JP4855721B2 - 血圧測定装置 - Google Patents

Description

本発明は血圧測定装置に関し、特に非観血で連続的に血圧値を測定可能な血圧測定装置に関する。

従来、生体の２点間を脈波が伝播するのに要する時間（脈波伝播時間）又は、この２点間の血管長を脈波伝播時間で割ることで得られる脈波伝播速度が、血圧値と相関を有することが知られている。そして、この関係を利用して、例えば脈波伝播時間を連続的に測定することで、連続的な血圧の監視を行うことが提案されている（例えば特許文献１）。

しかしながら、脈波伝播時間を測定するには異なる部位で脈波を測定する必要があり、測定に手間がかかる。また、脈波を測定するためのセンサやカフなどを２箇所に装着することが難しい場合もある。そのため、特許文献１に記載されるように、一方の脈波に心電図（ＥＣＧ）を代用し、例えばＥＣＧのＲ波出現時点と、指先で測定した脈波の特徴点との時間差を脈波伝播時間として用いることもある。

特開平１０−６６６８１号公報（段落０００５〜０００７）

例えばオペ室やＩＣＵなどでは、通常、ＥＣＧ及び脈波（１部位）の測定を常時行っている。そのため、ＥＣＧを一方の脈波として利用することで、機器を追加することなく脈波伝播時間を測定することが可能であり、コスト面、操作性において有利である。

しかし、ＥＣＧを利用することのデメリットとして、測定精度の低下という問題がある。すなわち、ＥＣＧは脈波ではなく、心臓の電気的な状態変化を表す信号である。そして、電気的な状態変化が起こってから実際に心臓が収縮して脈波が生じるまでには時間差（駆出前期間）が存在し、測定される脈波伝播時間に影響を与える。

駆出前期間が一定であれば補正は容易であるが、実際には個人差に加え、各個人のその時々の状態によっても変化しうるため、その補正は容易でないのが実情である。従って、２つの脈波から求めた伝播時間から血圧値を算出する場合よりも、精度の良い結果を得ることが難しかった。

本発明はこのような従来技術の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、簡便な方法で連続的に血圧値を測定可能な血圧測定装置を提供することにある。

すなわち、本発明の要旨は、生体の一所定部位における脈波を検出する脈波検出手段と、脈波を２回微分した加速度脈波に含まれるａ波〜ｅ波のうち、ａ波、ｂ波を進行波成分、ｃ波、ｄ波を反射波成分として抽出する抽出手段と、進行波成分と反射波成分とから、脈波伝播時間を算出する脈波伝播時間算出手段と、脈波伝播時間に基づいて、血圧値を算出する血圧値算出手段とを有することを特徴とする血圧測定装置に存する。

このような構成により、本発明によれば、１箇所で測定した脈波の進行波成分と反射波成分とを用いて脈波伝播時間を測定し、この脈波伝播時間に基づいて血圧値を求める。そのため、脈波を２つの部位で測定する必要がなく、測定が容易である。また、脈波のみに基づいて脈波伝播時間を測定するので、ＥＣＧを脈波として用いる場合に必要な、駆出前期間の影響を考慮する必要がなく、精度の良い測定結果を得ることが可能となる。

以下、図面を参照して、本発明をその好適な実施形態に基づいて詳細に説明する。
まず、本発明の原理について説明する。
脈波は、大動脈起始部での波形と、他の部位での波形とが異なって観測されることが知られており、その伝播メカニズムについて従来から様々な検討、解析が行われている。その結果、心臓左室からの血液の駆出によって生じる進行波成分と、進行波が末梢で反射して戻ってくる反射波成分とが重なった波形として、測定部位に応じた波形が観測されるものと考えられている。

反射波は進行波が血管を伝搬し、例えば血管径が変化する部位など血管の物理的な特性が変化する点（血管を電気回路として考えればインピーダンスの整合しない点）で反射して戻ってきたものと考えられる。また、脈波（血管壁を伝播する圧力波）の速度は心臓の脈拍に対して十分に早い。従って、ある部位で観測される脈波に含まれる進行波成分と反射波成分は、同じ拍動に由来するものと考えることができる。

