JP2014014555A - 電子血圧計および血圧測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】容積補償法により非観血的に１心拍ごとの血圧測定を行う場合に、被測定者の属性によらず、フィードバック制御の制御ゲインを適切に設定すること。
【解決手段】カフの圧力を変化させて、動脈容積信号の脈波による変化成分を表す動脈容積変化信号の振幅が最大になった振幅最大時点の動脈容積信号の直流成分を、動脈容積についての制御目標値として決定する（Ｓ４）。その後、フィードバック制御を行って、動脈容積信号が制御目標値と一致するように、カフの圧力を制御する（Ｓ６）。振幅最大時点を含む期間の動脈容積変化信号と、フィードバック制御の制御ゲイン調整中のカフ圧信号との間の相互相関関数を算出する（Ｓ７）。相互相関関数が閾値以上になった時点の制御ゲインを、最適な制御ゲインとして決定する（Ｓ１０）。
【選択図】図２

Description

この発明は電子血圧計および血圧測定方法に関し、より詳しくは、容積補償法により非観血的に１心拍ごとの血圧測定を行う電子血圧計および血圧測定方法に関する。

例えば特許文献１（特公平１−３１３７０号公報）には、容積補償法により非観血的に１心拍ごとの血圧測定を行う血圧測定方法が開示されている。この血圧測定方法では、心臓の拍動により変化する動脈の容積信号（これを「ＰＧｄｃ」とする。）を、光電センサなどの動脈容積センサにより検出する。そして、その容積信号ＰＧｄｃが、予め検出された動脈内圧（血圧）と被測定部位に巻きつけられたカフの内圧（カフ圧）とが平衡する圧力での動脈容積（これを「制御目標値Ｖ０」とする。）と常に一致するようにカフ圧を制御する。この制御中のカフ圧は常に血圧と平衡することになるため、この制御されているカフ圧を検出することで連続的に１心拍ごとの血圧を測定することが可能となる。

上記カフ圧を制御するために、通常、フィードバック制御の一種であるＰＩＤ（比例・積分・微分）制御が用いられている。この場合、制御目標値Ｖ０と容積信号ＰＧｄｃとの差が最小になるようにＰＩＤ制御の制御ゲインを調整する。

従来は、例えば非特許文献１（K.Yamakoshi et. al., Indirect Measurement of Instantaneous Arterial Blood Pressure in the Human Finger by the Vascular Unloding Technique, IEEE Trans. Bio-Med. Eng., BME-27(3), p150-155, 1980）に開示されているように、制御ゲインの最適値を動脈容積の変化信号（これを「ＰＧａｃ」とする。）によって決定していた。具体的には、まず、制御目標値Ｖ０を決定した時点の動脈容積変化信号ＰＧａｃの振幅（これを「ＰＧａｃ＿Ｖ０」とする。）を記憶しておく。次に、ＰＩＤ制御の制御ゲインを調整しながら、その時点での動脈容積変化信号ＰＧａｃと前記ＰＧａｃ＿Ｖ０とを比較し、その比率が所定割合以下となった時点を最適制御ゲインとする。

特公平１−３１３７０号公報

山越憲一（K.Yamakoshi）ら著,「血管に負荷をかけずに人間の指の瞬時動脈血圧を間接的に測定する方法（Indirect Measurement of Instantaneous Arterial Blood Pressure in the Human Finger by the Vascular Unloding Technique）」,（米国），アイ・イー・イー・イー トランザクションズ・バイオメディカル・エンジニアリング（IEEE Trans. Bio-Med. Eng.），１９８０年３月発行，ＢＭＥ−２７巻，第３号，Ｐ１５０−１５５

これまで、ＰＩＤ制御の制御ゲインを調整する際に、動脈容積変化信号ＰＧａｃと前記ＰＧａｃ＿Ｖ０との比率が３０％以下の割合になれば、算出される血圧値の誤差が最小になるとされてきた。

しかしながら、被測定者個人個人の動脈の弾性、血液の粘性、動脈の周囲組織、被測定部位の周囲長、脈圧などの属性により、被測定者によっては前記割合が３０％以下にならない人もいる。これらの人に対し、前記割合が３０％以下になるまで制御ゲインを調整すると、制御ゲインが過大となり、制御発振が発生するという問題が生ずる。

