JP4633260B2 - 痛覚情報の検出装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、痛覚情報の検出装置に関し、特に、患者の上腕部に縛帯を装着することにより、患者が感じている痛みの情報を電気信号の形で取り出すことが可能な痛覚情報の検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
医療分野では、患者の体内で起こっている種々の事象を、客観的なデータとして認識するために、様々な検出装置や測定装置が利用されている。たとえば、血圧測定は最も手軽に利用できる測定手段であり、最近では、一般家庭用の血圧測定装置なども市販されている。通常、医療従事者は、患者の主訴または患者本人に対する問診を行うことにより自覚症状に関する情報を得るとともに、種々の検出装置あるいは測定装置を用いて客観的な情報を採取し、これらの情報を総合的に検討することにより最終的な診断を下すことになる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
患者本人の自覚症状の中で最も顕著なものは痛みであり、初診時の問診では、痛みを訴える患者が大半を占めている。医療従事者は、通常、どの部分がどのように痛むかという事項を患者に尋ね、患者の回答から、痛みの発生部位と痛みの種類を特定している。しかしながら、このような問診によって得た痛みに関する情報は、あくまでも患者が主観的に感じた痛覚情報を言語表現を介して得た情報にすぎず、客観的なデータと言えるものではない。痛みを客観的なデータとして測定しようという試みは、従来から様々な分野において研究されている。痛みの信号は、体内の神経系を伝達する電気信号と考えられており、たとえば、神経近傍に針を挿入し、この針を流れる微小電流をブリッジ回路を利用して検出することにより、痛みを客観的な電気信号として取り出す装置などが開発されている。しかしながら、患者が痛みを訴えている部位に針を刺す必要があるため、臨床的には実用化には至っていない。
【０００４】
そこで本発明は、簡便な方法により、痛みに関する情報を電気信号の形で取り出すことが可能な痛覚情報の検出装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、動脈中を伝播する波に、痛みに関する情報が含まれているという考えに基くものである。動脈は、体内を循環する血液の搬送管としての役割をもっており、心臓から末梢に至るまで体内に張り巡らされた循環網である。この動脈から得られる様々な物理的データは、身体全体に関する貴重な情報を含んでいるものと考えられる。たとえば、その代表的な例である血圧値は、通常、上腕部において測定されるが、身体全体に関する重要な物理的情報を提供してくれる。本願発明者は、圧迫下にある動脈を血液が通過する際に生じるコロトコフ音を、多数の患者について測定しているうちに、コロトコフ音波形と痛みとの間に何らかの相関関係があることを見出だした。特に、コロトコフ音の信号をフーリエ変換して提示すると、痛みの情報を視覚的に認識しやすい形で提示することができ、痛覚情報を簡便な方法により検出することが可能になることを発見した。
【０００６】
本発明の第１の態様は、動脈を阻血するための阻血嚢を有する縛帯と、この阻血嚢の圧力を制御する圧力制御装置と、阻血嚢による圧迫下にある動脈を血液が通過する際に生じるコロトコフ音を検出する音波センサと、音波センサの検出したコロトコフ音の信号をフーリエ変換する演算装置と、フーリエ変換の結果を痛みがあるかどうかを示す情報として提示する提示装置と、によって痛覚情報の検出装置を構成し、縛帯を患者の上腕部に装着することにより、当該患者の痛みの情報を客観的に提示できるようにしたものである。
【０００７】
本発明の第２の態様は、上述の第１の態様に係る痛覚情報の検出装置において、阻血嚢と部分的に連結しており、阻血嚢よりも容量の小さい検出嚢を縛帯に設け、音波センサが検出嚢内の圧力変動に基いてコロトコフ音を検出できるようにし、コロトコフ音の検出感度を向上させたものである。
【０００８】
本発明の第３の態様は、上述の第１または第２の態様に係る痛覚情報の検出装置において、フーリエ変換後に、所定の周波数以上の成分をカットして提示するようにし、ノイズ成分の提示を抑制できるようにしたものである。
【０００９】
本発明の第４の態様は、上述の第１〜第３の態様に係る痛覚情報の検出装置において、フーリエ変換の結果を、スペクトル波形もしくはヒストグラムとして提示するようにし、痛覚情報の視覚的把握が容易に行えるようにしたものである。
【００１０】
