(57)【要約】【課題】被検者の負荷が小さく、しかも簡便な構成により脈波の測定が可能な脈波測定装置及びそれに適した脈波測定用電極を提供すること。【解決手段】定電流電極４１、４２間に所定の定電流を印加した状態で各電圧電極５１ａ、５１ｂからインピーダンス波形を取得することにより脈波を測定する。電極は、電圧電極の間に動脈が位置し、かつ電極が動脈の走向方向と略直交する方向に並ぶように配置させる。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電極装着面を有する支持手段と、
前記電極装着面に装着される第１の電極対を有する脈波測定用電極であって、
前記電極装着面の、前記第１の電極対の各電極が設けられる部位は略同一平面から構成され、当該部位の外延がそれぞれ前記第１の電極対が設けられる部分に対して互いに逆向きかつ内側に傾斜した面から構成されることを特徴とする脈波測定用電極。
【請求項２】
さらに、前記傾斜した面の各々に設けられる電極からなる第２の電極対を有することを特徴とする請求項１記載の脈波測定用電極。
【請求項３】
さらに、前記支持手段が、
前記電極装着面の、前記第１の電極対の電極が装着される部位の間に突起部を有することを特徴とする請求項１記載の脈波測定用電極。
【請求項４】
請求項１記載の脈波測定用電極と、
前記第１の電極対間に所定の定電流を供給する定電流供給手段と、
前記第１の電極対から生体インピーダンスの変化を表す電圧波形を脈波として取得する脈波取得手段とを有することを特徴とする脈波測定装置。
【請求項５】
請求項２記載の脈波測定用電極と、
前記第２の電極対間に所定の定電流を供給する定電流供給手段と、
前記第１の電極対から生体インピーダンスの変化を表す電圧波形を脈波として取得する脈波取得手段とを有することを特徴とする脈波測定装置。
【請求項６】
前記第１の電極対を構成する電極が、走向する動脈を挟んで位置するように、被検者の四肢、頸部または指表面に装着されることを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の脈波測定装置。
【請求項７】
さらに、前記支持手段が、
前記電極装着面の、前記第１の電極対の電極が装着される部位の間に突起部を有し、
前記第１の電極対及び前記突起部の幅よりも、前記第２の電極対の幅が小さいことを特徴とする請求項２記載の脈波測定用電極。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、脈波測定用電極及び脈波測定装置に関し、特に被験者の負担が小さく、かつ簡便な構成で脈波の測定が可能な脈波測定用電極及び脈波測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、動脈硬化等の血管疾患の指標として、脈波伝播速度又は脈波速度（Ｐｕｌｓｅ  Ｗａｖｅ  Ｖｅｌｏｃｉｔｙ：ＰＷＶ）が一般的に用いられている。ＰＷＶは心臓から大動脈に血液を送り出す際に派生した血管壁圧が動脈中を移動する際に発生する波動が血管壁を伝わる速さであり、速くなるほど血管が硬くなっていることを意味する。ＰＷＶは血管上の２点の脈波及びその伝播時間を測定し、この２点間の距離を伝播時間で除すことにより求められる。
【０００３】
また、動脈脈波はＳＴＩ（心収縮期時相）等の心機能指標を得るためにも用いられており、近年では末梢からの反射波がどのように心機能や冠動脈疾患、脳疾患に影響するかが検討されている。
【０００４】
脈波の測定方法としては、１）圧力センサ等からなる脈波センサを用いて脈波を検出するもの、２）カフを用いて被験者の四肢を軽度圧迫して動脈の脈波を検出するもの、３）超音波センサを用いて測定した血管径変動から脈波を検出するものが知られている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の脈波センサでは脈が触れる場所を探す必要がある。また、カフを用いる方法では、脈波を検出するために被験者の測定部位を圧迫する必要があり、被験者に負担を強いることになる。一方、超音波センサを用いる方法では、超音波センサが高価であり、また測定のための装置が大型化するという問題があった。
【０００６】
また、心機能評価に用いる動脈脈波は、動脈の内圧あるいは容積脈波を忠実に反映したものである必要があるが、センサの装着部位の特定や、押圧力は検査者に依存しており、得られる脈波形の再現性が問題になることも多かった。
