JP2750023B2 - 血圧測定装置 - Google Patents

血圧測定装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、血圧測定装置に関す
る。
【0002】
【従来の技術】この装置と方法は血圧測定、しかも非侵
入式の血圧測定を行うためのものである。この場合、
“非侵入式”の概念は、器具を血管に挿入せずに、生き
ている人または動物の体の完全に外側にあるセンサ手段
によって測定を行うことを意味する。
【0003】血圧は現在ほとんどが、Riva-Rocci法に基
づく方法で測定される。このような血圧測定のための公
知の装置は変形可能なマンシェットを備えている。この
マンシェットは中空室を画成する。この中空室は空気を
吐出するために通常はポンプによって形成された圧縮ガ
ス源、出口および圧力測定装置に接続されている。更
に、マンシェット内の圧力の変更時に、すなわちマンシ
ェットから空気を抜くときに、この圧力の二つの値を収
縮期圧力と拡張期圧力に対応させる手段が設けられてい
る。その際、収縮期圧力と拡張期圧力に対応させること
は、動脈を流れるときに血液によって生じる血管音(Ko
rotkoff)に基づいて、あるいは振動計測方法に従って行
われる。公知の新しい血圧測定装置の場合には、圧力測
定装置がマンシェットの中空室に接続された、圧力を電
気的な量に変換するための測定変換器、電子的な回路手
段および収縮期血圧と拡張期血圧をアナログまたはデジ
タルで表示するための表示機構を備えている。血管音に
基づいて収縮期血圧と拡張期血圧を検出するための装置
は聴診器またはマイクロフォンを備えている。この場合
例えば、ドイツ連邦共和国特許出願公開第301419
9号明細書および対応米国特許第4459991号明細
書を参照されたし。血液の拍動流れはマンシェット内に
ある、通常は空気からなるガスの振動を生じる。振動計
測法のための装置の場合には、前記の振動に関連する、
マンシェット内の圧力の揺れを捕らえるよう、圧力測定
変換器と電気的な回路手段が形成されている。
【0004】Riva-Rocci法に従って測定を行う場合に
は、マンシェットは体の部分、例えば上腕または指に固
定され、そして中空室内の空気の圧力が動脈を閉じた部
材で縛ることができるよう、膨らまされる。その後、マ
ンシェットはゆっくり排気される。聴診器またはマイク
ロフォンによって血管音を聞く変形例の場合には、排気
過程でマンシェットの中空室内の圧力の二つの値が、騒
音に基づいて、収縮期血圧または拡張期血圧として確認
され、検出される。その際、血管音の最初の発生の際の
マンシェット内の圧力は、収縮期血圧に対応する。拡張
期血圧は固有の血管音が消えることにより知ることがで
きる。この場合、血液流れによって生じる騒音が小さく
なって鈍くなるか全く消える。振動計測法のこの変形例
の場合には、収縮期血圧と拡張期血圧に対応する、マン
シェット内に含まれる空気の圧力が、次のようにして検
出される。すなわち、血液の脈動流れによって生じるマ
ンシェット圧力の揺れが第1回目に現れるかまたは再び
消えることによって検出される。
【0005】重病患者または重い事故に会った患者およ
びまたは手術したばかりの患者の場合、および他の場合
に、当該患者の血圧を、或る時間、例えば数時間または
数日間、絶えずできるだけ連続的に監視することが必要
であるかまたは望まれる。実際には、このために、Riva
-Rocci法で作動する装置が知られている。この場合、運
転中マンシェットを自動的に周期的に膨らましたり、排
気したりすることができる。この場合、排気のときに、
それぞれ収縮期血圧と拡張期血圧が測定される。しか
し、マンシェットの周期的な膨らましとそれに続く排気
およびその際発生する、マンシェットを備えた部材内で
の血液循環の阻止は、検査する人にとって不快であり、
場合によっては健康に害を及ぼす。膨らまし/排気サイ
クルが多くの場合少なくとも約1分を必要とし、更に、
検査する患者に対する邪魔をできるだけ少なくするため
に、連続する測定の間で休憩しなければならないので、
Riva-Rocci法は実際の連続的な血圧測定をできない。
【0006】刊行物“Possible determinants of pu
lsewave velocity in vivo ”おかだまさひろ著、バ
イオメディカル エンジニアリングのIEEE会報、第35
巻、NO.5 、1988年5 月、第357 〜361 頁は、詳しく説
明する脈波速度を測定するための光プレチスモグラフ方
法を開示している。測定は300〜500nmの波長の
光を使用して、指先端または足指先端で行われる。この
刊行物には、いろいろな他のパラメータおよび変数と脈
波速度との相互関係が記載してある。その中に血圧も含
まれている。この刊行物に従って、脈波速度と収縮期血
圧および拡張期血圧との間の或る相互関係が確認され
る。しかし、このような比較的に小さな相互関係は血圧
の決定を不可能にする。脈波速度が周期的に変化するの
で、特に脈波速度から収縮期血圧および拡張期血圧を検
出することは不可能である。更に、大きな動脈の壁と、
これを外側に対して被覆する組織部分は、300〜50
0nmの波長を有する光を実質的に通さない。従って、
おかだまさひろ著の刊行物から知られている方法は、壁
が薄く、表面に近い血管、従って小さな血管の測定にの
み適しており、大きな血管、従って壁が厚く、検査する
体の部分の表面から比較的に離れた血管を測定するには
適していない。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】本発明の根底をなす課
題は、非侵入式に血圧測定を行う装置を提供することで
ある。この場合、装置は公知の装置の欠点を回避すべき
であり、マンシェットを交互に膨らましたり、排気した
りせずに、特に人または動物の血圧をほぼ連続的に観察
することができ、それにもかかわらず測定精度が良好で
あるべきである。
【0008】
【課題を解決するための手段】次に先ず、血液循環に関
する若干の特性について説明する。血液循環回路は動脈
血管、静脈血管および両血管を互いに接続する毛細脈血
管を備えている。毛細脈血管に直接接続された小さな動
脈血管は、小動脈(細動脈)と呼ばれる。動脈血管は弾
性的に変形可能な壁を備え、少なくとも一部は筋繊維を
備え、およびまたは筋繊維によって取り囲まれている。
この筋繊維は動脈および特に小動脈を異なる強さで圧縮
し、それによって弾力性、流動抵抗および異なる血管へ
の血液分配に影響を与える。心臓は血管を通って血液を
拍動吐出する。血液は流速vで血管を通って流れる。こ
の流速は場所と時間に依存する。簡単化するため、血管
が硬い壁を有すると仮定すると、血液の圧力変化は音速
s で拡がる。この音速の二乗は次式によって表され
る。
【0009】
【数1】 ここで、rhoは血液の密度、Kは圧縮係数である。こ
の圧縮係数は容積弾性係数とも呼ばれ、通常カッパ
(κ)で表される圧縮率の逆数に等しい。
【0010】実際には、動脈血管は硬い壁でなく、既述
のような弾性的に変形可能な壁を有する。動脈血管は拍
動によって生じる血液の衝撃とそれに関連するパルス状
の圧力上昇によって拡がる。この拡がりは動脈血管に沿
って進む。心拍または血液衝撃によって生じる圧力変化
が動脈血管の壁の弾力性の作用を受けて動脈血管に沿っ
て進む速度は、前記の脈波速度cpwを生じる。本“Fueh
er durch dieStroemungslehre ”、Ludwig Prandtl
著、Friedr出版社、Vieweg Sohn、ブラウンシュバイ
ク、1965年、によれば、伝播速度の二乗は、曲げ振
動を無視すると、弾性的に膨張可能な壁を有する管内の
圧力変化に依存し、それによって少なくとも近似的に、
脈波速度の二重は次式によって表される。
【0011】
【数2】 ここで、Eは血管壁の弾性係数、sは血管壁の厚さ、d
は血管の内径である。
【0012】既に引用したおかだまさひろ著の刊行物で
は、脈波速度の二乗は次式によって表される。
【0013】
【数3】 数2の式にcs を使用することにより、数2の式におい
て括弧内を簡単にするため第2の被加数を省略すると、
数3の式は数2の式から生じる。
【0014】血液の流速は既述のように、場所と時間に
依存する。その最大値は動脈血管、特に成人の大きな動
脈内で高々約0.5m/sであり、通常は幾分小さい。
脈波速度は数2と数3の式に従って、動脈の壁の厚さと
直径の比に依存する。この比が心臓から毛細血管へ向か
って増大し、脈波速度が当該血管に所属する筋繊維の弾
性係数と張力に依存するので、脈波速度は動脈血管に沿
って変化し、検査する人や動物の状態にも依存する。動
脈内での典型的な脈波速度は約4〜5m/sである。血
液の主成分である水内の音速は、1500m/sのオー
ダーである。脈波速度cpwは流速vよりも遙かに、少な
くともほぼ10倍程度大きく、音速cs は脈波速度より
も非常に大きい。
【0015】所定の血管内で生じる血圧は心臓の吐出能
