(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧力を上げながら、または、所定の圧力から圧力を下げながら血管を加圧する加圧手段と、
前記加圧手段で加圧中の前記血管の圧力を測定する測定手段と、
前記加圧手段での所定の圧力段階毎に、前記測定手段で測定された前記血管の圧力の平均圧力と脈波による圧力振幅とを求める血管圧力計算手段と、
あらかじめモデル計算により、圧力を上げながら、または、所定の圧力から圧力を下げながら血管を加圧したときの血管の平均圧力に対する圧力振幅の変化に関する特性指標と、血管の固さに関するパラメータとの関係を求めておくモデル計算手段と、
前記血管圧力計算手段で求められた前記平均圧力に対する前記圧力振幅の変化に関する特性指標を求め、その特性指標から、前記モデル計算手段で求められた関係に基づいて、血管の固さに関するパラメータを求める血管固さ算出手段とを、
有することを特徴とする血管固さ評価装置。
【請求項２】
前記血管の固さに関するパラメータはスティフネスパラメータから成り、
前記モデル計算手段は前記関係を求めるとき、血管の弾性を表すチューブ則を利用して、血管の平均圧力に対する圧力振幅の変化を求めて特性指標を求めるとともに、（１）式によりスティフネスパラメータを求めることを
特徴とする請求項１記載の血管固さ評価装置。
【数１】
0005751540.tif 000006
β：スティフネスパラメータ
Ｐ：血管の内圧
Ｐｂ：血管の任意の基準内圧
Ａ：血管の断面積
Ａ０：Ｐ＝Ｐｂのときの血管の断面積
【請求項３】
前記血管固さ算出手段は、前記平均圧力に対する前記圧力振幅の変化を、前記圧力振幅のピーク値とそのときの平均圧力の値とで無次元化して求め、前記特性指標として、前記圧力振幅のピーク値を与える平均圧力の半分の圧力のときの二階微分値、および／または、前記圧力振幅が０から変化し始めたときの一階微分値を求めることを特徴とする請求項１または２記載の血管固さ評価装置。
【請求項４】
圧力を上げながら、または、所定の圧力から圧力を下げながら血管を加圧する加圧工程と、
前記加圧工程で加圧中の前記血管の圧力を測定する測定工程と、
前記加圧工程での所定の圧力段階毎に、前記測定工程で測定された前記血管の圧力の平均圧力と脈波による圧力振幅とを求める血管圧力計算工程と、
あらかじめモデル計算により、圧力を上げながら、または、所定の圧力から圧力を下げながら血管を加圧したときの血管の平均圧力に対する圧力振幅の変化に関する特性指標と、血管の固さに関するパラメータとの関係を求めておくモデル計算工程と、
前記血管圧力計算工程で求められた前記平均圧力に対する前記圧力振幅の変化に関する特性指標を求め、その特性指標から、前記モデル計算工程で求められた関係に基づいて、血管の固さに関するパラメータを求める血管固さ算出工程とを、
有することを特徴とする血管固さ評価方法。
【請求項５】
前記血管の固さに関するパラメータはスティフネスパラメータから成り、
前記モデル計算工程は前記関係を求めるとき、血管の弾性を表すチューブ則を利用して、血管の平均圧力に対する圧力振幅の変化を求めて特性指標を求めるとともに、（１）式によりスティフネスパラメータを求めることを
特徴とする請求項４記載の血管固さ評価方法。
【数２】
0005751540.tif 000007
β：スティフネスパラメータ
Ｐ：血管の内圧
Ｐｂ：血管の任意の基準内圧
Ａ：血管の断面積
Ａ０：Ｐ＝Ｐｂのときの血管の断面積
【請求項６】
前記血管固さ算出工程は、前記平均圧力に対する前記圧力振幅の変化を、前記圧力振幅のピーク値とそのときの平均圧力の値とで無次元化して求め、前記特性指標として、前記圧力振幅のピーク値を与える平均圧力の半分の圧力のときの二階微分値、および／または、前記圧力振幅が０から変化し始めたときの一階微分値を求めることを特徴とする請求項４または５記載の血管固さ評価方法。
【請求項７】
コンピュータを、
圧力を上げながら、または、所定の圧力から圧力を下げながら血管を加圧して測定された前記血管の圧力を受信する受信手段、
前記受信手段で受信された前記血管の圧力の所定の圧力段階毎に、前記血管の圧力の平均圧力と脈波による圧力振幅とを求める血管圧力計算手段、
あらかじめモデル計算により求められた、圧力を上げながら、または、所定の圧力から圧力を下げながら血管を加圧したときの血管の平均圧力に対する圧力振幅の変化に関する特性指標と、血管の固さに関するパラメータとの関係を記憶しておくモデル記憶手段、
前記血管圧力計算手段で求められた前記平均圧力に対する前記圧力振幅の変化に関する特性指標を求め、その特性指標から、前記モデル記憶手段で記憶された関係に基づいて、血管の固さに関するパラメータを求める血管固さ算出手段、
として機能させるための血管固さ評価プログラム。
【請求項８】
コンピュータを、
圧力を上げながら、または、所定の圧力から圧力を下げながら血管を加圧して測定された前記血管の圧力を受信する受信手段、
前記受信手段で受信された前記血管の圧力の所定の圧力段階毎に、前記血管の圧力の平均圧力と脈波による圧力振幅とを求める血管圧力計算手段、
あらかじめモデル計算により求められた、圧力を上げながら、または、所定の圧力から圧力を下げながら血管を加圧したときの血管の平均圧力に対する圧力振幅の変化に関する特性指標と、血管の固さに関するパラメータとの関係を記憶しておくモデル記憶手段、
前記血管圧力計算手段で求められた前記平均圧力に対する前記圧力振幅の変化に関する特性指標を求め、その特性指標から、前記モデル記憶手段で記憶された関係に基づいて、血管の固さに関するパラメータを求める血管固さ算出手段、
