JP6059669B2 - 睡眠状態モニタリングシステム - Google Patents

Description

本発明は、血管脈波測定システムを用いて睡眠状態又は覚醒状態を判別する睡眠状態モニタリングシステムに関し、特に、血管の脈動波形（以下、脈波という。）を取得して血管脈波測定を行う血管脈波測定システムを用いて睡眠状態又は覚醒状態を判別する睡眠状態モニタリングシステムに関する。

物質の特性を評価する技術として振動を用いる方法が知られている。特許文献１には、物質特性の相違は振動の周波数の変化よりも位相の変化が大きいが、位相測定技術の精度が必ずしも高くないことを考慮し位相変化を周波数変化に変換する方法が開示されている。この方法を用いた装置は、物質に振動として超音波を入射する振動子と物質からの反射波を検出する振動検出センサと、振動検出センサの信号出力端に入力端が接続された増幅器と、増幅器の出力端と振動子の入力端との間に設けられ、振動子への入力波形と振動検出センサからの出力波形との間に位相差が生じるときは、周波数を変化させて前記位相差をゼロにシフトする位相シフト回路と、位相差をゼロにシフトさせるための周波数変化量を検出する周波数変化量検出手段とを含むことを特徴とする。

特許文献１の装置においては、具体的には、周波数偏差検出回路を利用した硬さ測定器において、軟質の被測定物から硬質の被測定物までの広い範囲において硬さ情報を正確に測定するために、接触要素、振動子、自励発振回路及びゲイン変化補正回路を備え、自励発振回路は振動子の振動情報を帰還し共振状態にし、ゲイン変化補正回路は自励発振回路に設け、ゲイン変化補正回路は、自励発振回路の中心周波数と異なる中心周波数を有し、周波数の変化に対してゲインを上昇させる。

上記装置では、周波数変化量検出手段において、硬さの相違による位相差をゼロにシフトさせてこれを周波数変化量に変換している。この変換は、周波数に対する反射彼の振幅ゲインと位相の関係を示す基準伝達関数を予め求めておいてこれを用いている。また、振動として超音波振動を用いているが、これを電気回路における電気信号の振動とすることができる。例えば、発光素子を駆動信号で駆動して光を放射し、その光を受光素子で検出し検出信号を発光素子の駆動信号として帰還することで帰還ループを形成するが、この帰還ループを流れる電気信号の振動を用いることができる。

すなわち、発光素子の駆動信号と放射される光信号との間には、発光素子の構造に起因する信号の遅れがあり、同様に受光素子に入射する光信号と受光素子が出力する検出信号との間にも受光素子の構造に起因する信号の遅れがある。従って、発光素子と受光素子とを組み合わせて帰還ループを形成すると、これらの遅れである位相差をゼロにするようにして自励発振が生じる。この帰還ループに特許文献１で開示されている位相シフト回路を設けることで、位相差を周波数差に変換することができる。

そして、発光素子から放射した光を評価対象の物質に当て、その物質から反射した光を受光素子で受けて、上記の帰還ループを形成すると、自励発振回路の周波数は、受光素子と発光素子の構造に起因する遅れと、評価対象の物質の特性に起因する遅れに依存することになる。従って、この帰還ループに位相シフト回路を設け、位相差を周波数毎に変換して周波数差を観察することで、非接触的に、あるいは非侵襲的に、物質特性を測定することができる。

例えば特許文献２には、血圧測定装置として、赤外光を体内に送波し体内における反射波を受波するセンサユニットと、受波した反射波に基づく電気信号を送波部に帰還して自励発振する自励発振回路とを備え、自励発振回路には周波数の変化に対しゲインを変化させ、入力位相と出方位相との間の位相差をゼロに調整して帰還発振を促進するゲイン変化補正回路を含み、このようにして得られる自励発振回路の発振周波数に基づいて血圧を算出することが述べられている。

特許文献２の装置では、血圧の測定を精度良く行いかつ被測定者の負担を軽減するために、送波部は、電気信号を変換して電磁波または超音波例えば赤外光の体内へ送波し、受波部は、体内における反射波を受波して電気信号に変換し、周波数測定部により測定された自励発振回路の周波数は、血圧計算部において呼び出された相関パラメータに基づいて血圧値に変換され、表示部においてこの血圧値あるいは血圧波形の表示が逐次実施される。

このように、位相シフト法の技術によれば、発光素子と受光素子とを用いて血管の脈動波形を精度よく求めることができる。ところが、血管の脈動を測定する対象の生体、例えば被測定者は必ずしも測定中に安定した状態を維持していない。発光素子と受光素子とが取り付けられた腕を動かす等のように姿勢を変化させることがあり、また、発光素子と受光素子の取り付け状態が不完全であると、測定中に取り付け状態が変化することがある。

従って、測定中に脈動波形が次第に変化し例えば測定範囲、演算範囲を外れてしまうことが生じ得る。このように脈動波形が測定範囲に対しずれてゆくと正確な血管脈波測定を行うことができない。当該問題点を解決するために、より正確な測定を可能とする血管脈波測定システムを提供するために、本願出願人らは、特許文献３において、以下の血管脈波測定システムを提案した。

特許文献３の血管脈波測定システムは、被測定者の血管の脈動取得に適した部位に取り付けられる光探触子と、光探触子回路を介して光探触子に接続され位相シフト法を用いることで周波数の時間変化として脈動波形を出力する脈動波形出力部と、演算処理部とを備え、演算処理部の浮動中央値設定処理モジュールは周期的な周波数データの最大振幅値が演算範囲に対して予め定めた比率となるように最大振幅値を増幅し、その中央値をその絶対値に関わらず浮動的に演算範囲の中央値に設定する機能を有することを特徴としている。

さらに、特許文献４では、脈波の状態を示す脈波信号に基づいて、脈拍数及び脈拍振幅を求め、これらに基づいて呼吸異常の判定を行う呼吸異常判定手段を備えた呼吸異常検出装置が提案されている。当該装置では、例えば、脈波振幅と単位時間当たりの脈拍数との比に基づいて呼吸異常を検出し、もしくは、呼吸数の変化、脈拍数の変化、血液中の酸素飽和濃度の変化に基づいて呼吸異常を検出することを特徴としている。

特開平９−１４５６９１号公報 特開２００１−１８７０３２号公報 国際公開２０１０／０８９８９３号パンフレット 特開２００４−１２１６６８号公報 特開平６−１６９８９２号公報 特開２００５−０２１４７７号公報

社団法人日本生体医工学会編，「血液のレオロジーと血流」，コロナ社，２００３年４月２５日発行，１２０〜１２１頁

しかしながら、上記特許文献１〜３で開示された従来技術に係る各装置では、
（ａ）発光素子と受光素子の取り付け状態の変化に加えて、
（ｂ）例えば手首の橈骨動脈部に取り付けるか、もしくは、指尖部に取り付けるかの取り付け部位に応じて、
（ｃ）また、例えば同一の橈骨動脈部の部位に取り付けるにしても、痩せた被測定者と、太った被測定者とでその者の皮膚の厚さに応じて、
（ｄ）さらに、例えば血管からの反射光を用いる反射型光探触子を用いるか、もしくは、血管を通過した通過光を用いる通過型光探触子を用いるかの光探触子の種類に応じて、
血管の脈動取得動作がしばしば不安定な状態になり、脈動波形データを取得できない場合が多発して、測定現場ではほとんど全く使いものにならないという問題点があった。

また、上記特許文献４で開示された従来技術に係る呼吸異常検出装置では、上記の問題点に加えて、呼吸異常の検出精度がいまだ低いという問題点があった。

従って、従来技術では、装置構成が簡単であって、しかも高精度で覚醒状態又は睡眠状態を判別することができる睡眠状態モニタリングシステムは開発、実用化されていない。

本発明の目的は以上の問題点を解決し、従来技術に比較して装置構成が簡単であって、しかも高精度で覚醒状態又は睡眠状態を判別することができる睡眠状態モニタリングシステムを提供することにある。

本発明に係る睡眠状態モニタリングシステムは、
人体の橈骨動脈部の血管上の皮膚を介して設けられ当該血管に流れる脈波の圧力変化を検出して血管脈波信号の電圧値として測定する第１の圧力センサと、
印加する圧力値を制御可能な圧力印加機構と、
上記第１の圧力センサの近傍に設けられ、圧力値が予め校正されかつ上記圧力印加機構により第２の圧力センサ及び上記皮膚を介して上記血管に対して応力を印加するときの圧力値を検出する第２の圧力センサと、
上記人体の指尖部の血管上の皮膚を介して設けられ当該血管に流れる脈波の圧力変化を検出して血管脈波信号の電圧値として測定する第３のセンサと、
上記各血管脈波信号及び上記検出される圧力値に基づいて、上記橈骨動脈部の第１の最大血圧値及び上記指尖部の第２の最大血圧値を測定する制御手段とを備える睡眠状態モニタリングシステムであって、
上記制御手段は、
（Ａ）所定の時間期間において上記第１の最大血圧値が所定の第１のしきい値以上増加しているときに上記第２の最大血圧値が所定の第２のしきい値以上減少しているときに、上記人体が覚醒状態であると判断し、
（Ｂ）上記時間期間において、上記第１の最大血圧値が上記第１のしきい値以上増加しているときに上記第２の最大血圧値が所定の第３のしきい値以上増加し、もしくは、上記第１の最大血圧値が上記しきい値以上減少しているときに上記第２の最大血圧値が上記第３のしきい値以上減少しているとき、上記人体が睡眠状態であると判断することを特徴とする。

上記睡眠状態モニタリングシステムにおいて、上記判断結果を報知する報知手段をさらに備えることを特徴とする。

また、上記睡眠状態モニタリングシステムにおいて、上記人体の脳波を測定して表示する脳波測定手段をさらに備えることを特徴とする。

さらに、上記睡眠状態モニタリングシステムにおいて、
上記第１及び第２の圧力センサはそれぞれ、上記血管に流れる脈波の圧力変化を抵抗値変化として検出するＭＥＭＳ圧力センサであり、
上記第３のセンサは、
皮膚を介して血管に光を放射する発光素子と、上記血管からの反射光又は上記血管を介した透過光を皮膚を介して受光する受光素子とを含む光探触子と、
入力される駆動信号に基づいて上記発光素子を駆動する駆動回路と、
上記受光素子により受光された光を電気信号に変換して上記駆動信号として出力する検出回路とを備えた光探触子回路を用いて構成された光センサであることを特徴とする。

またさらに、上記睡眠状態モニタリングシステムにおいて、
上記第１の圧力センサ及び第３のセンサはそれぞれ、
皮膚を介して血管に光を放射する発光素子と、上記血管からの反射光又は上記血管を介した透過光を皮膚を介して受光する受光素子とを含む光探触子と、
入力される駆動信号に基づいて上記発光素子を駆動する駆動回路と、
上記受光素子により受光された光を電気信号に変換して上記駆動信号として出力する検出回路とを備えた光探触子回路を用いて構成された光センサであり、
上記第２の圧力センサは、上記血管に流れる脈波の圧力変化を抵抗値変化として検出するＭＥＭＳ圧力センサであることを特徴とする。

本発明に係る睡眠状態モニタリングシステムによれば、脈波波形信号のデータを用いて、従来技術に比較して極めて簡単な校正でかつ高精度で血圧を測定して、高精度で覚醒状態又は睡眠状態を判別することができる。

