JP6992520B2 - 血圧推定装置 - Google Patents

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Description

本開示は血圧推定装置に関する。
従来、脈波信号等の生体信号を用いて血圧を推定する血圧推定装置が知られている。この血圧推定装置は、例えば、以下のようにして血圧を推定する。まず、生体信号を用いて、基準血圧に対する血圧の変化量ΔPを算出する。次に、変化量ΔPと、基準血圧とを加算して血圧を推定する(特許文献1参照)。
特開2000-157499号公報
上記のように算出した変化量ΔPの絶対値は、一般的に、実際の変化量の絶対値より小さい。実際の変化量とは、基準血圧に対する、現時点の血圧の実際の変化量である。また、上記のように算出した変化量ΔPは、統計的にばらつきを有する。
変化量ΔPを実際の変化量に近づけるために、変化量ΔPの絶対値を増加させる補正を行うことが考えられる。しかしながら、補正によって一律に変化量ΔPの絶対値を増加させると、補正後の変化量ΔPにおけるばらつきも増加する。そのため、変化量ΔPの算出精度が低下してしまう。特に、変化量ΔPの絶対値が小さい場合、ばらつきによる影響が大きくなる。
本開示の一局面は、変化量ΔPを実際の変化量に近づけることができるとともに、変化量ΔPの絶対値が小さい場合に変化量ΔPの算出精度が低下し難い血圧推定装置を提供することを目的とする。
本開示の一局面は、血圧推定装置であって、生体信号を取得する生体信号取得ユニットと、前記生体信号を用いて第1血圧を推定する第1血圧推定ユニットと、基準血圧に対する前記第1血圧の変化量である第1変化量を算出する第1変化量算出ユニットと、前記第1変化量を補正して第2変化量を算出する補正ユニットと、前記第2変化量と、前記基準血圧とを加算して第2血圧を推定する第2血圧推定ユニットと、を備え、前記補正ユニットは、前記第1変化量と、前記第2変化量との関係が、以下の条件(a)~(c)を充足する補正を行うように構成された血圧推定装置である。
(a)前記第2変化量の絶対値は、前記第1変化量の絶対値よりも、ΔPだけ大きい。
(b)前記第1変化量の絶対値が増加する場合、前記ΔPは一定であるか、増加する。
(c)前記第1変化量の少なくとも一部の区間においては、前記第1変化量の絶対値が増加するほど、前記ΔPは増加する。
本開示の一局面である血圧推定装置は、第1変化量を補正して第2変化量を算出する。第2変化量の絶対値は、第1変化量の絶対値よりも、ΔPだけ大きい。そのため、第2変化量を、第1変化量に比べて、実際の変化量に近づけることができる。
また、本開示の一局面である血圧推定装置において、第1変化量の絶対値が増加する場合、ΔPは一定であるか、増加する。第1変化量の少なくとも一部の区間においては、第1変化量の絶対値が増加するほど、ΔPは増加する。
そのため、第1変化量の絶対値が小さい場合、ΔPが小さいので、第1変化量のばらつきに起因する第2変化量のばらつきを抑制できる。その結果、第1変化量の絶対値が小さい場合、第2変化量の算出精度が低下し難い。
血圧推定装置1の構成を表すブロック図である。 血圧推定装置1の機能的構成を表すブロック図である。 血圧推定装置1が実行する校正処理を表すフローチャートである。 血圧推定装置1が実行する血圧推定処理を表すフローチャートである。 第1変化量ΔPと係数αとの関係を表すグラフである。 第1変化量ΔPとΔPとの関係を表すグラフである。 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。 第1変化量ΔPと加算値βとの関係を表すグラフである。 第1変化量ΔPとΔPとの関係を表すグラフである。 図10A及び図10Bは、それぞれ、第1変化量ΔPと係数αとの関係の別形態を表すグラフである。 図11A及び図11Bは、それぞれ、第1変化量ΔPと加算値βとの関係の別形態を表すグラフである。
本開示の例示的な実施形態を、図面を参照しながら説明する。
<第1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2に基づき説明する。図1に示すように、血圧推定装置1は、CPU3と、例えば、RAM又はROM等の半導体メモリ(以下、メモリ5とする)と、を有するマイクロコンピュータを備える。血圧推定装置1の各機能は、CPU3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5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、このプログラムが実行されることで、プログラムに対応する方法が実行される。なお、血圧推定装置1は、1つのマイクロコンピュータを備えてもよいし、複数のマイクロコンピュータを備えてもよい。
