JPH021225A - 血圧モニタ用押圧力制御装置 - Google Patents
血圧モニタ用押圧力制御装置Info
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Abstract
め要約のデータは記録されません。
Description
タ方法において、生体の動脈上に固定されたトランスジ
ューサの動脈に対する押圧力を最適に維持することによ
り、その動脈内の血圧を正確に測定し得る押圧力制御方
法に関するものである。
血圧モニタ方法の発達について、大きな関心が集まって
いる。血圧モニタの技術分野で有望なものにおいては、
シリコンチップに設けられた小さな感圧素子の列を含む
動脈圧力計(トノメータ)が用いられている。このよう
な感圧素子列を用いた方式は、米国特許筒3,123,
068号(R,P。
スマン。
880、145号(E、F、ブリック)、第4,269
.193号(エラカール)、第4,423,738号(
P、門、ニューガード)、および、「動脈血圧の連続的
な非観血式測定用のトランスジューサ」の第73頁乃至
第81頁(G 、 L 、プレスマン、 P、M、ニュ
ーガード著: IEEE (電気電子学会)送信機、生
物医学、電子工学部門1963年4月発行)に記載され
ている。
皮膚近傍の動脈上に位置決めされた感圧素子列を含むト
ランスジューサに対して、その動脈を閉塞させない程度
に動脈壁を平たくし得る押圧力を付与することが行われ
ている。個々の感圧素子は、血圧が測定される動脈の管
腔よりも少なくとも一方向において寸法が小さくされて
いるとともに、トランスジューサ自体は、個々の感圧素
子のうちの一つ以上が少なくともその動脈の一部分の直
上に位置するように配置される。血圧モニタに際しては
、各感圧素子のうちの一つからの出力信号が選択されて
利用される。このとき、動脈の略中央部上に位置する感
圧素子からの出力信号を選択すれば、動脈内の血圧が正
確に測定されるのである。これに対して、動脈上の中央
部以外に位置する他の感圧素子からの出力信号によって
は、通常、中央部からの出力信号と比較して正確な血圧
測定が得られない。これは、中央部上以外の感圧素子に
よっては、最高血圧値および最低血圧値が決定される際
に用いられる残留偏差が正確に測定されないためである
。従来の方法および装置では、最大の振幅を存する出力
信号を出力する感圧素子が選択されたり、また、脈波振
幅の上ピーク値および下ピーク値に対応する最低または
最高血圧値を結ぶ曲線」二の極小点を有し、一つの血管
の直径以下の寸法であって最大振幅の波形を発生させる
感圧素子が選択されていた。
上に位置する感圧素子によって検出される圧力は、生体
の皮膚に対するトランスジューサの押圧力に対応して変
化するものである。ここで、生体の動脈に対する押圧力
を比較的広い範囲とした場合でも、ある程度正確な血圧
測定が得られるのであるが、その広い範囲内において最
も正確に血圧を測定し得る、所謂最適押圧力があること
がわかっている。この最適押圧力は、血圧測定の対象と
なる個々の生体毎に変化するものである。従来の方法に
おいては、最適押圧力が決定されない場合が多く、血圧
測定の精度が充分に得られないという問題があった。
生体の動脈内の血圧を表す電気的な脈波形を検出する複
数の感圧素子から成るトランスジューサアレイが設けら
れている。本発明においては、それら感圧素子の中から
、動脈の中央部上に位置すると判定された感圧素子が採
用され、その感圧素子にて検出される脈波に基づいて、
最低血圧値および脈波振幅が決定且つ記憶される。そし
て、決定された最低血圧値および脈波振幅に関連して、
動脈が充分に平たくされていない状態での押圧力とその
動脈が閉塞された状態での押圧力との間の範囲内で、動
脈に対する押圧力が決定されるのである。動脈を順次押
圧する過程で得られた最低血圧値(すなわち脈波形の下
ピーク値)のデータ群および脈波振幅のデータ群は、第
1多項式および第2多項式により表され、これら第1ま
たは第2多項式に基づいて、前記最適押圧力が決定され
るのである。すなわち、脈波形の下ピーク値と動脈に対
する押圧力との関係に対応する第1多項式において、そ
の傾きが最小となる点における押圧力が、最適押圧力と
して決定される。また、第2多項式の傾きが零となる点
を検出することによっても、脈波振幅に基づいて最適押
圧力が決定される。後述する本発明の一実施例において
は、第1および第2多項式が組み合わされて一つの多項
式として用いられている。
