JP2004313468A - 脈波測定装置および生体波解析プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】的確に原波形から収縮期前方成分と収縮期後方成分とを算出できる脈波測定装置を提供する。
【解決手段】脈波測定装置は、測定された脈波波形をＮ次微分する。そして、１拍の脈波波形の上昇脚におけるショルダ（変曲点）の有無、さらに、下降脚におけるショルダの有無に応じて、脈波波形をα波形〜δ波形に分類する。分類された各波形においては、算出されたＮ次微分のそれぞれの特徴点が進行波あるいは反射波に該当する。脈波測定装置は、それらの特徴点と各波形ごとの算出式とを用いて、脈波の特徴量であるＡＩ値などを算出することができる。
【選択図】 図１４

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は脈波測定装置および生体波解析プログラムに関し、特に、的確に原波形から収縮期前方成分と収縮期後方成分とを算出できる脈波測定装置および生体波解析プログラムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
血圧は、心臓の収縮と拡張とによって生ずる血流が動脈血管の内壁に及ぼす圧力であって、心臓の収縮期に相当する血圧である収縮期血圧と、拡張期に相当する血圧である拡張期血圧とから構成されている。動脈内血圧のなす脈圧波は、心臓からの血液の駆出によって生ずる収縮期前方成分（進行波）と主に末梢血管からの反射によって生ずる収縮期後方成分（反射波）との合成波であって、その両成分間には変曲点が存在する。
【０００３】
このような脈波の波形は、測定部位が末梢になるほど変化する。具体的には、測定部位が末梢となるにしたがって、収縮期前方成分に比べて収縮期後方成分が低下する。
【０００４】
特許文献１は、このような脈波の原波形の４次微分波を求めることで、収縮期前方成分と収縮期後方成分とを自動的に解析する自動血圧測定装置を開示している。
【０００５】
【特許文献１】
特開平７−３９５３０号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１に開示されているような従来の自動血圧装置にあっては、原波形と４次微分波とから収縮期後方成分を求める処理を行なうため、原波形の４次微分波の特徴点が複数点存在し選択すべき特徴点が不明瞭である場合や、収縮期後方成分を求める手法が当該波形の測定部位とは異なる測定部位用の手法である場合などに、収縮期後方成分を求めることができないという問題があった。また、脈波を同一場所で測定する場合でも血管壁の硬度などによる反射波の発生するタイミングやその大きさなどが異なるため脈波の波形が変化し、収縮期後方成分を求めることができないという問題があった。
【０００７】
本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであって、予め脈波波形を分類し、的確に原波形から収縮期前方成分と収縮期後方成分とを算出できる脈波測定装置および生体波解析プログラム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】
上記目的を達成するために、本発明のある局面に従うと、脈波測定装置は、１拍の脈波から多次微分波を算出して多次微分特徴点を得る第１の算出手段と、１拍の脈波の所定区間における、算出された特定の多次微分特徴点の有無に応じて、収縮期前方成分と収縮期後方成分とのうちの所定区間に応じた方の成分を、特定の多次微分特徴点を用いて算出する第２の算出手段とを備える。
【０００９】
また、上述の所定区間は、１拍の脈波の開始から脈波最大点までの上昇脚の区間であって、第２の算出手段は、上昇脚の区間に特定の多次微分特徴点が存在する場合に、多次微分特徴点を用いて収縮期前方成分を算出することが望ましい。
【００１０】
さらに、脈波が、特定の多次微分特徴点の位置が脈波最大点に近づき、最終的に脈波最大点に一致して消失する直前の脈波である場合に、第２の算出手段は、収縮期前方成分の算出に、脈波最大点を用いることが望ましい。
【００１１】
また、上述の所定区間は、脈波最大点からその脈波最大点の次の切痕点までの下降脚の区間であって、第２の算出手段は、下降脚の区間に特定の多次微分特徴点が存在する場合に、多次微分特徴点を用いて収縮期後方成分を算出することが望ましい。
【００１２】
さらに、脈波が、特定の多次微分特徴点の位置が脈波最大点に近づき、最終的に脈波最大点に一致して消失する直前の脈波である場合に、第２の算出手段は、収縮期後方成分の算出に、脈波最大点を用いることが望ましい。
【００１３】
あるいは、脈波が、特定の多次微分特徴点の位置が切痕点に近づき、最終的に切痕点に一致して消失する直前の脈波である場合に、第２の算出手段は、収縮期後方成分の算出に、切痕点を用いることが望ましい。
【００１４】
また、上述の特定の多次微分特徴点は、３次微分波の極小点であることが望ましい。
【００１５】
あるいは、上述の特定の多次微分特徴点は、３次微分波の極大点であることが望ましい。
【００１６】
本発明の他の局面に従うと、生体波解析プログラムは、第１の波形と第２の波形とが合成されてなる生体波の解析をコンピュータに実行させる生体波解析プログラムであって、１拍の生体波から多次微分波を算出して多次微分特徴点を得る第１の算出ステップと、１拍の生体波の所定区間における、算出された特定の多次微分特徴点の有無に応じて、第１の波形と第２の波形とのうちの所定区間に応じた方の波形を、特定の多次微分特徴点を用いて算出する第２の算出ステップとを実行させる。
【００１７】
