JP6620333B2 - Vascular function testing device - Google Patents
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- Measuring Pulse, Heart Rate, Blood Pressure Or Blood Flow (AREA)
Description
本発明は、血管機能検査装置に関する。 The present invention relates to a blood vessel function testing device.
重大な心血管疾患については、これに先立ち、血管機能障害が先行することが知られている。したがって、血管機能は、血管リスクを最も早く把握できる指標であり、心血管疾患に至る前に、投薬や生活習慣の変更によって回復可能である。つまり、血管機能の低下を早期に発見できれば、回復不可能な疾患の状態へ移る前に予防するができることになる。 It is known that vascular dysfunction precedes serious cardiovascular diseases. Therefore, the vascular function is an index that can grasp the vascular risk earliest, and can be recovered by changing medication or lifestyle before reaching cardiovascular disease. In other words, if a decrease in vascular function can be detected at an early stage, it can be prevented before moving to an irrecoverable disease state.
血管機能検査は、侵襲的方途と非侵襲的方法とに大別される。侵襲的方法としては、カテーテルによる血管造影法がある。しかし、これは入院検査であって高コスト、高リスクであり、非侵襲的方法が好ましく用いられる。非侵襲的方法としては、(1)エコー画像による血流依存性血管拡張反応(FMD;Flow−Mediated Dilation)検査がある。手動操作でエコー探触子を血管に押し当て、血管径を測定するものであるが、再現性が低く臨床応用に限界がある。(2)また、末梢動脈圧計側(PAT;Peripheral Arterisl Tonometry)検査がある。上腕駆血開放後の血管拡張反応を指尖の末梢脈拍動の血流量の変化として検出するものであるが、検査用プローブが使い捨てのためコストが高い。また、上腕の駆血は血圧計を用いて手動で行うため、操作者の負担が大きい。以下、(1)FMD検査と、(2)PATについて、説明する。 Vascular function tests are broadly divided into invasive methods and non-invasive methods. An invasive method is angiography using a catheter. However, this is an in-hospital examination, which is expensive and risky, and a non-invasive method is preferably used. As a non-invasive method, there is (1) a blood flow dependent vasodilator reaction (FMD; Flow-Mediated Dilation) test using an echo image. The echo probe is pressed against the blood vessel by manual operation and the blood vessel diameter is measured, but its reproducibility is low and its clinical application is limited. (2) There is also a peripheral arterial tonometry (PAT) test. The vasodilator response after releasing the brachial cannula is detected as a change in the blood flow rate of the peripheral pulse of the fingertip, but the cost is high because the test probe is disposable. Further, since the upper arm is manually driven using a sphygmomanometer, the burden on the operator is great. Hereinafter, (1) FMD inspection and (2) PAT will be described.
(1)FMD検査とは、血管がアセチルコリン受容体からのシグナル伝達により、アルギニンから合成された一酸化窒素(NO)を介して拡張することや、血管が機械的刺激や「ずり応力(shear stress)」にも応答して血管内皮細胞よりNOが産生されて拡張することを応用したものである。近年、駆血開放後に血管内の血流増加により強力なずり応力が生じ、その後、一過性に血管が拡張する現象が明らかにされ、FMDと命名された。すなわち、FMDはNO依存性の一過性血管拡張反応と理解されている。FMDにより血管内皮細胞から産生されるNO等の血管拡張物質に反応する血管拡張性が診断できる。FMDを利用した検査方法としては上腕動脈の血管超音波検査で血管径変化を直接計測する方法を用いる。 (1) The FMD test is a method in which a blood vessel expands via nitric oxide (NO) synthesized from arginine by signal transmission from an acetylcholine receptor, or a blood vessel undergoes mechanical stimulation or “shear stress”. ) "Is applied in response to the production and expansion of NO from vascular endothelial cells. In recent years, a phenomenon in which a strong shear stress occurs due to an increase in blood flow in the blood vessel after release of the blood pump and then the blood vessel temporarily expands has been clarified, and it was named FMD. That is, FMD is understood as a NO-dependent transient vasodilator response. Vasodilatoryness that reacts to vasodilators such as NO produced from vascular endothelial cells by FMD can be diagnosed. As an inspection method using the FMD, a method of directly measuring a blood vessel diameter change by a blood vessel ultrasonic inspection of the brachial artery is used.
しかし、FMDの上腕動脈拡張率を超音波で測定する機器(BAUS:Brachial Artery Ultrasound)は、超音波による血管内径側定を原理とするため、内径描出が一定とならず、個人差が大きく再現性も乏しい。また、超音波エコー検査者の技量に依存するところが大きく超音波検査機器が高額(数千万円)である問題があった。また、測定時間も15分間と比較的長いという問題があった。 However, since the device that measures the brachial artery dilatation rate of FMD with ultrasound (BAUS: Brachial Artery Ultrasound) is based on the principle of blood vessel inner diameter determination using ultrasound, the inner diameter rendering is not constant and individual differences are greatly reproduced. Poor nature. In addition, there is a problem that the ultrasonic echo inspection apparatus is expensive (tens of millions of yen), which largely depends on the skill of the ultrasonic echo inspector. Further, there is a problem that the measurement time is relatively long as 15 minutes.
(2)そこで、最近、FMD検査に関して、上腕動脈拡張率をエコーで測定するというデータの不安定と高額なエコー機器を使用しない上腕駆血解放後の血管拡張反応を指尖の毛細血管の圧変化でとらえるPAT技術による新しいFMD測定法が開発されている。例えば、非特許文献1に、上腕動脈駆血解放後の血管拡張反応に対して、指尖の血流量変動を圧変化として検出する方法が開示されている。また、PAT技術に関して特許文献1〜3が存在する。PATでも動脈硬化の判定が可能である報告もある(三上正俊、鍵谷昭文、小澤禎治:加圧脈波による動脈硬化診断。日本臨床生理学会雑誌35:9−18,2005)。 (2) Therefore, recently, with regard to FMD examination, the unstableness of the data of measuring the brachial artery dilatation rate by echo and the vasodilator response after releasing brachial artery blood pressure without using expensive echo equipment are considered to be the pressure of capillary blood vessels at the fingertips. A new FMD measurement method based on PAT technology that captures changes is being developed. For example, Non-Patent Document 1 discloses a method for detecting a blood flow fluctuation at the fingertip as a pressure change with respect to a vasodilator reaction after releasing brachial artery blood transfusion. Further, Patent Documents 1 to 3 exist regarding the PAT technology. There are reports that arteriosclerosis can also be determined by PAT (Masato Mikami, Akifumi Kagiya, Junji Ozawa: Diagnosis of arteriosclerosis by pressurized pulse wave. Japanese Journal of Clinical Physiology 35: 9-18, 2005).
しかし、PAT技術によりこれまでに商品化されている機器(商品名「エンドパッド2000」。なお、「ENDO PAT」は登録商標)は、上腕の駆血部分が手動になっており、加圧が一定でなく不安定で、駆血できているかの判断は、検者の波形による主観的判断に依存し、手動で適宣、再加圧している。指尖脈圧の駆血前後の指尖血流量を脈圧の比率(駆血後/駆血前)で計算するため、変化率が大きく出る。また、指尖血管圧測定プローブは、指尖を覆うプローブ内膜への依存性が高く、1回限りの「使い捨て」であり、ランニングコストが非常に高い問題を有している。また、測定時間も15分間と、FMD検査のそれから短縮されていないという問題があった。 However, the device that has been commercialized so far by the PAT technology (trade name “Endpad 2000”. “ENDO PAT” is a registered trademark) has a manual blood-feeding part of the upper arm, and pressure is applied. Judgment of whether it is not constant and unstable and is able to drive blood is dependent on the subjective judgment by the examiner's waveform, and is manually applied and repressurized. Since the fingertip blood flow before and after the fingertip pulse pressure is calculated is calculated by the ratio of the pulse pressure (after the blood pressure before / after blood pressure), the rate of change is large. In addition, the fingertip blood pressure measurement probe is highly dependent on the inner membrane of the probe covering the fingertip, and is “one-time use”, and has a problem that the running cost is very high. In addition, the measurement time was 15 minutes, which was not shortened from that of the FMD inspection.
さらには次のような課題もあった。一般に、指尖脈波の振幅は、指尖部をセンサーに圧着させる圧力によって変化する。最適な圧力でセンサーに圧着させると、大きな振幅のきれいな脈波をセンシングすることができるが、圧力が弱すぎると、振幅が小さくノイズ成分が大きくなり、圧力が強すぎると、逆に血流が阻害されて、振幅が小さくなる。最適な圧力は、指の太さや、血管の硬さにより異なるので、バネ式の一般のプローブでは、圧力が弱すぎたり、強すぎたりするために、脈波が精度良く取れない場合がある。また、バネ式のプローブでは、15分間の測定を続けて指先を圧迫し続けるために、脈波の振幅が減衰してしまうこともある。指尖を内膜による覆うプローブも、多少の空気の漏れがあるため、時間経過に連れて脈波の振幅の減衰がある。 There were also the following problems. In general, the amplitude of the fingertip pulse wave varies depending on the pressure with which the fingertip is pressed against the sensor. When pressure is applied to the sensor at the optimum pressure, a clear pulse wave with a large amplitude can be sensed. However, if the pressure is too low, the amplitude is small and the noise component is large. Inhibited, the amplitude decreases. Since the optimum pressure varies depending on the thickness of the finger and the hardness of the blood vessel, the pulse wave may not be accurately obtained with a spring-type general probe because the pressure is too weak or too strong. In the spring type probe, since the measurement is continued for 15 minutes and the fingertip is continuously pressed, the amplitude of the pulse wave may be attenuated. The probe that covers the fingertip with the intima also has a slight air leak, so that the amplitude of the pulse wave attenuates with time.
さらにまた、FMDやPATでは、測定結果の精度や再現性が低いという課題があった。血管の充血反応原理においては、図1に示すように、血流のフローによるずり力P1はNOを誘発し、NOは、血管を構成する平滑筋の拡張を生じさせるのに対し、血管壁圧P2の変化は非NO依存要素を誘発し、この非NO依存要素は、血管を構成する平滑筋の変化(収縮・膨張)につながる。FMDやPATでは、非NO依存要素による血管壁圧変化の影響を避けることが困難という課題があることと、ずり力P1及び血管壁圧P2による複雑で非均一な血管変形から、測定結果の精度や再現性を高らしめるためには、非NO依存要素による血管壁圧の変化に影響されない測定手段が望まれていた。またさらに、太い血管の測定とするFMDは太い血管に関わる血管内皮機能の検査が得意とする。一方、細い血管の測定とするPATは細い血管に関わる血管内皮機能の検査が得意とする。血管機能検査の汎用性が限定されていた。そこで、太い血管と細い血管の両方ともの血管機能の検査でき、更に同時観測による両者の割合を定量化できることにより、血管機能障害の病因を突き止められるような測定手段が望まれていた。 Furthermore, FMD and PAT have a problem that accuracy and reproducibility of measurement results are low. In the vascular hyperemia reaction principle, as shown in FIG. 1, the shear force P1 due to the flow of blood flow induces NO, which causes expansion of the smooth muscle constituting the blood vessel, whereas vascular wall pressure The change of P2 induces a non-NO-dependent element, and this non-NO-dependent element leads to a change (contraction / expansion) of the smooth muscle constituting the blood vessel. In FMD and PAT, there is a problem that it is difficult to avoid the influence of changes in vascular wall pressure due to non-NO-dependent elements, and the accuracy of measurement results from complex and non-uniform vascular deformation due to shear force P1 and vascular wall pressure P2. In order to increase the reproducibility, a measurement means that is not affected by changes in blood vessel wall pressure due to non-NO dependent elements has been desired. Furthermore, FMD, which is used to measure thick blood vessels, is good at examining vascular endothelial function related to thick blood vessels. On the other hand, PAT, which measures thin blood vessels, is good at examining vascular endothelial function related to thin blood vessels. The versatility of vascular function tests was limited. Therefore, there has been a demand for a measuring means capable of determining the etiology of vascular dysfunction by being able to examine the vascular function of both thick and thin blood vessels and further quantifying the ratio of both by simultaneous observation.
