(57)【要約】【課題】  大動脈を含む同じ血流方向である一つの経路上の脈波伝播速度を、簡易な構成で、かつ、非侵襲な手法で正確に検出する。【解決手段】  圧電振動センサ１０Ａは心弾波用センサであり、圧電振動センサ１０Ｂは脈波用センサである。心弾波は、心臓弁作動の振動が骨格や骨格筋を媒質として伝達されるもので、脈波に比べて高速で伝達され、脈波と比較した場合、ほぼ瞬間で伝達されるとみなすことができる。してみると、脈波が心臓を出発した時刻を心弾波から知ることができるので、測定部位における脈波の到達時刻と、心臓から測定部位までの距離から、脈波伝播速度を求めることができる。【選択図】図１
2020071480.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
生体の体表側に設置されており、心弾波を検出する第１の圧電振動センサと、
生体の体表側に設置されており、脈波を検出する第２の圧電振動センサと、
前記第１の圧電振動センサで得られた心弾波と、前記第２の圧電振動センサで得られた脈波とを利用して、脈波伝播速度を演算する演算手段と、
を備えた脈波伝播速度測定装置。
【請求項２】
前記第１の圧電振動センサを、関節を含まずに結合している骨格ないし骨格筋の体表側に設置したことを特徴とする請求項１記載の脈波伝播速度測定装置。
【請求項３】
前記骨格が、胸骨，背骨，尾底骨のいずれかであることを特徴とする請求項２記載の脈波伝播速度測定装置。
【請求項４】
前記第２の圧電振動センサを、生体の下半身であって、動脈が体表面近くにある部位に設置したことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の脈波伝播速度測定装置。
【請求項５】
前記第２の圧電振動センサを、大腿もしくは膝裏に設置したことを特徴とする請求項４記載の脈波伝播速度測定装置。
【請求項６】
前記演算手段は、
前記第１の圧電振動センサで得られた心弾波から得た脈波の心臓出発時刻と、
前記第２の圧電振動センサで得られた脈波の到達時刻と、
心臓から前記第２の圧電振動センサの測定部位までの脈波の伝播経路の距離とから、
脈波伝播速度を演算することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の脈波伝播速度測定装置。
【請求項７】
前記第２の圧電振動センサによって検出される脈波の伝播経路中に大動脈が含まれていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の脈波伝播速度測定装置。
【請求項８】
請求項１〜７の脈波伝播速度測定装置を使用する動脈硬化評価装置であって、
前記脈波伝播速度測定装置で測定した生体の脈波伝播速度と、予め求めた動脈硬化が生じていない通常の生体における脈波伝播速度とを比較し、前記生体の脈波伝播速度が前記通常の脈波伝播速度を超えるときは、動脈硬化病変の可能性があると評価する評価手段を備えたことを特徴とする動脈硬化評価装置。
【請求項９】
心弾波を検出する第１の圧電振動センサと、脈波を検出する第２の圧電振動センサを、生体の体表側にそれぞれ設置するステップと、
前記第１の圧電振動センサで得られた心弾波から、脈波の心臓出発時刻を得るステップと、
前記第２の圧電振動センサで得られた脈波から、その到達時刻を得るステップと、
前記脈波の心臓出発時刻と、前記脈波の到達時刻と、心臓から前記第２の圧電振動センサの測定部位までの脈波の伝播経路の距離から、脈波伝播速度を演算するステップと、
を含む脈波伝播速度測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、心臓の拍動に伴う血管系内の血圧・体積の変化である脈波の伝播速度（PWV：Pulse wave velocity）を測定して解析する脈波伝播速度測定装置及びその方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
