JP3820162B2 - 循環動態測定装置 - Google Patents
循環動態測定装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP3820162B2 JP3820162B2 JP2002036745A JP2002036745A JP3820162B2 JP 3820162 B2 JP3820162 B2 JP 3820162B2 JP 2002036745 A JP2002036745 A JP 2002036745A JP 2002036745 A JP2002036745 A JP 2002036745A JP 3820162 B2 JP3820162 B2 JP 3820162B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- frequency
- unit
- waveform
- doppler shift
- circulatory dynamics
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Landscapes
- Measuring Pulse, Heart Rate, Blood Pressure Or Blood Flow (AREA)
- Ultra Sonic Daignosis Equipment (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、生体中を循環する体液および循環器を構成する組織の測定装置にかかわり、特に血液の状態を把握し健康の評価、疾患の診断、薬品の効果の評価等を行う技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、生体の健康の評価、疾患の診断、生体への薬品の影響の把握等を行うために、血液の情報を利用するいろいろな方法が行われている。例えば医療的には、生体から血液を採集し、その血液を成分分析装置にかけて血液中に含まれるいろいろな血液成分の割合から循環動態を求めて健康状態を評価するといった方法等がある。ここで循環動態とは循環器内部を移動し生体の組織や細胞に酸素と栄養を与え、炭酸ガスと老廃物を運びさる血液やリンパ液が時間とともに継続して変動している状態のことを示し、例えば流速度や血流変化、流動性、脈波動などがこれにあたる。
【０００３】
しかしながら、この方法では採血するときに針を生体に刺す必要があるので、一般家庭のような医療機関から離れた場所にいるときに循環動態を測定し健康状態を評価したい場合や、生体に常時装着して循環動態を測定し健康状態を常時評価したいときには適しておらず、非侵襲的に生体表面から波動を入力し、生体を流れる体液、特に血液に反射させて動きや位置から血液状態を解析して循環動態を測定して健康状態を評価する装置が開発されている。
【０００４】
医療的に健康評価を行う従来例としては、専門雑誌「食品研究成果情報，NO.11 1999年発行」に菊池佑二氏が「毛細血管モデルを用いた全血流動性の測定」というタイトルで発表した方法、すなわち被検者から血液を採取し、リソグラフィックな手法で製作されたマイクロチャネルアレイを用いて、定圧下の血流の通過時間から血液レオロジーを計測する方法が知られている。この方法を用いることにより、循環動態として血液レオロジーを計測することができ、この値により健康状態を評価することができる。
【０００５】
測定した血液レオロジーに関する情報を被験者に提供する際には、採取した血液がマイクロチャネルアレイを通過する時間、マイクロチャネルアレイを血液が通過する状態をビデオカメラで撮影した画像の提供、の２つの方法で行われている。
【０００６】
また、家庭等で非侵襲的に健康評価を行う従来例としては、生体の皮膚面から光等の波動を送信して反射してくる光を受信し、血管を流れる血液の流量を検出する形態がある。これは、検出された血流量を時間で微分することにより循環動態の一つの指標である加速度脈波を求め、健康状態を評価する。従来の循環動態測定装置の信号処理部６００の内部構成と、信号処理部６００と循環センサ部６０７の接続状態を示すブロック図を図１７に示す。図示するように、信号処理部６００は、駆動部６０１、受信部６０２、信号演算部６０３、出力部６０４によって概略構成されている。駆動部６０１は循環センサ６０７に設置された発光素子６０５を点灯させ、光を血管に向けて入射するための駆動エネルギーを送信する。受信部６０２は循環センサ６０７に設置された受光素子６０６が光を受信した時に発生する信号を受信する。信号演算部６０３は、内部に備えた記憶領域（図示省略）に記憶されている処理プログラムを実行することによって、循環動態の測定に関する各種処理を実行し、その処理結果を出力部６０４に出力する。そして、信号演算部６０３は受信信号レベルを血流量に変換し、その値を時間で２回微分することにより循環動態として加速度脈波を求めている。ここで、加速度脈波波形と動脈硬化とは相関があることが知られており、この波形などから、動脈硬化などの末梢循環に関する指標を得ることができる。
【０００７】
この従来例での被験者に対する循環動態の提供方法は、測定された加速度脈波波形をグラフとして出力する方法、加速度脈波波形から所定のアルゴリズムによって、血管年齢などの情報を数値として出力する方法、の２つの方法が採用されている。
【０００８】
また、胎児などの診断に使用される超音波エコー装置では、生体内部で反射される信号から、生体内部の情報を画像として表示することが行われている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、マイクロチャネルアレイを用いた血液レオロジー測定法では、マイクロチャネルアレイ、及びマイクロチャネルアレイを通過する血液の状態を撮影するカメラなどが必要となり、装置が大掛かりなものとならざるを得なかった。また、肘部などに注射針を刺し、血液を採取する必要があるため、病院に行く必要があるなど、手軽に使用することが難しかった。さらに、数値データでは、被験者は自分の血液レオロジーの状態を理解しにくかった。
【００１０】
また、従来例に示したような生体表面から波動（光）を入力し、生体を流れる体液に反射させて動きや位置から血液状態を解析し、循環動態を求めて健康状態を評価する装置においては、加速度脈波などの波形では、被験者にとって自分の循環動態が良好かどうか、を直感的に理解しにくく、結果として循環動態の状態が悪い場合でも、食生活の改善などに無関心となり、動脈硬化などの重大な疾患に罹る可能性が高くなってしまった。
【００１１】
また、血管年齢などの数値情報であっても、被験者にとって、どの程度の循環動態なのかが直感的につかみにくく、食生活の改善や治療に対するモチベーションを高める効果としては低く、結果として循環状態が悪い場合でも、食生活の改善などに無関心となり、動脈硬化などの重大な疾患に罹る可能性が高くなってしまった。
【００１２】
また、超音波エコー診断装置などでにおいては、生体内部の空間情報まで測定する必要があるため、装置として大掛かりなものとなったり、忠実に内部の状態を表示しようとするため、ノイズなどがある場合にはかえって循環動態などの情報がわかりにくいものとなってしまった。
【００１３】
そこで本発明の循環動態測定装置においては、被験者に測定された循環動態の結果を直感的に認識しやすい形態で提供し、食生活の改善や医学的治療を促し、動脈硬化などの重大な疾患への予防効果を高めることを課題とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明の循環動態測定装置においては、生体表面から生体内部に波動を送受信する循環センサと、受信された波動から循環動態を算出する処理部と、処理結果を出力する出力部を有する循環動態測定装置において、処理部は、受信波動の時間変化波形を音情報に変換する手段を有する構成とする。
【００１５】
また、生体表面から生体内部に波動を送受信する循環センサと、
受信された波動から循環動態を算出する処理部と、処理結果を出力する出力部を有する循環動態測定装置において、処理部は、受信波動の時間変化波形を画像情報に変換する手段を有する構成とする。
【００１６】
また、生体表面から生体内部に波動を送受信する循環センサと、受信された波動から循環動態を算出する処理部と、処理結果を出力する出力部を有する循環動態測定装置において、処理部は受信波動の時間変化波形を音情報に変換する手段と画像情報に変換する手段を有し、受信波動の時間変化波形と同期して音情報と画像情報に変換したり、生体表面から生体内部に波動を送受信する循環センサと、受信された波動から循環動態を算出する処理部を有する循環動態測定装置において、算出された循環動態を表示するインジケータ部を有する構成とする。
【００１７】
さらに、処理部は受信波動の時間変化波形を音情報に変換する手段を有し、受信波動の時間変化波形と同期して音情報とインジケータ部に出力を行ったり、処理部は、音情報あるいは画像情報に変換する際に、受信波動の時間変化波形における特定の周波数帯域を強調して音あるいは画像情報の変換を行うことも可能である。
【００１８】
また、音情報あるいは画像情報に変換する際に、受信波動の時間変化波形における周波数を高低させて音あるいは画像情報の変換を行ったり、処理部は循環動態の時間変化波形における特定の周波数帯域に対応して音あるいは画像の出力強度を増減させる帯域強度調整部を有する構成とする。
【００１９】
また、受信波動の時間変化波形は、ドップラシフト周波数の時間変化波形であり、処理部は、受信波動のドップラシフト周波数を利用して生体内部の循環動態を算出する構成、音情報を保管する音情報蓄積部を有し、処理部は循環動態の処理結果に応じて音情報蓄積部より処理結果に対応する音情報を選択する構成とする。
【００２０】
