JP3848589B2 - 循環動態測定装置 - 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、保健機能食品、及び一般食品の有用性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、例えば流速度や流量変化、流動性、脈波動などがこれに当たる。
【０００３】
しかしながら、この方法では採血するときに針を生体内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のために、医療機関以外でも循環動態を測定し健康状態を評価できる装置も考えられている。
【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】
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微分することにより循環動態の1つ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Ｂ１５００の内部構成と、信号処理部Ｂ１５００と循環センサ部Ｄ１３０１の接続状態を示すブロック図を図１２に示す。
【０００６】
図示するように、信号処理部Ｂ１５００は、駆動部（発光）１５０４、増幅部（受光）１５０５、信号演算部Ｄ１５１２、出力部１５０７によって概略構成されている。駆動部（発光）１５０４は循環センサＤ１３０１に設置された発光素子１４０１を点灯させ、光を血管に向けて照射するための駆動エネルギーを送信する。増幅部（受光）１５０５は循環センサＤ１３０１に設置された受光素子１４０２が光電変換した時に発生する信号を増幅する。信号演算部Ｄ１５１２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１５０７に出力する。そして、信号演算部Ｄ１５１２は受光信号レベルを血液容積変化量に変換し、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。
【０００７】
【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、どうしても被検者から血液を採取するために、注射針を用いて肘部に針を刺し、採血を行わなければならず、医療機関等に行く必要がある。また、従来例に示したような生体表面から波動を入力し、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場合において、生体の血管の緊張及び弛緩（血管径の変化）の影響が生体内の血液の流動状態に影響し、循環動態が変化してしまうため、本来の健康状態を評価すべき循環動態の測定が困難となっている。
【０００８】
対策として血管の緊張及び弛緩の評価を行い補正または測定が同一条件になるように血管の緊張度を制御し、非侵襲測定及び評価を行えば正確に測定できると考える。しかしながら、容易に波動を送受信できる細動脈及びメタ細動脈で測定することを考えると手足や指部のような末端部位になってしまう。しかし、これらの部位では生体や環境の状態によって、循環センサのSN比が悪くなってしまう場合がある。これは気温が寒い場合、や生体にストレスがある場合、生理現象として血管が緊張により収縮し末端部位への体液、主に血液の供給量が少なくなり、循環センサを用いて例えば血液流速情報を検知しようとしても血液の絶対量が少なくセンサ信号のSN比が小さくなってしまうためである。このままでは循環情報の正確な検出ができないので、どれくらい生体の端末部位の循環状態が悪くなっているかを計測しなければならないという課題がある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、生体表面から内部に波動を送受信して前記生体内部の循環情報を検出する測定装置に、循環情報の血流速を検出する循環センサ機能と血管の圧脈波を検出する機能を有する。
【００１０】
ここで、圧脈波とは拍動による血管内の圧力の変化が体組織を伝導し体表面にあらわれた波形であり、容積脈波とは拍動による血管内の圧力変化が容積の変化を生じさせた時の波形であり血管の変化を直接的に把握する事ができるものである。圧脈波形と容積脈波の関係は、容積脈波が体組織を伝導し体表面にあらわれるため同じ信号成分を有している。
【００１１】
また、光電容積脈波とは容積脈波を検出するために血液の光の透過または反射を利用して検出した波形である。
【００１２】
また、本発明によれば、循環動態測定装置に循環情報の血流速を検出する循環センサ機能と細動脈血管の容積脈波を検出する機能を有する。
【００１３】
また、本発明によれば、循環動態測定装置に循環情報の血流速を検出する循環センサ機能と細動脈血管の容積脈波の検出を同一の測定部位から測定する機能を有する。
【００１４】
また、本発明によれば、循環動態測定装置に循環情報の血流速を検出する循環センサ機能と細動脈血管の容積脈波を検出する機能を持たせた上、血流速を検出する循環センサ機能に循環情報をドップラシフト信号の形態で検出する機能を有する。
【００１５】
また、本発明によれば、循環動態測定装置に循環情報の血流速を検出する循環センサ機能と細動脈血管の容積脈波を検出する機能を持たせた上、容積脈波を検出する循環センサ機能に循環情報を光電脈波信号の形態で検出する機能を有する。
【００１６】
また、本発明によれば、循環動態測定装置に循環情報の血流速を検出する循環センサ機能と細動脈血管の圧脈波を検出する機能を持たせた上、測定部位の血流速と圧脈波を平均化し圧脈波を血流速で割って循環動態の解析を行う機能を有する。
【００１７】
また、本発明によれば、循環動態測定装置に循環情報の血流速を検出する循環センサ機能と細動脈血管の圧脈波を検出する機能を持たせた上、圧脈波の最大値を血流速の最大値で割って循環動態の解析を行う機能を有する。
【００１８】
また、本発明によれば、循環動態測定装置に循環情報の血流速を検出する循環センサ機能と細動脈血管の圧脈波を検出する機能を持たせた上、測定部位の血圧を測定することで圧脈波を校正し積分することで平均血圧値を算出し、血圧に基づく変化分を演算補償する機能を有する。
【００１９】
また、本発明によれば、循環動態測定装置に循環情報の血流速を検出する循環センサ機能と細動脈血管の圧脈波を検出する機能を持たせた上、圧脈波の振幅値を測定部位の血圧値の差（最高血圧値−最低血圧値）で除算する、血管の緊張及び弛緩を測定する機能を有する。
【００２０】
また、本発明によれば、循環動態測定装置に循環情報の血流速を検出する循環センサ機能と細動脈血管の圧脈波を検出する機能を持たせた上、圧脈波の振幅値を測定部位の平均血圧値で除算する、血管の緊張及び弛緩を測定する機能を有する。
【００２１】
また、本発明によれば、循環動態測定装置に循環情報の血流速を検出する循環センサ機能と細動脈血管の圧脈波を検出する機能を持たせた上、圧脈波の振幅値を測定部位の血圧値の最高値で除算する、血管の緊張及び弛緩を検出する機能を有する。
【００２２】
また、本発明によれば、循環動態測定装置に循環情報の血流速を検出する循環センサ機能と細動脈血管の圧脈波を検出する機能を持たせた上、測定部位温度を制御する制御手段とを有する構成を提供する。
【００２３】
【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や血流量及び容積脈波の時間変化の形から循環動態を求めるものである。
【００２４】
そして、本発明の循環動態測定装置は、皮膚面から血管に２種類の波動を送信し、反射の波動を受信して生体内の循環情報を非侵襲的に検出する手段を基本構成とするものである。循環動態、例えば血液の流動性は血管径と密接な関係に有り、例えばストレスや環境温度が低ければ血管が収縮し流動性が低くなる。
