(57)【要約】１箇所の測定部位で検出された脈波データから入射波と反射波とを簡単に分離でき、動脈硬化度を簡易に判別・評価できる動脈硬化評価装置を提供する。生体の１箇所において動脈を伝わる脈波を脈波検出手段１，５１によって検出し、その脈波を分解手段５２によってフィット関数でフィッティングすることにより入射波と反射波とに分解する。分解された入射波と反射波との振幅強度（ピーク強度）から動脈硬化度を評価する。
2010024418.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
生体の１箇所において動脈を伝わる脈波を検出する脈波検出手段と、
前記脈波検出手段で検出された脈波をフィット関数でフィッティングすることにより複数の展開波形に分解する分解手段と、
前記分解された展開波形の振幅強度から動脈硬化度を評価する評価手段と、を備えたことを特徴とする動脈硬化評価装置。
【請求項２】
前記脈波検出手段は前記脈波を変位信号として検出することを特徴とする、請求項１に記載の動脈硬化評価装置。
【請求項３】
前記フィット関数はExponential Gaussian関数であることを特徴とする、請求項１又は２に記載の動脈硬化評価装置。
【請求項４】
前記フィット関数は予め設定されたモデル関数であることを特徴とする、請求項１又は２に記載の動脈硬化評価装置。
【請求項５】
前記予め設定されたモデル関数は、
予め測定した各年齢の被験者の血流速度波形を、その最大振幅値から切痕までの時間間隔が等しくなるように規格化することで、平均的な血流速度波形を求め、当該平均的な血流速度波形を用いて推定された入射波である、請求項４に記載の動脈硬化評価装置。
【請求項６】
前記分解手段は、
前記脈波のうち最初の波形に入射波をフィッティングし、前記脈波から入射波を差し引くことで反射波を求める手段を含み、
前記評価手段は、前記反射波の振幅強度、又は前記入射波と反射波との振幅強度の比較から、動脈硬化度を評価することを特徴とする、請求項５に記載の動脈硬化評価装置。
【請求項７】
前記分解手段は、
前記脈波のうち最初の波形をフィット関数でフィッティングして入射波を特定する手段と、
前記脈波から入射波を差し引くことで反射波を求める手段と、を含み、
前記評価手段は、前記入射波と反射波との振幅強度から動脈硬化度を評価することを特徴とする、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の動脈硬化評価装置。
【請求項８】
前記分解手段は、前記反射波をフィット関数によって複数の反射波に分解する手段をさらに含み、
前記評価手段は、前記入射波と前記分解された複数の反射波のうちの最初の反射波との振幅強度から動脈硬化度を評価することを特徴とする、請求項７に記載の動脈硬化評価装置。
【請求項９】
前記脈波検出手段は、前記脈波を速度信号として検出する圧電トランスデューサを含むことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の動脈硬化評価装置。
【請求項１０】
前記脈波検出手段は、前記圧電トランスデューサの検出出力を時間積分する積分器を含むことを特徴とする請求項９に記載の動脈硬化評価装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は動脈硬化などの血管機能を評価する装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
現代社会は生活習慣の変化や高齢化に伴い、動脈硬化症に起因する循環器疾患が増加している。しかし、これらに対する早期発見のための医療制度は未確定な状態である。動脈硬化症に対しては血管壁の柔軟さの評価が大変重要であり、現在の診断装置としては、ＭＲＩ，Ｘ線ＣＴによる画像診断や脈波伝播速度法と呼ばれるものが一般的である。しかし、ＭＲＩ，Ｘ線ＣＴは検査費用が高く、日々のモニタリングには不向きである。また、脈波伝播速度法と呼ばれる手法は、血管壁の硬軟に応じて脈波の伝播速度が変化することを利用したものであり、検査が簡便に行えるため医療現場では一般的に用いられている手法であるが、年齢と脈波伝播速度の関係が不明瞭であり、特に予防という観点や個人差を考慮するとその診断精度が低い。【０００３】
