JP7025917B2 - Sphygmomanometer and its control method - Google Patents
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Description
本発明は血圧計およびその制御方法に関し、特にはエアバッグを用いて血圧を計測する血圧計およびその制御方法に関する。 The present invention relates to a sphygmomanometer and a control method thereof, and more particularly to a sphygmomanometer for measuring blood pressure using an airbag and a control method thereof.
脈波や血圧を計測するための血圧計には、エアバッグを内蔵した帯状のカフを用い、オシロメトリック法によって血圧を計測するものが知られている。オシロメトリック法による血圧計測は、被計測者の計測部位にカフを装着し、ポンプでエアバッグに給気することによって計測部位を加圧して駆血したのち、減圧しながら計測した脈波の振幅に基づいて血圧値を決定する。 As a sphygmomanometer for measuring pulse waves and blood pressure, a sphygmomanometer that measures blood pressure by an oscillometric method using a band-shaped cuff with a built-in airbag is known. In blood pressure measurement by the oscillometric method, a cuff is attached to the measurement site of the person to be measured, and the measurement site is pressurized by supplying air to the airbag with a pump to drive blood, and then the amplitude of the pulse wave measured while depressurizing. The blood pressure value is determined based on.
このような血圧計においては、エアバッグ内部とつながった気体流路に排気弁を設け、駆血時には排気弁を閉じ、駆血後、血圧値が決定されるまで(計測中)は排気弁を部分的に開いて一定割合でエアバッグ内部を減圧する。そして、血圧値が決定されると排気弁を全開して急速にエアバッグ内部を減圧する。排気弁が2つ設けられる場合、計測中には片方だけを部分的に開き、血圧値が決定されると両方を全開する。 In such a sphygmomanometer, an exhaust valve is provided in the gas flow path connected to the inside of the airbag, the exhaust valve is closed during blood removal, and the exhaust valve is closed until the blood pressure value is determined (during measurement) after blood pressure removal. Partially open to depressurize the inside of the airbag at a constant rate. Then, when the blood pressure value is determined, the exhaust valve is fully opened to rapidly reduce the pressure inside the airbag. When two exhaust valves are provided, only one is partially opened during measurement and both are fully opened when the blood pressure value is determined.
排気弁としては、ソレノイドを用いて開度を調節可能とした電磁弁が広く用いられている。ソレノイドは、中空円筒状のコイルと、コイルの中心軸に挿入されたプランジャ(可動子)とを有し、コイルに流れる電流によって発生する磁界により、プランジャを中心軸に沿って直線運動させる電気機械変換素子である。ソレノイドには、オン(全開)とオフ(全閉)のみプランジャの位置を制御可能なものと、全開から全閉まで任意の位置にプランジャの位置を制御可能なものがあり、後者は比例ソレノイドとも呼ばれる。比例ソレノイドを用い、プランジャの位置(移動量)を制御することにより、電磁弁と排気口との間の間隙の大きさ(開口度)を制御することができる。 As the exhaust valve, a solenoid valve whose opening degree can be adjusted by using a solenoid is widely used. The solenoid has a hollow cylindrical coil and a plunger (movable element) inserted in the central axis of the coil, and is an electric machine that linearly moves the plunger along the central axis by a magnetic field generated by a current flowing through the coil. It is a conversion element. Some solenoids can control the position of the plunger only on (fully open) and off (fully closed), while others can control the position of the plunger at any position from fully open to fully closed. The latter is also a proportional solenoid. Called. By controlling the position (movement amount) of the plunger using the proportional solenoid, the size (opening degree) of the gap between the solenoid valve and the exhaust port can be controlled.
比例ソレノイドには、電磁弁には開口度を0%(全閉)から100%(全開)方向に制御する場合と、開口度を100%から0%方向に制御する場合とで、同じ駆動電流に対する開口度が異なるというヒステリシス特性を有するものがある(特許文献1)。 The proportional solenoid has the same drive current for the solenoid valve when the opening degree is controlled from 0% (fully closed) to 100% (fully open) and when the opening degree is controlled from 100% to 0%. Some have a hysteresis characteristic that the degree of opening is different from that of (Patent Document 1).
