JP3495348B2 - 脈波伝播速度情報測定装置 - Google Patents

脈波伝播速度情報測定装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、生体内を脈波が伝
播する速度に関連する脈波伝播速度情報（すなわち脈波
伝播時間および脈波伝播速度）を測定する脈波伝播速度
情報測定装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】脈波伝播速度情報に影響を及ぼす因子と
して動脈硬化度が存在することを利用して、生体の動脈
硬化度を評価するために、脈波伝播速度情報を求めるこ
とが行われている。脈波伝播速度情報のうち脈波伝播時
間は、生体上の２部位において心拍同期信号を検出し、
一方の心拍同期信号が検出された時間と、他方の心拍同
期信号が検出された時間との時間差を測定することによ
り求められる。また、脈波伝播速度は、上記２部位間の
距離を上記時間差で割ることにより求められる。たとえ
ば、特開平９−１２２０９１号公報に記載された装置で
は、心拍同期信号として心電誘導信号（心電図）と上腕
動脈波を検出し、心電図のＲ波が検出された時点から上
腕動脈波のピークが検出された時点までの時間差を脈波
伝播時間として算出している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】動脈硬化は高血圧症と
直接関連するので、血圧のように、家庭において日常的
に脈波伝播速度情報が測定されることが望まれる。しか
し、前述のように、脈波伝播速度情報を、生体の２部位
において心拍同期信号を検出することにより求める場合
には、脈波伝播速度情報を測定するためには２つの心拍
同期信号検出装置を生体に装着する必要があるが、その
ように、２つの心拍同期信号検出装置を生体に装着する
ことは比較的面倒であり、家庭において日常的に脈波伝
播速度情報を測定する際の障害となっていた。
【０００４】本発明は以上の事情を背景として為された
ものであって、その目的とするところは、一つの心拍同
期信号検出装置を装着するだけで脈波伝播速度情報が測
定できる脈波伝播速度情報測定装置を提供することにあ
る。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明者は上記目的を達
成するために種々検討を重ねた結果、以下の知見を見い
だした。すなわち、観測される脈波（観測波）は、心臓
から出た進行波と、その進行波が所定の反射点で反射さ
せられた反射波の合成波であり、合成波に含まれる進行
波成分と反射波成分との時間差は、観測点と反射点との
往復距離を脈波が伝播する時間を表すことを見いだし
た。本発明は、このような知見に基づいて成されたもの
である。
【０００６】すなわち、前記目的を達成するための発明
は、生体内を脈波が伝播する速度に関連する脈波伝播速
度情報に基づいて生体の動脈の硬さ評価する脈波伝播速
度情報測定装置であって、(a)前記生体の所定部位に装
着されて、該部位における脈波を検出する脈波センサ
と、(b)該脈波センサにより検出される脈波に含まれる
進行波成分のピークを決定する進行波ピーク決定手段
と、(c)該脈波センサにより検出される脈波に含まれる
反射波成分のピークを決定する反射波ピーク決定手段
と、(d)前記進行波ピーク決定手段により決定された進
行波成分のピークと、前記反射波ピーク決定手段により
決定された反射波成分のピークとの時間差に基づいて、
前記脈波伝播速度情報を算出する脈波伝播速度情報算出
手段とを含むことを特徴とする。
【０００７】
【発明の効果】この発明によれば、脈波センサにより検
出された脈波の進行波成分のピークおよび反射波成分の
ピークが、進行波ピーク決定手段および反射波ピーク決
定手段によりそれぞれ決定され、脈波伝播速度情報算出
手段では、その進行波成分のピークと反射波成分のピー
クとの時間差に基づいて脈波伝播速度情報が算出される
ので、一つの脈波センサを装着するだけで脈波伝播速度
