JPH0561929B2 - - Google Patents

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JPH0561929B2
JPH0561929B2 JP60292583A JP29258385A JPH0561929B2 JP H0561929 B2 JPH0561929 B2 JP H0561929B2 JP 60292583 A JP60292583 A JP 60292583A JP 29258385 A JP29258385 A JP 29258385A JP H0561929 B2 JPH0561929 B2 JP H0561929B2
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korotkoff
signal
korotkoff sound
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Terumo Corp
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  • Measuring Pulse, Heart Rate, Blood Pressure Or Blood Flow (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
I 発明の背景 A 技術分野 本発明は、聴診法による血圧測定装置に関し、
特にコロトコフ音を雑音から区別して認識する血
圧測定装置に関する。 B 先行技術とその問題点 聴診法による血圧の測定は、腕帯により血管に
加える圧力を変化させつつ、血管から発生するコ
ロトコフ音を認識して最高血圧および最低血圧を
測定する。 従来、腕帯に装着されたマイクロホンから検出
された信号の中からコロトコフ音を検出する方法
として、フイルタおよびコンパレータにより識別
する方法(フイルタコンパレータ方式)がある。 一般にコロトコフ音のスペクトル分布は、体動
や外来の雑音と周波数分布が異なることが知られ
ている。フイルタコンパレータ方式はこれを利用
したものであり、腕帯に装着されたマイクロホン
から検出した信号をフイルタに通過させ、コロト
コフ音以外の周波数成分の振幅を下げた後、コロ
トコフ音の周波数成分を電圧比較器(コンパレー
タ)によつて予め設定した閾値と比較し、その大
小により識別するものである。 しかし、コロトコフ音の周波数成分は被験者に
よつてばらつきがあるだけでなく、同一被験者に
おいても測定時刻やカフ圧等、測定するときの状
態によつてばらつきがあり、また、雑音の周波数
成分は数十Hz〜数百Hzと広く、コロトコフ音の周
波数成分とオーバーラツプしており、波形パター
ンもコロトコフ音と似ていることが多いので、雑
音を除去してコロトコフ音のみを抽出することは
非常に困難であつた。 また、脈音に比べてコロトコフ音の周波数成分
が小さいときには、脈音とコロトコフ音との区別
が困難であり、しかもレベルで弁別しているため
コロトコフ音の振幅の差により測定精度が左右さ
れやすいという欠点があつた。 一方、コロトコフ音の波形形状による識別方式
(パターン認識方式)が一部で実用化されている
が、雑音の波形パターンがコロトコフ音と似てい
るため、コロトコフ音を認識することは困難であ
る。 これらの欠点を解消するものとして心電図およ
び脈波を用いる方法がある。これらの方法は、心
電図R波よりもある一定の時間後の期間にコロト
コフ音があることを利用し、この期間だけゲート
を開き、コロトコフ音を通過させるか、または、
脈波の立ち上り時期にコロトコフ音があることを
利用してゲートを開きコロトコフ音を通すもので
ある。 しかし、心電図を用いる方法は電極を身体に装
着しなければならないので、装置の構成が複雑に
なる。一方、脈波を用いる方法はゲートを開く期
間の設定をハード的に行う場合には装置の構成が
複雑になり、またソフトウエアによつて行う場合
には脈波の立ち上がりおよびピーク付近はレベル
の変化率が低いため、脈波信号に重畳した雑音の
影響を受け易く、雑音の処理を行うためにはプロ
グラムが長く複雑なものとなる欠点があつた。 発明の目的 本発明はこのような従来技術の欠点を解消し、
簡単な処理手順により雑音を除去してコロトコフ
