JP6637701B2 - 圧力計、圧力計測装置、及び血圧計 - Google Patents

Description

本発明は、例えばシート状の荷重センサを用いた、圧力計、圧力計測装置、及び血圧計に関する。

これ迄一般に使用されている血圧計は、オシロメトリック法によるもので、生体（一般に上腕）に巻いたカフに空気を送って動脈を閉塞し、その後、カフを減圧する過程で生じるカフ内空気圧の変化から最高血圧や最低血圧の判定を行っている。

特許文献１は、カフが正しく生体の測定部位へ巻かれていることを確認するために、カフの内面に荷重検知シート（センサ部材）を配置する血圧計を提案している。

特開２０１４−０８１３５５号公報

しかしながら、従来の血圧計では、カフ内の空気圧という間接的な血圧に関する圧力パラメータを用いて血圧を算出している。カフ内の空気圧という間接的な圧力パラメータは、空気やゴム弾性などによる減衰（ダンピング）を原因として、血圧を精度良く反映できていない可能性がある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、動脈の圧力パラメータを精度良く得ることができる、圧力計、圧力計測装置、及び血圧計を提供することを目的とする。

本発明の圧力計は、その一態様では、計測対象生体の動脈を通る血液の圧力に関する圧力パラメータを出力する、荷重センサ部材を含むセンサ手段と、前記荷重センサ部材を挟んで前記計測対象生体と反対側に位置して、前記荷重センサ部材を前記計測対象生体側に押し付ける押圧手段と、前記荷重センサ部材と前記押圧手段との間に位置して前記荷重センサ部材を支える、前記動脈内の血液の最大圧力によって変形しない剛性を有する支持部材と、前記荷重センサ部材より前記計測対象生体側に位置して前記荷重センサ部材と面で接し前記血液の圧力を該面で分散して前記荷重センサ部材に伝える、前記動脈内の血液の最大圧力によって変形しない剛性を有する伝達部材と、を具備し、前記支持部材及び前記伝達部材は、前記荷重センサ部材に対して、電流を流すか又は電圧を印加する一対の電極を構成する、ことを特徴としている。

前記支持部材の剛性は、好ましくは、前記伝達部材の剛性よりも高い。

前記センサ手段は、前記血液の圧力に起因する動脈血管の変位に応じた抵抗変化を前記圧力パラメータとして出力してもよい。

前記センサ手段は、記血液の圧力に起因する動脈血管の変位に応じた静電容量変化を前記圧力パラメータとして出力してもよい。

本発明の圧力計測装置は、その一態様では、計測対象生体の動脈を通る血液の圧力に関する圧力パラメータを出力する、荷重センサ部材を含むセンサ手段と、前記荷重センサ部材を挟んで前記計測対象生体と反対側に位置して、前記荷重センサ部材を前記計測対象生体側に押し付ける押圧手段と、前記荷重センサ部材と前記押圧手段との間に位置して前記荷重センサ部材を支える、前記動脈内の血液の最大圧力によって変形しない剛性を有する支持部材と、前記センサ手段から出力された前記圧力パラメータに基づいて、前記動脈を通る血液の圧力を算出する算出手段と、前記荷重センサ部材より前記計測対象生体側に位置して前記荷重センサ部材と面で接し前記血液の圧力を該面で分散して前記荷重センサ部材に伝える、前記動脈内の血液の最大圧力によって変形しない剛性を有する伝達部材と、を具備し、前記支持部材及び前記伝達部材は、前記荷重センサ部材に対して、電流を流すか又は電圧を印加する一対の電極を構成する、ことを特徴としている。

