JP5006509B2 - 脈波伝搬速度測定装置において脈波伝搬速度を測定する脈波伝搬速度測定方法 - Google Patents

Description

本発明は、脈波伝搬速度測定装置において脈波伝搬速度を測定する脈波伝搬速度測定方法に関する。

従来より、動脈硬化の指標の１つとして脈波伝搬速度（Ｐｌｕｓｅ Ｗａｖｅ Ｖｅｌｏｃｉｔｙ（ＰＷＶ））が用いられている。このＰＷＶは、心臓が動脈に血液を送り出す際の血管壁圧の伝搬速度をいい、硬化した血管ほど高速に伝搬することを利用してこのＰＷＶを動脈硬化の指標とするものである（特許文献１，２参照）。

この脈波伝搬速度（ＰＷＶ）を計測するには、動脈に沿った２点間の脈波伝搬時間が測定され、その脈波伝搬時間をその２点間の動脈の長さで割り算するという手法が用いられる。したがってＰＷＶを計測するには、脈波伝搬時間を正確に測定することが必要となる。

図１は、脈波伝搬速度ＰＷＶの従来の測定法を示す模式図、図２はＰＷＶ測定時の各種波形を示した図である。

ここでは、図１に示すように、上腕と足首にそれぞれ上腕カフ２１と足首カフ２２を巻く。また心臓と足首との間の距離Ｌを巻尺で測定する。さらに、上腕カフ２１と足首カフ２２とにより、それぞれ上腕部、足首の脈波をピックアップし、それとともに心音マイクにより心音をピックアップする。また、ここでは心電図も測定している。

これらの心音および脈波をピックアップして得られた心音波形および脈波波形から、心臓と足首との間の脈波伝搬時間Ｔを求める。距離Ｌを脈波伝搬時間Ｔで割り算することにより脈波伝搬速度ＰＷＶが求められる。動脈硬化の指標として脈波伝搬速度ＰＷＶ自体を採用する場合と、その脈波伝搬速度ＰＷＶを更なる演算の変数として用いて動脈硬化の指標を算出する場合とがある。

心臓から足首までの脈波伝搬時間Ｔは、図１に示すように、心臓の大動脈弁の開放時点から脈波が上腕に達した時点までの時間ｔ’ｂと、脈波が上腕に達した時点から脈波が足首に達した時点までの時間ｔｂａとを足し算した時間である。

図２（Ａ）は大動脈弁の開閉動作のタイミングを示しており、図２（Ｂ）〜図２（Ｅ）は、大動脈弁の開閉動作を含む心臓の動きに基づく各種波形を示している。図２（Ｂ）〜図２（Ｅ）は、それぞれ、心電図、心音図、上腕動脈波および下腿動脈波の波形である。

図２（Ｄ）の上腕動脈波および図２（Ｅ）の下腿動脈波は、それぞれ、図１に示す上腕用カフ２１、および足首用カフ２２の圧力変化をピックアップすることにより得られた、それぞれ上腕および足首の各脈波である。

心臓から足首までの脈波伝搬時間Ｔは、図２（Ｅ）に示すように、大動脈弁開のタイミングから下腿動脈波の立ち上がりまでの時間であるが、この脈波伝搬時間Ｔは、理論上は、大動脈弁開のタイミングから図２（Ｄ）の上腕動脈波の立ち上がりのタイミングまでの時間ｔ’ｂと、図２（Ｄ）の上腕動脈波の立ち上がりのタイミングから図２（Ｄ）の下腿動脈波の立ち下がりのタイミングまでの時間ｔｂａとを加算することにより求められる。大動脈弁開のタイミングを含むその前後で発せられる心音はＩ音と呼ばれるが、このＩ音には大動脈弁の開放音だけでなく他の音も混在しており、そのＩ音から大動脈弁開のタイミングを知ることは単純にはできない。そこで、ここでは、大動脈弁の閉鎖音発生のタイミングから、その大動脈弁閉鎖に起因して上腕動脈波にあらわれる切痕（ｄｉｃｒｏｔｉｃ ｎｏｔｃｈ）までの時間ｔｂを測定する（特許文献２参照）。この時間ｔｂは、大動脈弁開から上腕動脈波の立ち上がりまでの時間ｔ’ｂと同一であることから、
Ｔ＝ｔｂ＋ｔｂａ
により、心臓から足首までの脈波伝搬時間Ｔが求められる。