そこで、この発明の課題は、容積補償法により非観血的に１心拍ごとの血圧測定を行う場合に、被測定者の属性によらず、フィードバック制御の制御ゲインを適切に設定できる電子血圧計および血圧測定方法を提供することにある。

上記課題を解決するため、この発明の電子血圧計は、
容積補償法により非観血的に１心拍ごとの血圧測定を行う電子血圧計であって、
被測定部位に装着されるカフと、
上記カフの圧力を調節するための圧力調節部と、
上記カフの圧力を検出してカフ圧信号として出力する圧力検出部と、
上記被測定部位の動脈の容積を検出して動脈容積信号として出力する動脈容積検出部と、
上記圧力調節部によって上記カフの圧力を変化させて、上記動脈容積信号の脈波による変化成分を表す動脈容積変化信号の振幅が最大になった振幅最大時点の上記動脈容積信号の直流成分を、動脈容積についての制御目標値として決定する第１制御部と、
上記制御目標値が決定された後、フィードバック制御を行って、上記動脈容積信号が上記制御目標値と一致するように、上記圧力調節部によって上記カフの圧力を制御する第２制御部とを備え、
上記第２制御部は、上記振幅最大時点を含む期間の上記動脈容積変化信号と、上記フィードバック制御の制御ゲイン調整中に上記圧力検出部が出力するカフ圧信号との間の相互相関関数を算出し、上記相互相関関数が予め設定された閾値以上になった時点の制御ゲインを、上記フィードバック制御のために用いるべき制御ゲインとして決定することを特徴とする。

本明細書で、「被測定部位」とは、手首や上腕など、身体の動脈が通っている部位であれば良い。

また、上記フィードバック制御の「制御ゲイン」とは、上記動脈容積信号の変化成分を抑制して上記動脈容積信号が上記制御目標値と一致するように、上記動脈容積信号の変化成分に基づいて上記カフの圧力（すなわち上記カフ圧信号）を制御するための制御ゲインを意味する。上記フィードバック制御としては、例えばＰＩＤ制御、すなわち、比例制御（Proportional Control）と積分制御（Integral Control）と微分制御（Derivative Control）とを組み合わせて、制御対象を制御目標値に収束させる制御が挙げられる。

この発明の電子血圧計では、第１制御部が、上記圧力調節部によって上記カフの圧力を変化させる。上記動脈の内圧と上記カフの圧力とが平衡したとき、上記動脈容積信号の脈波による変化成分を表す動脈容積変化信号の振幅が最大になる。第１制御部は、この振幅最大時点の上記動脈容積信号の直流成分を、動脈容積についての制御目標値として決定する。上記制御目標値が決定された後、第２制御部が、フィードバック制御を行って、上記動脈容積信号が上記制御目標値と一致するように、上記圧力調節部によって上記カフの圧力を制御する。上記第２制御部は、上記振幅最大時点を含む期間の上記動脈容積変化信号と、上記フィードバック制御の制御ゲイン調整中に上記圧力検出部が出力するカフ圧信号との間の相互相関関数を算出し、上記相互相関関数が予め設定された閾値以上になった時点の制御ゲインを、上記フィードバック制御のために用いるべき制御ゲインとして決定する。したがって、被測定者の属性（個人個人の動脈の弾性、血液の粘性、動脈の周囲組織、被測定部位の周囲長、脈圧など）によらず、適切な制御ゲインを決定することができる。この結果、上記動脈の内圧と上記カフの圧力とが常に一致した状況で、上記圧力検出部が出力するカフ圧信号に基づいて、連続的に１心拍ごとの血圧を精度良く測定することができる。

一実施形態の電子血圧計では、上記第２制御部は、上記相互相関関数がピークを示した時点の制御ゲインを、上記フィードバック制御のために用いるべき制御ゲインとして決定することを特徴とする。

なお、上記相互相関関数の「ピーク」は、１心拍ごとに生ずる。

この一実施形態の電子血圧計では、上記フィードバック制御のために用いるべき制御ゲインを、さらに適切に決定することができる。

一実施形態の電子血圧計では、上記第２制御部は、上記相互相関関数が上記閾値以上であるピークを少なくとも２拍以上について継続的に示した時点の制御ゲインを、上記フィードバック制御のために用いるべき制御ゲインとして決定することを特徴とする。