として機能させるための血管固さ評価プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、血管固さ評価装置、血管固さ評価方法、血管固さ評価プログラムおよび、血管固さ評価プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の血管の固さを評価する装置として、測定対象部位の血管の脈波速度および血圧を測定し、その測定結果に基づいて測定対象部位のスティフネスパラメータを求めるもの（例えば、特許文献１参照）や、超音波診断装置を使用して測定された血管内径の変化と血圧測定結果とに基づいて、スティフネスパラメータを求めるもの（例えば、特許文献２参照）、カフを使用して血管の脈波を検出し、カフ圧脈波と血圧脈波の振幅を計算し、その脈波振幅に基づいて、独自の血管の固さ指標を求めるもの（例えば、特許文献３参照）がある。また、橈骨動脈の脈波と心音マイクで検出された心音波形とに基づいて、脈波伝播速度情報を決定し、独自の血管固さ指標の演算に供するものもある（例えば、特許文献４参照）。
【０００３】
なお、本発明者等は、腕部血管系モデルや、非線形バネでモデル化した皮下組織モデルを用いて、血管の力学特性を表すチューブ則を利用したモデル計算を行い、圧力センサにより取得された脈波を数値的に再現している（例えば、非特許文献１乃至３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−６８９３号公報
【特許文献２】特開２０１０−１１０３７３号公報
【特許文献３】特開２００８−２２８９３４号公報
【特許文献４】特開２００４−１６７４４号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】中西勉、白井敦、早瀬敏幸、「脈診の科学的検証のための一次元数学モデルを用いた脈波計測実験の再現」、第２１回バイオエンジニアリング講演会  講演論文集、社団法人日本機械学会、２００９年１月２２日、p.51-52
【非特許文献２】Nakanishi, T., Sirai, A., and Hayase, T., “Reproduction ofPulse Waveform Measurement using One-dimensional Mathematical Model forValidation of Pulse Diagnosis”, GPBE/NUS-Tohoku Graduate Student Conference inBioengineering, Program & Abstract, 2008, p.9-10
【非特許文献３】中西勉、鳴海賢太郎、白井敦、早瀬敏幸、「脈診の科学的検証のための腕部皮下組織の力学モデルの検討」、第１１回日本代替・相補・伝統医療連合会議（ＪＡＣＴ）  第７回日本統合医療学会（ＪＩＭ）合同大会  プログラム・抄録集、２００７年、p.76
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載の装置では、脈波速度を測定する際、２箇所で脈波を測定する必要があるため、装置が大型化してしまうという課題があった。特許文献２に記載の装置では、超音波診断装置が高価であり、使用時には専門知識が必要となるという課題があった。特許文献３に記載の装置では、各脈波から血管の固さ指標を求めるための演算が複雑で、演算規模も膨大となるという課題があった。
【０００７】
特許文献４に記載の装置では、心音測定が必要であるため、装置が大型化してしまうという課題があった。また、心臓と脈波測定部位との間の脈波伝播速度情報を使用して、その間の平均的な血管固さを推定するものであり、特定の部位の血管固さを推定することはできないという課題があった。特許文献３および４に記載の装置では、独自の血管固さ指標を用いているため、血管の固さ指標として一般的に用いられるスティフネスパラメータとの関連性が不明であり、血管の固さの評価が困難であるという課題があった。
【０００８】
本発明は、このような課題に着目してなされたもので、安価かつ小型化が可能で、特定部位の血管固さを一般家庭でも容易に測定して評価することができる血管固さ評価装置、血管固さ評価方法、血管固さ評価プログラムおよび、血管固さ評価プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者等は、非特許文献１乃至３に記載のように、測定対象部位における血管系のモデル、および、所定の圧力で血管を押し込んだときの血圧を計算するための皮下組織モデルに基づいて、所定の時間間隔で段階的に圧力を上げながら血管を加圧したときの血圧変動についてモデル計算を行った。その結果、圧力段階毎の平均圧力と圧力振幅との関係が、血管の固さに起因して変化することを見出し、本発明に至った。
【００１０】
すなわち、本発明に係る血管固さ評価装置は、圧力を上げながら、または、所定の圧力から圧力を下げながら血管を加圧する加圧手段と、前記加圧手段で加圧中の前記血管の圧力を測定する測定手段と、前記加圧手段での所定の圧力段階毎に、前記測定手段で測定された前記血管の圧力の平均圧力と脈波による圧力振幅とを求める血管圧力計算手段と、あらかじめモデル計算により、圧力を上げながら、または、所定の圧力から圧力を下げながら血管を加圧したときの血管の平均圧力に対する圧力振幅の変化に関する特性指標と、血管の固さに関するパラメータとの関係を求めておくモデル計算手段と、前記血管圧力計算手段で求められた前記平均圧力に対する前記圧力振幅の変化に関する特性指標を求め、その特性指標から、前記モデル計算手段で求められた関係に基づいて、血管の固さに関するパラメータを求める血管固さ算出手段とを、有することを特徴とする。
【００１１】
