JP3913612B2 - 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１５００の内部構成と、信号処理部１５００と循環センサ部１３０１の接続状態を示すブロック図を図１３に示す。
【０００６】
図示するように、信号処理部１５００は、駆動部（発光）１５０４、増幅部（受光）１５０５、信号演算部１５１３、出力部１５０８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１３０１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１３０１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１５１３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１５０８に出力する。そして、信号演算部１５１３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、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。さらに、これらの部位では生体や環境の状態によって、循環センサの受信信号レベルが低下しＳＮ比を悪化させてしまう場合がある。これは気温が寒い場合、また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。
【０００９】
このままでは循環情報の正確な測定ができないので、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。
【００１０】
また、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継続的に行う場合、時差により生体組織および循環状態の差異が生じそれが誤差要因になっており評価条件を一定に保つまたは条件を変化させる必要がある。
【００１１】
そこで、本発明が解決しようとする課題は非侵襲的に生体表面から波動を入力し、生体を流れる体液に反射させて動きや位置から血液等の状態を解析し、循環動態を求めて健康状態を評価するときに、生体における測定部位の血管の緊張度にかかわらず、安定的に、精度良く循環情報を測定することにあり、その結果として、正確な健康状態を評価することが可能になる。
【００１２】
また、生体組織および循環状態を意識的に制御することで健康の評価、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継続的かつ動的に行うことが可能になる。
【００１３】
【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生体内部の循環動態の情報を検出する測定装置に、循環情報の血流速を測定する循環センサ機能と酸素動態を測定する機能を有する。
【００１４】
ここで、酸素動態とは血管の血液中における酸素の増減を示す。ここでは拍動による血圧変化が伸展性を有する血管の直径の変化を起こし血液量を増減させることであり、心臓の収縮期と拡張期の周期に同期して酸素動態が変化する。そのため、測定結果には外来ノイズの影響を抑圧できるので血圧値と血管の緊張、弛緩を反映する基準になる。
【００１５】
容積脈波とは、拍動による血管中の血液量の変化を光の透過量または反射量を利用して検出するものであり、酸素動態と同様に心臓の収縮期と拡張期の周期に同期して容積脈波が変化するが、その振幅は生体組織の反射量等により変化してしまう。そこで酸素動態は、血管中の赤血球内の酸素化ヘモグロビンと脱酸素化ヘモグロビンの吸光度特性が波長によって異なることを利用した、２波長の光電容積脈波からＬａｍｂｅｒｔ−Ｂｅｅｒの法則に基づき近似し算出することにより酸素動態を判定することが可能となる。皮膚および取り付方の差による光電容積脈波の反射、透過量の誤差は酸素動態を算出することでキャンセルすることができ、安定した結果を得ることができる。
【００１６】
また、本発明によれば、循環動態の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酸素動態の検出を同一の測定部位から測定する機能を有する。
【００１７】
また、本発明によれば、循環動態の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酸素動態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。
【００１８】
また、本発明によれば、循環動態の測定装置に循環情報の血流速、と酸素動態を検出する循環センサ機能を持たせた上、測定部位の血流速と酸素動態を平均化し、酸素動態を血流速で割って循環動態の解析を行う機能を有する。
【００１９】
また、本発明によれば、循環動態の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酸素動態を検出する機能を持たせた上、酸素動態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。
【００２０】
また、本発明によれば、循環動態の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酸素動態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酸素動態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。
【００２１】
また、本発明によれば、循環動態の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酸素動態を検出する機能を持たせた上、酸素動態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。
【００２２】
また、本発明によれば、循環動態の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酸素動態を検出する機能を持たせた上、酸素動態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。
【００２３】
また、本発明によれば、循環動態の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酸素動態を検出する機能を持たせた上、酸素動態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測定する機能を有する。
【００２４】
また、本発明によれば、循環動態の測定装置に循環情報の血流速、および末梢組織の酸素動態を検出する循環センサ機能と細動脈血管の酸素動態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有する。
【００２５】
また、本発明によれば、循環動態の測定装置に循環情報の血流速、および末梢組織の酸素動態を検出する循環センサ機能と細動脈血管の酸素動態を検出する機能を持たせた上、生体の温度を制御する制御手段とを有する構成を有する。
【００２６】
【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酸素動態の時間変化の形から循環情報および生体情報を求めるものである。そして、本発明の循環動態測定装置の基本構成は、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とするものである。
【００２７】