上記の測定法により心臓から足首までの脈波伝搬時間Ｔを求め、心臓と足首との間の距離Ｌを巻尺で測り、下記式（１）に示すようにして脈波伝搬時間Ｔで距離Ｌを割り算することにより、心臓から足首までの脈波伝搬速度ＰＷＶが求められる。

ＰＷＶ＝Ｌ／Ｔ ……（１）
特許第３１４０００７号公報 特開２００３−２９０１６０号公報

ところが心臓から足首までの脈波伝搬速度ＰＷＶに基づく動脈硬化の指標を採用すると、心臓から足首までの間に末梢動脈を含むので、自律神経等の影響による血管反射反応が起こり、その反応の程度により脈波伝搬時間が非常に大きく変化し、正確に測定できないことがある。

本発明は、上記事情に鑑み、測定の簡便さを保ったまま脈波伝搬速度を高精度に測定することができる脈波伝搬速度測定装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成する本発明の脈波伝搬速度測定装置は、
膝部位の脈波を検出する第１の脈波センサと、
膝部位を除く他の所定の第２部位の脈波を検出する第２の脈波センサと、
心音を検出する心音センサと、
心音センサにより検出された心音、並びに、上記第１および第２の脈波センサで検出された脈波に基づいて、心臓と膝部位との間の脈波伝搬速度を求める演算部とを備えたことを特徴とする。

ここで、本発明の脈波伝搬速度測定装置において、膝用カフを備え、上記第１の脈波センサがその膝用カフの圧変化を検出するセンサであってもよく、また、本発明の脈波伝搬速度測定装置において、上腕部用カフを備え、上記第２の脈波センサがその上腕部用カフの圧変化を検出するセンサであってもよい。

従来、膝と足首との間の脈波伝搬速度は速いと思われていたが、本発明者らの計測によると、大動脈弁口と股下との間の脈波伝搬速度に比し、股下と膝との間の脈波伝搬速度は極めて速く、一方、膝と足首との間の脈波伝搬速度は大動脈での脈波伝搬速度に近く遅い時と、刺激による反応で速くなる時があることが判明した。

また、股下の脈波測定に関しては脈波プローブの装着に難があり、簡便な測定はできず、また羞恥心も作用し臨床上の普及が防げられている。

これに対し、膝は、動脈が体表近くに出ている部位であり、羞恥心なく簡便にカフを装着でき簡便な計測を行なうことができ、かつ、心臓と膝との間は心臓と足首との間と比べ全長に対する大動脈の部分の割合が高く、その分、筋性血管の影響を受けにくいという長所を有する。

したがって、心臓と膝との間の脈波伝搬速度を測定することにより脈波伝搬速度が高精度かつ簡便に求められる。

以上説明したように、本発明によれば、測定の簡便さを保ったまま脈波伝搬速度を高精度に測定することができる。

以下、本発明の実施形態について説明する。

図３は、本発明の脈波伝搬速度測定装置の一実施形態を含む生体計測装置を示すブロック構成図である。

この生体計測装置１０は、心音マイク１１１と、上腕用カフ１１３と、膝用カフ１１４と、２つの心電センサ１１５，１１６とを備えている。

心音マイク１１１は、被検者２０の心臓２１の音（心音）をピックアップすべく、その心臓の近傍に貼着されている。また、上腕用カフ１１３は左上腕に巻回され、膝用カフ１１４は左膝に巻回されている。これら上腕用カフ１１３および膝用カフ１１４では、それぞれ左上腕、左膝の脈波がピックアップされる。さらに、２つの心電センサ１１５，１１６ではそれぞれ右手首、左手首の心電波形がピックアップされる。

また、この生体計測装置１０は、さらにアナログ処理部１２、Ａ／Ｄ変換部１３、およびデジタル処理部１４を備えている。

２つの心電センサ１１５，１１６でピックアップされた心電波形は、心電増幅器１２１に入力されて増幅されＡ／Ｄ変換部１３でデジタル信号に変換されてデジタル処理部１４に伝えられる。

また、心音マイク１１１でピックアップされた心音は、心音増幅器１２２に入力されて増幅され、さらにＡ／Ｄ変換部１３によりデジタル信号に変換されてデジタル処理部１４に伝えられる。

また、上腕用カフ１１３および膝用カフ１１４には、空気ポンプ１３１，１３２のそれぞれにより、各所定のカフ圧となるように空気が送り込まれ、それぞれの圧センサ１３３，１３４でカフ圧の微小変化が捉えることにより左上腕および左膝の脈波がピックアップされる。圧センサ１３３，１３４でピックアップされた脈波は増幅器１３５，１３６でそれぞれ増幅されてＡ／Ｄ変換部１３に入力され、デジタル信号に変換される。

