JP4662543B2 - 血液レオロジー測定装置、及び血液レオロジー計測方法 - Google Patents

Description

本発明は、一般に血液のサラサラ／ドロドロ度と称される流動性を表す血液レオロジーを測定する血液レオロジー測定装置及び血液レオロジー計測方法にかかわり、特に動脈を流れる血流を測定し、人体組織の活動の基になる微小循環血流を見極め、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。

人間の健康の評価、疾患の診断、人体への薬品の効果の評価、食品の健全性・機能性の評価等を行うために、血液レオロジーを計測して、その結果から前記の評価や診断を行っていくことが従来から行われている。従来の技術としては、血液流動性測定装置として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（非特許文献１参照。）。

しかし、従来のような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ない。従って、食品成分の血液レオロジーへの影響をみるためのｉｎ ｖｉｔｒｏ試験を行うとしても、同じ人から１日何回も血液採取を行うことができず、連続試験が困難であるという問題がある。また、医療機関を離れて個人が自宅等で自ら採血をして血液レオロジー測定を行おうとしても、従来例のような血液流動性測定装置を用いた方法では、自宅に機器を置くこともできず、適切な処理もできないため、医療機関でしか測定ができないという問題もあった。

ところで、血液レオロジーと生体内の動脈の血流速度は強い相関があると考えられている。すなわち、血液の粘性が高い場合、血流速度は遅く、一方、粘性が低い場合は血流速度が速いと考えられている。そのため、生体内の血流速度を計測することで、間接的に血液レオロジーを知ることが可能となる（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００３−１５９２５０号公報 菊池佑二「毛細血管モデルを用いた全血流動性の測定」（食品研究成果情報，ＮＯ．１１ １９９９年発行）

しかしながら、非侵襲で測定を行う場合、生体内の動脈の位置を詳細に把握することは困難であるため、センサと動脈の位置関係が測定するたびに異なる可能性があり、血液レオロジーの時間変化を測定する場合に、正確な時間変化を評価できない可能性があるという問題があった。

本発明の目的は、非侵襲で測定する際に、被験者毎に生体内の動脈と、センサとの位置関係を同じ条件で測定する血液レオロジー測定装置を提供することによって、血液レオロジーの時間変化の評価を正確にする事である。

本発明に係る血液レオロジー測定装置は、上記課題を解決するために、生体の静脈もしくは指紋と動脈の相対位置は固体の成長による変化はあるものの、急激に変化しないことを利用する。具体的には、生体内の静脈によって赤外光の吸収が起こることを利用して、被験者特有の静脈パターンを検出、認識、記憶し、測定の度に記憶した静脈パターンと検出した静脈パターンを一致するように、センサ位置を調整する機能を有することによって、上述の課題を解決するものである。もしくは、生体表面の指紋を検出することにより、指紋パターンを認識することにより、測定位置を調整する機能を有することによって、上述の課題を解決するものである。

生体表面から生体内の動脈に超音波を送受信し、血液レオロジーを求め、さらに、静脈もしくは指紋のパターン認識を行うことによって、被験者毎に生体内の動脈と、センサとの位置関係を同じ条件で測定する血液レオロジー測定装置を提供することができ、血液レオロジーの時間変化の評価を正確に行うことができるようになる。

図１は、本発明での測定断面図を模式的に表したものである。図２は本発明に係る血液レオロジー測定装置の構成の１例を示すブロック図である。
センサ部１は２対の超音波センサＡ１１及び超音波センサＢ１２と光センサ１３から構成されている。超音波センサＡ１１は発信素子Ａ１１１と受信素子Ａ１１２から構成され、超音波センサＢ１２は発信素子Ｂ１２１と受信素子Ｂ１２２から構成される。これらの発信素子及び受信素子はＰＺＴなどの圧電素子が適している。また、これらの発信素子及び受信素子と皮膚５１の間には、超音波の送受信をスムーズに行うための音響整合層１４を、センサ部１に設けている。音響整合層を複数層にし、表面層を皮膚５１に密着できる柔らかい樹脂にすることで、皮膚５１の皺や指紋とセンサ部１との間に空気層が無くすことができ、超音波を効率よく送受信できるようになる。

