(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
特許文献1では、脈波伝播時間の測定は、上記小ゴムのう、上記中ゴムのう内の圧力が上記大ゴムのう内の圧力と同一圧力になるように、加圧・減圧の操作をしながら行われている。つまり、上記小ゴムのう、上記中ゴムのう内の圧力を変化させながら、言い換えれば測定条件を変更しながら、脈波伝播時間の測定が行われている。このため、脈波伝播時間の測定精度が良くないという問題がある。
【0006】
例えば、ウエアラブル機器の手首装着用ベルト(またはカフ)に、このベルトの幅方向(手首の長手方向に相当)に関して互いに離間した状態で2つの脈波センサを搭載し、上記2つの脈波センサによってそれぞれ検出された脈波信号の間の時間差(脈波伝播時間)を測定する態様が想定される。この態様では、装着の不快感を減らすためにベルトの幅が制限され、したがって、上記2つの脈波センサ間の距離が比較的短く制限される。このため、特に脈波伝播時間の測定精度を高めることが要求される。
【0007】
そこで、この発明の課題は、脈波伝播時間の測定精度を高めることができる脈波測定装置および脈波測定方法を提供することにある。
【0008】
また、この発明の課題は、そのような脈波測定装置を備えて、脈波伝播時間と血圧との間の対応式を用いて血圧を算出する血圧測定装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0009】
上記課題を解決するため、この発明の脈波測定装置は、
被測定部位を取り巻いて装着されるべきベルトと、
上記ベルトに、このベルトの幅方向に関して互いに離間した状態で搭載され、上記被測定部位を通る動脈のうちそれぞれ対向する部分の脈波を検出する第1、第2の脈波センサと、
上記ベルトに搭載され、上記被測定部位に対して上記第1、第2の脈波センサを、押圧力を可変して押圧し得る押圧部材と、
上記第1、第2の脈波センサがそれぞれ時系列で出力する第1、第2の脈波信号を取得して、それらの第1、第2の脈波信号の波形間の相互相関係数を算出する相互相関係数算出部と、
上記押圧部材による上記押圧力を可変して設定して、上記相互相関係数算出部が算出した上記相互相関係数が予め定められた閾値を超えているか否かを判断する探索処理部と、
上記押圧部材による上記押圧力を、
上記探索処理部によって上記相互相関係数が上記閾値を超える
と判断された値に設定し
た状態で、上記第1、第2の脈波信号の間の時間差を脈波伝播時間として取得する測定処理部と
を備えたことを特徴とする。
【0010】
本明細書で、「被測定部位」とは、動脈が通っている部位を指す。被測定部位は、例えば手首、上腕などの上肢であっても良いし、足首、大腿などの下肢であっても良い。
【0011】
また、「ベルト」とは、名称の如何を問わず、被測定部位を取り巻いて装着される帯状の部材を指す。例えば、ベルトに代えて、「バンド」、「カフ」などの名称であっても良い。
【0012】
また、ベルトの「幅方向」とは、被測定部位の長手方向に相当する。
【0013】
また、「相互相関係数」とは、標本相関係数(sample correlation coefficient)を意味する(ピアソン(Pearson)の積率相関係数とも呼ばれる。)。例えば、2組の数値からなるデータ列{x
i}、データ列{y
i}(ここで、i=1,2,…,nとする。)が与えられたとき、データ列{x
i}とデータ列{y
i}との間の相互相関係数rは、
図11に示す式(Eq.1)によって定義される。式(Eq.1)中の、上バーが付されたx,yは、それぞれx,yの平均値を表している。
【0014】
この発明の脈波測定装置では、ベルトに、このベルトの幅方向に関して互いに離間した状態で第1、第2の脈波センサが搭載されている。上記ベルトが被測定部位を取り巻いて装着された状態で、押圧部材が被測定部位に対して上記第1、第2の脈波センサを、例えば或る押圧力で押圧する。この状態で、上記第1、第2の脈波センサが上記被測定部位を通る動脈のうちそれぞれ対向する部分の脈波を検出する。相互相関係数算出部は、上記第1、第2の脈波センサがそれぞれ時系列で出力する第1、第2の脈波信号を取得して、それらの脈波信号の波形間の相互相関係数を算出する。ここで、探索処理部は、上記押圧部材による上記押圧力を可変して設定して、上記押圧力について、上記相互相関係数算出部が算出した上記相互相関係数が予め定められた閾値を超えているか否かを判断する。測定処理部は、上記押圧部材による上記押圧力を、
上記探索処理部によって上記相互相関係数が上記閾値を超える
と判断された値に設定し
た状態で、上記第1、第2の脈波信号の間の時間差を脈波伝播時間として取得する。これにより、脈波伝播時間の測定精度を高めることができる。
【0015】
一実施形態の脈波測定装置では、
上記探索処理部は、動作開始時から上記相互相関係数が上記閾値を超えるまで、上記押圧部材による上記押圧力を徐々に大きくし、