脈波伝播速度は、心臓の拍動によって生ずる脈波が末梢に向かって伝播する速度であり、高血圧，糖尿病，脳梗塞などの疾患を有する患者では高くなることが知られている。動脈硬化病変は、主に大動脈において形成され、頸動脈や大腿動脈などの末梢動脈部位へと進展する。動脈硬化は、虚血性心疾患や脳血管障害、大動脈瘤などの重篤な疾患の危険因子であるため、早期に診断することが重要であり、最近の医療の分野では、動脈の硬さの指標として脈波伝播速度が注目されている。【０００３】
図１０には、脈波伝播速度の原理的な測定方法が示されており、動脈ＢＶの近位点ＰＡと遠位点ＰＢとにおける脈波ＷＡ，ＷＢをそれぞれ測定ないし測定し、それらの立ち上がり時間差Ｔを求める。一方、近位点ＰＡと遠位点ＰＢとの動脈長をＬとすると、脈波伝播速度ＰＷＶは、Ｌ／Ｔで求められる。【０００４】
動脈硬化病変が顕著な大動脈の脈波伝播速度を測定することが理想的であるが、現在の医学では非侵襲的かつ簡便に測定することは困難である。そこで、末梢動脈で非侵襲的に脈波を検出し、大動脈と末梢動脈を含めた動脈における脈波速度の測定法が考案されている。このような脈波伝播速度の具体例としては、例えば、下記非特許文献の「血管機能の非侵襲的評価法に関するガイドライン」のp121以降に記載された頸動脈−大腿動脈間脈波伝播速度cfPWV（carotid-femoral PWV）や上腕−足首間脈波伝播速度baPWV（brachial-ankle PWV）などの大動脈を含む脈波伝播速度の測定技術があり、大動脈解離などの重篤な循環器疾患の早期発見の必要性から、循環器の医療分野で普及してきている。例えば、下記特許文献には、足首脈波WLLに基づいて上腕−足首間脈波伝播速度baPWVを算出し、下肢動脈の狭窄を診断するようにした下肢上肢血圧指数(ankle-brachial index; ABI)測定装置が開示されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
循環器病の診断と治療に関するガイドライン（2011-2012年度合同研究班報告）のP113〜P145「ダイジェスト版  血管機能の非侵襲的評価法に関するガイドライン」
【特許文献】
【０００６】
特開２００２−２７２６８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、心臓からの血流が一方向の一つの経路上における脈波の到達時間差ではなく、血流の方向が異なる二つの経路上における脈波の到着時間差を利用する場合、血管部位よって脈波伝播速度が大きく異なることに鑑みると、大動脈の脈波伝播速度(aortic PWV; aoPWV）を反映したものとはいい難いのが現状である。【０００８】
大動脈の脈波伝播速度aoPWVのような心臓からの1つの経路上の時間差を検出するためには、圧変化検出センサを組み込んだカテーテルを大動脈内の2箇所に挿入するといった侵襲的な手法か、あるいは、超音波診断装置やMRI（磁気共鳴装置）ないしCT（コンピューター断層撮影装置）を使用するといった大掛かりな手法しか報告されていない。【０００９】
本発明は、かかる点に着目したもので、その目的は、大動脈を含む一つの経路上の脈波伝播速度を、簡易な構成で、かつ、非侵襲な手法で正確に検出することである。他の目的は、検出した脈波伝播速度を利用して動脈硬化の可能性を評価することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の脈波伝播速度測定装置は、生体の体表側に設置されており、心弾波を検出する第１の圧電振動センサと、生体の体表側に設置されており、脈波を検出する第２の圧電振動センサと、前記第１の圧電振動センサで得られた心弾波と、前記第２の圧電振動センサで得られた脈波とを利用して、脈波伝播速度を演算する演算手段と、を備えている。【００１１】
主要な形態の一つによれば、前記第１の圧電振動センサを、関節を含まずに結合している骨格ないし骨格筋の体表側に設置したことを特徴とする。他の形態の一つによれば、前記骨格が、胸骨，背骨，尾底骨のいずれかであることを特徴とする。更に他の形態によれば、前記第２の圧電振動センサを、生体の下半身であって、動脈が体表面近くにある部位に設置したことを特徴とする。あるいは、前記第２の圧電振動センサを、大腿もしくは膝裏に設置したことを特徴とする。【００１２】
