JP3643562B2 - 脈波伝播速度測定装置 - Google Patents
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Description
【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である脈波伝播速度を測定する脈波伝播速度測定装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
脈波伝播速度は様々な診断に利用される。たとえば、動脈が硬くなると脈波伝播速度が速くなることから、脈波伝播速度は動脈硬化症の診断に利用される。また、脈波伝播速度は血圧の変動にに関連して変動することから、血圧の連続監視にも利用される。
【０００３】
脈波伝播速度は、生体の所定の２つの部位において心拍同期信号（脈波、心音、心電信号など）を検出し、その２つの心拍同期信号の発生時間に基づいて、上記２部位間の脈波伝播時間を算出し、上記２部位間の血管長を脈波伝播時間で割ることにより算出する。
【０００４】
従来、血管長は、身長と血管長との間の予め実験に基づいて決定した関係式に患者の身長を代入した値で代用するか、体表面上における２部位間の距離を実測した値で代用している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
脈波伝播速度を正確に算出するには、上記血管長を正確に求める必要がある。しかし、身長から算出する血管長はそれほど精度が高くない。また、体表面上において２部位間の距離を実測した値は、身長から算出する血管長よりは高精度であるが、測定者の手技に依存するため、測定には熟練を要するという問題があり、また、実測作業は時間がかかるという問題がある。
【０００６】
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、血管長を迅速且つ精度よく決定することができる脈波伝播速度測定装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための第１の手段】
上記目的を達成するための第１発明は、生体内の所定の第１部位と第２部位との間の血管長をその２部位間の脈波伝播時間で割ることにより、その２部位間の脈波伝播速度を算出する脈波伝播速度測定装置であって、(a)前記第１部位に装着されて、予め生体組織を伝播する速度が求められている伝播信号を出力する伝播信号出力装置と、(b)前記第２部位に装着されて、前記伝播信号出力装置から出力され生体組織中を伝播してその第２部位に到達する伝播信号を受信する伝播信号受信装置と、(c)前記伝播信号出力装置において伝播信号が出力されてから、前記伝播信号受信装置によりその伝播信号が受信されるまでの信号伝播時間と、予め記憶されたその伝播信号の生体組織中の伝播速度に基づいて、前記血管長を決定する血管長決定手段とを含むことを特徴とする。
【０００８】
【第１発明の効果】
この発明によれば、血管長決定手段により、実際に脈波伝播速度を測定する２部位間を伝播信号が伝播した距離が血管長に決定されるので、体表面上において２部位間の距離を実測するのと同程度の精度で血管長を決定することができ、かつ、第１部位に伝播信号出力装置を装着し、第２部位に伝播信号受信装置を装着するだけで血管長が決定できるので熟練を必要とせず、また、血管長の測定時間が短縮できる。
【０００９】
【第１発明の態様】
ここで、好ましくは、前記伝播信号出力装置は、脈波伝播速度を測定するために前記第１部位に装着される第１心拍同期信号検出装置に一体的に備えられ、前記伝播信号受信装置は脈波伝播速度を測定するために前記第２部位に装着される第２心拍同期信号検出装置に一体的に備えられる。このようにすれば、伝播信号出力装置および伝播信号受信装置を生体に装着すると同時に、第１心拍同期信号検出装置および第２心拍同期信号検出装置を生体に装着できるので、脈波伝播速度の測定作業が簡単になる。
【００１０】
