JP2024063672A - Arterial endothelial function testing device - Google Patents
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Abstract
【課題】圧迫帯による圧迫下において、生体の動脈血管の内皮に効率よく充分な大きさのずり応力を付与することができ、信頼性の高い動脈血管の内皮機能検査装置を提供する。【解決手段】血流振動判定部38により検出される血流振動が発生するように圧迫圧制御部32を制御するずり応力付与制御部36が、含まれる。これにより、ずり応力付与制御部36が、血流振動判定部38により検出される血流振動が発生するように圧迫圧制御部32を制御するので、圧迫帯12による圧迫下において、生体の動脈血管14aの内皮に効率よく充分な大きさのずり応力を付与することができ、動脈血管14aの内皮機能検査装置の信頼性を高めることができる。【選択図】図2[Problem] To provide a highly reliable arterial endothelial function testing device that can efficiently apply a sufficient amount of shear stress to the endothelium of the arterial blood vessel of a living body under compression by a compression cuff. [Solution] The device includes a shear stress application control unit 36 that controls a compression pressure control unit 32 so as to generate blood flow vibrations that can be detected by a blood flow vibration determination unit 38. As a result, the shear stress application control unit 36 controls the compression pressure control unit 32 so as to generate blood flow vibrations that can be detected by the blood flow vibration determination unit 38, so that a sufficient amount of shear stress can be efficiently applied to the endothelium of the arterial blood vessel 14a of the living body under compression by a compression cuff 12, thereby improving the reliability of the arterial blood vessel 14a endothelial function testing device. [Selected Figure] Figure 2
Description
本発明は、生体の一部に巻回された圧迫帯から生体の動脈の内皮にずり応力を付与することに基づいて、血管の内皮機能を検査することができる動脈血管の内皮機能検査装置に関するものである。 The present invention relates to an arterial endothelial function testing device that can test the endothelial function of blood vessels by applying shear stress to the endothelium of the artery of a living body from a pressure cuff wrapped around a part of the living body.
生体の動脈硬化に先立って動脈血管の内皮機能の低下が発現するという研究があり、そのような内皮機能に関する評価装置が種々提案されている。この内皮機能とは、動脈の血管壁を構成する外皮、中皮、および内皮のうちの最内周に位置する内皮に作用する血流のずり応力に基づいてその内皮からNOが産生され、そのNOにより平滑筋が弛緩させられることで発生する血管拡張反応を言う。 There is research showing that a decline in endothelial function of arterial blood vessels occurs prior to arteriosclerosis in the body, and various devices for evaluating such endothelial function have been proposed. This endothelial function refers to a vasodilatory response that occurs when the endothelium, located at the innermost periphery of the exothelium, mesothelium, and endothelium that make up the arterial vascular wall, produces NO based on the shear stress of the blood flow that acts on the endothelium, which relaxes the smooth muscle.
たとえば、特許文献1には、内皮機能検査装置が提案されている。これらの内皮機能検査装置は、被検者の腕を圧迫帯を用いて圧迫することにより動脈を止血してたとえば5分間維持し、その後に止血を解除したとき、超音波画像を用いて把握される動脈の断面形状の変化たとえば血管内腔径の止血前の内皮径に対する最大変化率を測定し、その血管内腔径の最大変化率に基づいて動脈血管の内皮機能を評価している。上記内皮機能検査装置によれば、圧迫帯による5分間の止血の後に、一挙に止血が解放されることで、動脈血管の内皮にずり応力が短時間内に加えられる。
For example,
しかしながら、止血状態の圧迫帯を急解放することにより動脈血管内に血流を生じさせて動脈血管の内皮にずり応力を付与する場合には、被測定者に苦痛を与えるだけでなく、開放状態の動脈血管内を血流が通過させられるので、必ずしも充分な時間で充分な大きさのずり応力が付与される訳でなかった。 However, when a pressure band in a tourniquet state is suddenly released to cause blood flow in the arterial blood vessel and apply shear stress to the endothelium of the arterial blood vessel, not only does this cause pain to the subject, but because blood is forced to pass through the open arterial blood vessel, it is not always possible to apply a sufficient amount of shear stress for a sufficient period of time.
これに対して、生体の一部に巻き受けられた圧迫帯(カフ)と、その圧迫帯による圧迫圧力を制御する圧迫圧制御部と、圧迫帯に接続され、圧迫帯による圧迫圧力を検出する圧力センサとを有し、前記圧迫圧制御部により制御される圧迫圧が生体の心拍に同期して前記圧迫圧に重畳する圧力振動である複数の脈波毎の血流によって動脈血管の内皮にずり応力を付与するずり応力付与部と、前記ずり応力付与部によりずり応力が付与された後に、動脈血管の拡張関連値の継続を開始し、前記拡張関連値に基づいて前記動脈血管の内皮機能を評価する評価値を算出する血管拡張反応評価部とを含む動脈血管の内皮機能検査装置が提案されている。たとえば、特許文献2に記載された圧迫帯カフ圧から抽出された脈波を用いた動脈血管の内皮機能評価装置がそれである。このような動脈血管の内皮機能評価装置によれば、圧迫圧制御部により制御される圧迫圧が生体の心拍に同期して前記圧迫圧に重畳する圧力振動である複数の脈波毎の血流によって動脈血管の内皮にずり応力を付与するので、圧迫帯による圧迫によって狭くされた動脈血管内を血流が通されるので、比較的短時間で充分なずり応力を動脈血管の内皮に付与されるという特徴がある。
In response to this, an endothelial function testing device for an arterial blood vessel has been proposed, which includes a compression band (cuff) wrapped around a part of the living body, a compression pressure control unit that controls the compression pressure of the compression band, and a pressure sensor connected to the compression band and detects the compression pressure of the compression band, a shear stress applying unit that applies shear stress to the endothelium of the arterial blood vessel by blood flow for each of a plurality of pulse waves, which are pressure vibrations that are superimposed on the compression pressure controlled by the compression pressure control unit in synchronization with the heartbeat of the living body, and a vasodilation response evaluation unit that starts the continuation of the dilation-related value of the arterial blood vessel after the shear stress is applied by the shear stress applying unit, and calculates an evaluation value that evaluates the endothelial function of the arterial blood vessel based on the dilation-related value. For example, the endothelial function evaluation device for an arterial blood vessel using a pulse wave extracted from the compression band cuff pressure described in
ところで、上記従来の動脈血管の内皮機能評価装置では、圧迫帯の圧迫圧を生体の最高血圧以上に上昇させてから大気圧まで下降させる圧迫圧下降過程で、脈波に同期して繰り返し発生する、圧迫帯の圧迫により狭くされた動脈血管内を通過する血流が、動脈血管の内皮に対するずり応力の付与に用いられる。しかしながら、そのように、単に、脈波に同期して圧迫帯の圧迫により狭くされた動脈血管内に血流を通過させる場合には、ずり応力の付与開始時点から血管拡張反応が開始するまでの18秒~20秒程度の比較的短い血管拡張反応時間内にずり応力の付与を完了させる必要があるので、必ずしも充分な大きさのずり応力を動脈血管の内皮に付与することにはならず、内皮機能の評価に十分な精度が得られなかった。 In the above-mentioned conventional arterial vascular endothelial function evaluation device, during the compression pressure reduction process in which the compression pressure of the compression band is increased above the systolic blood pressure of the living body and then decreased to atmospheric pressure, the blood flow that passes through the arterial blood vessel narrowed by the compression of the compression band, which occurs repeatedly in synchronization with the pulse wave, is used to apply shear stress to the endothelium of the arterial blood vessel. However, when blood is simply passed through the arterial blood vessel narrowed by the compression of the compression band in synchronization with the pulse wave, the application of shear stress needs to be completed within a relatively short vasodilation reaction time of about 18 to 20 seconds from the start of the application of shear stress to the start of the vasodilation reaction, so that a sufficient amount of shear stress is not necessarily applied to the endothelium of the arterial blood vessel, and sufficient accuracy in evaluating endothelial function cannot be obtained.
本発明は、以上の事情を背景として為されたものであり、その目的とするところは、圧迫帯による圧迫下において、生体の動脈血管の内皮に効率よく充分な大きさのずり応力を付与することができ、信頼性の高い動脈血管の内皮機能検査装置を提供することにある。 The present invention was made against the background of the above circumstances, and its purpose is to provide a highly reliable device for testing the endothelial function of arterial blood vessels that can efficiently apply a sufficient amount of shear stress to the endothelium of the arterial blood vessels of a living body under pressure from a pressure band.
