JP6562805B2 - 血圧推定装置 - Google Patents

Description

本発明は血圧推定装置に関する。

従来、脈波センサを用いて被験者から脈波信号を取得し、その脈波信号に基づき血圧を推定する方法が知られている（特許文献１参照）。

特許第３３３００７９号公報

脈波信号に基づき推定した血圧は、カフを用いて測定した血圧に比べて、必ずしも精度が高くない。そのため、脈波信号に基づき推定した血圧を、校正値を用いて校正することが望ましい。校正値は、以下のように決定することができる。すなわち、同一の被験者において同時に、脈波信号に基づき血圧を推定するともに、カフ測定を行う。そして、カフ測定で得られた血圧から、脈波信号に基づき推定した血圧を差し引き、校正値を決定する。

上記の方法で校正値を決定しようとするとき、何らかの理由で、脈波信号に基づく血圧の推定と、カフ測定とのうち、一方でも正常に実行できなかった場合、校正値を決定できない。この場合、両者を再度実行する必要があり、被験者は、カフによる締め付けを再度受けることになるため、身体的負荷が大きい。

本発明は、こうした問題にかんがみてなされたものであり、校正値を決定できない状況の発生を抑制できる血圧推定装置を提供することを目的としている。

本発明の血圧推定装置は、被験者の指から脈波信号を取得する脈波信号取得ユニットと、脈波信号取得ユニットが脈波信号を取得可能な信号取得位置に指があることを検出する指検出ユニットと、信号取得位置に指があることを指検出ユニットが検出することを条件として、脈波信号取得ユニットにより取得した脈波信号に基づき被験者の血圧を推定する血圧推定ユニットと、信号取得位置に指があることを指検出ユニットが検出することを条件として、カフを用いて被験者の血圧を測定するカフ測定ユニットと、血圧推定ユニットにより推定した血圧、及びカフ測定ユニットにより測定した血圧を用いて、校正値を算出する校正値算出ユニットと、血圧推定ユニットが推定した血圧を、校正値を用いて校正する校正ユニットとを備える。

本発明の血圧推定装置は、信号取得位置に指があることを指検出ユニットが検出することを条件として、脈波信号に基づき血圧を推定するとともに、カフ測定を行う。そのため、脈波信号に基づく血圧の推定と、カフ測定との両方を行い、校正値を決定することができる。

血圧推定装置１の構成を表すブロック図である。 制御部３の機能的構成を表す説明図である。 血圧推定装置１の外観を表す斜視図である。 血圧推定装置１が実行する血圧推定処理を表すフローチャートである。 血圧推定装置１が実行する校正値決定処理を表すフローチャートである。

本発明の実施形態を図面に基づき説明する。
＜第１の実施形態＞
１．血圧推定装置１の構成
血圧推定装置１の構成を図１〜図３に基づき説明する。図１に示すように、血圧推定装置１は、制御部３、脈波センサ５、カフ７、圧力センサ９、圧力制御部１１、計測スイッチ１３、切り替えスイッチ１５、及び表示部１７を備える。

制御部３は、ＣＰＵ１９と、ＲＡＭ、ＲＯＭ、フラッシュメモリ等の半導体メモリ（以下、メモリ２１とする）とを有する周知のマイクロコンピュータを中心に構成される。制御部３の各種機能は、ＣＰＵ１９が非遷移的実体的記録媒体に格納されたプログラムを実行することにより実現される。この例では、メモリ２１が、プログラムを格納した非遷移的実体的記録媒体に該当する。また、このプログラムの実行により、プログラムに対応する方法が実行される。なお、制御部３を構成するマイクロコンピュータの数は１つでも複数でもよい。

制御部３は、ＣＰＵ１９がプログラムを実行することで実現される機能の構成として、図２に示すように、脈波信号取得ユニット２３、血圧推定ユニット２５、カフ測定ユニット２７、校正値算出ユニット２９、校正ユニット３１、指検出ユニット３３、カフ測定終了ユニット３７、及び報知ユニット３９を備える。制御部３を構成するこれらの要素を実現する手法はソフトウェアに限るものではなく、その一部又は全部の要素を、論理回路やアナログ回路等を組み合わせたハードウェアを用いて実現してもよい。

