JP5418352B2 - 電子血圧計 - Google Patents

Description

この発明は、電子血圧計に関し、特に動脈の容積変化を検出しながら１心拍毎に連続的に血圧を測定する電子血圧計に関する。

従来の電子血圧計は、測定部位に腕帯（カフ）を巻き、カフ内の圧力（カフ圧）を最高血圧より高くなるように加圧し、その後徐々に減圧していく過程において、動脈で発生する脈動をカフを介して圧力センサで検出し、カフ圧とその時の脈動の大きさ（脈波振幅）を利用して最高血圧と最低血圧を決定している（オシロメトリック法）。それに対して、非侵襲で１心拍ごとに連続的に血圧を測定するようにした容積補償法式血圧計が開発されている（特許文献１）。

容量補償法は生体外からカフによって動脈を圧迫し、脈動する動脈の単位長あたりの容積を一定に保つことで圧迫圧力（カフ圧）を動脈内圧すなわち血圧と平衡させ、この状態を維持したときのカフ圧を検出することにより連続的に血圧値を検出する方式である。容積補償法においては、動脈内圧と動脈にかかるカフ圧とが平衡した状態、すなわち、動脈壁が無負荷状態での動脈の容積（制御目標値“Ｖ０”）があらかじめ検出される。１心拍ごとの脈動により変化する動脈容積を制御目標値Ｖ０に一致させるよう、カフ圧が制御される（サーボ制御）。

従来のサーボ制御では動脈容積信号（容積脈波の直流成分）と目標動脈容積信号の差をフィードバック信号として用いて、カフ圧を制御するＰＩＤ制御が用いられる。この制御方式では、制御ゲインを、動脈容積変化信号（容積脈波の交流成分）が最大振幅時のゲインより−１５ｄＢ以下となるまで大きくすることにより、血圧測定の誤差を約５％にすることが可能であると言われている（非特許文献１）。

特開昭５４−５０１７５号

Indirect Measurement of Instantaneous Arterial Blood Pressure in the Human Finger by the Vascular Unloading Technique；KEN-ICHI YAMAKOSHI，HIDEAKI SHIMAZU，AND TATSUO TOGAWA（IEEE TRANSACTIONS ON BIOMEDICAL ENGINEERING，VOL．BME-27，NO.3，MARCH 1980）

サーボ制御の方法としてはフィードバック制御であるＰＩＤ制御（比例制御（Proportional Control)、積分制御（Integral Control)、微分制御（Derivative Control)を組み合わせて制御目標値に収束させる制御を指す）が用いられる。すなわち、現在の動脈容積信号と予め求めた制御目標値との偏差、偏差の積分、偏差の微分に、それぞれある定数：constant value（以下、サーボゲインという）を掛けて足し合わせたものを制御量として出力するものである。高い精度で血圧測定を行うためにはサーボゲインの最適値を制御対象に合わせて調整する必要がある。

しかしながら、ＰＩＤ制御の性質として、サーボゲインを上げることによりカフ圧の制御系の応答に発振がおきるため、血圧測定の誤差を完全に消去することはできない。また被験者ごとに制御対象が変わるため発振が起こらないようなサーボゲインに調整することは困難である。さらに、血圧の波形に遅れなく制御系が応答するためには、大きな流量を制御できるポンプ・弁などが必要となり、電子血圧計は大型化する。

それゆえに本発明の目的は、装置の大型化を招来することなく、動脈の容積変化に基づき精度良く血圧を測定することができる電子血圧計を提供することである。

この発明のある局面に従う電子血圧計は、血圧の測定部位に装着されるカフと、カフ内の圧力を表わすカフ圧を検出するための圧力検出手段と、カフに設けられ、且つカフ圧を変化させる過程で測定部位の動脈容積を示す動脈容積信号を検出するための容積検出手段と、カフ圧を加圧および減圧により調整するためのカフ圧調整手段と、血圧測定手段と、を備え、血圧測定手段は、容積検出手段が検出する動脈容積信号の振幅が最大を指示したときの当該動脈容積信号の値を、制御目標値として検出する制御目標値検出手段と、容積検出手段が検出する動脈容積信号に基づき、カフ圧を変化させる過程で動脈容積の変化率を逐次検出する変化率検出手段と、動脈容積信号の値と、制御目標値との差を、制御偏差として検出する制御偏差検出手段と、動脈容積信号の値が制御目標値と一致するように、カフ圧調整手段を、サーボゲインを用いてサーボ制御するためのサーボ制御手段と、サーボ制御する期間において圧力検出手段が逐次検出するカフ圧を、制御偏差および一定と見なせる変化率を用いて補正することにより、血圧として決定する血圧決定手段と、を含み、サーボ制御手段は、脈波一拍毎に、容積検出手段が検出する動脈容積信号の値と制御目標値との差分である制御偏差が、変化率検出手段が逐次検出する変化率が一定と見なせる期間において、制御偏差検出手段が検出する制御偏差である制御偏差目標値未満を指示するように、サーボゲインを更新する。

好ましくは、血圧決定手段は、制御偏差を一定と見なせる変化率で除することにより、補正用値を算出し、カフ圧に補正用値を加えることにより、当該カフ圧を補正する。

好ましくは、変化率が一定と見なせる期間は、動脈容積信号の振幅が最大値が検出されたときに変化率検出手段が検出した変化率に対して所定閾値以上の変化率が検出される期間を指す。

好ましくは、変化率が一定と見なせる期間は、動脈容積信号の値が制御目標値を指示するときに変化率検出手段が検出した変化率に対して、変化率の差が所定閾値以下となる期間を指す。

好ましくは、血圧測定手段は、容積検出手段が検出する動脈容積信号の振幅が最大値であるときに検出されるカフ圧を、制御初期カフ圧として検出する手段を、含み、サーボ制御手段は、カフ圧調整手段によりカフ圧が制御初期カフ圧に設定された後に、動脈容積信号の値が制御目標値と一致するように、サーボ制御を開始する。

