JP2009297216A - 脳血管疾患リスク評価装置 - Google Patents

Abstract

【課題】被験者への負担が少なく、簡易な測定手段により、脳血管疾患リスク評価を行う装置を提供する。
【解決手段】 センサ部１、回路部２、演算部３、及び出力部４を備え、回路部２は、センサ部１を駆動すると共に、センサ部１で検出された信号を演算部３に伝達する機能部であり、送信回路２１、第１の受信回路２２、及び第２の受信回路２３などを備えている。送信回路２１は、送信素子１１１及び送信素子１２１と接続しており、これらの素子を駆動して連続波を発生させる。速度波形演算部３１は、第１の受信回路２２及び第２の受信回路２３と接続しており、受信素子１１２、１２２で検出された、反射連続波の周波数を取得する。その後、送信回路２１の周波数と比較し周波数の変化量を検出する。これらの値より血液の流速ｖを求めることができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、脳血管疾患リスク評価装置に関し、血流状態を非侵襲的に測定し、脳血管疾患リスク評価を行うものに関する。

近年、メタボリックシンドロームが注目されている。メタボリックシンドロームは、心血管疾患や脳梗塞等、様々な血栓性疾患の発生率を上昇させており、社会的に問題となっている。

脳の細動脈硬化に伴う慢性虚血により生じる大脳白質病変や無症候性脳梗塞は、脳血管疾患に関する病気のひとつである脳梗塞の発症の強力なリスク因子（すなわち、脳血管疾患リスク）であることが知られており、これらの脳血管疾患リスクの所見は頭部ＭＲＩ検査によって発見することが可能である（特許文献１）。

しかしながら、ＭＲＩ検査は高額であること、スキャン時間が長いこと、動きに対して敏感なこと、などの課題があり、更にＭＲＩ装置は持ち運びができず、金属製のもの、生命維持装置、吸引装置、その他同類の装置をつけているときには撮影できないなどの課題もある。
特開２００７−１０５２０７号公報

上述したことを踏まえ、本発明の課題は、被験者への負担が少なく、簡易な測定手段により、脳血管疾患リスク評価を行う装置を提供することである。

本発明の脳血管疾患リスク評価装置は、人体の外部から、前記人体の血管中を流れる血液の流速値を計測する流速計測部と、前記血管の血圧値を取得する血圧取得部とを有し、前記血圧取得部により取得した前記血圧値と前記流速計測部により計測した前記流速値とを用いて、脳血管疾患リスクを評価する脳血管疾患リスク演算部と、を具備する。このような本発明によれば、頭部ＭＲＩ検査を行わずに脳血管疾患リスクを評価することが可能になる。

また、本発明の脳血管疾患リスク評価装置は、脳血管疾患リスク演算部により算出した指標値を出力表示する出力部を有する。このような本発明によれば、脳血管疾患リスクの評価結果をわかりやすく表現することが可能になる。

また、本発明の脳血管疾患リスク評価装置は、脳血管疾患リスク演算部は、時間とともに変化する前記流速値のうち、極大値を示す１つまたは複数の前記流速値と、前記血圧取得部により取得した最高血圧値と、を用いて前記脳血管疾患リスクを評価する。このような本発明によれば、単位圧力あたりの血流速度を算出することができ、血圧の影響を除去することが可能となる。

また、本発明の脳血管疾患リスク評価装置の流速計測部は、前記人体の表面から前記血液に対して連続波を送信する送信部と、前記送信した連続波のうち、前記血液で反射された反射波を受信する受信部と、該受信部により受信した２方向からの前記反射波の周波数変化量を用いて前記血液の前記流速値を算出する速度波形演算部と、を備える。このような本発明によれば、血流をより正確に測定することが可能となる。

また、本発明の脳血管疾患リスク評価装置は、脳血管疾患リスク演算部は、脳血管疾患リスクを数段階で評価する。このような本発明によれば、脳血管疾患のリスク度合いを評価することが可能となる。

簡便な測定手段で、脳血管疾患リスク評価が可能となる。また、患者への負担が軽く、特別な資格を保有していなくても扱える装置であるため、ユーザが家庭などに設置して手軽に、脳血管疾患リスク評価が可能となる。

