JPWO2020071480A1 - Pulse wave velocity measuring device and its method - Google Patents
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Abstract
【課題】 大動脈を含む同じ血流方向である一つの経路上の脈波伝播速度を、簡易な構成で、かつ、非侵襲な手法で正確に検出する。
【解決手段】 圧電振動センサ10Aは心弾波用センサであり、圧電振動センサ10Bは脈波用センサである。心弾波は、心臓弁作動の振動が骨格や骨格筋を媒質として伝達されるもので、脈波に比べて高速で伝達され、脈波と比較した場合、ほぼ瞬間で伝達されるとみなすことができる。してみると、脈波が心臓を出発した時刻を心弾波から知ることができるので、測定部位における脈波の到達時刻と、心臓から測定部位までの距離から、脈波伝播速度を求めることができる。
【選択図】図1PROBLEM TO BE SOLVED: To accurately detect a pulse wave velocity on one path including an aorta in the same blood flow direction with a simple configuration and a non-invasive method.
A piezoelectric vibration sensor 10A is a core bullet wave sensor, and a piezoelectric vibration sensor 10B is a pulse wave sensor. A cardiac bullet wave is one in which the vibration of heart valve operation is transmitted through the skeleton and skeletal muscle as a medium. Can be done. Then, since the time when the pulse wave departed from the heart can be known from the cardiac bullet wave, the pulse wave velocity can be obtained from the arrival time of the pulse wave at the measurement site and the distance from the heart to the measurement site. Can be done.
[Selection diagram] Fig. 1
Description
本発明は、心臓の拍動に伴う血管系内の血圧・体積の変化である脈波の伝播速度(PWV:Pulse wave velocity)を測定して解析する脈波伝播速度測定装置及びその方法に関する。 The present invention relates to a pulse wave velocity measuring device and a method thereof for measuring and analyzing a pulse wave velocity (PWV), which is a change in blood pressure and volume in the vascular system accompanying the beating of the heart.
脈波伝播速度は、心臓の拍動によって生ずる脈波が末梢に向かって伝播する速度であり、高血圧,糖尿病,脳梗塞などの疾患を有する患者では高くなることが知られている。動脈硬化病変は、主に大動脈において形成され、頸動脈や大腿動脈などの末梢動脈部位へと進展する。動脈硬化は、虚血性心疾患や脳血管障害、大動脈瘤などの重篤な疾患の危険因子であるため、早期に診断することが重要であり、最近の医療の分野では、動脈の硬さの指標として脈波伝播速度が注目されている。 The pulse wave velocity is the rate at which the pulse wave generated by the beating of the heart propagates toward the periphery, and is known to be higher in patients with diseases such as hypertension, diabetes, and cerebral infarction. Atherosclerotic lesions are formed primarily in the aorta and extend to peripheral arterial sites such as the carotid and femoral arteries. Since arteriosclerosis is a risk factor for serious diseases such as ischemic heart disease, cerebrovascular accident, and aortic aneurysm, it is important to diagnose it early. The pulse wave velocity is attracting attention as an index.
図10には、脈波伝播速度の原理的な測定方法が示されており、動脈BVの近位点PAと遠位点PBとにおける脈波WA,WBをそれぞれ測定ないし測定し、それらの立ち上がり時間差Tを求める。一方、近位点PAと遠位点PBとの動脈長をLとすると、脈波伝播速度PWVは、L/Tで求められる。 FIG. 10 shows a method for measuring the pulse wave velocity in principle. The pulse waves WA and WB at the proximal point PA and the distal point PB of the arterial BV are measured or measured, respectively, and their rises. Find the time difference T. On the other hand, assuming that the arterial length between the proximal point PA and the distal point PB is L, the pulse wave velocity PWV can be obtained by L / T.
動脈硬化病変が顕著な大動脈の脈波伝播速度を測定することが理想的であるが、現在の医学では非侵襲的かつ簡便に測定することは困難である。そこで、末梢動脈で非侵襲的に脈波を検出し、大動脈と末梢動脈を含めた動脈における脈波速度の測定法が考案されている。このような脈波伝播速度の具体例としては、例えば、下記非特許文献の「血管機能の非侵襲的評価法に関するガイドライン」のp121以降に記載された頸動脈−大腿動脈間脈波伝播速度cfPWV(carotid-femoral PWV)や上腕−足首間脈波伝播速度baPWV(brachial-ankle PWV)などの大動脈を含む脈波伝播速度の測定技術があり、大動脈解離などの重篤な循環器疾患の早期発見の必要性から、循環器の医療分野で普及してきている。例えば、下記特許文献には、足首脈波WLLに基づいて上腕−足首間脈波伝播速度baPWVを算出し、下肢動脈の狭窄を診断するようにした下肢上肢血圧指数(ankle-brachial index; ABI)測定装置が開示されている。Ideally, the pulse wave velocity of the aorta, where atherosclerotic lesions are prominent, should be measured, but it is difficult to measure non-invasively and easily with current medical science. Therefore, a method has been devised in which pulse waves are detected non-invasively in peripheral arteries and the pulse wave velocity in arteries including the aorta and peripheral arteries is measured. As a specific example of such a pulse wave velocity, for example, the carotid-femoral pulse wave velocity cfPWV described after p121 of "Guidelines for non-invasive evaluation method of vascular function" of the following non-patent document. There is a pulse wave velocity measurement technology including the aorta such as (carotid-femoral PWV) and upper arm-ankle pulse wave velocity baPWV (brachial-ankle PWV), and early detection of serious cardiovascular diseases such as aortic dissection. Due to the need for, it has become widespread in the medical field of cardiovascular system. For example, in the following patent documents, the brachial pulse wave velocity baPWV is calculated based on the ankle pulse wave WL L , and the lower limb upper limb blood pressure index (ABI) is used to diagnose the stenosis of the lower limb artery. ) The measuring device is disclosed.
