JP2005237531A - 脈波伝播速度評価装置 - Google Patents

Abstract

【課題】生体の脈波伝播速度のうち、ストレスが軽減されている状態での脈波伝播速度を測定すること。
【解決手段】入眠センサ１０により生体の入眠を検出する。入眠が検出された時点を基準に１０分から３０分経過するまでの間に、脈波伝播速度を測定する。覚醒上体における前記生体の脈波伝播速度を測定し、入眠後にそくていされた前記生体の脈波伝播速度に基づいて閾値を設定し、前記覚醒状態で測定された前記脈波伝播速度と前記閾値の比較に基づいて警告を行う警告手段を有する脈波伝播速度評価装置。
【選択図】図１

Description

この発明は、生体の脈波伝播速度を測定等するための脈波伝播速度評価装置に関する。

従来、脈波伝播速度測定装置として、生体における２カ所で生体インピーダンス波形を測定し、両波形の時間的なずれと測定位置間の距離とから脈波伝播速度を算出するものがある。このように算出された脈波伝播速度は、例えば、動脈硬化度を判定する基準として用いられる。

本願発明に関連する先行技術としては、例えば特許文献１〜３に記載のものがある。

特開平０９−２２０２０７号公報 特開平１１−３３２８３７号公報 特開平２００３−１６９７７９号公報

ところで、上述のような生体インピーダンス波形は、血管を流れる血液の流れ方に支配される。そして、生体に何らかのストレスが加わると、血管に硬度変化等が生じ、血液の流れ方も変動する。

このため、生体に何らかのストレスが加わらない状態での血管の硬度を脈波伝播速度から推定することは困難であった。

そこで、本発明は、生体の脈波伝播速度のうち、ストレスが軽減されている状態での脈波伝播速度を測定することを目的とする。

この発明の第１の態様は、生体の入眠を検出する入眠検出手段（１０）と、前記入眠が検出された場合に、前記生体の脈波伝播速度を測定する脈波伝播速度測定手段（３０）とを備える、脈波伝播速度評価装置である。

また、前記脈波伝播速度測定手段（３０）は、前記入眠が検出された時点を基準に１０分から３０分経過するまでの間に、前記生体の脈波伝播速度を測定するものであってもよい。

さらに、前記脈波伝播速度測定手段（３０）は、前記入眠が検出された時点を基準に１０分から３０分経過するまでの間において平均化された脈波伝播速度を求めるものであってもよい。

この発明の第２の態様は、時間を計測する計時手段（１０Ｂ）と、前記計時手段（１０Ｂ）の出力に基づいて予め設定された時点から、生体の脈波伝播速度を測定する脈波伝播速度測定手段とを備える、脈波伝播速度評価装置である。

この場合、前記脈波伝播速度測定手段（３０）は、前記時点からの複数の測定値を平均化して脈波伝播速度を求めるものであってもよい。

なお、上述した各脈波伝播速度評価装置において、前記脈波伝播速度測定手段（３０）は、覚醒状態における前記生体の脈波伝播速度を測定し、入眠後に測定された前記生体の脈波伝播速度に基づいて閾値を設定し、前記覚醒状態で測定された前記生体の脈波伝播速度と前記閾値との比較に基づいて警告を行う警告手段（３０）をさらに備えていてもよい。

この場合に、警告手段（３０）は、覚醒状態で測定された前記生体の脈波伝播速度が前記閾値を超えた時間と回数に基づいて警告を行うとよい。

入眠状態では、それ以外の状態と比較してストレスが軽減されていると考えられる。よって本発明の第１の態様である脈波伝播速度評価装置によれば、生体の脈波伝播速度のうち、ストレスが軽減されている状態での脈波伝播速度を測定することができる。

また、入眠後１０分から３０分経過するまでの間は、入眠直後の比較的深い睡眠時であり、ストレスがより軽減され、血圧及び心拍数が比較的低く、かつ、副交感神経支配により血管が拡張した状態となると考えられる。そこで、このような期間に脈波伝播速度を測定することで、より血管自体の硬さに由来する脈波伝播速度を得ることができる。

また、平均化された脈波伝播速度を求めることで、より適切な脈波伝播速度を得ることができる。

さらに、入眠状態は、それ以外の状態と比較してストレスが軽減されていると考えられる。そして、本発明の第２の態様である脈波伝播速度評価装置によれば、計時手段（１０Ｂ）の出力に基づいて予め設定された時間である所望時に生体の脈波伝播速度を測定することが可能である。