特許文献１には、生体の所定部位に装着される脈波検出装置と、この脈波検出装置の下流側に装着され、当該部位を圧迫することにより血流を抑制する圧迫装置とを備え、圧迫装置により血流が抑制されている状態で、脈波検出装置により検出される脈波の進行波成分のピークと反射波成分のピークとに基づいて、動脈硬化度を評価する装置が提案されている。具体的には、第１圧迫袋と第２圧迫袋とを一体に備えたカフを上腕部に装着し、第２圧迫袋によるその装着部位を止血した状態で第１圧迫袋により上腕脈波を検出すると、この上腕脈波は、進行波と第２圧迫袋の装着部位で生じた反射波との合成波となる。反射波は、動脈が硬いほど大きくなり且つ速度が速くなることから、動脈硬化情報算出手段により進行波成分のピークと反射波成分のピークとの時間差および強度比を算出すると、それら時間差および強度比は動脈硬化度によって変化するので、動脈硬化度を評価することができるとされている。【０００４】
特許文献２には、別の血管機能診断装置が提案されている。この装置の場合、例えば上腕に設けられた第１の脈波検出装置から検出された上腕の脈波の立ち上がりからピーク位置までの時間をtp1 、例えば膝に設けられた第２の脈波検出装置から検出された弾性動脈の脈波の立ち上がりからピーク位置までの時間をtp2 とすれば、正常な場合は、時間tp1 と時間tp2 とはほぼ等しく、動脈硬化がある場合は、第２の脈波検出装置から検出される弾性動脈の脈波のピーク位置が早くなり、動脈閉塞がある場合は、第2 の脈波検出装置から検出される弾性動脈の脈波のピーク位置が遅れる。これにより血管機能の評価を行うことが出来るとされている。【０００５】
特許文献１の場合、進行波と反射波の分離を行う手段として、第２圧迫袋を用いて動脈を止血させ、血流を抑制させた状態で脈波検出を行っている。このような手法を用いると、第１圧迫袋（測定部）と第２圧迫袋（止血部）の２種類の構成が必ず必要であり、２つの装置間の伝播経路を伝わる脈波の時間差から進行波と反射波を分離しているため、２つの装置間の距離ばらつきの影響を受ける。また、第２圧迫袋を用いることによる脈動への影響も考慮されておらず、第２圧迫袋の抑制力によって、その反射波成分の振幅強度は異なってしまう。さらに、皮下脂肪などは個人差があるため、その圧迫力の制御なども難しく、個体差を識別するための手法として不十分である。【０００６】
特許文献２の場合、生体の上肢と下肢との脈波を検出する必要がある。心臓から上肢までの脈動経路と心臓から下肢までの脈動経路を同等と捉え、そのピーク位置までの時間のずれを比較することによって血管機能の評価を行おうとするものであるが、上肢と下肢までの経路は個人によって異なり、その測定精度は乏しいと考えられる。また、測定部位が二箇所必要であり、簡便に行うことが難しい。
【特許文献１】特開２００４−１１３５９３号公報
【特許文献２】特開２００６−１５８４２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、１箇所の測定部位で検出された脈波データから入射波と反射波とを簡単に分離でき、動脈硬化度を簡易に判別・評価できる動脈硬化評価装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記目的を達成するため、本発明は、生体の１箇所において動脈を伝わる脈波を検出する脈波検出手段と、前記脈波検出手段で検出された脈波をフィット関数でフィッティングすることにより複数の展開波形に分解する分解手段と、前記分解された展開波形の振幅強度から動脈硬化度を評価する評価手段と、を備えたことを特徴とする動脈硬化評価装置を提供する。【０００９】
