センサの候補とみなして、この候補のうちから、直流成分Ｐｄｃのレベルがより低く、かつ交流成分Ｐａｍｐのレベルがより高い位置データに該当の圧力センサ２６を最適チャネルとして選択する。
【００８６】
具体的には図１４の斜線の領域３０に示すように直流成分Ｐｄｃの最大値の５０％を越える直流成分Ｐｄｃを出力するすべての圧力センサ２６を除外し、領域３０以外の領域の位置データに該当する残りの圧力センサ２６を橈骨動脈２７に位置する圧力センサの候補とみなす。そして、これら候補のうちから交流成分Ｐａｍｐのレベルがピーク点Ｐ５を示す圧力センサ２６を橈骨動脈２７上に位置する圧力センサ２６と判定し最適チャネルとして選択する。
【００８７】
処理例３では、領域３０を特定するためのしきい値を直流成分Ｐｄｃの最大値の５０％としているが、しきい値はこれに限定されない。
【００８８】
上述の図１２〜図１４のトノグラムは作成されて図６のＳ４にて表示器２４を介して表示されるが、たとえば、ユーザがグラフ表示の要求を操作部２３を介して入力した場合にのみ表示するようにしてもよい。図１２〜図１４のトノグラムにおいて各圧力センサ２６毎にプロットされる値は、ＣＰＵ２０により各圧力センサ２６毎に対応付けてテーブル形式でＲＡＭ２２に格納されて、ＣＰＵ２０はＲＡＭ２２内のテーブルの情報に基づいてＳ５とＳ６の処理を実行する。
【００８９】
（処理例４）
固形物除外処理（Ｓ５）は次のようにしてもよい。たとえば図７の直流成分の波形は複数圧力センサ２６の直流成分レベルを配列の方向に連続して繋いで成る波形であり、その傾きに注目すると、傾きの大きい方向に向かって、すなわちピーク点Ｐに向かって腱２９が存在することがわかる。そこでＣＰＵ２０は、各圧力センサ２６の出力に基づく直流成分Ｐｄｃの波形の１方向の変化量を、すなわち波形の傾き（Ｐｄｃ／ｄｘ）を求めて、求めた傾きに基づいて腱２９が集中している位置データを特定し、該位置データの圧力センサ２６を固形物に位置する圧力センサ２６であるとして除外する。その後の最適チャネル選択処理（Ｓ６）は処理例１〜３のいずれかが適用される。
【００９０】
（圧力変動量算出と最適圧力調整の処理）
図６のＳ７〜Ｓ９の圧力変動量算出と最適圧力調整の処理を、図１５を参照して説明する。図１５のグラフは脈波測定時の圧力センサ２６の出力変化を示す。グラフの縦軸に圧力センサ２６の出力する電圧信号レベルと押圧カフ１３による圧力センサアレイ１１に対する押圧レベルとがとられて、横軸には脈波測定時間の経過がとられる。
【００９１】
上述のようにして最適チャネルの圧力センサ２６が選択された後も、カフ圧による圧力センサアレイ１１に対する押圧力は連続的に変化する。ＣＰＵ２０は押圧力を変化させながら最適チャネルとして選択された圧力センサ２６の出力する電圧信号を入力する。入力する電圧信号（圧力情報）の脈波を含む図１５の波形３１は押圧カフ１３の押圧の波形３２に示す押圧レベルが時間経過に従い上昇するにつれて顕著に出現する。
【００９２】
ＣＰＵ２０は、押圧カフ１３による押圧レベルを徐々に増加させて最適レベルを十分超えた時点で（たとえば図１５の時間３０秒付近で）、脈波検出のための圧力条件が成立したと判定する（Ｓ８でＹＥＳ）。その後は、ＣＰＵ２０は押圧レベルを脈波検出のための最適レベルとなるまで、切替弁１６を駆動して連続的に調整する。この最適加圧レベル（図１５のレベルＰＶ参照）となっている期間において、最適チャネルとして選択された圧力センサ２６の出力する圧力情報（電圧信号）はマルチプレクサ１２により導出されてＡ／Ｄコンバータ１９および通信回路１８を介しＣＰＵ２０に与えられる。
【００９３】
図１５のグラフはＣＰＵ２０により作成されて表示器２４を介して表示されてもよい。
【００９４】
