(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定者の心音を採取して心音データとして出力する心音採取手段と、
前記心音採取手段からの心音データに基づいて第２心音を検出する第２心音抽出手段と、
前記第２心音抽出手段により検出された第２心音から振幅値を測定して第２心音測定時振幅データとして出力する第２心音振幅測定手段と、
前記被測定者の平静時の中心血圧値が平静時中心血圧データとし、第２心音の振幅値が平静時振幅データとして格納される記憶手段と、
前記第２心音振幅測定手段からの第２心音測定時振幅データと前記記憶手段から読み出した平静時振幅データとの比率に基づいて、前記記憶手段から読み出した平静時中心血圧データから測定時における中心血圧値を演算する中心血圧推定手段とを備えたことを特徴とする中心血圧測定装置。
【請求項２】
前記心音採取手段は、加速度センサにより形成されている請求項１記載の中心血圧測定装置。
【請求項３】
前記第２心音抽出手段は、
前記被測定者の心電を採取して心電データとして出力する心電採取手段と、
前記心電採取手段からの心電データからＲ波を検出する基準タイミング検出手段と、
前記基準タイミング検出手段が検出したＲ波の発生タイミングから、該Ｒ波に対応する第１心音を含む所定期間を示すゲート信号を生成するゲート信号生成手段と、
前記心音採取手段からの心音データであって、前記ゲート信号生成手段によるゲート信号が出力されている間の心音データから第１心音を検出する第１心音検出手段と、
前記第１心音検出手段より検出された第１心音に基づいて第２心音を検出する第２心音検出手段とを備えた請求項２記載の中心血圧測定装置。
【請求項４】
被測定者の心音を採取して心音データとして出力する心音採取手段と
前記被測定者の心電を採取して心電データとして出力する心電採取手段と、
前記心音採取手段からの心電データからＲ波を検出する基準タイミング検出手段と、
前記基準タイミング検出手段が検出したＲ波の発生タイミングから、該Ｒ波に対応する第１心音を含む所定期間を示すゲート信号を生成するゲート信号生成手段と、
前記心音採取手段からの心音データであって、前記ゲート信号生成手段によるゲート信号が出力されている間の心音データから第１心音を検出する第１心音検出手段と、
前記第１心音検出手段より検出された第１心音に基づいて第２心音を検出する第２心音検出手段と、
前記第２心音検出手段により検出された第２心音から振幅値を測定して第２心音測定時振幅データとして出力する第２心音振幅測定手段と、
前記第１心音検出手段により検出された第１心音から振幅値を測定して第１心音測定時振幅データとして出力する第１心音振幅測定手段と、
前記被測定者の心拍数を測定して心拍数データとして出力する心拍数計数手段と、
前記第１心音振幅測定手段からの第１心音測定時振幅データ、前記第２心音振幅測定手段からの第２心音測定時振幅データ、および前記心拍数計数手段からの心拍数データとから三重積を演算して心臓負荷データとして出力する運動強度演算手段と、
前記運動強度演算手段からの心臓負荷データについて、運動強度に対する勾配の変化点を検出する過負荷検出手段とを備えたことを特徴とする心臓負荷測定装置。
【請求項５】
前記過負荷検出手段が勾配の変化点を検出したときに、または該変化点を超えた場合に、警告する旨の通知をする報知手段を備えた請求項４記載の心臓負荷測定装置。
【請求項６】
前記心拍数計数手段は、前記基準タイミング検出手段が検出したＲ波の間隔、または前記第１心音検出手段が検出した第１心音の間隔から心拍数データを計数する請求項４または５記載の心臓負荷測定装置。
【請求項７】
被測定者の心音を心音採取手段により採取して心音データとする心音採取ステップと、
前記心音採取ステップにより採取された心音データに基づいて第２心音を検出する第２心音抽出ステップと、
前記第２心音抽出ステップにより検出された第２心音から振幅値を測定して第２心音測定時振幅データとして測定する第２心音振幅測定ステップと、
前記第２心音振幅測定ステップにより測定された第２心音測定時振幅データと、前記被測定者の平静時の第２心音の振幅値である平静時振幅データとの比率に基づいて、前記被測定者の平静時の中心血圧値を平静時中心血圧データから測定時における中心血圧値を演算する中心血圧推定ステップとを備えたことを特徴とする中心血圧測定方法。
【請求項８】
被測定者の心音を心音採取手段により採取して心音データとする心音採取ステップと、
前記被測定者の心電を心電採取手段により採取して心電データとする心電採取ステップと、
前記心音採取ステップにより採取された心電データからＲ波を検出する基準タイミング検出ステップと、