情報が測定できる。
【０００８】ここで、好ましくは、前記脈波伝播速度情
報測定装置は、脈波伝播速度情報と動脈硬化度との間の
予め設定された関係を用い、前記脈波伝播速度情報算出
手段により算出された脈波伝播速度情報に基づいて、前
記生体の動脈硬化度を決定する動脈硬化度決定手段をさ
らに含む。このようにすれば、動脈硬化度決定手段によ
り決定された動脈硬化度から、被測定者の動脈の硬さを
直接評価することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明が適用され
た脈波伝播速度情報測定装置１０の回路構成を示すブロ
ック図であり、脈波伝播速度情報測定装置１０は、図２
に示す圧脈波検出プローブ１２を備えている。
【００１０】圧脈波検出プローブ１２は、図２に示すよ
うに、被測定者の首１４に装着バンド１６により装着さ
れている。この圧脈波検出プローブ１２の構成を図３に
示す。図３に詳しく示すように、圧脈波検出プローブ１
２は、容器状を成すセンサハウジング１８を収容するケ
ース２０と、このセンサハウジング１８を頸動脈２２の
幅方向に移動させるためにそのセンサハウジング１８に
螺合され且つケース２０内に設けられた図示しないモー
タによって回転駆動されるねじ軸２４とを備えている。
この圧脈波検出プローブ１２は、前記装着バンド１６に
より、センサハウジング１８の開口端が首１４の体表面
２６に対向する状態でその首１４に装着されている。
【００１１】上記センサハウジング１８の内部には、ダ
イヤフラム２８を介して圧脈波センサ３０が相対移動可
能かつセンサハウジング１８の開口端からの突出し可能
に設けられており、これらセンサハウジング１８および
ダイヤフラム２８等によって圧力室３２が形成されてい
る。この圧力室３２内には、図１に示すように、空気ポ
ンプ３４から調圧弁３６を経て圧力空気が供給されるよ
うになっており、これにより、圧脈波センサ３０は圧力
室３２内の圧力(Pa)に応じた押圧力で前記体表面２６に
押圧させられる。
【００１２】上記センサハウジング１８およびダイヤフ
ラム２８は、圧脈波センサ３０を頸動脈２２に向かって
押圧する押圧装置３８を構成しており、上記ねじ軸２４
および図示しないモータは、圧脈波センサ３０が体表面
２６に向かって押圧させられる押圧位置を、頸動脈２２
の幅方向に移動させる幅方向移動装置４０を構成してい
る。
【００１３】上記圧脈波センサ３０の押圧面４２には、
多数の半導体感圧素子（以下、感圧素子という）Eが、
頸動脈２２の幅方向すなわちねじ軸２４と平行な圧脈波
センサ３０の移動方向において、その頸動脈２２の直径
よりも長くなるように、且つ一定の間隔で配列されてお
り、たとえば、図４に示すように、配列間隔が0.6mm程
度とされた15個の感圧素子E(a)、E(b)、…E(o)が配列さ
れている。
【００１４】このように構成された圧脈波検出プローブ
１２が、首１４の体表面２６の頸動脈２２上に押圧され
ると、圧脈波センサ３０により、頸動脈２２から発生し
て体表面２６に伝達される圧脈波（頸動脈波wc）が検出
され、その頸動脈波wcを表す圧脈波信号SMがA/D変換器
４４を介して演算制御装置４６へ供給される。図５の実
線は、圧脈波センサ３０により逐次検出される圧脈波信
号SMすなわち頸動脈波wcの一例を示している。なお、頸
動脈波wcは心拍同期信号であることから、圧脈波検出プ
ローブ１２は心拍同期信号検出装置である。
【００１５】演算制御装置４６は、CPU４８、ROM５０、
RAM５２、および図示しないI/Oポート等を備えた所謂マ
イクロコンピュータにて構成されており、CPU４８は、R
OM５０に予め記憶されたプログラムに従ってRAM５２の
記憶機能を利用しつつ信号処理を実行する。また、CPU
４８は、その信号処理に基づいて、空気ポンプ３４およ
び調圧弁３６へ図示しない駆動回路を介して駆動信号を
出力して圧力室３２内の圧力を後述する最適押圧力HDPO
に調節し、また、圧脈波センサ３０から供給される圧脈
