JPH01502001A - 血圧測定装置 - Google Patents

血圧測定装置

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JPH01502001A JP88501186A JP50118688A JPH01502001A JP H01502001 A JPH01502001 A JP H01502001A JP 88501186 A JP88501186 A JP 88501186A JP 50118688 A JP50118688 A JP 50118688A JP H01502001 A JPH01502001 A JP H01502001A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 血圧監視方法および装置 発明の起源 ここに記載された発明は、保健厚生省(D@partm@ntof Healt h and Human S@rvlc@a )からの補助金または奨学金のも とて正規の課程を経て行なわれたものである。
関連出願 この出願は、/りざ6年//月を日付出願番号第9273413号血圧監視方法 および装置の係属出願である。
技術分野 この発明は1個々の圧力または力を感知する素子からなる変換器配列を使用する ことKより、健康な組織をおかさずに血圧を監視する方法および装置に関するも のであシ、そして正確な血圧波形を最も厳密に追尾し、かつ最も正確な血圧測定 値を与える7個の圧力感知素子を選択する方法と手段に関するものである。
本発明の背景 動脈の圧力変換器を使用する血圧の連続測定については、アール−ピー・ビグリ アノ(R,P、Bigliano )の米国特許番号筒3,123,01,1’ 号、ジー・エル・プレス−r 7 (G、L、Pressman )ピー・エム a二s−ガード(P、M、Nevgard )およびジョン・ジェイ・アイグ( John J、E1g* )の第3.2/り、03!号、イー・エフ・ツリツク (E、F、B11ek )の第35IO,1113号、この発明の発明者の第≠ 、2乙り、lり3号、およびピー・エム・ニュガード(P、M、Nevgard  )の第≠、弘、23,731号に示され、またジー・エル@グレスマン(G  、 L 、 Pressmam)およびピー・エム争ニュガード(P*MsNe wgmrd )による「動脈血圧の連続外部測定用変換器J(ATraas−d ucer for the Contint+ous Ext@rnal M@ asurement ofArt@riml Blood Pressure  )米国電子電気技術者協会パイオーメディカルエレクトリック、/り乙3年グ月 PP73−1 / (IEEE Trams 、Bio −Mad 、E1@c e。
ムpril /り1.3.pp、734/’)と題する論文で公知である。
血圧監視のための代表的血圧測定技術においては、圧力感知素子の配列を含む変 換器が浅在性動脈の上方に配置され、そして動脈を閉塞することなく、下に横た わる動脈の壁を扁平にするために、押圧力(hold−down fore・) が変換器に印加される。上記配列内の圧力感知素子は、血圧が測定される下に横 たわる動脈の管腔よシ少なくともlまわシ小さく、かつ上記変換器は個々の圧力 感知素子の2個以上が下に横たわる動脈の少なくとも1部分上にあるように配置 される。上記圧力感知素子の1つからの出力は血圧監視用に選択される。動脈上 方の事実上中央部KFii、置される素子は、動脈内血圧の正確な測定値を提供 する信号出力を有する。しかし他の変換素子に関してその信号出力は、中央部に 配置された素子の出力はどに正確な動脈内血圧の測定値を通常提供しない、一般 に、収縮期血圧と拡張期血圧とに依存する差引値(offset )は、動脈上 中央部に配置されていない変換素子を用いては正確に測定されない、従来型のあ る装置では、最大脈拍振幅出力を有する圧力感知素子が選択され、また他の装置 では、局所最小拡張期血圧または収縮期血圧を有する素子が選択され、この素子 は7本の動脈の直径の範囲内にl)最大脈拍振幅の波形を生じるものである。後 者の方法は上記ジエイ・ニス・エカール(J 、 S 、 Eck@rl・)の 特許第4L−47,lり3号に記載されている。上記特許第≠2.26り、lり 3号に開示された選択方法は、通常用いられるべき正確な変換素子を見分けるの に役立つ。しかし、変換器配列の各素子によって提供される圧力の読出しは、多 くの因子によって完全には正確でないかも知れない。圧力の読出しの小誤差とい えども、特許第≠、2乙り、123号に開示された装置を用いる間違った変換素 子を選択する結果、この場合圧力測定値は不正確でちる。
本発明の目的は、高い精度をもって健康な組織をおかさずに血圧を監視する改良 された圧力測定方法と装置を提供することKある。
本発明の他の目的は1個々の動脈上に置く変換ライ〆(圧力感知素子)の配列を 有する変換器の使用を含み、かつ最も正確に実際の血圧波形を再生する素子を選 択する手段が設けられるような、血圧測定方法と装置を提供することKある。
本発明は個々の圧力感知素子の配列を含み、これら素子のおのおのは、血圧が測 定される下に横たわる動脈の管腔よシも少なくともlまわシ小さくなっている。
上記素子は十分に寸法が小さいので、配列は動脈を横切って延び出るように配置 され、上記動脈上に多数の素子が配置される。勿論、動脈上に配置される素子の 数は、動脈の直径による。一般に動脈の直径は、被検者の性別、身長、体重、年 齢、腕および/または手首の寸法、tたは被検者の解剖学的または生理学的な特 質等に関連するものでちる。例えば、小児の動脈の直径は一般に成人のものよシ も小さく、また女性の動脈は一般に男性のものよシも小さい。