本発明の血圧計は、その一態様では、生体に装着して該生体の血圧を算出する血圧計であって、前記生体の血管内を通る血液の圧力に関する圧力パラメータを出力する、荷重センサ部材を含むセンサ手段と、前記荷重センサ部材を挟んで前記生体と反対側に位置して、前記荷重センサ部材を前記生体側に押し付ける押圧手段と、前記荷重センサ部材と前記押圧手段との間に位置して前記荷重センサ部材を支える、前記血管内の血液の最大圧力によって変形しない剛性を有する支持部材と、前記センサ手段から出力された前記圧力パラメータに基づいて、前記生体の血圧を算出する制御手段と、前記荷重センサ部材より前記生体側に位置して前記荷重センサ部材と面で接し前記血液の圧力を該面で分散して前記荷重センサ部材に伝える、前記血管内の血液の最大圧力によって変形しない剛性を有する伝達部材と、を具備し、前記支持部材及び前記伝達部材は、前記荷重センサ部材に対して、電流を流すか又は電圧を印加する一対の電極を構成する、ことを特徴としている。

本発明の一態様によれば、動脈を通る血液の圧力に関する圧力パラメータを精度良く得ることができる、圧力計、圧力計測装置、及び血圧計を提供することができる。

一実施形態の圧力計測装置の一例を示すブロック図である。 一実施形態の圧力計測装置を上腕に適用した実施例の説明に供する図である。 一実施形態の圧力計測装置におけるセンサ手段の一例を示す図である。 圧力パラメータ取得部にて得られる圧力パラメータの時間変動を示す図である。 反射板及び受圧板が無い状態で得られる圧力パラメータの時間変動を示す図である。 荷重と圧力パラメータとの対応関係の一例を示す図である。

以下に、本発明の圧力計、圧力計測装置、及び血圧計の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態により本発明の圧力計、圧力計測装置、及び血圧計が限定されるものではない。

＜圧力計測装置の構成例＞
図１は、一実施形態の圧力計測装置の一例を示すブロック図である。図１において圧力計測装置１０は、センサモジュール（圧力計）１１と、制御部１３と、表示部１５とを有する。

センサモジュール１１は、センシング対象物（計測対象生体）１に含まれる動脈を通る血液の圧力に関する直接的な「圧力パラメータ」を出力する。この「圧力パラメータ」については後に詳しく説明する。

センシング対象物１は、例えば、人の腕であってもよいし、足や他の部位であってもよい。

制御部１３は、センサモジュール１１から出力された「圧力パラメータ」に基づいて、センシング対象物１に含まれる動脈を通る血液の圧力を算出する。そして、制御部１３は、算出した圧力に関する情報を表示部１５に表示させる制御を実行する。

＜センサモジュールの構成例＞
図１に示すように、センサモジュール（圧力計）１１は、センサ部材２１と、電極２２，２３と、圧力パラメータ取得部２４と、押圧部２５と、支持部材２６と、伝達部材２７とを有する。

また、図１に示すように、センサモジュール１１において、センシング対象物１に近い方から順に、伝達部材２７、電極２２、センサ部材２１、電極２３、支持部材２６、押圧部２５の順番で並んでいる。

センサ部材２１は、例えばシート状からなり、センシング対象物１に含まれる動脈を通る血液の圧力に起因する血管の変位に応じた荷重を受ける。そして、センサ部材２１は、受けた荷重に応じて厚さに変化が生じ、この厚さの変化に応じて特性が変化する部材である。変化する特性は、例えば、抵抗であってもよいし、静電容量であってもよい。このセンサ部材２１は、２つの電極２２と電極２３に挟まれている。例えば、センサ部材２１がその特性変化として抵抗変化を生じさせる部材である場合、電極２２、センサ部材２１及び電極２３は、電気的に接続されて電流が流される。また、例えば、センサ部材２１がその特性変化として容量変化を生じさせる部材である場合、電極２２、センサ部材２１及び電極２３は、電気的に接続されずに、電極２２と電極２３の間に電圧が印加される。

圧力パラメータ取得部２４は、センサ部材２１の特性変化に基づく「圧力パラメータ」を取得し、取得した「圧力パラメータ」を制御部１３へ出力する。例えば、センサ部材２１がその特性変化として抵抗変化を生じさせる部材である場合、圧力パラメータ取得部２４は、抵抗変化量を示す、センサ部材２１の両端の電圧値を取得し、この電圧値を「圧力パラメータ」として制御部１３へ出力する。また、例えば、センサ部材２１がその特性変化として静電容量変化を生じさせる部材である場合、圧力パラメータ取得部２４は、静電容量変化量を示す、センサ部材２１の両端の電圧値を取得し、この電圧値を「圧力パラメータ」として制御部１３へ出力する。