循環器病の診断と治療に関するガイドライン(2011-2012年度合同研究班報告)のP113〜P145「ダイジェスト版 血管機能の非侵襲的評価法に関するガイドライン」 Guidelines for Diagnosis and Treatment of Cardiovascular Diseases (2011-2012 Joint Research Group Report) P113-P145 "Guidelines for Non-Invasive Evaluation of Vascular Function"
特開2002−272688号公報 JP-A-2002-272688
しかしながら、心臓からの血流が一方向の一つの経路上における脈波の到達時間差ではなく、血流の方向が異なる二つの経路上における脈波の到着時間差を利用する場合、血管部位よって脈波伝播速度が大きく異なることに鑑みると、大動脈の脈波伝播速度(aortic PWV; aoPWV)を反映したものとはいい難いのが現状である。 However, when the blood flow from the heart uses the arrival time difference of the pulse wave on two paths with different blood flow directions instead of the arrival time difference of the pulse wave on one path in one direction, the pulse wave depends on the vascular site. Considering that the propagation velocities differ greatly, it is difficult to say that it reflects the pulse wave velocity (aortic PWV; aoPWV) of the aorta.
大動脈の脈波伝播速度aoPWVのような心臓からの1つの経路上の時間差を検出するためには、圧変化検出センサを組み込んだカテーテルを大動脈内の2箇所に挿入するといった侵襲的な手法か、あるいは、超音波診断装置やMRI(磁気共鳴装置)ないしCT(コンピューター断層撮影装置)を使用するといった大掛かりな手法しか報告されていない。 In order to detect the time difference on one path from the heart such as the pulse wave velocity aoPWV of the aorta, it may be an invasive method such as inserting a catheter incorporating a pressure change detection sensor into two places in the aorta. Alternatively, only large-scale methods such as using an ultrasonic diagnostic device, MRI (magnetic resonance imaging), or CT (computed tomography) have been reported.
本発明は、かかる点に着目したもので、その目的は、大動脈を含む一つの経路上の脈波伝播速度を、簡易な構成で、かつ、非侵襲な手法で正確に検出することである。他の目的は、検出した脈波伝播速度を利用して動脈硬化の可能性を評価することである。 The present invention has focused on this point, and an object of the present invention is to accurately detect the pulse wave velocity on one pathway including the aorta with a simple structure and by a non-invasive method. Another purpose is to evaluate the possibility of arteriosclerosis using the detected pulse wave velocity.
本発明の脈波伝播速度測定装置は、生体の体表側に設置されており、心弾波を検出する第1の圧電振動センサと、生体の体表側に設置されており、脈波を検出する第2の圧電振動センサと、前記第1の圧電振動センサで得られた心弾波と、前記第2の圧電振動センサで得られた脈波とを利用して、脈波伝播速度を演算する演算手段と、を備えている。 The pulse wave velocity measuring device of the present invention is installed on the body surface side of a living body and has a first piezoelectric vibration sensor for detecting a heart bullet wave and a pulse wave propelling sensor installed on the body surface side of a living body to detect a pulse wave. The pulse wave velocity is calculated by using the second piezoelectric vibration sensor, the cardiac bullet wave obtained by the first piezoelectric vibration sensor, and the pulse wave obtained by the second piezoelectric vibration sensor. It is equipped with a calculation means.
主要な形態の一つによれば、前記第1の圧電振動センサを、関節を含まずに結合している骨格ないし骨格筋の体表側に設置したことを特徴とする。他の形態の一つによれば、前記骨格が、胸骨,背骨,尾底骨のいずれかであることを特徴とする。更に他の形態によれば、前記第2の圧電振動センサを、生体の下半身であって、動脈が体表面近くにある部位に設置したことを特徴とする。あるいは、前記第2の圧電振動センサを、大腿もしくは膝裏に設置したことを特徴とする。 According to one of the main forms, the first piezoelectric vibration sensor is installed on the body surface side of a skeleton or skeletal muscle that is connected without including joints. According to one of the other forms, the skeleton is one of the sternum, the spine, and the coccyx. According to still another form, the second piezoelectric vibration sensor is installed in a portion of the lower body of a living body where an artery is near the surface of the body. Alternatively, the second piezoelectric vibration sensor is installed on the thigh or the back of the knee.
更に他の形態によれば、前記演算手段は、前記第1の圧電振動センサで得られた心弾波から得た脈波の心臓出発時刻と、前記第2の圧電振動センサで得られた脈波の到達時刻と、心臓から前記第2の圧電振動センサの測定部位までの脈波の伝播経路の距離とから、脈波伝播速度を演算することを特徴とする。更には、前記第2の圧電振動センサによって検出される脈波の伝播経路中に大動脈が含まれていることを特徴とする。 According to still another embodiment, the calculation means includes the cardiac departure time of the pulse wave obtained from the cardiac bullet wave obtained by the first piezoelectric vibration sensor and the pulse obtained by the second piezoelectric vibration sensor. It is characterized in that the pulse wave velocity is calculated from the arrival time of the wave and the distance of the pulse wave propagation path from the heart to the measurement site of the second piezoelectric vibration sensor. Furthermore, it is characterized in that the aorta is included in the propagation path of the pulse wave detected by the second piezoelectric vibration sensor.
