JP4314355B2

JP4314355B2 - 脈拍数測定のための医療装置

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Publication number: JP4314355B2
Application number: JP2003194931A
Authority: JP
Inventors: 将弘豊田; 博実山崎
Original assignee: Nikkiso Co Ltd
Current assignee: Nikkiso Co Ltd
Priority date: 2003-07-10
Filing date: 2003-07-10
Publication date: 2009-08-12
Anticipated expiration: 2023-07-10
Also published as: JP2005027800A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、透析装置、人工心肺装置、輸液ポンプなどの医療装置を用いた治療における患者の脈拍数測定方法および血圧値測定方法、並びにそれらを応用した医療装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
血管アクセスを経由して患者の血管に液体を移動或いは循環させる医療装置として透析装置や人工心肺装置或いは輸液ポンプなどが知られている。例えば、透析装置を例に取れば、血管アクセスを経由して患者の血管に結合され、前記血管へ移動する液体とは血液のことで、一度体外へ移動した血液を透析装置を使って血液中の老廃物を除去して、濾過した血液を再び体内に戻して血液を循環させるシステムになっている。また、輸液ポンプであれば、血管アクセスを経由して患者の血管に結合され、前記血管へ移動する液体とは液体の薬や栄養液などに相当し、薬や栄養液が血管アクセスを介して患者の体内に注入するシステムになっている。
【０００３】
例えば、透析装置における患者の様態を監視する状況について説明すると、透析による治療中においては、ポンプの駆動によって患者の体内から導き出された血液がダイアライザーを通過することで、ダイアライザー内に配設された中空糸の外側を流れる透析液と中空糸の内側を流れる血液との浸透圧差や限外濾過によって、血液中の老廃物や水分が除去されて浄化される。このような透析治療中においては、患者の脈拍や血圧が急激に変動することがある。このため、透析治療中においては、看護婦等の医療従事者が巡回しており、１時間に１回程度の頻度で間欠的に脈拍や血圧の測定を行っている。この脈拍の測定は、医療従事者が直接行うものであり、例えば、透析患者の腕における動脈の上から医療従事者の指をあてがい、腕時計等で時間を計りながら指の感触で動脈の脈動を検知し、脈拍を測定している。また、血圧の測定は、透析患者の腕にカフを巻いて血圧計で血圧を測定する。
【０００４】
このようにして、医療従事者が巡回して脈拍や血圧の測定を行うやり方では、１時間に１回程度の測定頻度であるので、透析患者の急激な状態の変化に対応することが困難という問題があった。この問題を解決するために、脈拍や血圧の測定を頻繁に行うことが考えられるが、医療従事者に過度の負担が掛かってしまうので好ましくない。
【０００５】
また、透析治療は、一般的に４〜５時間の長時間に亘って行われ、この治療期間中に透析患者は、睡眠をとったり、テレビをみたり、読書をしたりして過ごしている。しかし、脈拍の測定時には、それまで行っていた行為を止めなければならず、ストレスの一因にもなっている。
【０００６】
このような不具合を解決するために、従来より、透析治療中における患者の脈拍や血圧を自動的に計測できるシステムが色々と提案されている。
【０００７】
例えば、特許文献１においては、ダイアライザーと患者との間を結ぶ弾性チューブの変形量を測定することにより、透析治療中の患者の脈拍数を連続的に測定する方法が提案されている。また、特許文献２においては、同じ原理で、ダイアライザーと患者との間を結ぶ弾性チューブの変形量を測定することにより、透析治療中の患者の血圧を連続的に測定する方法が提案されている。
【０００８】
【特許文献１】
特開２００２−１８６５９０号公報
【０００９】
【特許文献２】