【００２５】
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血液情報を検出するのであるが、反射物質は細動脈血管内の血流に特定されるものではない。細動脈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、骨や腱などの組織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。
【００２６】
また、速度成分をもつ物質として着目している細動脈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。
【００２７】
また、光の吸収度合いによって反射強度が変化する効果を利用し血管の容積脈波の振幅を評価することで対象血管の緊張及び弛緩状態を直接的に測定することができる。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。
【００２８】
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はレーザやＬＥＤ（発光ダイオード）等の光を使用して循環情報を検出する。以下、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詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
（実施の形態１）
図１は実施の形態１について、生体６０１と循環動態測定装置の循環センサ部Ａ１０１、循環センサ部Ｂ３０１、生体内の血管７０１を示したものである。循環センサ部Ａ１０１及び循環センサ部Ｂ３０１の送受信部が生体方向に向くように設置され、生体表面に接するように配置されている。本実施の形態の循環センサ部Ａ１０１は超音波を用いて送受信を行う。そして循環センサ部Ｂ３０１はLED４０１とフォトダイオード４０２を用いる。
【００２９】
実施の形態１における循環動態測定装置の信号処理部Ａ５の内部構成と、信号処理部Ａ５と循環センサ部Ａ１０１及び循環センサ部Ｂ３０１の接続状態を示すブロック図を図２に示す。図示するように、信号処理部Ａ５は、発振部５０１、駆動部（送信）５０２、増幅部（受信）５０３、駆動部（発光）５０４、増幅部（受光）５０５、信号演算部Ａ５０６、出力部５０７によって概略構成されている。
【００３０】
実施の形態１の発振部５０１は駆動部（送信）用の信号を発信する、駆動部（送信）５０２は循環センサ部Ａ１０１に設置されたＰＺＴ＿Ａ２０１を振動させ、超音波を血管７０１に向けて照射するための駆動電圧を送信する。ＰＺＴ＿Ｂ２０２は反射してきた超音波を受信し、増幅部（受信）５０３で受信信号の増幅を行う。このとき、ＰＺＴ＿Ａ２０１とＰＺＴ＿Ｂ２０２は同じものでもよい。
【００３１】
駆動部（発光）５０４は循環センサ部Ｂ３０１に設置されたＬＥＤ４０１を発光させ、光を血管７０１に向けて照射するための駆動電流を注入する。フォトダイオード４０２は反射してきた光量の光電変換を行い、増幅部（受光）５０５で受光信号の増幅を行う。
【００３２】
血管７０１に照射した光は血管中のヘモグロビンによって反射、吸収される。さらに、拍動による血液容積の変化が光量の変化となり連続して捉えることにより、容積脈波を計測することができる。
【００３３】
信号演算部Ａ５０６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５０７に出力する。
【００３４】
また、信号演算部Ａ５０６は、発振部５０１の周波数とＰＺＴ＿Ｂ２０２で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、周波数の変化より血管７０１を流れる血流速度を算出し、その速度の時間変化を求める。
【００３５】
また、信号演算部Ａ５０６は、フォトダイオード４０２で受光した拍動成分の波形を積分した値（平均値）を算出し血液レオロジー補正用係数Ｃ１とした。図３に容積脈波の時間変化のグラフを示した。生体内部の血管７０１の緊張はストレスや温度変化に敏感であり、ストレスや低温の影響により血管７０１が収縮し、容積脈波の振幅及び平均値に反映することになる。したがって、容積脈波の生体情報を取り入れることで精度の高い補正を実現できる。さらに、脈拍の拍動時にあらわれる血流速度の時間変化の形が、血液のレオロジーと相関関係があり、この脈拍拍動時にあらわれる血流速度変化から循環情報として血液レオロジーを求めている。例えば、血流変化が大きければ、血液の粘度が低い状態であるといえる。
【００３６】
次に、実施の形態１の循環動態測定方法について説明する。本実施の形態では循環情報として血液のレオロジーを求めた。図４に血流速度の脈拍拍動に伴う時間変化のグラフを示した。血液レオロジーの特徴成分として、最大血流速度Ｖｘがあげられる。この最大血流速度Ｖｘが血液レオロジーと相関関係にある。血液レオロジーを表す指標をＴｎとすると、Ｔｎは最大血流速度Ｖｘと血液レオロジー補正係数Ｃ１の積で表される(式１)。
【００３７】
Ｔｎ＝Ｃ１×Ｖｘ （１）
実施の形態１において、循環センサ部Ｂ３０１によって検出された容積脈波を用いて補正係数Ｃ１を算出することで血管の緊張による影響を補正することができる。そして、血管緊張補正を行うことにより高精度な血液レオロジーの測定が可能となる。さらにこれらの測定に対して、ドップラシフト信号や血管内の血液から反射してくる波動や血管内の血液の流速を用いることにより、血管緊張補正による測定精度が向上する。
【００３８】
例えば、循環情報である血流速と圧脈波を平均化し圧脈波を血流速で除算することにより、血圧値の高低および血管の緊張による内径の変化により血流速が影響を受け、循環状態を表すときの誤差原因の補正が可能となる。よって上述した演算処理を行うことで血圧値の高低および血管の緊張による内径の変化による影響を排除することができるようになる。
【００３９】
実施の形態２における循環動態測定装置の信号処理部Ａ５の内部構成と、信号処理部Ａ５と循環センサ部Ｃ８０１の接続状態を示すブロック図を図６に示す。図示するように、信号処理部Ａ５は、発振部５０１、駆動部（送信）５０２、増幅部（受信）５０３、駆動部（発光）５０４、増幅部（受光）５０５、信号演算部Ａ５０６、出力部５０７によって概略構成されている。
【００４０】
実施の形態２の発振部５０１は駆動部（送信）用の信号を発信する、駆動部（送信）５０２は循環センサ部Ｃ８０１に設置されたＰＺＴ＿Ａ２０１を振動させ、超音波を血管７０１に向けて照射するための駆動電圧を送信する。ＰＺＴ＿Ｂ２０２は反射してきた超音波を受信し、増幅部（受信）５０３で受信信号の増幅を行う。
【００４１】
駆動部（発光）５０４は循環センサ部Ｃ８０１に設置されたLED４０１を発光させ、光を血管７０１に向けて照射するための駆動電流を注入する。フォトダイオード４０２は反射してきた光の光電変換を行い、増幅部（受光）５０５で受光信号の増幅を行う。
【００４２】
信号演算部Ａ５０６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５０７に出力する。
【００４３】
また、信号演算部Ａ５０６は、発振部５０１の周波数とＰＺＴ＿Ｂ２０２で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、周波数の変化より血管７０１を流れる血流速度を算出し、その速度の時間変化を求める。
【００４４】