さらに、循環センサは、血流によるドップラシフト周波数を測定し、受信波動の時間変化波形は、ドップラシフト周波数の各脈拍毎の最高周波数の時間変化である構成とする。詳細は以下の発明の実施の形態で説明する。
【００２１】
【発明の実施の形態】
本発明の循環動態測定装置の測定原理は、脈拍の拍動時にあらわれる循環成分、例えば血液の流れる速度の時間変化の形から循環動態を求めるものである。
そして、本発明の循環動態測定装置は、生体表面から生体内部に波動を送受信する循環センサと、受信された波動から循環動態を算出する処理部と、処理結果を出力する出力部を有する循環動態測定装置である。
【００２２】
まず、皮膚面から体内に向けて放射される定周波数の波動信号は体内物質に反射されて返ってくる。この反射波動信号を受信してその中に含まれている体液情報を検出するのであるが、反射物質は血管内の血流に特定されるものではない。血管内の血流であれば速度成分を持って移動しているのでその反射波は波動の周波数がドップラ効果によってシフトされるが、骨や血管といった速度成分を持たない静止物質の場合には定周波数のまま反射されて返ってくる。また、速度成分をもつ物質としては、着目している血管内の血液に限らず多様な方向を向いている毛細管内の血液やリンパ液など多種多様な物質が存在し、それらからの反射波が受信波には重畳されている。発信側の周波数と同じ成分は静止物質からの反射であるから、これは容易に除去できる。また、体内物質に反射して返ってくる場合、反射波動の周波数がドップラシフトするばかりではなく、反射物の波動の吸収度合いによって反射強度も変化する。この反射強度変化を生体内を流れる体液の容積変化として検出し、循環動態を取得することも可能である。さらに容積変化成分を微分して例えば加速度脈波成分として循環動態を取得することも可能である。また、体内物質に反射して返ってくる時間の遅れを検出することにより、生体内部の構造、例えば血管径や血管厚の変化を検出することもできる。これらの形状変化成分もまた、循環動態の一部として考えることができる。これら循環動態から生体の健康状態を評価することが本測定装置の最終目的となる。
【００２３】
本発明において検出したい物理量は着目している体液の流速等であるが、循環器内の流れの平均流速は一般に最も周波数成分としてレベルの高い信号が対応することで、その成分を抽出する。なお、流速検出に用いる波動には超音波が使用されるのが一般的であるが、レーザ等他の波動を用いることも可能である。また、容積変化を検出する場合に用いる波動にはレーザーやダイオード等の光が使用されるのが一般的である。
【００２４】
そして、被験者に循環動態を直感的に認識しやすくするため、得られた処理結果を音、あるいは画像に変換する。よって、処理部は、受信波動の時間変化波形を音情報あるいは画像情報に変換する手段を有することを基本構成とするものである。音情報として具体的には、得られたドップラシフト量に基づく血流速度波形のデータを、そのままスピーカーの入力電圧波形として入力し、音として出力させるのである。血流速度が速いほどスピーカーから出力される音の周波数も高くなるため、血流速度が速いかが直感的に理解可能となるのである。
【００２５】
さらに、処理結果を表示する表示部に画像として出力することも可能である。この場合、画面には、血管の模式図と、赤血球の絵を用意しておき、得られた血流速度波形に対応して赤血球の絵を動かすことで、直感的に被験者にたいして自分の血液循環動態の程度を認識させることが可能となる。
【００２６】
また、加速度脈波あるいは血管径の変化波形等を、時間―周波数の波形に置き換えて、音として出力することでも、被験者に直感的に認識しやすい情報として提供することが可能となる。
【００２７】
さらに、特定の周波数成分について、周波数を増減させたり、強度を増減させるなどして循環動態を強調して出力することも可能である。
【００２８】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態に係る循環動態測定装置について説明する。本実施の形態においては、血流速度と血液レオロジー（微小な流路での血液の流れにくさ）に相関があることに着目し、血液レオロジーを測定することとしているが、血流速度の測定、血管径などの他の循環動態を測定する際にも適用可能である。
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態に使用する循環動態測定装置の外観上の構成を示す図である。図１に示すように、循環動態測定装置は、指輪部１、信号処理部２、スピーカー２１の３つに分けられて構成されている。
【００２９】
図２は、図1上のＡ−Ａ’断面を図示したものである。図２に示すように、指輪部１の内側に循環センサ１０１が存在する。本実施の形態では超音波を使用する。図２に示すＢ方向からみた指輪内部の透過図を図３に示す。循環センサ１０１には、超音波入射部３と超音波検出部４が指６の腹の部分に取りつけられている。
【００３０】
指６の中にある動脈５は指６の腹部の両脇を通って指先に伸びているので、この動脈の血液の流れを計測するために、超音波入射部３と超音波検出部４は動脈付近に、正確に超音波が入射できるように、例えば図２に示すように指６の腹の中心から左にずれた部分に取りつけられている。これによって、確実に動脈からの反射を捕らえることができ血流の測定精度があがる。ここで、実施の形態１では左にずれて取りつけているが、右側の動脈付近に、右にずれて取りつけても効果は同じである。
【００３１】
後述するが、血流速度と血液レオロジー（血管内の血液の流れにくさ）には相関があるため、血流を測定することで血液レオロジーの評価が可能となる。
【００３２】
なお、超音波は生体内部に侵入しても強度を低く設定すれば無害であり、また光などと比較すると、皮膚の色や、外乱光の影響を受けにくいため、循環動態測定装置に適している。
【００３３】
また、外乱光を遮断する保持の仕方などの構造を工夫することで光などを利用したセンサを使用することも可能である。
【００３４】
実施の形態1の循環動態測定装置は指輪部１を指６に装着し、信号処理部２を腕に携帯することにより、常時携帯が可能である。また、信号処理部２も指輪部１と同様に指６に装着してもよい。信号処理部２と、指輪部１に設置された超音波入射部３と超音波検出部４は、導線により接続されており、この導線を介して信号処理部２から駆動用電圧信号が超音波入射部３に入力され、超音波検出部４では計測された電圧信号が信号処理部２に入力される。
【００３５】
実施の形態１の循環動態測定装置の信号処理部２の内部構成と、信号処理部２と循環センサ部１０１、の接続状態を示すブロック図を図４に示す。図示するように、信号処理部２は、駆動部５０１、受信部５０２、信号演算部５０３、音情報変換部２２によって概略構成されている。
【００３６】
実施の形態１の駆動部５０１は循環センサ１０１に設置されたＰＺＴ１０２を振動させ、超音波を血管５に向けて入射するための駆動電圧を送信する。受信部５０２は循環センサ１０１に設置されたＰＺＴ１０３が超音波を受信した時に発生する電圧を受信する。
【００３７】
信号演算部５０３は、内部に備えた記憶領域（図示省略）に記憶されている処理プログラムを実行することによって、循環動態の測定に関する各種処理を実行し、その処理結果を音情報変換部２２に出力する。また、信号演算部５０３は、ＰＺＴ１０２から発せられた超音波の周波数と受信された超音波の周波数を比較する事により、血流のドップラ効果を算出する。そして、このドップラシフト強度波形（導出方法は後述する）について周波数解析を行うことにより、血管５を流れる血流速度を算出し、ドップラシフト周波数の時間変化を求める。
【００３８】
このドップラシフト周波数の時間変化の波形をそのまま音出力データとして、スピーカー部２１より音を出力することも可能であるし、血流速度を算出する前のドップラシフト強度波形をそのまま音として出力することもできる。
【００３９】
図５がドップラシフト強度波形である。ここで、ドップラシフト強度波形の算出方法を以下に示す。
【００４０】
体表に近接位置している動脈に対して超音波入射部と超音波検出部が対となっている超音波センサを配置し、超音波入射部３のＰＺＴ１０２を９．６ＭＨｚ程度の一定周波数で励振し超音波を動脈に向けて放射する。超音波検出部４では体内で反射されて返ってきた超音波信号をＰＺＴ１０３によって受信する。この受信信号には前述したように体内の様々な部分で反射してきた超音波が含まれており、反射物が静止したものであれば反射波の周波数は入射波の周波数と変化は無く、移動物であれば移動量に応じた周波数シフト（ドップラシフト）を受けて反射されてくる。受信信号の中からこのドップラシフトの強度を抽出し、その時間的経過を取得したものが図５の波形図であり、これをドップラシフト強度波形と呼ぶ。
【００４１】
信号演算部５０３からの信号は図５のようになっており、この波形の周波数が可聴領域の信号であれば、この波形をそのまま音情報変換部２２より音の電圧信号に変換し、スピーカ２１を駆動させる。
【００４２】
なお、脈拍の拍動時の血流変化の最高周波数と血液レオロジーには相関がある。例えば、血流変化の周波数が高ければ、血液の粘度が低い状態であるといえるため、本実施の形態においては、出力される音が高いほど、血流変化の周波数が高く、血液の粘度が低い状態であるといえる。
【００４３】
数値で示すより音で出力した場合のほうが、聴覚的に訴えることができるため、被験者にとって認識しやすくなり、循環器系の疾患の予防につなげることが可能となる。
【００４４】
また、被験者には脈拍、血液レオロジーなどの循環動態の数値情報を図示しない表示部より表示させることも可能である。
（実施の形態２）
図６は実施の形態１で説明した図５のドップラシフト強度波形に対して周波数解析を行い、時間―周波数成分に変換した波形である。
【００４５】
具体的には、
▲１▼ 周波数成分を求めるためにドップラシフト強度波形にＦＦＴ処理を行う。