本発明の第５の態様は、上述の第１〜第４の態様に係る痛覚情報の検出装置において、圧力制御装置により、阻血嚢の圧力を、阻血が可能な十分に高い圧力から徐々に減少させてゆく制御を行うようにし、複数通りの圧力において検出された各コロトコフ音についてのフーリエ変換の結果を提示できるようにしたものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
＜＜＜ §１ 装置の基本構成 ＞＞＞
第１図に、本発明の一実施例に係る痛覚情報の検出装置の基本構成を示す。この装置は、大きく分けて、装置本体１００（一点鎖線で囲んで示す）と縛帯２００との２つの構成部分よりなる。縛帯２００は、上腕部の動脈を阻血するための阻血嚢２１０と、この阻血嚢２１０よりも容量の小さい検出嚢２２０とを有し、阻血嚢２１０および検出嚢２２０は、接続路２３０において互いに連結している。阻血嚢２１０は、上腕部の動脈を阻血するのに必要な大きさをもち、本実施例の場合、図の長さＬ１＝１２ｃｍ程度である。一方、検出嚢２２０は、コロトコフ音の検出に適した大きさを有し、本実施例の場合、図の長さＬ２＝２ｃｍ程度である。阻血嚢２１０から外部に向かっては、空気を通すための導管２４０が伸びており、検出嚢２２０から外部に向かっては、同様に導管２５０が伸びている。この縛帯２００は、第２図に示すような向きに上腕部に装着して用いることになる。
【００１３】
一方、装置本体１００は次のような構成になっている。まず、導管２５０が接続されている管路１０１には、音波センサ１１０と圧力センサ１２０とが設けられている。ここで、いずれのセンサも原理的には、導管２５０を介して検出嚢２２０内の圧力を測定するセンサであるが、圧力センサ１２０が圧力値そのものを測定するのに適したセンサであるのに対し、音波センサ１１０は、音波の周波数帯域に属する圧力変動、特に、コロトコフ音の周波数帯域の検出に適したセンサとなっている。音波センサ１１０が検出したアナログ信号は、増幅器１１１で増幅され、Ａ／Ｄ変換器１１２によってデジタル信号に変換され、ＣＰＵ１３０に与えられる。同様に、圧力センサ１２０が検出したアナログ信号は、増幅器１２１で増幅され、Ａ／Ｄ変換器１２２によってデジタル信号に変換され、ＣＰＵ１３０に与えられる。導管２４０が接続されている管路１０２には、エアポンプ１４０およびリークバルブ１５０が接続されている。このエアポンプ１４０およびリークバルブ１５０は、ＣＰＵ１３０によって制御される。管路１０１と管路１０２とは連結されており、また、阻血嚢２１０と検出嚢２２０とは接続路２３０で連結されている。したがって、阻血嚢２１０と検出嚢２２０とは、本来、同じ圧力に保たれることになる。ただし、阻血嚢２１０は容量が大きいため、阻血嚢２１０に生じるコロトコフ音は、波形に歪みが生じやすい。このため、音波センサ１１０は、図示の例のように、なるべく導管２５０の近傍に接続し、主として検出嚢２２０に生じるコロトコフ音が観測されるようにするのが好ましい。
【００１４】
メモリ１６０には、ＣＰＵ１３０が実行するプログラムおよびこのプログラムの実行によって得られるデータを記憶するための領域が設けられている。ＣＰＵ１３０は、このメモリ１６０内のプログラムに基いて、後述する動作手順を実行し、その結果得られるデータをメモリ１６０内に格納する。また、ＣＰＵ１３０には、検出結果を表示するための表示装置１７０および検出結果を印刷するためのプリンタ１８０が接続されている。
【００１５】
＜＜＜ §２ 装置の基本動作 ＞＞＞
続いて、第１図に示す装置を用いた痛覚情報の検出動作の基本的な手順を説明する。まず、第２図に示すように、縛帯２００を患者の上腕部に装着する。検出嚢２２０によってコロトコフ音を効率的に検出するためには、図示のように、上腕部の動脈に関して、阻血嚢２１０が上流、検出嚢２２０が下流側になるような向きに装着するのが好ましい。続いて、装置本体１００側に設けられた測定開始スイッチ（図示されていない）を押すと、ＣＰＵ１３０がメモリ１６０内のプログラムに基いて、一連の測定動作を実行する。ここでは、第３図のグラフを用いながら、この測定動作の手順を説明する。
【００１６】
この測定動作における重要な操作は、圧力制御操作である。前述のように、この検出装置は、エアポンプ１４０とリークバルブ１５０とを有し、阻血嚢２１０および検出嚢２２０の圧力を制御することができる。すなわち、圧力を増加させる場合には、エアポンプ１４０を動作させて嚢内に空気を送り込み、圧力を減少させる場合には、リークバルブ１５０を開けて嚢内の空気をリークさせることができる。第３図のグラフは、測定開始後の嚢内圧力の変化を示すものであり、ＣＰＵ１３０は、嚢内圧力がこのグラフに示すような変化をするように、エアポンプ１４０およびリークバルブ１５０に対して所定の制御信号を与える動作を行う。