本発明では、酸素動態を検出することで生体組織の情報を入手し血管の緊張および弛緩状態を判断する機構とする。例えば血液の酸素動態は、酸素化ヘモグロビンと脱酸素化ヘモグロビンの吸光度特性が波長によって異なることを利用しＬａｍｂｅｒｔ−Ｂｅｅｒの法則に基づき近似し算出する。さらに、血流の拍動性によって反射強度が変化する効果を利用し血液の酸素動態の変化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継続的かつ動的に行う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Ａ循環センサ部１０１、Ｂ循環センサ部３０２、生体内の細動脈血管７０１、毛細血管７０２、細静脈血管７０３を示したものである。血管中の血液は細動脈血管７０１から分岐した多数の毛細血管７０２へ流れ物質交換が行われ、細静脈血管７０３に集まり心臓へ戻っていく。Ａ循環センサ部１０１及びＢ循環センサ部３０２の送受信部が生体の細動脈血管７０１、毛細血管７０２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Ａ循環センサ部１０１は超音波を用いて送受信を行う。そしてＢ循環センサ部３０２はＬＥＤとフォトダイオードを用いる。
【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５の内部構成と、信号処理部５とＡ循環センサ部１０１及びＢ循環センサ部３０２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５は、発振部５０１、駆動部（送信）５０２、増幅部（受信）５０３、駆動部（発光）５０４、駆動部（発光）５０５、増幅部（受光）５０６、信号演算部５０７、出力部５０８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Ａ循環センサ部１０１に設置されたＰＺＴ２０１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。ＰＺＴ２０２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。
【００３１】
駆動部（発光）５０４はＢ循環センサ部３０２に設置されたＬＥＤ４０１を発光させ、光を細動脈血管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４０３は反射してきた光の光電変換を行い、増幅部（受光）５０６で受光信号の増幅を行う。
【００３２】
また、駆動部（発光）５０５はＢ循環センサ部３０２に設置されたＬＥＤ４０２を発光させ、光を細動脈血管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４０３は反射してきた光の光電変換を行い、増幅部（受光）５０６で受光信号の増幅を行う。
【００３３】
このときＬＥＤ４０１およびＬＥＤ４０２の発光は交互に行われ、フォトダイオード４０３は各々の波長での信号を受信することができる。図３に酸素化ヘモグロビンと脱酸素化ヘモグロビンの吸光度特性のグラフを示す。
【００３４】
信号演算部５０７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５０８に出力する。また、信号演算部５０７は、発振部５０１の周波数とＰＺＴ２０２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、周波数の変化より毛細血管７０２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５０７は、フォトダイオード４０３で受光した拍動成分の酸素動態をＬａｍｂｅｒｔ−Ｂｅｅｒの法則に基づき算出し、波形を時間積分した値から平均値を算出し、血液レオロジー補正用係数Ｃ１とする。このときのＬＥＤ光源の波長は７６０ｎｍと８５０ｎｍを使用する。
【００３６】
図４に２波長（λ１＞λ２）の容積脈波の時間変化のグラフを示す。生体内部の細動脈血管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細動脈血管７０１が収縮し、酸素動態の振幅及び平均値に反映されることになる。したがって、酸素動態の循環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。
【００３７】
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る。図５に血流速度の脈拍拍動に伴う時間変化のグラフを示す。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)。
【００３８】
Ｔｎ＝Ｃ１×Ｖｘ （１）
実施の形態１において、Ｂ循環センサ部３０２によって検出された酸素動態を用いて補正係数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。
【００３９】
例えば、循環情報である血流速と酸素動態を平均化し酸素動態を血流速で除算することにより、見かけのレオロジー低下の原因となる高血圧時の測定精度が向上する。
（実施の形態２）
図６は実施の形態２について、生体６０１と循環動態測定装置のＣ循環センサ部８０１、生体内の細動脈血管７０１、毛細血管７０２、細静脈血管７０３を示したものである。血管中の血液は細動脈血管７０１から分岐し、多数の毛細血管７０２へ流れ物質交換が行われ、細静脈血管７０３に集まり心臓へ戻っていく。Ｃ循環センサ部８０１の送受信部が生体の細動脈血管７０１、毛細血管７０２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Ｃ循環センサ部８０１は超音波の送受信で血流速を検出するＰＺＴ２０１、ＰＺＴ２０１及び光電容積脈波を検出するＬＥＤ４０１、４０２、フォトダイオード４０３が内部に埋め込まれている。
【００４０】
各循環センサは互いに干渉することなく配置され一体化により小型になり測定部位をより末端にすることができるようになる。また、血流速の測定部位と酸素動態の測定部位を一致させることが可能となり直接的に血管の緊張と弛緩状態および飽和酸素濃度を把握することができるようになる。
【００４１】
実施の形態２における循環動態測定装置の信号処理部５の内部構成と、信号処理部５とＣ循環センサ部８０１の接続状態を示すブロック図を図７に示す。図示するように、信号処理部５は、発振部５０１、駆動部（送信）５０２、増幅部（受信）５０３、駆動部（発光）５０４、駆動部（発光）５０５、増幅部（受光）５０６、信号演算部５０７、出力部５０８によって概略構成されている。
【００４２】
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Ｃ循環センサ部８０１に設置されたＰＺＴ２０１を振動させ、超音波を毛細血管７０２に向けて照射するための駆動電圧を送信する。ＰＺＴ２０１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。
【００４３】
駆動部（発光）５０４はＣ循環センサ部８０１に設置されたＬＥＤ４０１を発光させる駆動電流を注入する。光波は毛細血管７０１および細動脈血管７０２に向けて照射される。フォトダイオード４０３は反射してきた光の光電変換を行い、増幅部（受光）５０６で受光信号の増幅を行う。また、駆動部（発光）５０５はＣ循環センサ部８０１に設置されたＬＥＤ４０２を発光させる駆動電流を注入する。また、駆動部（発光）５０４と駆動部（発光）５０５は交互に駆動を行い同時に駆動されることはない。
【００４４】
信号演算部５０７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５０８に出力する。
【００４５】
また、信号演算部５０７は、発振部５０１の周波数とＰＺＴ２０２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、周波数の変化より毛細血管７０２を流れる血流速度算出し、その速度の時間変化を求める。