特開２００２−１８６６６５号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ダイアライザーと患者との間を結ぶ弾性チューブの変形量を測定して脈拍数および血圧値を測定する方法は、使用する弾性チューブの弾性に関する品質の均一確保の問題、あるいはチューブの弾性力の経年変化による変形量への影響、或いは室内の温度や湿度による変形量への影響によって脈拍数や血圧値が正しく測定できない恐れがある。また、弾性チューブの変形量を正しく測定するための装置を特別に準備する必要がある。
【００１１】
本発明は上述のような事情から成されたものであり、本発明の目的は、血管アクセスを経由して患者の血管に液体を移動させるための機械装置を有する医療装置において、患者および医療関係者に負担をかけること無く、また、特別な測定装置を付加することなく、また、温度や湿度のような環境に影響されることのなく、患者の脈拍数および血圧値を常時測定できる脈拍数測定方法および血圧測定方法を提供し、また、それらを応用した医療装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、血管アクセスを経由して患者の血管に結合され、前記血管へ液体を移動させるために圧力を加える機械装置を有する医療装置に関し、本発明の上記目的は、前記液体の圧力を測定する圧力検出手段と、測定された前記圧力の一定時間のデータを周波数解析して各周波数成分から構成されるスペクトルを検出する周波数解析手段と、前記スペクトルから前記機械装置に起因する周波数成分を除去する除去手段と、前記患者の脈拍に起因する周波数成分の周波数から脈拍数に換算する脈拍数換算手段と、からなる脈拍数測定回路を備えており、前記除去手段は、周波数毎に前記スペクトルの強度から前記機械装置に起因する周波数成分の強度を除去するようになっていることによって達成される。また、本発明は、血管アクセスを経由して患者の血管に結合され、前記血管へ液体を移動させるために圧力を加える機械装置を有する医療装置に関し、本発明の上記目的は、前記機械装置は前記機械装置を構成するポンプの回転周波数を基準周波数を中心にして一定周波数幅だけ変化させるように制御する制御回路を具備し、前記制御回路によって前記回転周波数を基準周波数を中心にして一定周波数幅だけ変化させながら、前記液体の圧力を測定する圧力検出手段と、測定された前記圧力の一定時間のデータを周波数解析して前記患者の脈拍に起因する周波数成分から構成されるスペクトルを検出する周波数解析手段と、前記患者の脈拍に起因する周波数成分の周波数を脈拍数に換算する脈拍数換算手段と、からなる脈拍数測定回路を備えることによって達成される。

【００１３】
本発明の上記目的は、前記一定時間が複数設定でき、設定された時間毎の脈拍数を測定する脈拍数測定回路を備えることによって、或いは前記脈拍数測定回路が測定した脈拍数が、設定した脈拍数正常値の範囲外になったときに警報を発する脈拍数警報回路を備えることによって、或いは前記液体の圧力を動脈側の液体で測定する、又は前記液体の圧力を静脈側の液体で測定することによって、より効果的に達成される。
【００１６】
【発明の実施の形態】
血管アクセスを経由して患者の血管に液体を移動させるための機械装置を有する医療装置においては、液体に印可される圧力波の中に、液体を移動させるためのポンプなどに起因する圧力波と患者の脈拍に起因する圧力波とが混在している。例えば、透析装置においては、移動する液体として患者の循環する血液が相当し、その血液の中に患者の脈拍に同期した血圧による圧力波の他に、血液循環ポンプや透析液循環ポンプなどに起因する圧力波が混在している。そこで、混在する圧力波の中から脈拍による圧力波のみを特定し、その圧力波の周期を測定できれば患者の脈拍数を測定でき、また、その圧力波の強さを測定できれば患者の血圧値を測定できることに着目している。
【００１７】
そして、本発明の一番のポイントは、透析装置の中を循環している血液の脈拍による微弱な圧力波を、従来のように帯域フィルタなどを用いずにフーリエ変換、例えば、高速フーリエ変換（以下ＦＦＴと記す）などの周波数解析を用いて分離することにある。従来の帯域フィルタなどを用いて脈拍による圧力波を分離しようとすると、血液循環ポンプなどに起因する圧力波と脈拍による圧力波の周波数が、接近したり重なると分離できなくなる不具合があるが、本発明を用いれば、その不具合を回避できる点にある。また、ＦＦＴ解析は繰り返し発生するものに反応するので、患者体動などの不定期の動きにはＦＦＴ解析は反応せず、帯域フィルタの方法に比べ、不定期な動きに強いという効果も期待できる。
