JP6580158B2 - 血圧推定装置、情報処理装置、血圧推定方法、及び、血圧推定プログラム - Google Patents

血圧推定装置、情報処理装置、血圧推定方法、及び、血圧推定プログラム Download PDF

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Description

本発明は、血圧推定装置、情報処理装置、血圧推定方法、及び、血圧推定プログラムに関する。
生体の循環器系を流れる血液が有する圧力(換言すると、血圧)を推定する血圧推定装置が知られている(例えば、特許文献1を参照)。血圧推定装置は、指の表面における2つの位置にて動脈径を検出するとともに、当該2つの位置の間の生体の電気インピーダンスを検出する。更に、血圧推定装置は、検出された動脈径及び電気インピーダンスと、カルマンフィルタと、に基づいて血圧を推定する。
特表2003−500148号公報
ところで、動脈径及び電気インピーダンスは、高い精度にて検出されにくい。このため、上記血圧推定装置において、血圧を高い精度にて推定できないことがあった。
本発明の目的の一つは、血圧を高い精度にて推定することにある。
一つの側面では、血圧推定装置は、
生体の心拍の周期の長さである周期長を表す第1パラメータを検出する検出部と、
弾性変形する複数の容器が環状に連結された流路を流れる流体によって、上記生体の循環器系を流れる血液を表す数理モデルにおける、上記複数の容器のうちの少なくとも1つの容器の容積の時間に対する変化を、上記検出された第1パラメータに基づいて決定し、上記決定された変化と、上記数理モデルと、に基づいて、上記血液が有する圧力を推定する処理部と、
を備える。
他の一つの側面では、情報処理装置は、
弾性変形する複数の容器が環状に連結された流路を流れる流体によって、生体の循環器系を流れる血液を表す数理モデルにおける、上記複数の容器のうちの少なくとも1つの容器の容積の時間に対する変化を、検出された、上記生体の心拍の周期の長さである周期長を表す第1パラメータに基づいて決定する決定部と、
上記決定された変化と、上記数理モデルと、に基づいて、上記血液が有する圧力を推定する推定部と、
を備える。
他の一つの側面では、血圧推定方法は、
弾性変形する複数の容器が環状に連結された流路を流れる流体によって、生体の循環器系を流れる血液を表す数理モデルにおける、上記複数の容器のうちの少なくとも1つの容器の容積の時間に対する変化を、検出された、上記生体の心拍の周期の長さである周期長を表す第1パラメータに基づいて決定し、
上記決定された変化と、上記数理モデルと、に基づいて、上記血液が有する圧力を推定する。
他の一つの側面では、血圧推定プログラムは、
弾性変形する複数の容器が環状に連結された流路を流れる流体によって、生体の循環器系を流れる血液を表す数理モデルにおける、上記複数の容器のうちの少なくとも1つの容器の容積の時間に対する変化を、検出された、上記生体の心拍の周期の長さである周期長を表す第1パラメータに基づいて決定し、
上記決定された変化と、上記数理モデルと、に基づいて、上記血液が有する圧力を推定する、処理をコンピュータに実行させる。
血圧を高い精度にて推定できる。
第1実施形態の血圧推定装置の構成を表すブロック図である。 図1の処理部の構成を表すブロック図である。 図1の処理部が用いる数理モデルを表す説明図である。 図1の処理部が記憶する基準無負荷容積の時間に対する変化を表すグラフである。 図1の処理部が記憶する基準目標抵抗の脈拍数比に対する変化を表すグラフである。 図1の処理部が記憶する基準目標抵抗比の脈拍数比に対する変化を表すグラフである。 図1の処理部の機能を表すブロック図である。 図1の処理部が実行する処理を表すフローチャートである。 図1の処理部が実行する処理を表すフローチャートである。 図1の処理部が実行する処理を表すフローチャートである。 図1の検出部により検出された脈拍数の時間に対する変化の一例を表すグラフである。 図1の処理部により推定された血圧の時間に対する変化の一例を表すグラフである。 図1の処理部により決定された抵抗の時間に対する変化の一例を表すグラフである。 図1の処理部により推定された最高血圧と、図1の検出部により検出された脈拍数と、の関係の一例を表すグラフである。 図1の検出部により検出された脈拍数の時間に対する変化の一例を表すグラフである。 図1の処理部により推定された血圧の時間に対する変化の一例を表すグラフである。 図1の処理部により決定された抵抗の時間に対する変化の一例を表すグラフである。 図1の処理部により推定された最高血圧と、図1の検出部により検出された脈拍数と、の関係の一例を表すグラフである。 第1実施形態の第1変形例の処理部が記憶する目標振幅の脈拍数比に対する変化を表すグラフである。 第1実施形態の第1変形例の処理部により推定された血圧の時間に対する変化の一例を表すグラフである。 第1実施形態の第1変形例の処理部により決定された抵抗の時間に対する変化の一例を表すグラフである。 第1実施形態の第1変形例の処理部により推定された最高血圧と、第1実施形態の第1変形例の検出部により検出された脈拍数と、の関係の一例を表すグラフである。 第1実施形態の第1変形例の処理部により推定された血圧の時間に対する変化の一例を表すグラフである。 第1実施形態の第1変形例の処理部により決定された抵抗の時間に対する変化の一例を表すグラフである。 第1実施形態の第1変形例の処理部により推定された最高血圧と、第1実施形態の第1変形例の検出部により検出された脈拍数と、の関係の一例を表すグラフである。 第1実施形態の第2変形例の処理部により推定された血圧の時間に対する変化の一例を表すグラフである。 第1実施形態の第2変形例の処理部により決定された抵抗の時間に対する変化の一例を表すグラフである。 第1実施形態の第2変形例の処理部により推定された最高血圧と、第1実施形態の第2変形例の検出部により検出された脈拍数と、の関係の一例を表すグラフである。 第1実施形態の第2変形例の処理部により推定された血圧と、比較例としての血圧測定装置により測定された血圧と、の関係の一例を表すグラフである。 第1実施形態の第3変形例の処理部により推定された血圧の時間に対する変化の一例を表すグラフである。 第1実施形態の第3変形例の処理部により決定された抵抗の時間に対する変化の一例を表すグラフである。 第1実施形態の第3変形例の処理部により推定された最高血圧と、第1実施形態の第3変形例の検出部により検出された脈拍数と、の関係の一例を表すグラフである。 第1実施形態の第3変形例の処理部により推定された血圧の時間に対する変化の一例を表すグラフである。 第1実施形態の第3変形例の処理部により決定された抵抗の時間に対する変化の一例を表すグラフである。 第1実施形態の第3変形例の処理部により推定された最高血圧と、第1実施形態の第3変形例の検出部により検出された脈拍数と、の関係の一例を表すグラフである。 第1実施形態の第4変形例の処理部により推定された血圧の時間に対する変化の一例を表すグラフである。 第1実施形態の第4変形例の処理部により決定された抵抗の時間に対する変化の一例を表すグラフである。 第1実施形態の第4変形例の処理部により推定された最高血圧と、第1実施形態の第4変形例の検出部により検出された脈拍数と、の関係の一例を表すグラフである。 第1実施形態の第4変形例の処理部により推定された血圧の時間に対する変化の一例を表すグラフである。 第1実施形態の第4変形例の処理部により決定された抵抗の時間に対する変化の一例を表すグラフである。 第1実施形態の第4変形例の処理部により推定された最高血圧と、第1実施形態の第4変形例の検出部により検出された脈拍数と、の関係の一例を表すグラフである。
以下、本発明の、血圧推定装置、情報処理装置、血圧推定方法、及び、血圧推定プログラム、に関する各実施形態について図1乃至図41を参照しながら説明する。
<第1実施形態>
(構成)
