JP4173515B2

JP4173515B2 - 体の四肢の周方向の長さ変化を測定するための装置

Info

Publication number: JP4173515B2
Application number: JP2006289465A
Authority: JP
Inventors: オーゼル・ダニエル; クリスト・フランク
Original assignee: テークー−システムズ・ゲゼルシャフト・ミト・ベシュレンクテル・ハフツング
Priority date: 1996-08-09
Filing date: 2006-10-25
Publication date: 2008-10-29
Anticipated expiration: 2017-06-30
Also published as: EP0857036A1; EP0857036B1; WO1998006329A1; JP2007069012A; US6375620B1; DE19632263C1; JPH11513928A; ES2229370T3; JP3896163B2; DE59711913D1; ATE275872T1

Description

本発明は、帯状の支持ベルトを備えた、体の四肢の周方向の長さ変化を測定するための装置に関する。

静脈の圧力プレチスモグラフィ（圧縮による体積変動記録法）は、静脈の容積、静脈の弾力性、静脈の流出速度、動脈出血、毛細血管のろ過率のような、四肢の微小血管のパラメータを測定するための既に以前から知られている方法である。静脈の圧力プレチスモグラフィは一般的に、患者の四肢の微小血管の状態および機能を量的および質的に示す。

静脈の圧力プレチスモグラフィは非常に異なる方法で実施可能である。例えば、水測定テープ式プレチスモグラフィ、空気測定テープ式プレチスモグラフィ、インピーダンス測定テープ式プレチスモグラフィ、容量測定テープ式プレチスモグラフィ、誘導測定テープ式プレチスモグラフィまたは抵抗線ひずみゲージ式プレチスモグラフィとして実施可能である。この方法は、体の部分の血管の状態を検出するために、いろいろな物理現象を用いる。

抵抗線ひずみゲージ式プレチスモグラフィ、すなわちストレンゲージ式プレチスモグラフィの場合には、伸長可能なひずみゲージが検査すべき体の部分、例えば腕または脚の周りに置かれる。そして、この体の部分において、心臓に近いところで、膨らまし可能なマンシェットによって血液の静脈逆流が阻止される。血液をせき止めると、当該の体の部分の周囲の長さが変化することになる。これはひずみゲージを歪ませることになる。マンシェットに加えられる圧力に依存するひずみゲージのひずみ（膨張、伸長）から、血管の特性または変化を推測することができる。引き起こされる血液せき止めに依存するひずみのこの評価は公知の方法に基づいている。

今日、抵抗線ひずみゲージ式プレチスモグラフィの場合一般的に、水銀を充填した伸長可能なシリコンホースからなるひずみゲージが使用される。ひずみゲージを周りに配置した体の部分が膨張すると、シリコンホースが膨張し、その中にある水銀柱を変形する。それによって、水銀柱の電気抵抗が変化する。この抵抗の変化が測定され、それから、シリコンホースひいては体の部分のひずみが逆推理される。この逆推理の前提として、抵抗変化とひずみゲージのひずみとの間の関係を知る必要がある。従って、ストレンゲージ式プレチスモグラフィを行う装置はその使用の前に校正しなければならない。この校正は実際には、体の部分の個々の検査の前にその都度行わなければならない。なぜなら、ひずみゲージのひずみに対する水銀柱の抵抗の比が、周囲温度、患者の体温、シリコンホースの初期張力、検査すべき体の部分の周囲の長さのような多数のパラメータに左右されるからである。

校正は、検査位置に固定されたひずみゲージを所定の量だけ歪ませ、その際発生する抵抗変化を測定することによって行われる。その際一般的に、ひずみゲージが複数回連続して所定の量だけ歪ませられ、それに関連する抵抗変化が測定される。そして、測定量の直線的な関係（正比例）またはそれ以外の関係を仮定して、換算係数が定められる。校正のために、ひずみゲージに校正装置が取付けられている。この校正装置は従来の装置では一般的に、ひずみゲージを歪ませるためのローレット頭付ねじからなっている。校正の際に、操作人、例えば医師または看護婦はひずみゲージの長さを常に手動で再調節する。

