WO2010058484A1

WO2010058484A1 - 血管の粘弾性評価装置

Info

Publication number: WO2010058484A1
Application number: PCT/JP2008/071274
Authority: WO
Inventors: 斎藤　之良
Original assignee: 株式会社志成データム
Priority date: 2008-11-18
Filing date: 2008-11-18
Publication date: 2010-05-27

Abstract

本発明は、カフを使用して得た脈波を一次微分し、最高血圧とほぼ同程度の外力を血管に加えた状態で、上記微分波形の１脈波において、正の振幅ピーク値と負の振幅ピーク値とを検出し、これら検出された正の振幅ピーク値と負の振幅ピーク値との比を算出し、この算出された比の前後の算出値を移動平均した値に基づいて、血管の粘弾性を評価するので、カフ圧を使用して得た波形のみに基づいて血管の粘弾性を評価した場合でも、偶発的に発生する誤差による血管の粘弾性を補正することができる。

Description

血管の粘弾性評価装置

　本発明は、血管の粘弾性評価装置に関する。

　従来、心電図と、プレチスモグラムを出力する光電脈波計と、血圧値を検出するフィナプレスとを使用して、血管壁を粘弾性モデルにモデル化して粘弾性、剛性、慣性を出力する装置が知られている（たとえば、特許文献１参照）。
　しかし、上記従来例は、血管の粘弾性を評価する場合、心電図測定装置、光電脈波計、血圧値を検出するフィナプレス等、多くの装置を必要とするという問題がある。つまり、上記従来例では、カフ圧を使用して得た波形のみに基づいて血管の粘弾性を評価することができないという問題がある。
　この問題を解決するためには、カフを使用して得た脈波を一次微分し、最高血圧とほぼ同程度の外力を血管に加えた状態で、上記微分波形の１脈波において、正の振幅ピーク値と負の振幅ピーク値とを検出し、これら検出された正の振幅ピーク値と負の振幅ピーク値との比を算出し、この算出された比に基づいて、血管の粘弾性を評価する発明が知られている（たとえば、特許文献２参照）。
特開２００６−１２９９５８特許第４０５４８８４号

　しかし、上記のように、カフ圧を使用して得た波形のみに基づいて血管の粘弾性を評価した場合、偶発的に発生する誤差によって、得られた血管の粘弾性が実際の値と異なることがあり、また、偶発的に発生する誤差による血管の粘弾性を補正することができないという問題がある。
　本発明は、カフ圧を使用して得た波形のみに基づいて血管の粘弾性を評価した場合でも、偶発的に発生する誤差による血管の粘弾性を補正することができる血管の粘弾性評価装置を提供することを目的とする。

　本発明は、カフを使用して得た脈波を一次微分し、最高血圧とほぼ同程度の外力を血管に加えた状態で、上記微分波形の１脈波において、正の振幅ピーク値と負の振幅ピーク値とを検出し、これら検出された正の振幅ピーク値と負の振幅ピーク値との比を算出し、この算出された比の前後の算出値を移動平均した値に基づいて、血管の粘弾性を評価する血管の粘弾性評価装置である。

　本発明によれば、カフを使用して得た脈波を一次微分し、最高血圧とほぼ同程度の外力を血管に加えた状態で、上記微分波形の１脈波において、正の振幅ピーク値と負の振幅ピーク値とを検出し、これら検出された正の振幅ピーク値と負の振幅ピーク値との比を算出し、この算出された比の前後の算出値を移動平均した値に基づいて、血管の粘弾性を評価するので、カフ圧を使用して得た波形のみに基づいて血管の粘弾性を評価した場合でも、偶発的に発生する誤差による血管の粘弾性を補正することができるという効果を奏する。

