(57)【要約】【課題】  測定した脈波を解析するのみで被験者の血圧を推定する血圧測定方法及びその装置を提供する。【解決手段】  血液測定方法では、被験者から測定した容積脈波を２回微分し、加速度脈波を得る。そして、血圧が高い場合にはａ波（収縮初期陽性波）の極大点からｅ波（拡張初期陽性波）の極大点までの時間間隔ｔが短くなり、血圧が低い場合には時間間隔ｔが長くなる現象を利用することで、被験者の血圧を推定する。ｃ波（収縮中期再上昇波）の極大点及びｄ波（収縮後期再下降波）の極小点が明瞭でなく、各成分の極大点、極小点が判別できない場合には、加速度脈波をさらに２回微分して、加速度脈波における極大点、極小点を求める。【選択図】  図１
2006006897.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
血液循環によって生じる脈波を検出する脈波検出工程と、
上記脈波検出工程にて検出された脈波の波形を２回微分する微分演算工程と、
上記微分演算工程で得られた波形のうち、収縮初期陽性波の極大点から拡張初期陽性波の極大点までの時間間隔に基づいて血圧を演算する血圧演算工程と
を有することを特徴とする血圧測定方法。
【請求項２】
上記微分演算工程で得られた波形を２回微分する第２の微分演算工程をさらに有し、
上記血圧演算工程では、上記第２の微分演算工程で得られた波形の極小点に基づいて、上記収縮初期陽性波の極大点と上記拡張初期陽性波の極大点とを求める
ことを特徴とする請求項１記載の血圧測定方法。
【請求項３】
上記脈波検出工程にて検出された脈波の高周波ノイズを除去するノイズ除去工程をさらに有し、
上記微分演算工程では、該ノイズ除去工程でノイズが除去された波形を２回微分する
ことを特徴とする請求項１記載の血圧測定方法。
【請求項４】
上記脈波検出工程では、脈波を検出する部位に対して発光部から光を投射し、上記部位から得られる透過光又は反射光を受光部により検出することで脈波を検出することを特徴とする請求項１記載の血圧測定方法。
【請求項５】
血液循環によって生じる脈波を検出する脈波検出手段と、
上記脈波検出手段によって検出された脈波の波形を２回微分する微分演算手段と、
上記微分演算手段によって得られた波形のうち、収縮初期陽性波の極大点から拡張初期陽性波の極大点までの時間間隔に基づいて血圧を演算する血圧演算手段と
を備えることを特徴とする血圧測定装置。
【請求項６】
上記微分演算手段によって得られた波形を２回微分する第２の微分演算手段をさらに備え、
上記血圧演算手段は、上記第２の微分演算手段によって得られた波形の極小点に基づいて、上記収縮初期陽性波の極大点と上記拡張初期陽性波の極大点とを求める
ことを特徴とする請求項５記載の血圧測定装置。
【請求項７】
上記脈波検出手段によって検出された脈波の高周波ノイズを除去するノイズ除去手段をさらに備え、
上記微分演算手段は、該ノイズ除去手段によってノイズが除去された波形を２回微分する
ことを特徴とする請求項５記載の血圧測定装置。
【請求項８】
上記脈波検出手段は、脈波を検出する部位に対して光を照射する発光部と、上記部位から得られる透過光又は反射光を検出する受光部とを有することを特徴とする請求項５記載の血圧測定装置。
【請求項９】
上記脈波検出手段は、上記発光部及び上記受光部が被験者の外耳道の内面に当接して固定される形状を有することを特徴とする請求項８記載の血圧測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定した脈波を解析することで被験者の血圧を推定する血圧測定方法及びその装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、血圧を測定する方法としては、カフ（圧迫帯）を用いて動脈を圧迫し、その圧迫の変化過程で血圧を測定するものと、カフを用いないで血圧を測定するものとがある。このうちカフを用いる血圧測定方法は、臨床でも長年利用されており、その精度は社会的にも認知されている。一方、カフを用いない方法としては、例えば下記特許文献１に示すようなものがある。
【０００３】