本発明は、上記の課題に鑑みなされたものであり、血管内皮機能測定に適用できる高い再現性と凡用性に優れ、測定時間の短縮化、測定に要するコストの低減化を図った指尖及び手首(橈骨)の脈波解析装置の提供を目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and has excellent reproducibility and versatility that can be applied to vascular endothelial function measurement. The fingertip is intended to shorten measurement time and cost required for measurement. And it aims at provision of the pulse wave analysis device of a wrist (rib).
本発明は、上記目的を達成するために、以下の構成によって把握される。
(1)本発明の第1の観点は、血管機能検査装置であって、検査側の上腕に装着され、駆血及び開放を行う加圧部と、指尖又は手首に装着され、駆血前後の脈波を測定するプローブと、前記加圧部及び前記プローブを制御する制御部と、前記制御部に指令を与え、前記制御部から前記脈波に係るデータを取得する処理部と、を備え、前記処理部が、前記脈波に係るデータに基づいて平均振幅値の計算及びカオス解析を行い、心血管疾患と血管内皮機能障害の判定を行うために前記脈波の特徴量を定量化することを特徴とする。
The present invention is grasped by the following composition in order to achieve the above-mentioned object.
(1) A first aspect of the present invention is a blood vessel function test device, which is mounted on the upper arm of the test side, and is mounted on a fingertip or a wrist, and is applied to a pressurizing unit and a fingertip or wrist. A probe for measuring the pulse wave, a control unit for controlling the pressurizing unit and the probe, and a processing unit for giving a command to the control unit and acquiring data relating to the pulse wave from the control unit. The processing unit calculates an average amplitude value and analyzes chaos based on the data relating to the pulse wave, and quantifies the characteristic amount of the pulse wave in order to determine cardiovascular disease and vascular endothelial dysfunction It is characterized by that.
(2)上記(1)の構成において、前記処理部は、前記カオス解析として、前記脈波の振幅値及びその変化率に基づいて駆血前後の血管ゆらぎを示すカオスアトラクターを算出し、前記算出されたカオスアトラクターについて、リアプノフ指数、外周面積及び短径と長径の固有ベクトルの少なくとも1つを定量化してもよい。 (2) In the configuration of (1) above, the processing unit calculates a chaos attractor indicating blood vessel fluctuations before and after blood transfusion based on the amplitude value of the pulse wave and the rate of change thereof as the chaos analysis, For the calculated chaotic attractor, at least one of the Lyapunov exponent, the outer peripheral area, and the eigenvectors of the minor axis and the major axis may be quantified.
(3)上記(1)又は(2)の構成において、前記プローブは、光電式又は圧力式によって前記脈波を測定してもよい。 (3) In the configuration of (1) or (2), the probe may measure the pulse wave by a photoelectric method or a pressure method.
(4)上記(3)の構成において、前記プローブは、光電式であって、測定部位に最適圧力を与えるための空気袋と、前記測定部位に光を照射する発光部と、前記測定部位からの反射光を受光する受光部と、を備えてもよい。 (4) In the configuration of (3), the probe is a photoelectric type, and includes an air bag for applying an optimum pressure to the measurement site, a light emitting unit that irradiates light to the measurement site, and the measurement site. And a light receiving portion that receives the reflected light.
(5)上記(1)から(4)のいずれか1つの構成において、前記プローブは、検査側の第1指尖に装着され、細い血管に係る前記脈波を測定する第1プローブを含んでもよい。 (5) In any one of the constitutions (1) to (4), the probe may include a first probe that is attached to the first fingertip on the examination side and measures the pulse wave related to a thin blood vessel. Good.
(6)上記(5)の構成において、前記プローブは、検査側の第1手首に装着され、太い血管に係る前記脈波を測定する第2プローブをさらに含んでもよい。 (6) In the configuration of (5), the probe may further include a second probe that is attached to the first wrist on the examination side and measures the pulse wave related to a thick blood vessel.
(7)上記(6)の構成において、前記プローブは、対照側の第2指尖に装着され、細い血管に係る前記脈波を測定する第3プローブと、対照側の第2手首に装着され、太い血管に係る前記脈波を測定する第4プローブと、をさらに含んでもよい。 (7) In the configuration of (6), the probe is attached to the second fingertip on the control side, and is attached to the third probe for measuring the pulse wave related to a thin blood vessel and the second wrist on the control side. And a fourth probe for measuring the pulse wave related to a thick blood vessel.
(8)上記(7)の構成において、前記処理部が、前記脈波について、検査側における駆血後の数値を(A)と、同じく駆血前の数値を(B)と、対照側における駆血後の数値を(C)と、同じく駆血前の数値を(D)とするとき、検査側駆血前後比(A/B)、対照側駆血前後比(C/D)及び前記検査側駆血前後比の前記対照側駆血前後比に対する検査側/対照側比((A/B)/(C/D))を求めてもよい。 (8) In the configuration of the above (7), the processing unit is configured such that the post-transfusion value on the examination side is (A), the pre-transmission value is (B), and the control side is the pulse wave. Assuming that the value after the blood transfusion is (C) and the value before the blood transfusion is (D), the ratio before and after the test side blood drive (A / B), the ratio before and after the control side blood drive (C / D) and the above You may obtain | require the test | inspection side / control side ratio ((A / B) / (C / D)) with respect to the said control side before-and-after driving ratio of the test-side blood-driving ratio.
(9)上記(2)から(8)のいずれか1つの構成において、前記心血管疾患ごとに既知のカオスアトラクター群を記憶する記憶部をさらに備え、前記処理部は、前記算出されたカオスアトラクターを前記既知のカオスアトラクター群とパターンマッチングにより対比してもよい。 (9) In any one of the configurations (2) to (8), the storage unit further stores a known chaos attractor group for each of the cardiovascular diseases, and the processing unit includes the calculated chaos. The attractor may be compared with the known chaotic attractor group by pattern matching.
(10)上記(1)から(9)のいずれか1つの構成において、前記処理部によって処理された結果を表示する表示部をさらに備えてもよい。 (10) In any one configuration of (1) to (9), a display unit that displays a result processed by the processing unit may be further provided.
(11)本発明の第2の観点は、血管機能検査方法であって、検査側である第1指尖及び第1手首、並びに対照側である第2指尖及び第2手首に予備的に圧力を加え、それぞれの脈波を測定する第1ステップと、前記圧力が被験者にとって最適圧力であるかどうかを判定し、YESならば前記最適圧力を維持する第2ステップと、測定された駆血前の各脈波に基づいて振幅値を計算し、前記第1指尖、前記第1手首、前記第2指尖及び前記第2手首に係る駆血前のカオスアトラクターを算出する第3ステップと、検査側の前記第1指尖及び前記第1手首に対し、所定時間の間、駆血を施す第4ステップと、測定された駆血後の各脈波に基づいて振幅値を計算し、前記第1指尖、前記第1手首、前記第2指尖及び前記第2手首に係る駆血後のカオスアトラクターを算出する第5ステップと、前記第5ステップにおいて計算された振幅値及び算出されたカオスアトラクターについて、検査側における駆血後の数値を(A)と、同じく駆血前の数値を(B)と、対照側における駆血後の数値を(C)と、同じく駆血前の数値を(D)とするとき、検査側駆血前後比(A/B)、対照側駆血前後比(C/D)及び前記検査側駆血前後比の前記対照側駆血前後比に対する検査側/対照側比((A/B)/(C/D))を求める第6ステップと、前記検査側駆血前後比、前記対照側駆血前後比及び前記検査側/対照側比をそれぞれの基準値と対比する第7ステップと、前記第7ステップにおける対比の結果から心血管疾患と血管内皮機能障害を判定する第8ステップと、を備えることを特徴とする。 (11) A second aspect of the present invention is a blood vessel function test method, wherein the first fingertip and the first wrist on the inspection side and the second fingertip and the second wrist on the control side are preliminarily provided. A first step of applying pressure and measuring each pulse wave; a second step of determining whether the pressure is optimal for the subject; if YES, maintaining the optimal pressure; A third step of calculating an amplitude value based on each previous pulse wave, and calculating a chaos attractor before blood transduction related to the first fingertip, the first wrist, the second fingertip, and the second wrist. And calculating the amplitude value based on each pulse wave after the blood pressure measurement and the fourth step of applying blood pressure to the first fingertip and the first wrist on the examination side for a predetermined time. , The first fingertip, the first wrist, the second fingertip, and the second wrist The fifth step of calculating the attractor, the amplitude value calculated in the fifth step, and the calculated chaotic attractor, the numerical value after the blood pumping on the examination side is (A), and the numerical value before the blood driving is also the same. When (B) and the value after blood pressure on the control side are (C), and the value before blood pressure is also (D), the ratio before and after the test side blood pressure (A / B), before and after the blood pressure on the control side A sixth step of obtaining a test side / control side ratio ((A / B) / (C / D)) of the ratio (C / D) and the test side pre- and post-drive ratio before and after the control-side drive A seventh step for comparing the pre- and post-examination ratio of the test side, the pre- and post-control ratio of the control side and the ratio of the test side / control side with the respective reference values, and the results of the comparison in the seventh step, And an eighth step of determining a functional disorder. .
(12)上記11)の構成において、前記第5ステップの後に、前記算出されたカオスアトラクターを心血管疾患ごとに既知のカオスアトラクター群とパターンマッチングにより対比する第9ステップをさらに備えてもよい。 (12) The configuration of 11) may further include, after the fifth step, a ninth step of comparing the calculated chaotic attractor with a known chaotic attractor group for each cardiovascular disease by pattern matching. Good.
本発明によれば、血管内皮機能測定に適用できる高い再現性と凡用性に優れ、測定時間の短縮化、測定に要するコストの低減化を図った指尖及び手首(橈骨)の脈波解析装置を提供することができる。 According to the present invention, pulse wave analysis of fingertips and wrists (ribs) that is excellent in reproducibility and versatility applicable to vascular endothelial function measurement, shortens measurement time, and reduces cost required for measurement. An apparatus can be provided.