【００１８】
本発明では、透析装置内を循環している血液に印可される圧力波を周波数解析し、各周波数成分から構成されるスペクトルを検出し、脈拍による周波数成分と血液ポンプなどによる周波数成分を分離する。
【００１９】
よって、脈拍に起因する圧力波の周波数成分には、脈拍に起因する周波数の情報が含まれているので、患者の脈拍数を測定できる。また、脈拍に起因する圧力波の周波数成分の強度には、患者の血圧値に関する情報が含まれているので、患者の血圧値を測定することができる。
【００２０】
まず、本発明の具体的な実施例について説明する前に、発明を理解しやすくするために、透析装置のシステムおよび透析のための循環する血液に混在する圧力波について説明する。図１は透析装置の構成を示し、図２は循環する血液の動脈側圧力波形および静脈側圧力波形を示す。また、図３（Ａ）には循環する血液の動脈側圧力波形のＦＦＴ解析後のスペクトルを示し、図３（Ｂ）には循環する血液の静脈側圧力波形のＦＦＴ解析後のスペクトルを示す。
【００２１】
図１において、透析される患者の血液は、動脈カニューレ１が患者の血管に挿入され血液チューブ２を介して、血液ポンプ３によって強制的に循環され、動脈側ドリップチャンバ４を経由してダイアライザ６へ送られる。ダイアライザ６において、患者の血液に含まれる老廃物などが濾過され、患者の血液は静脈側ドリップチャンバ８に送られ、さらに静脈側の血液チューブ２を介し、静脈側カニューレ１０から患者の血管へと戻される。血液の老廃物はダイアライザ６で透析液の方に移行し、老廃物を含んだ透析液は透析液チューブ１３を伝わって輸送される。
【００２２】
ここで、循環する血液に加わる圧力としては、血液ポンプ３による圧力が一番大きく、また、図示しない透析液循環ポンプによる圧力および患者の脈拍による圧力が存在する。循環する血液に印可されるこれらの圧力を測定する圧力検出手段として動脈側圧力センサ５と静脈側圧力センサ９が設置されている。本発明は、動脈側圧力センサ５によって得られた動脈圧力データでも、静脈側圧力センサ９によって得られた静脈圧力データでも、どちらでも適用可能であるが、動脈側データの方が脈拍に起因する周波数成分を特定しやすい。
【００２３】
そこで、動脈側圧力センサ５で得られた循環する血液の動脈側圧力データは、透析装置の制御回路１１に送られる。ポンプ制御回路１２は、制御回路１１からの指示による回転周波数に基づき血液ポンプ３を運転したり、また、血液ポンプ３の回転周波数などを検出して、検出した回転周波数を制御回路１１へと送信する機能を有する。
【００２４】
図２は、動脈側圧力センサ５および静脈側圧力センサ９によって観測される循環する血液の圧力波形のデータで、図２の負側に出力されているデータが動脈側圧力センサ５の出力データで、図２の正側に出力されているデータが静脈側圧力センサ９の出力データである。
【００２５】
図３は、これらの圧力波形データをＦＦＴ解析したスペクトル図である。図３（Ａ）が動脈側の圧力波形データのＦＦＴ解析後のスペクトル図であり、図３（Ｂ）が静脈側の圧力波形データのＦＦＴ解析後のスペクトル図である。つまり、図２の圧力波形データには、図３（Ａ）および図３（Ｂ）のような周波数成分のデータが含まれており、圧力波形データをＦＦＴ解析すると図３（Ａ），図３（Ｂ）のような周波数成分から構成されるスペクトル図が得られるということである。これが、本発明のポイントであり、図２の圧力波形データからは全く見えないような脈拍に起因する周波数成分をＦＦＴ解析することにより図３（Ａ），（Ｂ）のような各周波数成分から構成されるスペクトル図を得ることができるのである。
【００２６】
ここで、例えば図３（Ｂ）の静脈側のスペクトルには、脈拍に起因する周波数ｆｍの周波数成分の他に、血液ポンプ３に起因する周波数ｆ０の周波数成分および透析液循環ポンプに起因する周波数ｆ１の周波数成分が混在している。さらに、ポンプの基本周波数ｆ０、ｆ１の整数倍の周波数２ｆ０、３ｆ０、２ｆ１などのポンプに起因する周波数成分も混在している。よって、いかにして混在している周波数成分から構成されるスペクトルから脈拍に起因する周波数成分だけを特定するかが課題である。
【００２７】
本発明では、循環する血液中の混在した周波数成分から血液に印可されるポンプなどの機械装置の圧力に起因する周波数成分を特定する方法がいくつかある。