また、上述の所定区間は、１拍の生体波の開始から最大点までの上昇脚の区間であって、第２の算出ステップは、上昇脚の区間に特定の多次微分特徴点が存在する場合に、多次微分特徴点を用いて第１の波形を算出することが望ましい。
【００１８】
さらに、生体波が、特定の多次微分特徴点の位置が最大点に近づき、最終的に最大点に一致して消失する直前の生体波である場合に、第２の算出ステップは、第１の波形の算出に、最大点を用いることが望ましい。
【００１９】
また、上述の所定区間は、最大点からその最大点の次の切痕点までの下降脚の区間であって、第２の算出ステップは、下降脚の区間に特定の多次微分特徴点が存在する場合に、多次微分特徴点を用いて第２の波形を算出することが望ましい。
【００２０】
さらに、生体波が、特定の多次微分特徴点の位置が最大点に近づき、最終的に最大点に一致して消失する直前の生体波である場合に、第２の算出ステップは、第２の波形の算出に、最大点を用いることが望ましい。
【００２１】
あるいは、生体波が、特定の多次微分特徴点の位置が切痕点に近づき、最終的に切痕点に一致して消失する直前の生体波である場合に、第２の算出ステップは、第２の波形の算出に、切痕点を用いることが望ましい。
【００２２】
また、上述の特定の多次微分特徴点は、３次微分波の極小点であることが望ましい。
【００２３】
あるいは、上述の特定の多次微分特徴点は、３次微分波の極大点であることが望ましい。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下に、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品および構成要素には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがってそれらについての詳細な説明は繰返さない。
【００２５】
図１に、本実施の形態における脈波測定装置の構成の具体例を示す。図１を参照して、本実施の形態における脈波測定装置は、大きくは、脈波を検出する脈波装置１と、脈波測定装置全体を制御する制御装置２とを含んで構成される。そして、脈波装置１と制御装置２とは、ＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｓｅｒｉａｌ Ｂｕｓ）ケーブルなどの専用ケーブルや通信回線などを介して接続される。なお、その接続には、無線通信などの非接触の接続も含まれるものとする。
【００２６】
制御装置２は、脈波測定装置を制御するためのデータやプログラムを記憶するＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）２４やＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）２５、当該脈波測定装置全体の制御を行なうＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）２３を備え、ＣＰＵ２３はＲＯＭ２４にアクセスしてプログラムを読出してＲＡＭ２５上に展開して実行し、当該脈波測定装置全体の制御を行なう。また、制御装置２は、外部から操作可能に設けられて各種情報を入力するために操作される操作部２１、および動脈位置検出結果や脈波測定結果などの各種情報を外部に出力するためのＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）やＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）などからなる表示部２２をさらに備える。そして、ＣＰＵ２３は、操作部２１よりユーザからの操作信号を受取り、その操作信号に基づいて脈波測定装置全体の制御処理を行なう。すなわち、ＣＰＵ２３は、操作部２１から入力された操作信号に基づいて、脈波装置１に対して制御信号を送出する。また、ＣＰＵ２３は、脈波装置１から受取った測定結果などを表示部２２に表示する。
【００２７】
なお、制御装置２は、一般的なコンピュータなどが該当し、図１に示される制御装置２の構成は、一般的なコンピュータの構成の具体例である。そのため、制御装置２の構成は、図１に示される構成に限定されない。
【００２８】
脈波装置１は、Ｉ／Ｆ１１を介して制御装置２からの制御信号を受取る。そして、Ｉ／Ｆ１１で受取った制御信号は制御回路１２へ送られ、制御回路１２から加圧ポンプ１３、負圧ポンプ１４、あるいは切換弁１５に送られる。
【００２９】
加圧ポンプ１３は、押圧カフ（空気袋）１６の内圧（以下、カフ圧という）を加圧するためのポンプであり、負圧ポンプ１４は、カフ圧を減圧するためのポンプである。切換弁１５は、これらの加圧ポンプ１３と負圧ポンプ１４とのいずれかを選択的にエア管（図示せず）に切換接続する。そして、制御回路１２は、これらを制御する。
【００３０】
半導体圧力センサ１７は、単結晶シリコンなどからなる半導体チップに一方向に所定間隔に配列された複数のセンサエレメントを含んで構成され、押圧カフ１６の圧力によって測定中の被験者の手首などの測定部位に押圧される。その状態で、半導体圧力センサ１７は撓骨動脈を介して被験者の脈波を検出する。半導体圧力センサ１７は、脈波を検出することで出力する電圧信号を各センサエレメントのチャネルごとにマルチプレクサ１８に入力する。
【００３１】
マルチプレクサ１８は、各センサエレメントが出力する電圧信号を選択的にＡ／Ｄ変換器１９に出力する。Ａ／Ｄ変換器１９は、半導体圧力センサ１７から導出されたアナログ信号である電圧信号をデジタル情報に変換して、Ｉ／Ｆ１１を介して制御装置２に送出する。本実施の形態においては、ＣＰＵ２３は、半導体圧力センサ１７に含まれる各センサエレメントが出力する電圧信号を、時間軸に沿ってマルチプレクサ１８を介して同時に取得する。
