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技術 心拍出状態監視装置および末梢循環状態監視装置

出願人 オムロンコーリン株式会社
発明者 布目知弘
出願日 1995年12月21日 (25年0ヶ月経過) 出願番号 1995-333442
公開日 1997年6月30日 (23年5ヶ月経過) 公開番号 1997-168517
状態 特許登録済
技術分野 脈拍・心拍・血圧・血流の測定
主要キーワード サンプリング入力 一次係数 昇圧過程 最適押圧力 ブロック線 圧力エア 装着バンド ゴム製袋
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(1997年6月30日)のものです。
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図面 (7)

課題

使用が簡単でありしかも手術の種類に影響され難い心拍出状態監視装置を提供する。

解決手段

心拍出状態算出手段76によって、線形予測係数算出手段70により算出された線形予測係数a1 、a2 ・・・aP に基づいて予測信号S’n が求められ、その予測信号S’n と圧脈波信号Sn との差である残差信号en に基づいて生体の心拍出状態を示す値ICOが算出される。この残差信号en の振幅、或いはその残差信号en の周波数解析値信号強度は、周期的に変化するピッチインパルスに対応する心筋収縮力或いは心拍出量間接的に示すものと考えられる。生体に対しては、撓骨動脈足背動脈などの末梢部の動脈から発生する圧脈波を検出するために手首或いは足先へ1個の圧脈波センサ46を装着するだけでよいので、使用が簡単となるとともに、手術の種類に影響され難い利点がある。

概要

背景

たとえば手術中或いは手術後における生体容体を把握するために、血圧値脈拍数だけでなく、その生体の心拍出状態や末梢循環状態を監視することが望まれる。心拍出状態や末梢循環状態が把握できれば、たとえば生体のショック状態麻酔深度などを早期に診断することが容易となるのである。

概要

使用が簡単でありしかも手術の種類に影響され難い心拍出状態監視装置を提供する。

心拍出状態算出手段76によって、線形予測係数算出手段70により算出された線形予測係数a1 、a2 ・・・aP に基づいて予測信号S’n が求められ、その予測信号S’n と圧脈波信号Sn との差である残差信号en に基づいて生体の心拍出状態を示す値ICOが算出される。この残差信号en の振幅、或いはその残差信号en の周波数解析値信号強度は、周期的に変化するピッチインパルスに対応する心筋収縮力或いは心拍出量間接的に示すものと考えられる。生体に対しては、撓骨動脈足背動脈などの末梢部の動脈から発生する圧脈波を検出するために手首或いは足先へ1個の圧脈波センサ46を装着するだけでよいので、使用が簡単となるとともに、手術の種類に影響され難い利点がある。

目的

本発明は以上の事情背景として為されたものであり、その第1の目的とするところは、使用が簡単でありしかも手術の種類に影響され難い心拍出状態監視装置を提供することにある。また、第2の目的とするところは、使用が簡単でありしかも手術の種類に影響され難い末梢循環状態監視装置を提供することにある。

効果

実績

技術文献被引用数
1件
牽制数
1件

この技術が所属する分野

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請求項1

生体動脈から検出される圧脈波に基づいて該生体の心拍出状態を監視するための心拍出状態監視装置であって、前記生体の末梢部の動脈から発生する圧脈波を検出し、該圧脈波を表す圧脈波信号を出力する圧脈波センサと、該圧脈波センサから出力された圧脈波信号から、該圧脈波信号の過去のサンプリング値線形結合の形で予測した予測値実際値との残差を最小とするための線形予測係数を算出する線形予測係数算出手段と、該線形予測係数算出手段により算出された線形予測係数から予測信号を求め、該予測信号と前記圧脈波信号との差である残差信号に基づいて前記心拍出状態を示す値を算出する心拍出状態算出手段とを、含むことを特徴とする心拍出状態監視装置。

請求項2

前記心拍出状態算出手段は、前記線形予測係数算出手段により算出された線形予測係数から、前記圧脈波の予測値を算出する予測値算出手段と、前記圧脈波信号から該予測値算出手段により算出された予測値を差し引くことにより残差信号を算出する残差信号算出手段とを含むものである請求項1の心拍出状態監視装置。

請求項3

前記心拍出状態算出手段により算出された前記心拍出状態を示す値を表示器に表示させる心拍出状態表示手段をさらに含むものである請求項1の心拍出状態監視装置。

請求項4

前記線形予測係数算出手段により算出される線形予測係数は、PARCOR係数である請求項1の心拍出状態監視装置。

請求項5

生体の動脈から検出される圧脈波に基づいて該生体の末梢循環状態を監視するための末梢循環状態監視装置であって、前記生体の末梢部の動脈から発生する圧脈波を検出し、該圧脈波を表す圧脈波信号を出力する圧脈波センサと、該圧脈波センサから出力された圧脈波信号から、線形予測係数を算出する線形予測係数算出手段と、該線形予測係数算出手段により算出された線形予測係数に基づいて、前記末梢循環状態を示す値を算出する末梢循環状態算出手段とを、含むことを特徴とする末梢循環状態監視装置。