力、血管の流動抵抗、瞬間的な流量、血管壁の弾性およ
び血管の粘度に依存する。
【0016】前記の課題は請求項1記載の特徴を有する
装置によって解決される。装置の有利な実施形は、従属
請求項から明らかである。
【0017】本発明者は、二つの異なる量を検出するこ
とによって、血圧を比較的に正確に確かめることができ
ることを発見した。この場合、時間的に脈拍に合わせて
周期的に変化する変数およびまたは脈拍に依存するその
変化を、少なくとも一つの測定範囲で一方の第1の量と
して連続的に検出し、そして脈波速度およびまたはその
変化の大きさを示す量を、他方の第2の量として検出す
る。前述のRiva-Rocci法によって検出された少なくとも
一つの校正値を使用して、両量を互いに結びつけること
により、血圧およびまたはその変化の値の大きさを示す
少なくとも一つの量が求められる。この場合、例えば収
縮期血圧と例えば拡張期血圧およびまたは平均血圧を測
定し、表示することができる。
【0018】装置はセンサ手段を備えている。このセン
サ手段は例えば、体の部分に取り外し可能に固定された
少なくとも1個のセンサを有する。この場合、例えば同
じセンサを2個設けてもよいし、異なるセンサを2個設
けてもよい。周期的に変化する第1の量を測定するため
のセンサは好ましくは、一方の腕または場合によっては
脚に固定される。装置は更に、好ましくは1個の機器ま
たは複数の機器によって形成された表示および監視装置
を備えている。この表示および監視装置は本装置の電子
回路手段の少なくとも一部を含んでいる。
【0019】時間的に脈拍と同期して変化する前記の第
1の量は、血圧と同期して変化する。すなわち血圧に合
わせて変化する。そして、第1の量は、物理的な結びつ
きによっ血圧と相関関係がある。しかし、勿論、血圧と
は異なるものであり、血圧自体によってまたはその変化
によって直接求めることはできない。センサ手段と電子
的回路手段は、測定範囲内の血液の流速およびまたは流
量およびまたは容積と、少なくとも1本の動脈血管の横
断面寸法およびまたは通過横断面積の瞬間的な値および
または脈拍と同期して生じる変化の大きさを示す量を、
第1の量として検出し、電気的な信号によって表すよう
に、形成されている。血管と特に動脈の横断面が通常は
少なくともほぼ円形であるので、前記の横断面寸法は血
管の内径または外径あるいは中間直径によって求めるこ
とができる。そのために、第1の量のための変数は互い
に密に結びついている。単位時間あたりの単位容積の流
量を測定すると、流量は、横断面積にわたって平均化し
た平均の流速と血管の通過横断面積の積に等しい。
【0020】装置は例えば、光波、すなわち単色のコヒ
ーレントな光波または超音波を検査する体部分内に放射
し、血液から、正確に言えば血球から散乱した光波また
は超音波を捕集することにより、第1の量として、流速
およびまたは流量を検出するよう形成されている。その
際、光波または超音波の放射はパルス状に行うことがで
きる。光または超音波の散乱に基づくこの方法の場合に
は、所望に応じて、光または超音波の放射方向に対して
直角およびまたは平行な流速成分または流れ成分を検出
可能である。光または超音波の散乱に基づくこのような
測定の方法はいろいろな種類が知られている。光を使用
する場合には、測定は例えば、光子相互関係、光支持分
光器検査、小斑点干渉またはドプラー効果によって行う
ことができる。これについては例えば刊行物“The eng
ineering uses of coherentoptics”内の“Laser d
oppler anemometry , a comparative study ofth
e measurement of motion by coherent optics”
E.R.Pike著と、ケンブリッジ大学刊“Proceedings and
edited discussion of a conference held at
the University of Strathclyde , Glasgow”8. 197
5 年4 月11日、431 〜457 頁を参照されたい。
【0021】超音波を使用する場合には、測定は類似の
方法、すなわち例えば時間−領域の−相互関係、干渉小
斑点パターンおよびまたはフーリエ変換またはドプラー
効果によって行うことができる。このような測定方法の
若干は例えば、“Proceed-ings zum IEEE Ultrasoni
cs Symposium ”1990年第3 巻中の次の論文に記載され
ている。"An improved blood velocity estimator
optimazed for real-time ultrasound flow appli
cations"M.R.Sturgill、R.H.Love 、B.K.Herres 著第
1467〜1471頁、"Preliminary study into high vel
ocity transverse blood flow measurement " H.F.R
outh、T.L.Pusateri 、D.D.Waters著、第1523〜1526
頁、および "Determination of 2-D velocity vector
s using color Doppler ultrasound" T.Tamura、R.
S.C.Cobbold 、K.W.Johnston 、第1537〜1540頁。更
に、刊行物"A novel method for angleindependent
ultrasonic imaging of bloodflow and tissue
motion" L.N.Bohs 、G.E.Trahey著、バイオメディカル
エンジニアリングのIEEE会報、第38巻、No.3 、1991
年 、第280 〜286 頁参照。
【0022】光波または超音波の散乱に基づくいろいろ
な方法は、著者や機器製作者によって一部が統一されな
い用語で呼ばれている。例えばトプラー効果は、厳密に
言えばおよび古典的な意味では、波拡がり方向に対して
波放射源の平行な速度成分によって周波数のずれを発生
させることであると理解されるが、一部では、放射方向
に対して直角の流速が測定される方法もドプラー効果に
所属する。
【0023】流速およびまたは流量の検出が光によって
行われる場合には、装置が1個以上の光放射器と1個以
上の受光器を備えている。センサは例えば、光放射器と
しての働きをする少なくとも1個のオプトエレクトニク
ス変換器、例えば1個のレーザ発光ダイオード、および
少なくとも1個の受光器としての働きをするオプトエレ
クトロニクス変換器、例えばフォトダイオードまたはフ
ォトトランジスタを備えていてもよい。この変換器は可
撓性の電気ケーブルを介して表示および監視装置の機器
に接続可能である。しかし、少なくとも1個または各々
のオプトエレクロニクス変換器を前記機器内に設け、可
撓性の光導体を介してセンサに接続することができる。
この場合、センサは光放射器およびまたは受光器とし
て、当該の光導体の一端と、例えば光学式伝達要素を含
んでいる。
【0024】光散乱によって流速または流量を測定する
ための装置の有利な実施形の場合には、少なくとも1個
の光放射器によって光が発生し、この光の波長が赤外線
範囲の近くにあり、少なくとも700nm、高々120
0nm、例えば800〜1000nmである。このよう
な光は比較的に厚い組織層および特に大きな動脈の壁を
通過するので、流速およびまたは流量は小さな動脈だけ
でなく、大きな動脈でも測定可能である。
【0025】超音波を使用して流速およびまたは流量を
検出する場合には、センサは少なくとも1個の変換器を
備えている。この変換器は圧電式要素を備え、体の部分
内に超音波パルスを放射するための超音波放射器と、散
乱して戻った超音波を受けるための超音波受信器を形成
している。
【0026】更に、電気的なインピーダンスまたはアド
ミタンスの測定に基づいて、体の部分の測定範囲内にあ
る血液の時間的に変化する容積の大きさおよびまたは測
定範囲内にある少なくとも1本の導管の直径およびまた
は通過横断面積の大きさおよびまたは血液流量の大きさ
を示す第1の量を検出するように、装置を形成すること
ができる。装置は電極を有するセンサ手段を備えること
ができる。この電極は当該の体の部分内にある大きな動
脈に沿って、互いに離して当該の体の部分に取り外し可
能に固定される。その際、電極は体の部分の少なくとも
大部分を例えば完全に取り巻いている。装置は好ましく
は、高周波発生器を備えている。それによって、交流を
発生し、少なくとも2個の電極に供給することができ
る。交流電圧の周波数は例えば30kHz〜3MHzの
範囲内、特に少なくとも70kHz、高々150kH
z、例えば80〜100kHzにある。この測定方法に
関する他の一般的な情報については、刊行物“The mea
surement of peripheralblood flow by the elec
trical inpedance technique”S.N.Mohapatra 、H.M.