【００３２】
なお、図１においては、本脈波測定装置が別個の装置である脈波装置１と制御装置２とを含み、それらが連携して脈波測定を行なう構成が示されているが、いうまでもなく、脈波測定装置は、脈波装置１と制御装置２とを一体的に含んでもよい。
【００３３】
次に、図２に示すフローチャートを用いて、本実施の形態の脈波測定装置における脈波測定処理について説明する。図２のフローチャートに示される処理は、制御装置のＣＰＵ２３が、ＲＯＭ２４にアクセスしてプログラムを読出してＲＡＭ２５上に展開して実行することによって実現される。
【００３４】
図２を参照して、始めに、電源スイッチ（図示せず）がＯＮされると、ＣＰＵ２３は、Ｉ／Ｆ１１を介して制御回路１２に対して負圧ポンプ１４を駆動するように指示し、制御回路１２はこの指示に基づいて切換弁１５を負圧ポンプ１４側に切換えて、負圧ポンプ１４を駆動する（Ｓ１０１）。負圧ポンプ１４が駆動されることで、切換弁１５を介してカフ圧が大気圧よりも十分に低くするように作用され、半導体圧力センサ１７を含むセンサ部分が不用意に突出して誤動作や故障するのを回避できる。
【００３５】
その後、センサ部分が測定部位に移動される、あるいは操作部２１に含まれる測定開始スイッチ（図示せず）が押される、などを検知して、測定の開始を判断する（Ｓ１０３）。前者の場合、センサ部分はその移動を検知するための図示されないマイクロスイッチなどを備え、ＣＰＵ２３は該マイクロスイッチの検出信号に基づいてセンサ部分が移動したか否かを判定する。
【００３６】
測定の開始を判断すると（Ｓ１０３でＹＥＳ）、ＣＰＵ２３はＩ／Ｆ１１を介して制御回路１２に対し、加圧ポンプ１３の駆動させるよう制御信号を送出する。制御回路１２は、この制御信号に基づいて切換弁１５を加圧ポンプ１３側に切換えて、加圧ポンプ１３を駆動する（Ｓ１０５）。これにより、カフ圧が上昇して、半導体圧力センサ１７を含むセンサ部分が被験者の測定部位の表面に押圧される。
【００３７】
センサ部分が測定部位に押圧されると、半導体圧力センサ１７に含まれる各センサエレメントから電圧信号がマルチプレクサ１８を介して導出され、Ａ／Ｄ変換器１９でデジタル情報に変換されて、Ｉ／Ｆ１１を介しＣＰＵ２３に入力される。ＣＰＵ２３は、これらのデジタル情報を用いてトノグラムを作成し、表示部２２に表示する（Ｓ１０７）。
【００３８】
次に、ＣＰＵ２３は、ステップＳ１０７で作成したトノグラムに基づいて、測定部位の皮下の腱や橈骨などの固形物の有無を判定し、それらを除外する処理を実行する（Ｓ１０９）。固形物除外処理では、Ｓ１０７で得られたトノグラムの情報に基づいて、半導体圧力センサ１７に含まれるセンサエレメントのうち、その検知領域が固形物上を含むセンサエレメントを特定し、特定したセンサエレメントを除外した残りのセンサエレメントを、動脈上の位置を検出領域するセンサエレメントの候補として選択する。なお、この固形物除去処理については、本発明において限定されるものではなく、たとえば、本願出願人がすでに出願して公開されている特願２００３−１２３１３号公報に記載の技術などを用いることができる。
【００３９】
次に、ＣＰＵ２３は、動脈上の位置を検出領域するセンサエレメントの候補から、動脈上の位置を検出領域するセンサエレメントを最適チャネルとして選択するための処理を実行する（Ｓ１１１）。ここでも、最適チャネルを選択する処理について本発明において限定されるものではなく、同様に、本願出願人がすでに出願して公開されている特願２００３−１２３１３号公報に記載の技術などを用いることができる。
【００４０】
次に、ＣＰＵ２３は、選択された最適チャネルに対応する各センサエレメントから入力される電圧信号から、その直流成分を抽出する（Ｓ１１３）。直流成分は、電圧信号の一定時間の平均値、または電圧信号の低域通過フィルタを通過した成分（脈波除去した成分）、または脈波立上り点（脈波成分が混入する直前）の電圧信号レベルにより求められる。
【００４１】
より具体的には、ステップＳ１１３において、電圧信号の出力変化を一定時間ごとのウィンドウ（区間）に分割し、各ウィンドウ内の平均を算出することで、直流成分を抽出することができる。あるいは、各ウィンドウ内の最大値と最小値との中間値を算出する、低域通過フィルタを用いて所定の周波数以下の値を抽出する、などを行なっても、同様に直流成分を抽出することができる。なお、上述の一定時間は、被験者の脈拍に拠らない予め脈波測定装置に設定されている時間間隔であって、一般的な一脈拍時間が含まれる１．５秒程度であることが好ましい。
【００４２】
次に、ＣＰＵ２３は、選択された最適チャネルに対応する各センサエレメントから入力される電圧信号よりステップＳ１１３において抽出した直流成分が、安定している箇所を検出する（Ｓ１１５）。そして、ＣＰＵ２３は、直流成分が安定している箇所を検出すると（Ｓ１１５でＹＥＳ）、その時点の押圧カフ１６の押圧力を最適押圧力として決定し、押圧カフ１６の圧力を調整するよう、Ｉ／Ｆ１１を介して制御回路１２に対し制御信号を送出する（Ｓ１１７）。
【００４３】
一方、直流成分が安定している箇所が検出されない場合には（Ｓ１１５でＮＯ）、加圧ポンプ１３による押圧カフ１６に対する加圧を継続しながら、直流成分が安定している箇所が検出されるまで、上述のステップＳ１０７〜Ｓ１１５の処理を繰返す。
【００４４】
さらに、ステップＳ１１７で押圧カフ１６の押圧力を最適押圧力として決定した後、以下のステップＳ１１９〜Ｓ１２３の判定を繰返し行なって、押圧力を最適に保つために微調整を行なう。すなわち、まず、ＣＰＵ２３は、押圧カフ１６の押圧力が最適押圧に調整された状態で、直流成分が安定しているか否かを監視し（Ｓ１１９）、押圧カフ１６の押圧力が最適押圧に保たれるよう、必要に応じて（Ｓ１１９でＮＯ）ステップＳ１１７の押圧力の調整を繰返す。