このような点から、発明者は、進行波成分の特徴点と、反射波成分の特徴点との時間差は、脈波伝播時間と見なすことができるのではないかと着想し、本発明に到達した。

図１は、本発明の実施形態に係る血圧測定装置の構成例を示す図である。
血圧測定装置のうち、脈波センサ１０は、生体の所定部位で脈波を検出する。脈波センサ１０としては、例えば発光素子と受光素子を用い、血液中のヘモグロビンが吸収する光の割合から血流量の変化、すなわち容積脈波を検出するプレシスモグラフ(photoplethysmograph)や、圧力の変化を電気信号として取り出す圧力センサ、或いはカフ（拡張期血圧程度に加圧して脈波を検出）など、様々な構成を採用することができる。

また、脈波センサ１０を装着して脈波を検出する部位は、通常非観血的に脈波が検出可能な任意の部位でよく、例えば指先や額といった部位や、橈骨動脈、頸動脈が触れる部位などを例示することができる。

加速度脈波算出部２０は、脈波から進行波成分と反射波成分とを抽出する手段として機能する。脈波センサ１０により検出した脈波信号の２回微分波である加速度脈波を得ることで、脈波から進行波成分と反射波成分とを抽出できることは、例えば、池谷等による「高血圧による動脈硬化度を評価する指尖容積脈波（加速度脈波）」、血圧、vol.10，no.6，2003，pp.54-60に記載されている。なお、他の方法によって進行波成分と反射波成分とを抽出するように構成しても良い。

脈波伝播時間算出部３０は、加速度脈波に含まれる特徴的な波形のうち、進行波成分を反映していると考えられる波形と、反射波成分を反映していると考えられる波形の時間差を、脈波伝播時間として求める。血圧算出部４０は、算出された脈波伝播時間を、予め校正した係数を有する算出式に適用し、血圧値を算出する。出力部５０は、例えばディスプレイやスピーカ、プリンタ等の出力機器であり、血圧算出部が算出した血圧値を出力する。なお、算出した血圧値は、メモリカードなどの記録媒体に逐次記録したり、図示しないインタフェースを通じて外部機器へ出力することも可能である。

本実施形態においては、上述のように、脈波を２回微分して得られる加速度脈波に現れる波形が、進行波成分と反射波成分に分かれることを利用し、脈波伝播時間算出部３０が進行波成分と反射波成分との時間差として脈波伝播時間を求めている。

具体的には、図２に示す原波形から得られる加速度脈波に現れるａ〜ｅ波を検出し、ａ波及びｂ波が進行波成分、ｃ波及びｄ波が反射波成分であることから、それらが出現する時間差を算出する。時間差は各波形の特徴点間、例えばピーク値間の時間差として求めることができる。このようにして得られる時間差は、脈波同士の時間差であるため、ＥＣＧを一方の脈波として代用した場合に含まれる駆出前期間の影響が含まれない。

また、ａ波−ｃ波、ａ波−ｄ波、ｂ波−ｃ波、ｂ波−ｄ波の各組み合わせについて時間差を算出することが可能であるが、本実施形態においては現時点で最も良好な結果が得られているａ波−ｃ波の時間差ｔを脈波伝播時間として求めた。ただし、他の組み合わせの採用を否定するものではない。また、例えばａ波とｂ波のピーク値が得られる時刻の中間時刻と、ｃ波とｄ波のピーク値が得られる時刻の中間時刻との差など、進行波成分と反射波成分との時間差に関する値であれば、他の値を用いても良い。

また、脈波伝播時間から血圧を算出する式は、例えば特許文献１に示されるような、
血圧値＝α（脈波伝播時間［msec］）＋β
（α、βは係数であり、α＜０、β＞０）
という算出式を用いることができる。

なお、係数α、βは、予め求めておけばよい。すなわち、この算出式は二元一次方程式であるから、少なくとも２つの異なる実測血圧値と、対応する脈波伝播時間とを用いることにより、係数α、βの値を決定することが可能である。

また、この係数は固定である必要はなく、他の方法（カフによる測定や観血的な測定）で得られた実測値と、対応する時点の脈波伝播時間とを用いて都度最適な値となるよう更新するように構成することも可能である。この実測値は他の装置から取得しても良いし、例えば本実施形態の血圧測定装置の機能をモニタ装置等に組み込んだ場合には、モニタ装置が通常行う定期的な血圧測定値を利用することが可能である。

図３は、本実施形態の血圧測定装置により連続して算出した血圧値の実例を示す図である。図３において、プレシスモグラフによる指尖容積脈波を２回微分して得た加速度脈波のａ波とｃ波の時間差を脈波伝播時間として用いて算出した血圧値（最高血圧値）をＡＣ＿ＳＹＳとして示す。また、プレシスモグラフによる指尖容積脈波とＥＣＧに基づいて算出した脈波伝播時間に基づいて同様に算出した血圧値をＤＴ＿ＳＹＳ、観血的に測定した血圧値をＳＹＳとして併せて示す。

