JP5017501B1 - 血管脈波測定システム - Google Patents
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Abstract
【選択図】図1
Description
(a)発光素子と受光素子の取り付け状態の変化に加えて、
(b)例えば手首の橈骨動脈部に取り付けるか、もしくは、指先に取り付けるかの取り付け部位に応じて、
(c)また、例えば同一の橈骨動脈部の部位に取り付けるにしても、痩せた被測定者と、太った被測定者とでその者の皮膚の厚さに応じて、
(d)さらに、例えば血管からの反射光を用いる反射型光探触子を用いるか、もしくは、血管を通過した通過光を用いる通過型光探触子を用いるかの光探触子の種類に応じて、
血管の脈動取得動作がしばしば不安定な状態になり、脈動波形データを取得できない場合が多発して、測定現場ではほとんど全く使いものにならないという問題点があった。
皮膚を介して血管に光を放射する発光素子と、上記血管からの反射光又は上記血管を介した透過光を皮膚を介して受光する受光素子とを含む光探触子と、
入力される駆動信号に基づいて上記発光素子を駆動する駆動回路と、
上記受光素子により受光された光を電気信号に変換して出力する検出回路とを備えた光探触子回路を用いて血管脈波測定を行う血管脈波測定システムにおいて、
上記電気信号を上記駆動信号として上記駆動回路に直接に同期帰還することで、上記検出回路から自励発振信号を発生して、当該自励発振信号を血管脈波信号として測定する測定手段と、
上記自励発振信号のレベルが実質的に最大となるように、上記検出回路及び上記駆動回路の少なくとも一方の動作点を制御する制御手段とを備えたことを特徴とする。
上記光探触子回路における駆動回路及び検出回路の各動作点はそれぞれ上記駆動回路及び検出回路の各素子値により決定され、当該決定により、上記発光素子から放射された光が上記受光素子に到達するまでの光の伝搬距離に対する上記電気信号のレベルを示す電気特性における動作点が決定され、
上記制御手段は、上記検出回路及び上記駆動回路の各動作点をそれぞれ所定の動作点初期値に設定した後、上記自励発振信号のレベルが実質的に最大となるように、上記検出回路及び上記駆動回路の少なくとも一方の動作点を制御することにより、上記電気特性における動作点を制御することを特徴とする。
上記制御手段は、上記境界伝搬距離よりも短い第1の伝搬距離範囲と、上記境界伝搬距離よりも長い第2の伝搬距離範囲のうちの少なくとも一つの範囲で上記検出回路及び上記駆動回路を動作させることを特徴とする。
上記第1の伝搬距離範囲における所定の動作点初期値に対応する上記検出回路及び駆動回路の各動作点初期値を予め記憶し、上記第2の伝搬距離範囲における所定の動作点初期値に対応する上記検出回路及び駆動回路の各動作点初期値を予め記憶する記憶手段と、
上記第1の伝搬距離範囲の動作点初期値と、上記第2の伝搬距離範囲の動作点初期値とのうちの一方を選択する第1のスイッチ手段とを備え、
上記制御手段は、上記第1のスイッチ手段により選択された動作点初期値に対応する上記検出回路及び駆動回路の各動作点初期値を用いて、上記検出回路及び上記駆動回路の各動作点をそれぞれ設定することを特徴とする。
上記記憶手段は、上記各対に対応して上記電気特性における所定の動作点初期値に対応する上記検出回路及び駆動回路の各動作点初期値を予め記憶し、
上記制御手段は、上記複数の対の1つを選択する第2のスイッチ手段を備え、
上記制御手段は、上記第2のスイッチ手段により選択された対に対応する上記検出回路及び駆動回路の各動作点初期値を用いて、上記検出回路及び上記駆動回路の各動作点をそれぞれ設定することを特徴とする。