また、この血流速度を算出するときに、循環センサ部Ｃ８０１が生体表面に接している皮下の血管の容積変化を検知し、フォトダイオード４０２で受光した拍動成分の波形を積分した値（平均値）を算出し血液レオロジー補正係数Ｃ１になる。実施の形態１と同様に、図３に容積脈波の時間変化のグラフを示した。生体内部の血管７０１の緊張はストレスや温度変化に敏感であり、ストレスや低温の影響により血管７０１が収縮し、容積脈波の振幅及び平均値に反映することになる。したがって、精度の高い補正を実現できる。さらに、脈拍の拍動時にあらわれる血流速度の時間変化の形が、血液のレオロジーと相関関係があり、この脈拍拍動時にあらわれる血流速度変化から循環動態として血液レオロジーを求めている。例えば、血流変化が大きければ、血液の粘度が低い状態であるといえる。
【００４５】
また、実施の形態２の循環動態測定方法は実施の形態１と同様であるため、説明を省略する。
（実施の形態３）
図７は実施の形態３について、生体６０１と循環動態測定装置の循環センサ部Ｃ８０１、血圧測定部９０１、生体内の血管７０１を示したものである。循環センサＣ８０１は送受信部が生体方向に向くように設置され、さらに血圧測定部９０１は循環センサ部Ｃ８０１との距離が５ｃｍ以上離れないように配置され、測定部位の循環動態が反映されるように構成されている。
【００４６】
実施の形態３における循環動態測定装置の信号処理部Ａ５の内部構成と、信号処理部Ａ５と循環センサ部Ｃ８０１及び血圧センサ９０２の接続状態を示すブロック図を図８に示す。図示するように、信号処理部Ａ５は、発振部５０１、駆動部（送信）５０２、増幅部（受信）５０３、駆動部（発光）５０４、増幅部（受光）５０５、信号演算部Ｂ５０９、出力部５０７、増幅部（血圧）５０８によって概略構成されている。
【００４７】
実施の形態３の発振部５０１は駆動部（送信）用の信号を発信する、駆動部（送信）５０２は循環センサ部Ｃ８０１に設置されたＰＺＴ＿Ａ２０１を振動させ、超音波を血管７０１に向けて照射するための駆動電圧を送信する。ＰＺＴ＿Ｂ２０２は反射してきた超音波を受信し、増幅部（受信）５０３で受信信号の増幅を行う。
【００４８】
駆動部（発光）５０４は循環センサ部Ｃ８０１に設置されたLED４０１を発光させ、光を血管７０１に向けて照射するための駆動電流を注入する。フォトダイオード４０２は反射してきた光の光電変換を行い、増幅部（受光）５０５で受光信号の増幅を行う。血圧測定部９０１は血圧センサ９０２から循環情報の圧力値を電気信号に変換した形で出力し増幅部（血圧）５０８で血圧信号の増幅を行う。
【００４９】
信号演算部Ｂ５０９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５０７に出力する。
【００５０】
また、信号演算部Ｂ５０９は、発振部５０１の周波数とＰＺＴ＿Ｂ２０２で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、周波数の変化より血管７０１を流れる血流速度を算出し、その速度の時間変化を求める。
【００５１】
また、信号演算部Ｂ５０９は、血圧センサ９０２から得た血圧値で容積脈波の数値校正を行う。
【００５２】
また、信号演算部Ｂ５０９は、フォトダイオード４０２で受光した拍動成分の波形を積分及び校正した値（平均血圧値）を算出し、血液レオロジー補正用係数Ｃ１とする。図９に血圧値で校正した容積脈波の時間変化のグラフを示す。
【００５３】
ここで、循環情報である圧脈波の振幅値を血圧測定手段による検出血圧値の差（最高血圧値−最低血圧値）で除算することにより、血圧値の高低および血管の緊張による内径の変化により血流速が影響を受け、循環状態を表すときの誤差原因の補正が可能となる。よって前記の演算処理を行うことで血圧値の高低および血管の緊張による内径の変化による影響を排除することができるようになる。
【００５４】
また、循環情報である圧脈波の振幅値を血圧測定手段による検出血圧値の最高値で除算することにより、血圧値の高低および血管の緊張による内径の変化により血流速が影響を受け、循環状態を表すときの誤差原因の補正が可能となる。よって前記の演算処理を行うことで血圧値の高低および血管の緊張による内径の変化による影響を排除することができるようになる。
【００５５】
よって、実施の形態３において、循環センサＣ８０１との距離が５ｃｍ以上離れないように配置した血圧測定部９０１により、実際の血圧値で補正ができるようになる。そして、これらの状態において、血液レオロジーを生体の測定部位の容積脈波の血圧校正した状態で補正することにより高精度な循環動態の測定が可能となる。さらに、これらの測定に対して、ドップラシフト信号や血管内の血液から反射してくる波動や血管内の血液の流速を用いることにより、容積脈波の血圧校正した状態で補正した状態での測定精度が向上する。
（実施の形態４）
図１０は実施の形態４について、生体６０１と循環動態測定装置の循環センサ部Ｃ８０１、血圧測定部９０１、加熱・冷却部１００１、生体内の血管７０１を示したものである。循環センサＣ８０１は送受信部が生体方向に向くように設置され、血圧測定部９０１は循環センサ部Ｃ８０１との距離が５ｃｍ以上離れないように配置され、さらに加熱・冷却部１００１は測定部位を覆う様に少なくとも６ｃｍ以上の範囲にわたり配置され、測定部位が十分に温度制御の効果が得られるように構成されている。本実施の形態において、加熱・冷却部１００１はペルチェ素子を使用し温度を制御できる機能を有する。本実施の形態においても実施の形態３と同様に、超音波を用いて送受信を行う。本実施の形態では循環センサＣ８０１に設置されたＰＺＴ＿Ａ２０１を振動させ、超音波を生体６０１内部の血管に向けて照射する。血管中を流れる血液に反射して返ってきた超音波はＰＺＴ＿Ｂ２０２によって受信される。
【００５６】
また、LED４０１を発光させ、光を血管７０１に向けて照射するための駆動電流を注入する。フォトダイオード４０２は反射してきた光を受光する。
【００５７】
実施の形態４における循環動態測定装置の信号処理部Ａ５の内部構成と、信号処理部Ａ５と循環センサ部Ｃ８０１と血圧センサ９０２及び加熱・冷却部１００１の接続状態を示すブロック図を図１１に示す。
【００５８】
図示するように、信号処理部Ａ５は、発振部５０１、駆動部（送信）５０２、増幅部（受信）５０３、駆動部（発光）５０４、増幅部（受光）５０５、信号演算部Ｃ５１１、出力部５０７、増幅部（血圧）５０８、温度制御部５１０によって概略構成されている。
【００５９】
実施の形態４の発振部５０１は駆動部（送信）用の信号を発信する、駆動部（送信）５０２は循環センサ部Ｃ８０１に設置されたＰＺＴ＿Ａ２０１を振動させ、超音波を血管７０１に向けて照射するための駆動電圧を送信する。ＰＺＴ＿Ｂ２０２は反射してきた超音波を受信し、増幅部（受信）５０３で受信信号の増幅を行う。
【００６０】
駆動部（発光）５０４は循環センサ部Ｃ８０１に設置されたLED４０１を発光させ、光を血管７０１に向けて照射するための駆動電流を注入する。フォトダイオード４０２は反射してきた光の光電変換を行い、増幅部（受光）５０５で受光信号の増幅を行う。血圧測定部９０１は血圧センサ９０２から循環情報の圧力値を電気信号に変換した形で出力し増幅部（血圧）５０８で血圧信号の増幅を行う。
【００６１】
信号演算部Ｃ５１１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５０７に出力する。
【００６２】
また、信号演算部Ｃ５１１は、発振部５０１の周波数とＰＺＴ＿Ｂ２０２で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、周波数の変化より血管７０１を流れる血流速度を算出し、その速度の時間変化を求める。
【００６３】
また、信号演算部Ｃ５１１は、血圧センサ９０２で得た血圧値で容積脈波の数値校正を行う。
【００６４】
