流体圧測定装置、流体圧測定方法、血圧測定装置、及び血圧測定方法
【課題】被測定対象の流体圧測定をする場合、特に生体内の流体圧すなわち血流の圧力（血圧）を測定する場合に、他の圧力計を使わず簡易に校正ができる流体圧測定装置を提供する。
【解決手段】流体圧測定装置は、測定部６，８を少なくとも２つを備え、測定対象部に内在する導管内を流動する流体速度及び導管径を測定し、導管の変化量、前記一方の測定部と前記他方の測定部での導管径の差、及び前記２つの測定部６，８の間の距離に基づいて導き出される水頭差に基づいて導き出される、流体圧の最大値と最小値との差分を求め、前記差分値と、前記一方あるいは他方の測定部６，８における流速値及び径値と、に基づいて係数値を導き出し、前記導管内を流動する流体の圧力を求める。
【解決手段】流体圧測定装置は、測定部６，８を少なくとも２つを備え、測定対象部に内在する導管内を流動する流体速度及び導管径を測定し、導管の変化量、前記一方の測定部と前記他方の測定部での導管径の差、及び前記２つの測定部６，８の間の距離に基づいて導き出される水頭差に基づいて導き出される、流体圧の最大値と最小値との差分を求め、前記差分値と、前記一方あるいは他方の測定部６，８における流速値及び径値と、に基づいて係数値を導き出し、前記導管内を流動する流体の圧力を求める。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体圧測定装置、流体圧測定方法、血圧測定装置、及び血圧測定方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ある導管内を流れる流体の圧力を非侵襲、すなわち計測対象に毀損等の物理的痕跡を残すことなく測定することは、測定対象物に負荷無く測定できるため非常に有用である。特に生体内においては、昨今、血管内の流体圧力、すなわち血圧を非侵襲且つ無負荷に測定する試みがなされている。例えば、生体に非侵襲且つ無負荷に血圧を測定する方法として、超音波を用いて測定する方法が提案されている。動脈の局所部位において、最大直径及び最小直径を求め、それらのパラメーター値を非線形関数に与えておき、その非線形関数によって入力される各時刻の直径を換算することにより、局所部位についての各時刻の圧力を演算するようにしたものである（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、血流速度、流量、又は容量などを超音波により及び脈波速度を光波により検出し、この両量を関連付けて血圧及びその変化量を算出する方法が提案されている（例えば、特許文献２及び３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−０４１３８２号公報
【特許文献２】特開平４−２５０１３５号公報
【特許文献３】特開２００４−１５４２３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１〜３にあるように従来の超音波を用いた血圧値の算出には、カフ型血圧計による校正が必要となる。これは２４時間自由行動下、血圧測定（２４ｈＡＢＰＭ）や一拍ごとの連続血圧測定を考えた場合、カフを常時身に付けたり、持ち歩いて適時使用するといった不便があり、普段の生活を送る上で実用が困難になる虞がある。
【０００６】
また、カフ型血圧計による校正が必要なことに加え、その校正が定期的（３０分〜１時間程度）に必要であることがさらに問題となる虞がある。特許文献３では血液粘度を含む補正係数をカフ型血圧計により求め、その補正係数を用いて血圧を導出している。血液粘度は、赤血球量、血漿粘度や赤血球の集合現象によって変化する。赤血球の集合現象は、脂質の多いものを食べたりすることによって、数時間のうちに起こりうるものであり、それに伴う血液粘度の変化は補正係数の変化へとつながる。すなわち、連続的かつ継続的に正しい血圧値を求めるには、校正は一度行うだけでは足りず、ある程度の間隔、例えば一時間程度ごとに行う必要がある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
【０００８】
［適用例１］測定対象部の導管の長手方向に沿って、互いに離間して配置された少なくとも２つの測定部と、該測定部を制御する制御部を備えた流体圧測定装置であって、前記測定部は、測定媒体を前記測定対象部に送出する一方、該測定対象部から戻って来る前記測定媒体の一部を取得する測定媒体送受部を備え、前記制御部は、一方及び他方の前記測定部によって前記測定対象部に内在する導管内を流動する流体速度及び導管径を測定し、前記少なくとも１つの測定部において測定した導管径の変化量と、前記一方の測定部と前記他方の測定部での導管径の差と、及び前記２つの測定部の間の距離に基づいて導き出される水頭差と、に基づいて導き出される流体圧の変化量を求め、前記変化量と、前記一方あるいは他方の測定部における流体速度及び導管径と、に基づいて係数値を導き出し、前記導管内を流動する流体の圧力を求めることを特徴とする流体圧測定装置。
【０００９】
本適用例によれば、最初に２つの測定部での流体の速度、導管の径及び測定部間の距離からもとまる係数値を求めることによって、その後は簡易に流体の圧力を求めることができる流体圧測定装置を提供できる。
【００１０】
［適用例２］上記流体圧測定装置であって、前記２つの測定部間の重力（鉛直）方向の距離を決定する高低差決定部をさらに備えることを特徴とする流体圧測定装置。
【００１１】
本適用例によれば、水頭圧を求める際の一要素である高低差を容易に決定できる。
【００１２】
［適用例３］上記流体圧測定装置であって、前記２つの測定部の間の重力方向の距離は、前記２つの測定部の離間距離と、前記２つの測定部の重力方向との傾き角度により算出されることを特徴とする流体圧測定装置。
【００１３】
本適用例によれば、２つの測定部の空間的配置に拠らず、水頭圧を求める際の一要素である高低差を容易に求めることできる。
【００１４】
［適用例４］流体が流動する導管を内存する測定対象部の所定の第一部位が所定の高さに位置決めされた状態で、該第一部位の前記流体速度を該第一部位の前記導管径の２乗で割った値に対して所定の係数値で比例する前記流体の圧力であって、前記係数値を求める校正工程と、前記状態で、前記第一部位の前記導管径及び前記流体速度をそれぞれ測定する工程と、前記状態で、前記測定対象部の所定の第二部位での導管径及び流体速度をそれぞれ測定する工程と、前記第一部位の導管径、該第一部位の流体速度、及び前記係数値を用いて前記圧力を求める工程と、前記圧力を表示する工程と、及び、前記係数値の校正が必要か判断する工程と、を有することを特徴とする流体圧測定方法。
【００１５】
本適用例によれば、他の圧力測定器を校正に使用することなく、精度よく流体圧を測定することができる。
【００１６】
［適用例５］上記流体圧測定方法であって、前記校正工程は、前記第一部位が前記流体の圧力基準面の高さに位置決めされた状態で、前記第一及び第二部位の導管径の時間変化を測定し、平均導管径を求める工程と、前記第一部位での流体速度の時間変化を測定する工程と、前記第一部位での導管径及び流体速度の時間変化から、最高圧力時及び最低圧力時での、導管径及び流体速度を求める工程と、前記第一部位での平均導管径と前記第二部位での平均導管径とを用いて平均導管径の変化量を求める工程と、前記状態で、前記第一部位と前記第二部位との高低差を測定する高低差測定工程と、前記高低差を用いて前記第一部位と前記第二部位との間の水頭圧を求める工程と、前記水頭圧、前記平均導管径変化、前記最高圧力時の導管径、及び前記最低圧力時の導管径を用いて最高圧力と最低圧力との圧力差を求める工程と、及び、前記圧力差、前記最高圧力時の流体速度、前記最高圧力時の導管径、前記最低圧力時の流体速度、及び前記最低圧力時の導管径を用いて前記係数値を求める工程と、を有することを特徴とする流体圧測定方法。
【００１７】
本適用例によれば、他の圧力測定器を使用せずに係数値を容易に校正できる。
【００１８】
［適用例６］測定対象部の導管の長手方向に沿って、互いに離間して配置された少なくとも２つの測定部と、該測定部を制御する制御部を備えた血圧測定装置であって、前記測定部は、測定媒体を前記測定対象部に送出する一方、該測定対象部から戻って来る前記測定媒体の一部を取得する測定媒体送受部を備え、前記制御部は、一方及び他方の前記測定部によって前記測定対象部に内在する血管内を流動する血流の速度及び血管径を測定し、前記少なくとも１つの測定部において測定した血管径の変化量と、前記一方の測定部と前記他方の測定部での血管径の差と、及び前記２つの測定部の間の距離に基づいて導き出される水頭差と、に基づいて導き出される血圧の変化量を求め、前記変化量と、前記一方あるいは他方の測定部における血流速度及び血管径と、に基づいて係数値を導き出し、前記血管内を流動する血流の圧力を求めることを特徴とする血圧測定装置。