この特許文献１記載の血圧計測装置は、一対の心電位電極と、心電位電極からの心電位信号を処理する心電位処理手段と、指尖光電脈波検出センサと、検出された脈波信号を処理する脈波処理手段と、処理された脈波信号を２回微分する２回微分処理手段と、これらの処理された心電位信号、脈波信号及び２回微分信号に基づいて血圧を演算する演算手段とから構成される。そして、演算手段は、心電位波形と脈波波形とから脈波伝播時間、脈波インターバル及び心拍数を求め、これらに基づいて血圧を演算する。すなわち、この特許文献１記載の技術は、血圧が高くなると一般に脈の伝播速度が速くなる現象を利用し、電気的に伝播する故に末梢においても心臓で発生した時点と殆ど遅延がない心電位波形を基準として、心電位波形に対する末梢で観測される脈の遅延時間から血圧を推定するものである。
【０００４】
【特許文献１】特開平８−１４０９４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、この特許文献１記載の技術は、脈波伝播時間を求めるために心電位と脈という伝播原理が異なる２つのパラメータを計測しなければならず、また、一対の心電位電極と指尖光電波検出センサとを被験者に装着する必要があり、面倒且つ煩雑なものであった。
【０００６】
本発明は、このような従来の実情に鑑みて提案されたものであり、測定した脈波を解析するのみで被験者の血圧を推定する血圧測定方法及びその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】
【０００７】
本件発明者らは、上述した目的を達成するために、様々な観点から鋭意研究を重ねてきた。その結果、脈波（容積脈波）を２回微分した加速度脈波のうち、収縮初期陽性波の極大点から拡張初期陽性波の極大点までの時間間隔が血圧と有意な相関を示すことを見出した。本発明は、このような知見に基づいて完成されたものである。
【０００８】
すなわち、本発明に係る血圧測定方法は、血液循環によって生じる脈波を検出する脈波検出工程と、上記脈波検出工程にて検出された脈波の波形を２回微分する微分演算工程と、上記微分演算工程で得られた波形のうち、収縮初期陽性波の極大点から拡張初期陽性波の極大点までの時間間隔に基づいて血圧を演算する血圧演算工程とを有する。
【０００９】
また、本発明に係る血圧測定装置は、血液循環によって生じる脈波を検出する脈波検出手段と、上記脈波検出手段によって検出された脈波の波形を２回微分する微分演算手段と、上記微分演算手段によって得られた波形のうち、収縮初期陽性波の極大点から拡張初期陽性波の極大点までの時間間隔に基づいて血圧を演算する血圧演算手段とを備える。
【００１０】
ここで、脈波を検出する際には、脈波を検出する部位に対して発光部から光を投射し、この部位から得られる透過光又は反射光を受光部により検出する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係る血圧測定方法及びその装置では、血液循環によって生じる脈波の波形（容積脈波）を２回微分した波形（加速度脈波）のうち収縮初期陽性波の極大点から拡張初期陽性波の極大点までの時間間隔に基づいて被験者の血圧を推定するため、脈波を測定するのみで簡便に血圧データを得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明を適用した具体的な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。この実施の形態は、本発明を、脈波を解析することで被験者の血圧を推定する血圧測定方法及びその装置に適用したものである。以下では、先ず脈波から血圧を推定する方法について説明し、次いで、脈波を測定し、これを解析して血圧を推定する処理を行う血圧測定装置の一例について説明する。
【００１３】
皮膚血管（末梢血管）の膨張・収縮を皮膚表面から電気的・機械的にとらえたものを容積脈波という。検出された容積脈波の一般的な波形を図１（Ａ）に示す。また、この容積脈波を１回微分したいわゆる速度脈波と、容積脈波を２回微分したいわゆる加速度脈波とをそれぞれ図１（Ｂ）、（Ｃ）に示す。
【００１４】
ここで、図１（Ｃ）に示す加速度脈波の各成分にはそれぞれ慣例として名前が付けられている。すなわち、最大の振幅を示す最初の極大点を有する陽性波はａ波（収縮初期陽性波）と称され、ａ波に続く陰性波はｂ波（収縮初期陰性波）と称され、以下、ｃ波（収縮中期再上昇波）、ｄ波（収縮後期再下降波）、ｅ波（拡張初期陽性波）と称される。
【００１５】
本件発明者らは、本発明に至る過程での広範な実験とその統計結果とから、ａ波の極大点からｅ波の極大点までの時間間隔ｔが血圧と有意な相関を示すことを見出した。具体的には、血圧が高い場合にはａ−ｅ間の時間間隔ｔが短くなり、血圧が低い場合にはａ−ｅ間の時間間隔ｔが長くなることを見出した。