図1に表されるように、第1実施形態の血圧推定装置1は、検出部10と、処理部20と、を備える。本例では、血圧推定装置1は、腕時計型である。なお、血圧推定装置1は、腕時計型と異なる型(例えば、絆創膏型等)であってもよい。
検出部10は、生体の心拍(換言すると、脈拍)の周期の長さである周期長を表す第1パラメータを検出する。本例では、生体は、人間の生体である。なお、生体は、人間以外の動物の生体であってもよい。
本例では、第1パラメータは、脈拍数である。脈拍数は、所定の単位時間(本例では、1分)あたりの生体の脈拍の数である。本例では、脈拍数は、1回の脈拍の周期長により単位時間を除することにより算出される。なお、周期長は、単位時間を脈拍数により除することにより算出されてもよい。なお、第1パラメータは、周期長であってもよい。
更に、検出部10は、生体の心拍の大きさを表す第2パラメータを検出する。本例では、第2パラメータは、動脈における血液の量を表す信号の、1回の脈拍における最小値及び最大値の差である。なお、第2パラメータは、動脈の幅、動脈の断面積、動脈における血液の量、動脈における血液の流量、動脈における血液の流速、又は、これらの少なくとも1つを表す信号の、1回の脈拍における最小値及び最大値の差であってもよい。第2パラメータは、脈拍振幅と表されてもよい。
本例では、検出部10は、生体の動脈に光を照射するとともに、当該光が当該生体によって反射された光の強度を検出し、検出された強度の時間に対する変化に基づいて、脈拍数及び脈拍振幅を検出する。例えば、検出部10は、検出された強度の変化において連続する2つのピーク間の時間に基づいて脈拍数を検出する。また、例えば、検出部10は、検出された強度の変化において連続する2つのピーク間における、強度の最小値及び強度の最大値の差に基づいて脈拍振幅を検出する。
なお、検出部10は、動脈の近傍(例えば、手首等)において生体の表面を押圧する部材を備えるとともに、当該部材が当該表面から受ける圧力を検出することにより、脈拍数及び脈拍振幅を検出してもよい。この場合、検出部10は、圧電素子を用いることにより、圧力の検出を行なってよい。
また、検出部10は、心臓の近傍において生体の表面に取り付けられた電極を備えるとともに、当該電極を介して当該表面における電位を検出することにより、第1パラメータ及び第2パラメータを検出してもよい。この場合、検出部10は、絆創膏型であってよい。
図2に表されるように、処理部20は、バスBUを介して互いに接続された、処理装置21、記憶装置22、入力装置23、及び、出力装置24を備える。処理部20は、情報処理装置の一例である。
処理装置21は、記憶装置22に記憶されたプログラムを実行することにより、処理部20を構成する各要素を制御する。これにより、処理部20は、後述する機能を実現する。本例では、処理装置21は、CPU(Central Processing Unit)を含む。なお、処理装置21は、CPUに代えて、又は、CPUに加えて、MPU(Micro Processing Unit)、又は、DSP(Digital Signal Processor)を含んでもよい。また、処理装置21は、LSI(Large Scale Integration)により構成されてもよい。
記憶装置22は、情報を読み書き可能に記憶する。本例では、記憶装置22は、RAM(Random Access Memory)、半導体メモリ、及び、有機メモリの少なくとも1つを備える。なお、記憶装置22は、HDD(Hard Disk Drive)、及び、SSD(Solid State Drive)の少なくとも1つを備えていてもよい。また、記憶装置22は、フレキシブルディスク、光ディスク、光磁気ディスク、又は、半導体メモリ等の記録媒体と、記録媒体から情報を読み取り可能な読取装置と、を備えていてもよい。
入力装置23は、血圧推定装置1の外部から情報を入力する。本例では、入力装置23は、キー式のボタンを備える。なお、入力装置23は、マイクロフォンを備えてもよい。
出力装置24は、血圧推定装置1の外部に情報を出力する。本例では、出力装置24は、ディスプレイを備える。なお、出力装置24は、スピーカを備えてもよい。
なお、処理部20は、入力装置23及び出力装置24の両方を構成するタッチパネル式のディスプレイを備えてもよい。
(機能)
処理部20は、検出部10により検出された脈拍数及び脈拍振幅と、数理モデルと、に基づいて、生体の循環器系を流れる血液が有する圧力(換言すると、血圧)を推定する。
ここで、数理モデルについて説明する。本例では、数理モデルは、弾性変形する複数の容器が環状に連結された流路を流れる流体によって、生体の循環器系を流れる血液を表す。
本例では、図3に表されるように、数理モデルにおける流路は、第1乃至第8の容器FV1〜FV8と、第1乃至第8の連通管FC1〜FC8と、により形成される。なお、流路は、9個以上の容器により形成されてもよい。例えば、流路は、9個以上の容器と、容器と同じ数の連通管と、により形成されてもよい。
第1乃至第8の容器FV1〜FV8は、環状に連結される。本例では、第1乃至第7の容器FV1〜FV7と、第2乃至第8の容器FV2〜FV8と、は、第2乃至第8の連通管FC2〜FC8により、それぞれ連結される。第8の容器FV8と第1の容器FV1とは、第1の連通管FC1により連結される。
流路において、流体は、第1乃至第7の容器FV1〜FV7から、第2乃至第8の容器FV2〜FV8へ、それぞれ流れる。更に、流路において、流体は、第8の容器FV8から第1の容器FV1へ流れる。
本例では、第1乃至第8の容器FV1〜FV8は、左心房、左心室、大動脈及び大動脈よりも下流側の動脈、大静脈及び大静脈よりも上流側の静脈、右心房、右心室、肺動脈、並びに、肺静脈をそれぞれ表す。
各容器FV1〜FV8は、弾性変形する球殻である。第1乃至第8の容器FV1〜FV8のうちの、第iの容器FViにおける流体の圧力Pの時間tに関する微分dP/dtは、数式1により表される。iは、1から8の各整数を表す。
は、第iの容器FViに流入する流量を表す。Qi+1は、第iの容器FViから流出する流量を表す。Vは、第iの容器FViにおける流体の圧力Pが0である場合における第iの容器FViの容積(換言すると、無負荷容積)を表す。Eは、第iの容器FViに関連付けられた所定の係数を表す。係数Eは、第iの容器FViの容積の時間に対する変化に対する、第iの容器FViにおける流体の圧力Pの時間に対する変化の比を表すパラメータであると捉えられてよい。また、係数Eは、第iの容器FViから単位時間あたりに流出する流体の量、及び、第iの容器FViの無負荷容積Vの時間に対する変化を、第iの容器FViに単位時間あたりに流入する流体の量から減じた量に対する、第iの容器FViにおける流体の圧力Pの時間に対する変化の比を表すパラメータであると捉えられてもよい。
第1乃至第8の容器FV1〜FV8のうちの、第2及び第6の容器FV2,FV6以外の容器FV1,FV3〜FV5,FV7,FV8の無負荷容積V,V〜V,V,Vは、時間に対して変化しない。一方、第2及び第6の容器FV2,FV6の無負荷容積V,Vは、数式2に表されるように、時間に対して変化する。第2及び第6の容器FV2,FV6の無負荷容積V,Vの時間に対する変化は、左心室及び右心室の拍動を表すと捉えられてよい。
aは、検出部10により検出された脈拍振幅を表す。bは、検出部10により検出された脈拍数を表す。τは、1回の脈拍の周期における、当該周期が開始する時点からの時間(換言すると、周期内時間)を表す。
は、無負荷容積Vを表す。無負荷容積fは、脈拍振幅a、脈拍数b、及び、時間τに応じて予め定められた値を有する。本例では、無負荷容積fは、数式3により表される。このように、本例では、第2及び第6の容器FV2,FV6の無負荷容積f,fは、脈拍振幅a、及び、脈拍数bに基づいて決定される。
i,0は、脈拍振幅aが基準値aである場合における無負荷容積fの基準値(換言すると、基準無負荷容積)を表す。基準無負荷容積fi,0は、1回の脈拍の周期における、当該周期が開始する時点からの時間τと、脈拍数bの基準値bに対する比(換言すると、脈拍数比)b/bと、に応じて予め定められた値を有する。本例では、第2及び第6の容器FV2,FV6に対する基準無負荷容積f2,0,f6,0は、図4の曲線VL,VRによりそれぞれ表される。