【００１９】
本適用例によれば、最初に２つの測定部での血流速度、血管径及び測定部間の距離からもとまる係数値を求めることによって、その後は簡易に血圧を求めることができる血圧測定装置を提供できる。
【００２０】
［適用例７］上記血圧測定装置であって、前記２つの測定部間の重力方向の距離を決定する高低差決定部をさらに備えることを特徴とする血圧測定装置。
【００２１】
本適用例によれば、水頭圧を求める際の一要素である高低差を容易に決定できる。
【００２２】
［適用例８］上記血圧測定装置であって、前記２つの測定部の間の重力方向の距離は、前記２つの測定部の離間距離と、前記２つの測定部の重力方向との傾き角度により算出されることを特徴とする血圧測定装置。
【００２３】
本適用例によれば、２つの測定部の空間的配置に拠らず、水頭圧を求める際の一要素である高低差を容易に測定できる。
【００２４】
［適用例９］被測定者の所定の第一部位が所定の高さに位置決めされた状態で、前記所定の第一部位の血流速度を該第一部位の血管径の２乗で割った値に対して所定の係数値で比例する前記被測定者の血圧であって、前記係数値を求める校正工程と、前記状態で、前記第一部位の前記血管径及び前記血流速度をそれぞれ測定する工程と、前記状態で、前記被測定者の所定の第二部位での血管径及び血流速度をそれぞれ測定する工程と、前記第一部位の血管径、該第一部位の血流速度、及び前記係数値を用いて前記血圧を求める工程と、前記血圧を表示する工程と、及び、前記係数値の校正が必要か判断する工程と、を有することを特徴とする血圧測定方法。
【００２５】
本適用例によれば、カフ型血圧計を使用することなく、精度よく血圧を測定することができ、校正の際もカフ型血圧計を使用しないため、被測定者が自由行動下で常時血圧測定をする場合の負荷を軽減できる。
【００２６】
［適用例１０］上記血圧測定方法であって、前記校正工程は、前記第一部位が前記被測定者の心臓の高さに位置決めされた状態で、前記第一及び第二部位の血管径の時間変化を測定し、平均血管径を求める工程と、前記第一部位での血流速度の時間変化を測定する工程と、前記第一部位での血管径及び血流速度の時間変化から、最高血圧時及び最低血圧時での、血管径及び血流速度を求める工程と、前記第一部位での平均血管径と前記第二部位での平均血管径とを用いて平均血管径変化を求める工程と、前記状態において、前記第一部位と前記第二部位との高低差を測定する高低差測定工程と、前記高低差を用いて前記第一部位と前記第二部位との間の水頭圧を求める工程と、前記水頭圧、前記平均血管径変化、前記最高血圧時の血管径、及び前記最低血圧時の血管径を用いて最高血圧と最低血圧との血圧差を求める工程と、及び、前記血圧差、前記最高血圧時の血流速度、前記最高血圧時の血管径、前記最低血圧時の血流速度、及び前記最低血圧時の血管径を用いて前記係数値を求める工程と、を有することを特徴とする血圧測定方法。
【００２７】
本適用例によれば、カフ型血圧計を使用せずに係数値を容易に校正できる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本実施形態に係る血圧測定装置が人体に装着された状態を示す外観図。
【図２】本実施形態に係る血流速度センサー及び血管径センサーを示す図。
【図３】本実施形態に係る回路ブロックを示す図。
【図４】本実施形態に係る血圧変動と血管径変動を示す図。
【図５】本実施形態に係る測定方法を示す図。
【図６】本実施形態に係る校正ルーチンを示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
一実施形態について図面に従って説明する。なお、使用する図面は、説明する部分が認識可能な状態となるように、適宜拡大又は縮小して表示している。
【００３０】
図１は、本実施形態に係る流体圧測定装置としての血圧測定装置が人体に装着された状態を示す外観図である。この場合、流体圧測定装置は特に血圧測定装置１を想定し、上腕動脈（血管）５の血圧を測定する場合を考える。血圧測定装置１は、被測定者３の上腕部に装着され、流体速度として上腕動脈５の血流速度ｖ及び導管径として血管径Ｄを測定することにより、流体圧として血圧値Ｐを求める。
【００３１】
図１に示すように、２つの測定部としてセンサー６及び８は、バンド２等を用いて上腕の所定の第一部位と所定の第二部位とにそれぞれ装着される。上腕への装着は、センサー６，８を測定部位へ固定できればいいので、バンド２の代わりに皮膚との密着性のあるシール材などを用いてもよい。望ましくは、どちらか片方のセンサー位置が被測定者３の心臓４位置と同じ高さであり、同じ高さのセンサーを常時血圧測定に用いれば血圧値の水頭圧補正が不要となる。本実施形態ではセンサー６を心臓４と同じ高さとしている。ただし、どちらも高さ位置が心臓４と同じでなくても、予め心臓４との高低差を求めておけば水頭差を補正することで正しく血圧が求まる。つまり、実施例のような上腕部でなくとも測定は可能である。
【００３２】
図２は、本実施形態に係る測定部としての血流速度センサー１０及び血管径センサー２０を示す図であり、図３は、本実施形態に係る回路ブロックを示す図である。センサー６及び８には、図２に示すように、血流速度センサー１０及び血管径センサー２０の２つがそれぞれ含まれていて、図１における位置ＨとＬそれぞれにおける血流速度ｖ及び血管径Ｄが測定される。センサー６及び８に含まれる血流速度センサー１０と血管径センサー２０とは、１つのセンサーで同時測定できるのであれば、１つのセンサーで代用してもよい。また、本実施形態においては位置Ｌにおける血流速度の測定は不用である。
【００３３】
血流速度センサー１０は、上腕部内側の上腕動脈５に対し、測定媒体として超音波を照射できるような位置に取り付けられている。血流速度センサー１０は、図３に示すように、血流速度センサー部１５と、血流速度センサー駆動部１１と、信号演算部１４と、を備えている。血流速度センサー部１５は、被測定者３の生体表面から生体内部の血液に波動を送受信して、生体内部の血液の流れを検出する。血流速度センサー部１５は、発信部１２（送信用素子）と受信部１３（受信用素子）とから構成されている。駆動部１１は、血流速度センサー部１５を駆動させる。信号演算部１４は、駆動部１１と血流速度センサー部１５とを制御し生体内部の血流速度ｖを求める。信号演算部１４はドプラ法に基づき位置Ｌにおける、各時間での血流速度ｖを演算する。ドプラ法は、連続波ドプラ法、パルス波ドプラ法、カラーフローマッピング法など、測定部位や分解能などを考慮して最適なものを用いることができる。
【００３４】
血管径センサー２０は、上腕部内側の上腕動脈５に対し、測定媒体として超音波を照射できるような位置に取り付けられている。血管径センサー２０は、図３に示すように、血管径センサー部２５と、血管径センサー駆動部２１と、血管径センサー信号演算部２４と、を備えている。血管径センサー部２５は、発信部２２と受信部２３とから構成されている。血管径センサー部２５は、生体内部の上腕動脈５に超音波を送受信して、生体内部の上腕動脈５壁の変動を検出する。駆動部２１は、血管径センサー部２５を駆動させる。信号演算部２４は、駆動部２１と血管径センサー部２５とを制御し生体内部の血管径Ｄを求める。
【００３５】
血管径センサー２０は、数ＭＨｚのパルス信号やバースト信号を送信し、管壁からの反射受信波の位相変化から血管の直径を算出する。これはエコートラッキング技術といい、具体的には、２つのトラッキングゲート内において血管の前壁と後壁の拍動を検知し、それぞれの壁の変動分から直径を算出する（参考文献：特公昭６１−２８３３６号公報）。なお、実施形態では測定媒体として超音波を用いたが、これに限ることではなく、レーザーやコヒーレントな光などを用いても良い。
【００３６】
本実施形態に係る血圧測定装置１は、血圧値演算部４３と、表示部４１と、高低差決定部３０と、スイッチ４２と、操作パネル４４と、電源部４０と、を備えている。血圧値演算部４３は、（心臓と同じ高さである）センサー６の信号演算部１４と信号演算部２４との演算結果を用いて被測定者３の血圧値Ｐを求める。表示部４１は、被測定者３の血圧値Ｐを表示する。また、それをグラフなどで可視化して表示することもできる。さらに、脈拍についても同様に表示してもよい。さらにまた、校正が必要である旨を表示する。高低差決定部３０は、血圧測定装置１のセンサー６及び８の高低差を決定する。スイッチ４２は、血圧測定装置１の各機能部に対して電源部４０からの電源の供給／遮断を切り替える。操作パネル４４は表示部４１において、測定血圧を表示したり、脈拍に切り替えたり、過去のロギングデータ表示に切り替えたりと操作ができる。電源部４０は、血圧測定装置１の各機能部に対して電源を供給する。本実施形態では、例えば、充電可能な二次電池を想定している。
