(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被験者の脈波信号を取得する脈波信号取得ユニットと、
前記脈波信号取得ユニットが取得した前記脈波信号から特徴量を抽出する特徴量抽出ユニットと、
前記被験者の姿勢を判断する姿勢判断ユニットと、
前記特徴量と血圧との関係を規定するモデルを複数記憶した記憶ユニットと、
前記記憶ユニットに記憶された前記複数のモデルの中から、前記姿勢判断ユニットの判断結果に予め対応付けられた前記モデルを選択する選択ユニットと、
前記選択ユニットが選択した前記モデルを用い、前記特徴量抽出ユニットが抽出した前記特徴量から前記被験者の血圧を推定する血圧推定ユニットと、
を備え、
前記姿勢判断ユニットは、少なくとも、前記姿勢が座位又は立位であること、及び、前記姿勢が仰臥位であることを判断可能に構成され、
前記記憶ユニットが記憶する前記複数のモデルには、第１のモデルと、時間に関する前記特徴量を脈波間隔で規格化した変数の前記血圧に対する寄与率が前記第１のモデルよりも大きい第２のモデルとが含まれ、
前記選択ユニットは、前記姿勢が座位又は立位であると前記姿勢判断ユニットが判断した場合は前記第１のモデルを選択し、前記姿勢が仰臥位であると前記姿勢判断ユニットが判断した場合は前記第２のモデルを選択する血圧計。
【請求項２】
請求項１に記載の血圧計であって、
前記第２のモデルは、前記第１のモデルにおける時間に関する特徴量の少なくとも一部を、脈波間隔で規格化したモデルである血圧計。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の血圧計であって、
前記姿勢判断ユニットは、前記被験者の身体に取り付けられた加速度センサから取得した検出信号を用いて前記姿勢を判断する血圧計。
【請求項４】
請求項１又は２に記載の血圧計であって、
前記姿勢判断ユニットは、ユーザが前記姿勢を入力する入力装置における入力結果を用いて前記姿勢を判断する血圧計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は血圧計に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、被験者の脈波信号から特徴量を抽出し、その特徴量をモデルに当てはめ、血圧を推定する方法が知られている。例えば特許文献１は上記の血圧推定方法を開示する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平９−２２０２０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
脈波信号を取得するときの被験者の姿勢は、脈波信号、及びそこから抽出される特徴量に影響を与える。そのため、１つの姿勢に対応したモデルでは、他の姿勢の被験者の血圧を正確に推定できないことがあった。
【０００５】
本発明は、こうした問題に鑑みてなされたものであり、被験者の姿勢が変化しても、血圧の推定値における誤差を抑制できる血圧計を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の血圧計は、被験者の脈波信号を取得する脈波信号取得ユニットと、脈波信号取得ユニットが取得した脈波信号から特徴量を抽出する特徴量抽出ユニットと、被験者の姿勢を判断する姿勢判断ユニットと、特徴量と血圧との関係を規定するモデルを複数記憶した記憶ユニットと、記憶ユニットに記憶された複数のモデルの中から、姿勢判断ユニットの判断結果に予め対応付けられたモデルを選択する選択ユニットと、選択ユニットが選択したモデルを用い、特徴量抽出ユニットが抽出した特徴量から被験者の血圧を推定する血圧推定ユニットとを備える。
【０００７】
本発明の血圧計は、被験者の姿勢に応じたモデルを選択し、選択したモデルを用いて血圧を推定する。そのため、本発明の血圧計によれば、被験者の姿勢が変化しても、血圧の推定値における誤差を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】血圧計１の構成を表すブロック図である。
【図２】制御部３の機能的構成を表すブロック図である。
【図３】血圧計１が実行する処理の全体を表すフローチャートである。
