JPH0255048B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は呼吸数測定装置に関するものであり、
詳しくは人体の拍動を測定することによつて呼吸
数を測定し得るようにした新規な呼吸数測定装置
に関するものである。

生理現象の一つとして、呼吸によつて脈拍に不
規則性が惹起されることが知られている。すなわ
ち、脈拍が吸気に際して小さく速く、呼気の際に
は遅く大きくなるものがそれで、一般に、呼吸性
不整脈と呼ばれている。この呼吸性不整脈は、医
者等の医療業務の専門家の間で良く知られている
ように、一部の疾病を判断するための補助診断手
段の一つとされており、通常、吸気等の脈拍が呼
気時の脈拍の２倍程度になつたとき病的であると
みなされている。

このように、ある特殊な分野の専門家の間で
は、呼吸と呼吸性不整脈との間にある種の関係が
存在することは知られているが、上述のように、
従来においては、呼吸性不整脈は一部の疾病の補
助診断手段として利用されるに止まり、それ以外
への利用は考えられていないのが実情であつた。

しかしながら、本発明者らは、上記呼吸とこれ
に伴う呼吸性不整脈の発生の関係を研究するう
ち、呼吸性不整脈を伴う脈拍の周期が呼吸に同期
した周期性をもつて変動することを知り、この呼
吸性不整脈を伴う脈拍の周期の周期的な変動を利
用することによつて呼吸数を測定できるのではな
いかという考えを持つに至つた。

本発明は、かかる知見並びに発想に基づいて為
されたものであつて、その目的とするところは、
呼吸性不整脈を伴う脈拍の周期、ひいてはその周
期に同期した人体の拍動の周期を測定することに
よつて呼吸数の測定を行う新規な呼吸数測定装置
を提供することにある。

そして、その目的を達成するために、本発明に
係る呼吸数測定装置は、(a)人体の拍動を検出し、
その拍動を表わす拍動信号を出力する拍動センサ
と、(b)上記拍動信号に基づき、その拍動信号の周
期を求める周期決定手段と、(c)その周期決定手段
によつて求められた周期に基づき、連続した上記
拍動信号の各々に対応する周期の、単位時間当り
の変化数を求める変化数決定手段と、(d)その変化
数決定手段によつて求められた単位時間当りの変
化数を表示することにより、単位時間当りの呼吸
数を表示する表示装置とを含んで構成されること
としたのである。

すなわち、本発明にあつては、呼吸性不整脈が
呼吸によつて惹起される心臓の拍動の非周期性に
起因して現われるところから、呼吸性不整脈の概
念を脈拍に現われるものに限らず人体の拍動に現
われるものも含むものとして広くとらえ、第１図
のクレーム対応図に示すように、人体の拍動を拍
動センサで検出してその拍動を表わす拍動信号を
出力せしめ、その拍動信号の周期を周期決定手段
で求めて、更にその周期が周期的に変化する数を
単位時間当りについて変化数決定手段で求め、そ
の求めた単位時間当りの変化数を呼吸数として表
示装置で表示することにより、呼吸数を一目瞭然
に認識し得るようにしたのである。

このような本発明によれば、所謂血圧測定装置
で測定の対象とされる、心臓の拍動に基づいて動
脈に発生されるコロトコフ音（Ｋ音）やカフの振
動としての脈波、或は心電図作成時の測定対象と
される心筋の収縮に伴う心電信号等、その発生周
期が呼吸性不整脈を伴う脈拍に同期した人体の拍
動を測定することにより、呼吸数を測定すること
が可能である。

なお、本発明では、上述のように、血圧測定装
置で測定対象とされるＫ音やカフの振動としての
脈波、或は心電図作成時に測定対象とされる心筋
の心電信号等を測定することにより呼吸数を測定
し得るところから、呼吸数測定用のセンサとして
それら血圧測定装置のセンサや心電計のセンサを
使用することが出来、特にそれら装置と呼吸数測
定装置とを同時に使用する場合にはセンサを共用
することが出来、実用上極めて便利である。

因みに、従来においても、鼻孔にセンサとして
のサーミスタを取り付け、サーミスタの温度変化
による抵抗変化を検出して呼吸数を測定する装置
や、胸部に巻き付けたセンサとしての抵抗体の、
胸部の動きに伴う伸縮による抵抗変化を検出して
呼吸数を測定する装置等、種々の呼吸数測定装置
が知られているが、これら従来の呼吸数測定装置
は、その呼吸数測定用のセンサが専用に必要であ
つたため、他の血圧値測定装置等のセンサなどと
同時に取扱うような場合、測定者の取扱うべきセ
ンサの数が増えてその取扱いがはなはだ面倒であ
つたのである。

