JP2001204700A - 血流量測定方法と血流量測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡単な構成で、小型化が可能であり、消費
電力が少なく、従って、テレメータタイプの血流測定に
も支障なく適用できる新規な血流量測定方法を提供す
る。 【解決手段】血流量が測定される血管の外側にその血流
量の変化を検出する血流量変化検出センサＰＤを複数個
ＰＤ１、ＰＤ２血流方向に離間して設け、該複数の血流
量変化検出センサＰＤ１、ＰＤ２の出力変化の時間差Δ
ｔによって上記血管を流れる単位時間当たりの血流量を
測定する。時間差Δｔは血流量と反比例することから定
数ＫをΔｔで除することにより単位時間当たりの血流量
が求められる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ラット、マウス等
の動物或いは人間の血管を流れる血液の単位時間当たり
の血流量をリアルタイムで測定する血流量測定方法と、
その実施に用いる血流量測定装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ラット、マウス等の動物或いは人間の血
管の血流量は、動物或いは人間の循環器系の機能の研究
や診断、投薬や環境変化等に対する循環器系の反応の分
析等のために極めて重要であり、特に、血流量の微妙な
変化、急激な変化等を正確且つリアルタイムに測定する
ことの重要性が高まっている。例えば、宇宙遊泳時等無
重力状態における動物や人間の循環器系の機能の分析等
のための必要性も生じている。

【０００３】そして、血流量をリアルタイムで測定する
方法として、例えば超音波ビームを用いたワイドビーム
反射型超音波トランジットタイム法が知られている。こ
れは、血管系より幅の広い均一な超音波ビームを用いる
ものであり、プローブにて二つの超音波振動子（トラン
スデューサ）を血管に対して同じ側に配置し、その反対
側に反射板を置き、超音波振動子から発振された幅の広
い超音波ビームが血流内を伝播し、上記リフレクタで反
射され、再び血流内を伝播して受信し、発振と受信との
時間差が超音波ビームの伝播時間となることから、その
時間差を求めて血流量を測定するというものである。ま
た、主として中動物用血流量測定装置として、マグネッ
ト式電磁血流計もある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した従
来技術のうち、ワイドビーム反射型超音波トランジット
タイム法によれば、確かに、リアルタイムに血流量を測
定することができ、また、血管内部にセンサー類を設置
する必要がない等の利点があるが、しかし、実際上発振
周波数を例えば１〜１０ＭＨｚとかなり高い値にしなけ
ればならず、そのため、装置の電力消費量が極めて大き
くなるという欠点がある。また、血流量を正確に測定す
るには、発振（発信）と受信との時間差を正確に検出す
ることが必要であるが、それには、複雑で高性能の各種
回路が必要であり、回路構成が複雑となり、これが電力
消費量を更に増大させる要因になる。

【０００５】そして、電力消費量が大きいことは、動物
等の内部にセンサー等を埋め込み、外部へ検出信号を電
波等で送信し、動物等の外部にてそれを受信するテレメ
ータタイプの血流測定には致命的である。というのは、
そのようなタイプの血流量測定装置は当然に動物等の内
部に埋め込んだ回路を動作させるために、電池も埋め込
まなければならないが、血流量測定装置の電力消費量が
大きいと必然的に同じ容量の電池を用いた場合における
寿命が短くなるので、比較的長い期間測定を続けるには
大きな電池を用いなければならない。

【０００６】しかし、動物等の体内にセットするものは
できるだけ小さいことが必要であり、大きな電池を用い
ることは好ましくない。というのは、体内に埋めるもの
の大きさが大きい程それを異物として体外に排出しよう
とする作用が強く働くし、また、埋めたものにより、動
物等の生理作用が影響されるからである。この問題は、
特に、マウス、ラット等の小動物を対象とするとき顕著
に生じるのである。従って、このような技術によれば、
開腹測定には使用可能であっても、開腹しないで通常の
生活をする状態の動物、人間に対する測定には適しな
い。