血圧の計測中における減圧速度は一定であることが望ましいため、圧力を監視し、圧力が目標値または目標範囲より高い場合には開口度を上げ、低い場合には開口度を下げるようにフィードバック制御する場合がある。この際、電磁弁のヒステリシスが大きいとフィードバック制御の精度が低下し、ひいては血圧値の計測精度も低下するという問題がある。 Since it is desirable that the decompression rate be constant during blood pressure measurement, the pressure is monitored and feedback control is performed to increase the opening degree when the pressure is higher than the target value or target range and decrease the opening degree when the pressure is low. May be done. At this time, if the hysteresis of the solenoid valve is large, the accuracy of the feedback control is lowered, and there is a problem that the measurement accuracy of the blood pressure value is also lowered.
本発明はこのような従来技術の課題に鑑みなされたものであり、開口度と駆動電流の大きさとの関係にヒステリシスを有する電磁弁を排気弁として用いていても、精度良く排気流量を制御可能な血圧計およびその制御方法を提供することを主な目的とする。 The present invention has been made in view of the above-mentioned problems of the prior art, and even if an electromagnetic valve having hysteresis in the relationship between the opening degree and the magnitude of the drive current is used as the exhaust valve, the exhaust flow rate can be controlled with high accuracy. The main purpose is to provide a sphygmomanometer and its control method.
上述の目的は、被検者の計測部位に装着されるエアバッグと、エアバッグの内圧を低下させるための電磁弁と、電磁弁の開口度を制御する駆動回路と、を有する血圧計であって、駆動回路は、電磁弁の時定数に対応する周波数よりも低く、エアバッグの内圧を表す信号から血圧を計測するために用いる脈波信号を抽出するためのローパスフィルタのカットオフ周波数より高い周波数を有するパルス信号を用いて電磁弁を駆動し、電磁弁の開口度を制御することを特徴とする血圧計によって達成される。 The above-mentioned object is a blood pressure monitor having an air bag attached to the measurement site of the subject, an electromagnetic valve for reducing the internal pressure of the air bag, and a drive circuit for controlling the opening degree of the electromagnetic valve. The drive circuit is lower than the frequency corresponding to the time constant of the solenoid valve, and is lower than the cutoff frequency of the low-pass filter for extracting the pulse wave signal used for measuring blood pressure from the signal representing the internal pressure of the airbag. It is achieved by a blood pressure monitor characterized in that a solenoid valve is driven using a pulse signal having a high frequency and the opening degree of the solenoid valve is controlled.
このような構成により、本発明によれば、開口度と駆動電流の大きさとの関係にヒステリシスを有する電磁弁を排気弁として用いていても、精度良く排気流量を制御可能な血圧計およびその制御方法を提供することができる。 With such a configuration, according to the present invention, a sphygmomanometer capable of accurately controlling the exhaust flow rate and its control even when an electromagnetic valve having hysteresis in the relationship between the opening degree and the magnitude of the drive current is used as the exhaust valve. A method can be provided.
以下、図面を参照して本発明をその例示的な実施形態に基づいて詳細に説明する。なお、以下では本発明を血圧計に適用した構成に関して説明する。しかし、本発明は血圧計に限らず、脈波計、血流量計など、被計測者に取り付けられ、ポンプで給気されるエアバッグを用いて生体情報を計測する生体情報計測装置に適用可能である。また、アプリケーションソフトウェアを実行することにより、本発明を適用した血圧計や生体情報計測装置として機能することが可能なコンピュータ機器も、本発明の血圧計もしくは生体情報計測装置に含まれる。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings based on an exemplary embodiment. In the following, a configuration in which the present invention is applied to a sphygmomanometer will be described. However, the present invention is not limited to sphygmomanometers, but can be applied to biometric information measuring devices such as pulse wave meters and blood flow meters that are attached to the person to be measured and measure biometric information using an airbag supplied by a pump. Is. Further, a computer device capable of functioning as a sphygmomanometer or a biometric information measuring device to which the present invention is applied by executing application software is also included in the sphygmomanometer or the biometric information measuring device of the present invention.