本発明の第１の実施形態に係る血管脈波測定システムの構成を示すブロック図である。 図１の脈波及び圧力検出印加装置２０の詳細構成を示す側面図である。 図２の脈波及び圧力検出印加装置２０の圧力印加機構である５関節リンク機構２１の動作を示す側面図である。 図２及び図３のＭＥＭＳ圧力センサ３０を構成する複数Ｎ個の単位センサ回路３１−１〜３１−Ｎの配置構成を示す平面図である。 図４のＭＥＭＳ圧力センサ３０の回路構成を示す回路図である。 図２及び図３の脈波及び圧力検出印加装置２０を被測定者の手首の橈骨動脈部７に取り付けた場合の一例を示す正面図である。 図２及び図３の脈波及び圧力検出印加装置２０を被測定者の指尖部９に取り付けた場合の一例を示す正面図である。 図１の血管脈波測定システムにより測定された脈波電圧値の最大電圧値Ｖｍａｘ及び最小電圧値Ｖｍｉｎを示すグラフである。 図１の血管脈波測定システムにより測定された脈波電圧値に対応する血圧値の最大血圧値Ｐｍａｘ及び最小血圧値Ｐｍｉｎを示すグラフである。 図１の血管脈波測定システムにより測定された脈波電圧値から血圧値への変換を示すグラフである。 図１の血管脈波測定システムにより測定された脈動波形を血圧波形に変換して示すグラフである。 図１の血管脈波測定システムにおいて、移動平均法を用いて脈動波形を処理する動作を示すグラフである。 （ａ）は図１の血管脈波測定システムにより測定されたある被測定者の覚醒時の各種信号波形の一例を示すグラフであり、（ｂ）は図１の血管脈波測定システムにより測定されたある被測定者の無呼吸時の各種信号波形の一例を示すグラフである。 （ａ）は覚醒時の最大血圧値Ｐｍａｘの変化をモデル化して示す図であり、（ｂ）は無呼吸時の最大血圧値Ｐｍａｘの変化をモデル化して示す図である。 図１の装置コントローラ５０の血圧値校正処理モジュール５２により実行される血圧値校正処理を示すフローチャートである。 図１の装置コントローラ５０の血管脈波測定処理モジュール５１により実行される血管脈波測定を示すフローチャートである。 図１の装置コントローラ５０の睡眠状態判別処理モジュール５３により実行される睡眠状態判別処理を示すフローチャートである。 本発明の第１の変形例に係る、圧力アクチュエータ３６及びＭＥＭＳ圧力センサ３０を備えた脈波及び圧力検出印加装置２０Ａの構成を示す縦断面図である。 本発明の第２の変形例で係る、被験者などの人間の指尖部９で押圧するＭＥＭＳ圧力センサ３０を備えた脈波及び圧力検出印加装置２０Ｂの構成を示す縦断面図である。 本発明の第３の変形例に係る、図２及び図３の脈波及び圧力検出印加装置２０の変形例の構成を示す側面図である。 本発明の第４の変形例に係る、圧力アクチュエータ３６及びＭＥＭＳ圧力センサ３０を備えた脈波及び圧力検出印加装置２０Ｃの構成を示す縦断面図である。 本発明の第５の変形例で係る、被験者などの人間の指尖部９で押圧するＭＥＭＳ圧力センサ３０を備えた脈波及び圧力検出印加装置２０Ｄの構成を示す縦断面図である。 本発明の第２の実施形態に係る血圧測定装置に用いる脈波及び圧力検出印加装置２０Ｅを手首の橈骨動脈部７に装着したときの斜視図である。 図１９の血圧測定装置によって実行される血圧測定処理のタイミングチャートである。 図１９の血圧測定装置の装置コントローラ５０（図１）によって実行される血圧測定処理のフローチャートである。 図１９の血圧測定装置において、血管脈波信号から減圧ステップ指示信号を発生するための回路の構成を示すブロック図である。 第２の実施形態の変形例に係る血圧測定装置によって実行される血圧測定処理のタイミングチャートである。 第２の実施形態の変形例に係る血圧測定装置の装置コントローラ５０（図１）によって実行される血圧測定処理のフローチャートである。 本発明の第３の実施形態に係る血圧測定装置に用いる脈波及び圧力検出印加装置２０Ｆを手首の橈骨動脈部７に装着したときの斜視図である。 図２５の光探触子回路１２０内の反射型光探触子１１２の構成を示す側面図である。 図２５の光探触子回路１２０の構成を示す回路図である。 本発明の第４の実施形態に係る睡眠状態モニタリングシステム１０Ａの構成を示すブロック図である。 図２８の睡眠状態モニタリングシステム１０Ａに用いる、脈波及び圧力検出印加装置２０Ｅを手首の橈骨動脈部７に装着しかつ光探触子回路１２０を指尖部９に装着したときの斜視図である。 図２８の装置コントローラ５０Ａにより実行される覚醒／睡眠状態判別処理を示すフローチャートである。 図２９の変形例であって、図２８の睡眠状態モニタリングシステム１０Ａに用いる、脈波及び圧力検出印加装置２０Ｆを手首の橈骨動脈部７に装着しかつ光探触子回路１２０を指尖部９に装着したときの斜視図である。 図１６Ａの変形例であって、（ａ）は圧力アクチュエータ３６及びＭＥＭＳ圧力センサ３０を備えた脈波及び圧力検出印加装置２０ＡＡの構成を示す縦断面図であり、（ｂ）は脈波及び圧力検出印加装置２０ＡＡの下面図である。

以下、本発明に係る実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下の各実施形態において、同様の構成要素については同一の符号を付している。以下では、測定対象として人間の血管の脈波について説明するが、生体の血管の脈波であればよく、人間以外の動物等を対象とすることができる。また、以下では、血管脈波測定として、脈拍、最大血圧、最小血圧の測定について説明するが、これ以外に、血管の脈動波形を用いて測定するものであればよい。例えば、脈拍波形の積分値から血流量に対応する量の測定を行い、脈動波形の微分値から血管の柔軟性を評価する測定を行うものであってもよい。以下で説明する材料、形状等は例示であって、使用目的に応じこれらの内容を適宜変更してもよい、

第１の実施形態．
図１は本発明の第１の実施形態に係る血管脈波測定システムの構成を示すブロック図である。また、図２は図１の脈波及び圧力検出印加装置２０の詳細構成を示す側面図である。

図１において、血管脈波測定システム１０の構成要素ではないが、血圧等を測定する対象の被測定者６が示されている。なお、以下の図において、被測定者６の皮膚については図示を省略する。本実施形態に係る血管脈波測定システム１０は、従来用いられているコロトコフ音を測定する圧迫カフ法、あるいは、動脈内に、圧力センサが連結されたカテーテルを挿入侵襲させて血管内の圧力を直接測定する観血法に代えて、図１及び図２に示すように、脈波及び圧力検出印加装置２０内のＭＥＭＳ(Micro Electro Mechanical Systems)圧力センサ３０及びホイーストンブリッジ回路１５（図５）を用いて血管の脈動波形を収得して脈波測定を行うシステムであり、特に、圧力測定を行うＭＥＭＳ圧力センサ３０、ホイーストンブリッジ回路１５（図５）及び圧力印加機構である５関節リンク機構２１を備えた脈波及び圧力検出印加装置２０を用いた血圧測定を行うことを特徴としている。

血管脈波測定システム１０は、図１及び図２に示すように、
（ａ）被測定者６の血管の脈動取得に適した部位に取り付けられるＭＥＭＳ圧力センサ３０及び圧力印加機構である５関節リンク機構２１を備えた脈波及び圧力検出印加装置２０と、
（ｂ）脈波及び圧力検出印加装置２０のＭＥＭＳ圧力センサ３０からの出力電圧Ｖｏｕｔを電圧増幅する電圧増幅器３２と、
（ｃ）電圧増幅器３２からの出力電圧をディジタルデータにＡ／Ｄ変換して装置コントローラ５０に出力するＡ／Ｄ変換器３３と、
（ｄ）装置コントローラ５０からの制御信号Ｓｃ１，Ｓｃ２（好ましくは、ステッピングパルス信号である。）を５関節リンク機構２１のステッピングモータＭ１，Ｍ２に出力する制御信号線３４と、
（ｅ）内部メモリ５０ｍを含む例えばディジタル計算機などの制御装置であって、血管脈波測定処理モジュール５１と、血圧値校正処理モジュール５２と、睡眠状態判別処理モジュール５３とを備え、Ａ／Ｄ変換器３３からのディジタルデータを処理して血管脈波データを発生し、血管脈波データに対して血圧値校正処理（図１３）、血管脈波測定処理（図１４）及び睡眠状態判別処理（図１５）を実行する装置コントローラ５０と、
（ｆ）例えばディスプレイ又はプリンタであって、装置コントローラ５０からの出力データに基づいて、脈動波形表示（移動平均処理後の脈動波形表示６１及びローパスフィルタ処理後の脈動波形表示６２）及び各血管脈波測定値表示（脈拍、最大血圧値Ｐｍａｘ及び最小血圧値Ｐｍｉｎ）を表示する表示部６０と、
を備えて構成される。

図１に示すように、脈波及び圧力検出印加装置２０のＭＥＭＳ圧力センサ３０からの出力電圧信号（交流）は増幅器３２及びＡ／Ｄ変換器３３を介して装置コントローラ５０に出力される。ここで、血管が脈動により変化すると、ＭＥＭＳ圧力センサ３０からの交流の出力電圧Ｖｏｕｔが変化し、すなわち、出力電圧Ｖｏｕｔは脈動の変化に対応して変化する。なお、図１３の血圧値校正処理における血管への圧力測定については、ＭＥＭＳ圧力センサ３０からの出力電圧Ｖｏｕｔの時間平均値（時間積分値）を測定することで、血管への印加圧力を測定する。

特許文献１〜３などの従来技術では、大きな出力電圧の変化を得ることができなかったために、その周波数変化を電圧変化に変換して、脈動の変化を検出していたが、本実施形態では、図１及び図２に示すように、ＭＥＭＳ圧力センサ３０からの出力電圧Ｖｏｕｔを測定することで、脈動波形をきわめて簡単に得ることができる。また、同じＭＥＭＳ圧力センサ３０を用いて、上述のように、血管への印加圧力を測定できる。従って、脈波及び圧力検出印加装置２０は、図２に示すように、例えば集積化されたＭＥＭＳ圧力センサ３０と、２個のステッピングモータＭ１，Ｍ２を備えた５関節リンク機構２１とを従来技術に比較して簡単な構成でしかも小型化して構成できる。なお、脈波測定のみで血圧測定をしないときは、５関節リンク機構２１が不要であって、さらに極めて小さくなる。

次いで、図２及び図３を参照して、脈波及び圧力検出印加装置２０の５関節リンク機構２１の構成及び動作について以下に説明する。図２は図１の脈波及び圧力検出印加装置２０の詳細構成を示す側面図であり、図３は図２の脈波及び圧力検出印加装置２０の圧力印加機構である５関節リンク機構２１の動作を示す側面図である。

図２において、脈波及び圧力検出印加装置２０は、２個のステッピングモータＭ１，Ｍ２を備えた５関節リンク機構２１と、その関節Ｊ３の先端に取り付けられたＭＥＭＳ圧力センサ３０とを備えて構成される。５関節リンク機構２１は、５個の一軸関節Ｊ１〜Ｊ５と、当該関節Ｊ１〜Ｊ５の互いに隣接する各一対の関節を連結する直線バー形状のリンクＬ１〜Ｌ４とを備えて構成される。ここで、位置が固定された関節Ｊ１はリンクＬ１を介して関節Ｊ２に連結され、関節Ｊ２はリンクＬ２を介して関節Ｊ３に連結される。関節Ｊ３はリンクＬ３を介して関節Ｊ４に連結され、関節Ｊ４はリンクＬ４を介して位置が固定された関節Ｊ５に連結される。リンクＬ１〜Ｌ４はより好ましくは互いに同一の長さを有し、もしくは、好ましくはリンクＬ１とＬ４とが互いに同一の長さを有しかつリンクＬ２とＬ３とが互いに同一の長さを有する。

