(57)【要約】【課題】新規な動脈の硬さの計測装置を提供することを目的とする。【解決手段】動脈の硬さの計測装置は、動脈の径の変動する相対変位を測定する相対変位測定部を有し、動脈の変動する血圧を測定する血圧測定部を有し、これら測定した相対変位および血圧から動脈の径の絶対変位および動脈の変形抵抗率の代表値を算出する絶対変位・代表値算出部を有し、さらに算出した絶対変位から変形抵抗率の変動値を算出する変動値算出部を有する。【選択図】図２
2014087584.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
動脈の硬さの計測方法において、動脈の径の変動する相対変位を測定し、動脈の変動する血圧を測定し、これら測定した相対変位および血圧から動脈の径の絶対変位および動脈の変形抵抗率の代表値を算出することを特徴とする計測方法。
【請求項２】
算出した前記絶対変位より、変形抵抗率の変動値を算出することを特徴とする請求項１に記載の計測方法。
【請求項３】
動脈の硬さの計測装置において、動脈の径の変動する相対変位を測定する相対変位測定部を有し、動脈の変動する血圧を測定する血圧測定部を有し、これら測定した相対変位および血圧から動脈の径の絶対変位および動脈の変形抵抗率の代表値を算出する絶対変位・代表値算出部を有することを特徴とする計測装置。
【請求項４】
算出した前記絶対変位より、変形抵抗率の変動値を算出する変動値算出部を有することを特徴とする請求項３に記載の計測装置。
【請求項５】
圧力壁の硬さの計測方法において、圧力壁の変動する相対変位を測定し、圧力壁が受ける変動する圧力を測定し、これら測定した相対変位および圧力から圧力壁の絶対変位および圧力壁の変形抵抗率の代表値を算出することを特徴とする計測方法。
【請求項６】
圧力壁の硬さの計測装置において、圧力壁の変動する相対変位を測定する相対変位測定部を有し、圧力壁が受ける変動する圧力を測定する圧力測定部を有し、これら測定した相対変位および圧力から圧力壁の絶対変位および圧力壁の変形抵抗率の代表値を算出する絶対変位・代表値算出部を有することを特徴とする計測装置。
【請求項７】
動脈の硬さの計測方法において、動脈に押し付けた圧子に動脈の脈動によって生じる変動する荷重を測定し、動脈の変動する血圧を測定し、これら測定した荷重および血圧から圧子間距離と動脈の外径が等しくなるときの圧力および動脈の変形抵抗率の代表値を算出することを特徴とする計測方法。
【請求項８】
算出した前記圧力より、変形抵抗率の変動値を算出することを特徴とする請求項７に記載の計測方法。
【請求項９】
動脈の硬さの計測装置において、動脈に押し付けた圧子に動脈の脈動によって生じる変動する荷重を測定する荷重測定部を有し、動脈の変動する血圧を測定する血圧測定部を有し、これら測定した荷重および血圧から圧子間距離と動脈の外径が等しくなるときの圧力および動脈の変形抵抗率の代表値を算出する圧力・代表値算出部を有することを特徴とする計測装置。
【請求項１０】
算出した前記圧力より、変形抵抗率の変動値を算出する変動値算出部を有することを特徴とする請求項９に記載の計測装置。
【請求項１１】
圧力壁の硬さの計測方法において、圧力壁に押し付けた圧子に圧力壁の脈動によって生じる変動する荷重を測定し、圧力壁が受ける変動する圧力を測定し、これら測定した荷重および圧力から圧子間距離と圧力壁の外径が等しくなるときの圧力および圧力壁の変形抵抗率の代表値を算出することを特徴とする計測方法。
【請求項１２】
圧力壁の硬さの計測装置において、圧力壁に押し付けた圧子に圧力壁の脈動によって生じる変動する荷重を測定する荷重測定部を有し、圧力壁が受ける変動する圧力を測定する圧力測定部を有し、これら測定した荷重および圧力から圧子間距離と圧力壁の外径が等しくなるときの圧力および圧力壁の変形抵抗率の代表値を算出する圧力・代表値算出部を有することを特徴とする計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、新規な動脈の硬さの計測方法に関する。また、本発明は、前記の計測方法を用いる、新規な計測装置に関する。
また、本発明は、新規な圧力壁の硬さの計測方法に関する。また、本発明は、前記の計測方法を用いる、新規な計測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧力を受ける圧力壁の一例として、ヒトの動脈を挙げることができる。
動脈は、その疾患を発端とした死亡者数が同様に増加傾向にあり、その状態を早期かつ正確に把握する技術の確立が強く望まれている臓器の1つであり、超音波やCT、MRIなど画像診断技術に代表される幾何学的情報を得る方法が広く発達・普及している。しかし、動脈の弾性係数（ヤング率）など客観的な力学情報を得る方法には未だ課題が多く残されている。