【００４５】
より具体的には、ＣＰＵ２３は、ステップＳ１１７において、切換弁１５を加圧ポンプ１３に切換えさせ、加圧ポンプ１３で一定の速度、あるいは任意の速度で押圧カフ１６の押圧力を加圧しながら半導体圧力センサ１７の押圧力を変化させる、または、切換弁１５を負圧ポンプ１４に切換えさせ、負圧ポンプ１４で一定の速度、あるいは任意の速度で押圧カフ１６の押圧力を減圧しながら半導体圧力センサ１７の押圧力を変化させるなどして押圧力を調整し、ステップＳ１１９で最適押圧力決定時の直流成分と押圧力調整後の直流成分とを比較し、過押圧とならないように押圧力を調整する。
【００４６】
次に、ＣＰＵ２３は、押圧カフ１６の押圧力が最適押圧に保たれた状態で最適チャネルとして選択されたセンサエレメントから出力された電圧信号、すなわち波形データの立上がり点の先鋭度（ＭＳＰ）が適切であるか否か（Ｓ１２１）、さらに、波形歪みがあるか否か（Ｓ１２３）を判定する。
【００４７】
波形データの立上がり点の先鋭度（ＭＳＰ）が不適切である場合（Ｓ１２１でＮＯ）、あるいは波形歪みが検出される場合（Ｓ１２３でＮＯ）には、波形データの立上がり点の先鋭度が適切になるまで、あるいは波形歪みが検出されなくなるまで、ステップＳ１１７の押圧力の調整を繰返す。
【００４８】
そして、波形データの立上がり点の先鋭度（ＭＳＰ）が適切であり（Ｓ１２１でＹＥＳ）、かつ波形歪みが検出されない場合（Ｓ１２３でＹＥＳ）には、ＣＰＵ２３は、マルチプレクサ１８、Ａ／Ｄ変換器１９およびＩ／Ｆ１１を介して、脈波装置１からその時点の波形データを取得する（Ｓ１２５）。
【００４９】
ＣＰＵ２３は、脈波装置１から取得した波形データより脈波を検出し、脈波検出終了の所定条件の成立を判定する（Ｓ１２７）。ステップＳ１２７で脈波検出を終了するための条件は、予め設定された所定時間の経過であってもよいし、ユーザからの終了（あるいは中断）指示などであってもよい。すなわち、所定条件が成立するまで、上述のステップＳ１２５の脈波データの転送処理が繰返される。
【００５０】
そして、脈波検出終了の所定条件が成立したときは（Ｓ１２７でＹＥＳ）、ＣＰＵ２３は切換弁１５を介して負圧ポンプ１４を駆動するよう、Ｉ／Ｆ１１を介して制御回路１２に対し制御信号を送出する（Ｓ１２９）。これにより、測定部位に対するセンサ部分の押圧状態は解かれて、一連の脈波測定処理は終了する。
【００５１】
次に、図３に示すフローチャートを用いて、本実施の形態の脈波測定装置におけるセンサ信号解析処理について説明する。図３のフローチャートに示される処理もまた、制御装置のＣＰＵ２３が、ＲＯＭ２４にアクセスしてプログラムを読出してＲＡＭ２５上に展開して実行することによって実現される。
【００５２】
図３を参照して、始めに、半導体圧力センサ１７において脈圧センサ信号を検出すると（Ｓ２０１）、半導体圧力センサ１７は図示しないアンプにセンサ信号を入力する。そして、アンプにおいて半導体圧力センサ１７で検出されたセンサ信号は所定の周波数まで増幅され（Ｓ２０３）、Ａ／Ｄ変換部１９に入力される。
【００５３】
Ａ／Ｄ変換部１９は、アンプから入力されたアナログ信号であるセンサ信号をデジタル化し（Ｓ２０５）、さらに、ノイズ除去などを目的として所定範囲の周波数を抽出するためのデジタルフィルタ処理を実行する（Ｓ２０７）。そして、Ａ／Ｄ変換部１９は、デジタル化したセンサ信号を、Ｉ／Ｆ１１を介して制御装置２に入力する。
【００５４】
制御装置２のＣＰＵ２３は、Ｉ／Ｆ１１を介してＡ／Ｄ変換部１９からセンサ信号を受信し、ＲＯＭ２４に格納されているプログラムを実行することでセンサ信号から得る脈波波形をＮ次微分する（Ｓ２０９）。そして、その微分結果に基づいて脈波波形を区切って１拍の脈波波形を抽出し（Ｓ２１１）、脈波波形を分類する（Ｓ２１３）。なお、ステップＳ２１３における分類方法については、後にさらに詳細な説明を行なう。
【００５５】
そして、分類された脈波波形から所定の特徴点を抽出し（Ｓ２１５）、ＡＩ（Ａｕｇｍｅｎｔａｔｉｏｎ Ｉｎｄｅｘ）値を算出する（Ｓ２１７）。以上でセンサ信号解析処理を終了する。
【００５６】
なお、上述のＡＩは、公知の指標であって、主に中枢血管の動脈硬化に対応する脈波の反射強度（脈波の反射現象であって、送出し血流量の受入れやすさを表わしている）を反映する特徴量を指標化したものである。ＡＩは、特に循環器系疾患の早期発見のために有効な指標と言われており、血圧とは異なった挙動を示すことが知られている。
【００５７】
より詳しくは、図４および図５に、測定される脈波の時間経過に従う変化の具体例を示し、説明を行なう。すなわち、たとえば、図４に示される脈波が測定された場合には、ＡＩ値はＡＩ＝Ｐ１／Ｐ２（もしくはＡＩ（％）＝（Ｐ２−Ｐ１）／Ｐ１×１００）として得られ、図５に示される脈波が測定された場合には、ＡＩ値はＡＩ＝Ｐ１／Ｐ２（もしくは、ＡＩ（％）＝（Ｐ２−Ｐ１）／Ｐ２×１００）として得られる。ここで、時間Ｔ１におけるレベルＰ１は、心臓の心拍による血液の進行波（収縮期前方成分）による値を示し、時間Ｔ２におけるレベルＰ２は、心拍による進行波についての反射波（収縮期後方成分）による値を示す。この反射波は、血管の硬化に対応して強度と出現時相とが変化する。なお、Ｐ１，Ｐ２を決定する方法としては、脈波波形に微分等の演算操作を行なって求めることができる。一般的に、被験者の年齢が若い方が、図４に示されるようにレベルＰ２＜レベルＰ１となり、被験者の年齢が高い方が図５に示されるようにレベルＰ２＞レベルＰ１となる。これは、被験者の年齢が高くなるほど血管内壁の硬化（動脈硬化）が進行しているために、駆出波を血管壁で十分に吸収できずレベルの高い反射が短時間のうちに検出されることによる。このように、ＡＩ値は、心拍による進行波と反射波とから得られる値であって、主に中枢血管の動脈硬化に対応する脈波の反射強度を反映する特徴量である。