この一実施形態の電子血圧計では、上記フィードバック制御のために用いるべき制御ゲインを、さらに適切に決定することができる。

一実施形態の電子血圧計では、上記第２制御部は、上記相互相関関数を少なくとも１心拍分の期間にわたって算出することを特徴とする。

この一実施形態の電子血圧計では、上記フィードバック制御のために用いるべき制御ゲインを、さらに適切に決定することができる。

一実施形態の電子血圧計では、上記振幅最大時点を含む期間の上記動脈容積変化信号を記憶する記憶部を備えたことを特徴とする。

この一実施形態の電子血圧計では、上記第２制御部は、上記記憶部に記憶された上記動脈容積変化信号を用いて、上記相互相関関数を容易に算出することができる。このことは、少なくとも１心拍分の期間にわたって上記相互相関関数を算出する場合に、特に有利である。

また、本発明の血圧測定方法は、
容積補償法により非観血的に１心拍ごとの血圧測定を行う血圧測定方法であって、
被測定部位にカフを装着し、
圧力検出部によって上記カフの圧力を検出してカフ圧信号として出力させるとともに、
動脈容積検出部によって上記被測定部位の動脈の容積を検出して動脈容積信号として出力させながら、
圧力調節部によって上記カフの圧力を変化させて、上記動脈容積信号の脈波による変化成分を表す動脈容積変化信号の振幅が最大になった振幅最大時点の上記動脈容積信号の直流成分を、動脈容積についての制御目標値として決定し、
上記制御目標値が決定された後、フィードバック制御を行って、上記動脈容積信号が上記制御目標値と一致するように、上記圧力調節部によって上記カフの圧力を制御する血圧測定方法において、
上記振幅最大時点を含む期間の上記動脈容積変化信号と、上記フィードバック制御の制御ゲイン調整中に上記圧力検出部が出力するカフ圧信号との間の相互相関関数を算出し、上記相互相関関数が予め設定された閾値以上になった時点の制御ゲインを、上記フィードバック制御のために用いるべき制御ゲインとして決定することを特徴とする血圧測定方法。

この血圧測定方法によれば、被測定者の属性（個人個人の動脈の弾性、血液の粘性、動脈の周囲組織、被測定部位の周囲長、脈圧など）によらず、適切な制御ゲインを決定することができる。この結果、上記動脈の内圧と上記カフの圧力とが脈拍にかかわらず一致した状況で、上記圧力検出部が出力するカフ圧信号に基づいて、連続的に１心拍ごとの血圧を精度良く測定することができる。

以上より明らかなように、この発明の電子血圧計および血圧測定方法によれば、容積補償法により非観血的に１心拍ごとの血圧測定を行う場合に、被測定者の属性によらず、フィードバック制御の制御ゲインを適切に設定できる。

この発明の一実施形態の電子血圧計のブロック構成を示す図である。 上記電子血圧計による血圧測定処理のフローを示す図である。 上記血圧測定処理を実行するときのカフ圧Ｐｃ、動脈容積信号ＰＧｄｃ、動脈容積変化信号ＰＧａｃの経時変化を示す図である。 動脈の力学特性を示すグラフである。 上記血圧測定処理において動脈容積信号のための制御目標値を決定するフローを示す図である。 上記血圧測定処理において、上記動脈容積信号を上記制御目標値に一致させるフィードバック制御のために用いるべき制御ゲインを決定する仕方を説明する図である。

以下、この発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。

図１は、一実施形態の電子血圧計（以下、適宜、単に「血圧計」という。）のブロック構成を示している。

この血圧計は、被測定部位に装着されるカフ２０と、このカフ２０に内包された空気袋２１にエアチューブ３１を介して接続された圧力検出部３０および圧力調整部５０と、動脈容積検出部７０と、この血圧計全体の動作を制御するＣＰＵ（Central Processing Unit；中央演算処理装置）１００と、表示部４０と、第１メモリ４２および第２メモリ４３と、操作部４１と、電源４４と、時計４５とを備えている。

カフ２０が被測定部位に装着された状態で、空気袋２１は被測定部位を圧迫するために用いられる。なお、カフ２０には空気袋２１が含まれ、流体として空気が供給されることとしたが、カフ２０に供給される流体は空気に限定されるものではなく、例えば液体やゲルであってもよい。

