JP4673030B2 - 血圧測定装置 - Google Patents

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Description

本発明は、血管容積を一定に保持しながら血圧を自動的に測定する容積補償式の血圧測定装置であって、より被測定者に負担をかけないものに関する。
従来より、血管容積を一定に保持しながら血圧を自動的に測定する容積補償式の電子血圧計は知られている。
例えば、特許文献1には、被測定者の上腕部にそこを圧迫するためのカフを取り付け、脈波から得られる血管容積が一定値になるようにカフ圧を制御して、血圧を測定する容積補償式血圧計が開示されている。
特公平5−77416号公報
しかしながら、上記特許文献1に開示された血圧計は上腕における血圧を測定するものであるため、被測定者の上腕部を常に圧迫・弛緩を繰り返さなければならず、被測定者に非常に不快な思いをさせなければならなかった。従って、特許文献1の血圧計によって連続測定が可能になるとは言うものの、被測定者が上腕にカフを常時装着する点において、被測定者に対する侵襲度が高いものになっていた。
これを解決するために指先にカフを装着して血圧を容積補償法により連続測定する方法が考案されたが、これもまた指先にカフを常時装着しなければならず、日常生活を普通に送ることが困難である。
本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、被測定者に不快な思いをさせず、侵襲度の低い、容積補償方式による血圧測定装置及び血圧測定方法を提供するものである。
上記目的を達成するため、本発明による血圧測定装置は、外耳及びその周辺部(外耳及びその周辺の適所)に装着され、それを圧迫するカフと、前記カフ内の圧力を検出するカフ圧検出手段と、前記カフで圧迫されている血管の容積を検出する血管容積検出手段と、前記血管容積が所定の基準値に常に一致するように前記カフ圧を制御するカフ圧制御手段と、前記カフ圧制御手段の制御量に基づいて血圧を測定する血圧決定手段と、を備え、前記カフは前記外耳及びその周辺部を挟む一対のカフであり、前記一対のカフのそれぞれは、光を照射する照射手段と、反射光を検出する受光手段とを備え、一方側のカフは前記外耳及びその周辺部の裏側にある血管を圧迫し、他方側のカフは前記外耳及びその周辺部の表側にある浅側頭動脈或いはその分岐血管を圧迫することを特徴とする。
そして、前記外耳は、外耳道及び/又は耳介であり、前記その周辺部は、浅側頭動脈又はその分岐血管であり、さらに、前記外耳は、耳珠でり、前記その周辺部は、浅側頭動脈又はその分岐血管であることを特徴とする。
さらに、前記血圧決定手段によって決定された血圧を瞬時血圧として表示部に表示する表示手段を備える。
その他の本発明の特徴は、以下の発明を実施するための最良の形態の記載及び添付図面により明らかになるものである。
本発明の血圧測定装置及び血圧測定方法によれば、被測定者に不快な思いをさせず、侵襲度の低い、容積補償方式による血圧測定を実行することができる。
本発明は、外耳およびその周辺部(浅側頭動脈又はその分枝の一部及び外耳道の一部を含む)にカフを装着し、刻々と変化する血圧を容積補償法に基づいて測定する光電容積脈波血圧計に関するものであり、以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態を詳細に説明する。
なお、本実施形態では概ね、耳介の構造、光電容積脈波血圧計の回路構成、その血圧測定の動作、そして瞬時血圧を測定するための容積補償法に基づく血圧測定動作の順で説明がなされている。
<耳介の構造>
本実施形態に係る血圧計が装着されるのは、前述の通り外耳およびその周辺部であるが、外耳およびその周辺部とは耳珠およびその周辺部を含み、また外耳は外耳道と耳介をも含む概念である。ここでは、まず耳介の構造について明らかにする。
図1は耳介(耳)の各部位の名称を示す図である。図1において、121は耳珠、122は対珠、123は耳甲介、124は対輪、125は耳輪、126は対輪脚である。