本発明によると、全変換器の出力は、探索領域の中心部に配置するのに使われ、 理想的には上記動脈上方中央部に配置される。以下起重する新規な手段は、探索 領域の中央部として用いられるべき変換素子を配置するのに用いられる0次に、 限定された数の変換素子からの出力は、血圧測定値を得るのに用いられる限定さ れた数のグループ内の上記素子を選択するのに用いられる。探索されるべき素子 のグループ内の変換素子の数は、上に述べたような被検者のlまたは2以上の解 剖学的または生理学的な特質によるものである。拡張期血圧および収縮期血圧の 少なくともlりの局所最小値を有する。限定された数のグループ内の圧力感知素 子は、血圧監視に使用する素子として選択される。
上記探索領域の中心部に配置するための新規な方法は、脈拍振幅の測定値の使用 を含む。収縮期血圧値と拡張期血圧値との差は、ここでは血圧波形の脈拍振幅と して定義される。多くの被検者に関して、脈拍振幅対(変換素子配列中の)変1 #、素子のグ:77は、動脈の両ヘシ上に横たわる変換素子において、はぼ等し い大きさを有する。2個の山(hump )またはピークを含む。
この発明の新規な/方法は2個の山の中間に上記変換素子を配置することを含み 、次いですぐに素子が探索領域の中央部にあるとみなされる。/対の局所最大値 は、上記変換器配列の変換素子からの出力から導かれた脈拍振幅から得られよう 、従って、局所最大値を有する素子間に中央部を置いた変換素子は、探索領域の 中央にちる素子として見分けられる。
上記探索領域の中央部に配置する他の新規な手段は。
少なくとも2次の多項式を、配列の素子から脈拍振幅値へ適合させることを含む 、脈拍振幅曲線が最大である素子は、探索領域の中央部に6る素子として選択さ れる。上記探索領域の中央部に配置する新規な手段は。
脈拍振幅対変換素子のグラフの重心を計算することを含み、重心点に素子がある ことによシ探索領域の中央部に素子があるものとして選択される。
図面の簡単な説明 本発明は、上記およびその他の目的および利点と共に添付図面を参照し下記説明 から理解されるであろう。
しかし、説明された本発明の実施例は例示したのみでらって1本発明がこれに限 定されるものでないことが理解されよう。本発明の特徴として信じられる新規な 特性は1!!fK添付した請求項に記載されている。図面において、各図の同一 部品には同一の参照数字を用いる:第1図は、動脈上に典型的に置かれ、h脈血 圧の連続外部測定を行なう血圧変換器ケースの外観を示し;第2図拡、正確な血 圧の読出しを与えるため、動脈壁が適正に押圧された。動脈と複数の変換素子( 動脈上に置くライ〆)間の力の平衡を示す略示図であシ;第3図は、第1図の変 換器ケースを通して得られる簡易化された垂直断面図と、本発明の実施に共に使 用される装置のブロック図との組合せであシ;第μ図は、血圧波の収縮期と拡張 期の血圧および脈拍振幅を説明するための1本発明を用いて得られる形式の1人 体血圧の波形対時間を示し; 第371図および第13図は、共に本発明の詳細な説明するのに用いるフローチ ャートを示し;第6図は、理想的な状態下にある被検者から得られた。拡張期血 圧および脈拍振幅対変換器素子のプレットを示し; 第7図は、理想的な状態下にない同一の被験者から得られた、第6図のものに類 似する圧力分布を示し;第を図は、血圧監視のために用いられる変換素子の − 選択の詳細を示すフ四−チヤードであシ;そして第り図は、第2図のものに類似 するが、変換器配列と成人男性の動脈のような下に横たわる大きな動脈とを単に 示す略示図である。
動脈圧力測定用の変換器配列の代表的適用が第1図に示され、ここで普通の腕時 計ケースの外観をした変換器ハウジング、すなわちケースIOが、バンド/4’ によって手首12の撓骨動脈上の適正位置に保持される。上記変換器ハウジング IOからコードitが延び出し、上記ハウジング内の変換器配列用の電線が貫通 し、これと共に上記ハウジングを空圧源に連結する小管が延び出している。電# l♂および管20は第3図に示されているが、第1図には示されていない。
ここで第2図について説明すると、略示機椋的模型が示され、これが物理的装置 において考慮されるべき因子を代表するものである。上記図示模型は、「動脈血 圧の連続外部測定用変換器」(ムTrahaduc@r tarthe Con tlt+t+ot+m Extert+al Measurement of  ArterimlBlood Pros鯵ttrv )と題するジー争エル・プ レスマン(G、L、Pr・■x!+龜n)およびピー拳エム・ニュガード(P、 M、Newgard )の論文から改造された、上記ジェイ争ニス・エカール( J、S、Eckerle )の特許第≠、26り、/り3号に示されているもの である。要するに、上記動脈ライ〆を構成する個々の圧力感知素子、すなわち変 換器ココ−/から、2.2−/9までの配列22は、上記ライダの/aまたは2 個以上が完全に動脈24!をおおつて配置される。個々のライブ、2コ−7から Jコーlりまでは動脈、24tの直径に対しては小さいので、複数のライダが動 脈上にあることを確保する。皮膚表面、26と上記変換器の下に横たわる動脈は 、上記変換器に対する押圧圧力(hold−down pr*5surv )の 印加によシ扁平にされねばならない、上記動脈の中央部上に横たわる1個の2イ ダは、「中央部に配置された」ライダとして降別され、これから監視血圧用ライ ブ圧力読出しが得られる0本発明は上記「中央部に配置された」2イダを選択す るための新規な方法と装置を目的とするもので、以下詳細に記載される。この目 的に対して。
本発明のライダ選択手段を用いることによシ、多数ライダ中の1個、例えばライ ダ5a−ioが、「中央部に配置された」ライダとして選択され、この場合多数 ライダの残余のライダ22−1から、22−タまでならびに、2.2−//から 、2−−lりまでが「側部グレート」を構成して下に横たわる皮膚と動脈を扁平 にするのに役立つ、被検者に対する変換器の位置決めによっては、異なる変換素 子が動脈の中央部上方に配置されることもあシ、「中央部に配置された」ライダ として選択される。
