JPH0542111A

JPH0542111A - 脈波伝播速度測定装置

Info

Publication number: JPH0542111A
Application number: JP4014246A
Authority: JP
Inventors: Masaaki Takahashi; 正昭高橋; Masatoshi Nishimura; 正利西村; Nobuaki Nakatsubo; 信昭中坪
Original assignee: Sankyo Co Ltd
Current assignee: Sankyo Co Ltd
Priority date: 1991-01-31
Filing date: 1992-01-29
Publication date: 1993-02-23
Anticipated expiration: 2013-09-03
Also published as: CA2060227A1; DE69208695D1; EP0498281A1; GR3020169T3; DK0498281T3; ES2084198T3; JP2793404B2; ATE134852T1; EP0498281B1; DE69208695T2; US5293874A

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は、脈波伝播速度測定装置に関し、脈
波伝播速度を、高精度で自動測定して出力すると共に、
近距離間の場合にも、高精度で測定可能とし、更に、心
拍に同期したリアルタイム処理も可能にすることを目的
とする。【構成】データ処理部１とデータ入出力部２とから成
り、前記データ処理部１には、心音第１音を検出する心
音検出部４と、比較基準点検出部５と、脈波伝播時間検
出部６と、脈波伝播速度検出部７とを設けることによ
り、任意の２点間の脈波伝播速度を測定して出力するよ
うにした。また、心音第１音を検出した際、マーカを重
畳し、このマーカを検出して脈波信号の取り込みを行う
と共に最小二乗法による波形一致処理を行って、脈波伝
播時間を検出するように構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、脈波伝播速度測定装置
に関し、更に詳しく言えば、生体表面上から脈波信号を
検出し、脈波伝播速度を測定する脈波伝播速度測定装置
に関する。

【０００２】（技術の背景）動脈脈波は、心臓（左心
室）が収縮して、血液を大動脈に駆出した際、それに伴
って発生する圧力の波である。これは、血液の流れとは
異なり、大動脈の壁を伝わって末梢血管へ伝播されてい
く。この速さは、血流よりも数段速いことが知られてい
る。

【０００３】血管の硬化と脈波伝播速度｛Pulse wave V
elocity （以下、単に「ＰＷＶ」と略記する）｝につい
ての研究は比較的古く、よく知られているように、１９
２２年「Bramwell」がＰＷＶと生体容積弾性率の関係を
報告した。

【０００４】すなわち、ＰＷＶ値をＣｏ、Ｖを容積（血
管の容積）、Ｐを圧力（血管内圧）、ρを流体の密度
（血液は1.055 ｇ／平方センチメートル）、Ｖｄｐ／ｄ
ｖを容積弾性率とすれば、ＰＷＶ値Ｃｏは、次式で与え
られる。

【０００５】

【数１】

【０００６】これは、動脈血管のＰＷＶが容積弾性率と
血液密度に関係し、血液密度が一定であれば血管が硬い
程速度が速くなるという関係を表している。

【０００７】ＰＷＶ測定法は、無侵襲的に、動脈壁その
ものの弾性および管の容積変化率や壁の伸展性といった
物理的特性を意味するものとして捉えることが出来、動
脈硬化度を把握する客観的評価方法の１つとして有用で
あると考えられている。

【０００８】また、人のデータにより、ＰＷＶとそれに
関わる種々の因子と、動脈硬化について、次のような結
論も出されている。

【０００９】ＰＷＶにより、血管内圧と血管運動神経の
２因子の影響を除くことにより、壁弾性、すなわち、硬
さを求めることが出来る。このＰＷＶの測定方法は、頸
動脈脈波、股動脈脈波、心音を検出し、ＰＷＶ（m/sec
）＝［（大動脈弁口から股動脈までの直線距離）×1.3
］／（Ｔ＋Ｔｃ）の式で大動脈のＰＷＶを求める。

【００１０】ここで、Ｔは頸動脈脈波の立ち上がり点と
股動脈脈波の立ち上がり点の時間差である。すなわち、
脈波が頸動脈に届いた時点から股動脈に届くまでの時間
である。

【００１１】Ｔｃは心音の第２音（大動脈弁の閉じる
音）の発生から頸動脈脈波の下降時に生じる切痕（大動
脈弁が閉じる時に生じたもの）までの時間差である。す
なわち、大動脈弁口から頸動脈部までの脈波伝播に要す
る時間である。

【００１２】従って、Ｔ＋Ｔｃは、脈波が大動脈弁口を
出てから股動脈部まで伝播する時間となる。なお、係数
「１、３」は、解剖学的に求められた動脈実長補正係数
である。また上式は、現在臨床で使われている。

【００１３】ところで近年、近距離間でのＰＷＶを精度
良く測定することが要望されている。これは次のような
理由によるものである。

【００１４】ＰＷＶは、その測定区間内の血管壁の平均
的な硬化度を表わしている。従って、その測定区間を短
くし、精度良く２点間の脈波の遅れ時間を計測すること
により、比較的局所的な血管壁の硬化度を求めることが
できる。

【００１５】これは、大動脈全体のＰＷＶと、局所的な
ＰＷＶを併用することにより、動脈硬化の局在化を調べ
ることが出来、特に動脈硬化にともなう血管性病変の客
観的把握、早期発見、予防診断のための計測精度が上が
るものと考えられるからである。

