(57)【要約】【課題】非観血的で監視的な運動負荷試験による画像解析を用いて冠微小血管の病態変化をリアルタイムに評価できる冠動脈病態検査装置を提供すること。【解決手段】冠動脈病態検査装置４は、被験者１の心拍に同期した第１の信号を出力するモニタ手段４１と、第１の信号を受け取って、被験者１の心拍数変動係数の時間的変化を表す第２の信号を出力する演算手段４３と、第２の信号を表示する表示手段４４とを具備する。前記第１の信号は、被験者１の心拍に同期した光信号であり、モニタ手段４１は光信号を出力する発光素子４６を備え、演算手段４３は、発光素子４６と結合した受光素子４７を備え、受光素子４７は被験者１の心拍に同期したパルス信号を出力する。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被験者の心拍に同期した第１の信号を出力するモニタ手段と、
前記第１の信号を受け取って、前記被験者の心拍数変動係数の時間的変化を表す第２の信号を出力する演算手段と、
前記第２の信号を表示する表示手段と、
を具備することを特徴とする冠動脈病態検査装置。
【請求項２】
前記第１の信号が、前記被験者の心拍に同期した光信号であり、
前記モニタ手段が前記光信号を出力する発光素子を備え、
前記演算手段が、前記発光素子と結合した受光素子を備え、
前記受光素子が、前記被験者の心拍に同期したパルス信号を出力することを特徴とする、請求項１記載の冠動脈病態検査装置。
【請求項３】
前記演算手段が、
前記パルス信号を計数して、前記被験者の心拍数を表す心拍数データを所定時間毎に算出する手段と、
前記心拍数データを用いて、前記被験者の心拍変動係数を算出する手段と、
を備えることを特徴とする、請求項２記載の冠動脈病態検査装置。
【請求項４】
前記第１の信号が、前記被験者の運動負荷前の安静時間と、運動負荷が加えられている時間と、運動終了後の安静時間とにおける心拍に同期した信号であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１つに記載された冠動脈病態検査装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、心臓自律神経スロープ運動負荷試験による冠動脈病態をリアルタイムに評価するための冠動脈病態検査装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
心電図検査は、心筋の収縮によって生じる活動電流の変化を観察することにより行われる検査であり、安静時の心電図、負荷心電図、モニタ心電図、ホルター心電図、ベクトル心電図等がある。しかし、それら心電図による診断能力には限度がある。
【０００３】
一般に用いられているのが安静時心電図であるが、安静時に見られる病変の診断にしか役立たない。また、運動負荷試験は、日常生活労作およびどの程度の運動量に耐えられるか、またはその検査中にどのようは病変が出現するかを診断する極めて重要な検査法である。ただし、大血管の有意狭窄を含む２５％以上の狭窄は冠動脈造影（ＣＡＧ）で診断可能であるが、狭窄病変のない病態診断は不可能である。特に、冠微小血管病態変化の診断は、特殊な方法を除いては見あたらない。また、大血管の有意狭窄のない病態、例えば大血管平滑筋細胞の形質変換病態の非観血的な臨床的診断法は、現在のところ見あたらない。
【０００４】
しかも、現時点では、例えば各大学で循環器専門家が行っている心臓血管病態検査は、マスターニ階段、エルゴメータやトレッドミルによる運動負荷試験のみに頼っており、詳細な病態検出はできないのが現状である。日本循環器学会総会でシンポジウムや一般演題が発表されているが、運動負荷心電図による診断に対する関心は低く、ここ十数年来低迷しているのが現状である。
【０００５】
こうした低迷の主な原因は、冠動脈病態診断法が大きな血管のみの冠動脈造影に依存しきっており、冠微小血管に生じる初期病変などに対する予防医学や早期治療に関する研究が行われていないことにある。また、冠動脈造影検査では全く診断できなかった病変を運動負荷試験から把握するにはどうすべきか等の基本的研究が欠如していたことも、その一因と言えよう。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記の従来の課題を解決するために提案されたものであり、本発明の目的は、非観血的で監視的な運動負荷試験による画像解析を用いて冠微小血管の病態変化をリアルタイムに評価することができる冠動脈病態検査装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、請求項１の発明は、