以下、本発明がオシロメトリツク方式の血圧測
定装置に適用された場合の一実施例を、図面に基
づいて詳細に説明する。

第２図において、２は人体の一部に取り付けら
れて当該部分を圧迫するための袋状のカフであつ
て、このカフ２にカフ２内の圧力を検出してその
圧力を表わす圧力信号SPを出力する圧力センサ
４が接続されており、その圧力信号SPが迫動検
出器６及びＡ／Ｄコンバータ８に供給される。拍
動検出器６はバンドパスフイルタとＡ／Ｄコンバ
ータとから構成されており、圧力信号SP中に含
まれる脈波（心臓の拍動によつて引き起こされる
動脈の振動に起因する振動成分）を検知するとと
もにその脈波の大きさを表わす脈波信号SMをそ
の脈波に同期して出力し、これをＩ／Ｏポート１
０に供給する。Ａ／Ｄコンバータ８はローパスフ
イルタを備え、圧力信号SPをデジタルコード化
された圧力値信号SPDに変換してＩ／Ｏポート
１０に出力する。一方、測定開始を指令するため
のスタート押釦１２が設けられており、スタート
押釦１２が押圧操作されるとスタート押釦信号
SSがＩ／Ｏポート１０に供給されるようになつ
ている。

Ｉ／Ｏポート１０はデータバスラインを介して
CPU（演算処理装置）１４，RAM１６及びROM
１８に接続されており、CPU１４からの指令に
従つて圧力値信号SPD、脈波信号SM及びスター
ト信号SSをデータバスラインに供給する。CPU
１４は予めROM１８に記憶されたプログラムに
従つてRAM１６の一時記憶機能を利用しつつ信
号処理を実行し、Ｉ／Ｏポート１０を介してポン
プ駆動信号SA及び排出量信号SEをポンプ駆動装
置２０及び流量調節装置２２に供給すると共に、
信号処理によつて求められた所定の血圧値及び呼
吸数を表示信号DDとして表示装置２４に供給
し、数字表示またはアナログ表示させる。

ポンプ駆動装置２０は、カフ２に接続された電
動ポンプとこれに電力を供給するための駆動回路
とからなつており、ポンプ駆動信号SAが供給さ
れている間電動ポンプを駆動してカフ２内に空気
を圧送する。一方、流量調節装置２２は、カフ２
に接続された急速排気弁と定速排気弁の二つの電
磁弁を備えており、排出量信号SEの内容に応じ
てそれらの排気弁の開閉を制御することにより、
カフ２からの空気の排出量を調節するようにされ
ている。

以下、本実施例の作動を説明する。

図示しない電源スイツチが投入されると装置の
各部に電源が供給され、CPU１４が予めROM１
８に記憶されたメインプログラムを示す第３図の
フローチヤートに従つて制御作動を為す。

先ず、ステツプS1が実行され、スタート押釦
１２の操作状態が判断される。スタート押釦１２
が押圧操作されない間はステツプS1の実行が繰
返されるが、血圧測定並びに呼吸数測定開始のた
めにスタート押釦１２が押圧操作されスタート信
号SSが発生されると、次のステツプS2及びS3が
実行される。ステツプS2においては、排出量信
号SEによつて流量調節装置２２の両排気弁が閉
じられると共に、ポンプ駆動装置２０へポンプ駆
動信号SAが供給されてカフ２内への空気の圧送
が開始される。そして、ステツプS3において、
圧力値信号SPDが表わすカフ２内の実際の圧力
Ｐが予め設定された目標上限圧力PMよりも大き
いか否かが判断され、実際の圧力Ｐが目標上限圧
力PMより小さい間はこのステツプS3が繰返され
る。実際の圧力Ｐが目標上限圧力PMより上回つ
た場合には、ステツプS4が直ちに実行され、ポ
ンプ駆動装置２０へのポンプ駆動信号SAの供給
が停止されてカフ２内への空気の圧送が停止され
るとともに、排出量信号SEの内容が変更されて
定速排気弁が開かれ、以後、カフ２内の空気が
徐々に排出される。そして、このカフ２内の空気
が徐々に排出されてカフ２内の圧力Ｐが徐々に減
圧される過程において、ステツプS5以後が実施
されて、所定の血圧値と呼吸数とが求められるの
である。