ただし、第１脈波検出装置に伝播信号出力装置を組み込まずに、別に、伝播信号出力装置を設け、第２脈波検出装置に伝播信号受信装置を組み込まずに、別に、伝播信号受信装置を設けてもよい。このようにすると、従来の脈波伝播装置に使用されている第１脈波検出装置および第２脈波検出装置をそのまま使用することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例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測定装置１０の概略構成を示す図である。
【００１６】
脈波伝播速度測定装置１０は、第１心拍同期信号検出装置として機能する心音マイク１２と、第２心拍同期信号検出装置として機能する上腕脈波検出装置１４とを備えている。心音マイク１２は、第１部位である患者１６の胸部表皮上の所定部位に装着されて心音を検出し、その心音を表す心音信号SHをA/D変換器１８を介して電子制御装置２０へ供給する。
【００１７】
上腕脈波検出装置１４は、カフ２２、圧力センサ２４、調圧弁２６、空気ポンプ２８、静圧弁別回路３０、脈波弁別回路３２などを備えている。カフ２２は、ゴム製袋を布製帯状袋内に有し、患者１６の上腕部に巻回される。本実施例では上腕部が第２部位である。圧力センサ２４および調圧弁２６は配管３４を介してカフ２２に接続されており、空気ポンプ２８は配管３６によって調圧弁２６に接続されている。調圧弁２６は、空気ポンプ２８により発生させられた圧力の高い空気を、その空気の圧力を調圧してカフ２２内へ供給し、或いは、カフ２２内の空気を排気することにより、カフ２２内の圧力を調圧する。
【００１８】
圧力センサ２４は、カフ２２内の圧力を検出してその圧力を表す圧力信号SPを静圧弁別回路３０および脈波弁別回路３２にそれぞれ供給する。静圧弁別回路３０はローパスフィルタを備えており、圧力信号SPに含まれる定常的な圧力すなわちカフ２２の圧迫圧力（以下、この圧力をカフ圧PCという）を表すカフ圧信号SCを弁別してそのカフ圧信号SCをＡ／Ｄ変換器３８を介して電子制御装置２０へ供給する。脈波弁別回路３２はバンドパスフィルタを備えており、圧力信号SPの振動成分であるカフ脈波信号SMを弁別してそのカフ脈波信号SMをＡ／Ｄ変換器４０を介して電子制御装置２０へ供給する。このカフ脈波信号SMは、カフ２２により圧迫される図示しない上腕動脈からの上腕脈波を表す。
【００１９】
心音マイク１２には、図２に示すように、心音を検出するマイクロホン部１２ａと、第１振動子１２ｂとが一体的に構成されている。第１振動子１２ｂは、電気信号を機械的振動エネルギーに変換する素子であり、パルス発振器４２に接続されている。電子制御装置２０からパルス発生信号がパルス発振器４２に供給されると、パルス発振器４２では数百kHz以上の所定周波数のパルス信号が発生させられて、そのパルス信号が第１振動子１２ｂに供給される。第１振動子１２ｂにパルス信号が供給されると、第１振動子１２ｂはその周波数で振動させられて、その周波数の超音波を発生する。本実施例では、第１振動子１２ｂが出力する超音波が伝播信号であり、第１振動子１２ｂが伝播信号出力装置として機能する。
【００２０】
また、カフ２２の内周面には、カフ２２の展開図である図３に示すように、第２振動子４４が固定されている。なお、第２振動子４４の装着位置は、カフ２２が上腕部に装着される際に体表面に接触させられる位置とされている。第２振動子４４は、第１振動子１２ｂと同様の構成を有するものであるが、第１振動子１２Ｂが電気信号を超音波に変換するのに対し、第２振動子４４は、逆に、超音波を電気信号に変換するために用いられる。すなわち、第１振動子１２ｂから出力された超音波が患者１６の生体組織中を伝播して第２振動子４４へ到達すると、第２振動子４４において超音波が電気信号に変換されて、その電気信号がＡ／Ｄ変換器４６を介して電子制御装置２０へ供給される。従って、第２振動子４４は伝播信号受信装置として機能する。
【００２１】