上記測定処理部は、上記押圧部材による上記押圧力を上記相互相関係数が上記閾値を超えた時点の値に設定して、上記脈波伝播時間を取得することを特徴とする。
【0016】
上記押圧力を「徐々に」大きくするとは、連続的に可変して大きくする場合と、段階的に大きくする場合とを含む。
【0017】
この一実施形態の脈波測定装置では、被測定部位を圧迫する押圧力を無用に大きくすることなく、脈波伝播時間を取得できる。これにより、ユーザの身体的負担を軽くすることができる。
【0018】
一実施形態の脈波測定装置では、上記測定処理部は、上記押圧部材による上記押圧力を上記相互相関係数が極大値を示す値に設定して、上記脈波伝播時間を取得することを特徴とする。
【0019】
本発明者による実験によると、上記被測定部位に対する上記第1、第2の脈波センサの押圧力がゼロから徐々に大きくなると、それに伴って上記相互相関係数が徐々に大きくなり、極大値を示し、それから徐々に小さくなることが発見された。そこで、この一実施形態の脈波測定装置では、上記測定処理部は、上記押圧部材による上記押圧力を上記相互相関係数が極大値を示す値に設定して、上記脈波伝播時間を取得する。これにより、脈波伝播時間の測定精度をさらに高めることができる。
【0020】
一実施形態の脈波測定装置では、上記第1、第2の脈波センサは、それぞれ上記ベルトの内周面に配置された第1、第2の検出電極対を含み、上記第1、第2の検出電極対によって、上記被測定部位のうちそれぞれ対向する部分のインピーダンスを表す信号を上記第1、第2の脈波信号として出力することを特徴とする。
【0021】
本明細書で「インピーダンスを表す信号」とは、インピーダンスを直接表す信号のほか、例えば被測定部位に交流定電流が流されている場合における降下電圧のように、インピーダンスを間接的に表す信号を含む。
【0022】
この一実施形態の脈波測定装置では、上記第1、第2の脈波センサは、それぞれ上記ベルトの内周面に配置された第1、第2の検出電極対を含み、上記第1、第2の検出電極対によって、上記被測定部位のうちそれぞれ対向する部分のインピーダンスを表す信号を上記第1、第2の脈波信号として出力する。このような検出電極対は、例えば板状またはシート状の電極によって偏平に構成され得る。したがって、この脈波測定装置では、上記ベルトが薄厚に構成され得る。
一実施形態の脈波測定装置では、上記測定処理部は、上記第1脈波信号のピークと上記第2の脈波信号のピークとの間の時間差を上記脈波伝播時間として取得することを特徴とする。
【0023】
別の局面では、この発明の血圧測定装置は、
上記脈波測定装置と、
脈波伝播時間と血圧との間の予め定められた対応式を用いて、上記測定処理部によって取得された脈波伝播時間に基づいて血圧を算出する第1の血圧算出部と
を備えたことを特徴とする。
【0024】
この一実施形態の血圧測定装置では、上記脈波測定装置(の測定処理部)によって精度良く脈波伝播時間が取得される。第1の血圧算出部は、脈波伝播時間と血圧との間の予め定められた対応式を用いて、上記測定処理部によって取得された脈波伝播時間に基づいて血圧を算出(推定)する。したがって、血圧の測定精度を高めることができる。
【0025】
一実施形態の血圧測定装置では、
上記押圧部材は上記ベルトに沿って設けられた流体袋であり、
上記ベルトに対して一体に設けられた本体を備え、
この本体に、
上記探索処理部、上記測定処理部、および、上記第1の血圧算出部が搭載されるとともに、
オシロメトリック法による血圧測定のために、上記流体袋に空気を供給して圧力を制御する圧力制御部と、上記流体袋内の圧力に基づいて血圧を算出する第2の血圧算出部とが搭載されていることを特徴とする。
【0026】
本明細書で、上記ベルトに対して本体が「一体に設けられ」ているとは、ベルトと本体とが例えば一体成形されていても良いし、それに代えて、ベルトと本体とが別々に形成され、上記ベルトに対して上記本体が係合部材(例えばヒンジなど)を介して一体に取り付けられていても良い。
【0027】
この一実施形態の脈波測定装置では、脈波伝播時間に基づく血圧測定(推定)と、オシロメトリック法による血圧測定とが一体の装置で行われ得る。したがって、ユーザの利便性が高まる。
【0028】
別の局面では、この発明の脈波測定方法は、
被測定部位を取り巻いて装着されるべきベルトと、
上記ベルトに、このベルトの幅方向に関して互いに離間した状態で搭載された第1、第2の脈波センサと、
上記ベルトに搭載され、上記被測定部位に対して上記第1、第2の脈波センサを、押圧力を可変して押圧し得る押圧部材と
を備えて、上記被測定部位の脈波を測定する脈波測定方法であって、
上記ベルトが上記被測定部位を取り巻いて装着され、上記押圧部材が被測定部位に対して上記第1、第2の脈波センサを、或る押圧力で押圧した状態で、上記第1、第2の脈波センサによって上記被測定部位を通る動脈のうちそれぞれ対向する部分の脈波を検出し、
