(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被験者に装着されるカフと、カフを加圧する加圧手段と、カフを減圧する減圧手段と、カフ圧を検出するカフ圧力検出手段と、加圧手段あるいは減圧手段を制御する制御手段と、カフより被測定部位の生体信号をカフ圧力の変化に基づき検出する手段を備える生体情報計測装置において、前記制御手段は、所定の時間間隔でカフの変化量を計測する変化量計測手段と、前記変化量計測手段より得られた結果と所定の制御目標値との差及び所定のフィードバックゲインから必要な補正量を算出する補正量算出手段と、この補正量に基づいて制御値を決定する制御値決定手段と、制御値を切替える制御値切替え手段とを有し、前記所定の時間間隔Ｈは、測定対象とする最長脈拍周期ｆに対し、Ｈ＞０．５ｆに設定され、且つ、前記補正量算出手段は算出する補正量に制限を設けていることを特徴とする生体情報計測装置。
【請求項２】
上記補正量算出手段は、上記変化量計測手段より得られた結果と制御目標値との差が所定の範囲を逸脱する場合には、所定範囲の上限値あるいは下限値と制御目標値との差をもって補正量を算出するものであることを特徴とする請求項１記載の生体情報計測装置。
【請求項３】
上記補正量算出手段は、前回の制御値に対する所定の割合の範囲内で補正量を算出するものであることを特徴とする請求項１記載の生体情報計測装置。
【請求項４】
上記補正量算出手段は、上記変化量計測手段より得られた結果と制御目標値との差が所定範囲内である場合には、補正量をゼロとする制御不感帯を設けたものであることを特徴とする請求項１記載の生体情報計測装置。
【請求項５】
上記補正量算出手段は、所定圧力においてフィードバックゲインを切替えるものであることを特徴とする請求項１記載の生体情報計測装置。
【請求項６】
上記制御値決定手段は、圧力によって規定される所定の計算式で算出される下限値を下回らない範囲で制御値を決定するものであることを特徴とする請求項１記載の生体情報計測装置。
【請求項７】
上記制御値決定手段は、所定電圧において、圧力によって規定される所定の計算式を切替えるものであることを特徴とする請求項１記載の生体情報計測装置。
【請求項８】
上記制御値切替え手段により制御値を切替える時間間隔は、上記変化量計測手段で変化量を計測する時聞間隔と同じか、あるいはそれよりも短いことを特徴とする請求項１記載の生体情報計測装置。
【請求項９】
上記変化量計測手段は、速度あるいは所定時間経過後の予想圧力値の一方または両方を用いてカフの変化量を計測するものであることを特徴とする請求項１記載の生体情報計測装置。
【請求項１０】
上記変化量計測手段は、カフの変化量を計測する際に、カフ圧力検出手段から得られた出力値の所定数の移動平均値を用いるものであることを特徴とする請求項１記載の生体情報計測装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、血圧、脈波などの生体情報を計測するための生体情報計測装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
血圧測定装置などの生体情報計測装置では、一般にカフ圧迫法を用いて生体情報計測を行うが、この場合、動脈が完全に閉塞するまでカフを加圧し、その後、徐々に減圧してカフ圧に重畳した動脈の脈波信号を捉え、その振幅変化などを基に最高、最低血圧を判定したり、あるいは所定の速度範囲内で加圧しながら脈波信号などを抽出する。
【０００３】
