JPH1176216A - 光応用生体計測装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 血圧測定と酸素状態測定を一つの装置で同時
に測定することができる光応用生体計測装置を提供す
る。 【解決手段】 光応用生体計測装置１は、圧迫によって
動脈を閉塞及び開放して血流制御を行う圧迫手段２１，
２３，２５と、生体に対して光を照射して得られる散乱
光の光強度に基づく生体の酸素状態の測定を圧迫手段の
下流において行う酸素状態測定手段３１〜３４とを備
え、圧迫手段の加圧による脈波の変化から血流変化に応
じた血圧変化を測定し、加圧手段により変化する酸素状
態測定手段の測定結果から血流変化に応じた酸素状態変
化を測定する構成とすることによって、血圧測定機構２
と酸素状態測定機構３とを一体構成とし、血圧測定に用
いる動脈圧迫手段を酸素状態測定装置に適用する構成に
よって、血流変化に伴う酸素状態の測定と血圧測定との
一つの装置で同時測定を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、血圧及び血液の状
態を計測する光応用生体計測装置に関し、保健，医療の
分野やフィットネス，スポーツの分野に適用することが
できる光応用生体計測装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】保健，医療の分野やフィットネス，スポ
ーツの分野において、全身の運動強度を測定する指標と
して、血圧や血液中の酸素状態を用いることが知られて
いる。

【０００３】血圧を体外から無侵襲に測定することがで
きる非観血血圧測定として、マイクロホン法、オシロメ
トリック法、超音波ドップラー法、トノメトリ法、Ｐｅ
ｎａｔｕ法等が知られている。オシロメトリック法は、
全自動血圧計に適用される血圧測定法であり、カフによ
り上腕動脈の閉塞と開放を繰り返し、この過程における
カフ内圧の変化と動脈拍動より発生する脈波信号の振動
幅の変化を測定，演算することによって血圧を求める。

【０００４】又、血液中の酸素状態を測定する装置とし
て酸素モニタが知られている。酸素モニタは、被検体の
一部に測定光を入射し、その被検体の他の部分から出て
くる光を検出し、複数の波長で測定した吸光度変化量か
ら酸素化ヘモグロビン量変化、脱酸素化ヘモグロビン量
変化、全ヘモグロビン量変化、酸素飽和度等を測定す
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来、血圧と酸素状態
はそれぞれ血圧計と酸素モニタによって測定している。
そのため、血圧と酸素状態の両方を測定するには、血圧
計と酸素モニタのそれぞれ別個の測定装置を必要とする
という問題があり、又、血圧と酸素状態を同時に測定す
るには、両測定装置の測定結果の関係を明確にするため
の処理操作を必要とするという問題がある。

【０００６】又、血流変化に伴う酸素状態変化を測定す
る場合には、動脈を閉塞及び開放しながら、酸素モニタ
によって酸素状態を測定する必要がある。従来のよう
に、それぞれ独立した血圧計と酸素モニタを用いて、血
流変化に伴う酸素状態変化を血圧と同時に測定する場合
には、血圧計による動脈の閉塞及び開放と酸素モニタに
よる動脈の閉塞及び開放とが干渉するため、何れの測定
も困難となるという問題がある。

【０００７】そこで、本発明は前記した従来の血圧及び
酸素状態の測定における問題点を解決し、血圧測定と酸
素状態測定を一つの装置で同時に測定することができる
光応用生体計測装置を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の光応用生体計測
装置は、血圧測定装置と酸素状態測定装置とを一体と
し、血圧測定に用いる動脈圧迫手段を酸素状態測定装置
に適用する構成によって、血流変化に伴う酸素状態の測
定と血圧測定との一つの装置で同時測定するものであ
る。

【０００９】そこで、本発明の光応用生体計測装置は、
血圧測定装置と酸素状態測定装置とを一体構成とするた
めに、圧迫によって動脈を閉塞及び開放して血流制御を
行う圧迫手段と、生体に対して光を照射して得られる散
乱光の光強度に基づく生体の酸素状態の測定を前記圧迫
手段の下流において行う酸素状態測定手段とを備え、圧
迫手段の加圧変化から血流変化に応じた血圧変化を測定
し、加圧手段により変化する酸素状態測定手段の測定結
果から血流変化、及びそれに応じた酸素状態変化を測定
する構成とする。