【００３７】
次に、本実施例で用いた血圧値Ｐ導出の原理について説明する。
【００３８】
血圧値Ｐは血流量Ｑと血流抵抗Ｒとを用いて以下のように表される。
血圧値Ｐ＝血流量Ｑ×血流抵抗Ｒ
血流量Ｑ＝（π×Ｄ2×ｖ）／８ …（１）
血流抵抗Ｒ＝η×Ｃ／Ｄ4 …（２）
このとき、Ｄは血管径、ｖは血流速度、ηは血液粘度、そしてＣは係数である。以上をまとめると血圧値Ｐは以下のように表すことができる。
Ｐ＝π／８×η×Ｃ×ｖ／Ｄ2 …（３）
つまり（π／８×η×Ｃ）をある係数値として求めておけば、血流速度ｖ及び血管径Ｄを求めればそのときの血圧値Ｐを求めることができる。
【００３９】
従来方式では、予めカフ型血圧計などにより実血圧を測定し、上記係数値を校正していた。以下では、カフ型血圧計などによる校正を必要とせずに係数値を算出又は適時校正し、血圧を導出する原理について説明する。
【００４０】
校正方法（係数値π／８×η×Ｃの算出）について説明する。
図１のように、上腕部の異なる高さ位置ＨとＬとに取り付けられた２つのセンサー６，８により少なくとも以下１）〜３）のパラメーターを測定する。
１）高さ位置Ｈにおける、一心拍以上の血管径変化とその時の平均血管径ＤHm。
２）高さ位置Ｌにおける、一心拍以上の血管径変化とその時の平均血管径ＤLm。
３）高さ位置Ｈにおける、一心拍以上の血流速変化。
また、１）及び２）の測定により、前記高さ位置Ｈでの、最高血圧値Ｐsys（収縮期血圧）における血管径ＤHsysと、最低血圧値Ｐdia（拡張期血圧）における血管径ＤHdiaと、が求まり、同時にＤHmとＤLmとの差ΔＤm（＝ＤLm−ＤHm）も求まる。また３）より、位置Ｈでの、最高血圧値Ｐsysにおける血流速度ｖHsysと、最低血圧値Ｐdiaにおける血流速度ｖHdiaが求まる。
【００４１】
次に、最高血圧値と最低血圧値の差圧（血圧値の変化量）Ｐsys−Ｐdiaを求める。
図４は、本実施形態に係る血圧変動と血管径変動を示す図である。高さ位置Ｈ及びＬでの血管径Ｄの変動と血圧値Ｐの変動の関係は図４のようになる。同一血圧値Ｐ時の、位置ＨとＬとの血管径Ｄの差異は、水頭圧による差と考えられるので、平均血管径の差ΔＤmと、高さ位置ＨとＬとの高低差ｈによる水頭圧ρｇｈ（水頭圧、ρ：血液の密度、ｇ：重力加速度）は一意に対応する。これより、最高血圧値と最低血圧値の差（Ｐsys−Ｐdia）とその時の血管径Ｄの差（ＤHsys−ＤHdia）を考えると、以下の関係が近似的に成り立つ。
【００４２】
（Ｐsys−Ｐdia）：ρｇｈ＝（ＤHsys−ＤHdia）：ΔＤm …（４）
これより差圧Ｐsys−Ｐdiaは、
Ｐsys−Ｐdia＝ρｇｈ×（ＤHsys−ＤHdia）／ΔＤm …（５）
また、ここで式（３）より位置Ｈでの最高血圧値Ｐsysと最低血圧値Ｐdiaとを求めると、
Ｐsys＝π／８×η×Ｃ×ｖHsys／ＤHsys2 …（６）
Ｐdia＝π／８×η×Ｃ×ｖHdia／ＤHdia2 …（７）
であるので、差圧は以下のようにも書ける。
Ｐsys−Ｐdia＝π／８×η×Ｃ×（ｖHsys／ＤHsys2−ｖHdia／ＤHdia2） …（８）
式（８）より、係数値（π／８×η×Ｃ）は以下の式で算出できる。
π／８×η×Ｃ＝（Ｐsys−Ｐdia）／（ｖHsys／ＤHsys2−ｖHdia／ＤHdia2） …（９）
また、式（９）及び（５）より係数値（π／８×η×Ｃ）は以下のようにも書ける。
π／８×η×Ｃ＝ρｇｈ×（ＤHsys−ＤHdia）／｛ΔＤm×（ｖHsys／ＤHsys2−ｖHdia／ＤHdia2）｝ …（１０）
【００４３】
以上より血圧値Ｐは、適時測定した血管径Ｄとその時の血流速度ｖ、及び上記により求めた係数値（π／８×η×Ｃ）を式（３）に代入することにより容易に求めることができる。
【００４４】
図５は、本実施形態に係る血圧測定方法を示す図である。
先ず、スイッチ４２を投入後、ステップＳ１０に示すように、係数値（π／８×η×Ｃ）算出のための校正を行う。ステップＳ１０の詳細については後述する。
続いて、ステップＳ２０に示すように、血管径Ｄ及び血流速度ｖを測定する。測定方法は前述のエコートラッキング法により血管径Ｄを測定するものや、ドプラ法により血流速度ｖを測定する方法を用いる。
【００４５】
次に、ステップＳ３０では、ステップＳ１０の校正ルーチンにより求めた係数値（π／８×η×Ｃ）を用いて血圧値Ｐを算出する。同一箇所、同時刻の血管径Ｄ及び血流速度ｖの時間的変化を求め、血圧値Ｐの時間変化を算出することもできる。
【００４６】
次に、ステップＳ４０に示すように、ステップＳ３０で求めた血圧値Ｐを表示部４１に表示する。また、それをグラフなどで可視化して表示部４１に表示することもできる。さらに、脈拍についても同様に表示してもよい。
【００４７】
この段階で、ステップＳ５０に示すように、校正が再度必要であるか判断する。必要があればステップＳ１０に戻り校正を行う。必要がなければステップＳ６０へ進む。校正が必要である場合とは、例えば最高血圧値が通常と比べて±１５ｍｍＨｇ以上変化した場合である。この場合再校正の指示が表示部４１に表示される。
最後に、ステップＳ６０に示すように、測定の続行が必要であるか判断する。必要があればステップＳ２０に戻り血管径Ｄ及び血流速度ｖを測定する。必要がなければ終了する。これにより、カフ型血圧計を使わず簡易に校正ができ、被測定者が自由行動下で常時血圧測定することができる。
【００４８】
図６は、本実施形態に係る校正ルーチンであって、図５のステップＳ１０を詳細に示す図である。
【００４９】
先ず、ステップＳ１１に示すように、図１の高さ位置Ｈ及びＬでの血管径Ｄを計測すると同時に平均血管径ＤHm，ＤLmを算出する。平均血管径ＤHm，ＤLmは、１心拍内において特定してもよいし、血管径Ｄ変化を１０秒程度測定し、複数心拍分のアンサンブル平均を算出し、取得してもよい。
【００５０】
次に、ステップＳ１２では、図１の高さ位置Ｈでの血流速度ｖを測定する。なお、血流速度ｖの測定は、ステップＳ１１で測定した血管径変化とできる限り時間的に近接しているのが望ましい。
【００５１】
次に、ステップＳ１３に示すように、ステップＳ１１及びＳ１２で測定した高さ位置Ｈでの、血管径Ｄと血流速度ｖとの時間変化より、最高血圧値に対応する血管径ＤHsys及び血流速度ｖHsys、最低血圧値に対応する血管径ＤHdia及び血流速度ｖHdiaを算出する。
【００５２】
次に、ステップＳ１４に示すように、ステップＳ１１で算出した平均血管径ＤHm，ＤLmより、平均血管径変化ΔＤmを算出する。
【００５３】
ここで、ステップＳ１５に示すように、水頭圧（ρｇｈ）を算出する。水頭圧の算出及びそのための高低差ｈの決定方法の詳細については後述する。
【００５４】
そして、ステップＳ１６に示すように、最低血圧値Ｐdia及び最高血圧値Ｐsysの血圧差（Ｐsys−Ｐdia）を算出する。図１の高さ位置Ｈでの、最高血圧値Ｐsysにおける血管径ＤHsysと、最低血圧値Ｐdiaとにおける血管径ＤHdiaを用いると、式（４）を変形して式（５）より、最低血圧値Ｐdiaと最高血圧値Ｐsysとの血圧差（Ｐsys−Ｐdia）を算出する。
【００５５】
最後、ステップＳ１７に示すように、式（９）にステップＳ１６で算出した血圧差（Ｐsys−Ｐdia）と、ステップＳ１３で算出した高さ位置Ｈでの、最高血圧値Ｐsysに対応する血管径Ｄ及び血流速度ｖ、最低血圧値Ｐdiaに対応する血管径Ｄ及び血流速度ｖより、係数値（π／８×η×Ｃ）を算出する。
【００５６】
係数値（π／８×η×Ｃ）算出に必要な水頭圧の算出方法について説明する。
【００５７】
水頭圧ρｇｈを求めるには、重力加速度ｇ（≒９．８ｍ／ｓ2）のほかに、血液の密度及び高低差ｈが必要となる。血液の密度ρは男女差で１．０５５±０．００５ｇ／ｃｍ3程度なので、血圧値への影響は±０．数ｍｍＨｇであることからここでは一定と見做すものとする。つまり、精度良く水頭圧を決定するには高低差ｈを正確に測定する必要がある。図１に示す通り、高低差ｈは、センサー６と８との間の距離を予め定規などで測定しておけば求めることができる。あるいは、センサー６と８とを任意長さの固定部材により繋いでおけば、該任意長さを高低差とすることもできる。ところで、被測定対象部が鉛直方向に揃っていれば前記決定方法で問題ないが、被測定対象部が鉛直方向から傾いている場合を考えると、誤差が生まれる。その場合は、センサー６又は８の角度を傾斜センサーなどで検出し、該検出角度とセンサー６と８との間の距離から高低差ｈを算出することもできる。あるいは、水晶デバイスを用いた超小型気圧センサーでは、高低差ｈをｍｍオーダーの分解能で測定可能となる可能性がある。これを用いれば、簡易に高低差ｈを精度良く測定することもできる。被測定対象部が鉛直方向から傾くことは、被測定者３が自由行動下で適時校正を行う場合に頻繁に起こりうると考えられる。よって、以上のような技術は被測定者３が自由行動下で測定する際に必要となる可能性が高いと考えられる。なお、前記方法はあくまで一例であり、ある手法により高低差ｈを正確に求めることができれば、水頭圧も精度よく算出できる。実際のところ、高低差ｈは上腕部で１５ｃｍ程度と考えれば、水頭圧は１１．６ｍｍＨｇ程度である。