上記測定手段は、上記血管脈波信号を測定したときに、上記押圧部に対する圧力アクチュエータ又は人間の押圧により上記血管上の光探触子回路に対して応力を印加した後、上記血管脈波信号を測定しなくなったとき、その直前の血管脈波信号の電圧値を最大血圧値電圧として記憶し、上記圧力シートセンサの検出圧力値を最大血圧値として記憶し、次いで、上記押圧を低下させて上記血管脈波信号を測定したとき、その直後の血管脈波信号の電圧値を最小血圧値電圧として記憶し、上記圧力シートセンサの検出圧力値を最小血圧値として記憶し、上記記憶された最大血圧値電圧とそれに対応する最大血圧値、及び上記記憶された最小血圧値電圧とそれに対応する最小血圧値に基づいて、血圧値電圧から血圧値への変換を示す変換式を生成することにより、当該変換式を用いて上記血管脈波信号の血圧値電圧を血圧値に変換するように校正する校正手段をさらに備えたことを特徴とする。
皮膚を介して血管に光を放射する発光素子と、上記血管からの反射光又は上記血管を介した透過光を皮膚を介して受光する受光素子とを含む光探触子と、
入力される駆動信号に基づいて上記発光素子を駆動する駆動回路と、
上記受光素子により受光された光を電気信号に変換して出力する検出回路と
を含む光探触子回路を用いて、血管脈波測定を行って血管脈波信号を測定する測定手段を備えた血管脈波測定システムにおいて、
上記測定手段は、上記光探触子回路上の押圧部との間に設けられた圧力シートセンサをさらに備え、
上記測定手段は、上記血管脈波信号を測定したときに、上記押圧部に対する圧力アクチュエータ又は人間の押圧により上記血管上の光探触子回路に対して応力を印加した後、上記血管脈波信号を測定しなくなったとき、その直前の血管脈波信号の電圧値を最大血圧値電圧として記憶し、上記圧力シートセンサの検出圧力値を最大血圧値として記憶し、次いで、上記押圧を低下させて上記血管脈波信号を測定したとき、その直後の血管脈波信号の電圧値を最小血圧値電圧として記憶し、上記圧力シートセンサの検出圧力値を最小血圧値として記憶し、上記記憶された最大血圧値電圧とそれに対応する最大血圧値、及び上記記憶された最小血圧値電圧とそれに対応する最小血圧値に基づいて、血圧値電圧から血圧値への変換を示す変換式を生成することにより、当該変換式を用いて上記血管脈波信号の血圧値電圧を血圧値に変換するように校正する校正手段をさらに備えたことを特徴とする。
(a)発光素子と受光素子の取り付け状態の変化に加えて、
(b)例えば手首の橈骨動脈部に取り付けるか、もしくは、指先に取り付けるかの取り付け部位に応じて、
(c)また、例えば同一の橈骨動脈部の部位に取り付けるにしても、痩せた被測定者と、太った被測定者とでその者の皮膚の厚さに応じて、
(d)さらに、例えば血管からの反射光を用いる反射型光探触子を用いるか、もしくは、血管を通過した通過光を用いる通過型光探触子を用いるかの光探触子の種類に応じて、
血管の脈動取得動作がしばしば不安定な状態になり、脈動波形データを取得できない場合が多発して、測定現場ではほとんど全く使いものにならないという問題点」を解決するために鋭意研究した結果、これらの変化が、発光素子から受光素子までの光の伝搬距離が変化することに着目し、詳細後述するように実験を行って、その実験結果に基づいて、上記の状況変化にかかわらず、安定に動作することが可能である、以下の血管脈波測定システムを研究開発するに至った。
(a)被測定者6の血管8の脈動取得に適した部位に取り付けられる光探触子12を含み、光探触子12を構成する発光素子を駆動して光を放射させ、皮膚を介して血管により反射される反射光を受光素子によって検出するための光探触子回路20(又は20A,20B)と、
(b)光探触子回路20(又は26)からの出力電圧Voutを増幅する増幅器30と、
(c)増幅器30からの出力電圧をディジタルデータにA/D変換するA/D変換器31と、
