JP2011050546A - 常時測定可能な動脈伝搬速度測定器 - Google Patents

Abstract

【課題】被験者の普段の生活や運動を妨げないよう、手首と足首に小型かつ軽量の圧力センサを取り付け、被験者に負担を与えることなく、両センサから動脈圧波形を小型の記録装置を用いて連続記録することにより、被験者の日常生活上の様々な場面での動脈硬化度を評価可能にする。
【解決手段】被験者の手首と足首の動脈上部に当該部分の脈圧波形を検出する薄膜形圧電センサを装着し、両センサから検出値をサンプリング時間とともに記録装置に記録する。
この記録装置をデータ通信ケーブル等を介して解析装置に接続し、記録装置に記憶された記録データに基づいて脈圧波形を演算し、両ピーク値に基づき同一脈圧に対する両検出値の時間差を求め、該時間差に基づいて時間経過毎の動脈伝搬速度を分析評価する。
【選択図】図１

Description

本発明は、動脈硬化度を、動脈上に装着した２箇所に装着した圧力センサにより血圧波形の時間差に基づいて診断する動脈伝搬速度測定器に関する。

大動脈の動脈硬化度の測定は、生活習慣病等の発症の危険度を診断する上で非常に有効な手段である。
従来この種の動脈伝搬速度測定器としては、特許文献１にみられるように，被験者の首（頚動脈上）やそけい部（大腿動脈上）に、脈圧センサを押圧して，血圧波形を測定している。
あるいは、特許文献２にみられるよう、上腕及び足首に圧脈センサを固定し、脈圧センサを含んだ血圧測定カフを巻き、大動脈をはさんだ２点間で血圧波形を測定している。
この方法では、測定値に上腕及び下肢の動脈硬化度の情報が含まれているが、上腕及び下肢の動脈硬化度は心臓血管疾患の発症には関係がないとされているため、できるだけ四肢の動脈硬化度情報が含まれない値を測定する事が望ましい。

これらの従来技術は、診断室等の設置を前提とした大型の機器が必要であり、また、被験者に装着する脈圧センサも大型で、装着部分が被験者の自由な動きを妨げるため、安静仰臥位での測定が基本とされ、しかも、被験者の身動きを拘束せざるを得ないことから、測定時間は長くても数十秒程度が限度である。

特開２００１−１９０５０９号公報 特開２００３−１７５００７号公報 特開２００４−１８４２７４号公報

一方、動脈硬化度の影響は、被験者の日常生活で大きく変化するため、動脈硬化に伴う心筋梗塞等の危険性を正確に診断する上で、従来技術のような安静仰臥位の状態での測定のみでは不十分である。
すなわち、例えば、急激な温度変化にさらされた場合、ジョギング等軽い運動をしている状態、職場等でストレスを受けている状態、あるいは、睡眠中悪夢をみているような状態など、さまざまに変化する環境下で、被験者の血圧、血管の状態は大きく変化するため、その状態での動脈硬化度を測定、評価しなければ、本来のリスクを正確に診断することは困難である。

そこで、本発明は、被験者の普段の生活や運動を妨げないよう、手首と足首に小型かつ軽量の圧力センサを取り付け、被験者に負担を与えることなく日常生活を可能にし、両センサから動脈圧波形を小型の記録装置を用いて連続記録することにより、被験者の日常生活上の様々な場面での動脈硬化度を評価可能にすることを課題としている。

本発明では、特許文献３にみられるような、小型、軽量で、身体への装着も容易な薄膜形圧電センサを利用し、これらを、運動の妨げにならない手首と足首に装着するとともに、これらのセンサからの出力を、ケーブルあるいは無線等の手段を介して、被験者のポケット等に収容された小型軽量の本体に送信・記録して、記録された脈圧検出値に基づいて、日常生活における動脈硬化度に伴うリスクを、被験者に負担を与えることなく、長期かつ正確に評価診断できるようにした。

すなわち、本発明の動脈伝搬速度測定器は、被験者の手首と足首の動脈上部に装着され、当該部分の脈圧波形を検出する薄膜形圧電センサと、両センサに接続されるとともに、両センサから検出値をサンプリング時間とともに記録する記憶装置を備えた記録装置と、記録装置にデータ通信ケーブルを介して接続されるとともに、記憶装置に記録された記録データに基づいて脈圧波形を演算し、手首と足首における脈圧波形の一次微分のピーク値の時間差、すなわち２箇所の脈波の立ち上がりの時間差を求め、該時間差に基づいて時間経過毎の動脈伝搬速度を分析評価する解析装置とから構成されている。

