JP5842539B2 - 測定装置、測定装置の作動方法および測定プログラム - Google Patents
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Description
本実施の形態に係る測定方法は、動脈瘤を、弾性管路の部分的な拡張に見立てて、透過する脈波の損失に着目したものである。このような動脈瘤のモデルを、全身動脈の脈波伝播モデルに適用することで、周波数特性の変化から、動脈瘤の有無および/または大きさ(内半径および長さ)を評価する。
<b1:モデル化>
本実施の形態においては、被験者の血管経路を複数区間に区切り、各区間を一次元線形分布定数モデル化することで、血管経路を示す伝達関数を算出する。この伝達関数は、脈波が血管を伝播する力学的なモデルから解析的に算出される。
次に、図1に示すようなモデルにおいて、心臓から送出される脈波の伝播に係る力学的および物理的な観点から、数学的な解析を行なう。
次に、動脈瘤を模した中間部の形状(内半径および長さ)が変化することによる影響について検討する。これは、後述するように、動脈瘤の大きさと実際に観測される脈波との関係をモデル上において評価することを意味する。以下では、中間部の内半径RA、ヤング率EA、長さdがそれぞれ変化した場合の透過損失への影響を検討する。
まず、内半径RAの変化について検討する。ここで、式変形および評価の便宜上、周辺部((0−1)区間および(2−3)区間)の内半径RBに対する中間部((1−2)区間)の内半径RAの比αRを導入する。すなわち、比αRは、次の式(26)のように表わすことができる。
(1)透過損失Tの極大値は、周辺部の内半径RBに対する中間部の内半径RAの比αRの増加に伴って大きくなる。
次に、動脈瘤を模した中間部の長さdの変化について検討する。長さdは、上述の式(21)より中間部の伝播定数γAに影響を与えず、かつ、上述の式(24)より中間部の特性インピーダンスZ0Aにも影響を与えない。したがって、式(30)に式(22)を代入して、角周波数ωfについて解くと、次の式(32)を導出できる。
次に、ヤング率の変化について検討する。ここで、式変形および評価の便宜上、周辺部((0−1)区間および(2−3)区間)のヤング率に対する中間部((1−2)区間)のヤング率の比αEを導入する。すなわち、比αEは、次の式(33)のように表わすことができる。
(i)透過損失のシミュレーション
次に、上述した透過損失Tを示す式に基づいて、脈波が動脈瘤を通過することにより生じる透過損失の変化について検討する。上述の式(17)より、点0と点3との間の圧力p0,p3の透過損失を計算して、脈波伝播への影響を求める。ここでは、腹部に生じる大動脈瘤を想定し、腹動脈(Abdominal aorta)に近い値として、次の表1に示す諸元を採用した。
次に、全身動脈の脈波伝播モデルを用いて、上述の伝達関数に現れる特徴について検討する。より具体的には、血管壁および血液の粘性の影響、血管径のテーパの影響、血管の分岐および末梢の影響、伝達関数測定点の影響を含めた場合でも、動脈瘤が検出可能であることを確認する。
以上のような解析的アプローチによれば、動脈瘤を検出するために、以下のような点に着目すればよいと言える。
したがって、動脈瘤の存在は、透過損失Tの大きさおよび基本周波数により推定でき、動脈瘤の大きさ(内径および長さ)は、全体のヤング率の計測により推定できる。
2.伝達関数のゲイン(振幅)が極値(極大値/極小値)をとる周波数間隔(基本周波数)に基づいて、動脈瘤の長さを推定する。このとき、伝達関数の位相変化は、基本周波数に対応する。
次に、上述したような解析的な検討に基づいて、被験者の動脈瘤の有無および/または大きさを検出するための具体的な装置構成について説明する。
図12を参照して、測定装置100は、処理部2と、表示部4と、操作部6と、測定部20a,20bとを含む。
<d1:概要>