脈波センサ５は、被験者の指から脈波信号を取得可能な周知のセンサである。脈波センサ５は、図２に示すように、発光ダイオード（ＬＥＤ）４１とフォトダイオード（ＰＤ）４３とを備える。発光ダイオード４１は、被験者の指における皮膚に対して緑色の光（５０００Å〜８０００Åの波長を含む光）を照射する。この光は皮膚の毛細血管内において反射される。フォトダイオード４３は、その反射光を受光し、電気信号として取り出す。取り出した電気信号は、被験者の脈波を反映して変動する脈波信号である。

カフ７、圧力センサ９、及び圧力制御部１１は、カフを用いる周知の血圧測定（以下では、カフ測定とする）を実行するための構成である。カフ７は、ゴム製袋を布製帯状袋内に収容した構造を有する。カフ７は、被験者の腕のうち、脈波信号を取得する指が属する腕とは反対側の腕に巻き回される。

圧力センサ９は、カフ７内の圧力を検出する。圧力制御部１１は、カフ７内の圧力を制御する。カフ測定は以下のように行う。まず、圧力制御部１１を用いて、カフ７内の圧力を１８０ｍｍＨｇ程度の目標圧迫圧とする。次に、圧力制御部１１を用いて、カフ７内の圧力を、３ｍｍＨｇ／ｓｅｃ程度の緩やかな速度で下降させる。圧力を下降させている過程で圧力センサ９により得られる信号における振幅の変化に基づき、オシロメトリックス方式の血圧値決定プログラムに従って、最高血圧値、平均血圧値、及び最低血圧値を測定する。

計測スイッチ１３は、ユーザにより操作されるスイッチである。計測スイッチ１３が操作されたとき、後述する血圧推定処理、又は校正値決定処理が実行される。
切り替えスイッチ１５は、ユーザにより操作されるスイッチであって、ユーザの操作に応じて、「校正」と「測定」とのうちの一方を設定することができる。「測定」が設定されているときに計測スイッチ１３が操作されると、血圧推定装置１は血圧推定処理を実行する。また、「校正」が設定されているときに計測スイッチ１３が操作されると、血圧推定装置１は校正値決定処理を実行する。表示部１７は、画像を表示可能なディスプレイである。

図３に示すように、血圧推定装置１は、箱型の筐体４５を備え、その筐体４５の上面に表示部１７、脈波センサ５、計測スイッチ１３、及び切り替えスイッチ１５が配置されている。また、筐体４５の側面はカフ７に接続している。制御部３は筐体４５内に収容されている。

２．血圧推定装置１が実行する処理
（２−１）血圧推定処理
血圧推定装置１が実行する血圧推定処理を図４に基づき説明する。血圧推定装置１は、切り替えスイッチ１５において「測定」が設定されているときに計測スイッチ１３が操作されると、血圧推定処理を実行する。なお、血圧推定処理を実行するとき、図３に示すように、被験者の指４７は脈波センサ５の上に載せられる。このときの指４７の位置は、脈波信号を取得可能な信号取得位置に対応する。

図４のステップ１では、脈波信号取得ユニット２３が、脈波センサ５を用いて所定期間継続して、脈波信号を取得する。
ステップ２では、血圧推定ユニット２５が、前記ステップ１において取得した脈波信号に基づき被験者の血圧を推定する。脈波信号に基づき血圧を推定する方法は、周知の方法（例えば、実開平７−９３０５号公報、特開平７−３０８２９５号公報等に開示された方法）の中から適宜選択することができる。

ステップ３では、校正ユニット３１が、血圧の校正を行う。血圧の校正とは、前記ステップ２で推定した血圧に、校正値を加える処理である。校正値とは、同一の被験者について同時に、カフ７を用いた血圧測定と、前記ステップ２の方法による血圧推定とを行い、前者の測定値から後者の推定値を差し引いた値である。校正値は、後述する校正値決定処理により決定され、メモリ２１に記憶されている。

