JPWO2014102860A1

JPWO2014102860A1 - 末梢血管抵抗測定装置、及びその制御方法

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Publication number: JPWO2014102860A1
Application number: JP2014553880A
Authority: JP
Inventors: 成松　清幸; 清幸成松; 森田　孝司; 孝司森田
Original assignee: Terumo Corp
Current assignee: Terumo Corp
Priority date: 2012-12-26
Filing date: 2012-12-26
Publication date: 2017-01-12
Anticipated expiration: 2032-12-26
Also published as: CN104822315B; HK1212183A1; CN104822315A; US20150289771A1; WO2014102860A1; JP6010138B2; US10159414B2

Abstract

手首用センサにより測定された皮膚温度と、指用センサにより測定された皮膚温度と、の差分を計算する。手首用センサにより測定された脈波と、指用センサにより測定された脈波と、から、手首から前記指までの脈波伝達時間を求める。前記差分と前記脈波伝達時間との積を、前記手首から末梢側の末梢血管抵抗として求める。

Description

本発明は、手首から先の末梢血管の抵抗を測定するための技術に関するものである。

患者の生体情報を測定する為の技術には様々なものがある。例えば、特許文献１には、中枢側脈波伝播速度情報および末梢側脈波伝播速度情報を簡単に測定するための技術が開示されている。

特許第３９８８６７４号公報

熱調整に大きな役割を果たす血管系での特化した熱調整システムは、解剖学的に遠位の皮膚領域、特に掌など体毛のない部分にだけに局所化している。これは動静脈吻合（ＡＶＡ）を中心とする血管収集拡張による調整系である。AVAは細動脈から細静脈へシャントとして働き、急速な熱交換を可能としている。ＡＶＡが開いているとき、毛細血管の血流速度より1万倍速い速度でＡＶＡ血流は流れる。

AVAを中心とする熱交換システムは、主として交感神経系により制御される。そして、熱交換・消失を生体全体が要求し、そのように制御されるとき、掌の皮膚温度が他の皮膚温と比べて上昇する。逆に、熱消失を防ごうとするとき、下降する。

本出願人はこのような原理に着目し、生体情報である皮膚温及び容積脈波を、手の指と、比較的変動の少ない手首部分と、で測定し、測定した生体情報を用いて、眠気や冷え性、自律神経失調、睡眠状況等を知ることに着想した。

本発明の目的を達成するために、例えば、本発明の末梢血管抵抗測定装置は、患者の手首における皮膚温度と、該手首における脈波と、を測定するために該手首に装着される手首用センサと、
前記患者の指における皮膚温度と、該指における脈波と、を測定するために該指に装着される指用センサと、
に接続されている末梢血管抵抗測定装置であって、
前記手首用センサにより測定された皮膚温度と、前記指用センサにより測定された皮膚温度と、の差分を計算する手段と、
前記手首用センサにより測定された脈波と、前記指用センサにより測定された脈波と、から、前記手首から前記指までの脈波伝達時間を求める手段と、
前記差分と前記脈波伝達時間との積を、前記手首から末梢側の末梢血管抵抗として求める計算手段と
を備えることを特徴とする。

本発明の構成によれば、生体情報である皮膚温及び容積脈波を、手の指と、比較的変動の少ない手首部分と、で測定し、測定した生体情報を用いて、眠気や冷え性、自律神経失調、睡眠状況等を知ることができる。

本発明のその他の特徴及び利点は、添付図面を参照とした以下の説明により明らかになるであろう。なお、添付図面においては、同じ若しくは同様の構成には、同じ参照番号を付す。

添付図面は明細書に含まれ、その一部を構成し、本発明の実施の形態を示し、その記述と共に本発明の原理を説明するために用いられる。
末梢血管抵抗測定装置の構成例を示す図。指用センサ１０３を装着した状態における指及び指用センサ１０３の断面図。手首用センサ１０５を装着した状態における手首及び手首用センサ１０５の断面図。脈波伝達時間ＤＴを求める処理を説明する図。本体１００のハードウェア構成例を示すブロック図。本体１００の動作のフローチャート。ＤＰＧとＤＴとの組み合わせごとに、対応する情報が登録されたテーブルの構成例を示す図。