筐体２２は所定の間隔だけ離隔されて互いに平行な軸受け孔２２ａ，２２ｂを有し、軸受け孔２２ａには関節Ｊ１の軸がＸＹ平面と垂直なＺに平行な軸の周りで回転可能に挿入され、軸受け孔２２ｂには関節Ｊ５の軸がＸＹ平面と垂直なＺに平行な軸の周りで回転可能に挿入される。また、関節Ｊ１の軸はステッピングモータＭ１の回転軸と連結され、関節Ｊ５の軸はステッピングモータＭ２の回転軸と連結される。ここで、ステッピングモータＭ１，Ｍ２には、装置コントローラ５０から制御信号線３４を介して受信される制御信号Ｓｃ１，Ｓｃ２が印加される。なお、ステッピングモータＭ１，Ｍ２を備えた５関節リンク機構２１、筐体２２及びＭＥＭＳ圧力センサ３０を例えば柔軟性のある樹脂などの装置カバーケース（図示せず）で被覆される。

ステッピングモータＭ１，Ｍ２により、位置が固定された関節Ｊ１，Ｊ５の各軸をそれぞれ正転（図３の時計周り方向の回転）又は逆転（図３の反時計回り方向の回転）で回転させるとき、関節Ｊ１〜Ｊ５の各軸とは互いに平行となり、各リンクＬ１〜Ｌ４は実質的に１つの平面上で移動し、関節Ｊ２〜Ｊ４は当該平面上で移動するが、関節Ｊ３はＸ方向又は−Ｘ方向、Ｙ方向又は−Ｙ方向、もしくはそれらの組合せ方向で移動させることができる。本実施形態では、図２に示すように、関節Ｊ３をＭＥＭＳ圧力センサ３０を介して被測定者の手首の橈骨動脈部７又は指尖部９の血管８の直上に移動させかつ応力２１ｆを印加するために以下の制御信号Ｓｃ１，Ｓｃ２を用いて５関節リンク機構２１を制御する。なお、ステッピングモータＭ１，Ｍ２の回転位置と関節Ｊ３との位置との関係は予め測定されて装置コントローラ５０により管理格納されており、初期設定位置から所定の制御信号Ｓｃ１，Ｓｃ２を出力したときのその回転位置も管理格納されている。

（１）関節Ｊ３及びＭＥＭＳ圧力センサ３０の位置を所定の初期設定位置（例えば、図２の位置）に設定するための初期設定用制御信号Ｓｃ１，Ｓｃ２。
（２）関節Ｊ３及びＭＥＭＳ圧力センサ３０の位置を所定距離だけ−Ｙ方向で移動させて被測定者の手首の橈骨動脈部７又は指尖部９に対して所定の圧力幅だけ上昇加圧して印加するための圧力上昇用制御信号Ｓｃ１，Ｓｃ２。当該圧力上昇用制御信号Ｓｃ１，Ｓｃ２により加圧速度を変化させ、圧力値を例えば時間に対してリニアに又は段階的に（ステップ的に）変化させることができる。
（３）関節Ｊ３及びＭＥＭＳ圧力センサ３０の位置を所定距離だけＹ方向で移動させて被測定者の手首の橈骨動脈部７又は指尖部９に対して所定の圧力幅だけ下降減圧して印加するための圧力下降用制御信号Ｓｃ１，Ｓｃ２。当該圧力下降用制御信号Ｓｃ１，Ｓｃ２により減圧度を変化させ、圧力値を例えば時間に対してリニアに又は段階的に（ステップ的に）変化させることができる。

なお、ＭＥＭＳ圧力センサ３０を被測定者の手首の橈骨動脈部７又は指尖部９に固定する方法としては、カフを用いて固定してもよいし、粘着シートを介して、もしくは粘着テープを用いて固定してもよい。

次いで、図４及び図５を参照して、脈波及び圧力検出印加装置２０のＭＥＭＳ圧力センサ３０の構成及び動作について以下に説明する。図４は図２及び図３のＭＥＭＳ圧力センサ３０を構成する複数Ｎ個の単位センサ回路３１−１〜３１−Ｎの配置構成を示す平面図であり、図５は図４のＭＥＭＳ圧力センサ３０の回路構成を示す回路図である。

図４において、ＭＥＭＳ圧力センサ３０は、以下に示すように、機械要素部品、圧力センサ、アクチュエータ、電子回路を、例えばシリコン基板、ガラス基板、有機材料基板などの基板上に集積化したデバイスであって、図４に示すように、複数Ｎ個の単位センサ回路３１−１〜３１−Ｎを例えば８×８など複数×複数の２次元配置形状で配置されて、より好ましくは集積化されて構成される。図５において、単位センサ回路３１−１は、直流電圧Ｖｉｎを有する直流電圧源１１と、抵抗Ｒ１〜Ｒ３及び抵抗値ＲｘのＭＥＭＳ圧力センサ抵抗１２からなるホイーストンブリッジ回路１５とを備えて構成される。ここで、直流電圧源１１からの直流電圧Ｖｉｎはホイーストンブリッジ回路１５の互いに対向する所定の２つの接続端子に印加される一方、他の２つの接続端子から出力電圧Ｖｏを得る。ここで、ホイーストンブリッジ回路１５の抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒｘにおいて、好ましくは、次式のときに平衡状態となるように各抵抗値が設定される。

Ｒ２／Ｒ１＝Ｒｘ／Ｒ３ （１）

また、他の単位センサ回路３１−２〜３１−Ｎは、単位センサ回路３１−１と同様に構成される。ここで、各単位センサ回路３１−１〜３１−Ｎからの出力電圧をそれぞれＶｏ１〜ＶｏＮとし、各単位センサ回路３１−１〜３１−Ｎからの出力電圧Ｖｏ１〜ＶｏＮを直列接続して出力電圧Ｖｏｕｔを得る。本実施形態では、ＭＥＭＳ圧力センサ３０のＭＥＭＳ圧力センサ抵抗１２の抵抗値Ｒｘは印加圧力により変化し、その変化量（抵抗値変化）をホイーストンブリッジ回路１５により検出して、圧力変化量に対応して変化する出力電圧Ｖｏｕｔを得る。

なお、図５の実施形態では、各単位センサ回路３１−１〜３１−Ｎからの出力電圧Ｖｏ１〜ＶｏＮを直列接続して出力電圧Ｖｏｕｔを得ているが、本発明はこれに限らず、並列接続して出力電圧Ｖｏｕｔを得てもよいし、各出力電圧Ｖｏ１〜ＶｏＮの平均値などの所定の計算値を計算して出力電圧Ｖｏｕｔを得てもよい。また、本実施形態では、複数Ｎ個の単位センサ回路３１−１〜３１−Ｎを用いているが、本発明はこれに限らず、１つの単位センサ回路を用いて構成してもよい。

図６は図２及び図３の脈波及び圧力検出印加装置２０を被測定者の手首の橈骨動脈部７に取り付けた場合の一例を示す正面図である。図６に示すように、図２及び図３の脈波及び圧力検出印加装置２０を被測定者の手首の橈骨動脈部７に取り付けて脈波測定及び血圧測定等を行うことができる。

図７は図２及び図３の脈波及び圧力検出印加装置２０を被測定者の指尖部９に取り付けた場合の一例を示す正面図である。図７に示すように、図２及び図３の脈波及び圧力検出印加装置２０を被測定者の指尖部９に取り付けて脈波測定及び血圧測定等を行うことができる。

図８Ａは図１の血管脈波測定システムにより測定された脈波電圧値（例えば、電圧増幅器３２の出力電圧値）の最大電圧値Ｖｍａｘ及び最小電圧値Ｖｍｉｎを示すグラフである。図８Ａから明らかなように、脈波電圧値は、脈動の変化に応じて周期的に変化し、最大電圧値Ｖｍａｘと最小電圧値Ｖｍｉｎをとり、互いに隣接する２つの最小電圧値Ｖｍｉｎ間の時間期間を時間期間Ｔｉｎｔと定義する。

図８Ｂは図１の血管脈波測定システムにより測定された脈波電圧値に対応する血圧値の最大血圧値Ｐｍａｘ及び最小血圧値Ｐｍｉｎを示すグラフである。図８Ｂから明らかなように、血圧値は、脈動の変化に応じて図８Ａの脈波電圧値と同様に周期的に変化し、最大血圧値Ｐｍａｘと最小血圧値Ｐｍｉｎをとる。図８Ａと図８Ｂとの間の変換は、図８Ｃを参照して説明するように、図１９の血圧値校正処理で生成される変換式（変換テーブルであってもよい）で行うことができる。

図８Ｃは図１の血管脈波測定システムにより測定された脈波電圧値から血圧値への変換を示すグラフである。公知の通り、被測定者が異なれば、脈波電圧値と血圧値との間の相関関係が異なるので、予め被測定者ごとに相関関係を求めておく必要がある。また、同じ被測定者であっても、安静状態と運動状態等で、脈波電圧値と血圧値との間の相関関係が異なることがあるので、予め測定状態を設定してそれぞれ相関関係を求めておく必要がある。図１の血管脈波測定システムで得られる脈波電圧値と血圧値との間の相関関係は、被測定者ごとに、測定条件ごとに関連付けられて変換式（又は変換テーブル）の形式で装置コントローラ５０の内部メモリ５０ｍに格納される。図８Ｃは、被測定者より変換式Ｑ１，Ｑ２で異なることを示すものである。このようにして、脈波電圧値から血圧値への変換を行うと、これに基づいて、脈拍数、最大血圧Ｐｍａｘ、最小血圧Ｐｍｉｎ等の血管脈波測定を行うことができる。

図９は、図１の血管脈波測定システムにより測定された脈動波形を血圧波形に変換して示すグラフである。図９から明らかなように、出力電圧波形を血圧波形に変換することで図９の脈波波形の表示を得ることができる。

図１０は図１の血管脈波測定システムにおいて、移動平均法を用いて脈動波形を処理する動作を示すグラフである。図１０において、血管脈波測定システムにより得られた脈波電圧の生データから移動平均法を用いて滑らかな脈動波形を生成する様子を示す図である。図１０（ａ）は、横軸が時間で、縦軸は脈波電圧であり、各サンプリングタイムにおける脈波電圧の変化の様子が示されている。図１０（ｂ）は、横軸が時間で、その原点位置等は図１０（ａ）と揃えてある。縦軸は、図１０（ａ）の各サンプリングタイムにおけるデータの移動平均値ｂである。移動平均値は、例えば５つのデータについて行うものとした。この場合、サンプリングタイムｉのとぎの脈波電圧の生データをａｉとすると、サンプリングタイムｉのときの移動平均値ｂｉは次式（２）を用いて計算できる。

ｂ＝（ａｉ−４＋ａｉ−３＋ａｉ−２＋ａｉ−１＋ａｉ）／５ （２）

すなわち、サンブリングデータａｉが取得されると直ちに移動平均値ｂｉが算出できるのでリアルタイム処理が可能である。なお、移動平均に用いるデータ数は５でなくてもよい。

図１１（ａ）は図１の血管脈波測定システムにより測定されたある被測定者の覚醒時の各種信号波形の一例を示すグラフであり、図１１（ｂ）は図１の血管脈波測定システムにより測定されたある被測定者の無呼吸時の各種信号波形の一例を示すグラフである。