（実施の形態の概要）
本実施の形態の脳血管疾患リスク評価装置は、血液の流速と、血圧を用いて所定の計算を行い、脳血管疾患リスクを評価する。

血液の流速は、血流に超音波の連続波を送信し、その反射連続波の周波数の変化量（ドップラーシフト）から求める。血圧は、一般の血圧計などにより測定した値を利用する。

脳血管疾患リスク評価装置は、以上のようにして取得した値のうち、最大流速、最大血圧を後述の計算式に入力して単位圧力あたりの血流速度を算出する。ここで、各値の最大値を用いたのは、最大血圧時には、血液の流速も最大になるので、変動するこれらの値のうち対応するものを容易に取得できるからである。

本実施の形態の脳血管疾患リスク評価装置は、非侵襲で単位圧力あたりの血流速度を測定することができ、単位圧力あたりの血流速度と頭部ＭＲＩ検査データとの関係から、脳血管疾患リスクを評価することができる。また、本実施の形態の脳血管疾患リスク評価装置は小型化することができるため、ユーザは、家庭などにおいて日常生活の中で脳血管疾患リスクを日々確認することができ、手軽に健康管理を行うことかできる。

（実施の形態の詳細）
図１は、脳血管疾患リスク評価装置のセンサ部を示した図であり、図１はセンサ部の断面を示しており、センサ部１が装着された皮膚５１、血管５２も図示してある。

センサ部１は、血液の流速をセンシングするセンサであって、例えば、人体の手首、指先、腕などに装着される。より具体的には、例えば、センサ部１をサック状に形成し、ユーザがこれに指先を挿入する構成にする、あるいはセンサ部１をベルトに設置し、このベルトを手首や腕に装着するように構成することができる。

更には、センサ部１や後述する計測システムを腕時計に組み込むことも可能である。この場合、腕時計は時間計測モードと脳血管疾患リスク評価モードを切り替えることができるようになっており、ユーザは腕時計を装着したまま脳血管疾患リスク評価モードにて脳血管疾患リスクを評価することができる。

センサ部１は、基底部１３、送信素子１１１と受信素子１１２とを含む第１の超音波センサ１１、及び送信素子１２１と受信素子１２２とを含む第２の超音波センサ１２などを備えている。送信素子１１１、１２１は波動送信素子を構成しており、受信素子１１２、１２２は波動受信素子を構成している。

基底部１３は、樹脂などの個体により構成されており、人体に接する方向の面において第１の超音波センサ１１と第２の超音波センサ１２とを所定位置に保持する。

第１の超音波センサ１１と第２の超音波センサ１２とを構成する各素子は、何れも圧電素子によって構成されており、超音波の送受信に用いられ、血液の流速の測定に用いられる。

より詳細には、第１の超音波センサ１１において、送信素子１１１は超音波の連続波（以下、単に連続波と記す）を生体内に送信する。この連続波は、血管５２を流れる血流により反射され、受信素子１１２にて受信される。

反射される連続波の周波数は、血液の流速によるドップラー効果により変化しており、この周波数の変化量（ドップラーシフト）を用いて血液の流速を求めることができる。

同様に、第２の超音波センサ１２において、送信素子１２１が送信する連続波は血管５２を流れる血流により反射され受信素子１２２で受信される。

第１の超音波センサ１１と第２の超音波センサ１２は、基底部１３において所定角度を持って固定されており、血管５２に対して異なる方向から連続波を送信するようになっている。これによって、センサ部１と血管５２の成す角度を計算することができ、より正確に血液の流速を計算することができる。

第１の超音波センサ１１と血管５２のなす角度をθとし、第１の超音波センサ１１と第２の超音波センサ１２のなす角度をαとし、第１の超音波センサ１１で検出された周波数の変化量をΔｆ１、第２の超音波センサ１２で検出された周波数の変化量をΔｆ２とすると、これらの変化量は次の式（１）、（２）で与えられる。

Δｆ１＝２×ｖ×ｃｏｓθ×Ｆ÷ｃ （１）
Δｆ２＝２×ｖ×ｃｏｓ（θ＋α）×Ｆ÷ｃ （２）
以上の式（１）、（２）において、ｃは生体内での音速であり約１５３０［ｍ／ｓ］である。また、Ｆは生体内の内部に送信した超音波の周波数であり、ｖは血液の流速である。式（１）、（２）からθは次の式（３）で表される。

ｔａｎθ＝（Δｆ２÷Δｆ１−ｃｏｓ（θ＋α＋β））÷ｃ （３）
第１の超音波センサ１１と第２の超音波センサ１２の超音波送受信側の面には整合部が設けられている。整合部は樹脂などの超音波伝達媒体により構成されており、センサ部１と生体内とのインピーダンスを調節する音響整合層を構成している。より詳細には、整合部は、送受信素子のインピーダンスと生体内のインピーダンスの中間程度のインピーダンスを持つ媒体により構成するのが望ましい。