この時、加圧過程において血圧値を決定する血圧測定装置で血圧判定精度を確保するには、少なくとも血圧判定に必要な区間を所定の速度範囲内で加圧する必要があり、このような加圧特性を実現するために、測定中の加圧速度などを計測してカフ加圧用のポンプ駆動のフィードバック制御を一般的に行っている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、カフ圧には生体から発せられる圧脈波が重畳しており、この脈動成分は速度などを計測するうえにおいて外乱として作用するため、加圧速度をフィードバック制御するのに必要となる現時点での加圧速度や圧力値はその計測が困難であり、脈動成分に応答して加圧手段（ポンプ）が制御されてしまった場合、制御系が発振状態に陥って適切な加圧制御ができなくなる問題や、血圧判定などに必要な脈波情報を歪ませたり、生体情報の圧力軸上の検出の分解能が変動してしまうといった問題（周期的変動による影響）が生じていた。また、脈動や体動といった急激な圧力変化に、制御系が過敏に反応してしまうことが発生した。
【０００５】
従って、カフ圧に重畳する圧脈波の影響を回避するために、ローパスフィルタでカフ圧信号から脈動成分を分離したうえで制御を行ったり、脈波が発生しない比較的低圧でのみ制御を行い、あとは所定値でポンプを駆動する方式などが採用されているのが実情である。
【０００６】
しかし、ローパスフィルタを用いる場合には制御系が複雑になったり、時間遅れが発生する。また、脈波が発生しない比較的低圧でのみ制御を行い、あとは所定値でポンプを駆動する場合は、加圧速度の安定性（直線性）が悪くなる。
【０００７】
本発明は上記に鑑みなされたものであり、脈波の重畳するカフ圧を適切な応答速度で制御して脈波情報などを歪ませることが無く、血圧値などを的確に測定することができる生体情報計測装置の提供を目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明の生体情報計測装置は、被験者に装着されるカフと、カフを加圧する加圧手段と、カフを減圧する減圧手段と、カフ圧を検出するカフ圧力検出手段と、加圧手段あるいは減圧手段を制御する制御手段と、カフより被測定部位の生体信号をカフ圧力の変化に基づき検出する手段を備える生体情報計測装置において、前記制御手段は、所定の時間間隔でカフの変化量を計測する変化量計測手段と、前記変化量計測手段より得られた結果と所定の制御目標値との差及び所定のフィードバックゲインから必要な補正量を算出する補正量算出手段と、この補正量に基づいて制御値を決定する制御値決定手段と、制御値を切替える制御値切替え手段とを有し、前記所定の時間間隔Ｈは、測定対象とする最長脈拍周期ｆに対し、Ｈ＞０．５ｆに設定され、且つ、前記補正量算出手段は算出する補正量に制限を設けていることを特徴とする。
【０００９】
上記補正量算出手段としては、上記変化量計測手段より得られた結果と制御目標値との差が所定の範囲を逸脱する場合に、所定範囲の上限値あるいは下限値と制御目標値との差をもって補正量を算出するようにしたものを好適に用いることができる。
【００１０】
また、上記補正量算出手段は、前回の制御値に対する所定の割合の範囲内で補正量を算出するようにしたものであってもよい。
【００１１】
また、上記補正量算出手段は、上記変化量計測手段より得られた結果と制御目標値との差が所定範囲内である場合には、補正量をゼロとする制御不感帯を設けたものであってもよい。
【００１２】
また、上記補正量算出手段は、所定圧力においてフィードバックゲインを切替えるものであってもよい。
【００１３】
また、上記制御値決定手段は、圧力によって規定される所定の計算式で算出される下限値を下回らない範囲で制御値を決定するものが好ましい。
【００１４】
また、上記制御値決定手段は、所定電圧において、圧力によって規定される所定の計算式を切替えるものであってもよい。
【００１５】
また、上記制御値切替え手段により制御値を切替える時間間隔は、上記変化量計測手段で変化量を計測する時聞間隔と同じか、あるいはそれよりも短いことが好ましい。
【００１６】
さらに上記変化量計測手段は、速度あるいは所定時間経過後の予想圧力値の一方または両方を用いてカフの変化量を計測するものが好ましい。
【００１７】
