JP4562580B2 - 血圧計及び血圧計の制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、生体の一部の血圧を測定する血圧計及び血圧計の制御方法に関する。

高齢化の進展により、成人の高血圧などの生活習慣病への対応が注目されている。一般的な血圧計は、上腕等に巻いたカフに空気ポンプで空気を供給し、上腕部を所定の圧力まで圧迫して動脈の血流を停止させた後、カフの空気を排気弁によって排気して上腕部を圧迫する圧力を徐々に降下させ、この間の脈波とカフ内圧の関係から、最高及び最低血圧値を測定している。上記の血圧測定においては、カフ内圧を３〜４ｍｍＨｇ／秒程度の一定速度で時間と共に直線的に減圧させることが望まれている。

一方、高血圧症の場合、長期間の血圧データの継続的な収集が重要であると認識されている。日常生活において、継続的に血圧を測定する場合、従来広く利用されている上腕部による測定よりも、指や耳などの生体の末梢部において測定する方が便利であり、各種の末梢部において測定する血圧測計が開発されている。末梢部における血圧測定においては、カフの空気容量が小さいので、少ない空気を高精度に制御する減圧装置が必要とされている。

血圧計のカフ内圧を減圧させる減圧装置として開示されている従来の例としては、例えば特許文献１が挙げられる。
特開平７−８４６４号公報

上記の従来例（特許文献１）においては、血圧計のカフの内部の空気を排気する過程において、カフの内圧を監視して、大量に排気するモードと通常の量を排気するモードを切り替えて、カフの内圧が直線的に所望の速度で減圧されるように、減圧弁の開口を調節している。

しかし、上記の従来例（特許文献１）の排気装置は、制御ステップが大まかであるため、少量の空気を高精度に制御する必要のある末梢部において測定する血圧計の減圧装置には、精度が不足するために適していないという課題があった。

上記課題を解決するために、本発明の血圧計及び血圧計の制御方法は、カフの空気を排気する排気バルブの開度を予め設定した関数に従ってフィードフォワードで制御し、さらに高精度の制御を必要とする場合は、排気中の前記カフの内部の空気の圧力を監視し、目標とする減圧特性からの誤差を最小にするように前記排気バルブの開度をフィードバックで制御して、前記カフの内部の空気の圧力の減圧特性を所望の特性、例えば一定速度の減圧特性に調整する。

具体的には、本発明は、生体の一部を内部の空気の圧力で圧迫するカフと、前記カフの内部の空気を排気する排気バルブと、前記排気バルブの排気量を制御する減圧制御回路と、を備える血圧計であって、前記減圧制御回路は、前記排気バルブの開度を、前記排気バルブの開度を一定にした状態における前記カフの減圧特性と逆の特性に近似するように決定されたγを用いて、排気開始からの経過時間のγ乗（γは任意正数）に比例する信号で制御することを特徴とする血圧計である。

上記のように、本発明の血圧計は、前記減圧制御回路により前記排気バルブの開度を排気開始からの経過時間のγ乗（γは任意正数）に比例する信号でフィードフォワード制御することにより、時間の経過とともに前記排気バルブの排気量を増大させ、前記カフの内部の空気の圧力の減圧特性を一定速度の減圧特性に近づけることにより、生体の末梢部において血圧を測定する空気容量の少ないカフを使用する場合においても、正確に血圧を測定することができる。本願において、一定速度の減圧特性とは、カフの内部の空気の圧力を時間に対して一定速度で減圧する特性をいう。また、前記開度とは前記排気バルブの排気口の開いている面積の全開している状態の排気口の面積に対する割合である。

本発明の血圧計は、前記カフの内部の空気の圧力を検出する圧力センサをさらに備え、前記減圧制御回路は、さらに、前記圧力センサの検出する圧力と目標とする圧力との差が最小になるように、前記排気バルブの開度を、前記排気開始からの経過時間のγ乗に比例する信号を修正して得られる信号で制御してもよい。