前記基準タイミング検出ステップにより検出したＲ波の発生タイミングから、該Ｒ波に対応する第１心音を含む所定期間の心音データから第１心音を検出する第１心音検出ステップと、
前記第１心音検出ステップより検出された第１心音に基づいて第２心音を検出する第２心音検出ステップと、
前記第２心音検出ステップにより検出された第２心音から振幅値を測定して第２心音測定時振幅データとする第２心音振幅測定ステップと、
前記第１心音検出ステップにより検出された第１心音から振幅値を測定して第１心音測定時振幅データとする第１心音振幅測定ステップと、
前記被測定者の心拍数を測定して心拍数データとして出力する心拍数計数ステップと、
前記第１心音振幅測定ステップからの第１心音測定時振幅データ、前記第２心音振幅測定ステップからの第２心音測定時振幅データ、および前記心拍数計数ステップからの心拍数データとから三重積を演算して心臓負荷データとする運動強度演算ステップと、
前記運動強度演算ステップからの心臓負荷データについて、運動強度に対する勾配の変化点を検出する過負荷検出ステップとを含むことを特徴とする心臓負荷測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、大動脈起始部の血圧である中心血圧が測定できる装置および方法、および心臓に対するストレス（負荷）が測定できる装置および方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
健康維持や、肥満、メタボリックシンドロームの者が状態改善のためにウォーキングをしたり、ジョギングをしたりしている。また、心筋梗塞や高血圧の患者などを対象とした運動療法では、リハビリのために負荷運動を行っている。
負荷運動は、負荷（強度）が不足するようであれば効果が得られ難いし、過度な負荷は
反対に身体への悪影響が懸念される。従って、それぞれの被測定者に対して、最もよい至
適運動強度を見極めるのが望ましい。
【０００３】
至適運動強度に関する技術として特許文献１，２に記載されたものが知られている。
特許文献１に記載の至適運動強度の決定方法は、段階的な負荷運動を行い、各負荷段階毎の左右房室弁が閉じる際に発生する第１心音（Ｓ１音）振幅を被測定者胸部に取り付けた心音マイクロフォンを通して心音図に記録し、これより心音振幅が急激に上昇する変化点（ＨＳＢＰ）が認められた負荷運動段階での運動強度をもって当該被測定者の至適運動強度とするというものである。
【０００４】
また、特許文献２に記載の至適運動強度の判定方法は、運動負荷強度の変化に対する第１心音の振幅の変化を調べ、運動負荷強度の変化に対する一心周期に対する心拡張時間の割合の変化を調べ、第１心音の振幅の変化の屈曲点において、一心周期に対する心拡張時間の割合の変化が第１の基準値以上である場合は、この屈曲点を至適運動強度と判定するというものである。
【０００５】
一方、運動時だけでなく、平静時であっても健康状態を知る上で血圧を測定することは重要である。血圧は、測定される位置によって測定される値が異なる。心臓上部で測定され、大動脈起始部の血圧である中心血圧は、上腕で測定される末梢血圧より一般的に低い値が測定され、心臓の負荷の状態をより正確に反映する。例えば、治療が必要であると末梢血圧に基づいて判断された患者が、中心血圧によると治療が不要であることがわかったり、反対に、末梢血圧では治療が不要であると思われていたが、中心血圧によると治療が必要であることがわかったりすることがある。
中心血圧は、大動脈起始部の血圧ではあるが、手首により測定することができる装置（中心血圧測定装置）が開発されている。この中心血圧測定装置は、手首の脈派から中心血圧を推定するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−１１６１６１号公報
【特許文献２】特開２００７−１９７７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、この中心血圧測定装置は、高価な装置であり、安静時測定用であるため手軽に運動しながら測定できるものではない。また、中心血圧は、末梢血圧と常に一定の差や比率を有するものではないため、小型で安価な装置で容易に測定できる末梢血圧から中心血圧を推定することは困難である。
正確に中心血圧が測定できれば、心臓に掛かるストレスも正確に把握することができるので、マイペースで運動していたと思っていても過度な運動であったり、平静時でも心臓疾患により心臓に相当な負荷となっていたりすることが認識できる。従って、中心血圧を正確に、かつ容易に測定できる技術が望まれている。
【０００８】
そこで本発明は、中心血圧を正確に、かつ容易に測定できる中心血圧測定装置および中心血圧測定方法を提供することを目的とする。