●(血圧計の構成)
図1は、実施形態に係る血圧計の一例としての自動血圧計150の機能構成例を示すブロック図である。自動血圧計150は、カフ10を用いたオシロメトリック法により血圧を計測する。
カフ10は、エアホースHの一端に接続されたエアバッグ11を内蔵し、被検者の、血圧を計測する部位(例えば四肢や足趾の1つ以上)に装着される。エアホースHの他端に設けられたコネクタを自動血圧計150のエアコネクタ24に取り付けることによって、カフ10が自動血圧計150に取り付けられる。エアコネクタ24は圧力センサ12、定排弁14、急排弁16、ポンプ18と共通の気体流路Rで接続されている。従って、カフ10が自動血圧計150に取り付けられた状態で、エアバッグ11、エアホースH、および気体流路Rは連続した1つの空間を形成する。
● (Structure of blood pressure monitor)
FIG. 1 is a block diagram showing a functional configuration example of an
The
圧力センサ12は例えばピエゾ素子などを用いた圧力-電気変換センサであり、エアバッグ11の内圧を表す電気信号(センサ出力信号)を出力する。脈によってエアバッグ11の内圧が変化するため、センサ出力信号は脈波成分を含んでいる。センサ出力信号はADコンバータ22によって所定周波数でサンプリングされ、デジタルデータ化される。 The pressure sensor 12 is a pressure-electric conversion sensor using, for example, a piezo element, and outputs an electric signal (sensor output signal) representing the internal pressure of the airbag 11. Since the internal pressure of the airbag 11 changes depending on the pulse, the sensor output signal contains a pulse wave component. The sensor output signal is sampled at a predetermined frequency by the AD converter 22 and converted into digital data.
定排弁14および急排弁16はエアバッグ11の内圧を低下させるための排気弁である。定排弁14は開口度(排気流量)が可変で、駆血状態から徐々にエアバッグ11の内圧を低下させるために用いられる。一方、急排弁16はエアバッグ11の内圧を急速に低下させるために用いられ、計測終了時に開放される。急排弁16は開口度が0%と100%(全閉と全開)の2状態を制御可能であればよい。定排弁14および急排弁16は例えばソレノイドを用いた電磁弁によって実現することができる。
The
ポンプ18はエアバッグ11に給気して内圧を増加させるために用いられる。
定排弁14および急排弁16の開口度、およびポンプ18の起動・停止は、カフ制御部20が制御する。カフ制御部20は主制御部30の制御に従って動作する。開口度が可変な定排弁14については、定排弁駆動回路21がカフ制御部20の指示に従った開口度となるように駆動する。急排弁16は、開口度が100%(全開)と0%(全閉)の2状態を制御すれば良いため、カフ制御部20が直接駆動する。
The
The
本実施形態では、説明及び理解を容易にするため、自動血圧計150にカフ10が1つ接続される構成を示しているが、カフ10が複数接続されてもよい。カフ10が複数接続される場合、エアコネクタ24、圧力センサ12、定排弁14、急排弁16、およびポンプ18については原則としてカフ10と同数設ける。一方、カフ制御部20、ADコンバータ22については必ずしもカフ10と同数設ける必要はない。
In the present embodiment, for ease of explanation and understanding, one
ADコンバータ22でデジタルデータ化されたセンサ出力信号は、脈波信号抽出フィルタ50および圧力信号抽出フィルタ51に供給される。
脈波信号抽出フィルタ50は、センサ出力信号から容積脈波信号成分(以下、単に脈波信号成分という)を抽出し、脈波信号として主制御部30に出力する。
圧力信号抽出フィルタ51は、センサ出力信号からポンプノイズ成分や脈波信号成分を除去し、圧力信号として主制御部30に出力する。
The sensor output signal digitized by the AD converter 22 is supplied to the pulse wave
The pulse wave
The pressure
これらのフィルタはいずれも抽出する信号成分の帯域を通過させ、他の帯域を遮断もしくは大幅に減衰させる周波数特性を有するフィルタによって実現できる。例えば、脈波信号抽出フィルタ50は一般的な脈拍の周波数を通過する帯域通過フィルタにより実現することが可能である。なお、上腕や足首など四肢の部位で計測される脈波と、足趾で計測される脈波とでは周波数帯域が異なる。そのため、計測部位(カフ10の装着部位)に応じた周波数特性の帯域通過フィルタを切り替え可能に備えたり、フィルタの周波数特性を計測部位に応じて変更可能に構成したりすることができる。
圧力信号抽出フィルタ51は、センサ出力信号からポンプノイズ成分や脈波信号成分といったAC成分を除去するローパスフィルタによって構成することができる。
