专利名称：脉搏波分析装置以及脉搏波分析方法
技术领域：
本发明涉及脉搏波分析装置以及脉搏波分析方法，特别涉及用于计算脉搏波的特征点的脉搏波分析装置以及脉搏波分析方法。
背景技术：
作为对动脉硬化等的心血管疾病的诊断有用的信息之一，可例举脉搏波中的反射波的传达时刻和占有时间。为了得到反射波存在于脉搏波中的时间，有必要将测定出的脉搏波分为射血波的范围和反射波的范围。在日本特开2005-349116号公报(以下称为专利文献1)中，本申请的申请人提出了提取脉搏波的特征点并计算AI (Augmentation Index 增大指数)和TR(Traveling time to Reflected wave :射血波和反射波的出现时间之差)等指标的脉搏波分析装置。AI和 TR等指标是用于提取并计算合成波的上升拐点和反射波的上升拐点作为特征点的指标。在论文“Increased Systolic Pressure in Chronic Uremia Role of Arterial Wave Reflections”中，“London”以及其他人提出分析仅从动脉上的一点得到的脉搏波的特征，并提取从髂骨动脉的分支部分反射的波来求出TR等指标的方法。现有技术文献专利文献专利文献1 日本特开2005-349116号公报。非专利文献非专利文献1 :“London” 以及其他人，“hcreased Systolic Pressure in Chronic Uremia Role of Arterial Wave Reflections、"Hypertension、vol. 20、No. 1、 1992、pp.10-19。
发明内容
发明要解决的问题然而，难以从合成波准确地提取反射波的上升拐点，特别地，有时因不同的测定部位导致在合成波中难以显现反射波的上升拐点。在不能提取反射波的上升拐点的情况下， 利用文献1所公开的方法则不能计算出指标。非专利文献1是通过捕捉不同的现象来计算指标的技术，但存在这样的问题难以应用于能够在家庭中测定的用上臂测定出的脉搏波上。本发明是鉴于这样的问题而做出的，其目的之一在于，提供一种能够提取反射波的收敛时间并计算对心血管疾病诊断有用的指标的脉搏波分析装置以及脉搏波分析方法。用于解决问题的方法为了达成上述目的，本发明的一个技术方案涉及的脉搏波分析装置，包括脉搏波检测部，其用于检测脉搏波，运算装置，其基于由脉搏波检测部检测出的脉搏波来进行处理；运算装置所进行的处理包括从一拍的脉搏波波形中提取用于划分反射波区间的特征点的处理，计算出反射波的收敛时间作为指标的处理。本发明的另一个技术方案涉及的脉搏波分析方法，具有如下步骤从用于检测脉搏波的压力传感器所得到的一拍的脉搏波波形中，提取用于划分反射波区间的特征点的步骤；计算出反射波的收敛时间来作为指标的步骤。本发明的另一个技术方案涉及的脉搏波分析程序，用于使计算机执行分析脉搏波并计算指标的处理，使计算机执行如下步骤通过用于检测脉搏波的压力传感器来取得传感器信号的步骤，从基于传感器信号的一拍的脉搏波波形中提取用于划分反射波区间的特征点的步骤，计算出反射波的收敛时间作为指标的步骤。发明的效果采用本发明，能够提取反射波的收敛时间。此外，通过利用这样的指标，即使在不能提取反射波的上升拐点的情况等下，也能够自动进行脉搏波的分析。