上記第1、第2の脈波センサがそれぞれ時系列で出力する第1、第2の脈波信号を取得して、それらの脈波信号の波形間の相互相関係数を算出し、
上記押圧部材による上記押圧力を可変して設定して、上記押圧力について、上記相互相関係数が予め定められた閾値を超えているか否かを判断し、
上記押圧部材による上記押圧力を、上記相互相関係数が上記閾値を超える
と判断された値に設定し
た状態で、上記第1、第2の脈波信号の間の時間差を脈波伝播時間として取得することを特徴とする。
【0029】
この発明の脈波測定方法によれば、脈波伝播時間の測定精度を高めることができる。
【発明の効果】
【0030】
以上より明らかなように、この発明の脈波測定装置および脈波測定方法によれば、脈波伝播時間の測定精度を高めることができる。
【0031】
また、この発明の血圧測定装置によれば、血圧の測定精度を高めることができる。
【発明を実施するための形態】
【0033】
以下、この発明の実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
【0034】
(血圧計の構成)
図1は、この発明の脈波測定装置を備えた血圧測定装置に係る一実施形態の手首式血圧計(全体を符号1で示す。)の外観を斜めから見たところ示している。また、
図2は、血圧計1が被測定部位としての左手首90に装着された状態(以下「装着状態」と呼ぶ。)で、左手首90の長手方向に対して垂直な断面を模式的に示している。
【0035】
これらの図に示すように、この血圧計1は、大別して、ユーザの左手首90を取り巻いて装着されるべきベルト20と、このベルト20に一体に取り付けられた本体10とを備えている。
【0036】
図1によって良く分かるように、ベルト20は、左手首90を周方向に沿って取り巻くように細長い帯状の形状を有し、左手首90に接すべき内周面20aと、この内周面20aと反対側の外周面20bとを有している。ベルト20の幅方向Yの寸法(幅寸法)は、この例では約30mmに設定されている。
【0037】
本体10は、ベルト20のうち、周方向に関して一方の端部20eに、この例では一体成形により一体に設けられている。なお、ベルト20と本体10とを別々に形成し、ベルト20に対して本体10を係合部材(例えばヒンジなど)を介して一体に取り付けても良い。この例では、本体10が配置された部位は、装着状態で左手首90の背側面(手の甲側の面)90bに対応することが予定されている(
図2参照)。
図2中には、左手首90内で掌側面(手の平側の面)90a近傍を通る橈骨動脈91が示されている。
【0038】
図1によって良く分かるように、本体10は、ベルト20の外周面20bに対して垂直な方向に厚さを有する立体的形状を有している。この本体10は、ユーザの日常活動の邪魔にならないように、小型で、薄厚に形成されている。この例では、本体10は、ベルト20から外向きに突起した四角錐台状の輪郭を有している。
【0039】
本体10の頂面(被測定部位から最も遠い側の面)10aには、表示画面をなす表示器50が設けられている。また、本体10の側面(
図1における左手前側の側面)10fに沿って、ユーザからの指示を入力するための操作部52が設けられている。
【0040】
ベルト20のうち、周方向に関して一方の端部20eと他方の端部20fとの間の部位に、第1、第2の脈波センサを構成するインピーダンス測定部40が設けられている。ベルト20のうち、インピーダンス測定部40が配置された部位の内周面20aには、ベルト20の幅方向Yに関して互いに離間した状態で6個の板状(またはシート状)の電極41〜46(これらの全体を「電極群」と呼び、符号40Eで表す。)が配置されている(後に詳述する。)。この例では、電極群40Eが配置された部位は、装着状態で左手首90の橈骨動脈91に対応することが予定されている(
図2参照)。
【0041】
図1中に示すように、本体10の底面(被測定部位に最も近い側の面)10bとベルト20の端部20fとは、三つ折れバックル24によって接続されている。このバックル24は、外周側に配置された第1の板状部材25と、内周側に配置された第2の板状部材26とを含んでいる。第1の板状部材25の一方の端部25eは、幅方向Yに沿って延びる連結棒27を介して本体10に対して回動自在に取り付けられている。第1の板状部材25の他方の端部25fは、幅方向Yに沿って延びる連結棒28を介して第2の板状部材26の一方の端部26eに対して回動自在に取り付けられている。第2の板状部材26の他方の端部26fは、固定部29によってベルト20の端部20f近傍に固定されている。なお、ベルト20の周方向に関して固定部29の取り付け位置は、ユーザの左手首90の周囲長に合わせて予め可変して設定されている。これにより、この血圧計1(ベルト20)は、全体として略環状に構成されるとともに、本体10の底面10bとベルト20の端部20fとが、バックル24によって矢印B方向に開閉可能になっている。