撓骨動脈のような浅在性動脈は、第2図において動脈下の基盤シンがルjfによ って示される骨によって下方から支持される。動脈、211tの壁は、その中に 引張力を伝送するが曲げモーメントは伝送しない事実上腹のような作用をする。
上記動脈の壁は変換器配列の負荷力に応答し、かつ血圧測定中は上記固定した基 盤2!r上に載っているかのように作動する。動脈壁の有効こわさく 5tif fness )は小さくかつ被検者によって異なる。従来の物理的装置の機械的 模型においては。
動脈壁の有効こわさは零と見なされ、この場合に使用される実際の抑圧圧力は、 十分な力で変換器が皮膚表面に押し付けられて、下に横たわる動脈を圧縮はする が閉塞しない限シにおいては、血圧読出しの正確さに影響を及ぼすものとは考え られていなかった。本出願人は血圧の読出しが、動脈の扁平にされるけれども。
閉塞はされない抑圧圧力の範囲内の押圧圧力によるばかシでなく、最も正確な血 圧の読出しは、動脈の扁平化開始圧力と動脈閉塞に必要な最小圧力との事業上中 間に押圧圧力が選択される時に得られることを発見した。上記の正確な押圧圧力 の計算に関連する新規な過程は、前記米国特許出願番号第9’27.l’413 号に詳記されている。
上記の図示された装置に関して、変換器ケース10およびバンドすなわち装着帯 14L、ならびにベロー、5″≠に印加される空気圧力は、動脈圧力の変化が動 脈2≠上に横たわる複数のライダに伝送されるように、所要の圧綿力を供給し、 かつライダ22−7から22−/りまでを保持する。このことは第2図において 図式的に、それぞれライダばね部材30−/から30−19までによって支持さ れる個々のライダココ−/から22−7りまで、剛性はね支持板32、および上 記支持板3.2と装着帯装置3ざとの間の押圧力発生器3zを示すことによシ銃 明される。
もしも押圧力発生器3tがなければ、゛装着帯装置3rとばね支持板32との間 の連結は、無限剛性のものとなシ、骨構造21Vc対して2イダ2.2−/から ココ−7りまでをかたく拘束し、これら複数のライダは動脈に対して固定位置に 維持されよう。しかし実際問題としてこのような装置は実用的ではなく、(この 例においては)空気負荷装置を含む押圧力発生器3乙22−lりまでに印加され る力を一定に保持するために包含される。上記機械的模型において、押圧力発生 器36のばね定数、k(撓みの単位らたシカ)はほぼ零でろす、適当な空気負荷 装置については、上記引用米国特許第3,2/り、03J−号および第弘、26 ヂ、lり3号ならびにプレス”v 7とニュガード(Pressman−New gard)Kよる米国電子電気技術者協会(IEEE )の論文に図示され、記 載されている。
上記ライダーコー/からココ−7りまでが動脈を扁平化しかつ正確な血圧測定を 与えるのを保証するために、複数のライダはばね支持板32にかたく装着されね ばならない。従って、上記装置のライダばね部材30−/から30−/りまでは 理論上では無限剛性(ばね定数に== oo )である、上記様式で装置が操作 される限シ、動脈−皮膚装置用の対応定数の約10倍のオーダのばね定数を有す るライ〆ばね部材30−/から30−7りまでによシ模擬実験されることが解シ 。
従ってライダ22−/からココ−/りまでの撓みは小さく;正確な血圧測定は正 しい抑圧圧力が用いられる時に得られる。
本発明装置の変換器配列コ2用に使用される形式の実用的な変換器の実際の物理 的構成は、上記記載のジエー会ニス・工学カールの特許第≠、2乙り、lり3号 に示されている。そこでは、変換器配列が示され、個々の変換器(ライ〆)は集 積回路製造技術を用いられる薄いモノクリスタルのシリコン基体に形成されてい る。 。
第3図について説明すると、個々には図示していない変換器の配列を含むチップ 弘Oを備えた、簡易表示された変換器ココが示される。導線≠2は個々の変換器 をマルチプレクサ443に接続するため、配airに接続する。
第3図に示されるように、ケースIOは背!4444と@!!≠6とを有する全 体が円筒形をした中空容器を含む。シリコン変換器チップ110は、円筒形カッ プ状変換器ハウジング!O内のケースの(前面すなわち作用面として示された) 面弘ざ内に装着する。上記作用面4Ltは、包含された個々の変換器と動脈2イ ダと一緒にシリコン変換器チップ弘〇を含む、チップ4t0は、両方とも図示さ れないが関連する二重インライン・ソケットにプラグインされる。従来形セラミ ック二重インライン・パッケージに貼付けられる。シリ;−ンゴム充填材!コは 、上記ハウジング!Oの内部でかつ二重インライン・−母ツケージとソケットの 周シに設けられて、良好な密封をおし、変換器回路とハウジング!0との間の漏 電を防止し、かつ被検者に対して押圧する扁平面を提供する。変換器の前面μg は、ハウジング!Oと充填材!コの下面を含む。
変換器ハウジング!Oは、カップ状変換器ハウジング30の下方外側リップの周 ルで密封される。カップ状シリコーンが五袋!≠によシ変換器ケース10の内側 に固着され、上記袋j≠は変換器ケースIOの外壁内部を上方に延び出しリング !tで密封され1次いで変換器ケースIOの内側背面に固着かつ密封される。
上記袋の内側には管20を介して空気圧力源j1rに連結されるチャンバが形成 される。圧力制御装置j1rムは上記圧力源に包含される。可撓性の袋!弘は、 変換器ハウジング!Oと変換器ケースIOの内側との両方で密封されるので、空 気圧力源!tからの加圧空気は作用面≠tK気圧負荷をかける。被検者の手首に 変換器を装着するととKよシ、被検者の皮膚に対して変換器配列によシ加えられ る押圧力F、は、空気圧力の制御によってp整される。(第2図に示される略示 機械的模型においては、押圧力F、は押圧力発生器36によって発生される。) 上記のように、変換器2コの個々の変換器22−7から、22−12までによシ 感知された圧力に関する電気信号は、アナログ・マルチプレクサl/L3に入力 として供給される。このマルチプレクサからの信号はアナログ・デジタル(A− D)変換器toによってデジタル化された後、このデジタル化信号がメモリ62 人およびクロック62Bを有する5Pジタル・;ンビュータA2に供給される。