請求項6

前記末梢循環状態算出手段により算出された前記末梢循環状態を示す値を表示器に表示させる末梢循環状態表示手段を含むものである請求項5の末梢循環状態監視装置。

請求項7

前記線形予測係数算出手段により算出される線形予測係数は、PARCOR係数である請求項5の末梢循環状態監視装置。

技術分野

0001

本発明は、線形予測法を用いて生体圧脈波解析することにより、生体の心拍出状態や末梢循環状態を監視する装置に関するものである。

背景技術

0002

たとえば手術中或いは手術後における生体の容体を把握するために、血圧値脈拍数だけでなく、その生体の心拍出状態や末梢循環状態を監視することが望まれる。心拍出状態や末梢循環状態が把握できれば、たとえば生体のショック状態麻酔深度などを早期に診断することが容易となるのである。

発明が解決しようとする課題

0003

しかしながら、従来では、心拍出状態や末梢循環状態を簡単に監視する装置がなく、容易に適用することが困難であった。たとえば、心拍出状態を監視する装置としては、胴体と首とにそれぞれ巻き着けた2対の電極を用いてそれら胴体と首との間のインピーダンスの変化を検出し、そのインピーダンスに基づいて心拍出量を監視する装置が提案されている(USP4,437,469)。しかし、そのような装置では、電極を胴体および首にそれぞれ巻きつける必要があるために電極の装着が煩雑となり、また、手術の部位によってはその電極の装着が不可能となる場合があった。

0004

また、たとえば、末梢循環状態を検出する装置としては、透過型酸素飽和度センサ反射型酸素飽和度センサとを生体上の2ヵ所に設け、それら透過型酸素飽和度センサと反射型酸素飽和度センサによりそれぞれ測定された酸素飽和度に基づいて末梢循環状態を決定する末梢循環検出装置が提案されている(特開平4−61849号公報)。しかし、そのような装置では、2種類の酸素飽和度センサを生体に装着する必要があるために装着が煩雑となり、また、表皮毛細血管収縮する低体温麻酔時などには使用が困難であった。

0005

本発明は以上の事情背景として為されたものであり、その第1の目的とするところは、使用が簡単でありしかも手術の種類に影響され難い心拍出状態監視装置を提供することにある。また、第2の目的とするところは、使用が簡単でありしかも手術の種類に影響され難い末梢循環状態監視装置を提供することにある。

0006

上記第1の目的を達成するための第1発明の要旨とするところは、生体の動脈から検出される圧脈波に基づいてその生体の心拍出状態を監視するための心拍出状態監視装置であって、(a) 前記生体の末梢部の動脈から発生する圧脈波を検出し、その圧脈波を表す圧脈波信号を出力する圧脈波センサと、(b) その圧脈波センサから出力された圧脈波信号から、その圧脈波信号の過去のサンプリング値線形結合の形で予測した予測値実際値との残差を最小とするための線形予測係数を算出する線形予測係数算出手段と、(c) その線形予測係数算出手段により算出された線形予測係数から予測信号を求め、その予測信号と前記圧脈波信号との差である残差信号に基づいて、前記心拍出状態を示す値を算出する心拍出状態算出手段とを、含むことにある。

0007

このようにすれば、心拍出状態算出手段によって、前記線形予測係数算出手段により算出された線形予測係数から予測信号が求められ、その予測信号と前記圧脈波信号との差である残差信号に基づいて前記心拍出状態を示す値が算出されることから、生体に対しては、撓骨動脈足背動脈などの末梢部の動脈から発生する圧脈波を検出するために手首或いは足先へ1個の圧脈波センサを装着するだけでよい。したがって、胴体と首との間のインピーダンスの変化を検出するための電極を胴体および首にそれぞれ巻きつけることなどが不要となるので、使用が簡単となるとともに、手術の種類に影響され難い利点がある。

0008

上記第2の目的を達成するための第2発明の要旨とするところは、生体の動脈から検出される圧脈波に基づいてその生体の末梢循環状態を監視するための末梢循環状態監視装置であって、(a) 前記生体の末梢部の動脈から発生する圧脈波を検出し、その圧脈波を表す圧脈波信号を出力する圧脈波センサと、(b) その圧脈波センサから出力された圧脈波信号から、線形予測係数を算出する線形予測係数算出手段と、(c) その線形予測係数算出手段により算出された線形予測係数に基づいて、前記末梢循環状態を示す値を算出する末梢循環状態算出手段とを、含むことにある。