また、信号演算部Ｃ５１１は、フォトダイオード４０２で受光した拍動成分の波形を積分及び校正した値（平均血圧値）を算出し血液レオロジー補正用係数Ｃ１とする。図９に血圧値で校正した容積脈波の時間変化のグラフを示す。
【００６５】
また、信号演算部Ｃ５１１は、容積脈波の振幅、平均値及び血圧値から導き出した温度制御用の信号を入力し温度制御部５１０で加熱・冷却部を制御し血管の生理的状態を一定に保つことができるようになる。
【００６６】
実施の形態４において、循環センサＣ８０１で得られる容積脈波を一定に保つように温度制御を行うことで血管の緊張度を一定に保つことができ、その結果血液レオロジー測定を安定して行えるようになる。
【００６７】
さらに、これらの測定に対して、ドップラシフト信号や血管内の血液から反射してくる波動や血管内の血液の流速を用いることにより、血管緊張度を一定に保つ温度制御をした状態での測定精度が向上する。
【００６８】
また、本実施の形態では、測定部位の細動脈血管の緊張及び弛緩を測定する手段と緊張による血流量の低下は温度制御を行うことで増加させ、循環動態を確実に得ることができる。
【００６９】
これは循環情報を検出する際に、血液の循環量や速度がどれくらい少なくなっているかを求める指標として、細動脈血管の容積脈波の変化及び平均血圧に着目し補正する方法である。例えば環境温度やストレスの影響により細動脈血管の内径が細くなっているときには、拍動による容積脈波の変化の振幅は小さくなり、かつ平均血圧も上昇する。そこで、この部位の容積脈波の振幅が大きくなるように温度を制御し波高値や平均血圧の推移を測定することによって、血管が循環に及ぼしている環境温度やストレスの影響を調べることができ、この結果をもとに循環動態を補正すると、環境温度やストレス状態に影響されない正確な循環動態を求めることができる。
【００７０】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、生体表面から内部に波動を送信して反射または透過の波動を受信し、前記生体内部の血流の循環動態の情報を検出する測定装置に、容積脈波を検出する循環センサ機能を提供することにより、容積脈波による補正を行わない場合に比較して高精度な循環動態の測定が可能となる。そして、直接血管の容積変化をとらえることで生理的な血管緊張状態が把握できる。また、これらの状態において、血管緊張補正を行うことにより高精度な血液レオロジーの測定が可能となる。さらにこれらの測定に対して、ドップラシフト信号や血管内の血液から反射してくる波動や血管内の血液の流速を用いることにより、血管緊張補正による測定精度が向上する。
【００７１】
また、本発明によれば、生体表面から内部に波動を送受信して反射または透過の波動を受信し、前記生体内部の循環動態の情報を検出する測定装置に、容積脈波を検出する循環センサ機能と生体の測定部位の血圧値を測定する機能を提供することにより、容積脈波の血圧校正を行わない場合の補正に比較して高精度な循環動態の測定が可能となる。そして、これらの状態において、血液レオロジーを生体の測定部位の容積脈波の血圧校正した状態で補正することにより高精度な循環動態の測定が可能となる。さらにこれらの測定に対して、ドップラシフト信号や血管内の血液から反射してくる波動や血管内の血液の流速を用いることにより、容積脈波の血圧校正した状態で補正した状態での測定精度が向上する。
【００７２】
また、本発明によれば、生体表面から内部に波動を送受信して反射または透過の波動を受信し、前記生体内部の循環動態の情報を検出する測定装置に、容積脈波を検出する循環センサ機能と温度制御を提供することにより、血管緊張度を一定に保つ温度制御を行わない場合に比較して高精度な循環動態の測定が可能となる。そして、これらの状態において、血液レオロジーを生体の測定部位の血管緊張度を一定に保つ温度制御をした状態で測定することでより高精度な循環動態の測定が可能となる。さらにこれらの測定に対して、ドップラシフト信号や血管内の血液から反射してくる波動や血管内の血液の流速を用いることにより、血管緊張度を一定に保つ温度制御をした状態での測定精度が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１にかかわる、循環動態測定装置と測定部位の断面図である。
【図２】本発明の実施の形態１にかかわる、信号処理部の内部構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の循環動態測定装置が計測した容積脈波振幅の脈拍拍動に伴う時間変化を示すグラフである。
【図４】本発明の循環動態測定装置が計測した血流速度の脈拍拍動に伴う時間変化を示すグラフである。
【図５】本発明の実施の形態２にかかわる、循環動態測定装置と測定部位の断面図である。
【図６】本発明の実施の形態２にかかわる、信号処理部の内部構成を示すブロック図である。
【図７】本発明の実施の形態３にかかわる、循環動態測定装置と測定部位の断面図である。
【図８】本発明の実施の形態３にかかわる、信号処理部の内部構成を示すブロック図である。
【図９】本発明の循環動態測定装置が計測した容積脈波振幅の脈拍拍動に伴う時間変化を血圧値で校正したグラフである。
【図１０】本発明の実施の形態４にかかわる、循環動態測定装置と測定部位の断面図である。
【図１１】本発明の実施の形態４にかかわる、信号処理部の内部構成を示すブロック図である。
【図１２】従来例にかかわる、信号処理部の内部構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１０１ 循環センサ部Ａ
２０１ ＰＺＴ＿Ａ
２０２ ＰＺＴ＿Ｂ
３０１ 循環センサ部Ｂ
４０１ ＬＥＤ
４０２ フォトダイオード
５ 信号処理部Ａ
５０１ 発振部
５０２ 駆動部（送信）
５０３ 増幅部（受信）
５０４ 駆動部（発光）
５０５ 増幅部（受光）
５０６ 信号演算部Ａ
５０７ 出力部
５０８ 増幅部（血圧）
５０９ 信号演算部Ｂ
５１０ 温度制御部
５１１ 信号演算部Ｃ
６０１ 生体
７０１ 血管
８０１ 循環センサ部Ｃ
９０１ 血圧測定部
９０２ 血圧センサ
１００１ 加熱・冷却部
１３０１ 循環センサ部Ｄ
１４０１ ＬＥＤ
１４０２ フォトダイオード
１５００ 信号処理部Ｂ
１５０４ 駆動部（発光）
１５０５ 増幅部（受光）
１５０７ 出力部
１５１２ 信号演算部Ｄ
【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、保健機能食品、及び一般食品の有用性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、例えば流速度や流量変化、流動性、脈波動などがこれに当たる。
【０００３】
しかしながら、この方法では採血するときに針を生体内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のために、医療機関以外でも循環動態を測定し健康状態を評価できる装置も考えられている。
【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】
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微分することにより循環動態の1つ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Ｂ１５００の内部構成と、信号処理部Ｂ１５００と循環センサ部Ｄ１３０１の接続状態を示すブロック図を図１２に示す。
【０００６】