【0042】
この血圧計1を左手首90に装着する際には、バックル24を開いてベルト20の環の径を大きくした状態で、
図1中に矢印Aで示す向きに、ユーザがベルト20に左手を通す。そして、
図2に示すように、ユーザは、左手首90の周りのベルト20の角度位置を調節して、左手首90を通っている橈骨動脈91上にベルト20のインピーダンス測定部40を位置させる。これにより、インピーダンス測定部40の電極群40Eが左手首90の掌側面90aのうち橈骨動脈91に対応する部分90a1に当接する状態になる。この状態で、ユーザが、バックル24を閉じて固定する。このようにして、ユーザは血圧計1(ベルト20)を左手首90に装着する。
【0043】
図2中に示すように、この例では、ベルト20は、外周面20bをなす帯状体23と、この帯状体23の内周面に沿って取り付けられた押圧部材としての押圧カフ21とを含んでいる。帯状体23は、この例では、厚さ方向に関して可撓性を有し、かつ、周方向(長手方向)に関して実質的に非伸縮性のプラスチック材料からなっている。押圧カフ21は、この例では、伸縮可能な2枚のポリウレタンシートを厚さ方向に対向させ、それらの周縁部を溶着して、流体袋として構成されている。押圧カフ21(ベルト20)の内周面20aのうち、左手首90の橈骨動脈91に対応する部位には、既述のようにインピーダンス測定部40の電極群40Eが配置されている。
【0044】
図3に示すように、装着状態では、インピーダンス測定部40の電極群40Eは、左手首90の橈骨動脈91に対応して、手首の長手方向(ベルト20の幅方向Yに相当)に沿って並んだ状態になる。電極群40Eは、幅方向Yに関して、両側に配置された通電用の電流電極対41,46と、これらの電流電極対41,46の間に配置された電圧検出用の、第1の脈波センサ40−1をなす第1の検出電極対42,43、および、第2の脈波センサ40−2をなす第2の検出電極対44,45とを含んでいる。第1の検出電極対42,43に対して、橈骨動脈91の血流のより下流側の部分に対応して、第2の検出電極対44,45が配置されている。幅方向Yに関して、第1の検出電極対42,43の中央と第2の検出電極対44,45の中央との間の距離D(
図5(A)参照)は、この例では20mmに設定されている。この距離Dは、第1の脈波センサ40−1と第2の脈波センサ40−2との間の実質的な間隔に相当する。また、幅方向Yに関して、第1の検出電極対42,43間の間隔、第2の検出電極対44,45間の間隔は、この例ではいずれも2mmに設定されている。
【0045】
このような電極群40Eは、偏平に構成され得る。したがって、この血圧計1では、ベルト20を全体として薄厚に構成できる。
【0046】
図4は、血圧計1の制御系のブロック構成を示している。血圧計1の本体10には、既述の表示器50、操作部52に加えて、制御部としてのCPU(Central Processing Unit)100、記憶部としてのメモリ51、通信部59、圧力センサ31、ポンプ32、弁33、圧力センサ31からの出力を周波数に変換する発振回路310、および、ポンプ32を駆動するポンプ駆動回路320が搭載されている。さらに、インピーダンス測定部40には、既述の電極群40Eに加えて、通電および電圧検出回路49が搭載されている。
【0047】
表示器50は、この例では有機EL(Electro Luminescence)ディスプレイからなり、CPU100からの制御信号に従って、血圧測定結果などの血圧測定に関する情報、その他の情報を表示する。なお、表示器50は、有機ELディスプレイに限られるものではなく、例えばLCD(Liquid Cristal Display)など、他のタイプの表示器からなっていてもよい。
【0048】
操作部52は、この例ではプッシュ式スイッチからなり、ユーザによる血圧測定開始又は停止の指示に応じた操作信号をCPU100に入力する。なお、操作部52は、プッシュ式スイッチに限られるものではなく、例えば感圧式(抵抗式)または近接式(静電容量式)のタッチパネル式スイッチなどであってもよい。また、図示しないマイクロフォンを備えて、ユーザの音声によって血圧測定開始の指示を入力するようにしてもよい。
【0049】
メモリ51は、血圧計1を制御するためのプログラムのデータ、血圧計1を制御するために用いられるデータ、血圧計1の各種機能を設定するための設定データ、血圧値の測定結果のデータなどを非一時的に記憶する。また、メモリ51は、プログラムが実行されるときのワークメモリなどとして用いられる。
【0050】
CPU100は、メモリ51に記憶された血圧計1を制御するためのプログラムに従って、制御部として各種機能を実行する。例えば、オシロメトリック法による血圧測定を実行する場合は、CPU100は、操作部52からの血圧測定開始の指示に応じて、圧力センサ31からの信号に基づいて、ポンプ32(および弁33)を駆動する制御を行う。また、CPU100は、この例では圧力センサ31からの信号に基づいて、血圧値を算出する制御を行う。