また、血管の一部が平坦になるまで押圧し、血管が平らになった部分にかかる側圧をマルチセンサによって測定する方法（トノメトリ方法）もあるが、腕を固定するために非常に大がかりな機構を必要とする上、血管を押圧する程度によっては脈波速度に影響を与える虞がある。
【０００７】
本発明はこのような従来の脈波測定装置の問題点に鑑みなされたものであり、その目的は、被験者の負担が少なく、かつ簡便な構成により精度の高い動脈容積脈波測定が可能な脈波測定装置及び脈波測定用電極を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明の要旨は、電極装着面を有する支持手段と、電極装着面に装着される第１の電極対を有する脈波測定用電極であって、電極装着面の、第１の電極対の各電極が設けられる部位は略同一平面から構成され、当部位の外延がそれぞれ第１の電極対が設けられる部分に対して互いに逆向きかつ内側に傾斜した面から構成される特徴とする脈波測定用電極に存する。
【０００９】
このような脈波測定電極において、支持手段における電極装着面の、第１の電極対の電極が装着される部位の間に突起部を有することが好ましく、突起部は平面で装着部表面に接する形状であることが更に好ましい。このような突起部を設け、突起部が測定対象となる血管の上に位置するように電極を装着すれば、より精度の高い動脈容積脈波を測定することが可能になる。
【００１０】
さらに、傾斜した面の各々に設けられる電極からなる第２の電極対を有することが好ましく、第２の電極対の幅は第１の電極対及び突起部の幅よりも狭いことが特に好ましい。このような構成により、第２の電極対間で流れる電流が突起部下の組織、血管に集中して流れるようになり、高精度な脈波測定が可能になる。
【００１１】
また、本発明の別の要旨は、本発明の脈波測定用電極と、第１の電極対間に所定の定電流を供給する定電流供給手段と、第１の電極対から生体インピーダンスの変化を表す電圧波形を脈波として取得する脈波取得手段とを有することを特徴とする脈波測定装置に存する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
■（第１の実施形態）
以下、図面を参照して本発明をその好適な実施形態に基づき詳細に説明する。
■（脈波測定装置の構成）
図１は、本発明の一実施形態に係る脈波測定装置の構成例を示すブロック図である。
図において、１０は本実施形態における脈波測定装置の全体制御を司る演算制御部であり、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等から構成され、例えばＲＯＭに記憶されたプログラムをＣＰＵが実行することにより後述する測定処理を含めた装置全体の制御を実行する。
【００１３】
演算制御部１０は、インピーダンス変換部５０によって測定した生体インピーダンス値から、脈波を得ることが可能である。演算制御部１０にはまた、ＬＣＤ、ＣＲＴ等から構成可能な表示部７０、プリンタ等の記録部７５、ＨＤＤ等の大容量記憶装置から構成可能な保存部８０、スピーカ等の音声発生部８５が接続されている。演算制御部１０はこれら各部を制御可能である。また、演算制御部１０に対して設定、入力等を行うためのユーザインタフェースとして、例えばキーボード、マウス等を有する操作部９０が設けられている。
【００１４】
４０は定電流電極４１、４２間に所定周波数の定電流（例えば５０ＫＨｚ、数１００μＡ程度）を供給可能な定電流供給部であり、例えば約５０ＫＨｚの信号を発振する発振回路と定電流源とを有している。定電流電極４１、４２の間には、１対の電圧電極５１ａ、ｂが所定の距離をおいて配置される。なお、本明細書においては、一対の電圧電極５１ａ、ｂをまとめて電圧電極対５１ともいう。本実施形態においては、後述するように定電流電極４１、４２と電圧電極対５１を固定配置した脈波測定用電極を用いて測定を行う。
【００１５】
電圧電極５１としては例えばＡｇ−Ａｇｃｌ電極等、測定に適した材料からなる電極が用いられ、被験者の体表面（皮膚）に直接固定される。本実施形態の脈波測定装置は、脈波を生体インピーダンス波形として測定する。
【００１６】
電圧電極対５１はインピーダンス変換部５０に接続される。インピーダンス変換部５０は定電流電極４１，４２間に装着される電圧電極５１ａ、ｂ間のインピーダンス値（生体インピーダンス）を検出する。
【００１７】
