WO2006001252A1 - 血管内皮反応測定装置および血管内皮反応測定装置の制御方法 - Google Patents

血管内皮反応測定装置および血管内皮反応測定装置の制御方法 Download PDF

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WO2006001252A1
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WO
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blood
characteristic
vascular endothelial
blood vessel
measuring device
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PCT/JP2005/011265
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Makoto Kato
Hisashi Hagiwara
Yoshinao Tannaka
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Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.
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    • A61B5/6831—Straps, bands or harnesses

Definitions

  • the present invention relates to a vascular endothelial reaction measuring device and a method for controlling the vascular endothelial reaction measuring device.
  • the present invention relates to a vascular endothelial reaction measuring device used for a functional test of an arterial vascular wall tissue and a control method therefor.
  • Arteriosclerosis is closely related to the onset of myocardial infarction and cerebral infarction. Specifically, if an atheroma is formed on the artery wall or if new cells of the artery cannot be made due to various factors such as hypertension, the artery loses its elasticity and becomes stiff and brittle. Then, the blood vessel is occluded in the part where the atheroma is formed, or the vascular tissue covering the atheroma is ruptured and the atheroma flows into the blood vessel, and the artery is occluded in another part or the artery is hardened. These diseases can be caused by the rupture of parts. Therefore, early diagnosis of arteriosclerosis is important for the prevention and treatment of these diseases.
  • arteriosclerosis can be diagnosed early and a therapeutic drug for arteriosclerosis can be administered to a subject, it will be effective in treating arteriosclerosis. However, when arteriosclerosis progresses, it is said that it is difficult to completely recover the arteriosclerosis even though the therapeutic agent can suppress the progress of arteriosclerosis.
  • ultrasonic diagnostics can be measured simply by applying an ultrasonic probe to the subject, so there is no need to administer contrast medium to the subject and there is no risk of X-ray exposure. Excellent in terms.
  • Recent advances in electronics technology have made it possible to dramatically improve the measurement accuracy of ultrasonic diagnostic equipment.
  • development of an ultrasonic diagnostic apparatus for measuring a minute movement of a living tissue is progressing. For example, by using the technique described in Patent Document 1, it is possible to measure the vibration components up to several hundreds of Hz with a few micron amplitude of the vasomotion with high accuracy, so that changes in the thickness and strain of the vascular wall are several microns. It has been reported that it is possible to measure with high accuracy in this order.
  • vascular endothelial function test method has been studied as a method for noninvasively measuring the degree of arteriosclerosis.
  • endothelial cells which show various physiological responses in response to mechanical stress (shear stress) generated by blood flowing in the blood vessel.
  • mechanical stress shear stress
  • One example is the production of nitric oxide (N 2 O).
  • Monoxide-nitrogen is produced and released by monoxide-nitrogen synthase, and relaxes the smooth muscle of the vascular wall media as endothelium-derived vascular relaxation factor (EDRF). That is, it is known to soften.
  • EDRF endothelium-dependent vasodilator response
  • Non-Patent Document 1 and Patent Document 2 describe a method of measuring the amount of change in arterial blood vessel diameter before and after blood transfusion using ultrasound as an EDR inspection method for diagnosing arteriosclerosis. Yes.
  • the artery of the upper arm is driven with a cuff at 250 mmHg for 5 minutes.
  • the blood vessel diameter after instantaneous release of blood transfusion is measured intermittently for several tens of seconds, and the rate of increase in blood vessel diameter is also diagnosed for arteriosclerosis.
  • Patent text The method described in Appendix 2 is to measure the diameter of the blood vessel at rest, then drive the artery in the lower arm for 5 minutes, and after releasing the blood transfer, the maximum blood vessel diameter is intermittent for about 2 minutes.
  • the FMD (Flow Mediated Dilation) value is obtained from the blood vessel diameter and used as an index of arteriosclerosis.
  • Non-Patent Document 1 the measurement of the blood vessel diameter is performed on the blood vessel long-axis cross-sectional image obtained by an ultrasonic diagnostic apparatus.
  • the midpoint between the media and adventitia of the front and rear walls The distance between the m lines is read in units of 0.1 mm, and the average of 4 to 6 measured values is obtained and used as the measured value.
  • Figure 5 shows the results of measurements performed on nine male subjects.
  • the square plot shows the increase in blood flow in the brachial artery after the release of right forearm thrombus, and the round plot shows the rate of increase in the brachial artery blood vessel diameter at rest.
  • the horizontal axis of the graph shows the elapsed time after decongestion
  • the left vertical axis shows the blood flow change
  • the right vertical axis shows the blood vessel diameter change rate.
  • the blood flow volume increases transiently after the release of the tourniquet and then decreases with time.
  • a transient increase in blood flow after the release of blood pumping stimulates the formation of nitric acid-nitrogen, and the generated nitric acid nitrogen relaxes the smooth muscle of the vascular wall media, thereby expanding the blood vessels. Tighten.
  • Fig. 5 it can be seen that the blood vessel diameter expands significantly after about 60 seconds after the release of blood pressure compared to resting after about 60 seconds.
  • the increase rate of blood vessel diameter is about 6%.
  • Non-Patent Document 1 it is indicated that the risk of arteriosclerosis is high when the increase rate of the blood vessel diameter is 3 to 4% or less.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Laid-Open No. 10-5226
  • Patent Document 2 Japanese Patent Laid-Open No. 2003-245280
  • Non-Patent Document 1 Masayoshi Hashimoto, Toshiyoshi Ouchi, “Vessel Extensibility Test”, Journal of the Japan Medical Association, No. 120, No. 8, published on October 15, 1 year, MS93-S96
  • Non-Patent Document 1 and Patent Document 2 require a 5-minute blood transduction period and a measurement period of several minutes, and a total of about 7 minutes are required for one measurement. Furthermore, it is necessary to consider the time required for measurement preparation. Also, in the method of Non-Patent Document 1, the force brachial artery blood vessel diameter measured in 0.1 mm units is about 3 mm, and the error is a very large value of about 3%. That is, the measurement accuracy is low.
  • An object of the present invention is to provide a vascular endothelial reaction measuring device capable of performing highly reliable measurement in a short time in view of the above-described problems of the prior art.
  • the vascular endothelial reaction measuring device of the present invention includes a blood-feeding unit for driving arterial blood vessels of a living body, a measuring unit for measuring shape characteristics of the arterial blood vessels or blood vessel walls thereof, A control unit that controls the blood transfusion unit so that the release of the blood transfusion is periodically repeated twice or more, and the measurement unit includes the at least part of the period during which the arterial blood vessel is released.
  • the shape characteristic is measured, and the shape characteristic data of the partial period is processed using the cycle of blood transfusion and release of blood transfusion.
  • the measurement unit further determines a property characteristic of the blood vessel wall based on the measured shape characteristic.
  • the measuring unit extracts a data force of a shape characteristic of the partial period of a component that changes in synchronization with the cycle of the blood transfusion and the blood transfusion cancellation.
  • the measurement unit superimposes and superimposes the shape characteristic and Z or property characteristic data obtained in each cycle of the blood transfusion and the blood transfusion cancellation. From the combined data, obtain the shape characteristics and Z or property characteristics.
  • the measurement unit Fourier-transforms the data of the shape characteristic and the Z or the characteristic characteristic, and extracts only frequency components of repetition of the blood transfusion and the blood transfusion cancellation. Using the extracted data, find the shape characteristics and Z or property characteristics
  • the measurement unit has a characteristic of transmitting a frequency component having a cycle that is an integral multiple of a cycle of the repetition of driving and releasing the blood for the purpose of data extraction.
  • a provided band pass filter is provided.
  • the measurement unit is an ultrasonic diagnostic apparatus.
  • the measurement unit is an X-ray diagnostic apparatus.