音を正確に認識することのできる血圧測定装置を
提供することを目的とする。 本発明によれば、血管に加える圧力を変化させ
得る加圧手段と、加圧手段により加圧された血管
から発生する音または振動を検出する振動検出手
段と、血管に加えられている圧力を検出する圧力
検出手段とを有し、振動検出手段により検出され
た振動の中からコロトコフ音を認識し、コロトコ
フ音の発生時に血管に加えられている圧力を圧力
検出手段により検出して血圧を測定する血圧測定
装置において、圧力検出手段から脈波を検出する
脈波検出手段と、振動検出手段により検出された
振動の中からコロトコフ音を認識するコロトコフ
音認識手段と、コロトコフ音認識手段により認識
された1以上のコロトコフ音の認識点および認識
点から所定の時間だけ離れた1以上の点のうち少
なくとも2点における脈波のレベルを比較する脈
波レベル比較手段と、脈波レベル比較手段からの
出力によりコロトコフ音認識手段により認識され
た振動をコロトコフ音と判定するコロトコフ音判
定手段とを有し、コロトコフ音判定手段は、脈波
レベル比較手段からの出力により、脈波のレベル
が時間の経過とともに上昇していることを検出し
た場合に振動をコロトコフ音と判定することを特
徴とするものである。 本発明の一つの特徴によれば、脈波レベル比較
手段は、測定開始からのコロトコフ音判定手段に
よりコロトコフ音が所定の回数判定されるまで
は、コロトコフ音認識手段により認識されたコロ
トコフ音の認識点および認識点よりも所定の時間
だけ前の少なくとも1点における脈波のレベルを
比較し、以後は、コロトコフ音判定手段によりコ
ロトコフ音が所定の回数判定されるまでの脈波の
レベルの比較に用いられた認識点よりも所定の時
間だけ前の少なくとも1点よりも所定の時間後の
1以上の点および認識点のうち少なくとも2点に
おける脈波のレベルを比較するものとすることが
できる。 さらに、脈波レベル比較手段は、脈波のレベル
を比較する少なくとも2点における脈波の比較に
おいて微小雑音の影響を排除するために、少なく
とも2点のいずれかの値を修正する値が設定され
ているものとすることができる。 発明の具体的説明および作用 次に添付図面を参照して本発明による血圧測定
装置の実施例を詳細に説明する。 第1図には本発明による血圧測定装置のハード
構成図が示されている。 マイクロホン2は、コロトコフ音を検出するた
めに血管からの音または振動を検出して電気信号
に変換する。コロトコフ音は通常第3図下部に示
すような波形を有し、腕帯28により加圧され、
徐々に減圧されていく動脈の血管から発生し、最
初に発生した点が最高血圧、最後に発生した点が
最低血圧とされている。コロトコフ音は、マイク
ロホン2から出力される信号から後述する方法に
より識別される。 フイルタアンプ6はマイクロホン2からの信号
を波形整形および増幅し、コロトコフ音を識別す
るために使用されるK信号としてAD変換部12
に出力する。 圧力検出部4は加圧手段により腕帯28を介し
て血管に加えられている圧力を検出し、電気信号
に変換する。アンプ8は圧力検出部4からの信号
を増幅し、血管に加えられている圧力を示すP信
号としてAD変換部12に出力する。フイルタア
ンプ10は圧力検出部4からの信号を波形整形お
よび増幅し、脈波を検出するためのM信号として
AD変換部12に出力する。 AD変換部12は、フイルタアンプ6、アンプ
8およびフイルタアンプ10からそれぞれ入力さ
れるアナログ信号であるK信号、P信号およびM
信号をデジタル信号に変換し、第4図に示すよう
に1msずつシフトさせ、シーケンシヤルに各々
4msの間隔でCPU14に出力する。 基準電源部18は、AD変換部12においてK
信号、P信号およびM信号を例えば、256段階の
デジタル信号に変換する場合に基準とする電圧を
発生する。 加圧設定スイツチ16は、腕帯28により血管
を加圧する最大値が必要以上に大きくならないよ
うに、被験者の日頃の最高血圧値に基づいて操作
者が所定の値、例えば120mmHg、150mmHg、180
mmHg、210mmHgに設定するためのものである。 CPU14はAD変換部12から入力されるK信
号、P信号およびM信号を内部のメモリに蓄積
し、後述する処理手順によりコロトコフ音を識別
する。 クロツク発生部20は、CPU14の動作タイ