定電流電極４１、４２間に微小高周波電流を流すと、電圧電極対５１では両電極間に存在する生体組織のインピーダンスに比例した電圧が検出される。血液は他の生体組織に比べて導電率が極めて高いため、特に上腕や下肢など、他の臓器などが無い部分では、電圧電極対５１で検出されるインピーダンスは主に心臓から拍出される血液の流量に支配される。従って、電圧電極対５１で測定されるインピーダンス波形（電圧波形）を計測することにより、その部位を流れる血流量の変化を求めることが可能となる。血流量の変化は心臓の脈拍に対応して変化する容積脈波に相当するため、血流量の変化をしめすインピーダンス波形を測定することによって脈波を測定することが可能である。
【００１８】
インピーダンス変換部５０の出力する生体インピーダンス波形は演算制御部１０へ入力される。演算制御部１０は、得られた生体インピーダンス波形を記録部７５に記憶するとともに、表示部７０に表示することが可能である。
【００１９】
■（電極配置）
図２は、本実施形態における定電流電極４１、４２と電圧電極対５１の配置を示す図である。
図２からわかるように、本実施形態において、各電極は脈波を測定する動脈を挟んで、好ましくは動脈の走向方向に実質的に直交する直線上に配置される。このように、動脈を挟んで位置するように電極を配置することにより、以下のような利点がある。
１）血管走向方向に離間して電極を配置した場合には、電圧電極間の距離に応じて平均化された脈波が計測されるのに対し、観測する血管長が短くなるため、シャープなインピーダンス波形を得ることができる。
２）観測する血管長が短いため、動脈の局所的な脈波を測定することができる。
３）電極を血管走向方向に離間して配置する必要がないため、狭い範囲で測定が可能であり、被検者の他の部位に対する影響がきわめて少ない。
４）測定部位に動脈の走向がありさえすれば脈波を測定可能であるため、測定部位を容易に決めることができる。
５）複数の動脈が存在する部位（例えば足首）において、特定の動脈を選択して脈波を測定することができる。
電極を装着する位置は特に限定されないが、生体組織構成が単純であることが好ましい。例えば、四肢、頸部、指等に装着することが好ましい。
【００２０】
■（脈波測定用電極の構成）
図２に示した電極配置を容易に実現するため、本実施形態においては定電流電極４１、４２及び電圧電極対５１を所定の位置に取り付けた脈波測定用電極を用いる。図３は本実施形態における脈波測定用電極の構成例を示す図であり、図３（ａ）が電極面からみた平面図、図３（ｂ）が側面図をそれぞれ示す。
【００２１】
図３に示すように、脈波測定用電極１００は、プラスチック、ゴム等の絶縁物で形成される支持体５３と、定電流電極４１、４２及び電圧電極対５１から構成される。なお、図３には示していないが、実際には各電極を定電流供給部４０及びインピーダンス変換部５０と電気的に接続するためのケーブル、コネクタ等が支持体５３から外部へ延びている。
【００２２】
支持体５３は、定電流電極４１、４２及び電圧電極対５１の全てを、図２に示したような位置関係でかつ適切に被検者体表面に接触させるべく、その電極配置面が同一平面ではなく、電圧電極対５１の配置される面から延びる、定電流電極４１、４２が配置される面が、電圧電極対５１の配置される面に対して内側に、かつ逆向きに傾斜した形状を有する。すなわち、定電流が定電流電極４１、４２間の組織の厚さ方向に均等に流れるよう、また、定電流電極４１、４２が四肢等の曲面的な体表面に十分密着するよう、定電流電極４１、４２を逆向きに傾斜した面に設ける。
【００２３】
また、電圧電極対５１の間には、電圧電極対５１が配置される面よりも少し突出した押圧部（突起部）５２が設けられている。この押圧部５２を設けることにより、皮膚と動脈血管間に存在する静脈内血液を排除し、軟組織に剛性を与え、動脈の脈動によるインピーダンス波形の歪みを抑制することができる。
インピーダンス測定に基づく脈波測定は、基本的に血液の量に基づく脈波測定と見なせるため、押圧部５２による押圧は、動脈の脈動によるインピーダンス波形の歪みを抑制できる程度でよい。従って、動脈血管の一部が平坦になるまで押圧する上述のトノメトリ方法と比較して弱い押圧力で良く、動脈脈波への影響は無視できる。
【００２４】
また、押圧部５２はその目的上、装着部表面（皮膚）に平面で接することが好ましい。また、その大きさ（接触面積）についても、インピーダンス波形の歪みを抑制できる程度に定めることが好ましい。
図４に示すように、測定時にはこの押圧部５２が測定対象の動脈５４上に位置するようにし、支持部５３を適当な保持具を用いて、あるいは手で握って脈波測定用電極１００全体を測定部位体表面に軽く押しつける。このように、電圧電極対５１間に押圧部５２が存在することにより、さらに精度の良い生体インピーダンス波形を得ることができる。
なお、測定時に脈波測定用電極１００を固定する際は、脈波波形や脈波速度に影響を与えないよう、測定部位における末梢から中枢に戻る静脈環流を妨げないような方法を用いることが好ましい。