【０００３】
動脈の力学情報を得る方法としては、手と足の血圧の比較や脈波の伝わり方を調べる血圧脈波検査装置を挙げることができる（特許文献１参照）。
【０００４】
また、血圧の変動に伴う血管変形を簡便に把握できるものとしては前記した超音波画像診断技術がある。
【０００５】
なお、発明者は、本発明に関連する技術内容を開示している（非特許文献１，２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−４４３６３号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】脈動を利用した動脈の変形特性の低侵襲評価法の検討、中川寛也、佐久間淳、田辺蛍一、Rahil Vali、新保貴也、川越研太、日本機械学会バイオフロンティア講演会、第23巻、2012.10.、pp.91-92
【非特許文献２】ヒト動脈の力学的挙動の円柱挟込法による評価、田辺蛍一、佐久間淳、川越研太、新保貴也、日本機械学会バイオエンジニアリング講演会講演論文集、第24巻、2012.1.、CD-ROM
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上述した技術においては、硬化をオリジナルの指標によって表すため客観的データを得ることができない等の問題点がある。
【０００９】
そのため、このような課題を解決する、新規な動脈の硬さの計測方法等および計測装置等の開発が望まれている。
【００１０】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、新規な動脈の硬さの計測方法を提供することを目的とする。
また、本発明は、前記の計測方法を用いる、新規な動脈の硬さの計測装置を提供することを目的とする。
【００１１】
また、本発明は、新規な圧力壁の硬さの計測方法を提供することを目的とする。
また、本発明は、前記の計測方法を用いる、新規な圧力壁の硬さの計測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】
【００１２】
上記課題を解決し、本発明の目的を達成するため、本発明の動脈の硬さの計測方法は、動脈の径の変動する相対変位を測定し、動脈の変動する血圧を測定し、これら測定した相対変位および血圧から動脈の径の絶対変位および動脈の変形抵抗率の代表値を算出し、さらに算出した絶対変位から変形抵抗率の変動値を算出することを特徴とする。
【００１３】
本発明の動脈の硬さの計測装置は、動脈の径の変動する相対変位を測定する相対変位測定部を有し、動脈の変動する血圧を測定する血圧測定部を有し、これら測定した相対変位および血圧から動脈の径の絶対変位および動脈の変形抵抗率の代表値を算出する絶対変位・代表値算出部を有し、さらに算出した絶対変位から変形抵抗率の変動値を算出する変動値算出部を有することを特徴とする。
【００１４】
本発明の圧力壁の硬さの計測方法は、圧力壁の変動する相対変位を測定し、圧力壁が受ける変動する圧力を測定し、これら測定した相対変位および圧力から圧力壁の絶対変位および圧力壁の変形抵抗率の代表値を算出することを特徴とする。
【００１５】
本発明の圧力壁の硬さの計測装置は、圧力壁の変動する相対変位を測定する相対変位測定部を有し、圧力壁が受ける変動する圧力を測定する圧力測定部を有し、これら測定した相対変位および圧力から圧力壁の絶対変位および圧力壁の変形抵抗率の代表値を算出する絶対変位・代表値算出部を有することを特徴とする。
【００１６】
本発明の動脈の硬さの計測方法は、動脈に押し付けた圧子に動脈の脈動によって生じる変動する荷重を測定し、動脈の変動する血圧を測定し、これら測定した荷重および血圧から圧子間距離と動脈の外径が等しくなるときの圧力および動脈の変形抵抗率の代表値を算出し、さらに算出した圧力から変形抵抗率の変動値を算出することを特徴とする。
【００１７】
本発明の動脈の硬さの計測装置は、動脈に押し付けた圧子に動脈の脈動によって生じる変動する荷重を測定する荷重測定部を有し、動脈の変動する血圧を測定する血圧測定部を有し、これら測定した荷重および血圧から圧子間距離と動脈の外径が等しくなるときの圧力および動脈の変形抵抗率の代表値を算出する圧力・代表値算出部を有し、さらに算出した圧力から変形抵抗率の変動値を算出する変動値算出部を有することを特徴とする。
【００１８】
本発明の圧力壁の硬さの計測方法は、圧力壁に押し付けた圧子に圧力壁の脈動によって生じる変動する荷重を測定し、圧力壁が受ける変動する圧力を測定し、これら測定した荷重および圧力から圧子間距離と圧力壁の外径が等しくなるときの圧力および圧力壁の変形抵抗率の代表値を算出することを特徴とする。
【００１９】