このように、超音波の伝達経路におけるインピーダンスの変化を緩和することにより、センサ部１と生体内との間での超音波の反射などを低減することができ、超音波の伝達効率を改善することができる。

次に、図２のブロック図を用いて脳血管疾患リスク評価装置のシステム構成について説明する。

図２に示したように、本実施の形態の脳血管疾患リスク評価装置は、センサ部１、回路部２、演算部３、及び出力部４を備えている。

センサ部１については既に説明したので、ここでは、回路部２、演算部３、及び出力部４について説明する。

回路部２は、センサ部１を駆動すると共に、センサ部１で検出された信号を演算部３に伝達する機能部であり、送信回路２１、第１の受信回路２２、及び第２の受信回路２３などを備えている。

送信回路２１は、送信素子１１１及び送信素子１２１と接続しており、これらの素子を駆動して連続波を発生させる。送信回路２１により駆動される連続波の周波数は一般に１０〜２０［ＭＨｚ］程度である。

超音波は、周波数が高くなると分解能が高くなるが、生体内に浸透する距離が短くなり、逆に周波数が低くなると生体内に浸透する距離が長くなるが分解能が低下するという性質があるため、これらの性質を考慮して適当な周波数が選択される。

第１の受信回路２２は、受信素子１１２と接続しており、送信素子１１１の出力した連続波の反射連続波を受信して演算部３に出力する。

第２の受信回路２３は、受信素子１２２と接続しており、送信素子１２１の出力した連続波の反射連続波を受信して演算部３に出力する。

なお、図示しないが、受信素子１１２、１２２と回路部２の間にはそれぞれフィルタが設置されており、対応する送信素子以外の送信素子による反射波が受信されるのを防止してある。

演算部３は、速度波形演算部３１、血流速度演算部３２、及びリスク評価部３３などを備えている。

速度波形演算部３１は、第１の受信回路２２及び第２の受信回路２３と接続しており、受信素子１１２、１２２で検出された、反射連続波の周波数を取得する。その後、送信回路２１の周波数と比較して、周波数の変化量、即ち式（１）、式（２）におけるΔｆ１、Δｆ２を検出する。これらの値を式（３）に代入することで、θを算出できるので、式（１）、（２）から血液の流速ｖを求めることができ、図３に示す波形を得られる。図３の横軸は時間を、縦軸は血液の流速（血流速度）を示す。ここで、上記センサ部１、回路部２、及び速度波形演算部３１が流速計測部を構成している。

血流速度演算部３２は、速度波形演算部３１より、血液の流速データを取得し、かつ、血圧測定部６から血圧データを取得し、血流速度を算出する。

リスク評価演算部３３は、これらのデータを用いて脳血管疾患リスクを評価する脳血管疾患リスク演算部を構成している。

血圧測定部６は、一般の血圧計などを用いて測定した値をユーザが入力するようになっている。このため、演算部３に数値を入力するためのキーボードなどのユーザインターフェースを備えることができる。又はインターフェースを介して血圧計と接続しても良い。

なお、本実施の形態では、後述するように最高血圧を用いて脳血管疾患リスクを評価するように構成されているため、血圧データとして少なくとも最高血圧が入力されるようになっている。このように血流速度演算部３２は上記のような血圧取得手段も備えている。

図３に示すように、速度波形演算部３１で検出される流速は心臓の心拍に伴って上下し拍動している。

血流速度演算部３２は、速度波形演算部３１から取得した流速データから流速の最大値Ｖｍａｘを取得する。Ｖｍａｘを取得するための流速の最大値は、検出された最大値のうちの何れでも良い。なお、流速データから最大流速を抽出し、これを平均してＶｍａｘとしても良い。

血流速度がＶｍａｘとなるときの血圧は最大血圧であると考えられるので、血流速度演算部３２は、血圧測定６による最大血圧を取得して、これをＶｍａｘ取得時の血圧Ｐｍａｘとする。