▲２▼ ＦＦＴにより算出された周波数のパワースペクトル値をあるしきい値と比較する。
▲３▼ しきい値より大きいパワースペクトル値を持つ周波数を抽出する。
▲４▼ 抽出した周波数の中で最も高い周波数を、周波数波形を作る周波数成分として選ぶ。この最も高い周波数は体内反射物質の内で最も移動速度の速いものからの反射波であり、これは筋肉等の動きである場合もあるが一般には着目する動脈内を流れる血流速に対応するものと解することができる。
▲５▼ 各時点のドップラシフト強度信号に対してステップ▲１▼〜▲４▼の作業を繰り返すことにより、周波数波形を作成する。ここで、周波数波形の時間分解能は、ドップラシフト強度波形のサンプリングレートとＦＦＴ個数の積になる。
【００４６】
この波形をそのまま図４のスピーカー部２１の駆動電圧として入力し、音を出力する。血液レオロジーと血流変化の最高周波数には相関があることがわかっているため、このような波形を音として出力すると、余分な周波数成分がカットされ、結果としてドップラシフトの最高周波数成分が強調されるため、被験者にとってより自分の循環情報についての認識がしやすくなる。
【００４７】
また、最高周波数のみについて音情報として出力しても良い。例えば、図５においては、０．５から１．０ｓでは３０００Ｈｚ，１．０から１．５ｓでは２８００Ｈｚと、脈拍ごとに出力される音の周波数を変えても良い。この場合、最高周波数が血液レオロジーと相関があるため、被験者がより直感的に自分の血液レオロジーについて認識することが可能となる。
（実施の形態３）
図７、図８を使用して、測定された循環動態をインジケータとして出力する場合の実施の形態を説明する。前述の通り、血流変化の最高周波数が血液レオロジーと相関があるが、この最高周波数の値を表示する、あるいは血液レオロジーの数値を表示する、または血流波形を表示しても被験者にとっては直感的に自分の血液レオロジーがどういう状態か認識しにくい。
【００４８】
図７は表示部として腕時計型の表示部を有する形態であり、循環センサ等は実施の形態１で使用したものを使用する。８４は血流波形などを表示する液晶の表示部であり、８７はＬＥＤなどのインジケータである。
【００４９】
血流変化の最高周波数と血液レオロジーに相関があるため、図６の周波数成分において、周波数が高いほど図８のＬＥＤでは右側までランプが点灯するようにすれば、被験者の血液レオロジーの状態を直感的に知らせることが可能となる。
【００５０】
図８（ａ）は最高周波数が低い場合、図８（ｂ）は図８（ａ）より最高周波数が高い状態の説明図である。
【００５１】
図６のように、血流変化の周波数成分は各脈拍ごとに若干異なり、最高周波数も脈拍ごとに異なる。この際、ひとつの脈拍のみに着目したり、数個の脈拍における最高周波数成分をもとめ、平均値を求めたりしたのでは、結果がわかりにくいものとなるばかりが、正確な情報ではなくなる恐れがある。
【００５２】
本実施の形態のようにＬＥＤによるインジケータを設け、さらに連続的に血液レオロジーを測定することで、例えば１分間に何秒間、さらさらの状態にあるかを確認することで、被験者に直感的に自分の循環動態を認識させることが可能となる。
【００５３】
また、脈拍ごとの最高周波数に対応する血液レオロジーの状態を保持（ＬＥＤの点灯位置を保持）し、測定時間内での最低の血液レオロジーを表示することもできる。
【００５４】
なお、最高周波数と血液レオロジーの関係は性別、血圧などで異なるため、性別、血圧ごとに補正を行うことが望ましい。
【００５５】
また、実施の形態１に記載の音による出力と同期させることで被験者は、より直感的に自分の循環動態を認識することが可能となる。
（実施の形態４）
図９を基に循環動態を画像として出力する場合の実施の形態を示す。
図９は実施の形態３の表示部８４の拡大図である。図９で、９０は丸い点であり、この丸い点９０の数、表示強度、大きさを変えたり、さらには丸い点を図９中の矢印方向に移動させるなどして、丸い点９０を赤血球として表示することで、被験者の循環動態を表示することが可能となる。
【００５６】
例えば、図５におけるドップラシフト強度は、循環センサによって受信される信号の強度を表し、実施の形態１などでは、赤血球の量に比例する。そのため、丸い点９０の個数、あるいは明るさを図５のドップラシフト強度とすると、循環動態を視覚的に認識することが可能となる。
【００５７】
また、図６における血流変化の周波数成分に応じて丸い点９０を矢印方向に移動させることで、被験者の循環動態（このばあいは血液レオロジー）の程度を画像として表示することができる。
【００５８】
また、超音波エコーなどにより、装置を単純にすることが可能であり、直感的にわかりやすい画像を提供することができる。
（実施の形態５）
図１０、図１１、図１２、図１３を用いて、測定された循環動態の結果を強調して出力する場合の実施の形態について説明する。
【００５９】
図１１は図５のドップラシフト強度波形についてＦＦＴ（高速フーリエ変換）処理を行った結果（パワースペクトル）である。
【００６０】
前述の通り、ドップラシフト強度波形の最高周波数が高いほど血液レオロジーは低い（血液がさらさら）ことがわかっている。このため、被験者としては高周波成分の情報が知りたいのである。
【００６１】
そこで、図１１のようなＦＦＴ処理結果について上記周波数成分を強調するように変換を行うことで、測定された循環動態をより強調して被験者に知らせることが可能となる。図１２が高周波成分を強調した結果で、このスペクトルについて逆フーリエ変換を行い、時間―出力の波形に変換することで、循環動態を強調した音を出力することが可能となる。逆フーリエ変換を行うときに、図１２のデータはパワースペクトルであるため、位相情報が埋没してしまっているが、本実施の形態では、位相情報は無視して演算を行った。
【００６２】
図１０が変換前の周波数と変換後の周波数のグラフである。
【００６３】
本実施の形態では使用する超音波の周波数は９．６ＭＨｚであり、動脈などにおける血流速度を利用して概算すると、安静時におけるドップラシフト周波数は１０００Ｈｚから４０００Ｈｚとなる。図１０のような変換を行うことで、１０００Ｈｚ以下はより低く、１０００Ｈｚ以上はより高周波となる。そのため、必要な周波数成分をより強調して出力することが可能となる。
【００６４】
図１０の変換の式は、変換前の周波数をｆ０、変換後の周波数をｆとすると、
ｆ＝（ｆ０／１０００）1.5×１０００ [Ｈｚ] 式１
という変換式を使用した。
【００６５】
なお、本実施の形態では、周波数について（図１１の横軸方向）のみ強調処理を行ったが、強度について（図１１の縦軸方向）にも強調を行うことも可能である。具体的には、イコライジングの変換を行うことになる。例えば、図１１の縦軸について、周波数が高いほど信号強度が上がるような変換を行うことで高周波成分の音をより大きくすることが可能となり、循環動態をより強調することが可能となる。
【００６６】
図１３は図１１のパワースペクトルについて、特定の（１０００Ｈｚから４０００Ｈｚ）周波数について、周波数が高いほど、パワーが大きくなる変換を行った結果である。
【００６７】
また、本実施の形態では音出力について強調する例を示したが、実施の形態４における丸い点の移動速度を強調する（周波数の高いものについては移動速度をより速くする等）ことで、画像で表示する場合においても循環動態を強調して出力することが可能であり、両方について強調することも可能である。なお、例えば血液の粘性が高い場合を強調したい場合では、低周波成分を強調するような変換を行うことも可能である。
【００６８】
また、血液レオロジーの評価の場合などでは、１０００Ｈｚから４０００Ｈｚが評価に必要な周波数であるため、上記範囲のフィルタを用いて、一度フィルタ処理を行った波形について上記の強調変換を行うことも可能である。
【００６９】
なお、本実施の形態では使用する循環センサ１０１の超音波の周波数は９．６ＭＨｚであったが、この周波数に限定されるものではなく、その他の周波数でも可能であり、その場合には、上記評価に必要な周波数の範囲も変化する。
（実施の形態６）
図６、図１４、図１５を用いて、測定された循環動態の結果を強調して出力する場合の実施の形態について説明する。
【００７０】
図６の波形は周波数変化の波形であるため、この波形の周波数成分を強調することでも循環動態を強調して出力することが可能となる。
【００７１】
具体的には、図１４のような係数を図６の周波数成分に掛け合わせる。図１５がその結果である。点線が変換前、実線が変換後の波形である。一般的に人間の可聴領域は２Ｈｚ〜２０ＫＨｚ程度であるため、おおよそその範囲に入っていれば、音として出力しても認識することができる。
【００７２】
なお、本実施の形態では音出力について強調する例を示したが、実施の形態４における丸い点の移動速度を強調することで、画像で表示する場合においても循環動態を強調して出力することが可能である。
【００７３】
なお、本実施の形態では、すべての周波数成分について係数をかける演算を行ったが、上述の通り、関心のある周波数は１０００Ｈｚから４０００Ｈｚであるので、この範囲の周波数成分について特に大きい係数をかける演算を行うことも可能である。
【００７４】
また、実施の形態６と同じく、低周波数成分について強調処理を行うことも可能である。
（実施の形態７）
図１６を用いて、測定された循環動態を数段階のレベルに分割し、それぞれのレベルにおける音データを準備しておき、各レベルに対応する音を被験者に出力させた実施の形態について説明する。
【００７５】
図１６において、例えば周波数成分をレベル１： ０〜５００Ｈｚ，レベル２：５００〜１０００Ｈｚ，レベル３： １０００Ｈｚ〜１５００Ｈｚ、・・・などとし、各レベルにおける音データを図示しない音データ蓄積部に確保しておく。
【００７６】