好ましくは、カフ圧を変化させる過程は、カフ圧を加圧する過程または減圧する過程を指す。

この発明の他の局面に従うと、血圧の測定部位に装着されるカフ内の圧力を表わすカフ圧を変化させる過程で測定部位の動脈容積を示す動脈容積信号を検出しながら、血圧を測定するための血圧測定プログラムであって、検出される動脈容積信号の振幅が最大を指示したときの当該動脈容積信号の値を、制御目標値として検出するステップと、検出される動脈容積信号に基づき、カフ圧を変化させる過程で動脈容積の変化率を逐次検出するステップと、動脈容積信号の値と、制御目標値との差を、制御偏差として検出するステップと、動脈容積信号の値が制御目標値と一致するように、カフ圧の調整ユニットを、サーボゲインを用いてサーボ制御するためのステップと、サーボ制御する期間において逐次検出されるカフ圧を、制御偏差および一定と見なせる変化率を用いて補正することにより、血圧として決定するステップとを、コンピュータに実行させ、サーボ制御するためのステップでは、脈波一拍毎に、検出される動脈容積信号の値と制御目標値との差分である制御偏差が、逐次検出される変化率が一定と見なせる期間において検出される制御偏差である制御偏差目標値未満を指示するように、サーボゲインを更新する。

発明によれば、脈波一拍毎に、容積検出手段により検出される動脈容積信号が指す動脈容積とサーボ制御の制御目標値との差分が制御偏差目標値未満となるようにサーボゲインを更新しがならサーボ制御する。制御偏差は、変化率検出手段が検出する変化率が一定と見なせる期間において検出される動脈容積信号が示す動脈容積と、制御目標値との差であるから、サーボ制御する期間において圧力検出手段が逐次検出するカフ圧を、制御偏差および一定と見なせる変化率を用いて補正することにより、血圧として決定することができる。

したがって、サーボ制御は制御偏差を許容して行われるので、カフ圧調整手段の大型化を招来することなく、動脈の容積変化に基づいて精度良く血圧を測定することができる。

本実施の形態に係る電子血圧計の外観斜視図である。 本実施の形態に係る電子血圧計の構成例を示すブロック図である。 動脈の力学特性を示すグラフである。 本実施の形態に係る動脈内外圧差の変化量に対する動脈容積変化量を示す図である。 本実施の形態に係る制御偏差目標値の決定方法を説明する図である。 本実施の形態に係る制御偏差目標値の他の決定方法を説明する図である。 本実施の形態に係る血圧測定処理のフローチャートである。 本実施の形態に係る制御パラメータ決定のフローチャートである。 補正前後の血圧波形を対比して示す図である。 サーボゲインを低くした場合の補正前後の血圧波形を対比して示す図である。

本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。

（外観について）
図１は、本発明の実施の形態に係る電子血圧計１の外観斜視図である。

図１を参照して、電子血圧計１は、本体部１０と、被測定者の所定の測定部位に巻き付け可能なカフ２０とを備える。本体部１０はカフ２０に取り付けられている。本体部１０の表面には、たとえば液晶等により構成される表示部４０と、ユーザ（たとえば被測定者）からの指示を受付けるために操作される操作部４１とが配置されている。操作部４１は、複数のスイッチを含む。

本実施の形態において、測定部位は、手首であるものとして説明する。しかしながら、測定部位は、手首に限定されるものではなく、たとえば、上腕であってもよい。本実施の形態において、測定部位は一つの部位のみである。

本実施の形態における電子血圧計１は、図１に示されるように、本体部１０がカフ２０に取り付けられている。しかしながら、上腕式の電子血圧計で採用されているように、分離された本体部１０とカフ２０とが、エアチューブ（図２においてエアチューブ３１）によって接続されている形態であってもよい。

（ハードウェア構成について）
図２は、本発明の実施の形態に係る電子血圧計１の構成例を示すブロック図である。

図２を参照して、電子血圧計１のカフ２０は、空気袋２１と、動脈容積センサ７０とを含む。動脈容積センサ７０は、発光素子７１と受光素子７２とを有する。発光素子７１は、動脈に対して光を照射し、受光素子７２は、発光素子７１によって照射された光の動脈の透過光または反射光を受光する。発光素子７１および受光素子７２は、たとえば、空気袋２１の内側に所定の間隔に配置される。

動脈容積センサ７０は、動脈の容積が検出できるものであればよく、インピーダンスセンサ（インピーダンスプレスチモグラフ）により動脈の容積を検出するものであってもよい。その場合、発光素子７１および受光素子７２に代えて、動脈を含む部位のインピーダンスを検出するための複数の電極（電流印加用の電極対、および、電圧検知用の電極対）が含まれる。

空気袋２１は、エアチューブ３１を介して、エア系３０に接続される。
本体部１０は、上述の表示部４０および操作部４１に加え、エア系３０と、各部を集中的に制御し、各種演算処理を行なうためのＣＰＵ（Central Processing Unit）１００と、ＣＰＵ１００に所定の動作をさせるプログラムや各種データを記憶するためのメモリ部４２と、測定結果などを記憶するための不揮発性メモリ（たとえばフラッシュメモリ）４３と、ＣＰＵ１００などの各部に電力を供給するための電源４４と、計時動作を行なう計時部４５と、着脱可能な記録媒体１３２からプログラムやデータの読出しおよび書込みをするためのインターフェイス部４６とを含む。ＣＰＵ１００内の各機能部については後述する。

操作部４１は、電源をＯＮまたはＯＦＦするための指示の入力を受付ける電源スイッチ４１Ａと、測定開始の指示を受付けるための測定スイッチ４１Ｂと、測定停止の指示を受付けるための停止スイッチ４１Ｃと、フラッシュメモリ４３に記録された血圧などの情報を読出す指示を受付けるためのメモリスイッチ４１Ｄとを有する。

エア系３０は、空気袋２１内の圧力（カフ圧Ｐｃ）を検出するための圧力センサ３２と、カフ圧Ｐｃを加圧するために、空気袋２１に空気を供給するためのポンプ５１と、空気袋２１の空気を排出しまたは封入するために開閉される弁５２とを含む。

本体部１０は、発光素子駆動回路７３と、動脈容積検出回路７４と、上記エア系３０に関連して、発振回路３３と、ポンプ駆動回路５３と、弁駆動回路５４とをさらに含む。

発光素子駆動回路７３は、ＣＰＵ１００からの指令信号に応じて発光素子７１を所定のタイミングで発光させる。動脈容積検出回路７４は、受光素子７２からの出力を電圧値に変換することで動脈容積を検知する。検知された動脈容積が動脈容積信号としてＣＰＵ１００に出力される。

