JPH07148126A

JPH07148126A - 脈波解析装置

Info

Publication number: JPH07148126A
Application number: JP30054993A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiko Amano; 和彦天野
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1993-11-30
Filing date: 1993-11-30
Publication date: 1995-06-13
Anticipated expiration: 2015-05-08
Also published as: JP3039236B2

Abstract

(57)【要約】【目的】脈波の周波数解析を迅速に行うことができ、
しかも、脈波を構成する１波１波についてスペクトルを
連続的に解析することができる脈波解析装置を提供す
る。【構成】波形抽出記憶部４は、マイクロコンピュータ
６による制御の下、脈波の波形値を波形メモリ１０３に
所定の書き込み速度に従って順次蓄積すると共に脈波の
極小値および極大値を検出する。マイクロコンピュータ
６は、これらの極小値および極大値に基づいて、各波形
値を各々１拍相当の単位に分割し、周波数解析部５内の
バッファメモリへ蓄積をし、周波数解析部５は、この蓄
積した波形値を拍単位で複数回に亙って高速再生し、脈
波のスペクトルを求める。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は脈波の解析を行う脈波
解析装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、脈診が注目を浴びており、これに
伴って脈波に基づいて生体の健康状態を探ろうとする研
究が盛んに行われるようになってきた。一般的な波形の
解析手法として、ＦＦＴ等の周波数解析があり、この種
の周波数解析技術を用いた脈波の周波数解析が検討され
ている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、脈波の波形
を脈波を構成する個々の１波１波は、同じ形状ではなく
時々刻々と変化するものであり、さらに各波の波長も一
定ではない。このようなカオス的な振舞をする脈波を非
常に周期の長い波形とみなしてフーリエ変換等を行う手
法が考えられる。この種の手法は、脈波のスペクトルを
詳細に求めることができるが、演算量が膨大なものとな
るため、時々刻々と発生する脈波のスペクトルを迅速に
求めるような用途には不向きである。脈波を構成する１
波１波の特徴を表わす波形パラメータを連続的に求める
ことができれば、生体に関しより多くの情報を得ること
ができるが、かかる要求に応えた装置は従来なかった。

【０００４】この発明は上述した事情に鑑みてなされた
ものであり、脈波の解析を迅速に行うことができ、しか
も、脈波を構成する１波１波について波形パラメータを
解析することができる脈波解析装置を提供することを目
的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】請求項１に係る発明は、
脈波の時系列データを所定の書き込み速度に従って順次
蓄積する波形記憶手段と、前記時系列データを各々１拍
相当の時系列データに分割し、この分割された各時系列
データを前記波形記憶手段から読み出す再生手段と、前
記再生手段によって読み出される各拍に対応した時系列
データに基づいて各拍に対応した脈波の波形パラメータ
を演算する解析手段とを具備することを特徴とする脈波
解析装置を要旨とする。請求項２に係る発明は、前記解
析手段が前記時系列データのスペクトルを演算し前記波
形パラメータとして出力することを特徴とする請求項１
記載の脈波解析装置を要旨とする。請求項３に係る発明
は、前記再生手段は前記書き込み速度よりも高速の読み
出し速度で前記時系列データを複数回に亙って繰り返し
読み出すことを特徴とする請求項２記載の脈波解析装置
を要旨とする。請求項４に係る発明は、前記再生手段
が、前記１拍相当の時系列データをそのデータ長に比例
した読み出し速度により前記波形記憶手段から読み出
し、前記解析手段は、前記１拍相当の時系列データが読
み出される期間の整数分の１の周波数のスペクトルを該
時系列データから検出することを特徴とする請求項３記
載の脈波解析装置を要旨とする。請求項５に係る発明
は、前記再生手段が、検出すべき各スペクトルの次数に
対応して前記読み出し速度を順次切り換え、前記解析手
段が、この切り換えが行われる毎に、前記１拍相当の時
系列データが読み出される期間の整数分の１の一定周波
数のスペクトルを検出することを特徴とする請求項４記
載の脈波解析装置を要旨とする。請求項６に係る発明
は、前記１拍相当の時系列データが読み出される期間の
整数分の１の周波数の正弦波信号を出力する正弦波発生
器を具備し、前記解析手段が前記正弦波信号に基づいて
前記スペクトルの位相を検出することを特徴とする請求
項４記載の脈波解析装置を要旨とする。請求項７に係る
発明は、前記解析手段が、人体の動脈系の中枢部から末
梢部に至る系を模した電気回路に大動脈起始部の圧力波
に対応した電気信号を与えたときに該電気回路から前記
再生手段により再生された時系列データに相当する出力
波形が得られるように該電気回路の各素子の値を算定
し、この算定結果を波形パラメータとして出力すること
を特徴とする請求項１記載の脈波解析装置を要旨とす
る。請求項８に係る発明は、前記電気回路が、前記動脈
系中枢部での血液粘性による血管抵抗に対応した第１の
抵抗、前記動脈系中枢部での血液の慣性に対応したイン
ダクタンス、前記動脈中枢部での血管の粘弾性に対応し
た静電容量、および前記末梢部での血管抵抗に対応した
第２の抵抗とを有し、１対の入力端子間に前記第１の抵
抗およびインダクタンスからなる直列回路と前記静電容
量および第２の抵抗からなる並列回路とが順次直列に介
挿されてなる四要素集中定数モデルであることを特徴と
する請求項２記載の脈波解析装置を要旨とする。請求項
９に係る発明は、前記解析手段は所定拍数単位で前記各
拍に対応した波形パラメータの加算平均値を演算し出力
することを特徴とする請求項１記載の脈波解析装置を要
旨とする。請求項１０に係る発明は、前記解析手段は前
記各拍に対応した波形パラメータの移動平均値を演算し
出力することを特徴とする請求項１記載の脈波解析装置
を要旨とする。