【0051】
通信部59は、CPU100によって制御されて所定の情報を、ネットワーク900を介して外部の装置に送信したり、外部の装置からの情報を、ネットワーク900を介して受信してCPU100に受け渡したりする。このネットワーク900を介した通信は、無線、有線のいずれでも良い。この実施形態において、ネットワーク900は、インターネットであるが、これに限定されず、病院内LAN(Local Area Network)のような他の種類のネットワークであってもよいし、USBケーブルなどを用いた1対1の通信であってもよい。この通信部59は、マイクロUSBコネクタを含んでいてもよい。
【0052】
ポンプ32および弁33はエア配管39を介して、また、圧力センサ31はエア配管38を介して、それぞれ押圧カフ21に接続されている。なお、エア配管39,38は、共通の1本の配管であってもよい。圧力センサ31は、エア配管38を介して、押圧カフ21内の圧力を検出する。ポンプ32は、この例では圧電ポンプからなり、押圧カフ21内の圧力(カフ圧)を加圧するために、エア配管39を通して押圧カフ21に加圧用の流体としての空気を供給する。弁33は、ポンプ32に搭載され、ポンプ32のオン/オフに伴って開閉が制御される構成になっている。すなわち、弁33は、ポンプ32がオンされると閉じて、押圧カフ21内に空気を封入する一方、ポンプ32がオフされると開いて、押圧カフ21の空気をエア配管39を通して大気中へ排出させる。なお、弁33は、逆止弁の機能を有し、排出されるエアが逆流することはない。ポンプ駆動回路320は、ポンプ32をCPU100から与えられる制御信号に基づいて駆動する。
【0053】
圧力センサ31は、この例ではピエゾ抵抗式圧力センサであり、エア配管38を通してベルト20(押圧カフ21)の圧力、この例では大気圧を基準(ゼロ)とした圧力を検出して時系列の信号として出力する。発振回路310は、圧力センサ31からのピエゾ抵抗効果による電気抵抗の変化に基づく電気信号値に基づき発振して、圧力センサ31の電気信号値に応じた周波数を有する周波数信号をCPU100に出力する。この例では、圧力センサ31の出力は、押圧カフ21の圧力を制御するため、および、オシロメトリック法によって血圧値(収縮期血圧(Systolic Blood Pressure;SBP)と拡張期血圧(Diastolic Blood Pressure;DBP)とを含む。)を算出するために用いられる。
【0054】
電池53は、本体10に搭載された要素、この例では、CPU100、圧力センサ31、ポンプ32、弁33、表示器50、メモリ51、通信部59、発振回路310、ポンプ駆動回路320の各要素へ電力を供給する。また、電池53は、配線71を通して、インピーダンス測定部40の通電および電圧検出回路49へも電力を供給する。この配線71は、信号用の配線72とともに、ベルト20の帯状体23と押圧カフ21との間に挟まれた状態で、ベルト20の周方向に沿って本体10とインピーダンス測定部40との間に延在して設けられている。
【0055】
インピーダンス測定部40の通電および電圧検出回路49は、CPU100によって制御され、その動作時に、
図5(A)中に示すように、手首の長手方向(ベルト20の幅方向Yに相当)に関して両側に配置された電流電極対41,46間に、この例では、周波数50kHz、電流値1mAの高周波定電流iを流す。この状態で、通電および電圧検出回路49は、第1の脈波センサ40−1をなす第1の検出電極対42,43間の電圧信号v1と、第2の脈波センサ40−2をなす第2の検出電極対44,45間の電圧信号v2とを検出する。これらの電圧信号v1,v2は、左手首90の掌側面90aのうち、それぞれ第1の脈波センサ40−1、第2の脈波センサ40−2が対向する部分における、橈骨動脈91の血流の脈波による電気インピーダンスの変化を表す(インピーダンス方式)。通電および電圧検出回路49は、これらの電圧信号v1,v2を整流、増幅および濾波して、
図5(B)中に示すような山状の波形をもつ第1の脈波信号PS1,第2の脈波信号PS2を時系列で出力する。この例では、電圧信号v1,v2は、約1mV程度になっている。また、第1の脈波信号PS1,第2の脈波信号PS2のそれぞれのピークA1,A2は、この例では約1ボルトになっている。
【0056】
なお、橈骨動脈91の血流の脈波伝播速度(Pulse Wave Velocity;PWV)が1000cm/s〜2000cm/sの範囲であるとすると、第1の脈波センサ40−1と第2の脈波センサ40−2との間の実質的な間隔D=20mmであることから、第1の脈波信号PS1,第2の脈波信号PS2間の時間差Δtは1.0ms〜2.0msの範囲となる。
【0057】
(オシロメトリック法による血圧測定の動作)
