CN101495033A

CN101495033A - 血管粘弹性的指标测量装置

Info

Publication number: CN101495033A
Application number: CNA2007800278566A
Authority: CN
Inventors: 斋藤之良; 常盘稔; 横川利一; 横井孝志; 小峰秀彦; 浅井义之
Original assignee: Shisei Datum Co Ltd
Current assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority date: 2006-07-31
Filing date: 2007-07-27
Publication date: 2009-07-29
Anticipated expiration: 2027-07-27
Also published as: EP2047793B1; EP2047793A1; WO2008016125A1; JP2008029690A; US8251910B2; CN101495033B; US20090306523A1; JP4854014B2; EP2047793A4

Abstract

本发明的目的是提供一种血管粘弹性的指标测量装置，在测量血管粘弹性的指标的装置中作为非侵入性装置，该装置的结构简单并且价格便宜。关于该血管粘弹性的指标测量装置，当将第1脉搏波的最大值设为Pb1、将第1脉搏波的时间微分值的极大值设为Va1、将与极大值Va1对应的脉搏波振幅值设为Pa1、将第2脉搏波的最大值设为Pb2、将第2脉搏波的时间微分值的极大值设为Va2、将与极大值Va2对应的脉搏波振幅值设为Pa2时，根据α＝[(Pb2－Pa2)－(Pb1－Pa1)]/(Va2－Va1)来测量血管粘弹性的指标α。

Description

血管粘弹性的指标测量装置

技术领域

本发明涉及血管粘弹性的指标测量装置。

背景技术

以往，在测量血管粘弹性的情况下，用互不相同的单元来测量血管内压和血管的位移量，并根据压力—位移特性来分别评价血管的粘性和弹性(例如，参照专利文件1)。

专利文件1：日本特开2006-129958号公报

但是，上述现有例子因为需要对血管内压进行测量的装置和对血管的位移量进行测量的装置，所以存在对血管的粘性和弹性进行测量的装置大型化的问题。

并且，上述现有例子因为需要对血管内压进行测量的装置和对血管的位移量进行测量的装置，所以存在对血管的粘性和弹性进行测量的整个装置价格偏高的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种血管粘弹性的指标测量装置，其中，测量血管粘弹性的指标的装置是非侵入性装置，该装置的结构简单并且价格便宜。

本发明是一种血管粘弹性的指标测量装置，当将第1脉搏波的最大值设为Pb1、将第1脉搏波的时间微分值的极大值设为Va1、将与极大值Va1对应的脉搏波振幅值设为Pa1、将第2脉搏波的最大值设为Pb2、将第2脉搏波的时间微分值的极大值设为Va2、将与极大值Va2对应的脉搏波振幅值设为Pa2时，根据α＝[(Pb2-Pa2)-(Pb1-Pa1)]/(Va2-Va1)来测量血管粘弹性的指标α。

