拍動管の力学特性検出装置及び拍動管の力学特性を検出するためのプログラム
【課題】血管のような拍動管の力学特性検出において、管壁の形状因子を含まず拍動管自体の特性を評価できるようにする。
【解決手段】拍動管の力学特性検出装置としては、拍動管における拍動流の圧力Ｐ（ｔ）を検出する圧力検出手段と拍動管の管径（ｒ）を検出する管径検出手段と、拍動管について圧力Ｐ（ｔ）とｒ（ｔ）の関係を表す粘弾性モデルによる式から最小二乗法を用いた回帰分析により粘性ＢＰ、剛性ＥＰを求め、さらにＢＰ，ＥＰと拍動管壁の慣性ＭＰとから管壁の厚さに依存しない拍動管の特性の評価指標であるＢＭ，ＥＭを算出する。
【解決手段】拍動管の力学特性検出装置としては、拍動管における拍動流の圧力Ｐ（ｔ）を検出する圧力検出手段と拍動管の管径（ｒ）を検出する管径検出手段と、拍動管について圧力Ｐ（ｔ）とｒ（ｔ）の関係を表す粘弾性モデルによる式から最小二乗法を用いた回帰分析により粘性ＢＰ、剛性ＥＰを求め、さらにＢＰ，ＥＰと拍動管壁の慣性ＭＰとから管壁の厚さに依存しない拍動管の特性の評価指標であるＢＭ，ＥＭを算出する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、拍動管の力学特性検出装置及び拍動管の力学特性を検出するためのプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
動脈硬化症疾患は血管壁の肥大化、石灰化により発症すると考えられ、特に血管壁の肥大化による動脈硬化は脳梗塞、心筋梗塞、大動脈瘤などの要因になる。動脈硬化性疾患の発症を予防するためには、検査により動脈硬化をできるだけ早期に発見し、治療する必要がある。
【０００３】
動脈硬化は動脈の硬さに関連しているとされることから、動脈硬化の検査指標として動脈硬化度が用いられている。動脈硬化度は圧力と歪みから算出され、血管壁の厚み、組織の硬さを含んだ指標であり、動脈硬化度（スティフネスパラメータ）、剛性等が用いられる。血管壁が肥大化した（血管壁の厚みが増大した）場合には、組織の硬さが一定であっても血管壁の剛性が増大する。血管壁が石灰化した場合には、血管壁の厚みが一定であっても、血管壁組織が硬くなり、剛性が増大する。
【０００４】
動脈硬化の血管への影響としては動脈硬化度だけでなく粘性も変化することが考えられる。動脈の粘性特性は血管壁における平滑筋の特性を反映したものであり、粘性は圧力と歪み速度から求められる。また、血管壁の肥大化による動脈硬化の初期症状として、血管壁内膜における平滑筋の増殖があると考えられる。
【０００５】
動脈硬化度を検査することについて、下記の文献に記載されるようなものがある。特許文献１には、脳波伝播速度と血圧とに基づいて算出したＣＡＶＩから新たな動脈硬化指数としてＰＷＶｏｒｉ等を導出し動脈硬化度を評価することについて記載されている。
【０００６】
特許文献２には、プロトコフ音の消失する圧力値が動脈硬化の程度依存することを利用した動脈硬化度を推定することについて記載されている。また、特許文献３には、心電計による心電図と、光電脈波計によるプレチスモグラムと、血圧値とに基づいて、血管壁を粘弾性モデル化した場合の粘性、剛性、慣性の相対値の経時的変化を求める血管壁モニタリングについて記載されている。
【特許文献１】特開２００７−１４６８４号公報
【特許文献２】特開２００７−２４４６０５号公報
【特許文献３】特開２００６−１２９９５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
動脈硬化の早期発見を実現するためにはホームヘルスケアが重要になる。現状では脈波伝播速度を用いた動脈硬化度の測定を専門施設で行うことがなされているが、これはそのための専門技術者が行うことになり、また、測定に際しては全身を拘束する必要があり、ホームヘルスケアとしては、より簡易で局所の動脈についての測定から動脈硬化を推定できるようにすることが望まれる。
【０００８】
また、動脈硬化の血管への影響は動脈硬化度だけでなく粘性も変化することが考えられるため、粘弾性特性を検出することが望まれる。さらに、従来用いられている動脈硬化度、剛性というようなパラメータは血管壁の厚さ、径という形状因子を含んだものであり、それらのみでは血管壁自体の特性を評価する上では十分でなかった。
【０００９】
特許文献３に示されるような血管壁モニタリング装置では、機械的インピーダンスモデルにより算出した慣性、粘性、剛性は血管壁の厚みの影響を含んでいる。この場合に血管壁の厚み、血管径を測定してそれらの影響を除去することが望ましいが、光電法を用いた場合には血管壁の厚みを測定するのは困難である。このように、特許文献３のような血管壁モニタリングで血管壁の厚みの影響の除去、血管の力学特性を正確に算出する上では難点があった。
【００１０】