图1是示出了实施方式的脉搏波分析装置的装置结构的具体例的图。图2是示出了前臂/脚腕之间的脉搏波传播时间(PTT =Pulse Transmission Time)和测定脉搏波过程中的反射波的持续时间(TRD traveling time of Reflection-wave Duration) 白勺白勺 。 图3是示出了颈部/大腿部之间的PTT和TRD之间的关系的图。图4是示出了前臂/脚腕之间的脉搏波的传播速度(PWV :pulse wave velocity) 和TRD之间的关系的图。图5是示出了颈部/大腿部之间的PWV和TRD之间的关系的图。图6是示出了在实施方式的脉搏波分析装置中从包含在半导体压力传感器19中的传感器部件得到的压力信号(传感器信号)的分析处理的流程图。图7是示出了脉搏波波形和一阶微分波以及二阶微分波之间的关系的具体例的图。图8A是示出了零交点(zero crossing point)的特征的图。图8B是示出了零交点的特征的图。图8C是示出了零交点的特征的图。图9是示出了四阶微分的使用例的图。图10是示出了用于说明四阶微分滤波器的频率特性的图。图11是示出了在实施方式的脉搏波分析装置中用于提取特征点的处理的具体的流程的流程图。图12是示出了用于实施方式的脉搏波分析装置中的带通型滤波器的具体例的图。
具体实施例方式以下，参照附图，对本发明的实施方式进行说明。在以下的说明中，对同一零件和结构要素标注同一附图标记。它们的名称和功能也均相同。参照图1，本实施方式的脉搏波分析装置包括传感器单元1、显示单元3及固定台单元7。显示单元3包括操作部M，其设置为可从外部进行操作，为了输入与脉搏波分析等相关的各种信息而被操作；显示部25，其由用于将脉搏波分析结果等各种信息输出到外部的 LED (Light Emitting Diode 发光二极管)、LCD (Liquid Crystal Display :液晶显示器)等构成。固定台单元 7 包括ROM (Read Only Memory 只读存储器)12 及 RAM (Random Access Memory 随机存取存储器)13，用于存储用于控制脉搏波分析装置的数据及程序； CPU (Central Processing Unit 中央处理单元)11，其为了集中控制该脉搏波分析装置而执行包括运算的各种处理；加压泵15 ；负压泵16 ；切换阀17 ；控制电路14，其接收来自 CPUll的信号并将其发送至加压泵15、负压泵16及切换阀17 ；可变特性滤波器22，其至少可变更为两个值；A/D转换器23。CPUll访问R0M12，读出程序并将其展开在RAM13上，执行该程序，以此整体控制该脉搏波分析装置。CPUll通过操作部对接受来自用户的操作信号，并基于该操作信号来整体控制脉搏波分析装置。即，CPUll基于从操作部M输入的操作信号，向控制电路14、多路调制器20以及可变特性滤波器22发送控制信号。此外，CPUll进行用于将脉搏波分析结果等显示在显示部25上的控制。加压泵15是用于使后述的按压袖带(空气袋)18的内压(以下称为“袖带压”) 增加(加压)泵，负压泵16则是用于减少袖带压(减压)的泵。切换阀17选择性地将这些加压泵15和负压泵16中的任意一个泵切换连接至空气管5。控制电路14根据来自CPUll 的控制信号来控制这些处理。传感器单元1包括半导体压力传感器19，其包括多个传感器部件；多路调制器 20，其选择性导出分别由多个传感器部件输出的压力信号；放大器21，其用于放大由多路调制器20输出的压力信号；按压袖带18，其包括空气袋，该空气袋为了将半导体压力传感器19按压到测定部位上而被加压调整。半导体压力传感器19包括在由单晶硅等构成的半导体芯片上朝向一个方向以规定间隔排列的多个传感器部件，并被按压袖带18的压力按压在测定过程中的上臂等测定部位上。在该状态下，半导体压力传感器19通过挠骨动脉来检测被测定人员的脉搏波。半导体压力传感器19针对各传感器部件的通道(channel)，将通过检测脉搏波而输出的压力信号输入至多路调制器20。多个传感器部件例如排列40个。多路调制器20选择性地输出各传感器部件所输出的压力信号。由多路调制器20 送出的压力信号被放大器21放大，进而经由可变特性滤波器22而被选择性地输出至A/D 转换器23。在本实施方式中，在选择用于检测脉搏波的最佳的传感器部件之前，多路调制器 20根据来自CPUll的控制信号，依次切换输出由多个传感器部件输出的多个压力信号。此外，在选择了用于检测脉搏波的最佳的传感器部件之后，根据来自CPUll的控制信号来固定在相应的通道上。此时，多路调制器20选择并输出从已选择的传感器部件输出的压力信号。可变特性滤波器22是用于截断规定值以上的信号成分的低通滤波器，并至少可变更为两个值。
