JP3910521B2 - 血圧測定装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、人間の血圧を測定する方法の技術分野に属するものである。
【0002】
【従来技術】
今日、血圧を測定する方法として、カフ(圧迫帯)を用いないで常時測定する方法が提唱されている。このものは、一対の心電位電極と、該心電位電極からの心電位信号を処理する心電位処理手段と、指尖光電脈波検出センサと、該脈波信号を処理する脈波処理手段と、該処理された脈波をさらに二次微分する二次微分処理手段と、これら処理された心電位信号、脈波信号、脈波の二次微分信号に基づいて血圧を演算する演算手段と、この演算結果を表示する表示手段とを備えて構成し、そして演算手段が、心電位波形と脈波波形とから脈波伝播時間、脈波インターバル、そして心拍数を求め、これに基づいて血圧を演算するようにしている(例えば、特許文献1参照。)。
【0003】
また、人体の血液循環により生じる脈波を検出する脈波検出手段と、該検出された脈波信号から脈波伝播時間、脈波伝播速度の少なくとも一つを特徴量として演算する特徴量演算手段と、該演算された特徴量から血圧を演算する血圧演算手段とを備えて構成し、脈波を微分(一次微分)して脈波速度を演算し、さらにこれを微分(二次微分)して加速度脈波を演算し、ここから得られたデータを元に血圧を演算するようにしたものが提唱されている(例えば、特許文献2参照。)。
【0004】
また、血液循環によって生じる脈波から実測した実血圧値と、脈波検出手段から検出された脈波のセンサ値とを、異なる複数の血圧状態でそれぞれ測定してこれを標準関数として算出し、以降は、脈波検出手段で検出されるセンサ値を標準関数に代入して血圧値を算出するようにしたことを特徴とする血圧測定方法及び、血液循環によって生じる脈波から実測した実血圧値、並びに脈波検出をする脈波検出手段からのセンサ値を、異なる複数の血圧状態でそれぞれ測定したものについて算出した標準関数を記憶する記憶手段と、脈波検出手段で検出したセンサ値を前記記憶される標準関数に代入して血圧値を算出する血圧算出手段とを備えて構成されることを特徴とする血圧測定装置を用いて、標準関数を予め求めておくことで、脈波を検出して血圧測定をするようなものもある(例えば、特許文献3参照。)。
【0005】
【特許文献1】
特開平8−140948号公報 (第2−3頁)
【0006】
【特許文献2】
特開平10−295657号公報 (第2−3頁)
【0007】
【特許文献3】
特開2001−275998号広報 (第2−3頁)
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来例にしめすような電位波形と脈波波形とから脈波伝播時間、脈波インターバル、そして心拍数を求め、これに基づいて血圧を演算する方法では、脈波伝播時間は血管の硬さにより伝播速度が変わってしまい、また、脈波とは血液の容積脈波強度を測定しているだけであり、血圧をあらわすために必要な血流速度を測定できていない。これでは正確な血圧を測定することが出来ない。また、脈波伝播時間、脈波伝播速度の少なくとも一つを特徴量として演算する特徴量演算手段と、該演算された特徴量から血圧を演算する血圧演算手段とを備えて構成し、脈波を微分(一次微分)して脈波速度を演算し、さらにこれを微分(二次微分)して加速度脈波を演算して、ここから得られたデータを元に血圧を求める方法も、脈波伝播時間、脈波伝播速度ともに血管表面を進む脈波であり、血管の硬さの影響を大きく受けてしまう。また、脈波を一次微分、二次微分したとしても、元々脈波とは血液の容積脈波強度を測定しているだけであり、すなわち血管径変化だけを捕らえていて、血圧をあらわすために必要な血流速度を測定できていない。また、異なる複数の血圧状態でそれぞれ測定して標準関数を算出して、脈波だけを検出して標準関数を用いて血圧を測定する場合においても、結局、脈波は血液の容積脈波強度を測定しているだけであるため、血圧をあらわすために必要な血流速度を測定できていない。
【0009】
従って、どの方法および装置においても、血圧の測定における測定時バラツキや人毎のバラツキが大きくなり正確な測定が困難である。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記の課題を解決するために、容積脈波強度と血流速度成分を測定し、血圧を求める方法及び装置を考えた。血圧Vは血流量Qと血流抵抗Rの積により表される(式1)。