【００１７】
まず、測定開始後、ＣＰＵ１３０はエアポンプ１４０を起動し、嚢内に空気を送り込んで圧力を徐々に増加させる。すると、阻血嚢２１０は次第に動脈を圧迫し、やがて完全に阻血する圧力にまで達する（グラフの点Ａ〜Ｂ）。このときの縛帯２００（阻血嚢２１０と検出嚢２２０）と動脈３００との関係を、第４図の状態１の断面図に示す。この第４図では、図の左側が心臓、右側が抹梢であり、血液は動脈３００内を図の左側から右側へと心臓の鼓動に同期した脈波として流れることになる。もっとも、状態１では、阻血嚢２１０内の圧力が高いため、血流は完全に遮断されてしまっている。ここで、しばらくこの圧力値を維持させながら（点Ｂ〜Ｃ）、各嚢の空気漏れの有無を確認する。この時点で空気漏れが確認された場合には、リークバルブ１５０を急速に全開して排気を行い、測定動作を中止するとともに異常発生を報知する。
【００１８】
空気漏れが確認されなければ、異常なしとして、通常の測定動作に入る。すなわち、ＣＰＵ１３０は、リークバルブ１５０を少しずつ開けて圧力をゆっくりと減少させる制御を行う。すると、第３図のグラフの点Ｄに相当する圧力に達したときに、コロトコフ音が発生する。グラフ内の波形Ｋは、点Ｄから徐々に圧力を減少させていったとき、各圧力値に対応して得られるコロトコフ音の振幅を示すものである。このように点Ｄを過ぎるとコロトコフ音が発生するのは、第４図の状態２に示すように、血液の一部３１０が阻血嚢２１０の圧力に抗して阻血嚢２１０を通過し始めるためである。この点Ｄに対応する圧力が、心収縮期圧ＳＰとして知られている圧力である。この点Ｄから更に圧力を減少させてゆくと、血液の通過量は増加して、コロトコフ音の振幅も徐々に大きくなってゆく。そして、第３図のグラフの点Ｅにおいて、コロトコフ音の振幅は最大値となる。このときの圧力は、大動脈閉鎖痕圧ＤＮＰとして知られている。阻血嚢２１０の圧力を更に減少させてゆくと、第４図の状態３に示すように、動脈３００の阻血状態は徐々に開放されてゆき、血流に対する抵抗が減少することになり、コロトコフ音の振幅は徐々に減少してゆく。そして、点Ｆを超えると、圧力を低下させてもコロトコフ音はほぼ一定の振幅になる。この点Ｆに対応する圧力が、心拡張期圧ＤＰとして知られている圧力であり、第４図の状態４に示すように、動脈３００の静的な圧力に相当する。圧力を更に減少させてゆくと（点Ｆ〜Ｇ）、第４図の状態５に示すように、縛帯２００は動脈３００から浮いた状態になり、点Ｇから更に圧力を減少させると、コロトコフ音は消失し、点Ｈにまで到達する。
【００１９】
以上が一連の測定動作である。この測定動作は、一般の血圧計における血圧測定動作に似ているが、血圧測定動作では、コロトコフ音が発生する心収縮期圧ＳＰ（点Ｄ）と、コロトコフ音が小さくなる心拡張期圧ＤＰ（点Ｆ）とが求められるのに対し、本発明に係る痛覚情報の検出装置では、コロトコフ音Ｋの波形自体がデータとして取り込まれる。すなわち、第３図のグラフの点Ｄ〜Ｇに至る圧力範囲において発生するコロトコフ音の波形は、音波センサ１１０からＣＰＵ１３０へと取り込まれ、メモリ１６０内にデータとして格納されることになる。圧迫下にある動脈を血液が通過する際に、コロトコフ音が発生することは、既に九十年も前から知られている現象である。しかしながら、臨床的には、このコロトコフ音は、血圧計において心収縮期圧ＳＰ（点Ｄ）と、心拡張期圧ＤＰ（点Ｆ）とを決定するための情報として利用されているにすぎなかった。本発明の大きな特徴は、従来、血圧情報としてしか利用されていなかったコロトコフ音の波形データ自体を、痛覚情報を含んだ重要なデータとして取り扱う点にある。なお、上述の測定動作によって、心収縮期圧ＳＰ（点Ｄ）と心拡張期圧ＤＰ（点Ｆ）とが求まるので、本実施例に係る装置は、一般の血圧計としての機能も併せ持つことになる。
【００２０】
第３図に波形図Ｋとして示すように、コロトコフ音は、グラフの点Ｄ〜Ｇに至る圧力範囲において、鼓動に同期したタイミングで出現する波形である。第５図は、この実施例に係る検出装置において実際に測定されたコロトコフ音波形の一例を示すグラフである。図の横軸は時間軸（ｓｅｃ）になっているが、この時間軸は、第３図のグラフの点Ｄ〜Ｇに至る圧力範囲内の圧力軸に対応している。別言すれば、第５図に示すグラフの左端が点Ｄ、右端が点Ｇに対応することになる。このように、上述した一連の測定動作を実行すると、メモリ１６０内には、複数通りの圧力において検出された各コロトコフ音の波形を示すデータが得られることになる。第５図のグラフでは、約０．７ｓｅｃの周期（鼓動の周期）で繰り返し出現しているパルス状の波形が個々のコロトコフ音波形であり、図の左側の波形ほど高い圧力で検出された波形になる。ここでは、説明の便宜上、高い圧力（心収縮期圧ＳＰ）で検出された波形から順番に第１波形Ｋ１、第２波形Ｋ２、第３波形Ｋ３、... と番号を付して呼ぶことにする。