【０００６】

【作用】上記請求項１〜８に係る発明によれば、脈波を
構成する１波１波についてスペクトルが連続的に求めら
れる。また、請求項９および１０に係る各発明によれば
各拍に対応した各波形パラメータの加算平均値および移
動平均値が各々出力される。

【０００７】

【実施例】以下、図面を参照し、本発明の実施例を説明
する。

【０００８】＜第１実施例＞Ａ．実施例の構成図１は本実施例に係る脈波解析装置の構成を示すブロッ
ク図である。同図に示すようにこの脈波解析装置は、脈
波検出部１、入力部２、出力部３、波形抽出記憶部４、
周波数解析部５およびこれらの制御を行うマイクロコン
ピュータ６によって構成されている。脈波検出部１は、
歪ゲージ等によって構成されており、患者の橈骨動脈部
等に押し当てられ、その圧力を検出し脈波信号（アナロ
グ信号）として出力する。入力部２は、マイクロコンピ
ュータ６に対するコマンド入力のために設けられた手段
であり、例えばキーボード等によって構成されている。
出力部３は、プリンタ、表示装置等によって構成されて
おり、これらの装置はマイクロコンピュータ６による制
御の下、患者から得た脈波のスペクトルの記録、表示等
を行う。波形抽出記憶部４は、マイクロコンピュータ６
による制御の下、脈波検出部１から出力される脈波信号
を順次記憶すると共にこの脈波信号における切り換わり
点、すなわち、ある拍に対応した脈波から次の拍に対応
した脈波への切り換わり点を表す情報を抽出して記憶す
るものであり、図２にその詳細な構成を示す。周波数解
析部５は、波形抽出記憶部４に記憶された脈波信号を各
拍単位で繰り返し高速再生し、各拍毎に脈波を構成する
スペクトルを求めて出力するものであり、図３にその詳
細な構成を示す。周波数解析部５により求められた各拍
毎の脈波のスペクトルはマイクロコンピュータ６により
取り込まれ、出力部３から出力される。

【０００９】（１）波形抽出記憶部４の構成次に図２を参照し波形抽出記憶部４の構成を説明する。
図２において、１０１はＡ／Ｄ（アナログ／デジタル）
変換器であり、脈波検出部１によって出力される脈波信
号を一定周期のサンプリングクロックφに従ってデジタ
ル信号に変換して出力する。１０２はローパスフィルタ
であり、Ａ／Ｄ変換器１０１から順次出力されるデジタ
ル信号に対し、所定のカットオフ周波数以上の成分を除
去する処理を施し、その結果を波形値Ｗとして順次出力
する。１０３はＲＡＭによって構成される波形メモリで
あり、ローパスフィルタ１０２を介して供給される波形
値Ｗを順次記憶する。１１１は波形値アドレスカウンタ
であり、マイクロコンピュータ６から波形採取指示ＳＴ
ＡＲＴが出力されている期間、サンプリングクロックφ
をカウントし、そのカウント結果を波形値Ｗを書き込む
べき波形アドレスＡＤＲ１として出力する。１１２はセ
レクタであり、波形アドレスＡＤＲ１およびマイクロコ
ンピュータ６が出力する読出アドレスＡＤＲ４をセレク
ト信号Ｓ１に従って交互に選択し、書き込みアドレスま
たは読み出しアドレスとして波形メモリ１０３のアドレ
ス入力端へ供給する。ここで、波形アドレスＡＤＲ１は
マイクロコンピュータ６により監視される。

【００１０】１２１は微分回路であり、ローパスフィル
タ１０２から順次出力される波形値Ｗの時間微分を演算
して出力する。１２２は零クロス検出回路であり、波形
値Ｗの時間微分が０となった場合に零クロス検出パルス
Ｚを出力する。さらに詳述すると、零クロス検出回路１
２２は、図４に例示する脈波の波形においてピーク点Ｐ
１、Ｐ２、…を検出するために設けられた回路であり、
これらのピーク点に対応した波形値Ｗが入力された場合
に零クロス検出パルスＺを出力する。１２３はピークア
ドレスカウンタであり、マイクロコンピュータ６から波
形採取指示ＳＴＡＲＴが出力されている期間、零クロス
検出パルスＺをカウントし、そのカウント結果をピーク
アドレスＡＤＲ２として出力する。１２４は移動平均算
出回路であり、現時点までに微分回路１２１から出力さ
れた過去所定個数分の波形値Ｗの時間微分値の平均値を
算出し、その結果を現時点に至るまでの脈波の傾斜を表
す傾斜情報ＳＬＰとして出力する。１２５はピーク情報
を記憶するために設けられたピーク情報メモリである。
ここで、ピーク情報とは以下列挙する情報の総称であ
り、マイクロコンピュータ６により検出または作成さ
れ、図５に示すテーブル形式に従ってピーク情報メモリ
１２５に書き込まれる。