【００２８】
まず、第１の方法は、動脈カニューレ１および静脈カニューレ１０などの血管アクセスを取り付ける前に、血液ポンプ３や透析液循環ポンプなどの機械装置を運転すれば、血液ポンプ３や透析液循環ポンプに起因する圧力波の周波数成分だけを検出できる。なお、このとき得られた機械装置に起因する周波数成分のデータは、透析装置の機械装置を取り替えたり、或いは経年変化を起こさない期間内であれば、一度当該データを採取して制御回路の記憶手段などに記憶させておけば、透析毎に当該データを新たに採取する必要はない。
【００２９】
第２の方法としては、血液ポンプ２や透析液循環ポンプの回転周波数はポンプ類を制御するために制御回路１１やポンプ制御回路１２によって既に知られているので、ＦＦＴ解析後のスペクトルから、ポンプ類の回転に起因する周波数成分を除去すれば、残った周波数成分が脈拍に起因する周波数成分なので、その周波数成分の周波数から脈拍数を測定することができる。
【００３０】
第３の方法としては、動脈カニューレ１や静脈カニューレ１０を取り付けて透析を実行している状態で、血液ポンプ３や透析液循環ポンプを患者の透析条件に適した基準周波数を中心に患者に負担をかけない範囲で一定幅の周波数変動をさせて当該ポンプを回転させる。ＦＦＴ解析は繰り返し同じ周波数に現れる周波数成分を検出し、周波数が常時変化する周波数成分は検出できないという特性を利用する。よって、当該ポンプを一定幅で周波数変動させて運転させれば、周波数解析手段によって当該ポンプに起因する圧力波の周波数成分は検出されず、患者の脈拍に起因する圧力波の周波数成分が周波数解析手段の出力として現れることになる。なお、ポンプの回転周波数を一定幅で変動させる場合、一定周期で、特に、ＦＦＴのサンプリング周期と同期して変動させると、ポンプに起因する周波数成分を同期させないで変動させた場合に比較して、より良く除去できる効果がある。
【００３１】
そして、脈拍に起因する周波数の周波数成分を特定することができると、脈拍数の他に、血圧値を算出することができる。それは、図４に示すように、脈拍に起因する周波数成分の強度と血圧値は概略比例する関係にあるからである。図４において、縦軸が周波数成分の強度の要素で横軸が血圧値である。この関係を用いて脈拍に起因する周波数成分の強度から血圧値を求めることができることがわかる。
【００３２】
以上説明したような基本的な考えに基づいて、本発明の概略の実施手順について説明する。
【００３３】
第１のステップとして、循環している血液に印可される圧力波をＦＦＴ解析して、脈拍や血液ポンプなどに起因する圧力波の中に混在している全ての周波数成分を含むスペクトルを測定する。
【００３４】
第２のステップでは、脈拍以外の血液ポンプや透析液循環ポンプなどの循環する液体の圧力に影響を及ぼす機械装置に起因する圧力波の周波数成分を特定する。なお、機械装置に起因する圧力波の周波数成分を特定する方法として、上述したような数種類の方法がある。
【００３５】
第３ステップは、第１ステップで得られた全てが混在した周波数成分から構成されるスペクトルから第２ステップで得られた機械装置に起因する周波数成分を除去すれば、残りの周波数成分は、患者の脈拍に起因した周波数成分として特定できる。
【００３６】
第４ステップでは、第３ステップで得られた脈拍に起因する周波数成分から患者の脈拍数を算出できる。また、第３ステップで得られた脈拍に起因する周波数成分の強度から患者の血圧値を算出できる。
【００３７】
以上が、本発明の概略の実施手順であるが、以下、図面に基づいて本発明の好適な実施例について詳細に説明する。
【００３８】
図５は、本発明の実施例である脈拍数測定回路および血圧測定回路の構成を示す図である。一点鎖線Ａで囲まれた部分が脈拍数測定回路に相当し、二点鎖線で囲まれた部分が血圧測定回路に相当する。脈拍数測定回路Ａおよび血圧測定回路図Ｂはハードウエアでもソフトウエアでも実現可能であるが、制御回路１１はマイコンによって構成されおり、脈拍数測定回路Ａや血圧値測定回路Ｂも当該マイコンを使用してソフトで対応することにより構成可能で、新たにハードを追加する必要がなく、本発明は経済的にも優れた発明である。
【００３９】