本発明の圧力壁の硬さの計測装置は、圧力壁に押し付けた圧子に圧力壁の脈動によって生じる変動する荷重を測定する荷重測定部を有し、圧力壁が受ける変動する圧力を測定する圧力測定部を有し、これら測定した荷重および圧力から圧子間距離と圧力壁の外径が等しくなるときの圧力および圧力壁の変形抵抗率の代表値を算出する圧力・代表値算出部を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明は、以下に記載されるような効果を奏する。
【００２１】
本発明の動脈の硬さの計測方法は、動脈の径の変動する相対変位を測定し、動脈の変動する血圧を測定し、これら測定した相対変位および血圧から動脈の径の絶対変位および動脈の変形抵抗率の代表値を算出し、さらに算出した絶対変位から変形抵抗率の変動値を算出するので、新規な動脈の硬さの計測方法を提供することができる。
【００２２】
本発明の動脈の硬さの計測装置は、動脈の径の変動する相対変位を測定する相対変位測定部を有し、動脈の変動する血圧を測定する血圧測定部を有し、これら測定した相対変位および血圧から動脈の径の絶対変位および動脈の変形抵抗率の代表値を算出する絶対変位・代表値算出部を有し、さらに算出した絶対変位から変形抵抗率の変動値を算出する変動値算出部を有するので、新規な動脈の硬さの計測装置を提供することができる。
【００２３】
本発明の圧力壁の硬さの計測方法は、圧力壁の変動する相対変位を測定し、圧力壁が受ける変動する圧力を測定し、これら測定した相対変位および圧力から圧力壁の絶対変位および圧力壁の変形抵抗率の代表値を算出するので、新規な圧力壁の硬さの計測方法を提供することができる。
【００２４】
本発明の圧力壁の硬さの計測装置は、圧力壁の変動する相対変位を測定する相対変位測定部を有し、圧力壁が受ける変動する圧力を測定する圧力測定部を有し、これら測定した相対変位および圧力から圧力壁の絶対変位および圧力壁の変形抵抗率の代表値を算出する絶対変位・代表値算出部を有するので、新規な圧力壁の硬さの計測装置を提供することができる。
【００２５】
本発明の動脈の硬さの計測方法は、動脈に押し付けた圧子に動脈の脈動によって生じる変動する荷重を測定し、動脈の変動する血圧を測定し、これら測定した荷重および血圧から圧子間距離と動脈の外径が等しくなるときの圧力および動脈の変形抵抗率の代表値を算出し、さらに算出した圧力から変形抵抗率の変動値を算出するので、新規な動脈の硬さの計測方法を提供することができる。
【００２６】
本発明の動脈の硬さの計測装置は、動脈に押し付けた圧子に動脈の脈動によって生じる変動する荷重を測定する荷重測定部を有し、動脈の変動する血圧を測定する血圧測定部を有し、これら測定した荷重および血圧から圧子間距離と動脈の外径が等しくなるときの圧力および動脈の変形抵抗率の代表値を算出する圧力・代表値算出部を有し、さらに算出した圧力から変形抵抗率の変動値を算出するので、新規な動脈の硬さの計測装置を提供することができる。
【００２７】
本発明の圧力壁の硬さの計測方法は、圧力壁に押し付けた圧子に圧力壁の脈動によって生じる変動する荷重を測定し、圧力壁が受ける変動する圧力を測定し、これら測定した荷重および圧力から圧子間距離と圧力壁の外径が等しくなるときの圧力および圧力壁の変形抵抗率の代表値を算出するので、新規な圧力壁の硬さの計測方法を提供することができる。
【００２８】
本発明の圧力壁の硬さの計測装置は、圧力壁に押し付けた圧子に圧力壁の脈動によって生じる変動する荷重を測定する荷重測定部を有し、圧力壁が受ける変動する圧力を測定する圧力測定部を有し、これら測定した荷重および圧力から圧子間距離と圧力壁の外径が等しくなるときの圧力および圧力壁の変形抵抗率の代表値を算出する圧力・代表値算出部を有するので、新規な圧力壁の硬さの計測装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】動脈の血圧と相対変位の測定部を模式的に示す図である。
【図２】計測装置の構成を示す図である。
【図３】実験装置の概略を示す図である。
【図４】試料(a)の計測結果を示す図である。
【図５】試料(b)の計測結果を示す図である。
【図６】試料(c)の計測結果を示す図である。
【図７】試料(d)の計測結果を示す図である。
【図８】変形抵抗率とヤング率の比較結果を示す図である。
【図９】血圧測定部と荷重測定部を模式的に示す図である。
【図１０】計測装置の構成を示す図である。
【図１１】実験装置の概略を示す図である。
【図１２】計測結果を示す図である。
【図１３】変形抵抗率とヤング率の比較結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、圧力壁の硬さの計測方法および計測装置にかかる第１の発明を実施するための形態について説明する。
【００３１】