　図１は、本発明の実施例１である血管の粘弾性評価装置１００を示すブロック図である。
　図２は、ＣＰＵ２０の機能を示すブロック図である。
　図３は、上記実施例におけるカフ圧力の変化を示す図である。
　図４は、最高血圧付近において、カフ圧の変化と振幅値（ｄＰ／ｄｔ）との関係を示す図である。
　図５は、実施例１において、最高血圧付近における微分脈波を拡大して示す図である。
　図６は、血管粘弾性を、物理的な等価回路（フォークトモデル）で示す図である。
　図７は、ある一定の周期で変化する外力ｆ（たとえば正弦波形のように強さが変化する力）によって、運動する状態を示す図である。
　図８は、ｄｘ／ｄｔの値と経過時間との関係を示す図である。
　図９は、実施例１の動作を示すフローチャートである。
　図１０は、本発明の実施例２である血管の粘弾性評価装置２００を示すブロック図である。
　図１１は、実施例２におけるＣＰＵ２０ａの構成を示す図である。
　図１２は、上記実施例において、年令と比（Ｖｒ／Ｖｆ）との関係を示す図である。
　図１３は、図５に示す最高血圧付近の微分脈波のデータにおいて、Ｖｒ／Ｖｆ値を実際に算出した場合に、「移動平均しない場合」のトレンドグラフと、「ｎ＝３で移動平均した場合」のトレンドグラフとを示す図である。
　図１４は、Ｖｒ／Ｖｆの値を移動平均によって補正する処理を示すフローチャートである。

符号の説明

　１００、２００…血管の粘弾性評価装置、
　１１…カフ、
　２０、２０ａ…ＣＰＵ、
　２１…脈波成分抽出手段、
　２２…微分波形形成手段、
　２３、７３…正の振幅ピーク値検出手段、
　２４、７４…負の振幅ピーク値検出手段、
　２５…比演算手段、
　２６…血管粘弾性評価手段。