このように、従来の動脈硬化度の検出においては、血管壁の厚み、径という形状因子が含まれたものとしての検出を行っており、血管壁自体の特性を評価する上で十分なものではなかったので、血管壁の形状因子を含まない形で血管壁自体の特性を検出し、対処療法についての情報がより詳細に得られるようにすることが望まれていた。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、前述したような課題を解決すべくなしたものであり、本発明による拍動管の力学特性検出装置は、拍動管における拍動流の圧力を検出する圧力検出手段と、拍動管の管径を検出する管径検出手段と、該圧力検出手段により検出された拍動流の圧力Ｐ（ｔ）と該管径検出手段により検出された拍動管の半径ｒ（ｔ）とについて演算処理を行う演算処理部とを備えてなり、前記演算処理部においては、拍動管について粘弾性モデルにより、拍動管の半径をｒ（ｔ）、歪みをξ（ｔ）、慣性をＭＰ、粘性をＢＰ、剛性をＥＰ、拍動流の圧力をＰ（ｔ）として
【数１】
で表し、（１）式に前記圧力検出手段により検出された圧力Ｐ（ｔ）と前記管径検出手段により検出された拍動管の半径ｒ（ｔ）を適用し最小二乗法を用いた回帰分析により求められたＭＰ，ＢＰ，ＥＰに対し管壁の厚さに依存しない拍動管の特性の評価指標であるＢＭ，ＥＭを
【数５】
として算出するようにしたものである。
【００１２】
また、本発明による拍動管の力学特性検出装置は、拍動管における拍動流の圧力を検出する圧力検出手段と、拍動管の管径を検出する管径検出手段と、該圧力検出手段により検出された拍動流の圧力Ｐ（ｔ）と該管径検出手段により検出された拍動管の半径ｒ（ｔ）とについて演算処理を行う演算処理部とを備えてなり、前記演算処理部においては、拍動管について粘弾性モデルにより、拍動管の半径をｒ（ｔ）、歪みをξ（ｔ）、慣性をＭＰ、粘性をＢＰ、剛性をＥＰ、拍動流の圧力をＰ（ｔ）として
【数１】
で表し、（１）式を
【数３】
のように変換した（２）に前記圧力検出手段により検出された圧力Ｐ（ｔ）と前記管径検出手段により検出された拍動管の半径ｒ（ｔ）を適用し最小二乗法を用いた回帰分析により求められたα，β，γから
【数４】
によりＭＰ，ＢＰ，ＥＰを求め、さらに管壁の厚さに依存しない拍動管の特性の評価指標であるＢＭ，ＥＭを
【数５】
として算出するようにしたものとしてもよい。
【００１３】
前記算出された拍動管の特性の評価指標を表示する表示手段を備えているものとしてもよい。
【００１４】
本発明による拍動管の力学特性を検出するためのプログラムは、圧力検出手段により検出された拍動管における拍動流の圧力と、管径検出手段により検出された拍動管の管径とについて演算処理を行うことにより拍動管の力学特性を検出することをコンピュータ上で行うためのプログラムであって、拍動管について粘弾性モデルにより、拍動管の半径をｒ（ｔ）、歪みをξ（ｔ）、慣性をＭＰ、粘性をＢＰ、剛性をＥＰ、拍動流の圧力をＰ（ｔ）として
【数１】
で表し、（１）式に圧力Ｐ（ｔ）と拍動管の半径ｒ（ｔ）を適用し最小二乗法を用いた回帰分析により求められたＭＰ，ＢＰ，ＥＰに対し管壁の厚さに依存しない拍動管の特性の評価指標であるＢＭ，ＥＭを
【数５】
として算出するようにしたものである。
【００１５】
また、本発明による拍動管の力学特性を検出するためのプログラムは、圧力検出手段により検出された拍動管における拍動流の圧力と、管径検出手段により検出された拍動管の管径とについて演算処理を行うことにより拍動管の力学特性を検出することをコンピュータ上で行うためのプログラムであって、拍動管について粘弾性モデルにより、拍動管の半径をｒ（ｔ）、歪みをξ（ｔ）、慣性をＭＰ、粘性をＢＰ、剛性をＥＰ、拍動流の圧力をＰ（ｔ）として
【数１】
で表し、（１）式を
【数３】
のように変換した（２）に前記圧力検出手段により検出された圧力Ｐ（ｔ）と前記管径検出手段により検出された拍動管の半径ｒ（ｔ）を適用し最小二乗法を用いた回帰分析により求められたα，β，γから
【数４】
によりＭＰ，ＢＰ，ＥＰを求め、さらに管壁の厚さに依存しない拍動管の特性の評価指標であるＢＭ，ＥＭを
【数５】
として算出するようにしたものとしてもよい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明においては、拍動管についての粘弾性モデルを表す式から管壁の厚みに依存しない指標としてのＢＭ，ＥＭを求めることにより、管壁自体の特性を評価することが可能になる。血管の特性検出に適用した場合においては、血管組織の硬さを推定することができ、指標としてのＢＭ，ＥＭと従来用いられている動脈硬化度とを組み合わせて用いることにより、動脈硬化が石灰化等の組織自体の硬さの変化か厚みの変化によるものか等についての識別が可能になり、対処療法についての情報がより詳細に得られる。また、データの演算処理において、粘弾性モデルを表す式を変換して用いることにより、拍動管の慣性の大きさによる誤差を小さくして、精度の高い演算処理がなされる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明は拍動管の力学特性を検出する装置に関わり、拍動管を生体における動脈血管として動脈硬化の状況等の特性を検出するのに適用されるものである。最初に血管についての特性検出装置の形態と検出されたデータの処理について説明し、また、拍動管を擬似血管とした場合の力学的特性検出について説明する。
【００１８】
（Ａ）血管の特性検出装置