本発明者等は、以上の事情を背景として、生体の一部たとえば上腕に巻回した圧迫帯の圧迫圧力下において狭くされた動脈血管内を、比較的短い血管拡張反応開始までの時間内の限られた回数でずり応力の限られた回数で脈拍に同期した血流を通過させることで、充分な大きさのずり応力を発生させるようとして、種々研究を重ねた。この結果、圧迫帯により圧迫された動脈血管内を通過する血流が層流であるときよりも渦流であるときの方が、動脈血管の内皮に付与されるずり応力が大きいという仮定に基づいて、生体の最高血圧よりも高い圧迫圧力から下降する間で圧迫帯の圧迫により動脈血管が狭くされた部位に血流が通過する状態で圧迫帯の圧力であるカフ圧信号を採取して周波数解析すると、脈波の基本周波数の他に、それよりも高い別の振動の基本周波数成分が生じることに気づいた。そして、その脈波の基本周波数の高い基本周波数成分の別の振動とは、圧迫帯の圧迫圧力下において狭くされた動脈血管内を血流が通過させられるときに発生する血液の渦流による振動(血流振動)であることが推定された。 In light of the above circumstances, the inventors have conducted various studies to generate a sufficient amount of shear stress by passing a blood flow synchronized with the pulse through an arterial blood vessel narrowed under the pressure of a compression band wrapped around a part of the living body, for example the upper arm, a limited number of times within a relatively short time until the onset of a vasodilation reaction. As a result, based on the assumption that the shear stress applied to the endothelium of the arterial blood vessel is greater when the blood flow passing through the arterial blood vessel compressed by the compression band is a vortex flow than when it is a laminar flow, the inventors have noticed that, in addition to the fundamental frequency of the pulse wave, a fundamental frequency component of another vibration higher than that is generated when the cuff pressure signal, which is the pressure of the compression band, is collected and frequency analyzed in a state in which blood flows through a part of the arterial blood vessel narrowed by the compression band while decreasing from a compression pressure higher than the systolic blood pressure of the living body. And, it was estimated that the other vibration of the fundamental frequency component with a higher fundamental frequency of the pulse wave is a vibration (blood flow vibration) caused by a vortex flow of blood generated when blood flows through an arterial blood vessel narrowed under the compression pressure of the compression band.
そして、動脈血管が潰れるに十分な圧まで昇圧して駆血し、その後に圧迫圧力を下降させる過程で発生する脈波であって、前記血液の渦流による血流振動(血流音)を伴う脈波に伴う血流を用いて動脈の内皮にずり応力を付与するとき、圧迫帯により圧迫されたときに発生する血液の渦流による振動(血流音)を伴わない脈波(動脈血管内を通過する血流が層流である脈波)を用いるよりも、動脈血管の内皮に付与されるずり応力が大きく、ずり応力付与開始から比較的短い血管拡張反応開始までの時間内の限られた回数で動脈血管の内皮に効率よく充分なずり応力を付与することができ、信頼性の高い動脈血管の内皮機能検査装置が得られることを見いだした。本発明は、斯かる知見に基づいて為されたものである。 Then, it was found that when shear stress is applied to the endothelium of an artery using a pulse wave that is generated in the process of increasing the pressure to a level sufficient to collapse the artery, performing avascularization, and then decreasing the compression pressure, and that the blood flow associated with the pulse wave accompanied by blood flow vibrations (blood flow sounds) caused by blood vortices is greater than when a pulse wave (a pulse wave in which the blood flow passing through the artery is laminar) that is not accompanied by blood vortex vibrations (blood flow sounds) generated when compressed by a compression band is used, and that it is possible to efficiently apply sufficient shear stress to the endothelium of an artery in a limited number of times within the relatively short time from the start of the application of shear stress to the start of the vasodilation reaction, thereby obtaining a highly reliable device for testing the endothelial function of an artery. The present invention was made based on such findings.
すなわち、第1発明の要旨とするところは、(a)生体の一部を巻回する圧迫帯と、前記圧迫帯の圧迫圧を検出する圧力センサと、前記圧迫帯により圧迫される前記生体内の動脈血管から発生する血流振動を検出する血流振動判定部と、前記圧迫帯の圧迫圧を制御する圧迫圧制御部とを備え、前記圧迫帯による圧迫により前記生体の一部を阻血後に、前記圧迫圧の下降により前記生体内の動脈血管を緩やかに解放して前記動脈血管の内皮にずり応力を付与した後、前記圧迫帯の圧迫圧を予め定められた圧脈波採取圧力に保持した状態で、前記圧迫帯内の圧迫圧の変動である圧脈波の変化に基づいて前記動脈血管の内皮機能を評価する動脈血管の内皮機能検査装置であって、(b)前記血流振動判定部により検出される前記血流振動が発生するように前記圧迫圧制御部を制御するずり応力付与制御部を、含むことにある。 That is, the gist of the first invention is an endothelial function testing device for an arterial blood vessel, which includes (a) a pressure band that wraps around a part of a living body, a pressure sensor that detects the pressure of the pressure band, a blood flow vibration determination unit that detects blood flow vibration generated from an arterial blood vessel in the living body compressed by the pressure band, and a pressure control unit that controls the pressure of the pressure band, and after blood flow is blocked by the pressure band, the pressure band gradually releases the arterial blood vessel in the living body by lowering the pressure to apply shear stress to the endothelium of the arterial blood vessel, and then evaluates the endothelial function of the arterial blood vessel based on changes in the pressure pulse wave, which is the fluctuation of the pressure in the pressure band, while maintaining the pressure of the pressure band at a predetermined pressure pulse wave collection pressure, and (b) a shear stress application control unit that controls the pressure control unit so that the blood flow vibration detected by the blood flow vibration determination unit occurs.
第1発明の動脈血管の内皮機能検査装置によれば、(a)生体の一部を巻回する圧迫帯と、前記圧迫帯の圧迫圧を検出する圧力センサと、前記圧迫帯により圧迫される前記生体内の動脈血管から発生する血流振動を検出する血流振動判定部と、前記圧迫帯の圧迫圧を制御する圧迫圧制御部とを備え、前記圧迫帯による圧迫により前記生体の一部を阻血後に、前記圧迫帯の圧迫圧の下降により前記生体内の動脈血管を緩やかに解放して前記動脈血管の内皮にずり応力を付与した後、前記圧迫帯の圧迫圧を予め定められた圧脈波採取圧力に保持した状態で、前記圧迫帯内の圧迫圧の変動である圧脈波に基づいて前記動脈血管の内皮機能を評価する動脈血管の内皮機能検査装置であって、(b)前記血流振動判定部により検出される前記血流振動が発生するように前記圧迫圧制御部を制御するずり応力付与制御部を、含む。これにより、ずり応力付与制御部が、前記血流振動判定部により検出される前記血流振動が発生するように前記圧迫圧制御部を制御するので、圧迫帯による圧迫下において、生体の動脈血管の内皮に効率よく充分な大きさのずり応力を付与することができ、動脈血管の内皮機能検査装置の信頼性を高めることができる。 According to the first invention, the endothelial function testing device for arterial blood vessels includes: (a) a pressure sensor for wrapping a part of a living body; a pressure sensor for detecting the pressure of the pressure sensor; a blood flow vibration determination unit for detecting blood flow vibrations generated from the arterial blood vessels in the living body compressed by the pressure sensor; and a pressure control unit for controlling the pressure of the pressure sensor. After the part of the living body is blocked by the pressure sensor, the pressure of the pressure sensor is gradually released by lowering the pressure sensor to apply shear stress to the endothelium of the arterial blood vessels. After that, the pressure sensor evaluates the endothelial function of the arterial blood vessels based on the pressure pulse wave, which is the fluctuation of the pressure in the pressure sensor, while maintaining the pressure sensor at a predetermined pressure pulse wave collection pressure. (b) A shear stress application control unit for controlling the pressure sensor to generate the blood flow vibrations detected by the blood flow vibration determination unit. As a result, the shear stress application control unit controls the compression pressure control unit so that the blood flow vibration detected by the blood flow vibration determination unit occurs, so that a sufficient amount of shear stress can be efficiently applied to the endothelium of the living body's arterial blood vessels under compression by the compression band, thereby improving the reliability of the arterial blood vessel endothelial function testing device.
ここで、好適には、前記血流振動判定部は、前記圧力センサにより検出された圧迫圧を表す圧迫圧信号から、前記圧迫圧信号に前記生体の脈拍に同期して重畳する圧力振動を抽出し、前記圧力振動に含まれる前記血流振動の周波数成分の大きさに基づいて前記血流振動を判定する。これにより、前記カフ圧信号に前記生体の脈拍に同期して重畳する圧力振動に含まれる前記血流振動の周波数成分の大きさに基づいて前記血流振動が判定されるので、圧迫帯による圧迫下において、生体の動脈血管の内皮に効率よく充分な大きさのずり応力を付与することができる。 Preferably, the blood flow vibration determination unit extracts pressure vibrations that are superimposed on the compression pressure signal in synchronization with the pulse of the living body from the compression pressure signal representing the compression pressure detected by the pressure sensor, and determines the blood flow vibrations based on the magnitude of the frequency components of the blood flow vibrations contained in the pressure vibrations. As a result, the blood flow vibrations are determined based on the magnitude of the frequency components of the blood flow vibrations contained in the pressure vibrations that are superimposed on the cuff pressure signal in synchronization with the pulse of the living body, and therefore a sufficient amount of shear stress can be efficiently applied to the endothelium of the arterial blood vessels of the living body under compression by the compression band.