圧力センサ３２は、たとえば静電容量形の圧力センサであり、カフ圧Ｐｃにより容量値が変化する。発振回路３３は、圧力センサ３２の容量値に応じた発振周波数の信号をＣＰＵ１００に出力する。ＣＰＵ１００は、発振回路３３から得られる信号を圧力に変換し圧力を検知する。ポンプ駆動回路５３は、ポンプ５１の駆動をＣＰＵ１００から与えられる制御信号に基づいて制御する。弁駆動回路５４は弁５２の開閉制御をＣＰＵ１００から与えられる制御信号に基づいて行なう。

ポンプ５１、弁５２、ポンプ駆動回路５３および弁駆動回路５４は、カフ２０内の圧力を加圧および減圧により調整するための調整ユニット５０を構成する。ポンプ５１は、ポンプ駆動回路５３から与えられる電圧信号に基づき回転数・回転方向が制御され、弁５２は弁駆動回路５４から与えられる電圧信号に基づき開閉の動作が制御される。なお、調整ユニット５０を構成する装置は、上記に限定されない。たとえば、調整ユニット５０は、上記に加えて、エアシリンダと、エアシリンダを駆動するためのアクチュエータとを含んでいてもよい。

カフ２０には空気袋２１が含まれることとしたが、カフ２０に供給される流体は空気に限定されるものではなく、たとえば液体やゲルであってもよい。あるいは、流体に限定されるものではなく、マイクロビーズなどの均一な微粒子であってもよい。

電子血圧計１は、動脈の容積をおおよそ一定に保つことにより連続的に血圧を測定する。

（一般的な容積補償法による血圧測定の原理について）
本実施の形態での血圧測定方法の説明に先立ち、一般的な容積補償法による血圧測定の原理について説明する。

一般的な容積補償法に従って血圧を測定する場合、次のような動作が行なわれる。すなわち、生体外から動脈に外圧を加え、生体外圧と動脈内圧（血圧）とが常時平衡するように制御することで、動脈壁を無負荷状態に維持する。一般的な容積補償法では、そのとき（無負荷状態）の生体外圧を測定することにより血圧が測定される。

実際には、生体外圧は、測定部位に巻き付けたカフ２０のカフ圧Ｐｃに相当する。また、測定時にカフ圧Ｐｃと血圧とが平衡したときの動脈容積“Ｖ０”を検出し、血圧変動に伴い変化する動脈容積をＶ０と一致するようにカフ圧Ｐｃを制御（サーボ制御）する。

図３は、動脈の力学特性を示すグラフである。図３のグラフは、横軸に動脈内外圧差Ｐｔｒ、縦軸に動脈容積Ｖをとり、動脈内外圧差Ｐｔｒと動脈容積Ｖとの関係を示している。動脈内外圧差Ｐｔｒは、動脈内圧Ｐａと、カフ圧（生体外圧）Ｐｃとの差を示す。

このグラフに示されるように、動脈の力学特性は、一般的に強い非線形性を示している
。動脈内外圧差Ｐｔｒが０（平衡状態）のとき、すなわち、動脈壁が無負荷状態のとき、動脈のコンプライアンス（脈動による容積の変化量）が最大となる。つまり、圧力変化に対する容積変化の追従性が最大となる。

一般的な容積補償法では、ＣＰＵ１００は、圧力センサ３２により検出される動脈容積が常時、動脈内外圧差Ｐｔｒが０となる時点の容積値Ｖ０を指示するように、ポンプ５１および弁５２に与えられる電圧信号のレベルを可変に制御（ＰＩＤ制御）する。これにより、生体外圧（カフ圧）が逐次制御されながら血圧が測定される。このように、カフ圧と動脈内圧（血圧）とが平衡状態である場合の動脈容積Ｖ０が、一般的な容積補償法における、サーボ制御の目標値であった。本実施の形態においては、動脈容積Ｖ０を、「平衡制御目標値Ｖ０」とも呼ぶ。

このような容積補償法の測定原理では、前述したように流量の大きいポンプ５１を用いない場合には、カフ圧Ｐｃの制御系の応答に発振現象がおき、血圧測定の誤差を完全に消去することはできない。

（本実施の形態による血圧測定の原理）
血圧は１心拍ごとに収縮期血圧（ＳＹＳ：Systolic Blood Pressure）から拡張期血圧（Diastolic Blood Pressure）の間で変化している。カフ圧Ｐｃを所定圧力で固定した場合、血圧の変化に伴い動脈容積が変化する（図３の動脈容積変化ΔＶ）。図３に示すように動脈の力学的特性は非線形の特徴を有しているため、動脈容積変化ΔＶはカフ圧Ｐｃに依存してその大きさは異なるが、その変化量は脈圧（＝収縮期血圧−拡張期血圧）と１対１であることには変わりはない。また、動脈容積が平衡制御目標値Ｖ０に十分に近い場合には、カフ圧の変化に対する動脈容積変化率は一定と見なせて、この期間においては血圧測定が可能な振幅を有した脈波を検出することが可能である。

したがって、本実施の形態では、制御目標値を、カフ圧Ｐｃと動脈内圧とが平衡した点での動脈容積（平衡制御目標値）Ｖ０に固定するのではなく、制御偏差を所定値（後述の、制御偏差目標値）以下となるように許容しながら、サーボゲインを調整して血圧値を測定する。

ここで、制御偏差とは、平衡制御目標値Ｖ０に十分に近い動脈容積であって、カフ圧Ｐｃの変化に対する動脈容積変化率が一定と見なせるような動脈容積と平衡制御目標値Ｖ０との差分に相当する。

サーボ制御においては、制御偏差を許容すると、動脈容積変化ΔＶに対してカフ圧Ｐｃが追従しなくなり、そのことに起因して、測定血圧には誤差が含まれざるを得ない。ここで、誤差は、動脈容積Ｖを平衡制御目標値Ｖ０に一致させた状態（無負荷状態）で検出される血圧値と、制御偏差を許容して測定される血圧値との差分を指す。以降、これを「血圧誤差Ｅｒ」という。

本実施の形態では、制御偏差を許容しながらサーボゲインを決定し、決定するサーボゲインを用いてカフ圧Ｐｃをサーボ制御する期間において測定される血圧値を、血圧誤差Ｅｒを用いて補正することで、正確な血圧値を測定する。また、制御偏差を許容しながらも正確な血圧値を測定できるから、圧力変化に対する容積変化の完全な追従性は要求されない、すなわちポンプ５１および弁５２のエア系の改良（大型化）も必要とされない。