このひずみの手動変更の際に、操作人は常に、ほとんど非常に弱い測定系に対して外乱力を再び加えるので、正確な測定のためには、測定系の平衡状態への漸近を常に待たなければならない。例えばシリコンホースの付加的なひずみは比較的に早く平衡状態に漸近する。一方、検査すべき体の部分の組織の押しつぶしは、出発状態に再び達するまでに時間がかかる。これは、検査の際に多大の時間浪費につながる。更に、体の部分に接触する測定装置に手が触れると、ひずみゲージが患者の皮膚上でずれる危険がある。これは校正の悪化、ひいては測定値評価時の精度低下につながる。特に、測定を迅速かつ確実に行うことができるかどうかは、その都度の操作人の器用さに左右されるという欠点がある。それによって、測定の信頼性と再現性が失われる。すなわち、操作人によって生じる測定エラーを一連の測定の間変化しないように保つには、同じ操作人がすべての測定を行わなければならない。これは長期検査や研究プロジェクトの場合には全く不可能である。

そこで、本発明の課題は、迅速にかつ簡単に取扱い操作可能であり、かつ正確な測定値を確実に生じる、抵抗線ひずみゲージ式プレチスモグラフィ（ストレンゲージ式体積変動記録）に用いる体の四肢の周方向の長さ変化を測定するための装置を提供することである。

この課題は請求の範囲に記載された装置によって解決される。

本発明の範囲内で、抵抗線ひずみゲージを用いて静脈の圧力プレチスモグラフィに用いる体の四肢の周方向の長さ変化を測定するための装置が提供される。この場合、抵抗線ひずみゲージは操作人が接触せずに校正される。校正は特に、電動機、空気圧機構またはばね機構を用いて自動的に実施される。この電動機、空気圧機構またはばね機構はローレット頭付ねじまたはその他の送り装置を調節し、所定の所望のひずみを生じることができる。校正装置を制御するためにマイクロプロセッサを使用すると特に有利である。それによって、操作人が抵抗線ひずみゲージまたは校正装置に直接接触せずに、ひずみ測定の校正を行うことができる。

次に、図に基づいて本発明による装置と本発明による方法を説明する。

図１は抵抗線ひずみゲージ式プレチスモグラフィの原理を示す図、
図２は抵抗線ひずみゲージ式プレチスモグラフィを行う本発明による装置を示す図である。

図１はマンシェット２を備えた静脈の圧力プレチスモグラフィ（圧縮による体積変動記録）を行う装置を示している。このマンシェットは体の部分１、例えば脚を包囲し、その内径Ｉはポンプ３によって変更可能である。装置は更に、抵抗線ひずみゲージ（ストレンゲージ）４を備えている。この抵抗線ひずみゲージは同様に体の部分１を包囲している。抵抗線ひずみゲージは管状の可撓性の収容材料、特にシリコンホースと、その中にある伸長可能な導電性材料、特に水銀または水銀を含む混合物からなっている。抵抗線ひずみゲージ４の両端にはそれぞれ電気接点が取付けられている。この接点は導線５を介して記録装置６に接続されている。この記録装置は物質の電気抵抗あるいは電圧降下または電流のような、この電気抵抗に対して補足的な量を測定するために適している。記録装置６とポンプ３の信号は評価ユニット７に導かれ、そこで測定結果がマンシェット２の内径の変化の程度に依存して、通常はポンプ３によってマンシェット２に加えられる圧力に依存して評価される。

電気抵抗の代わりに、任意の他の測定量Ｍ、例えば重ね合わされた光線の干渉線の数を用いることができる。この測定量の変化ΔＭはひずみゲージ４の膨張の程度である。そして、抵抗線ひずみゲージは異なるように形成可能である。すなわち、必ずしも収容材料とその中に配置された導電性物質から構成する必要はない。

