JP4830097B2 - Blood vessel state measuring device, control program, recording medium - Google Patents

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  • Measurement And Recording Of Electrical Phenomena And Electrical Characteristics Of The Living Body (AREA)
  • Measuring Pulse, Heart Rate, Blood Pressure Or Blood Flow (AREA)

Description

本発明は、動脈硬化などの血管の病変を示す指標となる、血管の機械的インピーダンス(剛性、粘性)を測定するための血管状態測定装置、上記血管状態測定装置における各手段を、コンピュータにて実行可能に記載された制御プログラム、上記制御プログラムを、コンピュータにて読み取り可能に記録した記録媒体に関するものである。   The present invention relates to a blood vessel state measuring device for measuring a mechanical impedance (rigidity, viscosity) of a blood vessel, which is an index indicating a blood vessel lesion such as arteriosclerosis, and each means in the blood vessel state measuring device using a computer. The present invention relates to a control program described as executable and a recording medium on which the control program is recorded so as to be readable by a computer.

厚生労働省が発表した平成15年度の主な死因別死亡数の割合において、日本人の死因の2、3位は心疾患、及び脳血管疾患が占めており、血管に関わる疾患が増加傾向にあることがわかる。血管は、年齢に伴い動脈壁中のコラーゲンが変質して硬化し、弾性線維の減少が起こることで動脈壁の質が悪くなるといわれている。   Heart disease and cerebrovascular disease account for the second and third most common causes of death among Japanese nationals in the 2003 death rate by the Ministry of Health, Labor and Welfare. I understand that. It is said that the blood vessels of the arterial wall deteriorate in quality as the collagen in the arterial wall deteriorates and hardens with age and elastic fibers decrease.

一方、近年は正常な老化過程以外に血管の質を低下させる要因が増加している。具体的には、糖尿病、高血圧、食の欧米化、運動不足、喫煙、さらにストレスなども影響し、危険因子であるアンギオテンシンや低比重リポ蛋白(LDL)コレステロールの増加により、組織や臓器全体に血行障害が生じることが報告されている。   On the other hand, in recent years, factors that reduce the quality of blood vessels other than the normal aging process are increasing. Specifically, diabetes, hypertension, westernization of food, lack of exercise, smoking, and stress also affect blood circulation to tissues and organs due to increases in risk factors such as angiotensin and low density lipoprotein (LDL) cholesterol. Disability has been reported to occur.

これら血管に関わる疾患は、益々増加するといわれている。動脈硬化の進行度など血管に関わる疾患の早期発見のためには、血管状態、例えば血管のかたさ、やわらかさといった力学特性を定量的に評価する必要がある。   These blood vessel diseases are said to increase more and more. For early detection of diseases related to blood vessels such as the degree of progression of arteriosclerosis, it is necessary to quantitatively evaluate the vascular state, for example, mechanical properties such as the hardness and softness of blood vessels.

そこで、上記評価のために、従来から様々な解析が行われてきた。非特許文献1には、フォトプレチスモグラムを利用して、血管壁の力学特性を機械インピーダンスの慣性、粘性、剛性を用いてモデル化し、血管状態を1拍毎に推定する手法が提案されている。上記フォトプレチスモグラムとは、光を対象部位に照射し、その光の透過光を検出して血管状態を計測するためのデータを提供できるものである。
坂根彰、辻敏夫、田中良幸、佐伯昇、河本昌志:プレチスモグラムを利用した血管状態モニタリング、計測制御学会論文集、Vol.40、No12、pp.1236-1242、(2004)
Therefore, various analyzes have been performed for the above evaluation. Non-Patent Document 1 proposes a method that uses photoplethysmogram to model the mechanical characteristics of a blood vessel wall using inertia, viscosity, and rigidity of mechanical impedance, and estimates the blood vessel state for each beat. ing. The photoplethysmogram can provide data for measuring a blood vessel state by irradiating a target site with light and detecting the transmitted light of the light.
Akira Sakane, Toshio Tsuji, Yoshiyuki Tanaka, Noboru Saeki, Masashi Kawamoto: Blood vessel state monitoring using plethysmogram, Journal of Measurement and Control Society, Vol.40, No12, pp.1236-1242, (2004)

しかしながら、インピーダンスの推定に用いられている生体信号の一つであるフォトプレチスモグラムは、光の透過光を利用するため、計測部位の厚さが薄い末梢部に限定されており、動脈硬化が問題となる血管径の大きい動脈が存在する部位においては、上記計測ができないという問題点を有している。   However, the photoplethysmogram, which is one of the biological signals used for impedance estimation, is limited to the peripheral part where the thickness of the measurement site is thin because it uses transmitted light. However, there is a problem that the above measurement cannot be performed at a site where an artery with a large blood vessel diameter exists.

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、計測部位に限定されないストレインゲージプレチスモグラムを用いて血管の動き(血管の径の変化)を計測し、動脈血圧値との対応関係から血管のかたさ、やわらかさを計測する装置を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above problems, and its purpose is to measure the movement of a blood vessel (change in the diameter of the blood vessel) using a strain gauge plethysmogram that is not limited to the measurement site, and An object of the present invention is to provide an apparatus for measuring the hardness and softness of blood vessels from the correspondence with blood pressure values.

本発明に係る血管状態測定装置は、上記課題を解決するために、被験者の心電図を測定して出力するための心電図出力手段と、前記被験者における、動脈を含む部分の外周長さの変化を測定するための外周長さ測定手段と、前記動脈での血圧値を検出するための血圧値検出手段と、前記心電図、外周長さの変化、および血圧値に基づいて、前記動脈の粘性および剛性の少なくとも一方を算出して前記動脈の血管状態を測定するための状態算出手段とを備えていることを特徴としている。   In order to solve the above problems, the blood vessel state measuring apparatus according to the present invention measures an electrocardiogram output means for measuring and outputting an electrocardiogram of a subject, and changes in the outer peripheral length of a portion including the artery in the subject. The blood pressure value detecting means for detecting the blood pressure value in the artery, the electrocardiogram, the change in the peripheral length, and the blood pressure value based on the viscosity and rigidity of the artery. And a state calculating means for calculating at least one of them and measuring the vascular state of the artery.