まず、圧力検出手段である動脈側圧力センサ５で得られた循環する血液の圧力波形データを入力とするように周波数解析手段３０が配されている。周波数解析手段３０は、マイコンなどを用いてプログラムなどのソフトウエアで実現することも可能であるし、或いは、ＦＦＴ解析専用ＩＣなどのハードウエアで実現することも可能である。ＩＣを用いると装置コストなどで不利であるが、解析スピードが速いことやマイコンのＣＰＵなどに負担をかけないなどの長所がある。ＦＦＴ解析をソフトで処理する場合には、本発明の実施のためにハード的な追加要素はなく、装置コストや装置の外形での不利な要素は発生しない。
【００４０】
なお、ＦＦＴ解析する一定時間（時間区間）を設定する必要があるので、周波数解析手段３０には、ＦＦＴ解析する一定時間を設定できる機能がある。例えば、図２において、０から５秒の一定時間にＦＦＴをかけるなどと設定する。区間が長ければ長いほどＦＦＴ解析をかける圧力波の繰り返しが数多く入ることになる。
【００４１】
周波数解析手段３０の出力には、記憶手段３１が接続されている。記憶手段３１は、動脈側圧力センサ５で検出した圧力波データから周波数解析手段３０でＦＦＴ解析した血液ポンプ３や透析液循環ポンプなどの機械装置に起因する周波数成分と脈拍に起因する周波数成分が混在している最新のスペクトルが記憶される。記憶手段３１の内容は透析中は常時新しいデータに入れ替わる。なお、記憶手段３１は周波数解析手段３０の出力データを一時記憶させるものなので、記憶手段３１は周波数解析手段３０の中に備えられていても良い。
【００４２】
一方、除去手段は記憶手段３２と減算手段３３から構成される。記憶手段３２には、動脈側カニューレ１や静脈側カニューレ１０を血管に取り付ける前に、即ち、血管アクセスを取り付ける前に、動脈側圧力センサ５で検出した圧力波データから周波数解析手段３０でＦＦＴ解析した血液ポンプ３や透析液循環ポンプなどの血液に印可される圧力の機械装置のみに起因する周波数成分のスペクトルだけが記憶されている。
【００４３】
記憶手段３２のデータは人工透析の開始前に動脈側カニューレ１や静脈側カニューレ１０を血管に取り付ける前に、即ち、血管アクセスを取り付ける前に、一度測定したデータを記憶して、透析中は、このデータを利用すれば良い。なお、上述したように、一度測定されて得られた機械装置に起因する周波数成分のデータは、透析装置の機械装置を取り替えたり、或いは経年変化を起こさない期間内であれば、一度当該データを採取して記憶手段３２に記憶させておけば、透析毎に当該データを新たに採取する必要はない。
【００４４】
減算手段３３は、記憶手段３１と記憶手段３２を入力として配され、記憶手段３１が記憶している血液ポンプ３や透析液循環ポンプなどの機械装置に起因する周波数成分と脈拍に起因する周波数成分とが混在しているスペクトルから、記憶手段３２の記憶している血液ポンプ３や透析液循環ポンプなどの機械装置のみに起因する周波数成分を除去して、脈拍に起因する周波数成分だけを特定する機能を有している。ここまでの脈拍に起因する周波数成分だけを特定する構成部分は脈拍測定回路Ａと血圧測定回路Ｂの共通する構成部分である。
【００４５】
脈拍測定回路Ａは、減算手段３３から得られた脈拍に起因する周波数成分の周波数要素ｆｍから脈拍数を検出できるので、減算手段３３の出力に脈拍数換算手段３４を配している。一般的に、ＦＦＴ解析したスペクトルの周波数の単位は（回／秒）なので、脈拍数換算手段３４では、減算手段３３の出力を分単位に換算する、即ちｆｍ×６０倍（秒／分）すれば脈拍数が得られる。
【００４６】
血圧測定回路Ｂは、減算手段３３の出力である脈拍に起因した周波数成分の強度から血圧を検出できるので、減算手段３３の出力に血圧値換算手段３５を配している。そして、図４に示したように脈拍に起因した周波数成分の強度と血圧値には一定の関係がある。縦軸が周波数成分の強度の要素で、横軸の血圧値とは概略比例関係にある。この実施例では、血圧値換算手段３５の機能を比例関係として説明するが、さらに厳密に換算したい場合は、周波数成分の強度と血圧値の関係を厳密に測定した換算表を用いても良い。
【００４７】
以上の実施例は、血液ポンプ３や透析液循環ポンプに起因する周波数成分と脈拍に起因する周波数成分が混在するスペクトルから血液ポンプ３や透析液循環ポンプに起因する周波数成分を除去して、脈拍に起因する周波数成分のみを検出する方法として、血管アクセスを取り付ける前にポンプ類に起因する周波数成分を検出して実現した実施例である。
【００４８】