圧力検出部３０は、カフ２０の圧力、より正確には空気袋２１内の圧力を検出するための圧力センサ３２と、発振回路３３とを含んでいる。圧力センサ３２は、この例では静電容量形の圧力センサであり、カフ圧に応じて容量値が変化する。発振回路３３は、圧力センサ３２の容量値に応じた発振周波数の信号をＣＰＵ１００に出力する。ＣＰＵ１００は、発振回路３３から得られる信号を圧力に変換して、カフ圧を表すカフ圧信号Ｐｃとして取得する（以下では、適宜「カフ圧Ｐｃ」という。）。

圧力調整部５０は、空気袋２１に空気を供給するためのポンプ５１と、ＣＰＵ１００から与えられる制御信号に基づいてポンプ５１の駆動を制御するポンプ駆動回路５３と、空気袋２１の空気を排出しまたは封入するために開閉される弁５２と、ＣＰＵ１００から与えられる制御信号に基づいて弁５２の開閉を制御する弁駆動回路５４とを含んでいる。

動脈容積検出部７０は、カフ２０内の空気袋２１の内側に所定の間隔に配置された光電センサとしての発光素子７１および受光素子７２と、発光素子駆動回路７３と、動脈容積検出回路７４とを含んでいる。発光素子駆動回路７３は、ＣＰＵ１００からの指令信号に応じて発光素子７１を所定のタイミングで発光させる。発光素子７１は、被測定部位を通る動脈に対して光を照射する。受光素子７２は、被測定部位の動脈を透過し又は動脈によって反射された光、すなわち動脈の容積を反映した光を受光する。動脈容積検出回路７４は、受光素子７２からの出力を電圧値に変換して、動脈の容積を表す動脈容積信号ＰＧｄｃとして取得する（フォトプレチスモグラフィ法）。

なお、動脈容積検出部７０は、動脈の容積が検出できるものであればよく、例えばインピーダンスプレチスモグラフィ法により、インピーダンスセンサを用いて動脈の容積を検出するものであってもよい。その場合、発光素子７１および受光素子７２に代えて、動脈を含む部位のインピーダンスを検出するための複数の電極（被測定部位に電圧を印加する電極対、被測定部位に流れる電流を検出する電極対）が用いられる。

表示部４０は、例えば液晶ディスプレィまたはＥＬ（エレクトロルミネッセンス）ディスプレィ等により構成され、ＣＰＵ１００から受けた信号に応じて、血圧値、血圧波形、脈拍数などの血圧に関する情報を表示する。

第１メモリ４２は、ＣＰＵ１００に後述の血圧測定処理の制御を行わせるプログラムや、制御のための各種データを記憶する。

第２メモリ４３は、測定された血圧に関する情報を記憶する。

操作部４１は、電源をオンまたはオフするための指示の入力を受付ける電源スイッチ４１Ａと、測定開始の指示を受付けるための測定スイッチ４１Ｂと、測定停止の指示を受付けるための停止スイッチ４１Ｃと、第２メモリ４３に記録された血圧に関する情報を読み出す指示を受付けるための記録呼出スイッチ４１Ｄとを含んでいる。

電源４４は、電源スイッチ４１Ａに対する操作に応じて、この血圧計の各部（ＣＰＵ１００を含む）に電力を供給し又は供給を停止する。

時計４５は、計時動作を行い、ＣＰＵ１００の動作のための基準クロックとして働く。

図２は、この血圧計による血圧測定処理のフローを示している。この血圧計は、容積補償法により非観血的に１心拍ごとの血圧測定を行う。

具体的には、まず、ユーザが電源スイッチ（ＳＷ）４１Ａを押す（ステップＳ１）。すると、ＣＰＵ１００が、血圧計の初期化として、ＣＰＵ１００の処理用メモリ領域を初期化する。また、圧力調整部５０によってカフ２０（の空気袋２１）内の空気を排気し、この時点の圧力検出部３０の出力（カフ圧信号Ｐｃ）を０ｍｍＨｇとする補正を行う（ステップＳ２）。

次に、ユーザが測定スイッチを押す（ステップＳ３）。すると、ＣＰＵ１００が、容積補償法における動脈容積についての制御目標値Ｖ０、制御初期カフ圧ＰＣ＿Ｖ０を決定するとともに、制御ゲイン判定用動脈容積変化信号ＰＧａｃ＿Ｖ０（ｔ）を取得する（ステップＳ４）。