以上のように本実施形態では、センサ部材２１と、電極２２，２３と、圧力パラメータ取得部２４とが、センシング対象物１に含まれる動脈を通る血液の圧力に関する圧力パラメータを出力する「センサ手段」を構成している。

押圧部２５は、伝達部材２７、電極２２、センサ部材２１、電極２３、及び支持部材２６を挟んで、センシング対象物１と反対側に位置している。そして、押圧部２５は、支持部材２６をセンシング対象物１側に押しつける。これにより、支持部材２６の位置がセンシング対象物１に対して相対的に移動してしまうことを防止することができる。

支持部材２６は、センサ部材２１と押圧部２５との間に位置して、電極２３を介して間接的にセンサ部材２１を支持している。さらに、支持部材２６は、センシング対象物１の動脈内を流れる血液の想定最大圧力によって変形しない剛性を有している。支持部材２６は、例えば、アルミニウム等の金属やアクリル樹脂等によって成形されている。これにより、センシング対象物１の動脈内を流れる血液の圧力をセンサ部材２１に対して１００％近く伝えることができ、センサ部材２１をその血液の圧力に応じた厚さに変形させることができる。この結果、圧力パラメータ取得部２４で得られる「圧力パラメータ」の精度を向上させることができる。具体的には、想定最大圧力は、例えば、２５０［ｍｍＨｇ］となる。

伝達部材２７は、センサ部材２１よりセンシング対象物１側に位置し、電極２２を介してセンサ部材２１と間接的に面（以下では、「接触面」と呼ぶ）で接している。そして、伝達部材２７は、動脈の変位に応じて移動する。さらに、伝達部材２７は、上記の想定最大圧力によって変形しない剛性を有している。これにより、伝達部材２７は、センシング対象物１の動脈内を流れる血液の圧力を「接触面」で分散してセンサ部材２１に伝えることができる。ここで、好ましくは、伝達部材２７の剛性よりも、支持部材２６の剛性は高い。例えば、支持部材２６の厚さは、伝達部材２７の厚さよりも厚くなっている。伝達部材２７は、例えば、アルミニウム等の金属やアクリル樹脂等によって成形されている。

＜実施例＞
以上の構成を有する圧力計測装置１０を上腕に適用した場合の実施例について説明する。図２は、一実施形態の圧力計測装置を上腕に適用した実施例の説明に供する図である。図２には、血圧計が人の腕に巻かれた状態の断面図が示されている。

図２において、荷重センサ３１は、上記のセンサ部材２１に対応し、カフ３２及び粘弾性板３３は、上記の押圧部２５に対応し、反射板３４は、上記の支持部材２６に対応し、受圧板３５は、上記の伝達部材２７に対応する。図２では、便宜上、電極２２，２３、圧力パラメータ取得部２４、制御部１３、及び表示部１５の図示を省略している。

血圧を計測するに際して、まず、カフ３２に空気を送ってカフ３２内の空気圧を高くすることにより、カフ３２によって反射板３４を腕側に押しつける。

この状態で、心臓の動きに伴う上腕動脈を流れる血液の圧力変化に応じて受圧板３５の位置が変動し、この受圧板３５の位置の変動に応じた荷重を受けて荷重センサ３１の厚さに変化が生じる。この厚さの変化に応じて、荷重センサ３１の特性が変化する。

ここで、荷重センサ３１がその特性変化として抵抗変化を生じさせる部材であるものとする。この場合の「センサ手段」の構成例を図３に示す。図３に示すように、例えば、正極の電極２２から負極の電極２３に向けて、荷重センサ３１に電流が流れる。荷重センサ３１は、受圧板３５を介して荷重Ｆを受け、この荷重Ｆに応じて厚さが変化する。この厚さの変化に応じて、荷重センサ３１の抵抗が変化する。この抵抗の変化を圧力パラメータ取得部２４は電極２２と電極２３の間の電圧として検出し、検出した電圧を「圧力パラメータ」として制御部１３へ出力する。