本発明に係る血管固さ評価方法は、圧力を上げながら、または、所定の圧力から圧力を下げながら血管を加圧する加圧工程と、前記加圧工程で加圧中の前記血管の圧力を測定する測定工程と、前記加圧工程での所定の圧力段階毎に、前記測定工程で測定された前記血管の圧力の平均圧力と脈波による圧力振幅とを求める血管圧力計算工程と、あらかじめモデル計算により、圧力を上げながら、または、所定の圧力から圧力を下げながら血管を加圧したときの血管の平均圧力に対する圧力振幅の変化に関する特性指標と、血管の固さに関するパラメータとの関係を求めておくモデル計算工程と、前記血管圧力計算工程で求められた前記平均圧力に対する前記圧力振幅の変化に関する特性指標を求め、その特性指標から、前記モデル計算工程で求められた関係に基づいて、血管の固さに関するパラメータを求める血管固さ算出工程とを、有することを特徴とする。
【００１２】
本発明に係る血管固さ評価プログラムは、コンピュータを、圧力を上げながら、または、所定の圧力から圧力を下げながら血管を加圧して測定された前記血管の圧力を受信する受信手段、前記受信手段で受信された前記血管の圧力の所定の圧力段階毎に、前記血管の圧力の平均圧力と脈波による圧力振幅とを求める血管圧力計算手段、あらかじめモデル計算により求められた、圧力を上げながら、または、所定の圧力から圧力を下げながら血管を加圧したときの血管の平均圧力に対する圧力振幅の変化に関する特性指標と、血管の固さに関するパラメータとの関係を記憶しておくモデル記憶手段、前記血管圧力計算手段で求められた前記平均圧力に対する前記圧力振幅の変化に関する特性指標を求め、その特性指標から、前記モデル記憶手段で記憶された関係に基づいて、血管の固さに関するパラメータを求める血管固さ算出手段、として機能させることを特徴とする。
【００１３】
本発明に係る血管固さ評価プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体は、コンピュータを、圧力を上げながら、または、所定の圧力から圧力を下げながら血管を加圧して測定された前記血管の圧力を受信する受信手段、前記受信手段で受信された前記血管の圧力の所定の圧力段階毎に、前記血管の圧力の平均圧力と脈波による圧力振幅とを求める血管圧力計算手段、あらかじめモデル計算により求められた、圧力を上げながら、または、所定の圧力から圧力を下げながら血管を加圧したときの血管の平均圧力に対する圧力振幅の変化に関する特性指標と、血管の固さに関するパラメータとの関係を記憶しておくモデル記憶手段、前記血管圧力計算手段で求められた前記平均圧力に対する前記圧力振幅の変化に関する特性指標を求め、その特性指標から、前記モデル記憶手段で記憶された関係に基づいて、血管の固さに関するパラメータを求める血管固さ算出手段、として機能させるための血管固さ評価プログラムを記録していることを特徴とする。
【００１４】
本発明に係る血管固さ評価装置、血管固さ評価方法、血管固さ評価プログラムおよび、血管固さ評価プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体は、血管の固さに関するパラメータを求めることにより、血管の固さを評価することができる。血管の固さを評価するために、測定対象位置でのみ血管の加圧および圧力測定を行えばよく、複数箇所での測定が不要であるため、小型化が可能である。血管の加圧および圧力測定には市販のカフを用いることができ、高価な装置や機器を必要とせず、安価である。また、カフを用いることで、一般家庭でも容易に測定することができる。このように、本発明に係る血管固さ評価装置、血管固さ評価方法、血管固さ評価プログラムおよび、血管固さ評価プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体によれば、特定部位の血管固さを一般家庭でも容易に測定して評価することができる。
【００１５】
本発明に係る血管固さ評価装置、血管固さ評価方法、血管固さ評価プログラムおよび、血管固さ評価プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体で、圧力段階毎の平均圧力に対する圧力振幅の変化に関する特性指標は、血管の固さが反映されていると考えられるものであれば、いかなるものであってもよい。特性指標は、モデル計算により、血管の固さを様々に変えて、血管の平均圧力に対する圧力振幅の変化を求めたとき、血管の固さに大きく影響されるものを用いることが好ましい。血管の加圧は、所定の時間間隔で段階的に圧力を上げながら（下げながら）行ってもよく、連続的に圧力を上げながら（下げながら）行ってもよい。カフを用いる場合、連続的に圧力を変化させるのが容易である。
【００１６】
本発明に係る血管固さ評価装置、血管固さ評価方法、血管固さ評価プログラムおよび、血管固さ評価プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体で、血管の固さに関するパラメータは、その評価が容易になるよう、スティフネスパラメータから成ることが好ましい。また、特性指標と血管の固さに関するパラメータとの関係は、モデル計算により直接求めてもよく、特性指標と血管の固さに関するパラメータとの間に他のパラメータを介して、間接的に求めてもよい。モデル計算に用いるモデルは、所定の時間間隔で段階的に圧力を上げながら血管を加圧したときの、血圧変動の実測値とモデル計算値とがほぼ一致しているものであればよく、例えば、非特許文献１乃至３に記載のモデルのように、測定対象部位における血管系のモデルと、所定の圧力で血管を押し込んだときの血圧を計算するための皮下組織モデルとを組み合わせて使用してもよい。
