JPS60100944A

JPS60100944A - 電子血圧計

Info

Publication number: JPS60100944A
Application number: JP58210306A
Authority: JP
Inventors: 俊隆福嶋
Original assignee: Seiko Instruments Inc
Current assignee: Seiko Instruments Inc
Priority date: 1983-11-09
Filing date: 1983-11-09
Publication date: 1985-06-04

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、小型の電子血圧計に関するものである。

最近の電子工学の進歩により、医療の分野においても電
子化の波が押し寄せている。血圧計では、従来の水釧式
の血圧計にかわって電子血圧計が登場した。これにより
軽量・小型化され、さらに非常に取り扱いが楽になった
ばかりか、抑圧測定に習熟度が必要ではなくなった。こ
のことによシミ子血圧計が飛躍的に普及し２、医療・健
康管理への関心Ｈさらに高くなりつつある。

健康管理、あるいり医療器具への要求は、より小型化、
よシ軽量化の方向に進みつつあり、電、子血圧計につい
ても、小型化・低、消費電力化の傾向が著しい。また価
格についてもその低減がめられ、価格競争の一面を呈し
ている。従来の電子血圧計では、以上の要求に応えられ
てはいなかった。

ところが、以上の要求は次の様に解決できるのである。

まず小型化・軽量化は回路部分を全て集積回路化するこ
とにより解決できる。電子技術・製造技術の向上によっ
てなしうろことである。ところで集積化に際しては、ア
ナログ回路部分と論理回路部分とは、本質的に異なるも
のである。それは電流の点にしても、前者はその全てが
能動状態で動作し、消費型、力が無視でき々い一方、後
者は論理レベルのみの動作であり、飽和動作で行うこと
ができる。また半導体圧力センサではその感度は、セン
サに加わる霜、流に比例するために、比較的大きな電流
で動作さぜねば力らない。また圧力検出部では直流増幅
をし力くてはならす、オフセット電圧、またはその温度
ドリフトなどの観点から使用する素子を選択しなくては
力ら々い。さらに交流を増幅する場合は、約合・ゆらぎ
等の点も考慮し力くてはガら々い。電子血圧計では多数
の演算増幅器を使用するか、以上の点から鑑みて、バイ
ポーラ素子が適している。ここで、論理回路部分はＣＭ
ＯＢ素子、アナログ回路部分はバイポーラ素子を使用し
た集積回路化ということが考えられる。

ここで１要なことは、ＣＭＯ８論理回路は単体で動作す
るが、アナログ回路には多くの抵抗・コンデンサ等の付
属回路が必要であシ、単にバイポーラＩＣチップがあれ
ば良いという問題ではないことである。使用電圧範囲・
精度・消費電流・オフセットやそのドリフトなどのＩＣ
内部の仕様、回路構成から外付部品の個数、公差などに
ついても様々な角度から検討を加えねばならず、また低
電圧・イバ電流駆動ということは、小型電子血圧計シス
テムを考える上で非常に大きな障害であった。

それは、信号電圧振幅が大きくとれないにもかかわらず
精度が要求されるからである。電圧スイッチが要求され
るＡＤ変換器などでは、バイポーラトランジスタ素子を
そのままスイッチとして使うとすれば、残留電圧が問題
となる。出力段などでは、バイポーラトランジスタのＢ
−Ｅ間市圧のため、電源電圧を有効には使えない。この
様な諸問題が今まで解決されず、システム設計の上で、
アナログ回路を１チツプ化することができなかったので
ある。