【００１０】本発明の光応用生体計測装置によって血圧
及び酸素状態の同時測定を行うには、圧迫手段によって
動脈を圧迫して閉塞及び開放を行って血流制御を行う。
圧迫手段による血流変化による脈波信号の変化から血圧
及び血圧変化を測定する。又、酸素状態測定手段は、圧
迫手段の下流において、生体に対して複数の波長の光を
照射し、生体内で散乱し体外に散乱して得られる散乱光
の光強度を測定し、この光強度の変化から酸素状態の測
定を行う。測定した酸素状態の測定結果により、加圧手
段による血流変化に応じた酸素状態変化を求める。これ
によって、一つの装置によって、血圧と酸素状態変化を
同時に測定することができ、かつ、加圧による酸素状態
変化から生体情報が得られる。

【００１１】通常の血圧測定は、圧迫手段によって動脈
を圧迫して閉塞あるいは開放することによって血流の制
御を行い、この血流変化に伴う血圧変化を測定する。血
圧測定は、半導体圧力変換素子等の圧力センサによって
動脈の脈波振幅を測定し、脈拍音（コロトコフ音）の出
現及び消失の検出から最高血圧や最低血圧を求めたり、
脈波振幅の振幅が最大となるときのカフ内圧を平均血圧
として求めたり、さらに、カフ内圧の包絡線上におい
て、振動幅が急激に増加するポイントを収縮期血圧と
し、振動幅が急激に減衰するポイントを拡張期血圧と
し、最大振幅のポイントを平均血圧として求めることが
できる。又、脈波振幅の測定を用いずに、酸素状態測定
手段から得られる酸素状態の変化ポイントにおいて、カ
フ内圧を求めて血圧測定を行うこともできる。

【００１２】加圧による酸素状態変化の測定は、圧迫手
段によって動脈を圧迫して閉塞あるいは開放することに
よって血流の制御を行い、この加圧に伴う酸素化ヘモグ
ロビン、脱酸素化ヘモグロビンを測定することで酸素状
態変化を測定する。この酸素状態は、生体に対して光を
照射して得られる散乱光の光強度を測定することにより
測定することができる。血流変化に伴う酸素状態は、最
大加圧時の血液の流れ込み、及び動脈開放時の血液の流
れ込みにおいて特徴的な状態変化を現す。この加圧に伴
う酸素状態の変化を測定することによって、貧血等のヘ
モグロビンに関連した指標に用いることができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図を
参照しながら詳細に説明する。本発明の実施の形態の構
成例について、図１の本発明の光応用生体計測装置の実
施形態を説明する概略ブロック線図を用いて説明する。

【００１４】図１において、光応用生体計測装置１は、
血圧測定機構２と酸素状態測定機構３を備え、両測定機
構は制御部１０によって制御が行われる。

【００１５】血圧測定機構２は、生体の動脈の血圧を測
定を行う機構であり、上腕（図中の破線）の周囲に取り
付けられて動脈を圧迫するカフ２１と、該カフ２１を加
圧する加圧部２３及び圧力制御部２５等の圧迫手段と、
カフ２１のカフ内圧を測定する圧力検出部２６を備えた
構成によって形成することができる。

【００１６】加圧部２３の発生する圧力は圧力制御部２
５で調整され、カフ内圧の制御が行われる。このときの
カフ内圧の検出は、半導体圧力変換素子やひずみゲージ
等の圧力変換器を備えた圧力検出部２６によって行うこ
とができる。又、動脈内を流れる血液の脈拍の検出は、
カフ２１に取り付けた脈波センサ２２によって行うこと
ができる。この脈波センサ２２は光センサを用いて構成
することができる。脈波測定部２４は脈波センサ２２で
検出したセンサ信号を信号処理して脈波振幅を測定し、
カフ２１の圧迫によって動脈を閉塞あるいは開放したと
きに生じる脈波変化を検出して血圧測定を行う。圧力検
出部２６で測定した測定値は、表示，記録部１１に送ら
れ、測定データの表示や記録が行われる。測定値として
は、例えば、血圧の他に脈拍数を測定することができ
る。