また、本発明は、測定された中心血圧に基づいて心臓に対するストレスの度合いが正確に測定できる心臓負荷測定装置および心臓負荷測定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者は、中心血圧と第２心音の振幅との間に相関関係があることを見出し、本発明をするに至った。
すなわち、本発明の中心血圧測定装置は、被測定者の心音を採取して心音データとして出力する心音採取手段と、前記心音採取手段からの心音データに基づいて第２心音を検出する第２心音抽出手段と、前記第２心音抽出手段により検出された第２心音から振幅値を測定して第２心音測定時振幅データとして出力する第２心音振幅測定手段と、前記被測定者の平静時の中心血圧値が平静時中心血圧データとし、第２心音の振幅値が平静時振幅データとして格納される記憶手段と、前記第２心音振幅測定手段からの第２心音測定時振幅データと前記記憶手段から読み出した平静時振幅データとの比率に基づいて、前記記憶手段から読み出した平静時中心血圧データから測定時における中心血圧値を演算する中心血圧推定手段とを備えたことを特徴とする。
【００１０】
また、本発明に中心血圧測定方法は、被測定者の心音を心音データとして採取する心音採取ステップと、前記心音採取ステップにより採取された心音データに基づいて第２心音を検出する第２心音抽出ステップと、前記第２心音抽出ステップにより検出された第２心音から振幅値を測定して第２心音測定時振幅データとして測定する第２心音振幅測定ステップと、前記第２心音振幅測定ステップにより測定された第２心音測定時振幅データと、前記被測定者の平静時の第２心音の振幅値である平静時振幅データとの比率に基づいて、前記被測定者の平静時の中心血圧値を平静時中心血圧データから測定時における中心血圧値を演算する中心血圧推定ステップとを備えたことを特徴とする。
【００１１】
本発明は、まず、心音採取ステップにより心音採取手段が被測定者の心音を採取して心音データとする。次に、第２心音抽出ステップにより第２心音抽出手段が心音データに基づいて第２心音を検出する。次に、第２心音振幅測定ステップにより第２心音振幅測定手段が検出された第２心音から振幅値を測定して第２心音測定時振幅データとする。そして、中心血圧推定ステップにより、中心血圧推定手段が第２心音振幅測定ステップにより測定された第２心音測定時振幅データと、被測定者の平静時の第２心音の振幅値である平静時振幅データとの比率に基づいて、被測定者の平静時の中心血圧値を平静時中心血圧データから測定時における中心血圧値を演算することで、中心血圧値を推定することができる。
【００１２】
前記心音採取手段は、加速度センサにより形成することができる。
心音採取手段を加速度センサとしたときには、前記第２心音抽出手段は、前記被測定者の心電を採取して心電データとして出力する心電採取手段と、前記心電採取手段からの心電データからＲ波を検出する基準タイミング検出手段と、前記基準タイミング検出手段が検出したＲ波の発生タイミングから、該Ｒ波に対応する第１心音を含む所定期間を示すゲート信号を生成するゲート信号生成手段と、前記心音採取手段からの心音データであって、前記ゲート信号生成手段によるゲート信号が出力されている間の心音データから第１心音を検出する第１心音検出手段と、前記第１心音検出手段より検出された第１心音に基づいて第２心音を検出する第２心音検出手段とを備えたものとすることができる。
【００１３】
心電データを心電採取手段により採取し、基準タイミング検出手段によりＲ波を検出する。ゲート信号生成手段が検出されたＲ波の発生タイミングからこのＲ波に対応する第１心音を含む所定期間を示すゲート信号を生成することで、第１心音検出手段はこのゲート信号に含まれる第１心音を検出することができる。そして、第１心音が検出できれば、第２心音検出手段により第２心音が検出できるので、加速度センサで心音の他に、心音データに運動によるノイズが採取されても、第２心音を抽出することができる。
【００１４】
本発明の心臓負荷測定装置は、被測定者の心音を採取して心音データとして出力する心音採取手段と前記被測定者の心電を採取して心電データとして出力する心電採取手段と、前記心音採取手段からの心電データからＲ波を検出する基準タイミング検出手段と、前記基準タイミング検出手段が検出したＲ波の発生タイミングから、該Ｒ波に対応する第１心音を含む所定期間を示すゲート信号を生成するゲート信号生成手段と、前記心音採取手段からの心音データであって、前記ゲート信号生成手段によるゲート信号が出力されている間の心音データから第１心音を検出する第１心音検出手段と、前記第１心音検出手段より検出された第１心音に基づいて第２心音を検出する第２心音検出手段と、前記第２心音抽出手段により検出された第２心音から振幅値を測定して第２心音測定時振幅データとして出力する第２心音振幅測定手段と、前記第１心音検出手段により検出された第１心音から振幅値を測定して第１心音測定時振幅データとして出力する第１心音振幅測定手段と、前記被測定者の心拍数を測定して心拍数データとして出力する心拍数計数手段と、前記第１心音振幅測定手段からの第１心音測定時振幅データ、前記第２心音振幅測定手段からの第２心音測定時振幅データ、および前記心拍数計数手段からの心拍数データとから三重積を演算して心臓負荷データとして出力する運動強度演算手段と、前記運動強度演算手段からの心臓負荷データについて、運動強度に対する勾配の変化点を検出する過負荷検出手段とを備えたことを特徴とする。
