JP2017029258A

JP2017029258A - 生体情報表示装置

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Publication number: JP2017029258A
Application number: JP2015150093A
Authority: JP
Inventors: 辰夫西原; Tatsuo Nishihara; 伊藤　一博; Kazuhiro Ito; 一博伊藤; 明仁澤口; Akihito Sawaguchi; 誠大石; Makoto Oishi; 幸林; Miyuki Hayashi
Original assignee: Nippon Koden Corp
Current assignee: Nippon Koden Corp
Priority date: 2015-07-29
Filing date: 2015-07-29
Publication date: 2017-02-09
Anticipated expiration: 2035-07-29
Also published as: JP6725217B2

Abstract

【課題】嫌気性代謝閾値（ＡＴ）の測定精度を向上させ、被検者の心肺機能の高精度評価を可能にする生体情報表示装置を提供する。
【解決手段】運動負荷試験の開始から終了までにわたって測定される被検者の脈波伝搬時間（ＰＷＴＴ）の時間推移を表示する表示部を有する。
【選択図】図３

Description

本発明は、生体情報表示装置に関し、特に、運動負荷試験における生体情報を表示する生体情報表示装置に関する。

運動負荷試験においては、運動中の被検者の心電図、血圧、および呼吸気に含まれる酸素／二酸化炭素量の測定が継続的に行われる。医師等は、各測定装置で表示されたこれらの測定データを総合判断し、心臓を中心とする血液循環機能などの心機能の評価、および肺による換気機能などの肺機能の評価を行っている。

一方で、脈波より算出される脈波伝搬時間（ＰＷＴＴ：ＰｕｌｓｅＷａｖｅＴｒａｎｓｉｔＴｉｍｅ）は、心臓の駆出力を示す前駆出時間（ＰＥＰ：ＰｒｅＥｊｅｃｔｉｏｎＰｅｒｉｏｄ）と、心臓が血液を駆出する際の反発力となる体血管抵抗とを反映することが知られている。

脈波伝搬時間（ＰＷＴＴ）を測定して心機能を評価する心機能評価装置としては、下記特許文献１に記載されたものがある。すなわち、生体の二箇所に装着した脈波センサによりそれぞれ測定された脈波の発生時間差（脈波センサ間の脈波伝搬時間）と心電図において検出されたＱ点とに基づいて大動脈内の脈波の立ち上がり点を推定する。そして、Ｑ点と大動脈内の脈波の立ち上がり点とに基づいて前駆出時間ＰＥＰを算出する。これにより、正確かつ容易に前駆出時間ＰＥＰを測定し、心機能を高精度に評価できるという。

特許３６４９４６４号公報

しかし、上記先行技術は、運動負荷試験における心機能の評価は可能であるが、肺機能の評価ができないという問題がある。

一方、心肺機能の評価指標の一つとして、有酸素運動の限界とされる嫌気性代謝閾値（ＡＴ：ＡｎａｅｒｏｂｉｃＴｈｒｅｓｈｏｕｌｄ）がある。従来、嫌気性代謝閾値（ＡＴ）は、測定された吸気中の酸素量に対し呼気中の二酸化炭素量が急激に上昇するときの運動強度として測定される。

しかし、従来の方法では、呼吸気中の酸素／二酸化炭素量を測定する。このため、体内の毛細血管内に滞留する血液や、運動時における動脈圧と静脈圧の酸素分圧較差の変化などにより心機能を正確に反映しない場合があり、また、嫌気性代謝閾値（ＡＴ）が明確とならないことも多いという問題がある。

本発明は、このような問題を解決するためになされたものである。すなわち、運動負荷試験における負荷に伴う被検者の脈波伝搬時間（ＰＷＴＴ）の変化点が、嫌気性代謝閾値（ＡＴ）に対応することに着目し、脈波伝搬時間（ＰＷＴＴ）の時間推移を表示する。これにより、嫌気性代謝閾値（ＡＴ）の測定精度を向上させ、被検者の心肺機能の高精度評価を可能にする生体情報表示装置を提供することを目的とする。