更に他の形態によれば、前記演算手段は、前記第１の圧電振動センサで得られた心弾波から得た脈波の心臓出発時刻と、前記第２の圧電振動センサで得られた脈波の到達時刻と、心臓から前記第２の圧電振動センサの測定部位までの脈波の伝播経路の距離とから、脈波伝播速度を演算することを特徴とする。更には、前記第２の圧電振動センサによって検出される脈波の伝播経路中に大動脈が含まれていることを特徴とする。【００１３】
本発明の動脈硬化評価装置は、前記脈波伝播速度測定装置を使用する動脈硬化評価装置であって、前記脈波伝播速度測定装置で測定した生体の脈波伝播速度と、予め求めた動脈硬化が生じていない通常の生体における脈波伝播速度とを比較し、前記生体の脈波伝播速度が前記通常の脈波伝播速度を超えるときは、動脈硬化病変の可能性があると評価する評価手段を備えたことを特徴とする。【００１４】
本発明の脈波伝播速度測定方法は、心弾波を検出する第１の圧電振動センサと、脈波を検出する第２の圧電振動センサを、生体の体表側にそれぞれ設置するステップと、前記第１の圧電振動センサで得られた心弾波から、脈波の心臓出発時刻を得るステップと、前記第２の圧電振動センサで得られた脈波から、その到達時刻を得るステップと、前記脈波の心臓出発時刻と、前記脈波の到達時刻と、心臓から前記第２の圧電振動センサの測定部位までの脈波の伝播経路の距離から、脈波伝播速度を演算するステップと、を含むことを特徴とする。本発明の前記及び他の目的，特徴，利点は、以下の詳細な説明及び添付図面から明瞭になろう。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、生体の体表側に設置した圧電振動センサの出力振動波形から、脈波及び心弾波を測定し、それらを利用して脈波伝播速度を演算することとしたので、簡易な構成でありながら、非侵襲な手法で、血流が一方向である一つの経路上における大動脈の脈波伝播速度を良好に得ることができ、更には動脈硬化の評価に有効である。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施例における圧電振動センサの設置と回路構成を示す図である。
【図２】前記図１の回路構成の具体例を示す図である。
【図３】前記実施例におけるヒトにおける脈波の測定部位を示す図である。
【図４】ウサギを利用した脈波測定のセンサ部位と測定装置を示す図である。
【図５】前記ウサギの例における測定波形の一例を示す図である。
【図６】前記ウサギの例における２経路による脈波伝播速度と、心弾波を利用した１経路の脈波伝播速度の測定例を示す図である。
【図７】前記ウサギの例においてカテーテル圧センサから求めた大動脈を含む脈波伝播速度と圧電振動センサとカテーテル圧センサの時間差から求めた脈波伝播速度の相関関係を示す図である。
【図８】前記ウサギの例においてカテーテル圧センサから求めた大動脈を含む脈波伝播速度と、圧電振動センサの時間差から求めた脈波伝播速度との相関関係を示す図である。
【図９】WHHLMIウサギ（遺伝的に高脂血症、冠動脈疾患および動脈硬化を発症する）と正常ウサギを用いて測定した脈波伝播速度を示すグラフである。
【図１０】脈波伝播速度の測定手法の原理を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明を実施するための最良の形態を、実施例に基づいて詳細に説明する。
【実施例１】
【００１８】
図１には、本発明の実施例１による脈波伝播速度測定装置の構成が示されている。同図に示すように、本実施例では、圧電振動センサが被測定者の体表面に二つ装着される。これらのうち、胸骨部には圧電振動センサ１０Ａがベルト１２Ａで固定され、鼠径部には圧電振動センサ１０Ｂがベルト１２Ｂで固定される。圧電振動センサ１０Ｂは、膝裏や足の甲などに固定してもよい。圧電振動センサ１０Ａ，１０Ｂのセンサ出力は、それぞれセンサモジュール１００Ａ，１００Ｂに入力されており、これらセンサモジュール１００Ａ，１００Ｂの出力側は出力コントローラ２００Ａ，２００Ｂを介して波形解析装置３００に接続されている。【００１９】