脈波は、血管内を伝搬する圧力波が体表に変位として現れたものである。この脈波は心臓の血流駆出により生じた前進波による入射波成分と、それが血管を伝搬し末梢で反射されて生じた反射波成分とを含む（以下、各成分を入射波，反射波と呼ぶ）。反射波は末梢まで伝搬しているので、血管壁の粘弾性特性に強く依存し、血管壁の硬化により著しく変化する。したがって、入射波と反射波を分離し、反射波の評価を行えば、血管の硬化状態の判定が可能になると考えられる。【００１０】
本発明では、まず生体の１箇所において動脈を伝わる脈波を脈波検出手段によって、例えば変位信号として検出する。脈波検出手段としては、変位出力の公知の脈波センサを用いてもよいし、圧電トランスデューサのようなセンサを用いてもよい。但し、速度出力の圧電トランスデューサの場合には、速度出力を時間積分することで、変位信号を得ることができる。圧電トランスデューサは脈波を速度信号及び変位信号のいずれでも検出することができるが、速度信号として検出する方が好ましい。脈波のような皮膚表面の微小な変位を測定するには、測定変位を増幅する必要がある一方で、皮膚表面は安静状態であっても測定時の呼吸、体のゆらぎ等により細かいノイズが発生しやすい。脈波を速度信号として検出することで、ノイズに強く、ＤＣ的なゆらぎをカットすることができるため、測定誤差が生じにくいという利点がある。このようにして検出された脈波は、入射波と反射波とを含む合成波である。【００１１】
次に、入射波と反射波とを含む脈波（合成波）を、フィット関数でフィッティングすることにより複数の展開波形に分解する。脈波を分解する場合、最初に入射波を特定するためにフィット関数を用いる。フィット関数としては、公知の非線形フィット関数を用いてもよいし、予め独自に設定されたモデル関数を用いてもよい。非線形フィット関数としては、Exponential Gaussian関数、Gauss 関数、Voigt 関数、Log-Normal関数、ローレンツ関数等、脈波波形に応じて任意の関数を用いることができる。また、モデル関数としては、例えば医療機器などを使用して若年者から高齢者まで複数の入射波データを得ておき、これらデータから年齢層毎に典型的なモデル関数を設定しておいてもよい。実際の動脈硬化度の評価にあたっては、本評価装置で評価すべき者の年齢に応じてモデル関数を選択し、実際の脈波に対してフィッティングすればよい。さらに、測定部位毎にモデル関数を修正してもよい。脈波のうち最初の立ち上がり波形は、入射波を表すと考えられるので、この立ち上がり波形をフィット関数でフィッティングすることにより、入射波を特定することができる。その後、脈波から入射波を差し引くことで、反射波を求めることができる。【００１２】
モデル関数として、血流速度波形から推定した入射波を用いてもよい。例えば各年齢の複数の被験者について、その血流速度波形を予め測定しておき、それらの血流速度波形を規格化することで各年齢における平均的な血流速度波形を求め、この平均的な血流速度波形から入射波を推定することができる。具体的には、まず各年齢の複数の被験者について、血流速度を例えば超音波診断装置のドップラー機能を用いて測定する。測定された血流速度の最大振幅から切痕までの時間間隔が等しくなるように規格化して平均的な血流速度波形を求める。最大振幅値を選択する理由は、血流速度波形のうち最大振幅値が最も大きなピークであり、把握しやすいためである。切痕を選択する理由は、切痕の形状はどの年代の被験者であっても類似の形状になり、把握しやすいからである。切痕とは、心臓の収縮期末期に大動脈弁が閉じて血液駆出が終了し、大動脈内から左心室に向かって流れる逆方向の血流のことである。心拍数により血流波形の１周期ごとの時間間隔は異なるので、最大振幅から切痕までの時間間隔が等しくなるように規格化することで、心拍数によるバラツキを無くすことができる。【００１３】
