JP7002020B1 - 生体情報測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易且つ小型の構成としながらも、血管のトーヌス情報を測定することのできる生体情報測定装置を提供する。【解決手段】生体情報測定装置１０は、生体の一部に巻き付けられる圧迫帯２０と、圧迫帯２０の内圧を変化させる圧力調整部５１と、圧迫帯２０の内圧が変化している期間における、当該内圧及び圧迫帯２０の容量のそれぞれの変化を示す時系列データ、を取得するデータ取得部５２と、生体の血管壁１００にかかる圧力を示す第１指標と、血管壁１００の内側における容量を示す第２指標と、の対応関係を示すトーヌス情報を、時系列データに基づいて算出するトーヌス情報算出部５３と、を備える。【選択図】図４

Description

本開示は、生体情報測定装置に関する。

近年、健康志向の高まりや医療の高度化等に伴って、生体情報を簡易に測定する必要性が高くなってきている。「生体情報」としては、例えば血圧等が挙げられる。下記特許文献１には、オシロメトリック法を用いて血圧を測定する装置について記載されている。

オシロメトリック法では、上腕等に圧迫帯を巻き付けて加圧した後、圧迫帯の内圧を徐々に下げて行きながら、圧迫帯の容量の変動等に基づいて血圧が測定される。このような装置は、その構成が比較的シンプルであるため、簡易に使用することのできる生体情報測定装置として一般家庭にも広く普及している。

特開２０１５－９０４４号公報

本発明者らは、血管壁の状態を示すトーヌス情報を、簡易に測定することのできる生体情報測定装置について研究を進めている。「トーヌス情報」とは、血管壁に対しこれを押し広げる方向に働く圧力と、血管壁の内側における容量と、の対応関係を示す生体情報である。このようなトーヌス情報を測定するための従来の装置としては、例えば、血管の径を測定するために超音波画像装置や歪みゲージを用いるもの等、比較的複雑で且つ大型の装置が知られている。しかしながら、一般家庭などにおいてトーヌス情報を手軽に測定するためには、上記特許文献１に記載の血圧計のように、簡易且つ小型の生体情報測定装置とすることが好ましい。

本開示は、簡易且つ小型の構成としながらも、血管壁のトーヌス情報を測定することのできる生体情報測定装置ことを目的とする。

本開示に係る生体情報測定装置は、生体の一部に巻き付けられる圧迫帯と、圧迫帯の内圧を変化させる圧力調整部と、圧迫帯の内圧が変化している期間における、当該内圧及び圧迫帯の容量のそれぞれの変化を示す時系列データ、を取得するデータ取得部と、生体の血管壁にかかる圧力を示す第１指標と、血管壁の内側における容量を示す第２指標と、の対応関係を示すトーヌス情報を、時系列データに基づいて算出するトーヌス情報算出部と、を備えることを特徴とする。

このような構成の生体情報測定装置では、トーヌス情報算出部が、時系列データに基づいてトーヌス情報を算出する。時系列データは、圧迫帯の内圧が変化している期間における、当該内圧及び圧迫帯の容量のそれぞれの変化を示すデータである。つまり、従来のオシロメトリック法を用いた血圧計で取得されるデータと同様のデータである。このため、上記構成の生体情報測定装置では、従来の血圧計等と同様に比較的簡易且つ小型の構成としながらも、トーヌス情報を測定することが可能となる。

本開示によれば、簡易且つ小型の構成としながらも、血管壁のトーヌス情報を測定することのできる生体情報測定装置が提供される。

図１は、血管壁の構成を示す図である。 図２は、血管壁をモデル化して示す図である。 図３は、トーヌス情報の例を示す図である。 図４は、本実施形態に係る生体情報測定装置の構成を模式的に示す図である。 図５は、生体情報測定装置によって取得される時系列データの例を示す図である。 図６は、圧迫帯の内圧と、第２指標の変動幅との対応関係の例を示す図である。 図７は、圧迫帯の内圧と、第２指標の変動幅との対応関係の例を示す図である。 図８は、圧迫帯からの圧力により血管壁が閉口している状態を示す図である。 図９は、圧迫帯の内圧と、血管壁の状態との関係を示す図である。 図１０は、生体情報測定装置により実行される処理の流れを説明するためのフローチャートである。

以下、添付図面を参照しながら本実施形態について説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を付して、重複する説明は省略する。

本実施形態に係る生体情報測定装置１０は、生体情報として、血管壁のトーヌス情報を測定するための装置として構成されている。生体情報測定装置１０の構成の説明に先立ち、測定される「トーヌス情報」について先ず説明する。

図１には、人体の動脈における血管壁１００の構成が示されている。同図に示されるように、血管壁１００は、内膜１１０、中膜１２０、及び外膜１３０からなる三層構造となっている。これらはいずれも、主にエラスティン繊維及びコラーゲン繊維を含んでいる。

内膜１１０は、血管壁１００のうち最も内側の層である。内膜１１０のうち最も内側にある血管内皮細胞には、血液の状態を検知するための様々な受容体（不図示）が存在している。

中膜１２０は、血管壁１００のうち内膜１１０の外側にある層である。中膜１２０には、血管壁１００の弾性状態を調整するための平滑筋が存在している。内膜１１０にある上記受容体が、血液中の血管作用因子を感知すると、それに伴って平滑筋の緊張・弛緩状態が変化し、これにより血管壁１００の弾性状態が調整される。外膜１３０は、血管壁１００のうち中膜１２０の更に外側にある層である。

図２は、血管壁１００を、その弾性特性を説明するためにモデル化して描いた図である。同図において符号２１０が付されているのは、中膜１２０にある平滑筋を表すものである。符号２２０が付されているのは、血管壁１００の各層を構成するエラスティン繊維の弾性を表すものである。符号２３０が付されているのは、血管壁１００の各層を構成するコラーゲン繊維の弾性を表すものである。