ステップ４では、報知ユニット３９が、前記ステップ３で校正した後の血圧を表示部１７に表示する。
（２−２）校正値決定処理
血圧推定装置１が実行する校正値決定処理を図５に基づき説明する。血圧推定装置１は、切り替えスイッチ１５において「校正」が設定されているときに計測スイッチ１３が操作されると、校正値決定処理を実行する。なお、校正値決定処理を実行するとき、図３に示すように、被験者の指４７は脈波センサ５の上に載せられる。また、カフ７は、被験者の腕のうち、指４７が属する腕とは反対側の腕に巻き回される。

図５のステップ１１では、報知ユニット３９が表示部１７に校正開始表示を表示する。校正開始表示とは、「校正を開始します。脈波センサに指をのせて下さい。」という文字から成る表示である。

ステップ１２では、脈波信号取得ユニット２３が、脈波センサ５を用いて脈波信号の取得を開始する。脈波信号の取得は、後述するステップ１７で肯定判断するか、校正値決定処理が終了するまで継続する。

ステップ１３では、前記ステップ１２で取得を開始した脈波信号のうち、最初の一拍の脈波信号が予め設定された正常範囲内にあるか否かを指検出ユニット３３が判断する。正常範囲とは、脈波信号の振幅に関する範囲である。正常範囲は、被験者の指４７が脈波センサ５の上に正しく載っているときの脈波信号の振幅をカバーする範囲である。最初の一拍の脈波信号が正常範囲内にある場合はステップ１４に進み、正常範囲外にある場合はステップ１５に進む。

なお、最初の一拍の脈波信号が正常範囲内にあるならば、指４７は脈波センサ５の上に載っていることになる。すなわち、脈波センサ５の上は、脈波信号を取得可能な信号取得位置である。よって、ステップ１３は、脈波信号を取得可能な信号取得位置に指４７があるか否かを判断する。指検出ユニット３３は、脈波信号を取得可能な信号取得位置に指４７があることを検出する。

ステップ１４では、報知ユニット３９が表示部１７にカフ圧迫開始表示を表示する。カフ圧迫開始表示とは、「カフを圧迫します。圧迫終了後も脈波センサに指をのせていてください。」という文字から成る表示である。

ステップ１５では、報知ユニット３９が表示部１７に信号不安定表示を表示する。信号不安定表示とは、「脈波センサからの信号が不安定です。適切に指をのせているか確認してください。」という文字から成る表示である。ステップ１５の後、ステップ１２に戻る。

ステップ１６では、カフ測定ユニット２７が、カフ測定を開始する。カフ測定の詳細は上述したとおりである。
ステップ１７では、脈波信号の取得時間が予め設定された値Ｔ１に達したか否かを脈波信号取得ユニット２３が判断する。脈波信号の取得時間とは、前記ステップ１２で脈波信号の取得を開始した時点から、その時点までの時間であって、脈波信号を継続的に取得している時間である。値Ｔ１は正の値である。脈波信号の取得時間が値Ｔ１に達した場合はステップ１８に進み、未だ達していない場合はステップ２４に進む。

ステップ１８では、指４７を脈波センサ５から外してもよいことを、報知ユニット３９が表示部１７に表示する。
ステップ１９では、前記ステップ１２において取得し始めた脈波信号に基づき被験者の血圧を推定する。血圧の推定方法は前記ステップ２と同様である。

ステップ２０では、前記ステップ１６で開始したカフ測定が終了したか否かをカフ測定ユニット２７が判断する。カフ測定が終了した場合はステップ２１に進み、カフ測定が未だ終了していない場合はステップ２０の前に戻る。

ステップ２１では、報知ユニット３９が校正終了表示を表示部１７に表示する。校正終了表示とは、「校正を終了します。」という文字から成る表示である。
ステップ２２では、校正値算出ユニット２９が、血圧推定ユニット２５により推定した血圧、及びカフ測定ユニット２７により測定した血圧を用いて、校正値を算出する。具体的には、前記ステップ１６で開始されたカフ測定により測定された血圧から、前記ステップ１９で推定された血圧を差し引くことで校正値を算出する。