【0011】
血圧V=血流量Q×血流抵抗R (式1)
このうち、血流量Qは2式に表すような動脈径dと血流速度vの積のかたちで表される。
【0012】
血流量Q=(π×動脈径d×動脈径d×血流速度v)/8 (式2)
また、血流抵抗Rは動脈の中を流れる血液の粘度と動脈の径の比によって決まり、動脈径dが大きいほど血流抵抗Rが小さくなるという関係が成り立つ(式3)。
【0013】
血流抵抗R=ρ×C/d4 (式3)
ここで、ρは血液の粘度成分、Cは定数、dは動脈径である。これらの関係式を考慮して血圧を導き出そうとすると、脈波と呼ばれる容積脈波の強度変化は、実際には血液が脈動するときの動脈径の変化が容積変化として捕らえられているものであり、容積脈波を測定することにより動脈径dと相関した値を測定することができ、血管抵抗Rに相関する値を測定することが出来る。そして、動脈内の血流速度vを測定することにより血流量Qに相関する値も求めることができ、従って、血圧Vを測定することが出来る。
【0014】
そこで、本発明では生体表面から生体内部の血液に波動を送受信して、生体内部の血液の流れを検出する血流速度センサと、血流速度センサを駆動させる駆動部11と、血流速度センサからの信号の受信部12と、駆動部11と受信部12とを制御し血流速度を求める処理プログラムを実行する信号演算部13とを有し、
生体表面から生体内部の血液に光を送受信して、生体内部の血液の容積変化を検出する容積脈波センサと、容積脈波センサを駆動させる駆動部21と、容積脈波センサからの信号の受信部22と、駆動部21と受信部22とを制御し容積脈波強度を求める処理プログラムを実行する信号演算部23とを有し、
信号演算部13と信号演算部23からの演算結果を用いて血圧を求める信号演算部33を有する血圧測定装置を提供する。
【0015】
また、生体表面から生体内部の血液に波動を送受信して、生体内部の血液の流れを検出する血流速度センサと、血流速度センサを駆動させる駆動部41と、血流速度センサからの信号の受信部42と、駆動部41と受信部42とを制御し血流速度を求める処理プログラムを実行する信号演算部43と血流速度成分から強度スペクトルを分離し求める処理プログラムを実行する信号分離部44とを有し、
信号演算部43と信号分離部44からの演算結果を用いて血圧を求める血圧信号演算部45を有する血圧測定装置を提供する。
【0016】
また、血流速度センサは、送信用素子と受信用素子から構成し、しかも送信用素子と受信用素子の対は複数対あり、送受信する波動の進行方向と血液の流れる方向とのなす角度が対ごとに異なる血圧測定装置を提供する。
【0017】
また、前記対が2対である血圧測定装置を提供する。
【0018】
また、血流速度センサは、圧電素子を用いて構成する血圧測定装置を提供する。
【0019】
また、容積脈波センサは、光送信用素子と光受信用素子から構成し、光受信用素子が複数個ある血圧測定装置を提供する。
【0020】
また、光送信用素子の波長がヘモグロビンへの吸収率が高い波長である血圧測定装置を提供する。
【0021】
また、光送信用素子の光の波長が660nmにピークを持つ血圧測定装置を提供する。
【0022】
また、生体表面から生体内部の血液に波動を送受信して、生体内部の血液の流れを検出する血流速度センサと、血流速度センサの受信信号から血流速度を求める処理プログラムを実行する信号演算部13を有し、
生体表面から生体内部の血液に光を送受信して、生体内部の血液の容積変化を検出する容積脈波センサと、容積脈波センサの受信信号から容積脈波強度を求める処理プログラムを実行する信号演算部23を有し、
信号演算部13では血液の流れに反射することによって生じる波動のドップラシフト周波数から血流速度vを求め、信号演算部23では血液中のヘモグロビンに吸収される光の量から容積脈波強度を求め、容積脈波強度の変化は流れている動脈の径変化に相関することから動脈径dを求め、動脈径dと血流速度vから動脈の血流量Qを求め、動脈径dが血管抵抗Rに逆比例することから血管抵抗Rを求め、血流量Qと血管抵抗Rを用いて血圧Vを求める血圧測定方法を提供する。
【0023】