ここで、動脈容積についての制御目標値Ｖ０について、動脈の力学特性を示す図４を用いて説明する。図４の横軸は、動脈の内外圧差Ｐｔｒ、縦軸は動脈容積Ｖを表している。動脈の内外圧差Ｐｔｒは、動脈内圧Ｐａとカフ圧（カフ圧信号で表される）Ｐｃとの差に相当する。

この図４に示されるように、動脈の力学特性では、動脈内外圧差Ｐｔｒが０（平衡状態）のとき、動脈のコンプライアンスが最大となり、脈圧変動による動脈容積変化量ΔＶが最大となる。そこで、容積補償法では、カフ圧Ｐｃを徐々に加圧していく過程で動脈容積変化信号ＰＧａｃの振幅が最大となる点を求め、動脈容積変化信号ＰＧａｃの振幅が最大となった時点（振幅最大時点）での動脈容積信号ＰＧｄｃの値（直流成分を指す。）を動脈容積についての制御目標値Ｖ０として決定する。

具体的には、ＣＰＵ１００が第１制御部として働いて、図５に示すフローに従って動脈容積についての制御目標値Ｖ０を次のようにして決定する。

まず、ＣＰＵ１００は、第１メモリ４２内に確保されている、暫定的な動脈容積信号（これをＰＧｄｃ＿ｔｅｍｐとする。）を格納すべきメモリ領域Ｍ１、暫定的な動脈容積変化信号最大値（これをＰＧａｃ＿ｔｅｍｐとする。）を格納すべきメモリ領域Ｍ２、暫定的な制御初期カフ圧値（これをＰｃ＿ｔｅｍｐとする。）を格納すべきメモリ領域Ｍ３を、それぞれ初期化する（ステップＳ１０１）。

ここで、第１メモリ４２は、次のようなメモリ領域Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３を有しているものとする。
（第１メモリ４２）

次に、弁５２を閉じ（ステップＳ１０２）、ポンプ５１によりカフ圧Ｐｃを徐々に加圧していく（ステップＳ１０３）。このカフ圧Ｐｃを加圧していく途中で、動脈容積検出部７０によって、被測定部位の動脈の容積を表す動脈容積信号ＰＧｄｃ、および、動脈容積信号ＰＧｄｃの脈波による変化成分である動脈容積変化信号ＰＧａｃを検出する（ステップＳ１０４）。

なお、図３の上段にカフ圧Ｐｃの時間による変化を示し、図３の中段にカフ圧Ｐｃに応じて変化する動脈容積信号ＰＧｄｃを示し、また、図３の下段に動脈容積変化信号ＰＧａｃを示している。最初の時間０〜０．２［ｍｉｎ］の段階では、カフ圧Ｐｃは上昇し、動脈容積信号ＰＧｄｃは低下し、動脈容積変化信号ＰＧａｃは増加する。

次に、図５中のステップＳ１０５に示すように、検出した動脈容積変化信号ＰＧａｃの振幅と動脈容積変化信号最大値ＰＧａｃ＿ｔｅｍｐを比較する。ここで、動脈容積変化信号ＰＧａｃの振幅が動脈容積変化信号最大値ＰＧａｃ＿ｔｅｍｐよりも大きい場合（ステップＳ１０５でＹＥＳ）、その時点での動脈容積変化信号ＰＧａｃの振幅を用いてメモリ領域Ｍ２に格納された動脈容積変化信号最大値ＰＧａｃ＿ｔｅｍｐを更新する（ステップＳ１０６）。これとともに、その時点での動脈容積信号ＰＧｄｃの値を用いてメモリ領域Ｍ１に格納された動脈容積信号ＰＧｄｃ＿ｔｅｍｐを更新し、また、その時点でのカフ圧Ｐｃを用いてメモリ領域Ｍ３に格納された制御初期カフ圧値Ｐｃ＿ｔｅｍｐを更新する。

図３の例では、最初の時間０〜０．２［ｍｉｎ］の段階では、動脈容積信号ＰＧｄｃ＿ｔｅｍｐ、動脈容積変化信号最大値ＰＧａｃ＿ｔｅｍｐおよび制御初期カフ圧Ｐｃ＿ｔｅｍｐは、暫定的な値である。この図３の例では、動脈容積変化信号ＰＧａｃの振幅は、加圧開始から約０．２［ｍｉｎ］経過した時点（振幅最大時点）で最大値を示し、この最大値がＰＧａｃ＿Ｍａｘとしてメモリ領域Ｍ２に保持される。また、その振幅最大時点での動脈容積信号ＰＧｄｃ＿ｔｅｍｐの値がメモリ領域Ｍ１に保持され、その振幅最大時点での制御初期カフ圧値Ｐｃ＿ｔｅｍｐがメモリ領域Ｍ３に保持される。

