JP4509312B2

JP4509312B2 - 血圧測定装置及び血圧値決定方法

Info

Publication number: JP4509312B2
Application number: JP2000193067A
Authority: JP
Inventors: 一敏小山; 宏和田中; 真一川村
Original assignee: Fukuda Denshi Co Ltd
Current assignee: Fukuda Denshi Co Ltd
Priority date: 2000-06-27
Filing date: 2000-06-27
Publication date: 2010-07-21
Anticipated expiration: 2020-06-27
Also published as: JP2002010985A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被検者の血圧測定部位をカフなどにより所定圧力で加圧するとともに被検者よりの血流音（コロトコフ音）を検出し、検出血流音（コロトコフ音）と加圧圧力の検出状態により被検者の血圧を測定可能な血圧測定装置及び血圧測定方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の血圧計は、安静にした状態で血圧を測定するのが基本であり、安静でない状態では正確な血圧測定ができないものがほとんどであった。即ち、一般の血圧計では、軽い運動負荷では測定可能の場合もあるが、雑音が大きくなると全く測定ができない状態となってしまっていた。
【０００３】
一部には運動負荷時の血圧を測定すための運動試験用血圧計があったが、従来の運動試験用血圧計においては、雑音の影響を受けにくい心電計のＱＲＳ信号などを同期信号として利用して、雑音の影響を除去していた。即ち、この種の血圧測定装置は、心拍に同期した連続的な信号の間隔により、Ｋ音の発生する時期を予測したタイミングゲートを求め、信号と雑音の識別を行っていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の運動試験用血圧計では、運動試験時などに血圧測定を行なう場合に、体動などの雑音の影響を受けにくく、心拍に同期した信号を発生する、心電計のような装置が必要であったため、簡単な血圧測定システムができなかった。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は上述の目的を達成する一手段として例えば以下の構成を備える。
【０００６】
即ち、被検者の血圧測定部位をカフなどにより所定圧力で加圧するとともに被検者よりの血流音を検出し、検出血流音と加圧圧力の検出状態により被検者の血圧を測定可能な血圧測定装置において、被検者よりの血流音信号を検出する検出手段と、前記検出手段で検出した血流音信号の所定帯域の信号成分を抽出するための複数の互いに周波数帯域の異なるバンドパスフィルタ群と、前記バンドパスフィルタ群の各バンドパスフィルタ毎のゲインを周波数毎に可聴音の等感曲線に従って補正する補正手段と、前記バンドパスフィルタ群より特定のバンドパスフィルタを選択する選択手段と、
前記選択手段の選択したバンドパスフィルタよりの信号を元に血圧測定を行なう血圧値決定手段とを備え、前記選択手段は、血流音信号に対して雑音レベルが大きくなった時にはバンドパスフィルタの選択を現在選択中のバンドパスフィルタより高い周波数帯域のバンドパスフィルタに変更することを特徴とする。
【０００７】
そして例えば、前記選択手段は、被検者よりの最初の血圧測定である場合にはすべてのバンドパスフィルタの出力を選択し、前記血圧値決定手段は前記選択手段の選択したバンドパスフィルタの出力を論理和した信号を元に血圧測定を行なうことを特徴とする。
【０００８】