これらのうち、圧電振動センサ１０Ａ，１０Ｂとしては、例えば、国際公開2016/167202号パンフレットに開示されている振動波形センサや、国際公開2017/187710号パンフレットに開示されているセンサモジュールが好適な例である。圧電振動センサ１０Ａ，１０Ｂとしては、同一のものを使用してもよいが、検出する振動波形に応じた特性のものをそれぞれ使用してもよい。本実施例では、圧電振動センサ１０Ａは心弾波用センサであり、圧電振動センサ１０Ｂは脈波用センサである。心弾波は、心筋の収縮と弛緩による物理的な動きである拍動に伴って生ずる微細な人体の振動を示し、心臓の拍動に伴う振動が骨格や骨格筋を媒質として伝達されるもので、脈波に比べて高速で伝達されるという特長がある。動脈を媒質として伝播する脈波が、5-20m/s程度の伝播速度であるのに対し、心弾波はkm/sオーダーの伝播速度を有するため、脈波と比較した場合、ほぼ瞬間で伝達されるとみなすことができる。してみると、脈波が心臓を出発した時刻を心弾波から知ることができるので、測定部位における脈波の到達時刻と、心臓から測定部位までの脈波の伝播経路の距離から、脈波伝播速度を求めることができる。【００２０】
本実施例では、圧電振動センサ１０Ａ，１０Ｂによってそれぞれ心弾波と脈波を検出できることを利用し、胸骨付近で心弾波のピーク(心臓弁が閉じる時に発生する心弾波信号)を検出するとともに、太腿動脈付近で脈波を検出し、両者の時間差を取ることで大動脈を含む経路の時間差測定を実現している。【００２１】
図３に示すように、心弾波のピークは基本的に３つあり、大動脈弁と肺動脈弁の閉じるときの血液の振動が発生する位置ＳＡの振動はその一つに含まれると考えられる。この位置から５〜１０mm末梢側の上行大動脈部位ＳＢに対応する胸壁上の部位に圧電振動センサ１０Ａを設置している。また、圧電振動センサ１０Ｂは、腹部大動脈の分岐部ＳＣに近い位置に設置している。【００２２】
次に、センサモジュール１００Ａ，１００Ｂ，出力コントローラ２００Ａ，２００Ｂ，波形解析装置３００の一例を示すと、図２に示すようになる。もちろん、上述した国際公開2016/167202号パンフレットもしくは国際公開2017/187710号パンフレットに開示されているものを用いてもよい。センサモジュール１００Ａと１００Ｂ，出力コントローラ２００Ａと２００Ｂは、本実施例では同一の構成となっているので、センサモジュール１００Ａ，出力コントローラ２００Ａについて説明する。まず、センサモジュール１００Ａは、入力側に計装アンプ１０２が設けられており、計装アンプ１０２にはアナログスイッチ１０４が接続されている。アナログスイッチ１０４及び抵抗アレイ１０５は、波形解析装置３００からの信号に基づいて計装アンプ１０２の駆動を制御するためのもので、抵抗アレイ１０５に接続しているアナログスイッチ１０４のｏｎ／ｏｆｆを組み合わせることで抵抗値を可変し、計装アンプ１０２の増幅率を可変することができる。計装アンプ１０２の出力側は、低域成分を取り出すためのローパスフィルタ１０６を介して信号変換部１０８に接続されており、アナログ信号がデジタル信号に変換されて出力されるようになっている。【００２３】
次に、出力コントローラ２００Ａは、入力信号をＢＬＥ（Bluetooth（登録商標） Low Energy）などの無線信号として出力するためのもので、４ピンジャックなどの入力端子２０２，ＵＳＢコネクタ２０４，ローパスフィルタ２０６，ＵＳＢシリアルコンバータ２０８，ＢＬＥなどの通信モジュール２１０を中心に構成されている。電源は、充電制御回路２１６によって充電されるリチウムイオン充電池２２０であり、放電保護回路２１８が設けられている。通信モジュール２１０には、３軸加速度センサ２１４が設けられている。【００２４】
これらのうち、入力端子２０２は、センサモジュール１００Ａからの信号入力に使用される。入力信号は、ローパスフィルタ２０６で低域成分が取り出されて、通信モジュール２１０に入力されている。ＵＳＢコネクタ２０４は、ＰＣなど外部機器への信号出力の他、電源の充電にも使用されるようになっており、外部機器への出力信号はＵＳＢシリアルコンバータ２０８で信号変換が行われた後、ＵＳＢコネクタ２０４から出力される。【００２５】