血圧推定装置1は、図2に示すように、カフ測定ユニット7と、生体信号取得ユニット9と、第1血圧推定ユニット11と、校正ユニット13と、第1変化量算出ユニット15と、補正ユニット17と、第2血圧推定ユニット19と、表示ユニット21と、を備える。
血圧推定装置1に含まれる各部の機能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機能は、一つあるいは複数のハードウェアを用いて実現されてもよい。例えば、上記機能がハードウェアである電子回路によって実現される場合、その電子回路は、デジタル回路、又はアナログ回路、あるいはこれらの組合せによって実現されてもよい。
図1に示すように、血圧推定装置1は、カフ測定装置23と、脈波センサ25と、記憶装置27と、ディスプレイ29と、それぞれ接続している。
カフ測定装置23は、カフを用いて被験者の血圧を測定する周知の装置である。カフ測定装置23は、カフ、加圧制御機構等を備える。
脈波センサ25は、周知の発光素子及び受光素子を備えた光学式のセンサである。発光素子として、例えばLEDが挙げられる。受光素子として、例えばPDが挙げられる。脈波センサ25は、発光素子を用いて被験者の指先に光を照射し、その反射光を受光素子で受光する。脈波センサ25は、被験者の脈波に起因する反射光の経時的な変動に基づき、脈波を検出し、その脈波を表す信号(以下では脈波信号とする)を血圧推定装置1に出力する。
記憶装置27は各種の情報を記憶することができる。ディスプレイ29は、画像を表示することができる。
2.血圧推定装置1が実行する校正処理
血圧推定装置1が実行する校正処理を、図3に基づき説明する。この処理は、例えば、ユーザの指示に応じて実行される。図3のステップ1では、カフ測定ユニット7が、カフ測定装置23を用いて、被験者の血圧を測定する。このとき、カフは被験者の上腕に巻かれる。血圧の測定方法は、例えば、オシロメトリック法である。本ステップ1で測定した血圧を、以下では基準血圧Pとする。
ステップ2では、生体信号取得ユニット9が、脈波センサ25を用いて、被験者の脈波信号を取得する。脈波信号は生体信号に対応する。本ステップ2で脈波信号を取得する対象である被験者は、前記ステップ1で基準血圧Pを推定した被験者である。生体信号取得ユニット9は、脈波センサ25が出力する信号に対し、A/D変換、増幅、信号処理等を行う。
ステップ3では、第1血圧推定ユニット11が、前記ステップ2で取得した脈波信号を用いて、周知の方法で被験者の血圧を推定する。以下では、この血圧をPとする。
ステップ4では、校正ユニット13が、前記ステップ3で推定した血圧Pから、前記ステップ1で測定した基準血圧Pを差し引いた値を算出する。この値を、以下では校正値Vとする。
ステップ5では、校正ユニット13が、前記ステップ1で測定した基準血圧Pと、前記ステップ4で算出した校正値Vとを記憶装置27に記憶する。
3.血圧推定装置1が実行する血圧推定処理
血圧推定装置1が実行する血圧推定処理を、図4~図6に基づき説明する。この処理は、例えば、ユーザの指示に応じて実行される。図4のステップ11では、生体信号取得ユニット9が、脈波センサ25を用いて、被験者の脈波信号を取得する。脈波信号は生体信号に対応する。
ステップ12では、第1血圧推定ユニット11が、前記ステップ11で取得した脈波信号を用いて、周知の方法で被験者の血圧Pを推定する。
ステップ13では、校正ユニット13が、校正値Vを記憶装置27から読み出す。次に、校正ユニット13は、読み出した校正値Vを、前記ステップ12で推定したPに加え、第1血圧Pを推定する。
ステップ14では、第1変化量算出ユニット15が、記憶装置27から基準血圧Pを読み出す。第1変化量算出ユニット15は、前記ステップ13で推定した第1血圧Pから、基準血圧Pを差し引いて、第1変化量ΔPを算出する。第1変化量ΔPは、基準血圧Pに対する第1血圧Pの変化量である。
ステップ15では、補正ユニット17が、前記ステップ14で算出した第1変化量ΔPに基づき、係数αを決定する。血圧推定装置1は、第1変化量ΔPと、係数αとの関係を規定するマップをメモリ5に予め記憶している。補正ユニット17は、前記ステップ14で算出した第1変化量ΔPをマップに当てはめて、係数αを決定する。