【００１６】
解剖学的な説明を試みると、ａ波の極大点は、容積脈波における極小点、すなわち心臓から駆出される脈の圧力が最低になる点を示し、左心室が収縮を開始して血液を駆出する直前の時点を表すのに対して、ｅ波の極大点は、心臓から駆出された脈が動脈系において流体力学的に非線形な振る舞いを呈する箇所、例えば動脈の分岐や狭窄などで反射し、その反射した脈が元の脈に重畳されることよる幹動脈圧力の再上昇を発生させる直前の時点を表す、ということができる。
【００１７】
本実施の形態における血圧測定方法は、このようにａ波の極大点からｅ波の極大点までの時間間隔ｔに基づいて血圧を推定するものである。この血圧測定方法では、ａ−ｅ間の時間間隔ｔのみから血圧を推定することができるため、被験者の何れかの生体部分で一系統の脈波データを測定するのみでよく、非常に簡便である。
【００１８】
以下、脈波の波形の特徴からａ波及びｅ波の極大点を特定する手順について説明する。
図１（Ｃ）に示した加速度脈波では、ａ波、ｂ波、ｃ波、ｄ波、ｅ波の波形形状が明瞭であり、その極大点、極小点の特定は容易である。しかしながら、実際に人体で測定した場合には、ｃ波及びｄ波の波形形状が明瞭でない加速度脈波が得られる場合がある。すなわち、例えば図２に示すように、ｄ波の極小値がｃ波の極大値と比較して十分に小さくならず、ｂ波からｅ波に至る過程において、増加−減少−増加という明確な極性反転を伴わない加速度脈波が得られる場合がある。
【００１９】
一般的には、加速度脈波をさらにもう１回微分し、その値がゼロになる点（グラフに描画した際に横軸と交差するゼロクロス点）を求めることで、加速度脈波における極大点、極小点を特定することができるが、図２に示したような波形の場合、ｂ波からｅ波に至る過程が単純増加に近いため、微分してもゼロクロス点が存在しない場合も起こり得る。
【００２０】
そこで、このような場合においても血圧の推定に最も重要なｅ波の極大点を確実に特定するため、本実施の形態では、加速度脈波をさらに２回微分した波形を得る。
【００２１】
図３（Ａ）〜（Ｃ）は、それぞれ加速度脈波、その１回微分波形、２回微分波形を同じ時間軸上に図示したものである。これらの波形は、元の容積脈波から通算すると、それぞれ２回、３回、４回微分したものに相当する。
【００２２】
ここで、極小点を無視すると、加速度脈波におけるａ波の極大点ａ、ｃ波の極大点ｃ、ｅ波の極大点ｅは、１回微分波形（図３（Ｂ））においてはゼロクロス点ａ'，ｂ'，ｃ' にそれぞれ対応し、２回微分波形（図３（Ｃ））においては極小点ａ"，ｂ"，ｃ" にそれぞれ対応する。
【００２３】
上述したように、ｃ波及びｄ波の極大、極小が顕著でない波形においては、ｃ波の極大点及びｄ波の極小点に対応する部分の１回微分波形がゼロとならない場合、すなわち横軸と交差しない場合がある。しかしながら、その場合においても、加速度脈波の２回微分波形（図３（Ｃ））においては極小点ａ"，ｂ"，ｃ" が現れるため、これらを、加速度脈波におけるａ波、ｃ波、ｅ波の極大点とそれぞれ定義しておくことで、ｃ波及びｄ波の極大、極小の振る舞いに関わらず、それぞれの極大、極小の位置を特定することができる。
【００２４】
このようにして特定したａ波の極大点からｅ波の極大点までの時間間隔ｔを測定し、この時間間隔ｔと被検者の拡張期血圧との関係を示したグラフを図４に示す。図４から分かるように、血圧が高くなるにつれて時間間隔ｔが有意に減少している傾向が確認できる。
【００２５】
次に、脈波を測定し、これを上述したように解析して血圧を推定する処理を行う血圧測定装置の一例について説明する。
【００２６】
本実施の形態における血圧測定装置の概略を図５に示す。図５に示すように、本実施の形態における血圧測定装置１は、脈波を測定するためのインナーイヤー型イヤーレシーバ形状のセンサ素子１０と、音楽等を再生すると共にセンサ素子１０で測定された脈波を解析して血圧データを得るための信号解析部３０とが、配線５０を介して接続されてなる。信号解析部３０には表示部３１が設けられており、信号解析部３０で解析された血圧データはこの表示部３１を介して被験者に提供される。
【００２７】
この血圧測定装置１のうちセンサ素子１０を拡大して図６に示す。図６に示すように、センサ素子１０は、信号解析部３０で再生された音楽等を出力するためのスピーカ２１を有する本体部２０と、シリコンゴムや低反発ウレタン等の柔軟な緩衝材からなるイヤーピース２２とからなり、血圧を測定する際には、図７に示すように、一般のインナーイヤー型イヤーレシーバと同様に、イヤーピース２２が外耳道の内部に挿入され、本体部２０が被験者の耳甲介腔に固定されるように用いられる。