Arenson 著、メディカルエンジニアリングおよびテクノ
ロジージャーナルの第3巻、No.3、1979年、第132 〜13
7 頁と、“Digital enhancement of the peripheral
admittance plethysmogram”L.A.Marks 、バイオケ
ミカルエンジニアリングのIEEE論文、BME-34巻、No.3、
1987年第192 〜197 頁を参照されたい。
【0027】血液の流速は少なくとも一つのスプールを
備えたセンサ手段によって誘導的に測定することができ
る。スプールは腕または体の他の部分に取り外し可能に
固定可能で、スプール軸線は大きな導管に対してほぼ直
角に延び、好ましくはこの動脈と少なくともほぼ交叉し
ている。
【0028】更に、第1の量として、大きな動脈の直径
の大きさを示す量を検出することができる。この検出
は、動脈壁で超音波を反射させることによって行われ
る。勿論、直径から、動脈の通過横断面積を求めること
ができる。
【0029】脈波速度およびまたはその時間的な変化を
確かめるために、いろいろな方法がある。センサ手段と
電子的な回路手段は例えば次のように形成可能である。
すなわち、動脈血液の流路に沿って、特に大きな動脈に
沿って互いに離して設けた二つの測定個所または測定範
囲において、脈拍と同期して時間的に変化する第1の
量、すなわち変数を検出し、電気的な信号で表すように
形成可能である。更に、時間差を検出可能である。この
時間差だけ、二つの測定範囲で検出される第1の量、例
えば第1の量の最大値の時間的な経過が互いにずらされ
る。両測定範囲が一定の間隔を有する場合に、脈波速度
は前記時間差に対して逆比例する。第2の量は同様に、
電気信号の形で表され、例えば前記時間差によっておよ
びまたはその逆数によっておよびまたは直接脈波速度に
よって求められる。
【0030】心臓から生じる脈波は心臓から動脈血管に
沿って毛細脈血管まで広がり、そこから多少小さくなっ
た振幅で反射する。既述のように、脈波のこの反射は、
一つの測定範囲で測定された第1の量の時間的な経過か
ら、第2の量を導き出すことを可能にする。この第2の
量は脈波速度の大きさを示す。従って、動脈に沿って心
臓から移動する脈波は一次脈波と呼ばれる。腕や脚の動
脈のような大きな動脈は普通は、それに沿って分配され
た複数の分岐部を介して毛細脈血管に接続されている。
従って、いろいろな毛細脈血管から反射した脈波は前記
の大きな動脈まで戻り、この動脈内で反射した大きな脈
波と重なる。この脈波事態は一次脈波に重ねられ、これ
と干渉する。大きな動脈の所定の測定個所で生じる、一
次脈波と反射脈波の間の位相差は、脈波速度と、反射を
生じる毛細脈血管と測定範囲との距離に依存する。測定
範囲が腕にあると、反射は特に多数の毛細脈血管を組む
手内で行われるので、前記の位相差は手と測定範囲の距
離によって決まる。脚の測定の場合には、脚と測定範囲
の距離が位相差を決める。血圧の時間的な経過を示す曲
線は、すべての周期において収縮期血圧と等しい主の最
大値と、一次脈波と反射脈波との干渉によって生じる、
多少特色のある小さな副次的最大値とを有する。この副
次的最大値は専門用語では、重拍ノッチと呼ばれる。更
に、重拍ノッチはそれぞれ血圧曲線の低下部分内にあ
る。すなわち、収縮期血圧値と次の拡張期血圧値との間
にある。流速と、測定すべき第1の量を形成する他の変
数は、血圧上昇時に大きくなり、血圧低下時に小さくな
る。従って、第1の量と呼ぶ変数の時間的な経過は心拍
の度に、収縮期圧力に対応する主の極値、すなわち主の
最大値と、重拍ノッチに対応する副次極値、すなわち副
次最大値、およびその間にある相対的な中間最小値を有
する。主の極値とこの極値に時間的に隣あう次の副次極
値との間の時間経過または相のずれは、一次脈波と反射
脈波の間の位相差と、脈波速度に依存する。従って、セ
ンサ手段と回路手段は、測定範囲において、第1の量と
して検出された変数の時間的な経過から、第2の量とし
て、主の極値と隣の次の極値、すなわち副次最大値また
は場合によっては中間最小値との間の時間差およびまた
は位相角度差が求められ、電気信号の形で示されるよう
に形成されている。
【0031】脈波速度を検出するための他の例では、セ
ンサ手段と電子的な回路手段が次のように形成されてい
る。すなわち、測定範囲で、第1の量と呼ぶ変数と、電
気式心拍記録器と同様に、心筋の少なくとも一つの電流
が検出され、いわゆる心拍曲線のR−山状部が検出され
るように形成されている。この場合、心筋の収縮と、心
臓からの血液の吐出が行われる。既に述べたように、流
速と第1の量をなすその他の変数が、脈拍周期のとき
に、収縮期血圧と同じ時点で生じる最大値を有する。従
って、装置は、各脈拍周期に設けられた曲線の所定の個
所の間の時間差を検出するように形成されている。この
時間差は心筋電流の時間的な経過と、第1の量として測
定した変数を示す。その際例えば、心筋電流曲線のR−
山状部と、脈周期の間第1の量が最大値を取る時点との
間の時間差が検出可能である。この時間差またはその変
化およびまたはこの時間差や変化と関連する量は、第2
の量として役立ち、この量は脈波速度またはその変化の
大きさを示す。
【0032】
【実施例】次に、図に示した実施例に基づいて本発明の
対象物を詳しく説明する。
【0033】図1には、体の部分1、すなわち生きてい
る人間の体の腕1が示してある。一部を概略的にかつ簡
略化して図2に示した腕1は、血管を有する。この血管
には、腕全体にわたって延びる大きな動脈3が含まれ
る。この動脈のうち、前腕内にある動脈の一部が半径方
向に図示され、血液の拍動によって生じる全身する拡が
り部3aを有する。動脈3はそれに沿って分配および分
岐された小さな動脈4と細動脈(小動脈)5によって、
毛細血管6の端部に接続されている。その際特に、体の
表面の近くで皮膚の中およびまたは下において皮膚に対
して少なくともほぼ平行に延びる多数の小動脈が存在す
る。小動脈5とつながっていない毛細血管6の端部は、
小静脈7を介して大きな静脈8に接続されている。
【0034】図1と図2に示した装置11は血圧測定と
脈拍数測定の働きをし、腕1すなわち前腕の外側に設け
られたセンサ手段13を備えている。このセンサ手段は
腕1に取り外し可能に取付けられたホルダー15を有す
る。このホルダーは細長くて、小さな板状または帯片状
のホルダー本体17を備えている。このホルダー本体は
例えば少しだけ可撓性があり、電気絶縁性の合成樹脂か
らなっている。ホルダー本体の長手方向は腕の長手方向
とほぼ平行であり、その一方の面が腕に接触している。
ホルダー15の取り外し可能な固定は例えば、図示して
いない取り外し可能な接着連結手段によって行うことが
できる。この接着連結手段は例えば、腕1とホルダー本
体17の間に配置され、両側が接着する接着テープ、お
よびまたはホルダー15の外側でホルダーと腕い接着さ
れた少なくとも一つの接着テープを備えている。ホルダ
ー15は接着連結手段の代わりに、腕1を取り囲むマン
シェットを備えていてもよい。このマンシェットはマジ
ックテープ(ベルクロ:商標名)または他の止め具を備
えている。
【0035】ホルダー15は第1のセンサ21と第2の
センサ23を保持している。両センサ21,23は腕1
と動脈3の長手方向において互いに間隔をおいて設けら
れ、例えばホルダー本体17に取り外し可能にまたは取
り外し不能に固定、例えばしっかりと接着されている。
各センサ21,23は例えばほぼ円筒状のケーシング2
5を備えている。このケーシングの中には、少なくとも
一つの光放射器(送光器)27と少なくとも一つの受光
器29が配置されている。両センサの光放射器27と受
光器29はそれぞれ一つのオプトエレクトロニクス変換
器、すなわちレーザ発光ダイオードまたはフォトダイオ
ードを備えている。光放射器のレーザ発光ダイオードは
運転中、コヒーレントな単色を光を発生する。この光の
波長は780〜820nmであり、例えばほぼ810n
mである。既述のように、近赤外線の範囲にあるこのよ
うな光は、腕の中の組織や、腕1内のすべての動脈、特
に大きな動脈3の壁を通過する。両センサ21,23の
光放射器27は次のように配置されている。その放射中
心軸線、すなわち光放射器から腕1内に放射された光波
の束の中心軸線が、腕1の表面、腕の長手方向および動
脈3に対してほぼ直角に延びるように配置されている。
受光器29は同様に、腕1の表面に対してほぼ直角方向
に腕から出る光を受光できるように配置されている。セ
ンサ21,23は例えば、英国のデボンのMoor Instru
mentsLtd. によってMBF3Dの名称で製作販売されて
いる二管路型血流モニタのような、各々一つの光放射器
と受光器を備えたセンサによって形成可能である。その
際、センサ21,23は、放射中心軸線が大きな動脈3
と交叉するようあるいは交叉しないように配置可能であ
る。
【0036】図2においてaで示した、両センサ21,
23相互の間隔は好ましくは、少なくとも3cmであ
る。特に、光放射器が大きな動脈3の方へ向いていない
ときには、間隔aが比較的に大きく、例えば少なくとも
6cmかほぼ6cmであると有利である。図1の両セン
サが前腕に設けられているときには、間隔aは例えば約
10cm以下であるかまたは約15cm以下である。し
かし、一方のセンサを上腕に、そして他方のセンサを前
腕に固定してもよい。この場合、伸ばした腕に沿った間
隔は、前記の値よりも大きくすることができる。2個の
センサ21,23は例えば直径が約7mmで、軸方向の
長さが5mmである。センサ手段13は必要スペースが
狭く、軽量であり、そしてRiva−Rocciの方法で作動す
る装置と異なり、膨らませたり空気を抜いたりしなけれ
ばならないマンシェットを備えていない。更に、後述す
る測定時に、変形およびまたは動かさなければならない
部品を備えていない。従って、センサ手段はそれを取付
ける患者をあまり不快にさせない。
【0037】センサ手段13の両センサ21,23は電
気ケーブル35によって表示および監視装置41に導電