すなわち、ステツプS5においては、図示しな
いプログラムに従つて脈波ピーク値決定ルーチン
が実行され、各脈波に同期した各脈波信号SMの
ピーク値がそれぞれ求められるのであり、引き続
いて実行されるステツプS6においては、ステツ
プS5で求められたｉ番目の脈波信号SMのピーク
値Aiが前の（ｉ−１）番目の脈波信号SMのピー
ク値Ａ（ｉ−１）と比較され、ピーク値Aiが前の
ピーク値Ａ（ｉ−１）より大きい間はステツプS7
が実行され、ピーク値Aiがピーク値Ａ（ｉ−１）
よりも小さくなつたときステツプS8が実行され
る。ステツプS7では、ステツプS5で求められた
各脈波信号SMのピーク値及びそれらピーク値に
対応した時点のカフ２内の圧力Ｐ、並びに各ピー
ク値間間隔、つまり各脈波間の周期がRAM１６
にそれぞれ記憶され、このステツプS7の終了後
再びS6が実行されるようになつている。すなわ
ち、ピーク値Aiがピーク値Ａ（ｉ−１）より大き
い間はステツプS6及びS7が繰返し実行されるの
である。一方、ステツプS8では、ピーク値Aiが
ピーク値Ａ（ｉ−１）よりも小さくなつた時のピ
ーク値Ａ（ｉ−１）の値、即ち一連の脈波信号
SMのピーク値のうち、最大のピーク値の値が記
憶される（脈波信号SMのピーク値は、一般に、
血圧測定開始後徐々にその値が大きくなり、中間
時点で最大とつた後次第に小さくなる。）。

ステツプS8の実行後、直ちにステツプS9が実
行される。ステツプS9においては、ステツプS5
で求められたピーク値Aiが予め定められた十分
小さい目標最小ピーク値Aoと比較され、所定の
血圧値を算定するのに必要な脈波データが全て得
られたか否かが判断される。そして、ピーク値
Aiが未だ目標最小ピーク値Aoより大きく、必要
なデータが未だ揃つていないと判断された時には
ステツプS10が、データが完備されたと判断され
た時にはステツプS11が、それぞれ直ちに実行さ
れる。ステツプS10においては、前記ステツプS7
と同様に各種脈波データがRAM１６にそれぞれ
記憶され、その実行後再びステツプS9が実行さ
れ、ピーク値Aiが目標最小ピーク値Aoより小さ
くなつたと判断されるまでステツプS9及びステ
ツプS10が繰返し実行される。一方、ステツプ
S11においては、排出量信号SEの内容が変更され
て、それまで閉じられていた急速排気弁が開か
れ、カフ２内の空気が急速に排出される。

ステツプS11の実行後、ステツプS12及びS13が
直ちに実行される。すなわち、ステツプS12にお
いては血圧値決定ルーチンが実行され、最高血圧
値と最低血圧値が算定されるのであり、ステツプ
S13においては単位時間当りの呼吸数が求められ
るのである。なお、最高血圧値並びに最低血圧値
はステツプS8において記憶された脈波信号SMの
最大ピーク値に基づいて算定され、通常、最大ピ
ーク値が得られるより前に得られたピーク値（ス
テツプS7で記憶されたピーク値）のうち最大ピ
ーク値に対して所定の比率を有するピーク値が得
られたときのカフ２内の圧力Ｐが最高血圧値とし
て、また最大ピーク値が得られた後に得られたピ
ーク値（ステツプS10で記憶されたピーク値）の
うち最大ピーク値に対して予め設定された比率以
下のピーク値が得られたときのカフ２内の圧力Ｐ
が最低血圧値として、それぞれ求められる。

ステツプS13の呼吸数決定ルーチンは、第４図
に示されるフローチヤートに従つて実行される。

すなわち、呼吸数決定ルーチンのプログラムが
スタートされると、先ず、ステツプSR1の脈波間
周期差算定ルーチンが実行される。この脈波間周
期差算定ルーチンにおいては、前記ステツプS7
及びS9で記憶された各脈波信号の周期ti（ピーク
値Ai及びＡ（ｉ＋１）間の周期）に基づいて、 ti−ｔ（ｉ−１） なる計算が実行され、脈波間周期tiが広がりつつ
あるのか狭まりつつあるのかの判定材料、即ち呼
吸が呼気状態にあるのか吸気状態にあるのかの判
定材料が求められる。

