(57)【要約】      （修正有）【課題】心電計より取り扱いが簡単で、心疾患の有無の判別の感度がより高く迅速な診断ができ、かつ心疾患改善の効果の評価が迅速にできる新たな測定・評価の方法および装置を提供する。【解決手段】超高感度MI磁気センサにより、静座患者の左肩甲骨下の拍動信号を検出し、その信号波形の中のダブルパルスの有無で心疾患の有無を判別するとともに、心疾患改善の有効性を迅速に評価できる方法および装置。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
心疾患の有無の判別を目的とした、左肩甲骨下部位の拍動信号を検出する方法。
【請求項２】
請求項１の拍動の波形において、ダブルパルスの有無で心疾患の有無の判別を行う方法。
【請求項３】
請求項１の拍動信号を検出する方法は、磁気インピーダンス効果磁気センサを
用いることを特徴とする、請求項１記載の心疾患の有無の判別を目的とした、左肩甲骨下部位の拍動信号を検出する方法。
【請求項４】
請求項３の磁気インピーダンス効果磁気センサは、アモルファスワイヤを用いた磁気インピーダンス効果磁気センサであることを特徴とする、請求項１記載の心疾患の有無の判別を目的とした、左肩甲骨下部位の拍動信号を検出する方法。
【請求項５】
心疾患の有無の判別を目的とした、左肩甲骨下部位の拍動信号を検出する装置。
【請求項６】
請求項１の拍動の波形において、ダブルパルスの有無で心疾患の有無の判別を行う装置。
【請求項７】
請求項５の拍動信号を検出する装置は、磁気インピーダンス効果磁気センサを
用いることを特徴とする、請求項１記載の心疾患の有無の判別を目的とした、左肩甲骨下部位の拍動信号を検出する装置。
【請求項８】
請求項７の磁気インピーダンス効果磁気センサは、アモルファスワイヤを用いた磁気インピーダンス効果磁気センサであることを特徴とする、請求項５記載の心疾患の有無の判別を目的とした、左肩甲骨下部位の拍動信号を検出する装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、心疾患の検査技術全般に関する。さらに、心疾患の回復の評価技術全般に関する。
【背景技術】
【０００２】
2012年厚生労働省の人口動態統計によると、全国の死亡者数124万5000人、がん36万1000人（29％）心疾患と脳血管疾患合計で31万7000人（25％）などとなっている。
また、ＷＨＯによる世界保健統計２０１２によると、全世界で生活習慣病ＮＣＤによる死亡者数は増加していき、2030年には5,500万人に。その48%が心疾患であり、2,500万人（2008年は1,700万人）の死亡が予想されている。このように心疾患は、現在も死亡数が多数であり、近い将来は人類最大の疾病になることが予想されており、その検査方法に関する技術の充実と、疾患回復の医療に関する評価技術の開発が急務となっている。
【０００３】
従来の循環器疾患の検査方法は、血圧測定、胸部Ｘ線検査、心電図検査（標準１２誘導心電図、負荷心電図、ホルター心電図）、心音図・心機図検査、血液検査（総コレステロール、ＬＤＬコレステロール、ＨＤＬコレステロール、中性脂肪、リポ蛋白、血糖値）、心臓超音波検査（超音波エコー）、心臓核医学検査、心臓カテーテル検査、冠動脈造影検査、ＭＲＩ検査（シネＭＲＩ，遅延造影ＭＲＩ，負荷心筋ＭＲＩ），電気生理学検査、不整脈の立体画像検査、マルチスライスＣＴ，心筋梗塞マーカー、ＡＢＩ・ＰＷＶ検査、クレアチンキナーゼ、心筋生検などがある。
このうち、非侵襲でアーチファクトがなく、比較的有効で安定・安全・迅速な検査方法は心電図検査であり、医療施設では最も広く普及している。しかし、心電図検査は、症状に対する感度が低いため、単独では診断が困難であり、血液検査や超音波検査などと組み合わせて診断データとして扱われている。
このため、心電図と同様な非侵襲性とアーチファクトのない安定性、簡便性、安全性、迅速性をもち、疾患に対するより高感度の検査の基礎になる新技術が、世界的に待望されている。
【０００４】