A/D转换器23将从半导体压力传感器19导出的作为模拟信号的压力信号转换成数字信息，并将其发送至CPU11。在由CPUll固定多路调制器20的通道之前，通过多路调制器20同时取得包含在半导体压力传感器19中的每个传感器部件所输出的压力信号。并且，在由CPUll固定多路调制器20的通道之后，取得相应的传感器部件所输出的压力信号。 采样压力信号的周期(以下称为“采样周期”)例如设为ans。在固定多路调制器20的通道之前和之后，上述的可变特性滤波器22变更截断频率的值。在固定多路调制器20的通道之前，切换多个压力信号进行采样。从而，选择比此时的采样频率(例如20kHz)高的截断频率的值。由此，能够防止在A/D转换之后产生波动 (undulation)，且能够恰当地选择最佳的传感器部件。在固定通道之后，根据来自CPUll的控制信号，选择对于某一个压力信号的采样频率(例如500Hz)的1/2以下的截断频率的值。由此，能够减少折叠噪声(aliasing noise)，从而能够以高精度进行脉搏波分析。折叠噪声是指，在根据采样定理来将模拟信号转换成数字信号时，由于折回现象，导致在采样频率的1/2以下的区域出现的具有采样频率的1/2以上的频率成分的噪声。在本实施方式中，由于将CPU11、R0M12以及RAM13设在固定台单元7上，因而能够实现显示单元3的小型化。另外，虽然分别设置了固定台单元7和显示单元3，但也可以将显示单元3内置于固定台单元7中。相反也可以在显示单元3中设置CPU11、R0M12及RAM13。也可以与 PC (Personal Computer 个人计算机)连接起来进行各种控制。在本实施方式中，脉搏波分析装置根据脉搏波波形计算出测定脉搏波中的反射波的持续时间(以下称为 TRD traveling time of Reflection-wave Duration)，将其作为对动脉硬化等心血管疾病的诊断有用的指标。由于动脉硬化越严重则心脏射血的脉搏波的传播速度就越快，因而对动脉硬化等的心血管疾病的诊断有效的指标是脉搏波的传播速度 (以下称为PWV:pulSe wave velocity)。本申请的众发明者根据多个脉搏波的样品来计算出脉搏波传播时间(以下称为PTT =Pulse Transmission Time)和TRD，并验证了这些数据之间具有关联性。图2示出了前臂/脚腕之间的PTT和TRD之间的关系，图3则示出了颈部/大腿部之间的PTT和TRD之间的关系。此外，同样地，本申请的众发明者根据多个脉搏波的样品计算出PWV和TRD，并验证了这些数据之间具有关联性。图4示出了前臂/脚腕之间的PWV和TRD之间的关系，图5则示出了颈部/大腿部之间的PWV和TRD之间的关系。 根据这些验证，TRD也是对于动脉硬化等的心血管疾病的诊断有效的指标。为了根据测定出的脉搏波计算TRD，有必要将测定出的脉搏波分离为反射波存在区间和非反射波存在区间。在上述两个区间中，前者的区间是指，在合成波中，即在测定出的一拍的脉搏波中，为了包括高频成分而提取振动的区间；后者的区间则是不包括高频成分而提取振动的区间。换言之，前者的区间可说是振动区间，后者的区间可说是稳定区间。 