電子制御装置２０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、ROM５０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ことにより、I/Oポートから駆動信号を出力して空気ポンプ２８および調圧弁２６を制御することにより、カフ圧PCを脈波検出圧に制御する。この脈波検出圧は、上腕部における最低血圧値よりも低い圧力であって脈波弁別回路３２により弁別されるカフ脈波信号SMが十分な信号強度となるような圧力であり、たとえば５０mmHgに設定されている。また、ROM５０には、生体組織中を超音波が伝播する速度（以下、この速度を超音波伝播速度という）が記憶されている。なお、超音波伝播速度はたとえば1530m/secとされている。
【００２２】
CPU４８は血管長決定手段としても機能し、以下に示す血管長算出処理を実行する。すなわち、まず、パルス発振器４２に所定のパルス発生信号を出力して、心音マイク１２に備えられた第１振動子１２ｂから所定の周波数の超音波を出力させる。続いて、第２振動子４４から上記超音波と同じ周波数の電気信号が供給されたか否かを判断し、その電気信号が供給された場合には、パルス発生信号を出力してから（すなわち振動子から超音波が出力されてから）、上記電気信号が供給されるまでの時間(sec)を信号伝播時間として算出する。続いて、その信号伝播時間をROM５０に記憶されている超音波伝播速度で割り、その値を血管長Lに決定する。
【００２３】
さらに、CPU４８は、心音マイク１２から供給される心音において所定部位（たとえばII音の開始点）が発生した時間と、カフ圧PCが前記脈波検出圧に制御されている状態で脈波弁別回路３２から供給される上腕脈波において所定部位（たとえばダイクロティックノッチ）が発生した時間とに基づいて、大動脈弁から上腕までの脈波伝播時間DTを算出し、その脈波伝播時間DTおよび前記血管長Lを式１に代入して、大動脈弁から上腕までの脈波伝播速度PWVを算出する。そして、その算出した脈波伝播速度PWVを表示器５４に表示する。
（式１） PWV=L/DT
【００２４】
上述の実施例によれば、CPU４８において、実際に脈波伝播速度PWVを測定する２部位間を超音波が伝播した距離が血管長Lに決定されるので、体表面上においてその２部位間の距離を実測するのと同程度の精度で血管長Lを決定することができ、かつ、胸部に第１振動子１２ｂを装着し、上腕部に第２振動子４４を装着するだけで血管長Lが決定できるので熟練を必要とせず、また、血管長Lの測定時間が短縮できる。
【００２５】
また、上述の実施例によれば、第１振動子１２ｂは、心音マイク１２に一体的に備えられ、第２振動子４４はカフ２２に一体的に備えられていることから、第１振動子１２ｂおよび第２振動子４４を患者１６に装着すると同時に心音マイク１２およびカフ２２を患者１６に装着できるので、脈波伝播速度PWVの測定作業が簡単になる。
【００４１】
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。
【００４６】
また、前述の実施例では、第１部位が胸部、第２部位が上腕であったが、第１部位および第２部位は他の部位であってもよい。たとえば、頸部、手首、大腿部、足首等が第１部位または第２部位であってもよい。
【００４７】
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】本発明が適用された脈波伝播速度測定装置の概略構成を示す図である。
【図２】図１の脈波伝播速度測定装置に備えられた心音マイクの概略構成を示す図である。
【図３】図１の脈波伝播速度測定装置に備えられたカフの内周面展開図である。
【符号の説明】
１０：脈波伝播速度測定装置
１２ａ：第１振動子（伝播信号出力装置）
２０：電子制御装置
４４：第２振動子（伝播信号受信装置）
４８：CPU（血管長決定手段）
【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である脈波伝播速度を測定する脈波伝播速度測定装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
脈波伝播速度は様々な診断に利用される。たとえば、動脈が硬くなると脈波伝播速度が速くなることから、脈波伝播速度は動脈硬化症の診断に利用される。また、脈波伝播速度は血圧の変動にに関連して変動することから、血圧の連続監視にも利用される。
【０００３】