本発明の上記課題は、以下の手段によって解決される。

（１）運動負荷試験の開始から終了までにわたって測定される被検者の脈波伝搬時間の時間推移を表示する表示部を有する生体情報表示装置。

（２）前記表示部は、前記運動負荷試験の開始から終了までにわたって測定される前記被検者の心拍数と収縮期血圧との積算により算出されるダブルプロダクトの時間推移を前記脈波伝搬時間の時間推移と同期させてさらに表示する、上記（１）に記載の生体情報表示装置。

（３）前記表示部は、前記運動負荷試験の開始から終了までにわたって測定される前記被検者の心拍数および血圧の時間推移を、前記脈波伝搬時間の時間推移と同期させてさらに表示する、上記（１）または（２）に記載の生体情報表示装置。

運動負荷試験において被検者の脈波伝搬時間（ＰＷＴＴ）の時間推移を表示する。これにより、嫌気性代謝閾値（ＡＴ）の測定精度を向上させ、被検者の心肺機能の高精度な評価を実現することができる。

本発明の生体情報表示装置を含む運動負荷試験システムの概略構成図である。ステップ負荷試験に用いられる負荷プロトコルの例を示す図である。脈波伝搬時間（ＰＷＴＴ）、ダブルプロダクト（ＤＰ）、心拍数（ＨＲ）、収縮期血圧（ＳＢＰ）、および拡張期血圧（ＤＢＰ）の時間推移を示す図である。心電図および動脈血酸素飽和度（ＳｐＯ_２）の波形と脈波伝搬時間（ＰＷＴＴ）との関係を示す説明図である。運動負荷試験システムの動作の流れを示すフローチャートである。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係る生体情報表示装置について詳細に説明する。

なお、本明細書において、測定されたデータには、測定されたデータに基づいて算出されたデータをも含むものとする。

図１は、本発明の生体情報表示装置を含む運動負荷試験システムの概略構成図である。

運動負荷試験システム１００は、生体情報表示装置２００と、運動負荷装置３００とを有する。

運動負荷装置３００は、トレッドミルやエルゴメータにより構成されることができる。トレッドミルは、走行するベルト上を被検者が歩いたり走ったりできる装置であり、ベルトの速度と傾斜を変えることにより運動負荷を変更することができる。エルゴメータは、機械的または電気的に制動のかかる自転車タイプの装置であり、ペダルの抵抗を変えることにより運動負荷を変更することができる。

以下、説明を簡単にするため、運動負荷装置３００はトレッドミルにより構成されるものとして説明する。

運動負荷装置３００を用いた検査では、ステップ負荷試験とランプ負荷試験とがある。ステップ負荷試験では、多段階のステージとして所定時間ごとに異なる運動負荷を設定し、ステージが進むたびに運動負荷を増加する。ランプ負荷試験では、ステージは設定せずに、経時的に負荷を増加する。

運動負荷装置３００による運動負荷は、負荷プロトコルによりあらかじめ設定されることができる。

図２は、ステップ負荷試験に用いられる負荷プロトコルの例を示す図である。図２に示される負荷プロトコルは、ブルース法によるステップ負荷試験の負荷プロトコルであり、各ステップにおいて、持続時間、ベルトの速度および傾斜が設定されている。

負荷プロトコルは、運動負荷装置３００の負荷量とその持続時間で定義される経時的な負荷計画である。運動負荷装置３００の負荷量は、速度および傾斜により定義される。

なお、図２においては、各ステップにおいて設定された負荷量に基づく運動量（Ｍｅｔｓ）が併せて示されている。負荷量と運動量との関係は、運動負荷装置３００ごとに一般的に知られている。例えば、ある運動負荷装置３００では、運動量（Ｍｅｔｓ）＝（負荷量×１２．２４＋３００）／（体重×３．５）で表されることができる。