本実施形態では、後述する一対のカフ1は耳珠121を挟むように、かつ耳珠121及びその周辺部を覆うように装着される。この周辺部には、上述のように、浅側頭動脈128又はその分岐血管の一部及び外耳道の一部が少なくとも含まれる。
<光電容積脈波血圧計の回路構成>
図2は実施形態の光電容積脈波血圧計の構成を示すブロック図である。図2において、30は外耳およびその周辺部(耳珠及び/又はその周辺部)に装着される検出部である。その検出部30にはカフ1(1a及び1b)が含まれ、外耳およびその周辺部(耳珠および/又はその周辺部)の血管(細動脈)を圧迫可能となるよう外耳周辺部の血圧測定部位好ましくは耳珠に固定される。2はゴム管であり、カフ1内への空気の流路を成す。3は圧力ポンプであり、カフ1内に圧力空気を送り込む。4は急排弁であり、カフ1内の圧力を急速に減少させる。5は微排弁であり、カフ1内の圧力を一定速度(例えば2〜3mmHg/sec)で減少させる。6は圧力センサであり、カフ1内の圧力に応じて電気的パラメータを変化させる。7は圧力検出アンプ(AMP)であり、圧力センサ6の電気的パラメータを検出し、これを電気的信号に変換し、かつ増幅してアナログのカフ圧信号Pを出力する。
8はカフ1内に設置された脈波センサであり、脈動する血管血流に光を照射するLED8aと、該血管血流による反射光を検出するフォトトランジスタ8bを含む(図4)。9は脈波検出アンプ(AMP)であり、フォトトランジスタ8bの出力信号を増幅してアナログの脈波信号Mを出力する。ここで、LED8aには光量を自動的に変化させる光量制御部18が接続され、一方脈波検出アンプ9には、ゲインを自動的に変化させるゲイン制御部19aと脈波検出フィルタ・アンプ9を構成する後述するフィルタアンプ91、92の時定数を変化させる時定数制御部19bとが接続されている。10はA/D変換器(A/D)であり、アナログ信号M、PをデジタルデータDに変換する。
11は制御部(CPU)であり、本光電容積脈波血圧計の主制御を行う。CPU11は調整圧力を記憶する調整圧力レジスタ11aを有している。この制御の詳細は図6及び図7のフローチャートに従って後述する。また、本実施形態に係る容積補償法に基づく瞬時血圧値の測定動作については図9のフローチャートによって説明する。
12はROMであり、CPU11が実行する例えば図6、図7及び図10の制御プログラムを格納している。13はRAMであり、データメモリや画像メモリ等を備える。14は液晶表示器(LCD)であり、画像メモリの内容を表示する。16はキーボードであり、使用者の操作により測定開始指令や調整圧力値の設定等を行える。15はブザーであり、使用者に対して装置がキーボード16内のキーの押し下げを感知したことや測定終了等を知らせる。尚、本例では、CPU11に調整圧力レジスタ11aを設けたが、RAM13に調整圧力記憶部を設けてもよい。
図5は実施形態の光電容積脈波血圧計の外観斜視図である。図5において、17は血圧計本体であり、内部には第2図のカフ1及び脈波センサ8を除く構成が含まれる。ここで、ゴム管2は脈波センサ8との信号線(不図示)を含み、不図示のカフ1及び脈波センサ8に接続している。LCDの表示パネル14は、ドットマトリックス方式の表示パネルを使用しており、従って多様な情報(例えば文字、図形、信号波形等)を表示できる。また20は電源スイッチで、キーボード16は測定開始スイッチ(ST)とカフの圧力値等を入力するためのテンキーとを有している。
<検出部30が耳珠に装着された様子>
図3は、検出部30が耳珠121およびその周辺部に装着された様子を示している。アーム38、39の押圧力で耳珠121を挟持する保持フレーム40と、アーム38、39の内側に配置され耳珠121へ加える圧力を変化させるカフ1a及び1bと、カフへ加圧空気を供給する空気パイプ43と、カフ1の近傍に配置され、耳珠121に光を照射する発光素子8aと、血管(細動脈)で反射した光を受光する受光素子8bとから構成される。
<光電容積脈波血圧計の動作>
次に、本実施形態に係る光電容積脈波血圧計の動作について以下に説明する。図6は本実施形態の光電容積脈波血圧計の測定処理手順のフローチャートである。