また例えば、更に、被検者よりの最初の血圧測定である場合には各バンドパスフィルタよりの出力のうちもっとも出力の大きなバンドパスフィルタを特定して被検者と対応つけて保持する初期フィルタ特定手段を備えることを特徴とする。
あるいは、前記選択手段は、被検者よりの最初の血圧測定でない場合には前記初期フィルタ特定手段で特定したバンドパスフィルタを選択することを特徴とする。
【０００９】
更に例えば、前記初期フィルタ特定手段は、前記バンドパスフィルタ群を低い周波数帯域群のバンドパスフィルタ群と高い周波数帯域群のバンドパスフィルタ群にわけ低い周波数帯域群のバンドパスフィルタよりもっとも出力の大きなバンドパスフィルタを特定して被検者と対応つけて保持することを特徴とする。
【００１０】
また例えば、前記選択手段は、前記バンドパスフィルタ群を低い周波数帯域群のバンドパスフィルタ群と高い周波数帯域群のバンドパスフィルタ群にわけ、安静時及び検出雑音のレベルが低い場合には低い周波数帯域群のバンドパスフィルタのみを選択することを特徴とする。
【００１１】
更に例えば、前記選択手段は、雑音レベルが高くなった場合には前記低い周波数帯域群のバンドパスフィルタ群のうちからひとつのバンドパスフィルタを選択するとともに、高い周波数帯域群のバンドパスフィルタ群のうちからひとつのバンドパスフィルタを選択することを特徴とする。あるいは、前記血圧値決定手段は前記選択手段の選択したバンドパスフィルタの出力を乗算し、乗算した結果の出力値を元に血圧測定を行なうことを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明に係る一実施形態を詳細に説明する。本実施の形態例においては、通常の血流音（コロトコフ音）（以下「Ｋ音」と称す。）信号を抽出するためのバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）を複数（３個以上）備え、それぞれの出力信号のうち、雑音の状況と生体による差異によって周波数帯域を選ぶ手段を備え、雑音が大きい場合には低い周波数帯域の信号と、高い周波数帯域の信号を掛け合わせた信号を、血圧決定に用いる。
【００１３】
［構成］
図１は本発明に係る一実施形態の生体情報処理装置の概略ブロツク構成図である。この装置は、生体の一部を圧迫するためのカフ（腕帯）１と、血管音であるコロトコフ音を検出するための例えばマイクロホンで構成されているＫ音センサ２と、カフ１内の空気圧を検出するための圧力センサ３と、カフ１を加圧するための加圧ポンプ４と、カフ１内の空気圧を減圧するための空気流量制御弁５と、Ｋ音センサ２の出力信号を増幅するＫ音アンプ６を備える。
【００１４】
また、Ｋ音アンプ６の出力信号のうち４０Ｈｚ付近の周波数成分のみを通過させるためのＢＰＦ７１（４０Ｈｚバンドパスフィルタ）、同様に６０Ｈｚ付近の周波数成分のＢＰＦ７２（６０Ｈｚバンドパスフィルタ）、８０Ｈｚ付近の周波数成分のＢＰＦ７３（８０Ｈｚバンドパスフィルタ）、１００Ｈｚ付近の周波数成分のＢＰＦ７４（１００Ｈｚバンドパスフィルタ）、１２０Ｈｚ付近の周波数成分のＢＰＦ７５（１２０Ｈｚバンドパスフィルタ）、１６０Ｈｚ付近の周波数成分のＢＰＦ７６（１６０Ｈｚバンドパスフィルタ）を備える。
【００１５】
更に、圧力センサ３の高周波成分をカットするためのローパスフィルタ８と、加圧ポンプ４及び空気流量制御弁５を駆動する駆動回路９と、アナログ信号であるＫ音信号と圧力信号をＣＰＵ１１で処理するために対応するデジタル信号に変換するＡＤ変換器１０と、本実施の形態例装置の全体制御を司るとともに、詳細を後述する血圧測定の演算処理等を行なうためのＣＰＵ１１と、測定スタート等の本実施の形態例装置の動作指示を行なうためのスイッチ１２と、測定結果等を表示するための表示器１３とから構成されている。
【００１６】
更に、被検者情報や血圧測定結果などを記憶する外部記憶装置である記憶部１５を備えている。記憶部１５には、被検者と被検者の安静時の血圧測定結果とを関連付けて記憶する被検者テーブル１６が記憶されている。この被検者テーブル１６は、被検者特定情報とともに、当該被検者の最初の血圧測定は安静時の血圧測定であるとして安静時のＫ音情報を関連付けて登録する。そして以後の運動時の血圧測定時などにおける雑音成分検出のために利用する。