All of these filters can be realized by a filter having a frequency characteristic that allows the band of the signal component to be extracted to pass through and blocks or significantly attenuates other bands. For example, the pulse wave
The pressure
主制御部30は例えば1つ以上のプログラマブルプロセッサ(MPU)とメモリとを備え、メモリに記憶されたプログラムをMPUで実行して自動血圧計150の各部の動作を制御することにより、自動血圧計150の機能を実現する。メモリには、プログラムの実行に用いる情報(各種の定数や設定値など)も記憶されてよい。なお、図1では脈波信号抽出フィルタ50および圧力信号抽出フィルタ51を主制御部30と別個の構成として記載しているが、主制御部30のMPUによってプログラムを実行することでこれらフィルタの機能を実現してもよい。
The
主制御部30は、脈波信号および圧力信号を取得し、圧力信号に基づいて、カフ制御部20を通じたポンプ18、定排弁14および急排弁16の動作を制御する。また、主制御部30は、脈波信号の振幅が特定の条件を満たした際の圧力信号の値に基づいて血圧値(収縮期血圧、平均血圧、および拡張期血圧)を決定する。
The
操作部60は、例えばキー、スイッチ、ボタンなどであり、ユーザからの指示や設定などを受け付ける。例えば電源ボタン/スイッチ、血圧計測の開始を指示するためのスイッチ/ボタンや、実行中の血圧計測の中止を指示するためのスイッチ/ボタンなどが含まれる。なお、表示部70がタッチパネルを有する場合、表示部70におけるGUI表示とタッチパネルとの組み合わせもまた操作部60の一部を構成する。操作部60の操作は主制御部30が監視しており、主制御部30は検出された操作に応じた動作を実行する。
The
表示部70は例えばLCDのようなドットマトリックス形式のディスプレイやLEDランプなどから構成され、主制御部30の制御に従って自動血圧計150の動作状態や計測結果、ガイダンスなどを表示する。なお、自動血圧計150は、表示部70に代えて、あるいは表示部70に加えて、スピーカやプリンタといった他の出力装置を備えてもよい。
The
記憶部80は計測データに関する情報(被検者の情報など)や計測データなどを記憶する記憶装置であり、例えば不揮発性メモリであってよい。記憶部80はメモリカードのような、自動血圧計150から取り外し可能な記録媒体を用いる構成であってもよい。なお、主制御部30のMPUが実行するプログラムやプログラムの実行に用いる情報のうち、少なくとも一部が記憶部80に記憶されてもよい。
The
外部インタフェース(I/F)90は、例えば計測した血圧値を用いる外部装置を自動血圧計150に接続するための有線および/または無線通信インタフェースである。自動血圧計150は、外部インタフェース(I/F)90を通じて外部装置と通信することができる。また、外部インタフェース(I/F)90を通じて外部装置から電源の供給を受けてもよい。
The external interface (I / F) 90 is a wired and / or wireless communication interface for connecting, for example, an external device using the measured blood pressure value to the
●(自動血圧計の動作)
図2は、本実施形態の自動血圧計150の血圧計測処理について説明するためのフローチャートである。例えば操作部60のスタートボタン等の押下により血圧測定動作の開始が指示されると、S101で主制御部30は、カフ制御部20に、カフ10への給気を開始するよう指示する。
● (Operation of automatic blood pressure monitor)
FIG. 2 is a flowchart for explaining the blood pressure measurement process of the
カフ制御部20はこの指示に応答してポンプ18を動作させる。これにより、エアバッグ11への給気が開始される。なお、給気中、カフ制御部20は、定排弁14および急排弁16をいずれも全閉の状態に制御する。圧力センサ12が出力するセンサ出力信号は、エアバッグ11の静的な内圧(カフ圧)を表す信号に、カフ10の装着部位の脈による圧力変動(容積脈波成分)およびポンプ18の動作ノイズ(ポンプノイズ成分)などが重畳した電気信号である。
The
センサ出力信号はADコンバータ22によってデジタルデータ化された後、脈波信号抽出フィルタ50および圧力信号抽出フィルタ51に供給される。脈波信号抽出フィルタ50は、センサ出力信号から抽出した脈波信号成分を脈波信号として主制御部30に供給する。圧力信号抽出フィルタ51は、センサ出力信号からポンプノイズ成分および脈波信号成分を除去した信号を圧力信号として主制御部30に供給する。
The sensor output signal is digitized by the AD converter 22, and then supplied to the pulse wave
S103で主制御部30は、圧力信号が表すカフ圧が予め定められた目標値に達したか否か判定し、達したと判定されればS105へ、達したと判定されなければS121へ、それぞれ処理を進める。
