(57)【要約】  本発明は、非干渉的に血圧を測定するための方法と装置に関する。特には、本発明は、家庭または仕事場で患者の血圧を連続的に監視するための装置に関する。本装置は、生物の動脈に最も近い身体部へ取り付けるように構成された柔軟なハウジングと、動脈内の血圧に従ってリモートトランシーバへ無線結合するための電子回路とを有する血圧測定用身体外センサを備え、前記リモートトランシーバは、前記動脈内の血圧に従って圧力信号を発生させるためのセンサへ無線結合するように構成され、前記リモートトランシーバには、前記圧力信号を受信するためのプロセッサが接続され、前記プロセッサは、前記信号に基づいて収縮期血圧と拡張期血圧を算定するように構成される。
2008543513.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
血圧を測定するための装置であって、
生物の動脈に最も近い身体部へ取り付けるように構成された柔軟なハウジングと、
動脈内の血圧に従ってリモートトランシーバへ無線結合する電子回路とを有する血圧測定用身体外センサを備え、
前記リモートトランシーバが、前記動脈内の血圧に従って圧力信号を発生させるためにセンサへ無線結合するように構成され、
前記リモートトランシーバに前記圧力信号を受信するためのプロセッサが接続され、そのプロセッサが、前記信号に基づいて収縮期血圧と拡張期血圧とを算定するように構成された装置。
【請求項２】
前記センサが受動センサである、請求項１記載の装置。
【請求項３】
前記電子回路がキャパシタを備える、請求項１または２のいずれかに記載の装置。
【請求項４】
前記キャパシタのキャパシタンスが、前記ハウジングが最も動脈に近い身体部へ取り付けられた際の動脈の直径に伴って変化する、請求項３記載の装置。
【請求項５】
前記電子回路がインダクタを備える、請求項１から４のいずれかに記載の装置。
【請求項６】
前記インダクタのインダクタンスが、前記ハウジングが動脈に最も近い身体部へ取り付けられた際の動脈の直径に伴って変化する、請求項５記載の装置。
【請求項７】
前記電子回路がインダクタとキャパシタとを備える共振回路である、請求項１から６のいずれかに記載の装置。
【請求項８】
前記共振回路の減衰が、前記ハウジングが動脈に最も近い身体部へ取り付けられた際の動脈の直径に伴って変化する、請求項７記載の装置。
【請求項９】
前記ハウジングが、前記ハウジングを身体部へ付着させるための表面接着剤を有する、先行する請求項のいずれかに記載の装置。
【請求項１０】
前記ハウジングが柔軟な積層ポリマ構造体を備える、先行する請求項のいずれかに記載の装置。
【請求項１１】
前記無線結合が磁気結合である、先行する請求項のいずれかに記載の装置。
【請求項１２】
前記無線結合が電気結合である、請求項１から１０のいずれかに記載の装置。
【請求項１３】
前記プロセッサが前記圧力信号を一定の時間間隔で測定するように構成され、この測定された値が時間の関数としての予想血圧にフィットさせられる、先行する請求項のいずれかに記載の装置。
【請求項１４】
前記プロセッサがさらに、前記決定された圧力信号値を非線形最小二乗法により時間関数としての予想血圧へフィットさせるように構成される、請求項１３記載の装置。
【請求項１５】
前記フィッティング関数が、連続する心拍間の時間間隔に実質的に整合するように拡張される、請求項１４記載の装置。
【請求項１６】
前記プロセッサがさらに、脈拍を平均するように構成される、請求項１３から１５のいずれかに記載の装置。
【請求項１７】
前記プロセッサがさらに、収縮期血圧と拡張期血圧をそれぞれ求めるために前記平均された曲線の最大値及び最小値を測定するように構成される、請求項１６記載の装置。
【請求項１８】
前記プロセッサがさらに、脈拍を求めるために連続する脈拍間の平均時間差を測定するように構成される、請求項１６または１７記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非干渉的に血圧を測定するための方法と装置に関する。特に、本発明は、家庭または仕事場で患者の血圧を連続的に監視するための装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