マップに規定された第1変化量ΔPと、係数αとの関係は図5に示す関係である。係数αは1以上の値である。図5に示す関係において、第1変化量ΔPの絶対値が増加する場合、係数αは一定であるか、増加する。第1変化量ΔPの絶対値が0以上X以下の区間にある場合、係数αは1である。Xは0より大きい値である。第1変化量ΔPの絶対値がX以上X以下の区間にある場合、第1変化量ΔPの絶対値が増加するほど、係数αは増加する。XはXより大きい値である。第1変化量ΔPの絶対値がX以上である場合、係数αはαmaxである。αmaxは1より大きい固定値である。
図4に戻り、ステップ16では、補正ユニット17が、前記ステップ14で算出した第1変化量ΔPに対し、前記ステップ15で決定した係数αを乗算し、第2変化量ΔPを算出する。
なお、第2変化量ΔPの絶対値から、第1変化量ΔPの絶対値を差し引いた値をΔPとする。第2変化量ΔPの絶対値は、第1変化量ΔPの絶対値よりも、ΔPだけ大きい。
ΔPは、(α―1)ΔPである。第1変化量ΔPとΔPとの関係を図6に示す。図6に示す関係において、第1変化量ΔPの絶対値が増加する場合、ΔPは一定であるか、増加する。第1変化量ΔPの絶対値がX以上の区間では、第1変化量ΔPの絶対値が増加するほど、ΔPは増加する。
図4に戻り、ステップ17では、第2血圧推定ユニット19が、前記ステップ16で算出した第2変化量ΔPと、基準血圧Pとを加算して第2血圧Pを推定する。
ステップ18では、表示ユニット21が、前記ステップ17で推定した第2血圧P2をディスプレイ29に表示する。
4.血圧推定装置1が奏する効果
(1A)血圧推定装置1は、第1変化量ΔPを補正して第2変化量ΔPを算出する。第2変化量ΔPの絶対値は、第1変化量ΔPの絶対値よりも、ΔPだけ大きい。そのため、第2変化量ΔPを、第1変化量ΔPに比べて、実際の変化量に近づけることができる。
また、第1変化量ΔPの絶対値が増加する場合、ΔPは一定であるか、増加する。第1変化量ΔPの少なくとも一部の区間においては、第1変化量ΔPの絶対値が増加するほど、ΔPは増加する。
そのため、第1変化量ΔPの絶対値が小さい場合、ΔPが小さいので、第1変化量ΔPのばらつきに起因する第2変化量ΔPのばらつきを抑制できる。その結果、第1変化量ΔPの絶対値が小さい場合、第2変化量ΔPの算出精度が低下し難い。
(1B)血圧推定装置1は、第1変化量ΔPに対し、1以上の値である係数αを乗算する補正を行い、第2変化量ΔPを算出する。係数αは、第1変化量ΔPの絶対値に対し、非減少の関係にある。非減少の関係とは、第1変化量ΔPの絶対値が増加する場合、係数αは一定であるか、増加するという関係である。血圧推定装置1は、第2変化量ΔPを容易に算出することができる。
(1C)ΔPは、第1変化量ΔPの絶対値が、X以下である場合、固定値である。Xは下限値に対応する。そのため、第1変化量ΔPの絶対値がX以下である場合、ΔPが小さいので、第1変化量のΔPばらつきに起因する第2変化量ΔPのばらつきを一層抑制できる。
<第2実施形態>
1.第1実施形態との相違点
第2実施形態は、基本的な構成は第1実施形態と同様であるため、相違点について以下に説明する。なお、第1実施形態と同じ符号は、同一の構成を示すものであって、先行する説明を参照する。
前述した第1実施形態では、係数αを決定し、決定した係数αを第1変化量ΔPに対し乗算して、第2変化量ΔPを算出する。これに対し、第2実施形態では、加算値βを決定し、決定した加算値βを第1変化量ΔPに対し加算して、第2変化量ΔPを算出する。詳しくは後述する。
2.血圧推定装置1が実行する血圧推定処理
第2実施形態の血圧推定装置1が、第1実施形態の血圧推定処理(図4)に代えて実行する血圧推定処理について、図7~図9を用いて説明する。
図7のステップ21~24の処理は、第1実施形態におけるステップ11~14の処理と同様である。
ステップ25では、補正ユニット17が、前記ステップ24で算出した第1変化量ΔPに基づき、加算値βを決定する。血圧推定装置1は、第1変化量ΔPと、加算値βとの関係を規定するマップをメモリ5に予め記憶している。補正ユニット17は、前記ステップ24で算出した第1変化量ΔPをマップに当てはめて、加算値βを決定する。
マップで規定する第1変化量ΔPと、加算値βとの関係は図8に示す関係である。第1変化量ΔPの絶対値が増加する場合、加算値βの絶対値は一定であるか、増加する。第1変化量ΔPが正の値である場合、βも正の値である。第1変化量ΔPが負の値である場合、βも負の値である。
第1変化量ΔPの絶対値が0以上Y以下の区間にある場合、加算値βは0である。Yは0より大きい値である。第1変化量ΔPの絶対値がY以上Y以下の区間にある場合、第1変化量ΔPの絶対値が増加するほど、加算値βの絶対値は増加する。YはYより大きい値である。第1変化量ΔPの絶対値がY以上である場合、加算値βの絶対値はβmaxである。βmaxは0より大きい固定値である。