抵抗線ひずみゲージ４は、体の部分１の周囲の長さの変化時にその全長に沿って伸長（膨張、ひずみ）できるようにするために、体の部分１上で周方向に移動可能でなければならない。そうでないと、抵抗線ひずみゲージ４が体の部分１の所定の個所で付着したままであるので、そこで局部的に過剰伸長し、他の個所では概して伸長しなくなる。その結果、許容されない測定となる。従って通常は、抵抗線ひずみゲージ４の下にスライドバンドが敷かれている。このスライドバンドは体の部分１の外周に沿った抵抗線ひずみゲージ４の動きを可能にする。それによって、抵抗線ひずみゲージ４はスライドバンド上で滑るかあるいはスライドバンドが皮膚上で滑るかあるいはこの両作用が生じる。しかし、抵抗線ひずみゲージ４自体を皮膚上で滑るように、例えばコーディングによって形成することができる。

抵抗線ひずみゲージ４には校正装置（補正装置）が取付けられている。本発明の範囲では、校正装置の操作は非接触式に、すなわち操作人が手で触れずに行われる。これは例えば、校正装置の電動機または空気圧装置またはばね機構によって行うことができる。校正は特にマイクロプロセッサによって制御される。

図２は本発明による装置の特に有利な実施の形態を示している。この装置は校正装置１０を備え、この校正装置は少なくとも次の要素を備えている。すなわち、固定点１９を有する送り棒１８を備えた、例えば電気的または空気圧的に非接触制御される直線駆動装置１２と、第１の部分と第２の部分からなる締付けベルト２３を備えている。この第１の部分は固定点１９で直線駆動装置１２の送り棒１８に連結され、第２の部分は固定点２０で抵抗線ひずみゲージ１４に接続されている。この場合、固定点１９と２０の間の締付けベルト２３の長さを変更できるように、第１の部分はループとして第２の部分の留め輪を通って案内されている。それによって、測定装置は周囲の長さが異なる体の部分に使用可能である。抵抗線ひずみゲージ１４の他端は挟持装置１３のところで校正装置１０に接続されている。締付けバンド２３は正しい延長状態を達成するために、案内装置２４を経て案内することができる。締付けバンド２３の端部２５は例えば、マジックテープ^(R)（ベルクロファスナー）によって反対向きの締付けバンド部分に固定可能である。校正装置１０は更に、長さ測定装置２１を備えている。この長さ測定装置は体の部分１を包囲するために適しているがしかし、比較的に短い区間からなっていてもよい。長さ測定装置は抵抗線ひずみゲージ１４の長さを測定できるように取付けられている。校正装置１０は特に、体の部分１を包囲するスライドバンド１５を固定するための固定点２２を備え、同様に特に、体の部分１の表面温度を測定するための温度センサ（温度プローブ）１６を備えている。周囲温度のための図示していない他の温度センサを取付けると特に有利である。技術的に可能であれば勿論、皮膚温度と周囲温度を測定するための１個の温度センサを使用することができる。更に、皮膚温度と周囲温度の混合温度が測定値を補正するために適しているときには、この混合温度を１個の温度センサによって測定することができる。

図１に示した装置は次のように使用される。検査すべき体の部分１の周りに、マンシェット２が置かれる。その際、脚または腕のような大きな四肢を検査することができるがしかし、手の指や脚の指のような小さな四肢も検査することができる。このマンシェット２は、ポンプ３によって圧力を供給されるときに、末端側にある体部分１内の静脈の血液逆流を阻止する。そして、心臓から離れたところで、同じ体部分に、抵抗線ひずみゲージ４が取付けられる。血液流出阻止に基づいて体部分１の周囲の長さが変化するとき、この変化に対応して抵抗線ひずみゲージ４も歪む。それによって、例えば抵抗線ひずみゲージ４内の物質がその電気抵抗を変える。この抵抗変化は導線５を介して抵抗線ひずみゲージ４の両端に接続された測定機器６によって測定される。マンシェット２の内径Ｉまたは内径の変化ΔＩの程度を示す所定の圧力を、マンシェット２に対して加えたときに、物質の抵抗Ｒの変化ΔＲから、抵抗線ひずみゲージ４のひずみΔＤを推測するために、先ず最初に装置を校正しなければならない。この校正は、例えば電動機によって駆動される校正装置を用いて、所定のひずみΔＤ_１２を生じ、それに関連する抵抗変化ΔＲ_１２の値を測定することによって行われる。この段階は、測定精度の要求に応じて、何度も繰り返すことができる。校正は特に、連続する２つの所定のひずみΔＤ_１２，ΔＤ_２３に関する２つの抵抗変化ΔＲ_１２，ΔＲ_２３の評価によって行われる。しかし、同一の所定のひずみΔＤ_１２に関する抵抗変化ΔＲ_１２を少なくとも２回測定することによって校正を行うと有利である。この場合、抵抗変化の２回の測定の間のひずみは出発時の大きさに戻される。

