CN103371811A - 血压测量设备 - Google Patents

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shell
hands
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河内泰司
奥村充男
山本京
春田登纪雄
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Denso Corp
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Denso Corp
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Abstract

一种血压测量设备（1）包括壳（10、110、210、310、410、510）、心电图电极（30）、脉波传感器（20）、估计部（60）以及显示部（50）。该壳（10、110、210、310、410、510）具有用双手（2、3）握持的外周面（11c、12a）。该心电图电极（30）通过至少一只手（2、3）来检测与心脏的运动相关联的心电图信号。该脉波传感器（20）通过至少一只手（2、3）来检测与心脏的运动相关联的脉波信号。该估计部（60）基于心电图信号和脉波信号来估计血压。该显示部（50）显示由估计部（60）估计的血压。

Description

血压测量设备
技术领域
本发明涉及一种血压测量设备。
背景技术
作为血压设备的示例，JP2007-75586A(对应于US2007/0173726A1)公开了一种包括作为主体的水平壳的生物信号测量设备。水平壳具有能分别放置双手的手掌支撑部。手掌支撑部彼此分隔开成年人平均的肩宽。每个手掌支撑部包括与拇指球相接触的第一电极（第三电极）和与小指球相接触的第二电极（第四电极）。手掌支撑部之一包括血压袖带。血压袖带与一部分手指相对应并检测血压。使用生物信号测量设备，仅通过将两个张开的手掌放在手掌支撑部并将一部分手指***到血压袖带中就可以简单地检测包括血压和心率的生物信息。所检测的生物信息可以通过在从水平壳中间突起的垂直壳中的显示来确认。
然而，生物信号测量设备具有测量设备典型的外观且不适合在家中使用。因此，期望研制一种在家中看起来很自然并具有适于室内装饰的形状的血压计。同样，在诸如医院的医疗机构中，也期望研制一种对象在无需医生或护士的帮助下也能够由自己简单测量血压的血压计。
发明内容
本公开内容的目的是提供一种对象可以在家中或者医院中简单地来测量血压的血压测量设备。
根据本公开内容一方面的血压测量设备包括壳、心电图电极、脉波传感器、估计部以及显示部。该壳具有用双手握持的外周面。该心电图电极通过握持壳的至少一只手检测与心脏的运动相关联的心电图信号。该脉波传感器通过握持壳的至少一只手检测与心脏的运动相关联的脉波信号。该估计部基于由心电图电极检测的心电图信号和由脉波传感器检测的脉波信号来估计血压。显示部显示由估计部估计的血压。
对象可通过仅用双手握持血压计来测量血压。因此，对象可以在家中或医院中简单地测量血压。
附图说明
根据以下与附图一起做出的详细描述，本公开内容的附加目的以及优点将更加显而易见。在附图中：
图1是根据本公开内容的第一实施例的血压测量设备的透视图；
图2A是血压测量设备的正视图，图2B是血压测量设备的平面图，图2C是血压测量设备的侧视图，图2D是血压测量设备的后视图，以及图2E是血压测量设备的底视图；
图3A是示出用双手握持血压测量设备的状态的正视图，图3B是示出用双手握持血压测量设备的状态的俯视图；
图4A是示出血压测量设备的规格的视图，以及图4B是不满足厚度规格的血压测量设备的透视图；
图5A是心电图电极的截面图，图5B是说明心电图的S/N比的视图，以及图5C是心电图电极的厚度与S/N比大于或等于2的比率的关系的曲线图；
图6是示出显示部的显示内容的视图；
图7是示出由控制部执行的计算程序的视图；
图8是示出心电图信号和脉波信号的曲线图；