波信号SMに基づいて脈波伝播速度PWVの算出等を実行
し、その算出した脈波伝播速度PWVを表示器５４に表示
する。
【００１６】図６は、脈波伝播速度情報測定装置１０に
おける演算制御装置４６の制御機能の要部を説明する機
能ブロック線図である。最適押圧位置制御手段７０は、
圧脈波センサ３０に備えられた複数の感圧素子Eのうち
最大圧力を検出する素子（以下、この素子を最大圧力検
出素子EMという）の配列位置が、配列の端を基準とし
て、それから所定数または所定距離内側までに位置する
ものであることを条件とする押圧位置更新条件が成立す
るか否かを判断する。そして、その押圧位置更新条件が
成立した場合には、以下の押圧位置更新作動を実行す
る。すなわち、押圧位置更新作動は、圧脈波センサ３０
を体表面２６から一旦離隔させるとともに、幅方向移動
装置４０により押圧装置３８および圧脈波センサ３０を
所定距離移動させた後、押圧装置３８により圧脈波セン
サ３０を比較的小さい予め設定された第１押圧力HDP1で
押圧させ、その状態で再び上記押圧位置更新条件が成立
するか否かを判断し、押圧位置更新条件が成立しなくな
るまで、より好ましくは、前記最大圧力検出素子EMが配
列位置の略中央に位置するまで上記の作動および判断を
実行する。なお、上記押圧位置更新条件における配列の
端からの所定数または所定距離は、圧脈波センサ３０に
より押圧される動脈（本実施例では頸動脈２２）の直径
に基づいて決定され、たとえば、その直径の１／４に設
定される。
【００１７】押圧力制御手段７２は、圧脈波センサ３０
が最適押圧位置制御手段７０により最適押圧位置に位置
させられた後、押圧装置３８による圧脈波センサ３０の
押圧力HDP(Hold Down Pressure)を、所定の押圧力範囲
内で拍動に対応して逐次変化させ、或いは所定の押圧力
範囲内を比較的緩やかな一定速度で連続的に変化させ
る。そして、その押圧力HDPの変化過程で得られる頸動
脈波wcに基づいて最適押圧力HDPOを決定し、押圧装置３
８による圧脈波センサ３０の押圧力HDPをその最適押圧
力HDPOに制御する。ここで、最適押圧力HDPOとは、たと
えば、最大圧力検出素子EMにより検出される頸動脈波wc
の脈圧PPが予め設定された最低脈圧PPL以上となる押圧
力HDPであり、この最低脈圧PPLは、脈圧PPが小さすぎる
と頸動脈波wcが不明瞭になり、脈波伝播速度情報を算出
するための基準点の決定精度が低下することから、脈波
伝播速度情報を算出するための基準点が精度よく検出で
きる脈圧PPの最低値として実験に基づいて予め設定され
ている。
【００１８】進行波ピーク決定手段７４は、圧脈波セン
サ３０の押圧力HDPが上記最適押圧力HDPOに制御されて
いる状態で圧脈波センサ３０の最大圧力検出素子EMによ
り逐次検出される頸動脈波wcについて、その頸動脈波wc
に含まれる進行波成分(Incident wave)wiのピークpiの
発生時点を決定する。頸動脈波wcでは、進行波成分wiは
図５の破線に示すようになり、進行波成分wiのピークpi
は、全体の頸動脈波wc（観測波）の立ち上がり点からピ
ークpcまでの間において、変曲点或いは極大点として現
れる。なお、図５では進行波成分wiのピークpiは観測波
の変曲点として現れている。従って、進行波ピーク決定
手段７４は、逐次検出される圧脈波信号SMに、所定の演
算処理を施すことにより、頸動脈波wcの立ち上がり点か
らピークpcまでの間における変曲点または極大点を検出
し、その変曲点または極大点が発生した時点を、進行波
成分wiのピーク発生時点に決定する。ここで、上記演算
処理は、所定の次数の微分処理またはフィルタ処理な
ど、変曲点或いは極大点検出のための一般的な処理であ
る。
【００１９】反射波ピーク決定手段７６は、上記進行波
ピーク決定手段７４において進行波成分wiのピークpiが
決定される頸動脈波wcについて、その頸動脈波wcに含ま
れる反射波成分(Reflected wave)wrのピークprの発生時