実施の形態1として、それぞれ検出された脈波信号から、押圧カフ24aが装着された計測位置(被験者の心臓から動脈瘤の発生が予想される部分を経た血管経路の計測位置)と、押圧カフ24bが装着された計測位置(被験者の心臓から動脈瘤の発生が予想される部分とは異なる部分を経た血管経路の計測位置)との間の圧力の伝達関数を算出し、この算出した伝達関数を用いて、動脈瘤の有無および/または大きさを検出する構成について説明する。実施の形態1においては、伝達関数に関する位相差特性のばらつき度合いに基づいて、動脈瘤の有無を検出する。上述したように、伝達関数の位相線図では、基本周波数ごとに位相が180度変化することになる。基本周波数が低い(狭い)場合には、より多くの頻度でこの位相が生じることになる。また、基本周波数は、動脈瘤の長さに反比例するので、基本周波数が相対的に低い(狭い)場合には、動脈瘤が存在する確率が高いといえる。したがって、ばらつき度合いが大きいほど、動脈瘤が存在する確率が高いと判断できる。
図13は、実施の形態1に係る動脈瘤を検出するための処理を実現する機能ブロックを示す模式図である。図13に示す各機能ブロックは、典型的には、処理部2のCPU10(図12)がROM12などに予め格納されているプログラムに従って演算処理を実行することで実現される。
次に、実施の形態1に係る動脈瘤の判断に係る処理手順について説明する。
本実施の形態によれば、被験者の下肢および上肢からそれぞれ脈波信号を測定するだけで、動脈瘤などの病変の有無を判断することができる。そのため、より簡素な構成で、かつ、より簡単な手順で、動脈瘤についての診断を行なうことができる。また、本実施の形態によれば、比較的高い精度で検出できる脈波信号の位相信号を用いて、動脈瘤などの病変の有無を判断するので、判断精度を高めることができる。
<e1:概要>
実施の形態2においては、上述の実施の形態1と同様に、それぞれ検出された脈波信号から、押圧カフ24aが装着された計測位置(被験者の心臓から動脈瘤の発生が予想される部分を経た血管経路の計測位置)と、押圧カフ24bが装着された計測位置(被験者の心臓から動脈瘤の発生が予想される部分とは異なる部分を経た血管経路の計測位置)との間の圧力の伝達関数を算出し、この算出した伝達関数を用いて、動脈瘤の有無および/または大きさを検出する構成について説明する。実施の形態2においては、脈波信号についての周波数ごとの位相遅れ時間に基づいて、基準の位相差特性を算出する。より具体的には、脈波信号についての周波数ごとの位相遅れ時間の平均に基づいて、位相線図における位相角を算出する。そして、この基準の位相差特性と伝達関数に関する位相差特性とが交差する回数、または、交差する周波数間隔に基づいて、動脈瘤の有無および大きさを検出する。上述したように、伝達関数の位相線図では、基本周波数ごとに位相が180度変化することになる。基本周波数が低い(狭い)場合には、より多くの頻度でこの位相が生じることになる。また、基本周波数は、動脈瘤の長さに反比例するので、基本周波数が相対的に低い(狭い)場合には、動脈瘤が存在する確率が高いといえる。したがって、被験者の血管経路の状態から生じるであろう位相遅れを基準として、この基準の特性特性からのずれに基づいて、動脈瘤の存在およびその大きさ(内径および長さ)を推定できる。
図16は、実施の形態2に係る動脈瘤を検出するための処理を実現する機能ブロックを示す模式図である。図16に示す各機能ブロックは、典型的には、処理部2のCPU10(図12)がROM12などに予め格納されているプログラムに従って演算処理を実行することで実現される。
次に、実施の形態2に係る動脈瘤の判断に係る処理手順について説明する。
本実施の形態によれば、被験者の下肢および上肢からそれぞれ脈波信号を測定するだけで、動脈瘤などの病変の有無を判断することができる。そのため、より簡素な構成で、かつ、より簡単な手順で、動脈瘤についての診断を行なうことができる。また、本実施の形態によれば、動脈瘤の有無に加えて、その大きさについても推定できるので、存在が推定される動脈瘤の進行状況についても推定することができる。
<f1:概要>