【００１７】
上述したＣＰＵ１１には、ＣＰＵ１１の各種動作制御手順などが記憶されているＲＯＭ１１ａ、処理経過などを一時記憶可能なＲＡＭ１１ｂが内蔵されている。
【００１８】
本実施の形態例のＢＰＦ７１〜７６には、それぞれのＢＰＦのゲインを補正するためのゲイン補正回路が備えられており、各ゲイン補正回路はそれぞれのＢＰＦのゲインが周波数毎に可聴音の等感曲線によって、低い周波数ではゲインを小さく、また高い周波数ではゲインを大きくなるよう、補正されている。
【００１９】
可聴音の等感曲線の例を図２に示す。本実施の形態例の各ＢＰＦは、各周波数の音圧レベルとして図２の可聴音の等感曲線に示されたレベルの入力があったときに出力レベルが同一レベルの音圧レベルとなるように各ＢＰＦごとのゲインを補正している。この結果、ＢＰＦ７１〜７６は図２の可聴音の等感曲線によって、低い周波数ではゲインを小さく、また高い周波数ではゲインを大きくなるよう、補正されている。
【００２０】
［血圧測定］
本実施の形態例においては、上述した様に同一被検者に対してまず安静時に血圧測定を行なって検出結果の特徴を抽出する。そして、その後運動負荷時に血圧測定を行なったときの雑音成分の検出に安静時の検出結果を利用し、雑音成分によってその後に利用するＢＰＦを選択している。
【００２１】
血圧を測定しようとする被検者は、血圧測定部位例えば上腕にカフ１を巻回し、カフ１したの血管位置の上部にマイクロホンなどで構成されているＫ音センサ２を位置決め配置する。本実施の形態例では最初に安静時の血圧測定を行なえば、２回目以降の血圧測定における雑音除去能力に優れているため、このカフを巻回した状態で運動をしていても確実に血圧測定が可能である。そのため、例えば運動中に血圧測定の必要が生じたらその時点でスイッチ１２によって血圧測定の開始を指示すればよい。
【００２２】
以下、以上の構成を備える本実施の形態例装置における血圧測定制御を図３のフローチャートを参照して以下に説明する。スイッチ１２により血圧測定の開始が指示されると、ＣＰＵ１１の処理は図３に示す血圧測定制御に移行する。
【００２３】
ＣＰＵ１１はまずステップＳ１において、駆動回路９を制御して空気流量制御弁５を閉接するとともに加圧ポンプ４を駆動させる。これによりカフ１の圧力は上昇していく。ＣＰＵ１１は圧力センサ３よりの検出圧力値を監視し、予め設定してある目標値まで検出圧力値が達したか否かを調べる。そして予め設定してある目標値まで検出圧力値が達した場合には目標値までの加圧が終了したとして加圧ポンプ４を停止する。この目標圧力値は、被検者の予想最高血圧値より所定の圧力だけ高い圧力値である。
【００２４】
次にステップＳ２において、カフ１の圧力がほぼ一定の速度で下降するように空気流量制御弁５を所定量開放する。例えば、空気流量制御弁５を徐々に開放して減圧速度が一定となるように制御すれば良い。
【００２５】
続いてステップＳ３においてＡＤ変換器１０を起動し、所定時間ごとのサンプリングにより各ＢＰＦ７１〜７６の出力値（各周波数帯域の検出Ｋ音信号）を時系列に読み込む処理を開始するように設定する。そしてステップＳ４において、ＡＤ変換器１０よりの全ＢＰＦ７１〜７６の出力を論理和させた全ＢＰＦ和を算出するモードに移行する。
【００２６】
この容態でカフの減圧が進みカフ圧力が最高血圧付近になると、Ｋ音センサ２よりの検出信号レベルが大きくなりＫ音が発生してＫ音アンプ２の出力に増幅された信号が出現する。ＢＰＦ７１〜７６を通過した各周波数帯域の成分がＡＤ変換器１０に出力され、対応するデジタル信号値に変換されてＣＰＵ１１に読み込まれる。ＣＰＵ１１は所定のＫ音検出アルゴリズムに従ってＫ音検出を行なう。
このＫ音検出のためのＫ音検出アルゴリズムは公知であるため詳細説明を省略する。