以下、添付図面を参照し、本発明の好適な実施形態について説明する。なお、以下説明する実施形態は、本発明を具体的に実施した場合の一例を示すもので、特許請求の範囲に記載の構成の具体的な実施例の１つである。

［第１の実施形態］
上記の通り、本出願人は、生体情報である皮膚温及び容積脈波を、手の指と、比較的変動の少ない手首部分と、で測定し、該測定した生体情報を用いて、眠気や冷え性、自律神経失調、睡眠状況等を知ることに着想した。ここで、手の指における皮膚温と、手首における皮膚温と、の差は、毛細血管及び細動脈、AVAといった末梢の血液量を表している。また、手の指における容積脈波と、手首における容積脈波と、の差（手首から指までの容積脈波の伝播時間）は細動脈以上の大きな動脈の緊張・弛緩を表している。然るに、本実施形態では、これらの差を用いることで、手首から末梢までの抵抗（末梢血管抵抗）を求める。この末梢血管抵抗からは患者の様々な身体状況を推測することができるので、本実施形態では更に、この求めた末梢血管抵抗に応じた情報を患者に通知する。

先ず、本実施形態に係る末梢血管抵抗測定装置の構成例について、図１を用いて説明する。本実施形態に係る末梢血管抵抗測定装置は、患者の手１５０の指に装着する為のセンサである指用センサ１０３と、患者の手首に装着する為のセンサである手首用センサ１０５と、本体１００と、で構成され、本体１００は指用センサ１０３とは有線１０４を介して接続されており、手首用センサ１０５とは有線１０６を介して接続されている。もちろん、これらの有線１０４，１０６の代わりに無線としてもよい。また、図１及び以降の説明では、右手の手首に手首用センサ１０５を取り付け、右手の人差し指に指用センサ１０３を取り付けているものとするが、取り付ける手、指はそれぞれ右手、人差し指に限るものではない。

先ず、指用センサ１０３について説明する。指用センサ１０３は、患者の指に装着するものであって、該指の皮膚温度と、該指における脈波と、を測定するためのものである。指用センサ１０３を装着した状態における指及び指用センサ１０３の断面図を図２に示す。２５０は指の断面である。図２に示す如く、この指には指用センサ１０３が取り付けられている。この指用センサ１０３には、赤外線を発光する発光部２０１、赤外線を受光する受光部２０２、温度を測定するセンサ２０３が取り付けられている。

発光部２０１と受光部２０２とで脈波センサを構成している。発光部２０１が発光した赤外線は指内で反射し、反射した赤外線は受光部２０２で受光される。ここで、指内の血液が多くければ、発光部２０１が発光した赤外線はこの血液内のヘモグロビンに吸収され、その結果、赤外線の反射量は少なくなるので、受光部２０２における受光量も少なくなる。一方、指内の血液の量が少なければ、ヘモグロビンも少ないので、その結果、赤外線の反射量は多くなり、受光部２０２における受光量も多くなる。即ち、脈波（脈拍）は受光部２０２における受光量の増減と関連しているので、受光部２０２における受光量の時系列から、脈波（脈拍）を知ることができる。なお、脈波センサを用いた脈波の測定方法及び原理については周知であるので、これ以上の説明は省略する。

受光部２０２は、受光量を示す信号、即ち脈波の波形信号（受光量を示す信号を適宜加工して脈波の波形信号としてもよい）を有線１０４を介して本体１００に対して送出するので、本体１００は、受光部２０２から受けた信号をデータとしてＲＡＭ５０２に記録する。

また、発光部２０１の動作制御（発光の開始及び終了など）は、有線１０４を介して本体１００が行う。

センサ２０３は、サーミスタなどの温度センサであり、指の皮膚温度を測定し、該測定した皮膚温度を示す信号を、有線１０４を介して本体１００に送出する。

次に、手首用センサ１０５について説明する。手首用センサ１０５は、患者の手首に装着するものであって、該手首の皮膚温度と、該手首における脈波と、を測定するためのものである。手首用センサ１０５を装着した状態における手首及び手首用センサ１０５の断面図を図３に示す。３５０は手首の断面である。図３に示す如く、この手首には手首用センサ１０５が取り付けられている。この手首用センサ１０５には、赤外線を発光する発光部３０１、赤外線を受光する受光部３０２、温度を測定するセンサ３０３が取り付けられている。発光部３０１と受光部３０２とで脈波センサを構成している。発光部３０１及び受光部３０２の動作についてはそれぞれ発光部２０１及び受光部２０２と同様であり、手首の脈波を測定し、測定した脈波の波形信号を有線１０６を介して本体１００に対して送出する。発光部３０１の動作制御は、有線１０６を介して本体１００が行う。