装置に電源スイッチ20により電源投入すると、まず不図示の自己初期診断処理を行い装置の初期値化が行われる。その後、測定開始スイッチSTを押すことにより処理が開始される。
ステップS101ではカフ圧Pを読み取り、ステップS102でカフ1の残圧が規定値以内か否かを判別する。残圧が規定値を超えていれば、ステップS123でLCD14に「残圧エラー」を表示する。残圧が規定値以内であればステップS103でカフの加圧値(例えば120〜210mmHgの最高血圧値より大きい値)をキーボード16を使用して設定し、ステップS104で光量及びゲインを所定の値に設定する。
加圧値および光量・ゲインの設定が終わると、ステップS105、S106では急排弁4及び微排弁5を閉じる。ステップS107では圧力ポンプ3を駆動開始し加圧(昇圧)を開始する。これが加圧時の計測行程の開始であり、カフ圧は一定速度(例えば2〜3mmHg/sec)で増加開始する。この間にステップS108で各機能ブロックによるデータ処理が行われ、最低血圧及び最高血圧の測定が行われる。最高血圧が測定される(S109)とステップS112で加圧ポンプ3を停止する。ステップS110ではカフ圧がS103で設定した加圧値Uより高いか否かを判別する。P>Uでなければまだ正常測定範囲にあり、引き続き測定を行う。一方、P>Uの時はもはやカフ圧が設定値よりも高いのでステップS111でLCD14に「測定エラー」を表示する。必要なら「加圧時信号異常」等の詳細情報を付記表示する。ステップS113では加圧時に得られた脈波信号の信号レベルが精度の高い血圧測定が可能であるための所定のレベルの範囲内に有るか否かを判別する。所定の範囲内であると判別された場合は、ステップS120でLCD14に測定した最高血圧値及び最低血圧値を表示し、ステップS121でブザー15にトーン信号を送る。ステップS113で所定の範囲内で無いと判別された場合は、ステップS114で脈波信号の信号レベルを基に光量及びゲインの調整を行う。
光量・ゲインの調整が終わると、ステップS115では微排弁5を開く。これが減圧(降圧)時の計測行程の開始であり、カフ圧は一定速度(例えば2〜3mmHg/sec)で減少開始する。この間にステップS116で各機能ブロックによるデータ処理が行われ、最高血圧及び最低血圧の測定が行われる。ステップS117では減圧時の最低血圧値の検出の有無を判別する。検出されていなければ引き続き計測を行う。ステップS118ではカフ圧が所定値L(例えば40mmHg)より低いか否かを判別する。P<Lでなければまだ正常測定範囲にあり、フローはステップS116に戻る。一方、P<Lの時はもはやカフ圧が正常測定範囲よりも低いのでステップS119でLCD14に「測定エラー」を表示する。必要なら「減圧時信号異常」等の詳細情報を付記表示する。
また、ステップS117の判別で測定終了の時は正常測定範囲で計測行程終了したことになり、ステップS120でLCD14に測定した最高血圧値及び最低血圧値を表示し、ステップS121でブザー15にトーン信号を送る。好ましくは、正常終了後と異常終了時とでは異るトーン信号を送る。ステップS122ではカフ1の残りの空気を急速排気し、次の測定開始を待つ。
<血圧の算出動作>
加圧時測定(ステップS108)の開始から減圧時測定(ステップS116)の終了までの時間におけるカフ圧と脈波信号のグラフ(模式図)を図8に示す。図8のグラフに対し血圧測定は概略以下のように行われる。すなわち、加圧時測定においては、脈波信号の大きさの変化が始まった点(a)のカフ圧を最低血圧、脈波信号の消失時点(b)のカフ圧を最高血圧とする。一方、減圧時の血圧測定は加圧時の血圧測定とは逆となり、脈波信号の出現時点(c)のカフ圧を最高血圧、脈波信号の大きさの変化が無くなった点(d)のカフ圧を最低血圧とする。
<装置光量及びゲインの調整の詳細動作>
図7に図6のステップS114に示す光量及びゲインの調整の詳細なフローチャートを、図9にこの光量及びゲインの調整を実現する回路例を示す。