【００２７】
ＣＰＵ１１はＫ音検出結果に従って以下の手順で血圧値を決める処理を行なう。まずステップＳ５において、各ＢＰＦ毎の検出状況を調べ、雑音の検出処理を実行する。そしてステップＳ６において、雑音の検出結果に従って以降に有効とするＢＰＦを選択する。
【００２８】
ＢＰＦの選択が行われるとステップＳ７に進み、選択したＢＰＦの出力を利用して血圧測定を行ない、最高血圧値と最低血圧値を決定する。
【００２９】
なお、ステップＳ６において、最初にある被検者の血圧測定を行なった場合には被検者テーブル１６にその被検者の安静時の血圧測定データが登録されていないので、安静時の血圧測定であると判断してステップＳ４の設定の状態で以後のＫ音検出処理、血圧測定処理を行ない、特別のＢＰＦのみを選択することは行なわない。
【００３０】
即ち、本実施の形態例においては、安静時の測定に関しては、雑音成分がほとんど検出されないためにステップＳ４での設定を変更せずに全てのＢＰＦ７１〜７６の出力の和を求め、この和の値がある閾値以上のものをＫ音と判定する。そしてこの安静時の血圧値の測定時に、最高血圧と最低血圧の間において、４０〜８０Ｈｚの各ＢＰＦのうち出力が最大のＢＰＦがどのＢＰＦであったかを被検者情報とともに記憶しておく。また、各ＢＰＦの出力のうち、１００〜１６０Ｈｚの各ＢＰＦのうち出力が最大のＢＰＦがどのＢＰＦであったかを被検者情報とともに記憶しておく。
【００３１】
このようにして、まず安静時のＫ音測定状態を測定・保存し、この保存結果に従って次回からの測定時にステップＳ５、ステップＳ６の処理で保存結果を利用する。
【００３２】
ステップＳ７における血圧値決定処理においては、最初にＫ音が検出された圧力値と最後にＫ音が検出された時の圧力値を圧力センサ３から読み込み、最初にＫ音が検出された圧力値を最高血圧値とし、最後にＫ音が検出された圧力値を最低血圧値とする。
【００３３】
Ｋ音の中心周波数については、通常、最高血圧付近では低い周波数であるが、最低血圧付近ではＫ音の中心周波数は高くなり、加齢によっても全体的にＫ音の中心周波数は高くなることが多く、また運動などにより血流量が増加すると全体的に高くなることが分かっている。また、雑音については、運動などにより身体を伝導してＫ音センサに入る雑音は比較的低い周波数であり、また、機械の音、人の話声などの音響的雑音は高い周波数である。
【００３４】
本実施の形態例においては、このような周波数特性を利用して、ステップＳ６におけるＢＰＦの選択処理では以下の基準を採用している。
【００３５】
例えば、安静時の血圧測定における各ＢＰＦの出力は図４に示すような測定結果が得られる。図４に示すＢＰＦ出力結果が得られた場合においては、もっともＢＰＦの出力が大きいのは４０ＨｚＢＰＦ７１の出力である。
【００３６】
この場合には４０ＨｚＢＰＦ７１の出力がもっとも大きな信号レベルであったため、例えば次回においてこの４０ＨｚＢＰＦ７１の出力が選択された場合にはＢＰＦの出力は図５に示すようになる。なお、図５は選択された４０ＨｚＰＢＦの出力を示しているが、ここで、信号は演算の都合により、図４の＋ピークと−ピークを有するＡＣ信号（＋／−）から、−側ピークの包絡線をゼロ電位に変換したＤＣ信号（＋のみ）となっている。
【００３７】
次に運動試験時などの測定に関して、初期の軽い運動時は安静時に検出した出力がもっとも大きい帯域の４０ＨｚＢＰＦ７１を使用して血圧を測定する。運動強度は漸増するので、雑音によってＫ音間隔とＫ音大きさの並び方が乱れてきた場合に、周波数を一つ高い帯域の６０ＨｚＢＰＦ７２に切り替えて血圧を測定する。
【００３８】
ここで、雑音が信号の間に時々入る程度の場合には、ＢＰＦを高い周波数帯域のＢＰＦに変換するのみで対応でき、信号間隔の並びと、信号の大きさの並びから判断して、一般的な方法で、雑音を除去できる。しかしながら、更に運動が強くなり雑音成分が大きくなった場合には簡単には雑音の除去ができなくなる。このため、本実施の形態例では一般的な方法で、雑音を除去できなくなった場合には、低い帯域のバンドパスフィルタ群（４０から８０ＨｚのＢＰＦ）と高い周波数帯域のバンドパスフィルタ群（１００Ｈｚ〜１６０ＨｚのＢＰＦ）の２つのバンドパスフィルタ群よりそれぞれひとつのＢＰＦを選択する。