また、生体表面から生体内部の血液に波動を送受信して、生体内部の血液の流れを検出する血流速度センサと、血流速度センサを駆動させる駆動部41と、血流速度センサからの信号の受信部42と、駆動部41と受信部42とを制御し血流速度を求める処理プログラムを実行する信号演算部43と血流速度成分から強度スペクトルを分離し求める処理プログラムを実行する信号分離部44とを有し、
信号演算部43では血液の流れに反射することによって生じる波動のドップラシフト周波数から血流速度vを求め、信号分離部44では前記ドップラシフト周波数の強度分布から血流速度の強度スペクトルPを求め、血流速度の強度スペクトルPは動脈を流れる血流の容積変化と比例することから容積脈波強度を求め、容積脈波強度の変化は流れている動脈の径変化に相関することから動脈径dを求め、動脈径dと血流速度vから動脈の血流量Qを求め、動脈径dが血管抵抗Rに反比例することから血管抵抗Rを求め、血流量Qと血管抵抗Rを用いて血圧Vを求める血圧測定方法を提供する。
【0024】
また、動脈径dが脈動に応じて径変化しているときの最大径dmaxと、血流速度Vが脈動に応じて速度変化しているときの最大速度vmaxとから最大血流量Qmaxを求め、
最大径dmaxからもとめた血管抵抗Rminと最大血流量Qmaxを用いて収縮期血圧のVmaxを求める血圧測定方法を提供する。
【0025】
また、動脈径dが脈動に応じて径変化しているときの最小径dminと、血流速度Vが脈動に応じて速度変化しているときの最小速度vminとから最小血流量Qminを求め、
最小径dminからもとめた血管抵抗Rmaxと最小血流量Qminを用いて拡張期血圧のVminを求める血圧測定方法を提供する。
【0026】
また、カフを用いる従来の血圧計を用いて収縮期実血圧Vrmaxと拡張期実血圧Vrminを測定し、その測定と同時期に前記血流速度センサや前記容積脈波センサを用いて前記収縮期血圧Vmaxと拡張期血圧Vminを求め、収縮期血圧Vmaxから収縮期実血圧Vrmaxを計算する補正係数と、拡張期血圧Vminから拡張期実血圧Vrminを計算する補正係数をそれぞれ求め、
カフを用いる血圧計を使用しないで、血流速度センサのみや血流速度センサと容積脈波センサのみを用いて測定したときには、収縮期血圧Vmaxと補正係数を用いて収縮期実血圧を求め、拡張期血圧Vminと補正係数を用いて拡張期実血圧を算出する血圧測定方法を提供する。
【0027】
また、カフを用いる従来の血圧計を用いて収縮期実血圧Vrmaxと拡張期実血圧Vrminを測定し、その測定と同時期に血流速度センサや容積脈波センサを用いて収縮期血圧Vmaxと拡張期血圧Vminを求め、収縮期血圧Vmaxから収縮期実血圧Vrmaxを計算する補正係数と、収縮期血圧Vmaxと拡張期血圧Vminの差(Vmax−Vmin)から収縮期実血圧Vrmaxと拡張期実血圧Vrminの差(Vrmax−Vrmin)を計算する補正係数を求め、
カフを用いる血圧計を使用しないで、血流速度センサや血流速度センサと容積脈波センサのみを用いて測定したときには、
収縮期血圧Vmaxと補正係数を用いて収縮期実血圧を求め、収縮期血圧Vmaxと拡張期血圧Vminの差と補正係数を用いて拡張期実血圧を算出する血圧測定方法を提供する。
【0028】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について、図面に基づいて説明する。図1は本発明の血圧測定手段をあらわす回路ブロック図である。本発明の血圧測定原理は血流速度vと容積脈波強度を用いて血流量Qに相関する値を導き出し、容積脈波強度から血流抵抗に相関する値を導き出し、血流量Qと血流抵抗Rの積から血圧Vに相関する値を導き出すものである。そこで、血流速度と容積脈波強度を求めるために図1に示すようなセンサと回路構成を用いる。血流速度センサ及びその回路ブロックについて説明する(図1及び図2参照)。血流速度は超音波を利用して測定する。先ず、生体4の表面である皮膚面から超音波の波動を駆動部11から血流速度センサ10を駆動して送信する。そして動脈5を流れる血液より反射してくる超音波を血流速度センサ10を通して受信部12で受信する。この受信信号には血流速度が送信波動のドップラシフト信号となって存在する。そこで、駆動部11の基本波動と受信部12の受信波動をミキシングして信号演算部13で検波を行うことによりドップラシフト周波数成分のみを抽出する。さらに、信号演算部13ではこのドップラ周波数成分Δfと、波動と動脈5のなす角 θより4式を用いて血流速度を求める。