ＣＰＵ２０は、図１５のグラフにおける時間経過に従う波形３２が示す押圧レベルと波形３１が示す圧力情報とを逐次入力して、入力したこれら内容に基づいて図６のＳ７〜Ｓ９の処理を実行することができる。
【００９５】
（スライド方向の提示処理）
ユーザはセンサユニット１を、スライド溝に沿ってスライドさせて脈波検出のための最適位置にまで移動させることができる。本実施の形態では、この移動を的確に行なうために腱２９などの固形物の位置を避けるような移動方向をユーザに対して報知することができる。
【００９６】
ＣＰＵ２０は、上述の処理例４で示したように、直流成分Ｐｄｃの波形の傾きの大きい方向に向かって腱２９などの固形物が集中していると特定する。ＣＰＵ２０は、このようにして固形物の位置を特定すると、特定された固形物の位置に基づいてＬＥＤ部１０のＬＥＤを選択的に点灯制御する。固形物位置の特定、また橈骨動脈２７位置の特定は上述した処理例１〜３のいずれに従うものであってもよい。以下にＬＥＤの点灯制御について図１６〜図１８を参照して説明する。
【００９７】
図１６〜図１８では、手首の断面と手首の表面上に図５のようにして位置するセンサユニット１とが、手首上に位置する圧力センサアレイ１１の中心を示す中心線３３により対応付けて示されている。
【００９８】
図１６では、ＬＥＤ部１０に手首の橈骨動脈２７に略直交（交差）する方向に並列した複数個のＬＥＤのうち、中心線３３より左側の斜線で示すＬＥＤのみが点灯している。これにより、圧力センサアレイ１１の中心よりも左側に腱２９の固形物が存在することをユーザに対して報知できる。
【００９９】
図１７では、ＬＥＤ部１０に並列した複数個のＬＥＤのうち、中心線３３より左側の斜線で示すＬＥＤはたとえば緑色で点灯して右側のクロスハッチングで示すＬＥＤはたとえば赤色で点灯して、圧力センサアレイ１１の中心よりも左側に腱２９の固形物が存在し、右側には橈骨動脈２７の候補が存在することをユーザに対して報知できる。
【０１００】
図１８では、圧力センサアレイ１１の中心線３３よりも左側に腱２９の固形物が存在し右側よりに橈骨動脈２７の候補が存在するので、中心線３３より、やや右よりのＬＥＤを点灯させて現在位置よりもやや右よりにセンサユニット１をスライド移動させた方がよい旨を、ＬＥＤを点灯させて報知している。図１８のＬＥＤは移動方向を指し示すために矢印の形状で方向を指示する。
【０１０１】
なお、上述の報知はＬＥＤ部１０を用いて行なうとしたが、ＬＥＤ部１０に代替して、またはＬＥＤ部１０とともに、表示器２４により行なうとしてもよい。
【０１０２】
上述したようなＬＥＤ点灯に従いユーザがセンサユニット１をスライド移動させて図示されないスタートボタンをＯＮした場合には、図６のフローに従う処理が実行開始される。
【０１０３】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【０１０４】
【発明の効果】
本発明によれば、複数の圧力センサのうち、固形物に起因して生じる圧力成分の情報を用いて特定された固形物上に位置する圧力センサを除いたものが動脈上に位置する圧力センサの候補として選択されて、選択された圧力センサの出力する圧力情報に基づいて動脈から発生する脈波が検出される。したがって、動脈とは異なる固形物位置でなくて動脈位置において脈波を検出できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態に係る脈波検出装置の機能構成図である。
【図２】 本発明の実施の形態に係るセンサユニットと固定台の接続態様を示す図である。
【図３】 本発明の実施の形態に係る脈波測定時の使用態様を示す図である。
【図４】 （Ａ）〜（Ｅ）は本発明の実施の形態に係るセンサユニットの圧力センサアレイの構成を示す図である。
【図５】 図３のＶ−Ｖ線での断面を示す図である。