<血管機能検査装置1の全体構成>
本発明の実施形態に係る血管機能検査装置1について、図を参照しつつ説明する。図2は、本実施形態の構成例を示しており、検査側である第1上肢A1の近位側すなわち上腕には駆血するためのカフ10(加圧部)が装着され、検査側である第1上肢A1及び対照側である第2上肢A2の遠位側すなわち両手指尖及び両手首にはそれぞれの脈波を測定する4つのプローブ20が、それぞれ装着されている。プローブ20は、第1上肢A1の第1指尖F1に装着された第1プローブ21と、第1上肢A1の第1手首W1に装着された第2プローブ22と、第2上肢A2の第2指尖F2に装着された第3プローブ23と、第2上肢A2の第2手首W2に装着された第4プローブ24とを含んでいる。
<Overall configuration of vascular function testing device 1>
A blood vessel function testing device 1 according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 2 shows a configuration example of the present embodiment. A cuff 10 (pressurizing unit) for driving blood is attached to the proximal side of the first upper limb A1, which is the examination side, that is, the upper arm. Four probes 20 for measuring the respective pulse waves are mounted on the distal side of both the first upper limb A1 and the second upper limb A2 that is the control side, that is, both fingertips and wrists. The probe 20 includes a first probe 21 attached to the first fingertip F1 of the first upper limb A1, a second probe 22 attached to the first wrist W1 of the first upper limb A1, and a second of the second upper limb A2. A third probe 23 attached to the fingertip F2 and a fourth probe 24 attached to the second wrist W2 of the second upper limb A2 are included.
なお、以下の説明において、検査側を駆血側と、対照側を非駆血側と称することもある。また、添付の図面において、検査側を「test」と、対照側を「control」と表示することもある。 In the following description, the examination side may be referred to as the blood driving side, and the control side may be referred to as the non-blood driving side. In the accompanying drawings, the test side may be displayed as “test” and the control side may be displayed as “control”.
各プローブは空気チューブ21a、22a、23a、24aを介して、カフ10は空気チューブ10aを介して、これらを制御する装置本体30(制御部)に接続されており、装置本体30は、プローブ20により取得されたデータを解析し、表示するコンピュータ40(処理部)に接続されている。なお、各空気チューブには、接続された要素同士間の信号を送受信するための配線が施されている。また、コンピュータ40は、例えばスマートホンやタブレットなどの携帯情報端末としてもよく、装置本体30との接続は、有線でも無線でもいずれでも構わない。コンピュータ40は、データベース41(記憶部)及びディスプレイ42(表示部)を備えているが、これらはコンピュータ40の一部であっても外付けであってもいずれでも構わない。 Each probe is connected to an apparatus main body 30 (control unit) that controls these via the air tubes 21a, 22a, 23a, 24a, and the cuff 10 via the air tube 10a. Is connected to a computer 40 (processing unit) that analyzes and displays the data obtained by the above. Each air tube is provided with wiring for transmitting and receiving signals between connected elements. The computer 40 may be a portable information terminal such as a smart phone or a tablet, and the connection with the apparatus main body 30 may be either wired or wireless. The computer 40 includes a database 41 (storage unit) and a display 42 (display unit), which may be a part of the computer 40 or an external unit.
図3は、カフ10の装着と、プローブ20の装着とを拡大して示す図であり、装置本体30及びコンピュータ40との接続は省略されている。プローブ20と装置本体30及びコンピュータ40との関係は、図4を参照して後述する。図3に示すように、両手指尖にはそれぞれ第1プローブ21及び第3プローブ23が、両手首には第2プローブ22及び第4プローブ24が装着されている。第1プローブ21と第3プローブ23、第2プローブ22と第4プローブ24はそれぞれ同じ構成(ただし、第1プローブ21と第2プローブ22は検査側、第3プローブ23と第4プローブ24は対照側)であるので、第1プローブ21と第2プローブ22に代表させて、以下説明する。 FIG. 3 is an enlarged view showing the mounting of the cuff 10 and the mounting of the probe 20, and the connection between the apparatus main body 30 and the computer 40 is omitted. The relationship between the probe 20, the apparatus main body 30, and the computer 40 will be described later with reference to FIG. As shown in FIG. 3, a first probe 21 and a third probe 23 are attached to both finger tips, and a second probe 22 and a fourth probe 24 are attached to both wrists. The first probe 21 and the third probe 23, the second probe 22 and the fourth probe 24 have the same configuration (however, the first probe 21 and the second probe 22 are on the inspection side, and the third probe 23 and the fourth probe 24 are controls). Therefore, the first probe 21 and the second probe 22 will be representatively described below.
第1プローブ21は、検査側の第1指尖F1に装着され、その背側に位置する空気袋201と、第1指尖F1の掌側に向けて光を照射するLED202(発光部)と、LED202と併設され血管からの反射光を受光する受光センサ203(受光部)とを備えている。第2プローブ22は、検査側の第1手首W1に装着され、その橈骨の掌側に位置する空気袋201と、第1手首W1の橈骨の掌側に向けて光を照射するLED202(発光部)と、LED202と併設され血管からの反射光を受光する受光センサ203(受光部)とを備えている。 The first probe 21 is attached to the first fingertip F1 on the examination side, the air bag 201 located on the back side, and the LED 202 (light emitting unit) that emits light toward the palm side of the first fingertip F1. The LED 202 includes a light receiving sensor 203 (light receiving unit) that receives the reflected light from the blood vessel. The second probe 22 is attached to the first wrist W1 on the examination side, the air bag 201 located on the palm side of the rib, and the LED 202 (light emitting unit) that emits light toward the palm side of the rib of the first wrist W1. ), And a light receiving sensor 203 (light receiving unit) that receives the reflected light from the blood vessel in parallel with the LED 202.
それぞれの空気袋201は、装置本体30の内部又は外部に設けられている圧力ポンプ204及び排気弁205によって加圧又は減圧され、その圧力は圧力センサ206によって測定される。空気袋201は、脈波を測定するに際して被験者にとっての最適圧力を測定部位に付与するものであり、圧力ポンプ204、排気弁205及び圧力センサ206は装置本体30によって制御される。詳しくは、図4及び図5を参照して後述する。 Each air bag 201 is pressurized or depressurized by a pressure pump 204 and an exhaust valve 205 provided inside or outside the apparatus main body 30, and the pressure is measured by a pressure sensor 206. The air bag 201 applies an optimum pressure for the subject to the measurement site when measuring the pulse wave, and the pressure pump 204, the exhaust valve 205, and the pressure sensor 206 are controlled by the apparatus main body 30. Details will be described later with reference to FIGS.
それぞれのLED202としては、例えば赤外線発光ダイオードを好適に用いることができ、受光センサ203としては、フォトダイオードやフォトトランジスタを好適に用いることができる。LED202と受光センサ203は第1プローブ21又は第2プローブ22の内部で、それらの光軸が交差するように配置されている。LED202から出た光(赤外線)は、皮膚を通して血管に照射されるが、血流中のヘモグロビンにて一部の波長帯(近赤外線)が吸収され、その反射光量は、心拍による血管の容量変動(すなわち、容量脈波)に応じて、変化することとなる。受光センサ203は、この変化を捉え、電圧変化として出力する。 For example, an infrared light emitting diode can be preferably used as each LED 202, and a photodiode or a phototransistor can be preferably used as the light receiving sensor 203. The LED 202 and the light receiving sensor 203 are arranged inside the first probe 21 or the second probe 22 so that their optical axes intersect. Light (infrared light) emitted from the LED 202 is irradiated to the blood vessel through the skin, but a portion of the wavelength band (near infrared light) is absorbed by hemoglobin in the bloodstream, and the amount of reflected light varies with the volume of the blood vessel due to heartbeat. It will change according to (that is, capacitive pulse wave). The light receiving sensor 203 captures this change and outputs it as a voltage change.
なお、ここでは、第1プローブ21又は第2プローブ22を、LED202及び受光センサ203を有する光電式の構成によって容量脈波を測定するものとして説明したが、これに限ることなく、圧力式の構成によって圧脈波を測定するようにしてもよい。圧力式の場合は、LED202及び受光センサ203に代えて、圧力センサ(圧力素子)により、血管の圧力変動を捕捉する。圧力式の場合には、正確な測定のため、圧力センサを動脈直上部に正しく押圧することが肝要である。 Here, the first probe 21 or the second probe 22 has been described as measuring the capacitive pulse wave by the photoelectric configuration having the LED 202 and the light receiving sensor 203. However, the configuration is not limited to this, and the pressure-type configuration is used. You may make it measure a pressure pulse wave by. In the case of the pressure type, a blood pressure fluctuation is captured by a pressure sensor (pressure element) instead of the LED 202 and the light receiving sensor 203. In the case of the pressure type, it is important to correctly press the pressure sensor directly above the artery for accurate measurement.
駆血するためのカフ10としては、公知の自動血圧計などに採用されているものを用いることができ、第1プローブ21又は第2プローブ22とは別に、圧力ポンプ104又は排気弁105によって加圧又は減圧され、その圧力は圧力センサ106によって測定される。圧力ポンプ104、排気弁105及び圧力センサ106は装置本体30によって制御される。カフ10への加圧と開放は全自動化されており、加圧の知能化制御を行われる。カフ10の加圧はコンピュータ40によって自動監視されて完全駆血できるまで制御され、過加圧や欠加圧が避けられる。 As the cuff 10 for driving blood, one used in a known automatic sphygmomanometer or the like can be used. In addition to the first probe 21 or the second probe 22, the cuff 10 is pressurized by a pressure pump 104 or an exhaust valve 105. The pressure is reduced or the pressure is measured by the pressure sensor 106. The pressure pump 104, the exhaust valve 105, and the pressure sensor 106 are controlled by the apparatus main body 30. Pressurization and release to the cuff 10 are fully automated, and intelligent control of pressurization is performed. The pressurization of the cuff 10 is automatically monitored by the computer 40 and controlled until complete blood driving can be performed, and overpressurization and partial pressurization are avoided.
<プローブ20による測定>
次に、プローブ20による脈波の測定について、図4及び図5を参照しつつ、第1プローブ21に代表させて説明する。第3プローブ23については同様である。第2プローブ22及び第4プローブについても基本的には同様であるが、測定部位が異なることに伴って相違する点は後述する。
<Measurement with probe 20>
Next, pulse wave measurement by the probe 20 will be described by using the first probe 21 as a representative while referring to FIGS. 4 and 5. The same applies to the third probe 23. The second probe 22 and the fourth probe are basically the same, but different points will be described later with different measurement sites.
第1プローブ21の空気袋201は、図4に示すように、空気チューブ21aを介して、圧力ポンプ204、排気弁205及び圧力センサ206に接続されている。空気袋201の圧力は、圧力センサ206による検知結果に応じてコンピュータ40が装置本体30の制御部31に与える圧力制御コマンドに基づき、制御部31が圧力ポンプ204と排気弁205を制御することによって、調整される。LED202は、コンピュータ40が制御部31に与える脈波測定コマンドにより制御され、第1指尖F1に光を照射し、反射光は受光センサ203に受光される。 As shown in FIG. 4, the air bag 201 of the first probe 21 is connected to a pressure pump 204, an exhaust valve 205, and a pressure sensor 206 via an air tube 21a. The pressure of the air bladder 201 is controlled by the control unit 31 controlling the pressure pump 204 and the exhaust valve 205 based on a pressure control command that the computer 40 gives to the control unit 31 of the apparatus body 30 according to the detection result by the pressure sensor 206. Adjusted. The LED 202 is controlled by a pulse wave measurement command given to the control unit 31 by the computer 40, irradiates light to the first fingertip F 1, and reflected light is received by the light receiving sensor 203.
