JP4645259B2 - 血圧測定装置 - Google Patents
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Description
しかし、これらの非観血式血圧測定では、測定部に対して加圧を加える必要があるため、被験者に対して圧迫感や不快感を与えるという欠点があった。
詳しくは、特許文献1では、脈波の二階微分波形の波高比などを用いて血圧を算出する方法が提案されている。また、特許文献2では、脈波のさまざまな特徴量を用いて、血圧を算出する方法が提案されている。さらに、特許文献3では脈波伝播速度、心拍間隔、正規化脈波面積などを用いて血圧を算出する方法が提案されている。また、特許文献4では心電信号のR波から脈波の立ち上がり開始までの時間TR-0以外に血圧算出に必要な値として体積変動分ΔV/Vを提案し、TR-0と脈波の立ち上がりから脈波が50%立ち上がった時までの時間T0-50の和(TR-0+T0-50)を用いることにより算出精度を向上している。また、特許文献5及び特許文献6では、脈波伝播の伝達関数を求めることにより、末梢波形より大動脈波形を再現することが提案されている。
時間との積を用いて前記血圧を算出するものであるとよい。
請求項6に記載のように、請求項5に記載の血圧測定装置において、前記良否判定手段は、前記脈波信号における脈波波形を1階微分して得られる波形の第1ピークの波高と微分前の脈波波形での前記第1ピークの立ち上がりの波高との比と、前記脈波波形の立ち上がりから同波形におけるピークまでの時間との積が、20±5の範囲にあるか否か判定して前記良否判定を行うようにするとよい。
図1には、本実施形態における血圧測定装置の全体構成を示す。血圧測定装置は、心電計10と反射型容量脈波センサ(光電式脈波計)20と電子機器30と表示器40を備えている。心電計10により被験者(人体)から心電信号が検出される。反射型容量脈波センサ20は被験者(人体)の手首に装着され、人体から脈波信号が検出される。このように脈波検出を拘束度合いが低い手首で行うことにより、被験者がほとんど意識せずに血圧が測定可能になる。ここで、脈波信号検出手段としての反射型容量脈波センサ20による脈波検出部位は、手首の以外にも掌や指(特に指先が好ましい)や二の腕や耳であってもよく、手首および掌や指(特に指先)および二の腕および耳のいずれか一つであると拘束度合いを低くすることができる。これにより、拘束の度合いが弱い部位を用いることで被
験者に不快感や苦痛を与えずに連続的な検出を行うことができる。センサ(20)による脈波検出部位が掌である場合の例として、ハンドルにセンサを設置して車両を運転しながら脈波信号を得る場合を挙げることができる。
図1において、心電計10および反射型容量脈波センサ20は電子機器30と接続され、心電計10からの心電信号と脈波センサ20からの脈波信号が電子機器30に送られる。電子機器30はパソコン等により構成されており、各種の演算を行ってその結果に基づいて血圧等を算出して表示器40に血圧値等を表示させる。
図3おいて、心電信号におけるピーク間の時間(心拍間隔)をRRで表している。また、図3おいて、脈波の立ち上がり波形における波高をΔPで表すとともに、立ち上がり時間をUTで表し、さらに、心電信号のピーク(R波)から脈波信号の立ち上がり開始までの時間をPTTで表している。また、図3おいて、脈波の1階微分波形の第1ピーク値、第2ピーク値、第3ピーク値、…を、v,w,x,…で表している。さらに、図3おいて、脈波の2階微分波形の第1ピーク値、第2ピーク値、第3ピーク値、…を、a,b,c,…で表している。
(i)人体の個体情報取得装置
(ii)血圧測定装置
(iii)脈波信号解析装置
を一体化したものである。
血圧算出部32は、基本式として、PTT/UTを用いて血圧BPを算出する。図3に示すように、PTTは、心電信号に対する脈波信号の遅れ時間であり、UTは、脈波信号における脈波波形でのピークまでの時間である。あるいは、図4の血圧算出部32は、基本式として、PTT・(v/ΔP)を用いて血圧BPを算出する。図3に示すように、vは脈波信号における脈波波形を1階微分して得られる波形の波高であり、ΔPは微分前の脈波波形の波高である。
BP∝係数・PTT/(UT/RR))+係数・PTT+係数・UT+…
ここで、RRは図3に示すように心拍間隔であり、(UT/RR)は、脈波の立ち上がり時間UTを心拍間隔RRで補正したものである。
従来、さまざまな要素(特徴量)を抽出し、それらの重回帰分析により血圧算出式を求めていた。しかし、それだけでは多種多様な個人間もしくは個人内の状態をうまく取り扱えなかった。これに対し、本実施形態においては血管弾性の非線形性を考慮し、脈波伝播速度と血管弾性を演算することにより、血圧の算出精度の向上を図っている。