上記構成によれば、被験者における、動脈を含む部分の外周長さの変化を測定するための外周長さ測定手段、例えばストレインゲージプレチスモグラフィーを設けたので、動脈硬化が問題となる血管径の大きい動脈が存在する部位においても、上記部位の外周長さの変化を測定できる。   According to the above configuration, since the outer circumference length measuring means for measuring the change in the outer circumference length of the part including the artery in the subject, for example, the strain gauge plethysmography, is provided, the blood vessel diameter that causes arteriosclerosis is a problem. Even at a site where a large artery exists, the change in the outer peripheral length of the site can be measured.

よって、上記構成は、上記外周長さの変化の測定結果から、上記血管の容積変化を算出できるので、心電図と血圧値と容積変化に基づいて状態算出手段により上記粘性および剛性の少なくとも一方を算出して、動脈のかたさ、やわらかさを計測できる。   Therefore, since the above configuration can calculate the volume change of the blood vessel from the measurement result of the change in the outer peripheral length, at least one of the viscosity and the rigidity is calculated by the state calculation unit based on the electrocardiogram, the blood pressure value, and the volume change. Thus, the hardness and softness of the artery can be measured.

上記血管状態測定装置では、前記状態算出手段は、前記心電図のR波をトリガーとして前記動脈の血管状態を測定するようになっていることが好ましい。   In the vascular state measuring apparatus, it is preferable that the state calculating means measures the vascular state of the artery using an R wave of the electrocardiogram as a trigger.

上記構成によれば、被験者の心電図のR波つまり心筋が最も収縮した時をトリガー(計測の開始点、終了点)として用いるので、互いに隣り合う各R波間での血圧値の最大値とそれに対応する外周長さの変化とを計測することで、心筋の収縮および拡張に伴う動脈の動きを、より正確に計測できる。   According to the above configuration, the R wave of the subject's electrocardiogram, that is, the time when the myocardium is most contracted, is used as a trigger (measurement start point and end point). By measuring the change in the outer peripheral length, the movement of the artery accompanying the contraction and expansion of the myocardium can be measured more accurately.

上記血管状態測定装置においては、前記外周長さ測定手段は、ストレインゲージプレチスモグラフィーであってもよい。   In the blood vessel state measuring apparatus, the outer peripheral length measuring means may be strain gauge plethysmography.

上記血管状態測定装置では、前記外周長さ測定手段は、動脈の拍動に基づく前記外周長さの変化を測定するようになっていることが望ましい。   In the vascular state measuring device, it is preferable that the outer peripheral length measuring means measures the change in the outer peripheral length based on the pulsation of the artery.

上記構成によれば、動脈の拍動に基づき外周長さの変化を測定するので、静脈止血法といった被験者に負担を強いる測定法を用いる必要がないので、被験者に対し、より安全に被験者の血管状態を測定できる。   According to the above configuration, since the change in the outer peripheral length is measured based on the pulsation of the artery, there is no need to use a measurement method that imposes a burden on the subject such as venous hemostasis. The state can be measured.

上記血管状態測定装置においては、前記血圧値検出手段は、非観血的動脈圧測定部を有していてもよい。   In the vascular state measurement device, the blood pressure value detection means may include a non-invasive arterial pressure measurement unit.

上記構成によれば、血圧値を非観血的に測定するので、動脈中へのカテーテルの穿刺といった被験者に負担を強いる測定法を用いる必要がないので、被験者に対し、より安全に被験者の血管状態を測定できる。   According to the above configuration, since the blood pressure value is measured noninvasively, there is no need to use a measurement method that imposes a burden on the subject such as puncture of the catheter into the artery. The state can be measured.

本発明に係る制御プログラムは、上記課題を解決するために、上記の何れかに記載された血管状態測定装置における各手段を、コンピュータにて実行可能に記載されたことを特徴としている。
本発明に係る記録媒体は、上記課題を解決するために、上記に記載の制御プログラムを、コンピュータにて読み取り可能に記録したことを特徴としている。
In order to solve the above problems, a control program according to the present invention is characterized in that each means in the blood vessel state measuring apparatus described in any of the above is described so as to be executable by a computer.
In order to solve the above problems, a recording medium according to the present invention is characterized in that the control program described above is recorded so as to be readable by a computer.

本発明に係る血管状態測定装置は、以上のように、被験者の心電図を測定して出力するための心電図出力手段と、前記被験者における、動脈を含む部分の外周長さの変化を測定するための外周長さ測定手段と、前記動脈での血圧値を検出するための血圧値検出手段と、前記心電図、外周長さの変化、および血圧値に基づいて、前記動脈の粘性および剛性の少なくとも一方を算出して前記動脈の血管状態を測定するための状態算出手段とを備えている構成である。   As described above, the blood vessel state measuring apparatus according to the present invention measures an electrocardiogram output means for measuring and outputting an electrocardiogram of a subject, and measures a change in the outer peripheral length of a portion including an artery in the subject. Based on the peripheral length measuring means, the blood pressure value detecting means for detecting the blood pressure value in the artery, the electrocardiogram, the change in the peripheral length, and the blood pressure value, at least one of the viscosity and rigidity of the artery is determined. And a state calculation means for calculating and measuring the vascular state of the artery.

それゆえ、上記構成は、動脈を含む部分の外周長さの変化を測定するための外周長さ測定手段を備えているので、動脈硬化が問題となる血管径の大きい動脈が存在する部位においても、上記動脈のかたさ、やわらかさを計測できる。   Therefore, the above configuration includes the outer peripheral length measuring means for measuring the change in the outer peripheral length of the portion including the artery, so that even in a region where an artery having a large blood vessel where arteriosclerosis is a problem exists. The hardness and softness of the artery can be measured.