为了提取两个区间，本实施方式的脉搏波分析装置从测定出的脉搏波提取上述两个区间中的至少一个区间的开始点以及结束点，来作为特征点。由固定台单元7内的CPUll访问R0M12，将程序读出并展开到RAM13上来执行，由此实现图6的流程图示出的处理。此外，至少一部分处理可通过图1示出的硬件结构来实现。另外，将该处理作为固定了多路调制器20的通道之后的分析处理来进行说明。参照图6，在步骤SlOl中，若具有多个传感器部件的半导体压力传感器19检测出压力信号，则向多路调制器20输入压力信号。此时，利用多路调制器20选择与已固定的通道相应的传感器部件所输出的传感器信号。利用多路调制器20选择的压力信号被输入至放大器21。在步骤S103中，放大器21将压力信号放大至规定振幅，在步骤S105中可变特性滤波器22进行模拟滤波处理。此时，可变特性滤波器22截断采样频率的1/2以下的信号成分。若采样频率是500Hz，则例如截断超过IOOHz的频率的信号成分。在步骤S107中，A/D转换器23对通过可变特性滤波器22的压力信号进行数字化， 在步骤S109中，以除去噪声等作为目的，执行用于提取规定范围的频率的数字滤波处理。 A/D转换器23将实现了数字化的压力信号传送至CPU11。在步骤Slll中，CPUll从A/D转换器23接收压力信号，并通过取得各数据的差值来进行1 5阶微分。CPUll通过执行存储在R0M12中的程序，对根据压力信号得到的脉搏波波形进行N阶微分。在步骤S113中，CPUll基于微分结果来分割脉搏波波形，由此提取一拍的脉搏波波形。具体而言，CPUll从在步骤Slll中取得的N阶微分中，等待出现一阶微分为正。若一阶微分为正，则保持该上升零交点，并将其作为“暂时上升拐点”。然后，等待出现一阶微分的极大值。若检测出一阶微分的极大值，则CPUll判断是否识别出了一拍的脉搏。具体而言，参照图7，等待出现原波形的极大值，若检测出极大值，则参照从之前的暂时上升拐点(PA点)至此前的上升拐点(PB点)为止的波形。然后，确认从PA点至PB 点之间存在原波形的最大点(PP点)，且在从PP点至PB点之间PB点为最小值。若确认PB 点为最小值，则确定PA点为“上升拐点”。并且，将从PA点至PB点为止作为一拍的脉搏波波形。另外，也能够将PA点定义为一拍的“脉搏波开始点”。在步骤Sl 15中，CPUll从在上述步骤Sl 13中切割(分离出)一拍的脉搏波波形中提取规定的特征点，由此在步骤S117中计算TRD。以上，结束传感器信号分析处理。如前述，作为用于计算TRD所需的特征点，可例举上述的振动区间和稳定区间中的至少一个区间的开始点以及结束点，具体而言，本实施方式的脉搏波分析装置在上述步骤S115中提取振动区间的开始点以及结束点，即一拍的脉搏波波形中的反射波成分的收敛时间。作为通常的特征点的提取，多利用从原波形得到的四阶微分波的零交点。然而，由于基线的变动等的影响，不一定能够提取到如图8A所示的鲜明的零交点。如图8B以及图 8C所示，存在零交点不明确的情况。图8B是存在多个零交点且应当作为脉搏波波形的特征点提取的零交点不明确的情况。图8C是因变成零的时间持续而零交点不明确的情况。在如图8B以及图8C示出那样的不明确的零交点的情况下，必须选择用于提取脉搏波的特征点的零交点。因此，为了自动进行脉搏波的分析，而这样利用零交点提取特征点，则缺乏稳定性。为了自动进行脉搏波分析，需要稳定性。因此，为了实现稳定性，可考虑利用如极点那样的不受基线变动等的影响的点。另外，极点是指包括极大点以及极小点的名称。在可利用傅立叶级数表示全部的信号的前提下，某一波形的四阶微分对提取包含在该信号的高频成分有效。数学公式第一部分f(t) = sin(t)+sin(2t)... (1)
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权利要求