図２の装置を使用する場合には、測定の開始時に、抵抗線ひずみゲージ１４が体部分１の周りのスライドバンド１５上に置かれる。そのために、締付けバンド２３の第１の部分は締付けバンド２３の第２の部分の留め輪を通って案内され、そして例えばマジックテープ^(R)によって締付けベルト２３の逆方向の部分に固定されている。締付けバンド２３は、体部分１を包囲する伸長可能な抵抗線ひずみゲージ１４が予め定めた所定の長さＬ_０を有するように調節される。これは、抵抗線ひずみゲージ１４が体部分１全体を包囲しないで、校正装置１０によって中断されているので可能である。測定のために抵抗線ひずみゲージ１４の所定の有効出発長さＬ_０を生じることは必要である。なぜなら、相対的なひずみΔＤのために必要な力が抵抗線ひずみゲージ１４の絶対的な長さまたは初期ひずみに左右されるからである。ここで、有効長さとは、体部分１に接触する抵抗線ひずみゲージ１４の長さであると理解される。校正装置１０に取付けられた、体部分１の少なくとも一部を包囲する長さ測定バンド２１は、抵抗線ひずみゲージ１４の有効長さを測定することを可能にする。締付けバンド２３の長さの調節により、抵抗線ひずみゲージ１４の所望な長さＬ_０を生じることができる。長さ測定バンド２１によって、測定平面内での体部分１の伸長しない周囲の長さも測定可能である。長さ測定バンド２１が体部分１を完全に取り囲むと、体部分の周囲の長さが直接測定され、測定バンド２１が体部分１の一部だけを包囲すると、所望の長さは、既知の長さ、例えばスライドバンド１５の既知の長さを利用して検出しなければならない。

測定中、できるだけ体部分１の皮膚温度と周囲温度を観察すべきである。すなわち、測定温度が少しだけ変化すると、抵抗線ひずみゲージ１４がひずみ、このひずみにより大きな測定誤差が生じ得る。従って特に、体部分１の表面温度の温度センサ１６が設けられる。測定温度が必ずしも体部分１の皮膚温度に一致しなくてもよいので、周囲温度のための他の温度センサを設けてもよい。両温度または混合温度のために、１個の測定センサを設けてもよい。温度センサの信号に応じて、抵抗線ひずみゲージ１４の長さを再調節することができ、そうでない場合には測定を補正することができるかあるいは測定に中止につながるエラー信号を発することができる。

本発明による装置は、微小血管のパラメータおよびその周期的な変動の絶対値を簡単かつ確実に測定する前提を提供する。

本発明の課題は更に、直接的に周方向に長さが変化し、技術水準の欠点を備えていない圧力プレチスモグラフィを行う装置を提供することである。

この課題は請求項１記載の装置によって解決される。

本発明の範囲内で、直接的な周方向の長さ変化を利用した静脈の圧力プレチスモグラフィを行う装置が提供される。この場合、誘導式変位センサ（位置センサ）は操作人が接触しないで校正される。校正は特に、電動機、空気圧機構またはばね機構を用いて自動的に実施される。この電動機、空気圧機構またはばね機構はローレット頭付ねじまたはその他の送り装置を調節し、所定の所望のひずみを生じることができる。校正装置を制御するためにマイクロプロセッサを使用すると特に有利である。それによって、操作人が変位センサまたは校正装置に直接接触せずに、周方向の長さ変化の校正を行うことができる。

図３は本発明によるプレチスモグラフィ（体積変動記録）の原理を示す図、
図４は本発明によるプレチスモグラフィを行う装置を示す図、
図５は本発明による装置の分解図、
図６は本発明による支持ベルトの斜視図である。