【図６】 本発明の実施の形態に係る脈波測定の処理フローチャートである。
【図７】 圧力センサアレイ出力の直流成分の特性を示す図である。
【図８】 圧力センサアレイ出力の交流成分の特性を示す図である。
【図９】 反転脈波の発生機序を示す図である。
【図１０】 脈波測定中の圧力センサの出力信号に反転脈波が観測される例を示す図である。
【図１１】 圧力センサアレイ出力の直流成分と交流成分の特性を対応付けて示す図である。
【図１２】 本発明の実施の形態に係る圧力センサアレイの出力特性から最適チャネルとしてのセンサを特定する処理手順の１例を示す図である。
【図１３】 本発明の実施の形態に係る圧力センサアレイの出力特性から最適チャネルとしてのセンサを特定する処理手順の他の例を示す図である。
【図１４】 本発明の実施の形態に係る圧力センサアレイの出力特性から最適チャネルとしてのセンサを特定する処理手順のさらなる他の例を示す図である。
【図１５】 本発明の実施の形態に係る脈波測定時のセンサの出力変化を示す図である。
【図１６】 本発明の実施の形態に係る固形物位置を報知する態様を示す図である。
【図１７】 本発明の実施の形態に係る固形物位置と動脈位置とを報知する態様を示す図である。
【図１８】 本発明の実施の形態に係るセンサユニットを移動させるべき方向を報知する態様を示す図である。
【符号の説明】
１ センサユニット、２ 固定台、３ ＰＣユニット、７ 固定台ユニット、１０ ＬＥＤ部、１１ 圧力センサアレイ、１３ 押圧カフ、１４ 加圧ポンプ、１５ 負圧ポンプ、１６ 切換弁、１７ 制御回路、２０ ＣＰＵ、２４ 表示器、２６ 圧力センサ、２７ 橈骨動脈、２８ 橈骨、２９ 腱、Ｐａｍｐ 交流成分、Ｐｄｃ 直流成分、Ｐａｒｔ 脈波成分。

Claims (16)

1. 複数の圧力センサが配列された面を有し、該面が生体の動脈上に該圧力センサの配列方向が該動脈と交差するように押圧される圧力センサアレイと、
   該圧力センサアレイの前記面を前記動脈上に押圧する押圧手段と、
   前記押圧手段により押圧される前記圧力センサアレイの前記圧力センサのうちから、前記動脈上に位置する前記圧力センサの候補を選択するセンサ選択手段と、
   前記押圧手段による前記圧力センサアレイに対する押圧力を連続的に変化させる過程で前記センサ選択手段により選択された前記圧力センサにより出力される圧力情報に基づいて前記動脈から発生する脈波を検出する脈波検出手段とを備え、
   前記センサ選択手段は、
   前記圧力センサアレイの前記圧力センサそれぞれから時間軸に沿って同時に前記圧力情報を取得する圧力情報取得手段と、
   前記圧力情報取得手段により取得された前記圧力センサそれぞれの前記圧力情報から前記生体の前記動脈とは異なる固形物に起因する圧力成分の情報を抽出して、抽出された前記圧力成分情報から前記固形物上に位置する前記圧力センサを特定し、前記複数圧力センサのうち特定された前記圧力センサを除いたものを前記動脈上に位置する前記圧力センサの候補として選択する固形物センサ除外手段とを有する、脈波検出装置。
2. 前記圧力情報は電圧信号であり、前記圧力成分情報は前記電圧信号の直流成分であり、
   前記固形物センサ除外手段は、
   前記電圧信号から前記直流成分を抽出して、抽出された前記直流成分のレベルに基づいて前記固形物上に位置する前記圧力センサを特定することを特徴とする、請求項１に記載の脈波検出装置。
3. 前記固形物センサ除外手段は、
   前記直流成分のレベルが所定レベルを超える前記圧力センサは前記固形物上に位置する可能性が高いと特定することを特徴とする、請求項２に記載の脈波検出装置。
4. 前記固形物センサ除外手段は、