また、好適には、前記血流振動判定部は、前記圧力振動に含まれる脈波の基本周波数成分の大きさに対して前記圧力振動に含まれる前記血流振動の基本周波数成分の大きさの割合が所定の閾値以上であることに基づいて血流振動を判定する。これにより、前記圧力振動に含まれる脈波の基本周波数成分の大きさと前記圧力振動に含まれる前記血流振動の基本周波数成分の大きさとの相対的な比較に基づいて前記血流振動が判定されるので、ゲインの変化や個人差の影響が少なくなり、圧迫帯による圧迫下において、生体の動脈血管の内皮に効率よく充分な大きさのずり応力を確実に付与することができる。 Moreover, preferably, the blood flow vibration determination unit determines blood flow vibration based on whether the ratio of the magnitude of the fundamental frequency component of the blood flow vibration contained in the pressure vibration to the magnitude of the fundamental frequency component of the pulse wave contained in the pressure vibration is equal to or greater than a predetermined threshold value. As a result, the blood flow vibration is determined based on a relative comparison between the magnitude of the fundamental frequency component of the pulse wave contained in the pressure vibration and the magnitude of the fundamental frequency component of the blood flow vibration contained in the pressure vibration, so that the influence of gain changes and individual differences is reduced, and a sufficient magnitude of shear stress can be efficiently and reliably applied to the endothelium of the arterial blood vessels of the living body under compression by a pressure band.
また、好適には、前記血流振動判定部は、前記圧迫帯に設けられて前記動脈血管内に発生する血流音を検出するマイクロホンを備え、前記マイクロホンにより検出された前記血流音の大きさに基づいて前記血流振動を判定する。このようすれば、バンドパスフィルタおよび周波数解析を用いなくても血流振動が得られ、圧迫帯による圧迫下において、生体の動脈血管の内皮に効率よく充分な大きさのずり応力を付与することができる。 Preferably, the blood flow vibration determination unit includes a microphone that is attached to the pressure band to detect blood flow sounds generated in the arterial blood vessel, and determines the blood flow vibration based on the magnitude of the blood flow sounds detected by the microphone. In this way, blood flow vibration can be obtained without using a bandpass filter and frequency analysis, and a sufficient amount of shear stress can be efficiently applied to the endothelium of the arterial blood vessel of the living body under pressure from the pressure band.
また、好適には、前記内皮機能検査装置は、前記圧迫帯による前記圧迫圧の下降に先立って、前記圧迫圧制御部に、前記圧迫帯による圧迫により前記生体の一部を30秒以上阻血させる阻血制御部を備える。これにより、圧迫帯よりも下流側の動脈血管とそれに毛細血管を介して接続された静脈血管とが相互に充分に均圧化された状態で、圧迫帯による阻血が解放されるので、上記圧迫帯下流側の動脈血管への血液の流入量が確保され、ずり応力の付与効果が高められる。 Preferably, the endothelial function testing device further includes a blood flow blocking control unit that blocks blood flow to a part of the living body for 30 seconds or more by applying pressure to the compression band before the compression band is lowered. This releases the blood flow blocking effect of the compression band when the pressure in the arterial blood vessel downstream of the compression band and the venous blood vessel connected to the arterial blood vessel via the capillary vessel are sufficiently equalized, ensuring the flow of blood into the arterial blood vessel downstream of the compression band and enhancing the effect of applying shear stress.
また、好適には、前記圧迫圧制御部は、前記血流振動判定部により前記圧迫帯による圧迫圧が一定である区間で得られた前記圧力振動に含まれる前記血流振動の基本周波数成分の大きさの割合が所定の閾値を下まわると判定された場合は、前記圧迫帯による圧迫圧を下降させ、前記血流振動判定部により前記血流振動の基本周波数成分の大きさの割合が所定の閾値以上であると判定された場合は、前記圧迫帯による圧迫圧を所定脈拍数だけ維持する。これにより、前記圧力振動に含まれる前記血流振動の基本周波数成分の大きさの割合が所定の閾値以上である血流がずり応力の付与に多く用いられるので、ずり応力の付与効果が高められる。 Preferably, the compression pressure control unit decreases the compression pressure of the compression band when the blood flow vibration determination unit determines that the ratio of the magnitude of the fundamental frequency component of the blood flow vibration contained in the pressure vibration obtained in the section where the compression pressure of the compression band is constant is below a predetermined threshold, and maintains the compression pressure of the compression band for a predetermined pulse rate when the blood flow vibration determination unit determines that the ratio of the magnitude of the fundamental frequency component of the blood flow vibration is equal to or greater than a predetermined threshold. As a result, blood flows in which the ratio of the magnitude of the fundamental frequency component of the blood flow vibration contained in the pressure vibration is equal to or greater than a predetermined threshold are used more frequently for applying shear stress, thereby enhancing the effect of applying shear stress.
また、好適には、前記所定の閾値は、前記生体の平均血圧値から離れるほど小さい値とされている。これにより、ずり応力の付与効果の高い血流が用いられるので、一層、ずり応力の付与効果が高められる。 Moreover, preferably, the predetermined threshold value is set to a smaller value as it deviates from the mean blood pressure value of the living body. This allows a blood flow with a high shear stress application effect to be used, further enhancing the effect of applying shear stress.
また、好適には、前記圧迫圧制御部は、前記圧迫圧を段階的に下降させ、前記血流振動判定部は、前記圧迫帯による圧迫圧が一定である区間で得られた前記圧力振動に含まれる前記血流振動の基本周波数成分の大きさの割合が所定の閾値以上であることに基づいて血流振動を判定するものである。このようにすれば、圧迫圧が連続的に変化する区間で得られた圧力振動を用いる場合に比較して、圧迫圧の周波数成分による影響がなく、圧力振動が正確に得られる。 Preferably, the compression pressure control unit gradually decreases the compression pressure, and the blood flow vibration determination unit determines the blood flow vibration based on whether the ratio of the magnitude of the fundamental frequency component of the blood flow vibration contained in the pressure vibration obtained in a section where the compression pressure by the compression band is constant is equal to or greater than a predetermined threshold value. In this way, the pressure vibration can be obtained accurately without being affected by the frequency component of the compression pressure, compared to when using pressure vibration obtained in a section where the compression pressure changes continuously.
また、好適には、前記ずり応力付与制御部は、前記圧迫帯の圧迫圧の下降により最初の血流が発生してから予め設定されたずり応力付与時間が経過すると、前記圧迫圧制御部に前記圧迫帯による圧迫を解放させる。このようにすれば、ずり応力の付与と血管拡張反応の開始との重複が回避することができ、動脈血管の内皮機能検査装置の信頼性を高めることができる。上記予め設定されたずり応力付与時間は、最初の血流が発生してから血管拡張反応開始するまでの血管拡張反応開始時間たとえば18秒を下まわる範囲で可及的に長くなるように設定される。 Preferably, the shear stress application control unit causes the compression pressure control unit to release the compression by the compression band when a preset shear stress application time has elapsed since the first blood flow occurs due to a decrease in the compression pressure of the compression band. In this way, it is possible to avoid overlapping between the application of shear stress and the start of a vasodilation reaction, and the reliability of the arterial endothelial function testing device can be improved. The preset shear stress application time is set to be as long as possible within a range that is shorter than the vasodilation reaction start time from the first blood flow to the start of a vasodilation reaction, for example, 18 seconds.