図１は、動脈について光電脈波及び圧力脈波を測定する場合の装置の形態を概略的に示すものである。図１における検出装置は、検出部１と、制御部２と、演算・表示部３とを備えている。検出部１は血管の圧力脈波を測定するトノメトリ式の圧力センサ４と、発光素子ＬＥＤ５ａ及び受光素子ＰＤ５ｂを有する光電脈波計５とを備えている。制御部２は血管（ＡＲ）へのカフ圧付与手段６を含み、検出部１における圧力センサ２と光電脈波計５への電源供給、動作制御を行う。演算・表示部３は検出部１の圧力センサ４及び光電脈波計５により得られた検出信号によるデータについての演算処理を行い、また処理結果を表示するものである。
【００１９】
このような検出装置を用いて動脈硬化度を測定する際に、カフ圧付加手段により動脈に対しカフ圧を加えつつ、圧力脈波と光電脈波とを測定し、測定データの演算処理を行い、動脈硬化を表す指標を求める。
【００２０】
（Ｂ）検出データの演算処理
血管の力学特性を検出する上で、血管壁について図２に示す粘弾性モデルを用いて考える。この粘弾性モデルにおいて、断面で示される血管は管内の流体の圧力変動とともに半径ｒが変化する。血管は粘弾性モデルにおける弾性係数Ｅｐ、粘性係数Ｂｐをもつ力学系として動作し、半径が時間的にｒ（ｔ）として変化すると考えられる。
【００２１】
図２の粘弾性モデルにおいて、Ｍｐ：拍動管壁の慣性、Ｂｐ：粘性、Ｅｐ：剛性、Ｐ（ｔ）：圧力、ｒ（ｔ）：血管半径とし（ｔは時間を表す）、基準時における圧力をＰ０、基準時の半径をｒ０とし、ｄＰ（ｔ）＝Ｐ（ｔ）−Ｐ０，ξ（ｔ）＝｛ｒ（ｔ）−ｒ０｝／ｒ０とすると、粘弾性モデルの力学特性は、
【数１】
の形で表される。（１）式の形から最小二乗法を用いた回帰分析によりＭｐ，Ｂｐ，Ｅｐを算出することができるが、この場合Ｍｐの大きさの関係により、誤差が大きくなり易い。そこで、本発明においては、（１）式を次のように変換してＭｐ，Ｂｐ，Ｅｐ求めるようにする。
【００２２】
（１）式において、１階微分、２階微分をそれぞれ
【数２】
で置き換えると、（１）式は
【数３】
のようになる。ここで、
【数４】
である。
【００２３】
次に、（２）式について、最小二乗法を用いた回帰分析によりＭｐ，Ｂｐ，Ｅｐを求める。このように求められたＢｐ，Ｅｐは形状因子を含むものであるが、これから
【数５】
によりＢＭ，ＥＭを求める。ＢＭ，ＥＭは血管についての形状因子を除去したものと言える。
【００２４】
図１の血管についての特性検出装置では、圧力脈波として圧力Ｐ（ｔ）が得られ、また光電脈波としては血管の半径ｒ（ｔ）に対応する電圧値Ｖ（ｔ）が得られる。得られた圧力Ｐ（ｔ）から式（１）におけるｄＰ（ｔ）が求められ、また、得られた電圧値Ｖ（ｔ）から
ｒ（ｔ）＝ｋ１（ｘ,ｙ）｛Ｖ（ｔ）−Ｖ０｝，
ｒ０＝ｋ２（ｘ,ｙ）・Ｖ０ ……………（５）
としてｒ（ｔ），ｒ０が求められ（Ｖ０は基準時における電圧値）、これから（１）式における歪みξ（ｔ）＝｛ｒ（ｔ）−ｒ０｝／ｒ０が求められる。ただし、（５）式におけるｋ１（ｘ，ｙ）及びｋ２（ｘ，ｙ）は、それぞれｘ（血管の深さ）、ｙ（ＬＥＤとＰＤとの間隔）に応じた補正係数である。
【００２５】
前述の演算処理のアルゴリズムでは、（１）式による粘弾性モデルを（２）式のように変換し、パラメータα，β，γを求めた上でパラメータＭＰ，ＢＰ，ＥＰを求めるようにしたので、ＭＰの大きさの関係による誤差が小さくすることができ、演算処理の精度が高められる。また、パラメータＭＰ，ＢＰ，ＥＰからさらに（５）式によりパラメータＢＭ，ＥＭを求めるようにしており、このパラメータは血管の形状因子を除いた特性を示すものとして、動脈硬化についての評価を行う上でより詳細な情報が得られるものである。また、演算処理により求められたＢＭ，ＥＭ等の結果を表示部に表示することにより、動脈硬化の状況について詳細に判別することができる。
【００２６】
（Ｃ）擬似血管を用いた拍動管の力学特性検出装置
本発明においては、直接生体の動脈に対し動脈硬化度についての測定を行う代わりに、ラテックスによる擬似血管を拍動管として用いた被検査体と、この被検査体を動脈血管と同様の状況になるように動作させた時の拍動管の状況を検出する特性検出装置を構成し、これを用いて（Ｂ）で示した血管の特性検出における演算処理のアルゴリズムの妥当性を検証する。この場合の疑似血管としてのラテックスによる拍動管は医療機器を作製する上で力学特性に関し血管と同様に扱えるものとして利用されているものである。
【００２７】
図３（ａ）は拍動管の力学特性検出装置におけるテストセクションの部分を示しており、図３（ｂ）は拍動管の力学特性検出装置の構成を概略的に示し、図３（ｃ）は拍動管に流体を給送する循環回路の構成を示している。
【００２８】
図３（ａ）に示すテストセクションＴにおいては、槽１１内にゼラチン１２が満たされており、このゼラチン１２内に渡される所定長さの擬似血管としてのラテックス管１３の両端が槽１１の縁壁に取り付けられた流路管１４ａ，１４ｂにそれぞれ接続され保持されており、流路管１４ａ，１４ｂは循環回路の一部となるように接続されていて、作動流体としての水が拍動管を介して一方の流路管から他方の流路管へ流れるようにしてある。
【００２９】