的に接続されている。この表示および監視装置は検査を
する人から離して、例えばテーブルやベッド台のブラケ
ットに設けられている。表示および監視装置は一つのケ
ーシングを有する1個の機器を備えているが、分離した
ケーシングを有する複数の機器によって形成してもよ
い。装置41は図2に記入したブロック線図を有する、
ケーシング内およびまたはケーシング上に設けられた電
子回路手段43、いろいろな測定値をデジタルおよびま
たはアナログで表示するための少なくとも1個の表示装
置45、および手動操作可能で、例えば押圧およびまた
は回転およびまたは傾動可能な切換およびまたは操作機
構47を備えている。更に、少なくとも一つの光学式ア
ラーム信号発信器53を備えた警報装置51が設けられ
ている。この発信器は発光ダイオードおよびまたは小型
ランプからなっている。警報装置51は更に、少なくと
も1個の音響信号発信器を備えていてもよく、およびま
たはこのような発信器に電気的に接続されていてもよ
い。機器が病院で使用される場合には更に、複数の機器
の装置41が導電体を介してまたは無線で、アラーム信
号や場合によっては測定値を、中央の監視および警報装
置に伝達可能である。この監視および警報装置は光学式
およびまたは音響式アラーム信号発信器を備えている。
【0038】電子的な回路手段43は、両センサ21,
23の光放射器27と受光器29のオプトエレクトロニ
クス変換器に導電的に接続された記憶および検出装置6
1を備えている。この記憶および検出装置は、例えば連
続パルス(パルス列)からなる少なくとも一つの励起電
圧を発生し、かつ光放射器27に供給するために、例え
ばパルス発生器によって形成された少なくとも一つの励
起電圧源を備えている。従って、この光は例えば光パル
スは腕内に放射される。装置を使用する場合には、腕1
を流れる動脈血の血球から反射した光、正確に言えば血
球から散乱して戻った光が、受光器29に達する。この
受光器の変換器はこの光を電気的な信号に変換する。記
憶および検出装置61は更に、散乱して戻った光に基づ
いて、両センサ21,23による腕1の測定範囲内で拍
動する動脈血の流速を検出するために、他の回路手段を
備えている。その際、装置61は、血液の前記流速の瞬
間値の大きさをアナログまたはデジタルで示す電気な信
号または値を発生することができる。供給および検出装
置61は、従来技術の欄で引用した文献で、流れ方向に
対して横方向に向けられた光放射器について記載されて
いることと同じようにまたは類似して、流速を検出する
ことができる。装置61は更に、例えばMoor In
struments Ltd.からMBF3Dの名称で
手に入れることができる既述の二管路型血流モニタの回
路と同じにまたは類似するように形成可能である。
【0039】表示および監視装置は電子的な回路手段を
備えた校正値入力装置(標準値入力装置)63を備えて
いる。この回路手段は手動操作可能な操作機構47の少
なくとも一つに接続されている。
【0040】供給および検出装置61は評価装置65に
接続され、測定時に両センサ21,23での流速の程度
を示す前記の電気的な信号または値をこの評価装置に供
給する。標準値入力装置63は同様に、評価装置65に
接続されている。それによって、校正(目盛り定め)時
に、アナログまたはデジタルの電気的な信号または値に
よって示された標準値がこの評価装置に供給される。評
価装置65は好ましくは、マイクロプロセッサ、デジタ
ルで示したデータを記憶するための少なくとも一つの記
憶装置、および必要な場合にはアナログ/デジタル変換
器またはデジタル/アナログ変換器を備えている。評価
装置65の出力部は表示装置45および警報装置51に
接続されている。図2のブロック線図では、電子回路手
段43が三つの機能的なブロック、すなわち装置61,
63,65に分割され、例えばこのブロックまたは装置
の或る部分が一つの同一の統合回路によっておよびまた
は一つの同一のマイクロプロセッサによって形成可能で
ある。
【0041】若干の測定について詳しく説明する。既に
述べたように、装置の運転時に、動脈血の血球から反射
または散乱して戻った光は、両センサ21,23の受光
器29に達する。その際、動脈血から反射した光に加え
て、静脈血または組織部分または腕1の他の構成要素か
ら散乱した光も、受光器に達する。しかし、受光器に達
した光のうち、拍動する動脈血から散乱した光だけが脈
の拍子に合わせて時間的に変化するので、供給および検
出装置61は拍動する光成分を濾過するかまたは他の方
法で認識し、そして動脈血の流速を検出する。
【0042】冒頭で既に検討したように、血液の間歇的
な吐出は周期的におよび拍動と同期して、時間的な血圧
変化を生じる。この血圧変化は脈波速度で拡がる。心拍
によって生じる圧力最大値は流速の最大値と関係があ
り、動脈3内で既述の拡がり部3aを生じる。この拡が
り部は脈波速度cpwで、血液の流れ方向に動脈3に沿っ
て前進する。血液の流れ方向と圧力変化や拡がり部3a
の拡大方向は、図2において矢印で示してある。拡がり
部または正確に言えばその最大部は先ず第1のセンサ2
1を通過し、そして通過時間Ta の後で第1センサから
距離aだけ離れた第2のセンサ23を通過する。従っ
て、両センサにおいて動脈に発生する流速の最大値は、
通過時間Ta だけ時間的に互いにずれる。両センサは前
述のように、その光放射器から発生した光線の束が大き
な動脈と交叉するように配置されている。このように配
置されると、動脈を流れる血液から反射した光が受光器
に達することができる。このような場合、動脈3を流れ
る血液の流速を直接検出することができる。このような
前提のもとで、および両センサ21,23の間の動脈3
の区間が、腕に接触する両センサの面の中心の接続直線
に対して平行に延びるという前提のもとで、脈波速度は
次式に従って計算可能である。
【0043】
【数4】 実際は、動脈3は、センサを結ぶ前述の接続直線に対し
て正確に平行ではない。しかし、脈波速度は依然として
通過時間Ta に対して逆比例する。
【0044】既述のように、腕1の中に放射される光線
の束が大きな動脈3でなく、小さな動脈血管、特に腕の
表面に対して多少平行な小動脈5と交叉するように、セ
ンサを配置することができる。この小動脈が比較的に短
くて細い動脈4によって大きな動脈3に接続されている
ので、小動脈5内の脈波の時間的な経過は、センサを配
置した測定範囲を含む大きな動脈3の区間内の脈波の時
間的な経過に対して比較的に少しだけずれる。少なくと
も、両センサの測定範囲内にある小動脈が動脈3に沿っ
て互いに間隔をおいて設けられた分岐部のところでこの
動脈に接続されるような大きさに間隔aが選択される
と、脈波速度は同様に少なくともほぼ、数4の式によっ
て決まり、いかなる場合でも通過時間Ta の逆数に対し
て比例する。
【0045】供給および検出装置61から評価回路65
に供給された信号の両連続体から、通過時間Ta を算出
し、脈波速度の大きさを示す電気的な特にデジタルの信
号を生じるよう、評価回路65が形成されている。すな
わち、両センサによって検出された測定値から、二つの
量の相対値が算出され、電気的な信号で示される。この
信号のうち一方は、両センサ21,23の一方での流速
の大きさを示し、他方は動脈3内の脈波速度の大きさを
示す。流速が脈に合わせて変化するので、電子的な回路
手段43は脈拍数も検出する。更に、振幅値または拍動
性の流速の時間的な平均値を検出し、電気的な信号で表
すように、回路手段を形成することができる。更に、回
路手段は例えば両センサで測定された振幅値の平均値ま
たは流速の時間的な平均値を求めることができる。
【0046】血圧の連続的な測定を行うために、装置1
1は、一時的にのみおよび測定時間全体と比較して短い
時間の間だけ使用される、図1において一点鎖線で示し
た付加的な校正−測定装置71によって、校正される。
この校正−測定装置は膨らまし可能なマンシェット73
と、このマンシェットに接続された測定機器75とを備
え、Riva−Rocciの方法で血圧を測定するよう
形成されている。校正のために、マンシェット73は腕
1にセンサ手段13を固定した後、一時的に体の一部、
しかも他方の腕2の上腕に取付けられる。その際、マン
シェット73とセンサ手段13は好ましくは同じ血流路
に沿って配置されない。なぜなら、マンシェットによる
血流の絞断と、マンシェットを取り外した後或る時間の
間存在する絞断の後作用が測定エラーを生じ得るからで
ある。そして、切換およびまたは操作機構47によっ
て、装置11の表示および監視装置41は校正モード、
すなわち校正のための運転態様にもたらされる。同時に
付加的な校正−測定装置71によりRiva−Rocc
iの方法で、冒頭に述べた方式で、収縮期血圧ps と拡
張期血圧pd の値と、場合によっては血圧の中間値が測
定される。校正−測定装置によって検出された校正値
(標準値)は、切換およびまたは操作機構47の少なく
とも一つによって校正値入力装置63を介して評価装置
65に手動で入力される。しかし、表示および監視装置
41と校正−測定装置71を次のよいうに形成してもよ
い。すなわち、校正時に、この両装置41,71を、ケ
ーブルや差し込み継手を介して一時的に互いに連結する
ことができるように形成してもよい。この場合更に、校
正−測定装置71は装置11の校正のために必要な校正
値の少なくとも一部を電気的な信号の形で自動的に装置
41に供給することができる。装置11が一方または他
方の方法で校正されると、校正−測定装置71のマンシ
ェット73は腕1から再び取り外すことができる。一
方、センサ手段13は測定時間の終わりまで腕1に固定
されたままである。
【0047】測定が長い時間、例えば数日にわたる場合
には、装置11は校正−測定装置71によってときど
き、例えば毎日一回、新たに校正することができる。
【0048】測定した値から、流速と脈波速度および血
圧の校正値をどのようにして検出し得るかについて説明
する。そのために先ず、測定される血管が強い壁を有す
る円筒状管からなると仮定する。単位時間当たりの単位