図示するように、信号処理部Ｂ１５００は、駆動部（発光）１５０４、増幅部（受光）１５０５、信号演算部Ｄ１５１２、出力部１５０７によって概略構成されている。駆動部（発光）１５０４は循環センサＤ１３０１に設置された発光素子１４０１を点灯させ、光を血管に向けて照射するための駆動エネルギーを送信する。増幅部（受光）１５０５は循環センサＤ１３０１に設置された受光素子１４０２が光電変換した時に発生する信号を増幅する。信号演算部Ｄ１５１２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１５０７に出力する。そして、信号演算部Ｄ１５１２は受光信号レベルを血液容積変化量に変換し、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。
【０００７】
【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、どうしても被検者から血液を採取するために、注射針を用いて肘部に針を刺し、採血を行わなければならず、医療機関等に行く必要がある。また、従来例に示したような生体表面から波動を入力し、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場合において、生体の血管の緊張及び弛緩（血管径の変化）の影響が生体内の血液の流動状態に影響し、循環動態が変化してしまうため、本来の健康状態を評価すべき循環動態の測定が困難となっている。
【０００８】
対策として血管の緊張及び弛緩の評価を行い補正または測定が同一条件になるように血管の緊張度を制御し、非侵襲測定及び評価を行えば正確に測定できると考える。しかしながら、容易に波動を送受信できる細動脈及びメタ細動脈で測定することを考えると手足や指部のような末端部位になってしまう。しかし、これらの部位では生体や環境の状態によって、循環センサのSN比が悪くなってしまう場合がある。これは気温が寒い場合、や生体にストレスがある場合、生理現象として血管が緊張により収縮し末端部位への体液、主に血液の供給量が少なくなり、循環センサを用いて例えば血液流速情報を検知しようとしても血液の絶対量が少なくセンサ信号のSN比が小さくなってしまうためである。このままでは循環情報の正確な検出ができないので、どれくらい生体の端末部位の循環状態が悪くなっているかを計測しなければならないという課題がある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、生体表面から内部に波動を送受信して前記生体内部の循環情報を検出する測定装置に、循環情報の血流速を検出する循環センサ機能と血管の圧脈波を検出する機能を有する。
【００１０】
ここで、圧脈波とは拍動による血管内の圧力の変化が体組織を伝導し体表面にあらわれた波形であり、容積脈波とは拍動による血管内の圧力変化が容積の変化を生じさせた時の波形であり血管の変化を直接的に把握する事ができるものである。圧脈波形と容積脈波の関係は、容積脈波が体組織を伝導し体表面にあらわれるため同じ信号成分を有している。
【００１１】
また、光電容積脈波とは容積脈波を検出するために血液の光の透過または反射を利用して検出した波形である。
【００１２】
また、本発明によれば、循環動態測定装置に循環情報の血流速を検出する循環センサ機能と細動脈血管の容積脈波を検出する機能を有する。
【００１３】
また、本発明によれば、循環動態測定装置に循環情報の血流速を検出する循環センサ機能と細動脈血管の容積脈波の検出を同一の測定部位から測定する機能を有する。
【００１４】
また、本発明によれば、循環動態測定装置に循環情報の血流速を検出する循環センサ機能と細動脈血管の容積脈波を検出する機能を持たせた上、血流速を検出する循環センサ機能に循環情報をドップラシフト信号の形態で検出する機能を有する。
【００１５】
また、本発明によれば、循環動態測定装置に循環情報の血流速を検出する循環センサ機能と細動脈血管の容積脈波を検出する機能を持たせた上、容積脈波を検出する循環センサ機能に循環情報を光電脈波信号の形態で検出する機能を有する。
【００１６】
また、本発明によれば、循環動態測定装置に循環情報の血流速を検出する循環センサ機能と細動脈血管の圧脈波を検出する機能を持たせた上、測定部位の血流速と圧脈波を平均化し圧脈波を血流速で割って循環動態の解析を行う機能を有する。
【００１７】
また、本発明によれば、循環動態測定装置に循環情報の血流速を検出する循環センサ機能と細動脈血管の圧脈波を検出する機能を持たせた上、圧脈波の最大値を血流速の最大値で割って循環動態の解析を行う機能を有する。
【００１８】
また、本発明によれば、循環動態測定装置に循環情報の血流速を検出する循環センサ機能と細動脈血管の圧脈波を検出する機能を持たせた上、測定部位の血圧を測定することで圧脈波を校正し積分することで平均血圧値を算出し、血圧に基づく変化分を演算補償する機能を有する。
【００１９】
また、本発明によれば、循環動態測定装置に循環情報の血流速を検出する循環センサ機能と細動脈血管の圧脈波を検出する機能を持たせた上、圧脈波の振幅値を測定部位の血圧値の差（最高血圧値−最低血圧値）で除算する、血管の緊張及び弛緩を測定する機能を有する。
【００２０】
また、本発明によれば、循環動態測定装置に循環情報の血流速を検出する循環センサ機能と細動脈血管の圧脈波を検出する機能を持たせた上、圧脈波の振幅値を測定部位の平均血圧値で除算する、血管の緊張及び弛緩を測定する機能を有する。
【００２１】
また、本発明によれば、循環動態測定装置に循環情報の血流速を検出する循環センサ機能と細動脈血管の圧脈波を検出する機能を持たせた上、圧脈波の振幅値を測定部位の血圧値の最高値で除算する、血管の緊張及び弛緩を検出する機能を有する。
【００２２】
また、本発明によれば、循環動態測定装置に循環情報の血流速を検出する循環センサ機能と細動脈血管の圧脈波を検出する機能を持たせた上、測定部位温度を制御する制御手段とを有する構成を提供する。
【００２３】
【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や血流量及び容積脈波の時間変化の形から循環動態を求めるものである。
【００２４】
そして、本発明の循環動態測定装置は、皮膚面から血管に２種類の波動を送信し、反射の波動を受信して生体内の循環情報を非侵襲的に検出する手段を基本構成とするものである。循環動態、例えば血液の流動性は血管径と密接な関係に有り、例えばストレスや環境温度が低ければ血管が収縮し流動性が低くなる。
【００２５】
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血液情報を検出するのであるが、反射物質は細動脈血管内の血流に特定されるものではない。細動脈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、骨や腱などの組織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。
【００２６】
また、速度成分をもつ物質として着目している細動脈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。
【００２７】
また、光の吸収度合いによって反射強度が変化する効果を利用し血管の容積脈波の振幅を評価することで対象血管の緊張及び弛緩状態を直接的に測定することができる。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。
【００２８】
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はレーザやＬＥＤ（発光ダイオード）等の光を使用して循環情報を検出する。以下、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詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
（実施の形態１）