流路管１４ａ，１４ｂの外径は４ｍｍ程度、内径が３．５ｍｍ程度の金属管であり、ラテックス管１３としては力学特性検出の際に厚み等のパラメータを変えたものを複数本用意しておき、交換して流路管１４ａ，１４ｂ間に装着できるようにする。
【００３０】
用いるラテックス樹脂の例として、レジテックス（株）のＮＲ−Ｌａｔｅｘ（製品名）があり、そのヤング率は約０．４８６ＭＰａである。ちなみに、血管のヤング率は０．０１９〜０．３０６Ｐａである。ゼラチンの例としては、和光純薬工業（株）のゼラチン（製品元コード：０７７−３１５５）を用いることができ、水：ゼラチン＝１：２０の比率でゼラチン水溶液を作製し、冷却、凝固させた後、常温（約２０°Ｃ）の条件下で用いる。
【００３１】
図３（ｂ）に示す拍動管の力学特性検出装置においては、図３（ａ）のテストセクションＴにおいて流路管１４ａ，１４ｂ間に接続されたラテックス管１３内への作動流体の入口側に圧力計Ｐ１が配され、出口側に圧力計Ｐ２が配設されており、それぞれラテックス管１３の入口側、出口側の流体圧力を検出する。
【００３２】
また、ラテックス管１３の径を計測するための手段としてレーザ変位計が配設されている。レーザ変位計はレーザ光をラテックス管１３に照射するレーザ光源とラテックス管１３からの反射光を受光する受光手段とを備えたヘッド部Ｌと、ヘッド部ＬをテストセクションＴに対しＸ、Ｙ、Ｚ方向に相対的に変位させるためのアクチュエータとを備えており、レーザ光源はパルス状レーザ光をラテックス管１３に向け照射し、受光部で受光された光の時間差からラテックス管１３の位置を算出する。制御部１５ではアクチュエータの動作によりヘッド部ＬをテストセクションＴに対し相対的にＸ，Ｙ，Ｚ方向に移変位させ、ヘッド部における発光、受光の動作、受光光による位置データの送出を行う。
【００３３】
圧力計Ｐ１，Ｐ２で測定された圧力のデータ、レーザ変位計Ｌで測定されたラテックス管径のデータは演算処理部２０に伝送され、演算処理がなされる。２１は演算処理結果の表示手段である。
【００３４】
図３（ｃ）はテストセクションＴにおけるラテックス管１３内に拍動流となるように作動流体を流すための循環回路を示しており、この循環回路において、作動流体としての水を貯留する水槽Ｖと圧力調整用の水槽Ａとが備えられ、空気拍動型ポンプＨによりテストセクションＴにおけるラテックス管１３を通る周回流路を水が拍動流をなして流れるように制御される。循環回路において、拍動周波数は１Ｈｚ程度で生体における拍動と同程度とし、最大／最低圧力は９．５／３．０ｋＰａ、平均流量は０．２Ｌ／ｍｉｎ程度で上腕の流量と同程度とする。
【００３５】
テストセクションＴを通る周回流路を短絡する流路中に開閉弁Ｒ１が設けられ、テストセクションＴを通る周回流路を短絡する流路中に開閉弁Ｒ２が設けられており、それぞれ流量を調整する。テストセクションＴを通る周回回路を短絡する流路はテストセクションＴにおいて流量調節をし易くすることを意図したものであり、両方の開閉弁Ｒ１，Ｒ２を用いて流量を調節する。また、周回回路中に水槽Ａからの流量を計測する流量計Ｇ１と、テストセクションＴを通る流量を計測する流量計Ｇ２とが設けられており、流量計Ｇ１，Ｇ２による流量データに応じて制御部Ｃは開閉弁Ｒ１，Ｒ２の調節により流量の制御を行う。
【００３６】
空気拍動型ポンプＨには開閉弁が備えられており、水の吸入時には水槽Ｖ側が開いて水槽Ａ側が閉じ、水の吐出し時には水槽Ｖ側が閉じて水槽Ａ側が開くようにしてあり、この動作によって流路中に拍動流が生じる。また、水槽Ａの水位によって圧力が調節される。
【００３７】
このように、ポンプＨの動作により循環回路において拍動流が生じ、開閉弁Ｒ１、Ｒ２の制御により流量が調節され、テストセクションＴにおける擬似血管としてのラテックス管１３は血管を模擬した動作状態にされる。制御部Ｃはこのような拍動流の発生のための空気拍動型ポンプＨの動作制御と、流量調節のための開閉弁Ｒ１，Ｒ２の制御を行う。
【００３８】
このような拍動管の力学特性検出装置において、テストセクションＴにおける擬似血管としてのラテックス管を継続的に拍動流が流れるようにした状態で、ラテックス管の入口側と出口側の圧力計Ｐ１，Ｐ２により圧力を測定し、また、レーザ変位計Ｌにより管径の測定を行い、圧力計Ｐ１，Ｐ２で得られた圧力の平均値を粘弾性モデルによる（１）式での圧力Ｐ（ｔ）とし、また、得られた管径のデータをｒ（ｔ）として演算処理部２０で（２）において説明したのと同様に演算処理する。
【００３９】
ラテックスの擬似血管としては、おなじ材質で異なる管厚のものを用意しておき、ある管厚の擬似血管について圧力、管径の検出を行い、演算処理によりパラメータＭＰ，ＢＰ，ＥＰを求める。さらに、このような圧力、管径の検出を異なる管厚の擬似血管について行う。
【００４０】
図４（ａ），（ｂ），（ｃ）は、それぞれこのように求められたＭＰ，ＢＰ，ＥＰと管厚ｈ（ｍｍ）との関係を示すものであり、（ａ）のＭＰ−ｈと（ｃ）のＥＰ−ｈの関係では、物性値をもとに計算で求めた理論値を合わせて示してある。（ａ）のＭＰ−ｈの関係では検出データの解析によるものは決定係数Ｒ２＝０．９２で線形性を有して増加し、（ｂ）のＢＰ−ｈの関係ではＲ２＝０．６４で線形性を有して増加し、また、（ｃ）のＥＰ−ｈの関係ではＲ２＝０．９２で線形性を有して増加している。