0009

このようにすれば、末梢循環状態算出手段によって、前記線形予測係数算出手段により算出された線形予測係数に基づいて、前記末梢循環状態を示す値が算出されることから、生体に対しては、撓骨動脈、足背動脈などの末梢部の動脈から発生する圧脈波を検出するために手首或いは足先へ1個の圧脈波センサを装着するだけでよい。したがって、胴体と首との間のインピーダンスの変化を検出するための電極を胴体および首にそれぞれ巻きつけることなどが不要となるので、使用が簡単となるとともに、表皮の毛細血管が収縮する低体温麻酔時などにおいても末梢部の動脈から圧脈波が検出され得るので、手術の種類に影響され難い利点がある。

0010

ここで、好適には、前記心拍出状態算出手段は、前記線形予測係数算出手段により算出された線形予測係数から、前記圧脈波の予測値を算出する予測値算出手段と、前記圧脈波信号からその予測値算出手段により算出された予測値を差し引くことにより残差信号を算出する残差信号算出手段とを含むものである。

0011

また、好適には、前記心拍出状態算出手段は、上記残差信号の振幅を決定する振幅決定手段、或いは残差信号の周波数解析処理を行ってその周波数解析値信号強度を決定する周波数解析値決定手段をさらに含み、上記残差信号の振幅値、或いは周波数解析値の大きさ、或いはそれと線形或いは非線形の関係にある所定の評価値である心拍出状態を示す値を決定する。

0012

また、好適には、前記心拍出状態監視装置は、前記心拍出状態算出手段により算出された心拍出状態を示す値を表示器に表示させる心拍出状態表示手段をさらに含む。この表示器は、数値或いはグラフにより上記心拍出状態を示す値を更新して表示し、または経時的変化を示すトレンドグラフにより上記心拍出状態を示す値を表示する。このようにすれば、心拍出状態を示す値が表示器に表示されるので、医療従事者が容易に生体の心拍出状態を知ることができる。

0013

また、好適には、前記末梢循環状態監視装置は、前記末梢循環状態算出手段により算出された末梢循環状態を示す値を表示器に表示させる末梢循環状態表示手段をさらに含む。この表示器は、数値或いはグラフにより上記末梢循環状態を示す値を更新して表示し、または経時的変化を示すトレンドグラフにより上記末梢循環状態を示す値を表示する。このようにすれば、末梢循環状態を示す値が表示器に表示されるので、医療従事者が容易に生体の末梢循環状態を知ることができる。

0014

また、好適には、前記心拍出状態監視装置或いは末梢循環状態監視装置において、前記線形予測係数算出手段は、前記線形予測係数としてPARCOR係数を算出するものである。このようにすれば、PARCOR係数は直交化した偏自己相関関数であるので、一層、高い精度で心拍出状態或いは末梢循環状態を知ることができる。

発明を実施するための最良の形態

0015

以下、本発明の一実施例を図面を参照して説明する。図1は、本発明の一実施例である心拍出状態監視機能および末梢循環状態監視機能を備えた連続血圧監視装置8の構成を示している。

0016

図1において、連続血圧監視装置8は、ゴム製袋を布製帯状袋内に有してたとえば患者上腕部12に巻回されるカフ10と、このカフ10に配管20を介してそれぞれ接続された圧力センサ14、切換弁16、および空気ポンプ18とを備えている。この切換弁16は、カフ10内への圧力の供給を許容する圧力供給状態、カフ10内を徐々に排圧する徐速排圧状態、およびカフ10内を急速に排圧する急速排圧状態の3つの状態に切り換えられるように構成されている。

0017

圧力センサ14は、カフ10内の圧力を検出してその圧力を表す圧力信号SPを静圧弁別回路22および脈波弁別回路24にそれぞれ供給する。静圧弁別回路22は所定周波数以下の信号成分のみを通過させるローパスフィルタを備え、圧力信号SPに含まれる静的な圧力すなわちカフ圧を表すカフ圧信号SK弁別してそのカフ圧信号SKをA/D変換器26を介して電子制御回路28へ供給する。

0018

上記脈波弁別回路24は、カフ10内において心拍に同期して発生する圧力振動であるカフ脈波を構成する周波数帯の信号を通過させるがそれ以外の周波数成分を除去するバンドパスフィルタを備え、圧力信号SPから弁別したカフ脈波信号MをA/D変換器30を介して電子制御回路28へ供給する。