また、好適には、前記内皮機能検査装置は、ずり応力付与制御部が前記圧迫帯の直下の動脈血管に対してずり応力を付与した後に、前記圧迫帯の圧迫圧を予め定められた圧脈波採取圧力に所定の時間保持する圧迫圧保持制御部と、前記圧迫帯の圧迫圧が前記圧脈波採取圧力に保持されている状態で圧脈波を所定期間連続的に採取する圧脈波採取制御部と、前記圧脈波採取制御部で所定期間連続的に採取された圧脈波を容量変換することで前記動脈血管の拡張率を相当血管径換算で算出する血管拡張率算出部とを、含む。これにより、超音波プローブおよびそれを支持して最適位置を探索するプローブ支持装置、超音波プローブからの信号を処理して超音波画像を生成する超音波画像生成装置などが不要となるため、装置が簡単且つ小型となる。しかも、前記血管拡張率算出部において、前記圧脈波採取制御部で所定期間連続的に採取された圧脈波を容量変換することで前記動脈血管の拡張率が相当血管径換算を用いて算出されることから、前記動脈血管に作用したずり応力に起因する血管拡張反応により血管径(血管容積)が最大となるタイミングと所定時間連続的に採取される圧脈波のいずれかの検出タイミングとがほぼ一致するので、信頼性の高い血管の内皮機能検査が可能となる。 Preferably, the endothelial function testing device includes a compression pressure holding control unit that holds the compression pressure of the compression band at a predetermined pressure pulse wave collection pressure for a predetermined time after the shear stress application control unit applies shear stress to the arterial blood vessel directly below the compression band, a pressure pulse wave collection control unit that continuously collects pressure pulse waves for a predetermined period of time while the compression pressure of the compression band is held at the pressure pulse wave collection pressure, and a vascular dilation rate calculation unit that calculates the dilation rate of the arterial blood vessel in terms of equivalent blood vessel diameter by volumetrically converting the pressure pulse waves continuously collected for a predetermined period by the pressure pulse wave collection control unit. This makes it unnecessary to use an ultrasonic probe and a probe support device that supports it and searches for an optimal position, an ultrasonic image generation device that processes signals from the ultrasonic probe to generate ultrasonic images, etc., making the device simple and small. Furthermore, the vascular dilation rate calculation unit converts the pressure pulse waves collected continuously for a predetermined period by the pressure pulse wave collection control unit into a volumetric value to calculate the arterial vascular dilation rate using an equivalent vascular diameter conversion. This means that the timing at which the vascular diameter (vascular volume) becomes maximum due to the vasodilation reaction caused by the shear stress acting on the arterial blood vessel almost coincides with the detection timing of any of the pressure pulse waves collected continuously for a predetermined period, enabling highly reliable vascular endothelial function testing.
以下、本発明の一実施例を図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、以下の実施例において図は適宜簡略化或いは変形されており、各部の寸法比および形状等は必ずしも正確に描かれていない。 An embodiment of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings. Note that in the following embodiment, the drawings have been appropriately simplified or modified, and the dimensional ratios and shapes of each part are not necessarily drawn accurately.
図1は、本発明の一例である動脈血管の内皮機能検査装置10を説明する略図である。図1において、圧迫帯12は、血圧測定においても用いられるカフと同様に膨張袋を有し、生体の一部たとえば上腕14に巻回されるものである。圧迫帯12には、配管20が接続されており、その配管20を介して圧迫帯12への空気の供給と圧迫帯12からの空気の排出とにより圧迫帯12内の圧力或いは排出流量を調節する制御弁16および空気ポンプ18が直列的に接続されている。また、圧迫帯12には、配管20を介して圧力センサ22が接続されており、圧迫帯12直下の動脈血管14aに対する圧迫圧Pcが検出されるようになっている。
Figure 1 is a schematic diagram illustrating an endothelial
圧力センサ22により検出された圧迫帯12の圧迫圧Pcを表すカフ圧信号SPcは、ローパスフィルタ24およびバンドパスフィルタ26へ供給される。ローパスフィルタ24は、カフ圧信号SPcから静圧成分を分離し、カフ圧信号SPcを出力する。バンドパスフィルタ26は、カフ圧信号SPcから生体の心拍に同期してカフ圧信号SPcに重畳する振動成分を分離し、脈波信号SPmを出力する。それらカフ圧信号SPcおよび脈波信号SPmは、A/D変換器28を介して電子制御装置30へ供給される。電子制御装置30は、CPU30a、RAM30c、ROM30b等を備え、予め記憶されたプログラムに従って入力信号を処理し、処理結果を表示器30dへ出力する所謂マイクロコンピュータから構成されている。
The cuff pressure signal SPc, which indicates the compression pressure Pc of the
図2は、電子制御装置30の制御機能を説明する機能ブロック線図である。図2において、圧迫圧制御部32は、阻血制御部34、ずり応力付与制御部36、或いは圧迫圧保持制御部42からの指令にしたがって、制御弁16又は空気ポンプ18を制御することにより、圧迫帯12の圧迫圧Pcを制御する。
Figure 2 is a functional block diagram explaining the control functions of the
阻血制御部34は、内皮機能検査装置10の起動に応答して、上腕14に巻回された圧迫帯12直下の動脈血管14aを阻血するために、圧迫圧制御部32に圧迫帯12の圧迫圧Pcを生体の最高血圧よりも高いたとえば180mmHg程度に予め設定された阻血圧である目標昇圧値P1まで昇圧させ、その目標書圧値P1をたとえば30秒程度以上の所定の阻血期間T1の間維持させる。この阻血期間T1は、圧迫帯12よりも下流側の動脈血管14aとそれに毛細血管を介して接続された静脈血管とが相互に充分に均圧化させられる予め設定された均圧時間である。上記阻血圧の維持が阻血期間Tsよりも短い場合は、阻血解放後に圧迫帯12よりも下流側の動脈血管14aに流入する血液量が減少する。上記阻血圧の維持が阻血期間Tsよりも長い場合は、阻血解放後に圧迫帯12よりも下流側の動脈血管14aに流入する血液量が飽和し、測定時間を無用に長くすることになる。
In response to the start of the endothelial
ずり応力付与制御部36は、上記阻血圧の維持が阻血期間T1を超えると、血流振動判定部38により血流振動が検出されるように、圧迫圧制御部32に圧迫帯12の圧迫圧Pcを所定の降圧速度で下降させる。血流振動判定部38は、バンドパスフィルタ26から出力された脈波信号SPmについて、フーリエ変換FFTを用いて周波数解析を実行し、カフ圧信号SPcに重畳する振動成分である脈波信号SPmに含まれる脈波の基本周波数成分および血流振動の基本周波数成分を抽出し、抽出された脈波の基本周波数成分の大きさに対して所定の割合に設定された判定閾値Thを血流振動の基本周波数成分が超えたことに基づいて、血流振動の発生を検出する。この血流振動(血流音)は、動脈血管14aのうち圧迫帯12の圧迫により狭くされた部分を血液が通過するときに発生する渦流に起因して発生するものである。
When the maintenance of the occlusion pressure exceeds the occlusion period T1, the shear stress
図3は、ずり応力付与制御部36が、圧迫帯12による圧迫圧を制御してカフ圧信号SPcを段階的に下降させる例を示し、図4は、このカフ圧信号SPcの下降過程でカフ圧信号SPcが一定であるときに得られた脈波信号SPmの周波数解析結果の一例を示している。図4において、信号の大きさの相対値が1であって1Hz付近を中心とするピーク波形は、脈波の基本波であり、信号の大きさの相対値が1より小さく且つ6Hz付近を中心とするピーク波形は、周波数血流振動の基本波である。
Figure 3 shows an example in which the shear stress