一方、発明者の一人は、1992年に「アモルファスワイヤの磁気インピーダンス効果」を発見し、1997年に本効果をCMOS IC電子回路で発現する高感度マイクロ磁気センサ（ＭＩセンサ）を発明、1999年にアナログスイッチを導入して、実用性の高い高安定・高感度マイクロ磁気センサを発明した（特許文献１）。本ＭＩセンサは、愛知製鋼（株）によって、2011年以来、スマートフォン用電子コンパスチップに、地磁気センサとして組み込まれている。さらに、ＭＩセンサの特徴である「超高感度特性」を実現させ、ピコテスラの磁界検出分解能をもつ超高感度生体磁気センサを開発した（非特許文献１）。そして、本センサを用いて、生理的食塩水中のモルモット胃腸生片、ヒト胸部において、生体電気信号と磁気信号の同時計測を実施し、両者の周期的信号波形において、磁気信号が常に電気信号に対して位相遅れを示すことを見出した。これを基礎に、生理学の知見との照合から、電気信号は活動電位、磁気信号は筋肉細胞膜から流入するCa2+ イオン電流磁気であることを結論づけた（同非特許文献１）。なお、筋肉細胞の収縮は、このCa2+イオンがトロポニンＣ蛋白と結合することによって生起する。したがって、筋活動電位が正常であっても、活性酸素によりCa２＋の血管筋細胞内への流入が劣化すれば、血管筋が不活性となって血流が劣化することになる。血流が劣化すれば、すべての細胞への酸素の供給が不足し、細胞内ミトコンドリアの電子伝達系の電子のもれによる活性酸素の発生が増加し、血管壁の損傷が増加して、さらに血行が劣化する。
この観点を基礎に、本発明者らは、心疾患の症状である血流劣化（虚血）による狭心症や心筋梗塞、大動脈血管筋の不活動態は、筋活動電位トリガである心電図の電気信号よりも、筋活動状態の磁気信号により敏感に反映することを予測した。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３６４５１１６号公報
【特許文献２】特開２０１３−２５２３９４号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】T. Uchiyama, K. Mohri, Y. Honkura, L.V. Panina, Recent Advances of Pico-Tesla Sensor Based on Amorphous Wire and CMOS IC Magneto-Impedance Sensor, IEEE Trans. Magn., Vol.48, No.11, pp.3833-3839, 2012.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、当発明者らが開発したアモルファスワイヤCMOS IC形超高感度ＭＩセンサを用いて、心疾患を顕著に反射する生体信号を発生する部位を探索することが課題である。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、心疾患を顕著に反映する生体信号の発生部位が、左肩甲骨下であることを発見し、課題を解決したものである。具体的には、心疾患に関する健常者と患者（狭心症）の左肩甲骨生体信号を測定して、比較検討し、両振動の周期的波形が大きく異なることを見出し、発明に至ったものである。
【０００９】
さらに本発明では、既に超低周波（ELF）の生理的磁気刺激による心疾患の回復方法を発明として提唱しているが（特許文献２）、本発明の左肩甲骨下の信号の時系列波形および周波数スペクトルによる判定方法により、磁気刺激後に、心疾患患者の磁気波形が健常者の磁気波形に近づくことを確認でき、その有効性が立証されることを発見した。
【発明の効果】
【００１０】
本発明により、高感度磁気センサで静座したヒトの左肩甲骨下の生体信号を検出し、その波形から、心疾患が簡単・迅速かつ効果的に検査できる。さらに、心疾患治療の効果を
簡単・迅速に検証することができる。磁気シールドルームや高価な装置類は不要であり、
心電計より簡便で、検査の感度が高いので、世界的に増え続ける心疾患の簡便で有効な検査方法として、実用性、普及性が非常に高い。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】MIセンサによる背部拍動信号測定方法を示す説明図である。