【００５８】
本実施形態においては、センサー６の位置Ｈを心臓４の高さ位置としたが、仮に位置Ｈと心臓４の高さが違う場合でも、予め心臓４からの高低差ｈを求めておけば水頭圧分の加減算により上記実施形態と同様に血圧値Ｐを算出することができる。また、本実施形態では、被測定対象を生体と仮定し、流体圧として血圧を算出したが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００５９】
本実施形態の流体圧測定装置及び流体圧測定方法によれば、他の圧力測定装置を使用することなく適時校正を簡便にすることができ、精度良く流体圧Ｐを測定することができる。またそれを生体に応用した場合、カフ型血圧計を使用することなく血圧を算出するための係数値を適時校正することができ、それによりウエアラブルで常時計測可能な血圧測定装置及び血圧測定方法が提供できる。
【符号の説明】
【００６０】
１…血圧測定装置 ２…バンド ３…被測定者 ４…心臓 ５…上腕動脈（血管） ６，８…センサー １０…血流速度センサー（測定部） １１…駆動部（血流速度センサー駆動部） １２…発信部（送信用素子） １３…受信部（受信用素子） １４…信号演算部（血流速度センサー信号演算部） １５…血流速度センサー部 ２０…血管径センサー（測定部） ２１…駆動部（血管径センサー駆動部） ２２…発信部（送信用素子） ２３…受信部（受信用素子） ２４…信号演算部（血管径センサー信号演算部） ２５…血管径センサー部 ３０…高低差決定部 ４０…電源部 ４１…表示部 ４２…スイッチ ４３…血圧値演算部 ４４…操作パネル。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体圧測定装置、流体圧測定方法、血圧測定装置、及び血圧測定方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ある導管内を流れる流体の圧力を非侵襲、すなわち計測対象に毀損等の物理的痕跡を残すことなく測定することは、測定対象物に負荷無く測定できるため非常に有用である。特に生体内においては、昨今、血管内の流体圧力、すなわち血圧を非侵襲且つ無負荷に測定する試みがなされている。例えば、生体に非侵襲且つ無負荷に血圧を測定する方法として、超音波を用いて測定する方法が提案されている。動脈の局所部位において、最大直径及び最小直径を求め、それらのパラメーター値を非線形関数に与えておき、その非線形関数によって入力される各時刻の直径を換算することにより、局所部位についての各時刻の圧力を演算するようにしたものである（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、血流速度、流量、又は容量などを超音波により及び脈波速度を光波により検出し、この両量を関連付けて血圧及びその変化量を算出する方法が提案されている（例えば、特許文献２及び３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−０４１３８２号公報
【特許文献２】特開平４−２５０１３５号公報
【特許文献３】特開２００４−１５４２３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１〜３にあるように従来の超音波を用いた血圧値の算出には、カフ型血圧計による校正が必要となる。これは２４時間自由行動下、血圧測定（２４ｈＡＢＰＭ）や一拍ごとの連続血圧測定を考えた場合、カフを常時身に付けたり、持ち歩いて適時使用するといった不便があり、普段の生活を送る上で実用が困難になる虞がある。
【０００６】
また、カフ型血圧計による校正が必要なことに加え、その校正が定期的（３０分〜１時間程度）に必要であることがさらに問題となる虞がある。特許文献３では血液粘度を含む補正係数をカフ型血圧計により求め、その補正係数を用いて血圧を導出している。血液粘度は、赤血球量、血漿粘度や赤血球の集合現象によって変化する。赤血球の集合現象は、脂質の多いものを食べたりすることによって、数時間のうちに起こりうるものであり、それに伴う血液粘度の変化は補正係数の変化へとつながる。すなわち、連続的かつ継続的に正しい血圧値を求めるには、校正は一度行うだけでは足りず、ある程度の間隔、例えば一時間程度ごとに行う必要がある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
【０００８】
［適用例１］測定対象部の導管の長手方向に沿って、互いに離間して配置された少なくとも２つの測定部と、該測定部を制御する制御部を備えた流体圧測定装置であって、前記測定部は、測定媒体を前記測定対象部に送出する一方、該測定対象部から戻って来る前記測定媒体の一部を取得する測定媒体送受部を備え、前記制御部は、一方及び他方の前記測定部によって前記測定対象部に内在する導管内を流動する流体速度及び導管径を測定し、前記少なくとも１つの測定部において測定した導管径の変化量と、前記一方の測定部と前記他方の測定部での導管径の差と、及び前記２つの測定部の間の距離に基づいて導き出される水頭差と、に基づいて導き出される流体圧の変化量を求め、前記変化量と、前記一方あるいは他方の測定部における流体速度及び導管径と、に基づいて係数値を導き出し、前記導管内を流動する流体の圧力を求めることを特徴とする流体圧測定装置。
【０００９】
本適用例によれば、最初に２つの測定部での流体の速度、導管の径及び測定部間の距離からもとまる係数値を求めることによって、その後は簡易に流体の圧力を求めることができる流体圧測定装置を提供できる。
【００１０】
［適用例２］上記流体圧測定装置であって、前記２つの測定部間の重力（鉛直）方向の距離を決定する高低差決定部をさらに備えることを特徴とする流体圧測定装置。
【００１１】
本適用例によれば、水頭圧を求める際の一要素である高低差を容易に決定できる。
【００１２】
［適用例３］上記流体圧測定装置であって、前記２つの測定部の間の重力方向の距離は、前記２つの測定部の離間距離と、前記２つの測定部の重力方向との傾き角度により算出されることを特徴とする流体圧測定装置。
【００１３】
本適用例によれば、２つの測定部の空間的配置に拠らず、水頭圧を求める際の一要素である高低差を容易に求めることできる。
【００１４】
［適用例４］流体が流動する導管を内存する測定対象部の所定の第一部位が所定の高さに位置決めされた状態で、該第一部位の前記流体速度を該第一部位の前記導管径の２乗で割った値に対して所定の係数値で比例する前記流体の圧力であって、前記係数値を求める校正工程と、前記状態で、前記第一部位の前記導管径及び前記流体速度をそれぞれ測定する工程と、前記状態で、前記測定対象部の所定の第二部位での導管径及び流体速度をそれぞれ測定する工程と、前記第一部位の導管径、該第一部位の流体速度、及び前記係数値を用いて前記圧力を求める工程と、前記圧力を表示する工程と、及び、前記係数値の校正が必要か判断する工程と、を有することを特徴とする流体圧測定方法。
【００１５】
本適用例によれば、他の圧力測定器を校正に使用することなく、精度よく流体圧を測定することができる。
【００１６】
［適用例５］上記流体圧測定方法であって、前記校正工程は、前記第一部位が前記流体の圧力基準面の高さに位置決めされた状態で、前記第一及び第二部位の導管径の時間変化を測定し、平均導管径を求める工程と、前記第一部位での流体速度の時間変化を測定する工程と、前記第一部位での導管径及び流体速度の時間変化から、最高圧力時及び最低圧力時での、導管径及び流体速度を求める工程と、前記第一部位での平均導管径と前記第二部位での平均導管径とを用いて平均導管径の変化量を求める工程と、前記状態で、前記第一部位と前記第二部位との高低差を測定する高低差測定工程と、前記高低差を用いて前記第一部位と前記第二部位との間の水頭圧を求める工程と、前記水頭圧、前記平均導管径変化、前記最高圧力時の導管径、及び前記最低圧力時の導管径を用いて最高圧力と最低圧力との圧力差を求める工程と、及び、前記圧力差、前記最高圧力時の流体速度、前記最高圧力時の導管径、前記最低圧力時の流体速度、及び前記最低圧力時の導管径を用いて前記係数値を求める工程と、を有することを特徴とする流体圧測定方法。