次に、第２の除去方法として、血液ポンプ３や透析液循環ポンプの運転周波数であるｆ０やｆ１は制御回路１１やポンプ制御回路１２にとって既知である。つまり、図１において、制御回路１１からポンプ制御回路１２に対して血液ポンプ３や透析液循環ポンプへポンプの回転周波数を指示しているので回転周波数ｆ０やｆ１は制御回路１１にとって既知である。よって、記憶手段３１の混在した周波数成分のスペクトルに対しｆ０やｆ１およびその整数倍の周波数成分にマスクをかけてしまえば、脈拍に起因する周波数ｆｍの周波数成分のみが残り、脈拍に起因する周波数ｆｍの周波数成分のみを測定することができる。
【００４９】
つまり、図６に示すように、除去手段として、周波数解析手段３０から出力され記憶手段３１に記録されたポンプ類に起因する周波数成分と脈拍に起因した周波数成分とが混在した最新のスペクトルに対してポンプ類の回転周波数に対応する周波数の周波数成分に対してマスクをかけることを意味する。また、血液ポンプ３や透析液循環ポンプの回転周波数であるｆ０やｆ１をポンプ制御回路１２が知る方法としては、制御回路１１からポンプ制御回路１２への運転指令によって知ることも可能であるし、また、運転周波数を正しく知るためにポンプ制御回路１２で血液ポンプ３や透析液循環ポンプに回転数センサを取り付けて検知すれば、運転指令値より正しい周波数を検知することができる。
【００５０】
第３の除去方法の実施例としては、図７を参照して説明する。動脈カニューレ１や静脈カニューレ１０を取り付けて透析を実施している状態で、図１において、制御回路１１からポンプ制御回路１２に対して、血液ポンプ３や透析液循環ポンプを患者の透析条件に適した基準周波数を中心に患者に負担をかけない範囲で一定幅の周波数変動をさせて当該ポンプを回転させるような制御指示を出す方法がある。ＦＦＴ解析は、繰り返し同じ周波数に現れる周波数成分のみを出力するので周波数が変化するものはＦＦＴ解析の出力として現れない特性を利用したものである。この場合は、記憶手段３１には、脈拍に起因する周波数成分のみが現れるので、脈拍に起因する周波数成分が特定できる。よって、記憶手段３１出力を直接に脈拍数換算手段３４や血圧値換算手段３５に入力すれば良い。
【００５１】
なお、血液ポンプ３や透析液循環ポンプを一定幅の周波数変動をさせる場合に、一定周期で、特に、ＦＦＴのサンプリングに同期して一定周期で変動させるとポンプ類に起因する周波数成分の除去が、同期させない場合に比べ、より良く除去できる効果がある。
【００５２】
なお、脈拍数を測定するためには脈拍に起因する周波数成分の周波数ｆｍを特定できれば良いので、周波数成分の強度ではなく周波数を測定できれば、脈拍数測定には充分と考えられる。しかし、患者の脈拍数が変化して、血液ポンプ３や透析液循環ポンプの運転周波数と接近したり重なった場合でも、周波数成分の周波数だけでなく強度の要素を考慮すれば、脈拍に起因する周波数成分とポンプ類に起因する周波数成分とを分離できる。
【００５３】
そのような場合、周波数成分の強度を考慮すれば、脈拍に起因する周波数成分の強度を算出できる実施例を図８に示す。記憶手段３１に記憶された周波数成分の強度は、脈拍に起因する周波数成分の強度とポンプ類に起因する周波数成分の強度の合算した周波数成分なので、記憶手段３２に記憶されたポンプ類に起因する周波数成分の強度を減算手段３３で除去すれば、残余分として脈拍に起因した周波数成分の強度が残るので、その周波数成分の周波数を基に脈拍数を測定できる効果がある。よって、両方の周波数が重なった場合、帯域フィルタでは分離が困難な場合でも、本実施例では、脈拍に起因する周波数成分を特定でき、脈拍数を測定できる。
【００５４】
つぎに、医療関係者や患者が素早く、脈拍数や血圧値を知るために、測定された患者の脈拍数や血圧値を表示する脈拍数表示器４０や血圧値表示器４１を図９および図１０に示すように透析装置に取り付ける。これらの表示器はデジタル表示器でもアナログ表示器でも実現可能である。この表示器の表示によって、医療関係者が患者の様態を素早く察知できる効果がある。
【００５５】
また、脈拍数や血圧値が正常値にない場合には、医療関係者に患者の異常を素早く知るために脈拍数警報回路４３や血圧警報回路４４を透析装置にとりつける意味がある。その実現手段は図８および図９に示すように、脈拍数警報回路４３や血圧警報回路４４は、脈拍数換算手段３４や血圧値換算手段３５の出力を正常脈拍数を示す基準値設定器４３−１や正常血圧値を示す基準値設定器４４−１とレベル検出器４３−２とレベル検出器４４−２で比較する構成で実現できる。正常脈拍数を示す基準値設定器４３−１や正常血圧値を示す基準値設定器４４−１の値は、患者によって正常値が異なるので制御回路１１にキーボードのような設定部を設けて、その都度設定しても良い。例えば、高血圧の異常は２００ｍｍＨｇより高い、或いは低血圧値の異常は５０ｍｍＨｇより低いなどと設定し、脈拍数では頻脈は１５０回／分などと設定することができる。