装置本体30には、制御部31として、オートゲイン回路、直流成分抽出回路、A/D(アナログ/デジタル)変換回路、USBコントローラ、アナログフィルター、増幅回路、微分回路(2回微分)が設けられている。制御部31は、コンピュータ40から受け取った圧力制御コマンドによって空気袋201を制御するが、圧力制御コマンドとしては、加圧スピード、加圧開始、現在圧力維持、減圧スピード、減圧開始及び圧力開放が含まれる。また、制御部31は、コンピュータ40から受け取った脈波測定コマンドによってLED202及び受光センサ203を制御するが、脈波制御コマンドとしては、測定開始及び測定終了が含まれる。 The apparatus body 30 is provided with an auto gain circuit, a DC component extraction circuit, an A / D (analog / digital) conversion circuit, a USB controller, an analog filter, an amplification circuit, and a differentiation circuit (double differentiation) as the control unit 31. ing. The control unit 31 controls the air bag 201 by a pressure control command received from the computer 40. The pressure control command includes pressurization speed, pressurization start, current pressure maintenance, decompression speed, decompression start, and pressure release. It is. The control unit 31 controls the LED 202 and the light receiving sensor 203 by the pulse wave measurement command received from the computer 40. The pulse wave control command includes measurement start and measurement end.
制御部31は、圧力センサ206及び受光センサ203が取得した信号を、圧力時系列データ、加速度脈波時系列デジタルデータ、脈波直流成分時系列デジタルデータ、脈波時系列デジタルデータとして、コンピュータ40に送信する。なお、加速度脈波は、元の波形である容量脈波を微分回路で2回微分することにより得られる。 The control unit 31 uses the signals acquired by the pressure sensor 206 and the light receiving sensor 203 as pressure time series data, acceleration pulse wave time series digital data, pulse wave DC component time series digital data, and pulse wave time series digital data. Send to. The acceleration pulse wave is obtained by differentiating the capacitive pulse wave, which is the original waveform, twice with a differentiating circuit.
これらのデジタルデータを受けたコンピュータ40は、脈波の振幅値とその変化率に基づいてカオス解析を行い、血管ゆらぎとしてのカオスアトラクターを算出する。そして、そのゆらぎ指数としてリアプノフ指数を計算するとともに、エントロピーの計算、ピーク値(振幅の上限側のピーク値)の検出、高速フーリエ変換(FFT)による心拍変動解析(HRV解析;Heart Rate Variability)を行う。カオス解析については、項を改めて、後述する。 The computer 40 receiving these digital data performs chaos analysis based on the amplitude value of the pulse wave and the rate of change thereof, and calculates a chaos attractor as a blood vessel fluctuation. Then, the Lyapunov exponent is calculated as the fluctuation index, entropy calculation, peak value (peak value on the upper limit side of amplitude) detection, and heart rate variability analysis (HRV analysis; Heart Rate Variability) by fast Fourier transform (FFT). Do. The chaos analysis will be described later again.
<測定及び解析の手順>
上述した構成に基づき、図5に示す手順に従って測定及び解析を行う。まず、本格測定を開始する前に、第1指尖F1の掌側に受光センサ203を圧着させる最適圧力を求めるため、予備測定を行う(ステップS101)。例えば、第1プローブ21の空気袋201への加圧を、20mmHgから120mmHgの範囲で変化させながら約1分間加圧し、被験者ごとに最適圧力を見出す(ステップS102)。
<Measurement and analysis procedures>
Based on the above-described configuration, measurement and analysis are performed according to the procedure shown in FIG. First, before starting full-scale measurement, preliminary measurement is performed in order to obtain the optimum pressure for pressing the light receiving sensor 203 on the palm side of the first fingertip F1 (step S101). For example, the pressurization of the first probe 21 to the air bag 201 is performed for about 1 minute while changing in the range of 20 mmHg to 120 mmHg, and the optimum pressure is found for each subject (step S102).
ここで、最適圧力とは、前述したように、脈波の振幅は、測定部位である第1指尖F1の掌側を受光センサ203に圧着させる圧力によって変化することから、圧力が弱すぎて振幅が小さくノイズ成分が大きくなることを避け、また、逆に圧力が強すぎて血流が阻害され振幅が小さくなることを避けるような圧力を指す。また、測定するたびに指尖や手首に加える装着圧力を最適圧力に設定することは、測定結果のバラツキの要素を吸収し、優れた再現性に寄与する。 Here, as described above, the optimum pressure is that the amplitude of the pulse wave changes depending on the pressure with which the palm side of the first fingertip F1 that is the measurement site is pressed against the light receiving sensor 203, so the pressure is too weak. The pressure is such that the amplitude is small and the noise component is large, and conversely, the pressure is too strong to prevent the blood flow from being inhibited and the amplitude from becoming small. In addition, setting the mounting pressure applied to the fingertip and wrist each time measurement is performed at an optimum pressure absorbs the elements of variation in the measurement results and contributes to excellent reproducibility.
この点について図示すると、図6に示すようになる。図6は、横軸に時間(秒)をとり、縦軸に脈波の振幅(一点鎖線で表示)、第1プローブ21の装着圧力(点線で表示)及び血管のコンプライアンスC(破線で表示)をとったものであり、装着圧力の上昇につれて、コンプライアンスCがまず極地点をとる最大コンプライアンス圧力が出現し、続いて脈波の振幅が極地点をとる最大振幅圧力が出現する。そこで、ノイズの影響を最小限に抑え、かつ、圧力が強すぎて血流が阻害されないように、再現性の高いデータを得るには、このコンプライアンスCが最大になる最大コンプライアンス圧力又は振幅が最大になる最大振幅圧力を、プローブ20の最適圧力として採用し、本格測定の続行中、維持することが望ましい。 This is illustrated in FIG. In FIG. 6, the horizontal axis represents time (seconds), the vertical axis represents the pulse wave amplitude (indicated by a one-dot chain line), the mounting pressure of the first probe 21 (indicated by a dotted line), and the blood vessel compliance C (indicated by a broken line). As the mounting pressure rises, the maximum compliance pressure at which the compliance C first takes the extreme point appears, and then the maximum amplitude pressure at which the amplitude of the pulse wave takes the extreme point appears. Therefore, in order to obtain highly reproducible data so that the influence of noise is minimized and the blood flow is not inhibited due to the pressure being too strong, the maximum compliance pressure or amplitude at which this compliance C is maximized is maximized. It is desirable to adopt the maximum amplitude pressure that becomes as the optimum pressure of the probe 20 and maintain it while continuing the full-scale measurement.
このうち、装着圧力が相対的に低い最大コンプライアンス圧力を用いると、より変化しやすく鋭敏なデータの変化を入手し易い。このようなことから、プローブ20のうち、指尖における細い血管(末梢血管)の脈波を測定する第1プローブ21(第3プローブ23も同じ)としては、最大コンプライアンス圧力を最適圧力とすることが好ましい。ここで、コンプライアンスCは、血管壁の伸展性であって、血管の容積変化/壁圧変化で表されるが、コンプライアンスCの極値点(コンプライアンスCの変化がゼロ)における装着圧力を最適圧力として設定、維持して脈波を測定することにより、非NO依存要素の影響を除外できるとともに、最大感度での測定が実現する。すなわち、血管内皮機能を反映したNO(一酸化窒素)による充血反応のみによって測定されので、高精度で血管内皮機能を評価することができる。 Among these, when the maximum compliance pressure with a relatively low mounting pressure is used, it is easier to change and it is easier to obtain sensitive data changes. For this reason, the maximum compliance pressure is set as the optimum pressure for the first probe 21 (same as the third probe 23) for measuring the pulse wave of the thin blood vessel (peripheral blood vessel) at the fingertip. Is preferred. Here, the compliance C is the extensibility of the blood vessel wall, and is expressed by the change in the volume of the blood vessel / the change in the wall pressure. The mounting pressure at the extreme point of the compliance C (the change in the compliance C is zero) is the optimum pressure. By measuring and maintaining the pulse wave, it is possible to eliminate the influence of non-NO-dependent elements and realize measurement with maximum sensitivity. That is, since it is measured only by the hyperemia reaction by NO (nitrogen monoxide) reflecting the vascular endothelial function, the vascular endothelial function can be evaluated with high accuracy.
これに対し、装着圧力が相対的に高い最大振幅圧力を用いると、よりノイズを小さくしたデータを入手し易い。このようなことから、プローブ20のうち、手首における太い血管(橈骨動脈)の脈波を測定する第2プローブ22や第4プローブ24としては、最大振幅圧力を最適圧力とすることが好ましい。 On the other hand, when the maximum amplitude pressure with a relatively high mounting pressure is used, it is easy to obtain data with reduced noise. For this reason, it is preferable that the maximum amplitude pressure be the optimum pressure for the second probe 22 and the fourth probe 24 that measure the pulse wave of the thick blood vessel (radial artery) in the wrist.
このようにプローブ20ごとに最適圧力を維持したまま、本格測定を開始し、駆血前の測定を所定の時間行う。測定時間は、概ね2分間である。受光センサ203によって測定された電圧変化は、増幅回路にて増幅され、A/D変換後にコンピュータ40に送信されて振幅値として計算され記憶されるとともに、表示部に表示される。また、コンピュータ40は、計算された振幅値とその変化率を元にカオス解析によってカオスアトラクターを算出する(ステップS103)。カオス解析については、項を改めて、後述する。 In this way, full-scale measurement is started while maintaining the optimum pressure for each probe 20, and measurement before blood pressure is performed for a predetermined time. The measurement time is approximately 2 minutes. The voltage change measured by the light receiving sensor 203 is amplified by an amplifier circuit, transmitted to the computer 40 after A / D conversion, calculated and stored as an amplitude value, and displayed on the display unit. In addition, the computer 40 calculates a chaos attractor by chaos analysis based on the calculated amplitude value and the rate of change (step S103). The chaos analysis will be described later again.
次に、検査側をカフ10で加圧し(ステップS104)、駆血を所定の時間行う(ステップS105)。駆血時間は、概ね3分間である。完全な駆血に達したかどうかを判断し、達成していない場合は駆血が達成されるまで加圧を継続する。カフ10は、図3に示したように、圧力ポンプ104、減圧弁105及び圧力センサ106によって加圧、開放が施される。駆血が完全であるかどうかの判断方法は、第1プローブ21と第3プローブ23、又は第2プローブ22と第4プローブ24の間で脈波の相関係数を計算し、相関係数が閾値よりも小さい時に駆血されていると判断する。駆血達成後は、圧力の低下を監視、制御しつつ、所定の駆血時間が経過するまで設定圧力を自動的に維持する。 Next, the test side is pressurized with the cuff 10 (step S104), and blood is fed for a predetermined time (step S105). The time for driving is approximately 3 minutes. Determine if full blood transfusion has been reached, and if not, continue pressurization until blood transfusion is achieved. As shown in FIG. 3, the cuff 10 is pressurized and released by the pressure pump 104, the pressure reducing valve 105, and the pressure sensor 106. The method for determining whether or not the blood transfusion is complete is to calculate the correlation coefficient of the pulse wave between the first probe 21 and the third probe 23 or between the second probe 22 and the fourth probe 24. When it is smaller than the threshold value, it is determined that blood is being driven. After the blood transfusion is achieved, the set pressure is automatically maintained until a predetermined blood transfusion time elapses while monitoring and controlling the pressure drop.