【００４６】
また、信号演算部５０７は、フォトダイオード４０３で受光した拍動成分の酸素動態をＬａｍｂｅｒｔ−Ｂｅｅｒの法則に基づき算出し、波形を時間積分した値（平均値）を算出し血液レオロジー補正用係数Ｃ１とする。このときのＬＥＤ光源の波長は７６０ｎｍと８５０ｎｍを使用する。
【００４７】
実施の形態１と同様に、図４に２波長（λ１＞λ２）の容積脈波の時間変化のグラフを示した。生体内部の細動脈血管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細動脈血管７０１が収縮し、酸素動態の振幅及び平均値に反映されることになる。したがって、酸素動態の循環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。
【００４８】
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８は実施の形態３について、生体６０１と循環動態測定装置のＣ循環センサ部８０１、血圧測定部９０１、生体内の細動脈血管７０１、毛細血管７０２、細静脈血管７０３を示したものである。血管中の血液は細動脈血管７０１から分岐し、多数の毛細血管７０２へ流れ物質交換が行われ、細静脈血管７０３に集まり心臓へ戻っていく。Ｃ循環センサ部８０１の送受信部が生体の毛細血管７０２、細動脈血管７０１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、さらに血圧測定部９０１はＣ循環センサ部８０１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。
【００４９】
実施の形態３における循環動態測定装置の信号処理部５の内部構成と、信号処理部５とＣ循環センサ部８０１と血圧センサ９０２の接続状態を示すブロック図を図９に示す。図示するように、信号処理部５は、発振部５０１、駆動部（送信）５０２、増幅部（受信）５０３、駆動部（発光）５０４、駆動部（発光）５０５、増幅部（受光）５０６、増幅部（血圧）５１０、信号演算部５０９、出力部５０８によって概略構成されている。
【００５０】
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Ｃ循環センサ部８０１に設置されたＰＺＴ２０１を振動させ、超音波を毛細血管７０２に向けて照射するための駆動電圧を送信する。ＰＺＴ２０１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。
【００５１】
駆動部（発光）５０４はＣ循環センサ部８０１に設置されたＬＥＤ４０１とＢ循環センサ部３０２に設置されたＬＥＤ４０１を発光させる駆動電流を注入する。光波は毛細血管７０１および細動脈血管７０２に向けて照射される。フォトダイオード４０３は反射してきた光の光電変換を行い、増幅部（受光）５０６で受光信号の増幅を行う。
【００５２】
また、駆動部（発光）５０５はＣ循環センサ部８０１に設置されたＬＥＤ４０２を発光させる駆動電流を注入する。また、駆動部（発光）５０４と駆動部（発光）５０５は交互に駆動を行い同時に駆動されることはない。
【００５３】
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）５１０で血圧信号の増幅を行う。
【００５４】
信号演算部５０９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５０８に出力する。
【００５５】
また、信号演算部５０９は、発振部５０１の周波数とＰＺＴ２０２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、周波数の変化より毛細血管７０２を流れる血流速度算出し、その速度の時間変化を求める。 また、信号演算部５０９は、血圧センサ９０２で得た血圧値で酸素動態の振幅値の数値校正を行う。
【００５６】
また、信号演算部５０９は、フォトダイオード４０３で受光した拍動成分の酸素動態をＬａｍｂｅｒｔ−Ｂｅｅｒの法則に基づき算出し、波形を時間積分した値（平均値）を算出し血液レオロジー補正用係数Ｃ１とする。このときのＬＥＤ光源の波長は７６０ｎｍと８５０ｎｍを使用する。
【００５７】
図１０に血圧値で校正した酸素動態の時間変化のグラフを示す。
【００５８】
ここで、循環情報である酸素動態の振幅値を前記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、血管の緊張および弛緩を測定できるようになる。
【００５９】
また、循環情報である酸素動態の振幅値を前記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の最大値における血管の伸展性を測定できるようになる。
【００６０】
よって、実施の形態３において、循環センサ８０１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酸素動態を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、酸素動態を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１１は実施の形態４について、生体６０１と循環動態測定装置のＣ循環センサ部８０１、血圧測定部９０１、加熱・冷却部１００１、生体内の細動脈血管７０１、毛細血管７０２、細静脈血管７０３を示したものである。血管中の血液は細動脈血管７０１から分岐し、多数の毛細血管７０２へ流れ物質交換が行われ、細静脈血管７０３に集まり心臓へ戻っていく。Ｃ循環センサ部８０１の送受信部が生体の細動脈血管７０１、毛細血管７０２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、さらに血圧測定部９０１はＣ循環センサ部８０１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とする。
【００６１】
実施の形態４における循環動態測定装置の信号処理部５の内部構成を、信号処理部５とＣ循環センサ部８０１と血圧センサ９０２及びの加熱・冷却部１００１の接続状態を示すブロック図を図１２に示す。図示するように、信号処理部５は、発振部５０１、駆動部（送信）５０２、増幅部（受信）５０３、駆動部（発光）５０４、駆動部（発光）５０５、増幅部（受光）５０６、増幅部（血圧）５１０、温度制御部５１１、信号演算部５１２、出力部５０８によって概略構成されている。
【００６２】
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。本実施の形態のＣ循環センサ部８０１に設置されたＰＺＴ２０１を振動させ、超音波を毛細血管７０２に向けて照射するための駆動電圧を送信する。ＰＺＴ２０２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。
【００６３】
駆動部（発光）５０４はＣ循環センサ部８０１に設置されたＬＥＤ４０１を発光させる駆動電流を注入する。光波は毛細血管７０１および細動脈血管７０２に向けて照射される。フォトダイオード４０３は反射してきた光の光電変換を行い、増幅部（受光）５０６で受光信号の増幅を行う。
【００６４】
また、駆動部（発光）５０５はＣ循環センサ部８０１に設置されたＬＥＤ４０２を発光させる駆動電流を注入する。光波は毛細血管７０１および細動脈血管７０２に向けて照射される。フォトダイオード４０３は反射してきた光の光電変換を行い、増幅部（受光）５０６で受光信号の増幅を行う。また、駆動部（発光）５０４と駆動部（発光）５０５は交互に駆動を行い同時に駆動されることはない。
【００６５】
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）５１０で血圧信号の増幅を行う。