図１１（ａ）において、覚醒時の各測定波形は以下の通りである。
（ａ）Ｒ−ＥＯＧ Ａ１：公知の眼球電計により測定された眼球電波形である。
（ｂ）Ｃｈｉｎ−Ｒｅｆ：公知の顎運動測定器により測定された顎の変位量である。
（ｃ）心電図：公知の心電計により測定された心電波形である。
（ｄ）筋電図：公知の筋電計により測定された筋電波形である。
（ｅ）いびき：小型マイクロホンにより測定されたいびき音である。
（ｆ）呼吸波形：被測定者の呼吸にともなう身体下の圧力変化を感圧センサが検出し、呼吸波形を計測したときの呼吸波形である。
（ｇ）ＳｐＯ２：公知のパルスオキシメーターにより測定された血中酸素飽和度である。
（ｈ）本システム：本実施形態に係る血管脈波測定システムにより測定された脈波波形である。

図１１（ｂ）において、無呼吸時の各測定波形は以下の通りである。
（ａ）Ｒ−ＥＯＧ Ａ１：公知の眼球電計により測定された眼球電波形である。
（ｂ）Ｃｈｉｎ−Ｒｅｆ：公知の顎運動測定器により測定された顎の変位量である。
（ｃ）心電図：公知の心電計により測定された心電波形である。
（ｄ）筋電図：公知の筋電計により測定された筋電波形である。
（ｅ）いびき：小型マイクロホンにより測定されたいびき音である。
（ｆ）呼吸温度センサ：口元に設けられた温度センサにより測定された呼吸温度である。
（ｇ）呼吸圧：被測定者の呼吸にともなう身体下の圧力変化を感圧センサが検出し、呼吸波形を計測したときの呼吸圧波形である。
（ｈ）胸郭変動：被測定者の胸郭の変化を測定する応力センサにより測定された胸郭変動量である。
（ｉ）腹部変動：被測定者の腹部の変化を測定する応力センサにより測定された腹部変動量である。
（ｊ）ＳｐＯ２：公知のパルスオキシメーターにより測定された血中酸素飽和度である。
（ｋ）本システム：本実施形態に係る血管脈波測定システムにより測定された脈波波形である。

本実施形態に係る血管脈波測定システムにより測定された図１１のデータには、いままでの測定装置ではわからなかった多くの情報が含まれている。図１１（ａ）においては、正常レム睡眠中であるが、当該記録１２０秒間に２回の覚醒反応があり、その２回とも覚醒反応開始とともに脈圧はやや上昇しその後、急激な低下を示している。覚醒反応による交感神経活動上昇と抹消の血管抵抗の一時的上昇、その後反射的な血管拡張による脈圧低下が観察され、正常睡眠において脈圧の変化が、脳波上の覚醒反応と同期していると考えられる。これは脳波を測定しない小型の血管脈波測定システムで睡眠評価が可能となると考えられる。

図１１（ｂ）では、典型的な無呼吸、努力性呼吸〜覚醒反応、過呼吸という一連の中で、無呼吸中の努力性呼吸に同期する小さな周期の変動がみられながら（変動が小さいため実測定数から周波数解析をする必要があると考えられる）無呼吸終了まで、脈圧が徐々に上昇していくことがわかる。その後、覚醒反応、呼吸再開〜過呼吸とともに脈圧は急激に降下する。おそらくこの患者の昼の安静時の血圧はこの降下した後、安定したレベルであり、無呼吸中の血圧上昇は、無呼吸による交感神経活動の過剰上昇によるもので、過去に本発明者らが調べた中では、ピークが収縮期血圧２２８という患者もいた。従って、無呼吸症候群の患者の場合は合併頻度が問題となる、循環器系疾患の発症に関わる、睡眠中の特殊な循環動態を評価できると考えられる。

図１１（ａ）及び図１１（ｂ）の脈波波形のグラフから、レム覚醒時は、最大血圧値Ｐｍａｘが無呼吸時に比較して緩やかに上昇した後、下降し、それを繰り返していることがわかる。また、無呼吸時は、最大血圧値Ｐｍａｘがレム覚醒時に比較して早く上昇した後、下降し、それを繰り返していることがわかる。

図１２（ａ）は覚醒時の最大血圧値Ｐｍａｘの変化をモデル化して示す図であり、図１２（ｂ）は無呼吸時の最大血圧値Ｐｍａｘの変化をモデル化して示す図である。図１２（ａ）及び図１２（ｂ）の最大血圧値Ｐｍａｘのモデル図から明らかなように、レム覚醒時の最大血圧値Ｐａｍｘの変化周期Ｔａｒは無呼吸時のそれに比較して長く、原点Ｓから見た、レム覚醒時の最大血圧値Ｐｍａｘの上昇傾斜角度αａｒは無呼吸時のそれに比較して小さいことがわかる。これらの知見及び治験に基づいて、図１５の睡眠状態判別処理のフローチャートを作成した。

図１３は、従来技術に係るカフ圧迫法と同様の原理を用いて、最大血圧値と最小血圧値を校正するための、図１の装置コントローラ５０の血圧値校正処理モジュール５２により実行される血圧値校正処理を示すフローチャートである。

図１３において、まず、ステッピングモータＭ１，Ｍ２に対して初期設定用制御信号Ｓｃ１，Ｓｃ２を出力する。次いで、ステップＳ１１でＭＥＭＳ圧力センサ３０を用いて脈波信号を検出し、脈波信号の時間的に互いに隣接する２つの最小電圧値の時間期間Ｔｉｎｔ（図８Ａ参照）を演算し、ステップＳ１２において時間期間Ｔｉｎｔは所定のしきい値範囲に入っているか否かが判断され（すなわち、脈波信号が検出されているか否かが判断され）、ＹＥＳのときはステップＳ１３に進む一方、ＮＯのときはステップＳ１１に戻る。ここで、時間期間Ｔｉｎｔの所定のしきい値範囲は、脈波信号を検出したか否かの判断範囲であり、上記しきい値範囲は経験値として、例えば０．２秒≦Ｔｉｎｔ≦２秒である。当該しきい値範囲に時間期間Ｔｉｎｔが入っておれば、脈波を検出したと判断する。ステップＳ１３において、被測定者６の脈波を検出したと判断し、所定の差分圧力だけインクリメントするため、ステッピングモータＭ１，Ｍ２に対して圧力上昇用制御信号Ｓｃ１，Ｓｃ２を出力する。そして、ステップＳ１４において、時間期間Ｔｉｎｔは所定のしきい値範囲に入っているか否かが判断され（すなわち、脈波信号が検出されているか否かが判断され）、ＮＯのときはステップＳ１５に進む一方、ＹＥＳのときはステップＳ１３に戻る。

ステップＳ１５では、被測定者６の脈波を検出しなくなったと判断し、検出しなくなったサンプリングタイミングよりも１つ前のサンプリングタイミングよりも前の脈波信号の一周期期間内の最大電圧値を最大血圧値電圧として内部メモリ５０ｍに格納するとともに、ＭＥＭＳ圧力センサ３０の検出圧力値を最大血圧値として内部メモリ５０ｍに格納する。そして、ステップＳ１６において、所定の差分圧力だけデクリメントするため、ステッピングモータＭ１，Ｍ２に対して圧力下降用制御信号Ｓｃ１，Ｓｃ２を出力する。次いで、ステップＳ１７において、時間期間Ｔｉｎｔは所定のしきい値範囲に入っているか否かが判断され（すなわち、脈波信号が検出されているか否かが判断され）、ＹＥＳのときはステップＳ１８に進む一方、ＮＯのときはステップＳ１６に進む。ステップＳ１８では、被測定者６の脈波を検出したと判断し、検出したサンプリングタイミングからその直後の脈波信号の一周期期間内の最小電圧値を最小血圧値電圧として内部メモリ５０ｍに格納するとともに、ＭＥＭＳ圧力センサ３０の検出圧力値を最小血圧値として内部メモリ５０ｍに格納する。また、ステップＳ１９において、内部メモリ５０ｍに格納された最大血圧値電圧とそれに対応する最大血圧値及び最小血圧値電圧とそれに対応する最小血圧値に基づいて、図８Ｃを参照して説明したように、直線近似法を用いて電圧値から血圧値への変換を示す変換式（又は血圧変換テーブル）を生成して内部メモリ５０ｍに格納し、当該処理を終了する。

図１３の血圧値校正処理を例えば図２の脈波及び圧力検出印加装置２０を用いて実行しているが、本発明はこれに限らず、ＭＥＭＳ圧力センサ３０のみを用いて実行してもよい。この場合において、ステップＳ１３では、被測定者６の脈波を検出したと判断し、圧力印加機構である５関節リンク機構２１を用いず、被験者などの人間に対して指尖部９でＭＥＭＳ圧力センサ３０の上部を押圧するように指示するメッセージをＬＣＤ表示部（図示せず。）などに表示する。このとき、人間は指尖部９で押圧する。また、ステップＳ１６では、被測定者６の脈波を検出しなくなったと判断し、圧力印加機構である５関節リンク機構２１を用いず、被験者などの人間に対して指尖部９での上記応力をゆるめて低下させるように指示するメッセージをＬＣＤ表示部（図示せず。）などに表示する。このとき、人間は指尖部９の押圧をゆるめる。このように、圧力印加機構である５関節リンク機構２１に代えて、被測定者などの人間の指尖部９で代用することができる。

以上で説明した図２の脈波及び圧力検出印加装置２０又はＭＥＭＳ圧力センサ３０のみの装置と、図１３又はその変形例の血圧値校正処理を用いることにより、当該血管脈波測定システムにおいて、従来技術に比較して極めて簡単な校正でかつ高精度で、血管脈波信号の血圧値電圧を血圧値に変換するように校正することができる。

図１４は図１の装置コントローラ５０の血管脈波測定処理モジュール５１により実行される血管脈波測定を示すフローチャートである。

図１４において、ステップＳ２１で例えば直近の５周期分の脈波波形データ（Ａ／Ｄ変換器３３からの電圧値データをいう。）をバッファメモリに格納し、ステップＳ２２において脈波波形データのデータ値は演算範囲以内であるか否かが判断され、ＹＥＳのときはステップＳ２３に進む一方、ＮＯのときはステップＳ２１に戻る。ステップＳ２３において、上記５周期分の脈波波形データに対して高周波ノイズ除去のためのローパスフィルタ処理を実行し、ステップＳ２４において、ローパスフィルタ処理後の脈動波形データに対して、図１０を参照して説明した移動平均法を用いた移動平均処理を実行し、さらに、ステップＳ２５において変換式を用いた電圧値から血圧値への変換による血圧測定処理を実行する。さらに、ステップＳ２６において、変換された血圧値を用いて脈波表示データを作成して脈波（リアルタイム）を表示部６０に表示し、脈拍及び最大血圧値及び最小血圧値を演算して表示部６０に表示する。ステップＳ２７では、測定終了か否かが判断され、ＹＥＳのときは当該処理を終了する一方、ＮＯのときはステップＳ２１に戻る。

図１５は図１の装置コントローラ５０の睡眠状態判別処理モジュール５３により実行される睡眠状態判別処理を示すフローチャートである。

図１５において、ステップＳ３１で例えば直近の２１周期分の脈波波形データをバッファメモリに格納し、ステップＳ３２において格納された２１周期分の脈波波形データに基づいて上記変換された最大血圧値及び最小血圧値を用いて、２１周期分の最大血圧値Ｐｍａｘ（１）〜Ｐｍａｘ（２１）及び２１周期分の最小血圧値Ｐｍｉｎ（１）〜Ｐｍｉｎ（２１）を演算し、時刻ｔ（１）〜ｔ（２１）をバッファメモリに格納する。次いで、ステップＳ３３において、２１周期分（ｎ＝１，２，…，２１）について以下のパラメータを演算する。