容積で測定した、硬い壁を有し、内径がrで長さがLの
管を通る流量Qは、層流の場合には、Hagen-Poiseui-ll
e の法則に従って、次式によって求められる。
【0049】
【数5】 その際、pL は長さLの短管にわたって存在する圧力et
a は動的な粘性係数を表す。
【0050】数5の式で等号の両辺の大きさが、予め硬
い壁を有する管と見なした血管の内部横断面積または通
過横断面積Fによって割られると、流速について次の式
が生じる。
【0051】
【数6】 血管が硬い壁を有するという簡単化した仮定の下では、
瞬間的な血圧pは圧力差pL に比例し、数5と数6の式
に従って瞬間的な流量Qと瞬間的な流速vに比例する。
前記の仮定と、測定時の血液の粘性は一定であるという
仮定の下では、流速vと血圧pの関係は次式によって表
される。
【0052】
【数7】 ここで、kv は定数である。血管の壁が仮定に従って硬
ければ、r2 も一定である。よって同様に一定である商
v /r2 は校正時に求めることができる。血圧を求め
るためには、流速vを測定し、数7の式に従って前記商
に掛け算するだけでよい。
【0053】しかし、前述のように、動脈の血管の壁が
実際には弾性的に膨張可能であるので、圧力上昇時に
は、血液の流速に加えて、血管の内径rと通過横断面積
が増大する。
【0054】血管を、弾性的に膨張可能な壁を有する管
であると解すると、外周と直径の相対的な膨張epsi
lonは次式によって表される。
【0055】
【数8】 ここで、muは血管の壁の横方向収縮係数であり、Dは
血管の外径である。
【0056】すなわち、血管の膨張は血圧pと弾性係数
Eの間の関係に依存する。勿論、それとは逆に、膨張お
よび血圧は弾性係数に依存する。例えば、心臓の搬送出
力が一定である場合、膨張が小さいと、血圧が増大す
る。血管壁の内径rと弾性係数Eは、測定される血管の
種類、検査すべき人の個々の解剖学的な特徴、および血
管の生理学的状態に依存する。例えば、弾性係数は若い
スポーツマンの場合には動脈硬化症の年寄りの人よりも
小さい。更に、内径およびまたは弾性係数は測定時間中
比較的に迅速に変化し得る。このような変化は例えば、
動脈の壁に属する筋繊維の張力の変化によって生じ得
る。動脈の血管の筋繊維の張力は例えば、消化のため
に、血流の大部分が一時的に消化器に導かれるかあるい
は皮膚の血色が周囲温度の変化に適合するため変化する
ときに、変化し得る。更に、上記の筋繊維の張力は検査
する人の行動や気分によって影響を受ける。しかし、血
管の壁の弾性係数Eは数2または数3の式に従って、脈
波速度cpwと関係がある。従って、脈波速度またはそれ
から導き出される値は、弾性係数の相対的な値の大きさ
を表す。
【0057】vが変化すると、数7の式のr2 は実際は
前記の仮定と異なり、一定ではなく、同様に変化する。
流速vに加えて測定される脈波速度cpwが数2または数
3の式に従って弾性係数Eの大きさを表すので、評価装
置65によって測定値vとc pwを評価する際に、弾力性
の影響を考慮することができる。
【0058】比較測定が行われる。この場合、本発明の
装置によって流速vと脈波速度cpwが、そしてRiva-Roc
ciの方法による校正−測定装置71によって血圧が同時
に測定される。この比較測定では、脈波速度cpwが一定
の場合、血圧pと流速vおよび流量Qの間の非常に緊密
な相互関係がある。これに対して、脈波速度が変化する
と、血圧と流速の関係も変化する。
【0059】脈波速度が一定である場合には、vの値に
pの値が一義的に対応する。脈波速度が変化すると、こ
れはvとpの間の関係の変更を生じる。しかしその際、
脈波速度の値が変わらないでそのままの場合には、vと
pの間に一義的な関係が生じる。
【0060】既に述べたように、評価回路65は、励起
−および検出回路61から電気的信号の形で供給される
測定値から、両センサ21,23での瞬間的な流速およ
びまたは流量の大きさを示す値と、脈波速度のための相
対的値を計算することができる。更に、必要な場合に
は、脈波速度のための測定時に検出される測定値から、
弾性係数の大きさを示す量を計算で求めることができ
る。入力された校正値から求められた値と、両測定量の
値、すなわち流速およびまたは流量の値と脈波速度の値
が、前記の方法で次のように互いに関連するように、評
価装置65が形成されている。すなわち、量が求めら
れ、電気的信号で示されるよう互いに関連するように、
形成されている。この量は、少なくとも血圧の特性値の
大きさ、すなわち非常に重要な収縮期血圧ps のための
大きさを表す。更に、評価装置65は例えば、脈拍の周
期にわたって時間的に平均した平均血圧( pの平均値)
の大きさおよびまたは拡張期の血圧pd の大きさを表す
電気信号を発生する。更に、評価装置65は特に、脈拍
数fを示す電気信号を発生する。
【0061】評価装置65は流速と脈波速度からいろい
ろな方法で血圧を検出することができる。その若干の例
について説明する。血圧pは例えば次式によって表され
る。
【0062】
【数9】 ここで、k1 とp1 はそれぞれ定数であり、f1 (v,
pw)は変数vとcpwに依存する関数である。この場
合、“関数”の概念は非常に一般的に理解され、任意の
形で定められた相関規則を含む。この規則は、独立した
変数v,cpwの関連のない値または値範囲の対に、それ
ぞれ一つの関数値を対応させる。例えば、上記の比較測
定に基づいて、所定の測定範囲内にある変数v,cpw
値または値範囲に関数f1 を対応させる表を作ることが
できる。この表は装置の製作時または製作後、評価装置
の記憶装置、例えばROM記憶装置に記憶させることが
でき、その後実施されるすべての測定のために使用され
る。
【0063】校正のために短い時間しか必要としないの
で、校正の間、脈波速度は通常は一定である。従って、
校正時に一方では校正−測定装置71によって収縮期と
拡張期の血圧を測定し、他方では本発明による装置11
によって少なくともほぼ同時に、例えば同じ心拍時に、
脈波速度の存在時にこの二つの血圧値に対応する流速v
の値を測定することができる。校正−測定装置71によ
って測定された血圧値は、校正値入力装置63によって
評価装置65に供給可能である。この評価装置は二つの
定数k1 ,p1 を決め、そして次の校正まで、消し得る
記憶装置に記憶させる。評価装置は更に、測定時に測定
されたv,cpwを、記憶された表に基づいて、関数f1
(v,cpw)の値に対応させ、この値から数9の式に従
って血圧の瞬間値を計算することができるように形成お
よびまたはプログラミング可能である。 更に、関数f
1 (v,cpw)は良好な近似法で二つの関数g1 (v)
とh1 (cpw)の積に分割可能であることが判った。こ
の関数のうち、第1の関数はvだけに依存し、第2の関
数はcpwだけに依存する。すなわち、血圧は次式によっ
て近似的に表すことができる。
【0064】
【数10】 従って、比較測定の際に二つの変数に依存する関数f1
の値を算出して記憶する代わりに、比較測定時に両関数
1 (v)とh1 (cpw)の値をvとcpwのいろいろな
値について決定し、表の形で記憶することができる。測
定を行う際に、評価装置はvとcpwの測定値に対応する
関数g1 (v)またはh1 (cpw)の値を記憶した表か
ら呼び出し、数9の式に従って血圧pを算出する。
【0065】更に、比較測定で算出したデータから、数
学的近似法によって、すなわち平衡または後退計算によ
って、“具体的な”関数を導き出すことができる。この
関数は予め概略的に定義した関数f1 または関数g1
1 の少なくとも一方である。この場合、“具体的な”
関数とは、例えばべき級数のように関数値を計算するた
めの計算規則を示す。評価装置のマイクロプロセッサ
は、vおよびまたはcpwの測定値から、前記の計算規則
によって、当該の関数の値を計算することができるよう
に、プログラミングされている。数10の式に基づく評
価が行われると、両関数g1 ,h1 の値が計算規則に従
って計算されるかまたは両関数g1 ,h1 の一方の値が
記憶された表から呼び出され、他方の関数の値だけが計
算規則に従って計算される。既述のように、血管が強い
を壁を有する場合には、pはvに比例する。従って、場
合によっては、関数f1 (v)の値として、変数vの値
を使用し、数10の式でf1 (v)をvによって置き換
えることができる。
【0066】更に、理論に基づいて、あるいは理論的な
導き出しと比較測定の結果の組合せによって、校正によ
って決まる二つの定数を有する他の具体的な式を導き出
すことができる。勿論、血圧pと変数v,cpwの関係
を、数10と数11の式の代わりに、校正によって検出
される定数を一つだけ含む式によって表すことができ
る。
【0067】既述のように、校正時に、収縮期と拡張期
の血圧の値に加えて、この血圧値の間にある少なくとも
一つの中間値を測定し、校正値として使用することがで
きる。更に、装置11により、この血圧中間値またはす
べての血圧中間値に対応する流速vの値を測定すること
ができる。これは、校正によって決めることができる三
つ異常の定数を含む式によって、血圧pと測定した可変
量v,cpwとの関係を表すことができる。
【0068】ここで、評価回路は拡張期の血圧を校正値
から“直接的に”、あるいは場合によって検出される平
均血圧から“間接的に”算出することができる。すなわ
ち、脈周期にわたって時間的に平均化された平均血圧は
収縮期の血圧ps と拡張期の血圧pd と関係がある。実
験に基づく考察では、この関係を次式によって表すこと
ができる。
【0069】
【数11】 この式を変形することにより、拡張期の血圧について次
式が当てはまる。
【0070】
【数12】 この両式において、kは測定範囲として選択された体の
範囲に依存し、少なくともほぼ時間的に一定である数で
ある。この数は中央の動脈血管、すなわち流路に沿って
心臓のところにある動脈血管については、約2の値であ
り、周辺の動脈血管、すなわち流路に沿って心臓から比
較的に離れている動脈血管については約3の値である。
腕の大きな動脈3について、kは2と3の間の値である