その後、カフ10を開放して血流を再開し(ステップS106)、駆血後の測定を所定の時間行う。測定時間は概ね1分間である。これにより、本実施形態における測定時間の合計は、概ね5分間となる。受光センサ203によって測定された電圧変化は、増幅回路にて増幅され、A/D変換後にコンピュータ40に送信されて振幅値として計算され記憶されるとともに、表示部に表示される。また、コンピュータ40は、計算された振幅値とその変化率を元にカオス解析によってカオスアトラクターを算出する(ステップS107)。カオス解析については、項を改めて、後述する。 Thereafter, the cuff 10 is opened to resume blood flow (step S106), and the measurement after the blood pressure is performed for a predetermined time. The measurement time is approximately 1 minute. As a result, the total measurement time in this embodiment is approximately 5 minutes. The voltage change measured by the light receiving sensor 203 is amplified by an amplifier circuit, transmitted to the computer 40 after A / D conversion, calculated and stored as an amplitude value, and displayed on the display unit. Further, the computer 40 calculates a chaos attractor by chaos analysis based on the calculated amplitude value and the rate of change thereof (step S107). The chaos analysis will be described later again.
図7は、プローブ20のうち、上段に検査側の第1プローブ21を、下段に対照側の第3プローブ23によって測定された脈波の振幅を示している。横軸は時間を、縦軸は脈波の振幅値を示す。検査側では駆血により一定時間、脈波が消失している。図中、Aは検査側の駆血後の測定区間、Bは同じく検査側の駆血前の測定区間、Cは対照側の駆血後の測定区間、Dは同じく対照側の駆血前の測定区間を表している。被験者の血管拡張率は、得られた駆血前後の振幅値から算出された平均振幅値に基づき、次のように設定される。すなわち、駆血側であって検査側の駆血後の平均振幅値を(A)、同じく駆血前の平均振幅値を(B)、非駆血側であって対照側の駆血後の平均振幅値を(C)、同じく駆血前の平均振幅値を(D)とするとき、検査側の駆血前後比(A/B)と対照側の駆血前後比(C/D)を求め、前者(A/B)の後者(C/D)に対する検査側/対照側比((A/B)/(C/D))を、血管拡張率として求める(ステップS108)。 FIG. 7 shows the amplitude of the pulse wave measured by the first probe 21 on the inspection side in the upper stage and the third probe 23 on the control side in the lower stage. The horizontal axis represents time, and the vertical axis represents the amplitude value of the pulse wave. On the inspection side, the pulse wave has disappeared for a certain period of time due to blood pumping. In the figure, A is a measurement interval after blood transfer on the examination side, B is a measurement interval before blood pressure on the examination side, C is a measurement interval after blood pressure on the control side, and D is also before blood pressure on the control side. Represents a measurement interval. The vasodilation rate of the subject is set as follows based on the average amplitude value calculated from the obtained amplitude values before and after the blood transfusion. That is, the mean amplitude value after the blood transfusion on the side of the blood transfusion and the test side is (A), and the average amplitude value before the blood transfusion is also the same as (B). When the average amplitude value is (C) and the average amplitude value before blood transfusion is (D), the ratio before and after blood transfusion (A / B) on the examination side and the ratio before and after blood transfusion (C / D) on the control side The test side / control side ratio ((A / B) / (C / D)) of the former (A / B) with respect to the latter (C / D) is obtained as the vasodilator rate (step S108).
この検査側/対照側比について、FMDとエンドパット2000との関係において次のようにいうことができる。すなわち、FMDとエンドパット2000は検査側及び対照側の各駆血前後比を求めて判定しているが、本実施形態では、最終的に検査側/対照側比によって表されるので、異常な結果は少なくなる。また、前述した再現性について、本実施形態、FMD、エンドパット2000それぞれの方法で被験者1人を対象に3日間各複数回の測定を行ったところ、変動係数として、この順に、4.7%、22%、18%という結果が得られている。ここで、検査側/対照側比は、リスクファクター(加齢、血管硬化)に対してよい逆相関関係があることが判明しており、加齢については、検査側/対照側比=−0.00194*年齢+2.4019、相関係数r=0.46、血管硬化については、検査側/対照側比=−0.00112*血管硬化(血管年齢)+1.8728、相関係数r=0.57である。 About this test | inspection side / control | contrast side ratio, it can say as follows in relation to FMD and end pad 2000. That is, the FMD and the end pad 2000 are determined by determining the ratio of before and after blood transfer on the test side and the control side. In this embodiment, however, the FMD and end pad 2000 are expressed abnormally by the ratio of the test side / control side. The result is less. Moreover, about the reproducibility mentioned above, when each subject was measured several times for 3 days by the method of this embodiment, FMD, and end pad 2000, respectively, it was 4.7% in this order as a coefficient of variation. The results of 22% and 18% are obtained. Here, it has been found that the test side / control side ratio has a good inverse correlation with the risk factor (aging, vascular sclerosis), and for aging, the test side / control side ratio = −0. .00194 * age + 2.4019, correlation coefficient r = 0.46, for vascular sclerosis, test side / control ratio = −0.00112 * vascular sclerosis (blood vessel age) +1.8728, correlation coefficient r = 0 .57.
上述した検査側の駆血前後比(A/B)、対照側の駆血前後比(C/D)及び検査側/対照側比((A/B)/(C/D))は、平均振幅値から得られる血管拡張率のみならず、次項以降に説明するように、カオス解析によって振幅値及びその変化率から血管ゆらぎとして算出されたカオスアトラクターについて、得られたリアプノフ指数の変化に対してもゆらぎ指数の変化として適用される。さらに、カオスアトラクターをパターン(様子)として可視化し、コンピュータ40内外のデータベース41に記憶されている心血管疾患に係る既知のカオスアトラクター群とパターンマッチングにより対比する。このように、各比率の基準値との比較により(ステップS109)、及び/又は、カオスアトラクターのパターンマッチングにより、血管機能の状態を判定し(ステップS110)、ひいては心血管疾患を判定する。 The above-mentioned ratio before and after the blood transfusion (A / B), the ratio before and after the blood transfusion (C / D) and the ratio of the inspection side / control ((A / B) / (C / D)) Not only the vasodilator ratio obtained from the amplitude value but also the chaotic attractor calculated as vascular fluctuation from the amplitude value and its rate of change by chaos analysis, as explained in the following section, the change in the Lyapunov exponent obtained Even applied as a change in the fluctuation index. Furthermore, the chaos attractor is visualized as a pattern (mode), and is compared with a known chaos attractor group related to cardiovascular disease stored in the database 41 inside and outside the computer 40 by pattern matching. As described above, the state of the vascular function is determined by comparison with the reference value of each ratio (step S109) and / or the pattern matching of the chaos attractor (step S110), and thus the cardiovascular disease is determined.
<カオス解析>
本実施形態では、上述した血管機能検査装置1において、測定された脈波の振幅値とその変化率に基づいて独自のカオス解析技術を駆使し、血管ゆらぎすなわち血管拡張のときに生ずる僅かな変化を分析する。図8に示すように、カオス解析によるカオスアトラクターを血管ゆらぎとして把握し、血管拡張のパターン(様子)を示し、血流のフローによるずり力P1と血管壁圧P2による複雑で非均一な血管変形を見えることができ、更に血管機能障害の病因を見極めることを可能とするものである。
<Chaos analysis>
In the present embodiment, the vascular function inspection apparatus 1 described above uses a unique chaos analysis technique based on the measured amplitude value of the pulse wave and the rate of change thereof, and a slight change that occurs during vascular fluctuation, that is, vasodilation. Analyze. As shown in FIG. 8, a chaotic attractor obtained by chaotic analysis is grasped as a blood vessel fluctuation, a blood vessel dilation pattern (mode) is shown, and a complex and non-uniform blood vessel due to shear force P1 and blood vessel wall pressure P2 due to blood flow. Deformation can be seen, and it is possible to determine the etiology of vascular dysfunction.
図8の上段は、検査側の第1指尖F1に係る駆血前(血管拡張前)及び駆血後(血管拡張後)のカオスアトラクターを、中段は、第1指尖F1の振幅を、下段は、対照側の第2指尖F2の振幅を、それぞれ示している。ここでは、図8の中段に示したように、検査側の脈波の振幅が駆血前に比べて駆血後において大きくなっている例を示しており、これに対応して、駆血後のカオスアトラクターは、駆血前のカオスアトラクターよりもサイズ(面積)が大きく、かつ、各ループ間の幅が広くなっている。駆血前後のカオストラクターを対比することによって、血管ゆらぎの変化を把握することができる。 The upper part of FIG. 8 shows the chaos attractor before blood transfusion (before vasodilation) and after the blood transfusion (after vasodilation) related to the first fingertip F1 on the examination side, and the middle part shows the amplitude of the first fingertip F1. The lower row shows the amplitude of the second fingertip F2 on the control side. Here, as shown in the middle part of FIG. 8, an example is shown in which the amplitude of the pulse wave on the examination side is larger after the blood pumping than before the blood pumping. The chaotic attractor has a larger size (area) than that of the chaotic attractor prior to blood pressure, and has a wider width between the loops. By comparing the chaos tractors before and after blood driving, changes in blood vessel fluctuations can be grasped.
さらに、駆血後(血管拡張後)のカオスアトラクターのパターンを、心血管疾患ごとに対応してデータベース41に記憶されている既知のカオスアトラクターとパターンマッチングによって対比することにより、心血管疾患の病因を判定することができる。図9は、駆血後(血管拡張後)のカオスアトラクターのパターンと、血管内皮障害/変形と、病因との対応例を示したものであり、上段は心筋梗塞を、下段は桃源病を示している。 Furthermore, the pattern of the chaotic attractor after blood transfusion (after vasodilation) is compared with the known chaotic attractor stored in the database 41 corresponding to each cardiovascular disease by pattern matching. The etiology of can be determined. FIG. 9 shows an example of correspondence between chaotic attractor patterns after blood transfusion (after vasodilation), vascular endothelial damage / deformation, and etiology. The upper row shows myocardial infarction and the lower row shows myocardial infarction. Show.