【００１７】
本発明に係る血管固さ評価装置、血管固さ評価プログラムおよび、血管固さ評価プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体で、前記血管の固さに関するパラメータはスティフネスパラメータから成り、前記モデル計算手段は前記関係を求めるとき、血管の弾性を表すチューブ則を利用して、血管の平均圧力に対する圧力振幅の変化を求めて特性指標を求めるとともに、（１）式によりスティフネスパラメータを求めることが好ましい。
【数３】
0005751540.tif 000002
β：スティフネスパラメータ
Ｐ：血管の内圧
Ｐｂ：血管の任意の基準内圧
Ａ：血管の断面積
Ａ０：Ｐ＝Ｐｂのときの血管の断面積
【００１８】
本発明に係る血管固さ評価方法で、前記血管の固さに関するパラメータはスティフネスパラメータから成り、前記モデル計算工程は前記関係を求めるとき、血管の弾性を表すチューブ則を利用して、血管の平均圧力に対する圧力振幅の変化を求めて特性指標を求めるとともに、（１）式によりスティフネスパラメータを求めることが好ましい。
【００１９】
このチューブ則を利用する場合、血管の断面積比Ａ／Ａ０と伸展圧φとの関係がチューブ則で表されるものとして、モデル計算を行う。ここで、チューブ則は、（２）式で表される。
【数４】
0005751540.tif 000003
【００２０】
ここで、以下で使用する基準値として、
ＡＣ／Ａ０＝０．３
Ｃ１＝０．３、Ｃ２＝０．０５
Ｃ３〜Ｃ５：ＡＣ／Ａ０＝０．３において、２つの式のφの傾きが一致するように設定する
φ０：Ａ／Ａ０＝１のときの伸展圧（＝１３．３ｋＰａ）
ｎ１＝５（血管の固さにより変化させる）
ｎ２＝６
とする。
【００２１】
また、生理的状態にある血管では、内圧Ｐと血管の半径Ｒとの関係は、（３）式で表されることが知られている。
【数５】
0005751540.tif 000004
Ｒｂ：Ｐ＝Ｐｂのときの血管の半径
【００２２】
生理的状態にある血管では血管の断面が円形であると仮定すると、（２）式および（３）式から、φ＝Ｐとして、スティフネスパラメータβは（１）式となる。（１）式から、スティフネスパラメータβは、図１に示すチューブ則を表す曲線のＡ／Ａ０＝１のときの傾きを利用して求めることができ、チューブ則のパラメータｎ１の値により変化する。
【００２３】
本発明に係る血管固さ評価装置、血管固さ評価プログラムおよび、血管固さ評価プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体で、前記血管固さ算出手段は、前記平均圧力に対する前記圧力振幅の変化を、前記圧力振幅のピーク値とそのときの平均圧力の値とで無次元化して求め、前記特性指標として、前記圧力振幅のピーク値を与える平均圧力の半分の圧力のときの二階微分値、および／または、前記圧力振幅が０から変化し始めたときの一階微分値を求めることが好ましい。
【００２４】
本発明に係る血管固さ評価方法で、前記血管固さ算出工程は、前記平均圧力に対する前記圧力振幅の変化を、前記圧力振幅のピーク値とそのときの平均圧力の値とで無次元化して求め、前記特性指標として、前記圧力振幅のピーク値を与える平均圧力の半分の圧力のときの二階微分値、および／または、前記圧力振幅が０から変化し始めたときの一階微分値を求めることが好ましい。
【００２５】
この特性指標として二階微分値や一階微分値を用いる場合、平均圧力に対する圧力振幅の変化を、圧力振幅のピーク値とそのときの平均圧力の値とで無次元化することにより、個人差や測定器の誤差などによる影響を低減することができる。また、圧力振幅のピーク値を与える平均圧力の半分の圧力のときの二階微分値や、圧力振幅が０から変化し始めたときの一階微分値は、血管の固さを強く反映していると考えられるため、これらを特性指標として用いることにより、より正確に血管の固さを評価することができる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、安価かつ小型化が可能で、特定部位の血管固さを一般家庭でも容易に測定して評価することができる血管固さ評価装置、血管固さ評価方法、血管固さ評価プログラムおよび、血管固さ評価プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】血管断面積比Ａ／Ａ０と伸展圧φとの関係を示すチューブ則を表すグラフである。
【図２】本発明の実施の形態の血管固さ評価装置を示す概略構成図である。
【図３】本発明の実施の形態の血管固さ評価装置の、（ａ）段階的に血管を加圧したときの、血管の圧力の測定結果を示すグラフ、（ａ）段階的に血管を加圧したときの、血管の圧力のモデル計算結果を示すグラフ、（ｃ）そのときの各圧力段階毎の平均圧力Ｐｏａｖの実測値と計算値とを示すグラフ、（ｄ）各圧力段階毎の圧力振幅ΔＰ０の実測値と計算値とを示すグラフである。
【図４】本発明の実施の形態の血管固さ評価装置のモデル計算で用いる（ａ）腕部血管系の数学モデル、（ｂ）皮下組織モデルを示す側面図である。
【図５】本発明の実施の形態の血管固さ評価装置のモデル計算で用いる、心拍一周期分の供給圧力Ｐｓを示すグラフである。
【図６】本発明の実施の形態の血管固さ評価装置の、チューブ則のパラメータｎ１を変化させたときのモデル計算結果を示す（ａ）平均圧力Ｐｏａｖ、（ｂ）圧力振幅ΔＰ０のグラフである。
【図７】本発明の実施の形態の血管固さ評価装置の、（ａ）無次元化した平均圧力Ｐｏａｖに対する圧力振幅ΔＰ０の変化を示すグラフ、（ｂ）Ｐｏａｖ＝０．５のときの二階微分値ΔＰ”とスティフネスパラメータβとの関係を示すグラフ、（ｃ）圧力振幅ΔＰ０が０から変化し始めたときの一階微分値ΔＰ’とスティフネスパラメータβとの関係を示すグラフである。