血圧は、侵襲的圧力センサ、振動式、聴診式及び圧力測定式等の幾つかの方法で測定することができる。これらの方法は、不可避的に患者の状態に影響を与える。医者の診療室または病院で行われる膨大な数の測定は状況に影響され、患者がこのような医療環境に影響されていなかった場合に予想される測定結果に比べてかなり誤ったものになる可能性のあることが報告されている。患者の活動に関連する血圧の変動は、診断に関して極めて重要な情報を提供する可能性がある。既存の方法は、睡眠中または身体活動中に血圧を非干渉的に記録するものではない。干渉を最小限に抑える既存のシステムであっても、配線による電力接続または内部電池の何れかを必要とする。これらの事実はシステムの適用可能性を制限し、環境に望ましくない影響が出る場合もある。
【０００３】
米国特許第６，５５８，３３５号には、腕に装着するデバイスが開示されている。このデバイスは従来のＭＥＭＳ圧力センサに基づき、電池形式の局部電源を必要とする。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、通常の生活状態下にある生物の血圧の連続監視に適する装置を提供することにある。
【０００５】
本発明によれば、上述の目的及び他の目的は、生物の動脈に最も近い身体部へ取り付けるように構成された柔軟なハウジングと、動脈内の血圧に従ってリモートトランシーバへ無線結合するための電子回路とを有する血圧測定用身体外センサを備える血圧測定装置によって達成される。リモートトランシーバは動脈内の血圧に従って信号を発生させるためのセンサへ無線結合し、かつリモートトランシーバには前記信号を受信するためのプロセッサが接続されていて、前記プロセッサは、前記信号に基づき収縮期血圧と拡張期血圧を算定するように構成される。
【０００６】
好ましくは、前記センサは身体外センサであり、すなわち、生物の身体保護膜の外側で使用するように適合化されている。好ましくは、前記センサは受動センサであり、すなわち、正常に作動するために例えば電池である電源へ有線接続の必要のないセンサである。好ましくは、前記センサは、キャパシタ、インダクタ、抵抗器、等の受動部品に依存して作動する。
【０００７】
本発明の一実施形態では、前記センサは能動センサであり、すなわち、電池などの電源、または太陽電池などの環境発電デバイスへ接続されるセンサである。
【０００８】
本発明による装置の動作原理は、血圧の変動に応じて動脈の直径が変わるという事実に基づいている。動脈の壁は柔軟であり、動脈の直径は血圧上昇に伴って拡大する。本発明によるセンサのハウジングも柔軟であり、本ハウジングが動脈に近接して生物の身体へ取り付けられるとその形状寸法が変わる。ハウジング内の電子回路はハウジングの幾何学的変化を検出し、この幾何学的変化に応じて電子パラメータを変化させるように構成される。さらに、リモートトランシーバも、この電子パラメータの変化を無線方式で測定するように構成される。
【０００９】
ハウジングは柔軟な積層ポリマ構造体であってもよく、好ましくは、電子回路は前記構造体内に内蔵され、これにより、小型で低コストのセンサが提供される。
【００１０】
無線結合は、誘導結合、静電結合、例えば無線結合または光結合等の電磁結合、もしくはこれらの組合せ等であってもよい。センサ回路は、アンテナを含んでもよい。
【００１１】
好ましくは、電子回路は、インダクタ及びキャパシタを備える共振回路である。
【００１２】
本発明の一実施形態では、電子回路はキャパシタを備え、キャパシタのキャパシタンスは、ハウジングが動脈に最も近い身体部へ取り付けられる際の動脈の直径に伴って変化してもよい。
【００１３】
本発明の一実施形態では、電子回路はインダクタを備え、インダクタのインダクタンスは、ハウジングが動脈に最も近い身体部へ取り付けられる際の動脈の直径に伴って変化してもよい。
【００１４】
さらに別の実施形態では、共振回路の減衰は、ハウジングが動脈に最も近い身体部へ取り付けられる際の動脈の直径に伴って変化する。
【００１５】