血管壁１００の内部における圧力が上昇し、血管壁１００が延ばされる場合、すなわち、図２におけるＬが大きくなる場合について説明する。血管壁１００が延ばされ始めた初期の段階においては、血管壁１００の弾性特性は、主に平滑筋２１０及びエラスティン繊維２２０によって影響を受ける一方、コラーゲン繊維２３０によってはあまり影響を受けない。血管壁１００が更に延ばされると、コラーゲン繊維２３０によっても影響を受けるようになる。血管壁１００の弾性特性に対するコラーゲン繊維２３０の影響は、血管壁１００の延ばされる程度によって変化する。

このように、血管壁１００の弾性特性は、エラスティン繊維２２０及びコラーゲン繊維２３０によって支配され、中膜１２０の平滑筋２１０によって調整されるものである。つまり、血管壁１００の弾性特性は、例えば弾性係数のような単一の数値のみで表現できるものではなく、血管壁１００に加えられる圧力や、血液中の血管作用因子により複雑に変化するものとなっている。

図３には、血管容量（横軸）と、血管圧力（縦軸）との対応関係の例が示されている。ここでいう「血管容量」とは、血管壁１００の内側における容量のことである。所定長さの血管壁１００の内側に存在する血液の体積といってもよい。

ここでいる「血管圧力」とは、血管壁１００を押し拡げる方向に、血管壁１００に加えられる圧力のことである。血管圧力は、例えば、（血管壁１００に外側から加えられる圧力）－（血圧）と定義することができる。

図３の線Ｌ１に示されるように、血管容量と血管圧力との対応関係を示すグラフは、直線状とはならず、独特の曲線状となる。これは、血管壁１００の弾性特性が、平滑筋２１０、エラスティン繊維２２０、及びコラーゲン繊維２３０の影響を受けるからである。

人が運動を行ったり、血管に作用する薬液が人体に投与されたりすると、平滑筋２１０が弛緩する。これにより、血管容量と血管圧力との対応関係を示すグラフは、線Ｌ１から線Ｌ２や線Ｌ３へと、矢印ＡＲ１の方向に変化する。逆に、平滑筋２１０が緊張すると、血管容量と血管圧力との対応関係を示すグラフは、線Ｌ３から線Ｌ２や線Ｌ１へと、矢印ＡＲ２の方向に変化する。

生体情報測定装置１０により測定される「トーヌス情報」とは、例えば図３の各グラフのように、血管容量と血管圧力との対応関係を示す情報である。

尚、図３の縦軸は、血管壁１００にかかる圧力を示す指標であればよく、上記のように定義される「血管圧力」そのものでなくてもよい。例えば、血圧を含む圧力であってもよく、上記の血管圧力を無次元化して、０～１の範囲で変化するパラメータとして表したものであってもよい。このような、血管壁１００にかかる圧力を示す指標のことを、以下では「第１指標」とも称する。

同様に、図３の横軸は、血管壁１００の内側における容量を示す指標であればよく、上記のように定義される「血管容量」そのものでなくてもよい。例えば、上記の血管容量を無次元化して、０～１の範囲で変化するパラメータとして表したものであってもよい。このような、血管壁１００の内側における容量を示す指標のことを、以下では「第２指標」とも称する。

生体情報測定装置１０により測定される「トーヌス情報」を改めて定義すると、「トーヌス情報」とは、第１指標と第２指標との対応関係を示す情報、ということができる。尚、本実施形態において、生体情報測定装置１０により測定される「トーヌス情報」には、図３のグラフに示される例のように、複数の第１指標（縦軸）の値と、それぞれに対応する第２指標（横軸）の値と、が含まれる。このような態様に替えて、単一の第１指標の値と、これに対応する第２指標の値のみが、トーヌス情報として測定されることとしてもよい。

生体情報測定装置１０によれば、図３に示されるようなトーヌス情報を、簡易に且つ迅速に測定することができる。これにより、例えば、図３に示されるグラフの傾きに基づいて、動脈硬化の進行度合いを判定することが可能となる。また、人体に刺激（例えば運動や薬物）を加える前後における、図３に示されるグラフの変化に基づいて、平滑筋による調整機能が健全に働いているか否かを判定することが可能となる。

更に、例えば、第１指標（縦軸）の値を「Ｐ」とし、第２指標（横軸）の値を「Ｖ」としたときに、Ｖ（ｄＰ／ｄＶ）の式で表される血管弾性率を用いて、血管壁１００の状態を定量化することもできる。また、血管壁１００が弛緩した際の第２指標の変化量ΔＶと、弛緩前における第２指標の値（Ｖ）を用いて、（ΔＶ／Ｖ）として定量化することもできる。このように、生体情報測定装置１０で測定されるトーヌス情報を用いれば、血管壁１００の健康状態を様々な指標を用いて評価することが可能となる。

生体情報測定装置１０の構成について、図４を参照しながら説明する。同図に示されるように、生体情報測定装置１０は、圧迫帯２０と、空気ポンプ３１と、制御弁３２と、流量センサ３３と、圧力センサ３４と、インターフェイス回路４０と、制御装置５０と、表示装置６０と、を備えている。

圧迫帯２０は、生体である人体の一部、具体的には上腕７０に巻き付けられる袋状の部材である。圧迫帯２０は、「カフ」とも称されるものである。圧迫帯２０の内側に空気が供給され、その内圧が高くなると、圧迫帯２０によって上腕７０が圧迫された状態となる。

空気ポンプ３１は、圧迫帯２０に向けて空気を送り出す装置である。空気ポンプ３１と圧迫帯２０との間は、配管３０により接続されている。空気ポンプ３１により送り出された空気は、配管３０を通って圧迫帯２０の内側に供給され、これにより圧迫帯２０の内圧が上昇する。空気ポンプ３１の動作は、後述の制御装置５０により制御される。