この結果、上記構成は、血管径の大きい動脈が存在する部位においても、上記動脈のかたさ、やわらかさを計測できるから、動脈硬化などの血管の病変をより確実に評価できるという効果を奏する。   As a result, the above configuration can measure the hardness and softness of the artery even in a region where an artery having a large blood vessel exists, and thus has an effect of more reliably evaluating a vascular lesion such as arteriosclerosis.

本発明に係る血管状態測定装置の一実施形態について図1ないし図10に基づいて説明すると以下の通りである。すなわち、上記血管状態測定装置では、図1に示すように、心電図計(心電図出力手段)2、ストレインゲージプレチスモグラフィー装置(外周長さ測定手段)3、血圧計(血圧値検出手段)4、およびコンピュータ部(状態算出手段)5が設けられている。さらに、上記血管状態測定装置においては、コンピュータ部5にて算出された計測結果、計測時における心電図、プレチスモグラム、血圧値を表示できる、液晶ディスプレイなどのディスプレイ部6を設けてもよい。   An embodiment of a blood vessel state measuring apparatus according to the present invention will be described below with reference to FIGS. That is, in the blood vessel state measuring apparatus, as shown in FIG. 1, an electrocardiograph (electrocardiogram output means) 2, a strain gauge plethysmography apparatus (peripheral length measuring means) 3, a sphygmomanometer (blood pressure value detecting means) 4, A computer unit (state calculation means) 5 is also provided. Further, the blood vessel state measuring device may be provided with a display unit 6 such as a liquid crystal display capable of displaying a measurement result calculated by the computer unit 5, an electrocardiogram at the time of measurement, a plethysmogram, and a blood pressure value.

心電図計2は、被験者1の心臓の動きを示す心電図(ECG:ElectroCardioGram)を測定して出力するためのものである。心電図計2としては、例えば日本コーリン社製のBP−306が挙げられる。   The electrocardiograph 2 is for measuring and outputting an electrocardiogram (ECG: ElectroCardioGram) indicating the movement of the heart of the subject 1. Examples of the electrocardiograph 2 include BP-306 manufactured by Nippon Chorin Co., Ltd.

ストレインゲージプレチスモグラフィー装置3は、被験者1における、例えば前腕(動脈を含む部分)1aの外周長さの変化を測定することによって、前腕1aの容積変化(PLS:PLethySmogram)を計測するためのものである。ストレインゲージプレチスモグラフィー装置3としては、例えばHokanson社製のEC5Rが挙げられる。   The strain gauge plethysmography apparatus 3 is for measuring a change in the volume of the forearm 1a (PLS: PLethySmogram) by measuring, for example, a change in the outer peripheral length of the forearm (part including the artery) 1a in the subject 1. It is. Examples of the strain gauge plethysmography apparatus 3 include EC5R manufactured by Hokanson.

ストレインゲージプレチスモグラフィー装置3は、上記計測のために、紐状のストレインゲージ3aと、装置本体3bと、上記両者を電気的に接続するケーブル3cを備えている。   The strain gauge plethysmography apparatus 3 includes a string-like strain gauge 3a, an apparatus main body 3b, and a cable 3c that electrically connects the two for the measurement.

ストレインゲージ3aは、伸縮性に優れた樹脂チューブ、例えば膜厚が薄いシリコンラバーチューブと、そのシリコンラバーチューブ内に充填された、導電性を有する液体、例えば水銀、またはGa−In溶液と、シリコンラバーチューブ内の両端部にそれぞれ形成された電極とを有している。   The strain gauge 3a includes a resin tube excellent in elasticity, for example, a silicon rubber tube having a thin film thickness, and a conductive liquid, such as mercury or Ga-In solution, filled in the silicon rubber tube, silicon And electrodes formed at both ends of the rubber tube.

よって、ストレインゲージプレチスモグラフィー装置3は、測定対象の動脈1bを含む前腕1aの外周に対し、上記シリコンラバーチューブを巻き付けて使用される。シリコンラバーチューブは、測定対象の動脈1bの血流方向に対し略直交する仮想平面と前腕1aの外周とが交わる仮想線に沿って、巻き付けられることが好ましい。略直交するとは、ほぼ直交していればよく、具体的には、上記血流方向に対し80度以上、より望ましくは85度以上であり、かつ、上記血流方向に対し100度以下、より望ましくは95度以下である。   Therefore, the strain gauge plethysmography apparatus 3 is used by winding the silicon rubber tube around the outer circumference of the forearm 1a including the artery 1b to be measured. The silicon rubber tube is preferably wound along a virtual line where a virtual plane substantially orthogonal to the blood flow direction of the artery 1b to be measured and the outer periphery of the forearm 1a intersect. The term “substantially orthogonal” only needs to be approximately orthogonal, specifically, 80 degrees or more with respect to the blood flow direction, more preferably 85 degrees or more, and 100 degrees or less with respect to the blood flow direction. Desirably, it is 95 degrees or less.

このシリコンラバーチューブを巻き付け、シリコンラバーチューブ内の各電極に電圧を印加して電流を流すと、上記動脈1bの容積変化が血圧値の変化に伴い変化したとき、上記前腕1aにおける、上記巻き付け部の外周長さが変化する。このように外周長さが変化すると、変化した外周に巻き付けられた上記シリコンラバーチューブの長さも変化する。これにより、シリコンラバーチューブ内に充填された、導電性を有する液体における各電極間の距離も変化して、上記液体の各電極間での電気抵抗値が変化する。この電気抵抗値の変化は、ケーブル3cを介して装置本体3bにて検出され、プレチスモグラムを示す電気信号(PLS)としてコンピュータ部5に出力される。   When the silicon rubber tube is wound and a current is applied by applying a voltage to each electrode in the silicon rubber tube, when the volume change of the artery 1b changes with a change in blood pressure value, the winding portion in the forearm 1a The outer perimeter length changes. When the outer peripheral length changes in this way, the length of the silicon rubber tube wound around the changed outer peripheral also changes. As a result, the distance between the electrodes in the conductive liquid filled in the silicon rubber tube also changes, and the electrical resistance value between the electrodes of the liquid changes. This change in electrical resistance value is detected by the apparatus main body 3b via the cable 3c, and is output to the computer unit 5 as an electrical signal (PLS) indicating a plethysmogram.