0019

上記電子制御回路28は、CPU29,ROM31,RAM33,および図示しないI/Oポート等を備えた所謂マイクロコンピュータにて構成されており、CPU29は、ROM31に予め記憶されたプログラムに従ってRAM33の記憶機能を利用しつつ入力された信号の処理を実行することにより、I/Oポートから駆動信号を出力して切換弁16、空気ポンプ18、表示器32を制御する。

0020

圧脈波検出プローブ34は、前記カフ10が装着されているか或いは装着されていない上腕部12の動脈下流側の手首42において、容器状を成すハウジング36の開口端体表面38に対向する状態で装着バンド40により手首42に着脱可能に取り付けられるようになっている。ハウジング36の内部には、ダイヤフラム44を介して圧脈波センサ46が相対移動可能かつハウジング36の開口端からの突出し可能に設けられており、これらハウジング36およびダイヤフラム44等によって圧力室48が形成されている。この圧力室48内には、空気ポンプ50から調圧弁52を経て圧力エアが供給されるようになっており、これにより、圧脈波センサ46は圧力室48内の圧力に応じた押圧力PHDで前記体表面38に押圧される。

0021

上記圧脈波センサ46は、たとえば、単結晶シリコン等から成る半導体チップ押圧面54に多数の半導体感圧素子(図示せず)が配列されて構成されており、手首42の体表面38の撓骨動脈56上に押圧されることにより、撓骨動脈56から発生して体表面38に伝達される圧力振動波すなわち圧脈波を検出し、その圧脈波を表す圧脈波信号SをA/D変換器58を介して電子制御回路28へ供給する。

0022

また、電子制御回路28のCPU29は、ROM31に予め記憶されたプログラムに従って、空気ポンプ50および調圧弁52へ駆動信号を出力し、圧力室48内の圧力すなわち圧脈波センサ46の皮膚に対する押圧力を調節する。これにより、血圧監視に際しては、圧力室48内の圧力変化過程で逐次得られる圧脈波に基づいて圧脈波センサ46の最適押圧力PHDPが決定され、圧脈波センサ46の最適押圧力PHDP を維持するように調圧弁52が制御される。

0023

図2は、上記連続血圧監視装置8における電子制御回路28の制御機能の要部を説明する機能ブロック線図である。図において、血圧測定手段62は、カフ10の圧迫圧力を緩やかに上昇させ或いは下降させる圧迫圧力変化過程において脈波弁別回路24により採取される脈波の大きさの変化に基づいて良く知られたオシロメトリック法(JIS T 1115)により患者の最高血圧値SAPおよび最低血圧値APを測定する。

0024

圧脈波センサ46は、好ましくは患者のカフ10が装着される腕と異なる腕の手首42に押圧されることによりその手首42の撓骨動脈56から発生する圧脈波を検出する。圧脈波血圧対応関係決定手段64は、圧脈波センサ46により検出される圧脈波の大きさPS と血圧測定手段62により測定された血圧値(監視血圧値MBP)との間の対応関係を所定の患者について予め決定する。この対応関係は、たとえば図6に示すものであり、MBP=A・PS +B式により表される。但し、Aは傾きを示す定数、Bは切片を示す定数である。

0025

監視血圧値決定手段66は、その対応関係から圧脈波センサ46により検出される圧脈波の大きさPS すなわち最高値(上ピーク値)PSmaxおよび最低値(下ピーク値)PSminに基づいて最高血圧値MBPSYS および最低血圧値MBPDIA(モニタ血圧値)を逐次決定し、その決定した監視血圧値MBPを表示器32に連続的に出力させる。

0026

カフ圧制御手段68は、上記関係のキャリブレーションのために所定の周期起動させられる血圧測定手段62の測定期間において、カフ10の圧迫圧力をよく知られた測定手順にしたがって変化させる。たとえば、カフ圧制御手段68は、患者の最高血圧より高い180mmHg程度に設定された昇圧目標値までカフ10を昇圧させた後に、血圧測定アルゴリズムが実行される測定区間では3mmHg/sec程度の速度で緩やかに降圧させ、血圧測定が終了するとカフ10の圧力を解放させる。

0027

一方、線形予測係数算出手段70は、圧脈波センサ46から出力され且つ所定のサンプリング周期でA/D変換される所定区間の圧脈波信号S(すなわち、Sn-P 、・・Sn-2 、Sn-1 )において、現在値Sn の予測値S’n を、過去のサンプル値の線形結合の形(数式1)で予測する線形予測法(Linear Prediction;LP)を用いることによって、残差en (=Sn −S’n )が最小となるように、線形予測係数a1 、a2 ・・・aP を算出する。

0028

S’n =−(a1 Sn-1 +a2 Sn-2 +・・・+aP Sn-P )