  • the measurement unit is a magnetic resonance diagnostic apparatus.
  • the shape characteristic measured by the measurement unit is the thickness and Z of the blood vessel wall or the thickness change amount.
  • the shape characteristic measured by the measurement unit is the diameter and Z of the blood vessel or a change amount of the blood vessel diameter.
  • the shape characteristic measured by the measurement unit is an elastic characteristic of the blood vessel wall.
  • the method for controlling the vascular endothelial reaction measuring device by the control unit of the vascular endothelial reaction measuring device of the present invention is to perform the above-mentioned cancellation of the blood transfusion while repeating the blood transfusion and the blood transfusion cancellation twice or more by the blood transfusion unit. Measuring the shape characteristic of the arterial blood vessel or the blood vessel wall in at least a part of the period, and processing the data of the shape characteristic measured in the partial period using the cycle of blood transfusion and release of blood transfusion Including.
  • a component that changes in synchronization with the cycle of blood transfusion and release of blood transfusion is extracted from the shape characteristic data.
  • the method for measuring a vascular endothelial reaction further includes a step of obtaining a shape characteristic force measured during the partial period, and a property characteristic of the blood vessel or a blood vessel wall, and the processing step includes the shape characteristic. And the Z or the data of the property characteristic are further processed using the cycle of the blood transfusion and the period of blood transfusion.
  • the property characteristic processing step includes a component that changes in synchronism with the cycle of the tourniquet and the release of the tourniquet from the shape property data and Z or the property property data. To extract.
  • the processing step superimposes the shape characteristic and Z or property characteristic data obtained for each repetition cycle of the blood transfusion and the blood transfusion. Determine the shape characteristics and Z or property characteristics from the obtained data.
  • the processing step performs a Fourier transform on the data of the shape characteristic and the Z or property characteristic, and extracts only frequency components of the repetition of the blood transfusion and the blood transfusion cancellation. Then, use the extracted data to find the shape characteristics and Z or property characteristics.
  • the processing step transmits a frequency component having a cycle of an integral multiple of the cycle of the blood transfusion and the blood transfusion cancellation for the data extraction.
  • the data is extracted using a bandpass filter that provides the above characteristics.
  • an ultrasonic diagnostic device in the measurement step, an X-ray diagnostic device, or a magnetic resonance diagnostic device is used for measuring the shape characteristic.
  • the blood transfusion and the blood transfusion cancellation are periodically repeated twice or more, and the measurement data is processed using the period of the blood transfusion period and the blood transfusion cancellation period.
  • the obtained shape characteristics are highly accurate with little influence of noise and the like.
  • by using the periodicity it is possible to shorten the time for blood pumping, and it is possible to shorten the diagnosis time using the vascular endothelial reaction measuring device.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a vascular endothelial reaction measuring device according to the present invention.
  • FIG. 2 is a view showing a state in which a vascular endothelial reaction is measured using the vascular endothelial reaction measuring apparatus of the present invention.
  • FIG. 3 is a block diagram showing the configuration of an ultrasonic diagnostic apparatus used in the vascular endothelial reaction measuring apparatus of FIG.
  • FIG. 4 (a) and (b) are graphs showing the results of elastic modulus measurement using the vascular endothelial reaction measuring device of FIG. The result of extracting only the components that change in synchronization with the period is shown, and (a) shows the result of the powerful extraction without repetition based on the repetition period.
  • FIG. 5 is a graph showing changes in blood flow volume and blood vessel diameter after release of blood transfusion due to vascular endothelial reaction.
  • FIG. 1 is a block diagram schematically showing the configuration of the vascular endothelial reaction measuring apparatus 1.
  • the vascular endothelium reaction measuring device 1 includes a blood pumping unit 2, a control unit 3, and a measuring unit 4.
  • the blood-feeding part 2 is a cuff (pressure band) using air pressure, and is attached to the arm part of the subject. Based on the control of the control unit 3, air is introduced into the cuff, compressing the arteries of the arms and driving blood. In addition, the air introduced into the cuff is released under the control of the control unit 3 to release the blood pressure.
  • cuff pressure band
  • the vascular endothelial reaction measuring device measures the shape characteristic of the blood vessel wall after the cancellation of the blood pressure, it is preferable that the blood pressure release is promptly performed based on the control of the control unit 3.
  • a known sphygmomanometer may be used for the tourniquet 2.
  • the control unit 3 issues a command to drive or release the blood drive to the blood drive unit 2 at a predetermined timing.
  • the measuring unit 4 measures the shape characteristics of the arterial blood vessel or its blood vessel wall that is driven by the blood driving unit 2.
  • the shape characteristics to be measured include the diameter of the blood vessel, the thickness of the blood vessel wall, the amount of change in these thicknesses, and the like. Based on the shape characteristics, properties such as the elastic modulus, strain, and viscosity of the blood vessel wall may be obtained.
  • an ultrasonic diagnostic apparatus, an X-ray diagnostic apparatus, or a magnetic resonance diagnostic apparatus as the measurement unit 4 that preferably uses ultrasonic waves, X-rays, or magnetic resonance.
  • an ultrasonic diagnostic device for the measurement unit 4 because the influence of ultrasonic waves on the human body is small.
  • the vascular endothelial reaction measuring device 1 measures vascular endothelial reaction, particularly EDR, it is necessary to set the state in which the production of nitric oxide in the endothelial cells is suppressed and the state in which nitric oxide and nitrogen monoxide are produced. is there. In other words, the production of nitric oxide is changed by driving and releasing the blood, and the degree of relaxation of smooth muscle by nitric oxide is evaluated by measuring the shape characteristics of the blood vessels.
  • the time required for a significant difference in the shape characteristics of blood vessels before and after the release of blood transfusion depends on the EDR expression time. As shown in Fig. 5, the time for the blood vessel diameter to become the maximum after the release of blood transfusion is 60 seconds for 45 seconds, so the period for releasing the blood transfusion necessary for obtaining the maximum blood vessel diameter is about 60 seconds. However, what is necessary for carrying out the present invention is that the blood vessel diameter is not the maximum value of the blood vessel diameter. For this reason, it is not necessary to wait 45 seconds after canceling blood pressure. According to the inventor of the present application, it has been found that the blood vessel diameter increases significantly after about 30 seconds have passed since the release of the tourniquet. For this reason, it is preferable that the period for releasing the tourniquet is between 30 seconds and 60 seconds.
  • the shape characteristic of the blood vessel or blood vessel wall is measured in at least a part of the period for releasing the blood transfusion.
  • the suppression of nitrogen monoxide production is influenced by the conditions that cause individual differences such as the magnitude of the pressure applied to the artery by the blood-feeding part 2 performing the blood-feeding, the position of the artery, and the blood pressure. Receive. For this reason, it is difficult to set a generally suitable length for the period of blood drive. However, the longer the period of blood pumping, the more complete the suppression of nitrogen monoxide production. In the present embodiment, the period for driving is set to several minutes for several tens of seconds. Specifically, the 30 second force should be within 3 minutes.
  • each of the tourniquet period and the tourniquet release period is set, and this is periodically repeated at least 2 times, preferably 4 times or more. And release of the tourniquet in each cycle
  • the shape characteristic of the blood vessel or the blood vessel wall is measured in at least a part of the period.
  • the shape characteristic of the blood vessel or the blood vessel wall may be measured even during the period of blood driving. Then, the obtained shape property data or the property property data obtained from the shape property is processed by using the period of the tourniquet period and the tourniquet release period.
  • the shape characteristic (or property characteristic) data obtained for each repetition cycle of the tourniquet period and the tourniquet release period are superimposed, and the superimposed data force also determines the shape characteristic of the tourniquet release period. .
  • the shape characteristic data force measured in the period of two or more times of the tourniquet release. Only components that change in synchronization with the repetition period of the tourniquet period and the tourniquet release period are extracted, and the blood excursion is performed using the extracted data. The shape characteristic value of the blood vessel or blood vessel wall in the period is obtained.