数式4により表されるように、第8の容器FV8から流出する流量Qは、第1の容器FV1に流入する流量Qと等しい。また、第1乃至第8の容器FV1〜FV8へ流入する流量Qは、それぞれ、第1乃至第8の連通管FC1〜FC8における流量であると捉えられてもよい。
各連通管FC1〜FC8における流量Qは、数式5により表される。
関数Cは、数式6により表されるように、第iの連通管FCiに連結された上流側の容器の圧力Pi−1が、第iの連通管FCiに連結された下流側の容器の圧力Pよりも小さい場合に、0を表す。更に、関数Cは、数式6により表されるように、第iの連通管FCiに連結された上流側の容器の圧力Pi−1が、第iの連通管FCiに連結された下流側の容器の圧力P以上である場合に、1を表す。関数Cは、流体が逆流することを防止する弁(換言すると、逆止弁)を表すと捉えられてもよい。
数式7により表されるように、第1の連通管FC1に連結された上流側の容器の圧力Pは、第8の連通管FC8に連結された下流側の容器の圧力Pと等しい。
は、第iの連通管FCiに連結された上流側の容器から、第iの連通管FCiに連結された下流側の容器への流体の流れに対する抵抗を表す。抵抗Rは、複数の容器FV1〜FV8のうちの、互いに連結された一対の容器間の流体の流量に対する、当該一対の容器における流体が有する圧力の容器間の差の比であると捉えられてよい。
第1乃至第8の連通管FC1〜FC8のうちの、第4及び第8の連通管FC4,FC8以外の連通管FC1〜FC3,FC5〜FC7に対する抵抗R〜R,R〜Rは、時間に対して変化しない。一方、第4及び第8の連通管FC4,FC8に対する抵抗R,Rは、数式8に表されるように、時間に対して変化する。第4及び第8の連通管FC4,FC8に対する抵抗R,Rは、末梢血管抵抗を表すと捉えられてよい。
は、抵抗Rの目標値(換言すると、目標抵抗)を表す。数式8に表されるように、抵抗Rは、目標抵抗gに遅延を伴って近づくと捉えられてよい。目標抵抗gは、脈拍振幅a、及び、脈拍数bに応じて予め定められた値を有する。本例では、目標抵抗gは、数式9により表される。
i,0は、脈拍振幅aが基準値aである場合における目標抵抗gの基準値(換言すると、基準目標抵抗)を表す。基準目標抵抗gi,0は、脈拍数比b/bに応じて予め定められた値を有する。本例では、基準目標抵抗gi,0は、図5に表されるように、脈拍数比b/bが大きくなるにつれて減少する。
γは、目標抵抗gの基準目標抵抗gi,0に対する比(換言すると、基準目標抵抗比)を表す。基準目標抵抗比γは、脈拍振幅aの基準値aに対する比(換言すると、脈拍振幅比)a/aに応じて予め定められた値を有する。本例では、基準目標抵抗比γは、図6に表されるように、脈拍振幅比a/aが大きくなるにつれて減少するとともに、脈拍振幅比a/aが1である場合に1である。
は、抵抗Rの変化の時定数を表す。時定数Tは、抵抗Rの変化が目標抵抗gの変化に対して遅延する程度を表すと捉えられてよい。
このように、本例では、第4及び第8の連通管FC4,FC8に対する抵抗R,Rは、脈拍振幅a、及び、脈拍数bに基づいて決定される。
図7に表されるように、処理部20の機能は、記憶部201と、決定部202と、推定部203と、を含む。
処理部20は、数式1乃至数式9に基づいて、時間(換言すると、時点)tにおける、第1乃至第8の容器FV1〜FV8内の流体の圧力P(t)〜P(t)から、時間tから所定のステップ時間Δtが経過した後の時間t+Δtにおける、第1乃至第8の容器FV1〜FV8内の流体の圧力P(t+Δt)〜P(t+Δt)を推定する処理を繰り返し実行する。
記憶部201は、基準無負荷容積fi,0、及び、基準目標抵抗gi,0を予め記憶する。なお、処理部20は、基準無負荷容積fi,0の記憶に代えて、基準無負荷容積fi,0を算出する関数を記憶していてもよい。同様に、処理部20は、基準目標抵抗gi,0の記憶に代えて、基準目標抵抗gi,0を算出する関数を記憶していてもよい。
本例では、記憶部201は、基準目標抵抗比γを予め記憶する。なお、処理部20は、基準目標抵抗比γの記憶に代えて、基準目標抵抗比γを算出する関数を記憶していてもよい。
推定部203は、時間t、圧力P〜P、及び、抵抗R〜Rを、初期値tini、初期値P1,ini〜P8,ini、及び、初期値R1,ini〜R8,iniにそれぞれ設定する。
推定部203は、検出部10により検出された脈拍数及び脈拍振幅に基づいて、時間tにおける脈拍数b(t)及び脈拍振幅a(t)を取得する。本例では、推定部203は、検出部10により脈拍数及び脈拍振幅が検出された時間と、時間tと、検出部10により検出された脈拍数及び脈拍振幅と、に基づいて、補間(例えば、線形補間)を行なうことにより、時間tにおける脈拍数b(t)及び脈拍振幅a(t)を取得する。
なお、推定部203は、補間を行なわずに、時間tと最も近い時間にて検出部10により検出された脈拍数及び脈拍振幅を、時間tにおける脈拍数b(t)及び脈拍振幅a(t)として取得してもよい。
決定部202は、記憶部201に記憶されている基準目標抵抗gi,0と、数式9と、推定部203により取得された脈拍数b(t)及び脈拍振幅a(t)と、に基づいて、目標抵抗gを算出する。本例では、決定部202は、記憶部201に記憶されている基準目標抵抗gi,0と、記憶部201に記憶されている基準目標抵抗比γと、数式9と、推定部203により取得された脈拍数b(t)及び脈拍振幅a(t)と、に基づいて、目標抵抗gを算出する。目標抵抗gの算出は、目標抵抗gの決定の一例である。
推定部203は、取得された脈拍数b(t)と、数式10と、に基づいて、時間tにおける周期長τを算出する。
推定部203は、周期開始時間tを時間tに設定する。周期開始時間tは、脈拍毎の当該脈拍の周期が開始する時間である。
推定部203は、時間tから、周期開始時間tを減じることにより、周期内時間τを算出する。
推定部203は、数式8に対する差分方程式である数式11と、決定部202により算出された目標抵抗gと、に基づいて、時間tからステップ時間Δtが経過した後の時間t+Δtにおける、第4及び第8の連通管FC4,FC8に対する抵抗R(t+Δt),R(t+Δt)を算出する。抵抗Rの算出は、抵抗Rの決定の一例である。
決定部202は、記憶部201に記憶されている基準無負荷容積fi,0と、数式3と、数式12と、推定部203により取得された脈拍数b(t)及び脈拍振幅a(t)と、推定部203により算出された周期内時間τ(t)と、に基づいて、時間tにおける、第2及び第6の容器FV2,FV6の無負荷容積V,Vの時間微分Φ(τ),Φ(τ)を算出する。無負荷容積Vの時間微分Φは、無負荷容積Vの時間に対する変化の一例である。時間微分Φの算出は、時間微分Φの決定の一例である。
なお、記憶部201は、基準無負荷容積fi,0に代えて、又は、基準無負荷容積fi,0に加えて、基準無負荷容積fi,0の時間微分を記憶していてもよい。この場合、決定部202は、記憶部201に記憶されている基準無負荷容積fi,0の時間微分と、推定部203により取得された脈拍数b(t)及び脈拍振幅a(t)と、推定部203により算出された周期内時間τ(t)と、に基づいて、時間tにおける、第2及び第6の容器FV2,FV6の無負荷容積V,Vの時間微分Φ(τ),Φ(τ)を算出してよい。また、この場合、処理部20は、基準無負荷容積fi,0の時間微分の記憶に代えて、基準無負荷容積fi,0の時間微分を算出する関数を記憶していてもよい。
上述したように、本例では、第1乃至第8の容器FV1〜FV8のうちの、第2及び第6の容器FV2,FV6以外の容器FV1,FV3〜FV5,FV7,FV8の無負荷容積V,V〜V,V,Vは、時間に対して変化しない。従って、第1乃至第8の容器FV1〜FV8のうちの、第2及び第6の容器FV2,FV6以外の容器FV1,FV3〜FV5,FV7,FV8の無負荷容積V,V〜V,V,Vの時間微分Φ(τ),Φ(τ)〜Φ(τ),Φ(τ),Φ(τ)は、0である。