被験者の心拍に同期した第１の信号を出力するモニタ手段と、
前記第１の信号を受け取って、前記被験者の心拍数変動係数の時間的変化を表す第２の信号を出力する演算手段と、
前記第２の信号を表示する表示手段と、
を具備することを特徴とする冠動脈病態検査装置、
を提供する。
【０００８】
請求項２の発明は、前記第１の信号が、前記被験者の心拍に同期した光信号であり、前記モニタ手段が前記光信号を出力する発光素子を備え、前記演算手段が、前記発光素子と結合した受光素子を備え、前記受光素子が、前記被験者の心拍に同期したパルス信号を出力することを特徴とする。
【０００９】
請求項３の発明は、前記演算手段が、前記パルス信号を計数して、前記被験者の心拍数を表す心拍数データを所定時間毎に算出する手段と、前記心拍数データを用いて、前記被験者の心拍変動係数を算出する手段とを備えることを特徴とする。
【００１０】
請求項４の発明は、前記第１の信号が、前記被験者の運動負荷前の安静時間と、運動負荷が加えられている時間と、運動終了後の安静時間とにおける心拍に同期した信号であることを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明に係る冠動脈病態検査装置の一つの実施の形態の構成を、その使用態様と共に概略的に示すブロック図である。図１において、被験者１は、その皮膚に取り付けられた電極にリード線を介して接続されたテレメータ発信器３を装着しており、嫌気性代謝閾値以下の運動負荷を加えられた状態でのリアルタイム検査を受けるため、所定の時間安静にした後、上りと下りの勾配を有するスロープＳを含む周回コースを所定の速度で所定の時間歩行し、その後安静にする。こうした歩行開始前の安静時間と、歩行継続中の運動時間と、歩行終了後の安静時間とにわたって、テレメータ発信器３から、被験者１の心拍を表す電気信号がアンテナを介して送出されて冠動脈病態検査装置４に与えられる。冠動脈病態検査装置４は、テレメータ発信器３から送出された信号をアンテナを介して受信して、被験者１の心電図および心拍変動係数（ＨＲＣＶ）をディスプレイに表示する。
【００１２】
このように運動時間とその前後の安静時間とにわたって被験者１の心拍を監視するのは、運動時間は交感神経活動評価を表すので、交感神経に支配される冠動脈の大血管についての評価が可能であり、運動終了直後は副交感神経の再興奮機能評価を表すので、副交感神経に支配される冠動脈の小血管についての評価が可能だからである。
【００１３】
なお、嫌気性代謝閾値とは、或る程度運動量が多くなると、酸素を利用した代謝（好気性代謝）に加えて、分子状酸素を利用しない（嫌気性代謝）でもエネルギーを産出しなければならなくなるが、この嫌気性代謝が始まる時点での酸素の摂取量で表される値であり、最大酸素摂取量の５０〜７０％である。また、心拍変動係数とは、所定の時間にわたって心拍数を計数して得た、心拍数の標準偏差と平均値との比（単位％）である。
【００１４】
スロープＳは、例えば図２の（ａ）および（ｂ）に示すような形状をしている。図２の（ａ）に示すスロープＳは、勾配が２０％で長さが４ｍの上り部分と、該上り部分に０．５ｍの長さの踊り場を介して結合された、勾配が１３％で長さが６ｍの下り部分とからなる。このスロープＳを使うと、被験者１には、上り部分から踊り場を経て下り部分を通り、平坦面を９．５ｍ歩く１周２０ｍのコースを１３秒かけて歩行する運動負荷量平均９．４ＭＥＴｓのコースＡ、上り部分から踊り場を経て下り部分を通り、平坦面を２４．５ｍ歩く１周３５ｍのコースを２５秒かけて歩行する運動負荷量平均７．７ＭＥＴｓのコースＢ、上り部分から踊り場を経て下り部分を通り、平坦面を２４．５ｍ歩く１周３５ｍのコースを３０秒かけて歩行する運動負荷量平均５．５ＭＥＴｓのコースＣなどの種々のコースを選択することによって、その年齢や病態に応じた強さの運動負荷が加えられる。なお、「ＭＥＴｓ」は運動強度を表す単位であって、運動時の酸素摂取量を安静時の酸素摂取量で割った値で表され、安静時の酸素摂取量を１ＭＥＴｓとする。
【００１５】
図２の（ｂ）に示すスロープＳは、勾配が１５％で長さが４ｍの上り部分と、該上り部分に３ｍの長さの踊り場を介して結合された、勾配が１０％で長さが６ｍの下り部分とからなる。このスロープＳを使うと、被験者には、上り部分から踊り場を経て下り部分を通り、平坦面を１２ｍ歩く１周２５ｍのコースを１５秒かけて歩行するコースＤ、上り部分から踊り場を経て下り部分を通り、平坦面を２７ｍ歩く１周４０ｍのコースを３０秒かけて歩行する運動負荷量平均６．９ＭＥＴｓのコースＥ、上り部分から踊り場を経て下り部分を通り、平坦面を２７ｍ歩く１周４０ｍのコースを３５秒かけて歩行する運動負荷量平均５．３ＭＥＴｓのコースＦなどの種々のコースを選択することによって、異なる強さの運動負荷を加えることができる。