【００１６】また、近距離のＰＷＶの測定が可能になる
と、頸動脈部に限定した動脈硬化度を求める事ができ
る。この頸動脈部の動脈硬化度は、頸動脈が脳血管系の
入り口でもあり、心臓血管系と共に臨床上重要視されて
いる。

【００１７】

【従来の技術】従来、一般的にＰＷＶは、動脈脈波を２
点間で同時に検出し、脈波の立ち上がり部の位相差（脈
波伝播時間）と、その測定距離を用いて求められてい
た。

【００１８】従って、この脈波伝播時間の測定精度が直
接脈波伝播速度の測定精度に結びつく。このため、例え
ば５センチメートル程度の近距離間の脈波伝播時間は、
数ミリ秒〜１０ミリ秒程度が予想されることから、特に
時間分解能が高く、かつ測定精度の高い計測法が必要で
ある。

【００１９】従来用いられていたＰＷＶの測定方法とし
ては、次のようなものが知られている。

【００２０】（１）比較的脈波波形が安定している２つ
の脈波立ち上り部の各々脈波振幅1/10点、あるいは1/5
点間の時間差から求める方法。

【００２１】（２）近距離間の脈波伝播速度を測定する
ために、２つの脈波立ち上り部の波形を、アナログ遅延
素子で重ね合わせ、その遅延時間からＰＷＶを求める方
法。

【００２２】

【発明が解決しようとする課題】上記のような従来のも
のにおいては、次のような欠点があった。

【００２３】（１）上記（１）のＰＷＶ測定方法では、
１点で時間差を求める事から、脈波信号にノイズ成分が
重畳すると、時間測定の誤差が大きくなる。

【００２４】特に、大動脈の比較的長い距離（例えば、
頸動脈と股動脈間）を対象にしている場合は、最終的に
求める脈波伝播速度に大きく影響しないが、例えば５セ
ンチメートル程度の近距離間の測定においては、この誤
差が無視できない。

【００２５】（２）上記（２）の測定方法における、脈
波の重ね合わせの判定処理は、オシロスコープ上で人が
視覚的に微調整して合わせている。

【００２６】このため、心拍毎に、自動的に脈波伝播速
度を測定できない。また、波形の重ね合わせ時に、数心
拍分の脈波信号を要するため、その計測値は平均化され
る。従って、寒冷昇圧などの負荷試験において、動的な
応答が得られない。

【００２７】本発明は、このような従来の欠点を解消
し、脈波伝播速度を、高精度で自動測定として出力する
と共に、近距離間の場合にも、高精度で測定可能とし、
更に心拍に同期したリアルタイム処理も可能にすること
を目的とする。

【００２８】

【課題を解決するための手段】第１図は、本発明の原理
図であり、図中、１はデータ処理部、２はデータ入出力
部、３は入力処理部、４は心音検出部、５は比較基準点
検出部、６は脈波伝播時間検出部、７は脈波伝播速度検
出部を示す。

【００２９】上記の目的を達成するため、本発明の脈波
伝播速度測定装置は、次のように構成したものである。

【００３０】（１）上流側、下流側の２つの脈波信号及
び心音信号を入力して、脈波伝播速度（ＰＷＶ）測定の
ためのデータ処理を行うデータ処理部１と、脈波測定区
間の入力及び測定した脈波伝播速度のデータを出力する
データ入出力部２とから成り、前記データ処理部１に
は、入力した心音信号から、心音第１音を検出する心音
検出部４と、検出した心音第１音をもとに、上流側、下
流側の脈波信号を取り込み、２つの脈波信号の比較基準
点を検出する、比較基準点検出部５と、検出した比較基
準点をもとに、２つの脈波信号の一致処理を行って、脈
波時間を検出する、脈波伝播時間検出部６と、検出した
脈波伝播時間を用いて、脈波伝播速度を検出する脈波伝
播速度検出部７とを設けることにより、任意の２点間の
脈波伝播速度を測定して出力するようにした。

【００３１】（２）上記構成（１）において、心音検出
部４では、心音第１音を検出した際、検出した心音第１
音にマーカを重畳すると共に、比較基準点検出部５で
は、前記マーカを検出して、脈波信号の取り込みを行う
ようにした。

【００３２】（３）上記構成（２）において、比較基準
点検出部５では、マーカを検出して２つの脈波信号を取
り込む際、該マーカ検出時点から、所定時間内のデータ
を取り込み、このデータから２つの脈波信号についてそ
れぞれ、脈波振幅最低点、最高点、比較基準点を検出す
ると共に、前記２つの比較基準点間の時間差を検出する
ようにした。

【００３３】（４）上記構成（３）において、脈波伝播
時間検出部６では、上記２つの脈波信号について、上記
比較基準点及び、この間の時間差を基にし、前記各比較
基準点から所定範囲内の領域について、最小二乗法によ
る波形一致処理を行い、脈波伝播時間を検出するように
した。

【００３４】（５）上記構成（１）または（４）におい
て、データ処理部１における各部の処理を、ディジタル
データの並列処理システムで行うことにより、心拍に同
期したリアルタイム処理ができるようにした。