【００１５】
本発明の心臓負荷測定方法は、被測定者の心音を心音採取手段により採取して心音データとする心音採取ステップと、前記被測定者の心電を心電採取手段により採取して心電データとする心電採取ステップと、前記心音採取ステップにより採取された心電データからＲ波を検出する基準タイミング検出ステップと、前記基準タイミング検出ステップにより検出したＲ波の発生タイミングから、該Ｒ波に対応する第１心音を含む所定期間の心音データから第１心音を検出する第１心音検出ステップと、前記第１心音検出ステップより検出された第１心音に基づいて第２心音を検出する第２心音検出ステップと、前記第２心音検出ステップにより検出された第２心音から振幅値を測定して第２心音測定時振幅データとする第２心音振幅測定ステップと、前記第１心音検出ステップにより検出された第１心音から振幅値を測定して第１心音測定時振幅データとする第１心音振幅測定ステップと、前記被測定者の心拍数を測定して心拍数データとして出力する心拍数計数ステップと、前記第１心音振幅測定ステップからの第１心音測定時振幅データ、前記第２心音振幅測定ステップからの第２心音測定時振幅データ、および前記心拍数計数ステップからの心拍数データとから三重積を演算して心臓負荷データとする運動強度演算ステップと、前記運動強度演算ステップからの心臓負荷データについて、運動強度に対する勾配の変化点を検出する過負荷検出ステップとを含むことを特徴とする。
【００１６】
本発明によれば、心収縮力と血圧と心拍数の三重積は心臓の酸素需要量すなわち心臓のストレス状態を示す。従って、心収縮力は第１心音として第１心音測定時振幅データ、血圧は中心血圧を指標する第２心音として第２心音振幅測定手段からの第２心音測定時振幅データ、心拍数として心拍数計数手段からの心拍数データを使用して三重積を演算することで、心臓のストレス状態を示す心臓負荷データとすることができる。
【００１７】
前記過負荷検出手段が勾配の変化点を検出したときに、または該変化点を超えた場合に、警告する旨の通知をする報知手段を備えるのが望ましい。療養を目的としたものであれば負荷運動が至適運動強度を超えた場合に、また健康維持や体力増強を目的としたものであっても負荷運動が至適運動強度を超えて所定運動強度以上となったときは、身体への悪影響が懸念される。従って、このような場合に、報知手段が警告する旨の通知をすることで、過度な負荷運動が抑制されるので不慮の事故を防止することができる。
【００１８】
前記心拍数計数手段は、前記基準タイミング検出手段が検出したＲ波の間隔、または前記第１心音検出手段が検出した第１心音の間隔から心拍数データを計数するのが望ましい。Ｒ波や第１心音、第２心音は、運動強度を測定する過程で測定される。従って、Ｒ波の間隔、第１心音の間隔、第２心音の間隔から心拍数を計数することにより、特別に心拍数を採取する手段を設けることなく測定することができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の中心血圧測定装置および方法によれば、第２心音の振幅値を測定し、平静時の中心血圧値と第２心音の振幅値との比率から、運動時の中心血圧値を演算により推定することで、正確に、かつ容易に中心血圧を測定することができる。また、本発明の心臓負荷測定装置および方法によれば、測定された中心血圧に基づいて心臓に対するストレスの度合いが正確に測定できる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施の形態１に係る心臓負荷測定装置により心臓ストレスを測定する被測定者を示す図である。
【図２】図１に示す心臓負荷装置を示すブロック図である。
【図３】（Ａ）は心音採取手段の一例を示すブロック図、（Ｂ）は心電採取手段の一例を示すブロック図
【図４】（Ａ）は心音および心電を測定するときの位置を示す図、（Ｂ）はセンサ装置を説明するための斜視図である。
【図５】心電図と心音図との一例を示す図である。
【図６】第２心音の平静時と運動時の振幅の比率および収縮期血圧値と、運動強度との関係を示すグラフである。
【図７】運動強度と三重積との関係を示すグラフである。