音データとしては、レベルが低い場合には、シンセサイザなどで人工的に低い周波数で作成された音、あるいは遅い川のせせらぎなどを測定したデータを使用し、逆にレベルの高い場合には、シンセサイザなどを利用して高い周波数で作成された音データなどを用意しておく。
【００７７】
そして、測定結果をもとに、用意してある音データを被験者に音として出力し、認識させるのである。
【００７８】
【発明の効果】
本発明の循環動態測定装置によれば、出力をわかりやすい音、画像で行うことができるため、循環動態が把握しやすくなり、例えば血液がドロドロの場合には、特定の食品を摂取するようになり、動脈硬化などの重大な疾患に罹る可能性が低くなるという効果がある。
【００７９】
さらに、特定の周波数成分について強調することにより、さらに被験者にとって自分の循環動態を認識しやすい出力とすることができ、重大な疾患に対する予防効果を向上させることができる。
【００８０】
また、音と画像を受信された波動と同期させて同時に出力することで、上記効果をより向上させ、重大な疾患に対する予防効果を向上させることができる。
【００８１】
また、治療効果、食品による健康改善効果を被験者にわかりやすく伝達することが可能となり、被験者の治療に対するモチベーションを高めるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態にかかわる循環動態測定装置の外観上の構成図である。
【図２】本発明の実施の形態にかかわる循環動態測定装置についての断面図である。
【図３】本発明の実施の形態にかかわる循環動態測定装置について、Ｂ方向からみた指輪内部の透過図である。
【図４】本発明の実施の形態にかかわる循環動態測定装置について、信号処理部の内部構成と、循環センサとの接続状態を示すブロック図である。
【図５】本実施の形態にかかわる循環動態測定装置が計測するドップラシフト強度に伴う時間変化のグラフである。
【図６】本発明の実施の形態にかかわる循環動態測定装置が計測するドップラシフト周波数に伴う時間変化のグラフである。
【図７】本発明の実施の形態にかかわる循環動態測定装置の一例を示す図である。
【図８】本発明の実施の形態にかかわるインジケータ部の一例を示す図である
【図９】本発明の実施の形態にかかわる表示の一例を示す図である。
【図１０】本発明の実施の形態にかかわる周波数変換曲線の例を示す図である。
【図１１】本発明の実施の形態にかかわるドップラシフト強度波形のパワースペクトル結果を示す図である。
【図１２】本発明の実施の形態にかかわるドップラシフト強度波形のパワースペクトルを高周波成分について強調した結果を示す図である。
【図１３】本発明の実施の形態にかかわるドップラシフト強度波形のパワースペクトルについて特定周波数に関して強調した結果を示す図である。
【図１４】本発明の形態に係る変換曲線の説明図である。
【図１５】本発明の形態に係るドップラシフト周波数変化波形を示す図を示す。
【図１６】本発明の形態に係るドップラシフト周波数変化波形を示す図を示す。
【図１７】従来の循環動態測定装置にかかわるブロック図である。
【符号の説明】
１ 指輪部
１０１ 循環センサ
１０２ ＰＺＴ
１０３ ＰＺＴ
２ 信号処理部
３ 超音波入射部
４ 超音波検出部
５ 動脈
６ 指
１２ 腕時計型循環動態測定装置
２１ スピーカー
２２ 音情報変換部
５００ 信号処理部
５０１ 駆動部
５０２ 受信部
５０３ 信号演算部
６００ 信号処理部
６０１ 駆動部
６０２ 受信部
６０３ 信号演算部
６０４ 出力部
６０５ 発光素子
６０６ 受光素子
６０７ 循環センサ
８４ 表示部
８７ インジケータ
９０ 点
【発明の属する技術分野】
本発明は、生体中を循環する体液および循環器を構成する組織の測定装置にかかわり、特に血液の状態を把握し健康の評価、疾患の診断、薬品の効果の評価等を行う技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、生体の健康の評価、疾患の診断、生体への薬品の影響の把握等を行うために、血液の情報を利用するいろいろな方法が行われている。例えば医療的には、生体から血液を採集し、その血液を成分分析装置にかけて血液中に含まれるいろいろな血液成分の割合から循環動態を求めて健康状態を評価するといった方法等がある。ここで循環動態とは循環器内部を移動し生体の組織や細胞に酸素と栄養を与え、炭酸ガスと老廃物を運びさる血液やリンパ液が時間とともに継続して変動している状態のことを示し、例えば流速度や血流変化、流動性、脈波動などがこれにあたる。
【０００３】
しかしながら、この方法では採血するときに針を生体に刺す必要があるので、一般家庭のような医療機関から離れた場所にいるときに循環動態を測定し健康状態を評価したい場合や、生体に常時装着して循環動態を測定し健康状態を常時評価したいときには適しておらず、非侵襲的に生体表面から波動を入力し、生体を流れる体液、特に血液に反射させて動きや位置から血液状態を解析して循環動態を測定して健康状態を評価する装置が開発されている。
【０００４】
医療的に健康評価を行う従来例としては、専門雑誌「食品研究成果情報，NO.11 1999年発行」に菊池佑二氏が「毛細血管モデルを用いた全血流動性の測定」というタイトルで発表した方法、すなわち被検者から血液を採取し、リソグラフィックな手法で製作されたマイクロチャネルアレイを用いて、定圧下の血流の通過時間から血液レオロジーを計測する方法が知られている。この方法を用いることにより、循環動態として血液レオロジーを計測することができ、この値により健康状態を評価することができる。
【０００５】
測定した血液レオロジーに関する情報を被験者に提供する際には、採取した血液がマイクロチャネルアレイを通過する時間、マイクロチャネルアレイを血液が通過する状態をビデオカメラで撮影した画像の提供、の２つの方法で行われている。
【０００６】
また、家庭等で非侵襲的に健康評価を行う従来例としては、生体の皮膚面から光等の波動を送信して反射してくる光を受信し、血管を流れる血液の流量を検出する形態がある。これは、検出された血流量を時間で微分することにより循環動態の一つの指標である加速度脈波を求め、健康状態を評価する。従来の循環動態測定装置の信号処理部６００の内部構成と、信号処理部６００と循環センサ部６０７の接続状態を示すブロック図を図１７に示す。図示するように、信号処理部６００は、駆動部６０１、受信部６０２、信号演算部６０３、出力部６０４によって概略構成されている。駆動部６０１は循環センサ６０７に設置された発光素子６０５を点灯させ、光を血管に向けて入射するための駆動エネルギーを送信する。受信部６０２は循環センサ６０７に設置された受光素子６０６が光を受信した時に発生する信号を受信する。信号演算部６０３は、内部に備えた記憶領域（図示省略）に記憶されている処理プログラムを実行することによって、循環動態の測定に関する各種処理を実行し、その処理結果を出力部６０４に出力する。そして、信号演算部６０３は受信信号レベルを血流量に変換し、その値を時間で２回微分することにより循環動態として加速度脈波を求めている。ここで、加速度脈波波形と動脈硬化とは相関があることが知られており、この波形などから、動脈硬化などの末梢循環に関する指標を得ることができる。
【０００７】
この従来例での被験者に対する循環動態の提供方法は、測定された加速度脈波波形をグラフとして出力する方法、加速度脈波波形から所定のアルゴリズムによって、血管年齢などの情報を数値として出力する方法、の２つの方法が採用されている。
【０００８】
また、胎児などの診断に使用される超音波エコー装置では、生体内部で反射される信号から、生体内部の情報を画像として表示することが行われている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、マイクロチャネルアレイを用いた血液レオロジー測定法では、マイクロチャネルアレイ、及びマイクロチャネルアレイを通過する血液の状態を撮影するカメラなどが必要となり、装置が大掛かりなものとならざるを得なかった。また、肘部などに注射針を刺し、血液を採取する必要があるため、病院に行く必要があるなど、手軽に使用することが難しかった。さらに、数値データでは、被験者は自分の血液レオロジーの状態を理解しにくかった。
【００１０】
また、従来例に示したような生体表面から波動（光）を入力し、生体を流れる体液に反射させて動きや位置から血液状態を解析し、循環動態を求めて健康状態を評価する装置においては、加速度脈波などの波形では、被験者にとって自分の循環動態が良好かどうか、を直感的に理解しにくく、結果として循環動態の状態が悪い場合でも、食生活の改善などに無関心となり、動脈硬化などの重大な疾患に罹る可能性が高くなってしまった。
【００１１】
また、血管年齢などの数値情報であっても、被験者にとって、どの程度の循環動態なのかが直感的につかみにくく、食生活の改善や治療に対するモチベーションを高める効果としては低く、結果として循環状態が悪い場合でも、食生活の改善などに無関心となり、動脈硬化などの重大な疾患に罹る可能性が高くなってしまった。
【００１２】
また、超音波エコー診断装置などでにおいては、生体内部の空間情報まで測定する必要があるため、装置として大掛かりなものとなったり、忠実に内部の状態を表示しようとするため、ノイズなどがある場合にはかえって循環動態などの情報がわかりにくいものとなってしまった。
【００１３】
そこで本発明の循環動態測定装置においては、被験者に測定された循環動態の結果を直感的に認識しやすい形態で提供し、食生活の改善や医学的治療を促し、動脈硬化などの重大な疾患への予防効果を高めることを課題とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明の循環動態測定装置においては、生体表面から生体内部に波動を送受信する循環センサと、受信された波動から循環動態を算出する処理部と、処理結果を出力する出力部を有する循環動態測定装置において、処理部は、受信波動の時間変化波形を音情報に変換する手段を有する構成とする。