　発明を実施するための最良の形態は、以下の実施例である。

　図１は、本発明の実施例１である血管の粘弾性評価装置１００を示すブロック図である。
　血管の粘弾性評価装置１００は、カフ１１と、加圧手段１２と、微速排気手段１３と、圧力検出手段１４と、サンプリング手段１５と、ＣＰＵ２０と、ＲＯＭ３０と、ＲＡＭ４０と、操作手段５０と、表示装置６１と、プリンタ６２と、外部端子６３とを有する。
　カフ１１、加圧手段１２、微速排気手段１３、圧力検出手段１４は、可撓管によって接続されている。また、加圧手段１２と、微速排気手段１３と、圧力検出手段１４と、サンプリング手段１５とは、ＣＰＵ２０によって制御される。
　カフ１１は、被測定者の腕、手首、指、大腿、足首等に巻付け、脈波を得る。加圧手段１２は、血圧測定に必要な所定の圧力にカフ１１を加圧する。微速排気手段１３は、加圧手段１２によって加圧されたカフ１１内の圧力を徐々に排気する。
　圧力検出手段１４は、カフ１１の圧力を検出する圧力トランスデューサを含み、上記圧力を電気信号（パルス）に変換して出力する。サンプリング手段１５は、圧力検出手段１４からの電気信号（パルス）を一定時間内でカウントし、サンプリング信号によって上記カウントを周期的に繰返すとともに、サンプリング値をＡ／Ｄ変換する。
　図２は、ＣＰＵ２０の機能を示すブロック図である。
　ＣＰＵ２０は、血管の粘弾性評価装置１００の全体を制御するものであるとともに、機能的には、ＲＯＭ３０に格納されているプログラム（対応するフローチャートを、図９に示す）と協働して、脈波成分抽出手段２１と、微分波形形成手段２２と、正の振幅ピーク値検出手段２３と、負の振幅ピーク値検出手段２４と、比算出手段２５と、血管粘弾性評価手段２６とを実現するものである。
　脈波成分抽出手段２１は、カフ圧力の脈波成分を抽出する。微分波形形成手段２２は、脈波成分抽出手段２１が抽出した脈波成分を時間微分して一次微分値を演算し、微分波形を形成する。
　正の振幅ピーク値検出手段２３は、最高血圧とほぼ同程度の外力を血管に加えた状態で、上記微分波形の１脈波において、正の振幅ピーク値Ｖｆを検出する。
　負の振幅ピーク値検出手段２４は、上記正の振幅ピーク値Ｖｆを検出した脈波において、負の振幅ピーク値Ｖｒを検出する。比算出手段２５は、上記正の振幅ピーク値Ｖｆと負の振幅ピーク値Ｖｒとの比を算出する。血管粘弾性評価手段２６は、比算出手段２５が算出した比に基づいて、血管の粘弾性を評価する。
　図３は、上記実施例におけるカフ圧力の変化を示す図である。
　カフ１１を腕、手首、指等に巻き付け、このカフ１１の内部の圧力を加圧手段１２によって所定の圧力まで高め、その後、微速排気手段１３によって、３~５ｍｍＨｇ／秒の割合で、ほぼ直線的に減圧し、この減圧の過程で、脈波振幅成分がカフ圧力に重畳される。
　血管の粘弾性評価装置１００が、血管粘弾性の指標を演算する場合、具体的には、次のようにする。まず、カフ１１を被測定者の腕に巻き、操作手段５０に設けられている測定開始スイッチをオンし、これによって、血圧測定に必要な圧力に達するまで、加圧手段１２がカフ１１を加圧する。この加圧を停止した後に、微速排気手段１３によって、カフ１１内の空気が徐々に排気され、これに伴って脈波成分による圧力変位がカフに伝達され始める。
　圧力検出手段１４が、カフ圧力を周波数の変化として電気的な信号に変換し、サンプリング手段１５が、一定時間毎（たとえば５ｍｓ毎）にサンプリングし、このサンプリングされたカフ圧力に応じてパルスを出力する。
　図４は、最高血圧付近において、カフ圧の変化と振幅値（ｄＰ／ｄｔ）との関係を示す図である。
　図５は、実施例１において、最高血圧付近における微分脈波を拡大して示す図である。
　カフ圧を時間で微分し、カフ圧の減圧速度分を除去すると、図４に示すように、微分脈波を得ることができる。図４において、正の振幅ピーク値Ｖｆは、脈波の１つについて、その微分波形のうちで、０を基準に正方向の振幅値のうちでピークの値であり、負の振幅ピーク値Ｖｒは、脈波の１つについて、その微分波形のうちで、０を基準に負方向の振幅値のうちでピークの値である。
　時間微分脈波は、血管の容量が変化する速度を示す値であり、正の振幅値は、血管の拡張速度を示す値であり、負の振幅値は、血管の収縮速度を示す値である。
　図６は、血管粘弾性を、物理的な等価回路（フォークトモデル）で示す図である。
　図７は、ある一定の周期で変化する外力ｆ（たとえば正弦波形のように強さが変化する力）によって、運動する状態を示す図である。
　つまり、図７は、実施例１における血管の運動状態を説明する図であり、外力として内外圧差Ｆを血管に印加したときにおける血管の体積変化ｘを示す図である。
　図７に示す体積変化ｘの時間的変化（すなわち体積変化速度）の最大値は、粘弾性によって異なる。つまり、粘弾性体である血管が収縮方向に変化する時間的変化量と、血管が拡大方向に変化する時間的変化量とは異なる。
　図８は、ｄｘ／ｄｔの値と経過時間との関係を示す図である。
　図７を、速度ｄｘ／ｄｔと時刻との関係で書き直すと、図８（１）に示すのようになる。ｄｘ／ｄｔの値が、時刻ｔとともに急速に減少するのは、粘性抵抗によって減衰が生じるためである。
　かりに、粘性抵抗が０であれば、図８（２）に示すように、永遠に振動を続ける。減衰の度合いは、弾性体の弾性率と粘性抵抗とで決定される。弾性率が一定であれば、粘性が高い程、減衰は急峻になる。また、粘性が一定であれば、弾性率が低い（柔らかい）程、減衰は急峻になる。したがって、ＶｆとＶｒとの比から、粘弾性を評価することができる。
　また、正の振幅ピーク値Ｖｆと負の振幅ピーク値Ｖｒとの差に基づいて、血管の粘弾性を評価することができる。
　次に、実施例１の動作について説明する。
　図９は、実施例１の動作を示すフローチャートである。
　まず、Ｓ１で、カフ１１を、被測定者の腕、手首、指、大腿、足首等に巻付け、脈波を得る。Ｓ２で、加圧手段１２を介して、血圧測定に必要な所定の圧力にカフ１１を加圧する。Ｓ３で、加圧手段１２によって加圧されたカフ１１内の圧力を、微速排気手段１３によって徐々に排気する。
　Ｓ４で、圧力検出手段１４が、カフ１１の圧力を電気信号（パルス）に変換して出力する。Ｓ５で、サンプリング手段１５が、圧力検出手段１４からの電気信号（パルス）を一定時間内でカウントし、サンプリング信号によって上記カウントを周期的に繰返すとともに、サンプリング値をＡ／Ｄ変換する。
　Ｓ６で、脈波成分抽出手段２１が、カフ圧力の脈波成分を抽出する。Ｓ７で、微分波形形成手段２２が、上記抽出された脈波成分を時間微分して一次微分値を演算し、微分波形を形成する。
　Ｓ８で、正の振幅ピーク値検出手段２３が、最高血圧とほぼ同程度の外力を血管に加えた状態で、上記微分波形の１脈波において、正の振幅ピーク値Ｖｆを検出する。Ｓ９で、負の振幅ピーク値検出手段２４が、上記正の振幅ピーク値Ｖｆを検出した脈波において、負の振幅ピーク値Ｖｒを検出する。
　Ｓ１０で、比算出手段２５が、正の振幅ピーク値Ｖｆと負の振幅ピーク値Ｖｒとの比を算出する。Ｓ１１で、血管粘弾性評価手段２６が、比算出手段２５が算出した比に基づいて、血管の粘弾性を評価する。
　実施例１によれば、カフ圧を使用して得た波形のみに基づいて血管の粘弾性を評価することができる。