【図８】本発明の実施の形態１に係る心臓負荷測定装置を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
（実施の形態１）
本発明の実施の形態１に係る心臓負荷測定装置を図面に基づいて説明する。
図１に示すように、心臓負荷測定装置１は、被測定者が運動負荷器具Ａを用いて負荷運動することで至適運動強度を測定するものである。心臓負荷測定装置１は、図２に示すように、心電採取手段２と、心音採取手段３と、心拍採取手段４と、制御手段５と、表示手段６と、印刷手段７とを備えている。
【００２２】
心電採取手段２は、例えば、図３（Ａ）に示すように、測定電極２１と、増幅手段２２と、ＡＤ変換手段２３とで形成することができる。測定電極２１は、被測定者の心臓が脈動する際に身体上に発生する電位を心電信号として採取するための２つの端子である。増幅手段２２は、心電信号を増幅するアンプである。ＡＤ変換手段２３は、増幅された心電信号をデジタルデータである心電データに変換して制御手段５へ出力する機能を備えている。
心音採取手段３は、例えば、図３（Ｂ）に示すように、加速度センサ３１と、増幅手段３２と、ＡＤ変換手段３３とで形成することができる。本実施の形態では、測定電極２１と加速度センサ３１とを一緒に筐体に収納したセンサ装置８（図４参照）としている。
【００２３】
加速度センサ３１は、それぞれの移動方向に対する加速度を測定するセンサであり、被測定者の心臓の脈動に基づく心音を加速度として採取して心音信号として出力する機能を備えている。この加速度センサ３１は、図４（Ｂ）に示すように、取付面に設けられた両面テープなどの貼着手段によって、被測定者に取り付けられている。加速度センサ３１は、いずれの方向の加速度が測定できれば、さまざまタイプのものが使用できる。
【００２４】
例えば、加速度センサ３１は、ＭＥＭＳ型であれば、センサ素子の可動部と固定部との間の容量変化を検出することで加速度を測定する静電容量検出方式、センサ素子可動部と固定部とを接続するバネ部分に配置したピエゾ抵抗素子により、加速度によって生じるバネ部の歪みを検出することで加速度を測定するピエゾ抵抗方式、ヒータにより発生させた熱気流の対流の変化を熱抵抗等で検出することで加速度を測定する熱検知方式などとすることができる。加速度センサ３１は、いずれの方式の場合でも、被測定者に貼り付けたときに、運動の邪魔にならない小型のものが望ましい。増幅手段３２は、心音信号を増幅するアンプである。ＡＤ変換手段３３は、増幅された心音信号をデジタルデータである心音データに変換して制御手段５へ出力する機能を備えている。
【００２５】
心電採取手段２と制御手段５の間と、心音採取手段３と制御手段５との間は、図１に示すように、センサ装置８から制御手段５までの１本にまとめた長尺のケーブル９によって接続されている。そうすることで、運動の度にケーブル９によって引っ張られ、負荷運動の邪魔にならないようにしている。
心拍採取手段４は、被測定者の心拍を心拍データとして出力するものである。心拍採取手段４は、例えば、耳たぶや手首、胴回り、心臓付近に装着するものが使用できるが、本実施の形態では、耳たぶを挟み込むこむクリップ式を採用している。
【００２６】
図２に示すように、制御手段５は、中心血圧値の測定と、心臓負荷量の測定を演算により行うもので、中心血圧測定プログラムを含む心臓負荷測定プログラムを実行するパーソナルコンピュータとすることができる。
制御手段５は、心音入力手段５０２と、心電入力手段５０１、基準タイミング検出手段５０３と、ゲート信号生成手段５０４と、第１心音検出手段５０５と、第２心音検出手段５０６と、第２心音振幅測定手段５０７と、中心血圧推定手段５０８と、心拍入力手段５０９と、心拍数計数手段５１０と、記憶手段５１１と、第１心音振幅測定手段５１２と、運動強度演算手段５１３と、過負荷検出手段５１４とを備えている。
【００２７】
心音入力手段５０２は、心音採取手段３からの心音データを制御手段５に入力して記憶手段５１１に格納するインタフェースである。心電入力手段５０１は、心電採取手段２からの心電データを制御手段５に入力して記憶手段５１１に格納するインタフェースである。
【００２８】
基準タイミング検出手段５０３は、記憶手段５１１に格納された心電データを参照して、この心電データに基づいてＲ波を検出する機能を備えている。ゲート信号生成手段５０４は、基準タイミング検出手段５０３が検出したＲ波から、このＲ波に対応する第１心音を含む所定期間、つまり第２心音の前までの期間を示すゲート信号を出力する機能を備えている。第１心音検出手段５０５は、ゲート信号が出力されている間の心音データからピーク波形を検出する機能を備えている。第２心音検出手段５０６は、第１心音検出手段５０５より検出された第１心音に基づいて第２心音を検出する機能を備えている。第２心音振幅測定手段５０７は、第２心音検出手段５０６により検出された第２心音から振幅値を測定して第２心音測定時振幅データとして出力する機能を備えている。中心血圧推定手段５０８は、第２心音振幅測定手段５０７からの第２心音測定時振幅データにより中心血圧を演算する機能を備えている。心拍入力手段５０９は、心拍採取手段４からの心拍データを制御手段５に入力して記憶手段５１１に格納するインタフェースである。心拍数計数手段５１０は、心拍データに基づいて心拍数を計数する機能を備えている。