【００１１】（ピーク情報の内容）波形値アドレスＡＤＲ１：ローパスフィルタ１０２から
出力される波形値Ｗが極大値または極小値となった時点
で波形アドレスカウンタ１１１から出力されている書き
込みアドレスＡＤＲ１、すなわち、極大値または極小値
に相当する波形値Ｗの波形メモリ１０３における書き込
みアドレスである。ピーク種別Ｂ／Ｔ：上記波形値アドレスＡＤＲ１に書き
込まれた波形値Ｗが極大値Ｔ（Ｔｏｐ）であるか極小値
Ｂ（Ｂｏｔｏｍ）であるかを示す情報である。波形値Ｗ：上記極大値または極小値に相当する波形値で
ある。ストロークＳＴＲＫ：直前のピーク値から当該ピーク値
に至るまでの波形値の変化分である。傾斜情報ＳＬＰ：当該ピーク値に至るまでの過去所定個
数分の波形値の時間微分の平均値である。

【００１２】（２）周波数解析部５の構成次に図３を参照し周波数解析部５の詳細な構成について
説明する。この周波数解析部５は、波形抽出記憶部４の
波形メモリ１０３からマイクロコンピュータ６を介し脈
波の波形値ＷＤを拍単位で受け取り、この受け取った波
形値ＷＤを繰り返し高速再生し、各拍毎に周波数解析を
行って脈波を構成するスペクトルを演算する。また、こ
の周波数解析部５は、まず、脈波の基本スペクトルを、
次いで２次高調波スペクトルを、〜という具合に脈波を
構成する各スペクトルを時分割で演算する。

【００１３】マイクロコンピュータ６は、この周波数解
析部５に１拍分の脈波の最初の波形値ＷＤを出力する
際、同期信号ＳＹＮＣおよびその拍に含まれる波形値Ｗ
Ｄの個数Ｎを出力すると共にセレクト信号Ｓ２を切り換
える。また、マイクロコンピュータ６は、１拍分の波形
値ＷＤを出力している間、各波形値ＷＤの引き渡しに同
期し、０〜Ｎ−１まで変化する書込みアドレスＡＤＲ５
を順次出力する。

【００１４】バッファメモリ２０１および２０２は、こ
のようにしてマイクロコンピュータ６から出力される波
形値ＷＤを蓄積するために設けられたメモリである。分
配器２２１は、波形抽出記憶部４からマイクロコンピュ
ータ６を介し供給される脈波の波形値ＷＤをバッファメ
モリ２０１または２０２のうちセレクト信号Ｓ２により
指定された方へ出力する。また、セレクタ２２２は、バ
ッファメモリ２０１または２０２のうちセレクト信号Ｓ
２により指定されたバッファメモリを選択し、そのバッ
ファメモリから読み出される波形値ＷＨを後述する高速
再生部２３０へ出力する。セレクタ２１１および２１２
は、書込みアドレスＡＤＲ５または高速再生部２３０が
発生する読み出しアドレスＡＤＲ６（後述）をセレクト
信号Ｓ２に従って選択し、バッファメモリ２０１および
２０２へ各々供給する。

【００１５】以上説明した分配器２２１、セレクタ２２
２、２０１および２０２がセレクト信号Ｓ２に基づいて
切り換え制御されることにより、バッファメモリ２０１
にデータ書込みが行われている間はバッファメモリ２０
２からデータが読み出されて高速再生部２３０へ供給さ
れ、バッファメモリ２０２にデータ書込みが行われてい
る間はバッファメモリ２０１からデータが読み出されて
高速再生部２３０へ供給される。

【００１６】高速再生部２３０は、バッファメモリ２０
１および２０２から各拍に対応した波形値を読み出す手
段であり、読み出しアドレスＡＤＲ６を０〜Ｎ−１（た
だし、Ｎは読み出すべき波形値の個数）の範囲で変化さ
せて出力する。さらに詳述すると、この高速再生部２３
０は、ある拍に対応した各波形値ＷＤが一方のバッファ
メモリに書き込まれている期間、上記読み出しアドレス
ＡＤＲ６を発生し、その拍の前の拍に対応した全波形値
ＷＤを他方のバッファメモリから複数回に亙って繰り返
し読み出す。その際、１拍に対応した全波形値ＷＤは、
常に一定の期間内に全てが読み出されるように読出しア
ドレスＡＤＲ６の発生が制御される。１拍相当の全波形
値を読み出す期間は、検出しようとするスペクトルの次
数に対応して切り換えられ、基本波スペクトルを検出す
る際にはＴ、２次高調波スペクトルの場合は２Ｔ、３次
高調波スペクトルの場合は３Ｔ、〜というように切り換
えられる。また、高速再生部２３０は補間器を内蔵して
おり、バッファメモリ２０１または２０２から読み出し
た波形値ＷＨを補間し、所定のサンプリング周波数ｍ／
Ｔ（ｍは所定の整数）の波形値として出力する。