平均的な血流速度波形を得た後、これを内圧波形（血管内圧の時間波形）に変換する。内圧波形への変換は、例えば公知の一次元流体モデルの連続の式と運動方程式等を用いて算出することができる。次に、変換された内圧波形を複素弾性率を用いて皮膚表面の変位信号に変換する。複素弾性率を表すモデルとしては、例えば一般化Voigt モデルやVoigtモデルを用いることができる。このように変換された変位信号は、実際の被験者の心臓の血流駆出により生じた脈波のうちの入射波を表すと考えられる。その理由は、動脈において、血流は心臓から動脈の末梢に至るまでほぼ一方向に流れ、この一方向に流れる血流から得られる変位情報が、血流と同じく心臓から発生する脈波の入射波成分の変位情報と近似すると考えられるからである。このように推定した入射波を、脈波の最初の波形に対してフィッティングし、脈波から入射波を差し引くことで、反射波を求めることができる。【００１４】
以上のようにして得られた入射波と反射波との振幅強度（ピーク強度）から血管の動脈硬化度を評価する。例えば、反射波と入射波との振幅強度の差又は比を求め、この差又は比から動脈硬化度を評価することができる。一般に、動脈硬化が進むと、血管の粘弾性が低下し、反射波の振幅強度が高くなる傾向にあるため、入射波と反射波との振幅強度を比較することで動脈硬化度を評価することができる。なお、入射波をフィッティングする際に入射波の振幅を規格化しておけば、フィッティング後に得られた反射波の振幅は入射波の振幅に対する比となっているので、反射波の振幅を基準値と比較することで、動脈硬化度を容易に評価できる。【００１５】
分解手段は、反射波をフィット関数によって複数の反射波に分解する手段をさらに含み、判定手段は、入射波と分解された複数の反射波のうちの最初の反射波との振幅強度から動脈硬化度を評価・判定してもよい。反射波には複数の波形が含まれると考えられるので、フィット関数でフィッティングすることにより複数の展開波形に分解することができる。その場合、最初に到達する反射波が動脈硬化度に最も影響を受ける場合と考えられるので、入射波と最初の反射波との振幅強度を比較することで、動脈の硬化度情報をより詳細に把握できる。【００１６】
脈波検出手段としては、脈波を検出できるものであれば何でもよい。例えば圧電トランスデューサを使用した場合、医療用脈波センサに比べて小型で安価な検出器であり、人体の皮膚表面に接触させるだけで脈波を検出できるので、無傷、無痛で検出できる。また、従来のような脈波計のように脈圧を測定するのではなく、脈波の振動（変位情報）を直接測定するので、より簡単かつ正確に脈波を測定することができる。
【発明の効果】
【００１７】
以上のように、本発明によれば、単一の脈波検出器で体表面の脈波を検出し、得られた脈波波形をフィッティングにより複数の展開波形に分解し、それらの振幅強度から動脈硬化度を判定するため、簡便かつ安価な動脈硬化評価装置を実現できる。測定箇所が１箇所で済むので、複数の測定位置間の距離のバラツキによる測定誤差の問題がない。また、脈動を止血させるような圧迫装置を必要としないので、圧迫力の違いによる測定バラツキもない。無痛、無傷で、被験者が測定時に意識せずにデータの取得を行うことが可能となり、家庭内計測器として日々血管の変化を評価することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明に係る動脈硬化評価装置の第１実施例のシステム図である。
【図２】圧電トランスデューサの一例の概略構造図である。
【図３】本発明に係る評価装置の内部回路図である。
【図４】２０代の被験者２名と６０代の被験者２名の頸動脈における脈波及び分解波形図である。
【図５】２０代の被験者２名と６０代の被験者２名の手首脈波及び分解波形図である。
【図６】本発明の第２実施例における予め設定された入射波モデル関数の例の波形図である。
【図７】図６に示すモデル関数を用いて図４に示す２０代の被験者１と６０代の被験者１の頸動脈の脈波を入射波と反射波とに分解した結果を示す。
【図８】本発明に係る動脈硬化評価装置の第３実施例の内部回路図である。