が、2に近い値である。
【0071】間接的な方法の場合には先ず、平均の血圧
と収縮期の血圧psが検出される。その後、この平均の
血圧と収縮期の血圧ps から、数12の式によって拡張
期の血圧が計算される。数11と数12の式に含まれる
数kは例えば、選択した測定個所に依存して、手動で入
力されるかまたは場合によっては入力した血圧校正値と
校正モードで装置11によって検出された測定値とか
ら、評価装置65によって自動的に決定される。拡張期
の血圧の“間接的な”検出は例えば場合によっては、拡
張期の血圧の測定値の不正を、零点移動によって低減す
るために有利である。
【0072】数5と数6の式では、流量と圧力の関係
が、強い壁の管を通る流れのときに、ひいては血管を通
る流れの場合に、粘性に依存する。しかし、血液の粘性
率は通常は時間的に少しだけゆっくりと変化する。例え
ば装置が毎日一度校正されると、粘性率は相前後する校
正の間の測定インターバルでは、実質的に一定である。
しかし、粘性率は場合によっては医学的な処置によって
変えることができる。このような処置を行う場合には、
装置はこのような処置を行う度毎に新しく校正される。
装置は更に、粘性の程度と、例えば既述の動的粘性率の
相対値etaおよびまたは運動粘性率nuの程度を示す
量を検出するよう形成することができる。
【0073】測定時に、表示装置45は収縮期血圧
s 、平均血圧およびまたは拡張期の血圧pd の検出値
および脈拍数fと場合によっては他の値を表示する。こ
こで、装置11は血圧のいろいろな値と、場合によって
は脈拍数の値を、心拍または脈拍の度に新たに検出し、
表示することができる。しかし、装置11はその代わり
に、ps 、pの平均値、pd の値を、心拍または脈拍に
関して時間的に平均化し、そして時間的に平均化したこ
の値を表示することができる。表示装置45は複数の
値、例えばps 、pの平均値、pd 、fを同時に連続し
て表示するよう形成することができる。しかし、表示装
置は表示可能ないろいろな値またはこの値の一部を交互
に表示するようにしてもよい。この場合例えば、少なく
とも一つの切換およびまたは操作機構を操作することに
よって、複数の値のどの値を表示するかを選択すること
ができる。
【0074】切換およびまたは操作機構47は少なくと
も一つの限界値を調節することができる。装置11は例
えば、操作人が収縮期血圧と脈拍数の少なくとも一つの
下側と上側限界値を入力できるように形成可能である。
装置11の評価装置65は測定時に、連続して新しく検
出したps とfの値を、所定の限界値と比較し、限界値
を上回るときにまたは下回るときに、対応する電気信号
を発生し、そして警報装置51および場合によって付加
的に設けられた中央の監視および警報装置に供給するこ
とができる。当該の限界値を上回ることとあるいは下回
ることは、付設の警報装置51の光学式アラーム信号発
信器53と光学式およびまたは音響式アラーム信号発信
器によって信号化される。更に、血圧と脈拍数のための
検出される値は記憶およびまたは記録される。
【0075】図3には、大きな動脈103を有する肢1
01が示してある。この動脈は拍動して流れる血液によ
って生じる、脈波速度と共に前進する拡がり部103a
を有する。図3において肢101の外側に設けられたセ
ンサ手段113は、肢101に取り外し可能に固定され
たホルダー115、第1のセンサ121および第2のセ
ンサ123を備えている。この両センサ121,123
はセンサ21または23と類似して、肢に沿って互いに
ずらして設けられている。しかし、オプトエレクトロニ
クス変換器の代わりに、それぞれ少なくとも一つの超音
波変換器125を備えている。ホルダー115は腕10
1の長手方向に対して直角の切断面で、腕に接触する側
が、平らで真っ直ぐであるかやや曲がっている。更に、
ホルダーは場合によっては少しだけ可撓性であってもよ
い。それによって、腕101の表面に良好に接触するこ
とができる。各超音波変換器125は少なくとも一つの
圧電式要素を備え、そして次のように形成されている。
すなわち、超音波の放射器および受信器としての働きを
し、電気的な信号、すなわち電圧パルスを超音波に変換
し、散乱して戻った超音波を電気的信号に変換すること
ができるように形成されている。変換器と、図3におい
て両方向矢印で示したその放射/受信の主方向およびま
たは中心軸線は、腕101と動脈103の長手方向に対
してほぼ直角である。圧電式要素の腕101側と腕の表
面との間には、超音波伝導体127が設けられている。
この伝導体は例えばポリエチレングリコール製のゲル状
物質からなっている。
【0076】センサ121,123の超音波変換器12
5は、図示していない表示および監視装置の電子的な回
路手段の供給および検出装置に導電的に接続されてい
る。供給および検出装置は、超音波変換器が超音波をパ
ルス状に腕の中に放射し、連続するパルスの間で反射ま
たは散乱して戻った超音波を受信するように形成されて
いる。変換器は、それから発生した超音波の束が動脈1
03と交叉するように腕101に設けられている。大き
な動脈103に侵入する超音波は、動脈103を通って
流れる血液から少なくとも一部が散乱およびまたは反射
する。図示していない表示および監視装置の電子的な回
路手段は次のように形成されている。すなわち、散乱し
て戻った超音波を受信するときにセンサ121,123
によって発生した電気信号から、血液の流速の程度を示
す量生じるように、形成されている。その際、流速の測
定は例えば、冒頭で引用した文献から知られている、流
れ方向に対して横方向の超音波の束のために使用される
方法と同じかまたは類似の方法で行うことができる。
【0077】センサ手段113を備えた装置の残りの部
分は、装置11について述べたことと同じように形成さ
れ、同じような機能を有する。
【0078】図4には、大きな動脈203を有する腕2
01が示してある。この動脈は前進する拡がり部203
aを有する。図4に示したセンサ手段213は、腕に取
り外し可能に固定されたホルダー215を備えている。
このホルダーには2個のセンサ121,123が固定さ
れている。このセンサはそれぞれ、圧電式要素を有する
少なくとも一つの超音波変換器125を備え、超音波を
パルス状に放射するための超音波放射器および超音波受
信器としての働きをする。超音波変換器225は超音波
変換器125と異なり、その放射/受信−主方向および
または中心軸線が、腕201と大きな動脈203の長手
方向に対して傾斜するように配置されている。それによ
り、大きな動脈203を流れる血液の流れ方向に対して
平行な構成部品を有する。腕201と、変換器225の
腕側または端部の間に、超音波伝導体227が設けられ
ている。この伝導体はポリエチレングリコールで作るこ
とができる。
【0079】センサは図示していない表示および監視装
置に接続されている。この表示および監視装置の電子的
な回路手段は、ドプラー効果に基づいて流速を検出でき
るように形成されている。
【0080】血液の粘性は特に、血液の単位容積に含ま
れる赤血球および場合によっては白血球の数、大きさお
よび構造によって決まる。光波と超音波は血液内で特に
その血球によって散乱する。光と超音波の散乱から、動
的粘性率およびまたは運動粘性率の程度およびまたはそ
の時間的な変更の程度を示す量を導き出すことができ
る。従って、散乱した光または超音波を捕らえるための
装置は既述のように、散乱に基づいて、血液の粘性また
は少なくともその変更の程度を示す量を検出するための
手段を備え、かつ検出できるように形成されている。
【0081】図5と図7には、大きな動脈303を備え
た腕301が示してある。同様に図5に示してある装置
311は、電気的なインピーダンスまたはアドミタンス
を検出することによって血圧を測定するよう形成されて
いる。装置311は腕301に取り外し可能に固定され
た2個のセンサ321,323を有するセンサ手段31
3を備えている。このセンサは腕に沿って互いに離して
設けられている。その際、例えば、一方の第1のセンサ
321は上腕に固定され、他方の第2のセンサ323は
下腕に固定されている。図6と図7には両センサの一つ
が示してある。両センサはそれぞれマンシェット325
を備えている。このマンシェットは可撓性および導電性
を有し、場合によっては少し弾力性がある帯327を備
えている。この帯327は使用時に腕の方のその側に、
4個の接触電極329を備えている。この接触電極は可
撓性および導電性を有し、間隔をおいて並べて帯長手方
向に平行に延びる金属フィルム帯片からなっている。帯
327にはマジックテープ(ベルクロ:商標名)33
1,333が固定されている。測定を行うために、各セ
ンサのマンシェット325は腕301の周りに巻き付け
られ、接触電極329がこの腕に接触し、腕を完全に取
り囲む。その際、マンシェットはオーバーラップするそ
の端部分でマジックテープ331,333によって固定
されている。
【0082】表示および監視装置341は電子的な回路
手段343を備えている。各接触電極329はケーブル
の導体によって、回路手段343に所属する供給および
検出装置361に接続されている。この供給および検出
装置は80kHz〜100kHzの周波数の供給電圧ま
たは供給電流を発生し、両センサの最も外側の両電極に
供給するために1個または2個のジェネレータを備えて
いる。ジェネレータは各センサにおいて一定の振幅の電
流を腕301に供給できるように形成されている。供給
および検出装置361は更に、各センサの内側の両電極
の間から取出すことができる電圧から、各センサで電気
的なインピーダンスまたはアドミタンスを検出できるよ
うに形成されている。装置361は更に、時間的に脈拍
に合わせて変化するインピーダンスまたはアドミタンス
から、容量の程度を示す少なくとも一つの第1の量を求
めることができる。血管内の血液の容積はその通過横断
面積に比例し、血管の内径の2乗に比例する。血流の脈
動の際に、特に大きな血管の直径、容積および通過横断
面積が変化する。すなわち、上腕の動脈、トウ骨の動脈