【００２８】
イヤーピース２２の側断面図の一例を図８（Ａ）、（Ｂ）に示す。イヤーピース２２の中央には貫通孔が設けられており、スピーカ２１から出力された音波は、この貫通孔を通して外耳道に送り込まれ、鼓膜に到達する。また、イヤーピース２２には、脈波を測定するための発光部２３及び受光部２４が埋め込まれており、この発光部２３及び受光部２４は、図９に示すように、センサ素子１０を被験者に装着した際に外耳道内部の皮膚に当接し、且つ発光部２３から投射した投射光及びその反射光の光軸が外耳道と直角又は直角に近い角度になるように配置されている。なお、図８では受光部２４を１つしか設けていないが、複数設けることで異なる経路を経由した反射光を受光することができ、より高精度に脈波を測定することが可能となる。
【００２９】
イヤーピース２２において、発光部２３には小型のＬＥＤ（Light Emission Diode）素子等の発光素子を用いることができる。また、受光部２４には例えばＳｉ、ＩｎＧａＡｓ、Ｇｅ等を用いたフォトダイオードや焦電型のマイクロセンサからなる光検出器を用いることができる。発光部２３は、イヤーピース２２の外側、すなわち外耳道の皮膚に接している面に向けて赤色光及び近赤外光を投射する。投射された光は被験者を経由し、一部分が反射、拡散されて戻ってくる。受光部２４は、この反射光を受光して電気信号に変換し、信号解析部３０に配線５０を介して伝送する。ここで、血流には脈があり、さらに血液の透過率は皮膚等の他の生体部分の透過率と比較して低いため、受光部２４で検出される反射光の強度は脈拍に同期して変動する。したがって、この変動を連続して測定することにより、脈波を得ることができる。
【００３０】
本実施の形態における血圧測定装置１では、このような発光部２３及び受光部２４が柔軟な緩衝材からなるイヤーピース２２に埋め込まれているため、発光部２３及び受光部２４は、緩衝材の反発力によって適度な圧力で外耳道内面の皮膚に当接されることになる。これにより、被験者自身の動きや重力の影響によって発光部２３及び受光部２４から皮膚までの距離が変動することを有効に抑制することができ、安定した測定が可能となる。また、イヤーピース２２は、外耳道内に挿入されており体外に露出していないため、測定に際して外来光の影響を受けにくいという利点がある。また、外耳道内部は腕や指などの随意的に動かせる筋肉から遠いため、被験者自身の動きによる影響が少なく、測定の際に被検者を拘束する必要がないという利点がある。
【００３１】
さらに、本実施の形態における血圧測定装置１では、センサ素子１０がインナーイヤー型イヤーレシーバ形状とされており、本体部２０のスピーカ２１を介して音楽等を出力することができるため、被験者は、音楽等を鑑賞しながら非拘束、無意識のうちにリラックスした状態で血圧を測定することが可能となる。このため、長時間の装着が可能であり、血圧の推移、変動等の傾向を観察することも可能である。特に、イヤーピース２２に埋め込まれる発光部２３及び受光部２４は小型であるため、音響性能の低下を最小限に抑えることができ、また、イヤーレシーバとしてのデザイン性を損ねることもない。また、本実施の形態における血圧測定装置１では、スピーカ２１を有する本体部２０と発光部２３及び受光部２４を有するイヤーピース２２とが分離されているため、音楽等を鑑賞しながら血圧を測定した場合であっても、音響振動の影響を受けることは殆どない。
【００３２】
上述した血圧測定装置１のうち、血圧の測定に関連する部分の概略構成を図１０に示す。イヤーピース２２の受光部２４から伝送された電気信号は、先ず信号解析部３０のプリアンプ部４０に入力される。プリアンプ部４０は、ローパスフィルタにより、入力された電気信号のうち概ね２０Ｈｚより高周波の成分を除去することにより、電源周波数から電気磁気的に誘導されるノイズや、照明器具からの光により誘起されるノイズを取り除く。さらに、プリアンプ部４０は、このノイズを除去した電気信号を増幅する。信号処理回路４１は、その電気信号から脈波信号や基線変動成分を分離する。
【００３３】
分離された基線変動成分は、フィードバック回路４２において５乃至１０秒程度の長い時定数で積分され、発光部駆動回路４３に供給される。発光部駆動回路４３は、受光部２４で検出される脈波の電圧が小さいときには発光部２３の発光量を多くしてより大きい変化を得るように、逆に受光部２４で検出される脈波の電圧が大きいときには発光部２３の発光量を減少させて受光部２４及びその後の信号処理の回路が飽和するのを抑制するように制御する。