好ましくは、ハウジングの表面は、膏薬貼付のような方法でハウジングを身体に付着するための表面接着剤を有する。
【００１６】
或いは、ハウジングは、ひもで締められてもよい。
【００１７】
本発明の一実施形態では、電子回路は、第１のプレートと第２のプレートとを有する第１のキャパシタを備える。第１のプレート及び第２のプレートは、センサとトランシーバとの間に静電結合を形成するために、それぞれ第３のプレート及び第４のプレートへ接続されてもよい。第１のプレート及び第２のプレートは、センサとトランシーバとの間に誘導結合を形成するために、インダクタへ接続されてもよい。
【００１８】
トランシーバは、センサのプロパティ（特性）の変化を測定するための回路を備える。
【００１９】
本発明の一実施形態では、トランシーバは、センサの第３及び第４のプレートと対応する静電結合を形成するための第５のプレート及び第６のプレートを備える。トランシーバがセンサの近くに、例えば約１ｃｍ以内、好ましくは１ｍｍ未満で位置決めされると、第５のプレートと第３のプレートは静電結合を形成しかつ第６のプレートと第４のプレートは静電結合を形成する。トランシーバは、例えば双安定マルチバイブレータであるマルチバイブレータ等の非安定発振器を備えてもよい。センサの第１のキャパシタのキャパシタンスの変化は、発振器からの１つまたは複数の出力信号のデューティサイクル及び／または周波数の変動を引き起こすことがある。
【００２０】
キャパシタのプレートは、金属シート、例えば柔らかい金属シートで形成されてもよい。
【００２１】
本発明の一実施形態では、トランシーバは、センサの共振回路の共振周波数を測定するための回路を備える。好ましくは、トランシーバは、タンク回路の一部として結合される送信アンテナを備え、前記アンテナも発振器へ結合される。生成される信号は、センサの共振回路の無線結合により修正されるタンク回路が決定する周波数で発振する。この信号は周波数弁別器へ印加され、周波数弁別器は、センサ回路の共振周波数が決定される信号を供給する。
【００２２】
ある実施形態では、トランシーバは、所定のスペクトルに渡って周波数を走査する信号を送信する。送信アンテナを通る電流は、センサの共振周波数でピークを有する。従って、共振周波数と帯域幅は、電流におけるこのピークから決定される。
【００２３】
或いは、もしくは前記との組合せとして、トランシーバはアンテナから励振信号を送信してもよい。共振回路を有するセンサとの無線結合は、送信アンテナのインピーダンスを修正する。センサ回路の共振周波数と帯域幅は、送信アンテナのインピーダンスの変化に基づき決定される。
【００２４】
さらに別の実施形態では、トランシーバは、無線結合されるセンサの共振回路に電流が誘導されるように広帯域信号または多周波数信号を送信する。電流は、共振回路の共振周波数で発振する。トランシーバはさらに、センサにより吸収されるエネルギーが減算された送信信号を受信する受信アンテナを有する。従って、受信される信号の電力スペクトルは、センサの共振周波数において最小になる。センサ回路の共振周波数と帯域幅は、受信される信号の電力スペクトルにおけるこのノッチ（notch）から決定される。
【００２５】
共振回路のピーク周波数の両側で２つの周波数を送信すると、前記２つの周波数における戻り信号の差を算定することによって、Ｓ曲線応答の取得が可能になる。
【００２６】
センサのインピーダンス特性は、算定されるスペクトル応答から推定されてもよい。振幅及び位相の双方を与えるこの複素スペクトル応答は、フーリエ変換手順及び送信される信号のスペクトル分布の補償によって得ることができる。合計スペクトル電力、中心周波数、スペクトル幅及び他のスペクトルパラメータを与えることのできるスペクトルのモーメントは、前記スペクトルに対応する相関関数の導関数から得ることができる。モーメントの算定値は、戻り信号の異なる次数の時間導関数を相関することによって得ることができる。
【００２７】
また、センサの状態は、コイル、キャパシタまたはアンテナのような結合デバイスを介して、センサの振幅及び位相特性の双方を検出できるインピーダンスアナライザを使用して検出される場合もある。
【００２８】