【００６６】
信号演算部５１２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５０８に出力する。
【００６７】
また、信号演算部５１２は、発振部５０１の周波数とＰＺＴ２０２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、周波数の変化より毛細血管７０２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。
【００６８】
また、信号演算部５１２は、血圧センサ９０２で得た血圧値で酸素動態の振幅値の数値校正を行う。
【００６９】
また、信号演算部５１２は、フォトダイオード４０３で受光した拍動成分の酸素動態をＬａｍｂｅｒｔ−Ｂｅｅｒの法則に基づき算出し、波形を時間積分した値（平均値）を算出し血液レオロジー補正用係数Ｃ１とする。このときのＬＥＤ光源の波長は７６０ｎｍと８５０ｎｍを使用する。
【００７０】
実施の形態３と同様に、図１０に血圧値で校正した酸素動態の時間変化のグラフを示す。 実施の形態４において、循環センサ８０１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。
【００７１】
また、信号演算部５１２は、酸素動態の振幅、平均値、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５１１で加熱・冷却部を制御し血管および体組織の生理的状態を一定に保つことができる。
【００７２】
実施の形態４において、循環センサ８０１で得られる酸素動態を基に温度制御を行うことで体組織および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。
【００７３】
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。
【００７４】
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。
【００７５】
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、細動脈血管の酸素動態の変化及び平均血圧に着目し補正した方法である。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、拍動による酸素動態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、この部位の酸素動態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。
【００７６】
【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、生体内部における血流の循環動態の情報を検出する測定装置に、酸素動態を検出する循環センサ機能を有することにより、酸素動態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。
【００７７】
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。
【００７８】
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、生体内部の循環動態の情報を検出する測定装置に、酸素動態を測定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有することにより、酸素動態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、血液レオロジーは生体における測定部位の酸素動態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。
【００７９】
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、生体内部の循環動態の情報を検出する測定装置に、酸素動態を検出する循環センサ機能と温度制御を有することにより、血管緊張度を一定に保つ温度制御を行うことにより高精度な循環動態の測定が可能となる。
【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】ヘモグロビンの吸光度特性を示すグラフである。
【図４】本発明の実施の形態にかかわる循環動態測定装置が計測した容積脈波振幅の脈拍拍動に伴う時間変化のグラフである。
【図５】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した血流速度の脈拍拍動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７】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８】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９】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１０】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した酸素動態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１１】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１２】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１３】従来例について、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 Ａ循環センサ部
２０１ ＰＺＴ
３０２ Ｂ循環センサ部
４０１ ＬＥＤ
４０２ ＬＥＤ
４０３ フォトダイオード
５ 信号処理部
５０１ 発振部
５０２ 駆動部（送信）
５０３ 増幅部（受信）
５０４ 駆動部（発光）
５０５ 駆動部（発光）
５０６ 増幅部（受光）
５０７ 信号演算部
５０８ 出力部
５０９ 信号演算部
５１０ 増幅部（血圧）
５１１ 温度制御部
５１２ 信号演算部
６０１ 生体
７０１ 細動脈血管
７０２ 毛細血管
７０３ 細静脈血管
８０１ Ｃ循環センサ部
９０１ 血圧測定部
９０２ 血圧センサ
１００１ 加熱・冷却部
【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１５００の内部構成と、信号処理部１５００と循環センサ部１３０１の接続状態を示すブロック図を図１３に示す。
【０００６】
図示するように、信号処理部１５００は、駆動部（発光）１５０４、増幅部（受光）１５０５、信号演算部１５１３、出力部１５０８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１３０１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１３０１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１５１３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１５０８に出力する。そして、信号演算部１５１３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、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。さらに、これらの部位では生体や環境の状態によって、循環センサの受信信号レベルが低下しＳＮ比を悪化させてしまう場合がある。これは気温が寒い場合、また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。