根据本发明可取得如下的效果，在测量血管粘弹性的指标的装置中作为非侵入性的装置，该装置的结构简单并且价格便宜。

附图说明

图1是示出作为本发明实施例1的血管粘弹性的指标测量装置100的框图。

图2是示出CPU 20的功能的框图。

图3是示出上述实施例中的袖套压力的变化的图。

图4是示出上述实施例的动作的流程图。

图5是按照时间序列示出脉搏波分量P1、P2......、P7的图。

图6是示出在S1中提取出的脉搏波分量P1、和将其进行时间微分后的波形即时间微分波形dP1/dt的图。

图7是通过放大上述实施例的脉搏波分量P1和P2来进行表示的图。

图8是将作为一般粘弹性化模型的沃伊特模型(Voigt Model)应用于血管粘弹性化模型时的概括图。

图9是示出血管的内外压差Pt(t)为周期性的血压波形和直线下降的袖套压之差的图。

图10是针对图7所示的脉搏波分量P1和P2、利用其他表现方法对表示血管粘弹性的指标α进行说明的图。

图11是在实施例1中示出外部输出的具体例和存储到内部存储器的具体例的图。

图12是在上述实施例中示出将发送到个人计算机PC的包含表示血管粘弹性的指标α的数据显示在个人计算机PC上的例子的图。

图13是在上述实施例中用于说明求血管的体积弹性率k和血管的粘性阻力η的情况的时序图。

标号说明

100、血管粘弹性的指标测量装置；

11、袖套；

20、CPU；

21、脉搏波分量提取单元；

22、微分波形形成单元；

23、第1最大值检测单元；

24、第1极大值检测单元；

25、第1极大值对应振幅值检测单元；

26、第2最大值检测单元；

27、第2极大值检测单元；

28、第2极大值对应振幅值检测单元；

29、指标运算单元；

Pb1、第1脉搏波分量的最大值；

Va1、第1脉搏波分量的时间微分脉搏波的极大值；

Pa1、第1脉搏波振幅值；

Pb2、第2脉搏波分量的最大值；

Va2、第2脉搏波分量的时间微分脉搏波的极大值；

Pa2、第2脉搏波振幅值；

α、表示血管粘弹性的指标；

30、ROM；

40、RAM；

50、操作单元；

61、显示单元；

62、打印机；

63、外部端子

具体实施方式

以下实施例是用于实施本发明的优选实施方式。

图1是示出作为本发明实施例1的血管粘弹性的指标测量装置100的框图。血管粘弹性的指标测量装置100具有：袖套11，其缠绕在被测者的胳膊、手腕、手指、大腿和脚腕等处；加压单元12，其对袖套11施加测量血压所需的预定压力；微速排气单元13，其缓慢排放被加压单元12加压后的袖套11内的压力；压力检测单元14，其包含对袖套11的压力进行检测的压力传感器，并将上述压力转换成电信号(脉冲)后进行输出；取样单元15，其在一定时间内对来自压力检测单元14的电信号(脉冲)进行计数，根据取样信号来周期性地重复上述计数，并且将取样值进行A/D转换；CPU 20；ROM 30；RAM 40；操作单元50；显示装置61；打印机62；以及外部端子63。

通过软管连接袖套11、加压单元12、微速排气单元13和压力检测单元14。并由CPU 20来控制加压单元12、微速排气单元13、压力检测单元14和取样单元15。

图2是示出CPU 20的功能的框图。

CPU 20控制整个血管粘弹性的指标测量装置100，并且在功能上与存储在ROM 30中的程序(图4所示)联动地实现脉搏波分量提取单元21、微分波形形成单元22、第1最大值检测单元23、第1极大值检测单元24、第1极大值对应振幅值检测单元25、第2最大值检测单元26、第2极大值检测单元27、第2极大值对应振幅值检测单元28以及指标运算单元29。

脉搏波分量提取单元21是提取袖套压力的脉搏波分量的单元。

微分波形形成单元22对上述提取出的脉搏波分量进行时间微分来进行一次微分值运算，并形成微分波形。第1最大值检测单元23检测上述提取出的多个脉搏波分量中的一个脉搏波分量即第1脉搏波分量的最大值Pb1。

第1极大值检测单元24检测上述第1脉搏波分量的时间微分脉搏波的极大值Va1。第1极大值对应振幅值检测单元25检测与上述第1脉搏波分量的时间微分脉搏波极大值Va1对应的脉搏波振幅值即第1脉搏波振幅值Pa1。

第2最大值检测单元26检测作为上述提取出的多个脉搏波分量中的脉搏波分量、且与上述第1脉搏波分量不同的第2脉搏波分量的最大值Pb2。第2极大值检测单元27检测上述第2脉搏波分量的时间微分脉搏波的极大值Va2。

第2极大值对应振幅值检测单元28检测与上述第2脉搏波分量的时间微分脉搏波的极大值Va2对应的脉搏波振幅值即第2脉搏波振幅值Pa2。

指标运算单元29根据α＝[(Pb2-Pa2)-(Pb1-Pa1)]/(Va2-Va1)来运算表示血管粘弹性的指标α。

为了获得内外压差不同的条件而使用在运算中采用的两个脉搏波，所以上述两个脉搏波不需要相互连续。因此，也可以使用彼此间隔数拍的脉搏来作为上述两个脉搏波。这样，通过将彼此间隔数拍的脉搏波作为上述两个脉搏波使用，可使第一个脉搏波的最大值与第二个脉搏波的最大值之间的差变大，所以即使混入一些噪音，也几乎不会受到这些噪音所带来的影响，因此能够提高表示血管粘弹性的指标α的测量精度。