この「圧力パラメータ」の時間変動を図４に示す。図４における波形Ｌ１は、「圧力パラメータ（電圧）」の時間変動を示し、波形Ｌ２は、カフ３２内の空気圧の時間変動を示している。図４を見てわかる通り、本実施形態の圧力計測装置１０によって得られた「圧力パラメータ（電圧）」の時間変動波形Ｌ１は、カフ３２内の空気圧の時間変動波形Ｌ２（従来の血圧計の構成に対応）に比べて、山谷が明確になっており、精度良く「圧力パラメータ」を取得できていることがわかる。

一方、図５には、反射板３４及び受圧板３５が無い状態で得られる「圧力パラメータ（電圧）」の時間変動が示されている。図５における波形Ｌ３は、反射板３４及び受圧板３５が無い状態で得られる「圧力パラメータ」の時間変動を示し、波形Ｌ４は、カフ３２内の空気圧の時間変動を示している。図５の波形Ｌ３と比較すると、図４の波形Ｌ１は、山谷が明確になっており、反射板３４及び受圧板３５の存在によって、「圧力パラメータ」の精度向上が図られていることがわかる。

以上のようにして得られた「圧力パラメータ（電圧）」を受け取って、制御部１３は、この「圧力パラメータ（電圧）」に基づいて血圧を算出する。

具体的には、予め、荷重センサ３１に対して複数の荷重を与え、各荷重で得られる「圧力パラメータ（電圧）」を取得して、荷重と「圧力パラメータ（電圧）」との対応関係を算出しておく。この対応関係を記憶部（図示せず）に記憶しておく。図６は、荷重と「圧力パラメータ（電圧）」との対応関係の一例を示す図である。図６には、荷重と「圧力パラメータ（電圧）」との対応関係として、一次関数ｙ＝０．００５３ｘが示されている。ｘは、「圧力パラメータ（電圧）」の値であり、ｙは、血圧の値である。

そして、制御部１３は、圧力パラメータ取得部２４から受け取った「圧力パラメータ（電圧）」の値と、記憶部（図示せず）に記憶されている対応関係において対応する圧力を読み出し（算出し）、読み出した（算出した）圧力を血圧とする。

以上のように本実施形態によれば、センサモジュール１１において支持部材２６は、センサ部材２１と押圧部２５との間に位置してセンサ部材２１を支持している。さらに、支持部材２６は、センシング対象物１の動脈を流れる血液の想定最大圧力によって変形しない剛性を有している。これにより、センシング対象物１の動脈内を流れる血液の圧力をセンサ部材２１に対して１００％近く伝えることができ、センサ部材２１をその血液の圧力に応じた厚さに変形させることができる。この結果、血液の圧力に関する直接的な「圧力パラメータ」を圧力パラメータ取得部２４で精度良く得ることができる。

＜変形例１＞
以上の説明では、センサモジュール１１が支持部材２６の他に伝達部材２７を有する構成を前提として説明を行ったが、この構成に限定されない。センサモジュール１１から伝達部材２７を無くした構成であっても従来に比べて、圧力パラメータ取得部２４で得られる「圧力パラメータ」の精度を向上させることができる。

＜変形例２＞
以上の説明では、センサモジュール１１において電極２２及び電極２３を伝達部材２７及び支持部材２６と別の部材として説明を行ったが、この構成に限定されない。センサモジュール１１において電極２２及び電極２３を無くして、伝達部材２７及び支持部材２６が電極２２及び電極２３の機能を併せ持っている構成としてもよい。この構成の場合、センサ部材２１と圧力パラメータ取得部２４が、センシング対象物１に含まれる動脈を通る血液の圧力に関する圧力パラメータを出力する「センサ手段」を構成する。