  • the shape characteristic data may be subjected to a Fourier transform process, and only the frequency components of the repetition of the tourniquet period and the tourniquet release period may be extracted.
  • a band pass filter having a characteristic of transmitting a frequency having a period of an integer multiple (an integer of 1 or more) of each period of the blood transduction period and the blood transduction cancellation period is obtained by calculation, and the band pass filter is used as the band pass filter.
  • Data may be extracted by passing the data.
  • the tourniquet unit 2 and the measurement unit 4 can measure the subject. Excludes the influence of external factors that reduce the reproducibility of the measurement, such as noise caused by deviation from the site and noise caused by the subject's breathing, and more accurately obtain the shape characteristics.
  • Conventional methods for measuring vascular endothelial reaction are vulnerable to the effects of these noises, so measurement errors are large, and the production of monoxide and nitrogen is suppressed as completely as possible.
  • a relatively long period of blood transduction usually about 5 minutes, was used.
  • the shape characteristic or property characteristic thus obtained shows a change according to the amount of nitrogen monoxide produced.
  • EDR which is the production reaction of nitrogen monoxide and nitrogen
  • risk factors such as hypertension, hyperlipidemia, smoking and diabetes. Therefore, a diagnosis of arteriosclerosis caused by these risk factors can be made to obtain a shape characteristic or property characteristic power.
  • FIG. 2 schematically shows how the shape characteristic of the arterial blood vessel 17 in the arm 11 of the subject is measured using the vascular endothelial reaction measuring device 1.
  • the vascular endothelial reaction measuring device 1 includes a cuff 10 and a cuff pressure control unit 12 that is a control unit that controls the cuff 10 and an ultrasonic diagnostic device 13.
  • the cuff 10 and the cuff pressure control unit 12 constitute the blood driving unit 2, and the ultrasonic diagnostic apparatus 13 constitutes the measurement unit 4.
  • the CPU 24 (FIG. 3) mounted on the ultrasonic diagnostic apparatus 13 constitutes the control unit 3.
  • the cuff 10 may use a sphygmomanometer or a part thereof.
  • An ultrasonic probe 14 is connected to the ultrasonic diagnostic apparatus 13.
  • the cuff 10 is wound around the upper arm of the arm 11 in order to measure the shape characteristic of the arterial blood vessel 17. Further, the ultrasonic probe 14 is arranged on the side closer to the heart than the position where the cuff 10 is clamped so that the shape characteristic of the arterial blood vessel 17 can be measured. In the figure, the ultrasound probe 14 is placed close to the side of the heart, but the cuff 10 may be placed close to the heart!
  • the cuff pressure control unit 12 controls the force 10 so that the blood drive and the blood release are periodically repeated at a predetermined time. For example, air is introduced into the cuff 10 and discharged so that the blood is fed for 60 seconds and the blood crush is released for 60 seconds.
  • the pressure for carrying out blood driving is 200 mmHg.
  • the ultrasonic diagnostic apparatus 13 receives the signal for canceling the blood transfusion from the cuff pressure control unit 12, and uses at least a part of the period for canceling the blood transfusion to use the ultrasonic probe 14 to determine the shape characteristics of the arterial blood vessel 17. To get.
  • the echo signal from the arterial blood vessel 17 acquired by the ultrasonic probe 14 is processed by the ultrasonic diagnostic apparatus 13 to quantitatively determine the change in the diameter of the arterial blood vessel 17 and the change in the thickness of the blood vessel wall. it can. It is also possible to acquire, for example, a B-mode diagnostic image from the echo signal.
  • the display unit 16 is connected to the ultrasonic diagnostic apparatus 13 and B A mode tomographic image may be displayed on the display unit 16.
  • the diameter of the blood vessel, the thickness of the blood vessel wall, or the amount of change can be read directly from the B-mode image, or it can be obtained using the zero-cross method, which obtains the displacement of the object from the movement time of the zero-cross point of the RF signal.
  • the phase difference tracking method based on the constrained least squares method described in Patent Document 1 can measure the change in the thickness of the blood vessel diameter and the blood vessel with high accuracy. Therefore, the measurement method in the ultrasonic diagnostic apparatus 13 of the present invention is as follows. It is suitable as.
  • FIG. 3 is a block diagram showing a configuration of the ultrasonic diagnostic apparatus 13 based on the high-accuracy tracking method.
  • the ultrasonic diagnostic apparatus 13 includes an ultrasonic transmission / reception unit 23, a CPU 24, a delay time control unit 25, a delay data storage unit 26, a phase detection unit 27, a filter 28, a calculation unit 29, a calculation data storage unit 20, a DSC 21, and display control. Part 22 is provided.
  • the ultrasonic transmission / reception unit 23 includes a drive circuit that drives the ultrasonic probe 14 that is an ultrasonic probe drive unit, and a reception circuit that is a reception unit that amplifies the reflected ultrasonic wave.
  • the ultrasonic probe driving circuit gives a predetermined driving pulse signal to the ultrasonic probe 14 in accordance with the control of the CPU 24 that controls the ultrasonic diagnostic apparatus 13 as a whole.
  • the ultrasonic transmission wave transmitted from the ultrasonic probe 14 by the drive pulse is reflected in the living body, and the generated ultrasonic reflected wave is received by the ultrasonic probe 14.
  • the ultrasonic reflected wave received by the ultrasonic probe 14 is amplified in the receiving circuit.
  • the ultrasonic transmission / reception unit 23 also includes an AZD conversion circuit, and the ultrasonic reflected wave amplified by the reception circuit is converted into a digital signal.
  • the delay time control unit 25 is connected to the ultrasonic transmission / reception unit 23 and controls the delay time of the drive pulse signal applied to the ultrasonic transducer group of the ultrasonic transmission / reception unit 23 force ultrasonic probe 14. As a result, the direction of the acoustic line and the depth of focus of the ultrasonic wave transmitted from the ultrasonic probe 14 are changed. In addition, by controlling the delay time of the ultrasonic reflected wave signal received by the ultrasonic probe 14 and amplified by the ultrasonic transmitter / receiver 23, the direction of the acoustic line of the received ultrasonic wave can be changed. .
  • the phase detection unit 27 performs phase detection on the received reflected wave signal that has been delay-controlled by the delay time control unit 25, and separates it into a real part signal and an imaginary part signal.
  • the separated real part signal and imaginary part signal are input to the filter 28.
  • the filter 28 removes reflection components other than the blood vessel wall.
  • the output of the filter 28 is input to the calculation unit 29.
  • the calculation unit 29 is connected to the motion speed calculation unit.
  • the motion speed calculation unit obtains the motion speed of the target blood vessel using the real part signal and the imaginary part signal of the phase-detected signal. Specifically, a plurality of measurement target positions provided on the ultrasonic acoustic line transmitted from the ultrasonic probe 14 are set. And the amplitude of the reflected wave signal r (t) obtained at a certain time and the reflected wave signal r (t + At) after that minute time At does not change, and only the phase and reflection position change.
  • the phase difference is determined by the least square method so that the waveform matching error between the reflected wave signals r (t) and r (t + At) is minimized.
  • the movement speed at each measurement target position is obtained from this phase difference, and the position calculation unit and the expansion / contraction calculation unit integrate the movement speed to obtain the position displacement amount and the expansion / contraction amount.
  • the calculation unit 29 can suitably obtain the property characteristic of the blood vessel wall tissue from the measured shape characteristic.
  • the elastic property Er in the radial direction of the blood vessel wall can be obtained from the following equation.
  • ⁇ is the difference between the maximum value and the minimum value of blood pressure
  • h is the thickness of the blood vessel wall.
  • the blood pressure of the subject may be measured using the sphygmomanometer 24 and the measured value may be input to the calculation unit 29.