【００４１】
図５（ａ），（ｂ）はそれぞれ検出データの演算により求められたＢＰ，ＥＰから（４）式により算出したＢＭ，ＥＭとｈとの関係を示すものである。ここでは、（１）式からの演算により求めたＢＰ，ＥＰから算出したＢＭ，ＥＭについての結果を示している。（ａ）のＢＭ−ｈの関係では決定係数Ｒ２＝０．００であり、ＢＭは管壁の厚みに対して無相関であることがわかる。また、（ｂ）のＥＭ−ｈの関係では決定係数Ｒ２＝０．４３であり、ＥＭは管壁の厚みの影響を受けないことがわかる。
【００４２】
以上のように、ラテックスの擬似血管を用いた力学特性検出装置で検出されたデータについて演算処理を行って得られたパラメータとして、ＢＰ，ＥＰは管壁の厚みに依存し、線形性をもつ変化をするのに対し、ＢＭ，ＥＭは管壁の厚みに依存することはなく、管の材質自体による特性の評価を行うことができるものである。
【００４３】
ラテックスの擬似血管を拍動管として用いた特性検出装置では、検出で得られたデータから（Ｂ）での粘弾性モデルについての（１）式をもとにパラメータＢＭ，ＥＭを算出しており、この手順は（Ａ）の血管についての特性検出装置での検出により得られたデータについても同様になし得るものである。血管についての特性検出装置としては、トノメトリ式圧力計により圧力脈波が検出され、これをＰ（ｔ）とし、ＬＥＤ−ＰＤを用いた光電センサにより光電脈波が検出され、その電圧値Ｖ（ｔ）から（５）式によりｒ（ｔ）が求められる。
【００４４】
前述した拍動管の力学特性検出装置は拍動管について圧力脈波、光電脈波を検出し、拍動管の管径、拍動流の圧力を求め、そのデータについて演算処理を行って拍動管の特性検出を行うものであり、検出により得られたデータの演算処理を行うための演算回路からなる演算処理部２０（図３（ｂ），（ｃ））を備えたものとして説明したが、演算処理に関してはそのための演算プログラムを搭載した汎用のコンピュータを用いて行うこともできる。
【００４５】
このように汎用コンピュータに搭載するプログラムは、拍動管について粘弾性モデルにより、拍動管の半径をｒ（ｔ）、歪みをξ（ｔ）、慣性をＭＰ、粘性をＢＰ、剛性をＥＰ、拍動流の圧力をＰ（ｔ）として（１）式で表し、圧力Ｐ（ｔ）と拍動管の半径ｒ（ｔ）を（１）式に適用し最小二乗法を用いた回帰分析により求められたＭＰ，ＢＰ，ＥＰに対し管壁の厚さに依存しない拍動管の特性の評価指標であるＢＭ，ＥＭを（４）式から算出する演算を行うものであり、ＭＰ，ＢＰ，ＥＰを求めるに際し、（１）式を変換した（２）式からα，β，γを求め、このα，β，γから（３）式によりようにしたＭＰ，ＢＰ，ＥＰを求めるのが好ましい。このように、本発明は拍動管の力学特性検出装置であるとともに、拍動管の力学特性を検出するためのプログラムとしても具体化されるものである。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明による拍動管の力学特性検出装置により動脈についての特性検出装置を行う場合を概略的に示す図である。
【図２】拍動管についての粘弾性モデルを示す図である。
【図３】本発明による擬似血管を用いた拍動管の力学特性検出装置の構成を示す図であり、（ａ）は拍動管の力学特性検出装置におけるテストセクションの部分を示し、（ｂ）は拍動管の力学特性検出装置の構成を概略的に示し、（ｃ）は拍動管に流体を供給する循環回路を示す図である。
【図４】本発明による擬似血管を用いた拍動管の力学特性検出装置で求められた形状因子に依存するパラメータと管壁厚みとの関係を示す図であり、（ａ）は慣性ＭＰと管壁の厚さｈとの関係、（ｂ）は粘性ＢＰと管壁の厚さｈとの関係、（ｃ）は剛性ＥＰと管壁の厚さｈとの関係を示す図である。
【図５】本発明による擬似血管を用いた拍動管の力学特性検出装置で求められた形状因子に依存しないパラメータと管壁厚みとの関係を示す図であり、（ａ）は評価指標ＢＭと管壁の厚さｈとの関係、（ｂ）は評価指標ＥＭと管壁の厚さｈとの関係を示す図である。
【符号の説明】
【００４７】
１ 検出部
２ 制御部
３ 表示部
４ 圧力センサ
５ａ 発光素子
５ｂ 受光素子
６ カフ圧付与手段
１１ 槽
１２ ゼラチン
１３ ラテックス管
１４ａ，１４ｂ 流路管
２０ 演算処理部
２１ 表示手段
Ｔ テストセクション
Ｌ ヘッド部
Ｐ１，Ｐ２ 圧力計
Ｒ１，Ｒ２ 開閉弁
Ｇ１，Ｇ２ 流量計
Ｖ，Ａ 水槽
Ｈ 空気拍動型ポンプ
Ｃ 制御部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、拍動管の力学特性検出装置及び拍動管の力学特性を検出するためのプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
動脈硬化症疾患は血管壁の肥大化、石灰化により発症すると考えられ、特に血管壁の肥大化による動脈硬化は脳梗塞、心筋梗塞、大動脈瘤などの要因になる。動脈硬化性疾患の発症を予防するためには、検査により動脈硬化をできるだけ早期に発見し、治療する必要がある。
【０００３】