図3において、阻血制御部34は、圧迫圧制御部32に最高血圧よりも高く設定された目標昇圧値P1まで上昇させ(t0時点)、阻血期間T1の間保持させる。ずり応力付与制御部36は、圧迫圧制御部32に、下降開始点(t1時点)以後にたとえば3~4mmHg程度の一定の降圧幅で段階的に圧迫帯12による圧迫圧を示すカフ圧信号SPcを下降させ、その過程で血流振動が発生しても(t2時点)、血流振動の基本波の大きさが判定閾値Thを下まわる場合(図4)は、一脈拍毎にカフ圧信号SPcを下降させ、血流振動の基本波の大きさが判定閾値Th以上となる場合(図5、t3時点)は、所定脈拍数(図3では3拍)となるまでカフ圧信号SPcを一定に維持させる。そして、ずり応力付与制御部36は、最初の血流が発生してから血管拡張反応開始するまでの血管拡張反応開始時間(たとえば18秒~20秒)が経過する前に設定された急速降下開始点(t4時点)に到達した時点、或いは、血流振動の基本波の大きさが判定閾値Thを下まわった時点(t4時点)において、圧迫帯12による圧迫圧の速やかな低下を開始させる。図3に示されるずり応力付与時間Tzは、の場合には、最初の血流が発生してから血管拡張反応開始するまでの血管拡張反応開始時間(たとえば18-20秒)より少し短く設定された期間である。
In Fig. 3, the blood flow
この圧迫帯12による圧迫圧の速やかな低下は、圧迫帯12による圧迫圧を直接開放させるものであってもよいが、図3の場合には、t4時点以後、6~8mmHg程度の一定の降圧幅で段階的にカフ圧信号SPcを速やかに低下させる。ずり応力付与制御部36におけるずり応力付与時間は、最初の血流が発生してから血管拡張反応が開始するまでの血管拡張反応開始時間たとえば18秒を下まわる範囲で可及的に長くなるように設定される。
This rapid reduction in the compression pressure by the
図3では、カフ圧信号SPcを一定に維持される状態で発生する血流振動がその発生順の数字を示す符号が付されており、1番目の血流振動が発生したt2時点のカフ圧信号SPcが表す圧力が最高血圧値を、最終の12番面の血流振動が発生したt4時点のカフ圧信号SPcが表す圧力が最低血圧値をそれぞれ示している。血圧測定部40は、図3に示す圧迫帯12による圧迫の下降過程において、血流振動が最初に発生したt2時点のカフ圧信号SPcが表す圧力を最高血圧値SBPとして決定し、最終の血流振動が発生したt4時点のカフ圧信号SPcが表す圧力を最低血圧値DBPとして決定する。図3の実施例では、生体の血圧値を測定しつつ、ずり応力を付与する例を示すものである。
In FIG. 3, blood flow vibrations that occur while the cuff pressure signal SPc is kept constant are assigned symbols indicating the order of occurrence, and the pressure represented by the cuff pressure signal SPc at time t2 when the first blood flow vibration occurs indicates the systolic blood pressure value, and the pressure represented by the cuff pressure signal SPc at time t4 when the final 12th blood flow vibration occurs indicates the diastolic blood pressure value. During the downward process of compression by the
圧迫圧保持制御部42は、ずり応力付与制御部36によるずり応力の付与が終了して、圧迫帯12による圧迫圧が速やかに低下させられると、圧迫帯12の圧迫圧Pcをその圧脈波採取のための保持圧P2に保持する。この圧迫圧Pcの保持圧P2は、内皮機能の計測終了点(t4時点)まで継続される。保持圧P2は、平均血圧値よりも低い値、好適には最低血圧値よりも低い値であり、さらに好適には静脈血圧値と同様の値たとえば30mmHg程度の値、または静脈血圧値より大きく最低血圧値以下の値である。
When the shear stress
圧脈波採取制御部44は、圧迫帯12の圧迫圧Pcが保持圧P2に保持されている状態で圧迫帯12の圧迫圧Pcに重畳する圧脈波を、予め定められた保持期間T2の間、連続的に採取する。この保持期間T2は、圧迫帯12を用いて上腕14を圧迫して所定時間Hだけ駆血した後に上腕14に対する圧迫が解放されたt5時点から、その駆血解放によりずり応力が付与されることで生じる血管拡張反応により動脈血管14aの容積が最大となるタイミングを十分にカバーする期間、たとえば250~300秒の間の期間が終了するt6時点まである。
The pressure pulse wave
脈波処理制御部46は、圧脈波採取制御部44で所定期間T2の間連続的に採取された圧脈波を容量(容積)変換することで、動脈血管の拡張率を相当血管径換算で算出する。以下、詳細に説明する。
The pulse wave
圧迫帯12の圧迫圧をPcとし、圧迫帯12の内容量(容積)をVcとし、圧迫帯12による圧迫下の計測部位(圧迫帯12により巻回された部位)の容積変化をΔVc、この容積変化に伴う圧迫圧変化をΔPcとする。但し、圧迫帯12の変形により媒体容量は変化しないと過程し、温度も一定であると仮定すると、ボイルの法則により(1)式が成立する。
Pc×Vc=一定 ・・・ (1)
The compression pressure of the
Pc × Vc = constant ... (1)
このとき、動脈血管14aの脈波の発生による上腕14のふくらみによって圧迫帯12の変形によりその容量にΔVcの減少があったときに、圧迫帯12内の圧力上昇がΔPcであったとすると、次式(2)が得られる。
Pc×Vc=(Pc+ΔPc)×(Vc-ΔVc)
=Pc×Vc+Vc×ΔPc-Pc×ΔVc-ΔPc×ΔVc ・・・(2)
ここで、ΔPc×ΔVcは微小量であるので省略すると、
Vc×ΔPc-Pc×ΔVc=0 ・・・ (3)
より Vc×ΔPc=Pc×ΔVc ・・・ (4)
従って、ΔVc=(Vc/Pc)×ΔPc ・・・(5)
(5)式において、常時、圧迫帯12内の圧迫圧Pcが計測されている場合、Vcが判れば、ΔPcを計測することで、ΔVcが求まり、これが測定対象の容量変化となる。
In this case, when the volume of the
Pc × Vc = (Pc + ΔPc) × (Vc - ΔVc)
= Pc × Vc + Vc × ΔPc - Pc × ΔVc - ΔPc × ΔVc ... (2)
Here, since ΔPc × ΔVc is a small amount, it can be omitted as follows:
Vc × ΔPc − Pc × ΔVc = 0 (3)
Therefore, Vc × ΔPc = Pc × ΔVc ... (4)
Therefore, ΔVc=(Vc/Pc)×ΔPc (5)
In equation (5), if the compression pressure Pc in the
一方、上記容量変化ΔVcを、圧迫帯12による圧迫対象の上腕14の元の容積Vcと比較した変化率ΔVc/Vcは、圧迫帯12による圧迫対象領域内の複合的な血管径をD、対象領域の長さをLとし、容量の変化は血管の容積変化と過程したとき、以下のようになる。ここで、複合的な血管径Dは、圧迫対象領域内で容量変化を生じると考えられる動脈血管の複合的な容量を有する円柱の断面積である。
ΔVc/V=π((D+ΔD)2-D2)L/πD2L ・・・(6)
(6)式の変形により(7)式が得られる。この(7)式は、圧脈波の振幅比である圧力変化比を血管径変化比に換算するために用いられる。
ΔVc/Vc=(2DΔD+ΔD2)/D2≒(2DΔD)/D2
=2ΔD/D ・・・(7)
On the other hand, the rate of change ΔVc/Vc obtained by comparing the above-mentioned change in capacitance ΔVc with the original volume Vc of the
ΔVc/V=π((D+ΔD) 2 −D 2 ) L/πD 2 L (6)
Equation (7) is obtained by modifying equation (6). Equation (7) is used to convert the pressure change ratio, which is the amplitude ratio of the pressure pulse wave, into the vascular diameter change ratio.
ΔVc/Vc=(2DΔD+ ΔD2 )/ D2≈ (2DΔD)/ D2
= 2ΔD / D ... (7)
ここで、(5)式を(7)式に代入すると、
ΔD/D=(Vc×ΔPc)/(2×Vc×Pc) ・・・(8)
Now, substituting equation (5) into equation (7), we get
ΔD/D=(Vc×ΔPc)/(2×Vc×Pc) (8)
このとき、圧迫帯12が圧迫する測定対象(上腕14)の容積Vの増加と圧迫圧Pcの増加との関係は、実験的に示されるものであるので、圧迫帯12の容積Vcは、(9)式で示されるものとなる。ここで、Vhold は容積変化計測時の圧迫帯12の容量(容積)、Voは圧迫帯12の圧迫圧に寄与しない容量(容積)である。
Vc=Vhold -Vo
At this time, the relationship between the increase in the volume V of the measurement target (upper arm 14) compressed by the
Vc=Vhold-Vo
圧迫帯12内の圧迫圧Pc(mmHg)とその圧迫帯12の容積Vとの関係は、流量計を用いて圧迫帯12内に流入する流量を用いると、実験的には図5に示すものである。この関係は、以下の多次元の近似式(9)により表される。(9)式の定数cが前記Voに相当する。
V=a1×Pc2+b1×Pc+c1 ・・・(9)
The relationship between the compression pressure Pc (mmHg) in the
V = a1 x Pc2 + b1 x Pc + c1 ... (9)
上記(9)式の関係は、圧迫帯12の圧迫圧Pcを降圧させるときに利用される。(9)式を時間微分すると、
dV/dt=2a×Pc×dPc/dt+b×dPc/dt
=(2a×Pc+b)×dPc/dt ・・・(10)
ここで、排気流量Q=dV/dt ・・・(11)
降圧速度K=dPc/dt ・・・(12)
であるので、排気流量Qと降圧速度Kとの関係は、(13)式に示されるものとなる。
Q=K×(2a1×Pc+b1) ・・・(13)
(13)式より、排気流量Qは、設定された降圧速度Kと圧迫帯12内の圧迫圧力Pc(計測値)で決定される。降圧速度Kは、降圧開始時の圧力Pcsと降圧終了時の圧力Pceと降圧時間ΔTから、以下のように設定される。
K=(Pcs-Pce)/ΔT ・・・ (14)
The relationship of the above formula (9) is used when decreasing the compression pressure Pc of the
dV/dt = 2a x Pc x dPc/dt + b x dPc/dt
= (2a × Pc + b) × dPc / dt ... (10)
Here, exhaust flow rate Q=dV/dt (11)
Pressure drop rate K=dPc/dt (12)
Therefore, the relationship between the exhaust flow rate Q and the pressure drop speed K is expressed by the following equation (13).