【００２１】
ＣＰＵ１３０は、上述のような圧力制御操作を行うとともに、メモリ１６０内に得られた各コロトコフ音の信号をフーリエ変換する処理を行う。この処理は、メモリ１６０内に用意された高速フーリエ変換（ＦＦＴ）プログラムに基く演算によって行うことができる。このフーリエ変換は、第１波形Ｋ１、第２波形Ｋ２、第３波形Ｋ３、... と個々のコロトコフ音波形ごとに別個独立して行われる。こうして、得られたフーリエ変換の結果は、表示装置１７０によって画面上に表示されるとともに、必要に応じてプリンタ１８０によって紙面上に印刷される。既に述べたように、このフーリエ変換の結果は、患者の痛覚情報を客観的に示すデータとなる。なお、実際のコロトコフ音波形には、ノイズの成分が含まれているため、フーリエ変換を行った後、所定の周波数以上の成分をカットして提示するようにするのが好ましい。本実施例に係る装置では、コロトコフ音として取り込まれた音響波形に含まれている１５０Ｈｚ以上の成分をノイズ成分とみなし、１５０Ｈｚ以上の周波数成分をカットした状態で、フーリエ変換の結果を提示するようにしている。
【００２２】
＜＜＜ §３ 本発明に係る装置による具体的な検出例 ＞＞＞
続いて、上述した実施例に係る検出装置を用いた具体的な検出例を示しておく。ここに示す検出例は、肩の関節に障害をもつ患者についての測定結果である。この患者は、右腕を水平より高く持ち上げると、右肩に激しい痛みが生じる旨の自覚症状を訴えている。そこで、右腕を脇に垂らした状態（痛みなしの状態）と、右腕を水平より高く持ち上げた状態（痛みありの状態）との２とおりの状態について、本実施例に係る検出装置での測定を行った。すなわち、縛帯２００を右上腕部に装着し、右腕を脇に垂らした「痛みなし」の状態で前述の一連の測定動作を行い、続いて、右腕を水平より高く持ち上げて「痛みあり」の状態で同じ一連の測定動作を行った。その結果の一部を、第６図〜第１３図に示す。
【００２３】
第６図および第７図は、いずれも第１波形Ｋ１（点Ｄにおいて発生したコロトコフ音波形）についてのフーリエ変換の結果をスペクトル波形として示したグラフである。上述したように、本実施例では、１５０Ｈｚ以上の周波数成分をノイズ成分としてカットしているため、各スペクトル波形は１５０Ｈｚ以下の周波数成分しかもたない。いずれも第１波形であるにもかかわらず、両者のスペクトル波形はかなり相違している。これは、第６図のスペクトル波形が「痛みなし」の状態での測定結果であるのに対し、第７図のスペクトル波形が「痛みあり」の状態での測定結果であるためである。第７図の波形には、急峻なピークが多数含まれていることがわかる。このように、痛みの有無によって、コロトコフ音のフーリエ変換スペクトル波形に、顕著な差が現れる。これは、第８図および第９図に示す第４波形Ｋ４、第１０図および第１１図に示す第６波形Ｋ６、第１２図および第１３図に示す第８波形Ｋ８についても同様である。ただ、「痛みなし」の波形と「痛みあり」の波形との差が最も顕著に現れているのは、上述の各波形の中でも、第６図および第７図に示す第１波形Ｋ１についての結果である。その理由については後述する。
【００２４】
いずれにせよ、同一の患者について、同一の装置を用いて、同一の方法で測定を行っているにもかかわらず、痛みの有無によって、コロトコフ音のフーリエ変換スペクトル波形に顕著な差が現れるということは、このスペクトル波形には、何らかの痛覚情報が含まれていることを示唆している。現在のところ、どのようなスペクトル波形がどのような痛みに対応するのか、といった点についての詳細な解析を行うには、臨床データが不十分である。ただ、本願発明者は、これまでに得られた臨床データから、スペクトル波形のピークの数が痛みの質に関係しているのではないかと考えている。たとえば、ピーク数が非常に多い場合には、刺すような痛みが生じているものと考えることができる。
【００２５】
このように、痛みの情報がコロトコフ音の周波数成分に影響を与えるという現象は、本願発明者の知る限り、これまでに報告されていない。したがって、その理論的な解析も、現時点では十分に行われていない。しかしながら、本願発明者は、この現象を次のように考えている。すなわち、痛みが生じている部位には、何らかの組織振動が生じており、この組織振動が動脈に伝播し、縛帯を介してコロトコフ音の一成分として観測されるのではないか、と考えている。