および前腕の尺骨の幾分小さな動脈の直径、容積および
通過横断面積が変化する。インピーダンスとアドミタン
スの測定は、測定範囲にある少なくとも一つの動脈の通
過横断面積と内径の大きさを示す。装置341の電子的
な回路手段は更に、アナログまたはデジタルの形態で電
気的に行われる、導関数の最初の微分によって、時間の
後の容積を求めることができるように形成されている。
量測定範囲のための導関数または微分商は、両センサが
捕らえる腕範囲の動脈血管の流量の程度を示す。装置3
11は二つの測定範囲において、第1の量を検出するこ
とを可能にする。この量は、血液の容積およびまたは流
量およびまたは少なくとも一つの血管の通過横断面積お
よびまたは内径の相対的な大きさを示す。この測定方法
の他の一般的な基礎については、冒頭で引用した文献を
参照されたし。
【0083】供給および検出装置361は図示していな
い評価装置に接続されている。この評価装置は評価装置
65と同じように、両センサで検出した脈動する第1の
値を時間的にずらすことにより、脈波速度を検出するこ
とができる。電子的な回路手段343に所属する評価装
置は更に、評価装置65がvとcpwとから血圧を検出す
るように、少なくとも一つの測定範囲で第1の値として
測定された少なくとも一つの変数のための脈波速度cpw
の測定値と校正値から、血圧を類似方法で検出するよう
に形成可能である。第1の値として、流量またはそれに
比例する通過横断面積が検出され、更に血管が硬い壁を
有すると仮定する場合には、血圧は数5の式に従って比
Q/r4 に対して比例する。
【0084】図8に示す腕401には、センサ手段41
3が取り外し可能に固定されている。このセンサ手段は
電気的なインピーダンスまたはアドミタンスを測定する
ために2個のセンサ421,423を備えている。セン
サ手段413は、全部で6個の接触電極429を有する
点で、センサ手段313と異なっている。測定時に、最
も外側の両電極429では、両センサにとって共通の高
周波の交流が腕に導入される。更に、両センサは一点鎖
線で示したそれぞれ一つのマンシェットを備えている。
しかし、一つの共通のマンシェットを備えていてもよ
い。
【0085】図5〜8に基づいて説明した装置は場合に
よっては、若干または全部の接触電極を、体の表面に対
して電気的に絶縁された電極によって置き換えることに
よって変更することができる。この電極は腕または他の
体の部分を取り囲む。電気的に絶縁されて体に取付けら
れたこの電極はそれぞれ、スプール状のアンテナを形成
する。このアンテナは同様に、インピーダンスまたはア
ドミタンスの測定を可能にする。
【0086】冒頭で述べたように、装置は、第1の量と
して、動脈の直径、しかも特に大きな動脈の直径を、超
音波反射を用いて測定することができるように形成可能
である。この場合、装置は例えば、センサ121,12
3と同じように超音波変換器125を有するセンサを備
えることができる。その際、電子的な回路手段は、動脈
壁の少なくとも一部、特にほぼ直径方向に対向する動脈
壁の二つの区間における超音波の反射に基づいて、電気
的な信号を求めることができるように形成可能である。
この電気的な信号は内径または外径または中間の直径を
瞬間的な値およびまたは時間的な変更の程度を示し、そ
れによって両センサにおける通過横断面積を示す。両セ
ンサのところで生じる、脈拍と同期する周期的な時間的
変化の間の時間的なずれから、脈波速度を検出すること
ができる。更に、測定量と入力した校正値から血圧を検
出することができる。これは、図1と図2に基づいて説
明した、流速を測定する装置11と同様に行われる。
【0087】本発明による装置の前述の実施形の場合に
は、動脈に沿ってずらして配置された同じような2個の
センサが設けられる。しかし、冒頭において述べたよう
に、第1の量を測定するためにセンサを一つだけ有する
センサ手段を設けることができる。
【0088】脈波速度は例えば、同様に冒頭で説明した
ように、脈波の反射によって生じる、第1の量として測
定された変数の時間的な経過の影響から検出可能であ
る。これを図9に基づいて説明する。この場合、光また
は超音波によって血液の流速vを第1の量として測定す
るために、1個のセンサと電子的な回路手段が設けられ
ている。図9は共通の横座標に時間tを記入した二つの
部分グラフを含んでいる。上側の部分グラフの場合、縦
座標に流速vが記入されている。上側の部分グラフの曲
線501は、ほぼ一つの脈拍周期の間の、動脈を流れる
血液の流速のほぼ概略化した経過を示している。下側の
部分グラフの場合、縦座標には微分商dv/dtが記入
してある。従って、下側の部分グラフの曲線511は前
記の微分商の経過を同様に概略的に示している。曲線5
01に従って、流速vは心拍時に時点t0 の最低値から
出発して上昇し始め、そして収縮期血圧の発生と少なく
ともほぼ重なる時点t1 で、主たる最大値501aに達
する。流速vはそして低下し、時点t2 で中間最低値5
01bに達し、そして再び上昇し、血圧曲線で拡張期の
節点を生じる時点t3 で補助的な最大値501cに達す
る。更に、流速はほぼ最初の最低値まで再び低下する。
これに応じて、微分商dv/dtの経過を示す曲線51
1は、時点t1 ,t2 ,t3 でそれぞれ一つの零点通過
部511aまたは511bまたは511cを有する。こ
の場合、曲線は零点通過部511aまたは511cで零
の線を上側から下側へ通過し、零点通過部511bで下
側から上側へ通過する。
【0089】冒頭で述べたように、拡張期節点とひいて
はこれに付設された補助的な最大値501cは、心臓か
ら延びる主たる脈波と反射した脈波との干渉によって生
じる。従って、両最大値501a,501cの間の時間
差Td は、反射した脈波の通過時間、ひいては脈波速度
の大きさを示している。
【0090】電子的な回路手段と、特に、脈波反射に基
づいて脈波速度を検出するために設けられる装置の評価
装置は、次のように形成されている。第1の量として測
定される流速によって、時間による第1の導関数、すな
わち微分商dv/dtを求め、好ましくは時間による第
2の導関数、すなわち微分商d2 v/dt2 を求めるこ
とができるように形成されている。この微分は微分回路
によって電気的にアナログ形式で、あるいはマイクロプ
ロセッサコンピュータによってデジタル形式で行うこと
ができる。回路手段は微分商に基づいて時点t1 とt3
を確認し、時間差Td を測定する。時間差Td またそれ
に関連する値、例えばその逆数は、脈波速度の大きさを
示す、第2の値を生じる。この値はデジタルまたはアナ
ログの電気的な信号で示される。
【0091】第1の値として、流速vの代わりに、問題
となっている他の変数が測定される場合には、脈波速度
の大きさを示す値が、図9に基づいて流速vについて説
明したような方法で検出される。
【0092】図10には、腕301を有する人と、61
1で示した血圧を測定する装置が図示してある。装置6
11のセンサ手段613は腕601に取り外し可能に固
定された1個だけのセンサ621を備えている。このセ
ンサは例えば、光または超音波で流速を測定するために
役立つ変換器を備えている。しかし、センサは、第1の
値として使用可能な変数を、他の測定、例えばインピー
ダンスまたはアドミタンス測定によって検出できるよう
形成することができる。しかし、センサ手段613は例
えば検査する人の胸に固定されかつ少なくとも1個のセ
ンサ623を一緒に形成する接触電極を備えている。こ
のセンサ621と、センサ623の接触電極は、ケーブ
ルを介して表示および監視装置641に接続されてい
る。この表示および監視装置の電子的な回路手段は、セ
ンサ623の接触電極と共に、心電図検査の場合と同様
に、少なくとも一つの心筋の電流を検出し、心拍動曲線
のいわゆるR−ジグザグを検出できるように形成されて
いる。この場合、心臓収縮、すなわち心筋収縮と、心臓
からの血液流出が達成される。装置641は更に、腕6
01内の血液の流速またはセンサ621によって測定さ
れた、脈拍周期の間のその他の第1の値が最大値に達す
る時点と、R−山状部との間の時間差を検出することが
できる。この時間差とその変更あるいはこの時間差から
導き出された値とその変更は、脈波速度の程度とその変
更を示す。
【0093】装置とその運転方法は更に、他の観点から
変形可能である。その際、特にいろいろ説明した装置ま
たは方法の特徴は互いに組合せ可能である。例えば、セ
ンサ21,23のように光放射器と受光器を備え、超音
波変換器を備えたセンサ121,123と同様に配置さ
れ、それによって腕に対して傾斜した方向から光を腕内
に放射し、光学的なドップラー効果−測定を行うことが
できるセンサを設けることができる。
【0094】大きな動脈と交叉する光線の束または超音
波放射束による測定を行うときには更に、複数の同じ変
換器を備え、この変換器が前記の動脈に対して横方向に
互いにずれているセンサを設けることができる。このよ
うなセンサが前記の大きな動脈を含む腕に固定される
と、センサの正確な位置決めをせずに、変換器の放射中
心軸線が大きな動脈と交叉する。電子的な回路手段は測
定時に、脈拍によって最も強く調節された、その他の処
理のための変換器から信号を自動的に選択できるように
形成可能である。
【0095】上記の本発明の装置はすべて、長い時間連
続的にまたは少なくともほぼ連続的に、例えば心拍の度
に血圧を測定することができるという利点がある。この
場合、検査する人または場合によっては検査する動物に
とってあまり不快ではない。その際、校正のためにの
み、Riva−Rocci法による1回の校正測定また
は若干の少ない校正測定を行うだけでよく、測定時間の
大部分の間、マンシェットを膨らましたり空気を抜いた
りする必要がないという利点がある。
【0096】上記の装置の一つを使用して行う、血圧測
定および脈拍数測定の方法は、治療において長い間監視
するために、および例えば病院で一般的な健康状態を明
らかにするため、人間医学的および動物医学的研究のた
めに、および治療薬の開発および試験の際に実施される