その他の情報1例えば被検者の名前、性別、体重、身長1年齢、腕および手首の 寸法等は、キーが−ドt≠を通してコンピュータに供給される。以下起重される ように、この情報は上記被検者の動脈の直径の見積シを作るのに用いられ、やが て探索領域の中心部が確定された後、「中央部に配置された」ライ〆を選択する のに用いられる変換素子の範囲を確立するのに用いられる。
上記;ンeユータの出力は、記録器、除極線管モニタ、固体素子表示等を含むデ ータ表示−記録装置66に供給される。必要ならば、少なくとも表示装置の一部 は、変換器ケース10K含めることもできる。明らかに、上記;ンビエータの出 力は、必要に応じてプリンタ、可聴警報器等に供給することもできる。また上記 コンビエータの出力は線ttを通シ、変換器抑圧圧力の制御のため圧力制御装置 へ供給される・第μ図について説明すると、動脈2≠の上方に横たわる圧力感知 素子22−/からコλ−/9’lでの中の1個からの信号の出力波形が示されて いる。上記動脈上方に横たわる他の圧力感知素子も同様な波形を有している。正 しい抑圧圧力と「中央部に配置された」動脈ライ〆(すなわち、動脈上方はぼ中 央部に配置されたライダ)の正確な選択によって、上記波形は、下方に横たわる 動脈内の被検者の血圧を代表するものである。収縮期血圧、拡張期血圧および脈 拍振幅が波形上に示され、ここで脈拍振幅は与えられた心拍の収縮期血圧と拡張 期血圧との差である。
全装置の動作 第!A図と第jB図は、ともに血圧監視装置の全体的、全装置の動作のアルがリ ズムすなわち算法のフローチャートを示す、その中に示された若干の動作は。
メモリユニット62ムに含まれたプログラミング命令に応答し、コンピュータ6 2の制御下にちる。明らかに数個のプログラミングステップが示された動作の実 行に含まれる。上記ステップのプログラミングは平均プログ27の技術範囲内に 十分大るため、完全なプログラムリストの必要はないので、ここには含まれてい ない。
監視のための準備は、第100段の5TARTで開始され、この時装置電源をオ ンとし、tたは図示しない手段によシリセット動作が行なわれ、コンピュータ乙 コのカクンタ、レジスタ、タイマ等が初期設定される。
第102段においてはl検者に関する情報1例えば、被検者の名前、性別1体重 、身長1年齢、腕及び/又は手首の寸法等がキーが−ド6弘の使用によってコン ピュータメそりに入力される0次に第1Oμ段において、公称押圧圧力(H−D 、P、 )が印加され、その時に圧力源jtからの圧力下の空気が変換器に供給 されるとすれば、この圧力はゴム袋よ≠を延ばすことによシ作用面≠gは、変換 器ケースloの底面から短い距離外方に延び出る。第1o乙段で変換器が一位置 で被検者に取シ付けられ、この位置で変換器配列22の素子、2.2− / 0 のような中央に配置された変換素子が、動脈2≠の中心上に横たわる。勿論、下 に横たわる動脈に対する変換器配列の正確な位置は、被検者または操作者にも通 常明確に見えないので、上記変換器配列を適正に配置するため変換器の位置変更 を要求されることもある。
被検者に変換器が取シ付けられると同時に、第1ot段に入シ、ここで各変換素 子の出力から、収縮期および拡張期の血圧が測定され、そして脈拍振幅値は上記 収縮期血圧値から拡張期血圧値を減算することにょシ測定される。次に第110 段に入シ、ここで血圧監視に用いられる変換素子が選択される。適正な変換素子 を選択するのに用いられる新規なアルゴリズムすなわち算法は、以下詳咽に記載 される。この目的のために。
監視のために選択される変換素子は、配列の中央部付近にあり、かつ下に横たわ る動脈のほぼ中央部上方にあることが理解されよう、下記記載から明らかなよう に、第11O段は下方妃横たわる動脈に対して変換器を適正に配置するため、変 換器の位置変更を必要とすることもある。
第110段に次いで、正確な血圧測定値を得るために用いられる抑圧圧力が第1 1t段で計算される。正確な押圧圧力の計算に用いられるアルゴリズムは前記/  5F、!r、g年l1月6日出願の米国特許出願番号第タコ7、ざ≠3号に開 示されている。本出願のために、正確な血圧監視のための正しい押圧圧力が第1 1≦段で計算され、胱いて第1/I段で計算された押圧圧力がコンピュータ乙コ による圧力制御装R11にの制御によってセットされることt;理解されよう。
被検者に変換器を適正に配置することによって、正確な抑圧圧力が被検者に供給 され、監視装置は正確な血圧の読出しを得る状態になる。第12θ段で装置が動 作していることの表示は、「読取シ有効J (R*ad−1ngs Valid  )の語の表示によシ与えられる。明らかに、緑表示などの他の表示を、装置の 動作状態を表示するのに用いることもできる。
上記の選択された変換素子の出力から、収縮期血圧間と拡張期血圧値が脈拍振幅 値とともに第12.2段で容易に決定される。また、連続する拡張期自圧または 収縮期血圧間の時間を決定するととKよって、脈拍数が容易に計算される。第1 24L段においては、第122段で計算されかつ決定された値が、実際の波形と ともに表示および/または記録される。明らかに、計算されかつ表示される値は 血圧監視を実九するための使用に依存し、これらのすべての値の表示は、多くの 場合に必要とはされない。例えば、血圧波形は第122段で確認されたどんな値 も計算および表示することなく記録される。
第7.2一段で収縮期血圧および/また位拡張期血圧等の確認されたlまたは2 以上の値が決定された後、第72乙段に入シ装置は次の心拍サイクルを待つ、拡 張血圧点または収縮血圧点は心拍サイクルにおける基準点を確認するのに用いら れる0次に判断の第12を段に入シ、この時に;ンピュータ6.2のタイマは予 め決められた時間rMJ、ここでMは、たとえば30分の期間として、rMJK 到達したか否かを決定するためにテストされる。もしも経過時間が予め決められ た期間λ1を超過すれば9判断は肯定的でちシ、上記タイマは8130段でリセ ットされ、抑圧圧力は第13/段でほぼ/ 20 、Hgまで下げられ、そして 必要ならば正確な押圧圧力の再計算とそのリセットのために、第1111段に再 入される。抑圧圧力の周期的検査とリセットとは、血圧読出しの継続した精度を 確保するのに役立つ。