推定部203は、数式1により表される微分方程式に、4次のルンゲ・クッタ法を適用することにより得られる、数式13乃至数式21に基づいて、時間tからステップ時間Δtが経過した後の時間t+Δtにおける、第1乃至第8の容器FV1〜FV8内の流体の圧力P(t+Δt)〜P(t+Δt)を算出する。圧力P(t+Δt)〜P(t+Δt)の算出は、圧力P(t+Δt)〜P(t+Δt)の推定の一例である。
推定部203は、圧力P(t+Δt)〜P(t+Δt)を推定した後、時間tを、時間tからステップ時間Δtが経過した後の時間t+Δtに更新する。
推定部203は、周期内時間τ、抵抗R(t+Δt),R(t+Δt)、無負荷容積V,Vの時間微分Φ(τ),Φ(τ)、及び、圧力P(t+Δt)〜P(t+Δt)の算出と、時間tの更新と、を含む周期内処理を、周期内時間τが周期長τ以下である間、繰り返し実行する。
推定部203は、周期内時間τが周期長τよりも大きくなった場合、脈拍数b(t)及び脈拍振幅a(t)の取得、目標抵抗g及び周期長τの算出、並びに、周期開始時間tの設定、を再び行ない、その後、周期内処理を再び行なう。
本例では、処理部20は、時間tが更新される毎に、時間tと、当該時間tにおける圧力P(t)〜P(t)と、を関連付けて記憶する。また、本例では、処理部20は、所定の表示周期(例えば、5秒)が経過する毎に、算出された最新の血圧を出力装置24を介して出力(例えば、ディスプレイに表示)する。本例では、処理部20は、第3の容器FV3における流体の圧力Pを血圧として出力する。
なお、推定部203は、周期内時間τと、周期内時間τからステップ時間Δtが経過した後の時間τ+Δtと、の間の期間における、第2及び第6の容器FV2,FV6の無負荷容積V,Vの時間微分として一定の値(例えば、周期内時間τにおける時間微分Φ(τ))を用いてもよい。
また、推定部203は、数式15、数式17、数式19、及び、数式21に代えて、数式22乃至数式25をそれぞれ用いてもよい。この場合、推定部203は、数式26に基づいて、時間tから、ステップ時間Δtの半分Δt/2が経過した後の時間t+Δt/2における、第4及び第8の連通管FC4,FC8に対する抵抗R(t+Δt/2),R(t+Δt/2)を算出してよい。
(動作)
次に、血圧推定装置1の動作について説明する。
検出部10は、所定の検出周期(例えば、1秒)が経過する毎に、脈拍数及び脈拍振幅を検出する。
また、処理部20は、図8に表される処理を実行する。以下、図8の処理について説明を加える。
処理部20は、時間t、圧力P〜P、及び、抵抗R〜Rを、初期値tini、初期値P1,ini〜P8,ini、及び、初期値R1,ini〜R8,iniにそれぞれ設定する(図8のステップS101)。
次いで、処理部20は、検出部10により検出された脈拍数及び脈拍振幅に基づいて、時間tにおける脈拍数b(t)及び脈拍振幅a(t)を取得する(図8のステップS102)。
そして、処理部20は、記憶部201に記憶されている基準目標抵抗gi,0と、ステップS102にて取得された脈拍数b(t)及び脈拍振幅a(t)と、に基づいて、目標抵抗gを算出する(図8のステップS103)。本例では、処理部20は、記憶部201に記憶されている基準目標抵抗gi,0と、記憶部201に記憶されている基準目標抵抗比γと、ステップS102にて取得された脈拍数b(t)及び脈拍振幅a(t)と、に基づいて、目標抵抗gを算出する。
次いで、処理部20は、ステップS102にて取得された脈拍数b(t)に基づいて、時間tにおける周期長τを算出するとともに、周期開始時間tを時間tに設定する(図8のステップS104)。
そして、処理部20は、時間tから、ステップS104にて設定された周期開始時間tを減じた値を、周期内時間τとして算出する(図8のステップS105)。次いで、処理部20は、ステップS105にて算出された周期内時間τが、ステップS104にて算出された周期長τ以下であるか否かを判定する(図8のステップS106)。
先ず、周期内時間τが周期長τ以下である場合について説明する。この場合、処理部20は、「Yes」と判定し、図8のステップS107へ進む。そして、処理部20は、時間tからステップ時間Δtが経過した後の時間t+Δtにおける、第1乃至第8の連通管FC1〜FC8のうちの、第4及び第8の連通管FC4,FC8以外の連通管FC1〜FC3,FC5〜FC7に対する抵抗R(t+Δt)〜R(t+Δt),R(t+Δt)〜R(t+Δt)を、時間tにおける抵抗R(t)〜R(t),R(t)〜R(t)にそれぞれ設定する。
更に、処理部20は、時間tからステップ時間Δtが経過した後の時間t+Δtにおける、第4及び第8の連通管FC4,FC8に対する抵抗R(t+Δt),R(t+Δt)を、ステップS103にて算出された目標抵抗gに基づいて算出する。加えて、処理部20は、ステップS108にて、便宜上、用いられる抵抗R(t+Δt)を、第1の連通管FC1に対する抵抗R(t+Δt)に設定する。
次いで、処理部20は、時間tからステップ時間Δtが経過した後の時間t+Δtにおける、第1乃至第8の容器FV1〜FV8内の流体の圧力P(t+Δt)〜P(t+Δt)を算出する(図8のステップS108)。ステップS108の処理は、後述される。
その後、処理部20は、時間tを、時間tからステップ時間Δtが経過した後の時間t+Δtに更新する(図8のステップS109)。そして、処理部20は、図8のステップS105へ戻り、周期内時間τが周期長τよりも大きくなるまで、ステップS105からステップS109までの処理を繰り返し実行する。
周期内時間τが周期長τよりも大きくなった場合、処理部20は、図8のステップS106にて「No」と判定し、図8のステップS102へ戻る。そして、処理部20は、ステップS109にて更新された時間tに対して、再び、ステップS102以降の処理を実行する。本例では、処理部20は、図8のステップS102に進んだ場合、検出部10により脈拍数及び脈拍振幅が検出された時間のうちの最新の時間が、ステップS109にて更新された時間tよりも先の(将来の)時間となるまで待機する。
図8のステップS108の処理について説明を加える。
処理部20は、図8のステップS108の処理として、図9及び図10に表される処理を実行する。以下、図9及び図10の処理について説明を加える。
処理部20は、第1乃至第8の容器FV1〜FV8内の流体の圧力の暫定値である第1暫定圧力P1,0〜P8,0を、時間tにおける、第1乃至第8の容器FV1〜FV8内の流体の圧力P(t)〜P(t)にそれぞれ設定する。
更に、処理部20は、便宜上、用いられる第1暫定圧力P0,0,P9,0を、第1暫定圧力P8,0,P1,0にそれぞれ設定する。加えて、処理部20は、第1暫定圧力P0,0〜P9,0と、図8のステップS107にて算出された抵抗R(t+Δt)〜R(t+Δt)と、周期内時間τにおける時間微分Φ(τ)〜Φ(τ)と、に基づいて第1時間変化率K1,1〜K8,1を算出する(図9のステップS201)。
次いで、処理部20は、第1乃至第8の容器FV1〜FV8内の流体の圧力の暫定値である第2暫定圧力P1,1〜P8,1を、時間tにおける、第1乃至第8の容器FV1〜FV8内の流体の圧力P(t)〜P(t)に、図9のステップS201にて算出された第1時間変化率K1,1〜K8,1と、ステップ時間Δtを2により除した値と、の積をそれぞれ加えた値にそれぞれ設定する。
更に、処理部20は、便宜上、用いられる第2暫定圧力P0,1,P9,1を、第2暫定圧力P8,1,P1,1にそれぞれ設定する。加えて、処理部20は、第2暫定圧力P0,1〜P9,1と、図8のステップS107にて算出された抵抗R(t+Δt)〜R(t+Δt)と、周期内時間τよりもステップ時間Δtの半分の時間だけ後の時間τ+Δt/2における時間微分Φ(τ+Δt/2)〜Φ(τ+Δt/2)と、に基づいて第2時間変化率K1,2〜K8,2を算出する(図9のステップS202)。