図３はマンシェット２を備えた静脈の圧力容積変動記録装置を示している。このマンシェットは体の部分１、例えば脚を包囲し、その内径Ｉはポンプ３によって変更可能である。装置は更に、測定装置４を備えている。この測定装置は同様に体の部分１を包囲している。測定装置４は帯状の支持ベルトと、調節可能な支承装置１１と、変位センサ１０と、伸長しにくく形状不安定な力伝達要素７からなっている。

この変位センサを介して得られる値は、導線５を介して記録装置６に供給される。この記録装置６とポンプの信号は評価ユニット７に導かれる。この評価ユニットでは、測定結果が、マンシェット２の内径の変化の程度に依存して、通常はポンプ３によってマンシェット２に加えられる圧力に依存して評価される。

測定装置４には校正装置（補正装置）が取付けられている。この校正装置の操作は非接触式に、すなわち操作人が手を触れずに行われる。これは例えば、校正装置の電動機または空気圧機構またはばね機構によって行うことができる。校正は特にマイクロプロセッサによって制御される。

図４は本発明による装置の非常に有利な実施の形態を示している。この装置は調節可能な支承装置を備え、この支承装置は少なくとも次の要素を備えている。すなわち、例えば電気または空気圧で制御されるアクチュエータ１２と、伝動装置段１３と、連結部材２１とを備えている。このアクチュエータは送り棒を備え、伝動装置段は２個の平歯車からなり、連結部材には伸長しにくく形状不安定な力伝達要素が連結可能である。

図５は本発明による測定装置４の個々の構造グループの分解図である。本発明による装置の変位センサ１０はシリンダ１９を備えている。このシリンダは穴１８の中を移動する。この移動によって誘導電圧が誘導されるので、進んだ変位が誘導電圧と関係がある。

同様に、本発明による装置の変位センサの他の実施が可能である。例えば、信号を供給することができる圧電式センサまたは例えば増分変換器によって変位を測定可能な光学式変位センサとして実施可能である。

他の実施形は支承装置と変位センサを次のように一体化している。すなわち、校正のために更に一つだけの信号、すなわちスピンドル高さと比べた誘導電圧が質問（照会）されるように一体化している。

本発明による支承装置１１は電気的なアクチュエータ１２を備えている。このアクチュエータの後には伝動装置段１３が接続配置されている。伝動装置段１３は電気的なアクチュエータ１２の前面側に平歯車１４ａを備え、スピンドルロッド１５の前面側に平歯車１４ｂを備えている。この場合、平歯車１４ｂのハブは開放形成され、伸長しにくく形状不安定な力伝達要素７はスピンドルロッドに分離可能に連結されている。サーボモータ１２は伝動装置段１３を駆動する。この場合、スピンドルロッド１５は平歯車１４ｂのめねじによって直線運動を行う。この直線運動は連結部材２１によって、伸長しにくく形状不安定な力伝達要素を締付けたり弛めることができ、従って力伝達要素を制御してセットし直すことができる。

図３に示した装置は次のように使用される。検査すべき体の部分１の周りに、マンシェット２が置かれる。その際、脚または腕のような大きな四肢を検査することができるがしかし、手の指や脚の指のような小さな四肢も検査することができる。このマンシェット２は、ポンプ３によって圧力を供給されるときに、末端にある体部分１内の静脈の血液逆流を阻止する。そして、心臓から離れたところで、同じ体部分に、測定装置４が取付けられる。血液流出阻止に基づいて体部分１の周囲の長さが変化するとき、支持ベルトが伸長する。これは変位センサ内の力伝達要素を移動させることになる。それによって、例えば電圧が誘導される。この電圧変化は導線５を介して抵抗線ひずみゲージ４の両端に接続された測定機器６によって測定される。マンシェット２の内径Ｉまたは内径の変化ΔＶの基準である、マンシェット２に対する所定の押圧力のときに、変位センサの変化ΔＶから、力伝達要素の長さの変化ΔＬを推測するために、先ず最初に装置を校正しなければならない。この校正は、例えば電動機によって駆動される校正装置を用いて、所定のひずみΔＬ_１２を生じ、それに関連する抵抗変化ΔＶ_１２の値を測定することによって行われる。この段階は、測定精度の要求に応じて、何度も繰り返すことができる。校正は特に、連続する２つの所定のひずみΔＬ_１２，ΔＬ_２３に関する２つの電圧変化ΔＶ_１２，ΔＶ_２３の評価によって行われる。しかし、同一の所定のひずみΔＬ_１２に関する電圧変化ΔＶ_１２を少なくとも２回測定することによって校正を行うと有利である。この場合、電圧変化の２回の測定の間のひずみは出発時の大きさに戻される。