もしも予め決められた期間を超過していないならば、監視に用いらるべき変換素 子の選択のため第132段に入シ、この段は上記第1Og段と事実上同一である 。
次に判断の第73!1を段に入シ、ここで第1O♂段で決定され(または第13 2段のさぎの選択になるもの)選択された(「中央部に配置された」)変換素子 が、第13.2段において決定された素子と比較される。もしも選択された変換 素子に変更がなければ、第120段が再入され読取シ有効が表示される。しかし 、もしも選択された変換素子に変更があれば、判断の第13弘段が肯定的となシ 、次いで第13を段で、被検者または操作者に対して、動脈に関して変換器の移 動が生じたことを知らせる警報が発せられる。必要に応じて、変換器は位置を変 更されて処理が再開される。もしも変換器が位置を変更されず、処理が終了も再 開もされないならば、第120段が監視処理の継続のため再入されるが、この時 には新らしく選択された「中央部に配置された」変換素子からの出力を用いる。
監視用変換素子の選択 第6図について説明すると、浅在性動脈2≠上に置かれた変換器配列、22の変 換素子22−/−,22−19の出力から得られる、代表的圧力分布が示される 。第6図においては、拡張期血圧と脈拍振幅の両方が示される。前記のように、 収縮期血圧分布は、拡張期血圧分布と非常に似ておシ、垂直方向忙約μOcaH gだけ変位されている。平易にするため、拡張期血圧と脈拍振幅の分布が示され かつ記載されている。しかし、拡張期血圧に関して書かれた各記載に対して、同 様な記載が収縮期血圧に関して作成される。第6図および第7図の例において、 下に横たわる動脈の中心部は変換素子のナン−5ioに最も近いところにある。
条件が良好でかつ血圧変換器が極めて正確なときには、第6図に示されるような 圧力分布は大多数の被検者から通常得られる。これらの場合、ジエイ・ニス・二 カー# (J++S、Eek@rle )の特許第≠、コ6り、lり3号に示さ れたアルゴリズムは、下に横たわる動脈の中央部に最も近くに配置された変換素 子を正確に識別しかつ選択する。上記のように、米国特許第≠、コJ ’P、/ 23号に示される装置においては、最大脈拍振幅の波形を最初に発生する変換素 子が確認される。第6図においては、変換素子22−10(第6図の素子IO) が最大脈拍振幅出力を有することが解ろう。変換素子の事実上/動脈直径以内に ある局所最小拡張期血圧(または収縮期血圧)と最大脈拍振幅を有する変換素子 は、そこで(上記特許第弘、2tり、lり3号の教示に従い、血圧測定値を得る ための正しい素子として選択される。第6図においては、拡張期血圧の局所最小 値が、変換素子2.2−IQ<第6図の素子IO)で作られることが解ろう。米 国特許第μ、2tり、/り3号に示された装置では、極めて正確な圧力分布が血 圧変換器によって与えられる時には、下に横たわる動脈の中央部に最も近く配置 された変換素子を正確に確認して選択することが解ろう。
らいK<、血圧変換器は完全には正確でなく、また電子雑音、丸め誤差または切 捨て誤差、被検体の動きおよび変換器の下手な位置決め等のその他各種ファクタ が実際問題として経験されている。これらのファクタは第6図に示される「理想 」から圧力分布の小偏差を生じる結果となる。小さいとはいいながら、これらの 偏差は上記米国特許第≠、26り、123号アルゴリズムに、不正確な血圧測定 値へと導く、誤った変換素子を選択させるもとになる。下記記載の改良されたア ルゴリズムは、たとえ完全に正確な圧力分布が変換器配列から得られなくても、 下に横たわる動脈の中心上にある変換素子を正確に確認できるように工夫されて いる。
ここで第7図について説明すると、第6図とは異なシ、圧力分布が「理想」でな いものが示され、この分布は上記各種7アクタによるむしろ共通のものである。
第6図と第7図に示す圧力分布がともに同一被検者からのものであることに、こ こで注意されたい、!lた、被検者の年齢、性別1手首寸法またはその他同種の ものに基づき、下に横たわる動脈の直径がほぼ6個の変換素子に等しいものと仮 定され、または概算される。
脈拍振幅の圧力分布において、最大脈拍振幅は第を図においては索子IOにおい て生じ、そして第7図においては素子7において生じることが理解されよう、第 7図の圧力分布および米国特許第μ、2tり、123号のフルがリズムを用いる ととKよシ、!!子7が最大脈拍振幅を有するものとしてMl!!され、また素 子!が拡張期血圧の局所最小値を有する変換素子として確認されよう。結果とし て、変換素子!が「中央部に配置された」変換素子であるとして不正確に識別さ れ、ところが実際「中央部に配置された」変換素子は現実に素子lOである。従 って、米国特許第≠、26り、lり3号のアルがリズムは、間違った変換素子選 択そして従って、不正確な血圧測定値へと導くかも知れないということが解ろう 、小さいながらも脈拍振幅の圧力分布においてむしろ共通の誤差の存在する米国 特許第μ、2乙り、123号のアルプリズムの欠点を避ける、探索領域の中央部 を正確に見つけ出す新規な方法を次に記載する。
B、探索領域の中央部の位置選定 1、全般的考察 蕗!A図にみられるように、監視用変換素子の選択(第11O段)は、変換器を 被検者に取シ付け(第1O6段)かつ被検者に供給された、例えば/コOmtt l1gの公称抑圧圧力で起ζる。ここで、血圧監視中は第11t段において決定 されたような、しばしば1jO−220mHzの範囲内の、はるかに高い押圧圧 力が通常使用される。