上記振幅最大時点を過ぎると、動脈容積変化信号ＰＧａｃの振幅が動脈容積変化信号最大値ＰＧａｃ＿ｔｅｍｐよりも小さくなるので（図５中のステップＳ１０５でＮＯ）、メモリ領域Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３の内容が更新されることはない。

次に、図５中のステップＳ１０７に示すように、カフ圧が所定圧（これをＰｃ＿Ａとする。）に達したか否かを判断する。ここで、カフ圧が所定圧Ｐｃ＿Ａに達していなければ（ステップＳ１０７でＮＯ）、ステップＳ１０３からステップＳ１０６までの処理を繰り返す。この所定圧Ｐｃ＿Ａとしては、被測定者の収縮期血圧より十分に高い圧力を用いる。例えばＰｃ＿Ａとして、１８０ｍｍＨｇなどの固定値を用いても良いし、前記加圧中に算出される収縮期血圧に３０ｍｍＨｇを加えた値を用いても良い。なお、加圧中に収縮期血圧を決定するには、例えば動脈容積変化信号ＰＧａｃが消失する点を収縮期血圧として決定すれば良い。

カフ圧が所定圧Ｐｃ＿Ａに達したとき（ステップＳ１０７ででＹＥＳ）、その時点でメモリ領域Ｍ１に保持されている動脈容積信号ＰＧｄｃ＿ｔｅｍｐの値を動脈容積についての制御目標値Ｖ０として決定し、その時点でメモリ領域Ｍ３に保持されている制御初期カフ圧値Ｐｃ＿ｔｅｍｐを制御初期カフ圧ＰＣ＿Ｖ０として決定し、また、動脈容積変化信号ＰＧａｃの振幅が最大値ＰＧａｃ＿Ｍａｘを示した時点での１心拍分の動脈容積変化信号ＰＧａｃを制御ゲイン判定用動脈容積変化信号ＰＧａｃ＿Ｖ０（ｔ）として決定する（ステップＳ１０８）。

ここで、第２メモリ４３は、記憶部として働いて、上記振幅最大時点を含む期間（この例では１心拍分の期間）の動脈容積変化信号ＰＧａｃ（これを特に、ＰＧａｃ＿Ｖ０（ｔ）と表す。）を記憶している。

このようにして動脈容積についての制御目標値Ｖ０、制御初期カフ圧ＰＣ＿Ｖ０、制御ゲイン判定用動脈容積変化信号ＰＧａｃ＿Ｖ０（ｔ）が決定された後、図２中のステップＳ５へ進む。

図２中のステップＳ５以降では、ＣＰＵ１００が第２制御部として働いて、次のような処理を行う。

まず、ポンプ駆動回路５３がポンプ５１に印加する電圧を一定にし、弁５２の開き度合いを調整して、カフ圧Ｐｃを制御初期カフ圧ＰＣ＿Ｖ０に設定する（ステップＳ５）。図３の例では、加圧開始から約０．４［ｍｉｎ］経過した時点でカフ圧Ｐｃが制御初期カフ圧ＰＣ＿Ｖ０に設定されている。

次に、図２中のステップＳ６で、ＣＰＵ１００がフィードバック制御としてのＰＩＤ制御を行って、動脈容積変化信号ＰＧａｃを抑制して動脈容積信号ＰＧｄｃが動脈容積についての制御目標値Ｖ０と一致するように、圧力調節部５０によってカフ圧Ｐｃを制御する。

次に、カフ圧（カフ圧信号）Ｐｃと制御目標値Ｖ０との間の一致度を算出する（ステップＳ７）。

この一致度としては、第２メモリ４３に記憶されている制御ゲイン判定用動脈容積変化信号ＰＧａｃ＿Ｖ０（ｔ）と、現在、すなわちＰＩＤ制御の制御ゲイン調整中に、圧力検出部３０が出力するカフ圧信号（これを特に、Ｐｃ＿ＰＩＤ（ｎ）と表す。）との間の相互相関関数ｒ（ｎ）を用いる。この相互相関関数ｒ（ｎ）は、
ｒ（ｎ）＝ΣＰＧａｃ＿Ｖ０（ｔ）×Ｐｃ＿ＰＩＤ（ｎ＋ｔ） …（１）
と表される。ここで、ｔは上記制御ゲイン判定用動脈容積変化信号ＰＧａｃ＿Ｖ０（ｔ）が記録されたときの時刻を表し、ｎは現在経過する時刻を表す。この例では、相互相関関数ｒ（ｎ）は、１心拍分の期間について算出される。