图9是示出脉波信号、一阶微分信号以及二阶微分信号的曲线图；
图10是根据本公开内容的第二实施例的血压测量设备的侧视图；
图11A是示出用双手握持根据本公开内容第三实施例的血压测量设备的状态的透视图，图11B是血压测量设备的正视图，图11C是血压测量设备的侧视图，以及图11D是血压测量设备的后视图；
图12A是示出用双手握持根据本公开内容第四实施例的血压测量设备的状态的透视图，以及图12B是血压测量设备的侧视图；
图13是根据本公开内容第五实施例的血压测量设备的侧视图；以及
图14是根据本公开内容第六实施例的血压测量设备的后视图。
具体实施方式
将参照附图来描述本公开内容的实施例。
（第一实施例）
根据本公开内容第一实施例的血压测量设备1检测对象的心电图信号和脉波信号，基于该心电图信号和脉波信号计算血压等，并显示所计算的血压等。如图1至图3B所示，该血压测量设备1包括壳10、脉波传感器20、心电图电极30、操作开关40、显示部50以及控制部60。图2A和随后的附图没有示出操作开关40。
壳10为球形。在本应用中，“球形”并不限于严格意义上的几何图形的球形，并可以包括横截面或纵截面为蛋形、椭圆形、类似于椭圆形的突出封闭的光滑曲线、以及卵形的形状。例如，壳10正面的形状接近于圆形（参见图2A），壳10的平面形状接近于椭圆形（参见图2B），以及壳10的侧面形状接近于蛋形（参见图2C）。壳10包括壳体11和盖子12。壳体11具有平底部分11a。通过将壳体11的底部11a放置在桌子上来将壳10竖立。
壳体11和盖子12容纳了包括控制部60（参见图2A中的虚线）的电路基板。壳体11设置在正面，而盖子12设置在背面（参见图2B、图2C）。当在壳10的高度方向上等分壳10的水平面表示为水平面H并且在水平面H的前后方向上等分壳10的厚度的垂直面表示为垂直面V1时，盖子12设置在垂直面V1的后面。此外，当在水平面H的左右方向上等分壳10的厚度的垂直面表示为垂直面V2时，壳10相对于垂直面V2是线对称的。
如图2C所示，壳体11包括顶部11b和外周面11c。顶部11b处于水平面H以下最突起的位置。外周面11c位于顶部11b下面。外周面11c具有与对象放松手掌的自然弯曲相类似的曲线形状，且弯曲形状的法线向下延伸。因此，如图3A和图3B所示，当对象用双手2、3握持壳10时，自然样式为对象通过将手掌2a、3a与壳体11的外周面11c相接触，从倾斜向下位置握持壳体11。
换言之，当对象用双手2、3握持壳10时，根据手掌2a、3a和手指2b、3b的自然弯曲动作，手掌2a、3a和手指2b、3b的根端部分与壳体11的外周面11c进行面接触，且手指2b、3b的前端部分和中间部分与盖子12的外周面12a进行面接触。因为对象并不紧握壳10，因此对象并未给双手2、3过大的力量，并且对象可以稳定地测量血压等。
如图4A所示，壳10具有使得外周面11c在前后方向上的厚度大于或等于30mm且外周面11c的周长大于或等于300mm的形状。在外周面11c在前后方向上的厚度小于30mm的情况下，如图4B所示，可能会在壳体11与手掌2a、3a之间留有间隙D，并且变得难以保证脉波传感器20与手掌3a之间的稳定接触。然而，在厚度大于或等于30mm的情况下，即使对于具有平均手长的男性来说，也不太可能在壳体11与手掌2a、3a之间留有间隙D。手长是指从中指的前端到手腕的长度。60-64岁的男性老人的平均手长是约191mm，而60-64岁的女性老人的平均手长是约178mm。外周面11c在前后方向上的厚度可以最大为250mm。
在外周面11c的周长小于300mm的情况下，当用双手2、3握持壳10时，手指2b、3b可能会彼此接触，并变得难以使用心电图电极30检测正常的心电图信号。然而，在周长大于或等于300mm的情况下，即使对于具有平均手长的男性来说，当用双手2、3握持壳10时，手指2b、3b也不太可能相互接触。外周面11c的周长可以最大为1000mm。