  • the cuff of the sphygmomanometer 24 may also serve as the cuff 10 used for blood pumping.
  • the elastic property E ⁇ in the circumferential direction can be obtained from the following equation.
  • the period of time and the frequency of blood transfer are calculated by Fourier transform processing or bandpass filtering calculation processing.
  • the component that changes in synchronization with the repetition period of the release period It is preferable to obtain the shape characteristic of the arterial blood vessel 17 or the characteristic characteristic of the blood vessel wall using the extracted data. Thereby, measurement with higher accuracy becomes possible.
  • the obtained shape characteristic or property characteristic is converted into an image format suitable for display on the display unit 16 by the DSC 21 and displayed on the display unit 16 for two-dimensional mapping display.
  • FIGS. 4 (a) and 4 (b) are graphs showing temporal changes in the elastic characteristics E in the radial direction of the blood vessel wall measured by the vascular endothelial reaction measuring device 1 provided with the ultrasonic diagnostic device 13 shown in FIG. It is.
  • the calculation unit 29 extracts only the components that change in synchronization with the repetition period of the tourniquet period and the tourniquet release period, and obtains the elastic characteristics.
  • the elastic characteristics are obtained without extracting components that change in synchronization with the repetition period of the tourniquet period and the tournament release period.
  • the waveform of the elastic properties obtained has a fine waveform superimposed on it. This is considered to be the effect of displacement when the operator picks up the probe 14, the influence of the subject's breathing, and the influence of electromagnetic noise.
  • T2 indicates a period during which blood vessels are driven
  • T1 indicates a period during which the blood is released.
  • Blood flow is suppressed by blood pumping, and the amount of nitric oxide produced is reduced. For this reason, the blood vessel wall becomes hard and the elastic property shows a large value during the blood pumping. Blood flow resumes when the tourniquet is released. For this reason, nitric oxide is produced, and the blood vessel wall becomes soft, so that the elastic properties are lowered.
  • the maximum value Emax, the minimum value Emin, and the difference ⁇ E of the elastic characteristics can be easily determined from the graph of Fig. 4 (b), and the elastic characteristics can be measured with high accuracy.
  • the index used to evaluate vascular endothelial reaction is the ratio of maximum value Em ax and minimum value Emin, or the increase rate of ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ , ie (Emax-Emin) ZEmax. Is also suitable.
  • the ultrasonic diagnostic apparatus shown in FIG. 3 is shown as an example of a measurement unit.
  • the shape characteristics and property characteristics of the arterial blood vessel and its blood vessel wall can be measured, Such a configuration may be provided.
  • the elastic characteristic is exemplified as one of the characteristic characteristics of the vascular wall tissue, the vascular endothelial reaction can be similarly evaluated using compliance which is the reciprocal of the elastic characteristic.
  • the vascular endothelial reaction measuring device of the present invention is capable of highly reliable measurement in a short time, and is preferably used in the fields of medical care and health care.

Abstract

　本発明の血管内皮反応測定装置は、生体の動脈血管を駆血する駆血部２と、前記動脈血管またはその血管壁の形状特性を計測する測定部４と、前記動脈血管の駆血および駆血解除を周期的に２回以上繰り返すように前記駆血部を制御する制御部３とを備え、前記測定部４は、前記動脈血管の駆血を解除している期間の少なくとも一部期間において前記形状特性の計測を行い、前記一部期間の形状特性のデータを前記駆血および駆血解除の周期を用いて処理する。                                                                       