【００１７】
本適用例によれば、他の圧力測定器を使用せずに係数値を容易に校正できる。
【００１８】
［適用例６］測定対象部の導管の長手方向に沿って、互いに離間して配置された少なくとも２つの測定部と、該測定部を制御する制御部を備えた血圧測定装置であって、前記測定部は、測定媒体を前記測定対象部に送出する一方、該測定対象部から戻って来る前記測定媒体の一部を取得する測定媒体送受部を備え、前記制御部は、一方及び他方の前記測定部によって前記測定対象部に内在する血管内を流動する血流の速度及び血管径を測定し、前記少なくとも１つの測定部において測定した血管径の変化量と、前記一方の測定部と前記他方の測定部での血管径の差と、及び前記２つの測定部の間の距離に基づいて導き出される水頭差と、に基づいて導き出される血圧の変化量を求め、前記変化量と、前記一方あるいは他方の測定部における血流速度及び血管径と、に基づいて係数値を導き出し、前記血管内を流動する血流の圧力を求めることを特徴とする血圧測定装置。
【００１９】
本適用例によれば、最初に２つの測定部での血流速度、血管径及び測定部間の距離からもとまる係数値を求めることによって、その後は簡易に血圧を求めることができる血圧測定装置を提供できる。
【００２０】
［適用例７］上記血圧測定装置であって、前記２つの測定部間の重力方向の距離を決定する高低差決定部をさらに備えることを特徴とする血圧測定装置。
【００２１】
本適用例によれば、水頭圧を求める際の一要素である高低差を容易に決定できる。
【００２２】
［適用例８］上記血圧測定装置であって、前記２つの測定部の間の重力方向の距離は、前記２つの測定部の離間距離と、前記２つの測定部の重力方向との傾き角度により算出されることを特徴とする血圧測定装置。
【００２３】
本適用例によれば、２つの測定部の空間的配置に拠らず、水頭圧を求める際の一要素である高低差を容易に測定できる。
【００２４】
［適用例９］被測定者の所定の第一部位が所定の高さに位置決めされた状態で、前記所定の第一部位の血流速度を該第一部位の血管径の２乗で割った値に対して所定の係数値で比例する前記被測定者の血圧であって、前記係数値を求める校正工程と、前記状態で、前記第一部位の前記血管径及び前記血流速度をそれぞれ測定する工程と、前記状態で、前記被測定者の所定の第二部位での血管径及び血流速度をそれぞれ測定する工程と、前記第一部位の血管径、該第一部位の血流速度、及び前記係数値を用いて前記血圧を求める工程と、前記血圧を表示する工程と、及び、前記係数値の校正が必要か判断する工程と、を有することを特徴とする血圧測定方法。
【００２５】
本適用例によれば、カフ型血圧計を使用することなく、精度よく血圧を測定することができ、校正の際もカフ型血圧計を使用しないため、被測定者が自由行動下で常時血圧測定をする場合の負荷を軽減できる。
【００２６】
［適用例１０］上記血圧測定方法であって、前記校正工程は、前記第一部位が前記被測定者の心臓の高さに位置決めされた状態で、前記第一及び第二部位の血管径の時間変化を測定し、平均血管径を求める工程と、前記第一部位での血流速度の時間変化を測定する工程と、前記第一部位での血管径及び血流速度の時間変化から、最高血圧時及び最低血圧時での、血管径及び血流速度を求める工程と、前記第一部位での平均血管径と前記第二部位での平均血管径とを用いて平均血管径変化を求める工程と、前記状態において、前記第一部位と前記第二部位との高低差を測定する高低差測定工程と、前記高低差を用いて前記第一部位と前記第二部位との間の水頭圧を求める工程と、前記水頭圧、前記平均血管径変化、前記最高血圧時の血管径、及び前記最低血圧時の血管径を用いて最高血圧と最低血圧との血圧差を求める工程と、及び、前記血圧差、前記最高血圧時の血流速度、前記最高血圧時の血管径、前記最低血圧時の血流速度、及び前記最低血圧時の血管径を用いて前記係数値を求める工程と、を有することを特徴とする血圧測定方法。
【００２７】
本適用例によれば、カフ型血圧計を使用せずに係数値を容易に校正できる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本実施形態に係る血圧測定装置が人体に装着された状態を示す外観図。
【図２】本実施形態に係る血流速度センサー及び血管径センサーを示す図。
【図３】本実施形態に係る回路ブロックを示す図。
【図４】本実施形態に係る血圧変動と血管径変動を示す図。
【図５】本実施形態に係る測定方法を示す図。
【図６】本実施形態に係る校正ルーチンを示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
一実施形態について図面に従って説明する。なお、使用する図面は、説明する部分が認識可能な状態となるように、適宜拡大又は縮小して表示している。
【００３０】
図１は、本実施形態に係る流体圧測定装置としての血圧測定装置が人体に装着された状態を示す外観図である。この場合、流体圧測定装置は特に血圧測定装置１を想定し、上腕動脈（血管）５の血圧を測定する場合を考える。血圧測定装置１は、被測定者３の上腕部に装着され、流体速度として上腕動脈５の血流速度ｖ及び導管径として血管径Ｄを測定することにより、流体圧として血圧値Ｐを求める。
【００３１】
図１に示すように、２つの測定部としてセンサー６及び８は、バンド２等を用いて上腕の所定の第一部位と所定の第二部位とにそれぞれ装着される。上腕への装着は、センサー６，８を測定部位へ固定できればいいので、バンド２の代わりに皮膚との密着性のあるシール材などを用いてもよい。望ましくは、どちらか片方のセンサー位置が被測定者３の心臓４位置と同じ高さであり、同じ高さのセンサーを常時血圧測定に用いれば血圧値の水頭圧補正が不要となる。本実施形態ではセンサー６を心臓４と同じ高さとしている。ただし、どちらも高さ位置が心臓４と同じでなくても、予め心臓４との高低差を求めておけば水頭差を補正することで正しく血圧が求まる。つまり、実施例のような上腕部でなくとも測定は可能である。
【００３２】
図２は、本実施形態に係る測定部としての血流速度センサー１０及び血管径センサー２０を示す図であり、図３は、本実施形態に係る回路ブロックを示す図である。センサー６及び８には、図２に示すように、血流速度センサー１０及び血管径センサー２０の２つがそれぞれ含まれていて、図１における位置ＨとＬそれぞれにおける血流速度ｖ及び血管径Ｄが測定される。センサー６及び８に含まれる血流速度センサー１０と血管径センサー２０とは、１つのセンサーで同時測定できるのであれば、１つのセンサーで代用してもよい。また、本実施形態においては位置Ｌにおける血流速度の測定は不用である。
【００３３】
血流速度センサー１０は、上腕部内側の上腕動脈５に対し、測定媒体として超音波を照射できるような位置に取り付けられている。血流速度センサー１０は、図３に示すように、血流速度センサー部１５と、血流速度センサー駆動部１１と、信号演算部１４と、を備えている。血流速度センサー部１５は、被測定者３の生体表面から生体内部の血液に波動を送受信して、生体内部の血液の流れを検出する。血流速度センサー部１５は、発信部１２（送信用素子）と受信部１３（受信用素子）とから構成されている。駆動部１１は、血流速度センサー部１５を駆動させる。信号演算部１４は、駆動部１１と血流速度センサー部１５とを制御し生体内部の血流速度ｖを求める。信号演算部１４はドプラ法に基づき位置Ｌにおける、各時間での血流速度ｖを演算する。ドプラ法は、連続波ドプラ法、パルス波ドプラ法、カラーフローマッピング法など、測定部位や分解能などを考慮して最適なものを用いることができる。
【００３４】
血管径センサー２０は、上腕部内側の上腕動脈５に対し、測定媒体として超音波を照射できるような位置に取り付けられている。血管径センサー２０は、図３に示すように、血管径センサー部２５と、血管径センサー駆動部２１と、血管径センサー信号演算部２４と、を備えている。血管径センサー部２５は、発信部２２と受信部２３とから構成されている。血管径センサー部２５は、生体内部の上腕動脈５に超音波を送受信して、生体内部の上腕動脈５壁の変動を検出する。駆動部２１は、血管径センサー部２５を駆動させる。信号演算部２４は、駆動部２１と血管径センサー部２５とを制御し生体内部の血管径Ｄを求める。
【００３５】
血管径センサー２０は、数ＭＨｚのパルス信号やバースト信号を送信し、管壁からの反射受信波の位相変化から血管の直径を算出する。これはエコートラッキング技術といい、具体的には、２つのトラッキングゲート内において血管の前壁と後壁の拍動を検知し、それぞれの壁の変動分から直径を算出する（参考文献：特公昭６１−２８３３６号公報）。なお、実施形態では測定媒体として超音波を用いたが、これに限ることではなく、レーザーやコヒーレントな光などを用いても良い。