【００３５】

【作用】本発明は上記のように構成したので、次のよう
な作用がある。

【００３６】図１において、データ処理部１に上流側脈
波信号、下流側脈波信号及び心音信号が入力すると、先
ず、入力処理部３で、データ変換等の入力処理を行う。

【００３７】この入力処理をしたデータの内、心音信号
は、心音検出部４に取り込まれ、心音第１音を検出し
て、マーカを重畳する。

【００３８】比較基準点検出部５では、心音信号と２つ
の脈波信号を入力し、心音第１音に重畳されているマー
カを検出し、この検出時点から所定時間内の脈波信号を
取り込む。

【００３９】その後、取り込んだ２つの脈波信号につい
て、それぞれ脈波振幅の最低点、最高点、比較基準点を
検出すると共に、２つの比較基準点間の時間差を、脈波
伝播時間推定値として検出する。

【００４０】脈波伝播時間検出部６では、前記の検出デ
ータを基に、比較基準点から所定範囲内の領域につい
て、最小二乗法による波形一致処理を行い、脈波伝播時
間を検出する。

【００４１】脈波伝播時間が検出されると、脈波伝播速
度検出部７において、測定間距離との演算を行って、脈
波伝播速度を検出する。

【００４２】検出された脈波伝播速度は、データ入出力
部２に送出されて出力する。

【００４３】このようにすれば、短距離間の測定でも、
また動脈を対象とした長い区間の測定でも、時間分解能
を上げて、高精度の測定が可能になる。

【００４４】また、データ処理部内のデータ処理を、並
列処理で行うことにより、心拍に同期したリアルタイム
処理も可能となる。

【００４５】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図２〜図８は、本発明の１実施例を示した図であ
り、図２は、脈波伝播速度測定装置の使用状態説明図、
図３は、脈波伝播速度測定装置のブロック図、図４は、
データ処理部及びデータ入出力部のブロック図、図５
は、データ処理部のデータ処理フローチャート、図６は
心音検出処理の説明図、図７は、脈波伝播時間検出処理
説明図、図８は、最小二乗法による波形一致処理の説明
図である。

【００４６】図中、図１と同符号は、同一のものを示
す。また、８は生体、９は心音マイクロフォン、１０は
上流側に取り付けた脈波センサ、１１は下流側に取り付
けた脈波センサ、１２〜１４は前置振幅器、１５はＡ／
Ｄ変換部、１６はセンサ部、１７〜１９はローパスフィ
ルタ（ＬＰＦ）、２０〜２２はサンプルホールド回路
（Ｓ／Ｈ）、２３〜２５はＡ／Ｄコンバータ（Ａ／
Ｄ）、２６はインターフェイス部（ＩＦ）、２７は表示
部、２８は入力部、２９はディジタルシグナルプロセッ
サ（ＤＳＰ）、３１〜３９はトランスピュータ、４０は
共有メモリ（デュアルポートメモリ）、４１はインター
フェイス部を示す。

【００４７】（本実施例の概要）本実施例では、近距離
脈波の２つの波形の立ち上り部の相似性を利用して、一
方の脈波の時間移動から波形を一致させ、その時の時間
移動値を、脈波の遅れ時間、すなわち脈波伝播時間とす
る。

【００４８】波形の一致は、脈波立ち上り部の数１００
ミリ秒間とし、振幅の差の二乗和が最小になるように、
波形の一致処理を行う。

【００４９】この場合、脈波の立ち上り部の捉え方とし
ては、先ず、心音の第１音を捉る。その後、この時相か
ら２つの脈波のデータを抽出する。

【００５０】次に、２つの脈波の各々の振幅最低点、最
高点及びその比較基準点として、1/5 点を捉える。この
振幅1/5 の点は、脈波立ち上り部のほぼ起始部に相当す
る。最小二乗法による波形の一致処理は、この振幅1/5
点から前方向５０００データを対象に行う。

【００５１】また、上記のデータ処理を高速化するため
に、データ処理部では、並列処理用のトランスピュータ
（Transputer Ｔ８００、２５ＭＨｚ型）を複数個と、
ディジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ：Digital Sign
al Processor）を１個用いる。

【００５２】前記トランスピュータ間のデータ転送は２
０Mbpsで行い、トランスピュータ自身の持つデータの配
列転送機能（ＤＭＡ転送）を用いる。また、データの入
出力時に、データ転送エラーが起きないように、各トラ
ンスピュータの入力部は、すべてデータの配列単位でダ
ブルバッファリングの機能を持たせた。

【００５３】（脈波伝播速度測定装置の説明）本実施例
の脈波伝播速度測定装置は、図２のようにして使用す
る。本実施例は、近距離脈波伝播速度を測定する例であ
るが、この近距離脈波伝播速度は、主に頸動脈部、撓骨
動脈および指尖部を対象にした５〜８センチメートル程
度の区間における脈波信号を対象に計測する。

【００５４】例えば、頸動脈の脈波と心音信号を計測す
る時は、図２に示したように、脈波センサ１０、１１と
心音マイクロフォン９を生体８に装着する。

【００５５】この例では、脈波センサ１０を上流側と
し、脈波センサ１１を下流側とした。前記心音マイクロ
フォン９及び２つの脈波センサ１０、１１からの出力信
号は、それぞれ前置増幅器１２、１３、１４で増幅した
後、Ａ／Ｄ変換部１５に入力する。更に、Ａ／Ｄ変換部
１５の出力は、データ処理部１に送ってデータ処理を行
い、その結果をデータ出力部２で出力する。