動脈硬化は動脈の硬さに関連しているとされることから、動脈硬化の検査指標として動脈硬化度が用いられている。動脈硬化度は圧力と歪みから算出され、血管壁の厚み、組織の硬さを含んだ指標であり、動脈硬化度（スティフネスパラメータ）、剛性等が用いられる。血管壁が肥大化した（血管壁の厚みが増大した）場合には、組織の硬さが一定であっても血管壁の剛性が増大する。血管壁が石灰化した場合には、血管壁の厚みが一定であっても、血管壁組織が硬くなり、剛性が増大する。
【０００４】
動脈硬化の血管への影響としては動脈硬化度だけでなく粘性も変化することが考えられる。動脈の粘性特性は血管壁における平滑筋の特性を反映したものであり、粘性は圧力と歪み速度から求められる。また、血管壁の肥大化による動脈硬化の初期症状として、血管壁内膜における平滑筋の増殖があると考えられる。
【０００５】
動脈硬化度を検査することについて、下記の文献に記載されるようなものがある。特許文献１には、脳波伝播速度と血圧とに基づいて算出したＣＡＶＩから新たな動脈硬化指数としてＰＷＶｏｒｉ等を導出し動脈硬化度を評価することについて記載されている。
【０００６】
特許文献２には、プロトコフ音の消失する圧力値が動脈硬化の程度依存することを利用した動脈硬化度を推定することについて記載されている。また、特許文献３には、心電計による心電図と、光電脈波計によるプレチスモグラムと、血圧値とに基づいて、血管壁を粘弾性モデル化した場合の粘性、剛性、慣性の相対値の経時的変化を求める血管壁モニタリングについて記載されている。
【特許文献１】特開２００７−１４６８４号公報
【特許文献２】特開２００７−２４４６０５号公報
【特許文献３】特開２００６−１２９９５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
動脈硬化の早期発見を実現するためにはホームヘルスケアが重要になる。現状では脈波伝播速度を用いた動脈硬化度の測定を専門施設で行うことがなされているが、これはそのための専門技術者が行うことになり、また、測定に際しては全身を拘束する必要があり、ホームヘルスケアとしては、より簡易で局所の動脈についての測定から動脈硬化を推定できるようにすることが望まれる。
【０００８】
また、動脈硬化の血管への影響は動脈硬化度だけでなく粘性も変化することが考えられるため、粘弾性特性を検出することが望まれる。さらに、従来用いられている動脈硬化度、剛性というようなパラメータは血管壁の厚さ、径という形状因子を含んだものであり、それらのみでは血管壁自体の特性を評価する上では十分でなかった。
【０００９】
特許文献３に示されるような血管壁モニタリング装置では、機械的インピーダンスモデルにより算出した慣性、粘性、剛性は血管壁の厚みの影響を含んでいる。この場合に血管壁の厚み、血管径を測定してそれらの影響を除去することが望ましいが、光電法を用いた場合には血管壁の厚みを測定するのは困難である。このように、特許文献３のような血管壁モニタリングで血管壁の厚みの影響の除去、血管の力学特性を正確に算出する上では難点があった。
【００１０】
このように、従来の動脈硬化度の検出においては、血管壁の厚み、径という形状因子が含まれたものとしての検出を行っており、血管壁自体の特性を評価する上で十分なものではなかったので、血管壁の形状因子を含まない形で血管壁自体の特性を検出し、対処療法についての情報がより詳細に得られるようにすることが望まれていた。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、前述したような課題を解決すべくなしたものであり、本発明による拍動管の力学特性検出装置は、拍動管における拍動流の圧力を検出する圧力検出手段と、拍動管の管径を検出する管径検出手段と、該圧力検出手段により検出された拍動流の圧力Ｐ（ｔ）と該管径検出手段により検出された拍動管の半径ｒ（ｔ）とについて演算処理を行う演算処理部とを備えてなり、前記演算処理部においては、拍動管について粘弾性モデルにより、拍動管の半径をｒ（ｔ）、歪みをξ（ｔ）、慣性をＭＰ、粘性をＢＰ、剛性をＥＰ、拍動流の圧力をＰ（ｔ）として
【数１】
で表し、（１）式に前記圧力検出手段により検出された圧力Ｐ（ｔ）と前記管径検出手段により検出された拍動管の半径ｒ（ｔ）を適用し最小二乗法を用いた回帰分析により求められたＭＰ，ＢＰ，ＥＰに対し管壁の厚さに依存しない拍動管の特性の評価指標であるＢＭ，ＥＭを
【数５】
として算出するようにしたものである。
【００１２】
また、本発明による拍動管の力学特性検出装置は、拍動管における拍動流の圧力を検出する圧力検出手段と、拍動管の管径を検出する管径検出手段と、該圧力検出手段により検出された拍動流の圧力Ｐ（ｔ）と該管径検出手段により検出された拍動管の半径ｒ（ｔ）とについて演算処理を行う演算処理部とを備えてなり、前記演算処理部においては、拍動管について粘弾性モデルにより、拍動管の半径をｒ（ｔ）、歪みをξ（ｔ）、慣性をＭＰ、粘性をＢＰ、剛性をＥＰ、拍動流の圧力をＰ（ｔ）として
【数１】
で表し、（１）式を
【数３】
のように変換した（２）に前記圧力検出手段により検出された圧力Ｐ（ｔ）と前記管径検出手段により検出された拍動管の半径ｒ（ｔ）を適用し最小二乗法を用いた回帰分析により求められたα，β，γから