本発明の圧力壁の硬さの計測方法は、圧力壁の変動する相対変位を測定し、圧力壁が受ける変動する圧力を測定し、これら測定した相対変位および圧力から圧力壁の絶対変位および圧力壁の変形抵抗率の代表値を算出する方法である。
【００３２】
本発明の圧力壁の硬さの計測装置は、圧力壁の変動する相対変位を測定する相対変位測定部を有し、圧力壁が受ける変動する圧力を測定する圧力測定部を有し、これら測定した相対変位および圧力から圧力壁の絶対変位および圧力壁の変形抵抗率の代表値を算出する絶対変位・代表値算出部を有する装置である。
【００３３】
動脈の硬さの計測方法は、動脈の径の変動する相対変位を測定し、動脈の変動する血圧を測定し、これら測定した相対変位および血圧から動脈の径の絶対変位および動脈の変形抵抗率の代表値を算出し、さらに算出した絶対変位から変形抵抗率の変動値を算出する方法である。
【００３４】
動脈の硬さの計測装置は、動脈の径の変動する相対変位を測定する相対変位測定部を有し、動脈の変動する血圧を測定する血圧測定部を有し、これら測定した相対変位および血圧から動脈の径の絶対変位および動脈の変形抵抗率の代表値を算出する絶対変位・代表値算出部を有し、さらに算出した絶対変位から変形抵抗率の変動値を算出する変動値算出部を有する装置である。
【００３５】
圧力を受ける圧力壁の一例としての、動脈の硬さの計測方法および計測装置について説明する。
【００３６】
まず、動脈の脈動により変動する動脈の径の相対変位および血圧から、動脈の物性値として変形抵抗率を算出する方法について説明する。
【００３７】
血管のような円筒の形状を有するものについては、厚肉円筒や薄肉円筒の変形モデルを用いることで、円筒に作用する圧力と変形量（変位）の関係から弾性係数（ヤング率）など客観的な力学情報を得ることが原理的に可能である。両端が固定されて内部から圧力Pを受ける厚肉円筒殻の変形は、次の式によって表すことができる。
【００３８】
【数１】
2014087584.tif 000003
【００３９】
ここで、u，E，ν，φ1，φiは半径の絶対変位、円筒の材料のヤング率、ポアソン比、円筒殻の外直径、内直径をそれぞれ表している。なお、半径の絶対変位uは、基準とする円筒中心の軸から半径方向の外向きに計測した値であり、メートル単位で表す。
【００４０】
この式（数１）で表される変位uは、ヤング率Eが定数である場合には圧力Pの増減にのみ比例して変化するが、生体軟組織である血管では粘性効果による変形抵抗の影響を考慮した評価が必要である。この影響を考慮するため、ヤング率Eに代わって、ここでは変形抵抗率Dを用いた次式により血管の変形挙動を評価する。
【００４１】
【数２】
2014087584.tif 000004
【００４２】
動脈に代表されるヒト体内にある血管の状態を把握する場合に関しては、これが常に活動しているので血液の圧力Pが0の状態を評価することが困難であることから、血液の圧力Pが血管へ作用していない変位0の状態を測定できないため、この変位0の状態を基準とする血管の絶対変位uを測ることは通常は困難であり、このため厚肉円筒の変形モデルを用いた関係から血管の変形抵抗率を直接測ることは困難であった。
【００４３】
そこで、測定技術として代表的な血圧計測や血管変形計測方法の情報を分析し、血管の絶対変位を直接測ることなく厚肉円筒の変形モデルを用いて血管の変形抵抗率を得られる方法の開発が望まれていた。
【００４４】
この一方で、血圧Pの変動に伴う血管変形の相対変位Δuの測定は可能であるため、この変動する相対変位Δuを基に血管の絶対変位uを算出することで血管の変形挙動の評価を本発明では実現する。
【００４５】
これを実現する目的で、まず絶対変位uを相対変位Δuから算出するために、変動する変位Δuは血管変形の最小変位の絶対値u0を基準とした相対値として計測することを考える。このとき、この最小の絶対変位u0から相対変位Δuを計測すると考えることによっては、血圧Pの変動に伴う血管変形の絶対変位uは時刻tの関数として次式によって表すことができる。
【００４６】
【数３】
2014087584.tif 000005
【００４７】
この式（数３）の絶対変位u(t)を用いることでは、時刻tの関数として変動する血圧P(t)も用いながら変形抵抗率D(t)を次式によって表すことができる。
【００４８】
【数４】
2014087584.tif 000006
【００４９】
ここで、さらに変動する変形抵抗率D(t)の代表値となる定数Dオーバーバーを考えることにより、この代表する変形抵抗率Dオーバーバーと基準絶対変位u0を変数とする次式に示す関数f(Dオーバーバー,u0)を新たに定義する。
【００５０】
【数５】
2014087584.tif 000007
【００５１】