ストレインゲージプレチスモグラフィー装置3は、図2(a)に示すように、測定対象の動脈1bを含む前腕1aの外周に対し、非加圧状態で使用される。しかしながら、図2(b)に示すように、通常の間接的(非観血的)動脈圧測定法である、静脈止血法といった加圧状態で用いることもできる。非加圧状態と、加圧状態とにおけるプレチスモグラムを図3に示す。図3では、非加圧状態時の動脈1bの拍動部分に対応する拍動部2aと、加圧状態時の動脈1bに順次、血流がたまって、上記動脈1bの径が順次大きくなっていることを示すトレンド部2bとが示されている。   As shown in FIG. 2A, the strain gauge plethysmography apparatus 3 is used in a non-pressurized state with respect to the outer periphery of the forearm 1a including the artery 1b to be measured. However, as shown in FIG. 2B, it can also be used in a pressurized state such as a venous hemostasis method, which is a normal indirect (non-invasive) arterial pressure measurement method. FIG. 3 shows plethysmograms in the non-pressurized state and the pressurized state. In FIG. 3, blood flow accumulates sequentially in the pulsation part 2a corresponding to the pulsation part of the artery 1b in the non-pressurized state and the artery 1b in the pressurized state, and the diameter of the artery 1b increases sequentially. The trend part 2b which shows having shown.

図1に示す、血圧計4は、前腕1aの動脈1b内での血圧値(IBP:Invasive Blood Pressure)を検出するためのものである。血圧計4としては、例えば日本光電社製:SEN−6102Mが挙げられる。血圧計4には、動脈1b内に先端が穿刺されるカテーテル4aと、カテーテル4aからの血液を溜めて血圧を圧電素子などの圧力−電気の変換素子により検出する検出部4bと、検出部4bからの電気信号から血圧値を算出する血圧計本体4cとを備えている。   The blood pressure monitor 4 shown in FIG. 1 is for detecting a blood pressure value (IBP: Invasive Blood Pressure) in the artery 1b of the forearm 1a. An example of the sphygmomanometer 4 is SEN-6102M manufactured by Nihon Kohden Co., Ltd. The sphygmomanometer 4 includes a catheter 4a whose tip is punctured into the artery 1b, a detection unit 4b that collects blood from the catheter 4a and detects a blood pressure by a pressure-electric conversion element such as a piezoelectric element, and a detection unit 4b. And a blood pressure monitor main body 4c for calculating a blood pressure value from an electrical signal from the blood pressure meter.

コンピュータ部5は、心電図の経時的変化、外周長さの変化によるプレチスモグラムの経時的変化、および血圧値の経時的変化に基づいて、動脈1bの力学的特性である粘性および剛性の少なくとも一方を、後述するモデル化によって算出して動脈1bの血管状態を測定できるようになっている。   The computer unit 5 determines at least one of viscosity and stiffness, which are mechanical characteristics of the artery 1b, based on a change with time of the electrocardiogram, a change with time of the plethysmogram due to a change of the outer circumference length, and a change with time of the blood pressure value. The blood vessel state of the artery 1b can be measured by calculating by modeling described later.

図4(a)に、心電図の一例を示す。上記心電図のRは、R波の位置を示す。図4(b)に、上記心電図の経時的な変化に対応した血圧値の一例を示す。図4(c)に、上記血圧値の経時的な変化に対応するプレチスモグラムを示す。   FIG. 4A shows an example of an electrocardiogram. R in the electrocardiogram indicates the position of the R wave. FIG. 4B shows an example of the blood pressure value corresponding to the change over time of the electrocardiogram. FIG. 4C shows a plethysmogram corresponding to the change in the blood pressure value over time.

本発明の血管状態測定装置では、図5に示すように、心電図、プレチスモグラム、および血圧値の各経時的な変化を示す電気信号に含まれるノイズや直流成分などの不要成分を低減するために、上記各電気信号を、それぞれ、バンドパスフィルター(BPF)処理を施してもよい。心電図用のバンドパスフィルターの通過帯域としては、14〜28(Hz)が挙げられる。プレチスモグラム用の、および血圧値用のバンドパスフィルターの通過帯域としては、0.3〜5.0(Hz)がそれぞれ挙げられる。   In the blood vessel state measuring device of the present invention, as shown in FIG. 5, in order to reduce unnecessary components such as noise and DC component included in the electrocardiogram, the plethysmogram, and the electrical signal indicating the change over time of the blood pressure value, Each of the electrical signals may be subjected to band pass filter (BPF) processing. Examples of the passband of the ECG bandpass filter include 14 to 28 (Hz). Examples of the pass band of the band pass filter for the plethysmogram and for the blood pressure value include 0.3 to 5.0 (Hz).

次に、心電図、外周長さの変化、および血圧値に基づいて、動脈1bの力学的特性である粘性および剛性について、動脈1bを粘弾性モデルにモデル化して算出できることを説明する。以下では、説明の便宜のために、まず、上記モデル化、プレチスモグラム、上記力学特性値の算出方法について順に説明する。   Next, it will be described that the viscosity and stiffness, which are the mechanical characteristics of the artery 1b, can be calculated by modeling the artery 1b into a viscoelastic model based on the electrocardiogram, the change in the outer peripheral length, and the blood pressure value. Hereinafter, for convenience of explanation, first, the modeling, the plethysmogram, and the calculation method of the mechanical characteristic value will be described in order.

(血管壁のモデル化)
人体の動脈1bは、図6に示すように、内膜11、中膜12、外膜13の3層から構成され、各々の層には固有の構成因子が含まれる。
(Vessel wall modeling)
As shown in FIG. 6, the human artery 1b is composed of three layers of an intima 11, an intima 12, and an outer membrane 13, and each layer includes a specific constituent factor.