【図９】血流速度波形における最大振幅と切痕とを示す図である。
【図１０】（ａ）は２０代の被験者１５名、（ｂ）は６０代の被験者６名の頸動脈における血流速度波形の測定結果と平均血流速度波形とを示す図である。
【図１１】（ａ）は２０代の被験者における頸動脈の脈波、入射波、反射波の各波形図、（ｂ）は６０代の被験者における頸動脈の脈波、入射波、反射波の各波形図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下に、本発明の好ましい実施の形態を、実施例に基づいて説明する。【００２０】
−第１実施例−
図１は動脈硬化評価装置の第１実施例を示す。この実施例では、圧電トランスデューサ１によって脈流波形（合成波）を得た後、この脈波波形から入射波と反射波とを分離する手法について説明する。ここでは、１個の圧電トランスデューサ１を用いて頸動脈の脈波を測定している。圧電トランスデューサ１は動脈を伝わる脈波を速度信号に変換する一種の音響センサである。圧電トランスデューサ１は配線を介して動脈硬化評価装置本体５に接続されている。動脈硬化評価装置５には、評価結果を表示する表示部５ａが設けられている。表示部５ａには、被験者の動脈硬化度が数値、記号、グラフなどによって表示される。測定箇所は頸部に限るものではなく、動脈の脈波を測定できる部位であれば、手首や足首、大腿部など如何なる部位でもよい。心臓の拍動の電気的な波形を測定する心電計の出力信号を動脈硬化評価装置５に接続し、脈波と心臓の拍動との同期を取ることもできる。【００２１】
図２は圧電トランスデューサ１の構造の一例を示す。トランスデューサ１は圧電ユニモルフ構造を有し、有底筒状のケース１０の底部１１が振動面として構成され、その底部１１内面に圧電セラミック素子１２が固定されている。底部１１の外表面が被験者Ｈの皮膚に接触される。ケース１０の開口部は封止材１３によって閉じられ、この封止材１３を介してリード線１４が引き出されている。なお、圧電トランスデューサ１は図２の構造に限らないことは勿論である。【００２２】
図３は動脈硬化評価装置５の内部回路を示す。圧電トランスデューサ１で検出された脈波（速度信号）は、動脈硬化評価装置５の内部に設けられた増幅器５０で増幅された後、ブロック５１に入力される。入力された速度信号はブロック５１で時間積分され、変位信号に変換される。この変位信号は、脈波の中の入射波と反射波とを含む合成波である。なお、圧電トランスデューサ１に代えて変位出力の脈波センサを使用してもよい。【００２３】
ブロック５１で得られた変位信号（脈波）は、ブロック５２に送られ、ここで複数の展開波形（入射波と反射波）に分解される。分解手法として、Multipeak Fitting （マルチピークフィッティング）法を用いる。Multipeak Fitting 法とは、任意のフィット関数を用いて合成波形を展開波形に分解する手法であり、脈波を入射波と反射波に分解するために使用する。ここでは、フィット関数として入射波形に最も類似していると考えられるExponential Gaussian関数を用い、まず入射波を近似した。次に、脈波から入射波を差し引くことで、反射波を得た後、得られた反射波をExponential Gaussianの複数の展開波形に分解した。フィット関数としては、Exponential Gaussian関数のほか、Gauss 関数、Voigt 関数、Log-Normal関数、ローレンツ関数等、脈波波形に応じて任意の非線形フィット関数を選択することができる。【００２４】
Multipeak Fitting 法を用いることによって、ブロック５１で得られた変位波形は、入射波と反射波とに分解することができ、脈波はこれら波形の重ね合わせと捉えることが出来る。なお、ブロック５２では、脈波から分離された反射波をさらに複数の展開波に分解してもよい。ブロック５２で分解された入射波と反射波は、ブロック５３でその振幅強度（ピーク強度）が比較され、比較結果がブロック５４へ送られて、動脈硬化度が評価される。【００２５】