制御弁３２は、圧迫帯２０に送り込まれる空気の量を調整するための弁であって、配管３０の途中となる位置に設けられている。制御弁３２は、配管３０から外部に排出される空気の量を調整することもできる。このような制御弁３２によって、圧迫帯２０の内圧を調整することができる。制御弁３２の動作は制御装置５０により制御される。

流量センサ３３は、圧迫帯２０に供給される空気の流量、及び、圧迫帯２０から排出される空気の流量のそれぞれを測定するためのセンサである。流量センサ３３は、配管３０のうち、制御弁３２と圧迫帯２０との間となる位置に設けられており、当該位置を流れる空気の流量を測定する。流量センサ３３によって測定された流量は、後述のインターフェイス回路４０を介して制御装置５０へと送信される。これにより、制御装置５０は、例えば当該流量を積算することにより、各時点における圧迫帯２０の容量を算出し把握することができる。

圧力センサ３４は、圧迫帯２０の内側における空気の圧力、すなわち、圧迫帯２０の内圧を測定するためのセンサである。圧力センサ３４は、配管３０のうち、流量センサ３３と圧迫帯２０との間となる位置に設けられており、当該位置における空気の圧力を測定する。圧力センサ３４によって測定された圧力は、インターフェイス回路４０を介して制御装置５０へと送信される。これにより、制御装置５０は、各時点における圧迫帯２０の内圧を算出し把握することができる。

インターフェイス回路４０は、制御装置５０が、各種センサからの信号を受け取るためのインターフェイスとして構成された回路である。インターフェイス回路４０には、不図示のＡ／Ｄ変換回路が含まれる。流量センサ３３や圧力センサ３４から送信されたアナログ信号は、インターフェイス回路４０においてデジタル信号に変換された後に、制御装置５０へと入力される。

制御装置５０は、生体情報測定装置１０の全体の動作を制御し、且つ、トーヌス情報の測定に必要な各種の演算を行うための装置である。制御装置５０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を有するコンピュータシステムとして構成されている。制御装置５０は、その機能を表すブロック要素として、圧力調整部５１と、データ取得部５２と、トーヌス情報算出部５３と、出力部５４と、を備えている。

圧力調整部５１は、圧迫帯２０の内圧を変化させる処理を行う部分である。圧力調整部５１は、空気ポンプ３１及び制御弁３２の動作をそれぞれ制御することで、圧迫帯２０の内圧を変化させる。具体的には、圧力調整部５１は、上腕７０に巻き付けられた圧迫帯２０の内圧を所定圧力まで上昇させた後、当該内圧を次第に低下させていく処理を行う。

データ取得部５２は、圧迫帯２０の内圧が変化している期間における、当該内圧及び圧迫帯２０の容量のそれぞれの変化を示す時系列データ、を取得する処理を行う部分である。データ取得部５２は、圧迫帯２０の内圧が次第に低下している期間において、圧迫帯２０の内圧及び容量のそれぞれを、所定の周期でサンプリングすることにより時系列データを取得する。データ取得部５２によって取得される圧迫帯２０の内圧とは、圧力センサ３４によって測定される圧迫帯２０の内圧のことである。また、データ取得部５２によって取得される圧迫帯２０の容量とは、流量センサ３３の測定値に基づいて算出される、圧迫帯２０の容量のことである。

トーヌス情報算出部５３は、図３を参照しながら説明したトーヌス情報を、データ取得部５２により取得された上記の時系列データに基づいて算出する処理を行う部分である。その具体的な算出方法については後に説明する。

出力部５４は、トーヌス情報算出部５３によって算出されたトーヌス情報を、外部へと出力する処理を行う部分である。本実施形態の出力部５４は、トーヌス情報を後述の表示装置６０に送信し、表示装置６０の画面に表示させる処理を行う。これにより、生体情報測定装置１０の使用者が、トーヌス情報を目視により確認することが可能となる。

尚、出力部５４によるトーヌス情報の出力は、上記のような態様に限定されない。例えば、出力部５４が、医療機関のサーバーに向けてトーヌス情報を出力することとしてもよい。出力されるトーヌス情報は、図３のようなグラフとして出力されるのではなく、単なる数値データとして出力されることとしてもよい。

表示装置６０は、出力部５４から出力されるトーヌス情報を、生体情報測定装置１０の使用者に通知するためのインターフェイスとして機能する装置である。表示装置６０は、不図示の画面を有しており、当該画面に、トーヌス情報を図３のようなグラフとして表示する。表示装置６０は、トーヌス情報を表示するための専用の装置であってもよいが、例えば、使用者が所持している携帯通信端末であってもよい。

生体情報測定装置１０による、トーヌス情報の測定方法について説明する。先ず、一般的な血圧計と同様に、圧迫帯２０が上腕７０に巻き付けられた状態とされる。その後、圧力調整部５１が、圧迫帯２０の内圧を所定圧力まで上昇させる。「所定圧力」としては、血管壁１００を圧迫して閉口させるのに十分な圧力が設定される。尚、ここでいう「閉口」とは、圧迫帯２０が巻き付けられた部分の血管壁１００が、圧迫帯２０から受ける力により閉塞され、血流が流れなくなる状態のことを意味する。

その後、圧力調整部５１は、圧迫帯２０の内圧を徐々に低下させて行く。圧迫帯２０の内圧が低下して行く期間においては、データ取得部５２によって、圧迫帯２０の内圧及び容量のそれぞれがサンプリングされ、先に述べた時系列データとして取得される。当該処理は、圧迫帯２０の内圧が、血管壁１００における血流に影響を与えない程度に低くなるまで継続される。

図５の線Ｌ１０は、データ取得部５２によって取得された時系列データの一例を示すグラフである。尚、時系列データは、圧迫帯２０の内圧と容量の組み合わせからなる複数のデータの集合であるから、図５のようなグラフとして表した場合には、実際には複数の点で描かれることとなる。線Ｌ１０は、これら複数の点を、連続する線として描いたものである。