0029

上記線形予測係数a1 、a2 ・・・aP は、たとえば、数式2に示す上記残差の自乗和ε2 を最小にする値として求めるために、自乗和ε2 を線形予測係数ai により偏微分した値をとする条件(δε2 /δai =0)を求めることにより決定される。すなわち、数式3の右辺第1項と第2項とが同じ値であることを表す式は各i(1≦i≦p)に対して成立しなければならないから、数式4に示す行列で示される。この行列は、線形予測係数a1 、a2 ・・・aP を未知数とするp×pの連立一次方程式となっているので、ΣSn-i Sn-k が与えられれば、この連立一次方程式の解としてai が求められる。たとえば、圧脈波信号データからΣSn-i Sn-k を計算して上記連立一次方程式に代入する一つの方法として、圧脈波信号Sの自己相関を代入する方法が用いられる。

0030

数式5に示す圧脈波信号Sの自己相関関数Ri は、その対称性からRi =R-iとなり、Sn-i とSn-k との自己相関は、その時間差(i−k)だけの関数として、数式6に示すように与えられるので、この式より、数式7の連立一次方程式は自己相関関数を用いて数式6に示すように表され、数式8はそれを行列で示したものである。

0031

ここで、圧脈波信号Sの所定区間では、その区間内のデータ数をNとすると、上記自己相関関数Ri は、数式8から圧脈波信号Sに基づいて求められ、上記数式7からその自己相関関数Ri に基づいて線形予測係数a1 、a2 ・・・aP が求められる。図3は、上記線形予測係数算出手段70の内容を示すブロック線図である。自己相関手段72は、入力される圧脈波信号S(t)の所定区間内における自己相関関数Ri を数式8から所定区間内のN個の圧脈波信号のデータに基づいて算出する。この自己相関手段72内に記載されている「z-1」は遅れ要素であり、「×」は乗算要素である。そして、連立一次方程式演算手段74は、数式7の連立一次方程式から上記自己相関手段72により算出された自己相関関数Ri に基づいて線形予測係数a1 、a2 ・・・aP を算出する。

0032

0033

0034

0035

0036

0037

0038

0039

また、図2において、心拍出状態算出手段76は、上記線形予測係数算出手段70により算出された線形予測係数a1 、a2 ・・・aP から予測信号(予測値)S’n を求め、その予測信号S’n と実際の圧脈波信号Sn との差である残差信号en (=Sn −S’n )に基づいて生体の前記心拍出状態を示す値ICOを算出し、表示器32に表示させる。たとえば、上記心拍出状態算出手段76は、数式1から、線形予測係数算出手段70により算出された線形予測係数a1 、a2・・・aP に基づいて、圧脈波信号の予測値S’n を算出する予測値算出手段78と、実際の圧脈波信号Sn からその予測値算出手段78により算出された予測値S’n を差し引くことにより残差信号en (=Sn −S’n )を算出する残差信号算出手段80とを含んで構成される。

0040

周期信号である圧脈波信号S(t)の所定区間において所定時点のSn とその予測信号S’n との差である上記残差信号en の振幅、或いはその残差信号enの周波数解析値の信号強度(ピッチインパルス信号電力)は、周期的に変化するピッチインパルスに対応する心筋収縮力或いは心拍出量を間接的に示すものと考えられる。このため、上記心拍出状態算出手段76は、好適には、上記残差信号en の振幅を決定する振幅決定手段、或いは残差信号en の周波数解析処理を行ってその周波数解析値の信号強度を決定する周波数解析値決定手段をさらに含み、上記残差信号en の振幅値、或いは周波数解析値の大きさ、またはそれと線形或いは非線形の関係にある所定の評価値である心拍出状態を示す値ICOを決定する。

0041

心拍出状態表示手段82は、上記心拍出状態算出手段76により算出された心拍出状態を示す値ICOを表示器32に表示させる。表示器32は、数値或いはグラフによりその心拍出状態を示す値ICOを逐次更新して表示し、或いは、経時的変化を示すトレンドグラフによりその心拍出状態を示す値ICOを表示する。

0042

末梢循環状態算出手段84は、線形予測係数算出手段70により算出された線形予測係数a1 、a2 ・・・aP に基づいて、末梢循環状態を示す値IPEを算出し、表示器32に表示させる。たとえば、上記末梢循環状態算出手段84は、線形予測係数a1 、a2 ・・・aP のうちの代表的な一次係数a1 を含む所定次数係数の大きさを、それらの合計値或いは平均値により決定し、その合計値或いは平均値またはそれと線形或いは非線形の関係にある所定の評価値である末梢循環状態を示す値IPEを決定するのである。