In S103, the
S121で主制御部30は、異常を検知したか否か判定し、検知したと判定されなければ処理をS103へ戻して給気を継続し、検知したと判定されれば処理をS123へ進める。例えば主制御部30は、給気を開始してからの経過時間が閾値を超える場合や、センサ出力信号の振幅が閾値未満である場合など、カフ10の加圧が正常に行われていないか、回路部品に異常があると判定される場合や、操作部60から計測の中止が指示された場合などに、異常を検知したと判定することができる。
In S121, the
S123で主制御部30は血圧計測を強制終了させる。
具体的には、主制御部30はカフ制御部20に、
・ポンプ18の動作停止(給気停止)
・定排弁14および急排弁16の全開
を指示する。
In S123, the
Specifically, the
・
-Instruct to fully open the
S125でカフ制御部20は、主制御部30の指示に従ってポンプ18の動作を停止させるとともに定排弁14および急排弁16を全開状態にする。
In S125, the
S127で主制御部30は、例えば表示部70にメッセージを表示したり、アラーム音を出力したりして、装置異常を報知し、血圧計測処理を終了する。なお、主制御部30はS123でカフ制御部20への指示を行った後、カフ制御部20の動作完了を待たずに処理をS127に進めてもよい。
In S127, the
一方、S103でカフ圧が目標値に達していると判定された場合、S105で主制御部30は、カフ制御部20に給気停止を指示する。あるいは、S103で圧力信号が表すカフ圧が予め定められた目標値に達したと判定されなくても、脈波信号が一定時間継続して消失したことが確認された時点で処理をS105に進めてもよい。カフ制御部20は、給気停止の指示に応答してポンプ18の動作(給気)を停止させる。
On the other hand, when it is determined in S103 that the cuff pressure has reached the target value, the
次いで主制御部30は、血圧決定処理を開始する。血圧決定処理は公知のオシロメトリック法に基づく方法で実行することができる。実行可能な一例について説明すると、まずS107で主制御部30は、カフ制御部20に対し、減圧率の予め定めた目標値(例えば5mmHg/秒)に対応する開口度で定排弁14を開くように指示する。カフ制御部20は、定排弁駆動回路21に対し、主制御部30から指示された開口度または流量を通知する。定排弁駆動回路21は、通知された開口度または流量に応じた駆動電流を生成し、定排弁14を駆動する。これにより、定排弁14の開口度が0(全閉)より大きくなり、定排弁14からの排気が開始されるとともに、カフ10のエアバッグ11の内圧も減少し始める。
Next, the
なお、定排弁14を開く際の初期開口度がカフ制御部20に予め設定されている場合、S107において主制御部30は、開口度を指定することなしに、単に定排弁14を開くようにカフ制御部20に指示してもよい。
When the initial opening degree at the time of opening the
主制御部30は定排弁14を開くようカフ制御部20に指示すると、脈波信号および圧力信号に基づいて血圧値の決定処理を開始する。主制御部30は、例えば脈波信号の振幅が最大になった時点より前および後において、脈波信号の振幅が最大振幅の所定割合に該当する時点の圧力信号が示す圧力値を収縮期血圧および拡張期血圧として決定することができる。あるいは、主制御部30は、脈波信号の振幅に有意な変化が生じた時点の圧力信号が示す圧力値を収縮期血圧および拡張期血圧として決定することができる。なお、減圧中には暫定的な血圧値を決定し、減圧処理が終了してから最終的な血圧値を決定してもよい。
When the
S109で主制御部30は、血圧決定処理を実行しながら圧力信号を監視し、減圧率が目標範囲内か否かを判定する。具体的には主制御部30は、現在のカフ圧が、定排弁14を開いてからの経過時間と目標減圧率から求まる現時点の目標値±許容誤差の目標範囲内にあるか否かを判定する。
In S109, the
主制御部30は、減圧率が目標範囲内にあると判定されれば、処理をS111に進め、血圧決定処理が終了したかどうかを判定する。主制御部30は血圧決定処理が終了したと判定されれば処理をS113に進め、血圧決定処理が終了したと判定されなければ処理をS109に戻す。上述の通り、血圧決定処理では暫定的な血圧値を決定してもよい。
If it is determined that the decompression rate is within the target range, the
S113で主制御部30はカフ制御部20に対して定排弁14および急排弁16の両方を全開の状態にするように指示する。これに応答してカフ制御部20は、定排弁14および急排弁16を全開の状態に制御する。
S120で主制御部30は減圧中もしくはS113以降に決定した血圧値などの計測値と、血圧値の信頼性および計測中に得られた他の情報を提示し、血圧計測処理を終了する。情報の提示は例えば表示部70に対する表示であってもよいし、音声による報知であってもよいし、それらの組み合わせであってもよい。ここでは表示部70に対する表示とする。
In S113, the
In S120, the
一方、S109において減圧率が目標範囲内と判定されない場合、主制御部30は、S115~S119で定排弁14の開口度を調整する。具体的には、S115で主制御部30は、現在のカフ圧)が目標範囲よりも低いか否かを判定し、低いと判定されればS119へ、低いと判定されなければS117へ処理を進める。