また、上記変化量計測手段は、カフの変化量を計測する際に、カフ圧力検出手段から得られた出力値の所定数の移動平均値を用いるものであってもよい。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下本発明を実施の形態の一例に基づいて詳述すると、図２は本実施例の生体情報計測装置の構成を示すブロック図であり、カフ１には、カフ１に空気を送り込む加圧手段としてのポンプ２と、圧力センサ３と、急速排気弁４とが接続されている。圧力センサ３で検出されたカフ圧はマイクロコンピュータからなる制御回路（以下、ＭＰＵ）５に取り込まれ、急速排気弁４もＭＰＵ５によって開閉制御される。ポンプ２はＤＣモータで駆動されるもので、該ＤＣモータの回転数がＭＰＵ５によるパルス信号（デューティ比）によってＰＷＭ制御されることで加圧制御がなされる。さらに、ＭＰＵ５には表示部６と測定開始ボタン７とが接続されている。
【００１９】
ＭＰＵ５は、ポンプ２と急速排気弁４とを制御する機能や、圧力センサ３で検出されたカフ圧を取り込む機能のほか、所定の時間間隔で加圧速度を計測する機能と、この加圧速度と所定の加圧制御目標値との速度差、及び、所定のフィードバックゲインから必要な補正量を算出する機能、この補正量に基づいてポンプ２の回転数を制御するためのデューティ比を決定する機能、デューティ比を切替えるデューティ比切替え機能、更には、カフ圧信号から脈波成分を抽出して血圧値及び脈拍値を決定する機能等を有している。血圧値及び脈拍値は測定終了後、表示部６に表示される。
【００２０】
以下、本実施例の生体情報計測装置の動作について説明する。カフ１を被験者の手首に巻付け、測定開始ボタン７を押すと生体情報計測装置の電源が入り加圧が開始される。カフ圧は最低血圧値の測定に影響を与えない圧力値（例えば３０ｍｍＨｇ）まで急速に加圧した後、血圧測定のために微速加圧（例えば４±１ｍｍＨｇ／ｓｅｃ）に切り替わる。ＭＰＵ５は、圧力センサ３で検出されたカフ圧をもとに所定の時間間隔Ｈあたりの加圧速度を順次計測する。時間間隔Ｈは測定対象とする最長脈拍周期ｆに対し、Ｈ＞０．５ｆとなるように設定され、本実施例では、最長脈拍周期を２．０ｓｅｃ（３０拍／分）、時間間隔Ｈを１．２ｓｅｃとしている。
【００２１】
時間間隔Ｈを上記のように設定しているのは次の理由による。図１は脈拍周期は２．０ｓｅｃの被験者におけるカフ圧信号の一部を示しているが、カフ圧信号には脈波成分が重畳するため、脈波の山と谷に同期するタイミング（１ｓｅｃ間隔）で加圧速度が計測された場合には、実際の加圧速度に対して過大・過小評価が繰り返されることになり、結果として制御系は発振状態に陥り、適切な加圧制御ができなくなるおそれがある。このような事態を回避するために、加圧速度を計測する時間間隔Ｈは測定対象とする最長脈拍周期ｆに対してＨ＞０．５ｆとすることで、脈波の周期的な変動による影響を受けにくくしている。上述した関係式によれば、時間間隔Ｈを長くするほど脈波の周期的な変動の影響を受けにくくなり、実際の加圧速度に近い値を計測することが可能になることは明らかである。
【００２２】
ＭＰＵ５は、加圧速度をフィードバックし、所定の加圧制御目標値α（例えば４ｍｍＨｇ／ｓｅｃ）との速度差及び所定のフィードバックゲインに基づいて必要な制御補正量を算出する。このとき、計測された加圧速度が予め設定された速度範囲（例えば４±２ｍｍＨｇ／ｓｅｃ）を逸脱している場合には、体動や脈動などの急激な圧力変動の影響を受けているとみなし、計測された加圧速度の代わりに前記速度範囲の上限値又は下限値を用いて補正量を算出する。具体的には、計測された加圧速度が７ｍｍＨｇ／ｓｅｃの場合には、速度範囲の上限値である６ｍｍＨｇ／ｓｅｃと加圧制御目標値４ｍｍＨｇ／ｓｅｃとの速度差及び前記フィードバックゲインに基づいて必要な補正量を算出する。
【００２３】