【００５６】
以上の説明では、ＦＦＴ解析をかける時間（ＦＦＴ解析時間）である一定時間を一つの場合（ｔ０〜ｔ１）の場合について説明したが、ＦＦＴ解析時間を複数設定すると患者の様態をより細かく監視できる効果がある。つまり、ＦＦＴ解析時間が長い方（例えば、ｔ０〜ｔ１＝５秒）が精度良く脈拍値や血圧値を算出できるが、患者の様態異常発生時に装置に保護動作をさせる場合等は、精度よりスピードが重要なのでＦＦＴ解析時間を短く（例えば、ｔ０〜ｔ２＝１秒）した方が良い。よって、これらの矛盾する要求を満足させるために、ＦＦＴ解析時間を複数設定して、その解析時間に対応した脈拍数や血圧値を測定し、その値を脈拍数表示器や血圧値表示器の表示したり、脈拍数警報回路や血圧警報回路に利用すれば、木目細かい人工透析サービスを患者に提供できる。
【００５７】
この考えに基づいた実施例を図１１を参照して説明する。まず、記憶手段３１を複数設置して、例えば、ＦＦＴ解析時間が２種類（ｔ０〜ｔ１＝５秒とｔ０〜ｔ２＝１秒）であれば、その解析時間にそれぞれ対応して記憶手段３１−１および記憶手段３１−２を設置する。一方、ＦＦＴ解析手段３０に対してはＦＦＴ解析時間をｔ０〜ｔ１およびｔ０〜ｔ２の解析指令を指示して、ｔ０〜ｔ１の解析結果は記憶手段３１−１に記憶させ、ｔ０〜ｔ２の解析結果は記憶手段３１−２に記憶させる。
【００５８】
なお、記憶手段３２の記憶データは、人工透析開始の時に血管カニューレを取り付ける前に一度測定したポンプ類の周波数成分のデータなので、人工透析中ポンプ類の運転周波数を変更させない限りは同じ値を利用すれば良い。
【００５９】
ＦＦＴ解析時間の長い、つまり精度の良いスペクトル強度を記憶する記憶手段３１−１から得られる脈拍数および血圧値は、脈拍数表示器４０や血圧値表示器４１に使用する。一方、ＦＦＴ解析時間の短い、つまり精度は落ちるが検出スピードの速いスペクトルを記憶する記憶手段３１−２から得られる脈拍数および血圧値は、脈拍数警報回路４３や血圧警報回路４４にに利用すれば、患者の様態を木目細かく監視できる効果がある。なお、複数設定が２種類の設定時間だけでなく、３種類以上設定することも可能である。
【００６０】
以上の説明では、測定する循環する血液を動脈側圧力センサ５で測定した場合について説明したが、静脈側圧力センサ９で測定した場合でも、図３（Ｂ）に示すスペクトルから図５に示す実施例を用いて同じように脈拍数も血圧値も測定可能である。
【００６１】
また、本実施例ではＦＦＴ解析を用いているので、患者の寝返りのような不定期な動きによって発生する透析装置の血液への圧力波による誤動作を防止して患者の脈拍数や血圧値を確実に測定できる優れた効果がある。
また、以上の説明では脈拍に起因する圧力波の周波数成分とポンプ類などの機械装置に起因する圧力波の周波数成分の分離するための周波数解析手段としてＦＦＴ解析を用いた場合について説明したが、ＦＦＴ解析以外でもこれら圧力波の周波数を区別することができる周波数解析手段、例えば、通常のフーリエ変換やＭＥＭ法（最大エントロピー法）などを用いて実施できることは言うまでもない。
【００６２】
本発明は、透析装置における患者の脈拍数や血圧値の測定だけでなく、輸液ポンプ装置や人工心肺装置のような医療装置を用いた治療を受ける患者の脈拍数や血圧値の測定に適用できる。
【００６３】
図１２に輸液注入装置に本発明を適用した場合の実施例を示す。輸液注入装置は透析装置などと異なり、血液を循環させるものではなく、また、循環する血液の圧力を測定するものでもない。輸液注入装置の場合は、血管に注入する輸液が血管に移動する液体に相当し、輸液に印可される圧力を圧力検出手段５で検出し、注入ポンプ３００に起因する圧力波の周波数成分と脈拍に起因する圧力波の周波数成分が混在するので、脈拍に起因する圧力波の周波数成分だけを抽出して、患者の脈拍数や血圧値を測定できる。
【００６４】
よって、本発明は、透析装置、人工心肺装置、輸液注入装置、或いは輸血装置などの医療装置にも適用でき、これらの医療装置で治療を受ける患者の脈拍数や血圧値を、患者や医療関係者に負担をかけることなく、特別な装置追加もなく、常時正しく測定できる効果がある。