センサ３０３は、サーミスタなどの温度センサであり、手首の皮膚温度を測定し、該測定した皮膚温度を示す信号を、有線１０６を介して本体１００に送出する。

次に、本体１００について説明する。本体１００には、液晶画面１０１とユーザが押下可能なボタン１０２とが設けられている。本体１００のハードウェア構成例について、図５のブロック図を用いて説明する。

ＣＰＵ５０１は、ＲＡＭ５０２やＲＯＭ５０３に格納されているコンピュータプログラムやデータを用いて処理を実行することで、本体１００全体の動作制御を行うと共に、Ｉ／Ｆ５０４に有線１０４、１０６を介して接続されている指用センサ１０３、手首用センサ１０５の動作制御も行う。

ＲＡＭ５０２は、指用センサ１０３や手首用センサ１０５から送出された信号に応じたデータを一時的に記憶するためのエリアや、ＣＰＵ５０１が各種の処理を実行するために用いるワークエリアを有する。

ＲＯＭ５０３には、本体１００が行うものとして後述する各処理をＣＰＵ５０１に実行させるためのコンピュータプログラムやデータが格納されている。ＲＯＭ５０３に格納されているコンピュータプログラムやデータはＣＰＵ５０１による制御に従って適宜ＲＡＭ５０２にロードされ、ＣＰＵ５０１による処理対象となる。

液晶画面１０１は、ＣＰＵ５０１による処理結果を画像や文字などでもって表示することができる画面である。ボタン１０２は、ユーザが様々な指示を入力するために押下するものであり、押下された旨を示す信号はボタン１０２からＣＰＵ５０１に通知される。

上記の各部はいずれもバス５０５に接続されている。

次に、本体１００の動作について、図６のフローチャートを用いて説明する。なお、図６のフローチャートに従った処理をＣＰＵ５０１に実行させるためのコンピュータプログラムやデータはＲＯＭ５０３に格納されている。然るに、ＣＰＵ５０１はこのコンピュータプログラムやデータをＲＯＭ５０３からＲＡＭ５０２にロードし、該ロードしたコンピュータプログラムやデータを用いて処理を実行することで、図６のフローチャートに従った処理を実行する。

なお、ステップＳ６０１及びステップＳ６０２の処理と、ステップＳ６０３及びステップＳ６０４の処理と、は並行して行われるものとする。また、手首用センサ１０５と指用センサ１０３とは同期して動作しているものとする。

ステップＳ６０１では、ＣＰＵ５０１は、手首用センサ１０５に備わっているセンサ３０３からＩ／Ｆ５０４を介して受けた皮膚温度の信号を、データとしてＲＡＭ５０２に格納する。

ステップＳ６０２では、ＣＰＵ５０１は、手首用センサ１０５に備わっている受光部３０２からＩ／Ｆ５０４を介して受けた脈波の波形信号を、データとしてＲＡＭ５０２に格納する。

ステップＳ６０３では、ＣＰＵ５０１は、指用センサ１０３に備わっているセンサ２０３からＩ／Ｆ５０４を介して受けた皮膚温度の信号を、データとしてＲＡＭ５０２に格納する。

ステップＳ６０４では、ＣＰＵ５０１は、指用センサ１０３に備わっている受光部２０２からＩ／Ｆ５０４を介して受けた脈波の波形信号を、データとしてＲＡＭ５０２に格納する。

ステップＳ６０５では、ＣＰＵ５０１は、ステップＳ６０１でＲＡＭ５０２に格納した手首の皮膚温度のデータと、ステップＳ６０３でＲＡＭ５０２に格納した指の皮膚温度の皮膚温度のデータと、の差ＤＰＧ（手首における皮膚温度と指における皮膚温度との差）を求める。

ステップＳ６０６では、ＣＰＵ５０１は、ＲＡＭ５０２に格納した手首の脈波のデータと、指の脈波のデータと、を用いて、手首と指との間の脈波伝達時間ＤＴを求める。この処理について図４を用いて説明する。