−実験結果−
図４は、２０代の被験者２名と６０代の被験者２名の頸動脈における結果を示す。（ａ）は２０代の被験者１、（ｂ）は２０代の被験者２、（ｃ）は６０代の被験者１、（ｄ）は６０代の被験者２であり、太い実線が検出された脈波、細い実線が脈波を分解した波形である。なお、６０代の頸動脈における脈波波形の場合、最大ピークが入射波のピークではないため、波形の立ち上がりから始まって、最初の変極点で入射波のフィッティングを行った。ここでは、反射波を２つに分解しているが、分解しなくてもよいし、３つ以上に分解してもよい。入射波の最大振幅を１として各波形を規格化した。入射波の振幅強度を１とすると、反射波１の振幅強度（比）は、２０代の被験者では０．２〜０．３程度であるのに対し、６０代の被験者では０．６〜１．０程度であることがわかる。つまり、２０代と６０代とで最初の反射波１の振幅強度に顕著な差があることが見て取れる。なお、２番目の反射波２については、２０代と６０代とで有意差は見られなかった。一般的に動脈の硬化が進むと、血管壁が硬くなり反射波の減衰が小さくなる。つまり、２０代の被験者と比較して、６０代の被験者では、動脈壁の硬化が進み、脈波の伝播時の減衰が小さくなり、反射波１の振幅強度が大きくなったと考えられる。このような手法を用いることで、血管壁の硬軟を評価することが出来る。【００２６】
図５は、図４と同じ２０代の被験者２名と６０代の被験者２名の手首脈波における結果を示す。手首脈波では、２０代及び６０代で共に脈波波形の最大ピークが入射波のピークとなるので、波形のピークで入射波のフィッティングを行った。手首脈波の場合、頸動脈の脈波に比べて反射波１の振幅が相対的に小さくなるが、２０代の被験者と比較して６０代の被験者では、反射波１の振幅強度が明らかに大きいことがわかる。すなわち、反射波１の振幅強度（比）は、２０代の被験者では０．１程度であるのに対し、６０代の被験者では０．２〜０．３程度であり、両者の動脈硬化度を評価できる。なお、手首脈波においても、２番目の反射波２については、２０代と６０代とで有意差は見られなかった。したがって、最初の反射波１の振幅強度を評価することで、手首脈波からでも動脈硬化度を評価することが可能である。【００２７】
−第２実施例−
この実施例は、フィット関数として独自に設定したモデル関数を用いる例である。図４，図５から明らかなように、年齢層（又は動脈硬化度）によって脈波波形に違いが見られるため、入射波の波形も年齢層によって異なると考えられる。第１実施例では、年齢層に関係なくExponential Gaussian関数のような一定のフィット関数を使用したが、第２実施例では年齢層によって異なるフィット関数（モデル関数）を用いるものである。モデル関数としては、例えば公知の医療データを利用してモデル関数を設定してもよいし、超音波診断装置などを使用して若年者から高齢者まで複数の入射波データを統計的に求めておき、これらデータから年齢層（例えば２０代，３０代，４０代・・・）毎にモデル関数を設定してもよい。また、上記に加えて性別によってモデル関数を設定してもよい。さらに、同一人の脈波であっても、頸動脈と手首脈波とでは波形が異なるので、モデル関数を測定部位毎に設定してもよい。【００２８】
図６は、予め設定された入射波モデル関数の例を示す。（ａ）が若年者用の入射波モデル関数、（ｂ）が高齢者用の入射波モデル関数である。このようなモデル関数を年齢層毎に複数個設定しておき、その中から、本評価装置を用いて動脈硬化度を測定したい者の年齢に応じて１つを選択し、そのモデル関数を用いてフィッティングすることにより、脈波から入射波を分離することができる。この方法の場合、Exponential Gaussian関数のような汎用のフィット関数を使用する場合に比べて、入射波を実際の年齢に応じて特定しやすくなり、その結果、反射波を精度よく分離することができる。【００２９】
