JP4785420B2 - 血液レオロジー測定装置 - Google Patents
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Description
ところで、血液レオロジーと生体内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。)。
図1に、本発明に係る血液レオロジー測定装置の構成を示すブロック図を示す。センサ部は、2対の超音波センサすなわち、超音波センサ1と超音波センサ4と光センサ7より構成されている。超音波センサ1は発信素子2と受信素子3、超音波センサ4は発信素子5と受信素子6から構成されており、光センサ7は発光素子8と受光素子9から構成されている。
速度分布26を生じる。この圧力分布25が血圧値と相関する事はいうまでもない。さらに、動脈壁27が弾性を持っているために、動脈壁27はZ軸方向と半径方向に振動変位
を起こす。この振動変位が図中の脈波変位28である。さらに、この脈波変位28は拍動にともなってZ軸方向に波動として、動脈壁を伝搬する。この波動が脈波29である。
以上のモデルにおいて、圧力分布25、血流速度分布26及び動脈半径方向の拍動変位ξは流体力学におけるナビエ・ストークスの方程式および動脈壁の力学的運動方程式を用いて解析的に求める事が可能である。すなわち、心拍の角振動数をω、脈波の波数をk、動脈24の内径をR、動脈壁27の厚み、ヤング率、密度及びポアソン比をそれぞれh、E、ρ0、σ、動脈24の圧力分布25をP、動脈の血液密度をρ、動脈内の圧力振幅をPm、血流速度分布26の軸方向速度成分をV、動脈半径方向の拍動変位をξとすると、P、V、ξはベッセル関数J0を用いて次式にて決定される。
さらに、本発明に係る容積脈波の変化量Sは、図2記載の動脈24の断面積の変化量として定義できるが、通常、動脈半径Rに比較して、拍動変位量ξは十分小さいので、以下の(9)式で十分に近似できる。
以上の解析結果から、動脈内の心拍角振動数ωに同期して周期変動する軸方向の最大速度分布Vmと容積脈波Sの振幅比μは、(9)式と(10)式より、(11)及び(12)式で決定される。
(2)式をみればわかるとおり、動脈内の半径方向座標に軸方向速度は依存しているが、図1で示した超音波センサはこの軸方向速度成分Vのうち最大速度成分すなわち最大血流速度Vmを検出している。
σ=0.5 γ=0.1〜0.5
では大きな変化がなく、ほぼαの値の変化で決定される事が判明した。このαは(8)式で定義され、さらに測定部位の動脈内半径R、動脈ヤング率E、血液密度ρ及び動脈壁厚hの個人差はなく、ほぼ一定とみなせるので、血流速度と容積脈波の振幅比と心拍振動数数ωを測定すれば、動脈内の圧力Pに無関係に、血液の運動粘性率νが検出できることになる。
次に、第二の演算処理装置である心拍周波数演算処理装置20は、表1に記載の波形情報のうち、血流速度波形31または容積脈波波形32のピーク値またはボトム値出現の時刻間隔を以下の演算処理式(1)によって
2 発信素子
3 受信素子
4 超音波センサ
5 発信素子
6 受信素子
7 光センサ
8 発光素子
9 受光素子
10 超音波発信回路
11 超音波受信検波回路
12 超音波回路
13 発光回路
14 受光検波回路
15 光回路
16 血流速度演算処理装置
17 容積脈波演算処理装置
18 レオロジー演算処理装置
19 波形情報演算処理装置
20 心拍数演算処理装置
21 振幅比演算処理装置
22 レオロジー指標演算処理装置
23 出力装置
Claims (7)
- 生体表面から生体内の動脈血流に対して第1の信号を送信し、前記動脈血流を介して反射してきた前記第1の信号を受信することにより、前記動脈血流の血流速度を表し、前記動脈血流の心拍角振動数に同期して周期変動する血流速度信号を電気信号として出力する第1の測定部と、前記生体表面から前記動脈血流に対して第2の信号を射出し、前記動脈血流によって減衰した前記第2の信号を受信することにより、前記動脈血流の容積脈波を表し、前記動脈血流の心拍角振動数に同期して周期変動する容積脈波信号を電気信号として出力する第2の測定部と、前記血流速度信号と前記容積脈波信号とに基づいて血液レオロジーを求める演算処理を行うレオロジー演算処理装置とからなる血液レオロジー測定装置において、
前記演算処理は、前記血流速度信号または前記容積脈波信号の波形情報に基づいて算出される前記心拍角振動数に対応する心拍周波数を、前記血流速度信号の振幅を前記容積脈波信号の振幅で除算した値である振幅比で除算することにより血液レオロジーを求めるようになされることを特徴とする血液レオロジー測定装置。 - 前記第1の測定部は、前記第1の信号を送受信する第1のセンサ部と、前記第1のセンサ部を駆動し、また前記第1のセンサ部により受信したドップラー信号を有する受信信号の検波を行う第1の回路部と、検波した前記ドップラー信号を有する受信信号に基づいて演算処理を行い、前記血流速度信号を出力する血流速度演算処理装置とからな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
- 前記第2の測定部は、前記第2の信号を送受信する第2のセンサ部と、前記第2のセンサ部を駆動し、また前記第2のセンサ部により受信した受信信号の検波を行う第2の回路部と、検波した前記受信信号に基づいて演算処理を行い、前記容積脈波信号を出力する容積脈波演算処理装置とからな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
- 前記第1のセンサ部は、超音波を送受信する超音波センサ素子からなることを特徴とする請求項2に記載の血液レオロジー測定装置。
- 前記第1のセンサ部は、前記超音波の出射方向および受信方向が互いに平行でない角度に配置された2対の前記超音波センサ素子を有し、前記血流速度演算処理装置は、前記2対の超音波センサ素子によって得られるそれぞれの前記ドップラー信号を用いて演算処理を行い、前記血流速度信号を出力することを特徴とする請求項4に記載の血液レオロジー測定装置。
- 前記第2のセンサ部は、光を送受信する光センサ素子からな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。
- 前記第1の測定部は、前記第1の信号を送受信する第1のセンサ部を有し、
前記第2の測定部は、前記第2の信号を送受信する第2のセンサ部を有し、
前記第1のセンサ部と前記第2のセンサ部とは、同一基板上に形成され、手首または指先の動脈の同一部位における前記血流速度と前記容積脈波とを同時に測定可能な一体化構造となってい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。
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