外膜13には、結合組織、エラスチン、コラーゲンといった動脈スティフネスやコンプライアンスに影響を及ぼす因子が含まれていると共に、大動脈の血管壁に栄養素を供給する脈管血管が含まれる。   The outer membrane 13 includes factors affecting arterial stiffness and compliance such as connective tissue, elastin, and collagen, and also includes vascular blood vessels that supply nutrients to the vascular wall of the aorta.

内膜11には、一酸化窒素(NO)やEDHF(endothelium-derived hyperpolarizing factor)などの内皮由来血管作動性物質を産出する脈管内皮が存在する。   The intima 11 contains vascular endothelium that produces endothelium-derived vasoactive substances such as nitric oxide (NO) and EDHF (endothelium-derived hyperpolarizing factor).

中膜12には、エラスチン、コラーゲン等の平滑筋が含まれる。ここで、平滑筋は、交感神経やホルモンによって刺激されると収縮し、血流量を下げる機能を担う。   The media 12 includes smooth muscle such as elastin and collagen. Here, smooth muscle contracts when stimulated by sympathetic nerves or hormones, and has a function of lowering blood flow.

したがって、動脈1bは、中膜12に含まれている平滑筋の作用によって収縮または弛緩する。そこで、本実施形態では、動脈1bの収縮または弛緩の程度を数値化する手段として、動脈1bを機械的なインピーダンス(粘弾性)モデルにモデル化する。   Therefore, the artery 1b contracts or relaxes by the action of smooth muscle contained in the media 12. Therefore, in the present embodiment, the artery 1b is modeled as a mechanical impedance (viscoelasticity) model as means for digitizing the degree of contraction or relaxation of the artery 1b.

図7に、動脈1bのインピーダンスモデルを示す。ここで、インピーダンスパラメータの慣性(M)を無視することとし(M=0)、血流が動脈1bの血管壁に作用する力F(t)と血管壁の変位r(t)とからインピーダンス特性を以下のように表現する。ただし、dr(t)’は、dr(t)の1階微分を示す。   FIG. 7 shows an impedance model of the artery 1b. Here, the inertia (M) of the impedance parameter is ignored (M = 0), and the impedance characteristic is determined from the force F (t) that the blood flow acts on the blood vessel wall of the artery 1b and the displacement r (t) of the blood vessel wall. Is expressed as follows. Here, dr (t) ′ represents the first derivative of dr (t).

dF(t)=Bdr(t)’+Kdr(t) …(1)
ここで、各インピーダンスパラメータB、Kは、それぞれ血管壁の粘性、剛性を示し、r(t)’は血管壁の変位速度、dF(t)=F(t)−F(t0)、dr(t)=r(t)−r(t0)であり、t0は心電図のR波が発生する時刻である。(1)式のインピーダンスパラメータを推定するためにはF(t)、r(t)を計測する必要がある。ここで、F(t)は動脈血圧値を用いて以下のように表現する。
dF (t) = Bdr (t) ′ + Kdr (t) (1)
Here, the impedance parameters B and K indicate the viscosity and rigidity of the blood vessel wall, respectively, and r (t) ′ is the displacement speed of the blood vessel wall, dF (t) = F (t) −F (t0), dr ( t) = r (t) -r (t0), and t0 is the time at which the R wave of the electrocardiogram is generated. In order to estimate the impedance parameter of the equation (1), it is necessary to measure F (t) and r (t). Here, F (t) is expressed as follows using the arterial blood pressure value.

F(t)=kfb(t) …(2)
ここで、kfは比例定数、Pb(t)は動脈1bの血圧値である。一方、四肢の一例としての前腕1aの半径rl(t)の変化を、図8に示す前腕1aの容積変化を示すストレインゲージプレチスモグラムPl(t)の計測値を用いて表現することを試みる。ストレインゲージプレチスモグラム値と前腕1aの半径の変化には以下のような対応関係を得ることができる(R.J.Whitney: The Measurement of Volume Changes in Human Limbs, J. Physiol., Vol.121, pp.1-27, 1953.)。
F (t) = k f P b (t) (2)
Here, k f is a proportionality constant, and P b (t) is a blood pressure value of the artery 1b. On the other hand, the change of the radius r l (t) of the forearm 1a as an example of the limb is expressed using the measured value of the strain gauge plethysmogram P l (t) showing the volume change of the forearm 1a shown in FIG. Try that. The following correspondence can be obtained for the change of the strain gauge plethysmogram value and the radius of the forearm 1a (RJWhitney: The Measurement of Volume Changes in Human Limbs, J. Physiol., Vol. 121, pp. 1-27, 1953.).

l(t)=dC(t)/C*=2drl(t)/rl * …(3)
ここで、C(t)は前腕1aの単位長さあたりの容積を表す。また、dC(t)=C(t)−C*、drl(t)=rl(t)−rl *であり、C*、rl *は、それぞれ、安静時に計測した前腕1aの単位長さあたりの容積、及び前腕1aの半径である。以上の関係より、前腕1aの半径rl(t)と動脈1bの血管半径r(t)が、r(t)=kpl(t)−rmであると仮定すると、
r(t)=kp[(rl */2)Pl(t)+rl *]−rm …(4)
と表現される。
P l (t) = dC (t) / C * = 2 dr l (t) / r l * (3)
Here, C (t) represents the volume per unit length of the forearm 1a. DC (t) = C (t) −C * , dr l (t) = r l (t) −r l * , where C * and r l * are the values of the forearm 1a measured at rest. The volume per unit length and the radius of the forearm 1a. From the above relationships, the blood vessel radius r of the radius r l (t) and arterial 1b of the forearm 1a (t) is Assuming that r (t) = k p r l (t) -r m,
r (t) = k p [(r l * / 2) P l (t) + r l * ] − r m (4)
It is expressed.