この式（数５）の関数f(Dオーバーバー，u0)を最小化する変数(Dオーバーバー，u0)を最小二乗法によって求めることによって、時刻tの関数として変動する血圧P(t)と相対変位Δu(t)の値から変形抵抗率Dオーバーバーと基準絶対変位u0を本発明では算出する。
【００５２】
さらに、この求めた基準変位u0と式（数４）を用いることによって、時刻tの関数として変動する変形抵抗率D(t)も算出することが可能となる。
【００５３】
つぎに、本発明で考案した計測装置の概要について説明する。この考案では、時刻tの関数として変動する血圧P(t)と相対変位Δu(t)の値を測定するため、図１で模式的に示すような血圧P(t)と相対変位Δu(t)とを測定できる測定装置部を使用する。１は動脈２の相対変位Δu(t)を測定する相対変位測定部であり、３は血圧P(t)を測定する血圧測定部であり、こららの相対変位測定部１と血圧測定部３を用いて脈動により変動する動脈２の血圧P(t)と相対変位Δu(t)を測定する。
【００５４】
つぎに、本発明で考案した計測装置の構成について説明する。この考案の計測装置は、図２に示すように、血圧P(t)と相対変位Δu(t)を測定する相対変位測定部１と血圧測定部３を有する測定装置部４と、測定装置部４で測定された血圧P(t)と相対変位Δu(t)の値を分析する計測システム部５する構成を有する。
【００５５】
計測システム部５においては、まずＣＰＵ部６にある絶対変位・代表値算出部７において絶対変位u0と代表変形抵抗率Dオーバーバーが算出され、さらにＣＰＵ部６にある変動値算出部８において変動する変形抵抗率D(t)が算出され、これらＣＰＵ部６において算出された値は記憶装置部９において保存される。
【００５６】
つぎに、本発明で考案した計測装置を実証するための実験について説明する。ここでは、考案の実証を容易にするため、ヒトの循環器系を模擬できる図３に示す実験装置を使用した。
【００５７】
この装置は、動脈に見立てたシリコーンゴムチューブ、心臓の役割を果たすポンプと毛細血管を模した緩衝器から成る。心臓の役割を果たすポンプはIWAKI社製マグネットギヤポンプMOG-R15K200であり、このポンプは三菱電機社製三菱汎用インバーターFR-E710W-0.75kを利用することで脈動する水道水を動脈に見立てたシリコーンゴムチューブへ送り出す。脈動挙動については、前記インバーターへ所定の正弦電圧波形をElan Digital Systems社製ファンクションジェネレーターUSBwave12から送信することで制御する。この脈動挙動については、まずKEYENCE社製流量センサーFD-SS20Aによって測定した流量から変動する流速を求めると共に、KEYENCE社製圧力センサーAP-12Sによって変動する圧力を測定できる。流れる水の脈動によって生じた動脈に見立てたシリコーンゴムチューブの変形は、この実証ではKEYENCE社製レーザー変位計LB-02によって測定する。この変形は、レーザーのターゲットとしてチューブ上面にケント紙を置き、このターゲットの移動量をレーザー変位計により測定することで求める。このようにシリコーンゴムチューブへ送られた水については、毛細血管を模した自作の緩衝器を経て水位を安定させるための水槽へと戻る循環系を辿る。この緩衝器は、切り出したアクリル管の両端をアルミニウム製のフタで塞いて密閉空間を作り、さらに空間内部にはメラミンフォーム材を入れた上で、両端のフタから水を流出入させる構成である。試料となるシリコーンゴムチューブ以外の区間は、脈動への影響を低減する目的で、変形し難いウレタンチューブを用いている。
【００５８】
つぎに、本発明によって実際に動脈に見立てたシリコーンゴムチューブの脈動中の物性値を計測した結果を示す。ここで試料としては、(a)〜(d)の4種類の異なる代表ヤング率を持つシリコーンゴムチューブを使用した。また、チューブの外径は全て10mm、長さは全て2mで統一しているが、内径については(a)、(b)が8mm、(c)、(d)は6mmを採用している。なお、脈動周期は5sに設定し、物性値の算出に際してポアソン比はν=0.45と仮定した値を用いる。
【００５９】
実験の計測結果より、試料(a)〜(d)のシリコーンゴムチューブの変形抵抗率D(t)の式（数４）によって算出された結果を図４〜７に示す。ここで、絶対変位uは絶対変位u0に相対変位Δuを加えたものである。
【００６０】
また、試料(a)〜(d)のシリコーンゴムチューブについて、代表ヤング率Eと代表変形抵抗率Dオーバーバーを表１に示す。試料(a)〜(d)のシリコーンゴムチューブについて、絶対変位u0を表２に示す。
【００６１】
ここで、代表ヤング率Eは、押込試験の方法(特許第4967181号）により測定した。とくにここでは、円筒状のチューブを切り開いて平坦に押し広げ、この平坦になった状態の試料へ球圧子を押し込んでいる。
【００６２】
【表１】
2014087584.tif 000008
【００６３】
【表２】