Description

明 細 書
血管内皮反応測定装置および血管内皮反応測定装置の制御方法 技術分野
[0001] 本発明は、動脈血管壁組織の機能検査に用いる血管内皮反応測定装置およびそ の制御方法に関する。
背景技術
[0002] 近年、心筋梗塞や脳梗塞などの循環器系疾病を患う人々が増力！]してきており、この ような疾病の予防および治療を行うことが大きな課題となっている。
[0003] 心筋梗塞や脳梗塞の発病には、動脈硬化が深く関係している。具体的には、動脈 壁に粥腫が形成されたり、高血圧等の種々の要因によって動脈の新しい細胞が作ら れなくなったりすると、動脈は弾力性を失い、硬ぐ脆くなる。そして、粥腫が形成され た部分において血管が閉塞したり、粥腫を覆う血管組織が破裂することにより粥腫が 血管内へ流出し、別の部分において動脈を閉塞させたり、動脈が硬化した部分が破 裂したりすることによって、これらの疾病が引き起こされる。このため、動脈硬化を早期 に診断することがこれらの疾病予防や治療には重要となる。
[0004] 動脈硬化を早期に診断して、動脈硬化の治療薬を被験者に対して投与することが できれば、動脈硬化の治療に効果を発揮する。しかし、動脈硬化が進行してしまうと 、治療薬によって動脈硬化の進展を抑制することはできても、硬化した動脈を完全に 回復させることは難し 、と言われて 、る。
[0005] 従来、動脈硬化病変の診断は、血管カテーテルを用いて血管内部の様子を直接 観察することによって行われていた。しかし、この診断には、血管カテーテルを血管 に挿入する必要があるため、被験者への負荷が大きいという問題があった。このため 、血管カテーテルによる観察は、動脈硬化病変が存在していることが確かである被験 者に対して、その場所を特定するために用いられ、たとえば、健康管理のための検査 として、この方法が用いられることはな力つた。
[0006] 被験者への負担が少ない非侵襲の医療診断装置として、超音波診断装置や X線 診断装置が従来より用いられている。超音波や X線を体外から照射することによって 、被験者に苦痛を与えることなぐ体内の形状情報、あるいは形状の時間変化情報を 得ることができる。体内の測定対象物の形状の時間変化情報 (運動情報)が得られる と、測定対象物の性状情報を求めることができる。つまり、生体内の血管の弾性特性 を求めることができ、動脈硬化の度合 、を直接知ることが可能となる。
[0007] 特に超音波診断は、 X線診断と比較した場合、被験者に超音波プローブをあてる だけで測定できるので、被験者への造影剤投与が不要である点や X線被爆のおそ れがない点で優れている。近年のエレクトロニクス技術の進歩によって、超音波診断 装置の測定精度を飛躍的に向上させることも可能になってきた。これに伴って、生体 組織の微小運動を計測する超音波診断装置の開発が進んでいる。たとえば、特許文 献 1に記載された技術を用いると、血管運動の振幅数ミクロンで数百 Hzまでの速 ヽ 振動成分を高精度に計測できるため、血管壁の厚さ変化や歪みを数ミクロンのォー ダ一で高精度に計測することが可能になると報告されている。
[0008] また、動脈硬化の度合いを非侵襲的に計測する方法として血管内皮機能検査方法 と呼ばれる方法が検討されている。動脈血管の内側には、内皮細胞と呼ばれる一層 の細胞群が存在し、この内皮細胞は、血管内を血液が流れることにより生じる機械的 応力（ずり応力）に反応して様々な生理反応を示す。その一つとして一酸化窒素 (N O)の産生がある。一酸ィ匕窒素は一酸ィ匕窒素合成酵素により産生、放出され、内皮 由来血管弛緩因子 (EDRF)として血管壁中膜の平滑筋を弛緩させる。すなわち、柔 らかくすることが知られている。また、この血管内皮細胞が有する機能は内皮依存性 血管拡張反応 (EDR)と呼ばれて 、る。
[0009] 高血圧症、高脂血症、喫煙、糖尿病などの危険因子は、 EDRを低下させることが 知られており、この機能低下が動脈硬化症の初期変化と言われている。したがって、 EDRを調べることにより、動脈硬化症を早期に診断することが期待される。
[0010] 動脈硬化症を診断するための EDRの検査方法として、駆血前後の動脈血管径の 変化量を超音波を用いて測定する方法が非特許文献 1および特許文献 2に記載さ れている。非特許文献 1に記載されている方法では、まず、上腕の動脈をカフにより、 250mmHgで 5分間駆血する。その後、駆血を瞬時に解除した以降の血管径を数十 秒間、間欠的に測定し、血管径の増加率力も動脈硬化症を診断する。また、特許文 献 2に記載されて 、る方法は、安静時の血管径を測定してから下腕部の動脈を 5分 間駆血し、駆血の解除後、最大血管径を約 2分間、間欠的に測定し、血管径から F MD (Flow Mediated Dilation)値を求めて動脈硬化の指標とする。
[0011] 非特許文献 1に記載された方法では、血管径の測定は、超音波診断装置による血 管長軸断面画像にお!、て前壁および後壁の中膜と外膜との中間点である mライン間 距離を 0. 1mm単位で読み取り、 4個から 6個の測定値の平均を求め、これを測定値 としている。図 5は、男性被験者 9名に対して実施された測定結果を示している。四角 いプロットは右前腕部駆血解除後の上腕動脈の血流増加量を示し、丸いプロットは 上腕動脈血管径の安静時に対する増加率を示して 、る。またグラフの横軸は駆血解 除後の経過時間を示し、左の縦軸は血流変化量を、右の縦軸は血管径変化率をそ れぞれ示す。図に示すように、駆血解除後、血流量は一過性に増大し、その後経時 的に減少する。駆血解除後の一過性血流増加が刺激となって一酸ィ匕窒素が生成さ れ、生成した一酸ィヒ窒素が血管壁中膜の平滑筋を弛緩させることにより、血管が拡 張する。図 5では、血管径は駆血解除後、約 45秒力も 60秒後に安静時と比較して有 意に拡張していることがわかる。血管径の増加率 6%程度である。非特許文献 1によ れば、血管径の増加率が 3〜4%以下である場合、動脈硬化のリスクが高いと示され ている。
特許文献 1：特開平 10— 5226号公報
特許文献 2：特開 2003 - 245280号公報
非特許文献 1 :橋本正良、大内尉義、「血管伸展性検査」、日本医師会雑誌、第 120 卷、第 8号、 1 年 10月 15日発行、 MS93-S96
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0012] 上述の非特許文献 1および特許文献 2の方法では、 5分間の駆血期間および数分 間の測定期間が必要であり、一回の測定に合計約 7分間必要となる。さらに測定の 準備などに要する時間を考慮する必要もある。また、非特許文献 1の方法では、血管 径を 0. 1mm単位で測定している力 上腕動脈血管径が約 3mmであり、誤差は約 3 %と非常に大きい数値となる。すなわち、測定精度が低い。 [0013] 本発明は、上記従来技術の課題に鑑み、短い時間で信頼性の高い計測を行うこと が可能な血管内皮反応測定装置を提供することを目的とする。
課題を解決するための手段
[0014] 本発明の血管内皮反応測定装置は、生体の動脈血管を駆血する駆血部と、前記 動脈血管またはその血管壁の形状特性を計測する測定部と、前記動脈血管の駆血 および駆血解除を周期的に 2回以上繰り返すように前記駆血部を制御する制御部と を備え、前記測定部は、前記動脈血管の駆血を解除している期間の少なくとも一部 期間において前記形状特性の計測を行い、前記一部期間の形状特性のデータを前 記駆血および駆血解除の周期を用いて処理する。
[0015] ある好ま 、実施形態にぉ 、て、前記測定部は、前記計測した形状特性に基づき 、前記血管壁の性状特性をさらに求める。
[0016] ある好ま 、実施形態にぉ 、て、前記測定部は、前記駆血および駆血解除の周期 に同期して変化する成分を前記一部期間の形状特性のデータ力 抽出する。
[0017] ある好ま 、実施形態にお!、て、前記測定部は、前記駆血および駆血解除の繰返 しの周期ごとに得られる形状特性および Zまたは性状特性のデータを重ね合わせ、 重ね合わせたデータから、形状特性および Zまたは性状特性を求める。
[0018] ある好ま 、実施形態にぉ 、て、前記測定部は、前記形状特性および Zまたは性 状特性のデータをフーリエ変換し、前記駆血および駆血解除の繰返しの周波数成分 のみを抽出し、抽出したデータを用いて形状特性および Zまたは性状特性を求める
[0019] ある好ま 、実施形態にぉ 、て、前記測定部は、前記データ抽出のため、前記駆 血および駆血解除の繰返しの周期の整数倍を周期とする周波数成分を透過する特 性を供えたバンドパスフィルタを備える。