圧電振動センサ１０Ａ，センサモジュール１００Ａ，出力コントローラ２００Ａは、それぞれ個別に構成してもよいが、一体化してベルト１２Ａ，１２Ｂで人体に取り付けるようにしてもよい。この場合、上述した３軸加速度センサ２１４で人体の動きが検出されて送信されるようになる。【００２６】
次に、波形解析装置３００は、ＰＣ（パソコン），スマートホン，タブレット型ＰＣなどによって構成されており、ＣＰＵ３０２，データメモリ３１０，プログラムメモリ３２０，ディスプレイ３０４を備えている。プログラムメモリ３２０に格納されているプログラムはＣＰＵ３０２で実行される。このとき、データメモリ３１０に格納されているデータが参照される。演算結果は、データメモリ３１０に格納されるとともに、ディスプレイ３０４に表示される。このような基本的な動作は、一般的なものでいずれも公知である。【００２７】
データメモリ３１０には、出力コントローラ２００Ａ，２００Ｂから有線もしくは無線で受信した波形データ３１２が格納される。また、ＣＰＵ３０２による演算結果である演算データ３１４も格納される。必要があれば、演算途中のデータも適宜データメモリ３１０に格納される。プログラムメモリ３２０には、ＰＷＶ演算プログラム３２２が用意されている。スマートホンの場合、プログラムはアプリとして用意される。なお、動脈硬化評価プログラム３２４については後述する。【００２８】
ところで、本発明によって大動脈を含む血流が一方向の一つの経路上の脈波伝播速度aoPWVを良好に測定できるかどうかを、実際の人体を使用して検証することはできないので、以下、ウサギを利用して測定を行うことで実証することにする。図４には、ウサギに対するセンサ配置が示されており、上述した圧電振動センサ１０Ａに対応する圧電振動センサ２０Ａは、上行大動脈ＵＡに近い心尖部近傍の胸壁の第４肋間部に装着し、心弾波を検出する。また、圧電振動センサ１０Ｂに対応する圧電振動センサ２０Ｂは、左膝関節部の皮膚上に設置し、上行大動脈ＵＡから腹部大動脈ＵＢ及び左大腿脈ＵＣを経た左伏在動脈ＵＤの近位部の脈波振動を検出する。圧電振動センサ２０Ａ，２０Ｂの出力側には、図１と同様に、センサモジュール１００Ａ，１００Ｂが接続されており、いずれも出力コントローラ２００を介して波形解析装置３０１に接続されている。【００２９】
更に、本例では、カテーテル先端型圧トンラスデューサ（以下「カテーテル圧センサ」という）２２Ａ，２２Ｂを別途設置する。カテーテル圧センサ２２Ａ，２２Ｂとしては、例えばミラー社製の「SPS-320」を使用する。カテーテル圧センサ２２Ａは上行大動脈ＵＡの大動脈弁近傍、例えば大動脈弁から５〜１０ｍｍ末梢側の上行大動脈部位に設置され、カテーテル圧センサ２２Ｂは腹部大動脈ＵＢの遠位端に設置される。これらカテーテル圧センサ２２Ａ，２２Ｂの信号出力側には、センサコントローラ４００Ａ，４００Ｂをそれぞれ介して、ポリグラフシステム４０２が接続されている。このポリグラフシステム４０２によって、カテーテル圧センサ２２Ａ，２２Ｂにおける圧変化が測定されるようになている。【００３０】
ポリグラフシステム４０２によるカテーテル圧センサ２２Ａ，２２Ｂの測定結果は、適宜のＩ／Ｆ（インターフェース）４０４を介して、上述した波形解析装置３０１に入力されている。波形解析装置３０１は、図１の波形解析装置３００と基本的な構成は同じであるが、カテーテル圧センサ２２Ａ，２２Ｂに対する信号解析を行う点で異なる。【００３１】
次に、図５〜図８も参照しながら、本実施例の動作を説明する。図４に示したように、ウサギの例では、圧電振動センサ２０Ａ，２０Ｂによって心弾波，脈波がそれぞれ検出され、カテーテル圧センサ２２Ａ，２２Ｂでは、それぞれ設置位置における血管内の圧変化が検出される。図５には、それらの測定例が示されており、
グラフｃｈ１：胸部に設置した圧電振動センサ２０Ａによる心弾波，
グラフｃｈ２：上行大動脈内に設置したカテーテル圧センサ２２Ａによる圧脈波，
グラフｃｈ３：左膝関節部の皮膚上に設置した圧電振動センサ２０Ｂによる脈波，
グラフｃｈ４：腹部大動脈遠位端に設置したカテーテル圧センサ２２Ｂによる圧脈波，
の各波形が示されている。なお、図５の横軸は時間（秒）を示し、縦軸は信号強度を示す。【００３２】