2014087584.tif 000009
【００６４】
図４〜７図より、すべての試料において脈動によって変形抵抗率D(t)が変動していることが分かる。
【００６５】
この実証実験から得られた各試料の代表変形抵抗率Dオーバーバーについて、代表ヤング率Eの結果と共に図８に示す。この図８からは、実験に用いた全4種の試料において、脈動状態においては静的な状態の代表ヤング率Eよりも値が高くなっている。これは、変形によるひずみ硬化、または試料の粘性の影響と考えられる。
【００６６】
これらの実験結果から、本発明による測定方法および装置を用いることで試料の変形抵抗率が求められることが示された。
【００６７】
圧力を受ける圧力壁は、動脈に限定されるものではない。このほか圧力を受ける圧力壁としては、ボイラー容器やプラント配管などを採用することができる。
【００６８】
圧力を測定する方法は、圧力センサーを用いる方法に限定されるものではない。このほか圧力を測定する方法としては、感圧センサーやマノメーターなどを採用することができる。
【００６９】
相対変位を測定する方法は、レーザー変位計を用いる方法に限定されるものではない。このほか相対変位を測定する方法としては、ポテンショメーターや画像処理装置などを採用することができる。
【００７０】
また医療分野においては、指標値を用いることで診断しやすくなるため、簡便に試料の力学情報を表現できる変形抵抗率Dオーバーバーの代表値の有用性が高い。
【００７１】
また肝臓のように周りに他の組織がある血管では、相対変位Δu(t)の解析に周囲の組織のヤング率や変形抵抗率の影響を考慮することで本発明を適用できる。
【００７２】
本発明によれば、つぎのような効果が得られる。本発明の動脈の硬さの計測方法および計測装置は、血圧計測や血管変形計測のデータを分析し、この分析から血管の絶対変位を算出し、この算出結果から変形モデルを用いて血管の客観的な力学情報を得られる計測を実施できる。
【００７３】
なお、本発明は上述の発明を実施するための形態に限らず本発明の要旨を逸脱することなくその他種々の構成を採り得ることはもちろんである。
【００７４】
以下、圧力壁の硬さの計測方法および計測装置にかかる第２の発明を実施するための形態について説明する。
【００７５】
本発明の圧力壁の硬さの計測方法は、圧力壁に押し付けた圧子に圧力壁の脈動によって生じる変動する荷重を測定し、圧力壁が受ける変動する圧力を測定し、これら測定した荷重および圧力から圧子間距離と圧力壁の外径が等しくなるときの圧力および圧力壁の変形抵抗率の代表値を算出する方法である。
【００７６】
本発明の圧力壁の硬さの計測装置は、圧力壁に押し付けた圧子に圧力壁の脈動によって生じる変動する荷重を測定する荷重測定部を有し、圧力壁が受ける変動する圧力を測定する圧力測定部を有し、これら測定した荷重および圧力から圧子間距離と圧力壁の外径が等しくなるときの圧力および圧力壁の変形抵抗率の代表値を算出する圧力・代表値算出部を有する装置である。
【００７７】
本発明の動脈の硬さの計測方法は、動脈に押し付けた圧子に動脈の脈動によって生じる変動する荷重を測定し、動脈の変動する血圧を測定し、これら測定した荷重および血圧から圧子間距離と動脈の外径が等しくなるときの圧力および動脈の変形抵抗率の代表値を算出し、さらに算出した圧力から変形抵抗率の変動値を算出する方法である。
【００７８】
本発明の動脈の硬さの計測装置は、動脈に押し付けた圧子に動脈の脈動によって生じる変動する荷重を測定する荷重測定部を有し、動脈の変動する血圧を測定する血圧測定部を有し、これら測定した荷重および血圧から圧子間距離と動脈の外径が等しくなるときの圧力および動脈の変形抵抗率の代表値を算出する圧力・代表値算出部を有し、さらに算出した圧力から変形抵抗率の変動値を算出する変動値算出部を有する装置である。
【００７９】
圧力を受ける圧力壁の一例としての、動脈の硬さの計測方法および計測装置について説明する。
まず、動脈の硬さの計測方法について説明する。2つの平行な剛体円柱(圧子)と、それに挟み込まれるように直行する弾性円柱(試料)の接触を考える。この時、接触により発生する荷重をF、押込量をδ、圧子直径をφ0、試料直径をφ1、試料のYoung率をE、Poisson比をν、直径φ0とφ1の比から定まる近接量に関するHertz係数をλとすると、Hertzの弾性接触理論から次式を得る[1]。
【００８０】
【数６】
2014087584.tif 000010
【００８１】
またこの時、接触面積Sが楕円になると仮定すると、長軸半径a、単軸半径bはそれぞれ
【００８２】
【数７】
2014087584.tif 000011
【００８３】
と表せる。なお、αとβは接触楕円の長短半径に関するHertz係数である。
式（数６）、式（数７）から、接触面積Sは
【００８４】
【数８】