デジタル処理部１４には、ＣＰＵ１４１，メモリ１４２、表示装置１４３、記録装置１４４、操作装置１４５、およびポンプ制御装置１４６が備えられており、それら相互間とさらにＡ／Ｄ変換部１３との間はバス１４７で相互に接続されている。

ＣＰＵ１４１では各種のプログラムが実行され、これにより、ＣＰＵ１４１は、生体計測装置１０の各部の制御を担う。またメモリ１４２は、ＣＰＵ１４１で実行される各種プログラムやＡ／Ｄ変換部１３から伝送されてきた各種データを格納する役割りを担っている。また、表示装置１４３は、表示画面上に心電図や脈波等の各種波形やデータを表示し、記録装置１４４は、それらの各種波形やデータをプリント出力する。さらに操作装置１４５は、オペレータの操作によりこの生体計測装置１０に各種指示を入力するためのものである。さらにポンプ制御装置１４６は、２つのポンプ１３１，１３２の動作を制御するためのものである。

ここで、ＣＰＵ１４１では、上記のようにしてＡ／Ｄ変換部１３でディジタル信号に変換されて伝達されてきた各種信号に基づいて、心臓２１（大動脈弁口）から膝までの間の脈波伝搬速度ＰＷＶが求められる。心臓２１（大動脈弁口）から膝までの間の脈波伝搬速度ＰＷＶの求め方は、図２を参照して説明した心臓から足首までの脈波伝搬速度の求め方の説明における「足首」および図２（Ｅ）の「下腿動脈波」をそれぞれ「膝」および「膝で測定した脈波」と読み替えればよく、求め方自体は同一であり、ここでの重複説明は省略する。

ここでは、寒冷昇圧試験を行ない、寒冷昇圧刺激前（血圧変化前）と寒冷昇圧刺激後（血圧変化後）における、脈波伝搬速度ＰＷＶの変化を観察した。以下、ここでの説明に用いる記号について説明し、次いで寒冷昇圧試験結果について説明する。

図４は、ここで用いる、人体の各部位等の記号の説明である。

ここでは、上腕、心臓、股下、膝、および足首を、それぞれ、Ｂ，Ｈ，Ｆ，Ｋ，およびＡで表わす。また、心臓Ｈと股下Ｆとの間の距離、股下Ｆと膝Ｋとの間の距離、膝Ｋと足首Ａとの間の距離を、それぞれ、Ｌ１，Ｌ２，およびＬ３で表わし、心臓Ｈから股下Ｆまでの脈波伝搬時間、股下Ｆから膝Ｋまでの脈波伝搬時間、および膝Ｋから足首Ａまでの脈波伝搬時間を、それぞれ、Ｔ１，Ｔ２，およびＴ３で表わす。さらに、心臓Ｈから股下Ｆまでの間の脈波伝搬速度、股下Ｆから膝Ｋまでの脈波伝搬速度、および膝Ｋから足首Ａまでの脈波伝搬速度を、それぞれ、ｈｆＰＷＶ，ｆｋＰＷＶ，およびｋａＰＷＶで表わす。さらに、心臓Ｈから膝Ｋまでの脈波伝搬速度、および心臓Ｈから足首Ａまでの脈波伝搬速度を、それぞれ、ｈｋＰＷＶおよびｈａＰＷＶで表わす。

表１に、あるひとりの被検者（５９才、男性）についての寒冷昇圧試験結果を示す。

この表１から、寒冷昇圧刺激前後で、Ｔ１，Ｔ２に比べＴ３が大きく変化していること、およびその結果、寒冷昇圧刺激前後でｈｆＰＷＶ，ｆｋＰＷＶは安定しており、したがってｈｋＰＷＶが安定していること、それと比べ、ｈａＰＷＶが大きく変化していることが分かる。

図５は、心臓Ｈから足首Ａまでの脈波伝搬時間比（図５（Ａ））および心臓Ｈから膝Ｋまでの脈波伝搬時間比（図５（Ｂ））を示す図である。

心臓Ｈから足首Ａまで脈波伝搬時間Ｔは、図４に示すように、
Ｔ＝Ｔ１＋Ｔ２＋Ｔ３
で表わされる。

ここでは、全体の時間Ｔを１００％とし、その全体の時間Ｔを構成する各時間Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３をその全体の時間Ｔに対する％で表現すると、寒冷昇圧刺激前後でＴ３が大きく変化する結果、図５（Ａ）に示すようにその刺激前後でＴ１，Ｔ２，Ｔ３の比率が大きく変化している。