【０００９】
このままでは循環情報の正確な測定ができないので、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。
【００１０】
また、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継続的に行う場合、時差により生体組織および循環状態の差異が生じそれが誤差要因になっており評価条件を一定に保つまたは条件を変化させる必要がある。
【００１１】
そこで、本発明が解決しようとする課題は非侵襲的に生体表面から波動を入力し、生体を流れる体液に反射させて動きや位置から血液等の状態を解析し、循環動態を求めて健康状態を評価するときに、生体における測定部位の血管の緊張度にかかわらず、安定的に、精度良く循環情報を測定することにあり、その結果として、正確な健康状態を評価することが可能になる。
【００１２】
また、生体組織および循環状態を意識的に制御することで健康の評価、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継続的かつ動的に行うことが可能になる。
【００１３】
【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生体内部の循環動態の情報を検出する測定装置に、循環情報の血流速を測定する循環センサ機能と酸素動態を測定する機能を有する。
【００１４】
ここで、酸素動態とは血管の血液中における酸素の増減を示す。ここでは拍動による血圧変化が伸展性を有する血管の直径の変化を起こし血液量を増減させることであり、心臓の収縮期と拡張期の周期に同期して酸素動態が変化する。そのため、測定結果には外来ノイズの影響を抑圧できるので血圧値と血管の緊張、弛緩を反映する基準になる。
【００１５】
容積脈波とは、拍動による血管中の血液量の変化を光の透過量または反射量を利用して検出するものであり、酸素動態と同様に心臓の収縮期と拡張期の周期に同期して容積脈波が変化するが、その振幅は生体組織の反射量等により変化してしまう。そこで酸素動態は、血管中の赤血球内の酸素化ヘモグロビンと脱酸素化ヘモグロビンの吸光度特性が波長によって異なることを利用した、２波長の光電容積脈波からＬａｍｂｅｒｔ−Ｂｅｅｒの法則に基づき近似し算出することにより酸素動態を判定することが可能となる。皮膚および取り付方の差による光電容積脈波の反射、透過量の誤差は酸素動態を算出することでキャンセルすることができ、安定した結果を得ることができる。
【００１６】
また、本発明によれば、循環動態の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酸素動態の検出を同一の測定部位から測定する機能を有する。
【００１７】
また、本発明によれば、循環動態の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酸素動態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。
【００１８】
また、本発明によれば、循環動態の測定装置に循環情報の血流速、と酸素動態を検出する循環センサ機能を持たせた上、測定部位の血流速と酸素動態を平均化し、酸素動態を血流速で割って循環動態の解析を行う機能を有する。
【００１９】
また、本発明によれば、循環動態の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酸素動態を検出する機能を持たせた上、酸素動態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。
【００２０】
また、本発明によれば、循環動態の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酸素動態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酸素動態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。
【００２１】
また、本発明によれば、循環動態の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酸素動態を検出する機能を持たせた上、酸素動態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。
【００２２】
また、本発明によれば、循環動態の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酸素動態を検出する機能を持たせた上、酸素動態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。
【００２３】
また、本発明によれば、循環動態の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酸素動態を検出する機能を持たせた上、酸素動態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測定する機能を有する。
【００２４】
また、本発明によれば、循環動態の測定装置に循環情報の血流速、および末梢組織の酸素動態を検出する循環センサ機能と細動脈血管の酸素動態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有する。
【００２５】
また、本発明によれば、循環動態の測定装置に循環情報の血流速、および末梢組織の酸素動態を検出する循環センサ機能と細動脈血管の酸素動態を検出する機能を持たせた上、生体の温度を制御する制御手段とを有する構成を有する。
【００２６】
【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酸素動態の時間変化の形から循環情報および生体情報を求めるものである。そして、本発明の循環動態測定装置の基本構成は、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とするものである。
【００２７】
本発明では、酸素動態を検出することで生体組織の情報を入手し血管の緊張および弛緩状態を判断する機構とする。例えば血液の酸素動態は、酸素化ヘモグロビンと脱酸素化ヘモグロビンの吸光度特性が波長によって異なることを利用しＬａｍｂｅｒｔ−Ｂｅｅｒの法則に基づき近似し算出する。さらに、血流の拍動性によって反射強度が変化する効果を利用し血液の酸素動態の変化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継続的かつ動的に行う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Ａ循環センサ部１０１、Ｂ循環センサ部３０２、生体内の細動脈血管７０１、毛細血管７０２、細静脈血管７０３を示したものである。血管中の血液は細動脈血管７０１から分岐した多数の毛細血管７０２へ流れ物質交換が行われ、細静脈血管７０３に集まり心臓へ戻っていく。Ａ循環センサ部１０１及びＢ循環センサ部３０２の送受信部が生体の細動脈血管７０１、毛細血管７０２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Ａ循環センサ部１０１は超音波を用いて送受信を行う。そしてＢ循環センサ部３０２はＬＥＤとフォトダイオードを用いる。