2014087584.tif 000012
【００８５】
となる。ここで、
【００８６】
【数９】
2014087584.tif 000013
【００８７】
である。
試料にかかる内圧をPとすると、接触と内圧Pによって発生する荷重Fは以下の関係となる。
【００８８】
【数１０】
2014087584.tif 000014
【００８９】
しかし、実際の脈動中の動脈においては、押込量δを測定することは困難である。
そこで、圧子間距離と試料外径が等しくなるときの圧力をP0、内圧0の状態における押込量をδ0、時間tにおける内圧をP(t)、P(t)における押込量をΔδとすると、F(t)は次の式で求められる。
【００９０】
【数１１】
2014087584.tif 000015
【００９１】
ここで、内圧を受ける薄肉円筒殻の変形を考える。動脈の変形では粘性による変形抵抗が生じるため、その影響を考慮するため、弾性係数の代わりに変形抵抗率Dを本発明では用いると、時間tにおける変位量u(t)は次の式となる。
【００９２】
【数１２】
2014087584.tif 000016
【００９３】
ただし、半径方向の変形量をu、内直径をφiとする。
【００９４】
圧力の変化に伴う変形量u(t)を圧子の押込量Δδ(t)と考え、さらに式（数１２）から圧力P0と押込量δ0の関係を考えた上で式（数１１）に代入すると、次の式を得る。
【００９５】
【数１３】
2014087584.tif 000017
【００９６】
定数Dオーバーバーを変形抵抗率Dの代表値として、次式の残差f(Dオーバーバー,P0)を定義する。
【００９７】
【数１４】
2014087584.tif 000018
【００９８】
この式（数１４）のf(Dオーバーバー,P0)を最小化する(Dオーバーバー,P0)を最小二乗法により求めることで、荷重F(t)、圧力P(t)からP0を算出する。求めたP0から、式（数１３）に用いることで、変形抵抗率Dを求める。本発明では、このP0を用いた変形抵抗率の算出方法を挟込法（Pinching Force Method、以下「PFM」と記載する。)と呼ぶことにする。
【００９９】
つぎに、動脈の硬さの計測装置について説明する。この考案では、時刻tの関数として変動する血圧P(t)と荷重F(t)の値を測定するため、図９で模式的に示すような血圧P(t)と荷重F(t)とを測定できる測定装置部を使用する。１１は動脈１２の荷重F(t)を測定する荷重測定部であり、１３は血圧P(t)を測定する血圧測定部であり、こららの荷重測定部１１と血圧測定部１３を用いて脈動により変動する動脈１２の血圧P(t)と荷重F(t)を測定する。
【０１００】
つぎに、本発明で考案した計測装置の構成について説明する。この考案の計測装置は、図１０に示すように、血圧P(t)と荷重F(t)を測定する荷重測定部１１と血圧測定部１３を有する測定装置部１４と、測定装置部１４で測定された血圧P(t)と荷重F(t)の値を分析する計測システム部１５する構成を有する。
【０１０１】
計測システム部１５においては、まずＣＰＵ部１６にある圧力・代表値算出部１７において圧力P0と代表変形抵抗率Dオーバーバーが算出され、さらにＣＰＵ部１６にある変動値算出部１８において変動する変形抵抗率D(t)が算出され、これらＣＰＵ部１６において算出された値は記憶装置部１９において保存される。
【０１０２】
つぎに、本発明で考案した計測装置を実証するための実験について説明する。ここでは、考案の実証を容易にするため、ヒトの循環器系を模擬できる図１１に示す実験装置を使用した。
【０１０３】
この装置は、動脈に見立てたシリコーンゴムチューブ、心臓の役割を果たすポンプと毛細血管を模した緩衝器から成る。心臓の役割を果たすポンプはIWAKI社製マグネットギヤポンプMOG-R15K200であり、このポンプは三菱電機社製三菱汎用インバーターFR-E710W-0.75kを利用することで脈動する水道水を動脈に見立てたシリコーンゴムチューブへ送り出す。脈動挙動については、前記インバーターへ所定の正弦電圧波形をElan Digital Systems社製ファンクションジェネレーターUSBwave12から送信することで制御する。試料の上流、下流に設置された圧力センサーにより圧力、上流に設置された流速センサーにより流速を計測する。流れる水の脈動によって生じた動脈に見立てたシリコーンゴムチューブを挟む圧子に発生する荷重は、この実証ではミネベア社製センサMX020によって測定する。押込試験機には、同一外径の円柱圧子が設置されており、圧子とチューブが交差した状態で挟込を実施する。
【０１０４】