通信ポート２５０は、運動負荷装置３００と生体情報表示装置２００の制御部２１０とを接続する。運動負荷装置３００は、通信ポート２５０を介して、制御部２１０によって負荷プロトコルに基づいて制御される。

生体情報表示装置２００は、制御部２１０、表示部２２０、入力部２３０、記憶部２４０、通信ポート２５０、心電誘導装置２６０、ＳｐＯ_２プローブ２７０、および血圧測定器２８０を有する。

入力部２３０は、キーボード、タッチパネル、または専用キーなどにより構成されることができ、各種入力を受け付ける。入力部２３０には、例えば、被検者情報および負荷プロトコルが入力される。被検者情報には、例えば、被検者の年齢、体重、性別が含まれる。

心電誘導装置２６０は、被検者の所定の部位に装着される複数の電極２６１を介して心筋の興奮により生ずる活動電位を示す心電図を連続的に検出し、心電図のデータを制御部２１０へ送信する。

ＳｐＯ_２プローブ２７０は、例えば、被検者の指先に装着されることにより、動脈血酸素飽和度（ＳｐＯ_２）を非侵襲的に測定する。ＳｐＯ_２プローブ２７０は、動脈血酸素飽和度（ＳｐＯ_２）を連続的に測定し、動脈血酸素飽和度のデータを制御部２１０へ送信する。

血圧測定器２８０は、例えば、被検者の上腕に巻回されて装着されたカフ２８１による当該上腕への圧迫圧力を上昇および下降させる過程において測定される脈波の大きさの変化に基づいて、オシロメトリック法により被検者の血圧を測定する。血圧測定器２８０は、連続的に測定した収縮期血圧（ＳＢＰ：ＳｙｓｔｏｌｉｃＢｌｏｏｄＰｒｅｓｓｕｒｅ）と拡張期血圧（ＤＢＰ：ＤｉａｓｔｏｌｉｃＢｌｏｏｄＰｒｅｓｓｕｒｅ）のデータを制御部２１０へ送信する。

記憶部２４０は、ＲＡＭ（ＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ）、フラッシュメモリ、およびＳＤカードを有して構成され、各種データおよび各種プログラムを記憶する。ＲＡＭは、例えば、制御部２１０によりプログラムが実行される際の作業領域として使用される。フラッシュメモリまたはＳＤカードには、例えば、心電誘導装置２６０により測定された心電図、ＳｐＯ_２プローブ２７０により測定された動脈血酸素飽和度（ＳｐＯ_２）、血圧測定器２８０により測定された収縮期血圧（ＳＢＰ）や拡張期血圧（ＤＢＰ）のデータが格納される。さらに、フラッシュメモリまたはＳＤカードには、測定された心拍数（ＨＲ：ＨｅａｒｔＲａｔｅ）、ダブルプロダクト（ＤＰ：ＤｏｕｂｌｅＰｒｏｄｕｃｔ）、および脈波伝搬時間（ＰＷＴＴ）のデータが格納される。ダブルプロダクト（ＤＰ）とは、心拍数（ＨＲ）と収縮期血圧（ＳＢＰ）の積で表される指標であり、ダブルプロダクト（ＤＰ）により心筋の酸素需要量を簡便に推定することができる。また、ＳＤカードには、負荷プロトコルにしたがい制御部２１０が運動負荷装置３００を制御するためのプログラムや、生体情報表示装置２００の各構成要素を制御部２１０が制御するためのプログラムが格納される。

表示部２２０は、例えば、液晶表示装置により構成されることができ、測定された脈波伝搬時間（ＰＷＴＴ）、心拍数（ＨＲ）、ダブルプロダクト（ＤＰ）、収縮期血圧（ＳＢＰ）、および拡張期血圧（ＤＢＰ）の時間推移を同期させて表示する。