最大血圧値Ｐｍａｘの時間に対する傾き（２０周期の期間）
Ｐ’＝（Ｐｍａｘ（２１）−Ｐｍａｘ（１））／（ｔ（２１）―ｔ（１）） （３）

Ｐｍａｘａｖｅ＝平均値（Ｐｍａｘ（１）〜Ｐｍａｘ（２０）） （４）

脈圧Ｐｐ＝Ｐｍａｘ（２０）−Ｐｍｉｎ（２０） （５）

次いで、ステップＳ３４において、Ｐｍａｘ（２１）がＰｍａｘａｖｅに対して２０％以上減少している（以下、条件１という。）か否かが判断され、ＹＥＳのときはステップＳ３５に進む一方、ＮＯのときはステップＳ３１に戻る。次いで、ステップＳ３５において、脈圧Ｐｐが平均値Ｐｍａｘａｖｅに対して２０％以上減少している（以下、条件２という。）か否かが判断され、ＹＥＳのときはステップＳ３６に進む一方、ＮＯのときはステップＳ３１に戻る。そして、ステップＳ３６において、ステップＳ２１〜Ｓ２５を３周期分についてそれぞれ１周期ごと移動シフトして実行し、条件１及び条件２の判定を行って３周期分以上連続して満足するか否かが判断され、ＹＥＳのときはステップＳ３７に進む一方、ＮＯのときはステップＳ３１に戻る。ステップＳ３７において、傾きＰ’＞Ｐ’ｔｈ（所定のしきい値であって、図１２の傾斜角度αａｒと傾斜角度αｓａとを識別するためのしきい値である。）であるか否かが判断され、ＹＥＳのときはステップＳ３８に進む一方、ＮＯのときはステップＳ３９に進む。ステップＳ３８では、被測定者は「無呼吸状態」であると判断して表示部６０に表示し、ステップＳ４０に進む。一方、ステップＳ３９では被測定者は「覚醒状態」であると判断して表示部６０に表示し、ステップＳ４０に進む。ステップＳ４０では、測定終了か否かが判断され、ＹＥＳのときは当該処理を終了する一方、ＮＯのときはステップＳ３１に戻る。

図１５の睡眠状態判別処理において、処理データ数や判断分岐などの「２０周期」「２１周期」「２０％」「３周期分」などは一例であって、本発明はこれに限られない。例えば、「２０％」は判断するための所定のしきい値割合である。

以上の実施形態において、上記の各処理をソフトウエアで実現してもよいし、それらの一部をハードウエア回路で実現してもよい。

以上の実施形態において、カフ圧迫法により最大血圧値と最小血圧値の校正を行っているが、本発明はこれに限らず、その他の校正方法を用いてもよい。

以上の実施形態において、皮膚を介して血管に対して圧力を印加する圧力印加機構として５関節リンク機構２１を用いているが、本発明はこれに限らず、公知の圧力アクチュエータ等を用いてもよい。以下にそれらの変形例について説明する。

図１６Ａは本発明の第１の変形例に係る、圧力アクチュエータ３６及びＭＥＭＳ圧力センサ３０を備えた脈波及び圧力検出印加装置２０Ａの構成を示す縦断面図である。図１６Ａにおいて、脈波及び圧力検出印加装置２０Ａは、被測定者の血管８に対する圧力及び脈波を検出する圧力シートセンサ３５と、被測定者の血管８に対して圧力を印加する圧力アクチュエータ３６とが所定の筐体３７内で例えばウレタンなどの充填材３８を用いて設けられる。ここで、好ましくは、ＭＥＭＳ圧力センサ３０と圧力シートセンサ３５とは直接に接触して設けられる。これにより、圧力アクチュエータ３６の応力が図１６Ａの位置３６ａから下側方向の圧力３６ｆで、ＭＥＭＳ圧力センサ３０及び被測定者の皮膚を介して血管８に印加される。

なお、第１の変形例では、図１３の血圧値校正処理において、ステップＳ１０の処理を削除し、ステップＳ１３において所定の圧力幅だけ上昇させる圧力上昇用制御信号Ｓｃを装置コントローラ５０から圧力アクチュエータ３６に出力する。また、ステップＳ１６では、所定の圧力幅だけ下降させる圧力下降用制御信号Ｓｃを装置コントローラ５０から圧力アクチュエータ３６に出力する。その他の処理は図１３と同様である。

図１６Ｂは本発明の第２の変形例で係る、被験者などの人間の指尖部９で押圧するＭＥＭＳ圧力センサ３０を備えた脈波及び圧力検出印加装置２０Ｂの構成を示す縦断面図である。図１６Ｂの脈波及び圧力検出印加装置２０Ｂにおいては、図１６Ａの圧力アクチュエータ３６に代えて、被験者などの人間の指尖部９により図の下側方向９ａで筐体３７の上部中央部の位置３６ａからＭＥＭＳ圧力センサ３０及び被測定者の皮膚を介して血管８に対して圧力（応力）９ｆを加えるものである。

図１７は本発明の第３の変形例に係る、図２及び図３の脈波及び圧力検出印加装置２０の変形例の構成を示す側面図である。図２及び図３の実施形態では、ＭＥＭＳ圧力センサ３０を関節Ｊ３の下側先端部に取り付けて５関節リンク機構２１により−Ｙ方向で例えば手首などの血管８に対して圧力を印加している。これに対して、図１７の第３の変形例では、５関節リンク機構２１を上下逆に配置し、ＭＥＭＳ圧力センサ３０を関節Ｊ３の下側先端部（図２及び図３とは反対側）に取り付けて、関節Ｊ３を図２及び図３とは逆の方向（図１７の−Ｙ方向）で例えば手首などの血管８に対して圧力を印加してもよい。当該変形例では、５関節リンク機構２１の固定端側でカフなどを用いて例えば手首などに固定できるという利点がある。

図１８Ａは本発明の第４の変形例に係る、圧力アクチュエータ３６及びＭＥＭＳ圧力センサ３０を備えた脈波及び圧力検出印加装置２０Ｃの構成を示す縦断面図である。図１８Ａは図１６Ａの変形例であって、図１６Ａでは、充填材３８を充填した筐体３７内に圧力アクチュエータ３６の直下にＭＥＭＳ圧力センサ３０を設けて圧力アクチュエータ３６からＭＥＭＳ圧力センサ３０を介して血管８に対して圧力３６ｆを印加し、ＭＥＭＳ圧力センサ３０は圧力アクチュエータ３６からの圧力３６ｆを直接に検出している。これに対して、図１８Ａの第４の変形例では、ジェル３８Ａを充填したジェルシート（ジェル３８Ａを内蔵できる袋形状のシートをいう。）３７Ａ内に圧力アクチュエータ３６に並置してＭＥＭＳ圧力センサ３０を設けて圧力アクチュエータ３６からジェル３８Ａを介して又は直接的に血管８に対して圧力３６ｆを印加し、ＭＥＭＳ圧力センサ３０は圧力アクチュエータ３６からの圧力３６ｆのうちの一部の圧力３６ｆａをジェル３８Ａを介して間接的に検出してもよい。この場合において、当該一部の圧力については圧力３６ｆのうちどれぐらいの圧力が分散して印加されるかは予め測定されて校正される。

図１８Ｂは本発明の第５の変形例で係る、被験者などの人間の指尖部９で押圧するＭＥＭＳ圧力センサ３０を備えた脈波及び圧力検出印加装置２０Ｄの構成を示す縦断面図である。図１８Ｂは図１６Ｂの変形例であって、図１６Ｂでは、充填材３８を充填した筐体３７内にＭＥＭＳ圧力センサ３０を設けて指尖部９から押圧部３７ａを介して血管８に対して圧力９ｆを印加し、ＭＥＭＳ圧力センサ３０は指尖部９からの圧力９ｆを直接に検出している。これに対して、図１８Ｂの第５の変形例では、ジェル３８Ａを充填したジェルシート３７Ａ内に押圧部３７ａの直下ではないその近傍にＭＥＭＳ圧力センサ３０を設けて指尖部９からジェル３８Ａを介して又は直接的に血管８に対して圧力９ｆを印加し、ＭＥＭＳ圧力センサ３０は圧力アクチュエータ３６からの圧力９ｆのうちの一部の圧力９ｆａをジェル３８Ａを介して間接的に検出してもよい。この場合において、当該一部の圧力については圧力３６ｆのうちどれぐらいの圧力が分散して印加されるかは予め測定されて校正される。

第２の実施形態．
図１９は本発明の第２の実施形態に係る血圧測定装置に用いる脈波及び圧力検出印加装置２０Ｅを手首の橈骨動脈部７に装着したときの斜視図である。図１９において、脈波及び圧力検出印加装置２０Ｅは、
（１）第１の実施形態に係る５関節リンク機構２１を備え血管脈波信号を測定するＭＥＭＳ圧力センサ３０と、
（２）ＭＥＭＳ圧力センサ３０の近傍に設けられ、予め圧力値が校正されかつ装置コントローラ５０により制御される５関節リンク機構２１により手首の橈骨動脈部７に対して応力を印加したときの圧力値を測定する校正圧力センサ（例えばＭＥＭＳ圧力センサ、歪み圧力センサなどで構成される）３９と
を備えて構成し、第２の実施形態では、これら２つの圧力センサ３０，３９を用いて血圧測定処理を行うことを特徴とする。ここで、５関節リンク機構２１は、印加する圧力値を所定の加圧速度又は減圧速度で制御可能な圧力印加機構であり、装置コントローラ５０によりその圧力値が制御される。その他の構成は第１の実施形態と同様である。なお、校正圧力センサ３９の配置は５関節リンク機構２１により押圧される応力を検知できれば、直接的又は間接的（図１８Ａと同様）に圧力を検知できる構成でよい。

図２０は図１９の血圧測定装置によって実行される血圧測定処理のタイミングチャートである。また、図２１は図１９の血圧測定装置の装置コントローラ５０（図１）によって実行される血圧測定処理のフローチャートである。以下、図２０及び図２１を参照して第２の実施形態に係る血圧測定処理について説明する。なお、図２０において、上段の血管脈波信号は、脈波及び圧力検出印加装置２０ＥのＭＥＭＳ圧力センサ３０からの出力電圧（以下、脈波電圧値という。）Ｖｏｕｔを示し、下段の脈圧は、校正圧力センサ３９からの脈圧値Ｐｐｒｅを示す。