脉波传感器20是包括发光元件（例如，发光二极管）和光接收元件（例如，光电二极管）的已知光反射传感器。当发光元件朝向对象的手发出光时，一部分光被对象身体内的小动脉中流动的血液中的血色素吸收，而剩下的光在小动脉处被反射和散射，并且一部分散射光进入光接收元件。由于血液的脉动而导致小动脉中流动的血色素的数量以波状的方式发生改变，并且由血色素吸收的光量也以波状的方式发生改变。相应地，在小动脉处反射且由光接收元件检测的光量发生改变，并且将由光接收元件检测的光量的变化作为脉波信号（例如，电压信号）传输到控制部60。
脉波传感器20设置在与握持壳10的手掌2a、3a之一相对应的位置处。例如，脉波传感器20设置在壳体11的水平面H以下且在垂直面V1的前面的一部分处。如图2C所示，脉波传感器20设置在壳体11中最突出的顶部11b的上部位置，且在用双手2、3握持壳10时脉波传感器20嵌入到与手掌3a的拇指球相对应的位置中。脉波传感器20的位置不限于与手掌3a中的拇指球相对应的位置，并且也可以是与手掌2a的拇指球相对应的位置。
当采用脉波传感器20检测脉波信号时，需要以合适的力量来按压脉波传感器20。脉波传感器20需要被施加力量，以确定无疑地将手掌3a（2a）的皮肤与脉波传感器20相接触。然而，当施加过大的力量时，皮肤下的血管会被压变形，从而无法检测到脉波信号。在用拇指按压脉波传感器20的情况下，可易于调节施加至脉波传感器20上的力量。然而，因为对象需要将拇指放在脉波传感器20上，并将恒定且合适的力量施加至脉波传感器20，因此拇指可能会抖动并可能会产生噪声。
在脉波传感器20设置在与手掌3a（2a）中的拇指球相对应的位置处的情况下，对象可以仅通过用双手2、3握持壳10来将手掌3a（2a）与脉波传感器20进行接触，而并不需要意识到脉波传感器20的存在。因此，对象可以将恒定且合适的力量不断地施加至脉波传感器20。
心电图电极30检测心电图信号（基于电极之间的电势差的信号）并将心电图信号传输到控制部60。如图2C和图2D所示，心电图电极30包括左手电极31、右手电极32以及一对中间电极33、34。左手电极31与右手电极32设置在与双手2、3握持壳10时的手指2b、3b相对应的位置处。电极30-34中的每一个均设置在盖子12上。
当经过脉波传感器20且与水平面H平行的平面表示为水平面H1时，左手电极31和右手电极32中的每一个的至少一部分设置在水平面H1以上。因此，当对象用双手2、3握持壳10且手掌2a、3a与壳10的外周面11c从倾斜向下部分紧密接触时，即使手掌2a、3a握持的位置发生改变，手指2b也必定能够与左手电极31相接触，并且手指3b也必定能够与右手电极32相接触。
中间电极33、34设置在水平面H以下。因此，当对象用双手2、3握持壳10且通过将手掌2a、3a与壳体11的外周面11c紧密接触从倾斜向下位置握持壳体11时，手指2b必定可以与左手电极31和中间电极33相接触，并且手指3b必定可以与右手电极32和中间电极34相接触。中间电极33、34在壳10中建立短路，并用作一个电极。例如，由运算放大器放大在电极31-34处检测的信号。因此，由于身体运动而导致的噪声可以被有效去除。
如图2D所示，电极31-34中的每一个为弧形，并且每个弧的受压部分面向盖子12的中心部分。如图5A所示，将电极31-34中的每一个以突起高度d在从0.5mm至1.0mm的范围内的方式嵌入壳10中。
如图5B所示，当在心电图中R波的振幅表示为S并且心电图中除了R波之外的部分的平均振幅表示为N时，随着S/N比的增大，R波的提取变得容易。准备好具有厚度为0.3mm、0.5mm、1.0mm、1.5mm的电极，对于每一电极测量10次心跳的心电图信号，并且计算S/N比大于或等于2的比率。如图5C所示，在厚度为0.5mm和1.0mm的情况下，可以获得最佳结果。换言之，在将电极31-34中的每一个从盖子12的突起高度设定为在从0.5mm至1.0mm的范围内时，心电图中的S/N比可以很大。为了保证电阻抗，将电极31-34中的每一个的突起面的面积设定为约1cm2。
操作开关40例如为按钮。操作开关40包括用于启动测量的测量启动开关41和用于由对象输入个人数据的值的选择开关42（参见图1）。操作开关40不限于按钮，并还可以是基于静电电容的变化来检测手指接触的触摸开关。