図３は、脈波伝搬時間（ＰＷＴＴ）、ダブルプロダクト（ＤＰ）、心拍数（ＨＲ）、収縮期血圧（ＳＢＰ）、および拡張期血圧（ＤＢＰ）の時間推移を示す図である。なお、図３においては、心拍数（ＨＲ）、ダブルプロダクト（ＤＰ）、収縮期血圧（ＳＢＰ）、および拡張期血圧（ＤＢＰ）を同じ座標軸（左側の縦軸）の座標として表示する必要上、ダブルプロダクト（ＤＰ）については、１／１００を乗じた、ダブルプロダクト（ＤＰ）／１００の値として表示した。

脈波伝搬時間（ＰＷＴＴ）の時間推移を参照すれば、運動負荷試験により被検者に運動負荷が付与され始めると、脈波伝搬時間（ＰＷＴＴ）は、１７５ｍｓ程度の値を保った後、１１５ｍｓ程度の値まで特徴的に変化する。この特徴的な変化が現れた時間（以下、「特徴変化点」と称する）における運動強度は、嫌気性代謝閾値（ＡＴ）に対応する。特徴変化点は、例えば、脈波伝搬時間（ＰＷＴＴ）が特徴的に変化する期間の中心点とすることができるが、実験結果などを考慮して必要に応じて補正されることができる。図３においては、脈波伝搬時間（ＰＷＴＴ）が特徴的に変化する期間の中心点が特徴変化点として太い破線で示されている。

脈波伝搬時間（ＰＷＴＴ）は、ダブルプロダクト（ＤＰ）の時間推移と同期させて表示される。これにより、ユーザーは、ダブルプロダクト（ＤＰ）の時間推移の特徴をも考慮して脈波伝搬時間（ＰＷＴＴ）の時間推移における特徴変化点を認識できるため、嫌気性代謝閾値（ＡＴ）の測定精度を向上することができる。

脈波伝搬時間（ＰＷＴＴ）は、さらに、心拍数（ＨＲ）、収縮期血圧（ＳＢＰ）、および拡張期血圧（ＤＢＰ）の時間推移と同期させて表示されることができる。これにより、嫌気性代謝閾値（ＡＴ）の運動強度における心拍数（ＨＲ）、収縮期血圧（ＳＢＰ）、および拡張期血圧（ＤＢＰ）を正確に認識することができる。

図１に戻り、制御部２１０は、ＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）により構成させることができ、プログラムにしたがい生体情報表示装置２００の各構成要素を制御する。制御部２１０は、心電図のデータに基づいて心拍数（ＨＲ）を算出する。心拍数（ＨＲ）は、心電図の隣接するＲ波の間隔として算出されることができる。制御部２１０は、心拍数（ＨＲ）と収縮期血圧（ＳＢＰ）とを積算することでダブルプロダクト（ＤＰ）を算出する。さらに、制御部２１０は、心電図および動脈血酸素飽和度（ＳｐＯ_２）のデータに基づいて脈波伝搬時間（ＰＷＴＴ）を算出する。

図４は、心電図および動脈血酸素飽和度（ＳｐＯ_２）の波形と脈波伝搬時間（ＰＷＴＴ）との関係を示す説明図である。

脈波伝搬時間（ＰＷＴＴ）は、心電図のＲ波から末梢の脈波出現までの時間として測定される。末梢の脈波は、被検者の指先に装着されたＳｐＯ_２プローブ２７０により検出された動脈血酸素飽和度（ＳｐＯ_２）の波形に現れた光電脈波が利用される。図４において矢印により示されるように、脈波伝搬時間（ＰＷＴＴ）は、心電図のＲ波から動脈血酸素飽和度（ＳｐＯ_２）の波形における末梢の脈波出現までの時間として算出される。

運動負荷試験システム１００の動作について説明する。

図５は、運動負荷試験システムの動作の流れを示すフローチャートである。本フローチャートは、プログラムにしたがい生体情報表示装置２００の制御部２１０により実行されることができる。