本発明の動脈硬化評価装置は、前記脈波伝播速度測定装置を使用する動脈硬化評価装置であって、前記脈波伝播速度測定装置で測定した生体の脈波伝播速度と、予め求めた動脈硬化が生じていない通常の生体における脈波伝播速度とを比較し、前記生体の脈波伝播速度が前記通常の脈波伝播速度を超えるときは、動脈硬化病変の可能性があると評価する評価手段を備えたことを特徴とする。 The arteriosclerosis evaluation device of the present invention is an arteriosclerosis evaluation device using the pulse wave velocity measuring device, and the pulse wave velocity of a living body measured by the pulse wave velocity measuring device and the arteriosclerosis obtained in advance. An evaluation means for evaluating that there is a possibility of arteriosclerotic lesions when the pulse wave velocity of the living body exceeds the normal pulse wave velocity by comparing with the pulse wave velocity in a normal living body in which the above is not occurring. It is characterized by having.
本発明の脈波伝播速度測定方法は、心弾波を検出する第1の圧電振動センサと、脈波を検出する第2の圧電振動センサを、生体の体表側にそれぞれ設置するステップと、前記第1の圧電振動センサで得られた心弾波から、脈波の心臓出発時刻を得るステップと、前記第2の圧電振動センサで得られた脈波から、その到達時刻を得るステップと、前記脈波の心臓出発時刻と、前記脈波の到達時刻と、心臓から前記第2の圧電振動センサの測定部位までの脈波の伝播経路の距離から、脈波伝播速度を演算するステップと、を含むことを特徴とする。本発明の前記及び他の目的,特徴,利点は、以下の詳細な説明及び添付図面から明瞭になろう。 The pulse wave velocity measuring method of the present invention includes a step of installing a first piezoelectric vibration sensor for detecting a heart bullet wave and a second piezoelectric vibration sensor for detecting a pulse wave on the body surface side of a living body, respectively. The step of obtaining the heart departure time of the pulse wave from the cardiac bullet wave obtained by the first piezoelectric vibration sensor, the step of obtaining the arrival time from the pulse wave obtained by the second piezoelectric vibration sensor, and the above-mentioned A step of calculating the pulse wave velocity from the heart departure time of the pulse wave, the arrival time of the pulse wave, and the distance of the pulse wave propagation path from the heart to the measurement site of the second piezoelectric vibration sensor. It is characterized by including. The above and other objects, features and advantages of the present invention will be clarified from the following detailed description and accompanying drawings.
本発明によれば、生体の体表側に設置した圧電振動センサの出力振動波形から、脈波及び心弾波を測定し、それらを利用して脈波伝播速度を演算することとしたので、簡易な構成でありながら、非侵襲な手法で、血流が一方向である一つの経路上における大動脈の脈波伝播速度を良好に得ることができ、更には動脈硬化の評価に有効である。 According to the present invention, the pulse wave and the cardiac bullet wave are measured from the output vibration waveform of the piezoelectric vibration sensor installed on the body surface side of the living body, and the pulse wave velocity is calculated by using them. Although it has a simple structure, it is possible to obtain a good pulse wave velocity of the aorta on one path in which blood flow is unidirectional by a non-invasive method, and it is also effective in evaluating arteriosclerosis.
以下、本発明を実施するための最良の形態を、実施例に基づいて詳細に説明する。 Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described in detail based on examples.
図1には、本発明の実施例1による脈波伝播速度測定装置の構成が示されている。同図に示すように、本実施例では、圧電振動センサが被測定者の体表面に二つ装着される。これらのうち、胸骨部には圧電振動センサ10Aがベルト12Aで固定され、鼠径部には圧電振動センサ10Bがベルト12Bで固定される。圧電振動センサ10Bは、膝裏や足の甲などに固定してもよい。圧電振動センサ10A,10Bのセンサ出力は、それぞれセンサモジュール100A,100Bに入力されており、これらセンサモジュール100A,100Bの出力側は出力コントローラ200A,200Bを介して波形解析装置300に接続されている。
FIG. 1 shows the configuration of the pulse wave velocity measuring device according to the first embodiment of the present invention. As shown in the figure, in this embodiment, two piezoelectric vibration sensors are mounted on the body surface of the person to be measured. Of these, the
これらのうち、圧電振動センサ10A,10Bとしては、例えば、国際公開2016/167202号パンフレットに開示されている振動波形センサや、国際公開2017/187710号パンフレットに開示されているセンサモジュールが好適な例である。圧電振動センサ10A,10Bとしては、同一のものを使用してもよいが、検出する振動波形に応じた特性のものをそれぞれ使用してもよい。本実施例では、圧電振動センサ10Aは心弾波用センサであり、圧電振動センサ10Bは脈波用センサである。心弾波は、心筋の収縮と弛緩による物理的な動きである拍動に伴って生ずる微細な人体の振動を示し、心臓の拍動に伴う振動が骨格や骨格筋を媒質として伝達されるもので、脈波に比べて高速で伝達されるという特長がある。動脈を媒質として伝播する脈波が、5-20m/s程度の伝播速度であるのに対し、心弾波はkm/sオーダーの伝播速度を有するため、脈波と比較した場合、ほぼ瞬間で伝達されるとみなすことができる。してみると、脈波が心臓を出発した時刻を心弾波から知ることができるので、測定部位における脈波の到達時刻と、心臓から測定部位までの脈波の伝播経路の距離から、脈波伝播速度を求めることができる。
Among these, as the
本実施例では、圧電振動センサ10A,10Bによってそれぞれ心弾波と脈波を検出できることを利用し、胸骨付近で心弾波のピーク(心臓弁が閉じる時に発生する心弾波信号)を検出するとともに、太腿動脈付近で脈波を検出し、両者の時間差を取ることで大動脈を含む経路の時間差測定を実現している。
In this embodiment, by utilizing the fact that the