【００３９】
図６に示す例は、雑音が大きくなり、測定限界に近づいた時の様子を示している。このとき、使用しているＢＰＦの周波数は安静時の４０ＨｚＢＰＦ７１から６０ＨｚＢＰＦ７２に切り替えており、６０ＨｚＢＰＦ７２の出力と別途選択した１００ＨｚＢＰＦ７４の出力を乗算した結果の出力値を有効検出値とした場合の例を示している。図６に示すように出力の積における有効信号値のレベルは雑音成分が他の有効信号レベルに比し低く抑えられており、ＣＰＵ１１によるＫ音検出処理においては通常と同様の閾値を設け、Ｋ音と雑音を識別するのみで精度の高い血圧値の決定が可能となる。この結果正しい血圧値が最高血圧及び最低血圧として認識され、表示器１３に血圧測定結果として最高血圧値と最低血圧値が表示される。
【００４０】
すなわち、本実施の形態例においては、スイッチ１２によって測定を開始させると、図４乃至図６に示すように、空気流量制御弁５が閉じて加圧ポンプ４が動作し、カフ１の圧力は目標値まで上昇して、加圧ポンプは停止する。
【００４１】
次にカフ１の圧力がほぼ一定の速度で下降するように空気流量制御弁５を徐々に開放する。圧力が最高血圧付近になると、Ｋ音が発生してＫ音アンプ２の出力に増幅された信号が出現する。次に６個のＢＰＦを通すと各周波数帯域の成分が出力されるので、これらをＡＤ変換器１０でデジタル量に変換され、ＣＰＵ１１に読み込まれる。ＣＰＵ１１は上述した手順で血圧値を決める処理を行なう。
【００４２】
ここで、本実施の形態例では、Ｋ音の中心周波数については、上述したように、通常、最高血圧付近では低いが最低血圧付近では高くなり、加齢によっても全体的に高くなることが多く、また運動などにより血流量が増加すると全体的に高くなり、雑音については運動などにより身体を伝導してＫ音センサに入る雑音は比較的低い周波数であり、また、機械の音、人の話声などの音響的雑音は高い周波数であるという周波数特性に着目して、一般的な方法で雑音を除去できなくなった場合に高い周波数帯域のＢＰＦより検出信号の大きなＢＰＦを選択することにより、簡単な構成で確実に不要周波数成分を除去している。
【００４３】
以上説明したように本実施の形態例によれば、安静時の測定結果より運動負荷時などの雑音成分が混入した測定結果であっても、有効に雑音成分を除去した有効な検出コロトコフ音信号が抽出でき、容易に運動負荷時の血圧測定などが可能になる。
【００４４】
また、外来雑音にも強いため、周囲環境にかかわらず適正な血圧測定が可能となる。
【００４５】
【発明の効果】
以上説明した様に本発明によれば、例えば容易に運動負荷時の血圧測定などが可能な血圧測定装置及び血圧値決定方法が提供できる。また、外来雑音にも強いため、周囲環境にかかわらず適正な血圧測定が可能な血圧測定装置及び血圧値決定方法が提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る一実施形態のブロツク構成図である。
【図２】本実施の形態例のバンドパスフィルタのゲイン補正を説明するための図である。
【図３】本実施の形態例の血圧測定手順を説明するためのフローチャートである。
【図４】本実施の形態例における血圧測定手順における各バンドパスフィルタ出力例及びカフ内圧の変化の例を示す図である。
【図５】本実施の形態例における血圧測定手順における選択バンドパスフィルタ出力例を示す図である。
【図６】本実施の形態例における雑音レベルの高い場合における血圧測定手順における各バンドパスフィルタ出力例及びカフ内圧の変化の例を示す図である。
【符号の説明】
１カフ（腕帯）
２Ｋ音センサ
３圧力センサ
４加圧ポンプ
５空気流量制御弁
６Ｋ音アンプ
７１〜７６ＢＰＦ