(d)内部メモリ50mを含む例えばディジタル計算機などの制御装置であって、血管脈波測定処理モジュール51と、血圧値校正処理モジュール52と、睡眠状態判別処理モジュール53とを備え、A/D変換器31からのディジタルデータを処理して血管脈波データを発生し、血管脈波データに対して血圧値校正処理(図19)、血管脈波測定処理(図20)及び睡眠状態判別処理(図21)を実行する装置コントローラ50と、
(e)例えばディスプレイ又はプリンタであって、装置コントローラ50からの出力データに基づいて、脈動波形表示(移動平均処理後の脈動波形表示61及びローパスフィルタ処理後の脈動波形表示62)及び各血管脈波測定値表示(脈拍、最大血圧値Pmax及び最小血圧値Pmin)を表示する表示部60と、
を備えて構成される。
b=(ai−4+ai−3+ai−2+ai−1+ai)/5
(a)R−EOG A1:公知の眼球電計により測定された眼球電波形である。
(b)Chin−Ref:公知の顎運動測定器により測定された顎の変位量である。
(c)心電図:公知の心電計により測定された心電波形である。
(d)筋電図:公知の筋電計により測定された筋電波形である。
(e)いびき:小型マイクロホンにより測定されたいびき音である。
(f)呼吸波形:被測定者の呼吸にともなう身体下の圧力変化を感圧センサが検出し、呼吸波形を計測したときの呼吸波形である。
(g)SpO2:公知のパルスオキシメーターにより測定された血中酸素飽和度である。
(h)本システム:本実施形態に係る血管脈波測定システムにより測定された脈波波形である。
(a)R−EOG A1:公知の眼球電計により測定された眼球電波形である。
(b)Chin−Ref:公知の顎運動測定器により測定された顎の変位量である。
(c)心電図:公知の心電計により測定された心電波形である。
(d)筋電図:公知の筋電計により測定された筋電波形である。
(e)いびき:小型マイクロホンにより測定されたいびき音である。
(f)呼吸温度センサ:口元に設けられた温度センサにより測定された呼吸温度である。
(g)呼吸圧:被測定者の呼吸にともなう身体下の圧力変化を感圧センサが検出し、呼吸波形を計測したときの呼吸圧波形である。
(h)胸郭変動:被測定者の胸郭の変化を測定する応力センサにより測定された胸郭変動量である。
(i)腹部変動:被測定者の腹部の変化を測定する応力センサにより測定された腹部変動量である。
(j)SpO2:公知のパルスオキシメーターにより測定された血中酸素飽和度である。
(k)本システム:本実施形態に係る血管脈波測定システムにより測定された脈波波形である。
最大血圧値Pmaxの時間に対する傾き(20周期の期間)
P’=(Pmax(21)−Pmax(1))/(t(21)―t(1))
[数3]
Pmaxave=平均値(Pmax(1)〜Pmax(20))
[数4]
脈圧Pp=Pmax(20)−Pmin(20)
本発明に係る血管脈波測定法は、従来技術に係る容積振動法(例えば、特許文献5参照。)や超音波を用いた方法(例えば、特許文献6、非特許文献1参照。)などとは全く異なる原理に基づく測定方法であって、いわば「直接帰還最大化法」と呼ぶ非侵襲的測定方法である。本発明者らは、例えば図10〜図13に図示した伝搬距離に対する出力電圧の電気特性を独自に測定し、当該電気特性を用いて、血管脈波を図16(a)及び(b)に示すように、血管脈波の振動のみならず、従来技術に係る非侵襲的測定方法では取得しえなかった、覚醒反応による交感神経活動上昇と抹消の血管抵抗の一時的上昇、その後反射的な血管拡張による脈圧低下、並びに、無呼吸による交感神経活動の過剰上昇などの血圧値のベースライン(電圧信号DCレベル)の変化をも測定できるという特有の作用効果を有している。
7…橈骨動脈部、
8…血管、
9…指先、
9a,36a…応力の方向、
10…血管脈波測定システム、
12,12a,12A…光探触子、