一方、心臓Ｈから膝Ｋまでの脈波伝搬時間Ｔは、図４に示すように、
Ｔ＝Ｔ１＋Ｔ２
で表わされ、この全体の時間Ｔを１００％としＴ１およびＴ２を％で表現すると、図５（Ｂ）に示すように、寒冷昇圧刺激前後でＴ１とＴ２の比率はほとんど変化しない。

この図５に示す分析結果からも、心臓Ｈから膝Ｋまでの脈波伝搬速度が安定していることが分かる。

図６は、複数の被検者に対する、心臓Ｈから膝Ｋまでの間の脈波伝搬速度の測定結果を示す図、図７は、同一の複数の被検者に対する、心臓Ｈから足首Ａまでの間の脈波伝搬速度の測定結果を示す図である。

図６、図７において、横軸は、コントロール（寒冷昇圧刺激前の脈波伝搬速度）を表わし、横軸は反応後（寒冷昇圧刺激後の脈波伝搬速度）を表わしている。斜めの破線はコントロールと反応後とが一致する点を結ぶ直線である。

図６と図７とを比較すると、これらの図からも、心臓Ｈから膝Ｆまでの間の脈波伝搬速度（図６）の方が、心臓Ｈから足首Ａまでの間の脈波伝搬速度（図７）よりも、寒冷昇圧刺激（血圧の変化）の前後で安定していることが分かる。

尚、ここでは、図３に示すように上腕用カフ１１３と膝用カフ１１４を備え、上腕と膝の脈波を測定したが、上腕用カフ１１３に代えて手首用カフを備え、手首と膝の脈波を検出してもよい。この場合も、図２（Ｄ）を手首の動脈波と読み替えて、図２を参照して説明した測定法をそのまま採用することができる。

また、ここでは、脈波を検出するにあたりカフを採用したが脈波センサとして他のタイプの脈波センサを採用してもよい。

脈波伝搬速度ＰＷＶの従来の測定法を示す模式図である。 ＰＷＶ測定時の各種波形を示した図である。 本発明の脈波伝搬速度測定装置の一実施形態を含む生体計測装置を示すブロック構成図である。 人体の各部位等の記号の説明である。 心臓から足首までの脈波伝搬時間比および心臓から膝までの脈波伝搬時間比を示す図である。 複数の被検者に対する、心臓から膝までの間の脈波伝搬速度の測定結果を示す図である。 複数の被検者に対する、心臓から足首までの間の脈波伝搬速度の測定結果を示す図である。

符号の説明

１０ 生体計測装置
１２ アナログ処理部
１３ Ａ／Ｄ変換部
１４ デジタル処理部
２０ 被検者
２１ 心臓
１１１ 心音マイク
１１３ 上腕用カフ
１１４ 膝用カフ
１１５，１１６ 心電センサ
１２１ 心電増幅器
１２２ 心音増幅器
１３１，１３２ 空気ポンプ
１３３，１３４ 圧センサ
１３５，１３６ 増幅器
１４１ ＣＰＵ
１４２ メモリ
１４３ 表示装置
１４４ 記録装置
１４５ 操作装置
１４６ ポンプ制御装置
１４７ バス

Claims (1)

1. 膝に巻回される膝用カフと、該膝用カフの圧変化を検出することで動脈が体表近くに出た膝での脈波を検出する第１の脈波センサと、上腕部に巻回される上腕部用カフと、該上腕部用カフの圧変化を検出することで上腕部での脈波を検出する第２の脈波センサと、心音を検出する心音センサと、脈波伝搬速度を求める演算部とを備えた脈波伝搬速度測定装置において脈波伝搬速度を測定する脈波伝搬速度測定方法であって、
   前記膝用カフが膝に巻回されるとともに前記上腕部用カフが上腕部に巻回され、
   前記第１の脈波センサが、動脈が体表近くに出た膝での脈波を検出し、
   前記第２の脈波センサが上腕部での脈波を検出し、
   前記心音センサが心音を検出し、
   前記演算部が前記心音センサにより検出された心音、並びに、前記第１脈波センサで検出された膝での脈波、および、第２の脈波センサで検出された上腕部での脈波に基づいて、心臓と該膝との間の脈波伝搬速度を求めることを特徴とする脈波伝搬速度測定方法。

Images