【００１７】又、酸素状態測定機構３は、生体の血液の
酸素状態の測定を行う機構であり、血圧測定機構２のカ
フ部２１の下流側に設けられ、カフ部２１の圧迫による
血流変化に応じた酸素状態の測定を行う。酸素状態測定
機構３は、例えば、二の腕の手の甲側に取り付けられる
光センサ３１と、該光センサ３１に異なる波長の光を送
光する送光部３２と、光センサ３１で受光した光あるい
は光−電気変換して得られ信号を受ける受光部３３と、
受光部３３で得られた散乱光の光強度に基づいて酸素化
ヘモグロビン、脱酸素化ヘモグロビン、酸素飽和度等の
酸素状態変化を計測する血液状態計測部３４を備える。

【００１８】制御部１０は、送光部３２、受光部３３、
及び血液状態計測部３４において、光の送受光や測定の
タイミングを制御し、血液状態計測部３４で求めた酸素
化ヘモグロビン、脱酸素化ヘモグロビン等の酸素状態変
化量を、表示，記録部１１に送信し、測定データの表示
や記録を行う。

【００１９】図２は、本発明の光応用生体計測装置１の
構造を説明するための概略図である。なお図２は前記し
た血圧測定機構２及び酸素状態測定機構３のカフ部及び
センサ部の取り付け位置を概略的に示し、各機能構成部
分については省略している。図２において、装置本体１
２は腕４を通すための貫通した開口部１３を備え、該開
口部１３の内面部分にはカフ２１及び脈波センサ２２が
取り付けられる。又、装置本体１２の開口部１３の後方
には、二の腕を支持する支持面１４が形成され、該支持
面１４には光センサ３１が取り付けられる。

【００２０】本発明の光応用生体計測装置１によって血
圧及び酸素状態の同時測定を行うには、腕４を開口部１
３内に通して、上腕部分４２がカフ２１及び脈波センサ
２２の位置に達するまで移動させ、二の腕４１を支持面
１４上に置き、二の腕４１の手の甲側が光センサ３１に
当接させる。

【００２１】この状態で、カフ２１を加圧すると、上腕
部分４２はカフ２１によって圧迫され、このときの脈波
変動は脈波センサ２２によって測定される。又、光セン
サ３１は、カフ２１による血流変化に伴う酸素化ヘモグ
ロビン、脱酸素化ヘモグロビン、酸素飽和度等の酸素状
態変化量の測定を行う。

【００２２】次に、図３を用いて血圧測定及び酸素状態
変化の測定について説明する。なお、図３（ａ）は、カ
フ圧Ｐの時間変化を示し、図３（ｂ）は脈波振幅Ａの時
間変化を示し、図３（ｃ）は、カフ内圧とカフ内圧の振
動幅との関係を示し、図３（ｄ）はヘモグロビン量Ｈｂ
の時間変化を示している。

【００２３】はじめに、血圧測定について説明する。圧
力制御部２５はカフ２１に加える圧力を制御し、通常の
血圧測定では、図３（ａ）に示すように、ある圧力（例
えば、１８０ｍｍＨｇ）まで一気に加圧し、その後徐々
にカフ内圧を減圧する（例えば、１８０ｍｍＨｇ／
分）。

【００２４】このカフ内圧の昇圧及び降圧において、脈
波振幅を測定し、脈波振幅の最大振幅が得られる時点の
カフ内圧を平均血圧として求めることができる。

【００２５】又、カフ内圧の振動幅に対応したカフ内圧
を求めることによって血圧測定を行う場合には、圧力検
出部２６によってカフ内圧を検出し、図３（ｃ）に示す
ように、カフ内圧の振動幅の変化点において、振動幅が
急激に増加するポイントを収縮期血圧とし、振動幅が急
激に減衰するポイントを拡張期血圧として求めることが
でき、さらに、カフ内圧の振動幅が最大となるのポイン
トを平均血圧として求めることができる。なお、図３
（ｃ）のカフ内圧の振動幅は包絡線を示しており、検出
したカフ内圧の検出信号をフィルタに通して信号処理す
ることによって得ることができる。

【００２６】次に、酸素状態変化の測定について説明す
る。酸素状態変化の測定は、カフ２１によって動脈を圧
迫して閉塞あるいは開放することによって血流の制御を
行い、この血流変化に伴う酸素化ヘモグロビン、脱酸素
化ヘモグロビン、酸素飽和度の酸素状態変化を光センサ
３１を用いて行う。