そして、脈波間周期差算定ルーチン（ステツプ
SR1）に引き続いてステツプSR2の勾配反転数算
定ルーチンが実行され、上記ステツプSR1で求め
られたti−ｔ（ｉ−１）なる計算結果の符号（＋，
−）に基づいて、周期tiが広がりつつあるのか狭
まりつつあるのかの勾配の反転、即ち符号の反転
の回数が算定される。そして更に、ステツプSR2
の実行後ステツプSR3の単位時間当りの呼吸数決
定ルーチンが実行されて、単位時間当りの呼吸数
が決定されることとなる。つまり、ステツプSR3
ではステツプSR2で算定された勾配の反転数が脈
波の測定時間Ｔで割算されることにより、単位時
間当りの呼吸数が求められるのである。なお、上
記勾配の反転数は、符号の＋から−への反転の
み、若しくは−から＋への反転のみの何れか一方
の反転数だけについて求められるものであり、ス
テツプSR2において＋から−への反転及び−から
＋への反転の何れもを勾配の反転数として求めた
場合には、ステツプSR3ではその反転数を2Tで
割算する必要がある。

すなわち、脈波間周期tiは、横軸を呼吸回数と
し縦軸を周期tiの長さとした場合、その近似関数
が呼吸に応じて、第５図ａに示すような、略サイ
ン波形状をなすため、前記ti−ｔ（ｉ−１）の計
算結果は、第５図ｂに示されるように、＋，−の両
符号間に跨つた略サイン波形状の近似曲線とな
る。従つて、第５図ｂから明らかなように、一方
向への符号の反転（例えば＋から−への反転）の
回数を求めれば呼吸の回数を求められるのであ
り、これを単位時間について求めれば単位時間当
りの呼吸数が求められるのである。

ステツプSR3が実行されると呼吸数決定ルーチ
ンは直ちに終了され、引き続いてメインプログラ
ムのステツプS14が実行される。ステツプS14で
は、ステツプS12及びS13で求められた各血圧値
及び呼吸数が表示信号DDとして表示装置２４に
送出され、表示される。そして、このステツプ
S14が実行されるとメインプログラムは直ちに終
了する。

上述の説明から明らかなように、本実施例では
オシロメトリツク方式の血圧測定装置で検出され
る心臓の拍動に同期した動脈の振動である脈波に
基づいて、呼吸数が測定されている。すなわち、
本実施例では、血圧測定装置のカフ２、圧力セン
サ４及び拍動検出器６によつて拍動センサが構成
され、この拍動センサによつて人体の拍動たる脈
波を検出し、これにより拍動信号たる脈波信号
SMを出力するようにしているのである。なお、
このようにすれば、呼吸数測定装置として別個に
拍動センサを設ける必要は特にないのである。

また、本実施例においては、各脈波信号SM間
の周期は、ステツプS5の脈波ピーク値決定ルー
チンで求められたピーク値に基づいて、ステツプ
S7及びステツプS9でそのピーク値間の周期を脈
波間周期、即ち拍動周期として記憶し、この記憶
した周期に基づいて、ステツプS13の呼吸数決定
ルーチンで周期勾配の反転数として拍動周期の変
化数を求め、更に単位時間当りの変化数を求めて
いる。そして、この単位時間当りの変化数、即ち
周期勾配の反転数を呼吸数として表示装置２４で
表示するようにしている。すなわち、本実施例で
は、ステツプS5，S7及びS9によつて、拍動信号
たる脈波信号の周期を決定する周期決定手段が構
成されているのであり、ステツプS13によつて、
拍動信号たる脈波信号の周期の単位時間当りの周
期的な変化数を求める変化数決定手段が構成され
ているのである。

以上、本発明の一実施例を示したが、これはあ
くまでも一実施例であつて、本発明が他の態様で
も実施し得ることは言うまでもない。

例えば、前記実施例においては、各脈波信号
（拍動信号）間の周期を決定するのに、各脈波信
号のピークを検出し、そのピーク間の間隔を各脈
波信号間の周期として決定するようになされてい
たが、各脈波信号の立上りを検出し、各信号間の
立上りの間隔を周期として決定しても何等問題は
なく、その他の信号部位であつても、人体の拍動
に同期した周期が得られる部位であれば、各信号
のその部位間の間隔を各信号間の周期として決定
するようにしてもよいのである。