【００１７】バンドパスフィルタ２５０は、通過帯域の
中心周波数が所定値１／Ｔであるバンドパスフィルタで
ある。正弦波発生器２４０は、周波数可変の波形発生器
であり、マイクロコンピュータ６による制御の下、検出
すべきスペクトルの次数に対応し、周期がＴ、２Ｔ、３
Ｔ、４Ｔ、５Ｔ、６Ｔの各正弦波を順次出力する。スペ
クトル検出部２６０は、バンドパスフィルタ２５０の出
力信号レベルに基づいて脈波の各スペクトルの振幅Ｈ₁
〜Ｈ₆を検出すると共にバンドパスフィルタ２５０の出
力信号の位相と正弦波発生器２４０が出力する正弦波の
位相の差に基づいて各スペクトルの位相θ₁〜θ₆を検出
する。

【００１８】Ｃ．実施例の動作以下、本実施例の動作を説明する。

【００１９】（１）波形分割まず、入力部１から周波数解析開始のコマンドが入力さ
れると、マイクロコンピュータ６により波形採取指示Ｓ
ＴＡＲＴが出力され、波形抽出記憶部４内の波形アドレ
スカウンタ１１１およびピークアドレスカウンタ１２３
のリセットが解除される。この結果、波形アドレスカウ
ンタ１１１によりサンプリングクロックφのカウントが
開始され、そのカウント値が波形アドレスＡＤＲ１とし
て波形メモリ１０３に供給される。そして、脈波検出部
２００によって検出された橈骨動脈波形がＡ／Ｄ変換器
１０１に入力され、サンプリングクロックφに従ってデ
ジタル信号に順次変換され、ローパスフィルタ１０２を
介し波形値Ｗとして順次出力される。このようにして出
力された波形値Ｗは、波形メモリ１０３に順次供給さ
れ、その時点において波形アドレスＡＤＲ１によって指
定される記憶領域に書込まれる。以上の動作により図４
に例示する橈骨動脈波形に対応した一連の波形値Ｗが波
形メモリ１０３に蓄積される。

【００２０】一方、上記動作と並行し、ピーク情報の検
出およびピーク情報メモリ１２５への書込が以下説明す
るようにして行われる。まず、ローパスフィルタ１０２
から出力される波形値Ｗの時間微分が微分回路１２１に
よって演算され、この時間微分が零クロス検出回路１２
２および移動平均算出回路１２４に入力される。移動平
均算出回路は、このようにして波形値Ｗの時間微分値が
供給される毎に過去所定個数の時間微分値の平均値（す
なわち、移動平均値）を演算し、演算結果を傾斜情報Ｓ
ＬＰとして出力する。ここで、波形値Ｗが上昇中もしく
は上昇を終えて極大状態となっている場合は傾斜情報Ｓ
ＬＰとして正の値が出力され、下降中もしくは下降を終
えて極小状態となっている場合は傾斜情報ＳＬＰとして
負の値が出力される。

【００２１】そして、例えば図４に示す極大点Ｐ１に対
応した波形値Ｗがローパスフィルタ１０２から出力され
ると、時間微分として０が微分回路１２１から出力さ
れ、零クロス検出回路１２２から零クロス検出パルスＺ
が出力される。この結果、マイクロコンピュータ６によ
り、その時点における波形値アドレスカウンタ１１１の
カウント値たる波形アドレスＡＤＲ１、波形値Ｗ、ピー
クアドレスカウンタのカウント値たるピークアドレスＡ
ＤＲ２（この場合、ＡＤＲ２＝０）および傾斜情報ＳＬ
Ｐが取り込まれる。また、零クロス検出信号Ｚが出力さ
れることによってピークアドレスカウンタ１２３のカウ
ント値ＡＤＲ２が２になる。

【００２２】そして、マイクロコンピュータ６は、取り
込んだ傾斜情報ＳＬＰの符号に基づいてピーク種別Ｂ／
Ｔを作成する。この場合のように極大値Ｐ１の波形値Ｗ
が出力されている時にはその時点において正の傾斜情報
が出力されているので、マイクロコンピュータ６はピー
ク情報Ｂ／Ｔの値を極大値に対応したものとする。そし
て、マイクロコンピュータ６は、ピークアドレスカウン
タ１２３から取り込んだピークアドレスＡＤＲ２（この
場合、ＡＤＲ２＝０）をそのまま書込アドレスＡＤＲ３
として指定し、波形値Ｗ、この波形値Ｗに対応した波形
アドレスＡＤＲ１、ピーク種別Ｂ／Ｔ、傾斜情報ＳＬＰ
を第１回目のピーク情報としてピーク情報メモリ１２５
に書き込む。なお、第１回目のピーク情報の書き込みの
場合、直前のピーク情報がないためストローク情報の作
成および書き込みは行わない。