【００１５】
また、生体表面から生体内部に波動を送受信する循環センサと、
受信された波動から循環動態を算出する処理部と、処理結果を出力する出力部を有する循環動態測定装置において、処理部は、受信波動の時間変化波形を画像情報に変換する手段を有する構成とする。
【００１６】
また、生体表面から生体内部に波動を送受信する循環センサと、受信された波動から循環動態を算出する処理部と、処理結果を出力する出力部を有する循環動態測定装置において、処理部は受信波動の時間変化波形を音情報に変換する手段と画像情報に変換する手段を有し、受信波動の時間変化波形と同期して音情報と画像情報に変換したり、生体表面から生体内部に波動を送受信する循環センサと、受信された波動から循環動態を算出する処理部を有する循環動態測定装置において、算出された循環動態を表示するインジケータ部を有する構成とする。
【００１７】
さらに、処理部は受信波動の時間変化波形を音情報に変換する手段を有し、受信波動の時間変化波形と同期して音情報とインジケータ部に出力を行ったり、処理部は、音情報あるいは画像情報に変換する際に、受信波動の時間変化波形における特定の周波数帯域を強調して音あるいは画像情報の変換を行うことも可能である。
【００１８】
また、音情報あるいは画像情報に変換する際に、受信波動の時間変化波形における周波数を高低させて音あるいは画像情報の変換を行ったり、処理部は循環動態の時間変化波形における特定の周波数帯域に対応して音あるいは画像の出力強度を増減させる帯域強度調整部を有する構成とする。
【００１９】
また、受信波動の時間変化波形は、ドップラシフト周波数の時間変化波形であり、処理部は、受信波動のドップラシフト周波数を利用して生体内部の循環動態を算出する構成、音情報を保管する音情報蓄積部を有し、処理部は循環動態の処理結果に応じて音情報蓄積部より処理結果に対応する音情報を選択する構成とする。
【００２０】
さらに、循環センサは、血流によるドップラシフト周波数を測定し、受信波動の時間変化波形は、ドップラシフト周波数の各脈拍毎の最高周波数の時間変化である構成とする。詳細は以下の発明の実施の形態で説明する。
【００２１】
【発明の実施の形態】
本発明の循環動態測定装置の測定原理は、脈拍の拍動時にあらわれる循環成分、例えば血液の流れる速度の時間変化の形から循環動態を求めるものである。
そして、本発明の循環動態測定装置は、生体表面から生体内部に波動を送受信する循環センサと、受信された波動から循環動態を算出する処理部と、処理結果を出力する出力部を有する循環動態測定装置である。
【００２２】
まず、皮膚面から体内に向けて放射される定周波数の波動信号は体内物質に反射されて返ってくる。この反射波動信号を受信してその中に含まれている体液情報を検出するのであるが、反射物質は血管内の血流に特定されるものではない。血管内の血流であれば速度成分を持って移動しているのでその反射波は波動の周波数がドップラ効果によってシフトされるが、骨や血管といった速度成分を持たない静止物質の場合には定周波数のまま反射されて返ってくる。また、速度成分をもつ物質としては、着目している血管内の血液に限らず多様な方向を向いている毛細管内の血液やリンパ液など多種多様な物質が存在し、それらからの反射波が受信波には重畳されている。発信側の周波数と同じ成分は静止物質からの反射であるから、これは容易に除去できる。また、体内物質に反射して返ってくる場合、反射波動の周波数がドップラシフトするばかりではなく、反射物の波動の吸収度合いによって反射強度も変化する。この反射強度変化を生体内を流れる体液の容積変化として検出し、循環動態を取得することも可能である。さらに容積変化成分を微分して例えば加速度脈波成分として循環動態を取得することも可能である。また、体内物質に反射して返ってくる時間の遅れを検出することにより、生体内部の構造、例えば血管径や血管厚の変化を検出することもできる。これらの形状変化成分もまた、循環動態の一部として考えることができる。これら循環動態から生体の健康状態を評価することが本測定装置の最終目的となる。
【００２３】
本発明において検出したい物理量は着目している体液の流速等であるが、循環器内の流れの平均流速は一般に最も周波数成分としてレベルの高い信号が対応することで、その成分を抽出する。なお、流速検出に用いる波動には超音波が使用されるのが一般的であるが、レーザ等他の波動を用いることも可能である。また、容積変化を検出する場合に用いる波動にはレーザーやダイオード等の光が使用されるのが一般的である。
【００２４】
そして、被験者に循環動態を直感的に認識しやすくするため、得られた処理結果を音、あるいは画像に変換する。よって、処理部は、受信波動の時間変化波形を音情報あるいは画像情報に変換する手段を有することを基本構成とするものである。音情報として具体的には、得られたドップラシフト量に基づく血流速度波形のデータを、そのままスピーカーの入力電圧波形として入力し、音として出力させるのである。血流速度が速いほどスピーカーから出力される音の周波数も高くなるため、血流速度が速いかが直感的に理解可能となるのである。
【００２５】
さらに、処理結果を表示する表示部に画像として出力することも可能である。この場合、画面には、血管の模式図と、赤血球の絵を用意しておき、得られた血流速度波形に対応して赤血球の絵を動かすことで、直感的に被験者にたいして自分の血液循環動態の程度を認識させることが可能となる。
【００２６】
また、加速度脈波あるいは血管径の変化波形等を、時間―周波数の波形に置き換えて、音として出力することでも、被験者に直感的に認識しやすい情報として提供することが可能となる。
【００２７】
さらに、特定の周波数成分について、周波数を増減させたり、強度を増減させるなどして循環動態を強調して出力することも可能である。
【００２８】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態に係る循環動態測定装置について説明する。本実施の形態においては、血流速度と血液レオロジー（微小な流路での血液の流れにくさ）に相関があることに着目し、血液レオロジーを測定することとしているが、血流速度の測定、血管径などの他の循環動態を測定する際にも適用可能である。
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態に使用する循環動態測定装置の外観上の構成を示す図である。図１に示すように、循環動態測定装置は、指輪部１、信号処理部２、スピーカー２１の３つに分けられて構成されている。
【００２９】
図２は、図1上のＡ−Ａ’断面を図示したものである。図２に示すように、指輪部１の内側に循環センサ１０１が存在する。本実施の形態では超音波を使用する。図２に示すＢ方向からみた指輪内部の透過図を図３に示す。循環センサ１０１には、超音波入射部３と超音波検出部４が指６の腹の部分に取りつけられている。
【００３０】
指６の中にある動脈５は指６の腹部の両脇を通って指先に伸びているので、この動脈の血液の流れを計測するために、超音波入射部３と超音波検出部４は動脈付近に、正確に超音波が入射できるように、例えば図２に示すように指６の腹の中心から左にずれた部分に取りつけられている。これによって、確実に動脈からの反射を捕らえることができ血流の測定精度があがる。ここで、実施の形態１では左にずれて取りつけているが、右側の動脈付近に、右にずれて取りつけても効果は同じである。
【００３１】
後述するが、血流速度と血液レオロジー（血管内の血液の流れにくさ）には相関があるため、血流を測定することで血液レオロジーの評価が可能となる。
【００３２】
なお、超音波は生体内部に侵入しても強度を低く設定すれば無害であり、また光などと比較すると、皮膚の色や、外乱光の影響を受けにくいため、循環動態測定装置に適している。
【００３３】
また、外乱光を遮断する保持の仕方などの構造を工夫することで光などを利用したセンサを使用することも可能である。
【００３４】
実施の形態1の循環動態測定装置は指輪部１を指６に装着し、信号処理部２を腕に携帯することにより、常時携帯が可能である。また、信号処理部２も指輪部１と同様に指６に装着してもよい。信号処理部２と、指輪部１に設置された超音波入射部３と超音波検出部４は、導線により接続されており、この導線を介して信号処理部２から駆動用電圧信号が超音波入射部３に入力され、超音波検出部４では計測された電圧信号が信号処理部２に入力される。
【００３５】
実施の形態１の循環動態測定装置の信号処理部２の内部構成と、信号処理部２と循環センサ部１０１、の接続状態を示すブロック図を図４に示す。図示するように、信号処理部２は、駆動部５０１、受信部５０２、信号演算部５０３、音情報変換部２２によって概略構成されている。
【００３６】
実施の形態１の駆動部５０１は循環センサ１０１に設置されたＰＺＴ１０２を振動させ、超音波を血管５に向けて入射するための駆動電圧を送信する。受信部５０２は循環センサ１０１に設置されたＰＺＴ１０３が超音波を受信した時に発生する電圧を受信する。
【００３７】
信号演算部５０３は、内部に備えた記憶領域（図示省略）に記憶されている処理プログラムを実行することによって、循環動態の測定に関する各種処理を実行し、その処理結果を音情報変換部２２に出力する。また、信号演算部５０３は、ＰＺＴ１０２から発せられた超音波の周波数と受信された超音波の周波数を比較する事により、血流のドップラ効果を算出する。そして、このドップラシフト強度波形（導出方法は後述する）について周波数解析を行うことにより、血管５を流れる血流速度を算出し、ドップラシフト周波数の時間変化を求める。
【００３８】
このドップラシフト周波数の時間変化の波形をそのまま音出力データとして、スピーカー部２１より音を出力することも可能であるし、血流速度を算出する前のドップラシフト強度波形をそのまま音として出力することもできる。