【００５６】上記２点間の脈波伝播時間は、数ミリ秒〜
１０数ミリ秒が予想されることから、精度良く時間差を
測定するためには、時間分解能の高い計測が必要であ
る。また良好な脈波信号を捉えるには、測定波形をリア
ルタイムでモニタしながら動脈直上の最適部位に、脈波
センサを装着しなければならない。そのためにリアルタ
イムであることが望ましい。

【００５７】従って、図２に示した装置では、１心拍内
に計測、波形のモニタ、ＰＷＶ値の算出を行って出力す
るようなリアルタイム処理を実現した。

【００５８】本実施例の脈波伝播速度測定装置は、図３
に示したように、センサ部１６、Ａ／Ｄ変換部１５、デ
ータ処理部１、データ入出力部２で構成する。

【００５９】センサ部１６には、心音マイクロフォン
９、脈波センサ１０、１１、前置増幅器（Preamp）１
２、１３、１４を設ける。例えば脈波センサ１０は上流
用として用い、脈波センサ１１は下流用として用いるセ
ンサである。

【００６０】前記脈波センサは、測定部位、あるいは測
定距離によって使い分けるように、数種類のセンサを用
意する。例えば、赤外にピーク感度波長を持つ光電セン
サ、及び赤外発光ダイオードによる散乱光検出型のセン
サ（指尖部等に有効）がある。

【００６１】また、皮膚表面の微小変動をゴム風船で受
け、このゴム風船の内圧変動を半導体圧力センサで検出
するようにしたセンサ（特に近距離間の測定に有効）
や、圧電フィルムセンサ等を脈波センサとして用いる。

【００６２】Ａ／Ｄ変換部１５はセンサ部１６の出力信
号である。心音信号及び２つの脈波信号の各アナログ信
号を入力し、ディジタル信号に変換するものである。

【００６３】このため、上記各アナログ信号に対応し
て、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）１７〜１９、サンプル
ホールド回路（Ｓ／Ｈ）２０〜２２、Ａ／Ｄコンバータ
（Ａ／Ｄ）２３〜２５を設けると共に、インターフェイ
ス部（ＩＦ）２６を設ける。

【００６４】このＡ／Ｄ変換部１５における変換処理と
しては、例えば、正負１０Ｖの入力電圧に対して１６ビ
ット分解能を持ち、サンプリングレートは５０ＫＨｚで
ある。

【００６５】データ入出力部２には、表示部２７と、入
力部２８とを設ける。前記表示部２７は、心音及び脈波
波形のリアルタイム表示や、心拍数及び脈波伝播速度の
数値データの出力、あるいは、心拍数及び脈波伝播速度
の各データをプロットして出力するものである。

【００６６】また、入力部２８は、脈の測定区間データ
を、キーボードから入力するためのものである。

【００６７】データ処理部１は、図４に示したように、
９個のトランスピュータ（Transputer Ｔ８００、２５
ＭＨｚ型、以下単に「ＴＲＰ」と呼ぶ）と、１個のディ
ジタルシグナルプロセッサ（Digital Signal Processo
r、以下単に「ＤＳＰ」と呼ぶ）と、共有メモリと、イ
ンターフェイス部（データ入出力部との間のインターフ
ェイス用）とで構成する。

【００６８】上記の構成と、図１に示した各部との対応
は、ほぼ次のようになる。入力処理部３は、ＴＲＰ３
１、ＴＲＰ３２、ＴＲＰ３３に対応し、心音検出部４
は、ＴＲＰ３６に対応する。また、比較基準点検出部５
はＴＲＰ３５に対応し、脈波伝播時間検出部６は、ＴＲ
Ｐ３７とＤＳＰ２９に対応する。

【００６９】更に、脈波伝播速度検出部７は、ＴＲＰ３
８に対応する。以下、図４に示したＴＲＰの各部の機能
を説明する。

【００７０】（ＴＲＰ３１、３２、３３の説明）ＴＲＰ
３１、ＴＲＰ３２は、２つの脈波信号を各ＴＲＰのシリ
アルリンクポートを介して取り込む。この時のＴＲＰ３
１、３２のデータはＡ／Ｄ変換器から１６ビット、すな
わち１データ当たり、２バイト５０ｋＨｚのレートで入
力する。この５０ｋＨｚはＡ／Ｄ変換器のデータ・サン
プリングレートで、２つの脈波信号とも同一のクロック
でデータ変換されており時間的な同期が正確にとられて
いる。

【００７１】ＴＲＰ３１は脈波（上流側）信号を１００
０データ毎にバッファリングした後、波形のリアルタイ
ム表示用として１００Ｈｚサンプリング相当のデータを
ＴＲＰ３４に転送する。さらに、次段の処理のために全
データを１０００データ単位でＴＲＰ３５に転送する。

【００７２】ＴＲＰ３２は脈波（下流側）信号を１００
０データ毎にバッファリングした後、波形のリアルタイ
ム表示用として１００Ｈｚサンプリング相当のデータを
ＴＲＰ３４に転送する。さらに、次段の処理のために全
データを１０００データ単位でＴＲＰ３５に転送する。