図１は実施の形態１について、生体６０１と循環動態測定装置の循環センサ部Ａ１０１、循環センサ部Ｂ３０１、生体内の血管７０１を示したものである。循環センサ部Ａ１０１及び循環センサ部Ｂ３０１の送受信部が生体方向に向くように設置され、生体表面に接するように配置されている。本実施の形態の循環センサ部Ａ１０１は超音波を用いて送受信を行う。そして循環センサ部Ｂ３０１はLED４０１とフォトダイオード４０２を用いる。
【００２９】
実施の形態１における循環動態測定装置の信号処理部Ａ５の内部構成と、信号処理部Ａ５と循環センサ部Ａ１０１及び循環センサ部Ｂ３０１の接続状態を示すブロック図を図２に示す。図示するように、信号処理部Ａ５は、発振部５０１、駆動部（送信）５０２、増幅部（受信）５０３、駆動部（発光）５０４、増幅部（受光）５０５、信号演算部Ａ５０６、出力部５０７によって概略構成されている。
【００３０】
実施の形態１の発振部５０１は駆動部（送信）用の信号を発信する、駆動部（送信）５０２は循環センサ部Ａ１０１に設置されたＰＺＴ＿Ａ２０１を振動させ、超音波を血管７０１に向けて照射するための駆動電圧を送信する。ＰＺＴ＿Ｂ２０２は反射してきた超音波を受信し、増幅部（受信）５０３で受信信号の増幅を行う。このとき、ＰＺＴ＿Ａ２０１とＰＺＴ＿Ｂ２０２は同じものでもよい。
【００３１】
駆動部（発光）５０４は循環センサ部Ｂ３０１に設置されたＬＥＤ４０１を発光させ、光を血管７０１に向けて照射するための駆動電流を注入する。フォトダイオード４０２は反射してきた光量の光電変換を行い、増幅部（受光）５０５で受光信号の増幅を行う。
【００３２】
血管７０１に照射した光は血管中のヘモグロビンによって反射、吸収される。さらに、拍動による血液容積の変化が光量の変化となり連続して捉えることにより、容積脈波を計測することができる。
【００３３】
信号演算部Ａ５０６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５０７に出力する。
【００３４】
また、信号演算部Ａ５０６は、発振部５０１の周波数とＰＺＴ＿Ｂ２０２で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、周波数の変化より血管７０１を流れる血流速度を算出し、その速度の時間変化を求める。
【００３５】
また、信号演算部Ａ５０６は、フォトダイオード４０２で受光した拍動成分の波形を積分した値（平均値）を算出し血液レオロジー補正用係数Ｃ１とした。図３に容積脈波の時間変化のグラフを示した。生体内部の血管７０１の緊張はストレスや温度変化に敏感であり、ストレスや低温の影響により血管７０１が収縮し、容積脈波の振幅及び平均値に反映することになる。したがって、容積脈波の生体情報を取り入れることで精度の高い補正を実現できる。さらに、脈拍の拍動時にあらわれる血流速度の時間変化の形が、血液のレオロジーと相関関係があり、この脈拍拍動時にあらわれる血流速度変化から循環情報として血液レオロジーを求めている。例えば、血流変化が大きければ、血液の粘度が低い状態であるといえる。
【００３６】
次に、実施の形態１の循環動態測定方法について説明する。本実施の形態では循環情報として血液のレオロジーを求めた。図４に血流速度の脈拍拍動に伴う時間変化のグラフを示した。血液レオロジーの特徴成分として、最大血流速度Ｖｘがあげられる。この最大血流速度Ｖｘが血液レオロジーと相関関係にある。血液レオロジーを表す指標をＴｎとすると、Ｔｎは最大血流速度Ｖｘと血液レオロジー補正係数Ｃ１の積で表される(式１)。
【００３７】
Ｔｎ＝Ｃ１×Ｖｘ （１）
実施の形態１において、循環センサ部Ｂ３０１によって検出された容積脈波を用いて補正係数Ｃ１を算出することで血管の緊張による影響を補正することができる。そして、血管緊張補正を行うことにより高精度な血液レオロジーの測定が可能となる。さらにこれらの測定に対して、ドップラシフト信号や血管内の血液から反射してくる波動や血管内の血液の流速を用いることにより、血管緊張補正による測定精度が向上する。
【００３８】
例えば、循環情報である血流速と圧脈波を平均化し圧脈波を血流速で除算することにより、血圧値の高低および血管の緊張による内径の変化により血流速が影響を受け、循環状態を表すときの誤差原因の補正が可能となる。よって上述した演算処理を行うことで血圧値の高低および血管の緊張による内径の変化による影響を排除することができるようになる。
【００３９】
実施の形態２における循環動態測定装置の信号処理部Ａ５の内部構成と、信号処理部Ａ５と循環センサ部Ｃ８０１の接続状態を示すブロック図を図６に示す。図示するように、信号処理部Ａ５は、発振部５０１、駆動部（送信）５０２、増幅部（受信）５０３、駆動部（発光）５０４、増幅部（受光）５０５、信号演算部Ａ５０６、出力部５０７によって概略構成されている。
【００４０】
実施の形態２の発振部５０１は駆動部（送信）用の信号を発信する、駆動部（送信）５０２は循環センサ部Ｃ８０１に設置されたＰＺＴ＿Ａ２０１を振動させ、超音波を血管７０１に向けて照射するための駆動電圧を送信する。ＰＺＴ＿Ｂ２０２は反射してきた超音波を受信し、増幅部（受信）５０３で受信信号の増幅を行う。
【００４１】
駆動部（発光）５０４は循環センサ部Ｃ８０１に設置されたLED４０１を発光させ、光を血管７０１に向けて照射するための駆動電流を注入する。フォトダイオード４０２は反射してきた光の光電変換を行い、増幅部（受光）５０５で受光信号の増幅を行う。
【００４２】
信号演算部Ａ５０６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５０７に出力する。
【００４３】
また、信号演算部Ａ５０６は、発振部５０１の周波数とＰＺＴ＿Ｂ２０２で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、周波数の変化より血管７０１を流れる血流速度を算出し、その速度の時間変化を求める。
【００４４】
また、この血流速度を算出するときに、循環センサ部Ｃ８０１が生体表面に接している皮下の血管の容積変化を検知し、フォトダイオード４０２で受光した拍動成分の波形を積分した値（平均値）を算出し血液レオロジー補正係数Ｃ１になる。実施の形態１と同様に、図３に容積脈波の時間変化のグラフを示した。生体内部の血管７０１の緊張はストレスや温度変化に敏感であり、ストレスや低温の影響により血管７０１が収縮し、容積脈波の振幅及び平均値に反映することになる。したがって、精度の高い補正を実現できる。さらに、脈拍の拍動時にあらわれる血流速度の時間変化の形が、血液のレオロジーと相関関係があり、この脈拍拍動時にあらわれる血流速度変化から循環動態として血液レオロジーを求めている。例えば、血流変化が大きければ、血液の粘度が低い状態であるといえる。
【００４５】
また、実施の形態２の循環動態測定方法は実施の形態１と同様であるため、説明を省略する。
（実施の形態３）
図７は実施の形態３について、生体６０１と循環動態測定装置の循環センサ部Ｃ８０１、血圧測定部９０１、生体内の血管７０１を示したものである。循環センサＣ８０１は送受信部が生体方向に向くように設置され、さらに血圧測定部９０１は循環センサ部Ｃ８０１との距離が５ｃｍ以上離れないように配置され、測定部位の循環動態が反映されるように構成されている。
【００４６】
実施の形態３における循環動態測定装置の信号処理部Ａ５の内部構成と、信号処理部Ａ５と循環センサ部Ｃ８０１及び血圧センサ９０２の接続状態を示すブロック図を図８に示す。図示するように、信号処理部Ａ５は、発振部５０１、駆動部（送信）５０２、増幅部（受信）５０３、駆動部（発光）５０４、増幅部（受光）５０５、信号演算部Ｂ５０９、出力部５０７、増幅部（血圧）５０８によって概略構成されている。