図7に戻り、ステップ26では、補正ユニット17が、前記ステップ24で算出した第1変化量ΔPに対し、前記ステップ25で決定した加算値βを加算し、第2変化量ΔPを算出する。
なお、ΔPcの定義は第1実施形態と同様である。第2変化量ΔPの絶対値は、第1変化量ΔPの絶対値よりも、ΔPだけ大きい。
ΔPは、βの絶対値である。第1変化量ΔPとΔPとの関係を図9に示す。図9に示す関係において、第1変化量ΔPの絶対値が増加する場合、ΔPは一定であるか、増加する。第1変化量ΔPの絶対値がY以上Y以下の区間では、第1変化量ΔPの絶対値が増加するほど、ΔPは増加する。
図7に戻り、ステップ27では、第2血圧推定ユニット19が、前記ステップ26で算出した第2変化量ΔPと、基準血圧Pとを加算して第2血圧Pを推定する。
ステップ28では、表示ユニット21が、前記ステップ27で推定した第2血圧Pをディスプレイ29に表示する。
3.血圧推定装置1が奏する効果
以上詳述した第2実施形態によれば、前述した第1実施形態の効果(1A)を奏し、さらに、以下の効果を奏する。
(2A)血圧推定装置1は、第1変化量ΔPに対し、加算値βを加算する補正を行い、第2変化量ΔPを算出する。加算値βの絶対値は、第1変化量ΔPの絶対値に対し、非減少の関係にある。非減少の関係とは、第1変化量ΔPの絶対値が増加する場合、加算値βの絶対値は一定であるか、増加するという関係である。
第1変化量ΔPがアーティファクト等に起因する誤差を有することがある。その場合でも、補正の方法が、上述したように、加算値βを加算する方法であれば、第2変化量ΔPにおける誤差を抑制できる。
(2B)ΔPは、第1変化量ΔPの絶対値が、Y以下である場合、固定値である。Yは下限値に対応する。そのため、第1変化量ΔPの絶対値がY以下である場合、ΔPが小さいので、第1変化量のΔPばらつきに起因する第2変化量ΔPのばらつきを一層抑制できる。
(2C)ΔPは、第1変化量ΔPの絶対値がY以上である場合、固定値である。Yは上限値に対応する。そのため、第2変化量ΔPが過度に大きくなることを抑制できる。その結果、第2変化量ΔPのばらつきを一層抑制できる。
<他の実施形態>
以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示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)第1実施形態において、第1変化量ΔPと係数αとの関係を規定する関数を、作成又は修正してもよい。例えば、上述した方法で1回目の校正処理を行い、基準血圧Pを決定する。次に、第1変化量ΔPがXよりも大きくなる条件で、血圧測定処理を行い、第1変化量ΔPを算出する。また、この血圧測定処理と同時に、カフ測定も行う。次に、(P+αΔP)の値が、カフ測定の測定値と一致するように、第1変化量ΔPがXよりも大きいときの係数αの値を決定する。
また、第2実施形態において、第1変化量ΔPと加算値βとの関係を規定する関数を、作成又は修正してもよい。例えば、上述した方法で1回目の校正処理を行い、基準血圧Pを決定する。次に、第1変化量ΔPがYよりも大きくなる条件で、血圧測定処理を行い、第1変化量ΔPを算出する。また、この血圧測定処理と同時に、カフ測定も行う。次に、(P+ΔP+β)の値が、カフ測定の測定値と一致するように、第1変化量ΔPがYよりも大きいときの加算値βの値を決定する。
(2)第1実施形態において、血圧推定装置は、アーティファクトが存在するか否かを判断し、アーティファクトが存在する場合は、その他の場合よりも係数αを小さくしてもよい。こうすることにより、アーティファクトに起因する誤差の影響を抑制できる。アーティファクトが存在するか否かを判断する方法として、例えば、脈波信号に正常な特徴が現れていなければ、アーティファクトが存在すると判断し、脈波信号に正常な特徴が現れていれば、アーティファクトが存在しないと判断する方法がある。
第2実施形態において、血圧推定装置は、アーティファクトが存在するか否かを判断し、アーティファクトが存在する場合は、その他の場合よりも加算値βの絶対値を小さくしてもよい。こうすることにより、アーティファクトに起因する誤差の影響を抑制できる。