ミングを制御するためのクロツク信号を発生して
CPU14に出力する。駆動部26は、CPU14
からの指示により加圧ポンプ34および排気バル
ブ32を駆動する。加圧ポンプ34は、腕帯28
により血管を加圧するための加圧空気を送り出
す。排気バルブ32は、加圧ポンプ34により加
圧した後、測定を中止する場合に加圧ポンプ34
から腕帯28に送られている加圧空気を排気す
る。減圧バルブ30は、加圧ポンプ34から腕帯
28に送られている加圧空気を徐々に排気し減圧
するためのものである。 加圧および排気スイツチ22は加圧ポンプ34
および排気バルブ32を駆動させるためのスイツ
チである。加圧設定スイツチ16は、血管に最初
に加える圧力を被験者に応じて設定するためのも
のである。表示部24は、CPU14により測定
された測定値を表示し、また測定の終了や装置の
状態をブザーで警告する。 血圧の測定を行う場合には、加圧スイツチ22
により加圧ポンプ34を作動させ、腕に装着した
腕帯28に加圧空気を送り、十分に上腕を加圧し
た後、加圧ポンプ34を停止させる。次に、減圧
バルブ30を開いて腕帯28に送られている加圧
空気を予め設定された速度で排気し減圧してゆ
く。この減圧過程において、コロトコフ音を検出
するために、血管から発生する音または振動をマ
イクロホン2により検出し、フイルタアンプ6を
通して波形整形、増幅したK信号をAD変換部1
2に出力する。 また、血管に加えられている圧力および脈波を
検出するために、血管に加えられている圧力を圧
力検出部4により検出し、アンプ8を通して増幅
したP信号およびフイルタアンプ10を通して波
形整形、増幅したM信号をAD変換部12に出力
する。これらのK信号、P信号およびM信号は、
AD変換部12においてデジタル信号に変換され
るとともに、前述のように第4図に示す如く、
1msずつシフトされ、各々4msの間隔でCPU14
に出力される。CPU14では後述する処理手順
でコロトコフ音を検出する。 コロトコフ音は、第3図に示すように、腕帯2
8により血管に加えるカフ圧を徐々に減少させて
ゆくと、ある圧力において現れ、さらにカフ圧を
減少させてゆくと、ある圧力において消失する。
コロトコフ音は第1図のマイクロホン2から血管
に発生する音を検出し、フイルタアンプ6を通し
たK信号により検出される。 第3図にはカフ圧のわずかな変動として現れる
脈波信号が合わせて示されている。カフ圧は第1
図の圧力検出部4において血管に加えられている
圧力として検出され、アンプ8で増幅されたP信
号により検出される。脈波信号は圧力検出部4で
検出された信号をフイルタアンプ10を通し、カ
フ圧信号上に重畳された微小な変動分を抽出した
M信号により検出される。 第5図a〜hに、実際のコロトコフ音信号と脈
波信号の波形を示す。第5図a〜hは、a〜hの
順で測定の開始から終了までのK信号とM信号の
波形を示すものであり、矢印により示されている
部分が、コロトコフ音と判断されたものである。 第3図および第5図a〜hからわかるように、
コロトコフ音が発生するタイミングは、コロトコ
フ音が現出し始めた時には脈波信号のピークの位
置であり、カフ圧降下に伴い、次第に脈波の立ち
上がり部分の方へと移動する。 したがつて本発明は、CPU14においてK信
号からコロトコフ信号を後述するパターン認識法
により識別した後、パターン認識法によつてコロ
トコフ音と識別されたコロトコフ音に似た信号
が、第3図に示すような脈波との位置関係がある
か否かを判断して、位置関係が満たされた場合に
はコロトコフ音と認識し、満たされない場合には
コロトコフ音と認識せず雑音と認識するものであ
る。 すなわち、パターン認識法によりコロトコフ音
として識別された信号が発生した時刻において脈
波信号の形状を調べ、脈波信号がその時刻におい
て上昇曲線を描いている場合にコロトコフ音と判
断する。脈波信号が上昇曲線を描いていない場合
にはコロトコフ音とは認めず、これにより雑音を
コロトコフ音と誤認識するのを防止する。 第2図には、第1図のCPU14内においてプ
ログラムの実行により実現される各種の機能がブ
ロツクにより示されている。 K信号読み込み部102、P信号読み込み部1
04、M信号読み込み部106は、それぞれAD
変換部12からデジタル化されたK信号、P信