【００２６】
本実施例に係る装置では、所望の圧力において測定されたコロトコフ音のフーリエ変換スペクトル波形を、表示装置１７０の画面上に表示することができ、また、プリンタ１８０によって紙面上に印刷することができる。医療従事者は、このようにして提示されたスペクトル波形に基いて、患者が感じているであろう痛みに関する情報を、ある程度客観的に把握することができるようになる。たとえば、第７図に示すように、多数のピークが存在するスペクトル波形が得られた場合には、「患者は刺すような痛みを感じている」と推測することができる。もちろん、このようにして得られたスペクトル波形によって、患者が感じている痛みのすべてを正確に把握できるわけではないので、「痛みに関する情報は、患者本人に対する問診によって採取する」という基本的な診断を行うことに変わりはない。しかしながら、痛みに関する何らかの情報を、スペクトル波形という客観的なデータとして採取できることには大きな意義がある。
【００２７】
＜＜＜ §４ 痛みの部位との関係 ＞＞＞
第５図のグラフに示されているとおり、本実施例に係る装置では、複数通りの圧力においてそれぞれコロトコフ音が検出され、これら各コロトコフ音波形についてのフーリエ変換の結果が提示される。本願発明者がこれまでに採取した臨床データを検討すると、各コロトコフ音波形には、主として、当該コロトコフ音が検出されたときの縛帯圧に応じた部位の痛みの情報が含まれていることが推測できる。たとえば、第５図に示されている多数のコロトコフ音波形のうち、第１波形Ｋ１には主として肩の近傍の痛み情報が含まれ、第４波形Ｋ４には主として心臓の近傍の痛み情報が含まれ、第６波形Ｋ６には主として肺の近傍の痛み情報が含まれ、第８波形Ｋ８には主として胃の近傍の痛み情報が含まれ、第１０波形Ｋ１０には主として肝臓の近傍の痛み情報が含まれ、第１２波形Ｋ１２には主として腎臓の近傍の痛み情報が含まれ、第１６波形Ｋ１６には主として大腿の近傍の情報が含まれ、第２２波形Ｋ２２には主として膝の近傍の情報が含まれ、第２８波形Ｋ２８には主として足部末梢の情報が含まれている、というように、各コロトコフ音波形を個々の部位に対応づけることができる。もっとも、上述の具体的な対応づけは、個々の患者ごとに異なるものと思われる。たとえば、胃の近傍の痛みは、ある患者では第８波形に最も顕著に現れるが、別な患者では第１０波形に最も顕著に現れる、というような個人差が生じるものと思われる。
【００２８】
このように、特定の圧力において測定されたコロトコフ音波形に、特定の部位の痛みの情報が含まれるという現象は、次のような理論により説明できる。ここでは、この理論を説明するために、第１４図に示すような循環器系のモデルを考える。このモデルでは、心臓から送り出された血液が、動脈を通って身体各部に送られてゆく状態が示されている。すなわち、心臓から出た血液の一部は、肩部から上腕を経て掌部末梢へと送られ（図では右腕についてのみ示されているが、左腕についても同様の循環系が存在する）、別な一部は頭部へと送られ、更に別な一部は、肺、胃、肝臓、腎臓、大腿、足部末梢などへと送られることになる。心臓は血液を送り出すポンプとして機能し、ポンプの収縮運動に相当する鼓動に同期して、血液は動脈内へ押し出されることになる。第１４図に示された白抜きの矢印ＢＦは、この血液の流れ（Blood Flow）の進行方向を示している。一方、心臓の鼓動に起因する圧力変動は、脈波として動脈を伝播し、この脈波が身体の各部において生体組織（血液を受け入れる抵抗要素として作用する）に衝突すると、そこで反射波が発生することが知られている。第１４図に示された矢印ＲＷは、上腕部に装着された縛帯２００へと向かう反射波（Reflection Wave）の進行方向を示している。
【００２９】
さて、本実施例に係る装置における縛帯２００を、上腕部に装着した場合、この縛帯２００には、矢印ＢＦで示される実際の血流と矢印ＲＷで示される反射波とが到達することになる。縛帯２００の圧迫下にある動脈では、第４図に示すように、阻血嚢２１０の圧力に応じた量の血液３１０が、心臓の鼓動に同期した周期で通過することになる。この血液の通過時に、コロトコフ音が発生する。一方、反射波が縛帯２００に到達する時間は、個々の反射波ごとに異なる。たとえば、ある１つの鼓動によって脈波が発生し、この脈波が一方では肩部まで伝播し、他方では足部末梢まで伝播したとしよう。このとき、肩部で生じた反射波が上腕部の縛帯２００まで到達する時間と、足部末梢で生じた反射波が上腕部の縛帯２００まで到達する時間とを比べると、当然、伝播経路の長さが異なるので、前者の到達時間の方が後者の到達時間よりも短くなる。すなわち、心臓が１回鼓動した後、この鼓動によって生じた脈波の反射波は、身体の各部位から時間差をもって縛帯２００に到達することになる。ところが、コロトコフ音が観測されるのは、縛帯下を血液が通過した瞬間だけであるから、このコロトコフ音に重畳されて観測される反射波は、当該コロトコフ音の観測時に、偶然、縛帯２００に到達することになった反射波ということになる。