まず、光量及びゲイン調整時には、ステップS51で図9のSW1〜SW2をONにして閉じ抵抗値を半分にすることにより、脈波フィルタアンプ91、92の時定数を半分にする。この状態で、ステップS52で搬送波レベルを検出し、ステップS53で脈波の搬送波が規格値(A/D変換器10のフルスケールの20〜40%)内か否かがチェックされる。
規格値以下の場合はステップS54に進んで光量が最大か否かをチェックし、最大でなければステップS56で光量制御部18を制御して光量を上げる。光量が最大の場合は、ステップS55でアンプ90のフィードバックを制御してゲインを上げる。ステップS55あるいはS56の処理後は、ステップS52に戻って再度搬送波のチェックを繰り返す。
一方、ステップS53で搬送波レベルが規格値以上の場合は、ステップS57でゲインが最小か否かがチェックされ、最小でないならばステップS59でゲイン制御部19aによりアンプ90のフィードバックを制御してゲインを下げる。最小ならばステップS58で光量を下げる。ステップS58あるいはS59の処理が終ると、ステップS52に戻って再度搬送波レベルがチェックされる。
ステップS53で搬送波レベルが規格値内であれば、ステップS60でSW1〜SW2を開いて、脈波フィルタアンプ91〜92の時定数を元に戻し、ステップS61で脈波ゲインをアンプ93で調整してリターンする。
本実施形態では血管内の血液による反射光を検出する例を示したが、替わりに透過光を検出するものであってもよい。
以上説明したように、本実施形態の光電容積脈波血圧計により、脈波信号の信号レベルが所定の規格範囲内に収まるよう信号レベルを調整可能とし、精度の高い測定を可能とすると同時に、血圧測定時間の短縮を可能とすることにより、カフ圧による利用者への身体的負担を軽減することを可能にする光電容積脈波血圧計を提供することができる。なお、耳珠およびその周辺部は痛みに対し鈍感な部分であるため、カフ圧による痛みが軽減できるという効果もあり、さらにこの事により、血圧の連続測定に適用が容易となるという効果も生まれる。
なお、上述の血圧測定装置は発光素子及び受光素子を用いて脈波を検出しているが、耳珠へ圧力を圧迫するカフを備え、生体表面の血管による脈動を当該カフで圧力変化として捉えることによっても脈波を検出することができる。即ち、圧力を印加したカフで生体から得られる脈動をカフ内の圧力の変化に変換し、圧力検知装置でカフ内の圧力変化を検知するものである。このような構成によっても生体の脈波を検出することができる。また、生体に接するカフ部分に小型マイクロフォンを設置し、生体の一部をカフにて圧迫するときに発生するコロトコフ音を検出し、所定レベル以上のコロトコフ音の発生あるいは消滅に基づいて血圧を測定するようにしても良い。
<容積補償法に基づく瞬時血圧測定の動作>
容積補償法は血管外から液体又は空気によって血管を基準容積になるように圧迫し、血管の脈動を打ち消すようにカフ圧迫圧力をサーボ制御することにより、連続血圧値と波形を得る方法である。連続測定の場合、測定部位を強く圧迫しつづける必要があるため長時間の使用には支障を来たし、被測定者には不快な思いをさせなければならなかったが、本実施形態の血圧計では、耳珠及び/又はその周辺部を圧迫するのみであり、この耳珠及び/又はその周辺部はほとんど神経が通っていないことから被測定者には不快な思いをさせることがほとんどなくなったのである。
図10は、本実施形態における容積補償法に基づく血圧測定の動作を説明するためのフローチャートである。
図10において、ステップS201では、まず通常の血圧測定が実行される。この動作については前述のとおりである。
ステップS202では、ステップS201で測定された血圧値から基準血圧値を決定する。なお、この基準血圧値としては、例えば平均血圧値が用いられる。
ステップS203では、カフが取り付けられた耳珠及び/又はその周辺部の血管に容積変化があるか判断される。血管の容積変化の検知は、前述のように、血管内の血液による反射光又は透過光の量の変化を検出することによってなされる。そして、血管の容積変化が検知されれば処理はステップS204に移行する。