On the other hand, when the decompression rate is not determined to be within the target range in S109, the
S119で主制御部30は、排気流量を多くするため、カフ制御部20に定排弁14の開口度を増加するように指示し、処理をS109に戻す。また、S117で主制御部30は、排気流量を少なくするため、カフ制御部20に定排弁14の開口度を減少するように指示し、処理をS109に戻す。カフ制御部20は、主制御部30からの指示に従い、定排弁駆動回路21に、定排弁14の開口度を予め定められた割合だけ増加もしくは減少させるように指示する。
In S119, the
●(定排弁駆動回路21)
図3は、定排弁駆動回路21の構成例を示す図である。本実施形態において、定排弁14はソレノイドを用いた電磁弁であり、定排弁駆動回路21は所定の周波数を有するパルス信号(矩形波)をパルス幅変調(PWM)して得られる変調信号を用いて定排弁14を駆動する。PWM回路211は例えばFPGA(Field Programmable Gate Array)によって実現することができる。PWM回路211は、クロック信号(キャリア信号)として供給されるパルス信号の周波数を必要に応じて調整した後、カフ制御部20から指示される開口度または流量に応じたデューティー比を有するようにパルス幅変調して出力する。ここではクロック信号が定排弁駆動回路21の外部から供給される構成としたが、定排弁駆動回路21に発振器を設けてクロック信号を生成してもよい。
● (Constant discharge valve drive circuit 21)
FIG. 3 is a diagram showing a configuration example of the constant discharge
PWM回路211が出力するパルス信号はスイッチング素子としてのトランジスタ212のベースに入力される。トランジスタ212はパルス信号がハイレベルのときにオンし、ローレベルのときにオフする。定排弁14は電源Eとトランジスタ212のコレクタとの間に接続される。
The pulse signal output by the
PWM回路211が出力するパルス信号のデューティー比が高くなるほど定排弁14の駆動電流は大きくなる。カフ制御部20から開口度または流量の通知を受け取ると、PWM回路211は、予め記憶された、開口度または流量とデューティー比との関係とを示すテーブルまたは関係式にしたがって、パルス信号のデューティー比を決定する。そして、PWM回路211は、決定したデューティー比を有するパルスを生成して出力する。
The higher the duty ratio of the pulse signal output by the
本実施形態においては、定排弁14の駆動電流が脈流または脈動電流(大きさが周期的に変化する電流)となるような周波数を有するパルス信号のデューティー比をPWM回路211で制御する。
In the present embodiment, the
ソレノイドはコイルと寄生抵抗からなるLR直列回路と見なすことができる。そのため、駆動回路の方程式は、コイルのインダクタンスをL、寄生抵抗をRs、電源電圧をe、電流をiとすると、以下の式(1)で表すことができる。
トランジスタ212をPWM回路211が出力するパルス信号でスイッチングすることによって得られる定排弁14の駆動電流は、電圧に対して一次遅れの特性を持って追従する。ここで、PWM回路211がデューティー比を制御するパルス信号(キャリア信号)の周波数をωcとして式(1)を解くと、定排弁の駆動電流におけるPWMパルス信号成分の振幅電流Iは、
式(2)から、振幅電流Iは、パルス信号の周波数ωcが高いほど小さくなることが分かる。本実施形態では、パルス信号の周波数ωcを小さくすることによって、駆動電流を脈流とすることにより、プランジャを常時微振動させ、駆動方向による駆動量のヒステリシスを抑制する。上述の通り、ソレノイドはRL直列回路と見なすことができるため、ソレノイドの時定数に相当する周波数よりもパルス信号の周波数ωcが高い場合、駆動電流の大きさはほぼ一定になる。したがって、パルス信号の周波数ωcは、定排弁14に用いられる電磁弁の時定数に相当する周波数よりも低い値とする。また、血圧計測に影響を与えないため、脈波信号抽出フィルタとして用いられるローパスフィルタのカットオフ周波数(例えば150Hz)よりも高い値とする。
From equation (2), it can be seen that the amplitude current I decreases as the frequency ω c of the pulse signal increases. In the present embodiment, the frequency ω c of the pulse signal is reduced to make the drive current a pulsating current, so that the plunger is constantly slightly vibrated and the hysteresis of the drive amount depending on the drive direction is suppressed. As described above, since the solenoid can be regarded as an RL series circuit, when the frequency ω c of the pulse signal is higher than the frequency corresponding to the time constant of the solenoid, the magnitude of the drive current becomes almost constant. Therefore, the frequency ω c of the pulse signal is set to a value lower than the frequency corresponding to the time constant of the solenoid valve used for the