時系列データのグラフが、線Ｌ１０のように脈動したグラフとなるのは、圧迫帯２０の容量が心臓の拍動により影響を受けるからである。心臓が収縮最大期になると、血圧は最も高くなり、血管壁１００は拡大して圧迫帯２０を押し縮める。また、心臓が拡張末期になると、血圧は最も低くなり、血管壁１００が縮小してその分だけ圧迫帯２０は拡大する。

以上のようであるから、圧力調整部５１が、圧迫帯２０の内圧を例えば一定の速度で低下させようとしても、当該内圧は、線Ｌ１０のように脈動しながら低下して行くこととなる。

続いて、トーヌス情報算出部５３は、図５に示される２つの包絡線Ｌ１１及びＬ１２の式を算出する処理を行う。トーヌス情報算出部５３は、線Ｌ１０で示される時系列データにフィルタリング処理を施すことにより、心臓が収縮最大期となるタイミング、すなわち、脈動の各ピークとなるタイミングで取得された時系列データを抽出し、これらのデータを通る線として包絡線Ｌ１１の式を作成する。同様に、心臓が拡張末期となるタイミング、すなわち、脈動の各ボトムとなるタイミングで取得された時系列データを抽出し、これらのデータを通る線として包絡線Ｌ１２の式を作成する。

図５に示される「ΔＶ」は、圧迫帯２０の内圧がＰとなっているタイミングにおける包絡線Ｌ１１の値から、同タイミングにおける包絡線Ｌ１２の値を差し引いたものである。このΔＶは、圧迫帯２０の内圧がＰとなっているときの、圧迫帯２０の容量の変動幅ということができる。上記のΔＶは、血管の拍動に伴う圧迫帯２０の容量変化に対応して、圧迫帯２０の内圧を一定値（Ｐ）に保つように調整している状態下での、圧迫帯２０の容量変化ということもできる。換言すれば、上記のΔＶは、血管の拍動中に血管壁１００にかかる圧力を一定値（Ｐ）に保っている状態下での、圧迫帯２０の容量変化ということもできる。また、圧迫帯２０の容量の変動は、血管壁１００の内側における容量の変動により生じるものであるから、ΔＶは、圧迫帯２０の内圧がＰとなっているときの、血管壁１００の容量の変動幅、すなわち「第２指標の変動幅」ということもできる。トーヌス情報算出部５３は、時系列データに含まれる圧迫帯２０の内圧のそれぞれの値について、対応する「第２指標の変動幅」の値を上記と同様の方法で算出する。

このように算出された対応関係、すなわち、圧迫帯２０の内圧と、第２指標の変動幅との対応関係は、理想的には、図６に示されるグラフ上に分布するはずである。同図に示される「ＰＤＩＡ」は、心臓が拡張し血圧が極小となっている際においても血管壁１００の内側を閉口させないような圧迫帯２０の内圧、の最大値である。当該値のことを、以下では「第１圧力ＰＤＩＡ」とも称する。同図の「ＰＳＹＳ」は、心臓が収縮し血圧が極大となっている際において血管壁１００の内側を閉口させるような圧迫帯２０の内圧、の最小値である。当該値のことを、以下では「第２圧力ＰＳＹＳ」とも称する。

圧迫帯２０の内圧が第１圧力ＰＤＩＡ以下であるときには、血管壁１００の内側は常に開口した状態となっている。このため、圧迫帯２０の内圧の変化に対する、第２指標の変動幅の変化の傾きは、比較的緩やかである。

圧迫帯２０の内圧が第１圧力ＰＤＩＡよりも大きくなると、血管壁１００の内壁は、脈動のボトムとなるタイミングの近傍において、毎回閉口するようになる。このため、圧迫帯２０の内圧の変化に対する、第２指標の変動幅の変化の傾きは急激に大きくなる。

その後、圧迫帯２０の内圧の増加に伴って上記の傾きは次第に小さくなっていき、第２指標の変動幅は増加から減少に転じる。圧迫帯２０の内圧の増加に伴う、第２指標の変動幅のこのような変化は、エラスティン繊維とコラーゲン繊維の関与の違いに伴って、血管壁弾性が変化することに起因している。圧迫帯２０の内圧が更に大きくなると、血管壁１００に加えられる力が大きくなるので、第２指標の変動幅は次第に小さくなっていく。圧迫帯２０の内圧が第２圧力ＰＳＹＳになると、血管壁１００の内壁は常に閉口した状態となるので、第２指標の変動幅は、理想的には図６のように０となるはずである。

圧迫帯２０の内圧と、第２指標の変動幅との対応関係は、実際には図７の各点で示されるものとなる。同図に示されるように、圧迫帯２０の内圧が第２圧力ＰＳＹＳとなっても、第２指標の変動幅は実際には０とならない。その理由について、図８を参照しながら説明する。

図８では、圧迫帯２０を巻き付けられた上腕７０の断面が、模式的に描かれている。図８においては、圧迫帯２０の内圧が上記の第２圧力ＰＳＹＳよりも大きくなっており、血管壁１００は圧縮されて閉口した状態となっている。このため、図８に示される部分では、血管壁１００の内側において血流が遮断されている。

ただし、このように血流が遮断された状態においても、血管壁１００のうち圧迫帯２０よりも上流側（図８では右側）の部分では、心臓の拍動に伴って血管壁１００の内圧が脈動している。このため、この部分における血管壁１００の容量は、矢印ＡＲ１１で示されるように脈動する。圧迫帯２０は、当該脈動により力を受けるので、その容量もまた、矢印ＡＲ１２で示されるように脈動することとなる。圧迫帯２０の内圧が第２圧力ＰＳＹＳ以上となっても、第２指標の変動幅が０とならないのは、このような理由による。