本発明の動脈伝搬速度測定器によれば、小型軽量で運動等を妨げない薄膜形圧電センサを被験者の手首、足首に装着し、両センサからの脈圧検出値を、被験者のポケット等に収容された記録装置のメモリにサンプリング時間とともに記録する。
そして、測定終了後、この記録装置を通信ケーブル等のデータ通信手段を介し解析装置に接続する。
解析装置は、専用の解析ソフトを有しており、記録装置の時間経過毎に両センサの検出値を波形解析し、共通の脈圧を用いて、脈圧伝搬の時間差を計測し、被験者の動脈伝搬速度を時間経過と共に解析することができる。

また、心臓から手首、足首に到るまでには、上腕および下肢の動脈硬化度の情報が含まれているが、両者の長さは、ほぼ均衡しているので、脈圧伝搬の時間差を求めることにより、これらの影響をほぼ相殺できるので、正確な大動脈の動脈伝搬速度測定が可能になる。

本発明による動脈伝搬速度測定器の全体構成及び脈圧波形図を示す。 薄膜形圧電センサの一例を示す。 薄膜形圧電センサの他の例を示す。

（実施例）
図１は、本発明による、手首と足首に薄膜形圧電センサを装着した場合の両センサ動脈圧波形を模式的に示したものである。
手首と足首に装着される薄膜形圧電センサの一例は、図２、図３に示されている。
薄膜形圧電センサ１は、適度な弾力性を有し、手首や足首に巻き付けることができるストラップ状のバンド２の裏側に、薄膜形圧電センサ１の圧力計側面１ａが露出された状態で保持されている。
被験者は、露出された圧力計側部１ａを、手首、足首における動脈の直上に密着するようバンド２を巻き付け、運動等でもずれないよう軽く締め付け、ファスナー３で止めることができるようになっている。

図２に示される薄膜形圧電センサ１は、携帯型記録装置４に接続される出力端子５を有しており、携帯型記録装置４のバッテリあるいは内蔵された小型バッテリからの電力供給により、携帯型記録装置４をオンすることにより、検出した動脈圧力を、出力端子５、ケーブル６を介して、携帯型記録装置４に送るようになっている。
なお、薄膜形圧電センサ１と携帯型記録装置４とは、図１に示すとおり、有線で接続してもよいが、ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）等の無線接続で、検出した動脈圧力を常時携帯型記録装置に送信するようにしてもよい。
本発明で使用する薄膜形圧電センサは、圧電体が薄い紙のように薄膜化されているために、圧電体の欠点である、もろくて壊れてしまうということがなく、信頼性が非常に高い。
また、小型軽量で、柔軟性にも優れているために、体の曲線にもフィットしやすく、精密な装着位置調整などが必要なく、測定が容易である。さらに、圧電体は加えられた力によって、自ら電気信号を発生するために、消費電力が少なく、システムの低電力化を可能とする。

図３に示される薄膜形圧電センサ１は、ケース内部で圧力計側部１ａと超小型記録装置７を一体化したもので、この場合には、若干、体積、重量が若干増大するが、手首、足首に個別に薄膜形圧電センサ１を装着するだけで、携帯型記録装置４、ケーブル等が不要になり、運動中の脈圧測定に適している。
ただし、手首側、足首側の両超小型記録装置７は、センサ出力サンプリングタイミングの同期が取れるよう、内蔵するクロックを正確に同調させておく必要がある。

実際の動脈伝搬速度測定では、バンド２を用いて、手首、足首に薄膜形圧電センサ１を装着した後、記録装置に設けられたスイッチをオンすると、上述のように両薄膜形圧電センサ１の脈圧検出値は、携帯型記録装置４あるいは超小型記録装置７にサンプリングされた時間とともに送信され、そのメモリ等の記憶装置に記録されていくことになる。

携帯型記録装置４あるいは超小型記録装置７には、解析装置９にデータを送信するためのＵＳＢ端子１０等の出力端子が設けられており、測定終了後、この出力端子を解析装置９に接続すると、解析装置９は、記録装置４または７のメモリ内に記録された動脈圧力の検出結果と、その検出タイミングとを関連づけて、図１に示されるような手首、足首それぞれにおける動脈波形図を演算する。

図１において、上側の動脈圧力波形は、手首に装着した薄膜形圧電センサ１の検出値を示し、下側の動脈圧力波形は、足首に装着した薄膜形圧電センサ１の検出値を示す。
ここで、両センサの脈圧検出値は、サンプリングされた時間とともに、携帯型記録装置４あるいは超小型記録装置７のメモリに記録されており、サンプリングタイミングを横軸に同期させれば、心臓に近い手首の検出値と、心臓から離れた足首の検出値とでは、１脈圧毎に、連続記録する２つの脈圧波形の立ち上がりの時間差ΔＴが生じる。