【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５の内部構成と、信号処理部５とＡ循環センサ部１０１及びＢ循環センサ部３０２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５は、発振部５０１、駆動部（送信）５０２、増幅部（受信）５０３、駆動部（発光）５０４、駆動部（発光）５０５、増幅部（受光）５０６、信号演算部５０７、出力部５０８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Ａ循環センサ部１０１に設置されたＰＺＴ２０１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。ＰＺＴ２０２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。
【００３１】
駆動部（発光）５０４はＢ循環センサ部３０２に設置されたＬＥＤ４０１を発光させ、光を細動脈血管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４０３は反射してきた光の光電変換を行い、増幅部（受光）５０６で受光信号の増幅を行う。
【００３２】
また、駆動部（発光）５０５はＢ循環センサ部３０２に設置されたＬＥＤ４０２を発光させ、光を細動脈血管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４０３は反射してきた光の光電変換を行い、増幅部（受光）５０６で受光信号の増幅を行う。
【００３３】
このときＬＥＤ４０１およびＬＥＤ４０２の発光は交互に行われ、フォトダイオード４０３は各々の波長での信号を受信することができる。図３に酸素化ヘモグロビンと脱酸素化ヘモグロビンの吸光度特性のグラフを示す。
【００３４】
信号演算部５０７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５０８に出力する。また、信号演算部５０７は、発振部５０１の周波数とＰＺＴ２０２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、周波数の変化より毛細血管７０２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５０７は、フォトダイオード４０３で受光した拍動成分の酸素動態をＬａｍｂｅｒｔ−Ｂｅｅｒの法則に基づき算出し、波形を時間積分した値から平均値を算出し、血液レオロジー補正用係数Ｃ１とする。このときのＬＥＤ光源の波長は７６０ｎｍと８５０ｎｍを使用する。
【００３６】
図４に２波長（λ１＞λ２）の容積脈波の時間変化のグラフを示す。生体内部の細動脈血管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細動脈血管７０１が収縮し、酸素動態の振幅及び平均値に反映されることになる。したがって、酸素動態の循環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。
【００３７】
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る。図５に血流速度の脈拍拍動に伴う時間変化のグラフを示す。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)。
【００３８】
Ｔｎ＝Ｃ１×Ｖｘ （１）
実施の形態１において、Ｂ循環センサ部３０２によって検出された酸素動態を用いて補正係数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。
【００３９】
例えば、循環情報である血流速と酸素動態を平均化し酸素動態を血流速で除算することにより、見かけのレオロジー低下の原因となる高血圧時の測定精度が向上する。
（実施の形態２）
図６は実施の形態２について、生体６０１と循環動態測定装置のＣ循環センサ部８０１、生体内の細動脈血管７０１、毛細血管７０２、細静脈血管７０３を示したものである。血管中の血液は細動脈血管７０１から分岐し、多数の毛細血管７０２へ流れ物質交換が行われ、細静脈血管７０３に集まり心臓へ戻っていく。Ｃ循環センサ部８０１の送受信部が生体の細動脈血管７０１、毛細血管７０２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Ｃ循環センサ部８０１は超音波の送受信で血流速を検出するＰＺＴ２０１、ＰＺＴ２０１及び光電容積脈波を検出するＬＥＤ４０１、４０２、フォトダイオード４０３が内部に埋め込まれている。
【００４０】
各循環センサは互いに干渉することなく配置され一体化により小型になり測定部位をより末端にすることができるようになる。また、血流速の測定部位と酸素動態の測定部位を一致させることが可能となり直接的に血管の緊張と弛緩状態および飽和酸素濃度を把握することができるようになる。
【００４１】
実施の形態２における循環動態測定装置の信号処理部５の内部構成と、信号処理部５とＣ循環センサ部８０１の接続状態を示すブロック図を図７に示す。図示するように、信号処理部５は、発振部５０１、駆動部（送信）５０２、増幅部（受信）５０３、駆動部（発光）５０４、駆動部（発光）５０５、増幅部（受光）５０６、信号演算部５０７、出力部５０８によって概略構成されている。
【００４２】
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Ｃ循環センサ部８０１に設置されたＰＺＴ２０１を振動させ、超音波を毛細血管７０２に向けて照射するための駆動電圧を送信する。ＰＺＴ２０１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。
【００４３】
駆動部（発光）５０４はＣ循環センサ部８０１に設置されたＬＥＤ４０１を発光させる駆動電流を注入する。光波は毛細血管７０１および細動脈血管７０２に向けて照射される。フォトダイオード４０３は反射してきた光の光電変換を行い、増幅部（受光）５０６で受光信号の増幅を行う。また、駆動部（発光）５０５はＣ循環センサ部８０１に設置されたＬＥＤ４０２を発光させる駆動電流を注入する。また、駆動部（発光）５０４と駆動部（発光）５０５は交互に駆動を行い同時に駆動されることはない。
【００４４】
信号演算部５０７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５０８に出力する。
【００４５】
また、信号演算部５０７は、発振部５０１の周波数とＰＺＴ２０２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、周波数の変化より毛細血管７０２を流れる血流速度算出し、その速度の時間変化を求める。
【００４６】
また、信号演算部５０７は、フォトダイオード４０３で受光した拍動成分の酸素動態をＬａｍｂｅｒｔ−Ｂｅｅｒの法則に基づき算出し、波形を時間積分した値（平均値）を算出し血液レオロジー補正用係数Ｃ１とする。このときのＬＥＤ光源の波長は７６０ｎｍと８５０ｎｍを使用する。
【００４７】
実施の形態１と同様に、図４に２波長（λ１＞λ２）の容積脈波の時間変化のグラフを示した。生体内部の細動脈血管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細動脈血管７０１が収縮し、酸素動態の振幅及び平均値に反映されることになる。したがって、酸素動態の循環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。
【００４８】
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８は実施の形態３について、生体６０１と循環動態測定装置のＣ循環センサ部８０１、血圧測定部９０１、生体内の細動脈血管７０１、毛細血管７０２、細静脈血管７０３を示したものである。血管中の血液は細動脈血管７０１から分岐し、多数の毛細血管７０２へ流れ物質交換が行われ、細静脈血管７０３に集まり心臓へ戻っていく。Ｃ循環センサ部８０１の送受信部が生体の毛細血管７０２、細動脈血管７０１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、さらに血圧測定部９０１はＣ循環センサ部８０１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。