【０００７】また、マグネット式電磁血流計には、マグ
ネット部分が大きくなり、少なくともマウス、ラット等
の小動物用としては不的確であるという問題があった。

【０００８】本発明はこのような要請に応えるべく為さ
れたものであり、簡単な構成で、小型化が可能であり、
消費電力が少なく、従って、テレメータタイプの血流測
定にも支障なく適用できる新規な血流量測定方法とその
実施に用いる新規な血流量測定装置を提供しようとする
ものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１の血流量測定方
法は、血流量が測定される血管の外側にその血流量の変
化を検出する血流量変化検出センサを複数個血流方向に
離間して設け、該複数の血流量変化検出センサの出力変
化の時間差によって上記血管を流れる単位時間当たりの
血流量を測定することを特徴とする。

【００１０】従って、請求項１の血流量測定方法によれ
ば、上記血管の外側に血流方向に沿って設けた複数の血
流量変化検出センサの出力変化の時間差を求めるので、
血管を流れる単位時間当たりの血流量を測定することが
できる。というのは、出力変化の時間差が短い程血流の
流れが速く、この流れの速さが血流量に比例するからで
ある。

【００１１】即ち、動脈等は脈拍により心臓から血液が
流れるが、血液の量は血管の長手方向に沿って一定にな
っているわけではなく、多い部分と少ない部分が交互に
分布した状態のまま流れるのである。そして、図１
（Ａ）に示す血管において膨らんだ部分というのは、血
流が多いが故にその弾力により膨らんだものであり、そ
の膨らんだ血流の多い部分というのは、血流に従って移
動するのであり、実線で示す膨らんだ部分は或る時間経
過後移動により破線で示す膨らんだ部分に位置すること
になる。

【００１２】従って、本血流量測定方法のように、血流
の変化を検出するセンサを複数個血管の外部に血流方向
に沿って離間して設けて、各センサでその血管の局部的
血流変化を測定すると、上手側センサで検出された血流
変化は或る時間（単位時間当たりの血流量と対応した時
間）遅れて下手側センサで検出されることになり、その
上手側センサで検出された血流変化と下手側センサで検
出された血流変化との時間的差を求めることにより、血
流量を測定することができることができるのである。具
体的には時間差が短い程血流量が多いと言うことにな
る。そして、血流量変化検出センサが直接的に血流量を
測定するのではなく、各血流量変化検出センサの出力の
変化の時間差により血流量を測定するので、各血流量変
化検出センサは血流量の変化をきちんと検出すれば単位
時間当たりの血流量を精確に測定することができ、血流
量変化検出センサとしてさほど精度の良いものを用いな
くても血流量を高い精度で測定できる。

【００１３】因みに、上記時間差をΔｔ[秒]とし、単位
時間当たりの血流量をＢ[ｍｌ／秒]とすると、下記の式
で表される。 Ｂ[ｍｌ／秒]＝Ｋ／Δｔ 但し、Ｋは定数（複数の血流量変化検出センサ間の距
離、血管の断面積により決まる。）であり、予め求めて
おくことができる。

【００１４】請求項２の血流量測定装置は、血管の外側
に血流方向に離間して設けられる複数個の血流量変化検
出センサと、該各血流量変化検出センサに対応して設け
られ、自己と対応する血流量変化検出センサの出力がピ
ーク又はピークに対して所定の比率の値になったときそ
のことを検出する出力特定点検出手段と、該複数の出力
特定点検出手段による上記検出が為された時点間の時間
差を検出する時間差検出手段を有することを特徴とす
る。

【００１５】従って、請求項２の血流量測定装置によれ
ば、離間する複数の血流量変化検出センサによって離間
する複数点における血流量の変化を同時に検出すること
ができ、各出力特定点検出手段により血流量により検出
された血流量の変化の互いに同じ段階（例えばピーク或
いはピークに対して所定比率例えば８０％の値）に達し
たことを検出することができる。そして、複数の出力点
検出手段の出力の時間差を時間差検出手段により検出す
ることができるので、この検出した時間差から血管の単
位時間当たりの血流量を求めることができる。