次いで、処理部20は、第1乃至第8の容器FV1〜FV8内の流体の圧力の暫定値である第3暫定圧力P1,2〜P8,2を、時間tにおける、第1乃至第8の容器FV1〜FV8内の流体の圧力P(t)〜P(t)に、図9のステップS202にて算出された第2時間変化率K1,2〜K8,2と、ステップ時間Δtを2により除した値と、の積をそれぞれ加えた値にそれぞれ設定する。
更に、処理部20は、便宜上、用いられる第3暫定圧力P0,2,P9,2を、第3暫定圧力P8,2,P1,2にそれぞれ設定する。加えて、処理部20は、第3暫定圧力P0,2〜P9,2と、図8のステップS107にて算出された抵抗R(t+Δt)〜R(t+Δt)と、周期内時間τよりもステップ時間Δtの半分の時間だけ後の時間τ+Δt/2における時間微分Φ(τ+Δt/2)〜Φ(τ+Δt/2)と、に基づいて第3時間変化率K1,3〜K8,3を算出する(図9のステップS203)。
次いで、処理部20は、第1乃至第8の容器FV1〜FV8内の流体の圧力の暫定値である第4暫定圧力P1,3〜P8,3を、時間tにおける、第1乃至第8の容器FV1〜FV8内の流体の圧力P(t)〜P(t)に、図9のステップS203にて算出された第3時間変化率K1,3〜K8,3と、ステップ時間Δtと、の積をそれぞれ加えた値にそれぞれ設定する。
更に、処理部20は、便宜上、用いられる第4暫定圧力P0,3,P9,3を、第4暫定圧力P8,3,P1,3にそれぞれ設定する。加えて、処理部20は、第4暫定圧力P0,3〜P9,3と、図8のステップS107にて算出された抵抗R(t+Δt)〜R(t+Δt)と、周期内時間τよりもステップ時間Δtだけ後の時間τ+Δtにおける時間微分Φ(τ+Δt)〜Φ(τ+Δt)と、に基づいて第4時間変化率K1,4〜K8,4を算出する(図10のステップS204)。
そして、処理部20は、時間tにおける、第1乃至第8の容器FV1〜FV8内の流体の圧力P(t)〜P(t)と、ステップS201乃至ステップS204にてそれぞれ算出された第1乃至第4時間変化率K1,1〜K8,1,K1,2〜K8,2,K1,3〜K8,3,K1,4〜K8,4と、に基づいて、時間tからステップ時間Δtが経過した後の時間t+Δtにおける、第1乃至第8の容器FV1〜FV8内の流体の圧力P(t+Δt)〜P(t+Δt)を算出する(図10のステップS205)。
そして、処理部20は、図9及び図10の処理を終了する。
以上、説明したように、第1実施形態の血圧推定装置1は、生体の心拍の周期の長さである周期長を表す第1パラメータ(本例では、脈拍数b)を検出する。更に、血圧推定装置1は、弾性変形する複数の容器FV1〜FV8が環状に連結された流路を流れる流体によって、生体の循環器系を流れる血液を表す数理モデルにおける、複数の容器FV1〜FV8のうちの少なくとも1つの容器の無負荷容積の時間に対する変化(本例では、第2及び第6の容器FV2,FV6の無負荷容積V,Vの時間微分Φ,Φ)を、検出された第1パラメータに基づいて決定する。加えて、血圧推定装置1は、決定された変化と、数理モデルと、に基づいて、生体の循環器系を流れる血液が有する圧力を推定する。
周期長を表す第1パラメータは、動脈径よりも高い精度にて検出されやすい。更に、第1パラメータに基づいて決定された、第2及び第6の容器FV2,FV6の無負荷容積V,Vの時間に対する変化を用いることにより、上記数理モデルは、生体における左心室及び右心室の挙動を高い精度にて表すことができる。この結果、上記数理モデルは、生体の循環器系を流れる血液の挙動を高い精度にて表すことができる。従って、血圧推定装置1は、当該血液が有する圧力Pを高い精度にて推定できる。
更に、第1実施形態の血圧推定装置1は、複数の容器FV1〜FV8のうちの、互いに連結された一対の容器間の流体の流量に対する、当該一対の容器における流体が有する圧力の容器間の差の比である抵抗(本例では、第4及び第8の連通管FC4,FC8に対する抵抗R,R)を、検出された第1パラメータに基づいて決定する。加えて、血圧推定装置1は、決定された抵抗に基づいて、生体の循環器系を流れる血液が有する圧力を推定する。
これによれば、抵抗R,Rが一定に維持される場合よりも、上記数理モデルは、生体における末梢血管の挙動を高い精度にて表すことができる。これにより、上記数理モデルは、生体の循環器系を流れる血液の挙動を高い精度にて表すことができる。この結果、血圧推定装置1は、血液が有する圧力Pを高い精度にて推定できる。
更に、第1実施形態の血圧推定装置1は、抵抗(本例では、第4及び第8の連通管FC4,FC8に対する抵抗R,R)の目標値(本例では、目標抵抗g,g)を、検出された第1パラメータに基づいて決定する。加えて、血圧推定装置1は、抵抗が、決定された目標値に遅延を伴って近づくように抵抗の決定を行なう。
これによれば、上記数理モデルは、生体における末梢血管の挙動をより一層高い精度にて表すことができる。これにより、上記数理モデルは、生体の循環器系を流れる血液の挙動を高い精度にて表すことができる。この結果、血圧推定装置1は、生体の循環器系を流れる血液が有する圧力Pを高い精度にて推定できる。
更に、第1実施形態の血圧推定装置1は、心拍の大きさを表す第2パラメータ(本例では、脈拍振幅a)を検出する。加えて、血圧推定装置1は、検出された第2パラメータに基づいて、抵抗(本例では、第4及び第8の連通管FC4,FC8に対する抵抗R,R)の目標値(本例では、目標抵抗g,g)の決定を行なう。
ところで、心拍の大きさと、末梢血管における抵抗と、は強い相関を有する。従って、血圧推定装置1によれば、上記数理モデルは、生体における末梢血管の挙動をより一層高い精度にて表すことができる。これにより、上記数理モデルは、生体の循環器系を流れる血液の挙動を高い精度にて表すことができる。この結果、血圧推定装置1は、生体の循環器系を流れる血液が有する圧力Pを高い精度にて推定できる。
更に、第1実施形態の血圧推定装置1は、検出された第2パラメータに基づいて、複数の容器FV1〜FV8のうちの少なくとも1つの容器の無負荷容積の時間に対する変化(本例では、第2及び第6の容器FV2,FV6の無負荷容積V,Vの時間微分Φ,Φ)の決定を行なう。
ところで、心拍の大きさと、左心室及び右心室の容積と、は強い相関を有する。従って、血圧推定装置1によれば、上記数理モデルは、生体における左心室及び右心室の挙動をより一層高い精度にて表すことができる。これにより、上記数理モデルは、生体の循環器系を流れる血液の挙動を高い精度にて表すことができる。この結果、血圧推定装置1は、生体の循環器系を流れる血液が有する圧力Pを高い精度にて推定できる。
更に、第1実施形態の血圧推定装置1において、複数の容器FV1〜FV8は、左心房、左心室、大動脈及び大動脈よりも下流側の動脈、大静脈及び大静脈よりも上流側の静脈、右心房、右心室、肺動脈、並びに、肺静脈をそれぞれ表す。
これによれば、上記数理モデルは、生体の循環器系を流れる血液の挙動を高い精度にて表すことができる。この結果、血圧推定装置1は、生体の循環器系を流れる血液が有する圧力Pを高い精度にて推定できる。
図11における曲線D11は、生体の安静時において血圧推定装置1により検出された脈拍数の一例を表す。図12乃至図14は、血圧推定装置1により検出された脈拍数が図11に表されるように変化した場合における、血圧推定装置1による推定結果の一例を表す。
図12における円D12,D13,D14は、比較例としての血圧測定装置により測定された最高血圧(換言すると、血圧の最高値)、最低血圧(換言すると、血圧の最低値)、及び、平均血圧(換言すると、血圧の平均値)をそれぞれ表す。本例では、血圧測定装置は、カフを用いることにより血圧を測定する。平均血圧は、最高血圧及び最低血圧を平均した値である。
図12における曲線E12,E13,E14は、血圧推定装置1により推定された最高血圧、最低血圧、及び、平均血圧をそれぞれ表す。図12に表されるように、第1実施形態の血圧推定装置1によれば、血圧を高い精度にて推定できる。
図13における曲線E15,E16は、第4の連通管FC4に対する抵抗Rの目標値g、及び、第4の連通管FC4に対する抵抗Rをそれぞれ表す。