[0020] ある好ましい実施形態において、前記測定部は超音波診断装置である。
[0021] ある好ましい実施形態において、前記測定部は X線診断装置である。
[0022] ある好ましい実施形態において、前記測定部は磁気共鳴診断装置である。
[0023] ある好ま 、実施形態にお!、て、前記測定部が測定する形状特性は前記血管壁 の厚さおよび Zまたは厚さ変化量である。 [0024] ある好ましい実施形態において、前記測定部が測定する形状特性は前記血管の 直径および Zまたは血管径変化量である。
[0025] ある好ま 、実施形態にお!、て、前記測定部が測定する形状特性は前記血管壁 の弾性特性である。
[0026] 本発明の血管内皮反応測定装置の制御部による血管内皮反応測定装置の制御 方法は、駆血部により駆血および駆血解除を周期的に 2回以上繰り返しながら、前記 駆血解除の期間の少なくとも一部期間において前記動脈血管またはその血管壁の 形状特性を測定するステップと、前記一部期間に測定した形状特性のデータを前記 駆血および駆血解除の周期を用いて処理するステップとを包含する。
[0027] ある好ま ヽ実施形態にお!ヽて、前記処理ステップは、前記形状特性データから前 記駆血および駆血解除の周期に同期して変化する成分を抽出する。
[0028] ある好ましい実施形態において、血管内皮反応測定方法は、前記一部期間に測定 した形状特性力 前記血管または血管壁の性状特性を求めるステップをさらに包含 し、前記処理ステップは、前記形状特性のデータおよび Zまたは前記性状特性のデ ータを前記駆血および駆血解除の周期を用いて処理するステップとをさらに包含す る。
[0029] ある好ま 、実施形態にぉ 、て、前記性状特性の処理ステップは、前記形状特性 のデータおよび Zまたは前記性状特性データから前記駆血および駆血解除の周期 に同期して変化する成分を抽出する。
[0030] ある好ま 、実施形態にお!、て、前記処理ステップは、前記駆血および駆血解除 の繰返しの周期ごとに得られる形状特性および Zまたは性状特性のデータを重ね合 わせ、重ね合わせたデータから、形状特性および Zまたは性状特性を求める。
[0031] ある好ま 、実施形態にぉ 、て、前記処理ステップは、前記形状特性および Zまた は性状特性のデータをフーリエ変換し、前記駆血および駆血解除の繰返しの周波数 成分のみを抽出し、抽出したデータを用いて形状特性および Zまたは性状特性を求 める。
[0032] ある好ま 、実施形態にぉ 、て、前記処理ステップは、前記データ抽出のため、前 記駆血および駆血解除の繰返しの周期の整数倍を周期とする周波数成分を透過す る特性を供えたバンドパスフィルタを用いてデータの抽出を行う。
[0033] ある好ま 、実施形態にぉ 、て、前記計測ステップでは、形状特性の測定を超音 波診断装置、 X線診断装置または磁気共鳴診断装置を用いる。
発明の効果
[0034] 本発明の血管内皮反応測定装置では、駆血および駆血解除を周期的に 2回以上 繰り返し、駆血期間および駆血解除期間の周期を利用して測定データの処理を行う ため、得られた形状特性はノイズなどの影響が少なぐ精度が高い。また、周期性を 利用することにより駆血している時間を短くすることが可能となり、血管内皮反応測定 装置を用いた診断時間を短くすることができる。
図面の簡単な説明
[0035] [図 1]本発明の血管内皮反応測定装置の構成を示すブロック図である。
[図 2]本発明の血管内皮反応測定装置を用いて血管内皮反応を測定する様子を示 す図である。
[図 3]図 2の血管内皮反応測定装置に用いられる超音波診断装置の構成を示すプロ ック図である。
[図 4] (a)および (b)は図 3の血管内皮反応測定装置を用いて弾性率を測定した結果 を示すグラフであって、 (b)は駆血期間および駆血解除期間の繰り返し周期に同期 して変化する成分のみを抽出した結果を示し、（a)は比較のために、繰り返し周期に 基づく抽出を行わな力つた結果を示している。
[図 5]血管内皮反応による駆血解除後の血流量変化および血管径変化を示すグラフ である。
符号の説明
[0036] 1 血管内皮反応測定装置
2 駆血部
3 制御部
4 測定部
10 カフ
11 腕 12 カフ圧制御部
13 超音波診断装置
14 超音波プローブ
16 表示部
17 動脈血管
20 演算データ記憶部
21 DSC
22 表示制御部
23 超音波送受信部
24 CPU
25 遅延時間制御部
26 遅延データ記憶部
27 位相検波部
28 フイノレタ
29 演算部
34 血圧十
発明を実施するための最良の形態
[0037] 以下、本発明の血管内皮反応測定装置の実施形態を説明する。
[0038] 図 1は、血管内皮反応測定装置 1の構成を模式的に示すブロック図である。血管内 皮反応測定装置 1は、駆血部 2と、制御部 3と、測定部 4とを備える。駆血部 2は、たと えば、空気圧を利用したカフ (加圧帯)であり、被験者の腕部に取り付けられる。制御 部 3の制御に基づき空気をカフに導入し、腕部の動脈を圧迫し、駆血する。また、制 御部 3の制御に基づきカフに導入された空気を解放し、駆血を解除する。血管内皮 反応測定装置では、駆血解除後の血管壁の形状特性を測定するので、制御部 3の 制御に基づき、速やかに駆血解除が行われることが好ましい。駆血部 2には公知の 血圧計を用いてもよい。
[0039] 制御部 3は、所定のタイミングで駆血部 2へ駆血あるいは駆血解除の指令を行う。
駆血あるいは駆血解除タイミングにつ 、ては以下にぉ 、て詳細に説明する。 [0040] 測定部 4は、駆血部 2によって駆血される動脈血管あるいはその血管壁の形状特 性を測定する。測定する形状特性は、血管の直径および血管壁の厚さやこれらの厚 さ変化量などを含む。形状特性に基づいて、さらに血管壁の弾性率や、歪み、粘性 率などの性状特性を求めてもよい。測定には超音波または X線、磁気共鳴を用いるこ とが好ましぐ超音波診断装置あるいは X線診断装置、磁気共鳴診断装置を測定部 4として用いることが好ましい。特に、超音波が人体に与える影響は小さいので、超音 波診断装置を測定部 4に用いることが好ま U、。
[0041] 次に、駆血および駆血解除のタイミングを説明する。血管内皮反応測定装置 1は、 血管内皮反応、特に EDRを測定するので、内皮細胞における一酸化窒素の生成を 抑制した状態と一酸ィ匕窒素が生成されて 、る状態とを設定する必要がある。つまり駆 血および駆血解除により一酸化窒素の生成を変化させ、一酸化窒素による平滑筋の 弛緩の度合いを血管の形状特性を計測することにより評価する。
[0042] 駆血解除前後にお 、て血管の形状特性に有意な差が認められるために必要な時 間は、 EDRの発現時間に依存している。駆血解除後に血管径が最大となる時間は 図 5より 45秒力も 60秒であるため、最大血管径を求めるために必要な駆血解除期間 は 60秒程度の時間である。しかし、本発明を実施するにあたり必要とするのは、血管 径の最大値ではなぐ血管径が増加することである。このため、駆血解除後 45秒も計 測を待つ必要はない。本願発明者によれば、駆血解除後、 30秒程度経過すれば、 血管径が有意に増加することが分力つた。このため、駆血解除期間は 30秒力も 60秒 の間の時間であることが好ましい。この駆血解除期間の少なくとも一部期間において 血管あるいは血管壁の形状特性を測定する。
[0043] これに対して、一酸ィ匕窒素生成の抑制は、駆血を行う駆血部 2が動脈へ及ぼす圧 力の大きさや、動脈の位置、血圧等の個人差が生じる条件による影響を受ける。この ため、駆血期間の一般的に好適な長さを設定することは困難である。しかし、駆血し ている時間が長いほど、一酸ィ匕窒素生成の抑制は完全となる。本実施形態では、駆 血期間を数十秒力も数分程度とする。具体的には、 30秒力も 3分以内とする。
[0044] このように駆血期間と駆血解除期間とをそれぞれ設定し、これを少なくとも 2回以上 、好ましくは 4回以上周期的に繰り返す。そして、それぞれの周期における駆血解除 期間の少なくとも一部期間において、血管あるいは血管壁の形状特性を測定する。 駆血期間においても血管あるいは血管壁の形状特性を測定してもよい。そして、得ら れた形状特性のデータまたは形状特性から求めた性状特性のデータを駆血期間お よび駆血解除期間の周期を利用して処理をする。