この場合に、平均化された脈波伝播速度を求めてることで、より適切な脈波伝播速度を得ることができる。

また、入眠後に測定された生体の脈波伝播速度に基づいて閾値を設定し、覚醒状態で測定された生体の脈波伝播速度と前記閾値との比較に基づいて警告を行うことで、脈波伝播速度の管理等を行うことができる。

｛第１実施形態｝
以下、この発明の第１実施形態に係る脈波伝播速度評価装置について説明する。

図１は脈波伝播速度評価装置を示すブロック図である。この脈波伝播速度評価装置は、入眠センサ１０と、第１及び第２脈波検出部２０ａ，２０ｂと、演算制御部３０と、液晶表示装置等の表示部４０とを備えている。

入眠センサ１０は、人体等の生体の入眠を検出するものである。かかる入眠センサ１０としては、例えば、心拍の変動に基づいて、或は、脳波や筋電、眼球運動等に基づいて、生体が睡眠状態に陥ったか否かを検出するといった周知技術等を適用した構成を採用できる。この入眠センサ１０の検出信号は、演算制御部３０に与えられる。

第１及び第２脈波検出部２０ａ，２０ｂは、生体の脈波を検出するものである。このような第１及び第２脈波検出部２０ａ，２０ｂとしては、例えば、生体の測定部位に血圧測定用のカフを巻いて圧脈波を測定する技術や、測定部位のインピーダンスを測定することで当該所定部位における脈波を検出する技術（インピーダンス法）、その他、トノメトリ法や光学的血流計測技術といった周知技術等を適用した構成を採用できる。

ちなみに、生体の測定部位に血圧測定用のカフを巻いて圧脈波を測定する技術によると、測定部位を圧迫してしまうため、インピーダンス法やトノメトリ法、光学的血流計測技術等の比較的生体に対する拘束力が弱い手法を採用することが好ましい。

これら第１及び第２脈波検出部２０ａ，２０ｂで得られた脈波検出信号は、演算制御部３０に与えられる。

なお、第１及び第２脈波検出部２０ａ，２０ｂの一方について、生体の心音を検出する手段を用いてもよい。この場合、生体の心音波と脈波とのずれ時間とその測定距離間に基づいて、脈波伝播速度が求められる。

演算制御部３０は、脈波伝播速度検出手段としての機能を備えており、上記第１及び第２脈波検出部２０ａ，２０ｂからの脈波検出信号に基づいて、生体の脈波伝播速度Ｖを測定する。

この演算制御部３０が脈波伝播速度Ｖを測定するより具体的な動作について、図２に示すフローチャートを参照して説明する。

なお、脈波伝播速度Ｖを測定するにあたっては、予め入眠センサ１０を生体の所定位置に装着し、生体の入眠を検出できるようにしておく。また、予め第１及び第２脈波検出部２０ａ，２０ｂを生体の肘Ｍａと手首Ｍｂとの２点間に装着しておく。この際、第１及び第２脈波検出部２０ａ，２０ｂの２点間の距離が予め設定された所定距離Ｌとなるようにしておく。この状態で、所定の開始スイッチ等が操作され、生体が入眠を試みる。

すると、まず、ステップＳ１において、入眠センサ１０からの検出信号に基づいて、入眠が検出されたか否か判断される。入眠検出されるまでは、ステップＳ５が繰返される。

そして、入眠が検出されると、ステップＳ２に進んで、計時が開始され、入眠検出後の経過時間が計時される。

次に、ステップＳ３に進んで、入眠検出後１０分が経過したか否かが判断され、入眠検出後１０分が経過したと判断されると、ステップＳ４に進む。入眠検出後１０分が経過したと判断されるまではステップＳ３が繰返される。

ステップＳ４では、入眠検出後１０分が経過した時点を基準にして所定時間ｔ毎に、第１及び第２脈波検出部２０ａ，２０ｂからの脈波検出信号に基づいて、脈波伝播速度Ｖ（ｎ）が算出される（ｎは、脈波伝播速度の算出回数を示す自然数）。例えば、第１及び第２脈波検出部２０ａ，２０ｂで検出された脈波の波形の特徴点をそれぞれ抽出し、両特徴点の時間的なずれ（遅延量）を求める。そして、その遅延量を上記所定距離Ｌで除算することによって、脈波伝播速度Ｖ（ｎ）が算出される。ここで算出された所定時間ｔ毎の各脈波伝播速度Ｖ（ｎ）は、演算制御部３０中のメモリにストアされる。

なお、各脈波伝播速度Ｖ（ｎ）の算出を行う間隔である所定時間ｔは、任意の時間であり、この所定時間ｔを可及的に小さくすることで、略連続的な算出がなされる。

次に、ステップＳ５に進んで、入眠検出後３０分が経過したか否かが判断され、入眠検出後３０分経過前と判断されると、ステップＳ４に戻って、再度所定時間ｔ毎の脈波伝播速度Ｖ（ｎ）が算出され、その後、ステップＳ５に進む。