そこで、携帯型記録装置４あるいは超小型記録装置７に接続された解析装置９は、それらのメモリに記録された脈圧データから、サンプリングタイミングデータに基づいて脈圧波形を解析し、手首側ピークの直後に現れる足首側のピーク値を同一脈圧によるものとして対応付けた後、手首と足首における脈圧波形の一次微分のピーク値の時間差、すなわち2箇所の脈波の立ち上がりの時間差（ΔＴ）を統計処理する。
事前に，胸部から足首までの直線距離（Lha）と，腕を真横に伸ばした状態での胸部から手首までの直線距離（Lhw）を測定しておき、この2つの長さの差（L=Lha-Lhw）を計算し、これを推定動脈長とする。あるいは、被測定者の身長から計算される推定動脈長を用いて、これをΔＴで除して、脈波伝播速度（V）を計算する。この脈波伝播速度は、動脈が健康な場合は遅いが、動脈硬化が進行するにつれ速くなる。これをベースに、被験者の動脈硬化度を診断することができる。

サンプリングタイミングデータに基づき、例えば、数分間毎のΔＴの平均値を演算し、その値でLを除して得られる脈波伝播速度の平均値を、被験者の年齢毎に選定される動脈硬化度指数マップと対比することにより、被験者の動脈硬化度を演算し、計測期間における遷移をディスプレイに表示するとともに、年齢毎の正常値等との対比結果から、動脈硬化度の診断結果を表示する。
その際、携帯型記録装置４あるいは超小型記録装置７に、運動時、就寝時等、被験者の状態を、時間と関連させて入力できるようにしておき、運動時、勤務時、就寝時のそれぞれの正常値と対比評価すれば、さらに診断精度を高めることができる。

事前に、頚動脈と大腿動脈の脈波の立ち上がりの時間差（ΔＴcf）、および手首と足首の動脈脈波の立ち上がりの時間差（ΔＴ）を一定時間の間に同時記録し、非測定者毎にΔＴcfとΔＴとの関係性（ΔＴcf = a×ΔＴ＋ｂ）を算定しておけば、手首と足首から記録した脈波から計算した脈波伝播速度Vを、大動脈の脈波伝播速度の値に変換する事ができる。

なお、解析装置９は、個別の家庭用コンピュータに専用ソフトをインストールすることにより、構成することができるが、携帯型記録装置４あるいは超小型記録装置７の記録データをインターネットを介して専用サイトにアップロードし、専用サイトにおいてより高機能の解析装置を用いて解析を行い、必要に応じて医師等の診断結果等を配信するようにしてもよい。

以上のとおり、本発明によれば、小型軽量でフィット性の高い薄膜形圧電センサを被験者の手首と足首の動脈上部に装着するだけで、日常生活のあらゆる場面で、長期にわたり動脈伝搬速度を測定することが可能になり、動脈硬化に伴うリスクを正確に測定・評価することが可能になり、しかも、低コストでの製品化が可能であるので、いわゆるヘルスケア商品として広く普及することが期待される。

１ 薄膜形圧電センサ
１ａ 圧力計側面１ａ
２ バンド
４ 携帯型記録装置
７ 超小型記録装置
９ 解析装置

Claims (6)

1. 被験者の手首と足首の動脈上部に装着され、当該部分の脈圧波形を検出する薄膜形圧電センサと、
   前記両センサに接続されるとともに、両センサから検出値をサンプリング時間とともに記録する記憶装置を備えた記録装置と、
   前記記録装置に接続されるとともに、前記記憶装置に記録された記録データに基づいて脈圧波形を演算し、両ピーク値に基づき同一脈圧に対する両検出値の時間差を求め、該時間差に基づいて時間経過毎の動脈伝搬速度を分析評価する解析装置とからなる動脈伝搬速度測定器。
2. 前記薄膜形圧電センサと前記記録装置とを無線接続するようにした請求項１記載の動脈伝搬速度測定器。
3. 前記薄膜形圧電センサと前記記録装置とを一体に設けた請求項１記載の動脈伝搬速度測定器。
4. 前記記録装置と前記解析装置とを無線接続するようにした請求項１ないし３記載の動脈伝搬速度測定器。
5. 前記記録装置をコンピュータに接続し、インターネットを介して前記記憶装置の記録データをアップロードできるようにした、請求項１ないし４記載の動脈伝搬速度測定器。
6. 前記記録装置に入力装置を設け、運動時、就寝時等、被験者の状態を入力できるようにした請求項１ないし５記載の動脈伝搬速度測定器。

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