図6は、血圧計1がオシロメトリック法による血圧測定を行う際の動作フローを示している。
【0058】
ユーザが本体10に設けられた操作部52としてのプッシュ式スイッチによってオシロメトリック法による血圧測定を指示すると(ステップS1)、CPU100は動作を開始して、処理用メモリ領域を初期化する(ステップS2)。また、CPU100は、ポンプ駆動回路320を介してポンプ32をオフし、弁33を開いて、押圧カフ21内の空気を排気する。続いて、圧力センサ31の現時点の出力値を大気圧に相当する値として設定する制御を行う(0mmHg調整)。
【0059】
続いて、CPU100は、圧力制御部として働いて、弁33を閉鎖し、その後、ポンプ駆動回路320を介してポンプ32を駆動して、押圧カフ21に空気を送る制御を行う。これにより、押圧カフ21を膨張させるとともにカフ圧Pc(
図7参照)を徐々に加圧していく(
図6のステップS3)。
【0060】
この加圧過程で、CPU100は、血圧値を算出するために、圧力センサ31によって、カフ圧Pcをモニタし、被測定部位としての左手首90の橈骨動脈91で発生する動脈容積の変動成分を、
図7中に示すような脈波信号Pmとして取得する。
【0061】
次に、
図6中のステップS4で、CPU100は、第2の血圧算出部として働いて、この時点で取得されている脈波信号Pmに基づいて、オシロメトリック法により公知のアルゴリズムを適用して血圧値(収縮期血圧SBPと拡張期血圧DBP)の算出を試みる。
【0062】
この時点で、データ不足のために未だ血圧値を算出できない場合は(ステップS5でNO)、カフ圧Pcが上限圧力(安全のために、例えば300mmHgというように予め定められている。)に達していない限り、ステップS3〜S5の処理を繰り返す。
【0063】
このようにして血圧値の算出ができたら(ステップS5でYES)、CPU100は、ポンプ32を停止し、弁33を開いて、押圧カフ21内の空気を排気する制御を行う(ステップS6)。そして最後に、血圧値の測定結果を表示器50に表示するとともに、メモリ51に記録する(ステップS7)。
【0064】
なお、血圧値の算出は、加圧過程に限らず、減圧過程において行われてもよい。
【0065】
(脈波伝播時間に基づく血圧測定の動作)
図8は、血圧計1が一実施形態の脈波測定方法を実行して脈波伝播時間(Pulse Transit Time;PTT)を取得し、その脈波伝播時間に基づく血圧測定(推定)を行う際の動作フローを示している。
【0066】
この動作フローは、本発明者による実験結果に基づいて作成された。すなわち、本発明者による実験よると、
図9に示すように、被測定部位としての左手首90に対する第1の脈波センサ40−1(第1の検出電極対42,43を含む。)、第2の脈波センサ40−2(第2の検出電極対44,45を含む。)の押圧力(押圧カフ21によるカフ圧Pcに等しい。)がゼロから徐々に大きくなると、それに伴って第1、第2の脈波信号PS1,PS2の波形間の相互相関係数rが徐々に大きくなり、極大値rmaxを示し、それから徐々に小さくなることが発見された。この動作フローは、相互相関係数rが予め定められた閾値Th(この例では、Th=0.99)を超えている範囲が、押圧力の適正な範囲(これを「適正押圧範囲」と呼ぶ。)であるとの考え方に基づいている。この例では、適正押圧範囲は、押圧力(カフ圧Pc)が下限値P1≒72mmHgから上限値P2≒135mmHgまでの範囲になっている。
【0067】
ユーザが本体10に設けられた操作部52としてのプッシュ式スイッチによってPTTに基づく血圧測定を指示すると(
図8のステップS11)、CPU100は動作を開始する。すなわち、CPU100は、探索処理部として働いて、弁33を閉鎖するとともに、ポンプ駆動回路320を介してポンプ32を駆動して、押圧カフ21に空気を送る制御を行う。これにより、押圧カフ21を膨張させるとともにカフ圧Pc(
図5(A)参照)を徐々に加圧してゆく。この例では、カフ圧Pcを一定速度(=5mmHg/s)で連続的に高くしてゆく。なお、次に述べる相互相関係数rを算出するための時間を容易に確保できるように、カフ圧Pcを段階的に高くしてもよい。
【0068】
この加圧過程で、CPU100は、相互相関係数算出部として働いて、第1の脈波センサ40−1、第2の脈波センサ40−2がそれぞれ時系列で出力する第1、第2の脈波信号PS1,PS2を取得して、それらの第1、第2の脈波信号PS1,PS2の波形間の相互相関係数rをリアルタイムで算出する(
図8のステップS12)。
【0069】
それとともに、CPU100は、探索処理部として働いて、算出した相互相関係数rが予め定められた閾値Th(=0.99)を超えているか否かを判断する(
図8のステップS13)。ここで、相互相関係数rが閾値Th以下であれば(
図8のステップS13でNO)、相互相関係数rが閾値Thを超えるまでステップS11〜S13の処理を繰り返す。そして、相互相関係数rが閾値Thを超えたら(