図14における四角D18は、比較例としての血圧測定装置により測定された最高血圧を表す。図14における円E18は、血圧推定装置1により推定された最高血圧を表す。図14に表されるように、第1実施形態の血圧推定装置1によれば、最高血圧と脈拍数との関係を高い精度にて推定できる。
図15における曲線D21は、生体の運動時において血圧推定装置1により検出された脈拍数の一例を表す。図16乃至図18は、血圧推定装置1により検出された脈拍数が図15に表されるように変化した場合における、血圧推定装置1による推定結果の一例を表す。
図16における円D22,D23,D24は、比較例としての血圧測定装置により測定された最高血圧、最低血圧、及び、平均血圧をそれぞれ表す。本例では、血圧測定装置は、カフを用いることにより血圧を測定する。
図16における曲線E22,E23,E24は、血圧推定装置1により推定された最高血圧、最低血圧、及び、平均血圧をそれぞれ表す。図16に表されるように、第1実施形態の血圧推定装置1によれば、血圧を高い精度にて推定できる。
図17における曲線E25,E26は、第4の連通管FC4に対する抵抗Rの目標値g、及び、第4の連通管FC4に対する抵抗Rをそれぞれ表す。
図18における四角D28は、比較例としての血圧測定装置により測定された最高血圧を表す。図18における円E28は、血圧推定装置1により推定された最高血圧を表す。図18に表されるように、第1実施形態の血圧推定装置1によれば、最高血圧と脈拍数との関係を高い精度にて推定できる。
なお、血圧推定装置1は、検出部10を構成する第1の装置と、処理部20を構成する第2の装置と、を備えていてもよい。この場合、第1の装置と第2の装置とは、互いに通信可能に接続される。この場合、第2の装置は、携帯電話機、スマートフォン、パーソナル・コンピュータ、又は、サーバ装置であってよい。
また、上述したように、血圧推定装置1は、脈拍数の検出と、脈拍数が検出された時間における血圧の推定と、を並列に行なう。ところで、血圧推定装置1は、所定の期間における脈拍数の検出が終了した後に、当該期間における血圧の推定を行なってもよい。
また、上述したように、血圧推定装置1は、複数の互いに異なる時間のそれぞれと、当該時間における圧力と、を関連付けて記憶する。ところで、血圧推定装置1は、記憶されている複数の時間のそれぞれと、記憶されている、当該時間における圧力と、を関連付けて出力してもよい。例えば、血圧推定装置1は、圧力の時間に対する変化を表すグラフを出力してもよい。
なお、処理部20は、第4及び第8の連通管FC4,FC8に対する抵抗R,Rを、初期値R4,ini,R8,iniにそれぞれ設定するとともに、時間に対して変化させずに血圧を推定してもよい。
また、血圧推定装置1は、生体に対して予め測定された脈拍数及び血圧を表す情報が入力されるとともに、当該入力された情報に基づいて、基準目標抵抗gi,0、抵抗の初期値Ri,ini、及び、係数Eの少なくとも1つを決定してもよい。
<第1実施形態の第1変形例>
次に、第1実施形態の第1変形例の血圧推定装置について説明する。第1実施形態の第1変形例の血圧推定装置は、第1実施形態の血圧推定装置に対して、生体の心拍の大きさを表す第2パラメータを第1パラメータに基づいて推定する点において相違している。以下、相違点を中心として説明する。なお、第1実施形態の第1変形例の説明において、第1実施形態にて使用した符号と同じ符号を付したものは、同一又はほぼ同様のものである。
本例では、処理部20は、検出部10により検出された脈拍数bと、数式27と、に基づいて脈拍振幅aを推定する。更に、処理部20は、推定された脈拍振幅aに基づいて、第2及び第6の容器FV2,FV6の無負荷容積f,fの決定、及び、第4及び第8の連通管FC4,FC8に対する目標抵抗g,gの算出を行なう。
hは、脈拍振幅aの目標値(換言すると、目標振幅)を表す。Tは、脈拍振幅aの変化の時定数を表す。時定数Tは、脈拍振幅aの変化が目標振幅hの変化に対して遅延する程度を表すと捉えられてよい。数式27に表されるように、脈拍振幅aは、目標振幅hに遅延を伴って近づくと捉えられてよい。目標振幅hは、脈拍数比b/bに応じて予め定められた値を有する。本例では、目標振幅hは、図19により表されるように、脈拍数比b/bが大きくなるにつれて増加する。
なお、血圧推定装置1は、生体に対して予め測定された脈拍数及び血圧を表す情報が入力されるとともに、当該入力された情報に基づいて、目標振幅hを決定してもよい。
推定部203は、検出部10により検出された脈拍数に基づいて、時間tにおける脈拍数b(t)を取得する。更に、推定部203は、数式27に対する差分方程式である数式28と、取得された脈拍数b(t)と、に基づいて、時間tからステップ時間Δtが経過した後の時間t+Δtにおける脈拍振幅a(t+Δt)を算出する。脈拍振幅aの算出は、脈拍振幅aの推定の一例である。
本例では、検出部10は、生体の心拍の大きさを表す第2パラメータを検出しなくてもよい。
第1実施形態の第1変形例の血圧推定装置1によれば、第1実施形態の血圧推定装置1と同様の作用及び効果が奏される。
図20乃至図22は、血圧推定装置1により検出された脈拍数が図11に表されるように変化した場合における、血圧推定装置1による推定結果の一例を表す。
図20における円D32,D33,D34は、比較例としての血圧測定装置により測定された最高血圧、最低血圧、及び、平均血圧をそれぞれ表す。本例では、血圧測定装置は、カフを用いることにより血圧を測定する。
図20における曲線E32,E33,E34は、血圧推定装置1により推定された最高血圧、最低血圧、及び、平均血圧をそれぞれ表す。図20に表されるように、第1実施形態の第1変形例の血圧推定装置1によれば、血圧を高い精度にて推定できる。
図21における曲線E35,E36は、第4の連通管FC4に対する抵抗Rの目標値g、及び、第4の連通管FC4に対する抵抗Rをそれぞれ表す。
図22における四角D38は、比較例としての血圧測定装置により測定された最高血圧を表す。図22における円E38は、血圧推定装置1により推定された最高血圧を表す。図22に表されるように、第1実施形態の第1変形例の血圧推定装置1によれば、最高血圧と脈拍数との関係を高い精度にて推定できる。
図23乃至図25は、血圧推定装置1により検出された脈拍数が図15に表されるように変化した場合における、血圧推定装置1による推定結果の一例を表す。
図23における円D42,D43,D44は、比較例としての血圧測定装置により測定された最高血圧、最低血圧、及び、平均血圧をそれぞれ表す。本例では、血圧測定装置は、カフを用いることにより血圧を測定する。
図23における曲線E42,E43,E44は、血圧推定装置1により推定された最高血圧、最低血圧、及び、平均血圧をそれぞれ表す。図23に表されるように、第1実施形態の第1変形例の血圧推定装置1によれば、血圧を高い精度にて推定できる。
図24における曲線E45,E46は、第4の連通管FC4に対する抵抗Rの目標値g、及び、第4の連通管FC4に対する抵抗Rをそれぞれ表す。
図25における四角D48は、比較例としての血圧測定装置により測定された最高血圧を表す。図25における円E48は、血圧推定装置1により推定された最高血圧を表す。図25に表されるように、第1実施形態の第1変形例の血圧推定装置1によれば、最高血圧と脈拍数との関係を高い精度にて推定できる。
<第1実施形態の第2変形例>
次に、第1実施形態の第2変形例の血圧推定装置について説明する。第1実施形態の第2変形例の血圧推定装置は、第1実施形態の第1変形例の血圧推定装置に対して、所定の関数を用いて、基準目標抵抗gi,0、基準目標抵抗比γ、生体の安静時における第4の連通管FC4に対する抵抗R4,0、及び、第4の容器FV4に関連付けられた係数Eを算出する点において相違している。以下、相違点を中心として説明する。なお、第1実施形態の第2変形例の説明において、第1実施形態の第1変形例にて使用した符号と同じ符号を付したものは、同一又はほぼ同様のものである。