【0029】
v=ε・Δf/(2f・cosθ) (式4)
ここで、εは生体内の音速、fは入力した波動の周波数、vは血流速度、θは動脈と波動のなす角である。前記の方法で4式を用いて血流速度を求めるためには、動脈と波動のなす角θが既知である必要がある。しかしながら、動脈の位置が正確に把握できている場合は少ないので、図2に示すような複数個の血流速度センサを用いてθが未知な場合についても血流速度が求められるように、2個の血流速度センサを用いて測定する血流の流れる方向に対して角度θと角度θ−αの2つの超音波波動が送受信できるセンサを作製した。すなわち、生体表面から内部に波動を送受信する血流速度センサ10は1対となる。血流速度センサがそれぞれ受信するドップラシフト信号Δf0及びΔf1、そして2個の血流速度センサのなす角をαとすると5式を用いてθを求めることができる。
【0030】
θ=tan-1(Δf1/Δf0−cosα)/sinα (式5)
そして、ここで求めたθとΔf0をΔf=Δf0として4式に代入することにより、血流速度vを求めることができる。また、ここで、血流速度センサを2個以上にし、θを数多く算出して平均をとる方法を用いても、θの測定精度が上がるのでさらに良い。
【0031】
次に、容積脈波強度の測定するための容積脈波センサ及びその回路ブロックについて説明する(図1と図3参照)。容積脈波強度は光を利用して測定する。先ず、生体4の皮膚面から光の駆動部21から光送信用素子201を駆動して光を送信する。そして生体内部を伝わる光は生体組織や動脈5を流れる血液により吸収され、反射してきた光が光受信用素子202を通して受信部22に入る。この受信信号には血液によって吸収された成分と生体組織によって吸収された信号が混在する。そこで、受信部22から得られた信号を信号演算部23では血液成分によって吸収された量を抽出し、その吸収量変化が血液量変化と比例することから血液の容積脈波強度を算出している。演算方法について図3を用いて説明する。光送信用素子は血液に大きく吸収されるように、血液中のもっもと多くの成分であるヘモグロビンに吸収率の大きい波長にピークを持つ光を生体内部の動脈血に向けて照射する。今回の実施の形態では660nmにピークを持つLEDを用いた。そして、入射した光は生体組織を通過し動脈内に進入する。そして、血液中のヘモグロビンに大きく吸収され、そのうちの反射波が光受信用素子202に到達する。ここで、血液の吸収成分だけを捕らえるために光源の同心円状に数mmずらして2個の光受信用素子202を設置する。このときの生体組織の吸収係数μ0、ヘモグロビンの吸収係数μ1とすると、数mmずらして置いた2個の光受信用素子202のに到達するまでの吸収量の総和は、6式と7式で表される。
【0032】
(入射航路L1+反射航路L5)×μ0+(入射航路L2+反射航路L4)×μ1 (式6)
(入射航路L1+反射航路L7)×μ0+(入射航路L2+入射航路L3+反射航路L6)×μ1(式7)
ここでL1〜L7は光路長である。そして、2個の光受信用素子202はほぼ同じ場所に位置するため、反射航路L5と反射航路L7はほとんど同じ長さであると考えられる。そこで、L7=L5とおいて7式を書き直すと8式となる。
(入射航路L1+反射航路L5)×μ0+(入射航路L2+入射航路L3+反射航路L6)×μ1(式8)
今、光の信号の中のヘモグロビンに吸収された量だけが必要で、生体組織に吸収された強度は測定誤差となる。測定誤差を無くすには生体組織の吸収係数μ0の項を消去すればよい。それは6式から8式を引くことにより実現できる。
(入射航路L2+反射航路L4)×μ1−(入射航路L2+入射航路L3+反射航路L6)×μ1(式9)
これを変形して、
(反射航路L4−入射航路L3−反射航路L6)×μ1 (式10)
この10式は純粋に血液中のヘモグロビンによって吸収された量だけを表す式となっている。すなわち、容積脈波強度は10式で表される。
【0033】
また、容積脈波強度の測定精度を上げていくためには、光源を複数用意してそれぞれの光源に対して前記方法を用い、それらの結果を平均していくことにより精度を上げていくことができる。