点を決定する。頸動脈波wcでは、反射波成分wrは図５の
一点鎖線に示すようになり、反射波成分wrのピークpr
は、観測波のピークpcと一致する。従って、反射波ピー
ク決定手段７６は、逐次検出される圧脈波信号SMが表す
頸動脈波wcのピークpcを検出し、そのピークpcが発生し
た時点を反射波成分wrのピーク発生時点に決定する。な
お、この反射波成分wrの主成分は、心臓から出た圧波が
腸骨動脈付近で反射したものであると考えられている。
【００２０】脈波伝播速度情報算出手段７８は、反射波
ピーク決定手段７６により決定された反射波成分wrのピ
ーク発生時点と、進行波ピーク決定手段７４により決定
された進行波成分wiのピーク発生時点との時間差を脈波
伝播時間DT(sec)として算出する。そして、その算出し
た脈波伝播時間DTを式１に代入して、被測定者の動脈内
を伝播する脈波の伝播速度すなわち脈波伝播速度PWV(m/
sec)を算出し、その算出した脈波伝播速度PWVを表示器
５４に表示する。なお、式１において、L(m)は、大動脈
弁から腸骨動脈付近に位置する反射点を経て圧脈波セン
サ３０が装着されている部位へ至る距離であり、予め実
験に基づいて決定されている。 （式１） PWV=L/DT
【００２１】動脈硬化度決定手段８０は、脈波伝播速度
情報と動脈硬化度との間の予め設定されたを用い、脈波
伝播速度情報算出手段７８によって算出された脈波伝播
速度情報に基づいて動脈硬化度を決定し、その決定した
動脈硬化度を表示器５４に表示する。ここで、上記予め
設定された関係とは、脈波伝播速度情報が脈波伝播速度
PWVである場合には、脈波伝播速度PWVが大きくなるほど
動脈硬化度が大きくなる関係であり、脈波伝播速度情報
が脈波伝播時間DTである場合には、脈波伝播時間DTが小
さくなるほど動脈硬化度が大きくなる関係であり、どち
らの関係も予め実験に基づいて決定される。図７に、脈
波伝播速度PWVと動脈硬化度との間の予め設定された関
係の一例を示す。
【００２２】図８は、図６の機能ブロック線図に示した
演算制御装置４６の制御作動をさらに具体的に説明する
ためのフローチャートである。
【００２３】図８において、まず最適押圧位置制御手段
７０に相当するステップＳ１（以下、ステップを省略す
る。）からＳ３が実行される。まずＳ１では、押圧装置
３８により圧力室３２内の圧力が制御されることによ
り、圧脈波センサ３０の押圧力HDPが予め設定された第
１押圧力HDP1とされる。上記第１押圧力HDP1は、各感圧
素子Eにより検出される頸動脈波wcのS/N比が、それら複
数の頸動脈波wcのピークpcの大きさを比較的高い精度で
決定できる程度に大きくなるような押圧力HDPとして、
予め実験に基づいて決定されている。
【００２４】続くＳ２では、押圧面４２に配列された感
圧素子Eのうち最大圧力検出素子EMの配列位置が、配列
の端から所定数または所定距離内側までに位置するもの
であるかを条件とする押圧位置更新条件（ＡＰＳ起動条
件）が成立したか否かが判断される。この判断が否定さ
れた場合には、後述するＳ４以降が実行される。
【００２５】一方、Ｓ２の判断が肯定された場合、すな
わち、圧脈波センサ３０の頸動脈２２に対する装着位置
が不適切である場合には、続くＳ３において、APS制御
ルーチンが実行される。このAPS制御ルーチンは、最大
圧力検出素子EMが感圧素子Eの配列の略中央位置となる
最適押圧位置を決定するため、圧脈波センサ３０を一旦
体表面２６から離隔させ、幅方向移動装置４０により押
圧装置３８および圧脈波センサ３０を所定距離移動させ
た後、押圧装置３８により圧脈波センサ３０を再び前記
第１押圧力HDP1で押圧させ、その状態における最大圧力
検出素子EMが配列略中央位置にある感圧素子Eであるか
否かが判断され、この判断が肯定されるまで上記作動が
繰り返し実行される。
【００２６】上記Ｓ３において圧脈波センサ３０の押圧
位置が最適押圧位置に制御されると、続くＳ４では、そ
の状態における最大圧力検出素子EMが決定され、続いて