図3に示すように、心弾波のピークは基本的に3つあり、大動脈弁と肺動脈弁の閉じるときの血液の振動が発生する位置SAの振動はその一つに含まれると考えられる。この位置から5〜10mm末梢側の上行大動脈部位SBに対応する胸壁上の部位に圧電振動センサ10Aを設置している。また、圧電振動センサ10Bは、腹部大動脈の分岐部SCに近い位置に設置している。
As shown in FIG. 3, there are basically three peaks of the cardiac bullet wave, and it is considered that the vibration of the position SA where the vibration of blood occurs when the aortic valve and the pulmonary valve are closed is included in one of them. A
次に、センサモジュール100A,100B,出力コントローラ200A,200B,波形解析装置300の一例を示すと、図2に示すようになる。もちろん、上述した国際公開2016/167202号パンフレットもしくは国際公開2017/187710号パンフレットに開示されているものを用いてもよい。センサモジュール100Aと100B,出力コントローラ200Aと200Bは、本実施例では同一の構成となっているので、センサモジュール100A,出力コントローラ200Aについて説明する。まず、センサモジュール100Aは、入力側に計装アンプ102が設けられており、計装アンプ102にはアナログスイッチ104が接続されている。アナログスイッチ104及び抵抗アレイ105は、波形解析装置300からの信号に基づいて計装アンプ102の駆動を制御するためのもので、抵抗アレイ105に接続しているアナログスイッチ104のon/offを組み合わせることで抵抗値を可変し、計装アンプ102の増幅率を可変することができる。計装アンプ102の出力側は、低域成分を取り出すためのローパスフィルタ106を介して信号変換部108に接続されており、アナログ信号がデジタル信号に変換されて出力されるようになっている。
Next, an example of the
次に、出力コントローラ200Aは、入力信号をBLE(Bluetooth(登録商標) Low Energy)などの無線信号として出力するためのもので、4ピンジャックなどの入力端子202,USBコネクタ204,ローパスフィルタ206,USBシリアルコンバータ208,BLEなどの通信モジュール210を中心に構成されている。電源は、充電制御回路216によって充電されるリチウムイオン充電池220であり、放電保護回路218が設けられている。通信モジュール210には、3軸加速度センサ214が設けられている。
Next, the
これらのうち、入力端子202は、センサモジュール100Aからの信号入力に使用される。入力信号は、ローパスフィルタ206で低域成分が取り出されて、通信モジュール210に入力されている。USBコネクタ204は、PCなど外部機器への信号出力の他、電源の充電にも使用されるようになっており、外部機器への出力信号はUSBシリアルコンバータ208で信号変換が行われた後、USBコネクタ204から出力される。
Of these, the
圧電振動センサ10A,センサモジュール100A,出力コントローラ200Aは、それぞれ個別に構成してもよいが、一体化してベルト12A,12Bで人体に取り付けるようにしてもよい。この場合、上述した3軸加速度センサ214で人体の動きが検出されて送信されるようになる。
The
次に、波形解析装置300は、PC(パソコン),スマートホン,タブレット型PCなどによって構成されており、CPU302,データメモリ310,プログラムメモリ320,ディスプレイ304を備えている。プログラムメモリ320に格納されているプログラムはCPU302で実行される。このとき、データメモリ310に格納されているデータが参照される。演算結果は、データメモリ310に格納されるとともに、ディスプレイ304に表示される。このような基本的な動作は、一般的なものでいずれも公知である。
Next, the
データメモリ310には、出力コントローラ200A,200Bから有線もしくは無線で受信した波形データ312が格納される。また、CPU302による演算結果である演算データ314も格納される。必要があれば、演算途中のデータも適宜データメモリ310に格納される。プログラムメモリ320には、PWV演算プログラム322が用意されている。スマートホンの場合、プログラムはアプリとして用意される。なお、動脈硬化評価プログラム324については後述する。
The
ところで、本発明によって大動脈を含む血流が一方向の一つの経路上の脈波伝播速度aoPWVを良好に測定できるかどうかを、実際の人体を使用して検証することはできないので、以下、ウサギを利用して測定を行うことで実証することにする。図4には、ウサギに対するセンサ配置が示されており、上述した圧電振動センサ10Aに対応する圧電振動センサ20Aは、上行大動脈UAに近い心尖部近傍の胸壁の第4肋間部に装着し、心弾波を検出する。また、圧電振動センサ10Bに対応する圧電振動センサ20Bは、左膝関節部の皮膚上に設置し、上行大動脈UAから腹部大動脈UB及び左大腿脈UCを経た左伏在動脈UDの近位部の脈波振動を検出する。圧電振動センサ20A,20Bの出力側には、図1と同様に、センサモジュール100A,100Bが接続されており、いずれも出力コントローラ200を介して波形解析装置301に接続されている。
By the way, it is not possible to verify whether or not the blood flow including the aorta can satisfactorily measure the pulse wave velocity aoPWV on one path in one direction by the present invention. We will demonstrate by making measurements using. FIG. 4 shows the sensor arrangement for the rabbit, and the
更に、本例では、カテーテル先端型圧トンラスデューサ(以下「カテーテル圧センサ」という)22A,22Bを別途設置する。カテーテル圧センサ22A,22Bとしては、例えばミラー社製の「SPS-320」を使用する。カテーテル圧センサ22Aは上行大動脈UAの大動脈弁近傍、例えば大動脈弁から5〜10mm末梢側の上行大動脈部位に設置され、カテーテル圧センサ22Bは腹部大動脈UBの遠位端に設置される。これらカテーテル圧センサ22A,22Bの信号出力側には、センサコントローラ400A,400Bをそれぞれ介して、ポリグラフシステム402が接続されている。このポリグラフシステム402によって、カテーテル圧センサ22A,22Bにおける圧変化が測定されるようになている。
Further, in this example, the catheter tip type pressure tongue duster (hereinafter referred to as “catheter pressure sensor”) 22A and 22B are separately installed. As the
ポリグラフシステム402によるカテーテル圧センサ22A,22Bの測定結果は、適宜のI/F(インターフェース)404を介して、上述した波形解析装置301に入力されている。波形解析装置301は、図1の波形解析装置300と基本的な構成は同じであるが、カテーテル圧センサ22A,22Bに対する信号解析を行う点で異なる。
The measurement results of the
次に、図5〜図8も参照しながら、本実施例の動作を説明する。図4に示したように、ウサギの例では、圧電振動センサ20A,20Bによって心弾波,脈波がそれぞれ検出され、カテーテル圧センサ22A,22Bでは、それぞれ設置位置における血管内の圧変化が検出される。図5には、それらの測定例が示されており、
グラフch1:胸部に設置した圧電振動センサ20Aによる心弾波,
グラフch2:上行大動脈内に設置したカテーテル圧センサ22Aによる圧脈波,
グラフch3:左膝関節部の皮膚上に設置した圧電振動センサ20Bによる脈波,
グラフch4:腹部大動脈遠位端に設置したカテーテル圧センサ22Bによる圧脈波,
の各波形が示されている。なお、図5の横軸は時間(秒)を示し、縦軸は信号強度を示す。Next, the operation of this embodiment will be described with reference to FIGS. 5 to 8. As shown in FIG. 4, in the rabbit example, the
Graph ch1: Cardiac wave by
Graph ch2: Pressure pulse wave by
Graph ch3: Pulse wave by
Graph ch4: Pressure pulse wave by
Each waveform of is shown. The horizontal axis of FIG. 5 indicates time (seconds), and the vertical axis indicates signal strength.