【0034】
信号演算部13からの血流速度信号と信号演算部23からの容積脈波強度信号が血圧信号演算部33に入力される。血圧信号演算部33ではこれらの信号から血圧信号を演算する。演算の方法を下記に示す。図4は動脈内部を血液が血流となって流れる様子のモデル図である。動脈内では脈拍に応じて動脈径が拡大と収縮を繰り返している。動脈径dの拡大が生じるとその部分の容積が増加する。そして動脈径dが収縮するとその部分の容積が減少する。すなわち、前記容積脈波強度は動脈径dの変化を見ていることになる。そこで、血圧信号演算部33では容積脈波強度を動脈径dに置き換えて処理が行われる。血圧は1式に2式と3式を代入した11式より求められる。
【0035】
血圧V=C・ρ・π/8×v/d2 (式11)
動脈径dと血流速度vを11式に代入することにより血圧Vを算出する。ここで、C・ρ・π/8は定数となり、カフを用いて測定した血圧に対する係数項となる。この係数項は実際にカフを用いた従来の方法で血圧を実測して求めることができる。
【0036】
次に、もう一つの血圧測定手段を図面に基づいて説明する。図5は本発明の血圧測定手段をあらわすブロック図である。本発明のもう一つ血圧測定原理は血流速度vだけを用いて血流量Qに相関する値と血流抵抗に相関する値を導き出し、血流量Qと血流抵抗Rの積から血圧Vに相関する値を導き出すものである。そこで、血流速度から血圧を求めるために図5に示すようなセンサと回路構成を用いる。血流速度は超音波を利用して測定する。これは前記したドップラ周波数から求める方法と同じである。先ず、生体4の皮膚面から超音波の波動を駆動部41から血流速度センサ10を駆動して送信する。そして動脈5を流れる血液より反射してくる超音波を血流速度センサ10を通して受信部42で受信する。この受信信号には血流速度が送信波動のドップラシフト信号となって存在する。そこで、駆動部41の基本波動と受信部42の受信波動をミキシングして信号演算部43で検波を行うことによりドップラシフト周波数成分のみを抽出する。さらに、信号演算部43ではこのドップラ周波数成分Δfと5式を用いて血流速度を求める。このようにして求めた血流速度信号は直接血圧信号演算部45に入力される。
【0037】
また信号演算部43ではドップラシフト波形を信号分離部44に送信する。ドップラシフト波形とは、もともとドップラシフト周波数はいろいろな成分を持っている。すなわち、この周波数成分の中には大小さまざまな速度成分が含まれていることになる(図6)。そこで信号分離部44ではこのドップラ周波数成分から大小さまざまな速度成分を代表する速度成分として、血流速度成分を高速フーリエ変換することにより血流速度の強度スペクトルPを求める。図6に動脈中の血流速度成分が分布するモデル図を示す。動脈内では脈拍に応じて血流速度が変化すると同時に血流速度成分量も変化し、強度スペクトルPも変化する。血流速度の強度スペクトルPが増加するということは、血流速度成分が増えているということであり、血流速度成分が増えるということは図6にも示すように、動脈の容積が増加していることになる。即ち、血流速度の強度スペクトルPとは動脈の容積に比例するものと考えることができ、つまり容積脈波強度に比例する信号と考えることができる。そこで、信号分離部44では血流速度の強度スペクトルPを求めることにより、ドップラシフト波形から容積脈波強度に比例する信号を分離する。そしてその信号を血圧信号演算部45に送信する。
【0038】
信号演算部43からの血流速度信号と信号分離部44からの容積脈波強度に比例する信号が血圧信号演算部45に入力される。血圧信号演算部45ではこれらの信号から血圧信号を演算する。演算の方法は前記の方法と同様である。容積脈波強度の比例する信号は動脈径dの変化に相関する。そこで、血圧信号演算部45では容積脈波強度の比例する信号を動脈径dに置き換えて処理が行われる。動脈径dと血流速度vを11式に代入することにより血圧Vを算出する。ここで、C・ρ・π/8は定数となり、カフを用いて測定した血圧に対する係数項となる。この係数項も実際にカフを用いた従来の方法で血圧を実測して求めることができる。
【0039】
(実施の形態1)