次に、ＰＩＤ制御の制御ゲインが最適かどうかを判断するために、カフ圧Ｐｃと制御目標値Ｖ０との間の相互相関関数ｒ（ｎ）が閾値（αとする。）以上であるか否かを判断する（ステップＳ８）。この例では、閾値α＝０．９とする。この閾値αは予め実験等で決定される値である。なお、ＰＩＤ制御の制御ゲインの初期値は、設定可能な最小値であるものとする。

ここで、相互相関関数ｒ（ｎ）が閾値α未満であると判断された場合は（ステップＳ８でＮＯ）、ＰＩＤ制御ゲインを所定単位だけ大きくして更新する（ステップＳ９）。一方、相互相関関数ｒ（ｎ）が閾値α以上であると判断された場合は（ステップＳ８でＹＥＳ）、ＰＩＤ制御の制御ゲインの更新を停止し、その時点でのカフ圧信号Ｐｃを血圧として決定する（ステップＳ１０）。

これらの処理（ステップＳ６〜Ｓ１０）を、血圧測定停止の指示が入力（停止信号ＯＮ）されるまで継続する（ステップＳ１１でＮＯ）。血圧測定停止の指示は、例えば操作部４１の停止スイッチ４１Ｃによる入力としても良いし、時計４５によって血圧測定開始からの経過時間を計測し、所定時間（例えば３分など）が経過した時点で停止することとしても良い。

血圧測定停止の指示が入力された場合（ステップＳ１１でＹＥＳ）、ポンプ５１を停止し、弁５２を開放し（ステップＳ１２）、血圧測定を終了する。

図６は、上段にＰＩＤ制御を開始した時点からの制御ゲイン調整中のカフ圧Ｐｃ＿ＰＩＤ（ｎ）を示し、下段に上記（１）により算出された相互相関関数ｒ（ｎ）を示している。相互相関関数ｒ（ｎ）のピークは１心拍ごとに生じている。

この図６の例では、ＰＩＤ制御を開始してから約３６秒経過した時点Ｄで、相互相関関数ｒ（ｎ）のピークが、図中に破線で表された閾値α以上になっている。そこで、ＣＰＵ１００は、その時点Ｄの制御ゲインを、ＰＩＤ制御に用いるべき最適な制御ゲインとして決定する。

このように、この血圧計では、相互相関関数ｒ（ｎ）が閾値α以上になった時点の制御ゲインを、ＰＩＤ制御に用いるべき最適な制御ゲインとして決定する。したがって、被測定者の属性（個人個人の動脈の弾性、血液の粘性、動脈の周囲組織、被測定部位の周囲長、脈圧など）によらず、適切な制御ゲインを決定することができる。この結果、被測定部位の動脈の内圧とカフ圧とが常に（脈拍にかかわらず）一致した状況で、圧力検出部３０が出力するカフ圧信号Ｐｃ＿ＰＩＤ（ｎ）に基づいて、連続的に１心拍ごとの血圧を精度良く測定することができる。

なお、図６の例では、説明の便宜のために、一致度ｒ（ｎ）が閾値α以上になった時点Ｄ以降も制御ゲインの更新を停止していない。この場合、一致度ｒ（ｎ）が閾値α以上になった時点Ｄ以降は、カフ圧に制御発振が見られる。したがって、一致度ｒ（ｎ）が閾値α以上になった時点Ｄで制御ゲインの更新を停止することで、制御発振を発生させないことが可能となる。

上の例では、相互相関関数ｒ（ｎ）のピーク値が閾値α以上となった時点で、直ちにその時点の制御ゲインを最適値であるとしたが、これに限られるものではない。例えば、相関関数ｒ（ｎ）のピーク値が閾値α以上となってから連続して数拍（例えば５拍）が閾値α以上となった時点で、その時点の制御ゲインを最適値であるとしても良い。これにより、ＰＩＤ制御の制御ゲインを、さらに適切に決定することができる。