これらのグラフのうち、ｃｈ１，ｃｈ２に着目すると、胸部に非侵襲的に設置した圧電振動センサ２０Ａによるグラフｃｈ１のピークと、上行大動脈内に設置したカテーテル圧センサ２２のグラフｃｈ２の立ち上がりポイントとが正確に一致している（図中のＰＧ参照）。してみると、胸部に非侵襲的に設置した圧電振動センサ２０Ａによる検出波形を検出することで、上行大動脈内に設置したカテーテル圧センサ２２による波形検出と同等の結果を得ることができると考えられる。【００３３】
カテーテル圧センサ２２Ａの圧変化波形は、心臓弁の作動によって送り出される血液の圧変化であり、心臓を出発する脈波を示しており、従って、圧電振動センサ２０Ａで検出する心弾波は、脈波が心臓を出発したタイミングを良好に表していると考えることができる。この結果を、図１に示した人体の場合に当てはめると、胸骨部にベルト１２Ａで固定された圧電振動センサ１０Ａによって心弾波を検出することで、脈波が心臓を出発したタイミングを知ることができることになる。心弾波は、心臓弁作動の振動が骨格等を通じて伝達されるものであることから、脈波に比べて高速で伝達される波形であり、心弾波を測定することで、脈波が心臓で発生したタイミングを知ることができる。すなわち、心弾波を利用することで、脈波の伝播速度を正確に求めることが可能となり、動脈硬化診断の精度の向上を図ることができる。【００３４】
図１に戻って、鼠径部にベルト１２Ｂで固定された圧電振動センサ１０Ｂでは、脈波が測定される。圧電振動センサ１０Ａ，１０Ｂの測定データは、センサモジュール１００Ａ，１００Ｂ及び出力コントローラ２００Ａ，２００Ｂをそれぞれ介して、波形解析装置３００に入力され、波形データ３１２としてデータメモリ３１０に格納される。ＣＰＵ３０２では、プログラムメモリ３２０のＰＷＶ演算プログラム３２２が実行され、波形データ３１２を参照して、脈波伝播速度が演算される。演算結果は、演算データ３１４として、データメモリ３１０に格納されるとともに、ディスプレイ３０４に表示される。また、必要があれば、プリンタに出力される。【００３５】
この場合において、脈波伝播速度を演算するためには、心弾波と脈波の時間差とともに、心弾波用の圧電振動センサ１０Ａの位置から脈波用の圧電振動センサ１０Ｂの位置までの距離である血管長を知る必要があるが、一般的には、被測定者の身長から推定することができる。このようにして得た脈波伝播速度は、大動脈全体と下肢動脈の一部を含む脈波伝播速度となる。【００３６】
図６には、ウサギ（人体でも同じ）における脈波伝播速度の測定例が示されている。同図(A)は、上腕−足首間脈波伝播速度baPWVなどの２経路による脈波伝播速度の測定例を示しており、同図(B)は、本実施例による心弾波を利用した１経路の脈波伝播速度の測定例を示している。なお、グラフの横軸は時間(msec)，縦軸は距離(mm)を示しており、グラフの傾きが速度を示す。これらのグラフにおいて、＃０〜＃３は、センサの設置部位を示し、以下のとおりである。なお、圧電振動センサ２０Ａは、上腕−足首間脈波伝播速度baPWVの測定時には右上腕部皮膚上に装着し、心弾波測定時には左胸壁第４肋間部皮膚上に装着した。
＃０：上腕
＃１：大動脈起始部
＃２：総腸骨動脈分岐てい
＃３：足首【００３７】
まず、同図(A)から説明すると、
上腕PWV：大動脈起始部＃１から上腕＃０に至る脈波の伝播速度
baPWV：上腕＃０から足首＃３に至る脈波の伝播速度
aoPWV：大動脈起始部＃１から総腸骨動脈分岐＃２に至る大動脈を含む脈波伝播速度
下肢PWV：総腸骨動脈分岐＃２から足首＃３に至る脈波の伝播速度
であり、大動脈起始部＃１から足首＃３に至る脈波の伝播速度は、上腕PWV＋baPWV，もしくは、aoPWV＋下肢PWVとなる。これらのうち、２経路PWVである上腕−足首間脈波伝播速度baPWVは、下肢や上肢の長さ(あるいはそれらの動脈硬化の程度)により値が大きく変わってしまう。【００３８】
一方、同図(B)では、前記上腕PWV＋baPWVの代わりに、
心弾波PWV：心弾波を利用して測定した上腕＃０から足首＃３に至る脈波の伝播速度