ステップＳ４，Ｓ５の処理を繰返して行うことで、入眠検出後１０分〜３０分の時間において、所定時間ｔ毎の、脈波伝播速度Ｖ（１），・・・，Ｖ（Ｎ）｛Ｎは脈波伝播速度の総算出回数を示す自然数｝が算出されることになる。

そして、ステップＳ５で、入眠検出後３０分が経過したと判断されると、ステップＳ６に進んで、メモリにストアされた脈波伝播速度Ｖ（１），・・・，Ｖ（Ｎ）が平均化され、脈波伝播速度Ｖが求められる。

ここで、生体の入眠状態では、それ以外の状態、特に、覚醒状態と比較してストレスが軽減されていると考えられる。従って、上述のようにして得られた睡眠状態での脈波伝播速度Ｖは、ストレスが軽減されている状態での値であり、当該状態での血管の硬度を推定する値として評価できる。

ちなみに、四肢（上腕−心臓−足首間）で計測する脈波伝播速度（ｂａＰＷＭ：以下「四肢間脈波伝播速度」）に関して、一般的に、１２００ｃｍ／ｓ以上で生活習慣の改善が必要、１４００ｃｍ／ｓ以上で冠動脈、脳動脈疾患の疑いがあると判断される。３０〜５０歳の健常者男女４人を対象とする実験結果では、肘−手首間の脈波伝播速度（ＰＷＭ）は、安静時で８００〜１３００ｃｍ／ｓである。従って、肘−手首間の脈波伝播速度（ＰＷＭ）は、四肢間脈波伝播速度（ｂａＰＷＭ）と同等と考えられる。このため、本実施形態で測定された脈波伝播速度Ｖに対する評価は、四肢間脈波伝播速度（ｂａＰＷＭ）と同等の評価を適用して、動脈硬化を診断する基準として用いることができると考えられる。

また、演算制御部３０は、警告手段としての機能も備えており、上述のようにして入眠後に測定された生体の脈波伝播速度Ｖに基づいて閾値Ｖａを設定し、覚醒状態で測定された生体の脈波伝播速度Ｖｒと前閾値Ｖａとの比較に基づいて警告を行う。

警告を行う動作をより具体的に説明する。

なお、本警告を行うにあたっては、予め第１及び第２脈波検出部２０ａ，２０ｂを生体の肘Ｍａと手首Ｍｂとの２点間に装着しておき、生体の覚醒状態における脈波伝播速度Ｖｒを測定できるようにしておく。

この状態で、所定の操作がなされ、警告処理が開始されると、まず、上記脈波伝播速度Ｖに基づいて閾値Ｖａが設定される。例えば、入眠状態で測定された脈波伝播速度Ｖの５０パーセント増の値を閾値Ｖａとして設定する。

そして、第１及び第２脈波検出部２０ａ，２０ｂからの脈波検出信号に基づいて、生体の覚醒中における脈波伝播速度Ｖｒが算出される。

そして、生体の覚醒中に、リアルタイムで得られた脈波伝播速度Ｖｒと上記閾値Ｖａとを比較し、この比較結果に基づいて警告を行う。

図３を参照して、この比較結果に基づく警告処理をより具体的に説明する。図３は、測定開始後における脈波伝播速度Ｖｒの変化例を示す図であり、同図中、入眠状態での脈波伝播速度Ｖを波線で、閾値Ｖａを一点鎖線で示している。なお、このような脈波伝播速度Ｖｒの変化を示す図を、表示部４０に表示させてもよい。

すなわち、生体の覚醒中、ストレス等の要因によって脈波伝播速度Ｖｒが変動する。そして、過度なストレス等が加わると、脈波伝播速度Ｖｒは大きく増加し、閾値Ｖａを上回る。演算制御部３０は、脈波伝播速度Ｖｒと閾値Ｖａとを比較して、脈波伝播速度Ｖｒが閾値Ｖａを超えた時間と回数とを求める。

そして、脈波伝播速度Ｖｒが閾値Ｖａを超えた時間と回数とに基づいて所定のストレス値を算出する。すなわち、生体に何らかのストレスが加わると、血管の伸展性が低下し、脈波伝播速度Ｖｒが増大することが知られている。このため、脈波伝播速度Ｖｒが閾値Ｖａを超えた時間が長ければ、また、その超えた回数が多ければ、生体に対してより強いストレスが加わったと考えることができる。そこで、例えば、脈波伝播速度Ｖｒが閾値Ｖａを超えた時間と回数とをパラメータとして、生体に加わったストレスを評価するための目安となるストレス値を求めることができる。