図４において横軸は時刻であり、４０１は手首用センサ１０５により測定された脈波、４０２は指用センサ１０３により測定された脈波、を示す。図４に示す如く、時間的には、手首で脈波が観測された後に、指で脈波が観測されることになる。そこで、例えば、脈波４０２の立ち上がり開始タイミングから脈波４０１の立ち上がり開始タイミングを差し引いた差を、手首と指との間の脈波伝達時間ＤＴとして求める。もちろん、この脈波伝達時間を求めるための方法はこれに限るものではない。

なお、差ＤＰＧが、時刻ｔ１においてセンサ２０３で測定した皮膚温度とセンサ３０３で測定した皮膚温度との差である場合、脈波伝達時間ＤＴは、時刻ｔ１近傍時刻における脈波４０１の立ち上がり開始タイミングと、該立ち上がり開始タイミング後の直近の脈波４０２の立ち上がり開始タイミングとの差であることに注意されたい。

ステップＳ６０７では、ＣＰＵ５０１は、差ＤＰＧと脈波伝達時間ＤＴとの積を、手首から末梢側の末梢血管抵抗として求める。そしてステップＳ６０８では、ＣＰＵ５０１は、この求めた末梢血管抵抗に対応する情報をＲＯＭ５０３から読み出し、読み出した情報に基づいた画面を液晶画面１０１に表示する。

例えば、末梢血管抵抗が比較的高い（閾値以上）場合、患者は、細動脈レベル弛緩、ＡＶＡ・毛細開放、といった状態であり、眠気・睡眠が初期状態であることが分かる。一方、末梢血管抵抗が比較的低い（閾値未満）場合、患者は、動脈レベル緊張、ＡＶＡ・毛細緊張、といった状態であり、交感神経の緊張・高血圧・心血管アクシデント起こしやすい、という状況にあり、血管内皮機能障害であることが分かる。そこで、末梢血管抵抗とそれに対応する患者の健康状態と、を関連づけた情報をＲＯＭ５０３に格納しておき、ステップＳ６０８では、ステップＳ６０７で求めた末梢血管抵抗に対応する患者の状態をＲＯＭ５０３から読み出して液晶画面１０１に表示すればよい。表示するものは文字情報であってもよいし、患者の状態を表す画像であってもよい。

＜変形例１＞
末梢血管抵抗を求める他の方法として、一定時間内におけるＤＰＧの平均値と、該一定時間内におけるＤＴの平均値と、の積を末梢血管抵抗とする方法を採用してもよい。その場合、例えば患者がボタン１０２を押下してから一定時間内にＣＰＵ５０１はＤＰＧの平均値とＤＴの平均値を求め、これら求めた平均値の積を末梢血管抵抗として計算し、計算した末梢血管抵抗に応じた情報を第１の実施形態と同様にして患者に対して提示すればよい。

［第２の実施形態］
第１の実施形態では、末梢血管抵抗に応じた情報を提示していたが、ＤＰＧ及びＤＴの組み合わせに応じた情報を提示するようにしてもよい。このような場合、例えば、図７に示すように、ＤＰＧとＤＴとの組み合わせごとに、対応する情報が登録されたテーブルをＲＯＭ５０３に予め登録しておけばよい。

図７の場合、ＤＰＧが０．５℃以上且つＤＴが５０ｍｓ以上である場合には、細動脈レベル弛緩、ＡＶＡ・毛細も開放、と判断し、眠気・睡眠が初期状態であると判断する。また、ＤＰＧが０．５℃以上且つＤＴが５０ｍｓ未満である場合には、動脈レベル緊張、ＡＶＡ・毛細弛緩、と判断し、高血圧・高温環境・発熱であると判断する。また、ＤＰＧが０．５℃未満且つＤＴが５０ｍｓ以上である場合には、動脈レベル弛緩、ＡＶＡ・毛細は緊張、と判断し、低温環境・緊張・冷え性・血管内皮機能障害であると判断する。また、ＤＰＧが０．５℃未満且つＤＴが５０ｍｓ未満である場合には、動脈レベル緊張、ＡＶＡ・毛細は緊張、と判断し、交感神経の緊張・高血圧・心血管アクシデント起こしやすい・血管内皮機能障害と判断する。