【００７３】ＴＲＰ３３は、心音信号をＴＲＰ３３のシ
リアルリンクポートを介して取り込む。この時のＴＲＰ
３３のデータはＡ／Ｄ変換器から１６ビット、すなわち
１データ当たり、２バイト５０ｋＨｚのレートで入力す
る。この５０ｋＨｚはＡ／Ｄ変換器のデータ・サンプリ
ングレートで、脈波信号と同一のクロックでデータ変換
されており時間的な同期が正確にとられている。ＴＲＰ
３３は心音信号データを１０００データ毎にバッファリ
ングした後、次段の処理のために１０００データ単位で
ＴＲＰ３６に転送する。

【００７４】（ＴＲＰ３６の説明）ＴＲＰ３６はシリア
ルリンクポートを介してＴＲＰ３３から心音データを受
け取り、ここで、心音第１音を検出し、第１音検出点か
ら数十msec間１０Ｖ相当のマーカを重畳させて１０００
データ単位で次段のＴＲＰ３5 に転送する。また、心音
波形のリアルタイム表示用として１００Ｈｚサンプリン
グ相当のデータにマーカ信号を重畳してＴＲＰ３４に転
送する。

【００７５】（ＴＲＰ３５の説明）ＴＲＰ３５は心音及
び２つの脈波信号をシリアルリンクポートを介して取り
込む。先ず、再度心音第１音のマーカを検出し、検出し
た時点から各々２５０００のデータを取り込む（これを
以下２５Ｋデータと略す）。２つの脈波について、この
２５Ｋデータから脈波振幅最低点、最高点、1/5 点、及
び1/5 点間の時間差を検出する。つぎに脈波に含まれる
オフセット（直流成分）を除去するために、上記２５Ｋ
データ（５００msec）データ領域について、先に求めた
それぞれの脈波の最低、最高の振幅について−３０００
０及び＋３００００の値をとる様に規格化する。次のＴ
ＲＰ３７へは心音及び２つの脈波の２５ＫデータとＴＲ
Ｐ３５で検出した各データを転送する。

【００７６】（ＴＲＰ３７、ＤＳＰ２９の説明）ＴＲＰ
３７は、心音及び２つの脈波信号を取り込む。先ず、心
音のマーカを検出し、検出した時点から再度各々２５０
００ポイントのデータを取り込む（以下これを「２５Ｋ
データ」と呼ぶ）。

【００７７】２つの脈波について、この２５Ｋデータか
ら脈波振幅最低点、最高点、1/5 点（比較基準点）、及
び1/5 点間の時間差Ｔｏを検出する。

【００７８】その後、脈波に含まれるオフセット（直流
成分）を除去するために、２５Ｋデータ（５００ミリ
秒）データ領域について、先に求めたそれぞれの脈波の
最低、最高の振幅について、−３００００及び＋３００
００の値をとるように規格化する。

【００７９】また、ＤＳＰ２９では、最小二乗法により
波形一致処理を行って、脈波伝播時間を求める処理を行
う。先ず、先に求めた1/5 点（比較基準点）と、各1/5
点間の時間差、すなわち1/5 点間の脈波伝播時間Ｔｏを
基にし、各1/5 点から前方向５０００データ（１００ミ
リ秒）領域について、１回目の波形一致処理を行い、脈
波伝播時間Ｔ₁を求める。

【００８０】次に、前記Ｔ₁を基にして、２回目の波形
一致処理を行い、脈波伝播時間Ｔ₂を求める。更に、Ｔ
₂を基にして、３回目の波形一致処理を行い、脈波伝播
Ｔ₃を求める。

【００８１】（ＴＲＰ３８の説明）ＴＲＰ３８は、ＤＳ
Ｐ２９で求めたＴ₃と、脈波の測定間距離（Ｌ）から脈
波伝播速度（ＰＷＶ）を求める。

【００８２】以上の処理の結果、すなわち、心拍数、脈
波伝播時間、脈波伝播速度（ＰＷＶ）、測定間距離
（Ｌ）等の数値データを、ＴＲＰ３９へ転送する。

【００８３】更に、各脈波の振幅最低点、最高点、1/5
点と、最小二乗法で対象にしたデータ区間情報及び心
音、脈波の２５ＫデータをＴＲＰ３９へ転送する。

【００８４】（ＴＲＰ３４、３９の説明）ＴＲＰ３４
は、ＴＲＰ３１、３２、３６から送られてきた心音、及
び２つの脈波信号の波形表示用データをバッファリング
した後、ＴＲＰ３９に転送する。

【００８５】また、ＴＲＰ３９は、ＴＲＰ３４、ＴＲＰ
３８から送られてきた各信号とデータを、バッファリン
グした後、それぞれのデータを共有メモリ（デュアルポ
ートメモリ）４０に書き込む。

【００８６】この時、共有メモリ４０内に、フラグ領域
を設け、データ入出力部２の表示部２７と同期をとりな
がらデータを書き込む。

【００８７】（インターフェイス部４１の説明）インタ
ーフェイス部４１は、データ入出力部２と、ＴＲＰ３８
を接続し、キーボードから数値データ（脈波測定区間デ
ータ等）を入力する。