【００３０】
一般に、上腕動脈中の平均的な血液の移動速度（血流速度）は、１．５ｍ／ｓｅｃ程度であることが知られており、心臓から上腕部までの距離を、たとえば６０ｃｍとすれば、心臓の鼓動により血液が送り出されてから、約０．４ｓｅｃ後にコロトコフ音が観測されることになる。一方、大動脈内の圧力変動の伝播速度（脈波速度）は、４〜５ｍ／ｓｅｃ程度であることが知られており、血流速度の３倍程度の値を示している。ここで、心臓から腎臓までの距離を、たとえば６０ｃｍとすれば、心臓で発生した脈波が大動脈を伝播して腎臓まで到達し、ここで発生した反射波が大動脈を戻り、上腕動脈へと伝播して上腕部の縛帯２００まで到達する経路は、６０ｃｍ＋６０ｃｍ＋６０ｃｍ＝１８０ｃｍとなるが、脈波（および反射波）の伝播速度は、血流速度の３倍であることを考慮すると、この腎臓からの反射波は、心臓が血液を送り出してからやはり０．４ｓｅｃ後に縛帯２００に到達することになる。
【００３１】
このように、心臓から縛帯までの距離を６０ｃｍとし、心臓から腎臓へ至り、更に心臓方向へと戻って上腕動脈に分岐し縛帯へと至る距離を１８０ｃｍと仮定した場合、後者の行程は前者の行程の３倍であるが、脈波の伝播速度が血流速度の３倍であるとすれば、前者の行程を血流速度で移動するときにかかる時間と、後者の行程を脈波の伝播速度で移動するときにかかる時間は等しくなる。よって、上述のモデルでは、縛帯で観測したコロトコフ音は、縛帯下を流れる血液の情報に、腎臓からの反射波の情報を重畳したものになる。
【００３２】
もっとも、上述の議論は、縛帯によって血管を圧迫しない状態における議論である。別言すれば、生体が観測系の影響を全く受けない状態での現象である。したがって、縛帯圧が心拡張期圧ＤＰ（すなわち、第４図の状態４のように、血管を圧迫しない圧力）付近にある場合、観測されたコロトコフ音には、上述のモデルの場合、腎臓からの反射波の情報が含まれていると考えることができる。ところが、縛帯によって血管を圧迫すると、血流速度が変化することが知られている。すなわち、縛帯という観測系によって血管に圧力を加えると、血管径が細くなり、その部分の血流速度が速くなるのである。上述のモデルでは、心臓から送り出された血液が縛帯下を通過するまでに０．４ｓｅｃかかっていたが、縛帯に圧力を加えることにより、この時間がたとえば０．３ｓｅｃになったとすると、腎臓からの反射波は、コロトコフ音の発生に間に合わないことになり、腎臓よりも近い、たとえば胃からの反射波がコロトコフ音に重畳されて観測されることになる。
【００３３】
もちろん、心収縮期圧ＳＰ、心拡張期圧ＤＰ、血流速度、脈波伝播速度、心臓から各部位までの距離、などは、個々の患者ごとに個人差があるため、個々の縛帯圧において得られたコロトコフ音に、それぞれどの部位からの反射波の情報が重畳されているか、という対応関係を一義的に決めることはできない。しかしながら、第１４図に示すとおり、循環器系における反射波の上腕部までの行程は、肩部、心臓、肺、胃、肝臓、腎臓、大腿、足部末梢という順序で長くなってゆくことは、どの患者にも共通した事項であり、縛帯圧が低くなればなるほど、上腕部に対してより遠くに位置する部位からの反射波の情報がコロトコフ音に含まれるようになる、という点は共通している。したがって、第３図のグラフにおける点Ｄ〜点Ｇに至る圧力区間を、肩部、心臓、肺、胃、肝臓、腎臓、大腿、足部末梢という順序で身体の各部に大まかに対応づけることは可能である。もちろん、患者の身長や実測された血圧値を考慮して、個々の患者ごとに最適な対応づけを行うことも可能である。
【００３４】
このように、第３図のグラフにおける点Ｄ〜点Ｇに至る圧力区間内の複数通りの圧力において検出された各コロトコフ音について、フーリエ変換を行って得られた個々のスペクトル波形は、それぞれ身体の所定の部位に対応づけることができる。そして、個々のスペクトル波形には、それぞれ対応づけられた特定の部位からの反射波の情報が含まれていることになり、当該部位における痛み（組織振動）の情報が含まれていることになる。そこで、この複数通りの圧力において検出された各コロトコフ音についてのフーリエ変換の結果を、それぞれ身体の特定の部位に対応させて提示するようにすれば、痛みの発生箇所に関する手がかりを与えることができる。