実施の形態1では血流速度センサ1と容積脈波センサ2を手首に装着してとう骨動脈51の血流を測定し、血圧を求めた。図7に説明図を示す。手首の内側のとう骨動脈51に対して超音波、及び光を照射できるような位置に血流速度センサ1と容積脈波センサ2を取り付ける。血流速度センサ1は前記したようにとう骨動脈51中を流れる血流に対して超音波を送受信し、信号演算部13により血流速度を求める。このとき、超音波の送受信部にはPZTからなる圧電素子を用いた。圧電素子のサイズは0.5×8mmで厚さ0.2mmのものをそれぞれ送信用と受信用に合計4個搭載した。また、超音波の送信周波数は9.6MHzを用いた。ドップラシフト周波数は最高で4K〜5KHzあり、血流速度は最高で1.0〜1.5m/s程度であった。容積脈波センサ2は光送信用素子201として1つのLEDと光受信用素子202として2つのフォトダイオードを用いた。光送信用素子201は660nmにピークを持つ光を出すものを採用した。これはヘモグロビンの吸収係数が660nm付近で高くなるためである。そして、光送信用素子201と光受信用素子202の間を5mm離して配置し、2つの光受信素子202間は2mm間隔をあけて配置した。光の駆動部21は光送信用素子201に10ms周期で5ms幅のパルスで2.5Vの電圧を加え発光させている。受信部22ではフォトダイオードの微小電流変化を1000倍の電圧変化になるように変換し、その後さらにアンプで3〜5倍に増幅している。これで十分な感度で受信部22では信号を受信できている。
【0040】
この装置を用いて実際に血圧測定を行った。図8に血流速度を測定した一例を示す。血流速度は脈拍に応じて変化し、心臓の収縮期では流速が速くなりピークを示し、拡張期では速度が遅くなりほぼ0となる。図9に容積脈波強度の一例を示す。図8に示した血流速度変化に対応した容積脈波強度変化である。血流速度と同様に脈拍に応じて強度が変化している。この容積脈波強度が動脈径dの変化を表すものとして測定を行った。実施の形態1では手首に半日装着して30分毎に15秒間血流速度と容積脈波強度を測定し下記の方法で血圧を算出した。また、確認のために、カフを用いる従来の血圧計も装着し同時に測定を行っている。血圧をあらわす場合、一般に心臓の収縮期血圧と拡張期血圧を指標としてあらわしている。そこで本発明においても、収縮期血圧と拡張期血圧を血圧の指標値として算出した。
【0041】
先ず、動脈径dの最大値dmaxと血流速度vの最大値vmaxから、2式を用いて最大血流量Qmaxを計算した。次にdmaxから、3式を用いて血管抵抗Rminを計算した。そして、1式を用いて最大血流量Qmaxと血管抵抗Rminを掛け合わすことにより収縮期血圧のVmaxを求めた。また、動脈径dの最小値dminと血流速度vの最小値vminから、2式を用いて最小血流量Qminを計算した。次にdminから、3式を用いて血管抵抗Rmaxを計算した。そして、1式を用いて最小血流量Qminと血管抵抗Rmaxを掛け合わすことにより拡張期血圧のVminを求めた。次に、カフを用いた従来の血圧計により測定した収縮期実血圧Vrmaxと拡張期実血圧Vrminを用いて、係数項に当たる補正係数を求めた。求め方は最小二乗近似を用いて最も誤差が小さくなるようにして求めている。例えば、カフを用いる従来の血圧計と同時に測定した本発明の収縮期血圧をVmax、拡張期血圧をVminとし、12、13式を作成する。
【0042】
Vrmax=A1+A2×Vmax (式12)
Vrmin=A3+A4×Vmin (式13)
ここで、A1、A2、A3、A4が補正係数である。この2つの式により求めた補正係数を14、15式に代入することで収縮期血圧と拡張期血圧を導出する。
【0043】
収縮期血圧=A1+A2×Vmax (式14)
拡張期血圧=A3+A4×Vmin (式15)
そして、この装置を手首につけて半日間データを取り、精度の確認を行った。このようにして求めた収縮期血圧について、例えばカフ実測値116mmHgに対して本発明114.9mmHg、カフ実測値129mmHgに対して本発明130.28mHgと近い値を示し、結果的には相関係数R2=0.8と良好な結果を示した。
【0044】
次に、もう一つの異なる方法を用いて拡張期血圧を求める方法を説明する。前記の方法で用いた補正係数A1、A2はそのまま用いる。次にカフによる測定値の収縮期実血圧Vrmaxと拡張期実血圧Vrminの差を求める。そして16式を用いて補正係数を最小二乗法により求める。