図４の装置を使用する場合には、測定の開始時に、支持ベルト１４が体部分１周りに置かれる。そのために、支持ベルトの長さは、個々の要素をモジュール式に互いに連結することにより、四肢の周囲の長さに依存して変えることができる。これは特にスナップ式継手によって行われる。このスナップ式継手は確実な保持と確かな連結分離を行う。測定装置が四肢上に所望されるように配置された後で、校正が行われる。

図６は本発明によるバンド状の支持ベルトを示している。この支持ベルトは四肢１の皮膚上の載置部材として役立ち、皮膚表面にほぼ付着することによって確実な保持を行うように形成されている。それによって、測定装置の滑りを防止することができる。支持ベルトは特に、隣接するもの同士が互いに点対称となるよう配置された複数のＵ字状部材を途切れることなく連続させて構成されている。このような構成により、支持ベルトは引張り負荷時に縦方向に伸長可能であり、表面にある案内装置を一緒に動かす。それによって、力伝達要素の案内はいかなるときでも確実であり、かつほぼ摩擦なしに可能である。支持ベルトは更に、モジュール式の単一要素を備えている。この単一要素は、異なる四肢の状態に適合させるために、支持ベルトの長さが任意に調節可能であるように、分離可能なスナップ式継手によって互いに連結可能である。

モジュール式の単一要素は力伝達要素の確実で信頼性のある案内のために、特にリング状に形成された装置を備えている。

伸長しにくく形状不安定な力伝達要素は特に、ポリエステル素材の糸である。このポリエステル素材は更に、滑らかで摩擦の小さな表面を有するという利点がある。力伝達要素を形成するために他の材料、例えばポリアミド糸または炭素繊維を使用することができる。

本発明による装置は、微小血管のパラメータとその周期的な変動の絶対値を簡単かつ確実に測定するという前提を生じる。

抵抗線ひずみゲージ式プレチスモグラフィの原理を示す図である。抵抗線ひずみゲージ式プレチスモグラフィを行う本発明による装置を示す図である。本発明によるプレチスモグラフィ（体積変動記録）の原理を示す図である。本発明によるプレチスモグラフィを行う装置を示す図である。本発明による装置の分解図である。本発明による支持ベルトの斜視図である。

符号の説明

１検査すべき体の部分
２マンシェット
３ポンプ
４測定装置
５導線
６記録装置
７力伝達要素
１０校正装置
１１支承装置
１２直線駆動装置
１３挟持装置
１４抵抗線ひずみゲージ
１４ａ，１４ｂ平歯車
１５スライドバンド
１６温度センサ
１８送り棒
１９，２０，２２固定点
２１長さ測定装置
２３締付けベルト
２４案内装置
２５端部

Claims

帯状の支持ベルトを備えた、抵抗線ひずみゲージ式プレチスモグラフィに用いる体の四肢の周方向の長さ変化を測定するための装置において、
支持ベルトを、隣接するもの同士が互いに点対称となるよう配置された複数のＵ字状部材を互いに途切れることなく連続させて構成したことを特徴とする装置。
前記支持ベルトが、縦方向に配置された短い部分と、横方向に配置された横方向部分からなり、横方向部分と短い部分が、支持ベルトを縦方向に引っ張ったときに弾性的に変形することを特徴とする請求項１記載の装置。
支持ベルトの長さがモジュール式の長さ要素によって決定可能であり、個々の支持ベルト要素が分離可能な継手によって相互作用していることを特徴とする請求項２記載の装置。
横方向部分に案内装置（２０）が配置されていることを特徴とする請求項３記載の装置。
個々の支持ベルト要素の間に案内装置（２０）が配置されていることを特徴とする請求項３記載の装置。