８ローパスフィルタ
９駆動回路
１０ＡＤ変換器
１１ＣＰＵ
１１ｂＲＯＭ
１１ａＲＡＭ
１２スイッチ
１３表示器
１５記録部
１６被検者テーブル

Claims

被検者の血圧測定部位をカフなどにより所定圧力で加圧するとともに被検者よりの血流音を検出し、検出血流音と加圧圧力の検出状態により被検者の血圧を測定可能な血圧測定装置において、
被検者よりの血流音信号を検出する検出手段と、
前記検出手段で検出した血流音信号の所定帯域の信号成分を抽出するための複数の互いに周波数帯域の異なるバンドパスフィルタ群と、
前記バンドパスフィルタ群の各バンドパスフィルタ毎のゲインを周波数毎に可聴音の等感曲線に従って補正する補正手段と、
前記バンドパスフィルタ群より特定のバンドパスフィルタを選択する選択手段と、
前記選択手段の選択したバンドパスフィルタよりの信号を元に血圧測定を行なう血圧値決定手段とを備え、
前記選択手段は、血流音信号に対して雑音レベルが大きくなった時にはバンドパスフィルタの選択を現在選択中のバンドパスフィルタより高い周波数帯域のバンドパスフィルタに変更することを特徴とする血圧測定装置。
前記選択手段は、被検者よりの最初の血圧測定である場合にはすべてのバンドパスフィルタの出力を選択し、
前記血圧値決定手段は前記選択手段の選択したバンドパスフィルタの出力を論理和した信号を元に血圧測定を行なうことを特徴とする請求項１記載の血圧測定装置。
更に、被検者よりの最初の血圧測定である場合には各バンドパスフィルタよりの出力のうちもっとも出力の大きなバンドパスフィルタを特定して被検者と対応つけて保持する初期フィルタ特定手段を備えることを特徴とする請求項２記載の血圧測定装置。
前記選択手段は、被検者よりの最初の血圧測定でない場合には前記初期フィルタ特定手段で特定したバンドパスフィルタを選択することを特徴とする請求項３記載の血圧測定装置。
前記初期フィルタ特定手段は、前記バンドパスフィルタ群を低い周波数帯域群のバンドパスフィルタ群と高い周波数帯域群のバンドパスフィルタ群にわけ低い周波数帯域群のバンドパスフィルタよりもっとも出力の大きなバンドパスフィルタを特定して被検者と対応つけて保持することを特徴とする請求項３又は請求項４記載の血圧測定装置。
前記選択手段は、前記バンドパスフィルタ群を低い周波数帯域群のバンドパスフィルタ群と高い周波数帯域群のバンドパスフィルタ群にわけ、安静時及び検出雑音のレベルが低い場合には低い周波数帯域群のバンドパスフィルタのみを選択することを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の血圧測定装置。
前記選択手段は、雑音レベルが高くなった場合には前記低い周波数帯域群のバンドパスフィルタ群のうちからひとつのバンドパスフィルタを選択するとともに、高い周波数帯域群のバンドパスフィルタ群のうちからひとつのバンドパスフィルタを選択することを特徴とする請求項６記載の血圧測定装置。
前記血圧値決定手段は前記選択手段の選択したバンドパスフィルタの出力を乗算し、乗算した結果の出力値を元に血圧測定を行なうことを特徴とする請求項７記載の血圧測定装置。
複数の互いに周波数帯域の異なるバンドパスフィルタ群を備え血圧測定装置における血圧値決定方法であって、
複数の互いに周波数帯域の異なるバンドパスフィルタ群の各バンドパスフィルタ毎のゲインを周波数毎に可聴音の等感曲線に従って補正し、被検者の血圧測定部位をカフなどにより所定圧力で加圧するとともに被検者より検出した血流音信号を前記補正したバンドパスフィルタ群に供給し、前記バンドパスフィルタ群より特定のバンドパスフィルタを選択して選択したバンドパスフィルタよりの信号を有効検出信号として血圧測定を行なう際に、血流音信号に対して雑音レベルが大きくなった時には前記バンドパスフィルタの選択を現在選択中のバンドパスフィルタより高い周波数帯域のバンドパスフィルタに変更することにより雑音を除去して血圧測定を行なうことを特徴とする血圧値決定方法。