さらに、この求められたストレス値が、予め実験的・経験的に設定された警告閾値を基準にして、よりストレス度が高いと評価される値になったときに、所定の警告を行う。

あるいは、上記脈波伝播速度Ｖｒが閾値Ｖａを超えた総時間が予め設定された所定時間を超えたとき、或は、脈波伝播速度Ｖｒが閾値Ｖａを超えた総回数が予め設定された所定回数を超えたときに、所定の警告を行う。

この警告は、表示部４０を通じて過度のストレスが加わった旨を表示したり、或は、その他のブザー等の発音手段を通じて警告音を発することで、実施する。

以上のように構成された脈波伝播速度評価装置によると、生体の脈波伝播速度のうち、ストレスが軽減されている状態での脈波伝播速度Ｖを測定することができる。

すなわち、生体に何らかのストレスが加わると、血管の伸展性が低下し、脈波伝播速度変化する。ところが、睡眠中の生体に加わるストレスは、それ以外の状態｛覚醒状態等｝と比べて、軽減されている。そこで、入眠が検出された場合に、生体の脈波伝播速度を測定することで、ストレスが軽減されている状態での脈波伝播速度Ｖを測定することができるのである。

特に、生体の肘Ｍａと手首Ｍｂとの２点間の脈波伝播速度を測定する場合には、各種ストレスの影響を受け易い。そこで、生体の肘Ｍａと手首Ｍｂとの２点間で脈波伝播速度を測定する場合に、上記のように入眠状態で脈波伝播速度Ｖを測定するのが有効である。もっとも、後述するように、脈波伝播速度の測定箇所は、生体の肘Ｍａと手首Ｍｂとの２点間に限られない。

しかも、入眠後１０分から３０分経過するまでの間に脈波伝播速度Ｖを測定することで、より血管自体の硬さに由来する脈波伝播速度Ｖを得ることができる。これは次の理由による。

すなわち、睡眠は、深い睡眠（ＳＷＳ（Slow Wave Sleep）、non−ＲＥＭ睡眠）と浅い睡眠（ＲＥＭ睡眠）とを繰返す。そして、徐々にＳＷＳが浅くなり覚醒していく。従って、入眠直後の深い睡眠時で最も眠りが深く、生体に対するストレスは最も低減されていると考えられる。

また、脈波伝播速度は、血圧及び心拍数の上昇に伴い、増加することが知られている。そして、血圧は、概日周期において睡眠中に最低値となるが、睡眠後半では徐々に上昇する。また、深い睡眠であるＳＷＳ時に、心拍数が低く変動も小さいことが知られている。従って、睡眠前半の深い睡眠時に、血圧及び心拍数が比較的低くなる。

さらに、脈波伝播速度に影響を与える血管の緊張、拡張は、それぞれ交感神経、副交感神経に影響される。そして、入眠期に、大脳皮質からの抑制が解かれ、発汗を伴いながら末梢血管が拡張し、副交感神経優位となる。また、深い睡眠であるnon−ＲＥＭ睡眠では、浅い睡眠であるＲＥＭ睡眠に比べ交感神経活動が低下し、副交感神経支配となることが知られている。

以上から、入眠直後の深い睡眠時に、ストレスが最も低減されると共に、血圧及び心拍数が比較的低く、かつ、副交感神経支配により血管が拡張した状態となる。従って、入眠直後の深い睡眠時と考えられる入眠後１０分から３０分経過後間で、脈波伝播速度Ｖを測定することで、より血管自体の硬さに由来する脈波伝播速度Ｖを得ることができることになる。

しかも、入眠後１０分から３０分経過後間で平均化された脈波伝播速度Ｖを求めているため、一時的な影響を排除して、より適切な脈波伝播速度Ｖを得ることができる。

さらに、入眠後に測定された生体の脈波伝播速度Ｖに基づいて閾値Ｖａを設定し、覚醒状態で測定された生体の脈波伝播速度Ｖｒと閾値Ｖａとの比較に基づいて警告を行っているため、本装置の利用者において、健康管理等を行うことができる。

例えば、ストレス値が警告閾値を超えたと警告されたときに、本装置の利用者がこれを認識して、リラクゼーションを図るなど、適切な処置をとって健康管理を行うことができる。