なお、図７のテーブルの構成はあくまでも一例であり、様々な構成が考え得る。また、図７のテーブルにおいて「０．５℃」や「５０ｍｓ」といった上記の閾値についてもあくまで一例であり、状況や個人ごとに変更するようにしても構わない。

判断の結果をどのような形態で液晶画面１０１に表示するのかについては第１の実施形態で説明したように、文字情報で表示してもよいし、対応する画像で表示してもよい。また、このような判断結果を履歴としてＲＡＭ５０２や本体１００に接続可能なメモリ装置に記録しておき、後でこの履歴を液晶画面１０１や本体１００に接続可能な外部装置の表示画面上に表示するようにしても構わない。

［第３の実施形態］
図１に示した末梢血管抵抗測定装置の構成では、本体１００は、手首用センサ１０５や指用センサ１０３と別個の装置としているが、手首用センサ１０５や指用センサ１０３内に組み込んでもよい。即ち、末梢血管抵抗測定装置は、指用センサ１０３と、本体１００が組み込まれた手首用センサ１０５と、で構成されるようにしてもよいし、手首用センサ１０５と、本体１００が組み込まれた指用センサ１０３と、で構成されるようにしてもよい。

また、本体１００の構成には様々な構成が考えられ、必ずしも図５に示した構成に限るものではない。例えば、末梢血管抵抗やＤＰＧとＤＴとの組み合わせに応じた情報の報知を音声によって行う場合には、本体１００に音声出力を行うための構成を加える必要がある。

また、末梢血管抵抗に応じた情報通知を行うのか、それともＤＰＧとＤＴとの組み合わせに応じた情報通知を行うのかを、ユーザがボタン１０２を操作することで設定するようにしても構わない。

本発明は上記実施の形態に制限されるものではなく、本発明の精神及び範囲から離脱することなく、様々な変更及び変形が可能である。従って、本発明の範囲を公にするために、以下の請求項を添付する。

Claims

患者の手首における皮膚温度と、該手首における脈波と、を測定するために該手首に装着される手首用センサと、
前記患者の指における皮膚温度と、該指における脈波と、を測定するために該指に装着される指用センサと、
に接続されている末梢血管抵抗測定装置であって、
前記手首用センサにより測定された皮膚温度と、前記指用センサにより測定された皮膚温度と、の差分を計算する手段と、
前記手首用センサにより測定された脈波と、前記指用センサにより測定された脈波と、から、前記手首から前記指までの脈波伝達時間を求める手段と、
前記差分と前記脈波伝達時間との積を、前記手首から末梢側の末梢血管抵抗として求める計算手段と
を備えることを特徴とする末梢血管抵抗測定装置。
更に、前記末梢血管抵抗、若しくは前記差分と前記脈波伝達時間との組み合わせ、に対応する前記患者の健康状態を表示出力する手段
を備えることを特徴とする請求項１に記載の末梢血管抵抗測定装置。
前記手首用センサ及び前記指用センサは、赤外線を発光する発光部と該赤外線を受光する受光部とのセットからなる脈波センサと、サーミスタとしての温度センサと、を有し、
銭脈波センサによって脈波を測定し、前記温度センサによって皮膚温度を測定する
ことを特徴とする請求項１又は２記載の末梢血管抵抗測定装置。
前記計算手段は、一定期間内における前記差分の平均値と、該一定期間内における前記脈波伝達時間の平均値と、の積を、前記手首から末梢側の末梢血管抵抗として求めることを特徴とする請求項１に記載の末梢血管抵抗測定装置。
患者の手首における皮膚温度と、該手首における脈波と、を測定するために該手首に装着される手首用センサと、
前記患者の指における皮膚温度と、該指における脈波と、を測定するために該指に装着される指用センサと、
に接続されている末梢血管抵抗測定装置の制御方法であって、
前記手首用センサにより測定された皮膚温度と、前記指用センサにより測定された皮膚温度と、の差分を計算する工程と、
前記手首用センサにより測定された脈波と、前記指用センサにより測定された脈波と、から、前記手首から前記指までの脈波伝達時間を求める工程と、
前記差分と前記脈波伝達時間との積を、前記手首から末梢側の末梢血管抵抗として求める計算工程と
を備えることを特徴とする末梢血管抵抗測定装置の制御方法。