【図４】血圧計１が実行する姿勢判断処理を表すフローチャートである。
【図５】立ち上がり点Ｓ及びピークａ〜ｆを表す説明図である。
【図６】推定血圧と実測血圧との相関関係を表すグラフである。
【図７】血圧計１の構成を表すブロック図である。
【図８】血圧計１が実行する姿勢判断処理を表すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本開示の実施形態を図面に基づき説明する。
＜第１実施形態＞
１．血圧計１の構成
血圧計１の構成を図１及び図２に基づき説明する。血圧計１は、図１に示すように、制御部３と、脈波センサ５と、加速度センサ７と、操作部９と、ディスプレイ１１と、通信機１３と、を備える。
【００１０】
制御部３は、ＣＰＵ１５と、ＲＡＭ、ＲＯＭ、フラッシュメモリ等の半導体メモリ（以下、メモリ１７とする）と、を有する周知のマイクロコンピュータを中心に構成される。  制御部３の各種機能は、ＣＰＵ１５が非遷移的実体的記録媒体に格納されたプログラムを実行することにより実現される。この例では、メモリ１７が、プログラムを格納した非遷移的実体的記録媒体に該当する。また、このプログラムの実行により、プログラムに対応する方法が実行される。なお、制御部３を構成するマイクロコンピュータの数は１つでも複数でもよい。メモリ１７は、記憶ユニットに対応する。メモリ１７には、後述するモデルが複数記憶されている。
【００１１】
制御部３は、ＣＰＵ１５がプログラムを実行することで実現される機能の構成として、図２に示すように、脈波信号取得ユニット１９と、特徴量抽出ユニット２１と、姿勢判断ユニット２３と、選択ユニット２５と、血圧推定ユニット２７と、表示ユニット２８と、通信ユニット３０と、を備える。制御部３を構成するこれらの要素を実現する手法はソフトウェアに限るものではなく、その一部又は全部の要素を、論理回路やアナログ回路等を組み合わせたハードウェアを用いて実現してもよい。
【００１２】
脈波センサ５は、被験者の指から脈波信号を検出可能な周知のセンサである。脈波センサ５は、発光ダイオード（ＬＥＤ）２９とフォトダイオード（ＰＤ）３１とを備える。発光ダイオード２９は、被験者の指における皮膚に対して可視光の光を照射する。この光の波長は、５０００Å〜７０００Åである。発光ダイオード２９が照射した光の一部は皮膚の毛細血管内において反射される。フォトダイオード３１は、発光ダイオード２９が照射した光のうち、毛細血管内で反射された光を受光し、電気信号として取り出す。取り出した電気信号は、被験者の脈波を反映して変動する脈波信号である。脈波センサ５は、脈波信号を制御部３に送る。
【００１３】
加速度センサ７は、３次元空間における加速度の向き及び大きさを検出可能である。加速度センサ７は、検出した加速度を表す検出信号を、制御部３に送る。加速度センサ７は、少なくとも、後述するように被験者の姿勢を判断するときは、被験者の身体に取り付けられる。加速度センサ７は、被験者の身体に常時取り付けられてもよいし、被験者の姿勢を判断するときに限定的に取り付けられてもよい。
【００１４】
操作部９は、ユーザの操作を受け付け、操作に対応した信号を制御部３に送る。ユーザの操作としては、後述する血圧測定の開始を指示する操作等が含まれる。ユーザは、被験者であってもよいし、他の者であってもよい。他の者として、例えば、医師、看護師等が挙げられる。
【００１５】
ディスプレイ１１は、画像を表示可能な表示装置である。通信機１３は、外部と無線通信を行うことができる装置である。
血圧計１の各構成は、１つの筐体に収容されていてもよいし、２以上の筐体に分割して収容されてもよい。血圧計１は、その全体が被験者の身体に装着されるものであってもよいし、一部のみを被験者の身体に装着するものであってもよい。被験者の身体に装着される一部としては、例えば、脈波センサ５と加速度センサ７、あるいは、加速度センサ７が挙げられる。  
【００１６】
血圧計１の一部又は全部を装着する被験者の身体部位としては、例えば、手首、腕、胴部、脚、首、頭部等が挙げられる。
２．血圧計１が実行する処理