【００１６】

【発明の実施の形態】本発明は、基本的には、血流量が
測定される血管の外側にその血流量の変化を検出する血
流量変化検出センサを複数個血流方向に離間して設け、
該複数の血流量変化検出センサの出力変化の時間差によ
って上記血管を流れる単位時間当たりの血流量を測定す
るものであり、血流量変化検出センサは血流量の変化を
検出できるものであればどのような手段でも良く、例え
ば発光ダイオードを光源とし、その光源から発射された
光が血管内の血流中に向かうようにし、その血流中での
反射光を例えば受光ダイオードにより検出するようにし
たものでも良いし、超音波発振子から発振した超音波ビ
ームを血管に投射し、該血管の超音波発振子と反対側に
設けたリフレクタで反射した超音波ビームを上記超音波
発振子と同じ側に置いた受信手段で受信し、その発振と
受信との時間差により血流量の変化を検出するようにし
たものでも良い等手段は問わない。特に最近脈拍を検出
する計測器が市販されているが、その計測器に用いられ
る比較的精度の低い脈拍検出用センサも血流量変化検出
センサとして用いることができる。

【００１７】また、各血流量変化検出センサの出力側に
設けられる出力特定点検出手段の一つの例は、ピーク検
出回路である。これによれば、血流量の変化を示す血流
量変化検出センサの出力波形のピークを検出することが
できる。そして、この複数のピーク検出回路の出力の時
間差を時間差検出手段により検出し、この時間差で予め
測定されて既知の値を有する定数を除算すると単位時間
当たりの血流量が解る。

【００１８】尚、血流量変化検出センサの出力波形のピ
ークを検出するのではなく、ピークに対して所定の比率
を有する値（例えばピークの値に対して所定の比率例え
ば８０％の値）を検出するようにしても良い。というの
は、ピークの検出は誤差がかなり大きく、却ってピーク
に対して所定の比率、例えば８０％の値に達した時点の
検出の方が精確な場合が多いからである。

【００１９】また、ピーク時の検出或いはピークに対し
て所定の比率を有する値の時の検出を、ハードウェハ的
に行う、即ち回路により行うようにしても良いが、そう
ではなく、ソフトウェア的に行うようにしても良い。ソ
フトウェア的に行うとは、二つの血流量変化検出センサ
の出力をそれぞれディジタル信号に変換し、それをコン
ピューターに取込み、所定のプログラムに従って波形分
析してピーク或いはそれに対して所定の比率の値に達し
た時を演算により求め、その複数の時点間の間隔（時間
差Δｔ）を求めるようにするものであり、このような態
様でも本発明は実施することができる。

【００２０】尚、本発明は血流量変化検出センサ及びア
ンプ等の血流量測定装置の一部をマウス、ラット等の小
動物、或いはそれより大きな動物、或いは人間の体の内
部に埋め込み、電波等により体の外部に送信し、外部に
おいて受信した信号により血流量を検出するような態様
でも実施することができる。この場合、単位時間当たり
の血流量の測定までの総てを体内に設けた部分にて行
い、結果を電波等で体外の装置に送るようにするという
態様で実施することができるが、血流量変化検出センサ
とその信号を増幅した段階で体外に送信し、体外でその
増幅された信号の処理を行い、単位時間当たりの血流量
を求めるようにするという態様でも実施することができ
等、体内から体内への送信をどの段階で行うかについて
は種々の態様があり得る。勿論、血流量測定装置の全部
を身体の外部に置き、外部から血管の血流量を測定する
態様でも実施することができる。

【００２１】

【実施例】以下、本発明を図示実施例に従って詳細に説
明する。図１（Ａ）、（Ｂ）は本発明血流量測定方法の
一つの実施例を説明するためのもので、（Ａ）は血管と
その血流量変化検出センサを示す図、（Ｂ）は血流量変
化検出センサの出力波形図である。図面において、ＬＥ
Ｄ１は第１の発光ダイオードで、血管の一方の側に、そ
の内部に向けて測定用光（例えば赤外線）を照射するよ
うに設けられている。ＰＤ１は上記第１の発光ダイオー
ドＬＥＤ１から出謝され血管内の血流にて反射された光
を受光する第１の受光ダイオードＰＤ１である。