上記のように、本発明の血圧計は、前記カフの内部の空気の圧力を検出する圧力センサをさらに備え、前記減圧制御回路は、さらに、前記圧力センサの検出する圧力と目標とする圧力との差が最小になるように前記排気バルブの開度をフィードバック制御することにより、前記カフの内部の空気の圧力の減圧特性を、目標とする、例えば一定速度の減圧特性に、より近づけることができるので、生体の末梢部において血圧を測定する空気容量の少ないカフを使用する場合においても、正確に末梢部の血圧を測定することができる。

本発明の血圧計では、前記減圧制御回路は、前記排気バルブを開放する時間と閉鎖する時間の比を可変する信号により前記排気バルブの開度を制御してもよい。

上記のように、本発明の血圧計の前記減圧制御回路は、前記排気バルブを開放する時間と閉鎖する時間の比を可変する信号で前記排気バルブの開度を制御することにより、前記排気バルブの開度をデジタル的に正確に制御できるので、本発明の血圧計は、生体の末梢部において血圧を測定する空気容量の少ないカフを使用する場合においても、正確に血圧を測定することができる。

本発明の血圧計では、前記減圧制御回路は、前記排気バルブの開度を１ミリ秒から１００ミリ秒の時間間隔で制御することが好ましい。

上記のように、本発明の血圧計の前記減圧制御回路は、前記排気バルブの開度を１ミリ秒から１００ミリ秒の時間間隔で制御することにより、前記カフの内部の空気の圧力を高い精度で制御できるので、生体の末梢部において血圧を測定する空気容量の少ないカフを使用する場合においても、正確に末梢部の血圧を測定することができる。

本発明の血圧計では、前記γ乗に比例する信号は、前記カフの内部の圧力が時間に対して一定速度で減圧するように制御する信号であってもよい。

上記のように、本発明の血圧計の前記減圧制御回路は、前記カフの内部の空気の圧力の減圧特性が一定速度の減圧特性となるように、γの値を設定した信号で制御することにより、前記カフの内部の空気の圧力の減圧特性は一定速度に近い減圧特性となり、生体の末梢部において血圧を測定する空気容量の少ないカフを使用する場合においても、正確に血圧を測定することができる。

本発明の血圧計は、前記目標とする圧力が、排気開始からの経過時間に対して直線的に減圧する圧力であってもよい。

上記のように、本発明の血圧計は、前記目標とする圧力を、排気開始からの経過時間に対して直線的に減圧する圧力とすることにより、前記カフの内部の空気の圧力の減圧特性は一定速度に近い減圧特性となり、生体の末梢部において血圧を測定する空気容量の少ないカフにおいても、正確に血圧を測定することができる。

本発明の血圧計の制御方法は、生体の一部を内部の空気の圧力で圧迫するカフと、前記カフの内部の空気を排気する排気バルブと、を備える血圧計の制御方法であって、前記排気バルブの開度を、前記排気バルブの開度を一定にした状態における前記カフの減圧特性と逆の特性に近似するように決定されたγを用いて、排気開始からの経過時間のγ乗（γは任意正数）に比例する信号で制御することを特徴とする血圧計の制御方法である。

上記のように、本発明の血圧計の制御方法は、前記排気バルブの開度を排気開始からの経過時間のγ乗（γは任意正数）に比例するようにフィードフォワード制御することにより、時間の経過とともに前記排気バルブの排気量を増大させ、前記カフの内部の空気の圧力の減圧特性を一定速度の減圧特性に近づけることにより、生体の末梢部において血圧を測定する空気容量の少ないカフを使用する場合においても、正確に血圧を測定することができる。

本発明の血圧計の制御方法は、さらに、前記カフの内部の空気の圧力を検出し、検出する圧力と目標とする圧力との差が最小になるように、前記排気バルブの開度を、前記排気開始からの経過時間のγ乗に比例する信号を修正して得られる信号で制御してもよい。

上記のように、本発明の血圧計の制御方法は、さらに、前記カフの内部の空気の圧力を検出し、検出した圧力と目標とする圧力との差が最小になるように前記排気バルブの開度をフィードバック制御することにより、前記カフの内部の空気の圧力の減圧特性を、目標とする、例えば一定速度の減圧特性に、より近づけることができるので、生体の末梢部において血圧を測定する空気容量の少ないカフを使用する場合においても、正確に末梢部の血圧を測定することができる。