カオス解析について、以下に詳しく説明する。カオスアトラクターとは、一般に、ある力学系がそこに向かって時間発展をする集合のことである。その力学系において、カオスアトラクターに十分近い点から運動するとき、そのカオスアトラクターに十分近いままであり続ける。カオスアトラクターに含まれる軌道は、そのカオスアトラクターの内部にとどまり続けること以外に制限はなく、周期的であったり、カオス的であったりする。本実施形態では、横軸を脈波の振幅値とし、縦軸をその振幅値の変化率(振幅速度)として、プロットした集合である。カオスアトラクターの形状と大きさは、血管集団の有効な血管集団形状変化とサイズとを非線形的に捉えることができる。定量的には、以下の2つの事項を把握する。 The chaos analysis will be described in detail below. A chaos attractor is generally a set of a dynamical system that evolves in time. In the dynamical system, when moving from a point close enough to the chaotic attractor, it remains sufficiently close to the chaotic attractor. The trajectory included in the chaotic attractor is not limited other than to remain inside the chaotic attractor, and may be periodic or chaotic. In this embodiment, the horizontal axis is the amplitude value of the pulse wave, and the vertical axis is the set plotted with the change rate (amplitude velocity) of the amplitude value. The shape and size of the chaos attractor can grasp the effective change of vessel group shape and size of the vessel group in a non-linear manner. Quantitatively, the following two matters are grasped.
1つ目は、形状変化を示すゆらぎ指数として、リアプノフ指数を把握する。リアプノフ指数は、後述するように、力学系においてごく接近した軌道が離れていく度合いを表す量である。このリアプノフ指数は、不安定さ(バラツギさ)を示す数値であり、その値が大きければ不安定でバラツキが多く、小さければ安定であることを示す。ここでいう不安定(バラツキ)とはその力学系に小さな力を加えたときに、大きな状態の変化となって現れることを意味する。 First, the Lyapunov exponent is grasped as a fluctuation exponent indicating a shape change. As will be described later, the Lyapunov exponent is a quantity that represents the degree to which a very close trajectory leaves in a dynamic system. The Lyapunov exponent is a numerical value indicating instability (variation). If the value is large, it is unstable and has a lot of variation, and if it is small, the Lyapunov exponent is stable. The term “unstable” here means that when a small force is applied to the dynamic system, it appears as a large change in state.
2つ目は、大きさを示す面積として、カオスアトラクターの外周面積を捉える。外周面積は、カオスアトラクターの動いた範囲が全部囲めるような、横軸(x軸)、縦軸(y軸)に平行に辺をとったときの四角形の面積である。算出式は、以下の式で表される。
Env.Area=(max(x)−min(x))*(max(y)−min(y))
Second, the outer area of the chaotic attractor is captured as an area indicating the size. The outer peripheral area is an area of a quadrangle when the sides are parallel to the horizontal axis (x axis) and the vertical axis (y axis) so that the entire range in which the chaotic attractor moves can be enclosed. The calculation formula is represented by the following formula.
Env. Area = (max (x) −min (x)) * (max (y) −min (y))
検査側の第1指尖F1の第1プローブ21及び第1手首W1の第2プローブ22を対象としたとき、上述の2つの数値を用いて、血管内皮機能の総合指数Indexを、以下のように表すことができる。
Index=Cs*{A1*第1指尖の平均振幅値(又は、カオスアトラクターの外周面積)+A2*第1指尖のゆらぎ指数}+Cl*{A3*第1手首の平均振幅値(又は、カオスアトラクターの外周面積)+A4*第1手首のゆらぎ指数}
ここで、Cs:第1指尖への寄与度、Cl:第1手首への寄与度、A1〜A4:それぞれの依存係数である。
When the first probe 21 of the first fingertip F1 on the examination side and the second probe 22 of the first wrist W1 are targeted, the overall index Index of the vascular endothelial function is calculated as follows using the above two numerical values. Can be expressed as
Index = Cs * {A1 * average amplitude value of the first fingertip (or outer area of the chaotic attractor) + A2 * fluctuation index of the first fingertip} + Cl * {A3 * average amplitude value of the first wrist (or Chaos attractor outer circumference area) + A4 * Fluctuation index of the first wrist}
Here, Cs: contribution to the first fingertip, Cl: contribution to the first wrist, A1 to A4: respective dependency coefficients.
<<カオスアトラクターの可視化>>
次に、脈波などの生体信号からカオスアトラクターを可視化する方法について、説明する。時系列波形の生体信号からカオスアトラクターの形状を描く方法は、ターケンスの手法と呼ばれ、N点の状態変数、例えば時系列波形St={S1,S2,…,SN}をd個に復元することを考える。まず、遅れ時間τを用いてd個の状態変数の組Piをつくる。
Pi={Si,Si+τ,Si+2τ,…,Si+(d−1)τ}
仮に復元する状態変数の個数を3とすれば、その組Piは次のようになる。
Pi={Si,Si+τ,Si+2τ}
<< Visualization of chaos attractors >>
Next, a method for visualizing a chaos attractor from a biological signal such as a pulse wave will be described. A method of drawing the shape of a chaos attractor from a biological signal of a time series waveform is called a Turkens method, and N state variables such as time series waveforms S t = {S 1 , S 2 ,..., S N } are used. Consider restoring to d. First, a set P i of d state variables is created using the delay time τ.
P i = {S i , S i + τ , S i + 2τ ,..., S i + (d−1) τ }
If the number of state variables to be restored is 3, the set Pi is as follows.
P i = {S i , S i + τ , S i + 2τ }
この操作を1≦i<N−(d−1)τの範囲で繰り返すことにより、力学系の構造を近似的に復元することができる。さらに、Piをd次元の状態空間座標とみなし、各座標を結ぶことにより力学系の運動をカオスアトラクターとして表現することができる。ターケンスの手法のイメージを図10及び図11に示す。Si,Si+τ,Si+2τをそれぞれX軸座標、Y軸座標、Z軸座標と考え、図10の(x1,y1,z1)、(x2,y2,z2)、(x3,y3,z3)を、図11の左図に示したX,Y,Zの3軸をもつ3次元状態空間に埋め込む。これを1≦i<N−(d−1)τの範囲で繰り返すと図11の右図のようになる。この手法において1つの状態変数をd個に復元することを埋め込みといい、遅れ時間τを埋め込み遅延時間、復元する状態変数の個数d(これは状態空間の次元と考えることもできる)を埋め込み次元と呼ぶ。各々のパラメータは自己相関やフラクタル次元を用いて最適値を求める必要がある。 By repeating this operation in the range of 1 ≦ i <N− (d−1) τ, the structure of the dynamic system can be approximately restored. Further, Pi can be regarded as d-dimensional state space coordinates, and the motion of the dynamic system can be expressed as a chaos attractor by connecting the coordinates. The image of the Turkens method is shown in FIGS. S i , S i + τ , and S i + 2τ are regarded as X-axis coordinates, Y-axis coordinates, and Z-axis coordinates, respectively, and (x 1 , y 1 , z 1 ), (x 2 , y 2 , z 2 ), ( x 3 , y 3 , z 3 ) are embedded in a three-dimensional state space having three axes of X, Y, and Z shown in the left diagram of FIG. If this is repeated in the range of 1 ≦ i <N− (d−1) τ, the result is as shown on the right side of FIG. Restoring one state variable to d in this method is called embedding, the delay time τ is the embedding delay time, and the number d of state variables to be restored (this can also be considered as the dimension of the state space) is the embedding dimension. Call it. It is necessary to obtain an optimum value for each parameter using autocorrelation and fractal dimension.
<<リアプノフ指数>>
リアプノフ指数は、カオスアトラクターの中に軌道を追跡して、次のように得ることができる。初期時刻で互いに似た状態は、超球サイズの中に似た位置(距離が近い)にある。図12に示すように、この距離をr(0)とし、この軌道を発展して時刻tでの距離(軌道の差、離れる度合い)をr(t)とすると、
r(t)=r(0)*exp(λt)
と表せ、このλをリアプノフ指数と呼ぶ。Rosenstein(1993)のアルゴリズムにより、リアプノフ指数の推定は次のように行われる。近傍軌道間の初期変位をD、t秒後の変位をd(t)としたとき、リアプノフ指数λは、
d(t)=D*exp(λt)
で定義されるので、上式の両辺に対数変換を施し
log(d(t))=λt+log(D)
により、近傍軌道間変位−時間関数の線形近似直線の傾きとして、リアプノフ指数λを推定する。
<< Lyapunov index >>
The Lyapunov exponent can be obtained by following the trajectory in a chaos attractor as follows: The states that are similar to each other at the initial time are in similar positions (close distances) in the hypersphere size. As shown in FIG. 12, when this distance is r (0) and this trajectory is developed and the distance at the time t (difference in trajectory, degree of separation) is r (t),
r (t) = r (0) * exp (λt)
This λ is called the Lyapunov exponent. According to the algorithm of Rosenstein (1993), the Lyapunov exponent is estimated as follows. When the initial displacement between adjacent trajectories is D and the displacement after t seconds is d (t), the Lyapunov exponent λ is
d (t) = D * exp (λt)
Logarithm conversion is performed on both sides of the above formula. Log (d (t)) = λt + log (D)
Thus, the Lyapunov exponent λ is estimated as the slope of the linear approximate straight line of the displacement between adjacent trajectories-time function.
<<カオスアトラクターのパターンマッチング>>
カオスアトラクターのパターンマッチングについては、文字認識などで用いられているテンプレートマッチングという手法を応用して、パターンの類似度を計算する。例えば、計算ファイルのカオスアトラクターと、基本データファイルのカオスアトラクターをそれぞれ、2次元の場合は、100×100のセルに分割し、両方のカオスアトラクターのセルに点が存在する場合の数を数える。3次元の場合は、「平面」から「立体」へ展開し、100×100×100のセルに分割し、両方のカオスアトラクターのセルに点が存在する場合の数を数える。
<< Pattern matching of chaotic attractors >>
For pattern matching of chaos attractors, pattern similarity is calculated by applying a template matching method used in character recognition. For example, if the chaos attractor of the calculation file and the chaos attractor of the basic data file are each two-dimensional, the number is divided into 100 × 100 cells, and points exist in both chaos attractor cells. Count. In the three-dimensional case, the plane is expanded from a “plane” to a “solid”, divided into 100 × 100 × 100 cells, and the number of points in both chaotic attractor cells is counted.
ここで、2つのカオスアトラクターの類似度の計算は、それぞれのカオスアトラクターのみに点が存在するセルの数をT1、両方のカオスアトラクターのセルに共通して点が存在するセルの数をT2とすると、両者のパターン類似度は、以下の式で表される。
パターン類似度=(T2/T1)×100
Here, the similarity between two chaotic attractors is calculated by calculating the number of cells where points exist only in each chaotic attractor as T1, and the number of cells where points exist in common in both chaotic attractors. Is T2, the pattern similarity between the two is expressed by the following equation.