C=(Eh/ρD)1/2
ただし、Eはヤング率、hは血管の肉厚、ρは血液の密度、Dは血管の直径である。
血管弾性をフック則ではなく、例えばチューブ則で表した場合、脈波伝播速度Cは次のようになる。
ただし、βはスティッフネス定数、Pは圧力、ρは血液の密度である。
この式では、圧力(血圧)Pは、(脈波伝播速度C/スティッフネス定数β)の関数となる。
上述したように、脈波伝播時間をスティッフネスパラメータ(β)で除算すると、血圧への相関が大きくなる。本例では、脈波の立ち上がり時間(UT)を心拍間隔(RR)で規格化したもの(=UT/RR)で、脈波伝播時間(PTT)を除した(=PTT/(UT/RR))。
BP∝係数×PTT/(UT/RR)
と表現することができる。
これにより血圧算出精度の向上が図られる。
このように、事前に測定したパラメータを用い、被験者に対して血圧測定を行う。
第1の要素は、脈波信号における脈波波形を1階以上微分して得られる波形の波高vと、微分前の脈波波形の波高ΔPとの比v/ΔPである。なお、微分前の脈波波形の波高ΔPの代わりに微分前の脈波波形の面積Sであってもよい。
第3の要素は、脈波信号における脈波波形の立ち上がりから同波形または同波形を1階以上微分して得られる波形におけるピークまでの時間UTもしくはゼロ点までの時間である。ここで、ゼロ点までの時間については、その一例を図3において符号DTにて示し、要は、基準となるスタートタイミングからゼロ点までの時間を用いる。
このようにすることにより、個人依存、状態依存分をうまく取り扱って血圧を算出することができる。より詳しくは、従来、血管の特性が個々人によって異なり、個人間の合わせ込みに対しては精度良く行えておらず、また、同一個人においても生理状態、心理状態、姿勢などによって、循環器系の状態が異なるため長期間にわたる測定においては血圧算出精度が大きく劣化してしまう。これに対し本実施形態においては、これを改善して血圧算出の精度向上を図ることができる。
図4において、良否判定部33は、脈波波形を1階微分して得られる波形の第1ピークの波高vと、微分前の脈波波形での第1ピークの立ち上がりの波高ΔPとの比v/ΔPと、脈波信号における脈波波形の立ち上がりから同波形におけるピークまでの時間UTとの積(v/ΔP)・UTが、20±5の範囲にあるか否か判定して良否判定を行う。この良否判定として、良否判定部33は、人体からの脈波信号の検出が正しく行われたか否か判定する。
一般に脈波の立ち上がり形状は個々人によって大きく変化しないため、脈波の立ち上がり時間UTと傾きのピーク値(最大値)vには強い相関がある。そのため、これらを比較することにより、簡易に脈波信号の判定ができる。例えば、体動などにより脈波形状が変化した場合、脈波信号の立ち上がり形状は一般的な脈波の立ち上がり形状から外れ、そのため、立ち上がり時間UTと傾きのピーク値(最大値)vが一般的な関係から外れる。これにより、脈波信号が正確に得られているかを簡易に判定できる。
図13において、体動検出手段としての体動センサ50と、判定基準変更手段としての判定基準変更キー60とを備えている。体動センサ50は人体の動きを検出するセンサである。判定基準変更キー60は判定基準を変更するために用いられるキーであって、キー操作により判定基準を変更するための信号が発せられる。体動センサ50および判定基準変更キー60は電子機器30の良否判定部33と接続され、体動センサ50からの人体の動きを検出する体動信号と判定基準変更キー60からの判定基準変更信号が電子機器30の良否判定部33に送られる。また、表示器40は疾患モニタ結果表示部44を備えている。
第3の要素は、脈波信号における脈波波形の立ち上がりから同波形または同波形を1階以上微分して得られる波形におけるピークまでの時間UTもしくはゼロ点までの時間である。ここで、ゼロ点までの時間については、前述したように、その一例を図3において符号DTにて示し、要は、基準となるスタートタイミングからゼロ点までの時間を用いる。
このようにすることにより、個人依存、状態依存分をうまく取り扱って脈波信号を解析して良否判定することができる。
図4において、人体固有情報取得部31は、脈波信号における脈波波形を1階微分して得られる波形の第1ピークの波高vと、微分前の脈波波形での第1ピークの立ち上がりの波高ΔPとの比v/ΔPを、人体の個体固有の情報として取得する。そして、取得した情報が、備えられた血管情報表示部41により、血管の物性を表す値として表示される。
容積脈波から得られるピーク等の値はそれ自身では意味がない。脈波信号はさまざまな循環器系の情報が含まれている。そのため、これらを一般的な情報へ落とし込む必要がある。