また、計測された加圧速度が２ｍｍＨｇ／ｓｅｃ未満である場合には、速度範囲の下限値である２ｍｍＨｇ／ｓｅｃと加圧制御目標値４ｍｍＨｇ／ｓｅｃとの速度差及び前記フィードバックゲインに基づいて必要な補正量を算出する。このように、本実施例では、体動や脈動などの急激な圧力変動に制御系が過敏に反応し、その結果、血圧判定に必要な脈波情報を歪ませてしまうといったことが無いように、算出される補正量に制限を設けている。
【００２４】
補正量が算出された後、ＭＰＵ５は、この補正量に基づいてポンプ２の回転数を制御するためのデューティ比を決定し、加圧速度を計測するのと同じタイミングで切替えを行う（図３参照）。図中のＴはデューティ比の切替え間隔を示している。なお、デューティ比の切替えは、図４のように、加圧速度を計測する時間間隔より短くても良く、この場合には脈波の周期的な変動の影響を受けにくくする効果を保ったまま、制御系の応答速度を速くすることが可能となる。
【００２５】
ＭＰＵ５は更にカフ圧信号より脈波信号を抽出し、脈波信号から脈波値を抽出し、例えば血圧を測定する。血圧値決定後、ＭＰＵ５はポンプ２を停止させるとともに、急速排気弁４を開放にして排気し、最高血圧値、最低血圧値、脈拍値等を表示部６に表示して測定を終了する。なお、血圧値の決定方法はオシロメトリック法に限定されるものでは無く、コロトコフ法を用いるものであっても良い。
【００２６】
以上述べたように、本例によれば、加圧速度を計測する時間間隔Ｈを、測定対象とする最長脈拍周期ｆに対し、Ｈ＞０．５ｆとなるように設定するとともに補正量に制限を設けることによって、脈動による周期的な変動の影響や、体動・脈動などによる急激な圧力変動の影響を受けることなく、簡単な構成で、脈波の重畳するカフ圧を適切な応答速度で制御することが可能となる。
【００２７】
なお、上記の例では、計測された加圧速度が所定の速度範囲を逸脱した場合、速度範囲の上限値又は下限値に基づいて補正量を算出しているため、補正量の制限は現在カフ圧やデューティ比に関わらず制御圧力範囲で一律に設けられることになるが、前回の制御値に対する所定の割合をもって補正量に制限を設けるようにしてもよい。この場合、所定の割合を例えば５％とすると、前回の制御値であるデューティ比に対する５％の範囲内で補正量を算出する。ポンプ２の吐出流量は手首の太さやカフの巻き方、さらには圧力によって変化し、補正量が同じ値であっても対象や状況が違えば制御を行う上での重みが異なるため、デューティ比の変化に応じて補正量の制限を変化させることで、より適切な加圧制御が可能になる。
【００２８】
図５はＭＰＵ５が補正量を算出する際の他例を説明したもので、ここでは補正量の制限に加え、計測された加圧速度と加圧制御目標値αとの速度差が所定の速度範囲内である場合には、補正量をゼロとする制御不感帯Ｂを設けている。図中のＡが制御対象領域である。ＭＰＵ５は測定中の加圧速度を計測した後、所定の加圧制御目標値α（例えば４．０ｍｍＨｇ／ｓｅｃ）との速度差から必要な制御補正量を算出するが、この速度差が所定の速度範囲内（例えば±０．５ｍｍＨｇ／ｓｅｃ）の場合には補正量をゼロとし、ＭＰＵ５は前回値のデューティ比を継続して出力する。このように制御不感帯Ｂを設けることで、血圧判定精度に影響を及ぼさない微小な速度変化やカフ圧のゆらぎ等に対し、制御系が過敏に反応することがなくなるために制御安定性を更に高めることができる。
【００２９】
本例において、補正量を算出するためのフィードバックゲインは、制御圧力範囲で一定値を設けるほか、所定圧力においてフィードバックゲインを切替えるようにしてもよい。このような切り替えを行えば、制御圧力範囲で一律に補正量の制限を設けた場合であっても、低圧では過敏な制御を行わず、しかも高圧ではゲイン不足による制御能力の低下で加圧速度が低下してしまうといったことを無くすことができ、圧力に応じた適切な制御が可能となる。
【００３０】
また、上記の例においてポンプ２の回転数を制御するデューティ比を決定する際、ポンプ２のコントロールできるデューティ比下限値との比較を行うようにすれば、さらに安定した測定を行うことができる。
【００３１】