検査時に使用可能である。
【0097】以上説明したように、本発明の血圧測定装
置は、マンシェットを交互に膨らましたり、排気したり
せずに、特に人または動物の血圧をほぼ連続的に観察す
ることができ、それにもかかわらず測定精度が良好であ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】人の腕に設けたセンサ手段を備えた血圧測定装
置の概略図である。
【図2】腕の一部と、この腕に固定された、光放射器と
受光器を有するセンサ手段の一部の概略縦断面図と、装
置の電子的な回路手段のブロック線図である。
【図3】腕の一部と、この腕に固定された、超音波変換
器を有するセンサ手段の概略縦断面図である。
【図4】腕の一部と、他の方式の超音波変換器を有する
センサ手段を一部手段の、図3と同様な縦断面図であ
る。
【図5】電気的インピーダンスまたはアドミタンスを測
定するための電極を備えた2個のセンサを有する、人の
腕に設けられたセンサ手段を備えた血圧測定装置の変形
例の概略図である。
【図6】図5の装置の、腕から取り外されたセンサの、
腕に接触する側の拡大平面図である。
【図7】図5に示した腕と、この腕に固定されたセンサ
の、図6よりも大きく拡大した簡略拡大横断面図であ
る。
【図8】電気的なインピーダンスまたはアドミタンスを
測定するための電極を備え、腕に設けられたセンサ手段
の変形例の概略図である。
【図9】脈波の反射に基づく脈波速度の検出を説明する
ためのグラフである。
【図10】心筋電流を検出することによって脈波速度を
測定するよう形成された血圧測定装置と一の概略図であ
る。
【符号の説明】
3,4,5,103,203,303 血管 13,113,213,313,413,613
センサ手段 21,23,121,123,221,223 セ
ンサ 27 光放射器 43,343 回路手段 63 校正値入力装置 71 校正−測定装置 73 マンシェット 125,225 超音波変換器 329,429 電極
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平6−14891(JP,A) 特開 昭54−127399(JP,A) 特開 昭52−146987(JP,A) 特開 平2−213324(JP,A) 特開 平2−19141(JP,A) 特開 平2−126830(JP,A) 特開 昭60−198128(JP,A) 特開 昭50−33676(JP,A)

Claims (12)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 生きている体に取付けるためのセンサ手
    段(13,113,213,313,413,613)
    と、このセンサ手段(13,113,213,313,
    413,613)に接続された電子的な回路手段(4
    3,343)とを備えた血圧測定装置において、 センサ手段(13,113,213,313,413,
    613)と回路手段(43,343)が第1の量と第2
    の量を検出するよう形成され、この第1の量が、少なく
    とも1本の動脈血管(3,4,5,103,203,3
    03)を含む測定範囲において脈拍に合わせて時間的に
    変化し、かつ動脈血液の流速、流量、容量または少なく
    とも1本の動脈血管(3,103,203,303)の
    通過横断面積およびまたはそれらの変化を示し、第2の
    量が脈波速度およびまたはその変化を示し、 更に、回路手段(43,343)が、校正値を含めてこ
    の第1の量と第2の量を関連づけることによって、血圧
    およびまたはその変化を示す少なくとも一つの量を求め
    るよう形成されていることを特徴とする血圧測定装置。
  2. 【請求項2】 少なくとも1本の動脈血管(3,4,
    5,103,203)を含む体の測定範囲内に音波また
    は光波を放射し、動脈の血液から散乱した音波または光
    波を受信するために、センサ手段(13,113,21
    3,313,413,613)が少なくとも1個のセン
    サ(21,23,121,123,221,223)を
    備え、散乱し、少なくとも1個のセンサ(21,23,
    121,123,221,223)によって受信された
    音波または光波から、第1の量として、測定範囲を流れ
    る血液の流速およびまたは流量を検出するよう、回路手
    段(43)が形成されていることを特徴とする請求項1
    の装置。
  3. 【請求項3】 光波を体の少なくとも一つの測定範囲内
    に放射し、散乱して戻った光波を受信し、そして少なく
    とも一つの電気信号に変換するよう、センサ手段(1
    3)が形成されていることを特徴とする請求項2の装
    置。
  4. 【請求項4】 光波を発生させるために少なくとも1個
    の光放射器(27)が設けられ、この光波の波長が少な
    くとも700nm、高々1200nm、例えば800〜
    1000nmであることを特徴とする請求項4の装置。
  5. 【請求項5】 超音波を体の少なくとも一つの測定範囲
    に放射するため、および散乱して戻った超音波を受信
    し、少なくとも一つの電気信号に変換するために、セン
    サ手段(113,213)が少なくとも1個の超音波変
    換器(125,225)を備えていることを特徴とする
    請求項2の装置。
  6. 【請求項6】 センサ手段(313,413)が電極
    (329,429)を備え、体の少なくとも一つの測定
    範囲から電気的なインピーダンスまたはアドミタンスあ
    るいはインピーダンスまたはアドミタンスの時間的な変
    化を検出し、この検出値から、測定範囲内にある動脈血
    液の容積およびまたは流量およびまたは測定範囲内にあ
    る少なくとも1本の血管の通過横断面積およびまたは内
    径を示す量を、第1の量として求めるように、回路手段
    (343)が形成されていることを特徴とする請求項1
    または2の装置。
  7. 【請求項7】 体の少なくとも一つの測定範囲内に超音
    波を放射し、動脈(103)の少なくとも一つの壁区間
    から反射した超音波を受信するために、センサ手段(1
    13)が少なくとも1個の超音波変換器(125)を備
    え、動脈(103)の直径およびまたは通過横断面積お
    よびまたは直径およびまたは通過横断面積の変化を示す
    量を、第1の量として検出するよう、回路手段が形成さ
    れていることを特徴とする請求項1または2の装置。
  8. 【請求項8】 二つの測定範囲が動脈(3,103,2
    03,303)に沿って互いに離して設けられている場
    合に、脈拍に合わせて周期的に発生する、第1の量を示
    す変数の時間的な変化を検出するために、センサ手段
    (13,113,213,313,413)が2個のセ
    ンサ(21,23,121,123,221,223,
    321,323,421,423)を備え、両センサ
    (12,13,121,123)で検出された、前記変
    数の周期的な時間的変化の間の時間的なずれから、脈波
    速度の大きさを示す量を検出するよう、回路手段(4
    3,343)が形成されていることを特徴とする請求項
    1から7までのいずれか一つの装置。
  9. 【請求項9】 脈拍周期の間で生じる、収縮期血圧に相
    当する主極値(501a)と、心臓から離れる脈波と反
    射した脈波との干渉によって生じる付加的な極値とを確
    認し、両極値(501a,501c)の間の時間または
    位相のずれを検出し、それから脈波速度の大きさを示す
    量を求めるよう、回路手段が形成されていることを特徴
    とする請求項1から7までのいずれか一つの装置。
  10. 【請求項10】 体の測定範囲で第1の量として検出さ
    れ、周期的に変化する変数に加えて、心筋の電流を検出
    し、心筋の電流の時間的に変化する経過内の、各脈周期
    内で発生する所定の個所と、第1の量として検出された
    変数の時間的な経過内の、各脈周期内で発生する所定の
    個所との間の時間的なずれから、脈波速度およびまたは
    その変更を示す量の大きさを求めるよう、センサ手段
    (613)と回路手段が形成され、この場合所定の個所
    が例えば、電流の時間的な経過を示す曲線のR−山状部
    によってまたは収縮期の圧力に従属する、量として検出
    された変数の極値によって、求められることを特徴とす
    る請求項1から7までのいずれか一つの装置。
  11. 【請求項11】 測定時に、所定の規則に従って血圧の
    値を検出するために、第1の量のそれぞれ一つの測定値
    と、脈波速度の大きさを示す量の測定値を、例えば記憶
    された関数値を両測定値の少なくとも一方に従属させる
    ことにより、およびまたは例えば測定値の少なくとも一
    つから関数値を計算することにより、決定するよう、回
    路手段(43,343)が形成されていることを特徴と
    する請求項1から10までのいずれか一つの装置。
  12. 【請求項12】 少なくとも一つの校正値入力装置(6
    3)が設けられ、体で行われた、校正測定装置(71)
    による測定によって検出された少なくとも一つの校正値
    を入力した後、少なくとも一つの校正値に基づいて決め
    られた少なくとも一つの定数を、規定に従って、測定時
    に検出された第1の量の検出値および脈波速度と関連づ
    けることにり、例えば心拍の度に血圧を少なくともほぼ
    連続的に決定するよう、回路手段(43,343)が形
    成されていることを特徴とする請求項1から11までの
    いずれか一つの装置。
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