（制御偏差目標値について）
図４は、電子血圧計１を用いた発明者らの実験に基づいたグラフである。カフ圧Ｐｃがゼロの状態のカフ２０を測定部位に装着して、加圧を開始し、たとえば３ｍｍＨｇ／ｓｅｃの一定の低速度で加圧した場合の実験結果が示される。

グラフでは、横軸に動脈内外圧差Ｐｔｒ、縦軸に動脈容積Ｖをとり、動脈内外圧差Ｐｔｒと動脈容積Ｖとの関係は実線の曲線で示される。また、実線の曲線の傾きｄｖ／ｄｐは、破線の直線Ｌで近似される。直線Ｌは、動脈内外圧差Ｐｔｒの変化量に対する動脈容積Ｖの変化量の関係を示す。

図４に示すように、サーボ制御が十分に追従しておらず動脈容積変化ΔＶが大きい場合には、実線の曲線は直線Ｌで近似することはできないが、サーボ制御により十分に追従すると、動脈容積変化ΔＶが小さくなって動脈容積Ｖが平衡制御目標値Ｖ０および平衡制御目標値Ｖ０に極めて近い値を指示する場合には、実線の曲線を直線Ｌで近似することができる、すなわちカフ圧Ｐｃの変化に対する動脈容積Ｖの変化率はほぼ一定と見なせるとの知見を得た。また、直線Ｌで近似できる区間では、傾きｄｖ／ｄｐに基づけば、血圧誤差Ｅｒ（図４の差圧ｄｐに相当）を推定することができるとの知見を得た。

これらの知見に基づき発明者らは、直線Ｌで近似できる期間においては、測定される血圧を血圧誤差Ｅｒを用いれば、正確な血圧となるように補正できる、すなわち動脈容積Ｖを平衡制御目標値Ｖ０に一致させた状態（無負荷状態）で測定される血圧に相当する血圧を算出できるとの知見を得た。

図４において、平衡制御目標値Ｖ０の検出は次のように行われる。つまり、空気袋２１から空気が排気されてカフ圧Ｐｃがゼロの状態のカフ２０が測定部位に巻付けられると、ＣＰＵ１００は、ポンプ駆動回路５３を制御してポンプ５１により空気袋２１に徐々に空気を送り込む。つまり、カフ圧Ｐｃがたとえば３ｍｍＨｇ/ｓｅｃ程度の一定の低速で加圧されるように、空気が送りこまれる。この加圧過程において、ＣＰＵ１００は、動脈容積検出回路７４を介して検出される動脈容積信号の１拍毎の振幅の変化量（動脈容積変化ΔＶ）を検出し、その動脈容積変化ΔＶが最大となる時点を検出する。その時点で検出される動脈容積信号の平均値を算出し、算出した平均値を平衡制御目標値Ｖ０として、メモリ部４２の所定領域に格納する。

動脈容積信号の平均値は、動脈容積信号の直流成分の値に相当し、ＣＰＵ１００は動脈容積信号をフィルタ処理することにより検出する。

動脈内外圧差Ｐｔｒの変化量に対する動脈容積変化量を指す傾きｄｖ／ｄｐは、検出した動脈容積信号の平均値と、その時に検出されるカフ圧Ｐｃとに基づき算出される。本実施の形態では、血圧補正に用いる傾きｄｖ／ｄｐは、平衡制御目標値Ｖ０検出時のカフ圧Ｐｃを用いて算出される。本実施の形態では、サーボ制御で検出される制御偏差を、傾きｄｖ／ｄｐで除することによって、補正に用いる値（血圧誤差Ｅｒ）を取得できる。実際の傾きｄｖ/ｄｐは非線形性を示すが、制御偏差が小さくなっていれば平衡制御目標値Ｖ０付近での傾きｄｖ/ｄｐを直線Ｌに近似することができる（図４参照）ため、このような補正が可能となる。

上記補正を行うには、平衡制御目標値Ｖ０付近での傾きｄｖ/ｄｐを直線Ｌに近似できるように、制御偏差を所定値以下とするようにカフ圧Ｐｃをサーボ制御する必要がある。この所定値は、後述の制御偏差目標値を指す。

制御偏差目標値の決定方法を図５を参照し説明する。図５の（Ａ）には、図４のグラフが示されて、図５の（Ｂ）には、図５の（Ａ）の動脈内外圧差Ｐｔｒと動脈容積Ｖとの関係を示すグラフ（実線の曲線）の傾きｄｖ／ｄｐの変化が示される。図５の（Ｂ）のグラフは、図５の（Ａ）のグラフを、動脈内外圧差Ｐｔｒで微分することにより算出される。

加圧過程において上述した最大（１００％）の変化率が検出される時と、最大（１００％）の変化率に対して所定値以下（たとえば、１０％以下）の大きさの変化率が検出される時との間の期間において検出される動脈容積の、カフ圧Ｐｃの変化に対する変化率は一定と見なせるであろう。ただし、１０％の値を最適値として限定するものではない。

そこで、図５の（Ｂ）の平衡制御目標値Ｖ０に対応する傾きｄｖ/ｄｐ（傾きｄｖ/ｄｐの最大値）を１００％とした場合の９０％に相当する傾きｄｖ/ｄｐの値を算出し、１００％の傾きｄｖ/ｄｐに対応の動脈容積（平衡制御目標値Ｖ０）と、９０％の傾きｄｖ/ｄｐに対応の動脈容積値Ｖとの差分を算出し、算出した差分を、制御偏差目標値と決定する。

制御偏差目標値の決定（検出）の方法は、たとえば図６に示すような他の方法であってもよい。図６の（Ａ）には、図４のグラフが示されて、図６の（Ｂ）には、図６の（Ａ）の動脈内外圧差Ｐｔｒと動脈容積Ｖとの関係を示すグラフ（実線の曲線）の傾きｄｖ／ｄｐの変化が示される。図６の（Ｂ）のグラフは、図６の（Ａ）のグラフを、動脈内外圧差Ｐｔｒで微分することにより算出される。