Q = K × ( 2a1 × Pc + b1 ) ... (13)
From equation (13), the exhaust flow rate Q is determined by the set pressure reduction rate K and the compression pressure Pc (measured value) in the
K = (Pcs - Pce) / ΔT ... (14)
血管拡張率算出部48は、圧脈波採取制御部44で所定の保持期間T2の間でたとえば1拍毎に連続的に採取された複数個の圧脈波のうちの最大振幅の圧脈波を決定し、その最大振幅の圧脈波の振幅(mmHg又はmV)と、たとえば阻血期間T1の最初の圧脈波、終端の圧脈波、または最小振幅の圧脈波の振幅(mmHg又はmV)との振幅比ΔPc/Pcを算出し、(7)式の関係を用いてその振幅比ΔPc/Pcから血管径変化比、すなわち、動脈血管径の拡張率ΔD/Dを算出し、それを表示器30dに表示させることで、生体の内皮機能の評価に供する。
The vascular dilation
図6は、電子制御装置30の制御作動の要部を説明するフローチャートであって、動脈血管の内皮機能検査装置10の起動操作により開始される血管拡張率測定ルーチンを示している。図6において、ステップS1( 以下、ステップを省略する)では、空気ポンプ18が駆動され且つ制御弁16が制御されることにより、生体の一部すなわち上腕14に巻回された圧迫帯12の内圧である圧迫圧Pcが上昇させられる。次いで、S2において、圧迫帯12の内圧である圧迫圧Pcが予め設定された目標昇圧値P1に到達したか否かが判断される。このS2の判断が否定される場合はS1以下が繰り返し実行されるが、肯定される場合は阻血制御部34に対応するS3が開始される。図3のt0時点はこの状態を示している。
Figure 6 is a flow chart explaining the main control operations of the
S3では、圧迫帯12の内圧である圧迫圧Pcが目標昇圧値P1に維持されて上腕14のうちの圧迫帯12が巻回された部分の阻血が予め設定された阻血期間T1の間行なわれる。続くS4では、阻血終了時点すなわち下降開始点(t1時点)以後にたとえば3~4mmHg程度の一定の降圧幅で一脈拍毎に段階的な圧迫圧Pcの下降が開始される。図3のt1時点はこの状態を示している。
In S3, the compression pressure Pc, which is the internal pressure of the
次いで、ずり応力付与制御部に対応するS4では、血流振動の基本波の大きさが判定閾値Th以上となる場合(図5、t3時点)には、そのような血流振動が可及的に多く発生するように圧迫圧Pcが制御されて、ずり応力が動脈血管14aの内皮に付与される。このような動脈血管14aの内皮に対するずり応力の付与は、最初の血流が発生してから血管拡張反応開始するまでの血管拡張反応開始時間(たとえば18秒~20秒)よりも少し短く設定されたずり応力付与時間Tzを超える急速降下開始点(t4時点)に到達した時点、或いは、血流振動の基本波の大きさが判定閾値Thを下まわった時点(t4時点)まで続行されるが、その時点を超えると、圧迫帯12による圧迫圧の速やかな低下が開始される。
Next, in S4, which corresponds to the shear stress application control section, when the magnitude of the fundamental wave of the blood flow vibration is equal to or greater than the judgment threshold Th (time t3 in FIG. 5), the compression pressure Pc is controlled so that as many blood flow vibrations as possible occur, and shear stress is applied to the endothelium of the
S6では、圧迫帯12による圧迫圧Pcが、保持圧P2以下に低下したか否かが判断される。このS6の判断が否定されるうちはS4以下が繰り返し実行されるが、肯定されると、血圧測定部40に対応するS7において、たとえば図3に示す圧迫帯12による圧迫の下降過程において、血流振動が最初に発生したt2時点のカフ圧信号SPcが表す圧力が最高血圧値SBPとして決定し、最終の血流振動が発生したt4時点のカフ圧信号SPcが表す圧力が最低血圧値DBPとして決定される。
In S6, it is determined whether the compression pressure Pc by the
続いて、圧迫圧保持制御部42に対応するS8では、圧迫帯12の圧迫圧Pcが予め設定された保持圧P2に保持される。次に、圧脈波採取制御部44に対応するS9では、圧迫帯12の圧迫圧Pcが比較的低い値である保持圧P2に保持されている保持期間T2において、圧力センサ22により検出される圧迫帯12の圧迫圧Pcに1拍毎に重畳する圧力振動である圧脈波が、逐次採取される。この採取は、t3時点のずり応力が付与されることで生じる血管拡張反応により動脈血管の容積が最大となるタイミングを十分にカバーする期間、たとえば250~300秒の間の期間である。
Next, in S8 corresponding to the compression pressure holding
次いで、血管拡張率算出部48に対応するS9において、所定期間T2の間でたとえば1拍毎に連続的に採取された複数個の圧脈波のうちの最大振幅の圧脈波を決定し、その最大振幅の圧脈波の振幅(mmHg又はmV)と、たとえば所定期間T2の最初の圧脈波、終端の圧脈波、または最小振幅の圧脈波の振幅(mmHg又はmV)との振幅比ΔPc/Pcを算出し、(7)式の関係を用いてその振幅比ΔPc/Pcから血管径拡張率(血管径変化比)ΔD/Dを算出し、それを表示器30dに表示させる。この血管径拡張率ΔD/Dにより、生体の内皮機能の評価に供する。
Next, in S9, which corresponds to the vascular dilation
そして、S11では、圧迫帯12の圧迫が解放されるとともに、各レジスタのリセット等の終了処理が実行された後、本ルーチンが終了させられる。
Then, in S11, the compression of the
上述のように、本実施例の内皮機能検査装置10によれば、生体の一部を巻回する圧迫帯12と、圧迫おび12の圧迫圧Pcを検出する圧力センサ22と、圧迫帯12により圧迫される生体内の動脈血管14aから発生する血流振動を検出する血流振動判定部38と、圧迫帯12の圧迫圧Pcを制御する圧迫圧制御部32とを備え、圧迫帯12による圧迫圧Pcにより生体の一部を阻血後に、圧迫圧Pcの下降により生体内の動脈血管14aを緩やかに解放して動脈血管14aの内皮にずり応力を付与した後、圧迫帯12の圧迫圧Pcを予め定められた保持圧P2に保持した状態で、動脈血管14aに発生する脈波を圧迫帯12内の圧迫圧Pcの変動である圧脈波に基づいて動脈血管14aの内皮機能を評価する動脈血管14aの内皮機能検査装置10であって、血流振動判定部38により検出される血流振動が発生するように圧迫圧制御部32を制御するずり応力付与制御部36が、備えられる。
As described above, the endothelial
これにより、ずり応力付与制御部36が、血流振動判定部38により検出される血流振動が発生するように圧迫圧制御部32を制御するので、圧迫帯12による圧迫下において、生体の動脈血管14aの内皮に効率よく充分な大きさのずり応力を付与することができ、動脈血管14aの内皮機能検査装置の信頼性を高めることができる。
As a result, the shear stress
本実施例の動脈血管の内皮機能検査装置10によれば、圧力センサ22により検出された圧迫圧Pcに対応するカフ圧信号SPcから、カフ圧信号SPcに生体の脈拍に同期して重畳する圧力振動を抽出し、その圧力振動に含まれる血流振動の周波数成分の大きさに基づいて血流振動を判定する血流振動判定部38が備えられる。このように、血流振動判定部38により、カフ圧信号SPcに生体の脈拍に同期して重畳する圧力振動に含まれる血流振動の周波数成分の大きさに基づいて血流振動が判定されるので、圧迫帯12による圧迫下において、生体の動脈血管14aの内皮に効率よく充分な大きさのずり応力を付与することができる。
According to the arterial vascular endothelial
本実施例の動脈血管の内皮機能検査装置10によれば、血流振動判定部38は、前記圧力振動に含まれる脈波の基本周波数成分の大きさに対して前記圧力振動に含まれる前記血流振動の基本周波数成分の大きさの割合が所定の判定閾値Th以上であることに基づいて血流振動を判定するので、ゲインの変化や個人差の影響が少なくなり、圧迫帯12による圧迫下において、生体の動脈血管14aの内皮に効率よく充分な大きさのずり応力を確実に付与することができる。
According to the arterial blood vessel endothelial
本実施例の動脈血管の内皮機能検査装置10によれば、圧迫帯12による圧迫圧の下降に先立って、圧迫圧制御部32に、圧迫帯12による圧迫により上腕14を30秒以上阻血させる阻血制御部34が、備えられる。これにより、圧迫帯12よりも下流側の動脈血管14aとそれに毛細血管を介して接続された静脈血管とが相互に充分に均圧化された状態で、圧迫帯12による阻血が解放されるので、圧迫帯12の下流側の動脈血管14aへの血液の流入量が確保され、ずり応力の付与効果が高められる。
According to the arterial endothelial
本実施例の動脈血管の内皮機能検査装置10によれば、圧迫圧制御部32は、血流振動判定部38により血流振動の基本周波数成分の大きさの割合が所定の閾値を下まわると判定された場合は、圧迫帯12による圧迫圧を下降させ、血流振動判定部に38より、圧迫帯12による圧迫圧が一定である区間で得られた圧力振動に含まれる血流振動の基本周波数成分の大きさの割合が所定の判定閾値Th以上であると判定された場合は、圧迫帯12による圧迫圧を所定脈拍数だけ維持するものである。これにより、カフ圧信号SPcに含まれる血流振動の基本周波数成分の大きさの割合が所定の判定閾値Th以上である血流がずり応力付与に多く用いられるので、ずり応力の付与効果が高められる。
According to the arterial endothelial