【００３４】
一方、分離された脈波信号は、Ａ／Ｄ（Analogue/Digital）コンバータ４４により量子化され、数値データとしてプロセッサ４５に送られる。プロセッサ４５は、このデータに対して上述したような２回微分等を含む数値的演算処理を施すことにより波形を解析して被験者の血圧を推定し、その結果を記憶媒体４６に記録すると共に、表示部３１において文字その他の方法により表示する。
【００３５】
なお、上述した発光部２３及び受光部２４では、測定する血中成分（グルコースやコレステロールなど）に吸収されやすい波長の光を投射することにより、血糖値や血中コレステロール値を測定することもできる。また、酸素を結合したヘモグロビンと酸素を結合していないヘモグロビンとの光吸収率の違いを利用することで、血中酸素飽和度を測定することもできる。このように、本実施の形態における血圧測定装置１によれば、血圧以外にも、脈拍数、血糖値、血中コレステロール値、血中酸素飽和度等の複数の生態情報を並行して測定することができるため、被験者の健康管理上、有益である。また、それぞれの生体情報の相関関係を解析するなど、より高次の解析も可能である。
【００３６】
以上、本発明を適用した具体的な実施の形態について説明したが、本発明は上述した実施の形態のみに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能であることは勿論である。
【００３７】
例えば、上述した実施の形態では、図５に示すようなインナーイヤー型イヤーレシーバ形状のセンサ素子を血圧測定装置に用いるものとして説明したが、この形状に限定されるものではなく、指先や耳朶、手首などの人体の末梢組織を挟むような形状であっても構わない。この場合においても、その末梢組織に対して発光部から光を投射し、その透過光又は反射光を受光部で検出することにより脈波を測定することができ、その脈波を解析することで血圧を推定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】容積脈波とその微分波形を説明する図であり、同図（Ａ）は、容積脈波の一般的な波形を示し、同図（Ｂ）は、この容積脈波を１回微分した速度脈波を示し、同図（Ｃ）は、容積脈波を２回微分した加速度脈波を示す。
【図２】ｂ波からｅ波に至る過程において、増加−減少−増加という明確な極性反転を伴わない加速度脈波の一例を示す図である。
【図３】加速度脈波とその微分波形を説明する図であり、同図（Ａ）は、加速度脈波の一例を示し、同図（Ｂ）は、この加速度脈波を１回微分した波形を示し、同図（Ｃ）は、加速度脈波を２回微分した波形を示す。
【図４】ａ波の極大点からｅ波の極大点までの時間間隔ｔと被検者の拡張期血圧との関係を示す図である。
【図５】本実施の形態における血圧測定装置の一例を示す概略図である。
【図６】同血圧測定装置に用いられるセンサ素子を拡大して示す斜視図である。
【図７】同センサ素子を被験者に装着した状態を示す図である。
【図８】同センサ素子のイヤーピースを示す側断面図である。
【図９】センサ素子の発光部及び受光部が被験者の外耳道内面の皮膚に当接されている状態を示す図である。
【図１０】同血圧測定装置のうち、血圧の測定に関連する部分の概略構成を示す図である。
【符号の説明】
【００３９】
１  血圧測定装置、１０  センサ素子、２０  本体部、２１  スピーカ、２２  イヤーピース、２３  発光部、２４  受光部、３０  信号解析部、３１  表示部、４０  プリアンプ部、４１  信号処理回路、４２  フィードバック回路、４３  発光部駆動回路、４４  Ａ／Ｄコンバータ、４５  プロセッサ、４６  記憶媒体
【図１】
2006006897.tif 000003
【図２】
2006006897.tif 000004
【図３】
2006006897.tif 000005
【図４】
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【図５】
2006006897.tif 000007
【図６】
2006006897.tif 000008
【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
2006006897.tif 000012