この決定方法では、加圧過程の傾きｄｖ/ｄｐを直線に近似できる期間、すなわち検出される動脈容積の、カフ圧Ｐｃの変化に対する変化率は一定と見なせる期間において検出される動脈容積信号の値を制御目標値とする。動脈容積信号の値が当該制御目標値を指示するときに検出される傾きｄｖ/ｄｐを基準と設定する。そして、基準傾きｄｖ/ｄｐとの差ＤＥ１が所定閾値（たとえば、５％）以下となるような傾きｄｖ/ｄｐに対応の動脈容積値Ｖを検出する。そして、この検出した動脈容積値Ｖと基準傾きｄｖ/ｄｐに対応の動脈容積値Ｖとの差分を算出し、算出した差分を、制御偏差目標値として決定する。なお、所定閾値は５％に限定されるものではない。

本実施の形態の血圧測定時においては、制御偏差が制御偏差目標値以下となるように、サーボゲインが更新されながら、サーボ制御が行われる。

（機能構成について）
図２には、ＣＰＵ１００の機能構成も示されている。

図２を参照して、ＣＰＵ１００は、ポンプ駆動回路５３および弁駆動回路５４を制御することにより、カフ圧Ｐｃを可変に制御するカフ圧制御部１０１、血圧を測定するための血圧測定処理部１０２を備える。

血圧測定処理部１０２は、平衡制御目標値検出手段および変化率（傾きｄｖ／ｄｐ）検出手段に対応するパラメータ検出部１０３、サーボゲインを更新しながらサーボ制御をするサーボ制御手段に相当する容積一定制御部１０４および、血圧決定手段に相当する血圧決定部１０５を含む。血圧決定部１０５は、血圧誤差Ｅｒを算出して、血圧を補正する補正部１０６を有する。各部は、プログラムにより構成される。プログラムはメモリ部４２に格納されており、ＣＰＵ１００がメモリ部４２からプログラムを読出し、読出したプログラムの命令コードを実行することにより、各部の機能が実現される。

（制御パラメータの検出）
パラメータ検出部１０３は、カフ圧制御部１０１によってカフ圧が３ｍｍＨｇ／ｓｅｃ程度の低速で徐々に加圧される期間において、動脈容積検出回路７４を介して動脈容積信号を検出する。この加圧過程において、動脈容積信号の１拍毎の変化分（ΔＶ）、すなわち、動脈容積変化信号を検出し、その動脈容積変化信号が最大（動脈容積信号の振幅が最大）となる点ＭＡＸを検出する。最大点ＭＡＸが検出された時点の１拍分の動脈容積信号の平均値が平衡制御目標値Ｖ０と決定されて、メモリ部４２の所定領域に格納される。また、この加圧過程において、カフ圧Ｐｃが、発振回路３３からの出力信号に基づき順次に検出されてメモリ部４２に格納される。

なお、平衡制御目標値Ｖ０は、動脈の内圧とカフ圧とが平衡状態である場合の動脈容積信号に基づく値を示していれば、このような検出方法に限定されない。たとえば、上述のように加圧過程で検出する方法に限定されず、減圧過程で検出するようにしてもよい。

パラメータ検出部１０３は、加圧過程において検出される動脈容積信号の直流成分の値を時系列にメモリ部４２に格納する。メモリ部４２に格納されたデータに基づき、図５の（Ａ）の曲線のグラフを検出する。検出したグラフを微分処理することにより傾きｄｖ／ｄｐのグラフ（図５の（Ｂ））を検出する。検出されるグラフのデータはいずれも、メモリ部４２の所定領域に格納される。

パラメータ検出部１０３は、メモリ部４２から図５の（Ｂ）のグラフのデータを読出し、読出したデータに基づき、傾きｄｖ／ｄｐの最大値を検出する。検出した最大値（平衡制御目標値Ｖ０に対応する傾きｄｖ/ｄｐ）を１００％とした場合に、その変化率（ｄｖ／ｄｐ）に対して、所定閾値（たとえば１０％）以下の変化率に対応する動脈容積Ｖを検出し、検出した動脈容積Ｖと平衡制御目標値Ｖ０との差分を算出する。当該差分は、制御偏差目標値ｄｖとして、メモリ部４２に格納する。これにより、サーボ制御のためのパラメータが検出される。

ここでは、制御偏差目標値ｄｖを図５の方法に従って決定しているが、図６の方法により決定したものであっても、以降の処理は同様に適用することができる。

（容積一定制御）
容積一定制御部１０４は、血圧測定時に順次に検出される動脈容積信号（容積脈波の直流成分）の値とメモリ部４２から読出した平衡制御目標値Ｖ０との差分を算出する。そして、算出した差分が、メモリ部４２から読出した制御偏差目標値ｄｖ以下となるように、サーボゲインを更新しながら決定する。

決定されたサーボゲインはカフ圧制御部１０１に与えられる。カフ圧制御部１０１は、与えられるサーボゲインに従う制御量（電圧信号）に基づきポンプ駆動回路５３または弁駆動回路５４を制御する。つまり、ポンプ駆動回路５３または弁駆動回路５４は、制御偏差が、制御偏差目標値ｄｖ以下となるように、ポンプ５１の動作または弁５２の開閉を制御する。

（血圧測定時の動作）
電子血圧計１の動作について説明する。

図７は、血圧測定処理のメインフローチャートであり、図８は、制御パラメータ検出のフローチャートである。フローチャートに示す処理は、予めプログラムとしてメモリ部４２に格納されており、ＣＰＵ１００がこのプログラムを読み出して実行することにより、血圧測定処理の機能が実現される。

図７を参照して、ＣＰＵ１００は、ユーザにより電源スイッチ４１Ａが押下されたことを検出すると（ステップＳＴ１）、初期化処理を行なう（ステップＳＴ２）。具体的には、メモリ部４２の所定の領域（以下「メモリ領域」という）を初期化し、空気袋２１の空気を排気し、圧力センサ３２の０ｍｍＨｇ補正を行なう。このとき、カフ２０は測定部位に装着されている。