【００３６】
本実施形態に係る血圧測定装置１は、血圧値演算部４３と、表示部４１と、高低差決定部３０と、スイッチ４２と、操作パネル４４と、電源部４０と、を備えている。血圧値演算部４３は、（心臓と同じ高さである）センサー６の信号演算部１４と信号演算部２４との演算結果を用いて被測定者３の血圧値Ｐを求める。表示部４１は、被測定者３の血圧値Ｐを表示する。また、それをグラフなどで可視化して表示することもできる。さらに、脈拍についても同様に表示してもよい。さらにまた、校正が必要である旨を表示する。高低差決定部３０は、血圧測定装置１のセンサー６及び８の高低差を決定する。スイッチ４２は、血圧測定装置１の各機能部に対して電源部４０からの電源の供給／遮断を切り替える。操作パネル４４は表示部４１において、測定血圧を表示したり、脈拍に切り替えたり、過去のロギングデータ表示に切り替えたりと操作ができる。電源部４０は、血圧測定装置１の各機能部に対して電源を供給する。本実施形態では、例えば、充電可能な二次電池を想定している。
【００３７】
次に、本実施例で用いた血圧値Ｐ導出の原理について説明する。
【００３８】
血圧値Ｐは血流量Ｑと血流抵抗Ｒとを用いて以下のように表される。
血圧値Ｐ＝血流量Ｑ×血流抵抗Ｒ
血流量Ｑ＝（π×Ｄ2×ｖ）／８ …（１）
血流抵抗Ｒ＝η×Ｃ／Ｄ4 …（２）
このとき、Ｄは血管径、ｖは血流速度、ηは血液粘度、そしてＣは係数である。以上をまとめると血圧値Ｐは以下のように表すことができる。
Ｐ＝π／８×η×Ｃ×ｖ／Ｄ2 …（３）
つまり（π／８×η×Ｃ）をある係数値として求めておけば、血流速度ｖ及び血管径Ｄを求めればそのときの血圧値Ｐを求めることができる。
【００３９】
従来方式では、予めカフ型血圧計などにより実血圧を測定し、上記係数値を校正していた。以下では、カフ型血圧計などによる校正を必要とせずに係数値を算出又は適時校正し、血圧を導出する原理について説明する。
【００４０】
校正方法（係数値π／８×η×Ｃの算出）について説明する。
図１のように、上腕部の異なる高さ位置ＨとＬとに取り付けられた２つのセンサー６，８により少なくとも以下１）〜３）のパラメーターを測定する。
１）高さ位置Ｈにおける、一心拍以上の血管径変化とその時の平均血管径ＤHm。
２）高さ位置Ｌにおける、一心拍以上の血管径変化とその時の平均血管径ＤLm。
３）高さ位置Ｈにおける、一心拍以上の血流速変化。
また、１）及び２）の測定により、前記高さ位置Ｈでの、最高血圧値Ｐsys（収縮期血圧）における血管径ＤHsysと、最低血圧値Ｐdia（拡張期血圧）における血管径ＤHdiaと、が求まり、同時にＤHmとＤLmとの差ΔＤm（＝ＤLm−ＤHm）も求まる。また３）より、位置Ｈでの、最高血圧値Ｐsysにおける血流速度ｖHsysと、最低血圧値Ｐdiaにおける血流速度ｖHdiaが求まる。
【００４１】
次に、最高血圧値と最低血圧値の差圧（血圧値の変化量）Ｐsys−Ｐdiaを求める。
図４は、本実施形態に係る血圧変動と血管径変動を示す図である。高さ位置Ｈ及びＬでの血管径Ｄの変動と血圧値Ｐの変動の関係は図４のようになる。同一血圧値Ｐ時の、位置ＨとＬとの血管径Ｄの差異は、水頭圧による差と考えられるので、平均血管径の差ΔＤmと、高さ位置ＨとＬとの高低差ｈによる水頭圧ρｇｈ（水頭圧、ρ：血液の密度、ｇ：重力加速度）は一意に対応する。これより、最高血圧値と最低血圧値の差（Ｐsys−Ｐdia）とその時の血管径Ｄの差（ＤHsys−ＤHdia）を考えると、以下の関係が近似的に成り立つ。
【００４２】
（Ｐsys−Ｐdia）：ρｇｈ＝（ＤHsys−ＤHdia）：ΔＤm …（４）
これより差圧Ｐsys−Ｐdiaは、
Ｐsys−Ｐdia＝ρｇｈ×（ＤHsys−ＤHdia）／ΔＤm …（５）
また、ここで式（３）より位置Ｈでの最高血圧値Ｐsysと最低血圧値Ｐdiaとを求めると、
Ｐsys＝π／８×η×Ｃ×ｖHsys／ＤHsys2 …（６）
Ｐdia＝π／８×η×Ｃ×ｖHdia／ＤHdia2 …（７）
であるので、差圧は以下のようにも書ける。
Ｐsys−Ｐdia＝π／８×η×Ｃ×（ｖHsys／ＤHsys2−ｖHdia／ＤHdia2） …（８）
式（８）より、係数値（π／８×η×Ｃ）は以下の式で算出できる。
π／８×η×Ｃ＝（Ｐsys−Ｐdia）／（ｖHsys／ＤHsys2−ｖHdia／ＤHdia2） …（９）
また、式（９）及び（５）より係数値（π／８×η×Ｃ）は以下のようにも書ける。
π／８×η×Ｃ＝ρｇｈ×（ＤHsys−ＤHdia）／｛ΔＤm×（ｖHsys／ＤHsys2−ｖHdia／ＤHdia2）｝ …（１０）
【００４３】
以上より血圧値Ｐは、適時測定した血管径Ｄとその時の血流速度ｖ、及び上記により求めた係数値（π／８×η×Ｃ）を式（３）に代入することにより容易に求めることができる。
【００４４】
図５は、本実施形態に係る血圧測定方法を示す図である。
先ず、スイッチ４２を投入後、ステップＳ１０に示すように、係数値（π／８×η×Ｃ）算出のための校正を行う。ステップＳ１０の詳細については後述する。
続いて、ステップＳ２０に示すように、血管径Ｄ及び血流速度ｖを測定する。測定方法は前述のエコートラッキング法により血管径Ｄを測定するものや、ドプラ法により血流速度ｖを測定する方法を用いる。
【００４５】
次に、ステップＳ３０では、ステップＳ１０の校正ルーチンにより求めた係数値（π／８×η×Ｃ）を用いて血圧値Ｐを算出する。同一箇所、同時刻の血管径Ｄ及び血流速度ｖの時間的変化を求め、血圧値Ｐの時間変化を算出することもできる。
【００４６】
次に、ステップＳ４０に示すように、ステップＳ３０で求めた血圧値Ｐを表示部４１に表示する。また、それをグラフなどで可視化して表示部４１に表示することもできる。さらに、脈拍についても同様に表示してもよい。
【００４７】
この段階で、ステップＳ５０に示すように、校正が再度必要であるか判断する。必要があればステップＳ１０に戻り校正を行う。必要がなければステップＳ６０へ進む。校正が必要である場合とは、例えば最高血圧値が通常と比べて±１５ｍｍＨｇ以上変化した場合である。この場合再校正の指示が表示部４１に表示される。
最後に、ステップＳ６０に示すように、測定の続行が必要であるか判断する。必要があればステップＳ２０に戻り血管径Ｄ及び血流速度ｖを測定する。必要がなければ終了する。これにより、カフ型血圧計を使わず簡易に校正ができ、被測定者が自由行動下で常時血圧測定することができる。
【００４８】
図６は、本実施形態に係る校正ルーチンであって、図５のステップＳ１０を詳細に示す図である。
【００４９】
先ず、ステップＳ１１に示すように、図１の高さ位置Ｈ及びＬでの血管径Ｄを計測すると同時に平均血管径ＤHm，ＤLmを算出する。平均血管径ＤHm，ＤLmは、１心拍内において特定してもよいし、血管径Ｄ変化を１０秒程度測定し、複数心拍分のアンサンブル平均を算出し、取得してもよい。
【００５０】
次に、ステップＳ１２では、図１の高さ位置Ｈでの血流速度ｖを測定する。なお、血流速度ｖの測定は、ステップＳ１１で測定した血管径変化とできる限り時間的に近接しているのが望ましい。
【００５１】
次に、ステップＳ１３に示すように、ステップＳ１１及びＳ１２で測定した高さ位置Ｈでの、血管径Ｄと血流速度ｖとの時間変化より、最高血圧値に対応する血管径ＤHsys及び血流速度ｖHsys、最低血圧値に対応する血管径ＤHdia及び血流速度ｖHdiaを算出する。
【００５２】
次に、ステップＳ１４に示すように、ステップＳ１１で算出した平均血管径ＤHm，ＤLmより、平均血管径変化ΔＤmを算出する。
【００５３】
ここで、ステップＳ１５に示すように、水頭圧（ρｇｈ）を算出する。水頭圧の算出及びそのための高低差ｈの決定方法の詳細については後述する。
【００５４】
そして、ステップＳ１６に示すように、最低血圧値Ｐdia及び最高血圧値Ｐsysの血圧差（Ｐsys−Ｐdia）を算出する。図１の高さ位置Ｈでの、最高血圧値Ｐsysにおける血管径ＤHsysと、最低血圧値Ｐdiaとにおける血管径ＤHdiaを用いると、式（４）を変形して式（５）より、最低血圧値Ｐdiaと最高血圧値Ｐsysとの血圧差（Ｐsys−Ｐdia）を算出する。
【００５５】
最後、ステップＳ１７に示すように、式（９）にステップＳ１６で算出した血圧差（Ｐsys−Ｐdia）と、ステップＳ１３で算出した高さ位置Ｈでの、最高血圧値Ｐsysに対応する血管径Ｄ及び血流速度ｖ、最低血圧値Ｐdiaに対応する血管径Ｄ及び血流速度ｖより、係数値（π／８×η×Ｃ）を算出する。
【００５６】
係数値（π／８×η×Ｃ）算出に必要な水頭圧の算出方法について説明する。