【００３９】
図５がドップラシフト強度波形である。ここで、ドップラシフト強度波形の算出方法を以下に示す。
【００４０】
体表に近接位置している動脈に対して超音波入射部と超音波検出部が対となっている超音波センサを配置し、超音波入射部３のＰＺＴ１０２を９．６ＭＨｚ程度の一定周波数で励振し超音波を動脈に向けて放射する。超音波検出部４では体内で反射されて返ってきた超音波信号をＰＺＴ１０３によって受信する。この受信信号には前述したように体内の様々な部分で反射してきた超音波が含まれており、反射物が静止したものであれば反射波の周波数は入射波の周波数と変化は無く、移動物であれば移動量に応じた周波数シフト（ドップラシフト）を受けて反射されてくる。受信信号の中からこのドップラシフトの強度を抽出し、その時間的経過を取得したものが図５の波形図であり、これをドップラシフト強度波形と呼ぶ。
【００４１】
信号演算部５０３からの信号は図５のようになっており、この波形の周波数が可聴領域の信号であれば、この波形をそのまま音情報変換部２２より音の電圧信号に変換し、スピーカ２１を駆動させる。
【００４２】
なお、脈拍の拍動時の血流変化の最高周波数と血液レオロジーには相関がある。例えば、血流変化の周波数が高ければ、血液の粘度が低い状態であるといえるため、本実施の形態においては、出力される音が高いほど、血流変化の周波数が高く、血液の粘度が低い状態であるといえる。
【００４３】
数値で示すより音で出力した場合のほうが、聴覚的に訴えることができるため、被験者にとって認識しやすくなり、循環器系の疾患の予防につなげることが可能となる。
【００４４】
また、被験者には脈拍、血液レオロジーなどの循環動態の数値情報を図示しない表示部より表示させることも可能である。
（実施の形態２）
図６は実施の形態１で説明した図５のドップラシフト強度波形に対して周波数解析を行い、時間―周波数成分に変換した波形である。
【００４５】
具体的には、
▲１▼ 周波数成分を求めるためにドップラシフト強度波形にＦＦＴ処理を行う。
▲２▼ ＦＦＴにより算出された周波数のパワースペクトル値をあるしきい値と比較する。
▲３▼ しきい値より大きいパワースペクトル値を持つ周波数を抽出する。
▲４▼ 抽出した周波数の中で最も高い周波数を、周波数波形を作る周波数成分として選ぶ。この最も高い周波数は体内反射物質の内で最も移動速度の速いものからの反射波であり、これは筋肉等の動きである場合もあるが一般には着目する動脈内を流れる血流速に対応するものと解することができる。
▲５▼ 各時点のドップラシフト強度信号に対してステップ▲１▼〜▲４▼の作業を繰り返すことにより、周波数波形を作成する。ここで、周波数波形の時間分解能は、ドップラシフト強度波形のサンプリングレートとＦＦＴ個数の積になる。
【００４６】
この波形をそのまま図４のスピーカー部２１の駆動電圧として入力し、音を出力する。血液レオロジーと血流変化の最高周波数には相関があることがわかっているため、このような波形を音として出力すると、余分な周波数成分がカットされ、結果としてドップラシフトの最高周波数成分が強調されるため、被験者にとってより自分の循環情報についての認識がしやすくなる。
【００４７】
また、最高周波数のみについて音情報として出力しても良い。例えば、図５においては、０．５から１．０ｓでは３０００Ｈｚ，１．０から１．５ｓでは２８００Ｈｚと、脈拍ごとに出力される音の周波数を変えても良い。この場合、最高周波数が血液レオロジーと相関があるため、被験者がより直感的に自分の血液レオロジーについて認識することが可能となる。
（実施の形態３）
図７、図８を使用して、測定された循環動態をインジケータとして出力する場合の実施の形態を説明する。前述の通り、血流変化の最高周波数が血液レオロジーと相関があるが、この最高周波数の値を表示する、あるいは血液レオロジーの数値を表示する、または血流波形を表示しても被験者にとっては直感的に自分の血液レオロジーがどういう状態か認識しにくい。
【００４８】
図７は表示部として腕時計型の表示部を有する形態であり、循環センサ等は実施の形態１で使用したものを使用する。８４は血流波形などを表示する液晶の表示部であり、８７はＬＥＤなどのインジケータである。
【００４９】
血流変化の最高周波数と血液レオロジーに相関があるため、図６の周波数成分において、周波数が高いほど図８のＬＥＤでは右側までランプが点灯するようにすれば、被験者の血液レオロジーの状態を直感的に知らせることが可能となる。
【００５０】
図８（ａ）は最高周波数が低い場合、図８（ｂ）は図８（ａ）より最高周波数が高い状態の説明図である。
【００５１】
図６のように、血流変化の周波数成分は各脈拍ごとに若干異なり、最高周波数も脈拍ごとに異なる。この際、ひとつの脈拍のみに着目したり、数個の脈拍における最高周波数成分をもとめ、平均値を求めたりしたのでは、結果がわかりにくいものとなるばかりが、正確な情報ではなくなる恐れがある。
【００５２】
本実施の形態のようにＬＥＤによるインジケータを設け、さらに連続的に血液レオロジーを測定することで、例えば１分間に何秒間、さらさらの状態にあるかを確認することで、被験者に直感的に自分の循環動態を認識させることが可能となる。
【００５３】
また、脈拍ごとの最高周波数に対応する血液レオロジーの状態を保持（ＬＥＤの点灯位置を保持）し、測定時間内での最低の血液レオロジーを表示することもできる。
【００５４】
なお、最高周波数と血液レオロジーの関係は性別、血圧などで異なるため、性別、血圧ごとに補正を行うことが望ましい。
【００５５】
また、実施の形態１に記載の音による出力と同期させることで被験者は、より直感的に自分の循環動態を認識することが可能となる。
（実施の形態４）
図９を基に循環動態を画像として出力する場合の実施の形態を示す。
図９は実施の形態３の表示部８４の拡大図である。図９で、９０は丸い点であり、この丸い点９０の数、表示強度、大きさを変えたり、さらには丸い点を図９中の矢印方向に移動させるなどして、丸い点９０を赤血球として表示することで、被験者の循環動態を表示することが可能となる。
【００５６】
例えば、図５におけるドップラシフト強度は、循環センサによって受信される信号の強度を表し、実施の形態１などでは、赤血球の量に比例する。そのため、丸い点９０の個数、あるいは明るさを図５のドップラシフト強度とすると、循環動態を視覚的に認識することが可能となる。
【００５７】
また、図６における血流変化の周波数成分に応じて丸い点９０を矢印方向に移動させることで、被験者の循環動態（このばあいは血液レオロジー）の程度を画像として表示することができる。
【００５８】
また、超音波エコーなどにより、装置を単純にすることが可能であり、直感的にわかりやすい画像を提供することができる。
（実施の形態５）
図１０、図１１、図１２、図１３を用いて、測定された循環動態の結果を強調して出力する場合の実施の形態について説明する。
【００５９】
図１１は図５のドップラシフト強度波形についてＦＦＴ（高速フーリエ変換）処理を行った結果（パワースペクトル）である。
【００６０】
前述の通り、ドップラシフト強度波形の最高周波数が高いほど血液レオロジーは低い（血液がさらさら）ことがわかっている。このため、被験者としては高周波成分の情報が知りたいのである。
【００６１】
そこで、図１１のようなＦＦＴ処理結果について上記周波数成分を強調するように変換を行うことで、測定された循環動態をより強調して被験者に知らせることが可能となる。図１２が高周波成分を強調した結果で、このスペクトルについて逆フーリエ変換を行い、時間―出力の波形に変換することで、循環動態を強調した音を出力することが可能となる。逆フーリエ変換を行うときに、図１２のデータはパワースペクトルであるため、位相情報が埋没してしまっているが、本実施の形態では、位相情報は無視して演算を行った。
【００６２】
図１０が変換前の周波数と変換後の周波数のグラフである。
【００６３】
本実施の形態では使用する超音波の周波数は９．６ＭＨｚであり、動脈などにおける血流速度を利用して概算すると、安静時におけるドップラシフト周波数は１０００Ｈｚから４０００Ｈｚとなる。図１０のような変換を行うことで、１０００Ｈｚ以下はより低く、１０００Ｈｚ以上はより高周波となる。そのため、必要な周波数成分をより強調して出力することが可能となる。
【００６４】
図１０の変換の式は、変換前の周波数をｆ０、変換後の周波数をｆとすると、
ｆ＝（ｆ０／１０００）1.5×１０００ [Ｈｚ] 式１
という変換式を使用した。
【００６５】
なお、本実施の形態では、周波数について（図１１の横軸方向）のみ強調処理を行ったが、強度について（図１１の縦軸方向）にも強調を行うことも可能である。具体的には、イコライジングの変換を行うことになる。例えば、図１１の縦軸について、周波数が高いほど信号強度が上がるような変換を行うことで高周波成分の音をより大きくすることが可能となり、循環動態をより強調することが可能となる。
【００６６】
図１３は図１１のパワースペクトルについて、特定の（１０００Ｈｚから４０００Ｈｚ）周波数について、周波数が高いほど、パワーが大きくなる変換を行った結果である。
【００６７】
また、本実施の形態では音出力について強調する例を示したが、実施の形態４における丸い点の移動速度を強調する（周波数の高いものについては移動速度をより速くする等）ことで、画像で表示する場合においても循環動態を強調して出力することが可能であり、両方について強調することも可能である。なお、例えば血液の粘性が高い場合を強調したい場合では、低周波成分を強調するような変換を行うことも可能である。
【００６８】
また、血液レオロジーの評価の場合などでは、１０００Ｈｚから４０００Ｈｚが評価に必要な周波数であるため、上記範囲のフィルタを用いて、一度フィルタ処理を行った波形について上記の強調変換を行うことも可能である。