つまり、図3に示すような容量脈波信号及びその1階微分波形、2階微分波形にはそれ自身には値としては意味がない。血圧算出のためには、それ自身意味のある特徴量として処理する必要がある。本例では、vとΔPで規格化したもの(v/ΔP)、あるいは、aとSで規格化したもの(a/S)を血管弾性を表すパラメータとして、情報の取得を行う。
Claims (14)
- 人体から脈波信号を検出する脈波信号検出手段(20)と、
前記脈波信号検出手段(20)による脈波信号における脈波波形を1階微分して得られる波形の第1ピークの波高(v)と微分前の脈波波形での前記第1ピークの立ち上がりの波高(ΔP)との比(v/ΔP)、または、脈波波形の立ち上がりから同波形におけるピークまでの時間(UT)を、人体の個体固有の情報として取得する人体固有情報取得手段(31)と、
前記人体固有情報取得手段(31)が取得した情報に基づいて血圧を算出する血圧算出手段(32)と、
を備えたことを特徴とする血圧測定装置。 - 前記人体固有情報取得手段(31)は、前記人体の個体固有の情報として、前記脈波波形を1階微分して得られる波形の第1ピークの波高(v)と微分前の脈波波形での前記第1ピークの立ち上がりの波高(ΔP)との比(v/ΔP)を取得するものであり、
前記血圧算出手段(32)は、この比(v/ΔP)と心電信号に対する脈波信号の遅れ時間(PTT)との積(PTT・(v/ΔP))を用いて前記血圧を算出するものであることを特徴とする請求項1に記載の血圧測定装置。 - 前記人体固有情報取得手段(31)は、前記人体の個体固有の情報として、前記脈波波形の立ち上がりから同波形におけるピークまでの時間(UT)を取得するものであり、
前記血圧算出手段(32)は、心電信号に対する脈波信号の遅れ時間(PTT)と前記脈波波形の立ち上がりから同波形におけるピークまでの時間(UT)との商(PTT/UT)を用いて前記血圧を算出するものであることを特徴とする請求項1に記載の血圧測定装置。 - 前記血圧算出手段(32)は、前記人体の個体固有の情報(v/ΔP、UT)を心拍間隔(RR)で規格化したのち、前記心電信号に対する脈波信号の遅れ時間(PTT)との演算により前記血圧を算出することを特徴とする請求項2または3に記載の血圧測定装置。
- 請求項1〜4のいずれか1項に記載の血圧測定装置において、
前記脈波波形を1階微分して得られる波形の第1ピークの波高(v)と微分前の脈波波形での前記第1ピークの立ち上がりの波高(ΔP)との比(v/ΔP)と、前記脈波波形の立ち上がりから同波形におけるピークまでの時間(UT)との関係において、今回検出した脈波信号が予め定めたゾーン内に収まっているか否か判定して良否判定を行う良否判定手段(33)と、
前記良否判定手段(33)による良否判定結果を表示する表示手段(43,44)と、を更に備えることを特徴とする血圧測定装置。 - 前記良否判定手段(33)は、
前記脈波信号における脈波波形を1階微分して得られる波形の第1ピークの波高(v)と微分前の脈波波形での前記第1ピークの立ち上がりの波高(ΔP)との比(v/ΔP)と、前記脈波波形の立ち上がりから同波形におけるピークまでの時間(UT)との積((v/ΔP)・UT)が、20±5の範囲にあるか否か判定して前記良否判定を行う
ことを特徴とする請求項5に記載の血圧測定装置。 - 前記良否判定手段(33)は、前記良否判定として、人体からの脈波信号の検出が正しく行われたか否か判定することを特徴とする請求項5または6に記載の血圧測定装置。
- 前記良否判定手段(33)は、前記良否判定として、人体に異常があるか否か判定することを特徴とする請求項5または6に記載の血圧測定装置。
- 請求項5〜8のいずれか1項に記載の血圧測定装置において、
前記良否判定手段(33)における前記良否判定の際の判定基準を変更する判定基準変更手段(60)を更に備えることを特徴とする血圧測定装置。 - 前記脈波信号検出手段(20)は光電式センサであることを特徴とする請求項1〜9のいずれか1項に記載の血圧測定装置。
- 前記脈波信号検出手段(20)による脈波検出部位は、手首および掌および指および二の腕および耳のいずれか一つであることを特徴とする請求項1〜10のいずれか1項に記載の血圧測定装置。
- 車室内で前記脈波信号検出手段(20)による脈波検出を行うことを特徴とする請求項1〜11いずれか1項に記載の血圧測定装置。
- 前記脈波信号検出手段(20)は携帯型であることを特徴とする請求項1〜12のいずれか1項に記載の血圧測定装置。
- 請求項1〜13のいずれか1項に記載の血圧測定装置において、
人体の動きである体動を検出する体動検出手段(50)を更に備え、同体動検出手段(50)による体動の検出結果を、血圧の算出に反映するようにしたことを特徴とする血圧測定装置。
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