生体情報表示装置２００の入力部２３０は、被検者の被検者情報の入力を受け付ける（Ｓ１０１）。

入力部２３０は、負荷プロトコルの入力を受け付ける（Ｓ１０２）。なお、入力部２３０は、制御部２１０により表示部２２０に表示された負荷プロトコルの選択画面において所望の負荷プロトコルが選択されることにより負荷プロトコルの入力を受け付けてもよい。この場合、記憶部２４０には複数の負荷プロトコルの候補をあらかじめ記憶させておくことができる。

制御部２１０は、入力された被検者の被検者情報に基づいて、運動負荷試験において被検者に到達させる目標心拍数を算出する（Ｓ１０３）。目標心拍数は、一般的に知られている算出方法により算出される。例えば、２２０から被検者の年齢を減じて最大心拍数と推定し、その最大心拍数の７０％を目標心拍数とすることができる。

制御部２１０は、心電誘導装置２６０により測定された心電図に基づいて被検者の心拍数（ＨＲ）を測定し、記憶部２４０に保存する（Ｓ１０４）。心拍数（ＨＲ）は、ユーザーが見ることができるように表示部２２０に表示される。

制御部２１０は、運動負荷試験を開始するかどうか判断する（Ｓ１０５）。運動負荷試験を開始するか否かの判断は、ユーザーによる負荷試験開始の指示が入力部２３０に入力されたか否かにより判断される。

制御部２１０は、運動負荷試験を開始しない場合（Ｓ１０５：ＮＯ）、安静時の心拍数（ＨＲ）を再度計測するかどうか判断する（Ｓ１０６）。この判断は、ユーザーによる心拍数（ＨＲ）の再測定の指示が入力部２３０に入力されたか否かにより判断される。ユーザーはステップＳ１０４において測定された被検者の心拍数（ＨＲ）が緊張などにより正常でないと判断した場合、入力部２３０に心拍数（ＨＲ）の再測定の指示を入力することができる。

制御部２１０は、心拍数（ＨＲ）を再測定すると判断した場合は（Ｓ１０６：ＹＥＳ）、ステップＳ１０４に戻り、心拍数（ＨＲ）を再測定する。制御部２１０は、心拍数（ＨＲ）を再測定しないと判断した場合は（Ｓ１０６：ＮＯ）、ステップＳ１０５に戻り、運動負荷試験を開始するかどうか判断する。

制御部２１０は、運動負荷試験を開始すると判断した場合（Ｓ１０５：ＹＥＳ）、ステップＳ１０２で入力された負荷プロトコルにしたがって、通信ポート２５０を通じて運動負荷装置３００の駆動を開始する（Ｓ１０７）。被検者には、時間経過とともに、負荷プロトコルによって設定された負荷量に基づく運動量（Ｍｅｔｓ）が付与される。

制御部２１０は、心電誘導装置２６０、ＳｐＯ_２プローブ２７０、および血圧測定器２８０から、それぞれ心電図、動脈血酸素飽和度（ＳｐＯ_２）、および血圧のデータを取得し、記憶部２４０に保存する（Ｓ１０８）。

制御部２１０は、心電図のデータに基づいて心拍数（ＨＲ）を算出し、心拍数（ＨＲ）と収縮期血圧（ＳＢＰ）との積算によりダブルプロダクト（ＤＰ）を算出し、心電図および動脈血酸素飽和度（ＳｐＯ_２）のデータに基づいて脈波伝搬時間（ＰＷＴＴ）を算出する（Ｓ１０９）。

制御部２１０は、脈波伝搬時間（ＰＷＴＴ）、ダブルプロダクト（ＤＰ）、心拍数（ＨＲ）、収縮期血圧（ＳＢＰ）、および拡張期血圧（ＤＢＰ）の時間推移を同期させて表示部２２０に表示する（Ｓ１１０）。

制御部２１０は、運動負荷試験による被検者への負荷を終了するかどうか判断する（Ｓ１１１）。制御部２１０は、負荷プロトコルにしたがい、または、ユーザーにより入力部２３０に運動負荷試験の終了の指示が入力されたか否かによって運動負荷試験による被検者への負荷を終了するかどうか判断することができる。