【００８８】（動作説明）次に、上記のように構成した
脈波伝播速度測定装置の動作を、図５〜図８に基づいて
説明する。なお、図５の各処理番号はカッコ内に示す。

【００８９】測定時には、センサ部１６のアナログ信号
を、Ａ／Ｄ変換部１５でディジタル信号に変換した後、
データ処理部１に転送する。データ処理部１では、上記
の各ＴＲＰによる処理で脈波伝播速度（ＰＷＶ）の検出
を行い、データ入出力部２に送って出力する。

【００９０】この場合のデータ処理部１におけるデータ
処理は、図５のようにして行われる。先ず、心音第１音
を検出してマーカを重畳する（Ｓ１）。

【００９１】次に、前記マーカをもとに、２つの脈波信
号の所定部分のデータを抽出し（Ｓ２）、脈波信号の振
幅最低点、最高点、1/5 点（比較基準点）、1/5 点間の
時間差を検出する（Ｓ３）。

【００９２】その後、前記の検出データをもとに、最小
二乗法による波形一致処理を行い、脈波伝播時間を検出
し（Ｓ４）、更に測定間距離との演算を行って脈波伝播
速度を求めて（Ｓ５）、出力する（Ｓ６）。

【００９３】上記心音検出処理は、次のようにして行う
（図６参照）。心音第１音の検出は、リアルタイム性を
問わない場合、数心拍のデータから種々の波形処理技法
を用いて行うことが可能である。

【００９４】しかし、リアルタイムて検出するには、処
理時間の関係から、その方法に制約が持たされる。ここ
で、心音の第１音は、心臓内の僧房弁が閉じる時の音、
すなわち、左心房から左心室に血液が押し込まれると同
時に、閉じる弁の音であるといわれている。

【００９５】心音の第２音は、左心室から大動脈に押し
出された時の大動脈弁の閉じる時の音であるといわれて
いる。

【００９６】通常の心音マイクロフォンで健常人の心音
を捉えると、第１音の振幅が大きく出て、次に第２音の
振幅が大きく現われる。心音信号の振幅についてある閾
値Ｅを設け、第１音群（数点）と第２音（数点）を検出
する。

【００９７】この場合、各群で電圧閾値Ｅを越える数点
の検出点が出現するが、この実施例では、最初の検出点
を第１、あるいは第２音の出現と見なし、他の検出点を
除くために、検出した点から数十ミリ秒の不感帯Ｉｔ
（Inhibition time ）を設けた。

【００９８】第１音であるか第２音であるのかの判定
は、第１音と第２音の時間間隔と、第２音と第１音の時
間間隔に差があり、前者が後者に比べ時間間隔が短いと
いう生理現象を利用している。

【００９９】すなわち、上記検出点毎に、直前の時間情
報Ｔ_nと、１つ前の時間情報Ｔ_n-1を比較し、Ｔ_n-1＜
Ｔ_nであれば、その検出点は第１音であると判定する。

【０１００】逆に、Ｔ_n-1＞Ｔ_nであればその検出点は
第２音であると判定する。ここで、心音の第１音を検出
した場合は、検出点から数１０ミリ秒幅のパルス上の信
号を、マーカとして原信号に重畳する。

【０１０１】これは波形のリアルタイムモニタ上で確認
をとる事と、以下に続くデータ処理に必要な情報として
いる。ここで用いた時間の計測は、ＴＲＰに内蔵されて
いるタイマを使用し、上記第１音あるいは第２音の検出
時点で、前の時間計測データをリセットし、新たに時間
計測を開始する。

【０１０２】脈波伝播時間の検出処理は、次のようにし
て行う。先ず、1/5 点及び1/5 点間における脈波伝播時
間の検出を行い、その後、最小二乗法による波形の一致
処理を行う。

【０１０３】脈波の立ち上り点、すなわち、心臓の左心
室から血液が大動脈に駆出される時相は、心音の第１音
出現後に現われる。そこで、図７に示したように、心音
第１音に重畳したマーカを検出し、その点から５００ミ
リ秒のデータ（２５Ｋデータ）を抽出する。

【０１０４】この区間において、２つの脈波振幅の最低
点（Ｍin１、Ｍin２）、最高点（Ｍax１、Ｍax２）を検
出し、（Ｍax１−Ｍin１）／＋５＋Ｍin１による脈波振
幅1/5 の点ｔｅ１（上流側）と、同様にｔｅ２（下流
側）を検出する。脈波振幅1/5点の検出による脈波伝播
時間Ｔｏは、この時間差ｔｅ２−ｔｅ１から求める。

【０１０５】次に、先に求めた1/5 点（ｔｅ１、ｔｅ
２）と、２つの1/5 点間の脈波伝播時間Ｔｏを基にし、
最小二乗法による波形一致処理を行って、脈波伝播時間
を検出する。この最小二乗法による波形一致処理は次の
ようにして行う。

【０１０６】図８において、ｔｅ１を脈波（上流側）振
幅1/5 点、ｔｅ２を脈波（下流側）振幅1/5 点、Ｔｏを
1/5 点検出による脈波伝播時間推定値、Ｔｋを脈波伝播
時間推定値、ｄｓを解析サンプリング間隔、ｄｉを解析
刻み時間、ｄｗを解析時間範囲とする。