トランシーバは、プロセッサを備えるコンピュータと、例えば有線または無線によって通信するように構成されてもよい。プロセッサは、トランシーバからの信号を記録して、トランシーバからの信号、これらの量の時間的変化及びこれらの変化の平均値、分散係数、相関係数等の統計学的特性から、脈拍と収縮期血圧と拡張期血圧とを決定する計算を実行するように構成されてもよい。さらに、コンピュータは、計算された値を表示しかつ値を時間の関数としてプロットするように構成されてもよい。ある好ましい実施形態では、トランシーバは、例えばブルートゥースまたはジグビー（Zigbee）規格または他の任意の適切な無線プロトコルに従ってコンピュータと無線通信する。
【００２９】
ある実施形態では、プロセッサはトランシーバ内に位置づけられる。トランシーバはさらに、例えば収縮期血圧と拡張期血圧と脈拍である測定された値を表示するためのディスプレイを備えてもよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
図１は、生物の動脈２の上に装着される、本発明によるセンサを示す概略断面図である。センサは、センサを動脈２の直上の皮膚表面へ付着させるために、接着剤が下面に塗布された軟質箔４の形式の柔軟なハウジングによって支持される。箔４は、互いに隔離されてキャパシタを形成する金属シート６を支持する。箔４は、これらの金属シートのそれぞれが動脈２に最も近くなるように近接して位置決めされるように装着される。インダクタ８は、離して示されている。インダクタ８は、箔４内にプリントされる。キャパシタとインダクタ８とは、共振回路を形成すべく相互接続され、図示されている例示的な実施形態では、インダクタ値は一定であるが、キャパシタ値は動脈２の直径に伴い変化する。動脈２の直径が増大すると、金属シート６間の距離は増大し、キャパシタ値は下がる。
【００３１】
別の実施形態では、動脈２の直径に伴ってインダクタ値が変化するが、キャパシタ値は一定である。
【００３２】
図２は、本発明によるセンサ及びトランシーバの概略ブロック図である。トランシーバ回路１０は、増幅器１２と、インダクタ１４と、可変キャパシタ１６と、周波数弁別回路１８とを備える。インダクタ１４及びキャパシタ１６は、センサ回路２４のキャパシタ２０及びインダクタ２２と共に電磁結合式共振回路を形成する。結果的に生じる共振周波数はセンサ回路内のキャパシタ２０の値の関数として変化し、キャパシタ２０の値は測定されるべき血圧に応じて変わる。周波数弁別回路１８は、結果として生じる前記共振周波数を検出し、検出された共振周波数に対応する値を有する電子圧力信号を生成する。
【００３３】
図３は、本発明による好ましい信号処理スキームのフローチャートである。圧力信号は一定の時間間隔で測定され、測定された値は時間の関数としての予想血圧形状に当てはめ（fit）られる。この当てはめ（フィッティング）は、線形または非線形最小二乗法適合として実行される。フィッティング関数は、連続する心拍間の時間間隔に実質的に整合すべく拡張される。当てはめられた曲線は、医療的指示に従って選択されるべき期間に渡って平均される。例えば、当てはめられた曲線は、血圧値が変化する可能性のある特徴的な時間スケールより短い期間に渡って条件付きで平均されてもよい。条件付き平均化は、脈拍の正しい決定に基づいている。平均した血圧曲線を、図３の下側に示す。平均する期間は、典型的には、連続する脈圧間の時間間隔より遙かに長い。平均曲線の最大値及び最小値は、それぞれ収縮期血圧と拡張期血圧を規定するために測定される。さらに、連続する脈拍間の平均時間差も、脈拍を規定するために測定される。較正は、認証された血圧測定デバイスを使用して、定期的に行われる。
【００３４】
従って、図示した実施形態では、信号送信処理スキームは、次のステップを含む。
Ａ：脈拍間隔を算定するステップと、
Ｂ：基準脈拍を拡張するステップと、
Ｃ：フィッティングするステップと、
Ｄ：平均するステップと、
Ｅ：最大値及び最小値を算定するステップと、
Ｆ：較正に基づいて加重するステップと、を含む。
【００３５】
信号処理の出力Ｇは、収縮期血圧と拡張期血圧の算定値である。
【００３６】