【００６９】
なお、本実施の形態では使用する循環センサ１０１の超音波の周波数は９．６ＭＨｚであったが、この周波数に限定されるものではなく、その他の周波数でも可能であり、その場合には、上記評価に必要な周波数の範囲も変化する。
（実施の形態６）
図６、図１４、図１５を用いて、測定された循環動態の結果を強調して出力する場合の実施の形態について説明する。
【００７０】
図６の波形は周波数変化の波形であるため、この波形の周波数成分を強調することでも循環動態を強調して出力することが可能となる。
【００７１】
具体的には、図１４のような係数を図６の周波数成分に掛け合わせる。図１５がその結果である。点線が変換前、実線が変換後の波形である。一般的に人間の可聴領域は２Ｈｚ〜２０ＫＨｚ程度であるため、おおよそその範囲に入っていれば、音として出力しても認識することができる。
【００７２】
なお、本実施の形態では音出力について強調する例を示したが、実施の形態４における丸い点の移動速度を強調することで、画像で表示する場合においても循環動態を強調して出力することが可能である。
【００７３】
なお、本実施の形態では、すべての周波数成分について係数をかける演算を行ったが、上述の通り、関心のある周波数は１０００Ｈｚから４０００Ｈｚであるので、この範囲の周波数成分について特に大きい係数をかける演算を行うことも可能である。
【００７４】
また、実施の形態６と同じく、低周波数成分について強調処理を行うことも可能である。
（実施の形態７）
図１６を用いて、測定された循環動態を数段階のレベルに分割し、それぞれのレベルにおける音データを準備しておき、各レベルに対応する音を被験者に出力させた実施の形態について説明する。
【００７５】
図１６において、例えば周波数成分をレベル１： ０〜５００Ｈｚ，レベル２：５００〜１０００Ｈｚ，レベル３： １０００Ｈｚ〜１５００Ｈｚ、・・・などとし、各レベルにおける音データを図示しない音データ蓄積部に確保しておく。
【００７６】
音データとしては、レベルが低い場合には、シンセサイザなどで人工的に低い周波数で作成された音、あるいは遅い川のせせらぎなどを測定したデータを使用し、逆にレベルの高い場合には、シンセサイザなどを利用して高い周波数で作成された音データなどを用意しておく。
【００７７】
そして、測定結果をもとに、用意してある音データを被験者に音として出力し、認識させるのである。
【００７８】
【発明の効果】
本発明の循環動態測定装置によれば、出力をわかりやすい音、画像で行うことができるため、循環動態が把握しやすくなり、例えば血液がドロドロの場合には、特定の食品を摂取するようになり、動脈硬化などの重大な疾患に罹る可能性が低くなるという効果がある。
【００７９】
さらに、特定の周波数成分について強調することにより、さらに被験者にとって自分の循環動態を認識しやすい出力とすることができ、重大な疾患に対する予防効果を向上させることができる。
【００８０】
また、音と画像を受信された波動と同期させて同時に出力することで、上記効果をより向上させ、重大な疾患に対する予防効果を向上させることができる。
【００８１】
また、治療効果、食品による健康改善効果を被験者にわかりやすく伝達することが可能となり、被験者の治療に対するモチベーションを高めるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態にかかわる循環動態測定装置の外観上の構成図である。
【図２】本発明の実施の形態にかかわる循環動態測定装置についての断面図である。
【図３】本発明の実施の形態にかかわる循環動態測定装置について、Ｂ方向からみた指輪内部の透過図である。
【図４】本発明の実施の形態にかかわる循環動態測定装置について、信号処理部の内部構成と、循環センサとの接続状態を示すブロック図である。
【図５】本実施の形態にかかわる循環動態測定装置が計測するドップラシフト強度に伴う時間変化のグラフである。
【図６】本発明の実施の形態にかかわる循環動態測定装置が計測するドップラシフト周波数に伴う時間変化のグラフである。
【図７】本発明の実施の形態にかかわる循環動態測定装置の一例を示す図である。
【図８】本発明の実施の形態にかかわるインジケータ部の一例を示す図である
【図９】本発明の実施の形態にかかわる表示の一例を示す図である。
【図１０】本発明の実施の形態にかかわる周波数変換曲線の例を示す図である。
【図１１】本発明の実施の形態にかかわるドップラシフト強度波形のパワースペクトル結果を示す図である。
【図１２】本発明の実施の形態にかかわるドップラシフト強度波形のパワースペクトルを高周波成分について強調した結果を示す図である。
【図１３】本発明の実施の形態にかかわるドップラシフト強度波形のパワースペクトルについて特定周波数に関して強調した結果を示す図である。
【図１４】本発明の形態に係る変換曲線の説明図である。
【図１５】本発明の形態に係るドップラシフト周波数変化波形を示す図を示す。
【図１６】本発明の形態に係るドップラシフト周波数変化波形を示す図を示す。
【図１７】従来の循環動態測定装置にかかわるブロック図である。
【符号の説明】
１ 指輪部
１０１ 循環センサ
１０２ ＰＺＴ
１０３ ＰＺＴ
２ 信号処理部
３ 超音波入射部
４ 超音波検出部
５ 動脈
６ 指
１２ 腕時計型循環動態測定装置
２１ スピーカー
２２ 音情報変換部
５００ 信号処理部
５０１ 駆動部
５０２ 受信部
５０３ 信号演算部
６００ 信号処理部
６０１ 駆動部
６０２ 受信部
６０３ 信号演算部
６０４ 出力部
６０５ 発光素子
６０６ 受光素子
６０７ 循環センサ
８４ 表示部
８７ インジケータ
９０ 点
Claims (8)
- 生体表面から生体内部に波動を送受信する循環センサ部と、
該循環センサ部により受信された前記波動から血液レオロジーに係る演算処理を行う信号処理部と、前記信号処理部で行われた前記演算処理に基づいて処理結果を出力する出力部を有する循環動態測定装置において、
前記信号処理部は、前記循環センサ部により受信された前記波動から得られるドップラシフト強度波形に対して高速フーリエ変換処理を行い、前記高速フーリエ変換処理を行って得られたパワースペクトル波形に対して所定の周波数以下はより低い周波数になり、また所定の周波数以上はより高い周波数になるような第１の変換、もしくは周波数が高いほどパワー強度が高くなるような第２の変換を行い、前記第１の変換もしくは前記第２の変換を行った前記パワースペクトル波形から所定の閾値より大きいパワースペクトル値を有する周波数を抽出し、抽出した前記周波数の中で最も高い周波数を選定してドップラシフト周波数の時間変化波形を求めることにより、高周波成分または低周波成分が強調された前記血液レオロジーに係る前記演算処理を行い、前記高周波成分または前記低周波成分が強調された前記ドップラシフト周波数の時間変化波形を出力する信号演算部を有することを特徴とする循環動態測定装置。 - 生体表面から生体内部に波動を送受信する循環センサ部と、
該循環センサ部により受信された前記波動から血液レオロジーに係る演算処理を行う信号処理部と、前記信号処理部で行われた前記演算処理に基づいて処理結果を出力する出力部を有する循環動態測定装置において、
前記信号処理部は、前記循環センサ部により受信された前記波動から得られるドップラシフト強度波形に対して高速フーリエ変換処理を行い、前記高速フーリエ変換処理を行って得られたパワースペクトル波形から所定の閾値より大きいパワースペクトル値を有する周波数を抽出し、抽出した前記周波数の中で最も高い周波数を選定してドップラシフト周波数の時間変化波形を求め、求めた前記ドップラシフト周波数の時間変化波形に対して周波数に依存した係数を掛け合わせる第３の変換を行うことにより、前記ドップラシフト周波数の時間変化波形の周波数成分が強調された前記血液レオロジーに係る前記演算処理を行い、前記周波数成分が強調された前記ドップラシフト周波数の時間変化波形を出力する信号演算部を有することを特徴とする循環動態測定装置。 - 前記信号処理部は、前記信号演算部から出力された前記ドップラシフト周波数の時間変化波形を音情報に変換する手段を有することを特徴とする請求項１または２に記載の循環動態測定装置。
- 前記信号処理部は、前記信号演算部から出力された前記ドップラシフト周波数の時間変化波形を画像情報に変換する手段を有することを特徴とする請求項１または２に記載の循環動態測定装置。
- 前記出力部は、前記音情報に基づいて音を出力するスピーカー部であることを特徴とする請求項３に記載の循環動態測定装置。
- 前記出力部は、前記画像情報に基づいて画像表示を行う液晶表示部であることを特徴とする請求項４に記載の循環動態測定装置。
- 前記出力部は、前記信号処理部において選定された前記最も高い周波数の値をＬＥＤの点灯もしくはランプの点灯により表示する、または前記信号処理部において算出された前記血液レオロジーの数値をＬＥＤの点灯もしくはランプの点灯により表示するインジケータ部であることを特徴とする請求項１または２に記載の循環動態測定装置。
- 音情報を保管する音情報蓄積部を有し、前記信号処理部は前記血液レオロジーに係る前記演算処理結果に応じて前記音情報蓄積部より前記演算処理結果に対応する前記音情報を選択することを特徴とする請求項１または２に記載の循環動態測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002036745A JP3820162B2 (ja) | 2002-02-14 | 2002-02-14 | 循環動態測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002036745A JP3820162B2 (ja) | 2002-02-14 | 2002-02-14 | 循環動態測定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003235820A JP2003235820A (ja) | 2003-08-26 |