【００２３】その後、図４に示す極小点Ｐ２に対応した
波形値Ｗがローパスフィルタ１０２から出力されると、
上述と同様に零クロス検出パルスＺが出力され、書込ア
ドレスＡＤＲ１、波形値Ｗ、ピークアドレスＡＤＲ２
（＝１）、傾斜情報ＳＬＰ（＜０）がマイクロコンピュ
ータ６により取り込まれる。そして、マイクロコンピュ
ータ６により、上記と同様、傾斜情報ＳＬＰに基づいて
ピーク種別Ｂ／Ｔ（この場合、ボトムＢ）が決定され
る。また、マイクロコンピュータ６によりピークアドレ
スＡＤＲ２よりも１だけ小さいアドレスが読み出しアド
レスＡＤＲ３としてピーク情報メモリ１２５に供給さ
れ、第１回目に書き込まれた波形値Ｗが読み出される。
そして、マイクロコンピュータ６により、ローパスフィ
ルタ１０２から今回取り込んだ波形値Ｗとピーク情報メ
モリ１２５から読み出した第１回目の波形値Ｗとの差分
が演算され、ストローク情報ＳＴＲＫが求められる。そ
して、このようにして求められたピーク種別Ｂ／Ｔ、ス
トローク情報ＳＴＲＫが他の情報ＡＤＲ１、Ｗ、ＳＬＰ
と共に第２回目のピーク情報としてピーク情報メモリ１
２５のピークアドレスＡＤＲ３＝１に対応した記憶領域
に書き込まれる。ここで、ストローク情報ＳＴＲＫが所
定値以上の場合、具体的には脈波の立ち上がり部（例え
ば図４におけるＳＴＲＫＭ）に相当するとみなしてよい
程度の大きなストロークである場合、さらにマイクロコ
ンピュータ６はそのストロークの始点たる極小値の波形
アドレス（例えば図４においてはＳＴＲＫＭの始点Ｐ
６）をピーク情報メモリ１２５から読み出し、内蔵のシ
フトレジスタに書き込む。以後、ピーク点Ｐ３、Ｐ４、
…が検出された場合も同様の動作が行われる。

【００２４】（２）波形引き渡し以上の動作と並行し、マイクロコンピュータ６は波形抽
出記憶部４内の波形メモリ１０３から波形値を順次読み
出し、波形データＷＤとして周波数解析部５へ引き渡
す。以下、図６および図７を参照しこの動作を説明す
る。

【００２５】図７に示すように、セレクト信号Ｓ１はク
ロックφに同期して切り換えられ、また、これに同期し
て波形メモリ１０３は書き込みモード／読み出しモード
のモード切り換えが行われる。

【００２６】図６において、ある拍に対応した１拍分の
脈波Ｗｎの波形値が波形メモリ１０３に入力される場
合、まず、その拍に対応した脈波の最初の極小値が入力
された時点で零クロス検出信号Ｚが発生され、その波形
アドレスＡＤＲ１＝Ａ₀がピーク情報メモリ１２５に書
き込まれる（図７参照）。その後、極大値（アドレスＡ
1）が波形抽出記憶部４内に入力されると、再び零クロ
ス検出信号Ｚが発生され（図７参照）、この極大値と直
前の極小値（アドレスＡ₀）との間のストロークが所定
値以上である場合は、極小値のアドレスＡ₀がマイクロ
コンピュータ６内のシフトレジスタ（図示略）に書き込
まれる。このようにして書き込まれた波形アドレスは、
その後、２拍相当遅れてシフトレジスタから出力され、
周波数解析部５に引き渡すべき１拍分の波形値ＷＤの開
始アドレスとしてマイクロコンピュータ６に取り込まれ
る。すなわち、図６において、ある拍に対応した脈波Ｗ
ｎの極大値のアドレスＷｎがシフトレジスタに書き込ま
れると、それ以前に同シフトレジスタに書き込まれた２
拍前の脈波Ｗｎ−２の開始アドレス（最初の極小値のア
ドレス）がシフトレジスタから出力され、マイクロコン
ピュータ６により検知される。

【００２７】この時点でマイクロコンピュータ６は、上
記シフトレジスタの内容を参照し、脈波Ｗｎ−２の最初
の極小値の波形アドレスからその次の脈波Ｗｎ−１の最
初の極小値の波形アドレスに致るまでの差分、すなわ
ち、１拍分の脈波Ｗｎ−１に含まれる波形値の個数Ｎを
求め、同期信号ＳＹＮＣと共に周波数解析部５へ出力す
る。また、同期信号ＳＹＮＣに同期してセレクト信号Ｓ
２が切り換えられ、分配器２２１、セレクタ２１１およ
び２１２、セレクタ２２１の内部接続状態が例えば図３
において実線によって示した状態とされる。

【００２８】そして、マイクロコンピュータ６は、読み
出しアドレスＡＤＲ４を脈波Ｗｎ−２の最初の極小値の
波形アドレスから順次増加させ、セレクタ１１２を介し
て波形メモリ１０３へ供給する。ここで、読み出しアド
レスＡＤＲ４は書き込みアドレスＡＤＲ１よりも速い速
度（例えば２倍の速度）で変化させる。これは、脈波Ｗ
ｎの次の拍の脈波Ｗｎ＋１の極大値が波形抽出記憶部４
に入力される前に脈波Ｗｎ−１の前の脈波Ｗｎ−２に対
応した全波形値が読み出されるようにするためである。
このようにして脈波Ｗｎの波形メモリ１０３への蓄積と
並行し、マイクロコンピュータ６によりその２拍前の脈
波Ｗｎ−２の波形値ＷＤが波形メモリ１０３から読み出
されて周波数解析部５へ引き渡され、分配器２２１を介
してバッファメモリ２０１へ順次供給される。このよう
にして波形値ＷＤがバッファメモリ２０１へ順次供給さ
れるのに同期し、書込みアドレスＡＤＲ５が０〜Ｎ−１
まで順次増加され、この書込みアドレスＡＤＲ５はセレ
クタ２１１を介しバッファメモリ２０１へ供給される。
この結果、バッファメモリ２０１のアドレス０〜Ｎ−１
の各記憶領域に脈波Ｗｎ−２に対応した各波形値ＷＤが
蓄積される。