　図１０は、本発明の実施例２である血管の粘弾性評価装置２００を示すブロック図である。
　血管の粘弾性評価装置２００は、血管の粘弾性評価装置１００において、負の振幅のピークをほぼ迎えた状態で、正の振幅ピーク値Ｖｆ、負の振幅ピーク値Ｖｒを検出する実施例である。
　つまり、正の振幅ピーク値Ｖｆ、負の振幅ピーク値Ｖｒを検出する場合、血管の粘弾性評価装置１００では、最高血圧とほぼ同程度の外力を血管に加えた状態で検出するが、血管の粘弾性評価装置２００では、負の振幅のピークをほぼ迎えた状態で検出する。
　血管の粘弾性評価装置２００は、血管の粘弾性評価装置１００において、ＣＰＵ２０の代わりに、ＣＰＵ２０ａを設けた装置である。
　図１１は、実施例２におけるＣＰＵ２０ａの構成を示す図である。
　ＣＰＵ２０ａは、ＣＰＵ２０において、正の振幅ピーク値検出手段２３の代わりに、正の振幅ピーク検出手段７３を設け、負の振幅ピーク値検出手段２４の代わりに、負の振幅ピーク値検出手段７４を設けたものである。
　正の振幅ピーク値検出手段７３は、負の振幅のピークをほぼ迎えた状態で、上記微分波形の１脈波において、正の振幅ピーク値Ｖｆを検出する手段である。
　負の振幅ピーク値検出手段７４は、負の振幅のピークをほぼ迎えた状態で、上記微分波形の１脈波において、負の振幅ピーク値Ｖｒを検出する手段である。つまり、負の振幅ピーク値検出手段７４は、上記正の振幅ピーク値Ｖｆを検出した脈波において、負の振幅ピーク値Ｖｒを検出する手段である。
　実施例２によれば、カフ圧を使用して得た波形のみに基づいて血管の粘弾性を評価することができる。
　図１２は、上記実施例において、年令と比（Ｖｒ／Ｖｆ）との関係を示す図である。
　血管粘弾性評価手段２６は、比算出手段２５が算出した比（Ｖｒ／Ｖｆ）に基づいて、血管の粘弾性を評価する。この場合、たとえば、図１２に示すように、予め、年齢、性別等で、比（Ｖｒ／Ｖｆ）の平均値をテーブル化し、これらの平均値と比較することによって、動脈硬化のリスクを判定する。
　なお、上記各実施例では、カフ圧を次第に減圧するが、カフ圧を次第に上昇させる場合に、上記各実施例を適用するようにしてもよい。