【００１６】
被験者１は図２の（ａ）および（ｂ）に示すようなスロープＳを上り下りし、平坦面を歩いて元の場所に戻る周回コースを所定の速度で歩行する運動を第１の所定の時間、例えば９分間継続する。このときの運動は、詳細な冠動脈病変所見が出易いよう、嫌気性代謝閾値以下で行われ、そのときの運動強度は平均７．７ＭＥＴｓであることが望ましい。負荷後は、回復過程を見るため、８秒間観察する。
【００１７】
図１に戻って、冠動脈病態検査装置４はテレメータ受信機４１と変換ユニット４２と演算ユニット４３とディスプレイ４４とを備えている。テレメータ受信機４１は、テレメータ発信器３から被験者１の心拍に関する電気信号を受け取って被験者１の心電図を表示するモニタ画面４５と、該電気信号に同期して被験者１の心拍毎に点滅して心拍の緩急を直感的に察知させるための発光素子（例えば、ランプ）４６とを備える。この発光素子４６から発せられる光は受光素子（例えば、ＣｄＳセル）４７によって受光される。受光素子４７は、発光素子４６の発光毎に１個の電気信号を出力する。変換ユニット４２は受光素子４７からの電気信号を演算ユニット４３での処理に適した形状のパルス信号へ変換する。演算ユニット４３はこのパルス信号を順次受け取って所定の演算を施し、その演算結果をディスプレイ４４に表示させる。
【００１８】
演算ユニット４３の動作について説明すると、演算ユニット４３は変換ユニット４２から受け取ったパルス信号を順に計数していき、１５秒経過する毎にパルス信号の数を集計してその集計結果を４倍する。これにより、演算ユニット４３は１５秒間隔で１分間の心拍数（Ｈｒ）を算出する。こうして算出された心拍数は心拍数の時間変化データとして演算ユニット４３の内部メモリ（図示せず）に記憶される。さらに、心拍数の時間変化データには所要の演算が施され、その演算結果はディスプレイ４４へ送られて表示される。演算ユニット４３は、例えば、こうした演算を行えるよう特別にプログラムされたパーソナルコンピュータであってよい。
【００１９】
演算ユニット４３において行われる上記の処理は、被験者１が歩行を開始する間の安静時間と、歩行を継続する第１の所定の時間（例えば９分間）と、歩行終了後の安静時間である第２の所定の時間（例えば３分間）にわたって実行される。これにより、ディスプレイ４４には、図３の（ａ）に示すような、心拍数（Ｈｒ）の時間経過を示すグラフ、すなわち心拍数トレンドグラフが表示される。一般に、心拍数トレンドグラフは、運動開始前の安静時の低値と、被験者１が歩行を継続している期間の高値と、運動終了後の安静時の低値とからなるマウンド状の曲線である。
【００２０】
これと平行して、演算ユニット４３は、内部メモリに記憶された心拍数の時間変化データを用いて、運動中と運動終了後とにおける被験者１の心拍数の変化を強調して表す心拍変動係数（ＨＲＣＶ）の時間変化を算出し、算出結果をディスプレイ４４に表示させる。心拍変動係数とは、運動開始前の安静時における最後の心拍数をＹ０とし、Ｙ０が計算された時点以後１５秒毎に算出された心拍数をＹ１５、Ｙ３０、Ｙ４５、Ｙ６０、・・、Ｙ１５ｋ、・・・としたとき（ただし、ｋ＝０、１、２、３、４、・・・・）、Ｙ０が算出された時点から１５ｋ秒の時間が経過するまでの、１５秒おきに算出された心拍数Ｙ０〜Ｙ１５ｋの標準偏差をＹ０〜Ｙ１５ｋの平均値で割った値をパーセントで表したものである。
【００２１】
上記の心拍変動係数を求める演算処理を図３の（ａ）に示すグラフの元になった時間変化データに対して行うと、ディスプレイ４４には、図３の（ｂ）に示す心拍変動係数の時間変化のグラフが心拍数トレンドグラフと共に表示される。この心拍変動係数の時間変化のグラフは、心拍数の変動を強調して示しており、医師は心拍数の時間変化ばかりでなく心拍変動をも観察することによって一層精密な診断を行うことができる。
【００２２】