図７は、図６に示すモデル関数を用いて図４に示す２０代の被験者１と６０代の被験者１の頸動脈の脈波にフィッティングし、入射波と反射波とに分解した結果を示す。ここでは、分離した反射波を平滑処理し、ピークを求めやすくしてある。図７には、平滑処理前の反射波をドットで表し、平滑処理後の反射波を実線で表してある。図７から明らかなように、入射波の振幅強度を１とすると、反射波の振幅強度（比）は、２０代の被験者では０．２程度であるのに対し、６０代の被験者では０．８程度であり、顕著な差異があることがわかる。なお、図７では１つの反射波で動脈硬化度を評価しているが、反射波を公知のフィット関数を用いて複数の波形に分解し、分解された反射波のうちの何れかから動脈硬化度を評価してもよい。【００３０】
−第３実施例−
図８は第３実施例における動脈硬化評価装置の構成を示す。この実施例は、第２実施例の応用例であり、フィット関数として超音波診断装置などで測定された血流速度波形から統計的に求めた入射波を用いたものである。圧電センサ１によって検出された脈波（速度信号）は、増幅・信号処理ブロック５５で増幅，時間積分等の処理が施され、脈波は変位信号に変換される。この脈波は、脈波の中の入射波と反射波とを含む合成波である。【００３１】
一方、各年齢の被験者について、各年齢における平均的な血流速度波形を統計的に求め、データベース５６として保存しておく。平均的な血流速度波形とは、例えば各年齢の被験者について超音波診断装置のドップラー機能を用いて血流速度を測定し、測定した血流速度波形をその最大振幅値から切痕までの時間間隔が等しくなるように規格化することで、各年齢について求めたものである。【００３２】
ブロック５７では、データベース５６に保存された平均的な血流速度波形から入射波を推定する。具体的な処理方法としては、まず平均的な血流速度波形を内圧波形（血管内圧の時間波形）に変換する。内圧波形への変換は、公知である一次元流体モデルの連続の式と運動方程式とから算出することができる。すなわち、血流速度から血管断面積の時間変化を推定し、血管断面積の時間変化と血管内圧との関係から、血管内圧の時間波形を推定する。次に、血管内圧ｐの時間波形を以下の(1),(2) 式に示す一般化Voigt モデルを用いて皮膚表面の変位信号εに変換する。このように変換された変位信号εは、血流波形から推定された体表面の変位であり、被験者Ｈの心臓の血流駆出により生じた脈波のうちの入射波を表すと考えられる。【００３３】
【数１】
2010024418.tif 000003
【数２】
2010024418.tif 000004
【００３４】
但し、ずれ弾性定数γ、及びずれ粘性係数ηは被験者の年齢等によって変わるものであり、例えば若年者のγは5.6kPa〜16.0kPa 、高齢者のγは14.0kPa 〜40.0kPaを用いることができる。また、若年者及び高齢者共にηは230,000Pa ・s 〜1,100Pa ・s を用いることができる。なお、血管内圧を皮膚表面の変位信号に変換するための複素弾性率を表すモデルとして、ここでは一般化Voigtモデルを使用したが、Voigtモデルや他のモデルを使用してもよいことは勿論である。【００３５】
ブロック５５で得られた脈波と、ブロック５７で推定された入射波とがブロック５８へ送られ、ここで脈波に対し入射波をMultipeak Fitting 法でフィッティングし、差分を計算する。つまり、ブロック５５で得られた脈波（合成波）からブロック５７で推定された入射波を差し引いて反射波を計算し、そのデータを評価／診断ブロック５９へ送る。ここで、図３と同様に入射波と反射波の振幅強度を比較するか、あるいは反射波を基準値と比較することで、動脈硬化度の評価又は診断を行う。【００３６】
図９は、測定された血流速度波形の一例を示す。この血流速度波形の最初の最大ピークが最大振幅Ｋ１であり、振幅がほぼ０となる位置が切痕Ｋ２である。最大振幅値Ｋ１と切痕Ｋ２はそれぞれ心周期（心臓の収縮と拡張の周期）における収縮期の始まりと終わりとを表す。【００３７】