【００２７】図３（ｄ）は、酸素化ヘモグロビン及び脱
酸素化ヘモグロビンを合計した全ヘモグロビン量Ｈｂの
変化を示しており、最大圧のカフ圧（例えば、１８０ｍ
ｍＨｇ）で加圧すると、静脈、動脈の順で血管が閉塞す
るため上昇する。このヘモグロビン量Ｈｂの変化量をΔ
Ｈｂ１とする。その後、カフ圧の下降に伴ってヘモグロ
ビン量Ｈｂも緩やかに下降し、あるカフ圧において動脈
血の流れ込みが再開され、ヘモグロビン量Ｈｂが再び上
昇する。このヘモグロビン量Ｈｂの変化量をΔＨｂ２と
する。

【００２８】ここで、ヘモグロビン量Ｈｂを時間の一次
微分値は血流量に対応した値となり、又、ヘモグロビン
量Ｈｂを時間の二次微分値は血液の組成に対応した値と
なることが知られている。従って、ヘモグロビン量Ｈｂ
の変化量ΔＨｂ１及びΔＨｂ２は血液状態を反映し、Δ
Ｈｂ２から血液の流れ込む変化量を計測することができ
る。ΔＨｂ２は貧血の指標として使用することができ、
例えば、貧血等でヘモグロビン量が少ない場合には、Δ
Ｈｂ２は小さな値となる。

【００２９】又、ヘモグロビン量Ｈｂの最大値Ｈｂｍａ
ｘや、ΔＨｂ１とΔＨｂ２との間の時間間隔Δｔ１や、
ΔＨｂ２と最大値Ｈｂｍａｘの間の時間間隔Δｔ２につ
いても酸素状態を表す指標として用いることができる。

【００３０】図４は、カフ圧を１８０ｍｍＨｇと０ｍｍ
Ｈｇの間で増減させた場合の酸素化率の変化（図４
（ａ））と、酸素化ヘモグロビン、脱酸素化ヘモグロビ
ン、及び合計した全ヘモグロビンの変化（図４（ｂ））
を示している。なお、酸素化率は、酸素化ヘモグロビン
／（酸素化ヘモグロビン＋脱酸素化ヘモグロビン）で表
される値である。

【００３１】図４において、カフ圧を一気に１８０ｍｍ
Ｈｇまで上昇させると、はじめに静脈が閉鎖するため、
全ヘモグロビン量が上昇する。その後、カフ圧を下降さ
せると、酸素化ヘモグロビンが下降するが、ある圧力で
（図中のＡ点）で動脈が開放されるため血液の流れ込み
が起き、酸素化ヘモグロビンと全ヘモグロビン量が再度
上昇する。

【００３２】次に、本発明の他の構成例について図５，
６を用いて説明する。図５に示す構成例は、図１に示す
構成例において、カフ２１に取り付けた脈波センサ２２
及び脈波測定部２４を用いずに血圧測定を行う構成であ
り、脈波センサ２２及び脈波測定部２４を要しない点、
及び圧力検出を血液状態計測部３４からの測定結果に基
づいて行う構成の点で相違し、その他の構成については
共通である。以下、相違する構成についてのみ説明し、
共通する構成については説明を省略する。

【００３３】図６において、最高血圧Ｐｍａｘ、最低血
圧Ｐｍｉｎ、及び平均血圧Ｐｍとヘモグロビン量Ｈｂと
の間に相関がある場合、ヘモグロビン量Ｈｂやヘモグロ
ビン変化量ΔＨｂが特徴的な傾向を示す点のカフ圧を求
めることができる。この関係を用いて、特徴的なヘモグ
ロビン量Ｈｂやヘモグロビン変化量ΔＨｂから、最高血
圧Ｐｍａｘ、最低血圧Ｐｍｉｎ、及び平均血圧Ｐｍに対
応する血圧値を求めることができる。

【００３４】例えば、図６（ｂ）に示すヘモグロビン量
Ｈｂにおいて、カフ圧の下降に伴ってヘモグロビン量Ｈ
ｂが下降した後、動脈血の流れ込みによるヘモグロビン
量Ｈｂが再上昇した時点（図中の点Ａ）、その後に下降
した時点（図中の点Ｂ）、及びヘモグロビン量が最大と
なる時点（図中の点Ｃ）が、ほぼ最高血圧Ｐｍａｘ、最
低血圧Ｐｍｉｎ、及び平均血圧Ｐｍに対応する場合に
は、制御部１０は血液状態計測部３４で求めたヘモグロ
ビン量Ｈｂを監視し、この時のカフ内圧を圧力検出部２
６で求め、これによって、血液状態の測定と同時に血圧
測定を行うることができる。