0043

末梢循環状態表示手段86は、上記末梢循環状態算出手段84により算出された末梢循環状態を示す値IPEを表示器32に表示させる。表示器32は、数値或いはグラフによりその末梢循環状態を示す値IPEを逐次更新して表示し、或いは、経時的変化を示すトレンドグラフによりその末梢循環状態を示す値IPEを表示する。

0044

図4は、連続血圧監視装置8における電子制御回路28の制御作動の要部を説明するフローチャートであり、図5は、図4の心拍出状態、末梢循環状態決定・出力ルーチンを詳しく示すフローチャートである。

0045

図4のステップSA1(以下、ステップを省略する。)では、空気ポンプ50が制御されることにより、圧力室48内が徐速昇圧させられ、この圧力室48内の徐速昇圧過程で圧脈波センサ46により逐次検出される圧脈波の振幅が最大となる圧力室48内の圧力すなわち圧脈波センサ46の最適押圧力PHDPが決定されるとともに、圧力室48内の圧力がその最適押圧力PHDP に保持されることにより、圧脈波センサ46の押圧力が最適な一定値に保持される。

0046

次いで、前記カフ圧制御手段68に対応するSA2乃至SA4において、空気ポンプ18が制御されることにより血圧測定のためにカフ10の圧力が制御される。すなわち、先ずSA2においてカフ10の昇圧が開始された後、SA3において、カフ10内の圧力が、患者の予想最高血圧値よりも高く設定された目標カフ圧(たとえば180mmHg)に到達したか否かが判断される。当初はこのSA3の判断が否定されてSA2以下が繰り返し実行されるが、カフ10の圧力が目標カフ圧に到達してSA3の判断が肯定されると、SA4では、空気ポンプ18が停止させられ且つ切換弁16が徐速排圧状態に切り換えられてカフ10内の圧力を予め定められた緩やかな速度で下降させることにより、カフ10の圧力が血圧測定に適した速度たとえば3乃至5mmHg/sec程度の速度で降下させられる。

0047

続いて、SA5では、カフ脈波信号Mが入力したか否かが判断される。このSA5の判断が否定された場合は、上記SA4以下が繰り返し実行されるが、SA5の判断が肯定された場合は、前記血圧測定手段62に対応するSA6において血圧測定アルゴリズムが実行される。すなわち、上記のようなカフ10内の徐速降圧過程で逐次得られるカフ脈波信号Mが表す脈波の振幅の変化に基づいて、よく知られたオシロメトリック方式の血圧値決定アルゴリズムに従って最高血圧値SAP、平均血圧値MAP、および最低血圧値DAPが決定される。

0048

SA7では、上記SA6において最高血圧値SAP、平均血圧値MAP、および最低血圧値DAPがすべて決定されたか否かが判断される。このSA7の判断が否定された場合は、前記SA4以下が繰り返し実行されるが、肯定された場合は、SA8において、切換弁16が急速排圧状態に切り換えられてカフ10内が急速に排圧されるとともに、SA6において決定された血圧値が表示器32に表示される。

0049

次に、前記圧脈波血圧対応関係決定手段64に対応するSA9では、圧脈波センサ46からの圧脈波信号Sの大きさPS と上記SA6において測定されたカフ10による血圧値SAP、DAPとの間の対応関係が求められる。すなわち、圧脈波センサ46からの圧脈波が1拍読み込まれ且つその圧脈波の最高値PSmaxおよび最低値PSminが決定されるとともに、それら圧脈波の最高値PSmaxおよび最低値PSminとSA3にてカフ10により測定された最高血圧値SAPおよび最低血圧値DAPとに基づいて、図6に示す圧脈波信号Sの大きさPS と監視血圧値MBPとの間の対応関係が決定されるのである。

0050

上記のようにして圧脈波血圧対応関係が決定されると、SA10において、圧脈波センサ46からたとえば数ミリ秒程度の所定のサンプリング周期で入力された圧脈波信号Sが読みこまれる。そして、SA11において、図5に示す心拍出状態および末梢循環状態決定・出力ルーチンがその圧脈波信号Sに基づいて実行される。

0051

図5のSB1では、予め設定された所定区間の圧脈波信号Sが読みこまれたか否かが判断される。このSB1の判断が否定された場合は本ルーチンが終了させられて、図4のSA12以下が実行される。すなわち、SA12では、圧脈波信号Sの一対の上ピークおよび下ピークが入力され、その上ピーク値および下ピーク値が決定されたか否かが判断される。

0052

上記SA12の判断が否定された場合は、前記SA10以下が繰り返し実行されるが、肯定された場合は、監視血圧値決定手段66に対応するSA13において、前記SA9にて求められた図6の圧脈波血圧対応関係から、前記最適押圧力PHDPにおける圧脈波センサ46からの圧脈波S(t)の最高値PSmax(上ピーク値)および最低値PSmin(下ピーク値)に基づいて最高血圧値MBPSYS および最低血圧値MBPDIA (モニタ血圧値)が決定されるとともに、その決定されたモニタ血圧値が圧脈波の連続波形と共に表示器32に表示される。