第2図について説明すると、血圧監視に使われる変換素子を選択するため、ここ では揶jA図の第11O段の詳細図と共に第7Or段が示される。第1jO段に おいて探索領域の中央部は、変換器配列の全変換素子からの脈拍振幅データを用 いて見つけ出す、探索領域の中央部を見つけ出すために多数の異なる方法が用い られるが、これらの方法は、/)、r重心」法、2)。
「ふた山」法、 3)、 r曲線適合」法、およびり、上記/)# 2)* J )法の組合わせが用いられる。これらの方法について以下詳細に述べる。
コ0重心法 探索領域の中央部を見つけ出す重心法に関して、変換器配列内の全変換素子に対 する脈拍振幅値の重心が決定され、そして重心における変換素子が探索領域の中 央部のために選択される0重心の計算は、コンピュータ62によって容易に実行 される周知の手続きである。
脈拍振幅分布の「重心」に相応する素子ナンバ”c。
は周知の式で表わされ: ここでnは変換素子ナンバを代表する変数であり(素子は等間隔配置されている ものと仮定)、Nは血圧変換器における全変換素子数であシ、そして人!、は変 換素子−nthによって測定される脈拍振幅である。第7図のデータを使用して ”coの計算値はり、り弘である。この値は最も近い整数IOに丸められ、変換 素子10が探索領域の中央部にある素子であることを表わす。
3、ふた中法 ふた中法は、最大値、これに次ぐ2番目に大きな局所最大値を確認するため、脈 拍振幅値の分布を探索することを含む。上記記載のように、脈拍振幅の局所最大 値はしばしば下に横たわる動脈のへシ上方で捜し出される。2個の局所最大値間 の中間にある変換素子は、上記探索領域の中央部と見なされる。もしも偶数ナン バの変換素子が1.2個の局所最大値を有する素子間に含まれるならば、これら 2個の間の中間点は、2個の隣接素子間の中間にある。隣接素子の両方が探索領 域の中央部における素子として選択される。第7図において、脈拍振幅分布内の 2個の局所最大値が素子7と/2にらることが検査によって理解される。これら の間にある中間点は、素子りと70間の中間にあり、便宜上「素子り、t Jと 呼ばれる。この状態において、用いられた丸め規則に依存して、探索領域の中央 8r/Cおける素子として、素子りか素子10のいずれかが選択される。上記記 載のようK、すべての被検者が2個の山の脈拍振幅分布を示すものではなく、こ の場合にはふた中法は使用されない、しかし、2個の山が存在する時には、通常 これらの山が動脈の2個のヘシを識別し、探索領域の中央部を確認するのに上記 ふた中法は好結果をもたらす、上記脈拍振幅分布の2個の最大の局所最大値の中 間の変換素子を確認するこの方法は、コンピュータ乙コを用いることによって容 易に実行される。
≠1曲線適合法 探索領域の中央部を見つけ出す曲線適合法は、少なくとも2次の多項式を、脈拍 振幅対変換素子ナンバ値の全組に適合させることを含む。好適な方法は2次多項 式を脈拍振幅データに適合させるが、3次多項式およびさらに高次多項式が本発 明の教示するところから逸脱することなく用いられる。第7図において破線で示 した「多項式」は、脈拍振幅データに適合する2次多項式から作られた近似曲線 を示す。脈拍振幅が最大となる上記多項式のグラフ上の点は、探索領域の中央部 と見なされる。
測定された脈拍振幅圧力値に適合する2次多項式は次のように表わされる: P =* +t !l+IL !+2(2)ここでPr、=測定脈拍振@、 n=変換素子ナンバ、および a −、および12は多項式の係数とする。
素子ナンバn、。LYにおいて生じるこの多項式の最大値は次式によシ与えられ る ここでa およびa2は上記多項式の係数である。計算後にり。Lアは上記のよ うに整数に丸めることができる。この操作を第7図のデータに適用する結果、探 索領域の中央部の素子として変換素子10の確認をする。
上記探索領域の中央部を見つけ出すこの曲線適合法は、また容易にデジタル・コ ンピュータ乙コによって実行される。
!、上記各法の組合わせ 必要に応じて上記各法の組合わせが、探索領域の中央部を見つけ出すのに用いら れる0例えば、最初にふた中法が用いられ、もしも脈拍振幅分布が/対の局所最 大値を含んでおれば、両者中間の素子が用いられる。
もしも脈拍振幅分布が/対の局所最大値を含んでおらずに、比較的に大きく(例 えば、第2の最大値が第1の最大値のおる大きな端数、はぼ70%よシも犬きけ れば)、その時には/−1)または2以上の他の方法を用いることができる。
また、2tたけ3以上の上記方法を用いることかできて、それらの結果が比較さ れた。もしも異なる方法を用いて、同一の変換素子が確認されるならば、その変 換素子が探索領域の中央部として選択される。もしも隣接する複数の素子が確認 されるならば、その中の1つが選択され、そしてもしも素子が広い間隔をおいて 配置されておれば、どの素子も選択されず、操作は次の心拍に関して繰返されお よび/または誤差信号か番報信号がコンピュータ乙コによシ発せられよう。
第1よ0段から次いで判断の第1!2段に入シ、探索領域の中央部として選択さ れた素子が、変換器配列の中央部の十分近くにあるか否かを決定する。もしも近 くになければ、変換器は第7!μ段で被検者上の位置を変更された後第1Or段 に再入される。この操作は変換器が被検者上に適正に配置されるまで繰返される 。下に横たわる動脈に対する変換器の位置決めを容易にするため、変換器配列の 探索領域の中央部として選択された変換素子の位置が表示される。必要に応じて 、第1!0段において選択された、22−7から22−/りまでの的確な変換素 子が第1!2段において表示される。また、例えば3個の光源の直線配列が設け られ、中央の光源の付勢は、中央部に配置された変換素子が第1jO段において 選択されたことを示すようにすることができる0両端の光源のうちどちらかの点 灯は、下に横たわる動脈に対し変換器配列の適正位置に対して、右または左への 変換器の移動が必要なことを示すものである。
C0探索領域の大ぎさ、すなわち範囲の決定第1!2段の決定が肯定的である時 には、探索領域の大きさ、すなわち範囲が決められる第1jt段に入る。この段 は変換器の圧力感知素子の寸法の知識および被検者の動脈の直径の知識の両方を 包含している。