ROM 30是存储有后述图4所示的流程图的程序的存储器，RAM 40是记录CPU 20的运算结果等的存储器，操作单元50具有预定的功能键等。

然后，说明血管粘弹性的指标测量装置100的动作。

图3是示出上述实施例中的袖套压力的变化的图。

将袖套11缠绕在胳膊、手腕、手指等上，通过加压单元12将该袖套11内部的压力提高到预定的压力，之后，通过微速排气单元13以3～5mmHg/秒的比例大致直线地进行减压，在该减压过程中，脉搏波振幅分量与袖套压力重叠。

在利用血管粘弹性的指标测量装置100来运算血管粘弹性指标α时，具体而言，首先，将袖套11缠绕在被测者的胳膊上，打开设置在操作单元50上的测量开始开关，由此，加压单元12对袖套11施加血压测量所需的压力，该加压停止后，由微速排气单元13来缓缓排出袖套11内的空气，与此同时开始向袖套传递脉搏波分量的压力位移。

压力检测单元14将袖套压力作为频率变化转换成电信号，取样单元15按固定时间(例如每5ms)进行取样，并根据该取样后的压力来输出脉冲。

图4是示出上述实施例的动作的流程图。

图5是按照时间序列示出脉搏波分量P1、P2......、P7的图。

如图5所示，随着袖套的减压从最高血压附近开始按照每一心拍出现脉搏波，描绘成山型的包络线。为了简化说明，在图5中只表示出7个脉搏波，但实际上要测量大于7个的脉搏波。

首先，关注脉搏波分量P1。在S1中，从袖套压中除去减压速度分量，提取脉搏波分量P1。

图6是示出在S1中提取出的脉搏波分量P1、和对其进行时间微分后的波形即时间微分波形dP1/dt的图。

在S2中求脉搏波分量P1的最大值Pb1。在S3中求脉搏波分量的最大值Pb1发生的时刻tb1。在S4中求对脉搏波分量P1进行一次微分后的信号dP1/dt。在S5中求一次微分信号dP1/dt的极大值Va1。

在S6中求一次微分信号dP1/dt的极大值Va1发生的时刻ta1，求与时刻ta1对应的脉搏波振幅值Pa1。即，求取与极大值Va1对应的振幅值Pa1。此外，如图6所示，在时刻tb1，(dP/dt)＝0。

接着，关注脉搏波分量P2。

在S7中，从袖套压中除去减压速度分量，提取脉搏波分量P2。在S8中，求取脉搏波分量P2的最大值Pb2。在S9中，求取脉搏波分量的最大值Pb2所发生的时刻tb2。

在S10中，求取将脉搏波分量P2进行一次微分后的信号dP2/dt。在S11中，求取一次微分信号dP2/dt的极大值Va2。

在S12中，求一次微分信号dP2/dt的极大值Va2发生的时刻ta2，求与时刻ta2对应的脉搏波振幅值Pa2。即，求与极大值Va2对应的振幅值Pa2。此外，如图6所示，在时刻tb2，(dP/dt)＝0。

接着，在S13中，根据下式来运算表示血管粘弹性的指标α。

α＝{(Pb2-Pa2)-(Pb1-Pa1)}/(Va2-Va1) 式(1)

接着，对导入上式(1)进行说明。

如图8所示，血管的粘弹性化模型采用作为一般粘弹性化模型的沃伊特模型(Voigt Model)。在此，当设k为体积弹性率、η为粘性阻力、x为位移时，该系列的动量方程式表示为f＝η·(dx/dt)+kx。

然后，考虑上述位移x是袖套体积的变化率。当设血管的体积变化为ΔV、袖套体积为V时，该体积变化率为-ΔV/V。并且，考虑上述f是血管中的内外压差Pt(t)。这样，上式“f＝η·(dx/dt)+kx”变形为Pt(t)＝η·(-ΔV/V)/dt+k·(-ΔV/V)。