【００５８】
なお、本実施の形態においては、脈波の特徴量としてＡＩ値を算出する説明を行なうが、本発明において、特徴量はＡＩ値に限定されず、たとえば図４あるいは図５に示されるようなΔＴｐなど、その他の値を特徴量として用いても同様の効果を得ることができる。なお、上述のΔＴｐもＡＩと同様に公知の指標である。
【００５９】
ここで、半導体圧力センサ１７で検出されるセンサ信号の出力変化（脈波波形）の具体例を図６に示す。図６において、縦軸に半導体圧力センサ１７の出力する電圧信号のレベルとセンサ部分に対する押圧カフ１６による押圧レベルとがとられ、横軸には脈波測定時間の経過がとられる。
【００６０】
このような脈波波形から、さらに一拍の脈波波形に着目したとき、その波形形状の特徴は、図７に示すようになる。すなわち、脈波は、心臓から駆出された血液の圧力で構成される進行波と、心臓から駆出された血液の反射圧で構成される反射波との合成波であって、その波形は、測定部位や被験者によって異なる特徴を示す。より具体的には、その進行波と反射波との合成具合（強弱）に応じて、図８に示されるように、脈波波形の上昇脚にショルダと呼ばれる変曲点がない波形（左側）とある波形（右側）、さらに、下降脚にショルダがない波形とある波形とに分類される。なお、ここで、上述の分類にしたがい、脈波波形の上昇脚にショルダがなく、かつ下降脚にショルダがない波形をα波形、脈波波形の上昇脚にショルダがなく、かつ下降脚にショルダがある波形をβ波形、脈波波形の上昇脚にショルダがあり、かつ下降脚にショルダがある波形をγ波形、および脈波波形の上昇脚にショルダがあり、かつ下降脚にショルダがない波形をδ波形と呼ぶこととする。
【００６１】
本発明の脈波測定装置では、測定して得られた脈波波形を上述の分類にしたがって分類し、その結果に応じて特徴量であるＡＩ値を算出することを特徴とする。すなわち、図９のフローチャートに示される処理を実行して脈波波形を上述の分類にしたがって分類し、その結果に応じてＡＩ値を算出する。図９のフローチャートに示される処理は、上述の図３のステップＳ２１１〜Ｓ２１７における処理に該当し、本処理もまた、制御装置のＣＰＵ２３が、ＲＯＭ２４にアクセスしてプログラムを読出してＲＡＭ２５上に展開して実行することによって実現される。
【００６２】
図９を参照して、始めに、ＣＰＵ２３は、Ｉ／Ｆ１１を介して脈波装置１から取得した脈波波形の上昇脚にショルダの有無を判定する（Ｓ３０１）。さらに、下降脚にショルダの有無を判定し（Ｓ３０７，Ｓ３１３）、脈波波形をα波形〜δ波形に分類して各々の波形タイプ別のＡＩ算出アルゴリズムに応じてＡＩ値を算出する（Ｓ３０９，Ｓ３１１，Ｓ３１５，Ｓ３１７）。そして、本演算処理を終了する。
【００６３】
また、ステップＳ３０１で脈波波形の上昇脚にショルダがあり（Ｓ３０１でＹＥＳ）、かつ押圧カフ１６の押圧制御に失敗していると判断された場合には（Ｓ３０３でＹＥＳ）、ＣＰＵ２３は、押圧カフ１６の押圧力を再調整し（Ｓ３０５）、本処理を終了する。
【００６４】
なお、図９においては、先に脈波波形の上昇脚のショルダの有無を判定し、その後、下降脚のショルダの有無を判定するものとしているが、判定順はこの順に限定されるものではなく、その逆であっても同様である。
【００６５】
さらに、上述の脈波波形の分類について、より詳細な説明を行なう。
ここで、波形における各特徴点の表記を次のように定義する。
【００６６】
１ＤＺＣ：１次微分下降ゼロクロス点
４ＤＺＣ：４次微分下降ゼロクロス点
４ＩＺＣ：４次微分上昇ゼロクロス点
ＡＰＧ−Ａ：加速度脈波Ａ点
ＡＰＧ−Ｂ：加速度脈波Ｂ点
ＡＰＧ−Ｅ：加速度脈波Ｅ点
ＡＰＧ−Ｆ：加速度脈波Ｆ点
ただし、上述の１ＤＺＣ（下降ゼロクロス点）は、１次微分時に＋から−に転じる０点に該当する波形上の点であって、脈波最大点などの極大点を表わす。４ＤＺＣは、４次微分時に＋から−に転じる０点に該当する波形上の点、および４ＩＺＣ（上昇ゼロクロス点）は、４次微分時に−から＋に転じる０点に該当する波形上の点であって、共に波形の変曲点ないしは歪み（ショルダ）を表わす。ＡＰＧ−Ａ〜Ｆは、２次微分時の各ピークをＡ〜Ｆとした場合に各点Ａ〜Ｆの該当する波形上の点であって、波形の特徴を表わす点である。
【００６７】
まず、上述の脈波波形の分類を行なうに先だって、ＣＰＵ２３は、取得した脈波波形を多次微分し、上述の各特徴点を算出する。次に、上述のステップＳ３０１では、ＣＰＵ２３は、図１０に示されるように、ＡＰＧ−Ａ点〜１ＤＺＣ点間（上昇脚）にある４ＤＺＣの個数と位置とに着目して、各特徴点の変曲率から、α波形，β波形またはγ波形，δ波形に大分類する。α波形，β波形は、合成波のうち進行波が反射波に比較してかなり大きい波形であり、γ波形，δ波形は、反射波が進行波よりも大きい波形である。
【００６８】
図１１に、４ＤＺＣの個数と位置とに着目して大分類した脈波波形の分類表の具体例を示す。すなわち、図１１を参照して、ＡＰＧ−Ａ点〜ＡＰＧ−Ｂ点およびＡＰＧ−Ｂ点〜１ＤＺＣ点に４ＤＺＣ点が各々３個以上存在する場合には、波形歪みが多すぎるためタイプ分類上エラーと判定し、押圧カフ１６の押圧力が過大である可能性が高いと判定する。すなわち、この場合、ＣＰＵ２３は、上述のステップＳ３０３で押圧カフ１６の押圧制御が失敗しているものと判断する（Ｓ３０３でＹＥＳ）。そして、その場合、ＣＰＵ２３は、ステップＳ３０５で、押圧カフ１６の押圧力を減少させるよう再調整する。
【００６９】