血圧計１が実行する血圧測定処理を図３〜図６に基づき説明する。この血圧測定処理は、ユーザが操作部９に対し、血圧測定の開始に対応する操作を行ったときに実行される。血圧測定処理を行うとき、加速度センサ７は、被験者の胸部に取り付けられている。また、被験者の指は、脈波センサ５に接触している。
【００１７】
図３のステップ１では、脈波信号取得ユニット１９が、脈波センサ５を用いて、被験者の脈波信号を取得する。
ステップ２では、特徴量抽出ユニット２１が、前記ステップ１で取得した脈波信号から特徴量を抽出する。抽出する特徴量は、bValue、dValue、dTime、eTime、及びPPIである。これらの特徴量は、以下のように抽出される。
【００１８】
特徴量抽出ユニット２１は、図５に示すように、脈波信号から、１階微分信号、及び２階微分信号を作成する。脈波信号の立ち上がり点Ｓの後、２階微分信号における１〜６番目のピークを、それぞれ、ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆとする。bValueは、ｂのピークの高さである。dValueは、ｄのピークの高さである。dTimeは、立ち上がり点Ｓからｄまでの時間である。eTimeは、立ち上がり点Ｓからｅまでの時間である。dTime及びeTimeは、時間に関する特徴量に対応する。時間に関する特徴量とは、単位が時間である特徴量である。PPIは脈拍間隔である。
【００１９】
ステップ３では、姿勢判断ユニット２３が、脈波信号を取得したときの被験者の姿勢を判断する。この処理を、図４を用いて説明する。ステップ１１では、加速度センサ７から検出信号を取得する。検出信号は、どの方向にどれだけの大きさの加速度が加わっているかを表す情報を含む。
【００２０】
ステップ１２では、被験者の姿勢は、前記ステップ１１で取得した検出信号に対応する姿勢であると判断する。なお、メモリ１７には予め、検出信号の内容と、被験者の姿勢とを対応付けるマップが記憶されている。姿勢判断ユニット２３は、前記ステップ１１で取得した検出信号をこのマップに当てはめて、被験者の姿勢を判断する。被験者の姿勢としては、座位と、仰臥位とがある。
【００２１】
図３に戻り、ステップ４では、選択ユニット２５が、メモリ１７に予め記憶されている複数のモデルの中から、前記ステップ３で判断した姿勢に対応するモデルを選択する。なお、メモリ１７には予め、被験者の姿勢と、選択するモデルとを対応付けるマップが記憶されている。選択ユニット２５は、前記ステップ３で判断した姿勢をこのマップに当てはめて、モデルを選択する。例えば、前記ステップ３で被験者の姿勢が座位であると判断した場合、選択ユニット２５は、座位用のモデルを選択する。また、前記ステップ３で被験者の姿勢が仰臥位であると判断した場合、選択ユニット２５は、仰臥位用のモデルを選択する。
【００２２】
メモリ１７に記憶されているモデルは、特徴量を変位変数とし、血圧を目的変数とするモデルである。モデルに対し、特徴量を入力すると、血圧を得ることができる。座位用のモデルは、以下の式（１）である。また、仰臥位用のモデルは、以下の式（２）である。
【００２３】
【数１】
0006656005.tif 000002
【００２４】
【数２】
0006656005.tif 000003
【００２５】
式（１）、式（２）におけるＢＰは血圧である。座位用のモデルは第１のモデルに対応する。仰臥位用のモデルは第２のモデルに対応する。
式（１）、式（２）におけるα、β、γ、δは係数である。Constは定数である。α、β、γ、δ、及びConstは、学習により値を決めることができる。
【００２６】
仰臥位用のモデルにおける「dTime/PPI」及び「eTime/PPI」は、時間に関する特徴量を脈波間隔で規格化した変数に対応する。血圧に対する、「dTime/PPI」及び「eTime/PPI」の寄与率は、仰臥位用のモデルの方が、座位用のモデルより大きい。
【００２７】
ここで、寄与率とは、単寄与率のことであり、目的変数がそれぞれの説明変数によって説明される割合を意味する。寄与率は、式（３）で表される。式（３）におけるＳ、Ｓｂｊは、式（４）で表されるものである。
【００２８】
【数３】
0006656005.tif 000004
【００２９】
【数４】
0006656005.tif 000005
【００３０】
式（３）におけるＲ２は重寄与率である。式（３）、式（４）におけるＳは偏回帰平方和の総和であり、Ｓｂｊは各説明変数の偏回帰平方和である。