また、図４及び図５は、図３におけるＡＣ＿ＳＹＳとＳＹＳ、ＤＴ＿ＳＹＳとＳＹＳの相関を個別に示す散布図である。

図３〜図５から分かるように、本実施形態の血圧測定装置によって算出した血圧値は、従来のＥＣＧとプレシスモグラフとの組み合わせによる方法で算出した血圧値よりも、実際の血圧値との相関がかなり高く、精度の良い値が得られている上、血圧変動に対する追従性も良好である。

以上説明したように、本実施形態によれば、例えば指先等の１箇所で測定した脈波を用いて血圧を求めることが出来るため、非常に簡便であり、被検者の負担が軽い上、連続した血圧の算出が可能である。また、脈波のみを用いて伝播時間を用いているため、ＥＣＧを用いる方法よりも精度が高い。さらに、例えば生体情報モニタなど、一般的な生体情報測定機器において通常測定される生体信号である脈波を用いるため、特別な機器の追加が不要である。また、信号処理はソフトウェア的に実現可能であるため、従来からある装置の機能として組み込むことが容易である。

なお、連続的なＥＣＧ、呼吸、血中酸素飽和度（ＳＰＯ２）及び脈波等の測定、並びにカフによる定期的な血圧値の測定などを行う生体情報モニタ装置に本実施形態の血圧測定装置を備えた場合、算出した血圧値に基づいて生体情報モニタ装置の動作を制御することも可能である。

すなわち、カフによる血圧値の測定は駆血を伴うため、一定時間毎にしか行うことが出来ないが、例えば急激な容態の変化などにより、直ちにカフによる血圧測定を行うことが望ましい場合も起こりうる。そのため、本実施形態の血圧測定装置により常時算出している血圧値が所定時間継続して予め定めた上限値を超えたり、下限値を下回った場合には、カフを起動して血圧の測定を開始させたり、アラームを出力する等して、生体情報モニタ装置の有用性を高めることが可能である。

本発明の実施形態に係る血圧測定装置の構成例を示すブロック図である。 原波形とその加速度脈波の例を示す図である。 本発明の実施形態に係る血圧測定装置で得られた血圧値と、従来方法により得られた血圧値と、観血的に実測した血圧値の実例を示す図である。 実施形態に係る血圧測定装置で算出した血圧値と、観血的に実測した血圧値との相関を示す散布図である。 従来の方法で算出した血圧値と、観血的に実測した血圧値との相関を示す散布図である。

Claims (8)

1. 生体の一所定部位における脈波を検出する脈波検出手段と、
   前記脈波を２回微分した加速度脈波に含まれるａ波〜ｅ波のうち、ａ波、ｂ波を進行波成分、ｃ波、ｄ波を反射波成分として抽出する抽出手段と、
   前記進行波成分と前記反射波成分とから、脈波伝播時間を算出する脈波伝播時間算出手段と、
   前記脈波伝播時間に基づいて、血圧値を算出する血圧値算出手段とを有することを特徴とする血圧測定装置。
2. 前記脈波伝播時間算出手段が、前記加速度脈波に含まれるａ波、ｂ波のいずれかと、ｃ波、ｄ波のいずれかの時間差を前記脈波伝播時間として算出することを特徴とする請求項１記載の血圧測定装置。
3. 前記脈波検出手段が、指尖容積脈波を前記脈波として検出することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の血圧測定装置。
4. 前記血圧値算出手段が、
   血圧値＝α×脈波伝播時間＋β
   （ただし、α、βは係数）
   との算出式に前記脈波伝播時間を適用して前記血圧値を算出することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の血圧測定装置。
5. 前記生体について他の方法で測定された血圧値と、前記血圧算出手段により算出した血圧値とを用いて、前記算出式に含まれる係数を更新する更新手段を更に有することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の血圧測定装置。
6. 前記他の方法で測定された血圧値が、カフを用いて測定された血圧値又は観血的に測定された血圧値のいずれかであることを特徴とする請求項５記載の血圧測定装置。
7. 請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の血圧測定装置を備えることを特徴とする生体情報モニタ装置。
8. カフによる血圧測定を開始する条件として、前記血圧算出手段が算出する血圧値の値を用いることを特徴とする請求項７記載の生体情報モニタ装置。