脈波伝播速度は、生体の所定の２つの部位において心拍同期信号（脈波、心音、心電信号など）を検出し、その２つの心拍同期信号の発生時間に基づいて、上記２部位間の脈波伝播時間を算出し、上記２部位間の血管長を脈波伝播時間で割ることにより算出する。
【０００４】
従来、血管長は、身長と血管長との間の予め実験に基づいて決定した関係式に患者の身長を代入した値で代用するか、体表面上における２部位間の距離を実測した値で代用している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
脈波伝播速度を正確に算出するには、上記血管長を正確に求める必要がある。しかし、身長から算出する血管長はそれほど精度が高くない。また、体表面上において２部位間の距離を実測した値は、身長から算出する血管長よりは高精度であるが、測定者の手技に依存するため、測定には熟練を要するという問題があり、また、実測作業は時間がかかるという問題がある。
【０００６】
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、血管長を迅速且つ精度よく決定することができる脈波伝播速度測定装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための第１の手段】
上記目的を達成するための第１発明は、生体内の所定の第１部位と第２部位との間の血管長をその２部位間の脈波伝播時間で割ることにより、その２部位間の脈波伝播速度を算出する脈波伝播速度測定装置であって、(a)前記第１部位に装着されて、予め生体組織を伝播する速度が求められている伝播信号を出力する伝播信号出力装置と、(b)前記第２部位に装着されて、前記伝播信号出力装置から出力され生体組織中を伝播してその第２部位に到達する伝播信号を受信する伝播信号受信装置と、(c)前記伝播信号出力装置において伝播信号が出力されてから、前記伝播信号受信装置によりその伝播信号が受信されるまでの信号伝播時間と、予め記憶されたその伝播信号の生体組織中の伝播速度に基づいて、前記血管長を決定する血管長決定手段とを含むことを特徴とする。
【０００８】
【第１発明の効果】
この発明によれば、血管長決定手段により、実際に脈波伝播速度を測定する２部位間を伝播信号が伝播した距離が血管長に決定されるので、体表面上において２部位間の距離を実測するのと同程度の精度で血管長を決定することができ、かつ、第１部位に伝播信号出力装置を装着し、第２部位に伝播信号受信装置を装着するだけで血管長が決定できるので熟練を必要とせず、また、血管長の測定時間が短縮できる。
【０００９】
【第１発明の態様】
ここで、好ましくは、前記伝播信号出力装置は、脈波伝播速度を測定するために前記第１部位に装着される第１心拍同期信号検出装置に一体的に備えられ、前記伝播信号受信装置は脈波伝播速度を測定するために前記第２部位に装着される第２心拍同期信号検出装置に一体的に備えられる。このようにすれば、伝播信号出力装置および伝播信号受信装置を生体に装着すると同時に、第１心拍同期信号検出装置および第２心拍同期信号検出装置を生体に装着できるので、脈波伝播速度の測定作業が簡単になる。
【００１０】
ただし、第１脈波検出装置に伝播信号出力装置を組み込まずに、別に、伝播信号出力装置を設け、第２脈波検出装置に伝播信号受信装置を組み込まずに、別に、伝播信号受信装置を設けてもよい。このようにすると、従来の脈波伝播装置に使用されている第１脈波検出装置および第２脈波検出装置をそのまま使用することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例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測定装置１０の概略構成を示す図である。
【００１６】
脈波伝播速度測定装置１０は、第１心拍同期信号検出装置として機能する心音マイク１２と、第２心拍同期信号検出装置として機能する上腕脈波検出装置１４とを備えている。心音マイク１２は、第１部位である患者１６の胸部表皮上の所定部位に装着されて心音を検出し、その心音を表す心音信号SHをA/D変換器１８を介して電子制御装置２０へ供給する。
【００１７】