[0045] たとえば、駆血期間および駆血解除期間の繰り返しの周期ごとに得られる形状特 性 (または性状特性)のデータを重ね合わせて、重ね合わせたデータ力も駆血解除 期間の形状特性を求める。このような演算を行うことによって駆血期間および駆血解 除期間の繰り返しの周期に依存する成分のみが強調され、繰り返しの周期に依存し ない成分はキャンセルしあう。あるいは、 2回以上の駆血解除期間において測定され た形状特性データ力 駆血期間および駆血解除期間の繰り返し周期に同期して変 化する成分のみを抽出し、抽出したデータを用いて駆血期間における血管あるいは 血管壁の形状特性値を求める。このために、形状特性データをフーリエ変換処理し、 駆血期間および駆血解除期間の繰り返しの周波数成分のみを抽出してもよい。ある いは、駆血期間および駆血解除期間のそれぞれの周期の整数倍（1以上の整数)を 周期とする周波数を透過する特性をもつバンドパスフィルタを演算によって求め、そ のバンドパスフィルタにデータを通過させることによってデータを抽出してもよい。
[0046] このようにして得られた形状特性は、駆血期間および駆血解除期間の周期を利用 してデータの処理を行って 、るため、駆血部 2や測定部 4が被験者の測定部位から ずれたりすることによって生じるノイズ、被験者の呼吸により生じるノイズなど測定の再 現性を低下させる外因の影響を排除し、形状特性をより正しく求めることができる。従 来の血管内皮反応を測定する方法では、これらのノイズの影響に対して脆弱である ため測定誤差が大きぐまた一酸ィ匕窒素の生成をできるだけ完全に抑制し、一酸ィ匕 窒素の生成による形状特性の変化をできるだけ大きくするために通常 5分程度の比 較的長い駆血期間を用いていた。しかし、本発明の血管内皮反応測定装置によれ ば、ノイズの影響を低減させることができるため測定誤差は小さぐまた形状特性の変 化は大きくなくても有意な測定結果を得ることができるため、駆血期間を短くすること ができる。病状によっては、長い駆血期間を禁忌とする被験者も存在するため、駆血 期間が短いことの意義は大きい。 [0047] このようにして得られた形状特性あるいは性状特性は、一酸ィ匕窒素の生成量に応じ た変化を示している。上述したように一酸ィ匕窒素の生成反応である EDRは、高血圧 症、高脂血症、喫煙、糖尿病などの危険因子により低下する。したがって、これら危 険因子により引き起こされる動脈硬化症の診断を得られた形状特性あるいは性状特 性力 行うことができる。
[0048] 次に、血管内皮反応測定装置の具体例を説明する。以下において説明する血管 内皮反応測定装置は、超音波を用いて血管壁の形状特性を測定する。図 2は、血管 内皮反応測定装置 1を用いて被験者の腕 11にある動脈血管 17の形状特性を測定 する様子を模式的に示している。血管内皮反応測定装置 1は、カフ 10とカフ 10を制 御する制御部であるカフ圧制御部 12と超音波診断装置 13とを備えて 、る。カフ 10 およびカフ圧制御部 12が駆血部 2を構成しており、超音波診断装置 13が測定部 4を 構成している。また、超音波診断装置 13に搭載された CPU24 (図 3)が制御部 3を構 成している。カフ 10は血圧計あるいはその一部を利用してもよい。超音波診断装置 1 3には超音波プローブ 14が接続されている。
[0049] まず、動脈血管 17の形状特性を測定するために、カフ 10を腕 11の上腕部に巻き つける。また、超音波プローブ 14をカフ 10を卷きつけた位置よりも心臓に近い側に おいて、動脈血管 17の形状特性が測定できるように配置する。図では超音波プロ一 ブ 14を心臓に近 、側に配置して 、るが、カフ 10を心臓に近 、側に配置してもよ!/、。
[0050] カフ圧制御部 12は、駆血と駆血解除とを所定の時間で周期的に繰り返すように、力 フ 10を制御する。たとえば、 60秒間駆血を行い、 60秒間駆血解除を行うようにカフ 1 0に空気を導入し、空気を排出したりする。駆血を行う圧力はたとえば 200mmHgで ある。
[0051] 超音波診断装置 13は、カフ圧制御部 12から駆血解除の信号を受け取り、少なくと も駆血解除の期間の一部期間において超音波プローブ 14を用いて動脈血管 17の 形状特性を取得する。超音波プローブ 14により取得した動脈血管 17からのエコー信 号は、超音波診断装置 13にて処理され、動脈血管 17の血管径の変化や血管壁の 厚さの変化を定量的に求めることができる。また、エコー信号から、たとえば Bモード 診断画像を取得することも可能であり、表示部 16を超音波診断装置 13に接続し、 B モード断層画像を表示部 16に表示してもよい。血管径ゃ血管壁の厚さあるいはこれ らの変化量は、 Bモード画像から直接読み取ってもよいし、 RF信号のゼロクロス点の 移動時間から対象の変位を求めるゼロクロス法を用いて求めてもょ 、。特許文献 1に 記載されている、制約つき最小二乗法による位相差トラッキング法は、血管径ゃ血管 の厚さの変化量を高精度に測定できるので本発明の超音波診断装置 13における測 定方法として好適である。
[0052] 図 3は、高精度トラッキング法による超音波診断装置 13の構成を示すブロック図で ある。超音波診断装置 13は、超音波送受信部 23、 CPU24、遅延時間制御部 25、 遅延データ記憶部 26、位相検波部 27、フィルタ 28、演算部 29、演算データ記憶部 20、 DSC21、および表示制御部 22を備えている。
[0053] 超音波送受信部 23は、超音波プローブ駆動部となる超音波プローブ 14を駆動す る駆動回路と、超音波反射波を増幅する受信部となる受信回路を含む。超音波診断 装置 13全体の制御等を行う CPU24の制御にしたがって、超音波プローブ駆動回路 は所定の駆動パルス信号を超音波プローブ 14に与える。駆動パルスにより超音波プ ローブ 14から送信される超音波送信波は、生体において反射し、生じた超音波反射 波が超音波プローブ 14で受信される。超音波プローブ 14により受信された超音波反 射波は、受信回路において増幅される。超音波送受信部 23はまた AZD変換回路 を含み、受信回路にお ヽて増幅された超音波反射波はデジタル信号に変換される。
[0054] 遅延時間制御部 25は超音波送受信部 23に接続されており、超音波送受信部 23 力 超音波プローブ 14の超音波振動子群に与える駆動パルス信号の遅延時間を制 御する。これにより、超音波プローブ 14から送信される超音波送信波の音響線の方 向や焦点深度を変化させる。また、超音波プローブ 14によって受信され、超音波送 受信部 23によって増幅された超音波反射波信号の遅延時間を制御することにより、 受信される超音波の音響線の方向を変化させることができる。
[0055] 位相検波部 27は、遅延時間制御部 25で遅延制御された受信反射波信号を位相 検波し、実部信号と虚部信号とに分離する。分離された実部信号および虚部信号は フィルタ 28に入力される。フィルタ 28は血管壁以外の反射成分を除去する。
[0056] フィルタ 28の出力は演算部 29に入力される。演算部 29は、運動速度演算部と、位 置演算部と、伸縮演算部と、弾性率演算部とを含む。運動速度演算部は、位相検波 された信号の実部信号および虚部信号を用いて、対象となる血管の運動速度を求め る。具体的には、超音波プローブ 14から送信される超音波の音響線上に設けられた 複数の測定対象位置を設定する。そして、ある時刻に得られる反射波信号 r(t)とそ の微小時間 At後の反射波信号 r(t+ At)との信号の振幅は変化せず、位相および 反射位置のみが変化するという制約のもとで、反射波信号 r(t)と r(t+ At)との波形 の整合誤差が最小となるよう、最小二乗法によって位相差を求める。この位相差から 各測定対象位置の運動速度を求め、位置演算部および伸縮演算部が運動速度を 積分することにより位置変位量および伸縮量を求める。複数設定された測定対象位 置の中から血管壁の厚さに対応する 2つの位置を選択することにより、血管壁の形状 特性である血管壁の厚さあるいは厚さ変化量が求められる。
[0057] また、演算部 29は、測定した形状特性から、血管壁組織の性状特性を好適に求め ることができる。一心拍内の血管壁の最大厚さ変化量 Ahを用いて、血管壁の径方 向の弾性特性 Erは次の式から求められる。
[0058] Er= Δρ/(Δ h/h)
[0059] ここで、 Δρは血圧の最大値と最小値との差、 hは血管壁の厚さである。血圧の最大 値と最小値を得るためには、たとえば、血圧計 24を用い、被験者の血圧を計測し、計 測値を演算部 29へ入力すればよい。血圧計 24のカフは駆血に用いるカフ 10を兼ね ていてもよい。さら〖こ、血管半径 rを用いると、円周方向の弾性特性 E Θは次の式から 求められる。
[0060] ΕΘ =l/2[(r/h)+l]X Ap/(Ah/h)
[0061] また、血管径変化量を用いると、安静時の血管径に対するその増加率すなわち F