　実施例３は、カフを使用して得た脈波を一次微分し、最高血圧とほぼ同程度の外力を血管に加えた状態で、上記微分波形の１脈波において、正の振幅ピーク値と負の振幅ピーク値とを検出し、これら検出された正の振幅ピーク値と負の振幅ピーク値との比を算出し、この算出された比の前後の算出値を移動平均した値に基づいて、血管の粘弾性を評価する実施例である。
　図１３は、図５に示す最高血圧付近の微分脈波のデータにおいて、Ｖｒ／Ｖｆ値を実際に算出した場合に、「移動平均しない場合」のトレンドグラフ（実線で示す特性）と、「３つのデータで移動平均した場合」のトレンドグラフ（破線で示す特性）とを示す図である。
　上記「移動平均しない場合」、図１３に示す最高血圧付近のデータ（０．９６および０．７）において、どちらの値を選択するかによって、測定結果であるＶｒ／Ｖｆ値が大きく変わる。このような偶発的に発生するＶｒ／Ｖｆ値の変動を補正するために、移動平均によって、グラフを平滑化する。このように移動平均することによって、たとえば、「３つのデータで移動平均した場合」のトレンドグラフが示すように、常に安定した測定結果を得ることができる。なお、上記移動平均を実施するデータの数は、３~６程度が適当である。
　次に、Ｖｒ／Ｖｆの値を移動平均によって補正する処理について説明する。
　図１４は、Ｖｒ／Ｖｆの値を移動平均によって補正する処理を示すフローチャートである。
　Ｓ１で、測定した任意の脈波におけるＶｒ／Ｖｆの値を演算し、この測定した任意の脈波のＶｒ／Ｖｆの値をＸｉとする。
　なお、上記Ｖｆは、最高血圧とほぼ同程度の外力を血管に加えた状態で、脈波成分抽出手段２１が抽出した脈波成分を時間微分した微分波形の１脈波における正の振幅ピーク値である。上記Ｖｒは、上記微分波形の１脈波における負の振幅ピーク値である。
　Ｓ２で、ｉ番目の前後の脈波から算出したＶｒ／Ｖｆの値を、それぞれＸｉ−１、Ｘｉ＋１とする。つまり、ｉ−１番目の脈波から算出したＶｒ／Ｖｆの値＝Ｘｉ−１、ｉ番目の脈波から算出したＶｒ／Ｖｆの値＝Ｘｉ、ｉ＋１番目の脈波から算出したＶｒ／Ｖｆの値＝Ｘｉ＋１とする。
　Ｓ３で、次の式（１）を使用にして、移動平均値（Ｖｒ／Ｖｆ）ａｖｅを演算する。

　Ｓ４で、測定期間中に現れた脈波の総数をｎとし、ｉ＝２~ｎ−１までの各移動平均値を求める。
　Ｓ５で、別途算出した最高血圧値に相当する点に一番近い移動平均値によって、血管の粘弾性を評価する。
　なお、実施例３において、血管の粘弾性を評価する場合、正の振幅ピーク値と負の振幅ピーク値との比について、前後の算出値を移動平均した値に基づいて、血管の粘弾性を評価するだけではなく、正の振幅ピーク値と負の振幅ピーク値との差について、前後の算出値を移動平均した値に基づいて、血管の粘弾性を評価するようにしてもよい。
　また、実施例３において、正の振幅ピーク値Ｖｆ、負の振幅ピーク値Ｖｒを検出する場合、最高血圧とほぼ同程度の外力を血管に加えた状態で検出するようにしてもよく、負の振幅のピークをほぼ迎えた状態で、正の振幅ピーク値Ｖｆ、負の振幅ピーク値Ｖｒを検出するようにしてもよい。