押圧力制御手段７２に相当するＳ５において、HDP制御
ルーチンが実行される。このHDP制御ルーチンは、押圧
装置３８により圧脈波センサ３０の押圧力HDPが前記第
１押圧力HDP1から連続的に増加させられ、その押圧力増
加過程で、前記Ｓ４で決定された最大圧力検出素子EMに
よって検出される頸動脈波wcの脈圧PPが予め設定された
最適脈圧PPL以上となったか否かに基づいて最適押圧力H
DPOが決定され、圧脈波センサ３０の押圧力HDPがその決
定された最適押圧力HDPOにて維持される。
【００２７】続くＳ６では、圧脈波センサ３０の最大圧
力検出素子EMから供給される圧脈波信号SMが読み込ま
れ、続くＳ７では、圧脈波信号SMが一拍分読み込まれた
か否かが、たとえば、頸動脈波wcの立ち上がり点が検出
されたか否かに基づいて判断される。このＳ７の判断が
否定された場合は、前記Ｓ６が実行されて圧脈波信号SM
がさらに読み込まれる。
【００２８】しかし、上記Ｓ７の判断が肯定された場合
は、続いて、反射波ピーク決定手段７６に相当するＳ８
において、上記Ｓ６で読み込まれた圧脈波信号SMが表す
頸動脈波wcのピークpcが決定され、且つ、そのピークpc
の発生時間が反射波成分wrのピークprの発生時点として
RAM５２に記憶される。
【００２９】続いて、進行波ピーク決定手段７４に相当
するＳ９が実行される。Ｓ９では、上記Ｓ６で読み込ま
れた圧脈波信号SMのうち、頸動脈波wcの立ち上がり点か
ら上記Ｓ８で決定されたピークpcまでの間の信号が、４
次微分処理されることにより、立ち上がり点からピーク
pcまでの間に存在する変曲点または極大点が検出され、
且つ、その変曲点または極大点の発生時間が進行波成分
wiのピークpiの発生時点としてRAM５２に記憶される。
【００３０】続いて脈波伝播速度情報算出手段７８に相
当するＳ１０およびＳ１１が実行される。Ｓ１０では、
前記Ｓ８で決定された反射波成分wrのピークwiの発生時
間から、前記Ｓ９で決定された進行波成分wiのピークpi
の発生時間が差し引かれることにより、脈波伝播時間DT
が算出される。そして、続くＳ１１では、上記Ｓ１０で
算出された脈波伝播時間DTが、前記式１に代入されるこ
とにより脈波伝播速度PWVが算出され、且つ、その算出
された脈波伝播速度PWVが表示器５４に表示される。
【００３１】続いて動脈硬化度決定手段８０に相当する
Ｓ１２において、上記Ｓ１１で算出された脈波伝播速度
PWVおよび図７に示す脈波伝播速度PWVと動脈硬化度との
関係に基づいて動脈硬化度が決定され、且つその動脈硬
化度が表示器５４に表示される。
【００３２】上述のフローチャートに基づく実施例によ
れば、圧脈波センサ３０により検出された頸動脈波wcの
進行波成分wiのピークpiおよび反射波成分wrのピークpr
が、Ｓ９（進行波ピーク決定手段７４）およびＳ８（反
射波ピーク決定手段７６）においてそれぞれ決定され、
Ｓ１０からＳ１１（脈波伝播速度情報算出手段７８）に
おいて、その進行波成分wiのピークpiと反射波成分wrの
ピークとprとの時間差が脈波伝播時間DTとして算出さ
れ、その脈波伝播時間DTが前記式１に代入されて脈波伝
播速度PWVが算出されるので、一つの圧脈波検出プロー
ブ１２を装着するだけで脈波伝播速度PWVが測定でき
る。
【００３３】また、上述のフローチャートに基づく実施
例によれば、Ｓ１２（動脈硬化度決定手段８０）におい
て、脈波伝播速度PWVと動脈硬化度との間の図７に示す
関係を用い、Ｓ１１（脈波伝播速度情報算出手段７８）
で算出された脈波伝播速度PWVに基づいて、動脈硬化度
が決定され且つその動脈硬化度が表示器５４に表示され
るので、その表示された動脈硬化度から、被測定者の動
脈の硬さを直接評価することができる。
【００３４】以上、本発明の実施形態を図面に基づいて
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。
【００３５】たとえば、前述の脈波伝播速度情報測定装