13…保持部、
14,14a…発光素子、
16,16a…受光素子、
18…回路基板、
20,20A,20B…光探触子回路、
22…負荷抵抗、
24…駆動トランジスタ、
25…センサコントローラ、
26…距離選択スイッチ、
27…素子選択スイッチ、
30…増幅器、
31…A/D変換器、
32…オペアンプ、
35…圧力シートセンサ、
36…圧力アクチュエータ、
37…筐体、
38…充填材、
41,42…スイッチ、
50…装置コントローラ、
50m…内部メモリ、
51…血管脈波測定処理モジュール、
52…血圧値校正処理モジュール、
53…睡眠状態判別処理モジュール、
60…表示部、
61,62…脈動波形表示、
63…血管脈波測定値表示、
T1…出力端子。
Claims (9)
- 皮膚を介して血管に光を放射する発光素子と、上記血管からの反射光又は上記血管を介した透過光を皮膚を介して受光する受光素子とを含む光探触子と、
入力される駆動信号に基づいて上記発光素子を駆動する駆動回路と、
上記受光素子により受光された光を電気信号に変換して出力する検出回路とを備えた光探触子回路を用いて血管脈波測定を行う血管脈波測定システムにおいて、
上記電気信号を上記駆動信号として上記駆動回路に直接に同期帰還することで、上記検出回路から自励発振信号を発生して、当該自励発振信号を血管脈波信号として測定する測定手段と、
上記自励発振信号のレベルが実質的に最大となるように、上記検出回路及び上記駆動回路の少なくとも一方の動作点を制御する制御手段とを備えたことを特徴とする血管脈波測定システム。 - 上記光探触子回路における駆動回路及び検出回路の各動作点はそれぞれ上記駆動回路及び検出回路の各素子値により決定され、当該決定により、上記発光素子から放射された光が上記受光素子に到達するまでの光の伝搬距離に対する上記電気信号のレベルを示す電気特性における動作点が決定され、
上記制御手段は、上記検出回路及び上記駆動回路の各動作点をそれぞれ所定の動作点初期値に設定した後、上記自励発振信号のレベルが実質的に最大となるように、上記検出回路及び上記駆動回路の少なくとも一方の動作点を制御することにより、上記電気特性における動作点を制御することを特徴とする請求項1記載の血管脈波測定システム。 - 上記電気特性は、所定の境界伝搬距離において上記電気信号のレベルについて所定の極値を有し、
上記制御手段は、上記境界伝搬距離よりも短い第1の伝搬距離範囲と、上記境界伝搬距離よりも長い第2の伝搬距離範囲のうちの少なくとも一つの範囲で上記検出回路及び上記駆動回路を動作させることを特徴とする請求項2記載の血管脈波測定システム。 - 上記制御手段は、
上記第1の伝搬距離範囲における所定の動作点初期値に対応する上記検出回路及び駆動回路の各動作点初期値を予め記憶し、上記第2の伝搬距離範囲における所定の動作点初期値に対応する上記検出回路及び駆動回路の各動作点初期値を予め記憶する記憶手段と、
上記第1の伝搬距離範囲の動作点初期値と、上記第2の伝搬距離範囲の動作点初期値とのうちの一方を選択する第1のスイッチ手段とを備え、
上記制御手段は、上記第1のスイッチ手段により選択された動作点初期値に対応する上記検出回路及び駆動回路の各動作点初期値を用いて、上記検出回路及び上記駆動回路の各動作点をそれぞれ設定することを特徴とする請求項3記載の血管脈波測定システム。 - 上記光探触子回路は、互いに異なる境界伝搬距離が有する、発光素子及び受光素子の複数の対を備え、
上記記憶手段は、上記各対に対応して上記電気特性における所定の動作点初期値に対応する上記検出回路及び駆動回路の各動作点初期値を予め記憶し、
上記制御手段は、上記複数の対の1つを選択する第2のスイッチ手段を備え、