ここでkpは比例定数で、rmは前腕1aの半径から動脈を取り除いた長さであり、定数と仮定した。よって、血管壁に作用する力を動脈1bの血圧値Pb(t)(式(2))、動脈1bの血管半径を示すストレインゲージプレチスモグラムPl(t)(式(4))を用いると、(1)式は以下のように書き表される。 Here k p is a proportional constant, r m is the length obtained by removing the artery from the radius of the forearm 1a, was assumed constant. Therefore, the force acting on the blood vessel wall is expressed by the blood pressure value P b (t) (expression (2)) of the artery 1b, and the strain gauge plethysmogram P l (t) (expression (4)) indicating the blood vessel radius of the artery 1b. (1) is expressed as follows.

dPb(t)=Bバー・dPl(t)’+KバーdPl(t) …(5)
ここで、
Bバー=(2/(kfpl *))B、
Kバー=(2/(kfpl *))K …(6)
である。
dP b (t) = B bar · dP l (t) ′ + K bar dP l (t) (5)
here,
B bar = (2 / (k f k p r l * )) B,
K bar = (2 / (k f k p r l * )) K (6)
It is.

次に、図9(a)に示す、ストレインゲージプレチスモグラムPl(t)と、図9(b)に示す、上記Pl(t)の1階微分であるPl(t)’とを用い、上記(5)式から算出された、評価値(Estimated)の血圧値の経時変化を図9(c)に破線にて示した。また、比較のために、血圧値の経時変化の実測値(Measured)を図9(c)に実線にて示した。図9(c)の結果から、評価値と実測値とがよく一致しており、モデル化に基づく上記評価値の有効性が示された。 Next, the strain gauge plethysmogram P l (t) shown in FIG. 9 (a) and P l (t) ′ which is the first derivative of the above P l (t) shown in FIG. 9 (b). The change over time in the blood pressure value of the evaluation value (Estimated) calculated from the above equation (5) is shown by a broken line in FIG. For comparison, the measured value (Measured) of the blood pressure value over time is shown by a solid line in FIG. From the result of FIG. 9C, the evaluation value and the actual measurement value are in good agreement, indicating the effectiveness of the evaluation value based on modeling.

続いて、動脈1bの機械的なインピーダンスを推定できることを示す他の実験例について説明する。まず、実験方法としては、心電図、血圧値、ストレインゲージプレチスモグラムを同時に計測した。各データはサンプリング周波数1kHzでパソコンに保存され、血圧値は左手の肘部位の動脈1b内にカテーテル4aの先端部を挿入して計測し、ストレインゲージプレチスモグラムは同側の肘部位で計測した。   Next, another experimental example showing that the mechanical impedance of the artery 1b can be estimated will be described. First, as an experimental method, an electrocardiogram, a blood pressure value, and a strain gauge plethysmogram were simultaneously measured. Each data is stored in a personal computer at a sampling frequency of 1 kHz, blood pressure is measured by inserting the tip of the catheter 4a into the artery 1b of the left elbow, and a strain gauge plethysmogram is measured at the elbow on the same side. did.

このような血管状態測定装置を用いて、血管弛緩薬(sodium nitroprusside)を被験者1に注入した際における、動脈1bの血管壁の機械的なインピーダンスを推定することを試みた。被験者1は健常な男性(21才)であり、血管弛緩薬の濃度(3パターン、0.375μg/ml、0.75μg/ml、1.5μg/ml)を変化させた際の剛性、粘性の比較を行った。   Using such a vascular state measuring apparatus, an attempt was made to estimate the mechanical impedance of the vascular wall of the artery 1b when a vasorelaxant (sodium nitroprusside) was injected into the subject 1. Subject 1 is a healthy male (21 years old), and the stiffness and viscosity are compared when the concentration of vasorelaxant (3 patterns, 0.375 μg / ml, 0.75 μg / ml, 1.5 μg / ml) is changed. It was.

動脈1bの血管壁インピーダンスを示す指標としてのKバー(剛性)およびBバー(粘性)の算出結果を図10に示す。算出結果より、血管弛緩薬を投与する量の増加に伴い剛性、及び粘性が小さくなる様子が捉えられていることから、本発明の血管状態測定装置は、動脈1bの力学特性を定量的に評価できることが分かる。   FIG. 10 shows the calculation results of K bar (rigidity) and B bar (viscosity) as indices indicating the vascular wall impedance of the artery 1b. From the calculation results, it can be seen that the stiffness and viscosity decrease as the amount of vasorelaxant administered increases, so the vascular state measurement device of the present invention quantitatively evaluates the mechanical characteristics of the artery 1b. I understand that I can do it.

なお、上記実施形態では、血圧値の測定を動脈1b内にカテーテル4aの先端部を穿刺した例を挙げたが、非観血的に血圧値を測定してもよい。   In the above embodiment, the blood pressure value is measured by puncturing the distal end portion of the catheter 4a into the artery 1b. However, the blood pressure value may be measured noninvasively.

非観血的な血圧値の測定法としては、通常の間接的動脈圧測定法である、静脈止血法により、例えば前腕1aの上腕を空気圧にて膨張するカフにて静脈での血流を止め、その空気圧を順次低下させて、血流が流れ出す空気圧の圧力を測定する方法が挙げられる。この場合では、上記カフのみを追加して、上記血流が流れ出す点に関しては、ストレインゲージプレチスモグラフィー装置3を用いることができる(前述のトレンド部2b参照)。   As a non-invasive blood pressure measurement method, venous hemostasis, which is a normal indirect arterial pressure measurement method, is used, for example, to stop blood flow in the vein with a cuff that expands the upper arm of the forearm 1a with air pressure. The method of measuring the pressure of the air pressure from which the blood flow begins to flow by decreasing the air pressure sequentially. In this case, the strain gauge plethysmography device 3 can be used for the point where only the cuff is added and the blood flow begins to flow (see the trend part 2b described above).

また、非観血的な血圧値の他の測定法としては、測定対象の動脈1bにおける下流側の動脈、例えば指先の動脈の血圧値を、フォトプレチスモグラフィーにより測定する方法が挙げられる。   Further, as another method for measuring the non-invasive blood pressure value, there is a method of measuring the blood pressure value of the artery on the downstream side of the artery 1b to be measured, for example, the artery at the fingertip by photoplethysmography.