本発明の目的は、以上に述べた問題を悉く解決し、電池
電圧で動く集積化された電子血圧計を提供することであ
る。

以下、添伺の図面に従って詳細に説明する。

　５− 第１図は、一般的な電１子抑圧計の構成を示した図であ
り、第２図は測定原理を示した図である。

上腕に巻かれたカフ５を最高血圧値以上に加圧し徐々に
減圧する。減圧の溝相で、動脈においてコロトコフ音（
以下に音と略す）が発生する。さらに減圧すると、やが
てに音は消滅する。この発生消滅のときの圧力値を、そ
れぞれ最高抽圧・最低血圧という。Ｋ音はに音マイク１
により拾われ、増幅器２・フィルタ５により識別され、
比較器４によりパルスとして取シ出される。一方、カフ
５の圧力は圧力センサ６により電圧に変換されて、増幅
器７により増幅された後、ＡＤ変換器８を経て演算回路
１１に読み込まれる。カフ５の圧力はに音発生中を含む
範囲において脈動により僅かながら変動し、この変動分
をフィルタ９により識別増幅し、比較器１０により参照
パルスとして取り出す。Ｋ音は雑音などに弱いため、こ
の参照パルスを用いてに音の有無の判定を行うことによ
シ、血圧測定の信頼性が向上する。演算回ｌ８１１は各
種の処理を行い、最高血圧値・最低血圧値を決定　６− し、表示器１２に表示する。

１３は電、池雷、圧監析回路である。宵１池電圧が低下
すると、正しい廂圧値が得られなくなるため、この回路
が必要である。

アナログ回路と目、演算回路１１と表示器１２を除いた
他の部分ケ差し、付加回路として基準電圧回路（図示せ
ず）を含んでいる。

第６図は本発明の実施例を示した図である。アナログ回
路のみであるが、電源２本を含めた７本の信号１ｓ１〜
Ｓ７によってａＭｏｓｉ理ＩＣと接続される。電池１４
はリチウム電池を使用し、通常動作電圧は約６■である
。動作保証重用を２．４Ｖとして、基準電圧回路１５の
出力電圧を１．２ｖに設定している。ただし、電池１４
の正極を電源回路の基準としているため、この電位から
見ると基準電圧は−１，２ｖである。基準電、圧回路１
５の出力電位をアナログ信号の基準電位にとり、接地電
位とする。従って、この接地電位からみると、電、池１
４の正極は＋１．２■で安定化されており、負極は非安
定化である。簡単のため、それぞれの電位を＋Ｖ、−Ｖ
と呼ぶことにするが、絶対値が同じであるということで
は力い。基準電圧回路１５は、内部に基準電圧回路１６
と演算増幅器Ａ１′ｆ：含んでいる。基準電圧回路１６
は、＃導体のエネルギーギャグを使用した電圧を発生し
、この重圧は＋■よシ約−〇、６ｖである。そして演算
増幅器Ａ１で非反ｖ：′Ｐ：！幅し、却定の重子を作り
出している。

半導体圧力センサ１７は、演算増幅器Ａ２により定電流
駆動されている。半導体圧力センサ駆動方式には定電流
駆動と定電圧駆動があシ、感度の瀞度変化の少ない定電
流駆動が電子血圧計に適している。定電流値は＋Ｖ−Ｒ
１／（Ｒ１＋Ｒ２）−Ｒ３で与えられる。駆動電流と圧
力感度は比例し、かつ圧力センサの抵抗値もセンサ感度
と関係する。

低電流で高感度とするためには、演算増幅器Ａ２の出力
振幅を越えない範囲でセンサの抵抗値を太きくシ、かつ
電流値を希望の値以下に抑えなくては力らガい。

ここで演算増幅器の出力段回路構成について説明してお
く。第４図（ａ）・（ｂ）に代表例を示した。交流増幅
の様に出力振幅の極性が一定ではなく、かつ負荷に対し
て強くなくては々らない時には、エミッタフォロワのプ
ッシュプル回路（ａ）が用いられる。しかしながらどう
してもＢ−Ｅ間の！１位差が必要なため、電源電圧より
正負とも約０、６　Ｖは振幅が狭くなる。比較器の様に
出力段の負荷が軽く、かつ出力振幅を大きくしなければ
ならないときには、定電流引き込み型（ｂ）が用いられ
ている。ただし、トランジスタの飽和電圧だけ出力振幅
が低下する。この回路にて出力電流を大きくとるために
は、定電流値を太きくシ、かつ各トランジスタのバイア
ス電流も増加させねば々らず、無角荷時の無効電流が増
加し、低消費電力の要請に応オられ々くガってしまう。