【００２９】
記憶手段５１１は、各データが読み書き可能な不揮発性メモリである。記憶手段５１１としては、大容量で高速アクセスが可能なハードディスク装置を採用することができる。この記憶手段５１１には、心音データ、心電データ、心拍データが測定時に格納される。また、記憶手段５１１には、被測定者の平静時の中心血圧値が平静時中心血圧データとし、第２心音の振幅値が平静時振幅データとして格納されている。
第１心音振幅測定手段５１２は、第１心音検出手段５０５が検出した第１心音から振幅値を測定して第１心音測定時振幅データとして出力する機能を備えている。
運動強度演算手段５１３は、第１心音振幅測定手段５１２からの第１心音測定時振幅データ、第２心音振幅測定手段５０７からの第２心音測定時振幅データ、および心拍数計数手段５１０からの心拍数データとから三重積を演算して心臓負荷データとして出力する機能を備えている。過負荷検出手段５１４は、運動強度演算手段５１３からの心臓負荷データについて、運動強度に対する勾配の変化点を検出する機能を備えている。
【００３０】
更に、制御手段５は、報知手段５１５と、運動負荷入力手段５１６と、抑止手段５１７と、表示制御手段５１８と、印刷制御手段５１９とを備えている。
報知手段５１５は、過負荷検出手段５１４が勾配の変化点を検出したときに、またはこの変化点から所定強度を超えたときに、警告する旨の通知をする機能を備えている。このときの所定強度は、至適運動強度を超えているが、心臓への過度な負担とならない程度の運動負荷が好ましく、被測定者に応じて決定することができる。この報知手段５１５は、連続音または断続音や、音声メッセージなどの音により報知したり、図示しないランプでの点灯または点滅や、表示制御手段５１８を介して表示手段６によるメッセージ表示などにより報知したりするものとすることができる。
【００３１】
運動負荷入力手段５１６は、運動負荷器具Ａからの運動強度データを制御手段５に入力して記憶手段５１１に格納するインタフェースである。
抑止手段５１７は、過負荷検出手段５１４により検出された至適運動強度に基づいて、被測定者による負荷運動が至適運動強度を超える運動とならないように、運動負荷器具Ａに対して抑止信号を出力する機能を備えている。
表示制御手段５１８は、表示手段６に対する表示を制御する機能を備えている。印刷制御手段５１９は、印刷手段７に対する印刷を制御する機能を備えている。
【００３２】
表示手段６は、ＣＲＴ、ＬＣＤ、有機ＥＬディスプレイとすることができる。印刷手段７は、紙媒体に印刷することができるインクジェットプリンタ、レーザプリンタ、ドットインパクトプリンタ、熱転写プリンタとすることができる。
【００３３】
本実施の形態では、心音採取手段３、心音入力手段５０２、基準タイミング検出手段５０３、ゲート信号生成手段５０４、第１心音検出手段５０５、および第２心音検出手段５０６により構成される第２心音抽出手段５１と、第２心音振幅測定手段５０７と、中心血圧推定手段５０８とにより、中心血圧推定装置５２が構成されている。
【００３４】
以上のように構成された本発明の実施の形態１に係る心臓負荷測定装置の測定方法と動作内容について、図面に基づいて説明する。
被測定者が負荷運動を行うに当たり、まず、被測定者にセンサ装置８とした加速度センサ３１と測定電極２１とを装着する。加速度センサ３１は、被測定者の胸部に装着するが、胸部でも図４（Ａ）に示すように胸骨上に配置するのが望ましい。また、配置位置は胸骨上でも胸骨柄Ｐ１とするが更に望ましい。心拍採取手段４は、耳たぶや手首、胴回り、心臓付近に装着する。
【００３５】
次に被測定者により負荷運動を開始する、負荷運動は、被測定者がセンサ装置８を装着した状態で、運動負荷器具Ａである自転車エルゴメーターに乗車して、ペダルを連続的に踏む。
加速度センサ３１からの心音信号は、増幅手段３２により増幅され、ＡＤ変換手段３３により所定時間ごとに増幅された心音信号がサンプリングされてデジタルデータである心音データに変換される（心音採取ステップ）。また、測定電極２１からの心電信号は、増幅手段２２により増幅され、ＡＤ変換手段２３により所定時間ごとに増幅された心電信号がサンプリングされてデジタルデータである心電データに変換される（心電採取ステップ）。