ステップS204においては、ステップS203で検知された血管の容積変化量をサーボ量に変換する。つまり、血管容積を基準血圧値に対応する容積にするために必要な圧力変化量をサーボ量として算出する。
ステップS205では、ステップS204で得られたサーボ量を基にカフ圧調整量を求める。つまり、血管容積を一定に保つためにカフ圧をどの程度増減するかがカフ圧調整量として算出される。
ステップS206でカフ圧調整量を基準血圧値に加算し、ステップS207で瞬時血圧値が決定される。つまり、カフ圧を増加させる時には血圧値が下降した状態であり、カフ圧を減少させる時には血圧値が上昇した状態である。
ステップS208では、ステップS207で決定された瞬時血圧値を表示部たるLCD14に表示される。
ステップS209では、容積補償法による瞬時血圧測定期間が終了したか否かが判断され、終了していれば処理を終了し、期間が終了していなければステップS203に戻り、瞬時血圧の測定が続行される。
なお、この動作は数分から十数分おきに実行され、改めて瞬時血圧測定を開始する際には、ステップS201の通常の血圧測定から再開されて基準血圧値が測定される。時間経過により基準となる血圧値にもある程度の変動が予想されるからである。
<その他の実施形態>
上述の実施形態では、図3に示されるように、外耳及びその周辺部(より特定的には耳珠及び/又はその周辺部)を挟む構成を有する一対のカフの一方側にのみに血管の血流に対して光を照射する照射部(LED8a)と血流からの反射光を検出する受光部(フォトトランジスタ8b)を備えるようにしている。
これを、外耳及びその周辺部(より特定的には耳珠及び/又はその周辺部)を挟む一対のカフの双方に光の照射部(図11参照:LED8a及び21a)と反射光を検出する受光部(図11参照:フォトトランジスタ8b及び21b)とを有し、外耳及びその周辺部(より特定的には耳珠及び/又はその周辺部)における複数の部位、つまり耳珠の裏側及び表側の血圧を同時に計測可能とするように構成しても良い。このように構成することにより、一方側のカフは耳珠及び/又はその周辺部の裏側にある血管(細動脈)を圧迫し、他方側のカフは前記耳珠及び/又はその周辺部の表側にある浅側頭動脈128或いはその分枝血管を圧迫する。よって、この血圧計によれば、種類の異なる瞬時血圧値が一度に測定することができる。なお、瞬時血圧値の測定動作については上述の実施形態と同様であるので説明は省略する。
以上のように外耳及びその周辺部(より特定的には耳珠及び/又はその周辺部)の血圧を測定するのは以下の理由によるものである。
すなわち、外耳及びその周辺部(より特定的には耳珠及び/又はその周辺部)の血管(細動脈)は脳内の血管に近接していることが知られており、脳内に由来する血圧変化が測定可能と考えられている。一方、耳珠周辺部には、耳の軟骨部(主に耳珠)に存在する血管(細動脈)の他に、心臓に直結する動脈(浅側頭動脈)も位置する。そのため、耳珠周辺部においては小さな装置で異なる情報(つまり脳内由来の血圧と心臓由来の血圧)をもつ血圧を同時に測定可能であるという利点がある。本実施形態の光電容積脈波血圧計により、脈波信号の信号レベルが所定の規格範囲内に収まるよう信号レベルとすることが可能となり、外耳周辺部の精度の高い血圧測定が可能となる。同時に、血圧測定時間の短縮を可能とすることにより、カフ圧による利用者への身体的負担を軽減することを可能にする光電容積脈波血圧計を提供することができる。
なお、本発明では、実施形態の機能を実現するソフトウェアのプログラムコードを記録した記憶媒体をシステム或は装置に提供し、そのシステム或は装置のコンピュータ(又はCPUやMPU)が記憶媒体に格納されたプログラムコードを読み出し実行することによっても達成される。この場合、記憶媒体から読み出されたプログラムコード自体が前述した実施形態の機能を実現することになり、そのプログラムコードを記憶した記憶媒体は本発明を構成することになる。このようなプログラムコードを供給するための記憶媒体としては、例えば、フロッピィ(登録商標)ディスク、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスク、CD−ROM,CD−R、磁気テープ、不揮発性のメモリカード、ROMなどを用いることができる。