实际上，通过袖套压的变化取得血管的体积变化。因此，当设袖套压为P、其变化量为ΔP时，如果温度一定，则已知有下述的关系：

-ΔV/V＝ΔP/P

其中，ΔV＜＜V。

由上述可知，当P(t)＝ΔP/P时，

Pt(t)＝η·(dP/dt)+k·P(t) 式(2)。

此时，η为粘性阻力，k为体积弹性率。

严格地说，袖套上也存在弹性和粘性，但如果使用与血管的弹性和粘性相比非常小的材质，则可以忽略。因此，可考虑用血管的物理特性来确定η、k。其中，为了计算血管的粘性阻力η和体积弹性率k，需要用其他手段来求血管和袖套的体积。另一方面，在计算血管的粘弹性α时，与这些值无关，可计算为绝对值。

在此，作为脉搏波P(t)最大的点的tb1、tb2是极值，所以(dP/dt)＝0。

因此，在时刻tb1和tb2，上式(2)如下所示，

Pt(tb1)＝k·p(tb1)＝k·Pb1 式(3)

Pt(tb2)＝k·p(tb2)＝k·Pb2 式(4)

当由上式(4)减去式(3)时，得到

Pt(tb2)-Pt(tb1)＝k·(Pb2-Pb1)。

因此，

k＝[Pt(tb2)-Pt(tb1)]/(Pb2-Pb1) 式(5)。

上式(5)的分子等于从tb1的袖套压力到tb2的袖套压力所减少的量，所以设袖套减压速度为-d(d＞0)则得到

Pt(tb2)-Pt(tb1)＝d·(tb2-tb1)

将上式(5)转换成下式(8)

k＝d·(tb2-tb1)/(Pb2-Pb1) 式(8)

图9是示出血管的内外压差Pt(t)是周期性的血压波形与直线下降的袖套压之差的图。

血管的内外压差Pt(t)为周期性血压波形与直线下降的袖套压之差，所以如果没有血压变动，则Pt(t)的变化量ΔPt(t)与袖套压的下降量相等。

接着，在时刻ta1、ta2，因为(dP/dt(t＝ta1))＝Va1以及(dP/dt(t＝ta2))＝Va2，所以根据上式(2)可求出

Pt(ta1)＝η·(dP/dt)+k·p(t)＝η·(dP/dt(t＝ta1))+k·p(ta1)＝η·Va1+k·Pa1 式(9)

Pt(ta2)＝η·(dP/dt)+k·p(t)＝η·(dP/dt(t＝ta2))+k·p(ta2)＝η·Va2+k·Pa2 式(10)

当由上式(10)减去上式(9)时，

Pt(ta2)-Pt(ta1)＝η·(Va2-Va1)+k·(Pa2-Pa1) 式(11)

针对上式(11)左边的Pt(ta2)-Pt(ta1)，当设袖套的减压速度为-d时，则

将其代入式(11)后，

因此成为

η＝[d·(ta2-ta1)-k·(Pa2-Pa1)]/(Va2-Va1) 式(12)。

时刻之差tb2-tb1相当于脉拍周期，ta2-ta1也是大致与其相近的值，但是严格地说有稍许偏差。如果与脉拍周期相比该偏差非常小，则可视为tb2-tb1＝ta2-ta1＝脉拍周期。因此，上式(12)成立。

在此，若向上式(12)中的k代入式(8)所示的k＝d·(tb2-tb1)/(Pb2-Pb1)，则如下所示。

η＝[d·(ta2-ta1)-k·(Pa2-Pa1)]/(Va2-Va1)＝[d·(ta2-ta1)-d·(tb2-tb1)/(Pb2-Pb1)·(Pa2-Pa1)]/(Va2-Va1)＝d·[(ta2-ta1)·(Pb2-Pb1)-(tb2-tb1)·(Pa2-Pa1)]/[(Pb2-Pb1)·(Va2-Va1)] 式(14)

然后，在S13中，如上所述对表示血管粘弹性的指标α进行运算。

在此，考虑α＝η/k的值。在沃伊特模型中，用f＝η·(dx/dt)+kx来表示。其中，上述x是弹性体的位移量。在此，α(＝η/k)被称为延迟时间，是流变学中的重要指标。

当在上述α＝η/k中代入上式(6)、上式(14)时，可如下所示。

α＝η/k＝{d·[(ta2-ta1)·(Pb2-Pb1)-(tb2-tb1)·(Pa2-Pa1)]/[(Pb2-Pb1)·(Va2-Va1)]}/[d·(tb2-tb1)/(Pb2-Pb1)]＝[(ta2-ta1)·(Pb2-Pb1)-(tb2-tb1)·(Pa2-Pa1)]/[(tb2-tb1)·(Va2-Va1)]