再び第６図に戻る。演算増幅器Ａ２は片側振幅のため、
出力段は電流吸い込み型をとることができ、電源電圧−
■の近くまで振幅をとることができる。演算増幅器Ａ４
，５にて差動増幅器を構成し、演算増幅器Ａ６を含めて
、増幅器１８を構成　９− している。演算増幅器Ａ４〜６は低オフセツト電圧型で
ある。差動増幅回路は多くの回路が考えられるが、半導
体圧力センサ１７は低電流で駆動できる様に高目のブリ
ッジ抵抗を用いているため、高入力インスツルメンテー
ションアンプとする方が有利である。演算増幅器Ａ６は
、半導体圧力センサ１７を含めたオフセット電圧の調整
用である。

増幅器１８の信号出力は、ＡＤ変換器１９及び脈フィル
タ２０に加λられている。ＡＤ変換器１９は二重積分型
ＡＤ変換器であり、信号線ｓ５がＨ”の間は信号電圧に
て充電し、′Ｌ”の間は一定電流にて放電を行う。この
過程を詳しく説明する。演算増幅器Ａ７はボルテージフ
ォロワ接続されており、信号ｌｓ３がＨ”の時にはボル
テージフォロワとして動作する。増幅器１８の信号電圧
は基準電位に対して−■の方向におる。充電電流は抵抗
Ｒ２によって決定される。この状態では抵抗Ｒ１は単に
演算増幅器Ａ７の出力段バイアス電流を規定しているに
すぎない。信号線ｓ３がＬ”となると、演算増幅器Ａ７
は完全にカット−１ロ　− オフされ、抵抗Ｒ１とＲ２を介して、十ｖより極性の異
なる放電電流が流れ込む。十■のみが接地Ｍ１位に対し
て安定化されているため、信号電圧が−Ｖの方向にある
時に限って、他に安定化された電位を必要としない。演
算増幅器Ａ８は積分器として動作しているが、非反転端
子には抵抗Ｒ３゜４により＋■が分割されて加え、られ
ている。二重積分型ＡＤ変換器では、充電型、流と放電
電流の極性が異ってい々ければ動作しない。そΩため、
演算増幅器Ａ６の出力信号電圧が０■であっても、ＡＤ
変換器１９が動作する様に、電位差を設けている。比較
器Ａ９は演算増幅器へ８の出力を判定し、ＡＤ変換器１
９の一部を構成しているだけでなく、信号線Ｓ２によっ
て電池電圧が適止値におるかを判定し出力する機能、す
々わち、電池電圧監視機能を備えている。一方、信号電
圧は脈フィルタ２０に加えられ、脈に同期した参胛パル
スとなる。演算増幅器Ａ１０は、２次のバンドパスフィ
ルタと１次のローパスフィルタより構成されている。以
上、ここまでが圧力に関したブロックである。

次にに前糸について説明する。１はに音マイクである。

Ｋ音マイクには、出力電圧の比較的大きい圧電型が有利
である。Ｋ音マイク１の出力は増幅器２１で所定の電圧
゛まで増幅される。マイク出力には低周波の脈成分が含
まれ、そのま捷増幅したのでは、演舞増幅器Ａ１２が飽
和してしまうため、１次のバイパスフィルター２２が挿
入されている。増幅器２１はインピーダンス変換として
も動作している。Ｋ音は約３０Ｈｚ〜１００Ｈｚの低周
波成分を含み、２次のノ・イバスフィルタ２３゜２次の
ローパスフィルタ２４により雑音成分を除いている。ロ
ーパスフィルタ２４は多重帰還型と力っており、増幅作
用を持っている。ここまででバンドパスフィルタとなり
、その出力は比較器Ａ１５によりデジタルパルスとして
出力されている。Ｋ音に対しての感度は、増幅器２１．
フィルタ２４の増幅度、比較器Ａ、　１５の判定レベル
によって決定されるが、基準となるのは耳できいた聴診
器のに音レベルなので、側者による個人差の影響も大き
い。そのため、人間の聴力の平均値に合わせることが最
良である。Ｋ音系に関しては交流信号を扱うため、演算
増幅器出力段はプッシュプルとなっている。そのため出
力振幅が小さく、演算増幅器の入力オフセット電圧にも
注量が必要である。ここでは、増幅度を持つ段の次段は
バイパスフィルタとして、コンデンサ結合によりこの影
響を除いている。