【００３５】この第２の構成例によれば、血圧測定を、
脈波センサや脈波測定部２４を用いずに行うことがで
き、少ない構成要素で血圧と血液状態変化の同時測定を
行うことができる。

【００３６】又、第１，２の構成例によれば、カフ圧の
最大圧を被測定者に応じて制御することができる。図３
（ａ），（ｄ）において、カフ圧を最大圧で加圧する時
に、ヘモグロビン量Ｈｂは図３（ｄ）の変化量ΔＨｂ１
に示すように急激な変化を示す。この変化は、通常カフ
圧が最大圧に達する前に終了し、その後はほぼ一定値と
なる。したがって、変化後に上昇するカフ圧力は測定に
は寄与しないこととなり、カフ圧の最大圧は変化量ΔＨ
ｂ１が得られる圧力値で十分である。

【００３７】そこで、第１，２の構成例において、血液
状態計測部３４からのヘモグロビン量Ｈｂの変化を制御
部１０で監視し、このヘモグロビン量Ｈｂの変化が終了
した時点で、圧力制御部２５に昇圧を止め、緩やかな降
圧を開始させる制御を行う。これによってカフ圧の最大
圧は測定に必要な最小値とすることができる。通常、カ
フ圧の最大圧は被測定者にかかわらず、通常測定される
最大血圧以上の圧力が印加される。この設定最大圧は、
被測定者によっては必要以上の高圧となる場合がある
が、第１，２の構成例によれば、この最大圧力は測定に
必要な最小圧力とすることができるため、被測定者に過
大なカフ圧を印加することを防止することができる。

【００３８】本発明の光応用生体計測装置の実施の形態
によれば、血圧、脈拍数、酸化ヘモグロビン量、脱酸化
ヘモグロビン量、全ヘモグロビン量、酸素化率を同時に
測定することができ、測定時間の短縮化や測定操作の簡
略化を行うことができる。

【００３９】本発明の光応用生体計測装置の実施の形態
によれば、加圧しながらヘモグロビン量を測定すること
によって、血流量の変化を計測することができ、貧血等
のモニタに適用することができる。

【００４０】本発明の光応用生体計測装置の実施の形態
によれば、カフによる圧迫に対する生体の反応をモニタ
することができ、臨床への適用が可能となる。

【００４１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の光応用生
体計測装置によれば、血圧測定と酸素状態測定を一つの
装置で同時に測定することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光応用生体計測装置の実施形態を説明
する概略ブロック線図である。

【図２】本発明の光応用生体計測装置の構造を説明する
ための概略図である。

【図３】血圧測定及び酸素状態変化の測定を説明するた
めの図である。

【図４】カフ圧に対する酸素飽和度、酸素化ヘモグロビ
ン、脱酸素化ヘモグロビン、及び全ヘモグロビンの変化
を示す図である。

【図５】本発明の他の構成例を説明する概略ブロック線
図である。

【図６】本発明の他の構成例による血圧測定及び酸素状
態変化の測定を説明するための図である。

【符号の説明】

１…光応用生体計測装置、２…血圧測定機構、３…血液
状態測定機構、４…腕、１０…制御部、１１…表示，記
憶部、１２…装置本体、１３…開口部、１４…支持部、
２１…カフ部、２２…脈波センサ、２３…加圧部、２４
…脈波測定部、２５…圧力制御部、２６…圧力検出部、
３１…光センサ、３２…送光部、３３…受光部、３４…
血液状態計測部。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧迫により動脈を閉塞及び開放して血流
   制御を行う圧迫手段と、生体に対して光を照射して得ら
   れる散乱光の光強度に基づく生体の酸素状態の測定を前
   記圧迫手段の下流において行う酸素状態測定手段とを備
   え、前記圧迫手段の加圧変化から血流変化に応じた血圧
   変化を測定し、前記加圧手段により変化する酸素状態測
   定手段の測定結果から血流変化と酸素状態変化を測定す
   ることを特徴とする光応用生体計測装置。