(3)第1実施形態において、第1変化量ΔPと係数αとの関係を規定する関数は、図10Aに示すものであってもよいし、図10Bに示すものであってもよい。図10Aに示す関数では、係数αは、第1変化量ΔPの絶対値と比例して増加する。図10Bに示す関数では、第1変化量ΔPの絶対値がX以上の場合の係数αは、1より大きい固定値である。また、第1変化量ΔPaの絶対値がX未満である場合の係数αは、1である。なお、第1変化量ΔPの絶対値がX未満である場合の係数αは、1より大きく、第1変化量ΔPの絶対値がX以上の場合の係数αより小さい値であってもよい。
(4)第2実施形態において、第1変化量ΔPと加算値βとの関係を規定する関数は、図11Aに示すものであってもよいし、図11Bに示すものであってもよい。図11Aに示す関数では、加算値βは、第1変化量ΔPと比例して増加する。図11Bに示す関数では、第1変化量ΔPがY以上の場合の加算値βは、固定値βmaxである。固定値βmaxは正の値である。また、第1変化量ΔPが-Y以上、Y未満である場合の加算値βは0である。また、第1変化量ΔPが-Y未満である場合の加算値βは、固定値-βmaxである。固定値-βmaxは負の値である。なお、第1変化量ΔPが-Y以上、Y未満である場合の加算値βは、-βmaxより大きく、βmaxより小さく、0以外の値であってもよい。
(5)上記実施形態における1つの構成要素が有する複数の機能を、複数の構成要素によって実現したり、1つの構成要素が有する1つの機能を、複数の構成要素によって実現したりしてもよい。また、複数の構成要素が有する複数の機能を、1つの構成要素によって実現したり、複数の構成要素によって実現される1つの機能を、1つの構成要素によって実現したりしてもよい。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から特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本開示の実施形態である。
(6)上述した血圧推定装置の他、当該血圧推定装置を構成要素とするシステム、当該血圧推定装置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、血圧推定方法等、種々の形態で本開示を実現することもできる。
1…血圧推定装置、3…CPU、5…メモリ、7…カフ測定ユニット、9…生体信号取得ユニット、11…第1血圧推定ユニット、13…校正ユニット、15…第1変化量算出ユニット、17…補正ユニット、19…第2血圧推定ユニット、21…表示ユニット、23…カフ測定装置、25…脈波センサ、27…記憶装置、29…ディスプレイ

Claims (5)

  1. 血圧推定装置であって、
    生体信号を取得する生体信号取得ユニットと、
    前記生体信号を用いて第1血圧を推定する第1血圧推定ユニットと、
    基準血圧に対する前記第1血圧の変化量である第1変化量を算出する第1変化量算出ユニットと、
    前記第1変化量を補正して第2変化量を算出する補正ユニットと、
    前記第2変化量と、前記基準血圧とを加算して第2血圧を推定する第2血圧推定ユニットと、
    を備え、
    前記補正ユニットは、前記第1変化量と、前記第2変化量との関係が、以下の条件(a)~(c)を充足する補正を行うように構成された血圧推定装置。
    (a)前記第2変化量の絶対値は、前記第1変化量の絶対値よりも、ΔPだけ大きい。
    (b)前記第1変化量の絶対値が増加する場合、前記ΔPは一定であるか、増加する。
    (c)前記第1変化量の少なくとも一部の区間においては、前記第1変化量の絶対値が増加するほど、前記ΔPは増加する。
  2. 請求項1に記載の血圧推定装置であって、
    前記補正ユニットは、前記第1変化量に対し、1以上の値である係数を乗算する補正を行い、前記第2変化量を算出するように構成され、
    前記係数は、前記第1変化量の絶対値に対し、非減少の関係にある血圧推定装置。
  3. 請求項1に記載の血圧推定装置であって、
    前記補正ユニットは、前記第1変化量に対し、加算値を加算する補正を行い、前記第2変化量を算出するように構成され、
    前記加算値の絶対値は、前記第1変化量の絶対値に対し、非減少の関係にある血圧推定装置。
  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ΔPは、前記第1変化量の絶対値が、予め設定された上限値以上である場合、固定値である血圧推定装置。
  5. 請求項1~4のいずれか1項に記載の血圧推定装置であって、
    前記ΔPは、前記第1変化量の絶対値が、予め設定された下限値以下である場合、固定値である血圧推定装置。
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