被検者の動脈の直径の知識は直接動る必要はない、その代シとして、動脈の大き さは、他の7アクタ、すなわち被検者の年齢、性別、身長、体重、腕または手首 の寸法またはその他同種のもの、身体の解剖学的または生理学的情報から推定さ れる。上記記載のように、これらの既知ファクタはキーが一ドj4Lを使用しな から;ノビエータ6コ内に入れられる。
−例として、成人男性の動脈の直径は、通常成人女性の動脈直径よシも大きく、 順に、成人女性のものは通常小児のものよシも大きくなっている。成人男性。
成人女性および小児に対して、それぞれ/、j rxx 、 /、/襲および0 .7 mのオーダの動脈直径が、ある人数の集団において、与えられた下に横た わる動脈に対する代表的なものである0体重、身長、および手首または腕の直径 が、また動脈直径の表示を与える。
ここで第り図について説明すると、変換器配列二コが成人男性の動脈である動脈 、、2μA上に横たわっているのを示し、上記男性動脈は第2図に示される動脈 24Lよシも事実上大きい直径を有する。第2図において、動脈はほぼ/、2才 の小児の動脈で、上記情報に基づき、0.7 mの直径のオーダにあるものと仮 定される。
第り図に示される成人男性の大直径動脈は/、よ隨の直径を有するものと推定さ れる。
探索領域の中心と範囲が上記のように決定された後。
上記領域の探索に着手される。との探索に用いられる変換素子の数は、上記変換 器の圧力変換素子の有効間隔に依存する。例えば、もしも動脈を横切る変換素子 の中心から中心までの有効間隔が0./ wx″T:あれば、成人男性の1.3 m範囲をおおうには75個の変換素子を必要とし、成人女性の/、1m範囲をお おうには11個の変換素子を必要とし、さらに小児の0.7 m範囲をおおうに は7個の変換素子を必要とする。この例において、探索すべき領域は第1!O段 において見つけ出された中央部素子および、成人男性、成人女性および小児のそ れぞれに対してその左右側に7個、3個および3個の変換素子を含む、上記変換 素子は単−直!i!に配置される必要はなく、しかし例えば、動脈を横切る変換 素子の密接した中心から中心までの「有効」間隔を与えるために%平行線に沿っ た食違い位置に配置されうろことが理解されるであろう。
D、探索領域内での監視用変換素子の選択探索領域の中央部が確定され(上記B 項;第1!O段および第1j2段)そして上記探索領域の範囲が確定(上記C項 ;第1!6段)された後、血圧監視のため用いられる変換素子は第1!r段にお いて選択される。この段において、探索領域内にある変換素子だけが、監視に用 いられるべき素子の選択において審査される。
この段において、収縮期および拡張期血圧の少なくとも1つの局所最小値を有す る信号を発生する、選択された領域内の圧力感知素子が監視のために選択される 。(ここで「局所最小値」とは収縮期、または拡張期圧力対変換素子ナンバのプ ロットの局所最小値をいう、)上記記載のように、第7図の被検者に対して、重 心法および曲線適合法(上記方法B2およびB≠)を用いて、変換素子10が中 央部素子として確認され、そして用いられた丸め規則に依存して、ふた中法(上 記方法Bj)を用いて、素子りまたは素子IOのどちらかが選択される。あらゆ る場合において、拡張期血圧の局所最小値を有する。中央素子として確認した素  −子(素子りか素子10のどちらか)のl動脈半径内の素子は素子IQである 。要するに、素子10は下に横たわる動脈上中央部に配置された素子である。必 要に応じて、収縮期血圧と拡張期血圧と両方の局所最小値が検査され、その場合 通常同一素子が確認される0次いでこの素子は血圧樵(」定に使用するために選 択される。
しかし、もしも異なる素子がN認されるならば、その時には用いられるべき素子 を見つけ出す操作が、後続の心拍に関して単一の素子が確認されるまで繰返され る。あるいは、収縮期および拡張期の局所最小値が同一素子に生じない時には、 譬報信号または誤差信号がコンピュータ乙λによって発生される。
本発明は特許制定法の要求どおシ詳細に説明したもので、それ自体轟業者に対し て、他の各種変更と変型のできることを示唆している。例えば、アナログまたは デジタル回路手段またはそれらの組合わせが、説明シタテジタル・コンピュータ の代シに、血圧波形を処理するために用いることができる。上記およびその他の 変更と変型は、添付された請求の範囲に限定された本発明の精神と範囲内に包含 されるものである。
特表千1−502001(12) 国際調査報告 国際調査報告 L!S 6703266 SA 20104

Claims (15)

    【特許請求の範囲】
  1. 1.被検者の下に横たわる動脈内血圧の連続外部測定のための装置で、個々の圧 力感知素子の配列は、その配列の長さが上記下に横たわる動脈の直径を越えるよ うにした個々の圧力感知素子の配列、該配列の全素子からの出力を使用し、探索 すべき領域の中央部の1素子を確認する手段、 上記下に横たわる動脈の直径に対し上記被検者に関する情報を使用し、探索すべ き領域の範囲を推定する手段、および 上記探索すべき領域内にある複数の素子だけからの出力に応答し、拡張期または 収縮期血圧対変換素子ナンバのプロットに関し、上記拡張期および収縮期血圧の 少なくとも1つの局所最小値を有する1素子を選択する手段、 を含む被検者の下に横たわる動脈内血圧の連続外部測定装置。
  2. 2.上記選択する手段が、拡張期血圧の局所最小値を有する1素子を選択する手 段からなる請求の範囲第1項記載の装置。
  3. 3.上記選択する手段が、収縮期血圧の局所最小値を有する1素子を選択する手 段からなる請求の範囲第1項記載の装置。
  4. 4.上記選択する手段が、拡張期血圧の局所最小値と収縮期血圧の局所最小値の 両方を有している1素子を選択する手段を含む請求の範囲第1項記載の装置。