【００３５】
たとえば、第１５図に、表示装置１７０の画面上の表示例を示す。この例では、肩部、心臓／肺、胃／肝臓、腎臓、大腿、足部末梢という６通りの表示領域が設けられており、各表示領域には、各部位に対応するスペクトル波形が表示されている。たとえば、肩部に表示されたスペクトル波形は、第３図のグラフにおける点Ｄに近い圧力下で得られたコロトコフ音のフーリエ変換結果を示し、足部末梢に表示されたスペクトル波形は、第３図のグラフにおける点Ｇに近い圧力下で得られたコロトコフ音のフーリエ変換結果を示している。もちろん、患者によっては、必ずしもこれらすべての部位のスペクトル波形が得られるとは限らないが、このように各部位ごとにスペクトル波形の表示を行うようにすれば、痛みの大まかな発生部位を推測することが可能になる。
【００３６】
結局、第６図〜第１３図に示す測定結果において、第６図および第７図に示す第１波形Ｋ１について、痛みの有無の差が最も顕著になったのは、当該痛みが肩の痛みであり、この肩の痛みがコロトコフ音に現れる縛帯圧が、ちょうど第１波形に相当する圧力だったためと考えられる。もっとも、肩は縛帯の装着位置に非常に近接した特殊な部位であり、縛帯へと向かう反射波はすべてこの肩の近傍を通過することになる。したがって、肩の痛みを示す信号成分は、縛帯へ向かうすべての反射波に多かれ少なかれ重畳されることになる。第６図〜第１３図に示す測定結果において、第４波形Ｋ４以降についても、痛みの有無の差がある程度現れているのは、このためと考えられる。
【００３７】
＜＜＜ §５ 変形例 ＞＞＞
以上、本発明に係る痛覚情報の検出装置の基本構成を一実施例について述べたが、ここでは、いくつかの変形例を述べておく。
【００３８】
まず、上述の実施例では、コロトコフ音のフーリエ変換の結果をスペクトル波形として表示しているが、本発明は、痛みの信号がコロトコフ音の周波数分布として認識可能になるという点に着目したものであり、コロトコフ音の周波数分布を提示することができれば、最終的にはどのような表示形態を採ってもかまわない。たとえば、スペクトル波形の代わりに、特定の周波数範囲に含まれるスペクトルの強度値をヒストグラムとして表示することも可能である。第１６図には、このようなヒストグラムによる表示例を示す。ただ、直観的にスペクトルのピークを認識することができる点においては、これまで述べてきたスペクトル波形による表示の方が好ましい。
【００３９】
また、第１図に示す縛帯２００は、本発明で利用可能な基本的な一形態であり、コロトコフ音の測定が可能であれば、どのような形態の縛帯を用いてもかまわない。たとえば、第１７図に示す縛帯２００は、第１図に示す縛帯２００と同様に、阻血嚢２１０と検出嚢２２０とを有し、両者間は接続路２３０で連結されている。ただ、阻血嚢２１０には導管は直接設けられていない。装置本体１００へと伸びる導管２５０は、検出嚢２２０側にのみ接続されており、縛帯の圧力制御およびコロトコフ音の検出は、すべてこの導管２５０を介して行われることになる。第１８図は、この縛帯を上腕部に装着した状態を示す図である。
【００４０】
もちろん、縛帯としては、必ずしも複数の嚢を有するものを用いる必要はなく、阻血嚢のみを有する縛帯を用いることも可能である。ただ、阻血嚢は、動脈中の血流を阻止することができる程度の容量を有している必要があるため、阻血嚢によって検出されるコロトコフ音の波形には、かなりの歪みが生じてしまうおそれがある。したがって、実用上は、阻血嚢よりも容量が小さい検出嚢を設けるようにし、この検出嚢によってコロトコフ音を検出するのが好ましい。
【００４１】
また、第１図に示す実施例では、装置本体１００内に必要な制御装置あるいは演算装置をすべて内蔵させた形態になっているが、これらの一部を外部のパソコンなどによって実現することも可能である。たとえば、装置本体１００に内蔵されたＣＰＵ１３０には、圧力制御およびコロトコフ音データの採取処理のみを行わせ、フーリエ変換処理やスペクトル波形の提示処理などは、外部に接続されたパソコンによって行うようにしてもかまわない。この場合、スペクトル波形は、パソコン用のディスプレイ画面上に表示することができ、また、パソコンに接続されたプリンタから印刷することができる。
【００４２】