ステップ２３では、校正値算出ユニット２９が、前記ステップ２２で算出された校正値をメモリ２１に記憶する。既に校正値がメモリ２１に記憶されていた場合は上書きする。
一方、前記ステップ１７で否定判断された場合はステップ２４に進み、脈波信号の取得が中断したか否かを脈波信号取得ユニット２３が判断する。脈波信号の取得が中断するとは、振幅が正常範囲内にある脈波信号を取得できなくなることを意味する。脈波信号の取得が中断した場合はステップ２５に進み、脈波信号の取得が中断していない場合はステップ１７に進む。

ステップ２５では、脈波信号の取得時間が予め設定された下限値Ｔ２以上であるか否かを脈波信号取得ユニット２３が判断する。本ステップでの取得時間とは、前記ステップ１２で脈波信号の取得を開始した時点から、脈波信号の取得が中断するまでの時間を意味する。また、下限値Ｔ２とは、前記値Ｔ１よりも小さい正の値であって、脈波信号に基づき血圧を推定する上で最低限必要な時間である。

脈波信号の取得時間が下限値Ｔ２以上である場合はステップ１９に進み、脈波信号の取得時間が下限値Ｔ２未満である場合はステップ２６に進む。
ステップ２６では、カフ測定終了ユニット３７が、前記ステップ１６で開始したカフ測定を途中で終了する。

３．血圧推定装置１が奏する効果
（１Ａ）血圧推定装置１は、信号取得位置に指４７があることを指検出ユニット３３が検出することを条件として、脈波信号に基づき血圧を推定するとともに、カフ測定を行う。そのため、脈波信号に基づく血圧の推定と、カフ測定との両方を行い、校正値を確実に決定することができる。

（１Ｂ）血圧推定装置１は、脈波信号の最初の一拍が予め設定された正常範囲内にある場合に、信号取得位置に指４７があると判断する。そのことにより、信号取得位置に指４７があることを容易且つ確実に検出することができる。

（１Ｃ）血圧推定装置１は、脈波信号の取得が中断され、且つ中断されるまでの脈波信号の取得時間が下限値Ｔ２未満である場合、カフ測定を途中で終了させる。脈波信号の取得が中断され、且つ中断されるまでの脈波信号の取得時間が下限値Ｔ２未満である場合とは、脈波信号に基づく血圧の推定を行えない場合である。この場合、校正値を決定できないので、カフ測定は無駄になる。血圧推定装置１は、校正値を決定できない場合のカフ測定を早期に終了させることで被験者の身体的負担を軽減できる。

（１Ｄ）血圧推定装置１は、脈波信号の取得が中断されても、脈波信号の取得時間が下限値Ｔ２以上である場合、カフ測定を継続させる。そのことにより、脈波信号の取得が中断されても、校正値を決定することができる。

（１Ｅ）血圧推定装置１は、脈波信号の取得時間が予め設定された値Ｔ１に達したとき、取得可能位置から指４７を外してよいことを報知する。そのことにより、被験者は指４７を信号取得位置におく時間を短縮でき、被験者の身体的負担を軽減できる。
＜その他の実施形態＞
以上、本発明を実施するための形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されることなく、種々変形して実施することができる。

（１）信号取得位置に指４７があることを検出する方法は他の方法であってもよい。例えば、感圧センサ、温度センサ、光センサ等により、信号取得位置に指４７があることを検出してもよい。

（２）血圧推定装置１は、信号取得位置に指４７があることを検出したときに、脈波信号の取得を開始してもよい。脈波信号の取得を開始するタイミングは、カフ測定を開始するタイミングより早くてもよいし、カフ測定を開始するタイミングと同時であってもよいし、カフ測定を開始するタイミングより遅くてもよい。