号、M信号を読み込み、メモリ108に送る。メ
モリ108はこれらの信号を一時蓄積し、必要に
応じて後述する各部に出力する。コロトコフ音パ
ターン認識部110は、メモリ108からK信号
を読み出し、パターン認識法によりコロトコフ音
を認識する。脈波レベル比較部112は、コロト
コフ音パターン認識部110によつてコロトコフ
音と認識された信号の後述する特徴点の時刻に対
応するM信号をメモリ108から読み出し、これ
らのM号のレベルを比較する。 コロトコフ音判定部114は、脈波レベル比較
部112により比較された脈波信号のレベルが上
昇している場合にそのK信号をコロトコフ音と判
定する。血圧判定部116はコロトコフ音判定部
114によりコロトコフ音が判定された時刻のP
信号をメモリ108から読み出し、このP信号の
値を血圧値と判定し、表示部24に出力する。 ここで、コロトコフ音パターン認識部110に
おいて行われるパターン認識法の一例について簡
単に説明する。 コロトコフ音の典型的な波形が第7図a,bに
示されている。第7図bは、第7図aの波形の信
号レベルを反転したものである。このコロトコフ
音波形の特徴点はC1〜C4であり、パターン認識
法はこれら4点の互いの関係を基にしてコロトコ
フ音の認識を行う。 第7図aの場合について説明すると、予め設定
された閾値を越える部分を検出し、この点をC3
と仮定する。次にC3点を終時点として所定の時
間内にある最小点C2を検出する。C2とC3とのレ
ベル差が所定の範囲の値であるか否かを判定し、
所定の範囲の値である場合には、C2を終時点と
して所定の時間内にある最大点C1を検出する。
C1とC2とのレベル差が所定の範囲の値であるか
否かを判定し、所定の範囲の値である場合には、
C3を始時点として所定の時間内にある最小点C4
を検出する。C4とC3とのレベル差が所定の範囲
の値であるか否かを判定し、所定の範囲の値であ
る場合には、その波形をコロトコフ音と認識す
る。 上記の条件が満たされない場合には、他の点を
C3と仮定し、同様の操作を条件がすべて満たさ
れるまで繰り返す。このようにしてコロトコフ音
を認識する。 次に、コロトコフ音パターン認識部110にお
いて行われたパターン認識法によりコロトコフ音
とされた信号の発生時において、脈波が上昇して
いるか否かを脈波レベル比較部112において比
較し、上昇している場合にコロトコフ音判定部1
14によりコロトコフ音と判断する処理手順を説
明する。カフ下抹消部に設定された、たとえば圧
電変位型マイクロフオンによつてカフ圧の減圧過
程で採取されるコロトコフ音の典型的な波形は一
般に、第6図に示すようなパターンをとることが
経験的に知られている。コロトコフ音の聞こえ始
めのパターンは、同図aに示すように3つの極値
P1、P2およびP3を有している。カフ圧の減少と
ともにやがて、その振幅が大きくなると、4つの
極値P1、P2、P3およびP4を呈するようになる。
通常の場合、これが7ないし8拍目に相当する。
コロトコフ音の消滅する時点では、同cに示すよ
うに、4つの極値P3、P4、P5′およびP6′を呈し
たまま振幅が小さくなる。その後は、2つの極値
を有する小さな振幅の脈音が続く。そこで本実施
例では、次に説明するように始めの7拍目までは
3つの極値を検出してパターンを認識し、8拍目
以降は4つの極値を検出してパターン認識を行な
う。 コロトコフ音と思われる信号をパターン認識法
により認識した場合に、この信号が脈の1〜3拍
目のものである場合、すなわちコロトコフ音と思
われる信号が脈波信号の1〜3番目の部分にある
場合には、第6図aに示すようにK信号上に3つ
の特徴点P1、P2、P3を検出した時刻に対応する
M信号上の点をそれぞれM1、M2、M3とし、M1
よりも所定の時間τ1だけ前の点をM2′、M2′より
もさらに所定の時間τ2だけ前の点をM3′とする。 そして、M3′、M2′、M1の3点を比較するこ
とによりM信号が上昇曲線を描いているか否かを
判断する。この判断は、次の式が満たされるか否
かにより行われる。 M3′+α1<M2′<M1+α2 …(1) ここで、α1およびα2は、M3′、M2′、M1の3
点の間にM3′<M2′<M1の関係の有無を判断す
る場合に、雑音による影響を除去するために設定
される。α1は通常正の値、α2は通常負の値であ