図７に戻って説明を続ける。図７に示される線Ｌ２３は、図８の矢印ＡＲ１１で示されるような、血管壁１００のうち上流側部分が脈動してしまうことの影響を表している。図７に示されるデータの各点は、図６に示される理想的なグラフに対し、図８の線Ｌ２３を重畳したグラフの上に分布している。トーヌス情報算出部５３は、図７の各点のように分布するデータに基づいて、第１圧力ＰＤＩＡ及び第２圧力ＰＳＹＳのそれぞれを算出する。

具体的には、トーヌス情報算出部５３は、図７に示されるデータのうち、第２指標の変動幅が最大となる部分及びその近傍のデータを、２次関数を用いて近似する。図７には、このような近似で得られた２次関数のグラフが線Ｌ２１として示されている。

図７に示される「Ｐ１」は、第２指標の変動幅が最大となるときにおける圧迫帯２０の内圧である。図７に示される「Ｐ２」は、第２指標の変動幅の変化が変曲点となるときにおける、圧迫帯２０の内圧である。この「Ｐ２」は、線Ｌ２３の影響が出始めるときの圧迫帯２０の内圧、ということもできる。線Ｌ２１に示される２次関数としては、図７に示されるデータのうち、少なくともＰ１及びＰ２の２点において、変動幅のデータと一致するような２次関数を採用することが好ましい。

トーヌス情報算出部５３は、上記のような近似により得られた２次関数の値が０となるときの圧迫帯２０の内圧であり、且つＰ１よりも大きい方の値を、第２圧力ＰＳＹＳとして算出する。

また、トーヌス情報算出部５３は、図７の各点に示されるデータのうち、Ｐ１よりも十分に小さな範囲における複数のデータを、上記とは別の２次関数を用いて近似する。図７には、このような近似で得られた２次関数のグラフが線Ｌ２２として示されている。トーヌス情報算出部５３は、それぞれの近似で得られる各２次関数の交点、すなわち、線Ｌ２１と線Ｌ２２における交点に対応する圧迫帯２０の内圧を、第１圧力ＰＤＩＡとして算出する。

尚、第１圧力ＰＤＩＡ及び第２圧力ＰＳＹＳの算出は、上記と異なる方法によって行われてもよい。例えば、線Ｌ２１や線Ｌ２２を求めるための近似は、２次関数ではなく３次関数や４次関数など、他の関数を用いて行われてもよい。また、図７に示される各データの波形を解析し、変曲点となる点における圧迫帯２０の内圧を第１圧力ＰＤＩＡとして算出することとしてもよい。いずれの態様においても、トーヌス情報算出部５３は、圧迫帯２０の内圧と、圧迫帯２０の容量の変動幅と、の対応関係（つまり図７の各点）に基づいて、第１圧力ＰＤＩＡ及び第２圧力ＰＳＹＳのそれぞれを算出するように構成される。

第１圧力ＰＤＩＡ及び第２圧力ＰＳＹＳのそれぞれを算出した後、トーヌス情報算出部５３はコンプライアンス値を算出する。「コンプライアンス値」とは、心臓の拍動に伴う圧迫帯２０の内圧の変化に対応する、第２指標の変化の傾きのことである。

コンプライアンス値の算出方法について、図９を参照しながら説明する。図９（Ａ）乃至（Ｃ）のそれぞれにおける上段には、心臓が収縮し血圧が極大となっているとき、すなわち、血管壁１００における血圧が第２圧力ＰＳＹＳに概ね等しくなっているときにおける、血管壁１００の断面形状が模式的に示されている。図９（Ａ）乃至（Ｃ）のそれぞれにおける下段には、心臓が拡張し血圧が極小となっているとき、すなわち、血管壁１００における血圧が第１圧力ＰＤＩＡに概ね等しくなっているときにおける、血管壁１００の断面形状が模式的に示されている。

図９（Ａ）には、圧迫帯２０の内圧が、第１圧力ＰＤＩＡ及び第２圧力ＰＳＹＳのいずれよりも大きくなっているときの、血管壁１００の状態が示されている。この状態においては、心臓が収縮し血圧が極大となっているとき、及び、心臓が拡張し血圧が極小となっているとき、のいずれにおいても、血管壁１００は、圧迫帯２０からの力により常に閉口した状態となっている。圧迫帯２０の内圧がこのような圧力域にあるときには、血管壁１００の容量が変化しないので、血管壁１００の弾性状態を示す指標、であるコンプライアンス値を得ることができない。このため、トーヌス情報算出部５３は、当該圧力域についてはトーヌス情報の算出を行わない。

図９（Ｂ）には、圧迫帯２０の内圧が、第１圧力ＰＤＩＡよりも大きくなっており、且つ、第２圧力ＰＳＹＳよりも小さくなっているときの、血管壁１００の状態が示されている。この状態においては、心臓が収縮し血圧が極大となっているときには、血管壁１００が開口した状態となり、心臓が拡張し血圧が極小となっているときには、血管壁１００が閉口した状態となる。

圧迫帯２０の内圧がこの圧力域にあるときにおいては、心臓の拍動に伴う圧迫帯２０の内圧の変動幅は（ＰＳＹＳ－０）ということになる。このため、各内圧における第２指標の変動幅を「ΔＶ」とし、コンプライアンス値を「Ｃ」とすると、圧迫帯２０の内圧がこの圧力域にあるときについてのコンプライアンス値は、Ｃ＝ΔＶ／ＰＳＹＳの式を用いて算出することができる。

図９（Ｃ）には、圧迫帯２０の内圧が、第１圧力ＰＤＩＡ及び第２圧力ＰＳＹＳのいずれよりも小さくなっているときの、血管壁１００の状態が示されている。この状態においては、心臓が収縮し血圧が極大となっているとき、及び、心臓が拡張し血圧が極小となっているとき、のいずれにおいても、血管壁１００は常に開口した状態となっている。