パルス信号の周波数ωcは、ヒステリシス[%]が予め定められた閾値未満となる範囲でパルス信号の周波数ωcを定めることができる。閾値は例えば3[%]程度とすることができるが、この限りでない。 As the frequency ω c of the pulse signal, the frequency ω c of the pulse signal can be determined within a range in which the hysteresis [%] is less than a predetermined threshold value. The threshold value can be, for example, about 3 [%], but this is not the case.
図3に示した定排弁駆動回路21は、定排弁14を直接PWM駆動する構成のため、例えば定電流回路の電流制御パラメータを周期的に変動させて定排弁14の駆動電流を脈流とする構成よりも、簡便である。
Since the constant discharge
図4は、比例ソレノイドを定排弁として用いた血圧計における駆動電流と排気流量との関係の具体例を示す図である。ここでは、定排弁14の駆動電圧Eを6[V]とし、圧力センサ12で検出されたエアバッグ11の内圧が300mmHgの状態で、全閉から全開に向かう方向と、全開から全閉に向かう方向とで駆動電流(デューテー比)を変更し、排気流量を計測した。比例ソレノイドのインダクタンスLは49[mmH](1kHz)、寄生抵抗Rsは137[Ω]であった。したがって、電磁弁の時定数τ=L/R=3.58×10-4[sec]、時定数τに対応する周波数1/t=2795.9[Hz]である。また、脈波信号に適用する脈波信号抽出フィルタ50のカットオフ周波数は150[Hz]である。
FIG. 4 is a diagram showing a specific example of the relationship between the drive current and the exhaust flow rate in a sphygmomanometer using a proportional solenoid as a constant exhaust valve. Here, the drive voltage E of the
パルス信号の周波数ωcを時定数τに対応する周波数よりも高くした場合(ωc=32kHz)と、低くした場合(ωc=1kHzおよび300Hz)のそれぞれについての計測結果を図4(a)~図4(c)に示す。 The measurement results for each of the case where the frequency ω c of the pulse signal is higher than the frequency corresponding to the time constant τ (ω c = 32 kHz) and the case where the frequency ω c is lower (ω c = 1 kHz and 300 Hz) are shown in FIG. 4 (a). -Shown in FIG. 4 (c).
図4に示すように、パルス信号の周波数ωcが時定数τに対応する周波数よりも高い場合には、ヒステリシスが大きく、図2のS109およびS115~S119で実施するようなフィードバック制御には適さない。一方、パルス信号の周波数ωcが時定数τに対応する周波数よりも低い場合ではヒステリシスが大幅に抑制されており、特にωc=300Hzの場合にはヒステリシスがほぼ解消している。 As shown in FIG. 4, when the frequency ω c of the pulse signal is higher than the frequency corresponding to the time constant τ, the hysteresis is large, and it is suitable for the feedback control as performed in S109 and S115 to S119 in FIG. do not have. On the other hand, when the frequency ω c of the pulse signal is lower than the frequency corresponding to the time constant τ, the hysteresis is significantly suppressed, and especially when ω c = 300 Hz, the hysteresis is almost eliminated.