本発明の血圧計の制御方法は、前記排気バルブを開放する時間と閉鎖する時間の比を可変する信号により前記排気バルブの開度を制御してもよい。

上記のように、本発明の血圧計の制御方法は、前記排気バルブを開放する時間と閉鎖する時間の比を可変する信号で前記排気バルブの開度を制御することにより、前記排気バルブの前記開度をデジタル的に正確に制御できるので、生体の末梢部において血圧を測定する空気容量の少ないカフを使用する場合においても、正確に血圧を測定することができる。

本発明の血圧計の制御方法は、前記排気バルブの開度を１ミリ秒から１００ミリ秒の時間間隔で制御することが好ましい。

上記のように、本発明の血圧計の制御方法は、前記排気バルブの開度を１ミリ秒から１００ミリ秒の時間間隔で制御することにより、前記カフの内部の空気の圧力を高い精度で制御できるので、生体の末梢部において血圧を測定する空気容量の少ないカフを使用する場合においても、正確に末梢部の血圧を測定することができる。

本発明の血圧計の制御方法は、前記γ乗に比例する信号は、前記カフの内部の圧力が時間に対して一定速度で減圧するように制御する信号であってもよい。

上記のように、本発明の血圧計の制御方法は、前記カフの内部の空気の圧力の減圧特性を一定速度の減圧特性となるようにγの値を設定し制御することにより、前記カフの内部の空気の圧力の減圧特性は一定速度に近い減圧特性となり、生体の末梢部において血圧を測定する空気容量の少ないカフを使用する場合においても、正確に血圧を測定することができる。

本発明の血圧計の制御方法は、前記目標とする圧力が、排気開始からの経過時間に対して直線的に減圧する圧力であってもよい。

上記のように、本発明の血圧計の制御方法は、前記目標とする圧力を、排気開始からの経過時間に対して直線的に減圧する圧力とすることにより、前記カフの内部の空気の圧力の減圧特性は一定速度に近い減圧特性となり、生体の末梢部において血圧を測定する空気容量の少ないカフを使用する場合においても、正確に血圧を測定することができる。

本発明によれば、血圧計のカフの内部の圧力の減圧特性を、例えば一定速度の減圧特性に近づけることができるので、生体の末梢部において血圧を測定する空気容量の少ないカフを使用する場合においても、正確に血圧を測定することができる。

添付の図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
以下に説明する実施の形態は本発明の構成の例であり、本発明は、以下の実施の形態に制限されるものではない。

本実施の形態の血圧計は、生体の一部を内部の空気の圧力で圧迫するカフと、前記カフの内部の空気を排気する排気バルブと、前記排気バルブの排気量を制御する減圧制御回路と、を備える血圧計であって、前記減圧制御回路は前記排気バルブの開度を排気開始からの経過時間のγ乗（γは任意正数）に比例するような信号で制御する血圧計である。

図１に、本実施の形態の血圧計の構成を示す。図１において、本実施の形態の血圧計１０はカフ１１、空気ポンプ２１、排気バルブ２２、減圧制御回路２３、空気パイプ３１、空気パイプ３２、信号線４１により構成されている。ここで、生体の脈波を検出する脈波検出回路、前記脈波とカフ１１の圧力から生体の血圧を検出する血圧検出回路、血圧測定の開始と終了を制御する制御回路、電源など従来の血圧計と同様の部分は図示していない。

空気ポンプ２１は空気パイプ３１によりカフ１１に接続され、排気バルブ２２は空気パイプ３２によりカフ１１に接続され、減圧制御回路２３の制御信号出力端子は信号線４１により排気バルブ２２の制御信号入力端子に接続されている。

次に、本実施の形態の血圧計１０の各部の機能を説明する。
カフ１１は、生体の一部を巻くように、あるいは生体の一部を挟むように保持し、空気ポンプ２１から空気パイプ３１を介して空気を供給され、生体の一部を上昇する圧力で圧迫し、その後排気バルブ２２により空気パイプ３２を介して排気され、生体の一部を下降する圧力で圧迫する機能を有する。