ステップ５では、血圧推定ユニット２７が、前記ステップ２で抽出した特徴量を、前記ステップ４で選択したモデルに当てはめ、被験者の血圧を推定する。
【００３１】
ステップ６では、表示ユニット２８が、前記ステップ５で推定した血圧をディスプレイ１１に表示する。
ステップ７では、通信ユニット３０が、前記ステップ５で推定した血圧を、通信機１３を用いて外部に送信する。
【００３２】
３．血圧計１が奏する効果
（１Ａ）血圧計１は、被験者の姿勢に応じたモデルを選択し、選択したモデルを用いて血圧を推定する。そのため、被験者の姿勢がいずれであっても、血圧を正確に推定することができる。
【００３３】
（１Ｂ）血圧計１は、被験者の姿勢が座位であること、及び、仰臥位であることを判断可能である。また、血圧計１は、座位用のモデルと、仰臥位用のモデルとを備える。血圧計１は、被験者の姿勢が座位であると判断した場合は座位用のモデルを選択し、被験者の姿勢が仰臥位であると判断した場合は仰臥位用のモデルを選択する。
【００３４】
仰臥位用のモデルは、座位用のモデルに比べて、時間に関する特徴量を脈波間隔で規格化した変数の血圧に対する寄与率が大きい。そのため、被験者の姿勢が、座位及び仰臥位のうちのいずれであっても、血圧を一層正確に推定することができる。
【００３５】
（１Ｃ）仰臥位用のモデルは、「dTime/PPI」及び「eTime/PPI」を含む。これらは、座位用のモデルに含まれる「dTime」及び「eTime」を脈波間隔で規格化した変数である。そのことにより、被験者の姿勢がいずれであっても、血圧を一層正確に推定することができる。
【００３６】
（１Ｄ）血圧計１は、被験者の身体に取り付けられた加速度センサ７から取得した検出信号を用いて被験者の姿勢を判断する。そのため、ユーザは、被験者の姿勢を入力しなくてもよい。
【００３７】
４．血圧計１が奏する効果を確かめるための試験
血圧計１を用いて、複数の被験者の血圧を推定した。以下では、血圧計１を用いて推定した血圧を推定血圧とする。被験者は、姿勢が座位である被験者と、姿勢が仰臥位である被験者とを含む。姿勢が座位である被験者については、座位用のモデルを使用した。姿勢が仰臥位である被験者については、仰臥位用のモデルを使用した。
【００３８】
また、カフ式の血圧計を用いて、同じ被験者の血圧を測定した。以下では、カフ式の血圧計を用いて測定した血圧を実測血圧とする。
推定血圧と実測血圧との相関関係を図６に示す。図６の縦軸は推定血圧であり、横軸は実測血圧である。図６における三角のマーカは、姿勢が座位である被験者を表し、菱形のマーカは、姿勢が仰臥位である被験者を表す。
【００３９】
推定血圧と実測血圧との相関係数、誤差平均、及び誤差標準偏差を表１に示す。
【００４０】
【表１】
0006656005.tif 000006
【００４１】
表１に示されているように、被験者の姿勢がいずれであっても、相関係数は大きく、誤差平均及び誤差標準偏差は小さかった。
比較例として、血圧計１を用い、別の方法で被験者の血圧を推定した。具体的には、姿勢が仰臥位である被験者については、座位用のモデルを使用し、姿勢が仰臥位である被験者については、座位用のモデルを使用した。この場合の推定血圧と実測血圧との相関係数、誤差平均、及び誤差標準偏差を表２に示す。
【００４２】
【表２】
0006656005.tif 000007
【００４３】
表２に示されているように、表１の結果と比べて、誤差平均及び誤差標準偏差が大きかった。
以上の結果から、血圧計１を正しく用いれば、被験者の姿勢がいずれであっても、血圧を正確に推定できることが確認できた。
＜第２実施形態＞
１．第１実施形態との相違点
第２実施形態は、基本的な構成は第１実施形態と同様であるため、共通する構成については説明を省略し、相違点を中心に説明する。なお、第１実施形態と同じ符号は、同一の構成を示すものであって、先行する説明を参照する。
【００４４】
図７に示すように、血圧計１は、加速度センサ７を備えない。操作部９は、座位ボタン３５と、仰臥位ボタン３７とを備える。座位ボタン３５及び仰臥位ボタン３７は、ユーザが操作可能なボタンスイッチである。ユーザが座位ボタン３５をオンにしたとき、メモリ１７に、被験者の姿勢が座位であることが記憶される。また、ユーザが仰臥位ボタン３７をオンにしたとき、メモリ１７に、被験者の姿勢が仰臥位であることが記憶される。