ここで、演算ユニット４３で行われる心拍変動係数（ＨＲＣＶ）の算出を、上記の心拍数Ｙ０、Ｙ１５、・・・・、Ｙ１５ｋ、・・・・を用いて説明する。先ず、Ｙ０が算出された第１の時点では、｛（Ｙ０の標準偏差）÷（Ｙ０の平均値）｝×１００から、第１の時点でのＨＲＣＶを求める。次に、Ｙ１５が算出された第２の時点では、｛（Ｙ０とＹ１５の標準偏差）÷（Ｙ０とＹ１５の平均値）｝×１００から、第２の時点でのＨＲＣＶを求める。Ｙ３０が算出された第３の時点では、｛（Ｙ０、Ｙ１５およびＹ３０の標準偏差）÷（Ｙ０、Ｙ１５およびＹ３０の平均値）｝×１００から、第３の時点でのＨＲＣＶを求める。Ｙ４５が算出された第４の時点では、｛（Ｙ０、Ｙ１５、Ｙ３０およびＹ４５の標準偏差）÷（Ｙ０、Ｙ１５、Ｙ３０およびＹ４５の平均値）｝×１００から、第４の時点でのＨＲＣＶを求める。以下、同様に、Ｙ１５ｋが算出された時点では、｛（Ｙ０、Ｙ１５、Ｙ３０、・・・、Ｙ１５ｋの標準偏差）÷（Ｙ０、Ｙ１５、Ｙ３０、・・・、Ｙ１５ｋの平均値）｝×１００から、この時点でのＨＲＣＶを求める。こうして、ＨＲＣＶが１５秒毎に算出される。
【００２３】
図３の（ａ）および（ｂ）に示すグラフは、本発明の冠動脈病態検査装置４により正常者から得られたものであるが、図４の（ａ）および（ｂ）に示す心拍数トレンドグラフおよび心拍変動係数のグラフは、心臓に異常がある被験者から本発明の冠動脈病態検査装置４により得られたものである。これらのグラフを比較すると明らかに、正常の被験者と異常のある被験者とで、運動負荷中および運動負荷後に得られたグラフ、心拍トレンドグラフおよび心拍変動係数のグラフは明白な相違を示すことがわかる。
【００２４】
また、図５の（ａ）〜（ｄ）に示すグラフは、図５の（ｅ）に示すスロープＳを用いて本発明の冠動脈病態検査装置４により検査を行ったときに得られた心拍数トレンドグラフと心拍変動係数のグラフである。図５の（ｅ）に示すように、スロープＳは、２１．５％の勾配を有し、上りおよび下りの部分の長さが共に３１２ｃｍで、頂部は６３ｃｍであり、主として児童、生徒の心疾患や不整脈の診断に用いられる。そこで、このスロープＳを用いて、心拍数を最大１７０／分まで直線的に上昇させ且つ最大運動負荷量が１４．３ＭＥＴｓである状態で検査を行ったところ、正常者からは図５の（ａ）の心拍数トレンドグラフおよび（ｂ）の心拍変動係数のグラフが得られたが、心臓に異常のある被験者からは（ｃ）および（ｄ）のグラフが得られた。これらの図の比較から、正常の被験者と異常のある被験者との間に、得られたグラフで運動負荷中に差異はないが、運動後の心拍数トレンドグラフおよび心拍変動係数のグラフに明白な相違があることがわかる。
【００２５】
以上、本発明に係る冠動脈病態検査装置の一つの実施の形態を説明したが、本発明はこうした実施の形態に限定されるものではない。例えば、モニタ３１は心電図を必ずしも出力する必要はない。ただし、既存の心電図モニタをモニタ３１として利用すると、コスト的に有利である。また、モニタ３１と演算装置３２とは有線で接続するようにしてもよい。さらに、演算装置３２の内部メモリに、各被験者の過去から現在に至る心拍数データを蓄積しておき、ディスプレイ３３上で過去の状態との比較を行い得るようにしてもよい。
【００２６】
【発明の効果】
本発明は、その一つの実施の形態を詳述したところから理解することができるように、学童から高齢者に至る冠動脈の初期病変の一病態と考えられる冠微少循環障害および心血管病理学的研究を考慮に入れた大・中・微小血管中膜平滑筋細胞の形質変換病態の診断をリアルタイムに且つ正確に行うことができるという格別の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る冠動脈病態検査装置の一つの実施の形態を、その使用態様と共に表す概略図である。
【図２】（ａ）および（ｂ）は、図１におけるスロープの例を示す図である。
【図３】（ａ）および（ｂ）は、心臓に異常のない被験者について演算ユニットから出力された演算結果を示すグラフであって、図１のディスプレイに表示される。
【図４】（ａ）および（ｂ）は、心臓に異常のある被験者について演算ユニットから出力された演算結果を示すグラフであって、図１のディスプレイに表示される。
【図５】（ａ）および（ｂ）は、（ｅ）に示すスロープを用いて、心臓に異常のない被験者について検査を行ったときに演算ユニットから出力される演算結果を示すグラフであり、（ｃ）および（ｄ）は、心臓に異常のある被験者について同じ検査を行ったときに演算ユニットから出力される演算結果を示すグラフであり、（ａ）〜（ｄ）は図１のディスプレイに表示される。
【符号の説明】
１：被験者、　２：電極、　３：テレメータ発信器、　４：冠動脈病態検査装置、　４１：テレメータ受信機、　４２：変換ユニット、　４３：演算ユニット、　４４：ディスプレイ、　４５：モニタ画面、　４６：発光素子、　４７：受光素子、
【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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