圧迫帯２０の内圧がこの圧力域にあるときにおいては、心臓の拍動に伴う圧迫帯２０の内圧の変動幅は（ＰＳＹＳ－ＰＤＩＡ）ということになる。このため、上記と同様に、各内圧における第２指標の変動幅を「ΔＶ」とし、コンプライアンス値を「Ｃ」とすると、圧迫帯２０の内圧がこの圧力域にあるときについてのコンプライアンス値は、Ｃ＝ΔＶ／（ＰＳＹＳ－ＰＤＩＡ）の式を用いて算出することができる。

以上のような方法により、トーヌス情報算出部５３は、図９（Ａ）乃至（Ｃ）のそれぞれの圧力域について、圧迫帯２０の内圧の各値に対応したコンプライアンス値を算出する。コンプライアンス値は、圧迫帯２０の内圧Ｐの関数ともいえるので、コンプライアンス値は「Ｃ（Ｐ）」と表記することができる。それぞれのコンプライアンス値は、圧迫帯２０の内圧に応じて変化する、血管壁１００の弾性状態を示す指標として用いることができるものである。

続いて、トーヌス情報算出部５３は、コンプライアンス値であるＣ（Ｐ）を、圧迫帯２０の内圧Ｐについて所定値まで積分する。積分区間としては、例えば、時系列データに含まれる内圧Ｐのうち最も低い値から、上記所定値までの区間を設定すればよい。積分計算の際における内圧Ｐの増分を「ΔＰ」と表記すると、上記の積分は、内圧Ｐの値が例えば０から上記所定値となるまでの範囲において、ΔＶ＝Ｃ（Ｐ）ΔＰの値を積算して行くことにより算出される。増分であるΔＰの大きさとしては、任意の大きさを設定することができる。

当該積分により得られる値は、圧迫帯２０の内圧が当該「所定値」となっているときの、血管壁１００の内側における容量となる。上記の「所定値」に対応する第１指標と、積分により得られた「容量」に対応する第２指標と、の組み合わせが、トーヌス情報を構成する一要素として用いられる。トーヌス情報算出部５３は、様々な値の「所定値」について上記の積分を行うことで、第１指標と第２指標との組み合わせを複数算出する。それぞれの第１指標と第２指標との組み合わせを、例えば２次元のグラフ上にプロットすることで、図３に示されるトーヌス情報を算出することができる。

尚、図３の縦軸である第１指標としては、血管壁にかかる圧力を示す指標であれば、本実施形態とは異なる指標を用いることもできる。例えば、血圧の値を基準とし、当該基準からの増分となる圧力となるように変換した値を、第１指標としてもよい。この場合の血圧の値は、例えば特許第６６５１０８７号に記載の方法を用いて、時系列データに基づいて予め算出しておけばよい。

図１０は、トーヌス情報を算出するために実行される上記処理の流れを、フローチャートとして描いたものである。当該処理の最初のステップＳ０１では、上腕７０に圧迫帯２０が巻き付けられる。尚、この時点における圧迫帯２０の内圧は、概ね大気圧に等しくなっている。

ステップＳ０１に続くステップＳ０２では、圧力調整部５１により、圧迫帯２０の内圧を上昇させる処理が行われる。圧力調整部５１は、空気ポンプ３１及び制御弁３２の動作を制御することで、圧迫帯２０の内圧を所定の速度で上昇させて行く。圧迫帯２０の内圧が所定の目標圧力まで到達したことが、圧力センサ３４によって検知されると、圧力調整部５１は空気ポンプ３１の動作を停止させる。目標圧力としては、第２圧力ＰＳＹＳの平均的な値よりも十分に高い圧力が設定される。このため、ステップＳ０２の処理が完了した時点では、圧迫帯２０からの力によって血管壁１００は常に閉口した状態となっている。

ステップＳ０２に続くステップＳ０３では、圧力調整部５１により、圧迫帯２０の内圧を次第に低下させる処理が開始される。圧力調整部５１は、空気ポンプ３１及び制御弁３２の動作を制御することで、圧迫帯２０の内圧を所定の速度で低下させて行く。当該処理は、圧迫帯２０の内圧が、所定の停止圧力に到達するまで継続して行われる。停止圧力としては、第１圧力ＰＤＩＡの平均的な値よりも十分に低い圧力が設定される。

ステップＳ０３において上記処理が開始されると、圧迫帯２０の内圧が停止圧力に到達するのを待つことなく、直ちにステップＳ０４に移行する。ステップＳ０４では、データ取得部５２により、時系列データを取得する処理が開始される。先に述べたように、データ取得部５２は、圧迫帯２０の内圧及び容量のそれぞれを、所定の周期でサンプリングすることにより時系列データを取得する。時系列データの取得は、圧迫帯２０の内圧が停止圧力に到達するまで継続して行われる。圧迫帯２０の内圧が停止圧力に到達すると、圧力調整部５１は空気ポンプ３１の動作を停止させる。また、データ取得部５２は時系列データの取得を終了する。その後、ステップＳ０５に移行する。

ステップＳ０５では、トーヌス情報算出部５３によるフィルタリング処理が行われる。先に述べたように、トーヌス情報算出部５３は、時系列データにフィルタリング処理を施すことにより、心臓が収縮最大期となるタイミング、すなわち、脈動の各ピークとなるタイミングで取得された時系列データを抽出し、これらのデータを通る線として図５の包絡線Ｌ１１の式を作成する。同様に、心臓が拡張末期となるタイミング、すなわち、脈動の各ボトムとなるタイミングで取得された時系列データを抽出し、これらのデータを通る線として同図の包絡線Ｌ１２の式を作成する。