【図８】本発明の実施の形態の血管固さ評価装置の変形例を示す概略構成図である。
【図９】本発明の実施の形態の血管固さ評価方法を示すフローチャートである。
【図１０】本発明の実施の形態の血管固さ評価装置の（ａ）カフ内圧を連続的に変化させたときのカフ内圧、（ｂ）そのときのカフの内側に設置したＰＶＤＦフィルムセンサの出力電圧を示すグラフである。
【図１１】本発明の実施の形態の血管固さ評価装置の、段階的に圧力を上げながら血管を加圧したときの（ａ）各圧力段階毎の平均圧力Ｐｏａｖを示すグラフ、（ｂ）各圧力段階毎の圧力振幅ΔＰを示すグラフ、（ｃ）平均圧力Ｐｏａｖに対する圧力振幅ΔＰの変化をプロットしたグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、図面に基づき、本発明の実施の形態について説明する。
図２乃至図１１は、本発明の実施の形態の血管固さ評価装置および血管固さ評価方法を示している。本発明の実施の形態の血管固さ評価方法は、本発明の実施の形態の血管固さ評価装置により好適に実施される。
以下、図２乃至図１１に従って、本発明の実施の形態の血管固さ評価装置および血管固さ評価方法について、実施例を適宜参照しながら説明する。
【００２９】
［加圧手段および測定手段］
図２に示すように、本発明の実施の形態の血管固さ評価装置１０は、加圧手段１１と測定手段１２とコンピュータ１３とモデル計算手段１４とを有している。加圧手段１１は、センサ押下げ装置から成り、アンプ１５を介してコンピュータ１３に接続されている。測定手段１２は、圧力センサから成り、コンピュータ１３に接続されている。測定手段１２は、加圧手段１１に取り付けられている。加圧手段１１は、橈骨動脈などの血管を、測定手段１２を介して加圧可能になっている。測定手段１２は、加圧手段１１で加圧したときの血管の圧力を測定可能になっている。加圧手段１１および測定手段１２は、腕などに巻いて使用される市販のカフから成っていてもよい。
【００３０】
［制御手段および受信手段］
図２に示すように、コンピュータ１３は、加圧手段１１で加圧する圧力を制御する制御手段２１と、測定手段１２で測定された圧力を受信する受信手段２２とを有している。制御手段２１は、圧力を上げながら、または、所定の圧力から圧力を下げながら血管を加圧するよう、センサ押下げ信号を加圧手段１１に送って、加圧手段１１を制御可能になっている。制御手段２１は、所定の時間間隔で段階的に圧力を上げながら（下げながら）血管を加圧するよう制御してもよく、連続的に圧力を上げながら（下げながら）血管を加圧するよう制御してもよい。受信手段２２は、加圧手段１１で血管を加圧したとき、測定手段１２で測定された血管の圧力を、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）を介して受信可能になっている。この測定例として、５秒間隔で、０．５ｍｍずつ血管を押し下げて、段階的に圧力を上げながら血管を加圧したときの、血管の圧力の測定結果を、図３（ａ）に示す。
【００３１】
［モデル計算手段］
また、図２に示すように、コンピュータ１３は、モデル記憶手段２３を有している。モデル記憶手段２３は、メモリから成り、あらかじめモデル計算手段１４によりモデル計算された、特性指標と血管の固さに関するパラメータとの関係を記憶するようになっている。モデル計算手段１４は、コンピュータ１３とは異なる他のコンピュータで実施可能に構成されている。モデル計算手段１４は、血管の固さに関するパラメータを複数通り仮定し、それぞれの場合について、圧力を上げながら、または、所定の圧力から圧力を下げながら血管を加圧したときの血管の圧力を計算し、所定の圧力段階毎に血管の平均圧力と圧力振幅とを求めるようになっている。さらに、モデル計算手段１４は、血管の平均圧力に対する圧力振幅の変化から、血管の固さが反映されていると考えられる特性指標を、それぞれの血管の固さに関するパラメータ毎に求め、その特性指標と血管の固さに関するパラメータとの関係を求めるようになっている。血管の固さに関するパラメータは、スティフネスパラメータである。なお、モデル計算手段１４は、コンピュータ１３で実施可能であってもよい。
【００３２】
［モデル計算例−使用モデル］
橈骨動脈の血管の固さを評価するためにモデル計算手段１４で用いるモデルの例を、図４に示す。なお、図４に示すモデルは、非特許文献１乃至３に記載のモデルと同じものである。図４（ａ）に示すように、腕部血管系の数学モデルは、動脈系（Ａｒｔｅｒｙ）を全長７００ｍｍのテーパーのついたコラプシブルチューブで模擬し、チューブの上流端に供給圧力源（Ｓｕｐｐｌｙ）が、下流端に毛細血管による微小循環（ｍｉｃｒｏ−ｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）、静脈（Ｖｅｎｏｕｓ）が接続されている。チューブの上流端半径（Ｉｎｌｅｔ  ｒａｄｉｕｓ）を、４．２３ｍｍ、下流端半径（Ｏｕｔｌｅｔ  ｒａｄｉｕｓ）を、１．７４ｍｍとする。また、血液を、密度ρ＝１０５０ｋｇ／ｍ３、動粘度ν＝３．８×１０−６ｍ２／ｓの非圧縮性ニュートン流体とし、血流は一次元で記述する。
【００３３】
動脈への加圧および圧力測定は、チューブの下流端から１００ｍｍの位置とし、その位置での加圧時の皮下組織モデル（Ｔｉｓｓｕｅ  Ｍｏｄｅｌ）を、図４（ｂ）に示す。図４（ｂ）に示すように、皮下組織モデルとして二次の非線形バネモデルを用いると、圧力センサ（Ｓｅｎｓｏｒ）の押し込み量Ｙとセンサ出力圧力Ｐ０との関係は、（４）式のようになる。なお、センサは、加圧面が直径８ｍｍの円形である。
【００３４】
【数６】