【数４】
によりＭＰ，ＢＰ，ＥＰを求め、さらに管壁の厚さに依存しない拍動管の特性の評価指標であるＢＭ，ＥＭを
【数５】
として算出するようにしたものとしてもよい。
【００１３】
前記算出された拍動管の特性の評価指標を表示する表示手段を備えているものとしてもよい。
【００１４】
本発明による拍動管の力学特性を検出するためのプログラムは、圧力検出手段により検出された拍動管における拍動流の圧力と、管径検出手段により検出された拍動管の管径とについて演算処理を行うことにより拍動管の力学特性を検出することをコンピュータ上で行うためのプログラムであって、拍動管について粘弾性モデルにより、拍動管の半径をｒ（ｔ）、歪みをξ（ｔ）、慣性をＭＰ、粘性をＢＰ、剛性をＥＰ、拍動流の圧力をＰ（ｔ）として
【数１】
で表し、（１）式に圧力Ｐ（ｔ）と拍動管の半径ｒ（ｔ）を適用し最小二乗法を用いた回帰分析により求められたＭＰ，ＢＰ，ＥＰに対し管壁の厚さに依存しない拍動管の特性の評価指標であるＢＭ，ＥＭを
【数５】
として算出するようにしたものである。
【００１５】
また、本発明による拍動管の力学特性を検出するためのプログラムは、圧力検出手段により検出された拍動管における拍動流の圧力と、管径検出手段により検出された拍動管の管径とについて演算処理を行うことにより拍動管の力学特性を検出することをコンピュータ上で行うためのプログラムであって、拍動管について粘弾性モデルにより、拍動管の半径をｒ（ｔ）、歪みをξ（ｔ）、慣性をＭＰ、粘性をＢＰ、剛性をＥＰ、拍動流の圧力をＰ（ｔ）として
【数１】
で表し、（１）式を
【数３】
のように変換した（２）に前記圧力検出手段により検出された圧力Ｐ（ｔ）と前記管径検出手段により検出された拍動管の半径ｒ（ｔ）を適用し最小二乗法を用いた回帰分析により求められたα，β，γから
【数４】
によりＭＰ，ＢＰ，ＥＰを求め、さらに管壁の厚さに依存しない拍動管の特性の評価指標であるＢＭ，ＥＭを
【数５】
として算出するようにしたものとしてもよい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明においては、拍動管についての粘弾性モデルを表す式から管壁の厚みに依存しない指標としてのＢＭ，ＥＭを求めることにより、管壁自体の特性を評価することが可能になる。血管の特性検出に適用した場合においては、血管組織の硬さを推定することができ、指標としてのＢＭ，ＥＭと従来用いられている動脈硬化度とを組み合わせて用いることにより、動脈硬化が石灰化等の組織自体の硬さの変化か厚みの変化によるものか等についての識別が可能になり、対処療法についての情報がより詳細に得られる。また、データの演算処理において、粘弾性モデルを表す式を変換して用いることにより、拍動管の慣性の大きさによる誤差を小さくして、精度の高い演算処理がなされる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明は拍動管の力学特性を検出する装置に関わり、拍動管を生体における動脈血管として動脈硬化の状況等の特性を検出するのに適用されるものである。最初に血管についての特性検出装置の形態と検出されたデータの処理について説明し、また、拍動管を擬似血管とした場合の力学的特性検出について説明する。
【００１８】
（Ａ）血管の特性検出装置
図１は、動脈について光電脈波及び圧力脈波を測定する場合の装置の形態を概略的に示すものである。図１における検出装置は、検出部１と、制御部２と、演算・表示部３とを備えている。検出部１は血管の圧力脈波を測定するトノメトリ式の圧力センサ４と、発光素子ＬＥＤ５ａ及び受光素子ＰＤ５ｂを有する光電脈波計５とを備えている。制御部２は血管（ＡＲ）へのカフ圧付与手段６を含み、検出部１における圧力センサ２と光電脈波計５への電源供給、動作制御を行う。演算・表示部３は検出部１の圧力センサ４及び光電脈波計５により得られた検出信号によるデータについての演算処理を行い、また処理結果を表示するものである。
【００１９】
このような検出装置を用いて動脈硬化度を測定する際に、カフ圧付加手段により動脈に対しカフ圧を加えつつ、圧力脈波と光電脈波とを測定し、測定データの演算処理を行い、動脈硬化を表す指標を求める。
【００２０】
（Ｂ）検出データの演算処理
血管の力学特性を検出する上で、血管壁について図２に示す粘弾性モデルを用いて考える。この粘弾性モデルにおいて、断面で示される血管は管内の流体の圧力変動とともに半径ｒが変化する。血管は粘弾性モデルにおける弾性係数Ｅｐ、粘性係数Ｂｐをもつ力学系として動作し、半径が時間的にｒ（ｔ）として変化すると考えられる。
【００２１】
図２の粘弾性モデルにおいて、Ｍｐ：拍動管壁の慣性、Ｂｐ：粘性、Ｅｐ：剛性、Ｐ（ｔ）：圧力、ｒ（ｔ）：血管半径とし（ｔは時間を表す）、基準時における圧力をＰ０、基準時の半径をｒ０とし、ｄＰ（ｔ）＝Ｐ（ｔ）−Ｐ０，ξ（ｔ）＝｛ｒ（ｔ）−ｒ０｝／ｒ０とすると、粘弾性モデルの力学特性は、
【数１】