また、コンピュータが読み出したプログラムコードを実行することにより、前述した実施の形態の機能が実現されるだけでなく、そのプログラムコードの指示に基づき、コンピュータ上で稼動しているOS(オペレーティングシステム)などが実際の処理の一部又は全部を行い、その処理によって前述した実施の形態の機能が実現される場合も含まれている。
さらに、記憶媒体から読み出されたプログラムコードが、コンピュータに挿入された機能拡張ボードやコンピュータに接続された機能拡張ユニットに備わるメモリに書きこまれた後、そのプログラムコードの指示に基づき、その機能拡張ボードや機能拡張ユニットに備わるCPUなどが実際の処理の一部又は全部を行い、その処理によって前述した実施の形態の機能が実現される場合も含む。
また、上記実施の形態の機能を実現するソフトウェアのプログラムコードがネットワークを介して配信されることにより、システム又は装置のハードディスクやメモリ等の記憶手段又はCD-RW、CD-R等の記憶媒体に格納され、そのシステム又は装置のコンピュータ(又はCPUやMPU)が当該記憶手段や当該記憶媒体に格納されたプログラムコードを読み出して実行することによっても、達成されることは云うまでもない。
<実施形態の効果>
本実施形態では、耳珠及び/又はその周辺部にカフを装着し、容積補償法によって瞬時血圧値を測定するようにしているので、被測定者に過度の負担を掛けずに刻々と変化する血圧値をリアルタイムで測定し、表示することができる。そして、これによって、朝・昼・夕・就寝前等のように時間間隔を空けて測定した血圧値よりも被測定者の体調を正確に知ることができる。
耳介の構成を示す図である。 本実施形態の光電容積脈波血圧計の構成図である。 検出部30の構成の詳細を示す図である。 光電容積脈波血圧計のカフ内のセンサ動作を説明する図である。 光電容積脈波血圧計の外観斜視図である。 光電容積脈波血圧計の血圧測定動作を説明するためのフローチャートである。 光電容積脈波血圧計の信号レベル調整動作を説明するためのフローチャートである。 光電容積脈波血圧計での測定中におけるカフ圧と脈派信号のグラフ(模式図)である。 光電容積脈波血圧計の回路図である。 容積補償法により一拍毎の瞬時血圧値を測定する動作を説明するためのフローチャートである。 耳珠を挟持するカフ1a及び1bの双方に発光部及び受光部を備える光電容積脈波血圧計の構成を示す図である。

Claims (4)

  1. 外耳及びその周辺部に装着され、それを圧迫するカフと、
    前記カフ内の圧力を検出するカフ圧検出手段と、
    前記カフで圧迫されている血管の容積を検出する血管容積検出手段と、
    前記血管容積が所定の基準値に常に一致するように前記カフ圧を制御するカフ圧制御手段と、
    前記カフ圧制御手段の制御量に基づいて血圧を測定する血圧決定手段と、
    を備え
    前記カフは前記外耳及びその周辺部を挟む一対のカフであり、
    前記一対のカフのそれぞれは、光を照射する照射手段と、反射光を検出する受光手段とを備え、
    一方側のカフは前記外耳及びその周辺部の裏側にある血管を圧迫し、他方側のカフは前記外耳及びその周辺部の表側にある浅側頭動脈或いはその分岐血管を圧迫することを特徴とする血圧測定装置。
  2. 前記外耳は、外耳道及び/又は耳介であり、
    前記その周辺部は、浅側頭動脈又はその分岐血管であることを特徴とする請求項1に記載の血圧測定装置。
  3. 前記外耳は、耳珠でり、
    前記その周辺部は、浅側頭動脈又はその分岐血管であることを特徴とする請求項1に記載の血圧測定装置。
  4. さらに、前記血圧決定手段によって決定された血圧を瞬時血圧として表示部に表示する表示手段を備えることを特徴とする請求項1乃至の何れか1項に記載の血圧測定装置。
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