如图6所示，显示部50例如包括7段LED51。显示部50设置在水平面H以上并且在垂直面V1的前面，以使得对象可易于观看显示部50。显示部50显示测量结果，即，血压（最高血压和最低血压）和在控制部60处计算的对象的脉搏率。显示部50不限于包括7段LED51的显示器。显示部50可以是液晶显示器或有机发光显示器。
在血压测量设备1未用作血压计时显示部50显示时间。此外，显示部50具有用于告知处于测量期间直到显示部50显示测量结果为止的显示功能。例如，显示部50点亮7段LED51的一部分，以便形成预定标志，并通过移动标志转动来告知处于测量期间。如果显示部50直到获得测量结果为止什么也没显示，则对象将无法区别是处于测量期间还是操作已停止，从而会使对象感到焦虑。因此，显示部50在测量期间显示预定标志。
控制部60包括微型计算机、输入接口电路以及输出接口电路。微型计算机包括中央处理单元（CPU）、只读存储器（ROM）以及随机存取存储器（RAM）。控制部60执行存储在ROM中的计算程序。控制部60基于通过输入接口电路获取的来自心电图电极30的心电图信号和来自脉波传感器20的脉波信号计算血压和脉搏率。控制部60将计算的值存储在RAM中，并将所计算的值显示在显示部50中。控制部60可以用作估计部。
接下来，将描述血压测量设备1的操作。当操作开关40中的测量启动开关41接通时，控制部60开始执行图7中所示的计算程序。
在电源被接通时，血压测量设备1被激活（S1）。对象在必要时使用选择开关42输入个人数据（S2）。在测量启动开关41接通之后（S3），对象用双手2、3握持壳10。随后，心电图电极30通过手掌3a检测心电图信号，并且脉波传感器20通过手指2b、3b检测脉波信号（S4）。
控制部60基于来自心电图电极30的心电图信号和来自脉波传感器20的脉波信号来计算血压和脉搏率。例如，在JP-A-2009-089829中公开了基于心电图信号和脉波信号计算血压和脉搏率的方法。在本实施例中，使用该方法来计算血压和脉搏率。
具体来说，如图8所示，控制部60将心电图信号和脉波信号进行比较，并计算作为脉波信号相对于心电图信号的延迟时间的脉波传播时间PTT。控制部60通过分析脉波信号来计算脉波周期T。如图9所示，控制部60执行一阶微分（速度脉波）和二阶微分（加速度脉波），并计算每一微分的特征量的最大值和最小值。在速度脉波中，特征量为图9中的点a1-f1。在加速度脉波中，特征量为图9中的点a-f。
接下来，控制部60分析脉波信号，并分类成年轻人类型和老年人类型。当使用加速脉波的特征量a-e的表达式（b-c-d-e）/a的确定值小于或等于预定的确定值（例如，-0.5）时，控制部60确定该脉波为年轻人类型，并使用以下等式（1）来计算血压BP。当表达式（b-c-d-e）/a的确定值大于预定的确定值时，控制部确定脉波是老年人类型，并使用以下等式（2）来计算血压BP。在等式（1）、（2）的每一个中，可以忽略包括在个人数据中的体重W。
BP=αy·PTT+βy·d+γy·W+…...(1)
BP=αo·PTT+βo·d+γo·W+…...(2)
其中αy、βy、γy、αo、βo、γo中的每一个表示因子，并且W表示体重。
此外，控制部60基于以下等式（3）根据所计算的脉搏周期T（秒）来计算脉搏率PR。
PR=60/T...(3)
在控制部60执行在图7中S5的处理之后，控制部60通过输出接口电路指示显示部50显示所计算的血压BP和所计算的脉搏率PR（S6）。在该情况下，控制部50以类似于传统血压计的方式显示最高血压和最低血压，作为血压BP。
根据以上描述可以清楚看出，对象可以仅通过用双手2、3握持血压测量设备1来测量血压。因此，血压测量设备1可以简单地来对血压进行测量，并适于在家中或医院中使用。此外，因为壳10具有球形，因此，该血压测量设备1可适于室内设计，并适于在家中使用。
（第二实施例）