なお、以上の実施形態で説明した血管状態測定装置の各手段を、コンピュータにて実行可能な制御プログラムとして上記コンピュータに読み込ませることによって実現させてもよく、この制御プログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に、記録したものとしてもよい。この結果、上記制御プログラムを記録した記録媒体を持ち運び自在に提供することができる。   Note that each unit of the blood vessel state measurement apparatus described in the above embodiments may be realized by causing the computer to read the control program as a computer-executable control program. Alternatively, it may be recorded. As a result, it is possible to provide a portable recording medium on which the control program is recorded.

なお、この記録媒体としては、マイクロコンピュータで処理が行われるために図示していないメモリ、例えばROM(Read only memory)のような、そのものがプログラムメディアであってもよいし、また、図示していないが外部記憶装置としてプログラム読み取り装置が設けられ、そこに記録媒体を挿入することで読み取り可能なプログラムメディアであってもよい。   The recording medium may be a program medium such as a memory (not shown) such as a ROM (Read Only Memory), which is not shown because the processing is performed by a microcomputer. Although not provided, a program reading device may be provided as an external storage device, and the program medium may be read by inserting a recording medium therein.

いずれの場合においても、格納されているプログラムはマイクロプロセッサがアクセスして実行させる構成であってもよいし、あるいは、いずれの場合もプログラムを読み出し、読み出されたプログラムは、マイクロコンピュータの図示されていないプログラム記憶エリアにダウンロードされて、そのプログラムが実行される方式であってもよい。このダウンロード用のプログラムは予め本体装置に格納されているものとする。   In any case, the stored program may be configured to be accessed and executed by the microprocessor, or in any case, the program is read and the read program is illustrated in the microcomputer. The program may be downloaded to a non-program storage area and executed. It is assumed that this download program is stored in the main device in advance.

ここで、上記プログラムメディアは、本体と分離可能に構成される記録媒体であり、磁気テープやカセットテープ等のテープ系、フロッピー(登録商標)ディスクやハードディスク等の磁気ディスクやCD−ROM/MO/MD/DVD等の光ディスクのディスク系、ICカード(メモリカードを含む)/光カード等のカード系、あるいはマスクROM、EPROM(Erasable Programmable Read Only Memory)、EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read Only Memory)、フラッシュROM等による半導体メモリを含めた固定的にプログラムを担持する媒体であってもよい。   Here, the program medium is a recording medium configured to be separable from the main body, such as a tape system such as a magnetic tape or a cassette tape, a magnetic disk such as a floppy (registered trademark) disk or a hard disk, or a CD-ROM / MO /. Disk systems for optical disks such as MD / DVD, card systems such as IC cards (including memory cards) / optical cards, mask ROM, EPROM (Erasable Programmable Read Only Memory), EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory), flash It may be a medium that carries a fixed program including a semiconductor memory such as a ROM.

また、本実施形態においては、コンピュータ部5を、インターネットを含む通信ネットワークと接続可能な構成とし、通信ネットワークからプログラムをダウンロードするように流動的に制御プログラムを担持する媒体であってもよい。なお、このように通信ネットワークから制御プログラムをダウンロードする場合には、そのダウンロード用プログラムは予め本体装置に格納しておくか、あるいは別な記録媒体からインストールされるものであってもよい。上記記録媒体は、コンピュータ部5に備えられるプログラム読み取り装置により読み取られることで上述した処理が実行される。   In the present embodiment, the computer unit 5 may be configured to be connectable to a communication network including the Internet, and may be a medium that fluidly carries a control program so as to download the program from the communication network. When the control program is downloaded from the communication network in this way, the download program may be stored in the main device in advance or installed from another recording medium. The recording medium is read by a program reading device provided in the computer unit 5 to execute the above-described processing.

本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、上述した実施形態において開示された各技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。   The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications are possible within the scope shown in the claims, and the embodiments can be obtained by appropriately combining the respective technical means disclosed in the above-described embodiments. The form is also included in the technical scope of the present invention.

本発明の血管状態測定装置、制御プログラム、記録媒体は、動脈硬化などの血管の病変をより確実に評価できるので、血管の疾患をより確実に把握できることによって、医学の分野に好適に利用できる。   The blood vessel state measuring apparatus, control program, and recording medium of the present invention can be used in the medical field because the blood vessel disease such as arteriosclerosis can be more reliably evaluated.