MD値を求めることができる。 FMDは
FMD = ΔάΧΙΟΟ/d
で示される。ここで、 dは安静時の血管径、 Adは血管径の最大変化量である。
[0062] 演算部 29にお 、て動脈血管 17およびその血管壁の形状特性や性状特性を求め る際、上述したように、フーリエ変換処理あるいはバンドパスフィルタリング演算処理 によって、駆血期間および駆血解除期間の繰り返し周期に同期して変化する成分の みを抽出し、抽出したデータを用いて動脈血管 17の形状特性あるいは血管壁の性 状特性を求めることが好ましい。これにより、より精度の高い計測が可能となる。
[0063] 得られた形状特性あるいは性状特性は、二次元マッピング表示をするために DSC 21により、表示部 16で表示するのに適した画像フォーマットに変換し、表示部 16に 表示してちょい。
[0064] 図 4 (a)および (b)は、図 3に示す超音波診断装置 13を備えた血管内皮反応測定 装置 1により測定した血管壁の半径方向の弾性特性 Eの時間変化を示すグラフであ る。図 4 (b)に示すグラフでは、演算部 29において、駆血期間および駆血解除期間 の繰り返し周期に同期して変化する成分のみを抽出し、弾性特性を求めている。一 方、図 4 (a)に示すグラフでは、比較のため、駆血期間および駆血解除期間の繰り返 し周期に同期して変化する成分の抽出を行わずに、弾性特性を求めている。図 4 (a) 力も明らかなように得られた弾性特性のグラフには、細かい波形が重畳している。こ れは、操作者がプローブ 14を持ち直したときの位置ずれの影響、被験者の呼吸ゃ微 小な動きの影響、ある ヽは電磁気的なノイズの影響と考えられる。
[0065] 図 4 (b)において T2は血管を駆血している期間を示し、 T1は駆血が解除された期 間を示している。駆血によって血流が抑制され、一酸化窒素の生成量が減少する。こ のため、駆血時には、血管壁は硬くなり、弾性特性は大きい値を示す。駆血が解除さ れると血流が再開する。このため、一酸化窒素が生成され、血管壁が軟らかくなるた め、弾性特性が低下する。
[0066] 駆血期間および駆血解除期間の繰り返し周期に同期して変化する成分のみを抽 出するには、たとえば、駆血解除期間丁1の2倍をー周期とする周波数 1 = 1 2 •T1)と、駆血期間 T2の 2倍を一周期とする周波数 f2 (f2= 1Ζ2·Τ2)とに対して、 充分な透過特性を有するバンドパスフィルタを用い、演算部 29にお 、てノイズやその 他の外因による変動成分を除去する。
[0067] これらの図から明らかなように、駆血期間および駆血解除期間の繰り返し周期に同 期して変化する成分のみを抽出することより、ノイズやその他の外因による変動成分 が除去されている。このため、図 4 (b)のグラフから弾性特性の最大値 Emax、最小値 Eminおよびその差 Δ Eを容易に決定し、精度よく弾性特性を測定することができるこ とがわかる。血管内皮反応を評価するために用いる指標は Δ Ε以外にも、最大値 Em axと最小値 Eminとの比を用いたり、 Δ Εの増加率すなわち（Emax— Emin) ZEma xを用いたりしても好適である。
[0068] なお、本実施形態では、図 3に示す超音波診断装置を測定部の一例として示して いるが、動脈血管やその血管壁の形状特性および性状特性を計測できる限り、測定 部がどのような構成を備えていてもよい。また、血管壁組織の性状特性のひとつとし て弾性特性を例示して ヽるが、弾性特性の逆数であるコンプライアンスを用いても同 様に血管内皮反応を評価することができる。
産業上の利用可能性
[0069] 本発明の血管内皮反応測定装置は、短い時間で信頼性の高い計測が可能であり 、医療および健康管理の分野で好適に使用される。

Claims

請求の範囲
[1] 生体の動脈血管を駆血する駆血部と、
前記動脈血管またはその血管壁の形状特性を計測する測定部と、
前記動脈血管の駆血および駆血解除を周期的に 2回以上繰り返すように前記駆血 部を制御する制御部と、
を備え、前記測定部は、前記動脈血管の駆血を解除している期間の少なくとも一部 期間において前記形状特性の計測を行い、前記一部期間の形状特性のデータを前 記駆血および駆血解除の周期を用いて処理する血管内皮反応測定装置。
[2] 前記測定部は、前記計測した形状特性に基づき、前記血管壁の性状特性をさらに 求める請求項 1に記載の血管内皮反応測定装置。
[3] 前記測定部は、前記駆血および駆血解除の周期に同期して変化する成分を前記 一部期間の形状特性および Zまたは性状特性のデータ力 抽出する請求項 1また は 2に記載の血管内皮反応測定装置。
[4] 前記測定部は、前記駆血および駆血解除の繰返しの周期ごとに得られる形状特性 および Zまたは性状特性のデータを重ね合わせ、重ね合わせたデータから、形状特 性および Zまたは性状特性を求める請求項 1または 2に記載の血管内皮反応測定装 置。
[5] 前記測定部は、前記形状特性および Zまたは性状特性のデータをフーリエ変換し 、前記駆血および駆血解除の繰返しの周波数成分のみを抽出し、抽出したデータを 用いて形状特性および Zまたは性状特性を求める請求項 3に記載の血管内皮反応 測定装置。
[6] 前記測定部は、前記データ抽出のため、前記駆血および駆血解除の繰返しの周 期の整数倍を周期とする周波数成分を透過する特性を供えたバンドパスフィルタを 備える請求項 3に記載の血管内皮反応測定装置。
[7] 前記測定部は超音波診断装置である請求項 1から 6のいずれかに記載の血管内皮 反応測定装置。
[8] 前記測定部は X線診断装置である請求項 1から 6のいずれかに記載の血管内皮反 応測定装置。
[9] 前記測定部は磁気共鳴診断装置である請求項 1から 6のいずれかに記載の血管内 皮反応測定装置。
[10] 前記測定部が測定する形状特性は前記血管壁の厚さおよび Zまたは厚さ変化量 である請求項 1から 9のいずれかに記載の血管内皮反応測定装置。
[11] 前記測定部が測定する形状特性は前記血管の直径および Zまたは血管径変化量 である請求項 1から 9のいずれかに記載の血管内皮反応測定装置。
[12] 前記測定部が測定する性状特性は前記血管壁の弾性特性である請求項 2から 9の いずれかに記載の血管内皮反応測定装置。
[13] 血管内皮反応測定装置の制御部による血管内皮反応測定装置の制御方法であつ て、
駆血部により駆血および駆血解除を周期的に 2回以上繰り返しながら、駆血解除の 期間の少なくとも一部期間において動脈血管またはその血管壁の形状特性を測定 するステップと、
前記一部期間に測定した形状特性のデータを前記駆血および駆血解除の周期を 用いて処理するステップと、
を包含する血管内皮反応測定装置の制御方法。
[14] 前記処理ステップは、前記形状特性データから前記駆血および駆血解除の周期に 同期して変化する成分を抽出する請求項 13に記載の血管内皮反応測定装置の制 御方法。
[15] 前記一部期間に測定した形状特性から前記血管または血管壁の性状特性を求め るステップをさらに包含し、
前記処理ステップは、前記形状特性のデータおよび前記性状特性のデータを前記 駆血および駆血解除の周期を用いて処理するステップと、をさらに包含する請求項 1
3に記載の血管内皮反応測定装置の制御方法。
[16] 前記処理ステップは、前記形状特性のデータおよび前記性状特性データから前記 駆血および駆血解除の周期に同期して変化する成分を抽出する請求項 15に記載の 血管内皮反応測定装置の制御方法。
[17] 前記処理ステップは、前記駆血および駆血解除の繰返しの周期ごとに得られる形 状特性および Zまたは性状特性のデータを重ね合わせ、重ね合わせたデータから、 形状特性および Zまたは性状特性を求める請求項 13または 15に記載の血管内皮 反応測定装置の制御方法。
[18] 前記処理ステップは、前記形状特性および Zまたは性状特性のデータをフーリエ 変換し、前記駆血および駆血解除の繰返しの周波数成分のみを抽出し、抽出したデ ータを用いて形状特性および Zまたは性状特性を求める請求項 14または 16に記載 の血管内皮反応測定装置の制御方法。
[19] 前記処理ステップは、前記データ抽出のため、前記駆血および駆血解除の繰返し の周期の整数倍を周期とする周波数成分を透過する特性を供えたバンドパスフィル タを用いてデータの抽出を行う請求項 14または 16に記載の血管内皮反応測定装置 の制御方法。
[20] 前記計測ステップにお!ヽて、形状特性の測定を超音波診断装置、 X線診断装置ま たは磁気共鳴診断装置を用いて行う請求項 13に記載の血管内皮反応測定装置の 制御方法。
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