【００４７】
実施の形態３の発振部５０１は駆動部（送信）用の信号を発信する、駆動部（送信）５０２は循環センサ部Ｃ８０１に設置されたＰＺＴ＿Ａ２０１を振動させ、超音波を血管７０１に向けて照射するための駆動電圧を送信する。ＰＺＴ＿Ｂ２０２は反射してきた超音波を受信し、増幅部（受信）５０３で受信信号の増幅を行う。
【００４８】
駆動部（発光）５０４は循環センサ部Ｃ８０１に設置されたLED４０１を発光させ、光を血管７０１に向けて照射するための駆動電流を注入する。フォトダイオード４０２は反射してきた光の光電変換を行い、増幅部（受光）５０５で受光信号の増幅を行う。血圧測定部９０１は血圧センサ９０２から循環情報の圧力値を電気信号に変換した形で出力し増幅部（血圧）５０８で血圧信号の増幅を行う。
【００４９】
信号演算部Ｂ５０９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５０７に出力する。
【００５０】
また、信号演算部Ｂ５０９は、発振部５０１の周波数とＰＺＴ＿Ｂ２０２で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、周波数の変化より血管７０１を流れる血流速度を算出し、その速度の時間変化を求める。
【００５１】
また、信号演算部Ｂ５０９は、血圧センサ９０２から得た血圧値で容積脈波の数値校正を行う。
【００５２】
また、信号演算部Ｂ５０９は、フォトダイオード４０２で受光した拍動成分の波形を積分及び校正した値（平均血圧値）を算出し、血液レオロジー補正用係数Ｃ１とする。図９に血圧値で校正した容積脈波の時間変化のグラフを示す。
【００５３】
ここで、循環情報である圧脈波の振幅値を血圧測定手段による検出血圧値の差（最高血圧値−最低血圧値）で除算することにより、血圧値の高低および血管の緊張による内径の変化により血流速が影響を受け、循環状態を表すときの誤差原因の補正が可能となる。よって前記の演算処理を行うことで血圧値の高低および血管の緊張による内径の変化による影響を排除することができるようになる。
【００５４】
また、循環情報である圧脈波の振幅値を血圧測定手段による検出血圧値の最高値で除算することにより、血圧値の高低および血管の緊張による内径の変化により血流速が影響を受け、循環状態を表すときの誤差原因の補正が可能となる。よって前記の演算処理を行うことで血圧値の高低および血管の緊張による内径の変化による影響を排除することができるようになる。
【００５５】
よって、実施の形態３において、循環センサＣ８０１との距離が５ｃｍ以上離れないように配置した血圧測定部９０１により、実際の血圧値で補正ができるようになる。そして、これらの状態において、血液レオロジーを生体の測定部位の容積脈波の血圧校正した状態で補正することにより高精度な循環動態の測定が可能となる。さらに、これらの測定に対して、ドップラシフト信号や血管内の血液から反射してくる波動や血管内の血液の流速を用いることにより、容積脈波の血圧校正した状態で補正した状態での測定精度が向上する。
（実施の形態４）
図１０は実施の形態４について、生体６０１と循環動態測定装置の循環センサ部Ｃ８０１、血圧測定部９０１、加熱・冷却部１００１、生体内の血管７０１を示したものである。循環センサＣ８０１は送受信部が生体方向に向くように設置され、血圧測定部９０１は循環センサ部Ｃ８０１との距離が５ｃｍ以上離れないように配置され、さらに加熱・冷却部１００１は測定部位を覆う様に少なくとも６ｃｍ以上の範囲にわたり配置され、測定部位が十分に温度制御の効果が得られるように構成されている。本実施の形態において、加熱・冷却部１００１はペルチェ素子を使用し温度を制御できる機能を有する。本実施の形態においても実施の形態３と同様に、超音波を用いて送受信を行う。本実施の形態では循環センサＣ８０１に設置されたＰＺＴ＿Ａ２０１を振動させ、超音波を生体６０１内部の血管に向けて照射する。血管中を流れる血液に反射して返ってきた超音波はＰＺＴ＿Ｂ２０２によって受信される。
【００５６】
また、LED４０１を発光させ、光を血管７０１に向けて照射するための駆動電流を注入する。フォトダイオード４０２は反射してきた光を受光する。
【００５７】
実施の形態４における循環動態測定装置の信号処理部Ａ５の内部構成と、信号処理部Ａ５と循環センサ部Ｃ８０１と血圧センサ９０２及び加熱・冷却部１００１の接続状態を示すブロック図を図１１に示す。
【００５８】
図示するように、信号処理部Ａ５は、発振部５０１、駆動部（送信）５０２、増幅部（受信）５０３、駆動部（発光）５０４、増幅部（受光）５０５、信号演算部Ｃ５１１、出力部５０７、増幅部（血圧）５０８、温度制御部５１０によって概略構成されている。
【００５９】
実施の形態４の発振部５０１は駆動部（送信）用の信号を発信する、駆動部（送信）５０２は循環センサ部Ｃ８０１に設置されたＰＺＴ＿Ａ２０１を振動させ、超音波を血管７０１に向けて照射するための駆動電圧を送信する。ＰＺＴ＿Ｂ２０２は反射してきた超音波を受信し、増幅部（受信）５０３で受信信号の増幅を行う。
【００６０】
駆動部（発光）５０４は循環センサ部Ｃ８０１に設置されたLED４０１を発光させ、光を血管７０１に向けて照射するための駆動電流を注入する。フォトダイオード４０２は反射してきた光の光電変換を行い、増幅部（受光）５０５で受光信号の増幅を行う。血圧測定部９０１は血圧センサ９０２から循環情報の圧力値を電気信号に変換した形で出力し増幅部（血圧）５０８で血圧信号の増幅を行う。
【００６１】
信号演算部Ｃ５１１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５０７に出力する。
【００６２】
また、信号演算部Ｃ５１１は、発振部５０１の周波数とＰＺＴ＿Ｂ２０２で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、周波数の変化より血管７０１を流れる血流速度を算出し、その速度の時間変化を求める。
【００６３】
また、信号演算部Ｃ５１１は、血圧センサ９０２で得た血圧値で容積脈波の数値校正を行う。
【００６４】
また、信号演算部Ｃ５１１は、フォトダイオード４０２で受光した拍動成分の波形を積分及び校正した値（平均血圧値）を算出し血液レオロジー補正用係数Ｃ１とする。図９に血圧値で校正した容積脈波の時間変化のグラフを示す。
【００６５】
また、信号演算部Ｃ５１１は、容積脈波の振幅、平均値及び血圧値から導き出した温度制御用の信号を入力し温度制御部５１０で加熱・冷却部を制御し血管の生理的状態を一定に保つことができるようになる。
【００６６】
実施の形態４において、循環センサＣ８０１で得られる容積脈波を一定に保つように温度制御を行うことで血管の緊張度を一定に保つことができ、その結果血液レオロジー測定を安定して行えるようになる。
【００６７】
さらに、これらの測定に対して、ドップラシフト信号や血管内の血液から反射してくる波動や血管内の血液の流速を用いることにより、血管緊張度を一定に保つ温度制御をした状態での測定精度が向上する。
【００６８】
また、本実施の形態では、測定部位の細動脈血管の緊張及び弛緩を測定する手段と緊張による血流量の低下は温度制御を行うことで増加させ、循環動態を確実に得ることができる。
【００６９】
これは循環情報を検出する際に、血液の循環量や速度がどれくらい少なくなっているかを求める指標として、細動脈血管の容積脈波の変化及び平均血圧に着目し補正する方法である。例えば環境温度やストレスの影響により細動脈血管の内径が細くなっているときには、拍動による容積脈波の変化の振幅は小さくなり、かつ平均血圧も上昇する。そこで、この部位の容積脈波の振幅が大きくなるように温度を制御し波高値や平均血圧の推移を測定することによって、血管が循環に及ぼしている環境温度やストレスの影響を調べることができ、この結果をもとに循環動態を補正すると、環境温度やストレス状態に影響されない正確な循環動態を求めることができる。