Vrmax−Vrmin=B1+B2×(Vmax−Vmin) (式16)
ここで、B1、B2が補正係数である。そしてこの式により求めた補正係数を用いて拡張期血圧を求める式を17式に示す。
【0045】
拡張期血圧=A1+A2×Vmax−B1+B2×(Vmax−Vmin) (式17)
前記の補正方法との違いは、拡張期血圧を求めるときに計測により求めたVminを用いずに、VmaxとVminの差を用いて補正係数を計算しているところである。この方法を用いたほうが収縮期血圧と拡張期血圧の差分を近似できるので補正精度が上がる。前記方法と同様に半日間の血圧変化を測定し、精度の確認を行っ結果、カフによる実測値と本方法による血圧測定値の相関は相関係数R2=0.85と良好な結果を示した。
【0046】
(実施の形態2)
実施の形態2では血流速度センサ1を手首に装着してとう骨動脈51の血流を測定し、血圧を求めた例を示す。図10に説明図を示す。手首の内側のとう骨動脈51に対して超音波を照射できる位置に血流速度センサ1を取り付ける。血流速度センサ1は前記したようにとう骨動脈51中を流れる血流に対して超音波を送受信し、信号演算部43により血流速度を求める。このときの超音波の送信周波数は9.6MHzを用いた。ドップラシフト周波数は最高で4K〜5KHzあり、血流速度は最高で1.0〜1.5m/s程度であった。血流速度センサ1としては実施の形態1に使用したものと同様の圧電素子を用いたセンサであるため、測定される血流速度は図8に示す例と同様のものである。信号の変化の様子も同様で、脈拍に応じて変化し、心臓の収縮期では流速が速くなりピークを示し、拡張期では速度が遅くなりほぼ0となる。
【0047】
次に血流速度センサ1の信号より容積脈波強度に比例する信号を分離する処理を行う。受信部42では血流速度センサの信号を20KHzの信号でサンプリングを行っている。このサンプリング信号に対して、25.6ms分のデータ(512個)を高速フーリエ変換(FFT)を行う。このとき計算されたパワースペクトルが25.6ms間に流れるそれぞれの速度成分ということになる。そこで、このパワースペクトルの和をとって、それを強度スペクトルPとした。この強度スペクトルPを25.6ms間隔でプロットすると、脈拍波形に同期した波形が得られ、しかも容積変化に対応する信号波形が得られていた。
【0048】
そこで、強度スペクトルPを容積脈波強度に比例する信号として、動脈径dの変化に置き換えて血圧の測定を行った。本実施の形態では血流速度センサを手首に半日装着して30分毎に15秒間血流速度と強度スペクトルPを測定し血圧を算出した。また、実施の形態1と同様に確認のために、カフを用いる従来の血圧計も装着し同時に測定を行っている。そして、収縮期血圧と拡張期血圧を血圧の指標値として算出し相関関係を比較した。
【0049】
算出方法は実施の形態1と同じである。最初にカフを用いて測定した実測値の収縮期血圧Vrmaxと拡張期血圧Vrminを用いて補正係数A1〜A4を求めた。そして、30分毎に半日間測定して、カフを用いた従来の血圧計により求めた収縮期血圧と拡張期血圧と本発明により求めた血圧値との相関係数を求めた。その結果、相関係数R2=0.78とたいへん良好な結果を示した。このことから、血流速度センサ1だけで測定しても十分血圧が測定できることがわかった。
【0050】
次に、実施の形態1にも示したもう一つの異なる方法を用いて拡張期血圧を求める。前記の方法で用いた補正係数A1、A2はそのまま用いて、カフによる測定値の収縮期実血圧Vrmaxと拡張期血圧Vrminの差を求め、16式を用いて補正係数B1、B2を求める。そして17式を用いて拡張期血圧を求めた。この方法を用いて、前記方法と同様に半日間の血圧変化を測定し、精度の確認を行っ結果、カフによる実測値と本方法による血圧測定値の相関は相関係数R2=0.83と良好な結果を示した。先程と同様に、この方法においても、血流速度センサ1だけで測定しても十分血圧が測定できることがわかった。
【0051】
また、今回の実施の形態では、血流速度センサ1及び容積脈波センサ2をとう骨動脈51を狙って手首に装着しているが、生体のどの動脈を狙って測定しても良い。カフを用いた血圧計により補正することにより、正確な血圧を求めることができる。また、今回は血流速度センサを1対用いているが、複数個用いても測定精度が上がるので多いほうが良い。また、容積脈波センサも光送信素子1個と光受信素子2個用いているが、素子数を増やすと測定精度が上がっていくので多いほうが良い。