次に、ＣＰＵ１００が測定スイッチ４１Ｂが押下されたことを検出すると（ステップＳＴ３）、カフ圧制御部１０１が起動されて、測定部位が加圧開始される。

続いて、パラメータ検出部１０３は、上述した平衡制御目標値Ｖ０および制御偏差目標値ｄｖなどを検出する（ステップＳＴ４）。この処理の詳細は図８を参照して後述する。

カフ圧制御部１０１は、動脈容積Ｖを平衡制御目標値Ｖ０と一致させるようにカフ圧を制御する。このときカフ圧は、後述の制御初期カフ圧Ｐｃｂに設定されるように制御される（ステップＳＴ５）。カフ圧を、制御初期カフ圧Ｐｃｂに設定後、容積一定制御部１０４によりサーボ制御が行われる（ステップＳＴ６）。

このようにサーボ制御では、制御開始時のカフ圧Ｐｃを、動脈容積Ｖを平衡制御目標値Ｖ０と一致させるような制御初期カフ圧と一致させているので、サーボゲインの調整時間を短縮できて、血圧決定に要する時間の短縮が可能となり、また、サーボゲインを高くせずとも、すなわち低いサーボゲインで血圧測定できるので、大きな流量を制御できるエア系は必要とされず、装置の小型化は阻害されない。

ステップＳＴ７〜ＳＴ９のサーボ制御期間において、容積一定制御部１０４は、動脈容積検出回路７４から検出される脈波一拍毎の動脈容積信号の平均値とメモリ部４２から読出した平衡制御目標値Ｖ０との差分を算出し、算出した差分が、メモリ部４２から読出した制御偏差目標値ｄｖ未満となるようなサーボゲインを決定する。カフ圧制御部１０１は、決定されたサーボゲインに従う制御量に基づきポンプ駆動回路５３または弁駆動回路５４を制御する。このようにして、順次検出される動脈容積信号に基づきカフ圧Ｐｃのフィードバック制御が繰返される。

具体的には、容積一定制御部１０４は、動脈容積検出回路７４から検出される動脈容積信号の値と平衡制御目標値Ｖ０との差分（制御偏差）と、制御偏差目標値ｄｖとを比較する（ステップＳＴ７）。比較結果に基づき制御偏差≧ｄｖが成立すると判定すると、血圧測定はされずに処理は後述のステップＳＴ１０に移行する。

比較結果に基づき制御偏差＜ｄｖが成立すると判定すると、処理はステップＳＴ８の血圧測定に移行する。

ステップＳＴ８において、血圧決定部１０５は、制御偏差＜制御偏差目標値ｄｖが成立すると判定された時に検出されているカフ圧Ｐｃを、暫定血圧値として決定する（ステップＳＴ８）。

なお、ステップＳＴ５〜ＳＴ１０の期間においては、血圧測定部１０２は、発振回路３３から入力する信号に基づきカフ圧Ｐｃを順次検出してメモリ部４２の所定領域に時系列に格納するので、メモリ部４２のカフ圧Ｐｃを検索して、制御偏差＜制御偏差目標値ｄｖが成立すると判定された時に検出されているカフ圧Ｐｃを読出すことができる。

補正部１０６は、暫定血圧値を補正して、正確な血圧を取得する。具体的には、制御偏差と、メモリ部４２から読出した傾きｍａｘ（ｄｖ／ｄｐ）（後述する）とを用いて、（血圧誤差Ｅｒ＝制御偏差／ｍａｘ（ｄｖ／ｄｐ））に従って、補正用値である血圧誤差Ｅｒを算出する。制御偏差は、動脈容積Ｖと平衡制御目標値Ｖ０との偏差、すなわち、動脈容積Ｖが平衡制御目標値Ｖ０であるときには検出されない動脈容積に相当するので、傾きｍａｘ（ｄｖ／ｄｐ）で除することにより、暫定血圧値に含まれない“偏差成分に相当する圧力”が検出される。これにより、血圧誤差Ｅｒが検出される。

そして、（血圧値＝暫定血圧値＋誤差Ｅｒ）に従って補正後の血圧値を算出する。これにより、最終的な血圧値が算出（測定）される。

補正後の血圧は、フラッシュメモリ４３に時系列に記録される。これにより、連続的な血圧値が得られ、結果として、血圧波形が得られる。

測定処理部１０６は、測定期間中、決定された血圧値に関する情報を表示部４０に表示してもよい。たとえば、一心拍ごとのカフ圧Ｐｃの極小値および極大値を、それぞれ拡張期血圧および収縮期血圧として表示部４０に表示してもよい。あるいは、時間軸に沿った血圧波形が表示されてもよい。

血圧測定処理部１０２による測定処理は、停止スイッチ４１Ｃの押下または所定の時間経過などによる停止信号がＯＮされるまで継続される（ステップＳＴ１０）。

停止信号がＯＮされると、血圧測定処理部１０２は、メモリ領域に時系列に記録された血圧値（カフ圧）を、測定結果としてフラッシュメモリ４３または記録媒体１３２に記録する。

（制御パラメータ検出処理）
図８を参照して、図７のステップＳＴ４の処理の詳細を説明する。

図８の処理フローは、ステップＳＴ１０１〜ＳＴ１１０からなる。そのうちステップＳＴ１０２〜ＳＴ１０８は、図５の（Ａ）の動脈内外圧差Ｐｔｒが“Ｐｔｒ３”→“Ｐｔｒ０”に変化するカフ圧Ｐｃの加圧過程に相当する。加圧過程におけるステップＳＴ１０２とＳＴ１０３は、図５の（Ａ）の実線の曲線で示す動脈容積Ｖの変化を検出する処理に相当する。ステップＳＴ１０４は、図５の（Ｂ）の傾きｄｖ／ｄｐを検出するための処理に相当する。ステップＳ１０５〜Ｓ１０７は、図５の（Ｂ）の最大の傾きｄｖ／ｄｐを検出するための処理に相当する。

動作において、まず、パラメータ検出部１０３は、動脈容積変化の最大値（以下、最大値ΔＶｍａｘという）、ならび最大値ΔＶｍａｘが検出されるときに検出される動脈容積Ｖｍａｘ、最大値ΔＶｍａｘが検出されるときに検出されるカフ圧Ｐｃｂ、最大値Ｖｍａｘが検出されるときに検出される傾きｄｖ／ｄｐ（以下、傾きｍａｘ（ｄｖ／ｄｐ）という）を格納するためのメモリ部４２のメモリ領域を初期化する（ＳＴ１０１）。初期化により、メモリ領域の最大値ΔＶｍａｘ、動脈容積Ｖｍａｘ、カフ圧Ｐｃｂおよび傾きｍａｘ（ｄｖ／ｄｐ）には、それぞれ、たとえば値０が設定される。平衡制御目標値Ｖ０を検出するために、動脈容積Ｖｍａｘは検出される。