また、前記実施例においては、脈波信号間の周
期の呼吸に同期した周期的な変化数を求めるの
に、ｉ番目の脈波信号間の周期tiとｉ−１番目の
周期ｔ（ｉ−１）との間でti−ｔ（ｉ−１）となる
計算を行ない、その計算結果の＋，−の符号の反
転数を求めることにより変化数を求めるようにし
ていたが、上記のような計算は必ずしも行なう必
要はなく、第５図ａに示したような略サイン波形
状の近似関数を補間法によつて求め、かかる近似
関数を微分してその極値を求めて、そのうちの極
大値乃至は極小値の数を前記変化数としても何等
差支えないのである。なお、この近似関数を求め
て呼吸数を測定するための呼吸数決定ルーチン
（ステツプS13）のプログラムのフローチヤート
を第６図に示す。すなわち、第６図において、ス
テツプSR′1において補間法によつて近似関数Ｆ
（ｔ）が求められ、ステツプSR′2においてかかる
近似関数Ｆ（ｔ）が微分されてその極値が求めら
れ、ステツプSR′3においてその極値の数が２分
されて変化数とされ、この変化数がステツプSR3
で単位時間当りの呼吸数に換算されるのである。

更に、前記実施例においては、呼吸数並びに血
圧値はスタート押釦１２の押圧操作に基づいて単
発的に測定されるようになされていたが、それら
を連続的且つ自動的に測定するように構成するこ
とも可能であり、また呼吸数と共に所定の血圧値
も同時に求められるように構成されていたが、呼
吸数だけを求めるように構成することも勿論可能
である。また、表示装置にあつては、数値表示を
行うデジタル表示装置、プリンタで記録紙上に打
ち出すプリンタ表示装置、或は記録紙上にグラフ
表示するアナログ表示装置等、公知の種々の表示
装置が使用できることは勿論である。

加えて、本発明に係る呼吸数測定装置は、前記
実施例のオシロメトリツク方式の血圧測定装置の
みならず、カフの締め付けによつて動脈に発生さ
れるコロトコフ音に基づいて血圧を測定するマイ
クロホン式血圧測定装置や、超音波をカフで締め
付けた動脈に向つて発射し、動脈表壁の振動によ
るドツプラ変位を受けた反射波に基づいて血圧を
測定する、所謂超音波方式の血圧測定装置とも、
そのセンサを共用することができ、更には、心電
図を作成する心電計のセンサとも共用が可能であ
る。要するに、本発明に係る呼吸数測定装置は人
体の拍動を検出できるセンサを有する各種の装置
とそのセンサを共用することが可能であり、その
構成形態は極めて多様である。

なお、カフを使用する血圧測定装置のセンサを
拍動センサとして利用した場合には、従来の呼吸
数測定装置のように、センサを鼻孔や胸部のまわ
りに取り付ける必要がないので、センサによつて
被測定者に与えられる不快感が極めて軽減される
という利点がある。

その他、一々列挙はしないが、本発明がその趣
旨を逸脱しない範囲内において、種々なる変形、
改良を加えた態様で実施し得ることは、言うまで
もないところである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る呼吸数測定装置のクレー
ム対応図であり、第２図は拍動センサをオシロメ
トリツク方式の血圧測定装置のセンサと共用した
場合の本発明に係る呼吸数測定装置の一実施例を
血圧値測定装置と共に示すブロツク線図である。
第３図は第２図に示す装置の作動を説明するため
のメインプログラムのフローチヤートであり、第
４図は第３図に示す呼吸数決定ルーチンのプログ
ラムのフローチヤートである。第５図ａは呼吸と
脈波間周期との関係を近似曲線にして説明するた
めのグラフであり、同じくｂは第４図の勾配反転
数算定ルーチンで求められた周期差と呼吸との関
係を近似曲線にして説明するためのグラフであ
る。第６図は第３図の呼吸数決定ルーチンの他の
一例を示す第４図に相当する図である。 ２：カフ、４：圧力センサ、６：拍動検出器｝
拍動センサ、１４：CPU（演算処理装置）、１
６：RAM、１８：ROM、２４：表示装置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 人体の拍動を検出し、該拍動を表わす拍動信
   号を出力する拍動センサと、 前記拍動信号に基づき、該拍動信号の周期を求
   める周期決定手段と、 該手段によつて求められた周期に基づき、連続
   した前記拍動信号の各々に対応する周期の、単位
   時間当りの変化数を求める変化数決定手段と、 該手段によつて求められた単位時間当りの変化
   数を表示することにより、単位時間当りの呼吸数
   を表示する表示装置と を含むことを特徴とする呼吸数測定装置。