上腕脈波検出装置１４は、カフ２２、圧力センサ２４、調圧弁２６、空気ポンプ２８、静圧弁別回路３０、脈波弁別回路３２などを備えている。カフ２２は、ゴム製袋を布製帯状袋内に有し、患者１６の上腕部に巻回される。本実施例では上腕部が第２部位である。圧力センサ２４および調圧弁２６は配管３４を介してカフ２２に接続されており、空気ポンプ２８は配管３６によって調圧弁２６に接続されている。調圧弁２６は、空気ポンプ２８により発生させられた圧力の高い空気を、その空気の圧力を調圧してカフ２２内へ供給し、或いは、カフ２２内の空気を排気することにより、カフ２２内の圧力を調圧する。
【００１８】
圧力センサ２４は、カフ２２内の圧力を検出してその圧力を表す圧力信号SPを静圧弁別回路３０および脈波弁別回路３２にそれぞれ供給する。静圧弁別回路３０はローパスフィルタを備えており、圧力信号SPに含まれる定常的な圧力すなわちカフ２２の圧迫圧力（以下、この圧力をカフ圧PCという）を表すカフ圧信号SCを弁別してそのカフ圧信号SCをＡ／Ｄ変換器３８を介して電子制御装置２０へ供給する。脈波弁別回路３２はバンドパスフィルタを備えており、圧力信号SPの振動成分であるカフ脈波信号SMを弁別してそのカフ脈波信号SMをＡ／Ｄ変換器４０を介して電子制御装置２０へ供給する。このカフ脈波信号SMは、カフ２２により圧迫される図示しない上腕動脈からの上腕脈波を表す。
【００１９】
心音マイク１２には、図２に示すように、心音を検出するマイクロホン部１２ａと、第１振動子１２ｂとが一体的に構成されている。第１振動子１２ｂは、電気信号を機械的振動エネルギーに変換する素子であり、パルス発振器４２に接続されている。電子制御装置２０からパルス発生信号がパルス発振器４２に供給されると、パルス発振器４２では数百kHz以上の所定周波数のパルス信号が発生させられて、そのパルス信号が第１振動子１２ｂに供給される。第１振動子１２ｂにパルス信号が供給されると、第１振動子１２ｂはその周波数で振動させられて、その周波数の超音波を発生する。本実施例では、第１振動子１２ｂが出力する超音波が伝播信号であり、第１振動子１２ｂが伝播信号出力装置として機能する。
【００２０】
また、カフ２２の内周面には、カフ２２の展開図である図３に示すように、第２振動子４４が固定されている。なお、第２振動子４４の装着位置は、カフ２２が上腕部に装着される際に体表面に接触させられる位置とされている。第２振動子４４は、第１振動子１２ｂと同様の構成を有するものであるが、第１振動子１２Ｂが電気信号を超音波に変換するのに対し、第２振動子４４は、逆に、超音波を電気信号に変換するために用いられる。すなわち、第１振動子１２ｂから出力された超音波が患者１６の生体組織中を伝播して第２振動子４４へ到達すると、第２振動子４４において超音波が電気信号に変換されて、その電気信号がＡ／Ｄ変換器４６を介して電子制御装置２０へ供給される。従って、第２振動子４４は伝播信号受信装置として機能する。
【００２１】
電子制御装置２０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、ROM５０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ことにより、I/Oポートから駆動信号を出力して空気ポンプ２８および調圧弁２６を制御することにより、カフ圧PCを脈波検出圧に制御する。この脈波検出圧は、上腕部における最低血圧値よりも低い圧力であって脈波弁別回路３２により弁別されるカフ脈波信号SMが十分な信号強度となるような圧力であり、たとえば５０mmHgに設定されている。また、ROM５０には、生体組織中を超音波が伝播する速度（以下、この速度を超音波伝播速度という）が記憶されている。なお、超音波伝播速度はたとえば1530m/secとされている。
【００２２】
CPU４８は血管長決定手段としても機能し、以下に示す血管長算出処理を実行する。すなわち、まず、パルス発振器４２に所定のパルス発生信号を出力して、心音マイク１２に備えられた第１振動子１２ｂから所定の周波数の超音波を出力させる。続いて、第２振動子４４から上記超音波と同じ周波数の電気信号が供給されたか否かを判断し、その電気信号が供給された場合には、パルス発生信号を出力してから（すなわち振動子から超音波が出力されてから）、上記電気信号が供給されるまでの時間(sec)を信号伝播時間として算出する。続いて、その信号伝播時間をROM５０に記憶されている超音波伝播速度で割り、その値を血管長Lに決定する。