ステップＳ０５に続くステップＳ０６では、図５を参照しながら説明したように、時系列データに含まれる圧迫帯２０の内圧のそれぞれに対応する、第２指標の変動幅の値（図５のΔＶ）を算出する処理が、トーヌス情報算出部５３によって行われる。これにより、圧迫帯２０の内圧と、それに対応する第２指標の変動幅との対応関係として、図７の各点に示されるようなデータが取得されることとなる。

ステップＳ０６に続くステップＳ０７では、第１圧力ＰＤＩＡ、及び第２圧力ＰＳＹＳのそれぞれの値を算出する処理が、トーヌス情報算出部５３によって行われる。その算出方法は、図７等を参照しながら先に説明した通りである。

ステップＳ０７に続くステップＳ０８では、コンプライアンス値を算出する処理がトーヌス情報算出部５３によって行われる。コンプライアンス値は、時系列データに含まれる圧迫帯２０の内圧のそれぞれの値について算出される。図９を参照しながら既に説明した通り、トーヌス情報算出部５３は、圧迫帯２０の内圧が、第１圧力ＰＤＩＡよりも大きくなっており、且つ、第２圧力ＰＳＹＳよりも小さくなっているときの各データについては、Ｃ＝ΔＶ／ＰＳＹＳの式を用いて、各内圧に対応するコンプライアンス値を算出する。また、圧迫帯２０の内圧が、第１圧力ＰＤＩＡ及び第２圧力ＰＳＹＳのいずれよりも小さくなっているときの各データについては、Ｃ＝ΔＶ／（ＰＳＹＳ－ＰＤＩＡ）の式を用いて、各内圧に対応するコンプライアンス値を算出する。ステップＳ０８の処理により、コンプライアンス値が、圧迫帯２０の内圧Ｐの関数Ｃ（Ｐ）として算出されることとなる。

ステップＳ０８に続くステップＳ０９では、内圧Ｐの関数Ｃ（Ｐ）として算出されたコンプライアンス値を、圧迫帯２０の内圧Ｐについて所定値まで積分する処理が、トーヌス情報算出部５３によって行われる。先に述べたように、当該処理は、様々な「所定値」について行われる。これにより、それぞれの「所定値」に対応する第１指標と、上記積分により得られた値（血管壁１００の内側の容量）に対応する第２指標と、の組み合わせが、トーヌス情報として算出される。

ステップＳ０９に続くステップＳ１０では、ステップＳ１０で算出されたトーヌス情報を外部に出力する処理が、出力部５４によって行われる。先に述べたように、出力されたトーヌス情報は、表示装置６０の画面上に、図３と同様の２次元グラフとして描かれる。これにより、生体情報測定装置１０の使用者へとトーヌス情報が提示される。

以上のように、本実施形態に係る生体情報測定装置１０では、生体の血管壁１００にかかる圧力を示す第１指標と、血管壁１００の内側における容量を示す第２指標と、の対応関係を示すトーヌス情報が、時系列データに基づいて算出される。時系列データを取得するための構成としては、従来のような超音波画像装置や歪みゲージ等は不要であり、一般的な家庭用血圧計と同様の比較的簡易且つ小型の構成を採用することができる。このため、本実施形態によれば、簡易且つ小型の構成としながらも、血管のトーヌス情報を測定することが可能となる。

本実施形態のトーヌス情報算出部５３により算出されるトーヌス情報は、図３のように２次元のグラフとして表現できるものであるから、当該トーヌス情報には、複数の第１指標の値、のそれぞれに対応した第２指標の値が含まれている。生体情報測定装置１０が、このような形式のトーヌス情報を算出し出力するので、先に述べた「Ｖ（ｄＰ／ｄＶ）」の式で表される血管弾性率を用いて血管壁１００の状態を定量化したり、血管壁１００が弛緩した際の第２指標の変化量ΔＶと、弛緩前における第２指標の値（Ｖ）を用いて、（ΔＶ／Ｖ）として定量化したりするなど、目的に応じた様々な情報を使用者に提供することが可能となる。

本実施形態のけるトーヌス情報算出部５３は、心臓の拍動に応じて変動する、圧迫帯２０の容量の変動幅を、第２指標の変動幅として算出し、当該変動幅を用いてトーヌス情報を算出するように構成されている。第２指標の変動幅、すなわち、血管壁１００の容量を示す指標の変動幅を、圧迫帯２０の容量に基づいて算出することができるので、従来のように超音波画像装置などの複雑な装置を用いる必要が無い。

トーヌス情報算出部５３は、コンプライアンス値Ｃ（Ｐ）を、圧迫帯２０の内圧Ｐについて所定値まで積分することで、当該所定値に対応した第２指標の値を算出する。超音波画像装置や歪みゲージ等を用いるのではなく、時系列データにより得られるコンプライアンス値Ｃ（Ｐ）を積分するだけで、血管壁１００の内側における容量を示す第２指標を算出することができるので、生体情報測定装置１０を簡易且つ小型の構成とすることが可能となる。

トーヌス情報算出部５３は、圧迫帯２０の内圧と、圧迫帯２０の容量の変動幅と、の対応関係、すなわち図７の各点に示される対応関係に基づいて、先に説明した方法で第１圧力ＰＤＩＡ及び第２圧力ＰＳＹＳのそれぞれを算出する。これにより、第１圧力ＰＤＩＡ及び第２圧力ＰＳＹＳのそれぞれを正確に算出し、これらをコンプライアンス値の算出に用いることができる。

トーヌス情報算出部５３は、第１圧力ＰＤＩＡ及び第２圧力ＰＳＹＳのそれぞれを上記のように予め算出した上で、圧迫帯２０の内圧が、第１圧力ＰＤＩＡよりも小さくなるような範囲においては、第２指標の変動幅を、第２圧力ＰＳＹＳから第１圧力ＰＤＩＡを差し引いた値で除することにより、コンプライアンス値を算出する。つまり、先に述べたようにＣ＝ΔＶ／（ＰＳＹＳ－ＰＤＩＡ）の式を用いてコンプライアンス値を算出する。