【0052】
【発明の効果】
以上のように、本発明の血圧測定装置及び血圧測定法によれば、最初にカフを用いて測定した血圧値によって補正係数を求めておくだけで、その後はカフを使用すること無く精度良く血圧を測定することができ、常時装着可能な血圧測定装置の提供ができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態1の回路ブロック図である。
【図2】血流速度センサの説明図である。
【図3】容積脈波センサの説明図である。
【図4】動脈内部の血流容積と径変化モデル図である。
【図5】本発明の実施の形態2の回路ブロック図である。
【図6】動脈内部の血流速度成分分布と径変化モデル図である。
【図7】本発明の実施の形態1の各センサの装着説明断面図である。
【図8】血流速度センサが検出した血流速度変化グラフである。
【図9】容積脈波センサが検出した容積脈波強度変化グラフである。
【図10】本発明の実施の形態2の血流速度センサの装着説明断面図である。
【符号の説明】
1 血流速度センサ部
10 血流速度センサ
2 容積脈波センサ部
201 光送信用素子
202 光受信用素子
11 血流速度センサ駆動部
12 血流速度センサ受信部
13 信号演算部
21 容積脈波センサ駆動部
22 容積脈波センサ受信部
23 信号演算部
33 血圧信号演算部
41 血流速度センサ駆動部
42 血流速度センサ受信部
43 信号演算部
44 信号分離部
45 血圧信号演算部
4 生体
5 動脈
51 とう骨動脈
Claims (8)
- 生体表面から生体内部の血液に波動を送受信して、前記生体内部の血液の流れを検出する血流速度センサと、前記血流速度センサを駆動させる駆動部11と、前記血流速度センサからの信号を受信する受信部12と、前記駆動部11と前記受信部12とを制御し血流速度を求める信号演算部13と、生体表面から生体内部の血液に光を送受信して、前記生体内部の血液の容積変化を検出する容積脈波センサと、前記容積脈波センサを駆動させる駆動部21と、前記容積脈波センサからの信号を受信する受信部22と、前記駆動部21と受信部22とを制御し容積脈波強度を求める信号演算部23と、前記信号演算部13と前記信号演算部23の演算結果を用いて血圧を求める血圧信号演算部33と、を有することを特徴とする血圧測定装置。
- 生体表面から生体内部の血液に波動を送受信して、前記生体内部の血液の流れを検出する血流速度センサと、前記血流速度センサを駆動させる駆動部41と、前記血流速度センサからの信号を受信する受信部42と、前記駆動部41と前記受信部42とを制御し血流速度を求める信号演算部43、と前記血流速度成分から強度スペクトルを分離し求める信号分離部44と、前記信号演算部43と前記信号分離部44からの演算結果を用いて血圧を求める血圧信号演算部45と、を有することを特徴とする血圧測定装置。
- 請求項1又は請求項2のいずれかに記載の血圧測定装置において、前記血流速度センサは、送信用素子と受信用素子から構成し、しかも前記送信用素子と前記受信用素子の対は複数対あり、送受信する波動の進行方向と血液の流れる方向とのなす角度が対ごとに異なることを特徴とする血圧測定装置。
- 請求項3に記載の血圧測定装置において、前記送信用素子と前記受信用素子は2対であることを特徴とする血圧測定装置。
- 請求項1から請求項4のいずれかに記載の血圧測定装置において、前記血流速度センサは、圧電素子を用いて構成することを特徴とする血圧測定装置。
- 請求項1に記載の血圧測定装置において、前記容積脈波センサは、光送信用素子と光受信用素子から構成し、前記光受信用素子が複数個あることを特徴とする血圧測定装置。
- 請求項6に記載の血圧測定装置において、前記光送信用素子から送信される光の波長がヘモグロビンへの吸収率が高い波長であることを特徴とする血圧測定装置。
- 請求項6又は請求項7のいずれかに記載の血圧測定装置において、前記光送信用素子から送信される光の波長が660nmにピークを持つことを特徴とする血圧測定装置。
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