＜変形例＞
図４は、変形例に係る脈波伝播速度評価装置を示すブロック図である。

この脈波伝播速度評価装置では、上記入眠センサ１０に換えて、計時部１０Ｂを備えている。計時部１０Ｂは、時間を計時する手段であり、本装置の利用者が所定の開始スイッチをセット操作することで、その操作セット時からの経過時間を計時する。そして、予め設定された所定時間ｔａ後に、所定のタイミング信号を演算制御部３０に与える。

演算制御部３０では、計時部１０Ｂからタイミング信号が与えられると、生体の脈波伝播速度Ｖを測定する。

この場合において、上記所定時間ｔａ経過後に、１回だけ脈波伝播速度Ｖを測定してもよいし、また、上記実施形態と同様に、所定時間ｔａ経過後からさらに所定時間ｔｂ経過するまでの間に、脈波伝播速度を複数回測定し、この測定値を平均化して、脈波伝播速度Ｖを求めるようにしてもよい。

なお、その他の構成は、上記実施形態に係る脈波伝播速度評価装置と同様である。

この脈波伝播速度評価装置によると、所望の時点での脈波伝播速度Ｖを求めることができる。例えば、測定対象となる生体が睡眠しようとする直前に、計時部１０Ｂをセット操作しておくことで、その後所定時間ｔａ経過後において当該生体が入眠した後で、その生体の脈波伝播速度Ｖを測定することができる。このため、生体の脈波伝播速度のうち、ストレスが軽減されている状態での脈波伝播速度Ｖを測定することができる。

なお、脈波伝播速度Ｖの精度を向上させるため、複数日に分けて脈波伝播速度Ｖの測定を行うようにしてもよい。この場合において、複数日における各脈波伝播速度Ｖを平均化してもよいし、また、適切な脈波伝播速度Ｖを選択するようにしてもよい。

また、本実施形態では、生体の肘Ｍａと手首Ｍｂとの２点間の脈波伝播速度を測定する例で説明しているが、これに限られない。覚醒状態で計測する位置と同じであれば、脈波伝播速度の計測位置は計測対象や条件によって自由に選択することができる。例えば、胸と上腕間や、四肢間等で脈波伝播速度を計測してもよい。

脈波伝播速度評価装置を示すブロック図である。 演算制御部が脈波伝播速度を測定する動作を示すフローチャートである。 覚醒状態における脈波伝播速度の変化例を示す図である。 変形例に係る脈波伝播速度評価装置を示すブロック図である。

符号の説明

１０ 入眠センサ
１０Ｂ 計時部
２０ａ，２０ｂ 第１及び第２脈波検出部
３０ 演算制御部
４０ 表示部
Ｖ 脈波伝播速度
Ｖａ 閾値
Ｖｒ 脈波伝播速度

Claims (7)

1. 生体の入眠を検出する入眠検出手段（１０）と、
   前記入眠が検出された場合に、前記生体の脈波伝播速度を測定する脈波伝播速度測定手段（３０）と
   を備える、脈波伝播速度評価装置。
2. 請求項１記載の脈波伝播速度評価装置であって、
   前記脈波伝播速度測定手段（３０）は、
   前記入眠が検出された時点を基準に１０分から３０分経過するまでの間に、前記生体の脈波伝播速度を測定する、脈波伝播速度評価装置。
3. 請求項２記載の脈波伝播速度評価装置であって、
   前記脈波伝播速度測定手段（３０）は、前記入眠が検出された時点を基準に１０分から３０分経過するまでの間において平均化された脈波伝播速度を求める、脈波伝播速度評価装置。
4. 時間を計測する計時手段（１０Ｂ）と、
   前記計時手段（１０Ｂ）の出力に基づいて予め設定された時点から、生体の脈波伝播速度を測定する脈波伝播速度測定手段（３０）と
   を備える、脈波伝播速度評価装置。
5. 請求項４記載の脈波伝播速度評価装置であって、
   前記脈波伝播速度測定手段（３０）は、複数の測定値を平均化して脈波伝播速度を求める、脈波伝播速度評価装置。
6. 請求項１〜請求項５のいずれかに記載の脈波伝播速度評価装置であって、
   前記脈波伝播速度測定手段（３０）は、覚醒状態における前記生体の脈波伝播速度を測定し、
   入眠後に測定された前記生体の脈波伝播速度に基づいて閾値を設定し、前記覚醒状態で測定された前記生体の脈波伝播速度と前記閾値との比較に基づいて警告を行う警告手段（３０）をさらに備えた、脈波伝播速度評価装置。
7. 請求項６記載の脈波伝播速度評価装置であって、
   前記警告手段（３０）は、覚醒状態で測定された前記生体の脈波伝播速度が前記閾値を超えた時間と回数に基づいて警告を行う、脈波伝播速度評価装置。

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