【００２９】（３）高速再生一方、上記動作と並行し、高速再生部２３０により読み
出しアドレスＡＤＲ６が出力され、セレクタ２１２を介
しバッファメモリ２０２へ供給される。この結果、脈波
Ｗｎ−２の１拍前の脈波Ｗｎ−３に対応した各波形値Ｗ
Ｄがバッファメモリ２０２から読み出され、セレクタ２
２２を介して高速再生部２３０へ取り込まれる。

【００３０】ここで、バッファメモリ２０２内の脈波Ｗ
ｎ−３に対応した各波形値ＷＤは、バッファメモリ２０
１内に脈波Ｗｎ−２に対応した各波形値が蓄積されるよ
りも高速度で複数回に亙って繰り返し読み出される。そ
の際、脈波Ｗｎ−３に対応した波形値ＷＤは、一定の期
間Ｔ内に全てが読み出されるように読出しアドレスＡＤ
Ｒ６の増加速度が制御される。すなわち、高速再生部２
３０は、バッファメモリ２０２から読み出すべき波形値
ＷＤの個数が図８に例示するように大きな値Ｎ１である
場合には高速度で読み出しアドレスＡＤＲ６を増加さ
せ、逆に図９に例示するように小さな値Ｎ２である場合
には低速度で読み出しアドレスＡＤＲ６を増加させ、一
定期間Ｔ内に読み出しアドレスＡＤＲ６が０〜Ｎ１−１
または０〜Ｎ２−１の区間を変化するようにする。そし
て、このようにして順次読み出される波形値ＷＤは、高
速再生部２３０内において補間演算が施され、一定のサ
ンプリング周波数ｍ／Ｔの波形値ＷＨとなってバンドパ
スフィルタ２５０へ供給される。

【００３１】（４）スペクトル検出バンドパスフィルタ２５０は、波形値ＷＨによる時系列
データのうち周波数が１／Ｔである信号を選択して通過
させ、スペクトル検出部２６０に供給する。一方、正弦
波発生器２４０は、図１０に示すように周期がＴである
正弦波を発生しスペクトル検出部２６０へ供給する。ス
ペクトル検出部２６０は、バンドパスフィルタ２５０の
出力信号レベルを数波に亙って検出し、その代表値を脈
波Ｗｎ−３の基本波スペクトルの振幅Ｈ₁として出力
し、バンドパスフィルタ２５０の出力信号の位相と正弦
波発生器２４０から出力される正弦波の位相との位相差
を数波に亙って検出し、その代表値を脈波Ｗｎ−３の基
本波スペクトルの位相θ₁として出力する。各代表値
は、例えば基本波スペクトルを出力する直前での各波に
対応した出力信号レベルおよび位相差の移動平均値を算
出する。

【００３２】次に高速再生部２３０は、一定期間２Ｔ内
に脈波Ｗｎ−３の全ての波形値が読み出されるように読
み出しアドレスＡＤＲ６の増加速度を上記基本波スペク
トルの検出の場合の１／２にし、脈波Ｗｎ−３に対応し
た波形値ＷＨを繰り返し読み出し、バンドパスフィルタ
２５０へ供給する（図１０参照）。そして、波形値ＷＨ
からなる時系列データのうち周波数が１／Ｔの信号、す
なわち、脈波Ｗｎ−３の２次高調波に対応した信号がバ
ンドパスフィルタ２５０を通過してスペクトル検出部２
６０に供給される。この結果、スペクトル検出部２６０
により脈波Ｗｎ−３の２次高調波スペクトルの振幅Ｈ₂
が検出されて出力される。一方、正弦波発生器２４０
は、周期が２Ｔである正弦波を発生してスペクトル検出
部２６０へ供給する（図１０参照）。この結果、スペク
トル検出部２６０により脈波Ｗｎ−３の基本波スペクト
ルの位相θ₂が出力される。

【００３３】以後、読み出しアドレスＡＤＲ６の増加速
度が基本波スペクトルの場合の１／３、１／４、１／
５、１／６と順次切り換えられると共にこれに合せて正
弦波発生器２４０により発生する正弦波の周期が３Ｔ、
４Ｔ、５Ｔ、６Ｔと順次切り換えられ、上記と同様な動
作が行われ、３次〜６次までの高調波スペクトルの振幅
Ｈ₃〜Ｈ₆および位相θ₃〜θ₆がスペクトル検出部２６０
から出力される。このようにして求められた脈波Ｗｎ−
３の各スペクトルはマイクロコンピュータ６に取り込ま
れる。そして、マイクロコンピュータ６により脈波Ｗｎ
−３に対応した波形値ＷＤの個数Ｎとクロックφの周期
τを用いて基本波の周波数ｆ＝１／（Ｎτ）が演算さ
れ、上記スペクトルと共に出力部３から出力される。