置１０では、圧脈波検出プローブ１２が首１４に装着さ
れることにより、頸動脈波wcを検出し、その頸動脈波wc
から脈波伝播速度PWVを算出していたが、上腕において
検出される上腕動脈波、手首において検出される橈骨動
脈波、大腿部において検出される大腿動脈波など、頸動
脈波wc以外の脈波に基づいて脈波伝播速度PWVが算出さ
れてもよい。
【００３６】なお、本発明はその主旨を逸脱しない範囲
においてその他種々の変更が加えられ得るものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の脈波伝播速度情報測定装置の回路構成
を示すブロック図である。
【図２】図１の脈波伝播速度情報測定装置に備えられた
圧脈波検出プローブが、首に装着された状態を示す図で
ある。
【図３】図２の圧脈波検出プローブを一部切り欠いて説
明する拡大図である。
【図４】図１の圧脈波センサの押圧面に配列された感圧
素子の配列状態を説明する図である。
【図５】図１の圧脈波センサの感圧素子から出力される
圧脈波信号SMが表す頸動脈波wcを例示する図である。
【図６】図１の脈波伝播速度情報測定装置における演算
制御装置の制御機能の要部を説明する機能ブロック線図
である。
【図７】脈波伝播速度PWVと動脈硬化度との間の予め設
定された関係の一例を示す図である。
【図８】図６の機能ブロック線図に示した演算制御装置
の制御作動をさらに具体的に説明するためのフローチャ
ートである。
【符号の説明】
１０：脈波伝播速度情報測定装置 ３０：圧脈波センサ（脈波センサ） ７４：進行波ピーク決定手段 ７６：反射波ピーク決定手段 ７８：脈波伝播速度情報算出手段 ８０：動脈硬化度決定手段
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平９−201342（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−328150（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−85193（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−122091（ＪＰ，Ａ) 米国特許5265011（ＵＳ，Ａ) 特許3140007（ＪＰ，Ｂ２) 特許3027750（ＪＰ，Ｂ２) 特許3400417（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) A61B 5/02 - 5/0295

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 生体内を脈波が伝播する速度に関連する
    脈波伝播速度情報に基づいて生体の動脈の硬さ評価する
    脈波伝播速度情報測定装置であって、 前記生体の所定部位に装着されて、該部位における脈波
    を検出する脈波センサと、 該脈波センサにより検出される脈波に含まれる進行波成
    分のピークを決定する進行波ピーク決定手段と、 該脈波センサにより検出される脈波に含まれる反射波成
    分のピークを決定する反射波ピーク決定手段と、 前記進行波ピーク決定手段により決定された進行波成分
    のピークと、前記反射波ピーク決定手段により決定され
    た反射波成分のピークとの時間差に基づいて、前記脈波
    伝播速度情報を算出する脈波伝播速度情報算出手段とを
    含むことを特徴とする脈波伝播速度情報測定装置。
  2. 【請求項２】 脈波伝播速度情報と動脈硬化度との間の
    予め設定された関係を用い、前記脈波伝播速度情報算出
    手段により算出された脈波伝播速度情報に基づいて、前
    記生体の動脈硬化度を決定する動脈硬化度決定手段をさ
    らに含むことを特徴とする脈波伝播速度情報測定装置。
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