信号線８１〜８５けａＭｏｓＭ理回路ＩＣ（図示せず）
と接続されている。伝達は論理信号で行われ、比較器出
力段は振幅のとれる定電流引き込み型構成となっている
。このため容易にＣＭＯ８ＩＯと接続、可能である。

本発明によって電池の低電圧、かつ低消費電力駆動の電
子面圧計が、０ＭＯ８論理ＩＯとバイポーラアナログＩ
Ｏの２チツプにて実現できた。これらのＩＣにチップ部
品を用いて、血圧計機能を全てハイブリッドＩＣとして
構成することもできる。価格、大きさ、差動増幅段での
オフセット電圧、温度ドリフト等、色々な観点から究極
的には−１５一本発明の２チツプ抑圧計が理想である。よって本発明の
効果は給太である。

【図面の簡単な説明】

第１図は一般的な電子面圧計の構成を示した図、第２図
は測定原理図、第６図は本発明の実施例を示した図、第
４図は演算増幅器の出力段回路構成の代表例を示し７ｆ
ｃ図である。１・・・・・・Ｋ音マイク２．７・・・・・・増幅器３．９・・・・・・フィルタ４．１０・・・・・・比較器５・・・・・・カフ６・・・・・・圧力センサ８・・・・・・ＡＤ変換器１１・・・・・・演算回路１２・・・・・・表示器１３・・・・・・電池電圧監視機能１４・・・・・・電　池１５．１６・・・・・・基準電圧回路 −１４− １７・・・・・・半導体圧力センサ１８・・・・・・増幅器１９・・・・・・ＡＤ変換器２０・・・・・・脈フィルタ２１・・・・・・増幅器２２・・・・・・１次バイパスフィルタ２３・・・・・
・２次バイパスフィルタ２４・・・・・・２次ローパス
フィル、りＡ１〜８．Ａ１０．ＡＩ２〜１４・・す・・
演算増幅器Ａ９．１１．１５・・・・・・比較器Ｒ１〜４・・・・・・抵　抗８１〜Ｓ７・・・・・・信号線以　上出願人　セイコー電子工業株式会社　１５− 特開昭ＧＯ−１００９４４（６）

Claims

【特許請求の範囲】

（１）少々くとも０ＭＯ８論理ＩＣ，バイポーラアナロ
グＩＣ１電池１表示器１発音体、コロトコフ音マイク、
圧力センサ、複数の抵抗器とコンデンサを備え、前言ｉ
″’０ＭＯ８’０ＭＯ８論理バイポーラアナログＩＣは
ともに１チツプ化され、３．５ｖ以下の単一電池電源に
て動作することを特徴とする市子抑圧計。
（２）前記アナログＩＣは、予断される最低使用電池電
圧の４０〜６０％のうちで予め設定された電圧を発生し
うる唯一の基準電、圧回路を有することを特徴とする特
許請求の範囲第１項記載の電子血圧計。
（３）前記アナログＩＣは、少なくとも圧力センサ駆動
回路、差動増帽回路、ＡＤ変換器の一部または全部、コ
ロトコフ音検出回路、１池電圧監視機能を備え、そわら
の主要構成要素がバイポーラ型演算増幅器及び比較器で
あることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の電子
抑圧計。
（４）　アナログ信号の基準電位として前記基準電圧回
路の出力電位を用い、前記バイポーラ型演算増幅器及び
比較器の電源電圧として、前記単一電油、　ｍｌ、源を
昇圧することなく用いることを特徴とする特許請求の範
囲第１項、第２項及び第３項記載の電子血圧計。
（５）圧力センサとしては、半導体圧力センサを用い、
前記ＡＤ変換器は二重積分型ＡＤ変換器であり、かつ前
記ＡＤ変換器に入力する圧力信号電圧の増加方向は前記
基準電位より見て安定化されていない電池電圧の方向と
一部することを特徴とする特許請求の範囲第１項から第
４項に記載の電子柚圧計。