また、ＡＰＧ−Ａ点〜ＡＰＧ−Ｂ点に４ＤＺＣ点が１個、ＡＰＧ−Ｂ点〜１ＤＺＣ点に４ＤＺＣ点が０〜１個存在する場合、あるいはＡＰＧ−Ａ点〜ＡＰＧ−Ｂ点に４ＤＺＣ点が０個、ＡＰＧ−Ｂ点〜１ＤＺＣ点に４ＤＺＣ点が１個存在する場合、ＣＰＵ２３は、脈波波形をγ波形あるいはδ波形と判定する。また、ＡＰＧ−Ａ点〜ＡＰＧ−Ｂ点に４ＤＺＣ点およびＡＰＧ−Ｂ点〜１ＤＺＣ点に４ＤＺＣ点が存在しない場合、ＣＰＵ２３は、脈波波形をα波形あるいはβ波形と判定する。
【００７０】
さらに、上述のステップＳ３１３では、ＣＰＵ２３は、図１２に示されるように、１ＤＺＣ点〜ＡＰＧ−Ｅ点間（下降脚）の４ＩＺＣ（ショルダ）の有無に着目して、α波形またはβ波形に小分類する。すなわち、上述のステップＳ３１３でＣＰＵ２３は、１ＤＺＣ点から４次微分をスキャンし、ＡＰＧ−Ｅ点に至るまでの３次微分が負の領域に上昇ゼロクロス点（４ＩＺＣ）が存在すれば脈波波形をβ波形と判定する。なお、４ＩＺＣが複数存在する場合は、３次微分が最小となるものを採用する。また、１ＤＺＣ点〜ＡＰＧ−Ｅ点間に上昇ゼロクロス点（４ＩＺＣ）が存在しなければ、脈波波形をα波形と判定する。
【００７１】
あるいは、上述のステップＳ３０７では、ＣＰＵ２３は、図１３に示される４ＤＺＣ点〜１ＤＺＣ点の時間Ｔａ、および１ＤＺＣ点〜４ＩＺＣ点の時間Ｔｂを算出し、それらの時間の関係に着目してγ波形またはδ波形に小分類する。すなわち、上述のステップＳ３０７でＣＰＵ２３は、Ｔａ≦Ｔｂ×１を満たす場合には脈波波形をγ波形と判定する。また、上述の関係を満たさない場合には、脈波波形δ波形と判定する。
【００７２】
このように判定した脈波波形の分類の一覧を、図１４に示す。そして、さらに、図１４には、各波形でＡＩ値を求める際に用いる特徴点を示している。本脈波測定装置は、分類された各波形ごとに、進行波および反射波を表わす特徴点として図１４に示される特徴点における振幅を用いてＡＩ値を算出する。
【００７３】
各波形におけるＡＩ値の算出方法は、以下のようになる。すなわち、
Ｐ_ＰＥＡＫ：ピーク点圧（１拍中で最高圧力）
Ｐ_ＳＹＳ１：第一収縮期圧（進行波の圧力）
Ｐ_ＳＹＳ２：第二収縮期圧（反射波の圧力）
Ｐ_ＤＩＡ：拡張期圧（１拍中での最低圧力）
ＳＢＰ：収縮期血圧
ＤＢＰ：拡張期血圧
と定義すると、脈波波形がα波形である場合、上述のステップＳ３１５でＣＰＵ２３は、以下の演算式（１）を用いてＡＩ値を算出する。
【００７４】
【数１】

【００７５】
また、脈波波形がβ波形である場合、上述のステップＳ３１７でＣＰＵ２３は、以下の演算式（２）を用いてＡＩ値を算出する。
【００７６】
【数２】

【００７７】
また、脈波波形がγ波形である場合、上述のステップＳ３０９でＣＰＵ２３は、以下の演算式（３）を用いてＡＩ値を算出する。
【００７８】
【数３】

【００７９】
また、脈波波形がδ波形である場合、上述のステップＳ３１１でＣＰＵ２３は、以下の演算式（４）を用いてＡＩ値を算出する。
【００８０】
【数４】

【００８１】
さらに、実際に測定された脈波波形において認識された各波形α波形〜δ波形の具体的な出力例を図１５〜図１８に示す。
【００８２】
ところで、脈波波形は、上述のように、測定部位によって変化するものである。具体的には、図１９に示すように、測定部位が中枢側から末梢側へ変化すると、β波形は、反射波の減少に伴ない４ＩＺＣ点（４次微分上昇ゼロクロス点）が低下してゆき、最後には４ＩＺＣ点がＡＰＧ−Ｅ点に一致して、α波形へとなめらかに変化する。また逆に、図２０に示すように、測定部位が末梢側から中枢側へ変化すると、β波形は、反射波の増加に伴ない４ＩＺＣ点が上昇してゆき、その変化に伴ない徐々に１ＤＺＣ点が合成波のピークとなり、γ波形へとなめらかに変化する。さらに、図２１に示すように、測定部位が末梢側から中枢側へ変化すると、γ波形は、反射波の増加に伴ない４ＩＺＣ点が上昇してゆき、その変化に伴ない徐々に４ＩＺＣ点が１ＤＺＣ点に統合されて、δ波形へとなめらかに変化する。すなわち、脈波波形の分類α波形〜δ波形は連続的に変化するものであって、連続して脈波を測定した場合であっても、その脈波波形の分類がばらつく場合もある。また、上述のような脈波波形の分類の連続的な変化は、脈波を同一場所で測定する場合でも血管壁の硬度などによる反射波の発生するタイミングやその大きさなどによっても生ずる。
【００８３】
そのような場合であっても、本実施の形態における脈波測定装置は、上述のステップＳ３０１において、１拍の脈波波形の脈波最小点から脈波最大点の間（上昇脚）の４ＤＺＣ点（４次微分下降ゼロクロス点）の有無に応じて、その脈波波形の分類をα波形・β波形か、あるいはγ波形・δ波形かに切替えて以降の処理を行なっているため、脈波波形の分類の連続した変化に対応することができる。言い換えれば、本実施の形態における脈波測定装置は、上述のステップＳ３０１において、１拍の脈波波形の脈波最小点から脈波最大点の間（上昇脚）の４ＤＺＣ点（４次微分下降ゼロクロス点）の有無に応じて、１拍の脈波波形において進行波の位置を切替えて以降の処理を行なっている。すなわち、１拍の脈波波形の脈波最小点から脈波最大点の間（上昇脚）に４ＤＺＣ点がない場合には脈波最大点（１ＤＺＣ点）の位置を進行波の位置と、１拍の脈波波形の脈波最小点から脈波最大点の間（上昇脚）に４ＤＺＣ点がある場合にはその４ＤＺＣ点の位置を進行波の位置と、進行波の位置を切替える。
【００８４】
γ波形からβ波形に脈波波形が連続的に変化する場合には、４ＤＺＣ点は、徐々に脈波最大点（１ＤＺＣ点）に近づき、β波形に完全に移行した際には、４ＤＺＣ点は脈波最大点と一致して消失する。したがって、γ波形からβ波形に移行するのに伴ない進行波を特定する特徴値も切替わるが、その位置は連続的な位置の変化となる。そのため、ある波形がγ波形と分類されてステップＳ３０９で算出されたＡＩ値と、その波形に対して連続的に変化した波形がβ波形と分類されてステップ３１７で算出されたＡＩ値とは、近似的な値となる。