処理部20は、基準目標抵抗比γの記憶に代えて、基準目標抵抗比γを算出する関数を記憶する。本例では、処理部20は、基準目標抵抗比γを算出する関数として、数式29により表される関数を記憶する。処理部20は、数式29に基づいて基準目標抵抗比γを算出する。
更に、処理部20は、基準目標抵抗gi,0の記憶に代えて、基準目標抵抗gi,0を算出する関数を記憶する。本例では、処理部20は、基準目標抵抗gi,0を算出する関数として、数式30により表される関数を記憶する。処理部20は、数式30に基づいて基準目標抵抗gi,0を算出する。
i,0は、生体の安静時における第iの連通管FCiに対する抵抗を表す。本例では、処理部20は、生体の安静時における第4の連通管FC4に対する抵抗R4,0を、脈拍数bの基準値bと、生体の安静時において測定された最高血圧Psmaxと、生体の安静時において測定された最低血圧Psminと、所定の係数αと、数式31と、に基づいて算出する。例えば、脈拍数bの基準値bは、生体の安静時において測定された脈拍数である。なお、係数αは、血圧の推定が実行される毎に変更されてもよい。また、係数αは、生体に応じた値に設定されてもよい。
本例では、処理部20は、第4の容器FV4に関連付けられた係数Eを、生体の安静時において測定された最高血圧Psmaxと、生体の安静時において測定された最低血圧Psminと、所定の係数βと、数式32と、に基づいて算出する。なお、係数βは、血圧の推定が実行される毎に変更されてもよい。また、係数βは、生体に応じた値に設定されてもよい。
本例では、処理部20は、第8の連通管FC8に対する抵抗R8,0として、固定された値(換言すると、複数の異なる生体に対して共通する値)を用いる。なお、第8の連通管FC8に対する抵抗R8,0は、血圧の推定が実行される毎に変更されてもよい。また、第8の連通管FC8に対する抵抗R8,0は、生体に応じた値に設定されてもよい。
また、本例では、処理部20は、第jの容器FVjに関連付けられた係数Eとして、固定された値を用いる。jは、1から8の整数のうちの4以外の各整数を表す。なお、第jの容器FVjに関連付けられた係数Eは、血圧の推定が実行される毎に変更されてもよい。また、第jの容器FVjに関連付けられた係数Eは、生体に応じた値に設定されてもよい。
第1実施形態の第2変形例の血圧推定装置1によれば、第1実施形態の第1変形例の血圧推定装置1と同様の作用及び効果が奏される。
図26乃至図29は、血圧推定装置1により検出された脈拍数が図11に表されるように変化した場合における、血圧推定装置1による推定結果の一例を表す。
図26における円D92,D93,D94は、比較例としての血圧測定装置により測定された最高血圧、最低血圧、及び、平均血圧をそれぞれ表す。本例では、血圧測定装置は、カフを用いることにより血圧を測定する。
図26における曲線E92,E93,E94は、血圧推定装置1により推定された最高血圧、最低血圧、及び、平均血圧をそれぞれ表す。図26に表されるように、第1実施形態の第2変形例の血圧推定装置1によれば、血圧を高い精度にて推定できる。
図27における曲線E95,E96は、第4の連通管FC4に対する抵抗Rの目標値g、及び、第4の連通管FC4に対する抵抗Rをそれぞれ表す。
図28における四角D98は、比較例としての血圧測定装置により測定された最高血圧を表す。図28における円E98は、血圧推定装置1により推定された最高血圧を表す。図28に表されるように、第1実施形態の第2変形例の血圧推定装置1によれば、最高血圧と脈拍数との関係を高い精度にて推定できる。
図29において、血圧測定装置により測定された血圧は、測定血圧と表されるとともに、血圧推定装置1により推定された血圧は、推定血圧と表される。図29における四角F91は、比較例としての血圧測定装置により測定された最高血圧と、血圧推定装置1により推定された最高血圧と、の関係を表す。図29における三角F92は、比較例としての血圧測定装置により測定された最低血圧と、血圧推定装置1により推定された最低血圧と、の関係を表す。図29における円F93は、比較例としての血圧測定装置により測定された平均血圧と、血圧推定装置1により推定された平均血圧と、の関係を表す。図29に表されるように、第1実施形態の第2変形例の血圧推定装置1によれば、最高血圧、最低血圧、及び、平均血圧を高い精度にて推定できる。
<第1実施形態の第3変形例>
次に、第1実施形態の第3変形例の血圧推定装置について説明する。第1実施形態の第3変形例の血圧推定装置は、第1実施形態の血圧推定装置に対して、生体の心拍の大きさを表す第2パラメータに基づかずに血圧を推定する点において相違している。以下、相違点を中心として説明する。なお、第1実施形態の第3変形例の説明において、第1実施形態にて使用した符号と同じ符号を付したものは、同一又はほぼ同様のものである。
処理部20は、時間tにおける脈拍振幅a(t)に代えて、脈拍振幅aの基準値aを用いる。換言すると、本例では、第2及び第6の容器FV2,FV6の無負荷容積f,fは、数式3に代わる数式33により表される。
また、第4及び第8の連通管FC4,FC8に対する抵抗R,Rの目標値g,gは、数式9に代わる数式34により表される。
本例では、検出部10は、生体の心拍の大きさを表す第2パラメータを検出しなくてもよい。
第1実施形態の第3変形例の血圧推定装置1によれば、第1実施形態の血圧推定装置1と同様の作用及び効果が奏される。
図30乃至図32は、血圧推定装置1により検出された脈拍数が図11に表されるように変化した場合における、血圧推定装置1による推定結果の一例を表す。
図30における円D52,D53,D54は、比較例としての血圧測定装置により測定された最高血圧、最低血圧、及び、平均血圧をそれぞれ表す。本例では、血圧測定装置は、カフを用いることにより血圧を測定する。
図30における曲線E52,E53,E54は、血圧推定装置1により推定された最高血圧、最低血圧、及び、平均血圧をそれぞれ表す。図30に表されるように、第1実施形態の第3変形例の血圧推定装置1によれば、血圧を高い精度にて推定できる。
図31における曲線E55,E56は、第4の連通管FC4に対する抵抗Rの目標値g、及び、第4の連通管FC4に対する抵抗Rをそれぞれ表す。
図32における四角D58は、比較例としての血圧測定装置により測定された最高血圧を表す。図32における円E58は、血圧推定装置1により推定された最高血圧を表す。図32に表されるように、第1実施形態の第3変形例の血圧推定装置1によれば、最高血圧と脈拍数との関係を高い精度にて推定できる。
図33乃至図35は、血圧推定装置1により検出された脈拍数が図15に表されるように変化した場合における、血圧推定装置1による推定結果の一例を表す。
図33における円D62,D63,D64は、比較例としての血圧測定装置により測定された最高血圧、最低血圧、及び、平均血圧をそれぞれ表す。本例では、血圧測定装置は、カフを用いることにより血圧を測定する。
図33における曲線E62,E63,E64は、血圧推定装置1により推定された最高血圧、最低血圧、及び、平均血圧をそれぞれ表す。図33に表されるように、第1実施形態の第3変形例の血圧推定装置1によれば、血圧を高い精度にて推定できる。
図34における曲線E65,E66は、第4の連通管FC4に対する抵抗Rの目標値g、及び、第4の連通管FC4に対する抵抗Rをそれぞれ表す。
図35における四角D68は、比較例としての血圧測定装置により測定された最高血圧を表す。図35における円E68は、血圧推定装置1により推定された最高血圧を表す。図35に表されるように、第1実施形態の第3変形例の血圧推定装置1によれば、最高血圧と脈拍数との関係を高い精度にて推定できる。
<第1実施形態の第4変形例>
次に、第1実施形態の第4変形例の血圧推定装置について説明する。第1実施形態の第4変形例の血圧推定装置は、第1実施形態の第3変形例の血圧推定装置に対して、抵抗を時間に対して変化させずに血圧を推定する点において相違している。以下、相違点を中心として説明する。なお、第1実施形態の第4変形例の説明において、第1実施形態にて使用した符号と同じ符号を付したものは、同一又はほぼ同様のものである。