【００７０】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、生体表面から内部に波動を送信して反射または透過の波動を受信し、前記生体内部の血流の循環動態の情報を検出する測定装置に、容積脈波を検出する循環センサ機能を提供することにより、容積脈波による補正を行わない場合に比較して高精度な循環動態の測定が可能となる。そして、直接血管の容積変化をとらえることで生理的な血管緊張状態が把握できる。また、これらの状態において、血管緊張補正を行うことにより高精度な血液レオロジーの測定が可能となる。さらにこれらの測定に対して、ドップラシフト信号や血管内の血液から反射してくる波動や血管内の血液の流速を用いることにより、血管緊張補正による測定精度が向上する。
【００７１】
また、本発明によれば、生体表面から内部に波動を送受信して反射または透過の波動を受信し、前記生体内部の循環動態の情報を検出する測定装置に、容積脈波を検出する循環センサ機能と生体の測定部位の血圧値を測定する機能を提供することにより、容積脈波の血圧校正を行わない場合の補正に比較して高精度な循環動態の測定が可能となる。そして、これらの状態において、血液レオロジーを生体の測定部位の容積脈波の血圧校正した状態で補正することにより高精度な循環動態の測定が可能となる。さらにこれらの測定に対して、ドップラシフト信号や血管内の血液から反射してくる波動や血管内の血液の流速を用いることにより、容積脈波の血圧校正した状態で補正した状態での測定精度が向上する。
【００７２】
また、本発明によれば、生体表面から内部に波動を送受信して反射または透過の波動を受信し、前記生体内部の循環動態の情報を検出する測定装置に、容積脈波を検出する循環センサ機能と温度制御を提供することにより、血管緊張度を一定に保つ温度制御を行わない場合に比較して高精度な循環動態の測定が可能となる。そして、これらの状態において、血液レオロジーを生体の測定部位の血管緊張度を一定に保つ温度制御をした状態で測定することでより高精度な循環動態の測定が可能となる。さらにこれらの測定に対して、ドップラシフト信号や血管内の血液から反射してくる波動や血管内の血液の流速を用いることにより、血管緊張度を一定に保つ温度制御をした状態での測定精度が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１にかかわる、循環動態測定装置と測定部位の断面図である。
【図２】本発明の実施の形態１にかかわる、信号処理部の内部構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の循環動態測定装置が計測した容積脈波振幅の脈拍拍動に伴う時間変化を示すグラフである。
【図４】本発明の循環動態測定装置が計測した血流速度の脈拍拍動に伴う時間変化を示すグラフである。
【図５】本発明の実施の形態２にかかわる、循環動態測定装置と測定部位の断面図である。
【図６】本発明の実施の形態２にかかわる、信号処理部の内部構成を示すブロック図である。
【図７】本発明の実施の形態３にかかわる、循環動態測定装置と測定部位の断面図である。
【図８】本発明の実施の形態３にかかわる、信号処理部の内部構成を示すブロック図である。
【図９】本発明の循環動態測定装置が計測した容積脈波振幅の脈拍拍動に伴う時間変化を血圧値で校正したグラフである。
【図１０】本発明の実施の形態４にかかわる、循環動態測定装置と測定部位の断面図である。
【図１１】本発明の実施の形態４にかかわる、信号処理部の内部構成を示すブロック図である。
【図１２】従来例にかかわる、信号処理部の内部構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１０１ 循環センサ部Ａ
２０１ ＰＺＴ＿Ａ
２０２ ＰＺＴ＿Ｂ
３０１ 循環センサ部Ｂ
４０１ ＬＥＤ
４０２ フォトダイオード
５ 信号処理部Ａ
５０１ 発振部
５０２ 駆動部（送信）
５０３ 増幅部（受信）
５０４ 駆動部（発光）
５０５ 増幅部（受光）
５０６ 信号演算部Ａ
５０７ 出力部
５０８ 増幅部（血圧）
５０９ 信号演算部Ｂ
５１０ 温度制御部
５１１ 信号演算部Ｃ
６０１ 生体
７０１ 血管
８０１ 循環センサ部Ｃ
９０１ 血圧測定部
９０２ 血圧センサ
１００１ 加熱・冷却部
１３０１ 循環センサ部Ｄ
１４０１ ＬＥＤ
１４０２ フォトダイオード
１５００ 信号処理部Ｂ
１５０４ 駆動部（発光）
１５０５ 増幅部（受光）
１５０７ 出力部
１５１２ 信号演算部Ｄ
Claims (6)
- 生体表面から血管に第１の波動を送信し、反射または透過した前記第１の波動を受信することにより前記血管を流れる血流速を検出する第１の循環センサ部と、
同様に、前記生体表面から前記血管に第２の波動を送信し、反射または透過した前記第２の波動を受信することにより前記血管の容積脈波の変化を測定して圧脈波を検出する第２の循環センサ部と、
前記第１の循環センサ部により検出した前記血流速と前記第２の循環センサ部により検出した前記圧脈波をそれぞれ平均化し、該圧脈波を該血流速で除算する演算処理を行って血液レオロジーを表す指標値を算出する機能を有する信号演算部と、
からなることを特徴とする循環動態測定装置。 - 生体表面から血管に第１の波動を送信し、反射または透過した前記第１の波動を受信することにより前記血管を流れる血流速を検出する第１の循環センサ部と、
同様に、前記生体表面から前記血管に第２の波動を送信し、反射または透過した前記第２の波動を受信することにより前記血管の容積脈波の変化を測定して圧脈波を検出する第２の循環センサ部と、
前記生体の血圧値を検出する血圧測定部と、
該血圧測定部により得られた前記血圧値で前記容積脈波を数値校正し、数値校正した前記容積脈波と、前記第１の循環センサ部により検出された前記血流速を用いて血液レオロジーを表す指標値を算出する機能を有する信号演算部と、
からなることを特徴とする循環動態測定装置。 - 生体表面から血管に第１の波動を送信し、反射または透過した前記第１の波動を受信することにより前記血管を流れる血流速を検出する第１の循環センサ部と、
同様に、前記生体表面から前記血管に第２の波動を送信し、反射または透過した前記第２の波動を受信することにより前記血管の容積脈波の変化を測定して圧脈波を検出する第２の循環センサ部と、
前記生体の血圧値を検出する血圧測定部と、
前記圧脈波の振幅値を前記血圧測定部によって検出した前記血圧値の最高値で除算する演算処理を行って、前記第１の循環センサ部により検出された前記血流速を用いて血液レオロジーを表す指標値を算出する機能を有する信号演算部と、
からなることを特徴とする循環動態測定装置。 - 前記第１の循環センサ部と前記第２の循環センサ部は、一体化されて配置されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の循環動態測定装置。
- 前記第１の循環センサ部から送受信する前記第１の波動は超音波であり、前記第２の循環センサ部から送受信する前記第２の波動は光であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の循環動態測定装置。
- 前記生体の測定部位を加熱または冷却する加熱冷却部と、該加熱冷却部の温度を制御する温度制御部とを有することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の循環動態測定装置。
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