【００４９】
実施の形態３における循環動態測定装置の信号処理部５の内部構成と、信号処理部５とＣ循環センサ部８０１と血圧センサ９０２の接続状態を示すブロック図を図９に示す。図示するように、信号処理部５は、発振部５０１、駆動部（送信）５０２、増幅部（受信）５０３、駆動部（発光）５０４、駆動部（発光）５０５、増幅部（受光）５０６、増幅部（血圧）５１０、信号演算部５０９、出力部５０８によって概略構成されている。
【００５０】
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Ｃ循環センサ部８０１に設置されたＰＺＴ２０１を振動させ、超音波を毛細血管７０２に向けて照射するための駆動電圧を送信する。ＰＺＴ２０１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。
【００５１】
駆動部（発光）５０４はＣ循環センサ部８０１に設置されたＬＥＤ４０１とＢ循環センサ部３０２に設置されたＬＥＤ４０１を発光させる駆動電流を注入する。光波は毛細血管７０１および細動脈血管７０２に向けて照射される。フォトダイオード４０３は反射してきた光の光電変換を行い、増幅部（受光）５０６で受光信号の増幅を行う。
【００５２】
また、駆動部（発光）５０５はＣ循環センサ部８０１に設置されたＬＥＤ４０２を発光させる駆動電流を注入する。また、駆動部（発光）５０４と駆動部（発光）５０５は交互に駆動を行い同時に駆動されることはない。
【００５３】
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）５１０で血圧信号の増幅を行う。
【００５４】
信号演算部５０９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５０８に出力する。
【００５５】
また、信号演算部５０９は、発振部５０１の周波数とＰＺＴ２０２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、周波数の変化より毛細血管７０２を流れる血流速度算出し、その速度の時間変化を求める。 また、信号演算部５０９は、血圧センサ９０２で得た血圧値で酸素動態の振幅値の数値校正を行う。
【００５６】
また、信号演算部５０９は、フォトダイオード４０３で受光した拍動成分の酸素動態をＬａｍｂｅｒｔ−Ｂｅｅｒの法則に基づき算出し、波形を時間積分した値（平均値）を算出し血液レオロジー補正用係数Ｃ１とする。このときのＬＥＤ光源の波長は７６０ｎｍと８５０ｎｍを使用する。
【００５７】
図１０に血圧値で校正した酸素動態の時間変化のグラフを示す。
【００５８】
ここで、循環情報である酸素動態の振幅値を前記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、血管の緊張および弛緩を測定できるようになる。
【００５９】
また、循環情報である酸素動態の振幅値を前記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の最大値における血管の伸展性を測定できるようになる。
【００６０】
よって、実施の形態３において、循環センサ８０１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酸素動態を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、酸素動態を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１１は実施の形態４について、生体６０１と循環動態測定装置のＣ循環センサ部８０１、血圧測定部９０１、加熱・冷却部１００１、生体内の細動脈血管７０１、毛細血管７０２、細静脈血管７０３を示したものである。血管中の血液は細動脈血管７０１から分岐し、多数の毛細血管７０２へ流れ物質交換が行われ、細静脈血管７０３に集まり心臓へ戻っていく。Ｃ循環センサ部８０１の送受信部が生体の細動脈血管７０１、毛細血管７０２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、さらに血圧測定部９０１はＣ循環センサ部８０１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とする。
【００６１】
実施の形態４における循環動態測定装置の信号処理部５の内部構成を、信号処理部５とＣ循環センサ部８０１と血圧センサ９０２及びの加熱・冷却部１００１の接続状態を示すブロック図を図１２に示す。図示するように、信号処理部５は、発振部５０１、駆動部（送信）５０２、増幅部（受信）５０３、駆動部（発光）５０４、駆動部（発光）５０５、増幅部（受光）５０６、増幅部（血圧）５１０、温度制御部５１１、信号演算部５１２、出力部５０８によって概略構成されている。
【００６２】
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。本実施の形態のＣ循環センサ部８０１に設置されたＰＺＴ２０１を振動させ、超音波を毛細血管７０２に向けて照射するための駆動電圧を送信する。ＰＺＴ２０２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。
【００６３】
駆動部（発光）５０４はＣ循環センサ部８０１に設置されたＬＥＤ４０１を発光させる駆動電流を注入する。光波は毛細血管７０１および細動脈血管７０２に向けて照射される。フォトダイオード４０３は反射してきた光の光電変換を行い、増幅部（受光）５０６で受光信号の増幅を行う。
【００６４】
また、駆動部（発光）５０５はＣ循環センサ部８０１に設置されたＬＥＤ４０２を発光させる駆動電流を注入する。光波は毛細血管７０１および細動脈血管７０２に向けて照射される。フォトダイオード４０３は反射してきた光の光電変換を行い、増幅部（受光）５０６で受光信号の増幅を行う。また、駆動部（発光）５０４と駆動部（発光）５０５は交互に駆動を行い同時に駆動されることはない。
【００６５】
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）５１０で血圧信号の増幅を行う。
【００６６】
信号演算部５１２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５０８に出力する。
【００６７】
また、信号演算部５１２は、発振部５０１の周波数とＰＺＴ２０２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、周波数の変化より毛細血管７０２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。
【００６８】
また、信号演算部５１２は、血圧センサ９０２で得た血圧値で酸素動態の振幅値の数値校正を行う。
【００６９】
また、信号演算部５１２は、フォトダイオード４０３で受光した拍動成分の酸素動態をＬａｍｂｅｒｔ−Ｂｅｅｒの法則に基づき算出し、波形を時間積分した値（平均値）を算出し血液レオロジー補正用係数Ｃ１とする。このときのＬＥＤ光源の波長は７６０ｎｍと８５０ｎｍを使用する。
【００７０】
実施の形態３と同様に、図１０に血圧値で校正した酸素動態の時間変化のグラフを示す。 実施の形態４において、循環センサ８０１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。
【００７１】