処理部20は、第4及び第8の連通管FC4,FC8に対する抵抗R,Rを、初期値R4,ini,R8,iniにそれぞれ設定するとともに、時間に対して変化させない。
第1実施形態の第4変形例の血圧推定装置1によれば、第1実施形態の血圧推定装置1と同様の作用及び効果が奏される。
図36乃至図38は、血圧推定装置1により検出された脈拍数が図11に表されるように変化した場合における、血圧推定装置1による推定結果の一例を表す。
図36における円D72,D73,D74は、比較例としての血圧測定装置により測定された最高血圧、最低血圧、及び、平均血圧をそれぞれ表す。本例では、血圧測定装置は、カフを用いることにより血圧を測定する。
図36における曲線E72,E73,E74は、血圧推定装置1により推定された最高血圧、最低血圧、及び、平均血圧をそれぞれ表す。図36に表されるように、第1実施形態の第4変形例の血圧推定装置1によれば、血圧を高い精度にて推定できる。
図37における曲線E76は、第4の連通管FC4に対する抵抗Rを表す。
図38における四角D78は、比較例としての血圧測定装置により測定された最高血圧を表す。図38における円E78は、血圧推定装置1により推定された最高血圧を表す。図38に表されるように、第1実施形態の第4変形例の血圧推定装置1によれば、最高血圧と脈拍数との関係を高い精度にて推定できる。
図39乃至図41は、血圧推定装置1により検出された脈拍数が図15に表されるように変化した場合における、血圧推定装置1による推定結果の一例を表す。
図39における円D82,D83,D84は、比較例としての血圧測定装置により測定された最高血圧、最低血圧、及び、平均血圧をそれぞれ表す。本例では、血圧測定装置は、カフを用いることにより血圧を測定する。
図39における曲線E82,E83,E84は、血圧推定装置1により推定された最高血圧、最低血圧、及び、平均血圧をそれぞれ表す。図39に表されるように、第1実施形態の第4変形例の血圧推定装置1によれば、血圧を高い精度にて推定できる。
図40における曲線E86は、第4の連通管FC4に対する抵抗Rを表す。
図41における四角D88は、比較例としての血圧測定装置により測定された最高血圧を表す。図41における円E88は、血圧推定装置1により推定された最高血圧を表す。図41に表されるように、第1実施形態の第4変形例の血圧推定装置1によれば、最高血圧と脈拍数との関係を高い精度にて推定できる。
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されない。例えば、上述した実施形態に、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内において当業者が理解し得る様々な変更が加えられてよい。例えば、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内において、上述した実施形態の他の変形例として、上述した実施形態及び変形例の任意の組み合わせが採用されてもよい。
1 血圧推定装置
10 検出部
20 処理部
21 処理装置
22 記憶装置
23 入力装置
24 出力装置
201 記憶部
202 決定部
203 推定部
BU バス
FC1〜FC8 連通管
FV1〜FV8 容器

Claims (12)

  1. 生体の心拍の周期の長さである周期長を表す第1パラメータを検出する検出部と、
    弾性変形する複数の容器が環状に連結された流路を流れる流体によって、前記生体の循環器系を流れる血液を表す数理モデルにおける、前記複数の容器のうちの少なくとも1つの容器の容積の時間に対する変化を、前記検出された第1パラメータに基づいて決定し、前記決定された変化と、前記数理モデルと、に基づいて、前記血液が有する圧力を推定する処理部と、
    を備える、血圧推定装置。
  2. 請求項1に記載の血圧推定装置であって、
    前記処理部は、前記複数の容器のうちの、互いに連結された一対の容器間の前記流体の流量に対する、当該一対の容器における前記流体が有する圧力の容器間の差の比である抵抗を、前記検出された第1パラメータに基づいて決定し、前記決定された抵抗に基づいて、前記血液が有する圧力を推定する、血圧推定装置。
  3. 請求項2に記載の血圧推定装置であって、
    前記処理部は、前記抵抗の目標値を、前記検出された第1パラメータに基づいて決定し、前記抵抗が、前記決定された目標値に遅延を伴って近づくように前記抵抗の前記決定を行なう、血圧推定装置。
  4. 請求項3に記載の血圧推定装置であって、
    前記検出部は、前記心拍の大きさを表す第2パラメータを検出し、
    前記処理部は、前記検出された第2パラメータに基づいて前記目標値の前記決定を行なう、血圧推定装置。
  5. 請求項1乃至請求項4のいずれか一項に記載の血圧推定装置であって、
    前記検出部は、前記心拍の大きさを表す第2パラメータを検出し、
    前記処理部は、前記検出された第2パラメータに基づいて、前記容積の時間に対する変化の前記決定を行なう、血圧推定装置。
  6. 請求項3に記載の血圧推定装置であって、
    前記処理部は、前記検出された第1パラメータに基づいて、前記心拍の大きさを表す第2パラメータを推定し、前記推定された第2パラメータに基づいて前記目標値の前記決定を行なう、血圧推定装置。
  7. 請求項1乃至請求項6のいずれか一項に記載の血圧推定装置であって、
    前記処理部は、前記検出された第1パラメータに基づいて、前記心拍の大きさを表す第2パラメータを推定し、前記推定された第2パラメータに基づいて、前記容積の時間に対する変化の前記決定を行なう、血圧推定装置。
  8. 請求項6又は請求項7に記載の血圧推定装置であって、
    前記処理部は、前記第2パラメータの目標値を、前記検出された第1パラメータに基づいて決定し、前記第2パラメータが、前記決定された目標値に遅延を伴って近づくように前記第2パラメータの前記推定を行なう、血圧推定装置。
  9. 請求項1乃至請求項8のいずれか一項に記載の血圧推定装置であって、
    前記複数の容器は、左心房、左心室、大動脈及び大動脈よりも下流側の動脈、大静脈及び大静脈よりも上流側の静脈、右心房、右心室、肺動脈、並びに、肺静脈をそれぞれ表す8個の容器を含む、血圧推定装置。
  10. 弾性変形する複数の容器が環状に連結された流路を流れる流体によって、生体の循環器系を流れる血液を表す数理モデルにおける、前記複数の容器のうちの少なくとも1つの容器の容積の時間に対する変化を、検出された、前記生体の心拍の周期の長さである周期長を表す第1パラメータに基づいて決定する決定部と、
    前記決定された変化と、前記数理モデルと、に基づいて、前記血液が有する圧力を推定する推定部と、
    を備える、情報処理装置。
  11. 弾性変形する複数の容器が環状に連結された流路を流れる流体によって、生体の循環器系を流れる血液を表す数理モデルにおける、前記複数の容器のうちの少なくとも1つの容器の容積の時間に対する変化を、検出された、前記生体の心拍の周期の長さである周期長を表す第1パラメータに基づいて決定し、
    前記決定された変化と、前記数理モデルと、に基づいて、前記血液が有する圧力を推定する、血圧推定方法。
  12. 弾性変形する複数の容器が環状に連結された流路を流れる流体によって、生体の循環器系を流れる血液を表す数理モデルにおける、前記複数の容器のうちの少なくとも1つの容器の容積の時間に対する変化を、検出された、前記生体の心拍の周期の長さである周期長を表す第1パラメータに基づいて決定し、
    前記決定された変化と、前記数理モデルと、に基づいて、前記血液が有する圧力を推定する、処理をコンピュータに実行させる血圧推定プログラム。
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