本実験では、外径10mm，内径8mm，代表Young率5.26MPaのチューブを使用した。なお、Poisson比ν=0.45としている。このようにシリコーンゴムチューブへ送られた水については、毛細血管を模した自作の緩衝器を経て水位を安定させるための水槽へと戻る循環系を辿る。この緩衝器は、切り出したアクリル管の両端をアルミニウム製のフタで塞いで密閉空間を作り、さらに空間内部にはメラミンフォーム材を入れた上で、両端のフタから水を流出入させる構成である。試料となるシリコーンゴムチューブ以外の区間は、脈動への影響を低減する目的で、変形し難いウレタンチューブを用いている。
なお、圧子外径10mmとすることから、式（数６）および式（数７）においては、α＝β＝λ＝1を用いる。
【０１０５】
実験結果について説明する。実験によって測定された、圧力P(t)、荷重F(t)、押込試験から得られた代表Young率E、また式（数１４）から求められた代表変形抵抗率Dオーバーバーを図１２に示す。また、図１３には、代表Young率Eと、測定したチューブの変位の最小値を基準とした相対変位Δuを用いて変形抵抗率を求める相対変位法(Relative
Displacement Method、以下「RDM」と記載する。)とPFMから求められる代表変形抵抗率Dオーバーバーの比較を示す。
【０１０６】
図１３では、PFMが6.29MPaであって、5.26MPaの押込試験に比べ1.03MPa程高い代表変形抵抗率Dオーバーバーが計測された。PFMにおいて荷重測定地点における静圧P(t)は、上流と下流の静圧の中央値を使用している。しかし、実際の荷重測定地点では、圧力測定地点より流路面積が小さくなり、流速が速くなることから、動圧は高く、静圧は低くなる。したがって、実際に荷重測定地点の試料壁面にかかる静圧よりも高い静圧P(t)が測定されているために、PFMでは押込試験より高い代表変形抵抗率Dオーバーバーが計測されたと考えられる。
【０１０７】
つまり、P(t)、F(t)、式（数１４）を用いて算出したP0から、測定地点における断面積の違いを明らかにし、この断面積から静圧を求めると、円柱挟込法により真の代表変形抵抗率Dオーバーバーが計測できる。
【０１０８】
これらの実験結果から、本発明による測定方法および装置を用いることで試料の変形抵抗率が求められることが示された。
【０１０９】
圧力を受ける圧力壁は、動脈に限定されるものではない。このほか圧力を受ける圧力壁としては、ボイラー容器やプラント配管などを採用することができる。
【０１１０】
圧力を測定する方法は、圧力センサーを用いる方法に限定されるものではない。このほか圧力を測定する方法としては、感圧センサーやマノメーターなどを採用することができる。
【０１１１】
荷重を測定する方法は、ロードセルを用いる方法に限定されるものではない。このほか荷重を測定する方法としては、コイルや光などを採用することができる。
【０１１２】
また医療分野においては、指標値を用いることで診断しやすくなるため、簡便に試料の力学情報を表現できる変形抵抗率Dオーバーバーの代表値の有用性が高い。
【０１１３】
本発明によれば、つぎのような効果が得られる。本発明の動脈の硬さの計測方法および計測装置は、血圧計測や圧子荷重計測のデータを分析し、この分析から血管と圧子とが接する状態の圧力を算出し、この算出結果から変形モデルを用いて血管の客観的な力学情報を得られる計測を実施できる。
【０１１４】
なお、本発明は上述の発明を実施するための形態に限らず本発明の要旨を逸脱することなくその他種々の構成を採り得ることはもちろんである。
【０１１５】
［参考文献］
[1]中原一郎，渋谷寿一，土田栄一郎，笠野英秋，辻知章，井上裕嗣，弾性学ハンドブック(2001)，p.474-477，朝倉書店．
【符号の説明】
【０１１６】
１‥‥相対変位測定部、２‥‥動脈、３‥‥血圧測定部、４‥‥測定装置部、５‥‥計測システム部、６‥‥ＣＰＵ部、７‥‥絶対変位・代表値算出部、８‥‥変動値算出部、９‥‥記憶装置部、１１‥‥荷重測定部、１２‥‥動脈、１３‥‥血圧測定部、１４‥‥測定装置部、１５‥‥計測システム部、１６‥‥ＣＰＵ部、１７‥‥圧力・代表値算出部、１８‥‥変動値算出部、１９‥‥記憶装置部
【図１】
2014087584.tif 000019
【図２】
2014087584.tif 000020
【図３】
2014087584.tif 000021
【図４】
2014087584.tif 000022
【図５】
2014087584.tif 000023
【図６】
2014087584.tif 000024
【図７】
2014087584.tif 000025
【図８】
2014087584.tif 000026
【図９】
2014087584.tif 000027
【図１０】
2014087584.tif 000028
【図１１】
2014087584.tif 000029
【図１２】
2014087584.tif 000030
【図１３】
2014087584.tif 000031