0005751540.tif 000005
Ｐｅ：動脈を圧迫する圧力
ａ：組織モデル定数
ｄｙａｖ：センサ加圧面における、血管の初期形状の高さｙ０からの変化量ｄｙの空間平均値
【００３５】
また、モデルで使用する心拍一周期分の供給圧力（Ｓｕｐｐｌｙ  ｐｒｅｓｓｕｒｅ）Ｐｓの波形を、図５に示す。ここで、平均圧Ｐｓａｖは１３．３ｋＰａ（１００ｍｍＨｇ）、振幅ΔＰｓは、５．５ｋＰａ（４１ｍｍＨｇ）とした。図５に示す波形は、ヒトの腕頭動脈の圧力の実測値を基に作成されたものである。
【００３６】
［モデル計算例−計算結果］
図４に示すモデルに対して、図５に示す供給圧力や、（２）式に示すチューブ則を使用してモデル計算を行った。モデル計算では、非特許文献１乃至３で実施されたモデル計算と同様にして、計算を行っている。モデル計算では、まず、チューブ則のパラメータｎ１、組織モデル定数ａ、供給圧力の平均圧Ｐｓａｖおよび振幅ΔＰｓを様々に変化させながら、図３（ａ）に示す血管の圧力の実測値に最も良く合う各パラメータの値を求めた。各パラメータの値を変化させる範囲は、現実的な値としてそれぞれ、ｎ１＝２〜１２、ａ＝３．６６７×１０８〜１６．００×１０８Ｐａ／ｍ２、Ｐｓａｖ＝８．３〜２１．３ｋＰａ、ΔＰｓ＝３．５〜９．５ｋＰａとした。
【００３７】
図３（ａ）の実測値に最も良く合うモデル計算結果を、図３（ｂ）に示す。また、このときの各圧力段階毎の平均圧力Ｐｏａｖおよび振幅ΔＰ０の、実測値と計算値との比較を、それぞれ図３（ｃ）および図３（ｄ）に示す。このときの各パラメータの値は、ｎ１＝８、ａ＝１１．０×１０８Ｐａ／ｍ２、Ｐｓａｖ＝８．３ｋＰａ、ΔＰｓ＝４．５ｋＰａであった。図３に示すように、血圧変動の実測値と図４に示すモデルに基づくモデル計算値とがほぼ一致しており、血管の固さを評価するために、図４に示すモデルを使用可能である考えられる。
【００３８】
次に、（１）式および図１に示すように、スティッフネスパラメータβと相関を有するチューブ則のパラメータｎ１をさまざまに変化させてモデル計算を行い、その結果を図６に示す。このときの、他のパラメータは、ａ＝１０．０×１０８Ｐａ／ｍ２、Ｐｓａｖ＝１３．３ｋＰａ、ΔＰｓ＝５．５ｋＰａとした。図６（ａ）に示すように、Ｙ≦８．０ｍｍの範囲では、ｎ１が大きいほど平均圧力Ｐｏａｖが大きくなり、Ｙ≧８．０ｍｍの範囲では、Ｐｏａｖに違いが認められないことが確認された。また、図６（ｂ）に示すように、Ｙ≦５．０ｍｍの範囲では、ｎ１が大きいほど振幅ΔＰ０が小さくなることが確認された。これは、血管が軟らかい（ｎ１が小さい）ときは、センサの押し込みによって血管が変形しやすく、小さい押し込み量であっても信号が検出されるのに対し、血管が硬い（ｎ１が大きい）ときは、センサの押し込みに対して、血管ではなく皮下組織が変形するため、血管が変形するほど押し込まなければ信号が検出されないためであると考えられる。
【００３９】
［特性指標の計算］
図６に示すように、血管への押し込み量Ｙが小さい範囲で、ｎ１によるＰｏａｖの変化が顕著である。個人差や測定器の誤差などによる影響を低減するために、平均圧力Ｐｏａｖに対する圧力振幅ΔＰ０の変化を求め、圧力振幅ΔＰ０のピーク値とそのときの平均圧力Ｐｏａｖの値とで無次元化してグラフにプロットする。これにより、圧力振幅ΔＰ０がピーク値（ΔＰ０＝１．０）のときの平均圧力Ｐｏａｖ（Ｐｏａｖ＝１．０）よりも平均圧力Ｐｏａｖが小さい範囲（Ｐｏａｖ＜１．０）で、ｎ１の値によって、グラフの曲線の形状が大きく変化する。具体的には、ｎ１の値が小さいときはグラフの曲線が上に凸となり、ｎ１の値が大きいときはグラフの曲線が下に凸となる。このことから、ｎ１の値を特徴付ける特性指標として、圧力振幅ΔＰ０のピーク値を与える平均圧力Ｐｏａｖの半分の圧力（Ｐｏａｖ＝０．５）のときの二階微分値（ΔＰ”）、および／または、圧力振幅ΔＰ０が０から変化し始めたときの一階微分値（ΔＰ’）を使用するのが適切であると考えられる。
【００４０】
［特性指標とスティフネスパラメータとの関係］
こうして求められた特性指標の例を、図７に示す。図７（ａ）は、無次元化した平均圧力Ｐｏａｖに対する圧力振幅ΔＰ０の変化を示すグラフ、図７（ｂ）および（ｃ）はそれぞれ、ΔＰ”とスティフネスパラメータβとの関係、および、ΔＰ’とスティフネスパラメータβとの関係を示すグラフである。図７（ａ）は、ｎ１＝５、ａ＝１０．０×１０８Ｐａ／ｍ２、Ｐｓａｖ＝２１．３ｋＰａ、ΔＰｓ＝５．５ｋＰａのときのグラフである。また、図７（ｂ）および（ｃ）にプロットされたデータ（図中の＋印）は、チューブ則のパラメータｎ１、組織モデル定数ａ、供給圧力の平均圧Ｐｓａｖおよび振幅ΔＰｓを様々に変化させたときのデータである。各パラメータの値を変化させる範囲は、図３（ｂ）を求めたときの範囲と同じである。スティフネスパラメータβは、ｎ１の値から、（１）式およびチューブ則を使用して求めている。
【００４１】
図７（ｂ）および（ｃ）に示すように、ΔＰ”およびΔＰ’は、スティフネスパラメータβとの相関が認められる。ΔＰ”とスティフネスパラメータβとの関係が一次式で表されるとしたときの直線を、図７（ｂ）に示す。また、ΔＰ’とスティフネスパラメータβとの関係が二次式で表されるとしたときの曲線を、図７（ｃ）に示す。図７（ｂ）の直線および図７（ｃ）の曲線は、各データの残差二乗和が最も小さくなるように最小二乗法を利用して求めている。図７（ｂ）および図７（ｃ）の関係は、図中に示す直線や曲線に限られるものではなく、各データを説明可能なものであれば、他の直線や曲線で表されてもよい。図７（ｂ）および（ｃ）に示す関係を利用することにより、特性指標からスティフネスパラメータβを求めることができる。モデル記憶手段２３は、このようにしてモデル計算手段１４によりモデル計算された、特性指標とスティフネスパラメータとの関係を記憶するようになっている。