が得られる。１経路PWVである心弾波PWVでも下肢の影響は残るが、下肢部分が短ければ、下肢PWVが短くなり、心弾波PWVを、大動脈を含む脈波伝播速度aoPWVに限りなく近づけることが可能であり、従って、下肢PWVを別途測定すれば、心弾波PWVから大動脈を含む脈波伝播速度aoPWVを正確に推定することができる。【００３９】
更に、同図(B)において、左下の２つの部位＃０と＃１のピークの時間差は約2msである。ウサギの心臓に挿入した大動脈弁とカテーテル先端間の距離が10mmだとすると、この間のPWVは5m/sであり、カテーテル圧センサ２２Ａで測定した大動脈を含む脈波伝播速度aoPWVの値(4.93m/s)とよく一致する。【００４０】
図７には、ウサギに取り付けたカテーテル圧センサ２２Ａ，２２Ｂから求められた大動脈を含む脈波伝播速度aoPWV（横軸）と、圧電振動センサ２０Ａとカテーテル圧センサ２２Ｂの時間差から求められたBCGaoPWV（縦軸）との相関関係が示されている。なお、「BCG」は心弾波の英語略称であり、心弾波を利用して得た大動脈を含む脈波伝播速度aoPWVを「BCGaoPWV」と表記している。黒丸で示す測定値から最小二乗法などによる回帰分析を行った結果、
ａ，回帰直線Ｇ２０：BCGaoPWV＝1.0021・aoPWV
ｂ，相関係数Ｒ２乗値：R2＝0.9517
となり、大動脈を含む脈波伝播速度aoPWVとBCGaoPWVとの間に極めて強い相関関係のあることが判明した。【００４１】
図８には、カテーテル圧センサ２２Ａ，２２Ｂから求められた大動脈を含む脈波伝播速度aoPWV（横軸）と、圧電振動センサ２０Ａ，２０Ｂの時間差から非侵襲で求められたBCGaoPWV＋下肢PWV（縦軸）との相関関係が示されている。黒丸で示す測定値から最小二乗法などによる回帰分析を行った結果、
ａ，回帰直線Ｇ３０：BCGaoPWV＋下肢PWV＝1.516・aoPWV−169.82
ｂ，相関係数Ｒ２乗値：R2＝0.9465
となり、大動脈を含む脈波伝播速度aoPWVとBCGaoPWV＋下肢PWVとの間に極めて強い相関関係のあることが判明した。これら図７，図８の結果は、いずれもウサギの場合であるが、ヒトに対しても、同様の結果が得られるものと考えられる。【００４２】
以上のように、本実施例によれば、次のような効果がある。
ａ，大動脈を含む脈波伝播速度を、従来の上腕−足首間脈波伝播速度baPWVやcfPWVのような心臓からの２経路の時間差ではなく、大動脈を含む１経路の時間差で測定することができる。
ｂ，非常に簡易で非侵襲な手法で正確に脈波伝播速度を検出することが可能になる。
ｃ，心弾波を胸骨で検出するとともに、上行大動脈分岐位置近傍の脈波信号に相当する心弾波信号容易に得ることができる。これと、太腿や膝裏など下半身の動脈が体表面近くにある部位で検出できる脈波信号との時間差を求めることで、大動脈を含む心臓からの１つの経路上の脈波伝播速度を簡易で非侵襲な手法で正確に検出することができる。
【実施例２】
【００４３】
次に、図９も参照しながら、本発明の実施例２について説明する。図９には、動脈硬化病変が現れる疾患モデル動物を用いて測定した脈波伝播速度の一例を正常な場合と比較したグラフが示されている。用いたのは、正常なウサギとWHHLMIウサギであり、高脂血症や動脈硬化に加え心筋梗塞を自然発症するモデルとして知られている。
ａ，正常コントロール群：日本白色種ウサギ，雄性，１２月齢，Ｎ＝７
ｂ，動脈硬化症群：ＷＨＨＬＭＩウサギ，雄性，１２月齢，Ｎ＝５
なお、Ｎは例数である。【００４４】
被検対象のウサギは、ペントバルビタール(30mg/kg)麻酔下で仰臥位固定するとともに、鎮痛薬として酒石酸ブトルファノール(0.3mg)を筋肉内に投与した。そして、図４に示した圧電振動センサ２０Ａを左胸壁第３肋間に装着し、圧電振動センサ２０Ｂを左膝内側部皮膚上に装着した。センサー間距離は、糸を動脈に沿わせて計測した。【００４５】
図９は計測結果のグラフであり、BCGaoPWV+下肢PWVのMean±SD（平均（標準偏差））を示している。同図のように、非侵襲で求めた大動脈を含む脈波伝播速度は、正常ウサギよりWHHLMIウサギが速いことが分かる。これは、WHHLMIウサギの大動脈の血管壁が硬化していることを示唆している。してみれば、脈波伝播速度の値が正常な値よりも大きいときは、動脈硬化病変の可能性があると考えることができ、本発明を動脈硬化病変の存在予測や動脈硬化症の診断補助に使用できる。【００４６】