る。
体の手首において撓骨動脈上に装着された状態が示され
ている。トランスジューサlOは、通常の腕時計と同様
にして、ハンド12が生体の一部に巻回されることによ
り固定されている。トランスジューサ10に接続されて
いる配管14には、トランスジューサ10において送受
信される電気信号を搬送するための電線が含まれている
。
40に対して圧縮気体を供給する空気配管も含まれてお
り、その圧力室40に圧縮気体が供給されることにより
、後述の圧力センサ20が生体の表皮に押圧されるよう
になっている。
ためには、トランスジューサ10下の動脈が局部的に平
たく押圧されることが必要である。
底面に対して垂直な圧力が微小となるように、動脈が平
面によって押圧されて平たくされるようにすることが重
要である。このとき、血圧が測定される動脈としては、
比較的表皮に接近して位置するとともに生体内部の骨の
上に位置するために、押圧力が付与されることにより平
たくされ得るようなものが望ましい。
いて働く物理的要素をそれぞれ機械的要素に置き換えて
表す断面図である。なお、トランスジューサ10は、前
記米国特許第4,269,193号(J、S、エラカー
ル)に記載されているものと同様に構成されている。ト
ランスジューサアレイ22を構成する各感圧素子22A
、22B、 ・・・・22Jは、それらのうちの一つ
以上が動脈24の直上部に位置するように、動脈24上
に配置されている。各怒圧素子22A乃至22Jの寸法
は、動脈24の直径よりもそれぞれ小さくされているこ
とから、感圧素子22A乃至22Jのうちの複数が動脈
24直上部に位置し得るのである。生体の表皮26およ
び動脈24は、トランスジューサアレイ22に対して供
給される押圧力によって押圧される。動脈24の中央部
に位置する感圧素子からは、血圧モニタにおいて用いら
れる圧力信号、すなわち動脈24内に発生する圧力振動
波(脈波)を表す信号が出力される。動脈中央部に位置
する感圧素子を選択する方法については、前記米国特許
第4,269,193号に記載されている。また、感圧
素子の選択に関してさらtこ改良を加えたものとしては
、本発明と同日に出願された特許出願(名称「血圧モニ
タ装置: Active Element 5elec
tion for Continuous Blo
od Pressure Mon1 むor T
ransducer J )に記載されている。なお、
たとえば感圧素子22Eが動脈24の中央部にあると決
定された場合には、残りの感圧素子22A乃至22Dお
よび22F乃至22Jは表皮26および動脈24を押圧
するための押圧面として機能するのである。
に、骨28により支持されている。動脈24の動脈壁は
、張力は伝達するが曲げモーメントは伝達しない薄膜で
ある。この動脈壁は、トランスジューサアレイ22の押
圧力に対応して変形するとともに、血圧測定期間中は、
骨28上において支持された状態となる。図に示すよう
に、トランスジューサ10内の前記圧力室4o内に圧縮
気体が供給されると、トランスジューサ1oおよびハン
ト川2によって、適当な押圧力が動脈24に対して付与
されるとともに、感圧素子22A乃至22Jが動脈24
上にて位置固定とされることにより、動脈24内の圧力
変動がトランスジューサアレイ22のうらの動脈24上
に対応する感圧素子によって検出されるのである。各感
圧素子22A乃至22Jの一面は、一端を硬質の支持板
32によりそれぞれ支持されている各スプリング30A
、30B、30C,30D、30E、30F。
支持されており、その支持板32と固定部材38との間
には、押圧力発生器36が設けられている。
でも、固定部材38と支持板32との間の接続が非常に
強固となって、感圧素子22A乃至22Jが骨28との
関係で強く押圧されるので、各怒圧素子22A乃至22
Jは動脈24に対して位置固定とされ得るのである。し
かしながら、かかる方式は実用的ではないため、本実施
例においては、空気押圧装置を備えた押圧力発生器36
が設けられることにより、感圧素子22A乃至22Jに
対して固定部材38から供給される押圧力が一定に維持
されるようになっている。この押圧力発生器36におい
ては、ばね定数には殆ど零とされている。前記空気押圧
装置については、前述の米国特許筒3,219,035
号および第4,269,193号や、「動脈血圧の連続
的な非観血式測定用のトランスジューサ」などの文献に
記載されている。また、本発明の出願と同日に出願され
た特許側(発明の名称「血圧モニタ装置」)には、さら
に改良が加えられた形態の空気押圧方式が記載されてい
る。
ぞれ強固に固定されることにより、動脈24が正確に押
圧され、血圧測定が正確に実行されるのである。したが
って、スプリング30A乃至30Jは、可及的に固く、
すなわちばね定数に一〇〇となるようにされることが理
想的である。感圧素子22A乃至22Jの変位が小さく
なるように、スプリング30A乃至30Jのばね定数が
皮膚組織および動脈に対応する定数の約10倍程度とさ
れると、トランスジューサ10の押圧力が適当である場
合には、実際の血圧値が正確に測定されるのである。
スジューサ10の構成を概略的に示すブロック線図であ
る。圧力センサ20内の感圧素子22A乃至22J(第
3図には図示せず)からの出力信号は、配線42を介し
てマルチプレクサ44に入力される。マルチプレクサ4
4から出力された信号は、A/D変換器46にてデジタ
ル化された後、マイクロプロセンサ48に供給される。
記録装置50に対して信号が出力される。
置52に対しても信号が供給される。この押圧力制御装
置52は、圧力供給源54を制御することにより、ピス
トン16に供給される押圧力を最適に維持するものであ
る。また、マイクロプロセッサ48の作動は、記憶回路
56内に予め記憶されたプログラムにより制御されるか
、或いはキーボードなどのインタフェース機器である入
力手段5日を用いて使用者が入力することにより制御さ
れる。
ら出力された信号波形が示されている。
形が出力される。圧力センサ20が最適の押圧力で押圧
されるとともに、感圧素子22A乃至22Jのうち動脈
24の中央部に位置する感圧素子が正確に選択された場
合には、選択された感圧素子から出力される脈波形は動
脈24内の血圧に対応するのである。選択された感圧素
子からの信号波形においては、最高血圧値、最低血圧値
。
ある脈波振幅が、それぞれ表される。
例の全般的な作動をそれぞれ説明するためのフローチャ
ートである。その作動中の数箇所は、記憶回路56内に
プログラムされた指示に従ってマイクロプロセッサ48
により制御されている。
ては、予めプログラムされた工程が幾つか含まれている
ことは言うまでもない。それらの工程のプログラミング
作業は、平均的な技能ををするプログラマ−であれば容
易に為し得るものである。ここでは、完全なプログラム
リストは必要ないのである。
源が投入されるか、または図示しない手段によりリセッ
ト動作が実行されるとともに、マイクロプロセッサ48
内のカウンタ、レジスタ。
準備が完了する。ステップ102においては、トランス
ジューサ10が、感圧素子22A乃至22Jのうち少な
くとも一つ、たとえば22Eが動脈24の中央部に位置
するように、生体の一部に装着される。次に、ステップ
104においては、圧力供給源54からトランスジュー
サIOの圧力室40に対して比較的小さい押圧力が供給
される。たとえば、約40 +n+n11gの圧力が供
給されて、ピストンI6がトランスジューサ10の機枠
から外に向かって僅かな距離突き出されるのである。
A乃至22Jのうち、現在血圧測定用に選択されている
感圧素子が確認され且つ表示される。ステップ108に
おいては、現在選択されている感圧素子がトランスジュ
ーサアレイ22の中心付近に位置するか否かが判断され
る。中心付近に位置しないと判断された場合には、ステ
ップ110が実行されて、生体におけるトランスジュー
サ10の固定位置が補正された後にステップ106が再
び実行されて、トランスジューサ10が生体上の適当な
位置に装着されるまでステップ108の判断が否定され
てステップ110および106が繰り返し実行される。
ステップ112以下のデータ読込み動作が実行される。
圧力の上限値および下限値が設定される。
リ内に予め記憶された所定値としても良く、また使用者
によって設定されても良い。続くステップ114では、
押圧力がステップ112にて設定された下限値から上限
値に向かって増加する増加率が設定される。この増加率
も、上限値などと同様に、メモリ内に記憶された所定値
とされたり、また使用者によって設定されても良いので
ある。
10の押圧力をステップ112にて設定された下限値ま
で到達させるとともに、続くステップ118が実行され
て、その押圧力が下限値から前記増加率にて連続的且つ
直線的に増加させられて、ステップ120において心拍
が検出されるまで継続される。ステップ120にて心拍
が検出されると、ステップ122が実行されることによ
り、その心拍の最高血圧値および最低血圧値が記憶され