センサ部１において、超音波センサを２対用いる理由であるが、生体内の血管は生体表面に対して、必ず並行になっているわけでなく、図３に示すように、生体表面、即ち、皮膚５１に対して斜めになっている可能性があり、センサ部１と動脈５２とでなす角を２対の超音波センサから得られるドップラーシフト量から求めることにより、正確に血流の速度を求めることが可能になるからである。センサ部１は本体の筐体に組み込まれており、図示しないが、フレキシブル配線基板等によりセンサ部１と回路部２は接続されている。図３に示すとおり、超音波センサ１１及び超音波センサ１２の角度及び間隔などの配置位置は、超音波センサ１１によって送受信される超音波と、超音波センサ１２によって送受信される超音波が交差する部分と、測定する動脈５２が重なるように設計することで、様々な測定部位での正確な測定が可能となる。

光センサ１３は発光素子１３１と受光素子１３２から構成され、生体５を透過させ、図４の様な静脈のパターンを得ることができる。発光素子１３１には波長７４０ｎｍ〜７８０ｎｍのＬＥＤを用い、受光素子１３２はＣＣＤカメラを用いる。図１では、透過光を検出する構造になっているが、反射光を検出するセンサ構造でもよい。

回路部２は発信素子１１１及び１２１を駆動する超音波送信回路２１と、受信素子１１２及び１２２からの受信信号を受信し、ドップラー信号を検波する超音波受信検波回路２２と、発光素子１３１を駆動する発光回路２４と、受光素子１３２からの信号を受信する受光回路２５と、センサ部１を移動させるためのセンサ部移動回路２３によって構成される。超音波受信検波回路２２と受光回路２５の信号は演算部３に送られる。センサ部移動回路２３は演算部３からの信号を受け、例えば、図示しない駆動機構に取り付けられたセンサ部１を移動させることができる。センサ部１を移動させる駆動機構については、既存の歯車機構や摺動機構を応用することにより容易に構成可能であり、詳細については割愛する。ここで、センサ部１及び上記駆動機構が検知手段を構成し、また、ＦＦＴ演算部３１、血液レオロジー指標演算処理部３２、及び情報取得部３５が血液レオロジー計測手段を構成する。

演算部３は、はＦＦＴ（Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ：高速フーリエ変換）演算処理部３１と血液レオロジー指標演算処置部３２と画像処理部３３とデータベース照合部３４と情報取得部３５から構成される。ＦＦＴ演算処理部３１は受信検波回路２２で得られるドップラー信号に対してＦＦＴ演算を行い、その結果を血液レオロジー指標演算処置部３２に送る。血液レオロジー指標演算処置部３２ではＦＦＴ演算処理部３１の演算結果を更に演算処理すると共に、情報取得部３５で得られる血圧や温度やセンサ部１と生体５との接触圧力の情報から、血液レオロジーを求める。これらの結果は、出力部４に送られる。

画像処理部３３は受光回路２５からの信号を演算することにより、静脈パターンを作成し、そのデータをデータベース照合部３４に送る。データベース照合部３４では、測定の度に画像処理部３３で得られたデータとデータベース照合部３４内のデータと照合を行い、必要に応じてセンサ部移動回路２３に信号を送る。データベース照合部３４は、血液レオロジー指標演算処置部３２の結果を蓄積することができる。データベース照合部３４のデータ及び、血液レオロジー指標演算処置部３２の結果は、出力部４に送られる。
ここで、画像処理部３３、データベース照合部３４、及びセンサ移動回路２３が画像処理手段を構成する。

出力部４はモニター或いはスピーカーであり、演算部３からのデータ及び結果をモニター上に表示或いは音により表現する。

食品摂取による血液レオロジーへの影響を評価する場合などには、数分間隔で測定する。生体表面から動脈位置は詳細にわからないので、センサ部と動脈の位置関係は必ずしも同じ位置関係にあるとはかぎらなかったが、静脈パターンを検出することによって、同じ位置を測定することができるようになる。なぜなら、特定の被験者における、動脈と静脈の相対位置はすぐに変化するものではないからである。

図４は静脈パターンの１例である。これは、ある被験者が測定を行った時に画像処理部３３によって得られる。この情報を予めデータベース照合部３４に記録しておく。この被験者が改めて測定した時、同様に画像処理部３３によって図５のような静脈パターンが得られる。この時、予め記録しておいた静脈パターンを呼び出し、比較する（図６）。データベースに記録されている静脈５５と、測定している静脈５４にはずれがある場合は、図７に示すように、センサ部１を移動させる。この状態ならば、前回測定した静脈と今回測定する静脈とセンサ部の位置関係は一致するので、センサ部と動脈の位置関係も同じになるので、被験者によって、必ず動脈５２とセンサ部１の関係は一致し、被験者Ａならば、必ず図８に示す位置関係で測定ができ、被験者Ｂならば、必ず図９に示す方向で測定ができるようになる。