【０１０７】また、ｎ＝１、２、３、・・・２ｄｗ／ｄ
ｉ、ｍ＝１、２、３、・・・、ｋ＝１、２、３、・・
・、Ｔｏ＝ｔｅ２−ｔｅ１、ｔｅ１−ｔｓ１＝１００ミ
リ秒、ｔｅ２−Ｔｓ２＝１００ミリ秒とする。

【０１０８】脈波（上流側）信号Ｐ１（ｔ）、脈波（下
流側）信号Ｐ₂（ｔ）について、Ｐ１（ｔｓ１−ｄｗ）
〜Ｐ１（ｔｅ１＋ｄｗ）、Ｐ２（ｔｓ２）〜Ｐ２（ｔｅ
２）のデータ区間を扱う。

【０１０９】上記データ区間について脈波振幅の差の二
乗和Ｅｒ（ｎ）を求め、Ｅr （ｎ）最小のｎについて脈
波伝播時間Ｔｋを求める。

【０１１０】この場合、ｄｔ＝Ｔｋ₁−ｄｗとすると、
上記二乗和Ｅｒ（ｎ）は、次式で与えられる。またＴｋ
＝ｄｔ＋（ｄｉ・ｎ）で与えられる。

【０１１１】

【数２】

【０１１２】最小二乗法による波形一致処理は、上式に
従って処理するが、この場合、先ず、Ｔｏを用いｄｓ＝
５０（１ミリ秒）、ｄｉ＝１００（２ミリ秒）、ｄｗ＝
４００（８ミリ秒）の条件で脈波伝播時間Ｔ₁（第１回
目）を求める。

【０１１３】次に、前記Ｔ1 を用い、ｄｓ＝１０（２０
０μ秒）、ｄｉ＝２０（４００μ秒）、ｄｗ＝５０（１
ミリ秒）の条件で脈波伝播時間Ｔ₂（２回目）を求め
る。

【０１１４】最後に、前記Ｔ₂を用い、ｄｓ＝５（１０
０μ秒）、ｄｉ＝２（４０μ秒）、ｄｗ＝２０（４００
μ秒）の条件で脈波伝播時間Ｔ₃を求める。

【０１１５】上記のようにして検出した脈波伝播時間Ｔ
₃は、脈波測定間距離Ｌ［ｍ］と乗算し、脈波伝播速度
ＰＷＶを求める（ＰＷＶ＝Ｌ／Ｔ₃ｍ／秒）。

【０１１６】（実施例の評価）実施例の装置では、上記
のようにして脈波伝播速度の測定を行うが、その性能を
評価するため、各種の計測を行い、次のような評価結果
を得た。

【０１１７】図９は、上記実施例の装置による心音信号
の測定例である。図の（ａ）は、心音マイクロフォン９
の前置増幅器１２のゲインを２０として測定した例、
（ｂ）は同様にゲインを５０として測定した例、（ｃ）
は、ゲインを１００として測定した結果を示す。

【０１１８】図示のように、リアルタイムで心音第１音
を検出した直後、マーカを重畳させている。図から判る
様に、心音の第１音は正確に捉えている事がわかる。

【０１１９】このように、ゲイン２０で得た心音信号の
Ｓ／Ｎ比（第１あるいは第２音と雑音との比）をみる
と、２０ｄB 以上あることから、心音マイクロフォンの
装着に伴う信号の強弱にも十分追従可能である。

【０１２０】図１０〜図１１は、脈波伝播時間の検出及
び脈波伝播速度の検出に対する評価結果を示した図であ
り、以下これらについて説明する。

【０１２１】図１０は、模擬脈波信号による評価回路の
構成図、図１１は、サイン波状ノイズの重畳した脈波に
おけるＰＷＶの測定例、図１２は、ランダムノイズの重
畳した脈波におけるＰＷＶの測定例を示す。

【０１２２】脈波振幅1/5 点による脈波伝播時間の計測
自体は、既に一般に用いられており、かつ比較的測定精
度が良いとされている。ここでは、この1/5 点による方
法と、上記実施例の最小二乗法による脈波伝播時間の計
測結果を評価した。

【０１２３】評価の方法は、脈波信号及び心音信号に、
図１０に示した模擬脈波信号発生器１００から出力され
る模擬信号を用いると共に、ノイズ発生器１０１からの
ノイズを用いて計測した。

【０１２４】ノイズによる各々の検出精度を評価するた
めに、下流側脈波信号に、ノイズ発生器１０１から１０
０ｍＶｐｐのsin 波形（正弦波）をノイズ代りとして重
畳し、その周波数を変えて計測した結果を図１１に示
す。

【０１２５】図１１の（ａ）は、心拍数の測定結果であ
り、約６０一定である。図１１（ｂ）は、脈波振幅1/5
検出点を基にＰＷＶ値を求め、図１１（ｃ）は、最小二
乗法で求めたＰＷＶ値（本実施によるもの）である。

【０１２６】図の横軸心拍×１００で０〜１間はノイズ
の重畳なし、１〜１０間は、ノイズの周波数を３Ｈｚか
ら２４Ｈｚまで連続的に変化した場合の測定例である。

【０１２７】図１１（ｂ）（ｃ）から1/5 点検出法にく
らべ、最小二乗法の検出方式の方が、ノイズの高周波成
分に対してエラー検出が小さくなっていることがわか
る。