空気ポンプ２１は空気パイプ３１を介して、カフ１１の内部に空気を供給する機能を有する。

排気バルブ２２は減圧制御回路２３から受信する排気量を制御する信号に従って、空気パイプ３２を介して、カフ１１の内部の空気を排気する機能を有する。

減圧制御回路２３は排気バルブ２２の排気量を制御する信号を、排気バルブ２２の制御信号入力端子へ信号線４１を介して送信する機能を有し、減圧制御回路２３は排気バルブ２２の開度を経過時間のγ乗（γは任意正数）に比例する信号を出力する。ここで、前記γは、カフ１１の種類や血圧の測定対象の生体の部位などにより、自動的あるいは手動により、適切な数に設定される。

空気パイプ３１及び空気パイプ３２は空気を流通させる機能を有し、信号線４１は信号を伝達する機能を有する。

次に、本実施の形態の血圧計１０の制御方法を説明する。
空気ポンプ２１はカフ１１の内部に空気を供給し、カフ１１は生体の一部を圧迫し、前記生体の一部の血流が停止する状態で、空気ポンプ２１は空気の供給を停止し、排気バルブ２２はカフ１１の内部の空気の排気を開始する。

ここで、排気バルブ２２により排気する過程におけるカフ１１の内部の空気の圧力の変化について説明する。

図２に排気バルブ２２の開度を一定にした場合のカフ１１の内部の空気の圧力の時間的な変化、すなわち減圧特性を示す。図２において、縦軸はカフ１１の内部の空気の圧力を示し、Ｐ０は排気する直前のカフ１１の内部の空気の圧力を示し、横軸は時間を示している。排気バルブ２２の開度を一定にしてカフ１１を減圧した場合、排気を開始した直後はカフ１１の内部の空気の圧力は高く、空気は急速に排気され圧力は急速に減少する。時間の経過とともにカフ１１の内部の空気の圧力が減少し、排気される空気の速度が減少するために圧力の減少速度は低下するので、減圧特性は一般に指数関数的に減少する、例えば、減圧特性Ａ１５として示す曲線のようになる。

排気する直前のカフ１１の内部の空気の圧力をＰ０とすると、排気を開始してからのカフ１１の内部の空気の圧力の時間変化Ｐ（ｔ）は次式で近似される。
Ｐ（ｔ）＝−αｔ^β＋Ｐ（０） （１）
ここで、βは定数である。

一方、本実施の形態の血圧計１０においては、減圧制御回路２３は排気バルブ２２の開度を排気開始からの経過時間のγ乗（γは任意正数）に比例するような信号で制御し、かつγを適切に選択することにより、排気バルブ２２の排気口の面積を経過時間とともに拡大させる。図２において、カフ１１の減圧特性を１５と表示した減圧特性Ａよりも、一定速度の１７と表示した減圧特性Ｃに近い、例えば、１６と表示した減圧特性Ｂとすることができる。ここで、排気バルブ２２の開度を一定にした状態においてカフ１１の減圧特性（前記（１）式）を測定し、測定した減圧特性と逆の特性に近似するように、γを計算又は測定により決定することができる。

さらに、ここで、γ乗に比例する信号は、カフ１１の内部の圧力が時間に対して一定速度で減圧するように制御する信号としてもよい。上記の場合、カフ１１の減圧特性は一定速度の減圧特性に、より近くなり血圧測定に適した減圧特性となる。

さらに、減圧制御回路２３は排気バルブ２２を開放する時間と閉鎖する時間の比を可変する信号により排気バルブ２２の開度を制御してもよい。具体的には、上記信号を、例えば、排気バルブ２２を開放状態と閉鎖状態の２の状態を切り替えるパルス幅制御信号として、パルス幅制御信号が“ｏｎ”時に排気バルブが開放状態となり、パルス幅制御信号が“ｏｆｆ”時に排気バルブが閉鎖状態となる構成とし、減圧制御回路２３は開度に比例するパルス幅のパルス幅制御信号を一定の周期で送信することにより、排気バルブ２２はパルス幅制御信号のパルス占有率に相当する割合で開放状態となり、排気バルブ２２の開度を所望の値に、正確に制御することができる。