　上記のように、本発明は、カフを使用して得た脈波を一次微分し、最高血圧とほぼ同程度の外力を血管に加えた状態で、上記微分波形の１脈波において、正の振幅ピーク値と負の振幅ピーク値とを検出し、これら検出された正の振幅ピーク値と負の振幅ピーク値との比を算出し、この算出された比の前後の算出値を移動平均した値に基づいて、血管の粘弾性を評価するので、カフ圧を使用して得た波形のみに基づいて血管の粘弾性を評価した場合でも、偶発的に発生する誤差による血管の粘弾性を補正することができる。

Claims

カフ圧力の脈波成分を抽出する脈波成分抽出手段と；
　上記抽出された脈波成分を時間微分して一次微分値を演算し、微分波形を形成する微分波形形成手段と；
　最高血圧とほぼ同程度の外力を血管に加えた状態で、上記微分波形の１脈波において、正の振幅ピーク値を検出する正の振幅ピーク値検出手段と；
　上記正の振幅ピーク値を検出した脈波において、負の振幅ピーク値を検出する負の振幅ピーク値検出手段と；
　上記正の振幅ピーク値と負の振幅ピーク値との比を算出する比算出手段と；
　上記比算出手段が算出した比について、前後の算出値を移動平均した値に基づいて、血管の粘弾性を評価する血管粘弾性評価手段と；
　を有することを特徴とする血管の粘弾性評価装置。
カフ圧力の脈波成分を抽出する脈波成分抽出手段と；
　上記抽出された脈波成分を時間微分して一次微分値を演算し、微分波形を形成する微分波形形成手段と；
　負の振幅のピークをほぼ迎えた状態で、上記微分波形の１脈波において、正の振幅ピーク値を検出する正の振幅ピーク値検出手段と；
　上記正の振幅ピーク値を検出した脈波において、負の振幅ピーク値を検出する負の振幅ピーク値検出手段と；
　上記正の振幅ピーク値と負の振幅ピーク値との比を算出する比算出手段と；
　上記比算出手段が算出した比について、前後の算出値を移動平均した値に基づいて、血管の粘弾性を評価する血管粘弾性評価手段と；
　を有することを特徴とする血管の粘弾性評価装置。
カフ圧力の脈波成分を抽出する脈波成分抽出手段と；
　上記抽出された脈波成分を時間微分して一次微分値を演算し、微分波形を形成する微分波形形成手段と；
　最高血圧とほぼ同程度の外力を血管に加えた状態で、上記微分波形の１脈波において、正の振幅ピーク値を検出する正の振幅ピーク値検出手段と；
　上記正の振幅ピーク値を検出した脈波において、負の振幅ピーク値を検出する負の振幅ピーク値検出手段と；
　上記正の振幅ピーク値と負の振幅ピーク値との差を算出する差算出手段と；
　上記差算出手段が算出した差について、前後の算出値を移動平均した値に基づいて、血管の粘弾性を評価する血管粘弾性評価手段と；
　を有することを特徴とする血管の粘弾性評価装置。
カフ圧力の脈波成分を抽出する脈波成分抽出手段と；
　上記抽出された脈波成分を時間微分して一次微分値を演算し、微分波形を形成する微分波形形成手段と；
　負の振幅のピークをほぼ迎えた状態で、上記微分波形の１脈波において、正の振幅ピーク値を検出する正の振幅ピーク値検出手段と；
　上記正の振幅ピーク値を検出した脈波において、負の振幅ピーク値を検出する負の振幅ピーク値検出手段と；
　上記正の振幅ピーク値と負の振幅ピーク値との差を算出する差算出手段と；
　上記差算出手段が算出した差について、前後の算出値を移動平均した値に基づいて、血管の粘弾性を評価する血管粘弾性評価手段と；
　を有することを特徴とする血管の粘弾性評価装置。