これらのグラフのうち、ch1,ch2に着目すると、胸部に非侵襲的に設置した圧電振動センサ20Aによるグラフch1のピークと、上行大動脈内に設置したカテーテル圧センサ22のグラフch2の立ち上がりポイントとが正確に一致している(図中のPG参照)。してみると、胸部に非侵襲的に設置した圧電振動センサ20Aによる検出波形を検出することで、上行大動脈内に設置したカテーテル圧センサ22による波形検出と同等の結果を得ることができると考えられる。
Focusing on ch1 and ch2 among these graphs, the peak of graph ch1 by the
カテーテル圧センサ22Aの圧変化波形は、心臓弁の作動によって送り出される血液の圧変化であり、心臓を出発する脈波を示しており、従って、圧電振動センサ20Aで検出する心弾波は、脈波が心臓を出発したタイミングを良好に表していると考えることができる。この結果を、図1に示した人体の場合に当てはめると、胸骨部にベルト12Aで固定された圧電振動センサ10Aによって心弾波を検出することで、脈波が心臓を出発したタイミングを知ることができることになる。心弾波は、心臓弁作動の振動が骨格等を通じて伝達されるものであることから、脈波に比べて高速で伝達される波形であり、心弾波を測定することで、脈波が心臓で発生したタイミングを知ることができる。すなわち、心弾波を利用することで、脈波の伝播速度を正確に求めることが可能となり、動脈硬化診断の精度の向上を図ることができる。
The pressure change waveform of the
図1に戻って、鼠径部にベルト12Bで固定された圧電振動センサ10Bでは、脈波が測定される。圧電振動センサ10A,10Bの測定データは、センサモジュール100A,100B及び出力コントローラ200A,200Bをそれぞれ介して、波形解析装置300に入力され、波形データ312としてデータメモリ310に格納される。CPU302では、プログラムメモリ320のPWV演算プログラム322が実行され、波形データ312を参照して、脈波伝播速度が演算される。演算結果は、演算データ314として、データメモリ310に格納されるとともに、ディスプレイ304に表示される。また、必要があれば、プリンタに出力される。
Returning to FIG. 1, the pulse wave is measured by the
この場合において、脈波伝播速度を演算するためには、心弾波と脈波の時間差とともに、心弾波用の圧電振動センサ10Aの位置から脈波用の圧電振動センサ10Bの位置までの距離である血管長を知る必要があるが、一般的には、被測定者の身長から推定することができる。このようにして得た脈波伝播速度は、大動脈全体と下肢動脈の一部を含む脈波伝播速度となる。
In this case, in order to calculate the pulse wave velocity, the time difference between the heart bullet wave and the pulse wave and the distance from the position of the
図6には、ウサギ(人体でも同じ)における脈波伝播速度の測定例が示されている。同図(A)は、上腕−足首間脈波伝播速度baPWVなどの2経路による脈波伝播速度の測定例を示しており、同図(B)は、本実施例による心弾波を利用した1経路の脈波伝播速度の測定例を示している。なお、グラフの横軸は時間(msec),縦軸は距離(mm)を示しており、グラフの傾きが速度を示す。これらのグラフにおいて、#0〜#3は、センサの設置部位を示し、以下のとおりである。なお、圧電振動センサ20Aは、上腕−足首間脈波伝播速度baPWVの測定時には右上腕部皮膚上に装着し、心弾波測定時には左胸壁第4肋間部皮膚上に装着した。
#0:上腕
#1:大動脈起始部
#2:総腸骨動脈分岐てい
#3:足首FIG. 6 shows an example of measuring the pulse wave velocity in a rabbit (the same applies to the human body). Fig. (A) shows an example of measuring the pulse wave velocity by two paths such as the upper arm-ankle pulse wave velocity baPWV, and Fig. (B) uses the cardiac bullet wave according to this example. An example of measuring the pulse wave velocity of one path is shown. The horizontal axis of the graph indicates time (msec), the vertical axis indicates distance (mm), and the slope of the graph indicates speed. In these graphs, # 0 to # 3 indicate the installation site of the sensor and are as follows. The
# 0: Upper arm # 1: Aortic origin # 2: Common iliac artery bifurcation # 3: Ankle
まず、同図(A)から説明すると、
上腕PWV:大動脈起始部#1から上腕#0に至る脈波の伝播速度
baPWV:上腕#0から足首#3に至る脈波の伝播速度
aoPWV:大動脈起始部#1から総腸骨動脈分岐#2に至る大動脈を含む脈波伝播速度
下肢PWV:総腸骨動脈分岐#2から足首#3に至る脈波の伝播速度
であり、大動脈起始部#1から足首#3に至る脈波の伝播速度は、上腕PWV+baPWV,もしくは、aoPWV+下肢PWVとなる。これらのうち、2経路PWVである上腕−足首間脈波伝播速度baPWVは、下肢や上肢の長さ(あるいはそれらの動脈硬化の程度)により値が大きく変わってしまう。First, to explain from the figure (A),
Brachial PWV: Pulse wave velocity from
baPWV: Propagation speed of pulse wave from
aoPWV: Pulse wave velocity including the aorta from the
一方、同図(B)では、前記上腕PWV+baPWVの代わりに、
心弾波PWV:心弾波を利用して測定した上腕#0から足首#3に至る脈波の伝播速度
が得られる。1経路PWVである心弾波PWVでも下肢の影響は残るが、下肢部分が短ければ、下肢PWVが短くなり、心弾波PWVを、大動脈を含む脈波伝播速度aoPWVに限りなく近づけることが可能であり、従って、下肢PWVを別途測定すれば、心弾波PWVから大動脈を含む脈波伝播速度aoPWVを正確に推定することができる。On the other hand, in the figure (B), instead of the upper arm PWV + baPWV,