なお、本実施の形態では、流速の測定と、血圧の測定と、を別々に行うため、血圧測定による流速の変化を考慮する必要はない。

血圧の測定は、腕を圧迫するなどして血流に変化を生じさせるため、このように、血圧の測定と流速の測定とを時間差をおいて行うのが望ましい。

血流速度演算部３２は、このようにしてＶｍａｘ、及びＰｍａｘを取得すると、これを次の式（４）に代入して単位圧力あたりの血流速度Ｖｕを算出する。

Ｖｕ＝Ｖｍａｘ÷Ｐｍａｘ （４）
なお、式（４）の計算では、流速、血圧の最大値を用いたが、これは、最大値を用いると対応する流速、血圧の値の取得が容易であるためである。即ち、流速が最大なるときに、血圧も最大になると考えられるため、流速最大値における血圧を最大血圧とすることができる。式（４）は、これら最大値でなくても一般に成り立つ式であり、ある流速における血圧がわかる場合は、これらを式（４）に代入して単位圧力あたりの血流速度を求めることができる。

演算部３は、以上のようにして脳血管疾患リスクを評価するために、例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＥＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ Ｅｒａｓａｂｌｅ ａｎｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ＲＯＭ）などのハードウェアを備えている。

ＣＰＵは中央処理装置であって、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＥＥＰＲＯＭなどに記憶されているプログラムに従って、各種の演算処理、演算部３全体の制御、回路部２や出力部４とのデータの送受信の制御などを行う。

ＲＯＭは、演算部３を機能させるための基本的にパラメータやプログラムなどを記憶した読み出し専用の記憶媒体である。ＣＰＵは、これらのパラメータやプログラムを用いて、脳血管疾患リスク評価装置の起動時にこれを初期状態に設定するなどする。

ＲＡＭは随時読み出し書き込みが可能な記憶媒体である。ＲＡＭは、例えば、ＣＰＵが脳血管疾患リスクを評価する際に、受信回路２２、受信回路２３、血圧測定部６などから取得してデータを記憶するためのエリアを提供したり、また、これらのエリアに記憶されたデータを用いて脳血管疾患リスクを評価する際のワーキングエリアを提供する。

ＥＥＰＲＯＭは、電気的な操作によって、後からデータを書き換えたり消去したりすることが可能なＲＯＭである。

本実施の形態では、ＥＥＰＲＯＭには、演算部３を機能させるための基本的なプログラムであるＯＳ（Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）や、脳血管疾患リスクを評価するための算出プログラムなどが記憶されている。

ＣＰＵは、算出プログラムを実行することにより、速度波形演算部３１、血流速度演算部３２、及びリスク評価演算部３３などの各機能部がソフトウェア的に構成される。

また、演算部３に、ハードディスクなどの大容量の記憶媒体を備え、ユーザの日々の粘性を蓄積するように構成することもできる。

更に、演算部３に、入出力インターフェースを備え、血流速度データ、血圧データを外部のコンピュータなどに出力したり、あるいは、外部からデータやプログラムを読み込むように構成することもできる。

また、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、半導体メモリなどで構成された外部記憶媒体を駆動する記憶媒体駆動装置を演算部３に備え、血小板活性化度データ、血流速度データをこれらの外部記憶媒体に書き込んだり、あるいは、外部記憶媒体に書き込まれたデータやプログラムを読み込んだりできるように構成することもできる。

以上は、演算部３のハードウェア的な構成の一例であって、これは演算部３の構成を限定するものではなく、速度波形演算部３１、血流速度演算部３２、リスク評価演算部３３を形成するものであれはどのようなものでも良い。

また、センサ部１の出力はアナログデータであり、演算部３で処理するデータはデジタルデータであるので、何れかの段階でアナログデータをサンプリングしてデジタルデータに変換する必要があるが、これは、回路部２で行うように構成しても良いし、あるいは演算部３で行うように構成しても良い。

次に出力部４について説明する。出力部４は、図示しないが結果表示部を備えており、リスク評価演算部３３から出力されたデータを表示する。詳しくは図４、図５を用いて説明するが、リスク評価演算部３３は後述する関係式から脳血管疾患リスクを評価することが可能である。表示装置は、例えば、液晶ディスプレイ、プラズマディスプレイ、あるいはＣＲＴディスプレイなどで構成されており、血小板活性度の値を数値で表示する。また、グラフや記号などを用いて表示することも可能である。