【００３４】その後、脈波Ｗｎよりも１拍後の脈波Ｗｎ
＋１が立ち上がり、最初の極大値が波形抽出記憶部４内
に入力されると、マイクロコンピュータ６により同期信
号ＳＹＮＣが発生されると共に脈波Ｗｎ−２に含まれる
波形値ＷＤの個数Ｎが出力される。また、セレクト信号
Ｓ２が反転され、分配器２２１、セレクタ２１１および
２１２、セレクタ２２１の内部接続状態が図３において
破線によって示した状態とされる。そして、脈波Ｗｎ＋
１の波形メモリ１０３への蓄積と並行し、マイクロコン
ピュータ６によりその２拍前の脈波Ｗｎ−１の波形値Ｗ
Ｄが波形メモリ１０３から読み出されて周波数解析部５
へ引き渡され、分配器２２１を介してバッファメモリ２
０２へ順次供給される。一方、この動作と並行し、高速
再生部２３０により脈波Ｗｎ−１の１拍前の脈波Ｗｎ−
２に対応した各波形値ＷＤがバッファメモリ２０１から
読み出され、高速再生部２３０により補間されて波形値
ＷＨとして出力される。そして、この脈波Ｗｎ−２に対
応した波形値ＷＨに対し脈波Ｗｎ−３と同様な処理が施
され、そのスペクトルが求められる。

【００３５】以後、順次到来する各脈波について上記と
同様な処理が行われ、各脈波のスペクトルが連続して求
められ、出力部３から個々の拍に対応した波形パラメー
タとして出力される。

【００３６】＜第２実施例＞上記第１実施例では、波形
メモリ１０３に蓄積された波形データを拍単位で再生し
各拍単位で脈波のスペクトルを演算した。これに対し、
本実施例では、本出願人が特願平５−１４３１号におい
て提案した手法を使用し、患者から得られた脈波に基づ
いて患者の循環動態をモデル化した四要素集中定数モデ
ルの各素子の値を求め、この結果を状態表示パラメータ
として使用する。ここで、四要素集中定数モデルは、人
体の循環系の挙動を決定する要因のうち、動脈系中枢部
での血液による慣性、中枢部での血液粘性による血管抵
抗（粘性抵抗）、中枢部での血管のコンプライアンス
（粘弾性）及び末梢部での血管抵抗（粘性抵抗）の４つ
のパラメータに着目し、これらを電気回路としてモデリ
ングしたものである。

【００３７】図１１に四要素集中定数モデルの回路図を
示す。以下、この四要素集中定数モデルを構成する各素
子と上記各パラメータとの対応関係を示す。インダクタンスＬ：動脈系中枢部での血液の慣性〔dy
n・s²/cm⁵〕静電容量Ｃ：動脈系中枢部での血管のコンプライアンス
（粘弾性）〔cm⁵/dyn〕なお、コンプライアンスとは血管の軟度を表わす量であ
り、粘弾性のことである。電気抵抗Ｒ_c：動脈系中枢部での血液粘性による血管抵
抗〔dyn・s/cm⁵〕電気抵抗Ｒ_p：動脈系末梢部での血液粘性による血管抵
抗〔dyn・s/cm⁵〕また、この電気回路内の各部を流れる電流ｉ，ｉ_P，ｉ_c
は、各々対応する各部を流れる血流〔cm³/ｓ〕に相当す
る。また、この電気回路に印加される入力電圧ｅは大動
脈起始部の圧力〔dyn/cm²〕に相当する。そして、静電
容量Ｃの端子電圧ｖ_P は、橈骨動脈部での圧力〔dyn/cm
²〕に相当するものである。

【００３８】本実施例において、マイクロコンピュータ
６は、各拍に対応した波形データをバッファメモリ２０
１，２０２に順次書き込む一方、書き込みを行っていな
い方のバッファメモリから１拍相当の波形データをセレ
クタ２２２を介して読み出す。そして、大動脈起始部の
圧力波に対応した電気信号を与えたときの上記４要素集
中定数モデルの動作をシミュレーションし、バッファメ
モリ２０１または２０２から読み出された波形データ相
当の出力波形が得られるように４要素集中定数モデルの
各素子の値を算定し、この算定結果を波形パラメータと
して出力する。なお、この４要素集中モデルの各素子の
値は、各素子の値を変化させつつ動作のシミュレーショ
ンを繰り返すことにより試行錯誤的に求めることもでき
るが、上記特願平５−１４３１号において説明された手
法を用いてもよい。

【００３９】＜変形例＞（１）上記第１実施例ではハードウェアによって脈波の
周波数解析を実行したが、本発明はこれに限定されるも
のではなく、マイクロコンピュータ６が実行するソフト
ウェアにより周波数解析を行ってもよい。また、周波数
解析の方法はＤＦＴ（離散フーリエ変換）、ＦＦＴ（高
速フーリエ変換）など種々のものが適用可能である。（２）上記各実施例では各拍に対応した波形パラメータ
を各々が得られた時点でリアルタイムに出力したが、波
形パラメータの出力の仕方はこれに限定されるものでは
ない。例えばマイクロコンピュータ６が所定拍数分の波
形パラメータの加算平均値を演算し出力するようにして
もよい。また、マイクロコンピュータ６が過去所定拍数
分の波形パラメータの加算平均値、すなわち、波形パラ
メータの移動平均値を演算しリアルアチムに出力するよ
うにしてもよい。（３）上記各実施例では橈骨動脈の解析を行う装置を説
明したが、本発明の解析対象は橈骨動脈のみに限定され
るものではなく、例えば指尖脈波等、他の種類の脈波の
解析に適用してもよい。（４）脈波の波形パラメータとしては、上記各実施例に
挙げられたもの以外に多様なものが考えられるが、本発
明に係る脈波解析装置を診断のために利用する場合に
は、その診断にとって最適な波形パラメータを求めるよ
うに変形する。例えば本出願人は、特願平５−１９７５
６９号において脈波に表われるピーク点の振幅値および
位相に基づいて患者のストレスレベルを求める装置を提
案している。上記実施例に係る装置により、各拍に対応
した脈波から上記ピーク点に関する情報を求め、ストレ
スレベルの評価に使用するようにしてもよい。