（３）脈波信号を取得する指は、いずれの指であってもよい。
（４）脈波センサ５は、発光ダイオード４１に代えて、レーザ光源等の他の光源を有していてもよい。また、脈波センサ５は、フォトダイオード４３に代えて、フォトトランジスタ、ＣＣＤ等の他の光検出器を有していてもよい。

（５）血圧推定装置１は、校正値決定処理が終了したとき、前記ステップ１９で推定した血圧であって、校正前の値と、校正後の血圧と、カフ測定により測定した血圧と、校正値と、のうちの１以上を表示部１７に表示してもよい。

（６）血圧推定装置１は、表示部１７における表示に加えて、または表示に代えて、音声により報知を行ってもよい。音声による報知の内容としては、例えば、前記ステップ１１、１４、１５、１８、２１における表示と同等の内容が挙げられる。

（７）上記実施形態における１つの構成要素が有する機能を複数の構成要素として分散させたり、複数の構成要素が有する機能を１つの構成要素に統合させたりしてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加又は置換してもよい。なお、特許請求の範囲に記載した文言のみによって特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本発明の実施形態である。

（８）上述した血圧推定装置１の他、当該血圧推定装置１を構成要素とするシステム、当該血圧推定装置１の制御部３としてコンピュータを機能させるためのプログラム、このプログラムを記録した半導体メモリ等の非遷移的実態的記録媒体、血圧推定方法、校正値決定方法、血圧の校正方法等、種々の形態で本発明を実現することもできる。

１…血圧推定装置、３…制御部、５…脈波センサ、７…カフ、９…圧力センサ、１１…圧力制御部、１３…計測スイッチ、１５…切り替えスイッチ、１７…表示部、１９…ＣＰＵ、２１…メモリ、２３…脈波信号取得ユニット、２５…血圧推定ユニット、２７…カフ測定ユニット、２９…校正値算出ユニット、３１…校正ユニット、３３…指検出ユニット、３７…カフ測定終了ユニット、３９…報知ユニット、４１…発光ダイオード、４３…フォトダイオード、４５…筐体、４７…指

Claims (4)

1. 被験者の指から脈波信号を取得する脈波信号取得ユニットと、
   前記脈波信号取得ユニットが前記脈波信号を取得可能な信号取得位置に前記指があることを検出する指検出ユニットと、
   前記信号取得位置に前記指があることを前記指検出ユニットが検出することを条件として、前記脈波信号取得ユニットにより取得した前記脈波信号に基づき前記被験者の血圧を推定する血圧推定ユニットと、
   前記信号取得位置に前記指があることを前記指検出ユニットが検出することを条件として、カフを用いて前記被験者の血圧を測定するカフ測定ユニットと、
   前記血圧推定ユニットにより推定した血圧、及び前記カフ測定ユニットにより測定した血圧を用いて、校正値を算出する校正値算出ユニットと、
   前記血圧推定ユニットが推定した血圧を、前記校正値を用いて校正する校正ユニットと、
   前記脈波信号取得ユニットによる前記脈波信号の取得が中断され、且つ中断されるまでの前記脈波信号の取得時間が予め設定された下限値未満である場合、前記カフ測定ユニットによる血圧の測定を終了させるカフ測定終了ユニットと、
   を備える血圧推定装置。
2. 請求項１に記載の血圧推定装置であって、
   前記指検出ユニットは、前記脈波信号取得ユニットにより取得した前記脈波信号が予め設定された正常範囲内にある場合、前記信号取得位置に前記指があることを検出する血圧推定装置。
3. 請求項１又は２に記載の血圧推定装置であって、
   前記脈波信号取得ユニットによる前記脈波信号の取得が中断されても、前記取得時間が前記下限値以上である場合、前記カフ測定終了ユニットは、前記カフ測定ユニットによる血圧の測定を継続させる血圧推定装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の血圧推定装置であって、
   前記脈波信号取得ユニットによる前記脈波信号の取得時間が予め設定された値に達したとき、前記信号取得位置から前記指を外してよいことを報知する報知ユニットをさらに備える血圧推定装置。

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