【００２５】
押圧部５２の大きさ（接触面積）が大きくなると、測定時の押圧力も大きくする必要があること、また生体組織は一般に均一でないこと、局所脈波計測の利点を得ること等を鑑み、電圧電極対を構成する各電極（５１ａ、５１ｂ）間の距離は、生体インピーダンス波形を良好に取得するために必要な最低限の距離であることが好ましい。また、定電流電極４１、４２間の距離も、押圧部５２が接する部位に対して安定して定電流を流すという観点から短い方が好ましい。ただし、測定する血管が存在する深さに対する感度を調節するため、定電流電極４１、４２の距離を調節可能とすることが好ましい。電極距離の異なる複数種の測定電極を用意しても良いし、電極を可動式にする等、任意の手段によって距離調節を行うことが可能である。
【００２６】
電圧電極５１、定電流電極４１、４２とも、その形状は任意に設定可能であるが、体表面と良好な接触がなされるよう、例えば定電流電極４１、４２を平板状ではなく、体表面に接する部分を凸円弧状に構成することが好ましい（図６（ａ））。
また、図７（ａ）及び（ｂ）に示すように、電流の流れる範囲を狭くし、より局所的な測定を可能とするため、定電流電極４１、４２の幅を電圧電極５１や押圧部５２の幅よりも小さくすることが好ましい。
【００２７】
なお、電極配置面の形状を含め、支持体５３の形状は、各電極が測定部位の体表面に良く密着し、また定電流が測定部位の深さ方向にできるだけ均等に流れるように定電流電極４１、４２が配置可能であれば、他の形状であってもよい。
【００２８】
支持体５３の、定電流電極４１、４２が配置される部分の傾斜角（開き具合）が可変な構造とすることで、太さの異なる様々な部位の測定において、定電流電極４１、４２をより確実に装着部位に接触させることが可能となる。具体的には、図６（ａ）に示すように、支持体５３の少なくとも定電流電極４１、４２が配置される部分を弾性体で構成したり、図６（ｂ）に示すように、バネ等を用いて常に内側方向（閉じる方向）に付勢しておく等の構成が考えられる。
【００２９】
■（測定処理）
次に、測定時の手順について説明する。まず、上述したように、脈波測定用電極１００を被検者の四肢、例えば腕に、図２及び図４に示したように配置し、軽く押圧する。
【００３０】
次に、脈波測定用電極を押圧した状態で、測定を開始する。なお、上述の通り、測定処理は演算制御部１０に含まれるＣＰＵがＲＯＭ等に記憶された制御プログラムを実行し、各部を制御することによって実現することができる。
【００３１】
例えば操作部９０を介して測定開始の指示がなされると、まず、定電流供給部４０から所定の高周波定電流を定電流電極４１、４２間に供給する。上述したように、生体に印加する定電流は５０ＫＨｚ、数１００μＡ程度とする。
【００３２】
次に、インピーダンス変換部５０の出力するインピーダンス波形取得を開始する。取得したインピーダンス波形は所定周波数でサンプリングを行いディジタルデータに変換され、直近の所定時間分のデータが例えば保存部８０に記憶される。或いは、予め定めた測定時間内のインピーダンス波形のディジタルデータを保存部８０に記憶しても良い。
もちろん、測定した波形を表示部７０に表示したり、記録部７５からプリントアウトすることも可能である。
【００３３】
このように、本実施形態にかかる脈波測定装置によれば、電極を測定部位に軽く押し当てるだけで脈波を測定することができ、被験者の負担がほとんど無視できる程度に軽減されるほか、簡便な構成で装置を構成でき、装置の小型化が可能である。また、超音波センサのような高価なセンサを使用する必要がなく、装置のコストを低減することが可能である。さらに、脈を触れる場所を探す必要もないため、測定操作自体も容易である。
【００３４】
なお、測定開始の指示は、操作部９０から明示的に与えられる以外に、例えば脈波測定用電極に設けたボタンから与えられるように構成しても良いし、常に定電流電極４１、４２へは定電流を供給するとともに、インピーダンス変換部５０からの出力を監視しておき、電極が測定部位に押圧されたと判断されたら測定を自動的に開始するようにしてもよい。
【００３５】
■（第１の実施形態の変形例）
第１の実施形態においては、被験者の脈波を一カ所で測定する脈波測定装置を示したが、図５に示すように、定電流供給部、インピーダンス変換部及び脈波測定用電極（定電流電極対と電圧電極対）を複数組設け、複数部位で脈波を測定することにより、脈波伝播速度を測定することが可能となる。
【００３６】