【図２】健常者および狭心症患者の左肩甲骨(LSBB)生体信号波形を示すグラフ図である。
【図３】呼吸法および磁気刺激による狭心症患者の左肩甲骨下磁気波形の変化を示すグラフ図である。
【図４】磁気刺激の有無に対する心電図波形を示すグラフ図である。
【図５】健常者および狭心症患者の左肩甲骨(LSBB)生体信号波形の時系列をFFT周波数スペクトルで表したグラフ図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
従来の超高感度磁気センサである超伝導量子干渉デバイス（SQUID）のように、液体ヘリウム極低温冷却システムや、磁気シールドルームなどはすべて不要であり、一般的な部屋の中で、室温で動作する小型の超高感度MI磁気センサを使用する。磁気ヘッドは、アモルファスワイヤの2箇所に検出コイルを設置した差動型磁気センサヘッド構成とし、地磁気等の一様な外乱磁界を相殺する。被験者は、木製の椅子に静座し、測定中は、骨格筋磁気の発生を抑制するため、鼻から極少量の息を吐き出す状態を保持するだけで良く、心電計のような電極を皮膚に設置する必要はなく、着衣のまま左肩甲骨下の生体拍動信号を測定できる。この場合、アモルファスワイヤ磁気ヘッドの先端を、被験者の衣服に軽く接触させることで、信号対雑音比の高いナノテスラオーダーの磁気センサ出力を得ることができるので、本方法を多用した。
【実施例１】
【００１３】
図１は、研究室において、被験者が木製の椅子に静座し、着衣の上から左肩甲骨下に超高感度MI磁気センサ（pT-MIセンサ）のヘッドの先端を軽く接触させて、生体拍動信号を検出している写真である。センサヘッドは、30μm直径、20mm長のCoFeSiBアモルファスワイヤ（ユニチカ社製、磁歪 − 10-7）の両端部に長さ5mm、200ターンのコイル2個を設置した差動型ヘッドとした。この差動型ヘッドにより、地磁気などの一様な外乱磁界を相殺した。室内の非一様な外乱磁界は、電子機器類の電源トランスからの電力周波数磁界が主であり、センサ電子回路にノッチフィルター回路を設置して抑制した。電子機器類のスイッチング電源からのスイッチングノイズ磁界は、高周波であるので、低周波フィルターで遮断した。これらの電子回路設計により、磁気シールドルームなしに、生体拍動信号を高感度、高安定に検出できた。
図２は、５人の被験者における左肩甲骨下（LSBB）拍動信号の検出例である。測定時間は2分間であり、安定した時間帯中の定常波形の4秒間の波形を表示した。(a)、（b）、（c）のLSBB拍動信号波形は、それぞれ心疾患のない健常者の場合であり、（d）、（e） のLSBB拍動信号波形は、それぞれ狭心症患者の場合である。（a）では、磁気センサ出力波形と同時に、四肢誘導の心電図波形も測定した。この図より、LSBB磁気センサ出力波形のパルスは、心電図のR波パルスより約100ms遅れて発生しており、心筋-大動脈血管筋のCa2+流入電流磁気であることを支持している。なお、磁気センサの先端を被験者の左肩甲骨下の衣服に軽く接触させると、ナノテスラレベルの大きな出力信号が得られる。これは、Ca2+流入パルス磁界を検出するとともに、Ca2+とトロポニンCが結合して筋細胞の収縮パルスが発生し、その振動がセンサヘッドを振動させて背景磁気が変動することで
出力となるためと考えられる。この筋細胞組織の力学的運動のパルス波形は磁気波形から約100ミリ秒遅れて発生するものであり、拍動振動波形は、拍動磁気波形と１対１に対応するため、信号対雑音比の高い拍動信号として得る事ができる。