【００３６】
制御手段５の心音入力手段５０２は心音採取手段３からの心音データを入力し、心電入力手段５０１は心電採取手段２からの心電データを入力し、心拍入力手段５０９は心拍採取手段４からの心拍データを入力して、運動負荷器具Ａからの運動強度データと共に、記憶手段５１１へ格納する（心拍採取ステップ）。心拍数計数手段５１０は、記憶手段５１１から心拍データを読み出し、心拍数を計数して心拍数データとして記憶手段５１１に格納する（心拍数計数ステップ）。
【００３７】
基準タイミング検出手段５０３は、記憶手段５１１に格納された心電データに基づいてＲ波を検出する。ここでＲ波について、図５に基づいて説明する。
Ｒ波は心臓の拡張末期時点において観測される波なので、Ｒ波を、心臓が鼓動する際に、房室弁（僧帽弁・三尖弁）の閉鎖によって発生する第１心音Ｓ１と、動脈弁（大動脈弁・肺動脈弁）の閉鎖によって発生する第２心音Ｓ２などを検出するための基準とすることができる。
Ｒ波は、Ｐ波、Ｑ波、Ｓ波、そしてＴ波と比較してピークが大きく、かつ急峻に立ち上がる。従って、基準タイミング検出手段５０３は、最も高いピークの心電データを検出することで、比較的容易にＲ波を検出することが可能である。
Ｒ波を検出した基準タイミング検出手段５０３は、検出した旨の通知をゲート信号生成手段５０４へ出力する（基準タイミング検出ステップ）。
Ｒ波を検出した旨の通知を入力したゲート信号生成手段５０４は、このＲ波のタイミングに基づいて、Ｒ波から第２心音Ｓ２の前までの期間（図５参照）を示すゲート信号Ｇを第１心音検出手段５０５へ出力する。このＲ波から第２心音Ｓ２の前までの期間は、個人差があり、負荷運動の運動量によっても異なるものである。またＲ波から第１心音Ｓ１までの期間も被測定者の条件によって異なる。従って、ゲート信号Ｇは短すぎれば第１心音Ｓ１が含まれない期間となり、長すぎれば第２心音Ｓ２までが含まれてしまう。そこで、本実施の形態では、若年者から高齢者までを統計的に測定することで決定した所定値を用いている。
【００３８】
第１心音検出手段５０５は、ゲート信号Ｇが出力されている間の心音データからピーク波形（第１心音Ｓ１）を抽出する（第１心音検出ステップ）。第１心音振幅測定手段５１２は、ピーク波形の振幅値Ｖ１を測定して第１心音振幅データとして記憶手段５１１へ格納する。ゲート信号が出力されている間の心音には、必ず第１心音Ｓ１が含まれる。つまり、ゲート信号Ｇにより心音データの中から第１心音Ｓ１に対応するデータを抽出する範囲を制限することで、第２心音Ｓ２やノイズを除外することができる。従って、ゲート信号の期間内でのピーク波形である第１心音Ｓ１を検出することができる。
【００３９】
このとき、第１心音振幅測定手段５１２は、記憶手段５１１に格納された１０回分の第１心音振幅データを読み出して平均値を演算して、１回分の第１心音平均値データとして記憶手段５１１に格納することができる（第１心音振幅測定ステップ）。所定回数の第１心音振幅データを平均することで、第１心音Ｓ１の振幅にばらつきがあっても、全体に対する影響を抑えることができる。この平均化は、本実施の形態のように１０回ごとの第１心音振幅データを単に平均する以外に、他の統計的な手法を用いて平均化することが可能である。
【００４０】
第１心音Ｓ１が検出されると、次に、第２心音検出手段５０６により第２心音Ｓ２を検出する。第１心音Ｓ１が検出できているので、ゲート信号Ｇがなくなった後の次のピーク波形を第２心音Ｓ２として検知することで、容易に第２心音Ｓ２を検出できる（第２心音検出ステップ）。第２心音Ｓ２が検出できれば、第２心音振幅測定手段５０７によりピーク波形の振幅幅（第２心音の振幅値Ｖ２）を示す第２心音測定時振幅データとして検出して、記憶手段５１１へ格納する。この第２心音測定時振幅データも第１心音振幅データと同様に平均値とすることができる（第２心音振幅測定ステップ）。
【００４１】
中心血圧推定手段５０８は、第２心音振幅測定手段５０７からの第２心音測定時振幅データと、記憶手段５１１から読み出した平静時振幅データとの比率に基づいて、記憶手段５１１から読み出した平静時中心血圧データから測定時における中心血圧値を演算する。つまり、予め、被測定者の平静時の中心血圧値と第２心音Ｓ２の振幅値Ｖ２とを測定して記憶手段５１１に格納しておき、被測定者の運動時（測定時）の第２心音の振幅値Ｖ２の増加率を算出して、運動時の中心血圧値を推定する。
【００４２】
図６は、縦軸を第２心音の平静時と運動時の振幅の比率と、収縮期血圧（ＳＢＰ：Systolic Blood Pressure）値とし、横軸を運動強度としたグラフである。このグラフから、第２心音の振幅と収縮期血圧との間に比例の関係があることがわかる。従って、第２心音の振幅値から中心血圧値を演算により推定することで、運動中であっても測定し難い中心血圧を容易に、かつ正確に測定することができる。また、第２心音の振幅値が測定できれば、測定時の中心血圧が測定できるので、安価な装置で測定することができる。