排気バルブ２２が減圧制御回路２３の“ｏｎ”、“ｏｆｆ”の応答に追随できない場合、排気バルブ２２が不完全な開放状態や不完全な閉鎖状態になる場合もある。その場合でも、一定時間内で排気バルブ２２の開度が、略（ｏｎ時間）／（ｏｎ時間＋ｏｆｆ時間）になるように制御できればよい。

さらに、減圧制御回路２３は排気バルブ２２の開度を１ミリ秒から１００ミリ秒の時間間隔で制御することが好ましい。排気バルブ２２の開度を１ミリ秒より短い時間間隔で制御した場合、排気バルブ２２の動作が追従できない可能性があり、また排気バルブ２２の開度を１００ミリ秒より長い時間間隔で制御した場合、カフの内部の空気の圧力を十分な精度で制御できないおそれがある。

上記のように排気バルブ２２の開度を適切な速度で制御することにより、カフ１１の内部の空気の圧力を高い精度で制御することができる。

次に、本実施の形態の血圧計１０は、上記の減圧過程において図示していない前記脈波検出回路が検出する前記生体の一部の脈波と、図示していない前記圧力検出回路が検出するカフ１１の圧力の関係から、従来の血圧計と同様の方法で血圧を測定する。

本実施の形態の血圧計に適用する制御系の設計方法を図５で説明する。図５に開始（Ｓ１１）から終了（Ｓ１７）までの間の設計フローを示す。まず、排気バルブの開度を設定するために、ステップ数、駆動周波数や減圧開始圧力の初期値等の定数を決定する（Ｓ１２）。決定した定数を制御式に代入してステップごとに排気バルブの開度を決定する（Ｓ１３）。決定した開度で血圧計を動作させ、実際の減圧速度を評価する（Ｓ１４）。実際の減圧速度が一定であれば（Ｓ１５でＹ）、各ステップにおける排気バルブの開度を配列化して保存する（Ｓ１６）。実際の減圧速度が一定でなければ（Ｓ１５でＮ）、再度、駆動周波数や減圧開始圧力の初期値等の定数を決定する（Ｓ１２）。

上記のように、本実施の形態の血圧計１０及びその制御方法によれば、カフ１１の内部の空気の圧力を、一定速度に近い減圧特性あるいは一定速度の減圧特性で減圧することができる。従って、生体の末梢部において血圧を測定する空気容量の少ないカフを使用する場合においても、正確に血圧を測定することができる。

他の実施の形態の血圧計について説明する。
図３に、本実施の形態の血圧計の構成を示す。図３において、本実施の形態の血圧計１０は、図１により説明した、前述の実施の形態の血圧計１０に圧力センサ２４、空気パイプ３３、信号線４２をさらに備えた構成であり、上記以外の構成は前述の実施の形態の血圧計１０と同様である。

圧力センサ２４は空気パイプ３３によりカフ１１に接続され、圧力センサ２４の圧力信号出力端子は信号線４２により減圧制御回路２３の圧力信号入力端子に接続されている。

次に、本実施の形態の血圧計１０の各部の機能を説明する。
本実施の形態の血圧計１０の圧力センサ２４、空気パイプ３３、信号線４２及び減圧制御回路２３以外の部分の機能は、前述の実施の形態の血圧計１０と同様であるので、ここでは圧力センサ２４、空気パイプ３３、信号線４２及び減圧制御回路２３の機能のみを説明する。

圧力センサ２４は空気パイプ３３を介してカフ１１の内部の空気の圧力を検出し、検出した圧力を示す信号を、信号線４２を介して減圧制御回路２３の圧力信号入力端子へ送信する機能を有する。