図２０及び図２１を参照すれば、時刻ｔ１１からのステップＳ４１において、定常脈波の事前測定処理を実行することにより、脈波電圧値Ｖｏｕｔに基づいて、最大脈波電圧値Ｖｍａｘ、最小脈波電圧値Ｖｍｉｎ、定常電圧振幅Ｖｄ（＝Ｖｍａｘ−Ｖｍｉｎ）及び１拍時間Ｔ１（血管脈波信号の周期）を測定して内部メモリ５０ｍに記憶する。ここで、これらの各値は複数拍の血管脈波信号について平均値を測定することで精度を上げることが好ましい。次いで、時刻ｔ１２からのステップＳ４２において、５関節リンク機構２１を用いて手首の橈骨動脈部７に対して所定の加圧速度（時間に対する加圧時の圧力値の傾きをいう。また、時間に対する減圧時の圧力値の傾きを減圧速度という。）で加圧し、時刻ｔ１３での脈波消失（血管脈波信号の電圧値Ｖｏｕｔが実質的に０となったとき、もしくは、血管脈波信号の最小電圧値Ｖｍｉｎの周期Ｔｉｎｔが所定のしきい値内にないときをいう。）までステップＳ４３の判断処理を実行しながら加圧処理（Ｓ４２）を実行する。時刻ｔ１３のステップＳ４３でＹＥＳであれば当該加圧処理を停止させた後、５関節リンク機構２１を用いて所定の最大血圧設定値Ｐｍａｘｓｅｔから所定の減圧速度Ｇｒ１で減圧を行う。このとき、減圧はリニアに減圧する（リニア減圧法という。）よりも段階的にステップ減圧（ステップ減圧法という。）することが好ましい。ここで、好ましくは１拍時間（又はその整数倍）の時間期間において圧力値を一定値に設定した後、順次減圧し、時刻ｔ１４において血管脈波信号の脈波が再開したとき（Ｓ４５でＹＥＳ；血管脈波信号の電圧値Ｖｏｕｔが実質的に０を超えて例えば０．０１Ｖなど測定可能単位電圧以上となったとき、もしくは血管脈波信号の最小電圧値Ｖｍｉｎの周期Ｔｉｎｔが所定のしきい値内にはいったときをいう。）、その直前の校正圧力センサ３９からの脈圧値Ｐｐｒｅを最大血圧値Ｐｍａｘとして測定して内部メモリ５０ｍに記憶する（Ｓ４６）。従って、ステップ減圧法により所定期間、圧力値を固定して最大血圧値Ｐｍａｘを測定するので、最大血圧値Ｖｍａｘの測定の精度を、リニアに連続的に減圧するよりも向上させることができる。

上記ステップＳ４５の後、ステップＳ４７の減圧処理を開始し、例えばリニア減圧法（ステップ減圧法でもよいが、リニア減圧法の方が所要時間は短縮できる）で所定の減圧速度Ｇｒ２で減圧を行う。当該減圧処理は、最大血圧値Ｐｍａｘから最小血圧値Ｐｍｉｎまで減圧するときに減圧速度を考慮したときに係る時間の７０％〜８０％程度の時間期間行う。その後の時刻ｔ１５で減圧速度Ｇｒ３でのステップ減圧法に変更してステップＳ４８の判断処理を行う。ステップＳ４８では、血管脈波信号の脈波電圧値Ｖｏｕｔが定常電圧振幅Ｖｄになったか否か（実際には、ＶｏｕｔがＶｄ±ΔＶｄ内に入ったか否か：ここで、ΔＶｄは判断のための微小範囲である。）を判断する。ステップＳ４８でＹＥＳであれば、そのときに最小血圧になったと判断して校正圧力センサ３９からの脈圧値Ｐｐｒｅを最小血圧値Ｐｍｉｎとして測定して内部メモリ５０ｍに記憶する（Ｓ４９）。以上により、最高血圧値Ｐｍａｘ及び最小血圧値Ｐｍｉｎを測定して例えば表示部６０に表示できる。従って、ステップ減圧法により所定期間、圧力値を固定して最小血圧値Ｐｍｉｎを測定するので、最小血圧値Ｖｍｉｎの測定の精度を、リニアに連続的に減圧するよりも向上させることができる。さらに、ステップＳ５０において、次式を用いて校正値ａを計算して設定し、装置コントローラ５０の内部メモリ５０ｍ（図１）に格納する。脈波電圧値Ｖｏｕｔに当該校正値ａを乗算することにより、リアルタイムに血圧値を表示できる。

ａ＝（Ｐｍａｘ−Ｐｍｉｎ）／（Ｖｍａｘ−Ｖｍｉｎ） （６）

図２０の減圧処理において、各減圧速度Ｇｒ１，Ｇｒ２，Ｇｒ３は、Ｇｒ２＞Ｇｒ１＝Ｇｒ３の関係で設定することで、より早く最小血圧値Ｐｍｉｎを測定でき、血圧測定全体の時間を短縮できる。ここで、減圧速度Ｇｒ１及びＧｒ３を互いに異なるように設定してもよいし、Ｇｒ１＝Ｇｒ２＝Ｇｒ３と設定してもよい。さらに、減圧速度Ｇｒ１，Ｇｒ３は、以下のごとく、血管脈波信号の１拍時間Ｔ１の長さに応じて変更して設定することが好ましい。
（１）１拍時間Ｔ１が長くなるとき、減圧速度を小さくする。
（２）１拍時間Ｔ１が短くなるとき、減圧速度を大きくする。
すなわち、１拍時間Ｔ１と減圧速度との関係が反比例の関係となるように減圧速度を設定する。

実際には、例えば、所定のしきい値時間Ｔ１ｔｈ１，Ｔ１ｔｈ２（Ｔ１ｔｈ１＞Ｔ１ｔｈ２）及び所定の減圧速度値Ｇｒｐ１，Ｇｒｐ２，Ｇｒｐ３（Ｇｒｐ１＜Ｇｒｐ２＜Ｇｒｐ３）を設定し、
（Ａ）Ｔ１＞Ｔ１ｔｈ１のとき、減圧速度を所定値Ｇｒｐ１に設定する。
（Ｂ）Ｔ１ｔｈ１≧Ｔ１≧Ｔ１ｔｈ２のとき、減圧速度を所定値Ｇｒｐ２に設定する。
（Ｃ）Ｔ１＜Ｔ１ｔｈ２のとき、減圧速度を所定値Ｇｒｐ３に設定する。

以上説明したように、血管脈波信号の１拍時間Ｔ１の長さに応じて減圧速度を設定することで、最大血圧値Ｐｍａｘ及び最小血圧値Ｐｍｉｎを従来技術に比較して高精度で測定できる。

図２２は図１９の血圧測定装置において、血管脈波信号から減圧ステップ指示信号を発生するための回路の構成を示すブロック図である。図２０の血圧測定処理において、ステップＳ４４及びＳ４７の減圧処理において、２つのステップ減圧法による減圧を実行するが、このとき、ステップ減圧の減圧周期を、血管脈波信号の周期に同期させることで、最大血圧値Ｐｍａｘ及び最小血圧値Ｐｍｉｎを従来技術に比較して高精度で測定できる。具体的には、脈波及び圧力検出印加装置２０Ｅからの血管脈波信号の出力電圧Ｖｏｕｔを、電圧増幅器３２により増幅した後、クロック再生回路７１により血管脈波信号に同期するクロック信号を再生し、これを減圧ステップ信号として用いる。当該減圧ステップ信号に同期させて、５関節リンク機構２１のステッピングモータＭ１，Ｍ２を動作させることで、ステップＳ４４及びＳ４７の減圧処理を行う。

以上の血圧測定装置において、ステップ減圧を最大血圧値Ｐｍａｘの測定時及び最小血圧値Ｐｍｉｎの測定時に行っているが、本発明はこれに限らず、少なくとも一方のみにステップ減圧を行ってもよい。

第２の実施形態の変形例．
図２３は第２の実施形態の変形例に係る血圧測定装置によって実行される血圧測定処理のタイミングチャートである。また、図２４は第２の実施形態の変形例に係る血圧測定装置の装置コントローラ５０（図１）によって実行される血圧測定処理のフローチャートである。第２の実施形態の変形例に係る血圧測定処理は、図２１及び図２２の第２の実施形態に係る血圧測定処理に比較して、以下の点が異なる。
（１）ステップＳ４１の事前測定処理に代えて、ステップＳ４１Ａにおいて事前測定演算処理を行う。すなわち、校正値ａが事前に計算された（もしくは事前に圧力値が校正された）ＭＥＭＳ圧力センサ３０を用いて、最大脈波電圧値Ｖｍａｘ、最小脈波電圧値Ｖｍｉｎ、定常電圧振幅Ｖｄ（＝Ｖｍａｘ−Ｖｍｉｎ）及び１拍時間Ｔ１（血管脈波信号の周期）に加えて、最大圧力値Ｐｍａｘｐｒｅ及び最小圧力値Ｐｍｉｎｐｒｅを演算する。次いで、ステップＳ４２〜Ｓ４６の処理は図２１と同様に実行される。
（２）ステップＳ４７〜Ｓ５０に代えて、ステップＳ５１及びＳ５０の処理を実行する。ステップＳ５１において、最大血圧値Ｐｍａｘに基づく最小血圧値Ｐｍｉｎの演算処理を行う。なお、ステップＳ５０の処理は図２１と同様に実行される。
以下、相違点について詳述する。

ステップ４１Ａでは、校正値ａが事前に計算された（もしくは事前に圧力値が校正された）ＭＥＭＳ圧力センサ３０を用いて、最大脈波電圧値Ｖｍａｘ、最小脈波電圧値Ｖｍｉｎ、定常電圧振幅Ｖｄ（＝Ｖｍａｘ−Ｖｍｉｎ）及び１拍時間Ｔ１（血管脈波信号の周期）を測定した後、次式を用いて、最大圧力値Ｐｍａｘｐｒｅ及び最小圧力値Ｐｍｉｎｐｒｅを演算する。なお、校正値ａは事前の血圧測定処理のステップＳ５０において演算された値であってもよいし、事前の校正処理において演算された校正値ａを用いてもよい。

Ｐｍａｘｐｒｅ＝ａ×Ｖｍａｘ （７）
Ｐｍｉｎｐｒｅ＝ａ×Ｖｍｉｎ （８）

ステップＳ５１では、ステップＳ４６において測定された最大血圧値Ｐｍａｘと、ステップＳ４１Ａにおいて演算された最大圧力値Ｐｍａｘｐｒｅ及び最小圧力値Ｐｍｉｎｐｒｅとに基づいて、次式を用いて、血圧オフセット値Ｐｏｆｆｓｅｔ及び最小血圧値Ｐｍｉｎを推定演算して、測定された最大血圧値Ｐｍａｘ及び推定演算された最小血圧値Ｐｍｉｎを表示部６０に出力して表示する。

Ｐｍｉｎ＝Ｐｍｉｎｐｒｅ＋Ｐｏｆｆｓｅｔ （９）
Ｐｏｆｆｓｅｔ＝Ｐｍａｘ−Ｐｍａｘｐｒｅ （１０）

以上のように構成された第２の実施形態の変形例によれば、最小血圧値Ｐｍｉｎを測定しないで推定演算できるので、第２の実施形態に比較して高速で最大血圧値Ｐｍａｘ及び最小血圧値Ｐｍｉｎを測定することができる。なお、ステップＳ４４の減圧処理における減圧ステップ及び減圧速度については、第２の実施形態と同様に設定することで高精度に最大血圧値Ｐｍａｘを測定できる。

第３の実施形態．
図２５は本発明の第３の実施形態に係る血圧測定装置に用いる脈波及び圧力検出印加装置２０Ｆを手首の橈骨動脈部７に装着したときの斜視図である。図２５において、第３の実施形態に係る血圧測定装置では、図１９の第２の実施形態に比較して、血管脈波信号を測定するために光探触子回路１２０を用いたことを特徴としている。その他の構成は第２の実施形態及びその変形例と同様であり、血圧測定処理も同様に実行する。

図２６は図２５の光探触子回路１２０内の反射型光探触子１１２の構成を示す側面図である。図２６において、光探触子１１２は、所定の保持部１１３に発光素子１１４と受光素子１１６とが回路基板１１８に取り付けられて配置されて構成される。保持部１１３は、回路基板１１８を内蔵し、発光素子１１４の光放射部と、受光素子１１６の光検出部とを表面に突き出して配置する部材で、例えば適当なプラスチック材料を成形してなる。発光素子１１４としては、発光ダイオード（Light Emission Diode: ＬＥＤ）を用いることができ、例えば赤外ＬＥＤが用いられる。また、受光素子１１６としては、フォトダイオード又はフォトトランジスタを用いられる。