図8のステップS13でYES)、CPU100は、ポンプ32を停止して(
図8のステップS14)、カフ圧Pcをその時点、つまり、相互相関係数rが閾値Thを超えた時点の値に設定する。この例では、カフ圧Pcは、相互相関係数rが閾値Thを超えた時点の値、つまり、
図9中に示すP1(≒72mmHg)に設定される。
【0070】
この状態で、CPU100は、測定処理部として働いて、第1、第2の脈波信号PS1,PS2の間の時間差Δt(
図5(B)参照)を脈波伝播時間(PTT)として取得する(
図8のステップS15)。より詳しくは、この例では、第1脈波信号PS1のピークA1と第2の脈波信号PS2のピークA2との間の時間差Δtを脈波伝播時間(PTT)として取得する。
【0071】
このようにした場合、脈波伝播時間の測定精度を高めることができる。また、カフ圧Pcを相互相関係数rが閾値Thを超えた時点の値に設定するので、カフ圧Pcを無用に大きくすることなく、脈波伝播時間を取得できる。これにより、ユーザの身体的負担を軽くすることができる。
【0072】
次に、CPU100は第1の血圧算出部として働いて、脈波伝播時間と血圧との間の予め定められた対応式Eqを用いて、ステップS15で取得された脈波伝播時間(PTT)に基づいて、血圧を算出(推定)する(
図8のステップS16)。ここで、脈波伝播時間と血圧との間の予め定められた対応式Eqは、それぞれ脈波伝播時間をDT、血圧をEBPと表すとき、例えば
図12の式(Eq.2)で示すような、1/DT
2の項を含む公知の分数関数として提供される(例えば、特開平10−201724号公報参照)。式(Eq.2)において、α、βはそれぞれ既知の係数または定数を表している。
【0073】
このようにして血圧を算出(推定)する場合、既述のように脈波伝播時間の測定精度を高めているので、血圧の測定精度を高めることができる。なお、血圧値の測定結果は、表示器50に表示されるとともに、メモリ51に記録される。
【0074】
この例では、
図8のステップS17において操作部52としてのプッシュ式スイッチによって測定停止が指示されていなければ(
図8のステップS17でNO)、脈波伝播時間(PTT)の算出(
図8のステップS15)と、血圧の算出(推定)(
図8のステップS16)とを、脈波に応じて第1、第2の脈波信号PS1,PS2が入力されるごとに周期的に繰り返す。CPU100は、血圧値の測定結果を、表示器50に更新して表示するとともに、メモリ51に蓄積して記録する。そして、
図8のステップS17において測定停止が指示されると(
図8のステップS17でYES)、測定動作を終了する。
【0075】
この血圧計1によれば、この脈波伝播時間(PTT)に基づく血圧測定によって、ユーザの身体的負担が軽い状態で、血圧を長期間にわたって連続的に測定することができる。
【0076】
また、この血圧計1によれば、脈波伝播時間に基づく血圧測定(推定)と、オシロメトリック法による血圧測定とを一体の装置で行うことができる。したがって、ユーザの利便性を高めることができる。
【0077】
(押圧力設定による効果の検証)
図10Aの散布図は、様々なユーザ(被験者)について、血圧計1によって押圧力(カフ圧Pc)が40mmHg(
図9中に示した下限値P1未満である)に設定された条件下で取得された脈波伝播時間(PTT)と、オシロメトリック法による血圧測定(
図6のステップS5)で得られた収縮期血圧(SBP)との関係を示している。その押圧力設定条件下での第1、第2の脈波信号PS1,PS2の波形間の相互相関係数rは、r=0.971であり、閾値Th(=0.99)を下回っていた。この
図10Aから分かるように、脈波伝播時間(PTT)と収縮期血圧(SBP)との間の相関は殆ど無い。
図12の式(Eq.2)でフィッティングを行って相関係数を算出したところ、相関係数は−0.07であった。
【0078】
これに対して、
図10Bの散布図は、上述の様々なユーザについて、血圧計1によって押圧力(カフ圧Pc)が130mmHg(
図9中に示した下限値P1と上限値P2との間の適正押圧範囲内である)に設定された条件下で取得された脈波伝播時間(PTT)と、オシロメトリック法による血圧測定(
図6のステップS5)で得られた収縮期血圧(SBP)との関係を示している。その押圧力設定条件下での第1、第2の脈波信号PS1,PS2の波形間の相互相関係数rは、r=0.9901であり、閾値Th(=0.99)を上回っていた。この
図10Bから分かるように、脈波伝播時間(PTT)と収縮期血圧(SBP)との間の相関は強い。
図12の式(Eq.2)でフィッティングを行って相関係数を算出したところ、相関係数は−0.90であった。
【0079】
これらの
図10A,