【００２３】
さらに、CPU４８は、心音マイク１２から供給される心音において所定部位（たとえばII音の開始点）が発生した時間と、カフ圧PCが前記脈波検出圧に制御されている状態で脈波弁別回路３２から供給される上腕脈波において所定部位（たとえばダイクロティックノッチ）が発生した時間とに基づいて、大動脈弁から上腕までの脈波伝播時間DTを算出し、その脈波伝播時間DTおよび前記血管長Lを式１に代入して、大動脈弁から上腕までの脈波伝播速度PWVを算出する。そして、その算出した脈波伝播速度PWVを表示器５４に表示する。
（式１） PWV=L/DT
【００２４】
上述の実施例によれば、CPU４８において、実際に脈波伝播速度PWVを測定する２部位間を超音波が伝播した距離が血管長Lに決定されるので、体表面上においてその２部位間の距離を実測するのと同程度の精度で血管長Lを決定することができ、かつ、胸部に第１振動子１２ｂを装着し、上腕部に第２振動子４４を装着するだけで血管長Lが決定できるので熟練を必要とせず、また、血管長Lの測定時間が短縮できる。
【００２５】
また、上述の実施例によれば、第１振動子１２ｂは、心音マイク１２に一体的に備えられ、第２振動子４４はカフ２２に一体的に備えられていることから、第１振動子１２ｂおよび第２振動子４４を患者１６に装着すると同時に心音マイク１２およびカフ２２を患者１６に装着できるので、脈波伝播速度PWVの測定作業が簡単になる。
【００４１】
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。
【００４６】
また、前述の実施例では、第１部位が胸部、第２部位が上腕であったが、第１部位および第２部位は他の部位であってもよい。たとえば、頸部、手首、大腿部、足首等が第１部位または第２部位であってもよい。
【００４７】
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】本発明が適用された脈波伝播速度測定装置の概略構成を示す図である。
【図２】図１の脈波伝播速度測定装置に備えられた心音マイクの概略構成を示す図である。
【図３】図１の脈波伝播速度測定装置に備えられたカフの内周面展開図である。
【符号の説明】
１０：脈波伝播速度測定装置
１２ａ：第１振動子（伝播信号出力装置）
２０：電子制御装置
４４：第２振動子（伝播信号受信装置）
４８：CPU（血管長決定手段）
Claims (3)
- 生体内の所定の第１部位と第２部位との間の血管長を該２部位間の脈波伝播時間で割ることにより、該２部位間の脈波伝播速度を算出する脈波伝播速度測定装置であって、
前記第１部位に装着されて、予め生体組織を伝播する速度が求められている伝播信号を出力する伝播信号出力装置と、
前記第２部位に装着されて、前記伝播信号出力装置から出力され生体組織中をを伝播して該第２部位に到達する伝播信号を受信する伝播信号受信装置と、
前記伝播信号出力装置において伝播信号が出力されてから、前記伝播信号受信装置により該伝播信号が受信されるまでの信号伝播時間と、予め記憶された該伝播信号の生体組織中の伝播速度に基づいて、前記血管長を決定する血管長決定手段と
を含むことを特徴とする脈波伝播速度測定装置。 - 前記第２部位が、手首または足首であることを特徴とする請求項１に記載の脈波伝播速度測定装置。
- 前記伝播信号出力装置は、脈波伝播速度を測定するために前記第１部位に装着される第１心拍同期信号検出装置に一体的に備えられ、前記伝播信号受信装置は脈波伝播速度を測定するために前記第２部位に装着される第２心拍同期信号検出装置に一体的に備えられていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の脈波伝播速度測定装置。
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