【００８５】
同様に、本実施の形態における脈波測定装置は、上述のステップＳ３０７あるいはステップＳ３１３において、１拍の脈波波形の脈波最大点から切痕点（ＡＰＧ−Ｅ点）の間（下降脚）の４ＩＺＣ点（４次微分上昇ゼロクロス点）の有無に応じて、その脈波波形の分類をα波形かβ波形、あるいはγ波形かδ波形に切替えて以降の処理を行なっているため、脈波波形の分類の連続した変化に対応することができる。言い換えれば、本実施の形態における脈波測定装置は、上述のステップＳ３０７あるいはステップＳ３１３において、１拍の脈波波形の脈波最大点から切痕点の間（下降脚）の４ＩＺＣ点（４次微分上昇ゼロクロス点）の有無に応じて、１拍の脈波波形において反射波の位置を切替えて以降の処理を行なっている。すなわち、１拍の脈波波形の脈波最大点から切痕点の間（下降脚）に４ＩＺＣ点がない場合には加速度脈波Ｅ点（ＡＰＧ−Ｅ点）あるいは脈波最大点（１ＤＺＣ点）の位置を反射波の位置と、１拍の脈波波形の脈波最小点から脈波最大点の間（上昇脚）に４ＩＺＣ点がある場合にはその４ＩＺＣ点の位置を反射波の位置と、反射波の位置を切替える。
【００８６】
γ波形からδ波形に脈波波形が連続的に変化する場合には、４ＩＺＣ点は、徐々に脈波最大点（１ＤＺＣ点）に近づき、δ波形に完全に移行した際には、４ＩＺＣ点は脈波最大点と一致して消失する。したがって、γ波形からδ波形に移行するのに伴ない進行波を特定する特徴値も切替わるが、その位置は連続的な位置の変化となる。そのため、ある波形がγ波形と分類されてステップＳ３０９で算出されたＡＩ値と、その波形に対して連続的に変化した波形がδ波形と分類されてステップ３１１で算出されたＡＩ値とは、近似的な値となる。
【００８７】
また、β波形からα波形に脈波波形が連続的に変化する場合には、４ＩＺＣ点は、徐々に切痕点（ＡＰＧ−Ｅ点）に近づき、α波形に完全に移行した際には、４ＩＺＣ点は切痕点と一致して消失する。したがって、β波形からα波形に移行するのに伴ない進行波を特定する特徴値も切替わるが、その位置は連続的な位置の変化となる。そのため、ある波形がβ波形と分類されてステップＳ３１７で算出されたＡＩ値と、その波形に対して連続的に変化した波形がα波形と分類されてステップ３１５で算出されたＡＩ値とは、近似的な値となる。
【００８８】
本脈波測定装置では上述のように、入力された脈波波形を予め多次微分の特徴点（４次微分特徴点）の有無により分類して、その分類結果に応じて処理方法（ＡＩ値の算出方法）を選択することを特徴とする。また、選択した処理方法において、当該処理方法において必要な第１の特徴点に替えて、他の処理方法に用いる第２の特徴点であって、第１の特徴点と近似できる第２の特徴点を用いることができることを特徴とする。このことによって、本発明の脈波測定装置では、特定の多次微分の特徴点が存在しない場合であっても、合成波である脈波から進行波と反射波とを算出することができる。また、異なる測定部位から得られた異なる脈波波形に対しても、同じ処理を実行することで、合成波である脈波から自動的に進行波と反射波とを算出することができる。また、連続して測定された脈波波形の分類がばらついた場合であっても、安定してＡＩ値などの特徴量を算出することができる。
【００８９】
なお、上述の説明においては、特徴点として、脈波波形の３次微分あるいは４次微分の特徴点を用いる場合を述べているが、言うまでもなく、本発明において微分次は３次あるいは４次に限定されるものではなく、同様に脈波波形の特徴を示す多次微分であれば何次の微分であってもよい。
【００９０】
また、上述の説明においては、圧力センサを用いて脈圧の変化を捉えることにより脈波を検出する構成を述べているが、脈波の検出方法は上述の構成に限定されるものではない。たとえば、容積変化を捉えることで脈波を検出する構成を用いても構わない。
【００９１】
さらに、本発明における脈波波形の解析方法は、脈波波形の解析に限定されず、たとえば心拍波形など、心臓の収縮と拡張とによって生ずる第１の波形と第２の波形とが合成されてなる他の生体波の解析にも用いることができる。上述の脈波測定装置が行なう脈波の解析方法を、プログラムとして提供することもできる。このようなプログラムは、コンピュータに付属するフレキシブルディスク、ＣＤ−ＲＯＭ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｃ−ＲＯＭ）、ＲＯＭ、ＲＡＭおよびメモリカードなどのコンピュータ読取り可能な記録媒体にて記録させて、プログラム製品として提供することもできる。あるいは、コンピュータに内蔵するハードディスクなどの記録媒体にて記録させて、プログラムを提供することもできる。また、ネットワークを介したダウンロードによって、プログラムを提供することもできる。
【００９２】
提供されるプログラム製品は、ハードディスクなどのプログラム格納部にインストールされて実行される。なお、プログラム製品は、プログラム自体と、プログラムが記録された記録媒体とを含む。
【００９３】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態における脈波測定装置の構成の具体例を示す図である。
【図２】本実施の形態の脈波測定装置における脈波測定処理を示すフローチャートである。
【図３】本実施の形態の脈波測定装置におけるセンサ信号解析処理を示すフローチャートである。
【図４】測定される脈波の時間経過に従う変化の具体例を示す図である。
【図５】測定される脈波の時間経過に従う変化の具体例を示す図である。