| JP3820162B2 true JP3820162B2 (ja) | 2006-09-13 |
Family
ID=27778546
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002036745A Expired - Fee Related JP3820162B2 (ja) | 2002-02-14 | 2002-02-14 | 循環動態測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3820162B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US11051760B2 (en) | 2016-05-09 | 2021-07-06 | Belun Technology Company Limited | Wearable device for healthcare and method thereof |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4785420B2 (ja) * | 2004-09-21 | 2011-10-05 | セイコーインスツル株式会社 | 血液レオロジー測定装置 |
| JP4648700B2 (ja) * | 2004-12-28 | 2011-03-09 | セイコーインスツル株式会社 | 血液レオロジー測定装置、及び血液レオロジー測定方法 |
| JP4567481B2 (ja) * | 2005-02-09 | 2010-10-20 | セイコーインスツル株式会社 | 非侵襲式血液分析測定装置、及び血液測定方法 |
| JP4751120B2 (ja) * | 2005-07-22 | 2011-08-17 | セイコーインスツル株式会社 | 血液レオロジー測定装置 |
| JP4719713B2 (ja) * | 2007-05-09 | 2011-07-06 | 日本電信電話株式会社 | 生体情報測定装置 |
| AU2018449639A1 (en) | 2018-11-15 | 2021-04-29 | Baxter Healthcare Sa | Vascular monitoring system |
| CN111449637B (zh) * | 2020-04-07 | 2023-08-18 | 江西济民可信集团有限公司 | 一种动静脉内瘘血管的评价系统及方法 |
-
2002
- 2002-02-14 JP JP2002036745A patent/JP3820162B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US11051760B2 (en) | 2016-05-09 | 2021-07-06 | Belun Technology Company Limited | Wearable device for healthcare and method thereof |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2003235820A (ja) | 2003-08-26 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5529378B2 (ja) | 狭窄血管における壁振動を評価するための超音波技法 | |
| JP4206218B2 (ja) | 循環動態測定装置 | |
| US9179889B2 (en) | Ultrasonic diagnostic device, and method for measuring initma-media complex thickness | |
| US11272901B2 (en) | Ultrasound blood-flow monitoring | |
| CN107744400A (zh) | 一种超声多普勒扁平探头的电子测压的外周血管检测仪 | |
| JP3820162B2 (ja) | 循環動態測定装置 | |
| Okano et al. | Multimodal cardiovascular information monitor using piezoelectric transducers for wearable healthcare | |
| JP2008296061A (ja) | 循環動態測定装置 | |
| US20060079783A1 (en) | Method and system for deriving a fetal heart rate without the use of an electrocardiogram in non-3D imaging applications | |
| JP2003250767A (ja) | 循環動態測定装置 | |
| JP2005034543A (ja) | 血流状態モニタ装置 | |
| US11717255B2 (en) | Ultrasound blood-flow monitoring | |
| Kribèche et al. | The Actifetus system: a multidoppler sensor system for monitoring fetal movements | |
| JP2004154376A (ja) | 循環動態測定装置 | |
| Sikdar et al. | Ultrasonic technique for imaging tissue vibrations: preliminary results | |
| JP2008212746A (ja) | 超音波診断装置 | |
| JP2004222754A (ja) | 超音波診断装置 | |
| JP3693325B2 (ja) | 超音波診断装置 | |
| JP2008183414A (ja) | 循環動態測定装置、循環動態測定方法、血圧測定方法および循環動態センサ | |
| JP5344294B2 (ja) | 血管壁硬軟度評価装置 | |
| Sikdar et al. | Ultrasonic techniques for assessing wall vibrations in stenosed arteries | |
| JP2005118304A (ja) | 加速度脈波測定装置 | |
| JP4648700B2 (ja) | 血液レオロジー測定装置、及び血液レオロジー測定方法 | |
| Katai et al. | Measurement and Analysis of Carotid Blood Flow and ECG in Cardiac | |
| JP4567481B2 (ja) | 非侵襲式血液分析測定装置、及び血液測定方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| RD01 | Notification of change of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7421 Effective date: 20040304 |
|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20041019 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20060112 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20060117 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20060314 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20060613 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20060616 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Ref document number: 3820162 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100623 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100623 Year of fee payment: 4 |
|
| RD03 | Notification of appointment of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R3D03 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100623 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110623 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120623 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130623 Year of fee payment: 7 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130623 Year of fee payment: 7 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |