JP2006289088A - 脈拍検出装置および方法 - Google Patents

Abstract

【課題】オペレータが、血圧、脈拍および血管弾性のパラメータから自分自身の心臓血管系を診断することができる脈拍検出装置を提供する。
【解決手段】本発明の脈拍検出装置は、身体の一部に巻き付けられるように適合され、圧力センサーに接続される膨張可能な気嚢と、該膨張可能な気嚢を予め定められた圧力値まで膨張させるために前記膨張可能な気嚢に接続される空気ポンプと、前記圧力変化信号を受信して、該信号を分析して第１圧力信号および共振信号を得るために、前記圧力センサーに電気的に接続される信号処理モジュールと、該信号処理モジュールに電気的に接続されて、血圧パラメータを計算するために、第１圧力信号および共振信号を受信するマイクロプロセッサと、予め定められた圧力にしたがって前記膨張可能な気嚢を収縮させるために該膨張可能な気嚢に接続される圧力解除弁と、前記マイクロプロセッサに接続されるディスプレイユニットとを含む。
【選択図】図４

Description

本発明は脈拍を検出する装置および方法に関し、より具体的には、血圧測定に基づいて血圧パラメータを提供し、ユニークな順次的かつ間欠的な圧力低下を用いて脈拍信号を取得する装置および方法に関する。

圧力検出の原理に基づく非観血的方法で血管の状態を診断する装置は臨床的に開発された。前記装置は、血管の摩損（ａｔｔｒｉｔｉｏｎ）を推定するべく、脈拍を検出することによって、血管の硬化指数（Ｓｔｉｆｆｎｅｓｓ Ｉｎｄｅｘ、ＳＩ）および反射指数（Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ Ｉｎｄｅｘ、ＲＩ）を計算するために用いられる。

しかし、前記装置は、高価であるばかりではなく、臨床的な利用に限定されたサイズでもある。患者が自分の血管の状態を知りたい場合には、いまでも専門的なレベルの診断のために病院に行く必要がある。本発明は、ユニークな順次的圧力減少を用いて、血圧測定だけでなく、異なる圧力での脈拍信号の検出をも提供する。本方法は、ＳＩおよびＲＩの両方を測定し、異なる圧力での脈拍信号が中国医学の脈拍診断に利用できる。

本発明によれば、血圧監視に基づく脈拍検出用装置であって、圧力調整を通じて血圧および脈拍の信号を検出し血管解析を行う装置が提供される。

本発明は脈拍検出法を提供する。前記方法は、血圧計に基づいて脈拍を検出し血管の状態を推定するために、圧力制御を利用する。

本発明は、血圧パラメータおよび脈拍信号を検出するための診断解析装置を提供するので、オペレータが、血圧、脈拍および血管弾性のパラメータから自分自身の心臓血管系を診断することができる。

さらに本発明は、中国医学の脈拍診断理論と併用する脈拍検出装置を提供する。中国医学の脈拍検出理論に示される要件を具備するように患者の身体に異なるレベルの揉捏（ｋｎｅａｄｉｎｇ）を加えることによって、さらなる中国式の脈拍診断のために異なるレベルの揉捏に対応する波形が収集される。

上記の目的を達成するために、本発明の装置はユーザの腕の周りに取り付けられた膨張可能な気嚢を含むので、該気嚢の圧力変化を表す信号を膨張中に圧力センサーが収集することができる。

第１圧力変化信号は、信号処理モジュールによって処理されて、第１圧力信号と、共振（ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）信号とに分解される。両方の信号が、血圧パラメータを得るためにマイクロプロセッサに送信される。その後、少なくとも１種類の血圧パラメータまたは少なくとも１つの予め定められた圧力値を基準として用いて、該気嚢内の圧力が一定時間の間前記少なくとも１種類の血圧パラメータの値か、または少なくとも１種類の予め定められた圧力値の値かに維持されるように、前記気嚢は間欠的に収縮する。前記圧力センサーは、収縮中でも圧力変化信号を収集することができる。第２圧力変化信号は解析のために前記マイクロプロセッサに送られる。この結果、異なる圧力下での血管脈拍が得られる。

発明の詳細な説明
図１Ａに示すとおり、血圧計はユーザの腕１２の周りに巻き付けられた膨張可能な気嚢１０を含む。気嚢１０内の圧力がポンプを用いる膨張によって上昇して収縮期血圧を超えるとき、動脈１４は圧縮され、図１Ｂに示すとおり血流がブロックされる。前記膨張可能な気嚢１０内の圧力が徐々に減少するにつれて、動脈１４内の血流が再開して、血管壁１４にわずかな脈拍を発生する。さらに、収縮運動のため、前記血管内への血液流入が絶えず変化し、これも気嚢１０内の圧力変化を起こす。血管１４の脈拍と気嚢１０の圧力変化とを表す信号は、圧力センサーによって収集され、演算処理のために送信される。

図２を参照して、前記２種類の信号は、演算処理後分離され、曲線Ａは気嚢１０内の圧力変化を表し、曲線Ｂは血管１４の脈拍変化を表す。振動する振幅の最大値に達するとき、前記圧力は平均動脈血圧（ＭＡＰ）とよばれ、収縮期血圧および拡張期血圧がこれらによって推定される。例えば、膨張可能な気嚢１０の圧力が高圧から低圧に変わると、最大振幅に達する約半分ほど前の時点で収縮期血圧が発生する。前記最大振幅の後で残りの振幅の約０．７８の時点で拡張期血圧が発生する。

圧力測定の原理は、血圧測定だけでなく、脈拍信号検出にも用いられる。心臓収縮および心臓拡張に起因する異なる血流は血管壁に異なる衝撃を与える。脈拍はこの衝撃から得られる。例えば、図３に示すとおり、ユーザの腕の脈拍波形を用いて、第１ピークＳは心臓が収縮するときの圧力を表し、トラフＤは心臓の拡張運動を表す。第２ピークＲは大動脈に沿って下半身に伝播した反射信号である。第１ピークＳと第２ピークＲとの間の遅延時間は、鎖骨下動脈に沿ってユーザの下半身に伝播して鎖骨下動脈に反射して戻ってくる脈拍の伝播時間に依存する。脈拍伝播距離がユーザの身長に正比例し、大動脈から大きな動脈までの脈拍伝播時間は血管の弾性に関連すると仮定すると、大きな動脈の硬化度は以下の式を用いて推定できる。

ＳＩ：硬化度指数
ユーザの身長：ユーザの身長
ΔＴ：脈拍波形の２つのピークの間の遅延時間

さらに、前記２つのピークの間の高さの変化が、動脈内を反射して戻った血液の反射強度（ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ）、すなわちＲＩを推定するのに用いられ、以下の式のとおりに計算される。

ＲＩ：反射指数
ａ：第１ピークＲの振幅
ｂ：第２ピークＳの振幅

以上が血圧および脈拍の検出原理である。血圧計には脈拍分析機能がないため、本発明が、心臓血管系の健康状態の完全な評価を行うために血圧および脈拍を検出する装置および方法を提供する。実施態様が以下に説明される。

図４は腕２２、手首または指のような身体のいずれかの部分を覆う膨張可能な気嚢２０と、腕２２内の血管を徐々に圧縮して、ついには血流をブロックするように、気嚢２０を膨張するために膨張可能な気嚢２０に接続される空気ポンプ２４と、気嚢２０内の圧力変化を検出するために膨張可能な気嚢２０に接続される圧力センサー２６と、圧力センサー２６によって検出される信号を処理するための信号処理モジュール２８とを含み、前記圧力変化は、気嚢２０の圧力変化と、前記血管を通る血流に起因する該血管の脈拍変化とを含み、信号処理モジュール２８は、アナログ信号分析ユニット２８０と、アナログ／デジタル伝送ユニット２８２とで構成され、アナログ信号分析ユニット２８０は圧力センサー２６からの信号を分析し分離するために使われ、アナログ／デジタル伝送ユニット２８２は演算処理された信号を、第１圧力信号と共振信号とで構成されるデジタル信号に変換する。第１圧力信号と共振信号とは計算のためにマイクロプロセッサ３０に伝達される。信号を受信した後、マイクロプロセッサ３０は、収縮期および拡張期の血圧と、平均動脈血圧とのような、ユーザの血圧パラメータを得るために前記信号を計算する。収縮期血圧、拡張期血圧、平均動脈血圧その他の予め定められた血圧のうちの少なくとも１つが、圧力解除弁３２が気嚢２０を収縮する動作のための基準として定義される。したがって、気嚢２０のユニークな順次的な圧力変化が、圧力解除弁３２を用いる収縮過程の際に、圧力センサー２６によって収集される。その後圧力センサー２６は、異なる相での気嚢２０の圧力変化信号と、異なる圧力下の血管の脈拍変化信号とを得るように更に計算および変換を行うために、前記圧力変化信号を信号処理モジュール２８に送信する。

気嚢２０からの圧力変化信号と、脈拍信号とは、少なくとも１つの脈拍信号と、ＳＩ、ＲＩ等のような脈拍パラメータの少なくとも１つとを計算するためにマイクロプロセッサ３０に伝達される。前記血圧パラメータおよび脈拍パラメータは、ユーザが、ディスプレイユニット３４を通じて、血圧パラメータおよび脈拍パラメータに関する自分自身の健康情報を理解することができるように、ディスプレイユニット３４、好ましくは、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）パネルまたは発光ダイオード（ＬＥＤ）ディスプレイに伝送される。本発明の装置は、さらに、マイクロプロセッサ３０で演算処理される血圧パラメータ、脈拍信号および脈拍パラメータの保存のために、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、フラッシュＲＡＭその他のような保存ユニット３６を含む。ＵＳＢ、ブルートゥース、赤外線通信、ＲＳ２３２その他のインターフェースのような情報伝送モジュール３８を通じて、保存ユニット３６に保存された信号およびパラメータは、健康管理用の情報を提供するために、コンピュータ、ＰＤＡ、携帯電話、データベースサーバその他のような外部情報デバイスに伝達される場合がある。

図５は、本発明で実行される信号測定を示す概念図である。本発明の測定は、血圧を測定する段階と、脈拍を測定する段階とを含む。まず、血圧を測定する段階では、膨張可能な気嚢２０内の圧力が、予め定められた臨界値、例えば、１８０ｍｍＨｇに達して膨張可能な気嚢２０内の圧力変化の信号が圧力センサー２６によって検知されるまで徐々に上げられる。それから、アナログ信号分析ユニット２８０が圧力センサー２６由来の信号を第１圧力信号５０と共振信号５２とに分離する。伝送ユニット２８２によるアナログ／デジタル変換過程の後、共振信号５２はマイクロプロセッサ３０によってそれぞれの共振の振幅について、最大振幅がどこであるか決定するために処理される。圧力信号５０と比較して、最大振幅の圧力が平均動脈血圧（Ｐｍ）と定義される。最大振幅が、収縮期血圧（Ｐｓ）および拡張期血圧（Ｐｄ）の振幅および位置の倍率を決定するために、構成要素の特性および臨床結果にしたがって調整された０．５、０．８等によってそれぞれ乗算される。圧力信号５０と対比して、収縮期血圧Ｐｓおよび拡張期血圧Ｐｄが得られる。

次に、脈拍を測定する段階では、マイクロプロセッサ３０が前記Ｐｓ、ＰｍおよびＰｄ（添付する図面ではＰｍが選択され表示される）のうちの１つにしたがって圧力解除弁３２を用いて気嚢２０の内部の圧力を制御する。図面に示すとおり、気嚢２０の圧力は完全な脈拍信号を記録するのに十分な一定時間、例えば３−５秒間維持される。膨張可能な気嚢２０内の圧力変化（圧力減少信号）が圧力センサー２６によって検出される。圧力センサー２６は、前記信号を第２圧力信号５４と脈拍信号５６とに弁別するために、前記信号を信号処理モジュール２８に伝送する。アナログ／デジタル変換の後、脈拍信号５６はマイクロプロセッサ３０によって演算処理され、平均動脈血圧下での脈拍の単一波形が上記の式（１）および（２）を用いることによってＲＩおよびＳＩを計算するために得られる。

図６を参照して、本発明の信号測定を示す別の概念図が示される。膨張可能な気嚢２０の圧力は、少なくとも１つの完全な脈拍信号を記録するのに十分な長さの予め定められた時間それぞれ収縮期血圧、平均動脈血圧および拡張期血圧で維持される。膨張可能な気嚢２０内の圧力変化は圧力センサー２６によって検出（記録）される。信号処理モジュール２８が第２圧力信号５４’および脈拍信号５６’を得るために用いられる。アナログ信号分析ユニット２８０によるアナログ／デジタル変換の後、信号は、異なる圧力下での相対脈拍を得るために、収縮期血圧、平均動脈血圧および拡張期血圧のようなさまざまな圧力にしたがって、順次的にマイクロプロセッサ３０によって処理される。前記信号はそれぞれ平均化されて、血液パラメータを計算するために単一脈拍波形を得る。異なる圧力下での波形は中国医学の脈拍診断分析のために提供される。圧力の減少および調節のユニークな順次的な圧力制御の間、図６に示す血圧パラメータが膨張可能な気嚢２０内の圧力調整を定義するために用いられる。本発明の装置は、８０ｍｍＨｇ、９０ｍｍＨｇのような少なくとも１つの予め定められた圧力か、１２０ｍｍＨｇ、１００ｍｍＨｇまたは８０ｍｍＨｇのような複数の予め定められた値かにしたがって膨張可能な気嚢２０の圧力を調整することができる。したがって、単一の圧力またはさまざまな圧力の下での脈拍信号が得られる。

本発明の膨張可能な気嚢の配置を示す概念図。 加圧時の気嚢を示す概念図。 血液パラメータの計算を示す概念図。 血管の脈波を示す概念図。 本発明の装置のブロックダイアグラム。 本発明の装置に基づく信号測定の概念図。 本発明の装置に基づく信号測定の別の概念図。

符号の説明

１０、２０ 気嚢
１２、２２ 腕
１４ 動脈
２４ 空気ポンプ
２６ 圧力センサー
２８ 信号プロセッサモジュール
３０ マイクロプロセッサ
３２ 圧力解除弁
３４ ディスプレイユニット
３６ 保存ユニット
３８ 情報伝送モジュール
４０ 外部情報デバイス
５０ 第１圧力信号
５２ 共振信号
５４、５４’ 第２圧力信号
５６、５６’ 脈拍信号
２８０ アナログ信号分析ユニット
２８２ アナログ／デジタル伝送ユニット

Claims (3)

1. 予め定められた圧力変化に応答する脈拍を検出する装置であって、
   該装置は、身体の一部に巻き付けられるように適合されて圧力センサーに接続される膨張可能な気嚢と、該膨張可能な気嚢を予め定められた圧力値まで膨張させるために前記膨張可能な気嚢に接続される空気ポンプと、前記圧力変化信号を受信し分析して第１圧力信号および共振信号を得るために、前記圧力センサーに電気的に接続される信号処理モジュールと、該信号処理モジュールに電気的に接続されて、血圧パラメータを計算するために第１圧力信号および共振信号を受信するマイクロプロセッサと、予め定められた圧力にしたがって前記膨張可能な気嚢を収縮させるために該膨張可能な気嚢に接続される圧力解除弁と、前記マイクロプロセッサに接続されるディスプレイユニットとを含み、
   前記圧力センサーは前記予め定められた圧力値に対応する圧力変化信号を検出し、
   圧力減少信号が、前記圧力センサーによって検出されて前記信号処理モジュールによって分析され、分析された前記圧力信号は、少なくとも１種類の脈拍信号と、少なくとも１種類の脈拍パラメータとを得るために前記マイクロプロセッサに送信され、
   前記ディスプレイユニットは前記血圧パラメータおよび脈拍パラメータを表示し、
   前記信号処理モジュールは、前記膨張可能な気嚢に加えられた圧力と、血管によって反射される圧力とに応答して前記圧力センサーによって検出される信号を分離するアナログ信号分析ユニットと、分離された前記信号をデジタル信号に変換する変換ユニットとを含み、
   前記予め定められた圧力値は前記血圧パラメータにしたがって決定され、
   前記マイクロプロセッサは、前記血圧パラメータ、脈拍信号および脈拍パラメータを保存する保存ユニットに接続され、
   前記マイクロプロセッサは、前記保存ユニットに保存される前記血圧パラメータ、脈拍信号および脈拍パラメータを外部情報デバイスに伝達するための情報伝送モジュールに接続される、予め定められた圧力変化に応答する脈拍を検出する装置。
2. 血圧変化に応答する脈拍を検出する方法であって、
   血管に圧力を加えるステップと、
   前記血管への圧力の変化を起こさせて、該圧力の変化に応答して血管から検出される圧力変化信号を発生させるステップと、
   該圧力変化信号を第１圧力信号および共振信号に分離するステップと、
   少なくとも１種類の血圧パラメータを得るために、前記圧力変化信号にしたがって血圧パラメータを計算するステップと、
   圧力減少信号を発生させるために、少なくとも１つの予め定められた圧力にしたがって前記膨張可能な気嚢を収縮させるステップと、
   前記圧力減少信号にしたがって少なくとも１種類の脈拍パラメータを得るステップとを含む、血圧変化に応答する脈拍を検出する方法。
3. 前記血圧パラメータは、収縮期血圧、平均動脈血圧および拡張期血圧のうち少なくとも１つを含み、
   前記収縮させるステップにおいて、前記膨張可能な気嚢が順次的かつ観血的に収縮するように３つの予め定められた圧力がある、請求項２に記載の方法。
   
   

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