図４は本脳血管疾患リスク評価装置により測定された単位圧力あたりの血流速度Ｖｕと頭部ＭＲＩ検査によって得られた結果の相関を示す図である。図４において、縦軸は本発明による単位圧力あたりの血流速度Ｖｕを、横軸は頭部ＭＲＩ検査での脳血管疾患リスクの所見（無症候性脳梗塞または大脳白質病変）の有無を表している。頭部ＭＲＩでの所見あり群において、Ｖｕが有意に低下している。このように本発明による装置を用いて求めた単位圧力あたりの血流速度は頭部ＭＲＩ検査結果での所見の有無によって、違いが見られるため、脳血管疾患リスクを評価できる。

図５は本脳血管疾患リスク評価装置により測定された単位圧力あたりの血流速度Ｖｕと頭部ＭＲＩ検査によって得られた結果の相関を示す図である。図５において、縦軸は本発明による単位圧力あたりの血流速度Ｖｕを、横軸は頭部ＭＲＩ検査で、大脳白質病変のひとつである深部皮下白質病変（ＤＳＷＭＨ）のグレード（０〜４：グレードが高くなるほど病状が進行）を表しており、グレードごとのＶｕの平均値を表している。深部皮下白質病変（ＤＳＷＭＨ）のグレードが高くなるほど、Ｖｕが低下している。このように本発明による装置を用いて求めた単位圧力あたりの血流速度Ｖｕは、深部皮下白質病変のグレードと相関が認められるため、脳血管疾患リスクを段階的に評価できる。

図６は頭部ＭＲＩ検査と各測定項目との比較結果である。頭部ＭＲＩ検査で、脳血管疾患リスクの所見（無症候性脳梗塞または大脳白質病変）を認めた場合を「ＭＲＩ所見あり群」としている。ＭＲＩ所見の有無により、本実施の形態の脳血管疾患リスク評価装置を用いた結果のみは有意差が認められたが、他の測定項目では、有意差が認められないため、本装置の有効性がこの図からも認められる。

また、本実施の形態では、血液の流速を計測するのに超音波を用いたが、これは計測用の波動を超音波に限定するものではなく、例えば、レーザなど他の波動を用いて計測を行うことも可能である。

本発明に係わる脳血管疾患リスク評価装置のセンサ部を模式的に示す図である。 本発明に係わる脳血管疾患リスク評価装置の構成を説明するためのブロック図である。 本発明に係わる脳血管疾患リスク評価装置によって得られる血流速度波形を示す図である。 血流速度Ｖｕと頭部ＭＲＩ検査結果の相関を示す図である。 血流速度Ｖｕと頭部ＭＲＩ検査結果の相関を示す図である。 頭部ＭＲＩ検査結果と各測定項目の結果との比較結果を示す図である。

符号の説明

１ センサ部
１１ 第１の超音波センサ
１１１ 送信素子
１１２ 受信素子
１２ 第２の超音波センサ
１２１ 送信素子
１２２ 受信素子
１３ 基底部
２ 回路部
２１ 送信回路
２２ 第１の受信回路
２３ 第２の受信回路
３ 演算部
３１ 速度波形演算部
３２ 血流速度演算部
３３ リスク評価演算部
４ 出力部
５１ 皮膚
５２ 血管
６ 血圧測定部

Claims (5)

1. 人体の外部から、前記人体の血管中を流れる血液の流速値を計測する流速計測部と、
   前記血管の血圧値を取得する血圧取得部と、
   前記血圧取得部により取得した前記血圧値と前記流速計測部により計測した前記流速値とを用いて、脳血管疾患リスクを評価する脳血管疾患リスク演算部と、
   を具備する脳血管疾患リスク評価装置。
2. 前記脳血管疾患リスク演算部により算出した指標値を出力表示する出力部をさらに備える請求項１に記載の脳血管疾患リスク評価装置。
3. 前記脳血管疾患リスク演算部は、時間とともに変化する前記流速値のうち、極大値を示す１つまたは複数の前記流速値と、前記血圧取得部により取得した最高血圧値と、を用いて前記脳血管疾患リスクを評価する請求項１または２に記載の脳血管疾患リスク評価装置。
4. 前記流速計測部は、前記人体の表面から前記血液に対して連続波を送信する送信部と、前記送信した連続波のうち、前記血液で反射された反射波を受信する受信部と、該受信部により受信した２方向からの前記反射波の周波数変化量を用いて前記血液の前記流速値を算出する速度波形演算部と、を備える請求項１〜３のいずれか１項に記載の脳血管疾患リスク評価装置。
5. 前記脳血管疾患リスク演算部は、脳血管疾患リスクを数段階で評価する請求項１〜４のいずれか１項に記載の脳血管疾患リスク評価装置。

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