本実施例の動脈血管の内皮機能検査装置10によれば、圧迫圧制御部32は、圧迫圧を段階的に下降させ、血流振動判定部38は、圧迫帯12による圧迫圧が一定である区間で得られた圧力振動に含まれる血流振動の基本周波数成分の大きさの割合が所定の判定閾値Th以上であることに基づいて血流振動を判定するものである。このようにすれば、圧迫圧が連続的に変化する区間で得られた圧力振動を用いる場合に比較して、下降する圧迫圧の周波数成分による影響がなく、圧力振動が正確に得られる。
According to the arterial vascular endothelial
本実施例の動脈血管の内皮機能検査装置10によれば、ずり応力付与制御部36は、圧迫帯12の圧迫圧の下降により最初の血流が発生してから予め設定されたずり応力付与時間Tzが経過すると、圧迫圧制御部32に圧迫帯12による圧迫を解放させる。このため、ずり応力の付与と血管拡張反応の開始との重複が回避することができ、動脈血管14aの内皮機能検査装置の信頼性を高めることができる。上記予め設定されたずり応力付与時間Tzは、最初の血流が発生してから血管拡張反応開始するまでの血管拡張反応開始時間たとえば18秒を下まわる範囲で可及的に長くなるように設定される。
According to the arterial blood vessel endothelial
本実施例の動脈血管の内皮機能検査装置10は、ずり応力付与制御部36が圧迫帯12の直下の動脈血管14aに対してずり応力を付与した後に、圧迫帯12の圧迫圧を予め定められた保持圧P2に所定の保持期間T2を保持する圧迫圧保持制御部42と、圧迫帯12の圧迫圧が保持圧P2に保持されている状態で圧脈波を所定期間連続的に採取する圧脈波採取制御部44と、圧脈波採取制御部44で所定期間連続的に採取された圧脈波を容量変換することで動脈血管14aの拡張率を相当血管径換算で算出する血管拡張率算出部48とを、含む。
The arterial vascular endothelial
これにより、超音波プローブおよびそれを支持して最適位置を探索するプローブ支持装置、超音波プローブからの信号を処理して超音波画像を生成する超音波画像生成装置などが不要となるため、装置が簡単且つ小型となる。しかも、血管拡張率算出部48において、圧脈波採取制御部44で所定期間連続的に採取された圧脈波を容量変換することで動脈血管14aの拡張率が相当血管径換算を用いて算出されることから、動脈血管14aに作用したずり応力に起因する血管拡張反応により血管径(血管容積)が最大となるタイミングと所定時間連続的に採取される圧脈波のいずれかの検出タイミングとがほぼ一致するので、信頼性の高い血管の内皮機能検査が可能となる。
This eliminates the need for an ultrasonic probe, a probe support device that supports it and searches for the optimal position, and an ultrasonic image generating device that processes signals from the ultrasonic probe to generate ultrasonic images, making the device simple and compact. Furthermore, the vascular expansion
次に、本発明の他の実施例を説明する。なお、以下の説明において、前述の実施例と共通する部分には同一の符号を付して説明を省略する。 Next, another embodiment of the present invention will be described. In the following description, parts common to the previous embodiment will be given the same reference numerals and will not be described.
図7、図8、および図9は、血流振動判定部38が血流振動の基本周波数成分が超えたことを判定する判定閾値Thとして、3種類の第1判定閾値Th1、第2判定閾値Th2、および第3判定閾値Th3判定閾値を示している。前述の実施例では、判定閾値Thが一定値であったが、本実施例では、圧迫圧下降期間の前期の血流振動の判定に用いる第1判定閾値Th1、圧迫圧下降期間の中期の血流振動の判定に用いる第2判定閾値Th2、圧迫圧下降期間の後期の血流振動の判定に用いる第3判定閾値Th3の3段階に変化させられる。
7, 8, and 9 show three types of first, second, and third thresholds Th1, Th2, and Th3 as the judgment thresholds Th used by the blood flow
第1判定閾値Th1は、第2判定閾値Th2および第3判定閾値Th3よりも小さく、脈波の基本の周波数成分の大きさに対してたとえば20%程度に設定される。また、第3判定閾値Th3は第2判定閾値Th2よりも小さく、脈波の基本数の周波数成分の大きさに対してたとえば40%程度に設定される。また、第3判定閾値Th3は、第1判定閾値Th1および第3判定閾値Th3よりも大きく、脈波の基本数の周波数成分の大きさに対してたとえば60%程度に設定される。本実施例の判定閾値Thは、圧迫帯12による圧迫圧が平均血圧値からから離れるほど小さい値とされている。
The first judgment threshold Th1 is smaller than the second judgment threshold Th2 and the third judgment threshold Th3, and is set to, for example, about 20% of the magnitude of the fundamental frequency component of the pulse wave. The third judgment threshold Th3 is smaller than the second judgment threshold Th2, and is set to, for example, about 40% of the magnitude of the fundamental frequency component of the pulse wave. The third judgment threshold Th3 is larger than the first judgment threshold Th1 and the third judgment threshold Th3, and is set to, for example, about 60% of the magnitude of the fundamental frequency component of the pulse wave. In this embodiment, the judgment threshold Th is set to a smaller value as the compression pressure applied by the
本実施例によれば、血流振動の判定に基づくずり応力の付与という作用について圧迫帯12による圧迫圧の影響を可及的に抑制するために、血流通過によるずり応力付与効果が相対的に大きい圧迫圧下降期間の前期には、血流振動の判定のために相対的に小さい第1判定閾値Th1が用いられる。しかし、血流通過によるずり応力効果の相対的に小さい圧迫圧下降期間の中期には、血流振動の判定のために相対的に大きい第2判定閾値Th2が用いられる。
According to this embodiment, in order to minimize the effect of the compression pressure by the
図10は、血流振動判定部38が、圧迫帯12に設けられたマイクロホン150からの信号に基づいて圧迫帯112による圧迫下の動脈血管14aから発生する血流振動の有無を判定する実施例を示している。血流音は、動脈血管14a内において圧迫によって狭くなった部分を通過する血流の渦流によって生じるものである。
Figure 10 shows an example in which the blood flow
本実施例の動脈血管の内皮機能検査装置10によれば、圧迫帯112に設けられて動脈血管14a内に発生する血流音を検出するマイクロホン150が備えられ、マイクロホン150により検出された血流振動の周波数成分の大きさに基づいて血流振動が判定される。本実施例によれば、バンドパスフィルタ26および周波数解析を用いなくても血流振動が得られ、圧迫帯112による圧迫下において、動脈血管14aの内皮に効率よく充分な大きさのずり応力を付与することができる。
According to the arterial blood vessel endothelial
図11は、本発明の他の実施例において、ずり応力付与制御部36が、圧迫帯12による圧迫圧を制御してカフ圧信号SPcを、血流振動判定部38により血流振動が判定された圧迫圧が一定に維持されている区間(t3時点~t4時点)を除いて、3~6mmHg/sec程度の速度で連続的に下降させている例を示している。本実施例によれば、圧迫圧Pcを段階的に低下させる場合に比較して、圧迫帯12の圧迫圧Pcの下降制御が容易となり、測定時間が短縮される。
Figure 11 shows an example of another embodiment of the present invention in which the shear stress
図12は、本発明の他の実施例において、ずり応力付与制御部36が、圧迫帯12による圧迫圧を制御してカフ圧信号SPcを連続的に下降させている例を示している。但し、血流振動判定部38により血流振動が判定された区間(t3時点~t4時点)は、たとえば3~6mmHg/sec程度の速度で連続的に下降させている他の区間に比較して、たとえば1~3mmHg/sec程度の遅い速度で下降させられている。本実施例においても、圧迫圧Pcを段階的に低下させる場合に比較して、圧迫帯12の圧迫圧Pcの下降制御が容易となり、測定時間が短縮される。
Figure 12 shows an example of another embodiment of the present invention in which the shear stress
以上、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明したが、本発明はその他の態様においても適用される。 The above describes in detail an embodiment of the present invention based on the drawings, but the present invention can also be applied in other aspects.