図２に示した動脈硬化評価プログラム３２４は、計測した波形データから演算した脈波伝播速度の値を正常値と比較する機能を備えている。なお、正常値は、多数の人に対して計測を行うことで、予め得ることができる。この動脈硬化評価プログラム３２４をＣＰＵ３０２で実行することで、被験者の脈波伝播速度の値を正常値と比較し、正常値を超えるときは、動脈硬化病変の可能性があると評価される。評価結果は、ディスプレイ３０４に表示される。【００４７】
なお、本発明は、上述した実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加えることができる。例えば、以下のものも含まれる。
(1)上述した実施例では、心弾波用の圧電振動センサ１０Ａを胸骨側に配置したが、背骨，尾底骨など、心臓から見て関節を含まずに結合している骨格ないし骨格筋の体表側であれば、いずれに設置してもよい。また、前記実施例では、脈波用の圧電振動センサ１０Ｂを大腿に配置したが、膝裏など下半身の動脈が体表面近くにある部位であれば、いずれに設置してもよい。このように、体表側で振動を検出することができれば、圧電振動センサ１０Ａ，１０Ｂを、椅子の肘掛や背もたれ，ベッドのマットレスや枕など、人が接触する面であれば、各種のものに取り付けてよい。
(2)圧電振動センサ１０Ａ，１０Ｂは、直接体表に接するように設置してもよいが、振動を伝達する中間媒質、例えばウレタンやファイバー圧縮体(エアウィーヴ（登録商標）など）を介して設置するようにしてもよい。
(3)図１，図２，図４に示した回路構成も一例であり、同様の作用を奏する各種の形態が考えられる。また、センサモジュール，出力コントローラ，波形解析装置のいずれか２つ以上を一体に構成してもよいし、圧電振動センサと一体の構成としてもよい。
(4)圧電振動センサ１０Ａ，１０Ｂとしては、同一のものを使用してもよいが、検出する振動波形に応じた特性のものを使用してよい。
(5)前記実施例は、本発明のヒトの脈波伝播速度の検出に適用した例であるが、生体一般に適用可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
本発明によれば、生体の体表側に設置した圧電振動センサの出力振動波形から、脈波及び心弾波を測定し、それらを利用して脈波伝播速度を演算することとしたので、簡易な構成でありながら、非侵襲な手法で、血流が一方向である一つの経路上における大動脈の脈波伝播速度を良好に得ることができ、動脈硬化の評価にも有効で、医療の分野に好適である。
【符号の説明】
【００４９】
１０Ａ，１０Ｂ，２０Ａ，２０Ｂ：圧電振動センサ
１２Ａ，１２Ｂ：ベルト
２２Ａ，２２Ｂ：カテーテル圧センサ
１００Ａ，１００Ｂ：センサモジュール
１０２：計装アンプ
１０４：アナログスイッチ
１０５：抵抗アレイ
１０６：ローパスフィルタ
１０８：信号変換部
２００，２００Ａ，２００Ｂ：出力コントローラ
２０２：入力端子
２０４：ＵＳＢコネクタ
２０６：ローパスフィルタ
２０８：ＵＳＢシリアルコンバータ
２１０：通信モジュール
２１４：軸加速度センサ
２１６：充電制御回路
２１８：放電保護回路
２２０：リチウムイオン充電池
３００，３０１：波形解析装置
３０２：ＣＰＵ
３０４：ディスプレイ
３１０：データメモリ
３１２：波形データ
３１４：演算データ
３２０：プログラムメモリ
３２２：演算プログラム
３２４：動脈硬化評価プログラム
４００Ａ，４００Ｂ：センサコントローラ
４０２：ポリグラフシステム
４０４：Ｉ／Ｆ
【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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【国際調査報告】
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