また、信号演算部５１２は、酸素動態の振幅、平均値、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５１１で加熱・冷却部を制御し血管および体組織の生理的状態を一定に保つことができる。
【００７２】
実施の形態４において、循環センサ８０１で得られる酸素動態を基に温度制御を行うことで体組織および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。
【００７３】
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。
【００７４】
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。
【００７５】
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、細動脈血管の酸素動態の変化及び平均血圧に着目し補正した方法である。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、拍動による酸素動態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、この部位の酸素動態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。
【００７６】
【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、生体内部における血流の循環動態の情報を検出する測定装置に、酸素動態を検出する循環センサ機能を有することにより、酸素動態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。
【００７７】
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。
【００７８】
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、生体内部の循環動態の情報を検出する測定装置に、酸素動態を測定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有することにより、酸素動態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、血液レオロジーは生体における測定部位の酸素動態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。
【００７９】
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、生体内部の循環動態の情報を検出する測定装置に、酸素動態を検出する循環センサ機能と温度制御を有することにより、血管緊張度を一定に保つ温度制御を行うことにより高精度な循環動態の測定が可能となる。
【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】ヘモグロビンの吸光度特性を示すグラフである。
【図４】本発明の実施の形態にかかわる循環動態測定装置が計測した容積脈波振幅の脈拍拍動に伴う時間変化のグラフである。
【図５】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した血流速度の脈拍拍動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７】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８】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９】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１０】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した酸素動態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１１】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１２】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１３】従来例について、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 Ａ循環センサ部
２０１ ＰＺＴ
３０２ Ｂ循環センサ部
４０１ ＬＥＤ
４０２ ＬＥＤ
４０３ フォトダイオード
５ 信号処理部
５０１ 発振部
５０２ 駆動部（送信）
５０３ 増幅部（受信）
５０４ 駆動部（発光）
５０５ 駆動部（発光）
５０６ 増幅部（受光）
５０７ 信号演算部
５０８ 出力部
５０９ 信号演算部
５１０ 増幅部（血圧）
５１１ 温度制御部
５１２ 信号演算部
６０１ 生体
７０１ 細動脈血管
７０２ 毛細血管
７０３ 細静脈血管
８０１ Ｃ循環センサ部
９０１ 血圧測定部
９０２ 血圧センサ
１００１ 加熱・冷却部
Claims (11)
- 生体表面から血管に波動を送信し、反射または透過の波動を受信し、血流速を測定する第１の循環センサ手段と、酸素動態を測定する第２の循環センサ手段と、測定された前記血流速に対して測定された前記酸素動態による補正を行うことで血液レオロジーを算出する演算手段と、を有することを特徴とする循環動態測定装置。
- 前記第２の循環センサ手段は、生体の拍動における血液の酸素動態の変化を測定することを特徴とする請求項１記載の循環動態測定装置。
- 前記第１の循環センサ手段と、第２の循環センサ手段は同一の循環部からの動態情報を検出するように配置されてい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。
- 前記第２の循環センサ手段では、前記酸素動態を異なった２つの波長で検出することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の循環動態測定装置。
- 拍動による血管径の変化を前記酸素動態で検出することを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の循環動態測定装置。
- 前記循環情報である血流速と酸素動態の振幅値を平均化し、それらの酸素動態を血流速で除算する請求項１から５のいずれか一項に記載の循環動態測定装置。
- 前記酸素動態振幅値を校正する血圧測定手段と、該手段による検出血圧値で前記循環情報である酸素動態振幅値を校正し積分する事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手段とを備えた請求項１から６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の温度を加熱および冷却制御する温度制御手段を有することを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の循環動態測定装置。
- 前記循環情報である酸素動態の振幅値を前記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、血管の緊張及び弛緩を測定する手段とを備えた請求項１から８のいずれかに記載の循環動態測定装置。
- 前記循環情報である酸素動態の振幅値を前記平均血圧値で除算する、血管の緊張及び弛緩を測定する手段とを備えた請求項１から８のいずれかに記載の循環動態測定装置。
- 前記循環情報である酸素動態の振幅値を前記血圧測定手段による検出血圧値の最高値で除算する、血管の緊張及び弛緩を測定する手段とを備えた請求項１から８のいずれかに記載の循環動態測定装置。
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