例えば、前述の実施例では、血管拡張率を求めるために、ずり応力付与制御部36が圧迫帯12の直下の動脈血管14aに対してずり応力を付与した後に、圧迫帯12の圧迫圧を予め定められた保持圧P2に所定の保持期間T2を保持する圧迫圧保持制御部42と、圧迫帯12の圧迫圧が保持圧P2に保持されている状態で圧脈波を所定期間連続的に採取する圧脈波採取制御部44と、圧脈波採取制御部44で所定期間連続的に採取された圧脈波を容量変換することで動脈血管14aの拡張率を相当血管径換算で算出する血管拡張率算出部48とが、備えられていた。しかし、それらに替えて、阻血を解除したとき、超音波プローブを用いて得られた超音波画像を用いて把握される動脈の断面形状の変化たとえば血管内腔径の止血前の内皮径に対する最大変化率を測定し、その血管内腔径の最大変化率に基づいて動脈血管の内皮機能を評価してもよい。
For example, in the above-mentioned embodiment, in order to obtain the vascular dilation rate, the compression pressure holding
また、前述の実施例では、圧迫帯12に圧迫圧Pcを発生させるために、圧縮流体である空気が空気ポンプ18から供給されていたが、それに替えて、炭酸ガスや窒素ガスを供給するボンベが用いられてもよいし、非圧縮流体たとえば水、油が用いられても差し支えない。
In addition, in the above-mentioned embodiment, air, which is a compressed fluid, is supplied from the
また、前述の実施例において、圧迫帯12は上腕14に巻回されていがが、下肢など生体の一部であれば、いずれの部位であってもよい。
In addition, in the above-mentioned embodiment, the
なお、上述したのはあくまでも一実施形態であり、本発明は当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を加えた態様で実施することができる。 Note that the above is merely one embodiment, and the present invention can be implemented in various forms with various modifications and improvements based on the knowledge of those skilled in the art.
10、110:内皮機能検査装置
12、112:圧迫帯
14:上腕(生体の一部)
14a:動脈血管
16:制御弁
18:空気ポンプ
20:配管
22:圧力センサ
30:電子制御装置
32:圧迫圧制御部
34:阻血制御部
36:ずり応力付与制御部
38:血流振動判定部
40:血圧測定部
42:圧迫圧保持制御部
44:圧脈波採取制御部
46:脈波処理制御部
48:血管拡張率算出部
150:マイクロホン
T2:保持期間(所定の保持期間)
Th、Th1~Th3:判定閾値(所定の判定閾値)
10, 110: endothelial
14a: Arterial blood vessel 16: Control valve 18: Air pump 20: Pipe 22: Pressure sensor 30: Electronic control device 32: Compression pressure control unit 34: Blood flow obstruction control unit 36: Shear stress application control unit 38: Blood flow vibration determination unit 40: Blood pressure measurement unit 42: Compression pressure maintenance control unit 44: Pressure pulse wave acquisition control unit 46: Pulse wave processing control unit 48: Vascular dilation rate calculation unit 150: Microphone T2: Retention period (predetermined retention period)
Th, Th1 to Th3: Determination thresholds (predetermined determination thresholds)
Claims (10)
前記血流振動判定部により検出される前記血流振動が発生するように前記圧迫圧制御部を制御するずり応力付与制御部を、含む
ことを特徴とする動脈血管の内皮機能検査装置。 an arterial endothelial function testing device comprising a compression band wrapped around a part of a living body, a pressure sensor that detects the compression pressure of the compression band, a blood flow vibration determination unit that detects blood flow vibration generated from an arterial blood vessel in the living body compressed by the compression band, and a compression pressure control unit that controls the compression pressure of the compression band, the device evaluating endothelial function of the arterial blood vessel based on a pulse wave generated in the arterial blood vessel, which is a pressure pulse wave that is a fluctuation in the compression pressure in the compression band, while maintaining the compression pressure of the compression band at a predetermined pressure pulse wave sampling pressure after blood flow is blocked by the compression band and the arterial blood vessel in the living body is gradually released by decreasing the compression pressure to apply shear stress to an endothelium of the arterial blood vessel,
a shear stress application control unit that controls the compression pressure control unit so that the blood flow vibration detected by the blood flow vibration determination unit is generated.
ことを特徴とする請求項1の動脈血管の内皮機能検査装置。 2. The apparatus for testing endothelial function of an arterial blood vessel according to claim 1, wherein the blood flow vibration determination unit extracts pressure vibrations superimposed on the cuff pressure signal in synchronization with the pulse of the living body from the cuff pressure signal representing the compression pressure detected by the pressure sensor, and determines the blood flow vibrations based on the magnitude of frequency components of the blood flow vibrations contained in the pressure vibrations.
ことを特徴とする請求項2の動脈血管の内皮機能検査装置。 3. The apparatus for inspecting endothelial function of an arterial blood vessel according to claim 2, wherein the blood flow vibration determination unit determines the blood flow vibration based on whether a ratio of a magnitude of a fundamental frequency component of the blood flow vibration contained in the pressure vibration to a magnitude of a fundamental frequency component of a pulse wave contained in the pressure vibration is equal to or greater than a predetermined threshold value.
ことを特徴とする請求項1の動脈血管の内皮機能検査装置。 2. The device for testing endothelial function of an arterial blood vessel according to claim 1, wherein the blood flow vibration determining unit includes a microphone provided in the compression garment to detect blood flow sounds generated in the arterial blood vessel, and determines the blood flow vibration based on the magnitude of the frequency components of the blood flow vibration detected by the microphone.
ことを特徴とする請求項1の動脈血管の内皮機能検査装置。 The arterial endothelial function testing device of claim 1, characterized in that the compression pressure control unit is provided with a blood flow obstruction control unit that obstructs blood flow to a part of the living body for 30 seconds or more by compression with the compression band prior to the reduction of the compression pressure by the compression band.
ことを特徴とする請求項3の動脈血管の内皮機能検査装置。 4. The device for testing endothelial function of an arterial blood vessel according to claim 3, wherein the compression pressure control unit decreases the compression pressure applied by the compression band when the blood flow vibration determination unit determines that the proportion of the magnitude of the fundamental frequency component of the blood flow vibration included in the pressure vibration obtained in a section where the compression pressure applied by the compression band is constant is below a predetermined threshold, and maintains the compression pressure applied by the compression band for a predetermined pulse rate when the blood flow vibration determination unit determines that the proportion of the magnitude of the fundamental frequency component of the blood flow vibration is equal to or greater than a predetermined threshold.
ことを特徴とする請求項6の動脈血管の内皮機能検査装置。 7. The apparatus for inspecting endothelial function of an arterial blood vessel according to claim 6, wherein the predetermined threshold value is set to a smaller value as it deviates from a mean blood pressure value of the living body.
前記血流振動判定部は、前記圧迫帯による圧迫圧が一定である区間で得られた前記圧力振動に含まれる前記血流振動の基本周波数成分の大きさの割合が所定の閾値以上であることに基づいて血流振動を判定する
ことを特徴とする請求項6の動脈血管の内皮機能検査装置。 The compression pressure control unit reduces the compression pressure in stages,
7. The device for testing endothelial function of an arterial blood vessel according to claim 6, wherein the blood flow vibration determination unit determines the blood flow vibration based on whether a ratio of a magnitude of a fundamental frequency component of the blood flow vibration contained in the pressure vibration obtained in a section where the compression pressure by the compression cuff is constant is equal to or greater than a predetermined threshold value.
ことを特徴とする請求項6の動脈血管の内皮機能検査装置。 The apparatus for testing endothelial function of an arterial blood vessel according to claim 6, characterized in that the shear stress application control unit causes the compression pressure control unit to release the compression by the compression band when a preset shear stress application time has elapsed since a first pulse wave is generated due to a decrease in the compression pressure of the compression band.
前記圧迫帯の圧迫圧が前記圧脈波採取圧力に保持されている状態で圧脈波を所定期間連続的に採取する圧脈波採取制御部と、
前記圧脈波採取制御部で所定期間連続的に採取された圧脈波を容量変換することで前記動脈血管の拡張率を相当血管径換算で算出する血管拡張率算出部とを、含む
ことを特徴とする請求項1の動脈血管の内皮機能検査装置。 a compression pressure holding control unit that holds the compression pressure of the compression band at a predetermined pressure pulse wave collection pressure for a predetermined time after the shear stress application control unit applies shear stress to the arterial blood vessel immediately below the compression band;
a pressure-pulse-wave collection control unit that continuously collects pressure pulse waves for a predetermined period of time while the compression pressure of the compression band is maintained at the pressure-pulse-wave collection pressure;
and a vasodilation rate calculation unit that calculates the dilation rate of the arterial blood vessel in terms of an equivalent blood vessel diameter by volumetrically converting the pressure pulse wave continuously collected for a predetermined period by the pressure pulse wave collection control unit.
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