また、相互相関関数ｒ（ｎ）のピーク値が閾値α以上になってから数拍分（例えば５拍分）の内、最大のピーク値をとる拍についての制御ゲインを最適値であるとしても良い。

また、上の例では、相互相関関数ｒ（ｎ）は１心拍分の期間について算出されたが、これに限られるものではない。第２メモリ４３に、上記振幅最大時点を含む数拍分（例えば５拍分）の期間の動脈容積変化信号ＰＧａｃ＿Ｖ０（ｔ）を記憶させておき、相互相関関数ｒ（ｎ）を数拍分の期間について算出しても良い。これにより、ＰＩＤ制御の制御ゲインを、さらに適切に決定することができる。

以上の実施形態は例示であり、この発明の範囲から離れることなく様々な変形が可能である。

２０ カフ
３０ 圧力検出部
５０ 圧力調節部
７０ 動脈容積検出部
１００ ＣＰＵ

Claims (6)

1. 容積補償法により非観血的に１心拍ごとの血圧測定を行う電子血圧計であって、
   被測定部位に装着されるカフと、
   上記カフの圧力を調節するための圧力調節部と、
   上記カフの圧力を検出してカフ圧信号として出力する圧力検出部と、
   上記被測定部位の動脈の容積を検出して動脈容積信号として出力する動脈容積検出部と、
   上記圧力調節部によって上記カフの圧力を変化させて、上記動脈容積信号の脈波による変化成分を表す動脈容積変化信号の振幅が最大になった振幅最大時点の上記動脈容積信号の直流成分を、動脈容積についての制御目標値として決定する第１制御部と、
   上記制御目標値が決定された後、フィードバック制御を行って、上記動脈容積信号が上記制御目標値と一致するように、上記圧力調節部によって上記カフの圧力を制御する第２制御部とを備え、
   上記第２制御部は、上記振幅最大時点を含む期間の上記動脈容積変化信号と、上記フィードバック制御の制御ゲイン調整中に上記圧力検出部が出力するカフ圧信号との間の相互相関関数を算出し、上記相互相関関数が予め設定された閾値以上になった時点の制御ゲインを、上記フィードバック制御のために用いるべき制御ゲインとして決定することを特徴とする電子血圧計。
2. 請求項１に記載の電子血圧計において、
   上記第２制御部は、上記相互相関関数がピークを示した時点の制御ゲインを、上記フィードバック制御のために用いるべき制御ゲインとして決定することを特徴とする電子血圧計。
3. 請求項１または２に記載の電子血圧計において、
   上記第２制御部は、上記相互相関関数が上記閾値以上であるピークを少なくとも２拍以上について継続的に示した時点の制御ゲインを、上記フィードバック制御のために用いるべき制御ゲインとして決定することを特徴とする電子血圧計。
4. 請求項１から３までのいずれか一つに記載の電子血圧計において、
   上記第２制御部は、上記相互相関関数を少なくとも１心拍分の期間にわたって算出することを特徴とする電子血圧計。
5. 請求項１から４までのいずれか一つに記載の電子血圧計において、
   上記振幅最大時点を含む期間の上記動脈容積変化信号を記憶する記憶部を備えたことを特徴とする電子血圧計。
6. 容積補償法により非観血的に１心拍ごとの血圧測定を行う血圧測定方法であって、
   被測定部位にカフを装着し、
   圧力検出部によって上記カフの圧力を検出してカフ圧信号として出力させるとともに、
   動脈容積検出部によって上記被測定部位の動脈の容積を検出して動脈容積信号として出力させながら、
   圧力調節部によって上記カフの圧力を変化させて、上記動脈容積信号の脈波による変化成分を表す動脈容積変化信号の振幅が最大になった振幅最大時点の上記動脈容積信号の直流成分を、動脈容積についての制御目標値として決定し、
   上記制御目標値が決定された後、フィードバック制御を行って、上記動脈容積信号が上記制御目標値と一致するように、上記圧力調節部によって上記カフの圧力を制御する血圧測定方法において、
   上記振幅最大時点を含む期間の上記動脈容積変化信号と、上記フィードバック制御の制御ゲイン調整中に上記圧力検出部が出力するカフ圧信号との間の相互相関関数を算出し、上記相互相関関数が予め設定された閾値以上になった時点の制御ゲインを、上記フィードバック制御のために用いるべき制御ゲインとして決定することを特徴とする血圧測定方法。

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