将参照图10来描述根据本公开内容第二实施例的血压测量设备1。在第一实施例中，壳10相对于垂直面V1是不对称的。根据本实施例的血压测量设备1包括相对于垂直面V1对称并比壳10更接近蛋形的壳110。在根据本实施例的血压测量设备1中，因为除了壳110的形状之外的构造均类似于根据第一实施例的血压测量设备1的构造，因此由相同的附图标记来表示相对应的部件，并省略了关于相对应部件的描述。
采用根据本实施例的血压测量设备1，也可以简单地来检测血压等。
（第三实施例）
将参照图11A至图11D来描述根据本公开内容的第三实施例的血压测量设备1。根据本实施例的血压测量设备1包括壳210。壳210包括告知对象手掌2a、3a和/或手指2b、3b的握持位置的引导部13。可以通过在壳210中在与手掌2a、3a和/或手指2b、3b的握持位置相对应的位置处形成不均匀表面（水平差）来形成引导部13，或者可以通过在与握持位置相对应的位置处印刷或附着密封构件来形成引导部13。在根据本实施例的血压测量设备1中，因为除了引导部13之外的构造均类似于根据第一实施例的血压测量设备1的构造，因此由相同的附图标记来表示相对应的部件，并省略了关于相对应部件的描述。
当壳210具有不均匀表面时，对象可易于在触觉上注意到壳体11的外周面11c和盖子12的外周面12a的位置。当通过印刷或附着密封件来形成引导部13时，对象可易于在视觉上注意盖子12的外周面11c、12a的位置。在任一情况下，可以提高血压测量设备1的可用性。
（第四实施例）
将参照图12A至图12B来描述根据本公开内容的第四实施例的血压测量设备1。该血压测量设备1包括壳310。在壳310中，心电图电极30设置在壳体11中。在图12A和图12B中，仅示出了对应于右手3的手指3b的右手电极32和中间电极34。然而，对应于左手2的手指2b的左手电极31和中间电极33也以类似于右手电极32和中间电极34的方式形成在壳体11中。在根据本实施例的血压测量设备1中，因为除了心电图电极30之外的构造均类似于根据第一实施例的血压测量设备1的构造，因此由相同的附图标记来表示相对应的部件，并省略了关于相对应部件的描述。
在本实施例中，心电图电极30设置在垂直面V1的后面，以便对应于双手2、3的手指2b、3b。使用根据本实施例的血压测量设备1，也可以简单地来测量血压等。
（第五实施例）
将参照图13来描述根据本公开内容的第五实施例的血压测量设备1。根据本实施例的血压测量设备1包括壳410。在壳410中，心电图电极30设置在垂直面V1的前面。在根据本实施例的血压测量设备1中，因为除了心电图电极30之外的构造均类似于根据第一实施例的血压测量设备1的构造，因此由相同的附图标记来表示相对应的部件，并省略了关于相对应部件的描述。
在本实施例中，心电图电极30对应于双手2、3的手指2b、3b或手掌2a、3a。因为可以保证心电图电极30与手指2b、3b或手掌2a、3a的接触，因此，使用根据本实施例的血压测量设备1，可易于测量血压等。
在第四实施例和第五实施例中，血压测量设备1具有类似于第一实施例中描述的血压测量设备1的形状。然而，在根据第二实施例的壳110相对垂直面V2对称的血压测量设备1中和根据第三实施例的具有引导部13的血压测量设备1中，也可以以类似于第四实施例和第五实施例的方式来改变心电图电极30的位置。
（第六实施例）
将描述根据本公开内容的第六实施例的血压测量设备1。在第一至第五实施例中，心电图电极30包括中间电极33、34。根据本实施例的血压测量设备1包括省略了中间电极33、34的壳510。在根据本实施例的血压测量设备1中，除了心电图电极30之外的构造均类似于根据第一实施例的血压测量设备1的构造。因此由相同的附图标记来表示相对应的部件，并省略了关于相对应部件的描述。
在第一至第六实施例中，血压测量设备1被构造为测量血压和脉搏率。然而，血压测量设备1除了血压和脉搏率外还可以构造为测量身体脂肪。
安装壳体11和盖子12的位置不限于在垂直面V1后面的位置，并可被可选地进行改变。

Claims (16)

1.一种血压测量设备（1），包括： 
壳（10、110、210、310、410、510），其具有用双手（2、3）握持的外周面（11c、12a）； 