即，下式(15)成立。

α＝[(ta2-ta1)·(Pb2-Pb1)-(tb2-tb1)·(Pa2-Pa1)]/[(tb2-tb1)·(Va2-Va1)] 式(15)

时刻之差tb2-tb1相当于脉拍周期，ta2-ta1也是大致与其相近的值，但严格地说有稍许偏差。可是，如果与脉拍周期相比该偏差非常小，则可视为tb2-tb1＝ta2-ta1＝脉拍周期。因此，式(15)成为下式(16)。

α＝{(Pb2-Pb1)-(Pa2-Pa1)}/(Va2-Va1)＝{(Pb2-Pa2)-(Pb1-Pa1)}/(Va2-Va1) 式(16)

其中，上述指标α是表示血管粘弹性特性的时间常数，是动脉硬化的重要指标。

表示血管粘弹性的指标α的单位是s(秒)，根据此方法，该指标是不受袖套容量和血管容积的偏差以及个体差别影响的客观的指标。

此外，在流变学中，η/k＝α被称为“延迟时间”或“缓和时间”。

图10是针对图7所示的脉搏波分量P1和P2、用其他表现方法对表示血管粘弹性的指标进行说明的图。

此外，如图10所示，当A＝(Pb1-Pa1)、B＝(Pb2-Pa2)、C＝(Va2-Va1)时，下式(17)成立。

α＝(B-A)/C＝η/k 式(17)

如上式(17)所示，表示血管粘弹性的指标α为α＝(B-A)/C＝η/k，由此C越小、(B-A)越大，则指标α越大。

表示血管粘弹性的指标α的单位是秒，通常，表示血管粘弹性的指标α为20～200msec左右。

图11是在实施例1中表示外部输出的具体例和存储到内部存储器的具体例的图。

CPU20是将表示血管粘弹性的指标α输出到个人计算机PC和存储卡MC的例子，即CPU 20是将表示血管粘弹性的指标α输出到外部的运算结果输出单元的例子。

图12是示出在上述实施例中将发送到个人计算机PC的包含表示血管粘弹性的指标α的数据显示在个人计算机PC上的例子的图。

图13是在上述实施例中为了说明求血管的体积弹性率k和血管的粘性阻力η时所需的时序图。

图13(1)是示出血管内外压差Pt(t)的图，图13(2)是示出脉搏波分量P(t)的图，图13(3)是示出时间微分波形(dP/dt)的图。

体积弹性率k＝d·(tb2-tb1)/(Pb2-Pb1) 式(18)

粘性阻力η＝d·[(ta2-ta1)·(Pb2-Pb1)-(tb2-tb1)·(Pa2-Pa1)]/[(Pb2-Pb1)·(Va2-Va1)] 式(19)