【００５７】
水頭圧ρｇｈを求めるには、重力加速度ｇ（≒９．８ｍ／ｓ2）のほかに、血液の密度及び高低差ｈが必要となる。血液の密度ρは男女差で１．０５５±０．００５ｇ／ｃｍ3程度なので、血圧値への影響は±０．数ｍｍＨｇであることからここでは一定と見做すものとする。つまり、精度良く水頭圧を決定するには高低差ｈを正確に測定する必要がある。図１に示す通り、高低差ｈは、センサー６と８との間の距離を予め定規などで測定しておけば求めることができる。あるいは、センサー６と８とを任意長さの固定部材により繋いでおけば、該任意長さを高低差とすることもできる。ところで、被測定対象部が鉛直方向に揃っていれば前記決定方法で問題ないが、被測定対象部が鉛直方向から傾いている場合を考えると、誤差が生まれる。その場合は、センサー６又は８の角度を傾斜センサーなどで検出し、該検出角度とセンサー６と８との間の距離から高低差ｈを算出することもできる。あるいは、水晶デバイスを用いた超小型気圧センサーでは、高低差ｈをｍｍオーダーの分解能で測定可能となる可能性がある。これを用いれば、簡易に高低差ｈを精度良く測定することもできる。被測定対象部が鉛直方向から傾くことは、被測定者３が自由行動下で適時校正を行う場合に頻繁に起こりうると考えられる。よって、以上のような技術は被測定者３が自由行動下で測定する際に必要となる可能性が高いと考えられる。なお、前記方法はあくまで一例であり、ある手法により高低差ｈを正確に求めることができれば、水頭圧も精度よく算出できる。実際のところ、高低差ｈは上腕部で１５ｃｍ程度と考えれば、水頭圧は１１．６ｍｍＨｇ程度である。
【００５８】
本実施形態においては、センサー６の位置Ｈを心臓４の高さ位置としたが、仮に位置Ｈと心臓４の高さが違う場合でも、予め心臓４からの高低差ｈを求めておけば水頭圧分の加減算により上記実施形態と同様に血圧値Ｐを算出することができる。また、本実施形態では、被測定対象を生体と仮定し、流体圧として血圧を算出したが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００５９】
本実施形態の流体圧測定装置及び流体圧測定方法によれば、他の圧力測定装置を使用することなく適時校正を簡便にすることができ、精度良く流体圧Ｐを測定することができる。またそれを生体に応用した場合、カフ型血圧計を使用することなく血圧を算出するための係数値を適時校正することができ、それによりウエアラブルで常時計測可能な血圧測定装置及び血圧測定方法が提供できる。
【符号の説明】
【００６０】
１…血圧測定装置 ２…バンド ３…被測定者 ４…心臓 ５…上腕動脈（血管） ６，８…センサー １０…血流速度センサー（測定部） １１…駆動部（血流速度センサー駆動部） １２…発信部（送信用素子） １３…受信部（受信用素子） １４…信号演算部（血流速度センサー信号演算部） １５…血流速度センサー部 ２０…血管径センサー（測定部） ２１…駆動部（血管径センサー駆動部） ２２…発信部（送信用素子） ２３…受信部（受信用素子） ２４…信号演算部（血管径センサー信号演算部） ２５…血管径センサー部 ３０…高低差決定部 ４０…電源部 ４１…表示部 ４２…スイッチ ４３…血圧値演算部 ４４…操作パネル。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象部の導管の長手方向に沿って、互いに離間して配置された少なくとも２つの測定部と、該測定部を制御する制御部を備えた流体圧測定装置であって、
前記測定部は、測定媒体を前記測定対象部に送出する一方、該測定対象部から戻って来る前記測定媒体の一部を取得する測定媒体送受部を備え、
前記制御部は、
一方及び他方の前記測定部によって前記測定対象部に内在する導管内を流動する流体速度及び導管径を測定し、
前記少なくとも１つの測定部において測定した導管径の変化量と、前記一方の測定部と前記他方の測定部での導管径の差と、及び前記２つの測定部の間の距離に基づいて導き出される水頭差と、に基づいて導き出される流体圧の変化量を求め、
前記変化量と、前記一方あるいは他方の測定部における流体速度及び導管径と、に基づいて係数値を導き出し、
前記導管内を流動する流体の圧力を求めることを特徴とする流体圧測定装置。
【請求項２】
請求項１に記載の流体圧測定装置において、
前記２つの測定部間の重力（鉛直）方向の距離を決定する高低差決定部をさらに備えることを特徴とする流体圧測定装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の流体圧測定装置において、
前記２つの測定部の間の重力方向の距離は、前記２つの測定部の離間距離と、前記２つの測定部の重力方向との傾き角度により算出されることを特徴とする流体圧測定装置。
【請求項４】
流体が流動する導管を内存する測定対象部の所定の第一部位が所定の高さに位置決めされた状態で、該第一部位の前記流体速度を該第一部位の前記導管径の２乗で割った値に対して所定の係数値で比例する前記流体の圧力であって、前記係数値を求める校正工程と、
前記状態で、前記第一部位の前記導管径及び前記流体速度をそれぞれ測定する工程と、
前記状態で、前記測定対象部の所定の第二部位での導管径及び流体速度をそれぞれ測定する工程と、
前記第一部位の導管径、該第一部位の流体速度、及び前記係数値を用いて前記圧力を求める工程と、
前記圧力を表示する工程と、及び、
前記係数値の校正が必要か判断する工程と、
を有することを特徴とする流体圧測定方法。
【請求項５】
請求項４に記載の流体圧測定方法において、
前記校正工程は、
前記第一部位が前記流体の圧力基準面の高さに位置決めされた状態で、前記第一及び第二部位の導管径の時間変化を測定し、平均導管径を求める工程と、
前記第一部位での流体速度の時間変化を測定する工程と、
前記第一部位での導管径及び流体速度の時間変化から、最高圧力時及び最低圧力時での、導管径及び流体速度を求める工程と、
前記第一部位での平均導管径と前記第二部位での平均導管径とを用いて平均導管径の変化量を求める工程と、
前記状態で、前記第一部位と前記第二部位との高低差を測定する高低差測定工程と、
前記高低差を用いて前記第一部位と前記第二部位との間の水頭圧を求める工程と、
前記水頭圧、前記平均導管径変化、前記最高圧力時の導管径、及び前記最低圧力時の導管径を用いて最高圧力と最低圧力との圧力差を求める工程と、及び、
前記圧力差、前記最高圧力時の流体速度、前記最高圧力時の導管径、前記最低圧力時の流体速度、及び前記最低圧力時の導管径を用いて前記係数値を求める工程と、
を有することを特徴とする流体圧測定方法。
【請求項６】
測定対象部の導管の長手方向に沿って、互いに離間して配置された少なくとも２つの測定部と、該測定部を制御する制御部を備えた血圧測定装置であって、
前記測定部は、測定媒体を前記測定対象部に送出する一方、該測定対象部から戻って来る前記測定媒体の一部を取得する測定媒体送受部を備え、
前記制御部は、
一方及び他方の前記測定部によって前記測定対象部に内在する血管内を流動する血流の速度及び血管径を測定し、
前記少なくとも１つの測定部において測定した血管径の変化量と、前記一方の測定部と前記他方の測定部での血管径の差と、及び前記２つの測定部の間の距離に基づいて導き出される水頭差と、に基づいて導き出される血圧の変化量を求め、
前記変化量と、前記一方あるいは他方の測定部における血流速度及び血管径と、に基づいて係数値を導き出し、
前記血管内を流動する血流の圧力を求めることを特徴とする血圧測定装置。
【請求項７】
請求項６に記載の血圧測定装置において、
前記２つの測定部間の重力方向の距離を決定する高低差決定部をさらに備えることを特徴とする血圧測定装置。
【請求項８】
請求項６又は７に記載の血圧測定装置において、
前記２つの測定部の間の重力方向の距離は、前記２つの測定部の離間距離と、前記２つの測定部の重力方向との傾き角度により算出されることを特徴とする血圧測定装置。
【請求項９】
被測定者の所定の第一部位が所定の高さに位置決めされた状態で、前記所定の第一部位の血流速度を該第一部位の血管径の２乗で割った値に対して所定の係数値で比例する前記被測定者の血圧であって、前記係数値を求める校正工程と、
前記状態で、前記第一部位の前記血管径及び前記血流速度をそれぞれ測定する工程と、
前記状態で、前記被測定者の所定の第二部位での血管径及び血流速度をそれぞれ測定する工程と、
前記第一部位の血管径、該第一部位の血流速度、及び前記係数値を用いて前記血圧を求める工程と、
前記血圧を表示する工程と、及び、
前記係数値の校正が必要か判断する工程と、
を有することを特徴とする血圧測定方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の血圧測定方法において、