Pattern similarity = (T2 / T1) × 100
<<カオスアトラクターの特徴量を示す他の例>>
カオスアトラクターの特徴量を判断する方法は、上述したもののほかに、例えば次のようなものとしてもよい。カオスアトラクターのそれぞれのループの短径Dと長径Lの特徴長さを計算し、これによって診断を高精度に行うことができる。ベクトルに対して線形変換をし、向きが同じで大きさが変わったベクトルが算出され、DとLを固有ベクトルといい、その値(長さ)を「固有値」と呼ぶ。そして、もっとも大きい固有値に対応する固有ベクトルのことをLで、2番目に大きい固有値に対応する固有ベクトルをDとしたとき、
Q=D/L
をもって診断することが可能であり、例えば、Q=0.75以上であれば軽度故障、Q=0.50−0.75であれば中度故障、Q=0.50以下であれば重度故障などと、診断できる。
<< Other examples showing features of chaotic attractors >>
In addition to the method described above, the method for determining the characteristic amount of the chaos attractor may be as follows, for example. The feature lengths of the minor axis D and the major axis L of each loop of the chaos attractor are calculated, and thereby diagnosis can be performed with high accuracy. The vector is linearly transformed to calculate a vector having the same direction and a different size. D and L are called eigenvectors, and their values (lengths) are called “eigenvalues”. When the eigenvector corresponding to the largest eigenvalue is L and the eigenvector corresponding to the second largest eigenvalue is D,
Q = D / L
For example, if Q = 0.75 or more, a minor failure, if Q = 0.50-0.75, a moderate failure, if Q = 0.50 or less, a severe failure It can be diagnosed.
<<カオス解析結果の表示>>
図13及び図14は、カオス解析によって得られた結果をディスプレイ42に表示した例を示している。これらの図では、左側に、上段から下段に向かって、検査側の第1指尖F1の脈波の振幅、対照側の第2指尖F2の脈波の振幅、検査側の第1手首W1の脈波の振幅、対照側の第2手首W2の脈波の振幅が表示され、中央に、それぞれに対応する駆血前後のカオスアトラクターが表示されている。右側の上段には、解析結果として、指尖及び手首それぞれについて、平均振幅値、最大振幅値−最小振幅値、リアプノフ指数に係る検査側の駆血前後比、対照側の駆血前後比、検査側/対照側比が表示されている。右側の下段には、指尖及び手首それぞれについて、駆血前の測定開始時間、駆血前のベースライン継続時間、駆血後の測定開始時間、駆血後の関心領域(ROI)継続時間が表示される。
<< Display of chaos analysis results >>
FIG. 13 and FIG. 14 show an example in which the result obtained by the chaos analysis is displayed on the display 42. In these drawings, from the upper side to the lower side, the amplitude of the pulse wave of the first fingertip F1 on the examination side, the amplitude of the pulse wave of the second fingertip F2 on the control side, and the first wrist W1 on the examination side are shown on the left side. The amplitude of the pulse wave and the amplitude of the pulse wave of the second wrist W2 on the control side are displayed, and the chaos attractors before and after the blood transfusion corresponding to each are displayed in the center. On the upper right side, as analysis results, the average amplitude value, the maximum amplitude value-the minimum amplitude value, the pre- and post-operation ratios on the examination side related to the Lyapunov index, the pre- and post-operation ratios on the control side, and the examination results The side / control side ratio is displayed. On the lower right side, for each fingertip and wrist, the measurement start time before blood transfusion, baseline duration before blood transfusion, measurement start time after blood transfusion, and region of interest (ROI) duration after blood transfusion Is displayed.
図13は、心筋梗塞、脳梗塞、冠状動脈硬化などの病因を有する被験者の解析結果を示しており、この場合、太い血管すなわち手首の橈骨動脈における解析結果(血管内皮機能低下)を有効に用いることができる。これに対し、図14は、糖尿病、桃源病、末梢疾患などの病因を有する被験者の解析結果を示しており、この場合、細い血管すなわち指尖の末梢血管における解析結果(血管内皮機能低下)を有効に用いることができる。 FIG. 13 shows an analysis result of a subject having an etiology such as myocardial infarction, cerebral infarction, coronary arteriosclerosis, and in this case, the analysis result (reduced vascular endothelial function) in a thick blood vessel, that is, the radial artery of the wrist is used effectively. be able to. On the other hand, FIG. 14 shows the analysis result of a subject having an etiology such as diabetes, tonsillar disease, and peripheral disease. In this case, the analysis result (peripheral vascular function decrease) in the peripheral blood vessel of a thin blood vessel, that is, the fingertip is shown. It can be used effectively.
<エンドパッド2000との対比>
最後に、本実施形態とエンドパッド2000との対比について、説明する。本実施形態においては、前述したとおり、両指尖及び両手首のプローブ20は、エンドパット2000のプローブが1回限りの使い捨てであるのに対し、複数回使用可能とするために、プローブ内膜に依存性のないLED/受光センサ式を採用し、最適圧力で指尖又は手首を押さえつける構造としている。これにより、ランニングコストが抑制され、半永久的に使用が可能であって安価なプローブを提供でき、コスト低減が図られる。
<Comparison with end pad 2000>
Finally, a comparison between this embodiment and the end pad 2000 will be described. In this embodiment, as described above, the probe 20 of both fingertips and both wrists is used only once, whereas the probe of the end pad 2000 is disposable only once. LED / light-receiving sensor type that does not depend on the fingertip is adopted, and the fingertip or wrist is pressed with the optimum pressure. As a result, the running cost is suppressed, an inexpensive probe that can be used semipermanently can be provided, and the cost can be reduced.
また、エンドパット2000と本実施形態との対比試験を行ったところ、両者の検査結果の間に高い相関が確認できた。具体的には、健常者を被験者として、エンドパット2000と、本実施形態を反映したプロトタイプ機器による同時測定を行い、両者の血管内皮機能評価指数(RHI;Reactive Hyperemia Index)を解析した。その結果、図15に示すように、相関係数R=0.68(有意確率P<0.05)、推定誤差0.036の十分な相関が得られ、有意性が認められた。すなわち、本プロトタイプ機器が普及型機器として、輸入品のエンドパット2000に代わり得ることが確認された。 Moreover, when the comparison test with the end pad 2000 and this embodiment was done, the high correlation was confirmed between both test results. Specifically, with a healthy subject as the subject, simultaneous measurement was performed with Endpad 2000 and a prototype device reflecting this embodiment, and the vascular endothelial function evaluation index (RHI; Reactive Hyperemia Index) of both was analyzed. As a result, as shown in FIG. 15, a sufficient correlation with a correlation coefficient R = 0.68 (significance probability P <0.05) and an estimation error of 0.036 was obtained, and significance was recognized. That is, it was confirmed that this prototype device can replace the imported end pad 2000 as a popular device.
<本実施形態の変形例>
上述した実施形態は、プローブ20が、検査側の第1指尖F1に装着される第1プローブ21、同じく検査側の第1手首W1に装着される第2プローブ22、対照側の第2指尖F2に装着される第3プローブ23、同じく対照側の第2手首W2に装着される第4プローブ24が含まれる場合すなわち4点測定の場合について説明した。しかし、プローブ20の設定については、その検査目的や被験者の状況などに応じて、4つのプローブ20を装着した4点測定でなくとも、例えば、1つのプローブ20を装着した1点測定や、2つのプローブ20を装着した2点測定などにおいても、測定や解析の構成及び手順について、本発明の要旨を反映させることができる。
<Modification of this embodiment>
In the above-described embodiment, the probe 20 includes the first probe 21 attached to the first fingertip F1 on the examination side, the second probe 22 attached to the first wrist W1 on the examination side, and the second finger on the control side. The case where the third probe 23 attached to the apex F2 and the fourth probe 24 attached to the second wrist W2 on the control side are included, that is, the case of four-point measurement has been described. However, the setting of the probe 20 is not limited to the four-point measurement in which the four probes 20 are mounted, depending on the purpose of the inspection, the condition of the subject, and the like. Even in two-point measurement with two probes 20 attached, the gist of the present invention can be reflected in the configuration and procedure of measurement and analysis.
1点測定としては、例えば、一方の上肢が不自由な被験者の場合、他方の上肢を検査側として、細い血管(末梢血管)のみを測定することで十分であれば、検査側の第1指尖F1に装着される第1プローブ21のみとしたり、太い血管(橈骨動脈)のみを測定することで十分であれば、検査側の第1手首W1に装着される第2プローブ22のみとしたりする場合が挙げられる。 For one-point measurement, for example, in the case of a subject who has difficulty with one upper limb, if it is sufficient to measure only thin blood vessels (peripheral blood vessels) with the other upper limb as the examination side, the first finger on the examination side Only the first probe 21 attached to the cusp F1 or only the second probe 22 attached to the first wrist W1 on the examination side is sufficient if it is sufficient to measure only a thick blood vessel (radial artery). There are cases.
2点測定としては、やはり、一方の上肢が不自由な被験者の場合、他方の上肢を検査側として、検査側の第1指尖F1に装着される第1プローブ21と検査側の第1手首W1に装着される第2プローブ22の組合せとする場合が挙げられる。また、両上肢が自由な被験者の場合、細い血管(末梢血管)のみを測定することで十分であれば、検査側の第1指尖F1に装着される第1プローブ21と対照側の第2指尖F2に装着される第3プローブ23の組合せとすればよく、太い血管(橈骨動脈)のみを測定することで十分であれば、検査側の第1手首W1に装着される第2プローブ22と対照側の第2手首W2に装着される第4プローブ24の組合せとすればよい。 As for the two-point measurement, in the case of a subject who is incapable of having one upper limb, the first probe 21 to be attached to the first fingertip F1 on the inspection side and the first wrist on the inspection side with the other upper limb as the inspection side The case where it is set as the combination of the 2nd probe 22 with which W1 is mounted | worn is mentioned. In the case of a subject whose both upper limbs are free, if it is sufficient to measure only thin blood vessels (peripheral blood vessels), the first probe 21 attached to the first fingertip F1 on the examination side and the second on the control side. A combination of the third probe 23 attached to the fingertip F2 may be used, and if it is sufficient to measure only a thick blood vessel (radial artery), the second probe 22 attached to the first wrist W1 on the examination side. And a combination of the fourth probe 24 attached to the second wrist W2 on the control side.
1点測定や対照側にプローブ20を装着しない2点測定の場合は、脈波の振幅値やリアプノフ指数について、対照側の駆血前後比や検査側/対照側比を算出できないが、そのような場合であっても、検査側における駆血前後比や駆血前後のカオスアトラクターによる対比、既知の心血管疾患ごとの既知のカオスアトラクターとの対比は可能であるので、問題なく本発明の要旨を適用できる。 In the case of one-point measurement or two-point measurement in which the probe 20 is not attached to the control side, it is not possible to calculate the control side pre-transfusion ratio and the test side / control side ratio for the amplitude value of the pulse wave and the Lyapunov index. Even in such cases, it is possible to compare the ratio before and after the blood transfusion on the examination side, the comparison with the chaos attractor before and after the blood transfusion, and the comparison with the known chaos attractor for each known cardiovascular disease. The gist of can be applied.