図４は、本発明の一実施形態の様々なコンポーネントを示す概略図である。センサ３０は、典型的には、患者の手首に取り付けられる。しかしながら、選択する位置において動脈が皮膚表面に近ければ、適宜、他の場所が選択されてもよい。図示した実施形態では、センサ３０は、動脈の上の身体に固定されている受動センサである。好ましくは、センサは、センサを身体に付着させるための接着面を有する。トランシーバ３２は、患者３４の身体上または患者に隣接して、都合のよいように置かれる。図中のトランシーバ３２は、圧力値を記録して脈拍、収縮期血圧と拡張期血圧を測定する計算を実行するように構成されたプロセッサを有するコンピュータ３６と通信する。さらに、コンピュータ３６は、計算された値を表示しかつ値を時間の関数としてプロットするように構成される。ある好ましい実施形態では、トランシーバ３２は、例えばブルートゥースまたはジグビー（Zigbee）規格に従ってコンピュータと無線通信する。
【００３７】
別の実施形態では、プロセッサはトランシーバ内に配置される。トランシーバはさらに、例えば収縮期血圧と拡張期血圧及び脈拍である測定された値を表示するためのディスプレイを備えてもよい。
【００３８】
図５は、本発明によるセンサとトランシーバの一部分との概略ブロック図であり、センサとトランシーバとの結合を示す。センサ５０は、第１のプレート５４及び第２のプレート５６を形成する２つの金属シートを有する第１のキャパシタ５２を備え、第１のキャパシタ５２のキャパシタンスは、ハウジングが動脈に最も近い身体部に取り付けられるとき、その動脈の直径に伴い変化する。第１のプレート５４及び第２のプレート５６はそれぞれ第３のプレート５８及び第４のプレート６０へ接続され、センサ５０とトランシーバ６２との間に静電結合が形成される。トランシーバ６２は、センサの対応する第３のプレート５８及び第４のプレート６０と静電結合を形成するための第５のプレート６４及び第６のプレート６６を備える。第２のキャパシタ６８及び第３のキャパシタ７０のキャパシタンスはそれぞれ、測定中は実質的に一定である。第２のキャパシタ６８及び第３のキャパシタ７０は、結合キャパシタと呼ばれることもある。トランシーバは、第４のキャパシタ７２を備えてもよい。トランシーバ６２は、キャパシタンスが時間の関数として変化する第１のキャパシタ５２における変化を測定するように構成される。
【００３９】
本発明の一実施形態では、図５に一部を示すトランシーバ６２は、図６に概略的に示した非安定発振器を備える。キャパシタＣ1は、図５に示す回路の変化するキャパシタンスを指示している。トランシーバは、発振器からの出力信号Ｖoutを処理するように構成される信号処理ユニットを備えてもよい。ある実施形態では、出力信号Ｖoutのデューティサイクルはセンサの変化するキャパシタンスを反映し、信号処理ユニットは出力信号のこのデューティサイクルを決定するように構成される。或いは、もしくは前記との組合せとして、信号処理ユニットは、出力信号Ｖoutから周波数情報を導出するように構成されてもよい。図５の回路は、キャパシタＣ1及び／またはＣ2の一方を構成するものであっても、前記一方の一部であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】生物の動脈の上に装着される、本発明によるセンサを示す概略断面図である。
【図２】本発明によるセンサ及びトランシーバの概略ブロック図である。
【図３】本発明による例示的な信号処理スキームのフローチャートである。
【図４】本発明の一実施形態の様々なコンポーネントを示す概略図である。
【図５】本発明によるセンサ及びトランシーバを示す概略図である。
【図６】図５に示すトランシーバに含まれる非安定マルチバイブレータを示す概略図である。
【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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【国際調査報告】
2008543513.tif 000009
2008543513.tif 000010
2008543513.tif 000011