【００６５】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明を用いれば、血管アクセスを経由して患者の血管に結合され、前記血管へ液体を移動させるために圧力を加える機械装置を有する医療装置において、液体の圧力波の中の患者の脈拍に起因する圧力波の周波数成分を周波数解析によって特定することにより、患者や医療関係者に負担をかけることなく、特別な装置追加もなく、患者の脈拍数および血圧値を常時正しく測定できる方法を提供でき、また、その方法を応用した医療装置を提供できるという優れた効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】透析装置の構成図である。
【図２】透析装置の循環血液の動脈側圧力波形および静脈側圧力波形を示す図である。
【図３】透析装置の循環血液の動脈側圧力波形および静脈側圧力波形のＦＦＴ解析後のスペクトルを示す図である。
【図４】脈拍に起因する周波数成分の強度と血圧値の関係を示す図である。
【図５】本発明の実施例である脈拍数測定回路および血圧測定回路の構成図である。
【図６】周波数成分が混在したスペクトルの中のポンプ類の周波数成分にマスクをかけて脈拍に起因する周波数成分を特定する実施例を示す図である。
【図７】ポンプ類の回転周波数を変化させながら脈拍に起因する周波数成分を特定する実施例を示す図である。
【図８】脈拍に起因する周波数成分とポンプ類に起因する周波数成分が重なった場合の実施例を示す図である。
【図９】脈拍表示器および脈拍警報回路の構成図である。
【図１０】血圧表示器および血圧警報回路の構成図である。
【図１１】複数のＦＦＴ解析時間を用いた実施例を示す図である。
【図１２】輸液注入装置に本発明を適用した構成図を示す。
【符号の説明】
１動脈カニューレ
２血液チューブ
３血液ポンプ
４動脈側ドリップチャンバ
５動脈側圧力センサ
６ダイアライザ
７気泡センサ
８静脈側ドリップチャンバ
９静脈側圧力センサ
１０静脈カニューレ
１１制御回路
１２ポンプ制御回路
１３透析液チューブ
Ａ脈拍測定回路
Ｂ血圧測定回路
３０周波数解析手段
３１記憶手段
３２記憶手段
３３除去手段
３４脈拍数換算手段
３５血圧値換算手段
４０脈拍数表示器
４１血圧値表示器
４３脈拍数警報回路
４４血圧値警報回路
３００注入ポンプ

Claims

血管アクセスを経由して患者の血管に結合され、前記血管へ液体を移動させるために圧力を加える機械装置を有する医療装置において、前記液体の圧力を測定する圧力検出手段と、測定された前記圧力の一定時間のデータを周波数解析して各周波数成分から構成されるスペクトルを検出する周波数解析手段と、前記スペクトルから前記機械装置に起因する周波数成分を除去する除去手段と、前記患者の脈拍に起因する周波数成分の周波数から脈拍数に換算する脈拍数換算手段と、からなる脈拍数測定回路を備えており、
前記除去手段は、周波数毎に前記スペクトルの強度から前記機械装置に起因する周波数成分の強度を除去するようになっていることを特徴とする医療装置。
血管アクセスを経由して患者の血管に結合され、前記血管へ液体を移動させるために圧力を加える機械装置を有する医療装置において、前記機械装置は前記機械装置を構成するポンプの回転周波数を基準周波数を中心にして一定周波数幅だけ変化させるように制御する制御回路を具備し、前記制御回路によって前記回転周波数を基準周波数を中心にして一定周波数幅だけ変化させながら、前記液体の圧力を測定する圧力検出手段と、測定された前記圧力の一定時間のデータを周波数解析して前記患者の脈拍に起因する周波数成分から構成されるスペクトルを検出する周波数解析手段と、前記患者の脈拍に起因する周波数成分の周波数を脈拍数に換算する脈拍数換算手段と、からなる脈拍数測定回路を備えたことを特徴とする医療装置。
前記一定時間が複数設定でき、設定された時間毎の脈拍数を測定する脈拍数測定回路を備えた請求項１又は２に記載の医療装置。
前記脈拍数測定回路が測定した脈拍数が、設定した脈拍数正常値の範囲外になったときに警報を発する脈拍数警報回路を備えた請求項１乃至３のいずれかに記載の医療装置。
前記液体の圧力を動脈側の液体で測定する、又は前記液体の圧力を静脈側の液体で測定する請求項１乃至４のいずれかに記載の医療装置。