前記校正工程は、
前記第一部位が前記被測定者の心臓の高さに位置決めされた状態で、前記第一及び第二部位の血管径の時間変化を測定し、平均血管径を求める工程と、
前記第一部位での血流速度の時間変化を測定する工程と、
前記第一部位での血管径及び血流速度の時間変化から、最高血圧時及び最低血圧時での、血管径及び血流速度を求める工程と、
前記第一部位での平均血管径と前記第二部位での平均血管径とを用いて平均血管径変化を求める工程と、
前記状態で、前記第一部位と前記第二部位との高低差を測定する高低差測定工程と、
前記高低差を用いて前記第一部位と前記第二部位との間の水頭圧を求める工程と、
前記水頭圧、前記平均血管径変化、前記最高血圧時の血管径、及び前記最低血圧時の血管径を用いて最高血圧と最低血圧との血圧差を求める工程と、及び、
前記血圧差、前記最高血圧時の血流速度、前記最高血圧時の血管径、前記最低血圧時の血流速度、及び前記最低血圧時の血管径を用いて前記係数値を求める工程と、
を有することを特徴とする血圧測定方法。
【請求項１】
測定対象部の導管の長手方向に沿って、互いに離間して配置された少なくとも２つの測定部と、該測定部を制御する制御部を備えた流体圧測定装置であって、
前記測定部は、測定媒体を前記測定対象部に送出する一方、該測定対象部から戻って来る前記測定媒体の一部を取得する測定媒体送受部を備え、
前記制御部は、
一方及び他方の前記測定部によって前記測定対象部に内在する導管内を流動する流体速度及び導管径を測定し、
前記少なくとも１つの測定部において測定した導管径の変化量と、前記一方の測定部と前記他方の測定部での導管径の差と、及び前記２つの測定部の間の距離に基づいて導き出される水頭差と、に基づいて導き出される流体圧の変化量を求め、
前記変化量と、前記一方あるいは他方の測定部における流体速度及び導管径と、に基づいて係数値を導き出し、
前記導管内を流動する流体の圧力を求めることを特徴とする流体圧測定装置。
【請求項２】
請求項１に記載の流体圧測定装置において、
前記２つの測定部間の重力（鉛直）方向の距離を決定する高低差決定部をさらに備えることを特徴とする流体圧測定装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の流体圧測定装置において、
前記２つの測定部の間の重力方向の距離は、前記２つの測定部の離間距離と、前記２つの測定部の重力方向との傾き角度により算出されることを特徴とする流体圧測定装置。
【請求項４】
流体が流動する導管を内存する測定対象部の所定の第一部位が所定の高さに位置決めされた状態で、該第一部位の前記流体速度を該第一部位の前記導管径の２乗で割った値に対して所定の係数値で比例する前記流体の圧力であって、前記係数値を求める校正工程と、
前記状態で、前記第一部位の前記導管径及び前記流体速度をそれぞれ測定する工程と、
前記状態で、前記測定対象部の所定の第二部位での導管径及び流体速度をそれぞれ測定する工程と、
前記第一部位の導管径、該第一部位の流体速度、及び前記係数値を用いて前記圧力を求める工程と、
前記圧力を表示する工程と、及び、
前記係数値の校正が必要か判断する工程と、
を有することを特徴とする流体圧測定方法。
【請求項５】
請求項４に記載の流体圧測定方法において、
前記校正工程は、
前記第一部位が前記流体の圧力基準面の高さに位置決めされた状態で、前記第一及び第二部位の導管径の時間変化を測定し、平均導管径を求める工程と、
前記第一部位での流体速度の時間変化を測定する工程と、
前記第一部位での導管径及び流体速度の時間変化から、最高圧力時及び最低圧力時での、導管径及び流体速度を求める工程と、
前記第一部位での平均導管径と前記第二部位での平均導管径とを用いて平均導管径の変化量を求める工程と、
前記状態で、前記第一部位と前記第二部位との高低差を測定する高低差測定工程と、
前記高低差を用いて前記第一部位と前記第二部位との間の水頭圧を求める工程と、
前記水頭圧、前記平均導管径変化、前記最高圧力時の導管径、及び前記最低圧力時の導管径を用いて最高圧力と最低圧力との圧力差を求める工程と、及び、
前記圧力差、前記最高圧力時の流体速度、前記最高圧力時の導管径、前記最低圧力時の流体速度、及び前記最低圧力時の導管径を用いて前記係数値を求める工程と、
を有することを特徴とする流体圧測定方法。
【請求項６】
測定対象部の導管の長手方向に沿って、互いに離間して配置された少なくとも２つの測定部と、該測定部を制御する制御部を備えた血圧測定装置であって、
前記測定部は、測定媒体を前記測定対象部に送出する一方、該測定対象部から戻って来る前記測定媒体の一部を取得する測定媒体送受部を備え、
前記制御部は、
一方及び他方の前記測定部によって前記測定対象部に内在する血管内を流動する血流の速度及び血管径を測定し、
前記少なくとも１つの測定部において測定した血管径の変化量と、前記一方の測定部と前記他方の測定部での血管径の差と、及び前記２つの測定部の間の距離に基づいて導き出される水頭差と、に基づいて導き出される血圧の変化量を求め、
前記変化量と、前記一方あるいは他方の測定部における血流速度及び血管径と、に基づいて係数値を導き出し、
前記血管内を流動する血流の圧力を求めることを特徴とする血圧測定装置。
【請求項７】
請求項６に記載の血圧測定装置において、
前記２つの測定部間の重力方向の距離を決定する高低差決定部をさらに備えることを特徴とする血圧測定装置。
【請求項８】
請求項６又は７に記載の血圧測定装置において、
前記２つの測定部の間の重力方向の距離は、前記２つの測定部の離間距離と、前記２つの測定部の重力方向との傾き角度により算出されることを特徴とする血圧測定装置。
【請求項９】
被測定者の所定の第一部位が所定の高さに位置決めされた状態で、前記所定の第一部位の血流速度を該第一部位の血管径の２乗で割った値に対して所定の係数値で比例する前記被測定者の血圧であって、前記係数値を求める校正工程と、
前記状態で、前記第一部位の前記血管径及び前記血流速度をそれぞれ測定する工程と、
前記状態で、前記被測定者の所定の第二部位での血管径及び血流速度をそれぞれ測定する工程と、
前記第一部位の血管径、該第一部位の血流速度、及び前記係数値を用いて前記血圧を求める工程と、
前記血圧を表示する工程と、及び、
前記係数値の校正が必要か判断する工程と、
を有することを特徴とする血圧測定方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の血圧測定方法において、
前記校正工程は、
前記第一部位が前記被測定者の心臓の高さに位置決めされた状態で、前記第一及び第二部位の血管径の時間変化を測定し、平均血管径を求める工程と、
前記第一部位での血流速度の時間変化を測定する工程と、
前記第一部位での血管径及び血流速度の時間変化から、最高血圧時及び最低血圧時での、血管径及び血流速度を求める工程と、
前記第一部位での平均血管径と前記第二部位での平均血管径とを用いて平均血管径変化を求める工程と、
前記状態で、前記第一部位と前記第二部位との高低差を測定する高低差測定工程と、
前記高低差を用いて前記第一部位と前記第二部位との間の水頭圧を求める工程と、
前記水頭圧、前記平均血管径変化、前記最高血圧時の血管径、及び前記最低血圧時の血管径を用いて最高血圧と最低血圧との血圧差を求める工程と、及び、
前記血圧差、前記最高血圧時の血流速度、前記最高血圧時の血管径、前記最低血圧時の血流速度、及び前記最低血圧時の血管径を用いて前記係数値を求める工程と、
を有することを特徴とする血圧測定方法。
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図１】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図１】
【公開番号】特開２０１２−６１１３１（Ｐ２０１２−６１１３１Ａ）
【公開日】平成２４年３月２９日（２０１２．３．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２０７６７５（Ｐ２０１０−２０７６７５）
【出願日】平成２２年９月１６日（２０１０．９．１６）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年３月２９日（２０１２．３．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月１６日（２０１０．９．１６）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
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