トーヌス情報算出部５３は、圧迫帯２０の内圧が、第１圧力ＰＤＩＡよりも大きく且つ第２圧力ＰＳＹＳよりも小さくなるような範囲においては、第２指標の変動幅を、第２圧力ＰＳＹＳの値で除することにより、コンプライアンス値を算出する。つまり、先に述べたようにＣ＝ΔＶ／ＰＳＹＳの式を用いてコンプライアンス値を算出する。

このように、本実施形態のトーヌス情報算出部５３は、圧迫帯２０の内圧について、図９（Ｂ）に示される圧力範囲と、図９（Ｃ）に示される圧力範囲と、のそれぞれに対応した適切な式を用いてコンプライアンス値を算出する。これにより、コンプライアンス値、及びこれに基づくトーヌス情報のそれぞれを、正確に算出することが可能となる。

生体情報測定装置１０は、トーヌス情報を出力するための出力部５４を更に備える。これにより、算出されたトーヌス情報を、使用者に向けて様々な態様で提示することが可能となる。

以上、具体例を参照しつつ本実施形態について説明した。しかし、本開示はこれらの具体例に限定されるものではない。これら具体例に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本開示の特徴を備えている限り、本開示の範囲に包含される。前述した各具体例が備える各要素およびその配置、条件、形状などは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。前述した各具体例が備える各要素は、技術的な矛盾が生じない限り、適宜組み合わせを変えることができる。

本開示に記載の制御装置及び制御方法は、コンピュータプログラムにより具体化された１つ又は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサ及びメモリを構成することによって提供された１つ又は複数の専用コンピュータにより、実現されてもよい。本開示に記載の制御装置及び制御方法は、１つ又は複数の専用ハードウェア論理回路を含むプロセッサを構成することによって提供された専用コンピュータにより、実現されてもよい。本開示に記載の制御装置及び制御方法は、１つ又は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサ及びメモリと１つ又は複数のハードウェア論理回路を含むプロセッサとの組み合わせにより構成された１つ又は複数の専用コンピュータにより、実現されてもよい。コンピュータプログラムは、コンピュータにより実行されるインストラクションとして、コンピュータ読み取り可能な非遷移有形記録媒体に記憶されていてもよい。専用ハードウェア論理回路及びハードウェア論理回路は、複数の論理回路を含むデジタル回路、又はアナログ回路により実現されてもよい。

１０：生体情報測定装置
２０：圧迫帯
５０：制御装置
５１：圧力調整部
５２：データ取得部
５３：トーヌス情報算出部
５４：出力部

Claims (6)

1. 生体の一部に巻き付けられる圧迫帯と、
   前記圧迫帯の内圧を変化させる圧力調整部と、
   前記圧迫帯の内圧が変化している期間における、当該内圧及び前記圧迫帯の容量のそれぞれの変化を示す時系列データ、を取得するデータ取得部と、
   前記生体の血管壁にかかる圧力を示す第１指標と、前記血管壁の内側における容量を示す第２指標と、の対応関係を示すトーヌス情報を、前記時系列データに基づいて算出するトーヌス情報算出部と、
   を備え、
   前記トーヌス情報算出部は、
   心臓の拍動に応じて変動する、前記圧迫帯の容量の変動幅を、前記第２指標の変動幅として算出し、当該変動幅を用いて前記トーヌス情報を算出するものであり、
   前記トーヌス情報算出部は、
   前記内圧と前記容量との関係を表すグラフにおいて、脈動の各ピークとなるタイミングで取得された前記時系列データを通る包絡線の式、である第１式と、
   前記内圧と前記容量との関係を表すグラフにおいて、脈動の各ボトムとなるタイミングで取得された前記時系列データを通る包絡線の式、である第２式と、を作成し、
   前記第１式で得られる値から前記第２式で得られる値を差し引くことにより、それぞれの前記内圧に対応した前記変動幅を算出することを特徴とする生体情報測定装置。
2. 前記トーヌス情報算出部により算出される前記トーヌス情報には、
   複数の前記第１指標の値、のそれぞれに対応した前記第２指標の値が含まれることを特徴とする、請求項１に記載の生体情報測定装置。
3. 前記トーヌス情報算出部は、
   前記圧迫帯の内圧の変化に対応する、前記第２指標の変化の傾き、であるコンプライアンス値を、前記圧迫帯の内圧について所定値まで積分することで、当該所定値に対応した前記第２指標の値を算出することを特徴とする、請求項１に記載の生体情報測定装置。
4. 心臓が拡張し血圧が極小となっている際においても前記血管壁の内側を閉口させないような前記圧迫帯の内圧、の最大値を第１圧力とし、
   心臓が収縮し血圧が極大となっている際において前記血管壁の内側を閉口させるような前記圧迫帯の内圧、の最小値を第２圧力としたときに、
   前記トーヌス情報算出部は、
   前記第１圧力及び前記第２圧力のそれぞれを予め算出した上で、
   前記圧迫帯の内圧が、前記第１圧力よりも小さくなるような範囲においては、前記第２指標の変動幅を、前記第２圧力から前記第１圧力を差し引いた値で除することにより、前記コンプライアンス値を算出し、
   前記圧迫帯の内圧が、前記第１圧力よりも大きく且つ前記第２圧力よりも小さくなるような範囲においては、前記第２指標の変動幅を、前記第２圧力の値で除することにより、前記コンプライアンス値を算出することを特徴とする、請求項３に記載の生体情報測定装置。
5. 前記トーヌス情報算出部は、
   前記圧迫帯の内圧と、前記圧迫帯の容量の変動幅と、の対応関係に基づいて、前記第１圧力及び前記第２圧力のそれぞれを算出することを特徴とする、請求項４に記載の生体情報測定装置。
6. 前記トーヌス情報を出力する出力部、を更に備えることを特徴とする、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の生体情報測定装置。

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