また、食品摂取による血液レオロジーへの影響を評価する場合などには、多くの被験者が測定を行う。この場合、被験者が測定の度に装置を操作してから、測定することで個々の被験者による血液レオロジーの変化は評価できるものの、操作が煩雑であり、装置操作ミスが起こるということがあった。被験者個々の静脈パターンは特有なものであるので、静脈パターンを認識することで、被験者が特定でき、度重なる測定においては、被験者の操作を非常に軽減できるようになる。

図１０は被験者の認識と測定位置を同じにする本装置での測定フローチャートである。測定を開始すると、画像処理部３３によって測定位置を認識する。このデータをデータベース照合部３４内のデータと比較することで初めて測定する被験者であるか、既に測定したことのある被験者かを判断し、初めて測定する被験者であれば、被験者の名前・生年月日・性別等の情報を登録し、血液レオロジー測定を行い、測定データ及び測定位置をデータベース照合部３４に記録すると共に、結果を出力部４によって表現して、終了する。

既に測定したことのある被験者である場合は、測定位置のずれの有無を判断し、ずれがある場合は、センサ部１を移動させ、再度測定位置のずれの有無を判断する。すれが無くなるまで繰り返し、ずれがなくなったら、測定を開始する。測定結果をデータベース照合部３４に追加して記録し、結果を図１１のように、出力部４によって表現して、終了する。測定結果、血液レオロジーの時間変動、名前などの情報は、静脈パターンによって認識された被験者と特定の装置の操作管理者を除いて、閲覧できなく、個人情報の保護ができるようになっている。被験者以外の人の測定結果や性別などを閲覧するためには、パスワードが必要になっているが、操作管理者以外の人が、パスワードを入手しても、静脈パターンによって操作管理者であるかの判断ができるため、被験者の情報を保護できる。
測定部位が指尖部位のように、生体表面に特有の皺、即ち、指紋がある場合には指紋を測定することによって、動脈とセンサの位置関係を固定することが可能になる。図１２は、本発明に係る血液レオロジー測定装置を用いて、測定している一例を示す断面図である。

図１３は本発明に係る血液レオロジー測定装置の構成の一例を示すブロック図である。

図１４は指紋パターンの一例である。これは、ある被験者が測定を行った時に画像処理部３３によって得られる。この情報を予めデータベース照合部３４に記録しておく。この被験者が改めて測定した時、同様に画像処理部３３によって図１５のような指紋パターンを得られる。この時、予め記録しておいた指紋パターンを呼び出し、比較する（図１６）。データベースに記録されている指紋５７と、測定している指紋５６にはずれがある場合は、図１７に示すように、センサ部１を移動させる。この状態ならば、前回測定した指紋と今回測定する指紋とセンサ部の位置関係は一致するので、センサ部と動脈の位置関係も同じになるので、被験者によって、必ず動脈５２とセンサ部１の関係は一致し、被験者毎にセンサ部１と動脈５２の位置関係は固定された状態で測定ができるようになる。指紋の取得方法は、画像から得る方法に限らない。

本発明は、医療および健康維持・増進を目的として、体液の流動性を示す指標としての血液レオロジーを採血することなく求めることができる。また、食品が血液に及ぼす影響を容易に正確に把握できるようになるので、食品開発における検査装置として利用可能である。

測定断面の１例を示す図 血液レオロジー測定装置の構成の１例を示すブロック図 測定断面の１例を示す図 静脈パターンを示す図 静脈パターンを示す図 静脈パターンの比較例を示す図 静脈パターンがマッチングした例を示す図 センサ部と動脈の位置関係を示す図 センサ部と動脈の位置関係を示す図 測定フローチャート 結果表示例を示す図 測定断面の１例を示す図 血液レオロジー測定装置の構成の１例を示すブロック図 指紋パターンを示す図 指紋パターンを示す図 指紋パターンの比較例を示す図 指紋パターンがマッチングした例を示す図