減圧制御回路２３は、前述の実施の形態の血圧計１０の減圧制御回路２３と同様の機能に加えて、さらに、信号線４２を介してカフ１１の内部の空気の圧力を示す信号を受信して、カフ１１の内部の空気の圧力と予め記憶している目標とする圧力との差が最小になるように、排気バルブ２２の開度を制御する機能を有する。ここで、減圧制御回路２３がカフ１１の内部の空気の圧力と予め記憶している目標とする圧力との差が最小になるように、排気バルブ２２の開度を制御する機能は、前述の実施の形態の血圧計１０の減圧制御回路２３の機能による動作を修正するように作用する。つまり、前述の排気バルブ２２の開度を排気開始からの経過時間のγ乗に比例する信号で制御しても、なお、目標とする圧力との差がある場合に、減圧制御回路２３は目標とする圧力に近づくように排気バルブ２２の開度を制御する。

このときの開度の制御は、一定のフィードバック係数としてもよいし、最初はフィードバック係数を大きくし経過時間に伴いフィードバック係数を小さくするような経過時間に応じたフィードバック係数としてもよいし、目標とする圧力との差が大きいときはフィードバック係数を大きくして早く収束させ、差が小さいときはフィードバック係数を小さくして発振することを防止するような可変のフォードバック係数としてもよい。

フィードバック係数とは、減圧制御回路２３において、出力＝予定開度＋（目標圧力値−現在圧力値）×フィードバック係数で表されるものをいう。以下の実施の形態でも同様である。

さらに、減圧制御回路２３が予め記憶している目標とする圧力は、排気開始からの経過時間に対して直線的に減圧する圧力であってもよく、この場合、カフ１１の内部の圧力は一定速度に、より近い減圧特性で減圧される。

次に、本実施の形態の血圧計１０の制御方法を説明する。
本実施の形態の血圧計１０は、前述の実施の形態の血圧計１０と同様に血圧を測定する過程で、カフ１１の内部の空気の圧力を検出し、減圧制御回路２３は検出するカフ１１の内部の空気の圧力が予め記憶している目標とする圧力と一致するように排気バルブ２２を制御する。

このときの開度の制御は、一定のフィードバック係数としてもよいし、最初はフィードバック係数を大きくし経過時間に伴いフィードバック係数を小さくするような経過時間に応じたフィードバック係数としてもよいし、目標とする圧力との差が大きいときはフィードバック係数を大きくして早く収束させ、差が小さいときはフィードバック係数を小さくして発振することを防止するような可変のフォードバック係数としてもよい。

本実施の形態の血圧計１０の制御方法を、前述の実施の形態の血圧計１０の制御方法とともに説明する。図４に、本実施の形態の血圧計のカフ内部の圧力と、前述の実施の形態の血圧計のカフ内部の圧力について、測定データの例を示す。図４において、縦軸はカフの内部の空気の圧力を相対値で示し、横軸は時間を示す。１８と表示した減圧特性Ｄは本実施の形態の血圧計の場合であり、１９と表示した減圧特性Ｅは前述の実施の形態の血圧計の場合である。図４において、１９と表示した減圧特性Ｅには経過時間に対して指数関数的な非線形性があるのに対して、１８と表示した減圧特性Ｄは、ほぼ一定速度の減圧特性である。図４の結果から、本実施の形態の血圧計１０のカフ１１は略一定速度の減圧特性を有することが判る。

本実施の形態の血圧計に適用する制御系の制御手順を図６で説明する。図６に開始（Ｓ２１）から終了（Ｓ２９）までの間の制御フローを示す。まず、事前に、前述した図５のＳ１２からＳ１６までの設計フローを実行し、減圧速度がある程度まで一定になるように各ステップにおける開度を配列化して決定する。さらに、実際のカフの減圧特性から各ステップにおけるフィードバック係数を決定する。

図６の制御手順は、値が一定のフォードバック係数の場合である。制御を開始（Ｓ２１）後、血圧計は予め決定された各ステップにおける開度の配列と一定のフィードバック係数を取得する（Ｓ２２）。次に、圧力センサ２４からカフ１１の現在圧力値を取得し（Ｓ２５）、減圧制御回路２３の出力を予定開度＋（目標圧力値−現在圧力値）×フィードバック係数とする（Ｓ２６）。ステップが終了かどうかを判定し（Ｓ２７）、まだ途中のステップであれば（Ｓ２７でＮ）、次のステップに進む（Ｓ２８）。ステップが終了（Ｓ２７でＹ）すると、減圧制御回路２３の制御も終了する（Ｓ２９）。