１ センシング対象物
１０ 圧力計測装置
１１ センサモジュール（圧力計）
１３ 制御部
１５ 表示部
２１ センサ部材
２２，２３ 電極
２４ 圧力パラメータ取得部
２５ 押圧部
２６ 支持部材
２７ 伝達部材
３１ 荷重センサ
３２ カフ
３３ 粘弾性板
３４ 反射板
３５ 受圧板
Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４ 時間変動波形

Claims (6)

1. 計測対象生体の動脈を通る血液の圧力に関する圧力パラメータを出力する、荷重センサ部材を含むセンサ手段と、
   前記荷重センサ部材を挟んで前記計測対象生体と反対側に位置して、前記荷重センサ部材を前記計測対象生体側に押し付ける押圧手段と、
   前記荷重センサ部材と前記押圧手段との間に位置して前記荷重センサ部材を支える、前記動脈内の血液の最大圧力によって変形しない剛性を有する支持部材と、
   前記荷重センサ部材より前記計測対象生体側に位置して前記荷重センサ部材と面で接し前記血液の圧力を該面で分散して前記荷重センサ部材に伝える、前記動脈内の血液の最大圧力によって変形しない剛性を有する伝達部材と、
   を具備し、
   前記支持部材及び前記伝達部材は、前記荷重センサ部材に対して、電流を流すか又は電圧を印加する一対の電極を構成する、
   ことを特徴とする圧力計。
2. 請求項１記載の圧力計において、
   前記支持部材の剛性は、前記伝達部材の剛性よりも高い、圧力計。
3. 請求項１又は請求項２記載の圧力計において、
   前記センサ手段は、前記血液の圧力に起因する動脈血管の変位に応じた抵抗変化を前記圧力パラメータとして出力する、圧力計。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれか１項記載の圧力計において、
   前記センサ手段は、前記血液の圧力に起因する動脈血管の変位に応じた静電容量変化を前記圧力パラメータとして出力する、圧力計。
5. 計測対象生体の動脈を通る血液の圧力に関する圧力パラメータを出力する、荷重センサ部材を含むセンサ手段と、
   前記荷重センサ部材を挟んで前記計測対象生体と反対側に位置して、前記荷重センサ部材を前記計測対象生体側に押し付ける押圧手段と、
   前記荷重センサ部材と前記押圧手段との間に位置して前記荷重センサ部材を支える、前記動脈内の血液の最大圧力によって変形しない剛性を有する支持部材と、
   前記センサ手段から出力された前記圧力パラメータに基づいて、前記動脈を通る血液の圧力を算出する算出手段と、
   前記荷重センサ部材より前記計測対象生体側に位置して前記荷重センサ部材と面で接し前記血液の圧力を該面で分散して前記荷重センサ部材に伝える、前記動脈内の血液の最大圧力によって変形しない剛性を有する伝達部材と、
   を具備し、
   前記支持部材及び前記伝達部材は、前記荷重センサ部材に対して、電流を流すか又は電圧を印加する一対の電極を構成する、
   ことを特徴とする圧力計測装置。
6. 生体に装着して該生体の血圧を算出する血圧計であって、
   前記生体の血管内を通る血液の圧力に関する圧力パラメータを出力する、荷重センサ部材を含むセンサ手段と、
   前記荷重センサ部材を挟んで前記生体と反対側に位置して、前記荷重センサ部材を前記生体側に押し付ける押圧手段と、
   前記荷重センサ部材と前記押圧手段との間に位置して前記荷重センサ部材を支える、前記血管内の血液の最大圧力によって変形しない剛性を有する支持部材と、
   前記センサ手段から出力された前記圧力パラメータに基づいて、前記生体の血圧を算出する制御手段と、
   前記荷重センサ部材より前記生体側に位置して前記荷重センサ部材と面で接し前記血液の圧力を該面で分散して前記荷重センサ部材に伝える、前記血管内の血液の最大圧力によって変形しない剛性を有する伝達部材と、
   を具備し、
   前記支持部材及び前記伝達部材は、前記荷重センサ部材に対して、電流を流すか又は電圧を印加する一対の電極を構成する、
   ことを特徴とする血圧計。

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