図10Bの結果により、押圧力(カフ圧Pc)を相互相関係数rが閾値Th(=0.99)を超える値に設定して脈波伝播時間(PTT)を取得することにより、脈波伝播時間(PTT)と収縮期血圧(SBP)との間の相関を高められる、ということを検証できた。このように脈波伝播時間(PTT)と収縮期血圧(SBP)との間の相関を高められた理由は、本発明による押圧力の設定により、脈波伝播時間(PTT)の測定精度が高まったからであると考えられる。これにより、血圧の測定精度を高めることができる。
【0080】
(変形例)
上の例では、
図8のステップS13,S14において、押圧力(カフ圧Pc)を第1、第2の脈波信号PS1,PS2の波形間の相互相関係数rが閾値Thを超えた時点の値(
図9中に示す適正押圧範囲の下限値P1)に設定した。しかしながら、これに限られるものではない。CPU100がさらに探索を行って、押圧力(カフ圧Pc)を上記相互相関係数rが極大値rmaxを示す値(
図9中に示すP3)に設定してもよい。
図9の例では、この値はP3≒106mmHgになっている。これにより、脈波伝播時間の測定精度をさらに高めることができる。
【0081】
また、上の例では、
図8のステップS16において、脈波伝播時間(PTT)に基づいて血圧を算出(推定)するために、脈波伝播時間と血圧との間の対応式Eqとして、
図12の式(Eq.2)を用いた。しかしながら、これに限られるものではない。脈波伝播時間と血圧との間の対応式Eqとしては、それぞれ脈波伝播時間をDT、血圧をEBPと表すとき、例えば
図13の式(Eq.3)に示すように、1/DT
2の項に加えて、1/DTの項と、DTの項とを含む式を用いてもよい。式(Eq.3)において、α、β、γ、δはそれぞれ既知の係数または定数を表している。
【0082】
さらに、例えば
図14の式(Eq.4)に示すように、1/DTの項と、心拍周期RRの項と、容積脈波面積比VRの項とを含む式を用いてもよい(例えば、特開2000−33078公報参照)。式(Eq.4)において、α、β、γ、δはそれぞれ既知の係数または定数を表している。なお、この場合、心拍周期RR、容積脈波面積比VRは、脈波信号PS1,PS2に基づいて、CPU100が算出する。
【0083】
脈波伝播時間と血圧との間の対応式Eqとして、これらの式(Eq.3)、式(Eq.4)を用いる場合も、式(Eq.2)を用いる場合と同様に、血圧の測定精度を高めることができる。当然ながら、これらの式(Eq.2)、(Eq.3)、(Eq.4)以外の対応式を用いてもよい。
【0084】
上述の実施形態では、第1の脈波センサ40−1、第2の脈波センサ40−2は、被測定部位(左手首90)を通る動脈(橈骨動脈91)の脈波をインピーダンスの変化として検出した(インピーダンス方式)。しかしながら、これに限られるものではない。第1、第2の脈波センサは、それぞれ、被測定部位のうち対応する部分を通る動脈へ向けて光を照射する発光素子と、その光の反射光(または透過光)を受光する受光素子とを備えて、動脈の脈波を容積の変化として検出してもよい(光電方式)。または、第1、第2の脈波センサは、それぞれ、被測定部位に当接された圧電センサを備えて、被測定部位のうち対応する部分を通る動脈の圧力による歪みを電気抵抗の変化として検出してもよい(圧電方式)。さらに、第1、第2の脈波センサは、それぞれ、被測定部位のうち対応する部分を通る動脈へ向けて電波(送信波)を送る送信素子と、その電波の反射波を受信する受信素子とを備えて、動脈の脈波による動脈とセンサとの間の距離の変化を送信波と反射波との間の位相のずれとして検出してもよい(電波照射方式)。
【0085】
また、上述の実施形態では、血圧計1は、被測定部位として左手首90に装着されることが予定されているものとした。しかしながら、これに限られるものではない。被測定部位は、動脈が通っていれば良く、手首以外の上腕などの上肢であっても良いし、足首、大腿などの下肢であっても良い。
【0086】
また、上述の実施形態では、血圧計1に搭載されたCPU100が探索処理部、相互相関係数算出部、測定処理部、第1および第2の血圧算出部として働いて、オシロメトリック法による血圧測定(
図6の動作フロー)およびPTTに基づく血圧測定(推定)(
図8の動作フロー)を実行するものとした。しかしながら、これに限られるものではない。例えば、血圧計1の外部に設けられたスマートフォンなどの実質的なコンピュータ装置が、探索処理部、相互相関係数算出部、測定処理部、第1および第2の血圧算出部として働いて、ネットワーク900を介して、血圧計1にオシロメトリック法による血圧測定(
図6の動作フロー)およびPTTに基づく血圧測定(推定)(
図8の動作フロー)を実行させるようにしてもよい。
【0087】
以上の実施形態は例示であり、この発明の範囲から離れることなく様々な変形が可能である。上述した複数の実施の形態は、それぞれ単独で成立し得るものであるが、実施の形態同士の組みあわせも可能である。また、異なる実施の形態の中の種々の特徴も、それぞれ単独で成立し得るものであるが、異なる実施の形態の中の特徴同士の組みあわせも可能である。