   前記直流成分のレベルが最高レベルである前記圧力センサは前記固形物上に位置していると特定することを特徴とする、請求項２に記載の脈波検出装置。
5. 前記固形物センサ除外手段は、
   前記複数圧力センサの前記直流成分レベルを前記配列の方向に連続して繋いでなる波形の傾きに基づいて、前記固形物上に位置している前記圧力センサを特定することを特徴とする、請求項２に記載の脈波検出装置。
6. 前記センサ選択手段は、
   前記圧力情報取得手段により取得された前記圧力センサそれぞれの前記圧力情報に含まれる脈波振幅情報と前記圧力成分情報とから、前記動脈上に位置する前記圧力センサを選択するための動脈位置情報を生成する動脈位置情報生成手段をさらに有する、請求項１から５のいずれか１項に記載の脈波検出装置。
7. 前記脈波振幅情報は前記電圧信号の交流成分であり、前記交流成分は前記脈波の成分とアーチファクト脈波とを含み、
   前記動脈位置情報生成手段は、
   前記交流成分から前記アーチファクト脈波を除去した後の前記脈波成分を、前記動脈位置情報として取得するアーチファクト除去手段を含む、請求項６に記載の脈波検出装置。
8. 前記アーチファクト除去手段は、前記直流成分を用いて前記交流成分から前記アーチファクト脈波を除去することを特徴とする、請求項７に記載の脈波検出装置。
9. 前記アーチファクト除去手段は、
   前記交流成分を前記直流成分で除して正規化することにより、前記交流成分から前記アーチファクト脈波を除去することを特徴とする、請求項８に記載の脈波検出装置。
10. 前記アーチファクト除去手段は、
    前記交流成分から前記直流成分を減ずることにより、前記交流成分から前記アーチファクト脈波を除去することを特徴とする、請求項８に記載の脈波検出装置。
11. 前記固形物センサ除外手段により前記固形物上に位置すると特定された前記圧力センサの前記配列における位置に基づいて、前記固形物の前記センサアレイに対する相対的位置を報知する固形物位置報知手段をさらに備える、請求項１から１０のいずれか１項に記載の脈波検出装置。
12. 前記センサ選択手段により前記動脈上に位置すると選択された前記圧力センサの候補の前記配列における位置に基づいて、前記動脈の前記センサアレイに対する相対的位置を報知する動脈位置報知手段をさらに備える、請求項１から１１のいずれか１項に記載の脈波検出装置。
13. 前記圧力センサアレイは前記配列方向にスライド移動操作可能であって、
    前記固形物センサ除外手段により前記固形物上に位置すると特定された前記圧力センサの前記配列における位置に基づいて、脈波検出のための前記圧力センサアレイのスライド移動方向を報知する手段をさらに備える、請求項１から１２のいずれか１項に記載の脈波検出装置。
14. 前記圧力センサアレイは前記配列方向にスライド移動操作可能であって、
    前記センサ選択手段により前記動脈上に位置すると選択された前記圧力センサの候補の前記配列における位置に基づいて、脈波検出のための前記圧力センサアレイのスライド移動方向を報知する手段をさらに備える、請求項１から１２のいずれか１項に記載の脈波検出装置。
15. 前記圧力センサアレイは前記配列方向にスライド移動操作可能であって、
    前記固形物センサ除外手段により前記固形物上に位置すると特定された前記圧力センサの前記配列における位置と前記センサ選択手段により前記動脈上に位置すると選択された前記圧力センサの候補の前記配列における位置とに基づいて、脈波検出のための前記圧力センサアレイのスライド移動方向を報知する手段をさらに備える、請求項１から１２のいずれか１項に記載の脈波検出装置。
16. 前記報知は、前記圧力センサアレイに関連して設けられた発光手段を用いてなされることを特徴とする、請求項１１から１５のいずれか１項に記載の脈波検出装置。

Images