本実施の形態の血圧計に適用する制御系の他の制御手順を図７で説明する。図７に開始（Ｓ２１）から終了（Ｓ２９）までの間の制御フローを示す。まず、事前に、前述した図５のＳ１２からＳ１６までの設計フローを実行し、減圧速度がある程度まで一定になるように各ステップにおける開度を配列化して決定する。さらに、実際のカフの減圧特性から各ステップにおけるフィードバック係数を決定する。

図７の制御手順は、各ステップに応じて事前設定するフォードバック係数の場合である。例えば、ステップの当初は、フードバック係数を大きくして、早く目標値にちかづけ、ステップが進むに連れて、フィードバック係数を小さくして安定化させることでもよい。逆に、ステップの当初は、フードバック係数を小さくして、安定化させ、ステップが進むに連れて、フィードバック係数を大きくして早く収束させることでもよい。ステップに応じてフードバック係数を比例させてもよいし、線形に増加させもよい。途中だけフィードバック係数を増加させたり、減少させたりしてもよい。

制御を開始（Ｓ２１）後、血圧計は予め決定された各ステップにおける開度とフィードバック係数の配列を取得する（Ｓ２３）。次に、圧力センサ２４からカフ１１の現在圧力値を取得し（Ｓ２５）、減圧制御回路２３の出力を予定開度＋（目標圧力値−現在圧力値）×フィードバック係数とする（Ｓ２６）。ステップが終了かどうかを判定し（Ｓ２７）、まだ途中のステップであれば（Ｓ２７でＮ）、次のステップに進む（Ｓ２８）。ステップが終了（Ｓ２７でＹ）すると、減圧制御回路２３の制御も終了する（Ｓ２９）。

本実施の形態の血圧計に適用する制御系の他の制御手順を図８で説明する。図８に開始（Ｓ２１）から終了（Ｓ２９）までの間の制御フローを示す。まず、事前に、前述した図５のＳ１２からＳ１６までの設計フローを実行し、減圧速度がある程度まで一定になるように各ステップにおける開度を配列化して決定する。

図８の制御手順は、目標とする圧力との差が大きいときはフィードバック係数を大きくして早く収束させ、差が小さいときはフィードバック係数を小さくして発振することを防止するような可変のフォードバック係数の場合である。

制御を開始（Ｓ２１）後、血圧計は予め決定された各ステップにおける開度の配列を取得する（Ｓ２４）。次に、圧力センサ２４からカフ１１の現在圧力値を取得し（Ｓ２５）、各ステップに対する減圧特性からフィードバック係数を決定する（Ｓ２０）。具体的にはフィードバック係数＝（目標圧力値−現在圧力値）×ａとする。ａは設計値である。減圧制御回路２３の出力を予定開度＋（目標圧力値−現在圧力値）×フィードバック係数とする（Ｓ２６）。ステップが終了かどうかを判定し（Ｓ２７）、まだ途中のステップであれば（Ｓ２７でＮ）、次のステップに進む（Ｓ２８）。ステップが終了（Ｓ２７でＹ）すると、減圧制御回路２３の制御も終了する（Ｓ２９）。

いずれの制御手順もフィードバックループを追加することにより、精度よく目標とする減圧特性で減圧することができる。

上記のように、本実施の形態の血圧計１０及びその制御方法によれば、カフ１１の内部の空気の圧力を予め記憶している目標とする圧力と一致するように排気バルブ２２を制御するので、カフ１１の内部の空気の圧力を、目標とする減圧特性、例えば一定速度に近い減圧特性で減圧することができる。従って、生体の末梢部において血圧を測定する空気容量の少ないカフを使用する場合においても、正確に血圧を測定することができる。

本発明の血圧計及び血圧計の制御方法は、化学機器などにおいて圧縮された気体を放出する場合に、急激な圧力変化を起すことなく一定速度で減圧する用途にも利用することができる。