心电图电极（30），其通过握持所述壳（10、110、210、310、410、510）的至少一只手（2、3）来检测与心脏的运动相关联的心电图信号； 
脉波传感器（20），其通过握持所述壳（10、110、210、310、410、510）的至少一只手（2、3）来检测与所述心脏的运动相关联的脉波信号； 
估计部（60），其基于由所述心电图电极（30）检测的所述心电图信号和由所述脉波传感器（20）检测的所述脉波信号来估计血压；以及 
显示部（50），其显示由所述估计部（60）估计的所述血压。 
2.根据权利要求1所述的血压测量设备（1）， 
其中，所述壳（10、110、210、310、410、510）为球形。 
3.根据权利要求2所述的血压测量设备（1）， 
其中，所述壳（10、110、210、310、410、510）所具有的形状使得所述外周面（11c、12a）与手掌（2a、3a）和所述双手（2、3）的手指（2b、3b）以与所述手掌（2a、3a）和所述手指（2b、3b）的弯曲动作相关联的方式进行面接触。 
4.根据权利要求3所述的血压测量设备（1）， 
其中，所述壳（10、110、210、310、410、510）的所述外周面（11c、12a）的周长大于或等于300mm，且小于或等于1000mm。 
5.根据权利要求3所述的血压测量设备（1）， 
其中，所述外周面（11c、12a）在所述壳（10、110、210、310、410、510）的前后方向上的厚度大于或等于30mm，且小于或等于250mm。 
6.根据权利要求1所述的血压测量设备（1）， 
其中，所述壳（210）具有在视觉上或触觉上告知所述外周面（11c、12a）的引导部（13）。 
7.根据权利要求1所述的血压测量设备（1）， 
其中，所述脉波传感器（20）设置在与所述手（2、3）之一的手掌（2a、3a）相对应的位置处。 
8.根据权利要求7所述的血压测量设备（1）， 
其中，所述脉波传感器（20）设置在所述壳（10、110、210、310、410、510）的高度方向上等分所述壳（10、110、210、310、410、510）的水平面以下的位置处。 
9.根据权利要求7或8所述的血压测量设备（1）， 
其中，所述脉波传感器（20）设置在所述壳（10、110、210、310、410、510）的前后方向上等分所述壳（10、110、210、310、410、510）的垂直面的前面的位置处。 
10.根据权利要求1所述的血压测量设备（1）， 
其中，所述心电图电极（30）包括与手掌（2a、3a）或所述双手（2、3）的手指（2b、3b）相对应的左手电极（31）和右手电极（32）。 
11.根据权利要求10所述的血压测量设备（1）， 
其中，所述左手电极（31）和所述右手电极（32）的每一个的至少一部分设置在经过所述脉波传感器（20）的水平面以上。 
12.根据权利要求10或11所述的血压测量设备（1）， 
其中，所述心电图电极（30）还包括用于去除由于身体运动而导致的噪声的中间电极（33、34）。 
13.根据权利要求1所述的血压测量设备（1）， 
其中，以所述心电图电极（30）的突起高度在从0.5mm至1.0mm的范围内的方式将所述心电图电极（30）嵌入在所述壳（10、110、210、310、410、510）中。 
14.根据权利要求9所述的血压测量设备（1）， 
其中，所述显示部（15）被设置在所述壳（10、110、210、310、410、510）的高度方向上等分所述壳（10、110、210、310、410、510）的水平面以上且在所述壳（10、110、210、310、410、510）的前后方向上等分所述壳（10、110、210、310、410、510）的所述垂直面的前面。 
15.根据权利要求14所述的血压测量设备（1）， 
其中，所述显示部（15）被配置为显示时间。 
16.根据权利要求14所述的血压测量设备（1）， 
其中，所述显示部（15）被配置为告知处于测量期间，直到所述显示部（15）显示测量结果为止。 
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