  5. 5.探索すべき領域の中央部における1素子を確認する上記手段が、 上記配列内の変換素子に対する脈拍振幅値の重心を見つけ出す手段を含む請求の 範囲第1項記載の装置。
  6. 6.探索すべき領域の中央部における1素子を確認する上記手段が、 上記脈拍振幅値の2個の局所最大値を確認する手段を含み、上記2個の局所最大 値の間の事実上中間の素子が、上記領域の中央部における素子として選択される 請求の範囲第1項記載の装置。
  7. 7.探索すべき領域の中央部における1素子を確認する上記手段が、 少なくとも2次の多項式を、上記脈拍振幅対変換素子値に適合させる手段、およ び 上記探索領域の中央部における素子の位置として最大値である多項式のグラフ上 の点を確認する手段、を含む請求の範囲第1項記載の装置。
  8. 8.下に横たわる動脈の直径に対し被検者関する情報が、上記被検者の性別、年 齢、身長、体重、腕の直径および手首の直径のうちの少なくとも1つを含む請求 の範囲第1項記載の装置。
  9. 9.被検者の下に横たわる動脈内血圧の連続外部測定のための装置で、 圧力感知素子の配列、動脈上に横たわりかつ動脈の両へりを越えて延び出す感知 素子を有する上記感知素子のグループ、下に横たわる動脈内血圧の関数である連 続波形を生じる配列の複数の素子、を含む圧力感知変換器、 上記配列からの出力に応答し、配列の複数の素子に対する脈拍振幅値の一組を得 る手段、および下に横たわる動脈の中央部に事実上隣接配置される1素子を選択 する手段で、該洗濯手段が脈拍振幅値の組の重心を見つけ出す手段を含む上記1 素子を選択する手段、 からなる被検者の下に横たわる動脈内血圧の連続外部測定装置。
  10. 10.被検者の下に横たわる動脈内血圧の連続外部測定のための装置で、 圧力感知素子の前列、動脈上に横たわりかつ動脈の両へりを越えて延び出す感知 素子を有する上記感知素子のグループ、下に横たわる動脈内血圧の関数である連 続波形を生じる配列の複数の素子、を含む圧力感知変換器、 上記配列からの出力に応答し、配列の複数の素子に対する脈拍振幅値の一組を得 る手段、および下に横たわる動脈の中央部に事実上隣接配置される1素子を選択 する手段で、該選択手段が脈拍振幅値の組の2個の最大の局所最大値を確認する 手段を含み、上記2個の局所最大値間の事実上中間の素子が、下に横たわる動脈 の中央部に事実上隣接配置される素子として選択されるようになっている上記1 素子を選択する手段、 からなる被検者の下に横たわる動脈内血圧の連続外部測定装置。
  11. 11.被検者の下に横たわる動脈内血圧の連続外部測定のための装置で、 圧力感知素子の配列、動脈上に横たわりかつ動脈の両へりを超えて延び出す感知 素子を有する上記感知素子のグループ、下に横たわる動脈内血圧の関数である連 続波形を生じる配列の複数の素子、を含む圧力感知変換器、 上記前列からの出力に応答し、配列の複数の素子に対する脈拍振幅値の一組を得 る手段、および下に横たわる動脈の中央部に事実上隣接配置される1素子を選択 する手段で、該選択手段が少なくとも2次の多項式を脈拍振幅値の組に適合させ る手段、および下に横たわる動脈の中央部に事実上隣接配置される素子の位置と して最大である、多項式のグラフ上の点を選択する手段を含んでいる上記1素子 を選択する手段、 からなる被検者の下に横たわる動脈内血圧の連続外部測定装置。
  12. 12.被検者の動脈内血圧の連続外部測定法で、若干の素子が動脈の両へりを越 えて延び出るようにした、下に横たわる動脈上の複数の圧力感知素子を含む変換 器配列を位置決めすすること、 上記圧力感知素子の全素子からの出力を用い、上記動脈の事実上中央部における 1素子を確認すること、上記被検者に関する情報に基づき、下に横たわる動脈の 直径および該動脈の事実上上方に横たわる素子グループ内の素子のナンバを確認 すること、および上記グループ内の素子だけからの出力を用い、拡張期オよび収 縮期血圧の少なくとも1つの局所最小値を有する1素子を監視するため選択する こと、ここで「局所最小値」とは拡張期または収縮期血圧対変換素子ナンバのプ ロツトに関する局所最小値をいう、からなる被検者の動脈内血圧の連続外部測定 法。
  13. 13.被検者の動脈内血圧の連続外部測定法で、若干の素子が動脈の両へりを越 えて延び出ている、下に横たわる動脈上の複数の圧力感知素子を台む変換器配列 を位置決めすること、 該変換器配列の6素子に対し、脈拍振幅値の1組を得るため、上記素子からの出 力に応答する脈拍振幅値を得ること、および 上記下に横たわる動脈の中央部に事実上配置される1素子を確認するため、脈拍 振幅値の組の重心を用いること、 からなる被検者の動脈内血圧の連続外部測定法。
  14. 14.被検者の動脈内血圧の連続外部測定法で、若干の素子が動脈の両へりを越 えて延び出ている、下に横たわる動脈上の複数の圧力感知素子を含む変換器配列 を位置決めすること、 該変換器配列の素子に対し、脈拍振幅値の1組を得るため、上記素子からの出力 に応答する脈拍振幅値を得ること、 該脈拍振幅値の組の2個の最大の局所最大値を確認すること、および 下に横たわる動脈の中央部に事実上配置される素子として、これら2個の局所最 大値間の事実上中間の素子を確認すること、 からなる被検者の動脈内血圧の連続外部測定法。
  15. 15.被検者の動脈内血圧の連続外部測定法で、若干の素子が動脈の両へりを越 えて延び出ている、下に横たわる動脈上の複数の圧力感知素子を含む変換器配列 を位置決めすること、 該変換器配列の各素子に対し、脈拍振幅値の1組を得るたり、上記素子からり出 力に応答する脈拍振幅値を得ること、 少なくとも2次の多項式を脈拍振幅値の組に適合させること、 脈拍振幅が最大である多項式のグラフ上の点を確認すること、 多項式が最大である多項式のグラフ上の点に最も近い素子を、下に横たわる動脈 の中央部に事実上隣接配置されている素子として確認すること、からなる被検者 の動脈内血圧の連続外部測定法。
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