【００４２】
［血管圧力計算手段、血管固さ算出手段および表示手段］
図２に示すように、コンピュータ１３は、さらに血管圧力計算手段２４と血管固さ算出手段２５と表示手段２６とを有している。血管圧力計算手段２４は、加圧手段１１で血管を加圧したときの血管の圧力の測定値から、所定の圧力段階毎に平均圧力と圧力振幅とを分離して求めるようになっている。
【００４３】
血管固さ算出手段２５は、血管圧力計算手段２４で求められた平均圧力と圧力振幅とを使用して、信号処理を行うよう構成されている。血管固さ算出手段２５は、血管圧力計算手段２４で求められた平均圧力に対する圧力振幅の変化に基づいて、特性指標を求めるようになっている。また、血管固さ算出手段２５は、その特性指標から、モデル記憶手段２３に記憶された特性指標とスティフネスパラメータとの関係に基づいて、スティフネスパラメータを求めるようになっている。表示手段２６は、モニタから成り、血管固さ算出手段２５により求められたスティフネスパラメータなどを表示可能になっている。
【００４４】
なお、図８に示すように、本発明の実施の形態の血管固さ評価装置１０で、加圧手段１１がモータ５１、滑車５２、巻掛けベルト５３などを有し、圧力センサから成る測定手段１２を介して、血管を加圧可能になっていてもよい。この場合、制御手段２１が、圧力を上げながら、または、所定の圧力から圧力を下げながら血管を加圧するよう、モータ駆動信号を加圧手段１１に送って、加圧手段１１を制御可能になっている。また、血管圧力計算手段２４が、血管を加圧するときの測定手段１２の押し込み量（センサ変位）に対する平均圧力および圧力振幅の変化を求め、それに基づいて、血管固さ算出手段２５が、平均圧力に対する圧力振幅の変化を求めるようになっている。
【００４５】
［血管固さ評価方法による実施］
本発明の実施の形態の血管固さ評価装置１０は、本発明の実施の形態の血管固さ評価方法により血管の固さの評価を行うことができる。なお、ここでは、圧力を上げながら血管を加圧した場合について説明する。まず、カフを手首に巻くなど、橈骨動脈などの血管を加圧可能かつその血管の圧力を測定可能に、加圧手段１１および測定手段１２をセットする。図９に示すように、圧力を上げながら血管を加圧するよう、制御手段２１により加圧手段１１による圧力を制御して、血管を加圧する（ステップ３１）。加圧中の血管の圧力を、脈波として測定手段１２により測定する（ステップ３２）。測定された脈波から、血管圧力計算手段２４により、圧力段階毎に平均圧力Ｐｏａｖと圧力振幅ΔＰ０とを求める（ステップ３３）。
【００４６】
脈波を測定した実施例として、カフを利用して、カフ内圧を連続的に変化させて血管を加圧したときの圧力（カフ内圧）と、測定圧力に対応するＰＶＤＦフィルムセンサの出力電圧とを、それぞれ図１０（ａ）および（ｂ）に示す。図１０に示すように、加圧を始めた段階では、加圧するたびに圧力振幅ΔＰ０の値が徐々に増加するが、所定の圧力段階でΔＰ０が最大値ΔＰｍａｘとなった後は、圧力振幅ΔＰ０の値は徐々に減少していく。血管固さの評価には、圧力振幅が最大値ΔＰｍａｘとなるまでの測定データを使用するため、ΔＰｍａｘが測定された時点で加圧を止めて、測定を終了してもよい。
【００４７】
このため、図９に示すように、各圧力段階において、圧力振幅ΔＰ０を前の圧力段階までの圧力振幅の最大値ΔＰｍａｘと比較し、ΔＰ０がΔＰｍａｘを超えたとき、ΔＰｍａｘ＝ΔＰ０として次の圧力段階に加圧する。この加圧と比較とを、ΔＰ０がΔＰｍａｘを超えなくなるまで繰り返し、ΔＰ０がΔＰｍａｘを超えなくなったときに加圧を止める（ステップ３４）。
【００４８】
次に、血管固さ算出手段２５により、平均圧力Ｐｏａｖに対する圧力振幅ΔＰ０の変化を求めてグラフにプロットする。このとき、圧力振幅ΔＰ０のピーク値ΔＰｍａｘとそのときの平均圧力Ｐｏａｖの値とで無次元化してプロットする（ステップ３５）。段階的に圧力を上げながら血管を加圧したときの圧力段階毎に、平均圧力Ｐｏａｖと圧力振幅ΔＰとを求めた結果を、図１１（ａ）および（ｂ）に示す。図１１（ａ）および（ｂ）は、同一人に対して、複数回測定を行った結果を示している。また、血管固さ算出手段２５により、図１０（ａ）および（ｂ）から、平均圧力Ｐｏａｖに対する圧力振幅ΔＰの変化を求めてグラフにプロットした結果を、図１１（ｃ）に示す。図１１（ｃ）に示すように、平均圧力Ｐｏａｖに対する圧力振幅ΔＰの変化を求めることにより、測定毎の圧力振幅ΔＰの誤差を低減することができるとともに、圧力振幅ΔＰのピーク位置を揃えることもできる。
【００４９】
グラフにプロットしたならば、図９に示すように、血管固さ算出手段２５により、特性指標として、ΔＰｍａｘを与える平均圧力Ｐｏａｖの半分の圧力（Ｐｏａｖ＝０．５）のときの二階微分値ΔＰ”（ステップ３６）、および／または、圧力振幅ΔＰ０が０から変化し始めたときの一階微分値ΔＰ’を求める（ステップ３７）。さらに、血管固さ算出手段２５により、求められた特性指標ΔＰ”および／またはΔＰ’から、モデル計算手段１４で求められてモデル記憶手段２３に記憶された特性指標とスティフネスパラメータとの関係に基づいて、スティフネスパラメータβを求める（ステップ３８）。求められたスティフネスパラメータβなどを、表示手段２６により表示する。こうして求められたスティフネスパラメータβに基づいて、血管の固さを評価することができる。
【００５０】
なお、図９乃至図１１では、圧力を上げながら血管を加圧した場合について説明を行ったが、所定の圧力から圧力を下げながら血管を加圧した場合であっても、図１０および図１１に示すような結果を得ることができ、同様にして血管の固さの評価を行うことができる。