Cardiac wave PWV: The propagation velocity of the pulse wave from the
更に、同図(B)において、左下の2つの部位#0と#1のピークの時間差は約2msである。ウサギの心臓に挿入した大動脈弁とカテーテル先端間の距離が10mmだとすると、この間のPWVは5m/sであり、カテーテル圧センサ22Aで測定した大動脈を含む脈波伝播速度aoPWVの値(4.93m/s)とよく一致する。
Further, in the figure (B), the time difference between the peaks of the two lower
図7には、ウサギに取り付けたカテーテル圧センサ22A,22Bから求められた大動脈を含む脈波伝播速度aoPWV(横軸)と、圧電振動センサ20Aとカテーテル圧センサ22Bの時間差から求められたBCGaoPWV(縦軸)との相関関係が示されている。なお、「BCG」は心弾波の英語略称であり、心弾波を利用して得た大動脈を含む脈波伝播速度aoPWVを「BCGaoPWV」と表記している。黒丸で示す測定値から最小二乗法などによる回帰分析を行った結果、
a,回帰直線G20:BCGaoPWV=1.0021・aoPWV
b,相関係数R2乗値:R2=0.9517
となり、大動脈を含む脈波伝播速度aoPWVとBCGaoPWVとの間に極めて強い相関関係のあることが判明した。In FIG. 7, the pulse wave velocity aoPWV (horizontal axis) including the aorta obtained from the
a, Regression line G20: BCGaoPWV = 1.0821 ・ aoPWV
b, Correlation coefficient R-squared value: R 2 = 0.9517
It was found that there is an extremely strong correlation between the pulse wave velocity aoPWV including the aorta and BC GaoPWV.
図8には、カテーテル圧センサ22A,22Bから求められた大動脈を含む脈波伝播速度aoPWV(横軸)と、圧電振動センサ20A,20Bの時間差から非侵襲で求められたBCGaoPWV+下肢PWV(縦軸)との相関関係が示されている。黒丸で示す測定値から最小二乗法などによる回帰分析を行った結果、
a,回帰直線G30:BCGaoPWV+下肢PWV=1.516・aoPWV−169.82
b,相関係数R2乗値:R2=0.9465
となり、大動脈を含む脈波伝播速度aoPWVとBCGaoPWV+下肢PWVとの間に極めて強い相関関係のあることが判明した。これら図7,図8の結果は、いずれもウサギの場合であるが、ヒトに対しても、同様の結果が得られるものと考えられる。In FIG. 8, the pulse wave velocity aoPWV (horizontal axis) including the aorta obtained from the
a, Regression line G30: BCGaoPWV + lower limb PWV = 1.516 ・ aoPWV-169.82
b, Correlation coefficient R-squared value: R 2 = 0.9465
It was found that there is an extremely strong correlation between the pulse wave velocity aoPWV including the aorta and BC GaoPWV + lower limb PWV. The results shown in FIGS. 7 and 8 are all for rabbits, but it is considered that similar results can be obtained for humans.
以上のように、本実施例によれば、次のような効果がある。
a,大動脈を含む脈波伝播速度を、従来の上腕−足首間脈波伝播速度baPWVやcfPWVのような心臓からの2経路の時間差ではなく、大動脈を含む1経路の時間差で測定することができる。
b,非常に簡易で非侵襲な手法で正確に脈波伝播速度を検出することが可能になる。
c,心弾波を胸骨で検出するとともに、上行大動脈分岐位置近傍の脈波信号に相当する心弾波信号容易に得ることができる。これと、太腿や膝裏など下半身の動脈が体表面近くにある部位で検出できる脈波信号との時間差を求めることで、大動脈を含む心臓からの1つの経路上の脈波伝播速度を簡易で非侵襲な手法で正確に検出することができる。As described above, according to this embodiment, there are the following effects.
a, The pulse wave velocity including the aorta can be measured by the time difference of one path including the aorta, not the time difference of two paths from the heart such as the conventional brachial-ankle pulse wave velocity baPWV and cfPWV. ..
b. It is possible to accurately detect the pulse wave velocity by a very simple and non-invasive method.
c. The cardiac bullet wave can be detected in the sternum, and the cardiac bullet wave signal corresponding to the pulse wave signal near the ascending aorta bifurcation position can be easily obtained. By finding the time difference between this and the pulse wave signal that can be detected at the site where the arteries of the lower body such as the thigh and the back of the knee are near the body surface, the pulse wave velocity on one path from the heart including the aorta is simplified. It can be detected accurately by a non-invasive method.