実施の形態3においても、上述の実施の形態1および2と同様に、それぞれ検出された脈波信号から、押圧カフ24aが装着された計測位置(被験者の心臓から動脈瘤の発生が予想される部分を経た血管経路の計測位置)と、押圧カフ24bが装着された計測位置(被験者の心臓から動脈瘤の発生が予想される部分とは異なる部分を経た血管経路の計測位置)との間の圧力の伝達関数を算出し、この算出した伝達関数を用いて、動脈瘤の有無および/または大きさを検出する構成について説明する。実施の形態3においては、伝達関数のゲイン特性において極値が生じる周波数間隔に基づいて、動脈瘤の有無および/または大きさを検出する。上述したように、伝達関数のゲイン線図において、極値(極大値/極小値)が生じる周波数間隔が基本周波数であり、この基本周波数は、動脈瘤の長さに反比例するので、基本周波数が相対的に低い(狭い)場合には、動脈瘤が存在する確率が高いといえる。
図19は、実施の形態3に係る動脈瘤を検出するための処理を実現する機能ブロックを示す模式図である。図19に示す各機能ブロックは、典型的には、処理部2のCPU10(図12)がROM12などに予め格納されているプログラムに従って演算処理を実行することで実現される。
次に、実施の形態3に係る動脈瘤の判断に係る処理手順について説明する。
本実施の形態によれば、被験者の下肢および上肢からそれぞれ脈波信号を測定するだけで、動脈瘤などの病変の有無を判断することができる。そのため、より簡素な構成で、かつ、より簡単な手順で、動脈瘤についての診断を行なうことができる。また、本実施の形態によれば、基本周波数を直接的に算出できるので、動脈瘤の大きさの推定をより高い精度で行なうことができる。
<g1:概要>
実施の形態4においては、それぞれ検出された脈波信号の間の脈波伝播速度についての周波数特性を算出し、この算出した脈波伝播速度についての周波数特性における、脈波伝播速度のばらつき、および/または、脈波伝播速度に生じる変動の周波数間隔に基づいて、動脈瘤の有無および/または大きさを検出する。
図22は、実施の形態4に係る動脈瘤を検出するための処理を実現する機能ブロックを示す模式図である。図22に示す各機能ブロックは、典型的には、処理部2のCPU10(図12)がROM12などに予め格納されているプログラムに従って演算処理を実行することで実現される。
次に、実施の形態4に係る動脈瘤の判断に係る処理手順について説明する。
本実施の形態によれば、被験者の下肢および上肢からそれぞれ脈波信号を測定するだけで、動脈瘤などの病変の有無を判断することができる。そのため、より簡素な構成で、かつ、より簡単な手順で、動脈瘤についての診断を行なうことができる。また、本実施の形態によれば、従来から診断に利用されている脈波伝播速度(PWV)を利用できるので、既存の診断手法との調和が容易である。
本実施の形態に係る血管経路に発生し得る動脈瘤を評価するための測定方法を、プログラムの実行によって実現してもよい。このようなプログラムは、コンピュータに付属するフレキシブルディスク、CD−ROM(Compact Disk-Read Only Memory)、ROM、RAMおよびメモリカードなどのコンピュータ読取可能な記録媒体にて記録させて、プログラム製品として提供することもできる。あるいは、コンピュータに内蔵するハードディスクなどの記録媒体にて記録させて、プログラムを提供することもできる。また、ネットワークを介したダウンロードによって、プログラムを提供することもできる。
Claims (11)
- 被験者の心臓から動脈瘤の発生が予想される部分を経た血管経路の第1の計測位置、および、前記被験者の心臓から前記動脈瘤の発生が予想される部分とは異なる部分を経た血管経路の第2の計測位置において、それぞれの脈波信号を検出するための検出手段と、
前記脈波信号の間の周波数特性を比較することで比較結果を算出するための比較手段とを備え、前記比較手段は、前記第1の計測位置と前記第2の計測位置との間の伝達関数を算出するための手段を含み、
前記伝達関数の位相差特性における位相のばらつき度合いに基づいて、動脈瘤の有無を判断するための判断手段を備える、測定装置。 - 被験者の心臓から動脈瘤の発生が予想される部分を経た血管経路の第1の計測位置、および、前記被験者の心臓から前記動脈瘤の発生が予想される部分とは異なる部分を経た血管経路の第2の計測位置において、それぞれの脈波信号を検出するための検出手段と、
前記脈波信号の間の周波数特性を比較することで比較結果を算出するための比較手段とを備え、
前記比較手段は、
前記第1の計測位置と前記第2の計測位置との間の伝達関数を算出するための手段と、
前記脈波信号について周波数ごとの位相遅れ時間を算出するための手段とを含み、さらに