発光素子１１４と受光素子１１６とは、近接して配置されることが好ましいが、発光素子１１４からの光が受光素子１１６に直接入らないように、間に遮光璧を設ける等の構造的工夫をすることが好ましい。あるいは、レンズを発光素子１１４と受光素子１１６に設け、指向性を高めることもよい。図２６の例では、発光素子１１４と受光素子１１６が１つずつ設けられているが、複数の発光素子１１４、複数の受光素子１１６を設けるものとしてもよい。また、受光素子１１６の周りを複数の発光素子１１４で囲むように配置してもよい。光探触子１１２には、図示されていない適当なバンド、テープ等で被測定者６の血管８の脈拍の検出に適した部位に取り付けられる。図２６では、光探触子１１２が手首の橈骨動脈部７に取り付けられる様子が示されているが、これ以外に、腕の肘部の内側に対応する上腕動脈部、指尖部、心臓の近傍等の部位に光探触子１１２を取り付けてもよい。

図２７は図２５の光探触子回路１２０の構成を示す回路図である。図２７において、光探触子回路１２０は、発光素子１１４に対する駆動回路と、受光素子１１６に対する検出回路とにより構成され、検出回路からの出力信号を直接に駆動回路に入力させることで同期帰還させて自励発振回路を構成する。

発光素子１１４に対する駆動回路としては、電源電圧Ｖｃｃと接地の間に発光素子１１４と駆動トランジスタ１２４とを直列に接続して駆動トランジスタ１２４の制御端子であるベースを所定のバイアス条件とする構成が用いられる。この構成において、駆動トランジスタ１２４のベースヘの入力信号がハイとなると、駆動トランジスタ１２４がオンして、発光素子１１４に駆動電流が流れる。これによって発光素子１１４が発光し、その光が皮膚を介して血管８に向けて放射される。また、受光素子１１６のための検出回路としては、正の電源電圧Ｖｃｃと負の電源電圧−Ｖｃｃとの間に負荷抵抗１２２とトランジスタ１２３と受光素子１１６とが直列に接続される構成が用いられる。この構成において、発光素子１１４の光によって照射された血管８からの反射光（透過光）を皮膚を介して受光素子１１６が受光することで、受光素子１１６に光電流が発生する。その光電流の大きさは、負荷抵抗１２２に流れる電流の大きさに対応する出力電圧Ｖｏｕｔの信号（出力電圧信号）として出力される。なお、出力電圧Ｖｏｕｔの信号は自励発振信号であるので交流信号である。

上記自励発振回路を構成する光探触子回路１２０からの出力電圧信号は、図１と同様に、増幅器３０Ａ及びＡ／Ｄ変換器３１を介して装置コントローラ５０に出力される。このように、発光素子１１４から光が血管８（正確には、例えば酸化ヘモグロンビンを含む血液が充填された血管の血管壁）により放射され、血管８からの反射光を受光素子１１６が受け取る場合には、発光素子１１４から受光素子１１６に直接入射する光の影響がないものとして、光探触子回路１２０からの出力電圧信号は光の伝搬距離（発光素子１１４から放射された光が受光素子１１６に到達するまでの距離をいう。）に応じて出力電圧Ｖｏｕｔが変化するので、血管８が脈動により変化すると、出力電圧Ｖｏｕｔが変化し、すなわち、出力電圧Ｖｏｕｔは脈動の変化に対応して変化する。

特許文献１〜３などの従来技術では、大きな出力電圧の変化を得ることができなかったために、その周波数変化を電圧変化に変換して、脈動の変化を検出していたが、本実施形態では、図２７に示すように、光探触子回路１２０内の検出回路の出力信号を直接に駆動回路の入力信号として同期帰還させて自励発振させて自励発振信号を発生させ、出力電圧Ｖｏｕｔ（交流信号である自励発振信号の振幅幅（変化量））が実質的に最大となるように制御して設定することで、脈動波形をきわめて簡単に得ることができる。

以上の第３の実施形態に係る血圧測定装置では、光探触子回路１２０を用いて血管脈波信号を測定するとともに、校正圧力センサ３９を用いて脈圧を測定することで、第２の実施形態及びその変形例と同様に血圧測定処理を実行できる。特に、第３の実施形態では、従来技術に比較して、減圧処理におけるステップ減圧及び高速測定（第２の実施形態の変形例における、最大血圧Ｐｍａｘに基づく最小血圧Ｐｍｉｎの演算及び測定）については新規性及び進歩性を有するものである。

第２及び第３の実施形態の変形例．
図１９において、脈波及び圧力検出印加装置２０ＥのＭＥＭＳ圧力センサ３０に対して、５関節リンク機構２１により圧力が印加されるが、本発明はこれに限らず、５関節リンク機構２１に代えて、図１６Ａのように圧力アクチュエータ３６により圧力を印加してもよい。

図２５において、脈波及び圧力検出印加装置２０Ｆの光探触子回路１２０に対して、５関節リンク機構２１により圧力が印加されるが、本発明はこれに限らず、５関節リンク機構２１に代えて、図１６Ａのように圧力アクチュエータ３６により圧力を印加してもよい。

第４の実施形態．
図２８は本発明の第４の実施形態に係る睡眠状態モニタリングシステム１０Ａの構成を示すブロック図である。睡眠状態モニタリングシステム１０Ａは、図１の血管脈波測定システム１０に比較して以下の点が異なる。
（１）手首の橈骨動脈部７に脈波及び圧力検出印加装置２０Ｅに装着し、指尖部９に光探触子回路１２０を装着したこと。
（２）装置コントローラ５０に代えて、覚醒状態／睡眠状態判別処理モジュール５３Ａを有する装置コントローラ５０Ａを備えたこと。覚醒状態／睡眠状態判別処理モジュール５３Ａは、図３０の覚醒状態／睡眠状態判別処理を実行することにより、人体の被測定者６が覚醒状態であるか睡眠状態であるかを判別して表示部６０Ａに表示する。
（３）表示部６０に代えて、表示部６０Ａを備えたこと。表示部６０Ａは、各表示６１〜６３に加えて、脳波表示６４と、覚醒状態を示す発光ダイオード（ＬＥＤ）６５と、睡眠状態を示す発光ダイオード（ＬＥＤ）６６とを備える。
（４）人体の被測定者６の頭部に複数の脳波電極７０ａを装着し、複数の脳波電極７０ａからの各脳波信号に基づいて複数の脳波を測定する脳波計７０を設けたこと。脳波計７０からの複数の脳波信号は装置コントローラ５０Ａを介して表示部６０Ａに伝送されて脳波表示６４に表示される。

なお、図３０の覚醒状態／睡眠状態判別処理における最大血圧値Ｐ１，Ｐ２の測定方法は、第２及び第３の実施形態もしくは変形例で説明した血圧測定方法を用いる。

図２９は図２８の睡眠状態モニタリングシステム１０Ａに用いる、脈波及び圧力検出印加装置２０Ｅを手首の橈骨動脈部７に装着しかつ光探触子回路１２０を指尖部９に装着したときの斜視図である。図１９を参照して詳細説明した脈波及び圧力検出印加装置２０Ｅにおいて、ＭＥＭＳ圧力センサ３０は５関節リンク機構２１を備え、血管脈波信号を発生して装置コントローラ５０Ａに出力する。また、校正圧力センサ（例えばＭＥＭＳ圧力センサ、歪み圧力センサなどで構成される）３９は予め圧力値が校正されかつ装置コントローラ５０により制御される５関節リンク機構２１により手首の橈骨動脈部７に対して応力を印加したときの圧力値を測定して当該圧力値を示し信号を装置コントローラ５０Ａに出力する。光探触子回路１２０（図２５及び図２６参照）は指尖部９の指尖脈波信号を検出して装置コントローラ５０Ａに出力する。

装置コントローラ５０Ａは、第２の実施形態と同様の血圧測定方法により、ＭＥＭＳ圧力センサ３０からの橈骨動脈部７の脈波信号と、校正圧力センサ３９からの圧力値とに基づいて、橈骨動脈部７の最大血圧値Ｐ１を測定することができる。また、装置コントローラ５０Ａは、第３の実施形態と同様の血圧測定方法により、光探触子回路１２０からの指尖脈波信号に基づいて指尖部９の最大血圧値Ｐ２を測定することができる。

図３０は図２８の装置コントローラ５０Ａにより実行される覚醒／睡眠状態判別処理を示すフローチャートである。

図３０のステップＳ６１において、直近の所定周期分（例えば２１周期分）の脈波波形データをバッファメモリに格納する。次いで、ステップＳ６２において、脈波波形データに基づいて、橈骨動脈部７の脈波信号に基づく最大血圧値Ｐ１を測定し、指尖脈波信号に基づく最大血圧値Ｐ２を測定し、ステップＳ６３において、所定の時間期間（例えば２〜５周期）において最大血圧値Ｐ１が所定のしきい値Ｐｔｈ１以上増加しているときに最大血圧値Ｐ２が所定のしきい値Ｐｔｈ２以上減少しているか否かが判断され、ＹＥＳのときはステップＳ６４に進む一方、ＮＯのときはステップＳ６５に進む。ステップＳ６４では、人体の被測定者６は覚醒状態と判断して発光ダイオード（ＬＥＤ）６５を点灯させ、ステップＳ６１に戻る。ステップＳ６５において所定の時間期間（例えば２〜５周期）において、最大血圧値Ｐ１が上記しきい値Ｐｔｈ１（上記しきい値Ｐｔｈ１とは異なるしきい値であってもよい）以上増加しているときに最大血圧値Ｐ２が所定のしきい値Ｐｔｈ３以上増加しているか否か、もしくは、最大血圧値Ｐ１が上記しきい値Ｐｔｈ１（上記しきい値Ｐｔｈ１とは異なるしきい値であってもよい）以上減少しているときに最大血圧値Ｐ２が上記しきい値Ｐｔｈ３（上記しきい値Ｐｔｈ３とは異なるしきい値であってもよい）以上減少しているか否かが判断され、ＹＥＳのときはステップＳ６６に進む一方、ＮＯのときはステップＳ６１に戻る。ステップＳ６６において人体の被測定者６は睡眠状態と判断して発光ダイオード（ＬＥＤ）６５を点灯させ、ステップＳ６１に戻る。

以上のように構成された睡眠状態モニタリングシステムでは、脳波、及び血圧（圧力センサによる脈圧モニタリング）と、指尖部９と手首の橈骨動脈部７の２カ所の脈波信号（光センサによる脈波モニタリング）の同期測定により、測定機能一体型の小型簡易睡眠状態監視装置を構成できる。ここで、「脳波の覚醒状態・睡眠状態（脳波計７０）」と、「手首の橈骨動脈の血圧（ＭＥＭＳ圧力センサ３０又は変形例に係る光センサ）」と、「指先の毛細血管の血圧（光センサ）」を同期比較することで、脳波の覚醒時と睡眠時の差異パターンを検出することができる。脳波が睡眠中を示す場合は、手首の橈骨動脈部７及び指尖部９の最大血圧値Ｐ１，Ｐ２は連動し、すなわち、最大血圧値Ｐ１が増加すれば最大血圧値Ｐ２も増加し、もしくは、最大血圧値Ｐ１が減少すれば最大血圧値Ｐ２も減少する。一方、脳波が覚醒中を示す場合は、最大血圧値Ｐ１，Ｐ２が連動せず、最大血圧値Ｐ１が増加するが、最大血圧値Ｐ２は減少するパターンとなる。これらの知見は発明者が発見したものであり、その知見に基づいて本実施形態に係る睡眠状態モニタリングシステムを発明した。以上のようにして、最大血圧値Ｐ１，Ｐ２に基づいて人体の被測定者６が覚醒状態か睡眠状態かを判別することができる。