0053

しかし、図5のルーチンにおいてSB1の判断が肯定された場合は、前記線形予測係数算出手段70に対応するSB2乃至SB4が実行されることにより、圧脈波センサ46から出力され且つ所定のサンプリング周期でA/D変換される所定区間の圧脈波信号S(すなわち、Sn-P 、・・Sn-2 、Sn-1 )において、現在値Sn の予測値S’n を、過去のサンプル値の線形結合の形〔Sn =−(a1Sn-1 +a2 Sn-2 +・・・+aP Sn-P )〕で予測する線形予測法(Linear Prediction ;LP)を用いることによって、残差en (=Sn −S’n )が最小となるように、線形予測係数a1 、a2 ・・・aP が算出される。

0054

先ず、前記自己相関手段72に対応するSB2では、入力された圧脈波信号S(t)の所定区間内における自己相関関数Ri が、前記数式8から所定区間内のN個の圧脈波信号のデータに基づいて算出される。次いで、前記連立一次方程式演算手段74に対応するSB3では、前記数式7の連立一次方程式から上記SB2により算出された自己相関関数Ri に基づいて線形予測係数a1 、a2 ・・・aP が算出されるのである。そして、SB4では、SB3において算出された線形予測係数a1 、a2 ・・・aP が今回の区間における線形予測係数として決定され且つRAM33内の所定の記憶領域内に記憶される。

0055

次いで、前記心拍出状態算出手段76に対応するSB5乃至SB7が実行されることにより、上記SB4において決定された線形予測係数a1 、a2 ・・・aP から予測信号(予測値)S’n を求め、その予測信号S’n と実際の圧脈波信号Sn との差である残差信号en (=Sn −S’n )に基づいて生体の前記心拍出状態を示す値ICOを算出し、表示器32に表示させる。すなわち、先ず、予測値算出手段78に対応するSB5において、前記数式1から、上記線形予測係数a1 、a2 ・・・aP と圧脈波信号S(t)のそれまでのサンプリング入力値Sn-1 、Sn-2 、・・・Sn-P とに基づいて圧脈波信号の予測値S’n が算出される。

0056

次いで、前記残差信号算出手段80に対応するSB6では、実際の圧脈波信号Sn からその予測値算出手段78により算出された予測値S’n を差し引くことにより残差信号en (=Sn −S’n )が算出される。そして、SB7では、上記残差信号en の振幅が決定されるか、或いは残差信号en の周波数解析処理を行ってその周波数解析値の信号強度が決定され、その残差信号en の振幅値、或いは周波数解析値の大きさ、又はそれと線形或いは非線形の関係にある所定の評価値である心拍出状態を示す値ICOが決定される。

0057

次に、前記末梢循環状態算出手段84に対応するSB8では、前記SB4において決定された線形予測係数a1 、a2 ・・・aP に基づいて、生体の末梢循環状態を示す値IPEを算出し、表示器32に表示させる。たとえば、生体の末梢循環状態を示す値IPEとして、線形予測係数a1 、a2 ・・・aP のうちの代表的な一次係数a1 を含む所定次数の係数の大きさを、合計値或いは平均値により決定し、その合計値或いは平均値またはそれと線形或いは非線形の関係にある所定の評価値が決定されるのである。

0058

そして、前記心拍出状態表示手段82および末梢循環状態表示手段86に対応するSB9では、上記SB7において決定された心拍出状態を示す値ICOが表示器32に表示させられるとともに、上記SB8において決定された末梢循環状態を示す値IPEが表示器32に表示させられる。たとえば、このSB9では、その心拍出状態を示す値ICOおよび末梢循環状態を示す値IPEが、数値或いはグラフにより逐次更新されて表示され、或いは、経時的変化を示すトレンドグラフにより表示される。

0059

上述のように、本実施例によれば、心拍出状態算出手段76に対応するSB5乃至SB7によって、線形予測係数算出手段70に対応するSB4により算出された線形予測係数a1 、a2 ・・・aP に基づいて予測信号S’n が求められ、その予測信号S’n と圧脈波信号Sn との差である残差信号en に基づいて生体の心拍出状態を示す値ICOが算出される。この残差信号en の振幅、或いはその残差信号en の周波数解析値の信号強度(ピッチインパルス信号電力)は、周期的に変化するピッチインパルスに対応する心筋の収縮力或いは心拍出量を間接的に示すものと考えられるのである。このため、生体に対しては、撓骨動脈、足背動脈などの末梢部の動脈から発生する圧脈波を検出するために手首或いは足先へ1個の圧脈波センサ46を装着するだけでよい。したがって、胴体と首との間のインピーダンスの変化を検出するための電極を胴体および首にそれぞれ巻きつけることなどが不要となるので、使用が簡単となるとともに、手術の種類に影響され難い利点がある。