る。 したがつて上記(1)式が満たされれば、M3′、
M2′M1の3点の間にM3′<M2′<M1の関係があ
り、M信号が上昇曲線を描いていると判断される
から、そのK信号はコロトコフ音と判断される。
(1)式が満たされなければ、コロトコフ音ではない
と判断される。 この場合には、コロトコフ音が脈波のピーク付
近で現れるから、特徴点P1、P2、P3に対応する
M1、M2、M3の3点を比較しても上昇曲線の判
断ができないことがある。また、ピーク付近はレ
ベルの変化率が低いので脈波信号に重畳した細か
な雑音の影響を受け易い。そこでτ1、τ2を設定
し、M3′、M2′、M1の3点により比較を行うの
である。 次に、K信号が脈の4〜7拍目のものである場
合には、第6図aに示すM1、M2、M3の3点を
比較することによりM信号が上昇曲線を描いてい
るか否かを判断する。この判断は、次の式が満た
されるか否かにより行われる。 M1+α3<M2<M3+α4 …(2) ここで、α3およびα4は、M1、M2、M3の3点
の間にM1<M2<M3の関係の有無を判断する場
合に、雑音により影響を除去するために設定され
る。α3は通常正の値、α4は通常負の値である。 したがつて上記(2)式が満たされれば、M1、
M2、M3の3点の間にM1<M2<M3の関係があ
り、M信号が上昇曲線を描いていると判断される
から、そのK信号はコロトコフ音と判断される。
(2)式が満たされなければ、コロトコフ音ではない
と判断される。 次に、K信号が脈の8拍目以降のものである場
合には、特徴点が4つになるためその中から任意
に3点を選んで、例えば第6図bに示す特徴点
P1、P3、P4に対応するM4、M5、M6の3点、
または第6図cに示す特徴点P3、P5′、P6′に対
応するM4、M5、M6の3点を比較することによ
り、M信号が上昇曲線を描いているか否かを判断
する。この判断は、次の式が満たされるか否かに
より行われる。 M4+α5<M5<M6+α6 …(3) ここで、α5およびα6は、M4、M5、M6の3点
の間にM4<M5<M6の関係の有無を判断する場
合に、雑音による影響を除去するために設定され
る。α5は通常正の値、α6は通常負の値である。 したがつて上記(3)式が満たされれば、M4、
M5、M6の3点の間にM4<M5<M6の関係があ
り、M信号が上昇曲線を描いていると判断される
から、そのK信号はコロトコフ音と判断される。
(3)式が満たされなければ、コロトコフ音ではない
と判断される。 上記α1〜α6、τ1、τ2の値の一例を表1に示す。
【表】 表1において、α1〜α6の値はAD変換部12に
よりAD変換されたデジタル値であり、256段階
に区分された単位を1とした場合の2または−2
を示している。 以上のようにして、パターン認識法によりコロ
トコフ音とされた信号が発生した時刻において脈
波信号の形状を調べ、コロトコフ音を識別する。
したがつて、パターン認識法によりコロトコフ音
とされたもののうち、コロトコフ音と波形の似た
雑音を除去することができ、コロトコフ音の識別
を正確に行うことができる。 このようなコロトコフ音の識別を行う本実施例
の装置を実際に用いた実験結果を第8図a〜lお
よび第8図2a〜2lに示す。これは、コロトコフ音
に波形の似た雑音を故意に発生させ、コロトコフ
音の識別を行つたものである。 第8図a〜lおよび第8図2a〜2lは、それぞれ
測定の開始から終了までのK信号とM信号の波形
を示すものであり、第8図a〜lは本実施例によ
る雑音除去を行わない場合のコロトコフ音の識別
を示している。矢印により示されている部分が、
パターン識別法によりコロトコフ音と判断された
ものである。 第8図2a〜2lは、上記の実施例による雑音除去
を行つた場合のコロトコフ音の識別を示してい
る。矢印により示されている部分が、雑音除去を
行つた後にコロトコフ音と判断されたものであ
る。第8図a〜lと第8図2a〜2lとを比較する
と、本実施例による雑音除去効果が高いことがわ
かる。 以上のように本実施例によれば、簡単な処理手
順で雑音を有効に除去し、コロトコフ音を認識す
ることができる。また、コロトコフ音の出現時に
おいて、コロトコフ音が脈波のピーク時に発生し
た場合でも、所定の時間τ1、τ2を設定して特徴点
よりも前の時刻において脈波のレベルを比較して
いるから、雑音によるコロトコフ音の認識漏れを