ポンプのコントロール可能な流量範囲が、手首の太さやカフ巻き方等のばらつきを吸収するのに必要な流量範囲をカバーできない場合、例えば、被測定部位が細く、かつ被測定部位にカフを強く巻いた条件で必要な流量がポンプのコントロールできる最少流量を下回る場合には、加圧速度が速くなるためにＭＰＵ５はデューティ比を下げ続け、最低駆動電力以下でポンプを動作させることになり、測定中にポンプが停止するといった問題が生じる可能性がある。
【００３２】
このような事態を回避するために、ＭＰＵ５はポンプ２の回転数を制御するためのデューティ比Ａｎを仮決定した後、さらに圧力で規定される所定の計算式より現在カフ圧に基づいてデューティ比下限値Ａｐｉを算出し、デューティ比Ａｎがデューティ比下限値Ａｐｉを超えているか否かを判定する。この判定がＹＥＳの場合には、そのままデューティ比Ａｎを出力して前回値との切替えを行う。一方、判定がＮＯの場合には、デューティ比下限値Ａｐｉを出力して前回値との切替えを行う。このように、ポンプ２の回転数を制御するデューティ比を決定する際、デューティ比下限値との比較を行うことによって、ポンプが停止するといった問題を生じさせること無く測定を行うことが可能になる。
【００３３】
なお、デューティ比下限値を求めるための前記所定の計算式は、電池電圧の使用範囲で一つの式を使用するものであっても良いが、所定の電池電圧において計算式を切替えるものであっても良い。デューティ比下限値はポンプに印加される電圧によって変化し、またその変化度合いは圧力によっても異なるため、全ての測定条件に適用できる計算式を設けることは困難であり、また複雑になった場合にはＭＰＵに対する負荷も増大する。従って、計算式を複数設け、所定の電池電圧において計算式を切替えるようにすれば、電池電圧や圧力などが変化しても適切にデューティ比下限値を求めることが可能になる。
【００３４】
また、上記実施例では、所定の時間間隔で計測される加圧速度を用いて制御補正量を算出する例を示しているが・別の実施例として所定時間後の予想圧力値を制御目標値とし、この目標値を時間とともに変化させて実圧力値との圧力差から制御補正量を算出するものであっても良く、更には両方を用いるものであっても良い。また、カフ圧の変化量（カフ圧そのもの、あるいは加圧速度）を計測する際には、圧力センサ３で検出されたカフ圧信号の所定数（例えば３〜５）の移動平均値を用いるものであっても良く、この場合には平滑化によってポンプリップル等のノイズに影響されにくくなる。
【００３５】
【発明の効果】
以上のように本発明においては、脈動の周期的な変動による影響について、所定の時間間隔Ｈを脈動と同期しないように測定対象とする最長脈拍周期ｆに対し、Ｈ＞０．５ｆとなるように設定し、且つ、体動、脈動などによる急激な圧力変動による影響については、前記補正量算出手段が算出する補正量に制限を設けていることから、脈動との同期や急激な圧力変化による影響を避けることができるものであり、従って脈波の重畳するカフ圧を適切な応答速度で制御することができると同時に血圧測定などに必要な脈波情報などを歪ませることが無く、血圧値などを的確に測定することができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の一例の動作説明図である。
【図２】同上のブロック図である。
【図３】同上の他例の動作説明図である。
【図４】同上の更に他例の動作説明図である。
【図５】同上の別の例の動作説明図である。
【符号の説明】
１  カフ
２  ポンプ
３  圧力センサ
４  急速排気弁
５  制御回路（ＭＰＵ）
【図１】
0003975834.tif 000002
【図２】
0003975834.tif 000003
【図３】
0003975834.tif 000004
【図４】
0003975834.tif 000005
【図５】
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