次に、図9も参照しながら、本発明の実施例2について説明する。図9には、動脈硬化病変が現れる疾患モデル動物を用いて測定した脈波伝播速度の一例を正常な場合と比較したグラフが示されている。用いたのは、正常なウサギとWHHLMIウサギであり、高脂血症や動脈硬化に加え心筋梗塞を自然発症するモデルとして知られている。
a,正常コントロール群:日本白色種ウサギ,雄性,12月齢,N=7
b,動脈硬化症群:WHHLMIウサギ,雄性,12月齢,N=5
なお、Nは例数である。Next, Example 2 of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 9 shows a graph comparing an example of the pulse wave velocity measured using a disease model animal in which an atherosclerotic lesion appears with a normal case. Normal rabbits and WHHLMI rabbits were used, and are known as models that spontaneously develop myocardial infarction in addition to hyperlipidemia and arteriosclerosis.
a, Normal control group: Japanese white rabbit, male, 12 months old, N = 7
b, Arteriosclerosis group: WHHLMI rabbit, male, 12 months old, N = 5
N is an example number.
被検対象のウサギは、ペントバルビタール(30mg/kg)麻酔下で仰臥位固定するとともに、鎮痛薬として酒石酸ブトルファノール(0.3mg)を筋肉内に投与した。そして、図4に示した圧電振動センサ20Aを左胸壁第3肋間に装着し、圧電振動センサ20Bを左膝内側部皮膚上に装着した。センサー間距離は、糸を動脈に沿わせて計測した。
Rabbits to be tested were fixed in the supine position under pentobarbital (30 mg / kg) anesthesia, and butorphanol tartrate (0.3 mg) was intramuscularly administered as an analgesic. Then, the
図9は計測結果のグラフであり、BCGaoPWV+下肢PWVのMean±SD(平均(標準偏差))を示している。同図のように、非侵襲で求めた大動脈を含む脈波伝播速度は、正常ウサギよりWHHLMIウサギが速いことが分かる。これは、WHHLMIウサギの大動脈の血管壁が硬化していることを示唆している。してみれば、脈波伝播速度の値が正常な値よりも大きいときは、動脈硬化病変の可能性があると考えることができ、本発明を動脈硬化病変の存在予測や動脈硬化症の診断補助に使用できる。 FIG. 9 is a graph of the measurement results, showing Mean ± SD (mean (standard deviation)) of BC GaoPWV + lower limb PWV. As shown in the figure, it can be seen that the pulse wave velocity including the aorta determined non-invasively is faster in WHHLMI rabbits than in normal rabbits. This suggests that the vascular wall of the aorta of WHHLMI rabbits is stiff. Then, when the value of the pulse wave velocity is larger than the normal value, it can be considered that there is a possibility of arteriosclerosis, and the present invention is used to predict the existence of arteriosclerosis and diagnose arteriosclerosis. Can be used as an aid.
図2に示した動脈硬化評価プログラム324は、計測した波形データから演算した脈波伝播速度の値を正常値と比較する機能を備えている。なお、正常値は、多数の人に対して計測を行うことで、予め得ることができる。この動脈硬化評価プログラム324をCPU302で実行することで、被験者の脈波伝播速度の値を正常値と比較し、正常値を超えるときは、動脈硬化病変の可能性があると評価される。評価結果は、ディスプレイ304に表示される。
The arteriosclerosis evaluation program 324 shown in FIG. 2 has a function of comparing the value of the pulse wave velocity calculated from the measured waveform data with the normal value. The normal value can be obtained in advance by measuring a large number of people. By executing this arteriosclerosis evaluation program 324 on the
なお、本発明は、上述した実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加えることができる。例えば、以下のものも含まれる。
(1)上述した実施例では、心弾波用の圧電振動センサ10Aを胸骨側に配置したが、背骨,尾底骨など、心臓から見て関節を含まずに結合している骨格ないし骨格筋の体表側であれば、いずれに設置してもよい。また、前記実施例では、脈波用の圧電振動センサ10Bを大腿に配置したが、膝裏など下半身の動脈が体表面近くにある部位であれば、いずれに設置してもよい。このように、体表側で振動を検出することができれば、圧電振動センサ10A,10Bを、椅子の肘掛や背もたれ,ベッドのマットレスや枕など、人が接触する面であれば、各種のものに取り付けてよい。
(2)圧電振動センサ10A,10Bは、直接体表に接するように設置してもよいが、振動を伝達する中間媒質、例えばウレタンやファイバー圧縮体(エアウィーヴ(登録商標)など)を介して設置するようにしてもよい。
(3)図1,図2,図4に示した回路構成も一例であり、同様の作用を奏する各種の形態が考えられる。また、センサモジュール,出力コントローラ,波形解析装置のいずれか2つ以上を一体に構成してもよいし、圧電振動センサと一体の構成としてもよい。
(4)圧電振動センサ10A,10Bとしては、同一のものを使用してもよいが、検出する振動波形に応じた特性のものを使用してよい。
(5)前記実施例は、本発明のヒトの脈波伝播速度の検出に適用した例であるが、生体一般に適用可能である。The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the gist of the present invention. For example, the following are also included.