<本実施形態の効果>
本実施形態の効果を整理すると、次のとおりである。
(1)測定時間は、FMDやエンドパット2000の15分から概ね5分に大幅に短縮化できる。
(2)検査側の上腕に巻くカフは、加圧と開放の全自動化、加圧の知能化制御を行い、カフの加圧はコンピュータによって自動監視されて完全駆血できるまで制御され、過加圧や欠加圧が避けられる。
(3)指尖や手首に加える装着圧力を、コンプライアンスの極値点(コンプライアンスの変化がゼロ)における装着圧力を最適圧力として設定、維持して脈波を測定することにより、非NO依存要素の影響を除外できるとともに、最大感度での測定が実現する。すなわち、血管内皮機能を反映したNO(一酸化窒素)による充血反応のみによって測定されので、高精度で血管内皮機能を評価することができる。
(4)FMDとエンドパット2000よりも、血管内皮機能は充血による振幅の変化(検査側/対照側比)によって表され、異常な結果は少なくなる。
(5)測定するたびに指尖や手首に加える装着圧力は最適圧力に設定されることで、測定結果のバラツキの要素を吸収でき、再現性に優れる。
(6)検査側/対照側比とリスクファクター(加齢、血管硬化)との間で得られた逆相関関係を活用できる。
(7)FMDとエンドパット2000の欠点を克服し、安価でプローブを提供でき、コスト低減が図られ、全自動測定と解析でだれでも使いやすく、一般臨床検査に使える医療機器として提供できる。
(8)太い血管と細い血管の両方ともの血管機能の検査でき、更に同時観測による両者の割合を定量化できることにより、広範に血管機能障害の検査が可能となる。
(9)血管ゆらぎによる血管拡張のパターン(複雑な様子)を把握でき、血管機能障害による疾患の病因を見極められる。
<Effect of this embodiment>
The effects of this embodiment are summarized as follows.
(1) The measurement time can be significantly reduced from 15 minutes for FMD and end pad 2000 to approximately 5 minutes.
(2) The cuff wound around the upper arm of the examination side is fully automated for pressurization and release, and intelligent control of pressurization is performed. The cuff pressurization is automatically monitored by a computer and controlled until complete blood can be driven. Pressure and partial pressure can be avoided.
(3) By setting and maintaining the mounting pressure applied to the fingertip and wrist as the optimal pressure at the extreme point of compliance (zero change in compliance) and measuring the pulse wave, The effect can be excluded and measurement with maximum sensitivity is realized. That is, since it is measured only by the hyperemia reaction by NO (nitrogen monoxide) reflecting the vascular endothelial function, the vascular endothelial function can be evaluated with high accuracy.
(4) Compared with FMD and Endpad 2000, vascular endothelial function is represented by a change in amplitude due to hyperemia (ratio on the test side / control side), and abnormal results are reduced.
(5) The mounting pressure applied to the fingertips and wrists every time measurement is performed is set to the optimum pressure, so that elements of variation in measurement results can be absorbed and the reproducibility is excellent.
(6) The inverse correlation obtained between the test side / control side ratio and the risk factor (aging, vascular sclerosis) can be utilized.
(7) Overcoming the drawbacks of FMD and Endpad 2000, providing a probe at low cost, reducing costs, making it easy for anyone to use in fully automatic measurement and analysis, and providing it as a medical device that can be used for general clinical testing.
(8) Since the blood vessel function of both the thick blood vessel and the thin blood vessel can be inspected, and the ratio of both can be quantified by simultaneous observation, it is possible to widely inspect the blood vessel dysfunction.
(9) The pattern (complex state) of vasodilation due to vascular fluctuation can be grasped, and the etiology of a disease caused by vascular dysfunction can be determined.
このように、本発明は、上述した具体的な実施形態に限定されるものではなく、種々の変更を行ったものも含まれるものであり、そのことは、当業者にとって特許請求の範囲の記載から明らかである。 As described above, the present invention is not limited to the specific embodiments described above, and includes various modifications, which are described in the scope of the claims for those skilled in the art. It is clear from
本発明は、生体における非浸襲的な直接血管機能を検査できる方法であるため、メタボリック検診事業等に活用できる可能性がある。動脈硬化発症前診断として、血管病変早期発見に加え、メタボロックシンドロームで要指導となった住民の健康管理事業にも貢献できる。また、スタチン系薬剤・抗血小板薬の動脈硬化に対する生体内薬効判定が可能となる。 Since the present invention is a method capable of examining a non-invasive direct blood vessel function in a living body, there is a possibility that the present invention can be utilized for a metabolic screening business or the like. In addition to early detection of vascular lesions as a pre-arteriosclerosis diagnosis, it can also contribute to the health management business of residents who have received guidance from the Metaboloc syndrome. In addition, it is possible to determine in vivo drug efficacy of statin drugs and antiplatelet drugs against arteriosclerosis.
1…血管機能検査装置
10…カフ(加圧部)
104…圧力ポンプ
105…排気弁
106…圧力センサ
20…プローブ
201…空気袋
202…LED(発光部)
203…受光センサ(受光部)
204…圧力ポンプ
205…排気弁
206…圧力センサ
21…第1プローブ
21a…空気チューブ
22…第2プローブ
22a…空気チューブ
23…第3プローブ
23a…空気チューブ
24…第4プローブ
24a…空気チューブ
30…装置本体
31…制御部
40…コンピュータ(処理部)
41…データベース(記憶部)
42…ディスプレイ(表示部)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Vascular function test apparatus 10 ... Cuff (pressurization part)
104 ... Pressure pump 105 ... Exhaust valve 106 ... Pressure sensor 20 ... Probe 201 ... Air bag 202 ... LED (light emitting part)
203. Light receiving sensor (light receiving part)
204 ... Pressure pump 205 ... Exhaust valve 206 ... Pressure sensor 21 ... First probe 21a ... Air tube 22 ... Second probe 22a ... Air tube 23 ... Third probe 23a ... Air tube 24 ... Fourth probe 24a ... Air tube 30 ... Device main body 31 ... control unit 40 ... computer (processing unit)
41 ... Database (storage unit)
42 ... Display (display part)
Claims (12)
検査側の上腕に装着され、駆血及び開放を行う加圧部と、
検査側と対照側の各指尖に装着され、又は検査側と対照側の各手首に装着され、駆血前後の脈波を測定するプローブと、
前記加圧部及び前記プローブを制御する制御部と、
前記制御部に指令を与え、前記制御部から前記脈波に係るデータを取得する処理部と、を備え、
前記処理部が、駆血前後の前記脈波に係るデータに基づいて平均振幅値の計算及びカオス解析を行い、心血管疾患と血管内皮機能障害の判定を行うための特徴量を定量化した数値を算出し、
前記処理部が、前記定量化した数値に基づき、検査側における駆血後の数値を(A)と、同じく駆血前の数値を(B)と、対照側における駆血後の数値を(C)と、同じく駆血前の数値を(D)とするとき、検査側駆血前後比(A/B)、対照側駆血前後比(C/D)及び前記検査側駆血前後比の前記対照側駆血前後比に対する検査側/対照側比((A/B)/(C/D))を求めることを特徴とする血管機能検査装置。 A vascular function testing device,
A pressurizing part that is mounted on the upper arm of the examination side and performs blood transfer and release;
A probe that is attached to each fingertip on the examination side and the control side , or that is attached to each wrist on the examination side and the control side, and measures pulse waves before and after blood transfusion,
A control unit for controlling the pressurizing unit and the probe;
A processing unit that gives a command to the control unit and acquires data relating to the pulse wave from the control unit;
A numerical value obtained by quantifying a feature amount for the processing unit to calculate an average amplitude value and perform chaos analysis based on data relating to the pulse wave before and after blood transfusion, and to determine cardiovascular disease and vascular endothelial dysfunction To calculate
Based on the quantified numerical value, the processing unit sets the numerical value after the blood pumping on the examination side as (A), the numerical value before the blood pressure driving (B), and the numerical value after the blood pressure driving on the control side (C ), And when the numerical value before blood transfusion is represented by (D), the test side pre- and post-drive ratio (C / D) and the test side pre- and post-drive ratio are A blood vessel function test apparatus characterized by obtaining a test side / control side ratio ((A / B) / (C / D)) with respect to a ratio before and after control side blood transfusion.
前記処理部が、前記算出されたカオスアトラクターを前記既知のカオスアトラクター群とパターンマッチングにより対比することを特徴とする請求項2から8のいずれか1項に記載の血管機能検査装置。 A storage unit for storing a group of known chaotic attractors for each of the cardiovascular diseases,
9. The blood vessel function testing device according to claim 2, wherein the processing unit compares the calculated chaotic attractor with the known chaotic attractor group by pattern matching. 10.
検査側である第1指尖及び第1手首、並びに対照側である第2指尖及び第2手首に予備的に圧力を加え、それぞれの脈波を測定する第1ステップと、
前記圧力が被験者にとって最適圧力であるかどうかを判定し、YESならば前記最適圧力を維持する第2ステップと、
測定された駆血前の各脈波に基づいて振幅値を計算し、前記第1指尖、前記第1手首、前記第2指尖及び前記第2手首に係る駆血前のカオスアトラクターを算出する第3ステップと、
検査側の前記第1指尖及び前記第1手首に対し、所定時間の間、駆血を施す第4ステップと、
測定された駆血後の各脈波に基づいて振幅値を計算し、前記第1指尖、前記第1手首、前記第2指尖及び前記第2手首に係る駆血後のカオスアトラクターを算出する第5ステップと、
前記第5ステップにおいて計算された振幅値及び算出されたカオスアトラクターについて、検査側における駆血後の数値を(A)と、同じく駆血前の数値を(B)と、対照側における駆血後の数値を(C)と、同じく駆血前の数値を(D)とするとき、検査側駆血前後比(A/B)、対照側駆血前後比(C/D)及び前記検査側駆血前後比の前記対照側駆血前後比に対する検査側/対照側比((A/B)/(C/D))を求める第6ステップと、
前記検査側駆血前後比、前記対照側駆血前後比及び前記検査側/対照側比をそれぞれの基準値と対比する第7ステップと、
前記第7ステップにおける対比の結果から心血管疾患と血管内皮機能障害に関する情報を出力する第8ステップと、を備えることを特徴とする血管機能検査方法。 A blood vessel function test method,
A first step of preliminarily applying pressure to the first fingertip and the first wrist on the examination side and the second fingertip and the second wrist on the control side and measuring the respective pulse waves;
Determining whether the pressure is optimal for the subject, and if yes, maintaining a second optimum pressure;
An amplitude value is calculated on the basis of the measured pulse waves before blood transfusion, and a chaotic attractor before blood transfusion related to the first fingertip, the first wrist, the second fingertip, and the second wrist is calculated. A third step of calculating;
A fourth step of applying blood pressure to the first fingertip and the first wrist on the examination side for a predetermined time;
An amplitude value is calculated based on the measured pulse waves after the blood transfusion, and a chaotic attractor after the blood transfusion related to the first fingertip, the first wrist, the second fingertip, and the second wrist is calculated. A fifth step of calculating;
Regarding the amplitude value calculated in the fifth step and the calculated chaos attractor, the numerical value after blood driving on the examination side is (A), the numerical value before blood driving is also (B), and the blood pressure is transferred on the control side. When the subsequent numerical value is (C) and the numerical value before the blood transfusion is (D), the ratio before and after the test side driving (A / B), the ratio before and after the control side driving (C / D), and the test side A sixth step of obtaining a test side / control side ratio ((A / B) / (C / D)) of the pre- and post-transfusion ratio relative to the control-side pre-driving ratio;
A seventh step of comparing the test side pre- and post-drive ratio, the control side pre- and post-drive ratio, and the test / control side ratio with respective reference values;
An eighth step of outputting information relating to cardiovascular disease and vascular endothelial dysfunction based on a result of comparison in the seventh step.
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