【００４３】
次に、運動強度演算手段５１３は、記憶手段５１１に蓄積された第１心音測定時振幅データ、第２心音測定時振幅データ、および心拍数データとから三重積を演算して心臓負荷データとして出力する。
図７は、縦軸をこの三重積とし、横軸を運動強度としたグラフである。このグラフから、近似値線の勾配が急激に増加する変化点が至適運動強度となる。従って、運動強度演算手段５１３は、第１心音の振幅値と第２心音の振幅値と心拍数とを乗算した三重積の数値データである心臓負荷データから、近似値線の折れ線を求め、屈曲する強度を基に至適運動強度を検出することができる。
【００４４】
運動強度演算手段５１３は、至適運動強度を検出すると、予め設定された被測定者を特定する識別データ（例えば名前やＩＤ）に関連付けて記憶手段５１１に格納する。このように識別データと関連付けて至適運動強度を記憶手段５１１に格納することで、心臓負荷測定装置１は被測定者ごとの至適運動強度の登録を行うことができる。
【００４５】
運動強度演算手段５１３が至適運動強度を検出する過程で、図７に示すグラフが作図できるので、このグラフを表示制御手段５１８を介して表示手段６へ表示させたり、印刷制御手段５１９を介して印刷手段７にて紙媒体に印刷したりすることができる。
【００４６】
このように至適運動強度が検出できれば、負荷運動が至適運動強度以上、または至適運動強度を超えて所定運動強度以上となったときに、報知手段５１５より警告が報知されるので、危険な負荷運動を回避することができる。
また、至適運動強度を測定して登録した被測定者であれば、この被測定者を特定する識別データと関連付けられた至適運動強度を報知手段５１５が記憶手段５１１から読み出し、運動負荷器具Ａからの運動強度データと比較して、警告を報知することで、再び負荷運度を行うときに、あらためて至適運動強度を測定することなく、最適な負荷運動を行うことができる。
【００４７】
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２に係る心臓負荷測定装置１０ｘは、心拍数をＲ波、第１心音または第２心音から求めることを特徴とするものである。なお、図８においては、図２と同じ構成のものは同符号を付して説明を省略する。
図８に示す心臓負荷測定装置１０ｘの心拍数計数手段５１０ｘは、基準タイミング検出手段５０３により検出されたＲ波と次のＲ波との間隔Ｐ１（図５参照）を測定することで心拍数を計数する。
また、心拍数計数手段５１０ｘは、第１心音検出手段５０５により検出された第１心音Ｓ１に基づいて、その間隔Ｐ１から心拍数を計数することが可能である。
【００４８】
このように、運動強度を測定する過程で測定されるＲ波や第１心音、第２心音に基づいて、Ｒ波の間隔、第１心音の間隔から心拍数を計数することにより、実施の形態１の心臓負荷測定装置１のように、特別に心拍数を採取する手段（心拍採取手段４）を設けることなく測定することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明は、大動脈起始部の血圧である中心血圧の測定や、心臓に対するストレスの測定に好適であり、特に、至適運動強度の測定に最適である。
【符号の説明】
【００５０】
１，１０ｘ  心臓負荷測定装置
２  心電採取手段
２１  測定電極
２２  増幅手段
２３  ＡＤ変換手段
３  心音採取手段
３１  加速度センサ
３２  増幅手段
３３  ＡＤ変換手段
４  心拍採取手段
５  制御手段
５１  第２心音抽出手段
５２  中心血圧推定装置
５０１  心電入力手段
５０２  心音入力手段
５０３  基準タイミング検出手段
５０４  ゲート信号生成手段
５０５  第１心音検出手段
５０６  第２心音検出手段
５０７  第２心音振幅測定手段
５０８  中心血圧推定手段
５０９  心拍入力手段
５１０，５１０ｘ  心拍数計数手段
５１１  記憶手段
５１２  第１心音振幅測定手段
５１３  運動強度演算手段
５１４  過負荷検出手段
５１５  報知手段
５１６  運動負荷入力手段
５１７  抑止手段
５１８  表示制御手段
５１９  印刷制御手段
６  表示手段
７  印刷手段
８  センサ装置
９  ケーブル
Ｓ１  第１心音
Ｓ２  第２心音
Ｇ  ゲート信号
Ｖ１，Ｖ２  振幅値
Ｐ１〜Ｐ３  間隔
Ａ  運動負荷器具
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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