(1) In the above-described embodiment, the
(2)
(3) The circuit configurations shown in FIGS. 1, 2 and 4 are also examples, and various forms having the same effect can be considered. Further, any two or more of the sensor module, the output controller, and the waveform analysis device may be integrally configured, or may be integrally configured with the piezoelectric vibration sensor.
(4) As the
(5) Although the above-mentioned example is an example applied to the detection of the human pulse wave velocity of the present invention, it can be generally applied to a living body.
本発明によれば、生体の体表側に設置した圧電振動センサの出力振動波形から、脈波及び心弾波を測定し、それらを利用して脈波伝播速度を演算することとしたので、簡易な構成でありながら、非侵襲な手法で、血流が一方向である一つの経路上における大動脈の脈波伝播速度を良好に得ることができ、動脈硬化の評価にも有効で、医療の分野に好適である。 According to the present invention, the pulse wave and the cardiac bullet wave are measured from the output vibration waveform of the piezoelectric vibration sensor installed on the body surface side of the living body, and the pulse wave velocity is calculated by using them. In the medical field, it is possible to obtain a good pulse wave velocity of the aorta on one path where blood flow is unidirectional, and it is also effective for evaluation of arteriosclerosis by a non-invasive method despite its simple structure. Suitable for.
10A,10B,20A,20B:圧電振動センサ
12A,12B:ベルト
22A,22B:カテーテル圧センサ
100A,100B:センサモジュール
102:計装アンプ
104:アナログスイッチ
105:抵抗アレイ
106:ローパスフィルタ
108:信号変換部
200,200A,200B:出力コントローラ
202:入力端子
204:USBコネクタ
206:ローパスフィルタ
208:USBシリアルコンバータ
210:通信モジュール
214:軸加速度センサ
216:充電制御回路
218:放電保護回路
220:リチウムイオン充電池
300,301:波形解析装置
302:CPU
304:ディスプレイ
310:データメモリ
312:波形データ
314:演算データ
320:プログラムメモリ
322:演算プログラム
324:動脈硬化評価プログラム
400A,400B:センサコントローラ
402:ポリグラフシステム
404:I/F10A, 10B, 20A, 20B:
304: Display 310: Data memory 312: Waveform data 314: Arithmetic data 320: Program memory 322: Arithmetic program 324:
Claims (9)
生体の体表側に設置されており、脈波を検出する第2の圧電振動センサと、
前記第1の圧電振動センサで得られた心弾波と、前記第2の圧電振動センサで得られた脈波とを利用して、脈波伝播速度を演算する演算手段と、
を備えた脈波伝播速度測定装置。The first piezoelectric vibration sensor, which is installed on the surface side of the living body and detects the cardiac bullet wave,
A second piezoelectric vibration sensor that is installed on the surface side of the living body and detects pulse waves,
A calculation means for calculating the pulse wave velocity using the heart bullet wave obtained by the first piezoelectric vibration sensor and the pulse wave obtained by the second piezoelectric vibration sensor.
A pulse wave velocity measuring device equipped with.
前記第1の圧電振動センサで得られた心弾波から得た脈波の心臓出発時刻と、
前記第2の圧電振動センサで得られた脈波の到達時刻と、
心臓から前記第2の圧電振動センサの測定部位までの脈波の伝播経路の距離とから、
脈波伝播速度を演算することを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載の脈波伝播速度測定装置。The calculation means is
The cardiac departure time of the pulse wave obtained from the cardiac bullet wave obtained by the first piezoelectric vibration sensor, and
The arrival time of the pulse wave obtained by the second piezoelectric vibration sensor and
From the distance of the pulse wave propagation path from the heart to the measurement site of the second piezoelectric vibration sensor,
The pulse wave velocity measuring device according to any one of claims 1 to 5, wherein the pulse wave velocity is calculated.
前記脈波伝播速度測定装置で測定した生体の脈波伝播速度と、予め求めた動脈硬化が生じていない通常の生体における脈波伝播速度とを比較し、前記生体の脈波伝播速度が前記通常の脈波伝播速度を超えるときは、動脈硬化病変の可能性があると評価する評価手段を備えたことを特徴とする動脈硬化評価装置。An arteriosclerosis evaluation device using the pulse wave velocity measuring device according to claims 1 to 7.
The pulse wave velocity of the living body measured by the pulse wave velocity measuring device is compared with the pulse wave velocity of a normal living body in which arteriosclerosis has not occurred, and the pulse wave velocity of the living body is the normal. An arteriosclerosis evaluation device comprising an evaluation means for evaluating the possibility of an arteriosclerotic lesion when the pulse wave velocity exceeds the pulse wave velocity.
前記第1の圧電振動センサで得られた心弾波から、脈波の心臓出発時刻を得るステップと、
前記第2の圧電振動センサで得られた脈波から、その到達時刻を得るステップと、
前記脈波の心臓出発時刻と、前記脈波の到達時刻と、心臓から前記第2の圧電振動センサの測定部位までの脈波の伝播経路の距離から、脈波伝播速度を演算するステップと、
を含む脈波伝播速度測定方法。A step of installing a first piezoelectric vibration sensor for detecting a cardiac bullet wave and a second piezoelectric vibration sensor for detecting a pulse wave on the body surface side of a living body, respectively.
The step of obtaining the cardiac departure time of the pulse wave from the cardiac bullet wave obtained by the first piezoelectric vibration sensor, and
The step of obtaining the arrival time from the pulse wave obtained by the second piezoelectric vibration sensor, and
A step of calculating the pulse wave velocity from the heart departure time of the pulse wave, the arrival time of the pulse wave, and the distance of the pulse wave propagation path from the heart to the measurement site of the second piezoelectric vibration sensor.
A method for measuring pulse wave velocity including.
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