る。このステップ122においては、マイクロプロセン
サ48により、最高および最低血圧値。
極大部および極小部が感圧素子の出力信号からそれぞれ
検出される。ステップ124においては、トランスジュ
ーサ10の現在の押圧力が記憶されるとともに、ステッ
プ126においては、その現在の押圧力がステップ11
2にて設定された上限値を越えたか否かが判断される。
12以下が再び実行されるが、越えたと判断された場合
には、ステップ128乃至ステップ134の一連の作動
が実行されて、最適押圧力が、後述する最適押圧力決定
のためのアルゴリズムに従って決定される。そして、ス
テップ132において、最適押圧力が決定された後、ス
テップ134において、トランスジューサ10の実際の
押圧力が、マイクロプロセンサ48の指令に従って押圧
力制御装置52により最適押圧力に一致させられるので
ある。このようにして、トランスジューサ10の押圧力
が最適押圧力とされるとともに、トランスジューサ10
が動脈24上において好適に固定されている状態で、血
圧測定が正確に行われるのである。
れて、次の心拍が検出されるまで待機させられる。続く
ステ・ノブ138においては、血圧測定用に選択された
感圧素子の出力信号から、最高および最低血圧値と脈波
振幅値が決定されると同時に、連続する最低血圧値或い
は最高血圧値(すなわち下ピーク値或いは上ピーク値)
の間の時間を求めることにより、脈拍数が算出される。
て決定された最高および最低血圧値、脈波振幅値、脈拍
数が、実際の脈波形に伴って表示および/または記録さ
れる。
などが表示された後、ステップ142が実行されて、使
用者により押圧力を再び算出するように指示が人力され
ているか否かが判断されている。指示がない場合には、
ステップ136以下が再び実行されるが、指示されてい
る場合には、第5図aのステップ104以下の作動が再
び実行されるようになっている。
力との関係を示すD[A曲線140が示されている。た
とえば、一連の最低血圧値のデータポイントに最小自乗
法を施すことにより、被測定者の肉体的特性とは無関係
なりIA曲線140に対応する3次多項式か得られる。
は、次式(1ンのように表される。
・・(1) 但し、 D(h):押圧力りのときの最低血圧値h:押圧力 a O+ a l+ a Z+ a 3 :多項式の
係数関数D (h)の導関数(1次微分式)は、次式D
’ (h) =a ++2azh+3a3h”で表さ
れる。この導関数は、後述のように、最適押圧力を最終
的に決定する段階で用いられる。図に示すように、押圧
力が零乃至Pl間である場合には、動脈24は充分に平
たくされておらず、また各感圧素子22A乃至22Jに
より検出される圧力振動波は、主に押圧力に応じて変化
し、動脈24内の圧力P、には二次的にしか対応しない
。
の範囲内では、比較的直線的である。第2図に示すよう
な機構を用いた場合には、トランスジューサ10の押圧
力がI) lである時点までは、動脈24の有効ばね定
数が比較的大きい。
分に平たくされているが、閉塞されるには到っていない
。ここで、動脈24に対する押圧力がPlとP2との中
間の値である場合に、正確な血圧測定が行われることが
経験上かられかっている。21〜22間の押圧力に対し
ては、動脈24の有効ばね定数は比較的小さくされる。
24が完全に閉塞されてしまい、有効ばね定数は再び大
きくされる。したがって、各感圧素子にて検出された圧
力は、実質的には、動脈24内の圧力P8の影響を受け
ず、曲線140は押圧力がP2を越えた部分では略直線
となっている。
されることなく平たくされている状態に対応する押圧力
Pl乃至P2の間において、最も小さくなっている。理
論上では、上記のように傾きが最小となる点、すなわち
図に示す点P3を決定することにより、曲線140のみ
に基づいて最適押圧力が決定され得る。
いては、また、脈波振幅と動脈24に対する押圧力との
関係を表す振幅曲線142も示されている。ここで、一
連の脈波のデータポイントに最小自乗法を施すことによ
り、被測定者の肉体的特性とは無関係な曲線142を表
す3次多項式が得られる。
する際には、高い相関係数が得られる数学的関係が用い
られることが望ましいのであるが、前記3次多項式によ
れば、そのような関係が得られるのである。この3次多
項式は、(2)式のように示される。
・(2) 但し、P(h):押圧力りのときの動脈24内の圧力 hニドランスジューサ10の押圧力 す、、b、、b2.b、、:係数 理論上では、最適押圧力は、振幅が最大となる点、すな