次に、パラメータ検出部１０３は、カフ圧制御部１０１を介してカフ圧を３ｍｍＨｇ／ｓｅｃの一定速度で加圧していく（ＳＴ１０２）。加圧過程においては、パラメータ検出部１０３は、脈波一拍毎の動脈容積変化ΔＶを検出する(ＳＴ１０３)。また、このとき所定のカフ圧ごとに(例えば３ｍｍＨｇごとに)、傾きｄｖ／ｄｐを算出し、メモリ部４２に時系列に格納する(ＳＴ１０４)。このとき算出された傾きｄｖ／ｄｐと、メモリ部４２から読出した傾きｍａｘ（ｄｖ／ｄｐ）とを比較し、比較結果に基づき、算出された傾きｄｖ／ｄｐが最大であるか否かを判定する（ＳＴ１０５）。

比較結果に基づき、（ｄｖ／ｄｐ＞ｍａｘ（ｄｖ／ｄｐ））が成立すると判定すると（ステップＳ１０５でＹＥＳ）、メモリ部４２の動脈容積Ｖｍａｘ、最大値ΔＶｍａｘ、カフ圧Ｐｃｂ、および傾きｍａｘ（ｄｖ／ｄｐ）を、今回検出された動脈容積Ｖ、動脈容積変化ΔＶ、カフ圧Ｐｃおよび傾きｄｖ／ｄｐを上書きすることにより更新し（ＳＴ１０６、ＳＴ１０７）、ステップＳＴ１０８の処理に移行する。比較結果に基づき、（ｄｖ／ｄｐ≦ｍａｘ（ｄｖ／ｄｐ））が成立すると判定すると（ステップＳ５１０５でＮＯ）、ステップＳＴ１０８の処理に移行する。

ステップＳＴ１０８では、パラメータ検出部１０３は、カフ圧Ｐｃと所定圧とを比較すする。比較結果、（カフ圧Ｐｃ＜所定圧）が成立すると判定すると（ステップＳＴ１０８でＹＥＳ）、処理はステップＳＴ１０２に戻り、以降の処理が同様に繰返される。比較結果、（カフ圧Ｐｃ≧所定圧）が成立すると判定すると（ステップＳＴ１０８でＮＯ）、処理はステップＳＴ１０９に移行する。ステップＳＴ１０８での所定圧は、加圧されることにより動脈が圧迫されて脈波が検出できなくなるような圧力であればよく、本実施の形態では、たとえば２８０ｍｍＨｇを指す。

このような処理が、加圧過程において繰返されることにより、カフ圧Ｐｃが所定圧以上を指示した時には、メモリ部４２の動脈容積Ｖｍａｘ、カフ圧Ｐｃｂおよび傾きｍａｘ（ｄｖ／ｄｐ）はそれぞれ、図５の（Ａ）の平衡制御目標値Ｖ０、動脈容積を平衡制御目標値Ｖ０に一致させるためのカフ圧Ｐｃｂおよび図５の（Ｂ）の傾きｄｖ／ｄｐの最大値を指す。

ステップＳＴ１０９においては、メモリ部４２の動脈容積Ｖｍａｘ、カフ圧Ｐｃｂおよび傾きｍａｘ（ｄｖ／ｄｐ）それぞれは、平衡制御目標値Ｖ０、制御初期カフ圧Ｐｃｂおよび血圧補正演算用の係数として決定される。

ステップＳＴ１１０では、メモリ部４２から読出した傾きｄｖ／ｄｐに基づき、制御偏差目標値ｄｖが算出されて、メモリ部４２に格納される。

以上により、容積一定制御（サーボ制御）および測定血圧を補正するために用いるパラメータが検出される。

上記の血圧測定処理によれば、制御偏差を許容するがゆえにサーボ制御においてカフ圧の変化が動脈容積変化に追従しきれないことに起因して測定血圧には、血圧誤差Ｅｒが含まれることになるが、測定血圧を血圧誤差Ｅｒを用いて補正することにより、正確な血圧値を算出することができる。

また、カフ圧の変化が動脈容積変化に追従しきれなくとも正確な血圧を算出することが可能となるため、大きな流量を制御できるポンプ５１および弁５２は必要とされない。その結果、電子血圧計１の小型化が可能となる。

（補正前後の血圧の比較）
図９と図１０には、発明者らが電子血圧計１を用いて実験により上腕部の血圧を測定した場合に検出された補正後の血圧波形と、補正前の血圧波形の比較結果がグラフで示される。ここでは、補正前の血圧波形は、カフ圧Ｐｃの波形を指す。

図９と図１０のグラフでは、横軸に血圧測定の経過時間（ｓｅｃ）がとられ、縦軸に血圧（ｍｍＨｇ）がとられている。太い線は、補正前の血圧波形を指し、細い線は補正後の血圧波形を指す。グラフでは、説明のために真の収縮期血圧ＳＹＳと真の拡張期血圧ＤＩＡの値も指示されている。

図９では、補正により、真の血圧値（収縮期血圧ＳＹＳ、拡張期血圧ＤＩＡ）に近い血圧値を測定できることがわかる。

図１０には、図９のケースに比べてサーボゲインを低くして実験した場合の実験結果が示される。他の実験の要件は図９のそれと同じである。図１０を参照すると、サーボゲインを低くした場合であっても、補正後の血圧は、補正前の血圧よりも真の血圧値（収縮期血圧ＳＹＳ、拡張期血圧ＤＩＡ）に近いことがわかる。したがって、制御できる流量が少ない小型のポンプ５１を用いた場合であっても、本実施の形態の測定方法によれば、真の血圧値に近い血圧値を測定することができる。

（血圧測定プログラム）
本実施の形態の電子血圧計１が行なう血圧測定方法を、プログラムとして提供することもできる。このようなプログラムは、ＣＤ−ＲＯＭ（Compact Disc-ROM）などの光学媒体や、メモリカードなどのコンピュータ読取り可能な一時的でない（non-transitory）記録媒体にて記録させて、プログラム製品として提供することもできる。また、ネットワークを介したダウンロードによって、プログラムを提供することもできる。