上記制御手段は、上記第2のスイッチ手段により選択された対に対応する上記検出回路及び駆動回路の各動作点初期値を用いて、上記検出回路及び上記駆動回路の各動作点をそれぞれ設定することを特徴とする請求項2乃至4のうちのいずれか1つに記載の血管脈波測定システム。 - 上記測定手段は、上記測定された所定周期分の血管脈波信号に基づいて、最大血圧値の時間に対する傾きと、最大血圧値の平均値と、最大血圧値と最小血圧値との差である脈圧とを含む複数の判断パラメータを演算し、当該複数の判断パラメータに基づいて、被測定者が覚醒状態であるか、もしくは無呼吸状態であるかを判断することを特徴とする請求項1乃至5のうちのいずれか1つに記載の血管脈波測定システム。
- 上記測定手段は、所定時刻の最大血圧値が上記最大血圧値の平均値に対して所定の第1のしきい値割合以上減少し、かつ上記脈圧が上記最大血圧値の平均値に対して所定の第2のしきい値割合以上減少していることが所定周期分連続して発生したときに、上記最大血圧値の時間に対する傾きが所定のしきい値を超えたときに、被測定者が覚醒状態であると判断する一方、上記しきい値以下のときに無呼吸状態であると判断することを特徴とする請求項6記載の血管脈波測定システム。
- 上記測定手段は、上記光探触子回路上の押圧部との間に設けられた圧力シートセンサをさらに備え、
上記測定手段は、上記血管脈波信号を測定したときに、上記押圧部に対する圧力アクチュエータ又は人間の押圧により上記血管上の光探触子回路に対して応力を印加した後、上記血管脈波信号を測定しなくなったとき、その直前の血管脈波信号の電圧値を最大血圧値電圧として記憶し、上記圧力シートセンサの検出圧力値を最大血圧値として記憶し、次いで、上記押圧を低下させて上記血管脈波信号を測定したとき、その直後の血管脈波信号の電圧値を最小血圧値電圧として記憶し、上記圧力シートセンサの検出圧力値を最小血圧値として記憶し、上記記憶された最大血圧値電圧とそれに対応する最大血圧値、及び上記記憶された最小血圧値電圧とそれに対応する最小血圧値に基づいて、血圧値電圧から血圧値への変換を示す変換式を生成することにより、当該変換式を用いて上記血管脈波信号の血圧値電圧を血圧値に変換するように校正する校正手段をさらに備えたことを特徴とする請求項1乃至7のうちのいずれか1つに記載の血管脈波測定システム。 - 皮膚を介して血管に光を放射する発光素子と、上記血管からの反射光又は上記血管を介した透過光を皮膚を介して受光する受光素子とを含む光探触子と、
入力される駆動信号に基づいて上記発光素子を駆動する駆動回路と、
上記受光素子により受光された光を電気信号に変換して出力する検出回路と
を含む光探触子回路を用いて、血管脈波測定を行って血管脈波信号を測定する測定手段を備えた血管脈波測定システムにおいて、
上記測定手段は、上記光探触子回路上の押圧部との間に設けられた圧力シートセンサをさらに備え、
上記測定手段は、上記血管脈波信号を測定したときに、上記押圧部に対する圧力アクチュエータ又は人間の押圧により上記血管上の光探触子回路に対して応力を印加した後、上記血管脈波信号を測定しなくなったとき、その直前の血管脈波信号の電圧値を最大血圧値電圧として記憶し、上記圧力シートセンサの検出圧力値を最大血圧値として記憶し、次いで、上記押圧を低下させて上記血管脈波信号を測定したとき、その直後の血管脈波信号の電圧値を最小血圧値電圧として記憶し、上記圧力シートセンサの検出圧力値を最小血圧値として記憶し、上記記憶された最大血圧値電圧とそれに対応する最大血圧値、及び上記記憶された最小血圧値電圧とそれに対応する最小血圧値に基づいて、血圧値電圧から血圧値への変換を示す変換式を生成することにより、当該変換式を用いて上記血管脈波信号の血圧値電圧を血圧値に変換するように校正する校正手段をさらに備えたことを特徴とする血管脈波測定システム。
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