【００４０】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、脈
波の解析を迅速に行い、しかも、脈波を構成する１波１
波について波形パラメータを連続的に解析することがで
き、生体に関する多くの情報を得ることができるという
効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例による脈波解析装置の構
成を示すブロック図である。

【図２】同実施例における波形抽出記憶部４の構成を
示すブロック図である。

【図３】同実施例における周波数解析部５の構成を示
すブロック図である。

【図４】同実施例における波形メモリ１０３に書き込
まれる脈波を例示する図である。

【図５】同実施例におけるピーク情報メモリ１２５の
記憶内容を示す図である。

【図６】同実施例における波形抽出記憶部４から周波
数解析部５への波形波形引き渡しタイミングを説明する
図である。

【図７】同実施例における波形抽出記憶部４内の動作
を示すタイムチャートである。

【図８】同実施例における高速再生部２３０の動作を
説明する図である。

【図９】同実施例における高速再生部２３０の動作を
説明する図である。

【図１０】同実施例における高速再生部２３０および
正弦波発生器２４０の動作を説明する図である。

【図１１】この発明の第２実施例において使用する４
要素集中定数モデルを示す回路図である。

【符号の説明】

４……波形抽出記憶部、６……周波数解析部、５……マ
イクロコンピュータ。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】脈波の時系列データを所定の書き込み速
度に従って順次蓄積する波形記憶手段と、前記時系列データを各々１拍相当の時系列データに分割
し、この分割された各時系列データを前記波形記憶手段
から読み出す再生手段と、前記再生手段によって読み出される各拍に対応した時系
列データに基づいて各拍に対応した脈波の波形パラメー
タを演算する解析手段とを具備することを特徴とする脈
波解析装置。
【請求項２】前記解析手段は前記時系列データのスペ
クトルを演算し前記波形パラメータとして出力すること
を特徴とする請求項１記載の脈波解析装置。
【請求項３】前記再生手段は前記書き込み速度よりも
高速の読み出し速度で前記時系列データを複数回に亙っ
て繰り返し読み出すことを特徴とする請求項２記載の脈
波解析装置。
【請求項４】前記再生手段は、前記１拍相当の時系列
データをそのデータ長に比例した読み出し速度により前
記波形記憶手段から読み出し、前記解析手段は、前記１
拍相当の時系列データが読み出される期間の整数分の１
の周波数のスペクトルを該時系列データから検出するこ
とを特徴とする請求項３記載の脈波解析装置。
【請求項５】前記再生手段は、検出すべき各スペクト
ルの次数に対応して前記読み出し速度を順次切り換え、
前記解析手段は、この切り換えが行われる毎に、前記１
拍相当の時系列データが読み出される期間の整数分の１
の一定周波数のスペクトルを検出することを特徴とする
請求項４記載の脈波解析装置。
【請求項６】前記１拍相当の時系列データが読み出さ
れる期間の整数分の１の周波数の正弦波信号を出力する
正弦波発生器を具備し、前記解析手段が前記正弦波信号
に基づいて前記スペクトルの位相を検出することを特徴
とする請求項４記載の脈波解析装置。
【請求項７】前記解析手段は、人体の動脈系の中枢部
から末梢部に至る系を模した電気回路に大動脈起始部の
圧力波に対応した電気信号を与えたときに該電気回路か
ら前記再生手段により再生された時系列データに相当す
る出力波形が得られるように該電気回路の各素子の値を
算定し、この算定結果を波形パラメータとして出力する
ことを特徴とする請求項１記載の脈波解析装置。
【請求項８】前記電気回路が、前記動脈系中枢部での
血液粘性による血管抵抗に対応した第１の抵抗、前記動
脈系中枢部での血液の慣性に対応したインダクタンス、
前記動脈中枢部での血管の粘弾性に対応した静電容量、
および前記末梢部での血管抵抗に対応した第２の抵抗と
を有し、１対の入力端子間に前記第１の抵抗およびイン
ダクタンスからなる直列回路と前記静電容量および第２
の抵抗からなる並列回路とが順次直列に介挿されてなる
四要素集中定数モデルであることを特徴とする請求項２
記載の脈波解析装置。
【請求項９】前記解析手段は所定拍数単位で前記各拍
に対応した波形パラメータの加算平均値を演算し出力す
ることを特徴とする請求項１記載の脈波解析装置。
【請求項１０】前記解析手段は前記各拍に対応した波
形パラメータの移動平均値を演算し出力することを特徴
とする請求項１記載の脈波解析装置。