制御部２１０は、運動負荷試験による被検者への負荷を終了しないと判断した場合は（Ｓ１１１：ＮＯ）、ステップＳ１０８の処理に戻り、運動負荷試験を継続するとともに、脈波伝搬時間（ＰＷＴＴ）などの時間推移の表示部２２０への表示を継続する。制御部２１０は、運動負荷試験による被検者への負荷を終了すると判断した場合は（Ｓ１１１：ＹＥＳ）、運動負荷試験による被検者への負荷より軽い負荷を被検者に付与し、クーリングダウンのための整理運動を被検者に実施させる（Ｓ１１２）。

制御部２１０は、クーリングダウンを終了するかどうか判断する（Ｓ１１３）。制御部２１０は、クーリングダウンを終了するかどうかを、ユーザーにより入力部２３０にクーリングダウンの終了の指示が入力されたか否かによって判断することができる。

制御部２１０は、クーリングダウンを終了すると判断するまでは、被検者にクーリングダウンのための整理運動の実施を継続させる（Ｓ１１３：ＮＯ）。制御部２１０は、クーリングダウンを終了すると判断したときは（Ｓ１１３：ＹＥＳ）、運動負荷装置３００の駆動を停止し、被検者にクーリングダウンのための整理運動の実施を終了させる。

本実施形態は以下の効果を奏する。

さらに、ダブルプロダクト（ＤＰ）の時間推移を前記脈波伝搬時間（ＰＷＴＴ）の時間推移と同期させて表示する。これにより、ダブルプロダクト（ＤＰ）の時間推移の特徴をも考慮して脈波伝搬時間（ＰＷＴＴ）の時間推移における特徴変化点を認識できるため、嫌気性代謝閾値（ＡＴ）の測定精度を向上することができる。

さらに、心拍数（ＨＲ）および血圧の時間推移を、脈波伝搬時間の時間推移と同期させてさらに表示する。これにより、嫌気性代謝閾値（ＡＴ）の運動強度における心拍数（ＨＲ）および血圧を正確に認識することができる。また、複数の生体情報が時間的に同期されて表示されることにより、生体情報を測定する装置ごとに独立して表示される生体情報を装置ごとに確認する煩雑さを回避し、医師の診断時の負担を軽減することができる。

以上、本発明の実施形態に係る生体情報表示装置は、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。

例えば、上述した実施形態においては、運動負荷試験による被検者への負荷が開始された後の脈波伝搬時間（ＰＷＴＴ）の時間推移を表示している。しかし、運動負荷試験による被検者への負荷の付与が開始される前から被検者への負荷の付与が終了した後にわたって脈波伝搬時間（ＰＷＴＴ）が測定され、脈波伝搬時間（ＰＷＴＴ）の時間推移が表示されてもよい。

また、上述した実施形態においては、脈波伝搬時間（ＰＷＴＴ）を、心電図のＲ波から末梢の脈波出現までの時間として測定している。しかし、脈波伝搬時間（ＰＷＴＴ）は、被検者である生体の二箇所に装着した脈波センサによりそれぞれ測定された脈波の発生時間差として測定されてもよい。

また、上述した実施形態においてプログラムにより実現される機能の一部または全部を回路などのハードウェアにより実現してもよい。

１００運動負荷試験システム、
２００生体情報表示装置、
３００運動負荷装置。

Claims

運動負荷試験の開始から終了までにわたって測定される被検者の脈波伝搬時間の時間推移を表示する表示部を有する生体情報表示装置。
前記表示部は、前記運動負荷試験の開始から終了までにわたって測定される前記被検者の心拍数と収縮期血圧との積算により算出されるダブルプロダクトの時間推移を前記脈波伝搬時間の時間推移と同期させてさらに表示する、請求項１に記載の生体情報表示装置。
前記表示部は、前記運動負荷試験の開始から終了までにわたって測定される前記被検者の心拍数および血圧の時間推移を、前記脈波伝搬時間の時間推移と同期させてさらに表示する、請求項１または２に記載の生体情報表示装置。