本実施の形態の血圧計の構成を示す図である。 本実施の形態の血圧計のカフの減圧特性を説明する図である。 本実施の形態の血圧計の構成を示す図である。 本実施の形態の血圧計に適用するカフの減圧特性を説明する図である。 本実施の形態の血圧計に適用する制御系の設計方法を説明するフローチャートである。 本実施の形態の血圧計に適用する制御系の制御手順を説明するフローチャートである。 本実施の形態の血圧計に適用する制御系の制御手順を説明するフローチャートである。 本実施の形態の血圧計に適用する制御系の制御手順を説明するフローチャートである。

符号の説明

１０ 血圧計
１１ カフ
１５ 減圧特性Ａ
１６ 減圧特性Ｂ
１７ 減圧特性Ｃ
１８ 減圧特性Ｄ
１９ 減圧特性Ｅ
２１ 空気ポンプ
２２ 排気バルブ
２３ 減圧制御回路
２４ 圧力センサ
３１ 空気パイプ
３２ 空気パイプ
３３ 空気パイプ
４１ 信号線
４２ 信号線
Ｓ１１〜Ｓ２９ フローのステップ

Claims (12)

1. 生体の一部を内部の空気の圧力で圧迫するカフと、
   前記カフの内部の空気を排気する排気バルブと、
   前記排気バルブの排気量を制御する減圧制御回路と、
   を備える血圧計であって、
   前記減圧制御回路は、前記排気バルブの開度を、前記排気バルブの開度を一定にした状態における前記カフの減圧特性と逆の特性に近似するように決定されたγを用いて、排気開始からの経過時間のγ乗（γは任意正数）に比例する信号で制御することを特徴とする血圧計。
2. 前記カフの内部の空気の圧力を検出する圧力センサをさらに備え、
   前記減圧制御回路は、さらに、前記圧力センサの検出する圧力と目標とする圧力との差が最小になるように、前記排気バルブの開度を、前記排気開始からの経過時間のγ乗に比例する信号を修正して得られる信号で制御することを特徴とする請求項１に記載の血圧計。
3. 前記減圧制御回路は、前記排気バルブを開放する時間と閉鎖する時間の比を可変する信号により前記排気バルブの開度を制御することを特徴とする請求項１又は２に記載の血圧計。
4. 前記減圧制御回路は、前記排気バルブの開度を１ミリ秒から１００ミリ秒の時間間隔で制御することを特徴とする請求項１から３に記載のいずれかの血圧計。
5. 前記γ乗に比例する信号は、前記カフの内部の圧力が時間に対して一定速度で減圧するように制御する信号であることを特徴とする請求項１から４に記載のいずれかの血圧計。
6. 前記目標とする圧力が、排気開始からの経過時間に対して直線的に減圧する圧力であることを特徴とする請求項２から５に記載のいずれかの血圧計。
7. 生体の一部を内部の空気の圧力で圧迫するカフと、
   前記カフの内部の空気を排気する排気バルブと、
   を備える血圧計の制御方法であって、
   前記排気バルブの開度を、前記排気バルブの開度を一定にした状態における前記カフの減圧特性と逆の特性に近似するように決定されたγを用いて、排気開始からの経過時間のγ乗（γは任意正数）に比例する信号で制御することを特徴とする血圧計の制御方法。
8. さらに、前記カフの内部の空気の圧力を検出し、検出する圧力と目標とする圧力との差が最小になるように、前記排気バルブの開度を、前記排気開始からの経過時間のγ乗に比例する信号を修正して得られる信号で制御することを特徴とする請求項７に記載の血圧計の制御方法。
9. 前記排気バルブを開放する時間と閉鎖する時間の比を可変する信号により前記排気バルブの開度を制御することを特徴とする請求項７又は８に記載の血圧計の制御方法。
10. 前記排気バルブの開度を１ミリ秒から１００ミリ秒の時間間隔で制御することを特徴とする請求項７から９に記載のいずれかの血圧計の制御方法。
11. 前記γ乗に比例する信号は、前記カフの内部の圧力が時間に対して一定速度で減圧するように制御する信号であることを特徴とする請求項７から１０に記載のいずれかの血圧計の制御方法。
12. 前記目標とする圧力が、排気開始からの経過時間に対して直線的に減圧する圧力であることを特徴とする請求項８から１１に記載のいずれかの血圧計の制御方法。

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