前記算出された周波数ごとの位相遅れ時間の平均に基づいて算出される位相角に対して、前記伝達関数の位相差特性の交差する状況に基づいて、動脈瘤の有無および大きさの少なくとも一方を判断するための判断手段とを備える、測定装置。 - 前記判断手段は、算出された周波数ごとの位相遅れ時間の平均に基づいて算出される位相角に対して、前記伝達関数の位相差特性が交差する回数に基づいて、動脈瘤の有無および大きさの少なくとも一方を判断する、請求項2に記載の測定装置。
- 前記判断手段は、算出された周波数ごとの位相遅れ時間の平均に基づいて算出される位相角に対して、前記伝達関数の位相差特性が交差する周波数間隔に基づいて、動脈瘤の大きさを判断する、請求項3に記載の測定装置。
- 前記判断手段は、算出された周波数ごとの位相遅れ時間の平均に基づいて算出される位相角に対して、前記伝達関数の位相差特性が交差する周波数間隔に基づいて、動脈瘤の有無および大きさの少なくとも一方を判断する、請求項2に記載の測定装置。
- 被験者の心臓から動脈瘤の発生が予想される部分を経た血管経路の第1の計測位置、および、前記被験者の心臓から前記動脈瘤の発生が予想される部分とは異なる部分を経た血管経路の第2の計測位置において、それぞれの脈波信号を検出するための検出手段と、
前記脈波信号の間の周波数特性を比較することで比較結果を算出するための比較手段とを備え、前記比較手段は、前記第1の計測位置と前記第2の計測位置との間の伝達関数を算出するための手段を含み、
前記伝達関数のゲイン特性において極値が生じる周波数間隔に基づいて、動脈瘤の有無および大きさの少なくとも一方を判断するための判断手段とを備える、測定装置。 - 被験者の心臓から動脈瘤の発生が予想される部分を経た血管経路の第1の計測位置、および、前記被験者の心臓から前記動脈瘤の発生が予想される部分とは異なる部分を経た血管経路の第2の計測位置において、それぞれの脈波信号を検出するための検出手段と、
前記脈波信号の間の周波数特性を比較することで比較結果を算出するための比較手段とを備え、前記比較手段は、前記脈波信号の間の脈波伝播速度についての周波数特性を算出するための手段を含み、
前記比較結果に含まれる周波数についての所定の特徴量に基づいて、動脈瘤の有無および大きさの少なくとも一方を判断するための判断手段とを備える、測定装置。 - 前記判断手段は、前記脈波伝播速度についての周波数特性における脈波伝播速度のばらつき度合いに基づいて、動脈瘤の有無を判断する、請求項7に記載の測定装置。
- 前記判断手段は、前記脈波伝播速度についての周波数特性における脈波伝播速度に生じる変動の周波数間隔に基づいて、動脈瘤の有無および大きさの少なくとも一方を判断する、請求項7に記載の測定装置。
- 測定装置の作動方法であって、
被験者の心臓から動脈瘤の発生が予想される部分を経た血管経路の第1の計測位置、および、前記被験者の心臓から前記動脈瘤の発生が予想される部分とは異なる部分を経た血管経路の第2の計測位置において、それぞれの脈波信号を検出するステップと、
前記脈波信号の間の周波数特性を比較することで比較結果を算出するステップとを含み、前記比較結果を算出するステップは、前記第1の計測位置と前記第2の計測位置との間の伝達関数を算出するステップを含み、
前記伝達関数の位相差特性における位相のばらつき度合いに基づいて、動脈瘤の有無を判断するステップとを含む、測定装置の作動方法。 - 測定プログラムであって、前記測定プログラムは、コンピュータに、
被験者の心臓から動脈瘤の発生が予想される部分を経た血管経路の第1の計測位置、および、前記被験者の心臓から前記動脈瘤の発生が予想される部分とは異なる部分を経た血管経路の第2の計測位置において、それぞれの脈波信号を検出するステップと、
前記脈波信号の間の周波数特性を比較することで比較結果を算出するステップを含み、前記比較結果を算出するステップは、前記第1の計測位置と前記第2の計測位置との間の伝達関数を算出するステップを含み、
前記伝達関数の位相差特性における位相のばらつき度合いに基づいて、動脈瘤の有無を判断するステップとを実行させる、測定プログラム。
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