このように、本発明によれば、定排弁として用いられる電磁弁が開口度と駆動電流との関係にヒステリシスを有する場合でも、開口度のフィードバック制御を高精度に実施することが可能となり、結果として血圧の計測精度を高めることができる。また、一般に、ヒステリシスの小さな電磁弁はヒステリシスの大きな電磁弁よりも高価である。本発明によれば、ヒステリシスの影響を大幅に抑制することができるため、ヒステリシスが比較的大きい電磁弁を用いても精度の良い血圧計測ができ、血圧計のコスト低減という観点からも非常に有用である。 As described above, according to the present invention, even when the solenoid valve used as the constant discharge valve has a hysteresis in the relationship between the opening degree and the drive current, the feedback control of the opening degree can be performed with high accuracy. As a result, the measurement accuracy of blood pressure can be improved. Also, in general, a solenoid valve with a small hysteresis is more expensive than a solenoid valve with a large hysteresis. According to the present invention, since the influence of hysteresis can be significantly suppressed, accurate blood pressure measurement can be performed even by using a solenoid valve having a relatively large hysteresis, which is very useful from the viewpoint of cost reduction of the sphygmomanometer. Is.
なお、本発明に係る定排弁の駆動方法は、カフ制御部20が有する1つ以上のプログラマブルプロセッサ(コンピュータ)に、PWM回路211と同様の動作を実行させるプログラム(アプリケーションソフトウェア)として実現することもできる。従って、このようなプログラムおよび、プログラムを格納した記憶媒体(CD-ROM、DVD-ROM等の光学記録媒体や、磁気ディスクのような磁気記録媒体、半導体メモリカードなど)もまた本発明を構成する。
The method for driving the constant discharge valve according to the present invention is realized as a program (application software) for causing one or more programmable processors (computers) of the
10…カフ、11…エアバッグ、12…圧力センサ、14…定排弁、16…急排弁、18…ポンプ、20…カフ制御部、21…定排弁駆動回路、22…ADコンバータ、30…主制御部、51…脈波抽出フィルタ、52…圧力抽出フィルタ、150…血圧計 10 ... Cuff, 11 ... Airbag, 12 ... Pressure sensor, 14 ... Constant discharge valve, 16 ... Rapid discharge valve, 18 ... Pump, 20 ... Cuff control unit, 21 ... Constant discharge valve drive circuit, 22 ... AD converter, 30 ... main control unit, 51 ... pulse wave extraction filter, 52 ... pressure extraction filter, 150 ... sphygmomanometer
Claims (6)
前記エアバッグの内圧を低下させるための電磁弁と、
前記電磁弁の開口度を制御する駆動回路と、を有する血圧計であって、
前記駆動回路は、前記電磁弁の時定数に対応する周波数よりも低く、前記エアバッグの内圧を表す信号から血圧を計測するために用いる脈波信号を抽出するためのローパスフィルタのカットオフ周波数より高い周波数を有するパルス信号を用いて前記電磁弁を駆動し、前記電磁弁の開口度を制御することを特徴とする血圧計。 An airbag attached to the subject's measurement site,
A solenoid valve for reducing the internal pressure of the airbag,
A sphygmomanometer having a drive circuit for controlling the opening degree of the solenoid valve.
The drive circuit has a frequency lower than the frequency corresponding to the time constant of the electromagnetic valve, and is a cutoff frequency of a low-pass filter for extracting a pulse wave signal used for measuring blood pressure from a signal representing the internal pressure of the airbag. A blood pressure monitor characterized in that the electromagnetic valve is driven by using a pulse signal having a higher frequency to control the opening degree of the electromagnetic valve.
前記エアバッグの内圧を低下させるための電磁弁と、を有する血圧計の制御方法であって、
前記電磁弁の時定数に対応する周波数よりも低く、前記エアバッグの内圧を表す信号から血圧を計測するために用いる脈波信号を抽出するためのローパスフィルタのカットオフ周波数より高い周波数を有するパルス信号を用いて前記電磁弁を駆動し、前記電磁弁の開口度を制御する制御工程を有することを特徴とする血圧計の制御方法。 An airbag attached to the subject's measurement site,
A method for controlling a sphygmomanometer having a solenoid valve for reducing the internal pressure of the airbag.
A frequency lower than the frequency corresponding to the time constant of the electromagnetic valve and higher than the cutoff frequency of the low-pass filter for extracting the pulse wave signal used for measuring blood pressure from the signal representing the internal pressure of the airbag. A control method for a blood pressure monitor, comprising a control step of driving the electromagnetic valve using a pulse signal and controlling the opening degree of the electromagnetic valve.
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