【図６】センサ信号の出力変化（脈波波形）の具体例を示す図である。
【図７】脈波波形の波形形状の特徴の具体例を示す図である。
【図８】脈波波形の分類の具体例を示す図である。
【図９】本実施の形態の脈波測定装置における特徴量算出処理を示すフローチャートである。
【図１０】脈波波形の大分類の具体例を示す図である。
【図１１】大分類した脈波波形の分類表の具体例を示す図である。
【図１２】脈波波形の小分類の具体例を示す図である。
【図１３】脈波波形の小分類の具体例を示す図である。
【図１４】脈波波形の分類の一覧を示す図である。
【図１５】α波形の出力例を示す図である。
【図１６】β波形の出力例を示す図である。
【図１７】γ波形の出力例を示す図である。
【図１８】δ波形の出力例を示す図である。
【図１９】β波形からα波形への変化を示す図である。
【図２０】β波形からγ波形への変化を示す図である。
【図２１】γ波形からδ波形への変化を示す図である。
【符号の説明】
１ 脈波装置、２ 制御装置、１１ Ｉ／Ｆ、１２ 制御回路、１３ 加圧ポンプ、１４ 負圧ポンプ、１５ 切換弁、１６ 押圧カフ、１７ 半導体圧力センサ、１８ マルチプレクサ、１９ Ａ／Ｄ変換器、２１ 操作部、２２ 表示部、２３ ＣＰＵ、２４ ＲＯＭ、２５ ＲＡＭ。

Claims (16)

1. １拍の脈波から多次微分波を算出して多次微分特徴点を得る第１の算出手段と、
   前記１拍の脈波の所定区間における、前記算出された特定の多次微分特徴点の有無に応じて、収縮期前方成分と収縮期後方成分とのうちの前記所定区間に応じた方の成分を、前記特定の多次微分特徴点を用いて算出する第２の算出手段とを備える、脈波測定装置。
2. 前記所定区間は、前記１拍の脈波の開始から脈波最大点までの上昇脚の区間であって、
   前記第２の算出手段は、前記上昇脚の区間に前記特定の多次微分特徴点が存在する場合に、前記多次微分特徴点を用いて収縮期前方成分を算出する、請求項１に記載の脈波測定装置。
3. 前記脈波が、前記特定の多次微分特徴点の位置が前記脈波最大点に近づき、最終的に前記脈波最大点に一致して消失する直前の脈波である場合に、前記第２の算出手段は、前記収縮期前方成分の算出に、前記脈波最大点を用いる、請求項２に記載の脈波測定装置。
4. 前記所定区間は、脈波最大点から前記脈波最大点の次の切痕点までの下降脚の区間であって、
   前記第２の算出手段は、前記下降脚の区間に前記特定の多次微分特徴点が存在する場合に、前記多次微分特徴点を用いて収縮期後方成分を算出する、請求項１に記載の脈波測定装置。
5. 前記脈波が、前記特定の多次微分特徴点の位置が前記脈波最大点に近づき、最終的に前記脈波最大点に一致して消失する直前の脈波である場合に、前記第２の算出手段は、前記収縮期後方成分の算出に、前記脈波最大点を用いる、請求項４に記載の脈波測定装置。
6. 前記脈波が、前記特定の多次微分特徴点の位置が前記切痕点に近づき、最終的に前記切痕点に一致して消失する直前の脈波である場合に、前記第２の算出手段は、前記収縮期後方成分の算出に、前記切痕点を用いる、請求項４に記載の脈波測定装置。
7. 前記特定の多次微分特徴点は、３次微分波の極小点である、請求項１〜３のいずれかに記載の脈波測定装置。
8. 前記特定の多次微分特徴点は、３次微分波の極大点である、請求項１，４〜６のいずれかに記載の脈波測定装置。
9. 第１の波形と第２の波形とが合成されてなる生体波の解析をコンピュータに実行させる生体波解析プログラムであって、
   １拍の生体波から多次微分波を算出して多次微分特徴点を得る第１の算出ステップと、
   前記１拍の生体波の所定区間における、前記算出された特定の多次微分特徴点の有無に応じて、前記第１の波形と前記第２の波形とのうちの前記所定区間に応じた方の波形を、前記特定の多次微分特徴点を用いて算出する第２の算出ステップとを実行させる、生体波解析プログラム。
10. 前記所定区間は、前記１拍の生体波の開始から最大点までの上昇脚の区間であって、
    前記第２の算出ステップは、前記上昇脚の区間に前記特定の多次微分特徴点が存在する場合に、前記多次微分特徴点を用いて前記第１の波形を算出する、請求項９に記載の生体波解析プログラム。
11. 前記生体波が、前記特定の多次微分特徴点の位置が前記最大点に近づき、最終的に前記最大点に一致して消失する直前の生体波である場合に、前記第２の算出ステップは、前記第１の波形の算出に、前記最大点を用いる、請求項１０に記載の生体波解析プログラム。
12. 前記所定区間は、最大点から前記最大点の次の切痕点までの下降脚の区間であって、
    前記第２の算出ステップは、前記下降脚の区間に前記特定の多次微分特徴点が存在する場合に、前記多次微分特徴点を用いて前記第２の波形を算出する、請求項９に記載の生体波解析プログラム。
13. 前記生体波が、前記特定の多次微分特徴点の位置が前記最大点に近づき、最終的に前記最大点に一致して消失する直前の生体波である場合に、前記第２の算出ステップは、前記第２の波形の算出に、前記最大点を用いる、請求項１２に記載の生体波解析プログラム。
14. 前記生体波が、前記特定の多次微分特徴点の位置が前記切痕点に近づき、最終的に前記切痕点に一致して消失する直前の生体波である場合に、前記第２の算出ステップは、前記第２の波形の算出に、前記切痕点を用いる、請求項１２に記載の生体波解析プログラム。
15. 前記特定の多次微分特徴点は、３次微分波の極小点である、請求項９〜１１のいずれかに記載の生体波解析プログラム。
16. 前記特定の多次微分特徴点は、３次微分波の極大点である、請求項９，１２〜１４のいずれかに記載の生体波解析プログラム。

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