【００２２】ＬＥＤ２は第２の発光ダイオードで、血管
の一方の側の上記発光ダイオードＬＥＤ１及び受光ダイ
オードＰＤ１よりも下手側に離間した位置にて、血管内
部に向けて測定用光（例えば赤外線）を照射するように
設けられている。ＰＤ２は上記第２の発光ダイオードＬ
ＥＤ２から出謝され血管内の血流にて反射された光を受
光する第２の受光ダイオードＰＤ２である。

【００２３】上記受光ダイオードＰＤ１及び受光ダイオ
ードＰＤ２の出力は、図１（Ｂ）に示すように、血管の
ダイオードＰＤ１、ＰＤ２と対応する部分における血流
量の大きさの変化によって変化し、受光ダイオードＰＤ
１において生じた出力変化は血流量に対応した時間遅れ
を以てその下手側にある受光ダイオードＰＤ２の出力変
化となって現れる。その時間遅れをΔｔとする。この時
間遅れΔｔは単位時間当たりの血流量と反比例すること
前述の通りである。従って、このΔｔを求めることによ
り単位時間当たりの血流量を求めるのが本発明の本質で
ある。

【００２４】図２は上記図１に示した血流量測定方法の
実施に用いる血流量測定装置の一例（本発明血流量測定
装置の一つの実施例）を示す回路ブロック図である。同
図において、ＬＥＤ１は第１の発光ダイオード、ＰＤは
第１の受光ダイオード、ＬＥＤ２は第２の発光ダイオー
ド、ＰＤ２は第２の受光ダイオードであり、これらは図
１に示したものと同じである。

【００２５】Ａ１は上記第１の受光ダイオードＰＤ１の
出力を増幅する第１のアンプ、Ｆ１は該第１のアンプＡ
１の出力からノイズを除去する第１のフィルタ、ＰＥＤ
１は該第１のフィルタＦ１の出力側に設けられた第１の
ピーク検出器である。

【００２６】Ａ２は上記第２の受光ダイオードＰＤ２の
出力を増幅する第２のアンプ、Ｆ２は該第２のアンプＡ
２の出力からノイズを除去する第２のフィルタ、ＰＥＤ
２は該第２のフィルタＦ１の出力側に設けられた第２の
ピーク検出器である。

【００２７】ＴＣＣは、上記第１、第２のＰＥＤ１、２
の出力信号を受け、その出力発生の時点の時間差Δｔを
得る時間比較処理回路であり、ハードウェア的な回路で
構成しても良いし、プログラム処理により時間差Δｔを
算出するコンピュータで構成するようにしても良い。
尚、単位時間当たりの血流量は、前述の通り、時間差Δ
ｔで上述した定数Ｋを除算する必要があるが、この定数
Ｋは上記発光ダイオードＬＥＤ１、受光ダイオードＰＤ
１の設置位置と上記発光ダイオードＬＥＤ２、受光ダイ
オードＰＤ２の設置位置との離間距離と、被測定血管の
内部断面積とにより決まる。そして、その内部断面積は
容易に測定できる。従って、この上述した定数Ｋは既知
の値といえる。この定数Ｋを時間比較処理回路ＴＣＣに
与えておくことにより単位時間当たりの血流量をかなり
精確に算出することができる。Ｄ１は、上記発光ダイオ
ードＬＥＤ１を駆動する第１の駆動回路で、上記時間比
較処理回路ＴＣＣにより制御され、Ｄ２は、上記発光ダ
イオードＬＥＤ２を駆動する第２の駆動回路で、該時間
比較処理回路ＴＣＣにより制御される。

【００２８】図２に示す血流量測定装置によれば、第１
の受光ダイオードＰＤ１の出力波形のピークＰｐ１を第
１のピーク検出器ＰＥＤ１により検出し（その検出時
点：ｔｐｐ１）、第２の受光ダイオードＰＤ２の出力波
形のピークＰｐ２を第２のピーク検出器ＰＥＤ２により
検出し（その検出時点：ｔｐｐ２）、その第１、第２の
ピーク検出器ＰＥＤ１、ＰＥＤ２の検出出力の検出時点
間の時間差Δｔ（ｔｐｐ２−ｔｐｐ１）を時間比較処理
回路ＴＣＣにより検出している。