按照上述实施例，在对血管粘弹性的指标进行测量的装置中，能够定量地表现血管的粘性和弹性。

并且，上述实施例是将血管的粘弹性定量为时间常数来进行测量的方法，是利用最普通的电子血压计的硬件都可实现的测量算法，所以其结构简单。

此外，上述实施例可直接使用现有示波法血压计的硬件来制造血管粘弹性的指标测量装置，所以能够非常廉价地制造血管粘弹性的指标测量装置。

并且，上述实施例在原理上也是非常安全的，在预防动脉硬化方面可发挥重要的作用。

此外，根据上述实施例，能够测量不依存袖套和血管大小的血管粘弹性。

另外，根据上述实施例，在被测者测量血管粘弹性的情况下，无需特别的准备，就能够在测量血压的同时测量血管粘弹性。

此外，在上述实施例中，还可以在测量血管粘弹性的同时，测量血压，并且平均多拍脉搏的数据。由此，能够减少因脉搏跳动的生理变动所导致的误差。

Claims

1.一种血管粘弹性的指标测量装置，其特征在于，该血管粘弹性的指标测量装置具有：

脉搏波分量提取单元，其提取袖套压力的脉搏波分量；

微分波形形成单元，其对上述提取出的脉搏波分量进行时间微分来运算一次微分值，形成微分波形；

第1最大值检测单元，其检测上述提取出的多个脉搏波分量中的一个脉搏波分量即第1脉搏波分量的最大值Pb1；

第1极大值检测单元，其检测上述第1脉搏波分量的时间微分脉搏波的极大值Va1；

第1极大值对应振幅值检测单元，其检测与上述第1脉搏波分量的时间微分脉搏波极大值Va1对应的脉搏波振幅值即第1脉搏波振幅值Pa1；

第2最大值检测单元，其检测作为上述提取出的多个脉搏波分量中的脉搏波分量、且与上述第1脉搏波分量不同的第2脉搏波分量的最大值Pb2；

第2极大值检测单元，其检测上述第2脉搏波分量的时间微分脉搏波的极大值Va2；

第2极大值对应振幅值检测单元，其检测与上述第2脉搏波分量的时间微分脉搏波极大值Va2对应的脉搏波振幅值即第2脉搏波振幅值Pa2；以及

指标运算单元，其根据α＝[(Pb2-Pa2)-(Pb1-Pa1)]/(Va2-Va1)来运算表示血管粘弹性的指标α。

2.根据权利要求1所述的血管粘弹性的指标测量装置，其特征在于，

上述第1脉搏波分量和上述第2脉搏波分量是通过袖套的减压单元或者加压单元来取得的脉搏波分量。

3.根据权利要求1所述的血管粘弹性的指标测量装置，其特征在于，

上述第1脉搏波分量和上述第2脉搏波分量是相互至少相隔一拍的脉搏波的分量。

4.根据权利要求1所述的血管粘弹性的指标测量装置，其特征在于，

该血管粘弹性的指标测量装置具有下述单元中的至少一个单元：

显示单元，其显示上述运算出的表示血管粘弹性的指标α；

输出单元，其向外部输出上述运算出的表示血管粘弹性的指标α；

存储控制单元，其使上述运算出的表示血管粘弹性的指标α存储到设置在上述血管粘弹性的指标测量装置内部的存储器中。

5.一种血管粘弹性的指标测量装置，其特征在于，

当将第1脉搏波的最大值设为Pb1、将第1脉搏波的时间微分值的极大值设为Va1、将与极大值Va1对应的脉搏波振幅值设为Pa1，

并将第2脉搏波的最大值设为Pb2、将第2脉搏波的时间微分值的极大值设为Va2、将与极大值Va2对应的脉搏波振幅值设为Pa2时，

根据α＝[(Pb2-Pa2)-(Pb1-Pa1)]/(Va2-Va1)

来测量血管粘弹性的指标α。

6.一种血管粘弹性的指标测量装置，其特征在于，

根据第1脉搏波的最大值和与上述第1脉搏波的时间微分值的极大值对应的脉搏波振幅值之差、第2脉搏波的最大值和与上述第2脉搏波的时间微分值的极大值对应的脉搏波振幅值之差、以及上述第1脉搏波的时间微分值的极大值和上述第2脉搏波的时间微分值的极大值之差，来测量血管粘弹性的指标。

7.一种血管的体积弹性率测量装置，其特征在于，

在将第1脉搏波的最大值设为Pb1、将上述最大值Pb1发生的时刻设为tb1、将第2脉搏波的最大值设为Pb2、将上述最大值Pb2发生的时刻设为tb2时，

根据k＝d·(tb2-tb1)/(Pb2-Pb1)来测量体积弹性率k。

8.一种血管的粘性阻力测量装置，其特征在于，

当将第1脉搏波的最大值设为Pb1、将第1脉搏波的时间微分值的极大值设为Va1、将与上述极大值Va1对应的脉搏波振幅值设为Pa1、将上述最大值Pb1发生的时刻设为tb1，

并将第2脉搏波的最大值设为Pb2、将第2脉搏波的时间微分值的极大值设为Va2、将与上述极大值Va2对应的脉搏波振幅值设为Pa2、将上述最大值Pb2发生的时刻设为tb2时，

根据η＝d·[(ta2-ta1)·(Pb2-Pb1)-(tb2-tb1)·(Pa2-Pa1)]/[(Pb2-Pb1)·(Va2-Va1)]来测量血管的粘性阻力η。