1.一种脉搏波分析装置，其特征在于， 包括脉搏波检测部(1)，其用于检测脉搏波，运算装置(11)，其基于由所述脉搏波检测部检测出的脉搏波来进行处理； 所述运算装置所进行的处理包括从一拍的脉搏波波形中提取用于划分反射波区间的特征点的处理(S115)， 计算出所述反射波的收敛时间作为指标的处理(S117)。
2.根据权利要求1记载的脉搏波分析装置，其特征在于， 还包括数字转换部(23)，其用于将来自所述脉搏波检测部的脉搏波信号转换成数字信号， 四阶微分滤波器(22)，其基于由所述数字转换部转换得到的所述数字信号来得到原波形的四阶微分波，而且能够对频率特性进行调整；所述运算装置所进行的处理，还包括计算在一拍的脉搏波的区间内的所述四阶微分波的极点的处理(S301)；提取所述特征点的处理包括基于所述四阶微分波的极点来提取所述反射波区间的开始点的处理(S303)， 基于所述四阶微分波的振幅来提取所述反射波区间的结束点的处理(S305)。
3.根据权利要求2记载的脉搏波分析装置，其特征在于，在提取所述反射波区间的开始点的处理中，提取从所述一拍的脉搏波的上升拐点开始第一个所述四阶微分波的极大点，来作为所述反射波区间的开始点即所述特征点，在提取所述反射波区间的结束点的处理中，在与所述一拍脉搏波的上升拐点后第一个所述四阶微分波的极点相当的点之后，提取所述脉搏波的振幅相对于与所述极点相当的点的所述脉搏波的振幅达到规定比例的点，来作为所述反射波区间的结束点即所述特征点。
4.根据权利要求2记载的脉搏波分析装置，其特征在于，在提取所述反射波区间的开始点的处理中，提取所述一拍的所述四阶微分波的移动平均值为最大的点，来作为所述反射波区间的开始点即所述特征点，在提取所述反射波区间的结束点的处理中，在所述一拍的所述四阶微分波的移动平均值达到所述最大的点之后，提取此后移动平均值不超过特定值的点，来作为所述反射波区间的结束点即所述特征点，所述特定值是指，比该最大值降低规定比例的值。
5.根据权利要求2记载的脉搏波分析装置，其特征在于，所述运算装置所进行的处理还包括滤波处理，该滤波处理用于利用在所述一拍的脉搏波的区间内的所述四阶微分波的移动平均值来使噪声成分偏移以除去该噪声成分。
6.一种脉搏波分析方法，其特征在于，具有如下步骤从用于检测脉搏波的压力传感器所得到的一拍的脉搏波波形中提取用于划分反射波区间的特征点的步骤(S115)，计算出所述反射波的收敛时间作为指标的步骤(S117)。
7.一种脉搏波分析程序，用于使计算机执行分析脉搏波并计算指标的处理，该脉搏波分析程序的特征在于，使计算机执行如下步骤通过用于检测脉搏波的压力传感器来取得传感器信号的步骤(SlOl)，从基于所述传感器信号的一拍的脉搏波波形中提取用于划分反射波区间的特征点的步骤(Si 15)，计算出所述反射波的收敛时间作为指标的步骤(S117)。
全文摘要
提供脉搏波分析装置以及脉搏波分析方法。在脉搏波分析装置中，取得一拍的脉搏波的四阶微分波的极大点(S301)，将存在于原波形的区间内的四阶微分的极大点中的最大点作为特征点的之一的反射波的最大点(P2点)，决定为第一特征点即反射波区间的开始点(S303)。以第一特征点的振幅的10％作为阈值，将在该点以后振幅达到该阈值的时间点，决定为第二特征点即反射波区间的结束点(S305)。计算第一特征点和第二特征点之间的时间即反射波的持续时间，来作为对心血管疾病诊断有用的指标。
文档编号A61B5/0245GK102307520SQ20108000654
公开日2012年1月4日 申请日期2010年1月28日 优先权日2009年2月3日
发明者佐藤博则, 吉田秀辉, 小林达矢, 小椋敏彦, 藤井健司 申请人:欧姆龙健康医疗事业株式会社