防止することができる。したがつて正確な血圧測
定を行うことができる。 発明の具体的効果 本発明によれば、コロトコフ音と思われる信号
をパターン認識法により認識した後、この信号の
パターン認識における特徴点の時刻に対応する脈
波信号のレベルを判断し、脈波信号が上昇してい
る場合にコロトコフ音と判断する。しかも、脈波
信号のレベルの比較は、コロトコフ音のパターン
を構成する特徴点および該特徴点から所定の時間
だけ離れた点のうち3点を比較するから、処理手
順が簡単である。 さらに、コロトコフ音の出現時において、コロ
トコフ音が脈波のピーク時に発生した場合でも、
所定の時間τ1、τ2を設定して特徴点よりも前の時
刻において脈波のレベルを比較しているから、雑
音によるコロトコフ音の認識洩れを防止すること
ができる。したがつて正確な血圧測定を行うこと
ができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明による血圧測定装置のハード構
成図、第2図は第1図のCPUにおける機能ブロ
ツク図、第3図はコロトコフ音と脈波信号の関係
を示す図、第4図は第1図のAD変換部から出力
されるK信号、P信号、M信号のタイミングチヤ
ート、第5図a〜hはK信号とM信号を実際に検
出した波形図、第6図a〜cはK信号とM信号と
の関係を示す波形図、第7図a,bは典型的なコ
ロトコフ音信号の波形図、第8図a〜lは、雑音
除去前のコロトコフ音の識別を示すK信号とM信
号の波形図、第8図2a〜2lは雑音除去後のコロト
コフ音の識別を示すK信号とM信号の波形図であ
る。 主要部分の符号の説明、2……マイクロホン、
4……圧力検出部、6……フイルタアンプ、10
……フイルタアンプ、12……AD変換部、14
……CPU、110……コロトコフ音パターン認
識手段、112……脈波レベル比較手段、114
……コロトコフ音判定手段。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 血管に圧力を可変的に加える加圧手段と、 前記血管に発生する振動を検出する振動検出手
    段と、 前記血管に加えられている圧力を検出する圧力
    検出手段と、 前記検出された振動の中からコロトコフ音を認
    識するコロトコフ音認識手段とを有し、 前記コロトコフ音の発生時に前記圧力検出手段
    が検出した圧力から前記血管の血圧を測定する血
    圧測定装置において、該装置は、 前記検出された圧力に重畳している脈波を検出
    する脈波検出手段と、 前記脈波の少なくとも2つの時点におけるレベ
    ルを相互に比較する脈波レベル比較手段とを有
    し、 該脈波レベル比較手段は、前記コロトコフ音認
    識手段によりコロトコフ音を認識した時点を第1
    の時点とし、該第1の時点と該第1の時点より所
    定の時間だけ離れた時点における脈波のレベルを
    比較し、 該装置はさらに、前記脈波レベル比較手段にお
    ける比較結果により、前記脈波のレベルの経時変
    化を調べ、該脈波のレベルが時間の経過とともに
    上昇していることを検出した場合に前記コロトコ
    フ音を最終的に正規のコトロコフ音と判定するコ
    ロトコフ音判定手段を有することを特徴とする血
    圧測定装置。 2 前記脈波レベル比較手段は、前記コロトコフ
    音が所定の回数だけ判定されるまでは、前記第1
    の時点と該第1の時点より所定の時間だけ前方の
    時点における脈波のレベルを比較し、前記コロト
    コフ音が所定の回数だけ判定された以後は、前記
    第1の時点と該第1の時点より所定の時間だけ後
    方の時点における脈波のレベルを比較することを
    特徴とする特許請求の範囲第1項記載の血圧測定
    装置。 3 前記脈波レベル比較手段は、前記脈波のレベ
    ルを比較する少なくとも2点における前記脈波の
    比較において微小雑音の影響を排除するために、
    前記の少なくとも2点のいずれかの値を修正する
    値が設定されていることを特徴とする特許請求の
    範囲第1項または第2項記載の血圧測定装置。
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