符号の説明

１ センサ部
１１ 超音波センサＡ
１１１ 発信素子Ａ
１１２ 受信素子Ａ
１２ 超音波センサＢ
１２１ 発信素子Ｂ
１２２ 受信素子Ｂ
１３ 光センサ
１３１ 発光素子
１３２ 受光素子
１４ 音響整合層
２ 回路部
２１ 超音波送信回路
２２ 超音波受信検波回路
２３ センサ部移動回路
２４ 発光回路
２５ 受光回路
３ 演算部
３１ ＦＦＴ演算処理部
３２ 血液レオロジー指標演算処置部
３３ 画像処理部
３４ データベース照合部
３５ 情報取得部
４ 出力部
５ 生体
５１ 皮膚
５２ 動脈
５３ 生体組織
５４ 静脈
５５ データベースに記録されている静脈
５６ 指紋
５７ データベースに記録されている指紋

Claims (8)

1. 生体表面との送受信側接触面を有し、前記送受信側接触面に対して所定の角度に設けられて前記生体内の動脈に対して少なくとも異なる２方向から超音波信号を送受信する超音波送受信部と、
   前記超音波送受信部に隣接して設けられ、前記生体表面との撮像側接触面を有し、前記生体を撮像する生体撮像部と
   を備えたセンサ部と、
   前記生体撮像部で得られた画像から生体パターンデータを作成する画像処理手段と、
   前記生体パターンデータに関する保持パターンデータを予め記憶する画像データベースと、
   前記保持パターンデータを前記画像データベースから読み出し、前記生体パターンデータを前記保持パターンデータと照合し、前記生体パターンデータと前記保持パターンデータとが一致しているか否かを判定する画像データ照合手段と、
   前記超音波送受信部で受信された前記超音波信号を演算処理し、前記動脈の血液レオロジーを算出する演算部とを備え、
   前記センサ部は、前記送受信側接触面と前記撮像側接触面とが同一平面に形成され、前記画像データ照合手段により前記生体パターンデータと前記保持パターンデータとが一致するまで移動し、それにより前記超音波信号から前記動脈の血流速度を検知することを特徴とする血液レオロジー測定装置。
2. 前記センサ部は、前記センサ部の位置を移動させる移動機構を有し、
   前記移動機構は、前記画像データ照合手段によって制御されて前記センサ部を移動し、前記生体パターンデータを前記保持パターンデータに一致させることを特徴とする請求項１に記載の血液レオロジー測定装置。
3. 前記生体パターンデータ及び前記保持パターンデータは、前記生体内の静脈に係わるパターン画像であることを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の血液レオロジー測定装置。
4. 前記生体パターンデータ及び前記保持パターンデータは、前記生体の指紋に係わるパターン画像であることを特徴とする請求項１または２に記載の血液レオロジー測定装置。
5. 前記センサ部は、前記生体に光を照射する発光手段を備え、
   前記生体撮像部は、前記生体を介した前記光を検知し、前記生体を撮像する撮像手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の血液レオロジー測定装置。
6. 前記画像データ照合手段は、前記生体パターンデータ及び前記保持パターンデータに前記静脈に係わるパターン画像を用いて個人認証を行う個人認証機能を有することを特徴とする請求項３に記載の血液レオロジー測定装置。
7. 前記画像データ照合手段は、前記生体パターンデータ及び前記保持パターンデータに前記指紋に係わるパターン画像を用いて個人認証を行う個人認証機能を有することを特徴とする請求項４または６のいずれかに記載の血液レオロジー測定装置。
8. 生体表面との撮像側接触面を有する生体撮像部において、前記生体に光を照射し、前記生体を撮像する生体撮像工程と、
   前記生体撮像工程によって得られた画像から生体パターンデータを作成する画像処理工程と、
   前記生体パターンデータに関する保持パターンデータを予め画像データベースに記憶する画像データ保存工程と、
   前記保持パターンデータを前記画像データベースから読み出し、前記生体パターンデータを前記保持パターンデータと照合し、前記生体パターンデータと前記保持パターンデータとが一致しているか否かを判定する画像データ照合工程と、
   前記撮像側接触面と同一平面に形成された前記生体表面との送受信側接触面を有する超音波送受信部において、前記送受信側接触面に対して所定の角度で少なくとも異なる２方向から前記生体内の動脈に対して超音波信号を送受信する超音波送受信工程と、
   前記超音波送受信工程において受信した前記超音波信号を演算処理し、前記動脈の血液レオロジーを算出する血液レオロジー計測工程とを備え、
   前記超音波送受信工程は、前記生体撮像部と前記超音波送受信部とを有するセンサ部を、前記画像データ照合工程により前記生体パターンデータと前記保持パターンデータとが一致するまで移動させ、それにより前記超音波信号から前記動脈の血流速度を検知する血流速度検知工程を有することを特徴とする血液レオロジー計測方法。

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