0060

また、本実施例によれば、末梢循環状態算出手段84に対応するSB8によって、線形予測係数算出手段70に対応するSB4により算出された線形予測係数a1 、a2 ・・・aP に基づいて、生体の末梢循環状態を示す値IPEが算出される。大動脈において発生した圧脈波が比較的末梢の圧脈波検出部位である撓骨動脈56まで伝播する過程に影響を受けて結果的に圧脈波信号S(t)となるのであるが、上記線形予測係数a1 、a2 ・・・aP は、その影響を与えた成分、すなわち末梢循環状態に対応するものと考えられるのである。このため、生体に対しては、撓骨動脈、足背動脈などの末梢部の動脈から発生する圧脈波を検出するために手首或いは足先へ1個の圧脈波センサ46を装着するだけでよい。したがって、胴体と首との間のインピーダンスの変化を検出するための電極を胴体および首にそれぞれ巻きつけることなどが不要となるので、使用が簡単となるとともに、表皮の毛細血管が収縮する低体温麻酔時などにおいても末梢部の動脈から圧脈波が検出され得るので、手術の種類に影響され難い利点がある。

0061

また、本実施例によれば、心拍出状態表示手段82により表示器32に表示される心拍出状態を示す値ICO、或いは、末梢循環状態表示手段86により表示器32に表示される末梢循環状態を示す値IPEは、数値或いはグラフにより更新して表示され、或いは経時的変化を示すトレンドグラフにより表示される。特に、表示器32においてトレンドグラフにより表示されることにより、医療従事者が生体の心拍出状態或いは末梢循環状態を容易に知ることができる。

0062

以上、本発明の一実施例を図面を参照して詳細に説明したが、本発明は更に別の態様でも実施される。

0063

例えば、前述の実施例においては、前記心拍出状態算出手段76および末梢循環状態算出手段84では、線形予測係数a1 、a2 ・・・aP が用いられていたが、その線形予測係数a1 、a2 ・・・aP に替えて、線形予測係数の一種であるPARCOR係数kn が用いられてもよい。このPARCOR係数kn は、圧脈波信号St とSt-n との間に挟まれた(n−1)個のサンプル値から、予測可能な部分を取り除いた信号、すなわち残差信号の正規化自己相関関数として定義され、前記線形予測係数ai (n-1) との間には、an (n) =−kn なる関係がある。このようにすれば、上記PARCOR係数は直交化した偏自己相関関数であるので、一層、高い精度で心拍出状態或いは末梢循環状態を知ることができる。

0064

また、前述の実施例の連続血圧監視装置8では、心拍出状態を示す値ICOおよび末梢循環状態を示す値IPEがそれぞれ決定されることにより心拍出状態および末梢循環状態の両方が監視されていたが、いずれか一方であっても差支えない。

0065

また、前述の実施例では、心拍出状態監視機能および末梢循環状態監視機能が連続血圧監視装置8に設けられていたが、心拍出状態を監視する装置、或いは末梢循環状態を監視する装置がそれぞれ単独で構成されていてもよい。

0066

また、前述の実施例において、心拍出状態を示す値ICOおよび末梢循環状態を示す値IPEは、必要に応じて、他のパラメータを用いて修正或いは正規化された値とされてもよい。

0067

その他、一々例示はしないが、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で種々変更を加え得るものである。

図面の簡単な説明

0068

図1本発明の一実施例である、心拍出状態および末梢循環状態の監視機能を備えた連続血圧監視装置の構成を説明する図である。
図2図1の実施例において、電子制御回路28の制御機能の要部を説明する機能ブロック線図である。
図3図2の線形予測係数算出手段の構成を詳しく説明する図である。
図4図1の実施例において、電子制御回路28の制御作動の要部を説明するフローチャートである。
図5図4の心拍出状態、末梢循環状態決定・出力ルーチンの内容を詳しく説明するフローチャートである。
図6図4の圧脈波および血圧値の対応関係を示す図である。

--

0069

8:連続血圧監視装置(心拍出状態監視装置、末梢循環状態監視装置)
32:表示器
46:圧脈波センサ
56:撓骨動脈
70:線形予測係数算出手段
72:自己相関手段
74:連立一次方程式演算手段
76:心拍出状態算出手段
78:予測値算出手段
80:残差信号算出手段
82:心拍出状態表示手段
84:末梢循環状態算出手段
86:末梢循環状態表示手段

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