この３つの拍動信号時系列波形を相互比較すると、(a)、(b)、(c) 健常者3名の波形では、高齢者の場合も含め、「ダブルパルス」（DP）が顕著であり、狭心症患者（d）、（e）の波形にはDPが現れていないことが分かる。このことから、LSBB信号波形のDPの有無で、心疾患の有無が判別できることが分かる。この心拍動波形の中のダブルパルス波形の起源の解明はこれからであるが、胸部での磁気測定では検出されないので、背部の拍動筋の存在に固有な磁気と思われる。心筋-血管筋系の胸部と背部の違いは、大動脈血管筋が背部に存在することであり、このダブルパルスは、大動脈筋活動に関わると思われる。大動脈血管には、大動脈小体という血流センサがあり、血液中の酸素濃度、CO2濃度、ｐHをモニタリングし、迷走神経を介して延髄部の呼吸中枢、血行中枢に情報を伝達している。健常者では、この大動脈筋が正常であり、虚血性心疾患者は、心筋の衰弱とともに大動脈筋も衰弱していると考えられ、大動脈は背部に存在するため、その筋電流磁界は、背部において検出されると思われる。
【００１４】
図３は、図２の狭心症患者と同一の被験者において、LSBB磁気波形が呼吸法および生理的磁気刺激によって大きく変化することを測定したものである。同時に上腕血圧も測定した。(a) は、日常生活状態での波形、(b) は、少林寺呼吸法（深く息を吸い込んで3秒ほど止め、鼻からゆっくり吐き出しきる。）を6回繰り返した後の波形。(c) は、磁化石を充填したプラスチックパイプ（2cm径、30cm長）で10分間胸部、腹部を撫でた後の波形, (d) は、磁性石粉末造粒焼結磁化球の列をゴム被覆したベルトを、脊柱に30分間当てた後の波形である。（a）では、ダブルパルスはほとんど無いが、(b)、 (c)、 (d) の波形では、ダブルパルス波形が明確に現れている。同時に、(a) での高血圧症状の血圧値が、(b)、 (c)、 (d)では、顕著に正常化した。
このことから、狭心症の回復方法の有効性がLSBB磁気波形で評価できることが分かった。
【００１５】
なお、図4は、図3との比較のための１２誘導心電図の測定例である。図３の場合と同一の狭心症被験者の名古屋大学病院標準心電図であり、磁化石パイプ撫でによる磁気刺激を行った場合と行わない場合のV1 - V6  誘導電圧波形を比較した結果、変化は視認できない。このことから、LSBB磁気波形が、心疾患を高感度に反映していることが分かる。
【実施例２】
【００１６】
図５  A,  B,  C は、図２（ｃ）、（ｄ）、（e）の時系列をFFT周波数スペクトルで表したものである。FFT周波数スペクトルは、時系列（時間関数）を一定時間に亘って積分変換して求めるものであり、心筋の１サイクルの動き等時系列波形の拍動波形の微細な部分は反映されないが、一定時間内での拍動の安定性などの総括的な特性を表すものである。
Aは、73歳健常女性であり、磁気刺激前は、2個のピークがあるが、磁化石パイプで胸、腹を10分間撫でる磁気刺激後は、基本拍動周波数のピーク1個に拍動のエネルギーが集中し、拍動が安定化することが分かる。
Bは、71歳狭心症男性であり、狭心症のためスペクトルは多ピークパターンとなり、拍動が不整脈を含む不安定動作になっている。磁気刺激後は、多ピークは残っているが、拍動の基本周波数帯（１〜２Hz）にエネルギーが集中する傾向が見られ、拍動の安定化の傾向が見られる。
Cは、73歳狭心症男性であり、狭心症のため多ピークパターンを示す。磁気刺激後は、
ダブルパルス周波数にエネルギーが集中した拍動の安定化が見られる。
以上のように、周波数スペクトルによって、心筋システムの拍動運動の安定性が判別され、心疾患では多ピークパターンになることが分かった。さらに磁気刺激によってその安定性が向上すると考えられる。
【産業上の利用可能性】
【００１７】
本発明は、超高感度MI磁気センサによる新しい心疾患の有無の判別の方法および装置を実現したものであり、現在広く普及している心電計より取り扱いが容易、かつ心疾患の有無の判別の感度と有効性が非常に高い新規な医療システムを誕生させるものである。このため、まず医療機器産業に新たな装置開発・製造部門を誕生させて発展させ、病院では心疾患の有無の判別に有効で迅速な方法および治療の有効性の評価の精度を上げることができるので、病院の信頼性が上がり、心疾患死亡者が人類の死亡者数第一になる将来に向かって、医療システム、医療産業の社会的発展に大きく寄与する。
【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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