わち点P3’を決定することにより、曲線142のみに
基づいて決定され得る。さらに、後述するように、点P
3’は、曲線140上の点P3と一致するのである。
の最低血圧値D (h)に対応する押圧力りを決定する
か、或いは、(2)式において値が最大となる点の動脈
24内の圧力P (h)に対応する押圧力りを決定する
ことにより、最適押圧力が算出されるのである。以上の
2つの算出結果は、次式にて表される関数G (h)に
て好適に結合される。
たときの押圧力とされる。マイクロプロセンサ48にお
いては、前記最大点を検索すると同時に、押圧力りの個
々の値に基づいてG (h)を算出する。
大であり且つ最低血圧値D ’ (h)が最小となると
きに、G (h)が最大となることに基づいている。最
低血圧値D (h)の傾きが最小となる点においては、
D ’ (h)は略雰となる。なお、上式において、D
’ (h)には、分母が零となってG(h)が無限大
となることを防止するため、「1」が加算されている。
るようになるのである。この結合方法においては、前述
の脈波振幅に基づいた方法と最低血圧値に基づいた方法
とにおける最適押圧力と同じ場合には、その最適押圧力
が得られる。
圧値による方法の算出結果とが異なる場合には、最適押
圧力は、各方法により得られた2つの異なる算出結果の
加重平均として算出される。
な差しかない場合には、P (h)は略一定の値Pとな
る。すなわち、 となる。したがって、押圧力りの変化により、D。
れに対して、曲線140上の各点における傾きの変化が
非常に小さい場合には、DMh)は一定の値D′となる
。すなわち、 D′+1 となるのである。この場合には、P (h)が最大とな
ったときと同じ押圧力りのときに、G (h)が最大と
なる。
、本発明はその精神を逸脱しない範囲において種々変更
が加えられ得るものである。
したトランスジューサが、生体の手首において撓骨上に
装着された状態を示す図である。 第2図は、第1図のトランスジューサが動脈に対して適
当な押圧力で押圧されている状態を示す断面図である。 第3図は第1図のトランスジユーザと血圧モニタに用い
られる周辺の要素を示すブロンク線図である。第4図は
生体の脈波形を経時的に示すことにより最高および最低
血圧値、脈波振幅をそれぞれ示すタイムチャートである
。第5図a、第5図す、および第5図Cは、それぞれ木
実施例の作動を説明するためのフローチャートである。 第6図は最低血圧値および脈波振幅と押圧力との関係を
それぞれ示すグラフである。 10ニドランスジユーサ 22A−J:感圧素子 24:動脈
Claims (5)
- (1)感圧素子を含み、前記動脈の圧脈波を連続的に検
出するトランスジューサを用いて生体の血圧をモニタす
るに際して、該生体の動脈に対する該トランスジューサ
の最適の押圧力を決定する方法であって、 前記トランスジューサに対して最小押圧力を供給する工
程と、 前記工程において押圧力が増加させられる過程で、各押
圧力に対応する最低血圧値および最高血圧値を前記感圧
素子の出力信号に基づいて測定する工程と、 前記最高血圧値から前記最低血圧値を減じることにより
、前記各押圧力に対応して変化する圧脈波振幅を算出し
、該圧脈波振幅と押圧力との関係を表す第1多項式P(
h)を決定する工程と、前記最低血圧値と前記押圧力と
の関係を表す第2多項式D(h)を決定する工程と、 前記第2多項式D(h)における前記押圧力に関連して
第1導関数D′(h)を求める工程と、前記押圧力の個
々の値について、次式にて表さG(h)=P(h)/D
′(h)+1 れる値G(h)を算出する工程と、 前記値G(h)が最大であるときの前記押圧力を前記最
適押圧力として選択する工程と、 を含むことを特徴とする血圧モニタ用押圧力制御方法。 - (2)前記第1多項式P(h)および第2多項式D(h
)は、最小自乗法を用いることにより得られるものであ
る請求項1に記載の血圧モニタ用押圧力制御方法。 - (3)前記第2多項式D(h)は3次多項式である請求
項2に記載の血圧モニタ用押圧力制御方法。 - (4)前記第1多項式P(h)は3次多項式である請求
項3に記載の血圧モニタ用押圧力制御方法。 - (5)前記方法は、前記押圧力に関連して前記関数G(
h)の第1導関数が求められるとともに、該第1導関数
が零に等しくなったときの該押圧力を前記最適押圧力と
して決定するものである請求項1に記載の血圧モニタ用
押圧力制御方法。
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