【０１２８】図１２は、ノイズの性質を変えて、同期性
のないランダムノイズを、下流側脈波信号に重畳して計
測した例である。

【０１２９】最終的なノイズ成分は、ローパスフィルタ
により４０Ｈｚで帯域制限されている。図から判るよう
に、ランダムノイズが脈波信号に重畳している場合は、
1/5点検出法に比べ、最小二乗法による計測の方がＰＷ
Ｖ値の検出精度が良くなることが判る。

【０１３０】（他の実施例）以下実施例について説明し
たが、本発明は次のようにしても実施可能である。

【０１３１】（１）近距離間の測定だけでなく、大動脈
を対象にした長い区間においても測定可能である。

【０１３２】（２）データ処理は、トランスピュータ
（ＴＲＰ）とＤＳＰに限らず、例えば、他のマルチプロ
セッサによる並列処理システムなど、各種の並列処理可
能なシステムを用いてもよい。

【０１３３】（３）データ入出力部は、表示装置、印刷
装置など任意の装置を使用可能である。

【０１３４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば次
のような効果がある。

【０１３５】（１）２つの測定点間の脈波伝播速度（Ｐ
ＷＶ）を、時間分解能を上げて高精度で測定できる。

【０１３６】（２）近距離間の測定を、高精度で行うこ
とができると共に、大動脈を対象にした長い区間におい
ても、近距離間の測定と同様の時間分解能で測定が可能
である。

【０１３７】（３）心拍に同期したリアルタイム処理が
可能であり、しかもこの場合でも、近距離間の脈波伝播
速度が高精度で測定できる。

【０１３８】（４）心拍に同期したリアルタイム処理が
可能なので、脈波を検出する際に、リアルタイムで脈波
波形とＰＷＶ値を観測しながら、センサを最適位置に装
着することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原理図である。

【図２】脈波伝播速度測定装置の使用状態説明図であ
る。

【図３】本発明の実施例における脈波伝播速度測定装置
のブロック図である。

【図４】データ処理部及びデータ入出力部のブロック図
である。

【図５】データ処理部のデータ処理フローチャートであ
る。

【図６】心音検出処理の説明図である。

【図７】脈波伝播時間検出処理説明図である。

【図８】最小二乗法による波形一致処理の説明図であ
る。

【図９】心音信号の測定例である。

【図１０】模擬脈波信号による評価回路の構成図であ
る。

【図１１】sin 波状ノイズの重畳した脈波におけるＰＷ
Ｖの測定例である。

【図１２】ランダムノイズの重畳した脈波におけるＰＷ
Ｖの測定例である。

【符号の説明】

１データ処理部２デ−タ入出力部３入力処理部４心音検出部５比較基準点検出部６脈波伝播時間検出部７脈波伝播速度検出部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】上流側、下流側の２つの脈波信号及び心
音信号を入力して、脈波伝播速度（ＰＷＶ）測定のため
のデータ処理を行うデータ処理部（１）と、脈波の測定区間の入力及び測定した脈波伝播速度のデー
タを出力するデータ入出力部（２）とから成り、前記データ処理部（１）には、入力した心音信号から、心音第１音を検出する心音検出
部（４）と、検出した心音第１音をもとに、上流側、下流側の脈波信
号を取り込み、２つの脈波信号の比較基準点を検出す
る、比較基準点検出部（５）と、検出した比較基準点をもとに、２つの脈波信号の波形一
致処理を行って、脈波伝播時間を検出する、脈波伝播時
間検出部（６）と、検出した脈波伝播時間を用いて、脈波伝播速度を検出す
る脈波伝播速度検出部（７）とを設けることにより、任意の２点間の脈波伝播速度を測定して出力することを
特徴とした脈波伝播速度測定装置。
【請求項２】上記心音検出部（４）では、心音第１音
を検出した際、検出した心音第１音にマーカを重畳する
と共に、比較基準点検出部（５）では、前記マーカを検出して、
脈波信号の取り込みを行うことを特徴とした上記請求項
１記載の脈波伝播速度測定装置。
【請求項３】上記比較基準点検出部（５）では、マー
カを検出して２つの脈波信号を取り込む際、該マーカ検出時点から、所定時間内のデータを取り込
み、このデータから、２つの脈波信号についてそれぞれ、脈
波振幅最低点（Ｍin１、Ｍin２）、最高点（Ｍax１、Ｍ
ax２）、比較基準点（ｔｅ１、ｔｅ２）を検出すると共
に、前記二つの比較基準点（ｔｅ１、ｔｅ２）間の時間差
（Ｔｏ）を、検出することを特徴とする上記請求項２記
載の脈波伝播速度測定装置。
【請求項４】上記脈波伝播時間検出部（６）では、上記２つの脈波信号について、上記比較基準点（ｔｅ
１、ｔｅ２）及びこの間の時間差（Ｔｏ）を基にし、前記各比較基準点（ｔｅ１、ｔｅ２）から所定範囲内の
領域について、最小二乗法による波形一致処理を行い、
脈波伝播時間を検出することを特徴とした上記請求項３
記載の脈波伝播速度測定装置。
【請求項５】上記データ処理部（１）における各部の
処理を、ディジタルデータの並列処理システムを用いて
行うことにより、心拍に同期したリアルタイム処理ができるようにしたこ
とを特徴とする上記請求項１または請求項４記載の脈波
伝播速度測定装置。