この場合、各インピーダンス変換部５０ａ、５０ｂからのインピーダンス波形は上述のようにディジタル化及び記憶された後、各ディジタル波形データから、各波形に共通する特徴点（波形一周期内の脈波立ち上がり点や、切痕等）を検出し、特徴点の時間ずれ（遅延量）を検出する。そして、検出した遅延量を、電極対間距離Ｌあるいは解剖学的血管長で除算することによって脈波伝播速度を算出する。脈波伝播速度は既知の方法で血圧値により補正された値としても良い。
【００３７】
算出した値は表示部７０及び／又は記録部７５において、所定のフォーマットで他の必要な情報とともに出力される。また、保存部８０に算出結果を記憶することも可能である。この際、対応するインピーダンス波形データ、算出した脈波伝播速度及び測定に関する他の情報（例えば、被験者の性別、年齢、測定部位、電極対間距離Ｌ、印加した定電流の大きさや定電流電極間距離等）から選択される情報とともに記憶しても良い。
【００３８】
また、既知の心音マイクをさらに設け、この心音マイクを用いて取得した被験者の心音第２音と、被験者の頚部及び大腿部に装着した電極から得た脈波との時間差を求めることによって、大動脈における脈波伝播速度の測定にも適用可能である。
【００３９】
さらに、動脈の容積脈波を精度良く計測できるため、局所の脈波形状から、ＳＴＩ（心収縮期時相）の計測や前期収縮波と後期収縮波の比較による動脈血管の硬化度指標の計測、心臓への負荷の程度の計測、拡張期波形から血管コンプライアンス計測等を行うことが可能となる。これらの計測機能を演算制御部１０に持たせ、計測結果の表示、保存、出力等を行うことも可能である。
【００４０】
【他の実施形態】
上述の実施形態、例えば図１に示した実施形態においては、定電流電極対４１、４２と電圧電極対５１ａ、５１ｂとが独立した構成を説明したが、定電流電極対と電圧電極対を共用することも可能である。例えば図１において、電圧電極５１ａと５１ｂとを定電流電極対の電極として用いてもよい。この場合、定電流供給部４０は電圧電極５１ａ及び５１ｂに接続され、定電流電極対４１、４２は不要となる。
【００４１】
この場合、脈波測定用電極１００の支持体５３に定電流電極４１、４２は設けなくて良いが、支持体５３の電極接地面の形状は変更しない方が好ましい。すなわち、定電流電極４１、４２を設けている面が互いに逆方向に傾斜しているのは、定電流が測定部位の深さ方向に均一に流れること以外に、電極対を動脈の走向方向に略直交する方向に配置するためのガイドとしての機能も意図されているからである。すなわち、特に四肢において測定する場合、脈波測定用電極を四肢の断面形状に対応するように配置すれば、自ずと動脈の走向方向に略直交する方向に電極対が並ぶことになる。
【００４２】
また、脈波伝播速度を測定する場合、取得したインピーダンス波形から検出した特徴点（立ち上がり、切痕等）の時間ずれをもって波形の時間ずれを検出したが、インピーダンス波形の一方を遅延させて順次相互相関を求め、最大の相互相関が得られる際の遅延量を波形の時間ずれとして用いるなど、他の任意の方法を用いて時間ずれの検出を行うことが可能である。
【００４３】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、被検者の負荷が小さく、しかも簡便な構成により脈波の測定が可能になるという効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る脈波測定装置の構成例を示すブロック図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る脈波測定装置を用いた測定時の電極配置例を示す図である
【図３】本発明の第１の実施形態に係る脈波測定装置における脈波測定用電極の構成例を示す図である。
【図４】図３の脈波測定用電極の装着時の状態を示す図である
【図５】本発明の第１の実施形態の変形例に係る脈波測定装置の構成例を示すブロック図である。
【図６】（ａ）は定電流電極の別の形状例、（ｂ）及び（ｃ）は、脈波測定用電極の別の構成例を示す図である。
【図７】定電流電極の幅を狭くすることによる効果を説明する図である。
【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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【図６】
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【図７】
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