【００５１】
本発明の実施の形態の血管固さ評価装置１０および血管固さ評価方法は、血管の固さを評価するために、測定対象位置でのみ血管の加圧および圧力測定を行えばよく、複数箇所での測定が不要であるため、小型化が可能である。血管の加圧および圧力測定には市販のカフを用いることができ、その場合、高価な装置や機器を必要とせず、安価である。また、カフを用いることにより、一般家庭でも容易に測定することができる。このように、本発明の実施の形態の血管固さ評価装置１０および血管固さ評価方法によれば、特定部位の血管固さを一般家庭でも容易に測定して評価することができる。
【００５２】
本発明の実施の形態の血管固さ評価装置１０および血管固さ評価方法は、血管の固さを強く反映した特性指標ΔＰ”および／またはΔＰ’を用いるため、より正確に血管の固さを評価することができる。血管の固さに関するパラメータとして、一般的に用いられているスティフネスパラメータを使用するため、血管の固さの評価が容易である。なお、モデル計算手段１４により求める関係として、特性指標とチューブ則のパラメータｎ１との関係を求めてもよい。この場合、求められたｎ１から、（１）式およびチューブ則を用いてスティフネスパラメータを求めることができる。
【００５３】
なお、本発明の実施の形態の血管固さ評価プログラムは、図２および図８に示すコンピュータ１３を機能させるプログラムから成っていてもよい。この場合、例えば、カフを用いた一般家庭での容易な測定を達成する形態として、市販の家庭用血圧計に実装または接続されたコンピュータ（ＣＰＵ、情報処理装置、各種端末を含む）１３が、図９に示すフローに従って、本発明の実施の形態の血管固さ評価プログラムを実行することによって実現されてもよい。
【００５４】
本発明の実施の形態の血管固さ評価プログラムは、例えば、ＣＤ（ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷなど）、ＤＶＤ（ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＡＭ、ＤＶＤ−Ｒ、ＤＶＤ−ＲＷ、ＤＶＤ＋Ｒ、ＤＶＤ＋ＲＷなど）等のコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録された形態で提供されうる。この場合、コンピュータ１３は、その記録媒体から血管固さ評価プログラムを読み取ってコンピュータの内部記憶装置または外部記憶装置に転送し格納して用いることができる。また、本発明の実施の形態の血管固さ評価プログラムを、例えば、磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク等の記憶装置（記録媒体）に記録しておき、その記憶装置から通信回線を介してコンピュータ１３に提供するようになっていてもよい。
【００５５】
ここで、コンピュータとは、ハードウェアとＯＳ（オペレーティングシステム）とを含む概念であり、ＯＳの制御の下で動作するハードウェアを意味している。また、ＯＳが不要で、アプリケーションプログラム単独でハードウェアを動作させるような場合には、そのハードウェア自体がコンピュータに相当する。ハードウェアは、少なくとも、ＣＰＵ等のマイクロプロセッサと、記録媒体に記録されたコンピュータプログラムを読み取るための手段とを備えている。
【００５６】
本発明の実施の形態の血管固さ評価プログラムとしてのアプリケーションプログラムは、上述のようなコンピュータに実現させるプログラムコードを含んでいる。また、その機能の一部は、アプリケーションプログラムではなくＯＳによって実現されてもよい。なお、本発明の実施の形態のコンピュータ読み取り可能な記録媒体としては、上述したフレキシブルディスク、ＣＤ、ＤＶＤ、磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスクのほか、コンピュータの内部記憶装置（ＲＡＭやＲＯＭなどのメモリ）、外部記憶装置等や、バーコードなどの符号が印刷された印刷物等の、コンピュータ読み取り可能な種々の媒体を利用することもできる。
【符号の説明】
【００５７】
１０  血管固さ評価装置
１１  加圧手段
１２  測定手段
１３  コンピュータ
２１  制御手段
２２  受信手段
２３  モデル記憶手段
２４  血管圧力計算手段
２５  血管固さ算出手段
２６  表示手段
１４  モデル計算手段
１５  アンプ
【図２】
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【図５】
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【図８】
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【図９】
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【図１】
0005751540.tif 000012
【図３】
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【図４】
0005751540.tif 000014
【図６】
0005751540.tif 000015
【図７】
0005751540.tif 000016
【図１０】
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【図１１】
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