図１０は、２０代の被験者１５名（ａ）と６０代の被験者６名（ｂ）の頸動脈における血流速度波形の測定結果である。破線が各血流速度波形を、実線が平均的な血流速度波形を表す。各血流速度波形は、心拍数により１周期毎の時間間隔が異なるので、最大振幅値Ｋ１から切痕Ｋ２までの時間間隔が等しくなるように規格化し、加算平均することにより平均的な血流速度波形を求めた。【００３８】
図１１の（ａ）は、他の２０代の被験者における頸動脈の脈波、入射波、反射波の各波形、図１１の（ｂ）は、他の６０代の被験者における頸動脈の脈波、入射波、反射波の各波形を示す。なお、入射波及び反射波のうち、実線は、その被験者に対して超音波診断装置などを用いて実血流速度波形を測定し、その実血流速度波形から入射波を推定し、脈波との差分から反射波を求めたものである。破線は、超音波診断装置などで測定せずに、図１０に示す平均血流速度波形を用いて入射波を推定し、脈波との差分から反射波を求めたものである。若年者の場合、実血流波形と平均血流波形とを用いて計算した結果の差は、反射波の振幅で±０．０４程度の誤差しかなく、平均血流速度波形を用いた入射波の推定は精度が高いことが実証された。一方、高齢者の場合、被験者数が少ないため、実血流波形と平均血流波形を用いて計算した結果の差は、若年者よりも大きく反射波の振幅で±０．０７程度のばらつきがあったが、それでも平均的な血流波形を用いた入射波の推定が有効であることがわかった。【００３９】
本発明では、単一の脈波検出器で体表面の脈波を検出し、得られた脈波波形を入射波と反射波とに分解できるため、専門的知識を必要とせず、簡便かつ安価な動脈硬化評価装置を実現できる。脈波検出器として、圧電トランスデューサを使用した場合、公知の医療用アモルファス脈波センサと比べて格段に安価になると共に、脈波の圧力を測定するのではなく、脈波の振動（変位情報）を測定するので、測定箇所の皮膚の影響を受けにくく、安定した測定結果を得ることができる。さらに、脈動を止血させるような圧迫装置を必要とせず、無痛、無傷で、被験者が測定時に意識せずにデータの取得を行うことが可能となり、家庭内計測器として日々血管の変化を評価することができる。【００４０】
本発明で使用される脈波検出手段は、圧電トランスデューサと積分器との組み合わせに限るものではなく、動脈を伝わる脈波を検出できるものであれば、公知の脈波センサなど如何なるセンサを用いることもできる。また、速度出力の圧電トランスデューサのように脈波を速度信号として検出する場合、血流速度波形を皮膚表面の速度信号に変換して、これを入射波として推定してもよい。すなわち、第３実施例では、血流速度波形を内圧波形に変換し、変換された内圧波形を複素弾性率を用いて皮膚表面の変位信号に変換することで入射波を推定したが、この方法に代えて、脈波を速度信号として求める一方、血流速度波形を皮膚表面の速度信号に変換して入射波として推定し、その入射波を脈波にフィッティングすることで、反射波を分離してもよい。【００４１】
前記実施例では、反射波の振幅強度によって評価したが、反射波の波形の時間長さ（パルス幅）など、波形がどのように変化したか等の波形情報を用いて動脈硬化度を評価してもよい。また、脈波を変位信号として検出し、変位信号をフィット関数でフィッティングして複数の展開波形に分解したが、脈波を速度信号波形として検出し、それを複数の展開波形に分解し、評価することも可能である。
【符号の説明】
【００４２】
１            圧電トランスデューサ
５            動脈硬化評価装置本体
５０          増幅ブロック
５１          積分ブロック
５２          波形分解ブロック
５３          振幅強度比較ブロック
５４          評価ブロック
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【国際調査報告】
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