以上の図２８の睡眠状態モニタリングシステム１０Ａにおいて、脳波電極７０ａ、脳波計７０及びそれに付随する回路及び脳波表示６４については、省略してもよい。

また、図２８の睡眠状態モニタリングシステム１０Ａでは、覚醒状態のときに発光ダイオード６５を点灯させ、睡眠状態のときに発光ダイオード６６を点灯させるように表示しているが、本発明はこれに限らず、音、音声又は振動により通知し、もしくは外部回路にそれを示すデータを出力するなど報知してもよい。

図３１は図２９の変形例であって、図２８の睡眠状態モニタリングシステムに用いる、脈波及び圧力検出印加装置２０Ｆを手首の橈骨動脈部７に装着しかつ光探触子回路１２０を指尖部９に装着したときの斜視図である。すなわち、図２９において、図１９の脈波及び圧力検出印加装置２０Ｅに代えて、図２５の脈波及び圧力検出印加装置２０Ｆを用いてもよい。これにより、脈波及び圧力検出印加装置２０Ｆからの橈骨動脈部７の脈波信号に基づいて、装置コントローラ５０Ａは橈骨動脈部７の最大血圧値Ｐ１を測定することができる。

図３２は、図１６Ａの変形例であって、図３２（ａ）は圧力アクチュエータ３６及びＭＥＭＳ圧力センサ３０を備えた脈波及び圧力検出印加装置２０ＡＡの構成を示す縦断面図であり、図３２（ｂ）は脈波及び圧力検出印加装置２０ＡＡの下面図である。図３２において、円形孔３７ｃを有する筐体基板３７Ｓ上に筐体３７が形成される。筐体基板３７Ｓの下面には粘着シート４０が貼付され、円形孔４０ｃを有し厚さ０．５ｍｍ〜１ｍｍの粘着シート４０の下面４０ａは手首の橈骨動脈部７の皮膚に密着される。実施例において、円形孔３７ｃの直径は１ｍｍであり、円形孔４０ｃの直径は３ｍｍであり、粘着シート４０は４ｍｍ×４ｍｍのサイズを有する。ここで、ＭＥＭＳ圧力センサ３０の下面のダイアフラム３０ｄと、円形孔３７ｃ，４０ｃとが実質的に同心円となるように形成される。また、ＭＥＭＳ圧力センサ３０より面積が大きい粘着シート４０を用いることで人体の皮膚に確実に接着される。

以上のように構成された脈波及び圧力検出印加装置２０ＡＡにおいて、ＭＥＭＳ圧力センサ３０よりも面積が大きい粘着シート４０に円形孔（空気孔）４０ｃを形成し、手首の橈骨動脈部７からの脈圧を円形孔３７ｃ，４０ｃにより形成された空間４１を介して、ＭＥＭＳ圧力センサ３０のダイアフラム３０ｄに伝達させる。これにより、橈骨動脈部７が円形孔３７ｃ，４０ｃの中心から若干ずれても、ＭＥＭＳ圧力センサ３０の位置の余裕度を大きくすることができ、橈骨動脈部７からの脈圧を確実に得ることができる。なお、粘着シート４０の代わりにゲルシート等の圧力伝達媒体を使用してもよい。

従来技術と本発明に係る血管脈波測定システムとの相違点について．
本発明に係る血管脈波測定法は、従来技術に係る容積振動法（例えば、特許文献５参照。）や超音波を用いた方法（例えば、特許文献６、非特許文献１参照。）などとは全く異なる原理に基づく測定方法であって、ＭＥＭＳ圧力センサ３０とホイーストンブリッジ回路１５とを組合せて、いわば「ＭＥＭＳ圧力センサ及びホイーストンブリッジ法」と呼ぶ非侵襲的測定方法である。本発明によれば以下の特有の作用効果を有する。
（１）本発明は、血管脈波の振動のみならず、従来技術に係る非侵襲的測定方法では取得しえなかった、覚醒反応による交感神経活動上昇と抹消の血管抵抗の一時的上昇、その後反射的な血管拡張による脈圧低下、並びに、無呼吸による交感神経活動の過剰上昇などの血圧値のベースライン（電圧信号ＤＣレベル）の変化（脈動波形信号のデータ）をも測定でき、しかも装置構成が簡単でしかもサイズが極めて小さい、ＭＥＭＳ圧力センサ３０を含む脈波及び圧力検出印加装置２０，２０Ａ，２０Ｂを用いて血管脈波測定システムを実現できるという特有の作用効果を有している。
（２）また、上記脈波波形信号のデータを用いて、従来技術に比較して簡単な構成でかつ高精度で、無呼吸状態などの呼吸異常を検出することができる。
（３）さらに、上記脈波波形信号のデータを用いて、従来技術に比較して極めて簡単な校正でかつ高精度で、血管脈波信号の血圧値電圧を血圧値に変換するように校正することができる。

非特許文献１では、動脈系内の血管脈波の強度（Wave Intensity）の超音波計測について説明されており、その図２．４４は、ヒトの総頸動脈において、超音波エコートラッキング法で測定した血管径変化波形とカテーテル先端圧力計で測定した血管波形を示し、両者の関係は一心周期全体で完全に相似とはいえないが、実用上十分な制度で相似とみなすことができる。特に、血管脈波の強度（Wave Intensity）が定義される駆出期ではほぼ完全に相似である。本発明に係る血管脈波測定法でも、光の発振信号を用いて血管径変化波形（血管脈波）を得ることができる。

以上詳述したように、本発明に係る睡眠状態モニタリングシステムは、橈骨動脈部７の最大血圧値Ｐ１と、指尖部９の最大血圧値Ｐ２を測定して、それらの測定値の増加又は減少パターンに基づいて、脳波計７０を用いずに、人体の被測定者６が覚醒状態か睡眠状態かを判別することができる。

６…被測定者、
７…橈骨動脈部、
９…指尖部、
１０…血管脈波測定システム、
１０Ａ…睡眠状態モニタリングシステム、
１１…直流電圧源、
１２…ＭＥＭＳ圧力センサ抵抗、
１５…ホイーストンブリッジ回路、
２０，２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄ，２０Ｅ，２０Ｆ…脈波及び圧力検出印加装置、
２１…５関節リンク機構、
２２…筐体、
２２ａ，２２ｂ…軸受け孔、
３０…ＭＥＭＳ圧力センサ、
３０Ａ…増幅器、
３０ｄ…ダイアフラム、
３１−１〜３１−Ｎ…単位センサ回路、
３２…電圧増幅器、
３３…Ａ／Ｄ変換器、
３４…制御信号線、
３６…圧力アクチュエータ、
３７…筐体、
３７Ａ…ジェルシート、
３７Ｓ…筐体基板、
３８…充填材、
３８Ａ…ジェル、
３９…校正圧力センサ、
４０…粘着シート、
５０…装置コントローラ、
５０ｍ…内部メモリ、
５１…血管脈波測定処理モジュール、
５２…血圧値校正処理モジュール、
５３…睡眠状態判別処理モジュール、
５３Ａ…覚醒状態／睡眠状態判別処理モジュール、
６０…表示部、
６１，６２…脈動波形表示、
６３…血管脈波測定値表示、
６４…脳波表示、
６５，６６…発光ダイオード（ＬＥＤ）、
７０…脳波計、
７０ａ…脳波電極、
７１…クロック再生回路、
１１２…光探触子、
１１３…保持部、
１１４…発光素子、
１１６…受光素子、
１１８…回路基板、
１２０…光探触子回路、
１２２…負荷抵抗、
１２４…駆動トランジスタ、
１２５…センサコントローラ、
１２６…距離選択スイッチ、
１２７…素子選択スイッチ、
１３０…増幅器、
Ｊ１〜Ｊ５…関節、
Ｌ１〜Ｌ４…リンク、
Ｍ１，Ｍ２…ステッピングモータ。

Claims (5)

1. 人体の橈骨動脈部の血管上の皮膚を介して設けられ当該血管に流れる脈波の圧力変化を検出して血管脈波信号の電圧値として測定する第１の圧力センサと、
   印加する圧力値を制御可能な圧力印加機構と、
   上記第１の圧力センサの近傍に設けられ、圧力値が予め校正されかつ上記圧力印加機構により第２の圧力センサ及び上記皮膚を介して上記血管に対して応力を印加するときの圧力値を検出する第２の圧力センサと、
   上記人体の指尖部の血管上の皮膚を介して設けられ当該血管に流れる脈波の圧力変化を検出して血管脈波信号の電圧値として測定する第３のセンサと、
   上記各血管脈波信号及び上記検出される圧力値に基づいて、上記橈骨動脈部の第１の最大血圧値及び上記指尖部の第２の最大血圧値を測定する制御手段とを備える睡眠状態モニタリングシステムであって、
   上記制御手段は、
   （Ａ）所定の時間期間において上記第１の最大血圧値が所定の第１のしきい値以上増加しているときに上記第２の最大血圧値が所定の第２のしきい値以上減少しているときに、上記人体が覚醒状態であると判断し、
   （Ｂ）上記時間期間において、上記第１の最大血圧値が上記第１のしきい値以上増加しているときに上記第２の最大血圧値が所定の第３のしきい値以上増加し、もしくは、上記第１の最大血圧値が上記しきい値以上減少しているときに上記第２の最大血圧値が上記第３のしきい値以上減少しているとき、上記人体が睡眠状態であると判断することを特徴とする睡眠状態モニタリングシステム。
2. 上記判断結果を報知する報知手段をさらに備えることを特徴とする請求項１記載の睡眠状態モニタリングシステム。
3. 上記人体の脳波を測定して表示する脳波測定手段をさらに備えることを特徴とする請求項１又は２記載の睡眠状態モニタリングシステム。
4. 上記第１及び第２の圧力センサはそれぞれ、上記血管に流れる脈波の圧力変化を抵抗値変化として検出するＭＥＭＳ圧力センサであり、
   上記第３のセンサは、
   皮膚を介して血管に光を放射する発光素子と、上記血管からの反射光又は上記血管を介した透過光を皮膚を介して受光する受光素子とを含む光探触子と、
   入力される駆動信号に基づいて上記発光素子を駆動する駆動回路と、
   上記受光素子により受光された光を電気信号に変換して上記駆動信号として出力する検出回路とを備えた光探触子回路を用いて構成された光センサであることを特徴とする請求項１〜３のうちのいずれか１つに記載の睡眠状態モニタリングシステム。
5. 上記第１の圧力センサ及び第３のセンサはそれぞれ、
   皮膚を介して血管に光を放射する発光素子と、上記血管からの反射光又は上記血管を介した透過光を皮膚を介して受光する受光素子とを含む光探触子と、
   入力される駆動信号に基づいて上記発光素子を駆動する駆動回路と、
   上記受光素子により受光された光を電気信号に変換して上記駆動信号として出力する検出回路とを備えた光探触子回路を用いて構成された光センサであり、
   上記第２の圧力センサは、上記血管に流れる脈波の圧力変化を抵抗値変化として検出するＭＥＭＳ圧力センサであることを特徴とする請求項１〜３のうちのいずれか１つに記載の睡眠状態モニタリングシステム。

Images