【００４５】
操作部９は入力装置に対応する。メモリ１７における記憶は、入力装置における入力結果に対応する。
２．血圧計１が実行する処理
血圧計１は、前記ステップ３における姿勢判断処理として、図８に示す処理を行う。図８のステップ２１では、姿勢判断ユニット２３が、メモリ１７から、被験者の姿勢を読み出す。なお、メモリ１７における被験者の姿勢の記憶は、座位ボタン３５又は仰臥位ボタン３７の操作により記憶されたものである。
【００４６】
ステップ２２では、姿勢判断ユニット２３が、被験者の姿勢は、前記ステップ２１で読み出した姿勢であると判断する。
３．血圧計１が奏する効果
以上詳述した第２実施形態によれば、前述した第１実施形態の効果（１Ａ）〜（１Ｃ）に加え、以下の効果が得られる。
【００４７】
（２Ａ）血圧計１は、ユーザが座位ボタン３５又は仰臥位ボタン３７を操作した結果を用いて被験者の姿勢を判断する。そのことにより、被験者の姿勢を一層正確に判断することができる。また、血圧計１の構成を簡素化できる。
＜他の実施形態＞
以上、本発明を実施するための形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されることなく、種々変形して実施することができる。
【００４８】
（１）血圧計１は、加速度センサ７を用いて、あるいは、操作部９への操作結果を用いて、被験者の姿勢が立位であることも判断してもよい。この場合、血圧計１は、立位用のモデルを使用することができる。立位用のモデルは、座位用のモデルと同じモデルであってもよいし、異なるモデルであってもよい。
【００４９】
（２）モデルは、前記式（１）、式（２）で表されるもの以外のモデルであってもよい。モデルに含まれる特徴量は、他の特徴量であってもよい。
（３）前記式（２）において、「dTime/PPI」の代わりに、「dTime」と、単位時間当たりの脈拍数とを乗算した値を用いてもよい。また、前記式（２）において、「eTime/PPI」の代わりに、「eTime」と、単位時間当たりの脈拍数とを乗算した値を用いてもよい。脈拍数は６０秒をPPIで除算した値のため、脈拍数を乗することはPPIの除算と同等の意味を持つ。
【００５０】
（３）被験者の姿勢を判断する方法は他の方法であってもよい。例えば、カメラを用いて被験者を撮影し、カメラの画像を解析することで被験者の姿勢を判断してもよい。
（４）上記実施形態における１つの構成要素が有する複数の機能を、複数の構成要素によって実現したり、１つの構成要素が有する１つの機能を、複数の構成要素によって実現したりしてもよい。また、複数の構成要素が有する複数の機能を、１つの構成要素によって実現したり、複数の構成要素によって実現される１つの機能を、１つの構成要素によって実現したりしてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加又は置換してもよい。なお、特許請求の範囲に記載した文言のみによって特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本発明の実施形態である。
【００５１】
（５）上述した血圧計１の他、当該血圧計１を構成要素とするシステム、制御部３としてコンピュータを機能させるためのプログラム、このプログラムを記録した半導体メモリ等の非遷移的実態的記録媒体、血圧推定方法等、種々の形態で本発明を実現することもできる。
【符号の説明】
【００５２】
１…血圧計、１７…メモリ、１９…脈波信号取得ユニット、２１…特徴量抽出ユニット、２３…姿勢判断ユニット、２５…選択ユニット、２７…血圧推定ユニット
【図１】
0006656005.tif 000008
【図２】
0006656005.tif 000009
【図３】
0006656005.tif 000010
【図４】
0006656005.tif 000011
【図５】
0006656005.tif 000012
【図６】
0006656005.tif 000013
【図７】
0006656005.tif 000014
【図８】
0006656005.tif 000015