なお、本発明にかかるプログラムは、コンピュータのオペレーティングシステム（ＯＳ）の一部として提供されるプログラムモジュールのうち、必要なモジュールを所定の配列で所定のタイミングで呼出して処理を実行させるものであってもよい。その場合、プログラム自体には上記モジュールが含まれずＯＳと協働して処理が実行される。このようなモジュールを含まないプログラムも、本発明にかかるプログラムに含まれ得る。

また、本発明にかかるプログラムは他のプログラムの一部に組込まれて提供されるものであってもよい。その場合にも、プログラム自体には上記他のプログラムに含まれるモジュールが含まれず、他のプログラムと協働して処理が実行される。このような他のプログラムに組込まれたプログラムも、本発明にかかるプログラムに含まれ得る。

提供されるプログラム製品は、ハードディスクなどのプログラム格納部にインストールされて実行される。なお、プログラム製品は、プログラム自体と、プログラムが記憶された記憶媒体とを含む。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ 電子血圧計、１０ 本体部、２０ カフ、２１ 空気袋、３０ エア系、３１ エアチューブ、３２ 圧力センサ、３３ 発振回路、４０ 表示部、４１ 操作部、４１Ａ 電源スイッチ、４１Ｂ 測定スイッチ、４１Ｃ 停止スイッチ、４１Ｄ メモリスイッチ、４２ メモリ部、４３ フラッシュメモリ、４４ 電源、４５ 計時部、４６ インターフェイス部、５０ 調整ユニット、５１ ポンプ、５２ 弁、５３ ポンプ駆動回路、５４ 弁駆動回路、７０ 動脈容積センサ、７１ 発光素子、７２ 受光素子、７３ 発光素子駆動回路、７４ 動脈容積検出回路、１００ ＣＰＵ、１０１ カフ圧制御部、１０２ 血圧測定処理部、１０３ パラメータ検出部、１０４ 容積一定制御部、１０５ 血圧決定部、１０６ 補正部、１３２ 記録媒体。

Claims (7)

1. 血圧の測定部位に装着されるカフと、
   前記カフ内の圧力を表わすカフ圧を検出するための圧力検出手段と、
   前記カフに設けられ、且つ前記カフ圧を変化させる過程で前記測定部位の動脈容積を示す動脈容積信号を検出するための容積検出手段と、
   カフ圧を加圧および減圧により調整するためのカフ圧調整手段と、
   血圧測定手段と、を備え、
   前記血圧測定手段は、
   前記容積検出手段が検出する前記動脈容積信号の振幅が最大を指示したときの当該動脈容積信号の値を、制御目標値として検出する制御目標値検出手段と、
   前記容積検出手段が検出する前記動脈容積信号に基づき、前記カフ圧を変化させる過程で前記動脈容積の変化率を逐次検出する変化率検出手段と、
   前記動脈容積信号の値と、前記制御目標値との差を、制御偏差として検出する制御偏差検出手段と、
   前記動脈容積信号の値が前記制御目標値と一致するように、前記カフ圧調整手段を、サーボゲインを用いてサーボ制御するためのサーボ制御手段と、
   前記サーボ制御する期間において前記圧力検出手段が逐次検出する前記カフ圧を、前記制御偏差および一定と見なせる前記変化率を用いて補正することにより、血圧として決定する血圧決定手段と、を含み、
   前記サーボ制御手段は、
   脈波一拍毎に、前記容積検出手段が検出する前記動脈容積信号の値と前記制御目標値との差分である制御偏差が、前記変化率検出手段が逐次検出する前記変化率が一定と見なせる期間において、前記制御偏差検出手段が検出する前記制御偏差である制御偏差目標値未満を指示するように、前記サーボゲインを更新する、電子血圧計。
2. 前記血圧決定手段は、
   前記制御偏差を前記一定と見なせる変化率で除することにより、補正用値を算出し、
   前記カフ圧に前記補正用値を加えることにより、当該カフ圧を補正する、請求項１に記載の電子血圧計。
3. 前記変化率が一定と見なせる期間は、前記動脈容積信号の振幅が最大値が検出されたときに前記変化率検出手段が検出した変化率に対して所定閾値以上の変化率が検出される期間を指す、請求項１に記載の電子血圧計。
4. 前記変化率が一定と見なせる期間は、前記動脈容積信号の値が前記制御目標値を指示するときに前記変化率検出手段が検出した変化率に対して、変化率の差が所定閾値以下となる期間を指す、請求項１に記載の電子血圧計。
5. 前記血圧測定手段は、
   前記容積検出手段が検出する前記動脈容積信号の振幅が最大値であるときに検出される前記カフ圧を、制御初期カフ圧として検出する手段を、含み、
   前記サーボ制御手段は、
   前記カフ圧調整手段によりカフ圧が前記制御初期カフ圧に設定された後に、前記動脈容積信号の値が前記制御目標値と一致するように、前記サーボ制御を開始する、請求項１から３のいずれかに記載の電子血圧計。
6. 前記カフ圧を変化させる過程は、カフ圧を加圧する過程または減圧する過程を指す、請求項１から５のいずれかに記載の電子血圧計。
7. 血圧の測定部位に装着されるカフ内の圧力を表わすカフ圧を変化させる過程で前記測定部位の動脈容積を示す動脈容積信号を検出しながら、血圧を測定するための血圧測定プログラムであって、
   検出される前記動脈容積信号の振幅が最大を指示したときの当該動脈容積信号の値を、制御目標値として検出するステップと、
   検出される前記動脈容積信号に基づき、前記カフ圧を変化させる過程で前記動脈容積の変化率を逐次検出するステップと、
   前記動脈容積信号の値と、前記制御目標値との差を、制御偏差として検出するステップと、
   前記動脈容積信号の値が前記制御目標値と一致するように、前記カフ圧の調整ユニットを、サーボゲインを用いてサーボ制御するためのステップと、
   前記サーボ制御する期間において逐次検出される前記カフ圧を、前記制御偏差および一定と見なせる前記変化率を用いて補正することにより、血圧として決定するステップとを、コンピュータに実行させ、
   前記サーボ制御するためのステップでは、
   脈波一拍毎に、検出される前記動脈容積信号の値と前記制御目標値との差分である制御偏差が、逐次検出される前記変化率が一定と見なせる期間において検出される前記制御偏差である制御偏差目標値未満を指示するように、前記サーボゲインを更新する、血圧測定プログラム。

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