【００２９】尚、波形のピークを検出する場合、検出時
点の検出精度が低くなる傾向があるので、ピークに対し
て所定の比率（例えば８０％) の値Ｐａを検出するよう
にしても良い（図１（Ｂ）参照）。即ち、第１の受光ダ
イオードＰＤ１の出力波形がｐａ（ｐａ１）になったと
きの時点ｔｐａ１と第２の受光ダイオードＰＤ２の出力
波形がｐａ（ｐａ２＝ｐａ１）になったときの時点ｔｐ
ａ２との差（ｔｐｐ２−ｔｐｐ１＝Δｔ）を求めるので
ある。この方が測定精度を高くすることができ得る。

【００３０】尚、図２に示す装置を動物等被測定体の内
部に埋めておき、外部でその検出結果を電波等で受信す
る場合には、例えば時間比較処理回路ＴＣＣ内に送信回
路を内蔵させておき、破線で示すアンテナＡＮＴにより
無線で体外に血流量の測定結果を送るようにすると良
い。勿論、アンプａｍｐ１、ａｍｐ２の出力を送信回路
に入力し、該送信回路からアンテナＡＮＴにより無線で
体外にその出力を送信し、体外でそのアンプａｍｐ１、
２の出力信号を処理して単位時間当たりの血流量を求め
るようにしても良い等、どの段階まで処理の進んだ信号
を無線で送るかについては種々の態様がある得るのであ
る。

【００３１】

【発明の効果】請求項１の血流量測定方法によれば、血
管の外側に血流方向に沿って設けた複数の血流量変化検
出センサの出力変化の時間差を求めるので、血管を流れ
る単位時間当たりの血流量を測定することができる。そ
して、血流量変化検出センサが直接的に血流量を測定す
るのではなく、各血流量変化検出センサの出力の変化の
時間差により血流量を測定するので、各血流量変化検出
センサは血流量の変化をさえきちんと検出すれば単位時
間当たりの血流量を精確に測定することができ、血流量
変化検出センサとしてさほど精度の良いものを用いなく
ても血流量を高い精度で測定できる。

【００３２】請求項２の血流量測定装置によれば、離間
する複数の血流量によって複数点における血流量を同時
に検出することができ、各出力特定点検出手段により血
流量により検出された血流量の変化の互いに同じ段階
（例えばピーク或いはピークに対して所定比率例えば８
０％の値）に達したことを検出することができる。そし
て、複数の出力点検出手段の出力の時間差を時間差検出
手段により検出することができるので、この検出した時
間差から血管の単位時間当たりの血流量を求めることが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（Ａ）、（Ｂ）は本発明血流量測定方法の一つ
の実施例を説明しようとするためのもので、（Ａ）は血
管とその血流量変化検出センサを示す図、（Ｂ）は血流
量変化検出センサの出力波形図である。

【図２】上記実施例の血流量測定方法の実施に用いる血
流量測定装置の一例（本発明血流量測定装置の一つの実
施例）を示す回路ブロック図である。

【符号の説明】

ＰＤ１、ＰＤ２・・・血流量変化検出センサ、ＰＥＤ
１、ＰＥＤ２・・・出力特定点検出手段、ＴＣＣ・・・
時間差検出手段。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 血流量が測定される血管の外側にその血
   流量の変化を検出する血流量変化検出センサを複数個血
   流方向に離間して設け、 複数の血流量変化検出センサの出力変化の時間差によっ
   て上記血管を流れる単位時間当たりの血流量を測定する
   ことを特徴とする血流量測定方法
2. 【請求項２】 血流量が測定される血管の外側にその血
   流方向に離間して設置される複数個の血流量変化検出セ
   ンサと、 上記各血流量変化検出センサに対応して設けられ、自己
   と対応する血流量検出センサの出力がピーク又はピーク
   に対して所定の比率の値になったときそのことを検出す
   る出力特定点検出手段と、 上記複数の出力特定点検出手段による上記検出が為され
   た時点間の時間差を検出する時間差検出手段と、 を有することを特徴とする血流量測定装置