本発明に係る痛覚情報の検出装置は、患者が感じている痛みを必ずしも正確に検出する機能を有しているわけではないが、痛みに関連した情報をスペクトル波形として提示することができるので、診断の一材料となるデータを提供することが可能になる。これまで、痛みに関する情報収集は、主として患者の主訴または問診に頼らざるを得なかった。本発明に係る装置を用いれば、患者の上腕部に縛帯を装着するだけの作業で、痛みに関する客観的データが得られるようになる。したがって、本発明に係る装置は、種々の医療分野において、診断の用に供することができる。
【００４３】
【図面の簡単な説明】
［第１図］ 本発明の一実施例に係る痛覚情報の検出装置の基本構成を示すブロック図（縛帯の部分は平面図）である。
［第２図］ 第１図に示す検出装置の縛帯部分を上腕部に装着した状態を示す図である。
［第３図］ 第１図に示す検出装置の動作手順を示すグラフである。
［第４図］ 第１図に示す検出装置による検出動作中の縛帯と動脈との関係を示す断面図である。
［第５図］ 第１図に示す検出装置によって検出されたコロトコフ音波形を示すグラフである。
［第６図］ 特定の患者の痛みがない状態における第１コロトコフ音波形のフーリエ変換スペクトルを示すグラフである。
［第７図］ 特定の患者の痛みがある状態における第１コロトコフ音波形のフーリエ変換スペクトルを示すグラフである。
［第８図］ 特定の患者の痛みがない状態における第４コロトコフ音波形のフーリエ変換スペクトルを示すグラフである。
［第９図］ 特定の患者の痛みがある状態における第４コロトコフ音波形のフーリエ変換スペクトルを示すグラフである。
［第１０図］ 特定の患者の痛みがない状態における第６コロトコフ音波形のフーリエ変換スペクトルを示すグラフである。
［第１１図］ 特定の患者の痛みがある状態における第６コロトコフ音波形のフーリエ変換スペクトルを示すグラフである。
［第１２図］ 特定の患者の痛みがない状態における第８コロトコフ音波形のフーリエ変換スペクトルを示すグラフである。
［第１３図］ 特定の患者の痛みがある状態における第８コロトコフ音波形のフーリエ変換スペクトルを示すグラフである。
［第１４図］ 人間の循環器系のうち、動脈に関する部分の模式図である。
［第１５図］ 複数通りの圧力において検出された各コロトコフ音についてのフーリエ変換の結果を、それぞれ身体の特定の部位に対応させて提示した例を示す表示画面図である。
［第１６図］ 第１図に示す検出装置により、フーリエ変換の結果をヒストグラムとして表示した例を示す表示画面図である。
［第１７図］ 第１図に示す検出装置において利用できる縛帯の一変形例を示す平面図である。
［第１８図］ 第１７図に示す縛帯を上腕部に装着した状態を示す図である。

Claims (5)

1. 動脈を阻血するための阻血嚢（２１０）を有する縛帯（２００）と、
   前記阻血嚢の圧力を制御する圧力制御装置（１２０，１３０，１４０，１５０）と、
   前記阻血嚢による圧迫下にある動脈を血液が通過する際に生じるコロトコフ音を検出する音波センサ（１１０）と、
   前記音波センサの検出したコロトコフ音の信号をフーリエ変換する演算装置（１３０）と、
   前記フーリエ変換の結果を痛みがあるかどうかを示す情報として提示する提示装置（１７０，１８０）と、
   を備えることを特徴とする痛覚情報の検出装置。
2. 請求項１に記載の痛覚情報の検出装置において、
   阻血嚢と部分的に連結しており、阻血嚢よりも容量の小さい検出嚢（２２０）を縛帯に設け、音波センサ（１１０）が前記検出嚢内の圧力変動に基いてコロトコフ音を検出することを特徴とする痛覚情報の検出装置。
3. 請求項１または２に記載の痛覚情報の検出装置において、
   演算装置（１３０）が、フーリエ変換を行った後、所定の周波数以上の成分をカットして提示装置（１７０，１８０）に提示させる機能を有することを特徴とする痛覚情報の検出装置。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載の痛覚情報の検出装置において、
   演算装置（１３０）が、フーリエ変換の結果を、スペクトル波形もしくはヒストグラムとして提示装置（１７０，１８０）に提示させる機能を有することを特徴とする痛覚情報の検出装置。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載の痛覚情報の検出装置において、
   圧力制御装置（１２０，１３０，１４０，１５０）が、阻血嚢の圧力を、阻血が可能な十分に高い圧力から徐々に減少させてゆく制御を行う機能を有し、複数通りの圧力において検出された各コロトコフ音についてのフーリエ変換の結果を、提示装置（１７０，１８０）に提示させることができるようにしたことを特徴とする痛覚情報の検出装置。

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