本発明の血管状態測定装置を被験者に用いた際の概観を示し、(a)は構成図であり、(b)は、上記(a)の要部拡大図である。An outline at the time of using a blood vessel state measuring device of the present invention for a subject is shown, (a) is a lineblock diagram and (b) is an important section enlarged view of the above (a). 上記血管状態測定装置での計測時における前腕を示し、(a)は、上記前腕への非加圧状態を示し、(b)は、上記前腕への加圧状態を示す。The forearm at the time of measurement by the blood vessel state measuring device is shown, (a) shows a non-pressurized state on the forearm, and (b) shows a pressurized state on the forearm. 上記前腕への非加圧状態時(拍動部分)と、上記前腕への加圧状態時(トレンド部分)とにおける、上記前腕の容積変化をそれぞれ示すプレチスモグラムである。It is a plethysmogram which respectively shows the volume change of the said forearm in the time of the non-pressurization state to the forearm (pulsation part), and the time of the pressurization state to the forearm (trend part). 上記血管状態測定装置の一計測結果を示すグラフであり、(a)は、心電図、(b)は、動脈の血圧値、(c)は、プレチスモグラムを示す。It is a graph which shows one measurement result of the above-mentioned blood vessel state measuring device, (a) shows an electrocardiogram, (b) shows a blood pressure value of an artery, and (c) shows a plethysmogram. 上記一計測結果をフィルタ処理した例を示すグラフであり、(a)は、上記心電図、(b)は、上記プレチスモグラム、(c)は、上記動脈の血圧値を示す。It is a graph which shows the example which filtered the said one measurement result, (a) is the said electrocardiogram, (b) is the said plethysmogram, (c) shows the blood pressure value of the said artery. 被験者の動脈血管における一部破断の斜視図である。It is a partially broken perspective view in a test subject's arterial blood vessel. 上記血管状態測定装置での動脈の血管の機械的インピーダンス(剛性、粘性)のモデル化を示すブロック図である。It is a block diagram which shows modeling of the mechanical impedance (rigidity, viscosity) of the blood vessel of the artery in the said blood vessel state measuring apparatus. 上記血管の拍動による径変化に伴う被験者の前腕の変化を示す、上記前腕の要部断面図である。It is principal part sectional drawing of the said forearm which shows the change of the test subject's forearm accompanying the diameter change by the said pulsation of the blood vessel. 上記モデル化の有効性を示すグラフであり、(a)は、モデル化によるプレチスモグラム、(b)は、上記プレチスモグラムの1階微分、(c)は、血圧値の実測値(Measured)を実線で、上記プレチスモグラムと、上記プレチスモグラムの1階微分とにより算出されて評価された血圧値の評価値(Estimated)を破線にて示す。It is a graph which shows the effectiveness of the said modeling, (a) is the plethysmogram by modeling, (b) is the 1st derivative of the said plethysmogram, (c) is the measured value (Measured) of a blood pressure value with a continuous line. The evaluation value (Estimated) of the blood pressure value calculated and evaluated by the plethysmogram and the first derivative of the plethysmogram is indicated by a broken line. 上記血管状態測定装置での動脈の力学特性を定量的に評価できることを、血管弛緩剤の投与量を代えて示した結果のグラフであり、(a)はKバー(剛性)、(b)はBバー(粘性)を示す。It is the graph of the result which showed that the mechanical characteristic of the artery in the said vascular state measuring apparatus can be evaluated quantitatively, changing the dosage of the blood vessel relaxant, (a) is K bar (rigidity), (b) is B bar (viscosity) is shown.

符号の説明Explanation of symbols

1 被験者
1a 前腕(動脈を含む部分)
1b 動脈
2 心電図計(心電図出力手段)
3 プレチスモグラフィー装置(外周長さ測定手段)
4 血圧計(血圧値検出手段)
5 コンピュータ部(状態算出手段)

1 Subject 1a Forearm (part including arteries)
1b artery 2 electrocardiograph (electrocardiogram output means)
3 Plethysmography device (peripheral length measuring means)
4 Sphygmomanometer (blood pressure detection means)
5 Computer part (state calculation means)

Claims (6)

被験者の心電図を測定して出力するための心電図出力手段と、
前記被験者における、動脈を含む部分の前記動脈の血圧値の経時変化による外周長さの変化を測定して、前記動脈の血管壁における、前記血圧値による経時的な変位および前記変位の変位速度を検出するための外周長さ測定手段と、
前記血圧値を検出するための血圧値検出手段と、
前記心電図、前記変位および前記変位速度、および前記血圧値に基づいて、前記動脈の粘性および剛性の少なくとも一方を算出して前記動脈の血管状態を測定するための状態算出手段とを備え
前記外周長さ測定手段は、ストレインゲージプレチスモグラフィーであることを特徴とする血管状態測定装置。
An electrocardiogram output means for measuring and outputting the electrocardiogram of the subject;
In the subject, the change in the outer peripheral length due to the temporal change in the blood pressure value of the artery including the artery is measured, and the displacement over time and the displacement speed of the displacement in the blood vessel wall of the artery are measured. An outer peripheral length measuring means for detecting;
Blood pressure value detecting means for detecting the blood pressure value;
A state calculating means for calculating at least one of viscosity and rigidity of the artery based on the electrocardiogram, the displacement and the displacement speed, and the blood pressure value, and measuring the vascular state of the artery ;
The peripheral length measuring means, the blood vessel measuring apparatus according to claim strain gauge plethysmography der Rukoto.
前記状態算出手段は、前記心電図のR波をトリガーとして前記動脈の血管状態を測定するようになっていることを特徴とする請求項1に記載の血管状態測定装置。   The vascular state measuring apparatus according to claim 1, wherein the state calculating means measures the vascular state of the artery using an R wave of the electrocardiogram as a trigger. 前記外周長さ測定手段は、動脈の拍動に基づく前記外周長さの変化を測定するようになっていることを特徴とする請求項1または2に記載の血管状態測定装置。 The blood vessel state measuring device according to claim 1 or 2 , wherein the outer peripheral length measuring means measures a change in the outer peripheral length based on the pulsation of an artery. 前記血圧値検出手段は、非観血的動脈圧測定部を有していることを特徴とする請求項1ないしの何れか1項に記載の血管状態測定装置。 The vascular state measuring device according to any one of claims 1 to 3 , wherein the blood pressure value detecting means includes a non-invasive arterial pressure measuring unit. 被験者の心電図を測定し、
前記被験者における、動脈を含む部分の前記動脈の血圧値の経時変化による外周長さの変化をストレインゲージプレチスモグラフィーにより測定し、
前記外周長さの変化による、前記動脈の血管壁における、前記血圧値による経時的な変位および変位速度を検出し、
前記血圧値を検出し、
前記心電図、前記変位および前記変位速度、および前記血圧値に基づいて、前記動脈の粘性および剛性の少なくとも一方を算出して前記動脈の血管状態を測定することを、コンピュータにて実行可能に記載された制御プログラム。
Measure the subject's ECG,
In the subject, the change in the peripheral length due to the change over time of the blood pressure value of the artery including the artery is measured by strain gauge plethysmography,
Detecting a displacement and a displacement speed over time according to the blood pressure value in a blood vessel wall of the artery due to a change in the outer peripheral length;
Detecting the blood pressure value;
And calculating at least one of viscosity and rigidity of the artery based on the electrocardiogram, the displacement and the displacement speed, and the blood pressure value, and measuring the vascular state of the artery. Control program.
請求項に記載の制御プログラムを、コンピュータにて読み取り可能に記録した記録媒体。

A recording medium in which the control program according to claim 5 is recorded so as to be readable by a computer.

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