の形で表される。（１）式の形から最小二乗法を用いた回帰分析によりＭｐ，Ｂｐ，Ｅｐを算出することができるが、この場合Ｍｐの大きさの関係により、誤差が大きくなり易い。そこで、本発明においては、（１）式を次のように変換してＭｐ，Ｂｐ，Ｅｐ求めるようにする。
【００２２】
（１）式において、１階微分、２階微分をそれぞれ
【数２】
で置き換えると、（１）式は
【数３】
のようになる。ここで、
【数４】
である。
【００２３】
次に、（２）式について、最小二乗法を用いた回帰分析によりＭｐ，Ｂｐ，Ｅｐを求める。このように求められたＢｐ，Ｅｐは形状因子を含むものであるが、これから
【数５】
によりＢＭ，ＥＭを求める。ＢＭ，ＥＭは血管についての形状因子を除去したものと言える。
【００２４】
図１の血管についての特性検出装置では、圧力脈波として圧力Ｐ（ｔ）が得られ、また光電脈波としては血管の半径ｒ（ｔ）に対応する電圧値Ｖ（ｔ）が得られる。得られた圧力Ｐ（ｔ）から式（１）におけるｄＰ（ｔ）が求められ、また、得られた電圧値Ｖ（ｔ）から
ｒ（ｔ）＝ｋ１（ｘ,ｙ）｛Ｖ（ｔ）−Ｖ０｝，
ｒ０＝ｋ２（ｘ,ｙ）・Ｖ０ ……………（５）
としてｒ（ｔ），ｒ０が求められ（Ｖ０は基準時における電圧値）、これから（１）式における歪みξ（ｔ）＝｛ｒ（ｔ）−ｒ０｝／ｒ０が求められる。ただし、（５）式におけるｋ１（ｘ，ｙ）及びｋ２（ｘ，ｙ）は、それぞれｘ（血管の深さ）、ｙ（ＬＥＤとＰＤとの間隔）に応じた補正係数である。
【００２５】
前述の演算処理のアルゴリズムでは、（１）式による粘弾性モデルを（２）式のように変換し、パラメータα，β，γを求めた上でパラメータＭＰ，ＢＰ，ＥＰを求めるようにしたので、ＭＰの大きさの関係による誤差が小さくすることができ、演算処理の精度が高められる。また、パラメータＭＰ，ＢＰ，ＥＰからさらに（５）式によりパラメータＢＭ，ＥＭを求めるようにしており、このパラメータは血管の形状因子を除いた特性を示すものとして、動脈硬化についての評価を行う上でより詳細な情報が得られるものである。また、演算処理により求められたＢＭ，ＥＭ等の結果を表示部に表示することにより、動脈硬化の状況について詳細に判別することができる。
【００２６】
（Ｃ）擬似血管を用いた拍動管の力学特性検出装置
本発明においては、直接生体の動脈に対し動脈硬化度についての測定を行う代わりに、ラテックスによる擬似血管を拍動管として用いた被検査体と、この被検査体を動脈血管と同様の状況になるように動作させた時の拍動管の状況を検出する特性検出装置を構成し、これを用いて（Ｂ）で示した血管の特性検出における演算処理のアルゴリズムの妥当性を検証する。この場合の疑似血管としてのラテックスによる拍動管は医療機器を作製する上で力学特性に関し血管と同様に扱えるものとして利用されているものである。
【００２７】
図３（ａ）は拍動管の力学特性検出装置におけるテストセクションの部分を示しており、図３（ｂ）は拍動管の力学特性検出装置の構成を概略的に示し、図３（ｃ）は拍動管に流体を給送する循環回路の構成を示している。
【００２８】
図３（ａ）に示すテストセクションＴにおいては、槽１１内にゼラチン１２が満たされており、このゼラチン１２内に渡される所定長さの擬似血管としてのラテックス管１３の両端が槽１１の縁壁に取り付けられた流路管１４ａ，１４ｂにそれぞれ接続され保持されており、流路管１４ａ，１４ｂは循環回路の一部となるように接続されていて、作動流体としての水が拍動管を介して一方の流路管から他方の流路管へ流れるようにしてある。
【００２９】
流路管１４ａ，１４ｂの外径は４ｍｍ程度、内径が３．５ｍｍ程度の金属管であり、ラテックス管１３としては力学特性検出の際に厚み等のパラメータを変えたものを複数本用意しておき、交換して流路管１４ａ，１４ｂ間に装着できるようにする。
【００３０】
用いるラテックス樹脂の例として、レジテックス（株）のＮＲ−Ｌａｔｅｘ（製品名）があり、そのヤング率は約０．４８６ＭＰａである。ちなみに、血管のヤング率は０．０１９〜０．３０６Ｐａである。ゼラチンの例としては、和光純薬工業（株）のゼラチン（製品元コード：０７７−３１５５）を用いることができ、水：ゼラチン＝１：２０の比率でゼラチン水溶液を作製し、冷却、凝固させた後、常温（約２０°Ｃ）の条件下で用いる。
【００３１】
図３（ｂ）に示す拍動管の力学特性検出装置においては、図３（ａ）のテストセクションＴにおいて流路管１４ａ，１４ｂ間に接続されたラテックス管１３内への作動流体の入口側に圧力計Ｐ１が配され、出口側に圧力計Ｐ２が配設されており、それぞれラテックス管１３の入口側、出口側の流体圧力を検出する。
【００３２】
また、ラテックス管１３の径を計測するための手段としてレーザ変位計が配設されている。レーザ変位計はレーザ光をラテックス管１３に照射するレーザ光源とラテックス管１３からの反射光を受光する受光手段とを備えたヘッド部Ｌと、ヘッド部ＬをテストセクションＴに対しＸ、Ｙ、Ｚ方向に相対的に変位させるためのアクチュエータとを備えており、レーザ光源はパルス状レーザ光をラテックス管１３に向け照射し、受光部で受光された光の時間差からラテックス管１３の位置を算出する。制御部１５ではアクチュエータの動作によりヘッド部ＬをテストセクションＴに対し相対的にＸ，Ｙ，Ｚ方向に移変位させ、ヘッド部における発光、受光の動作、受光光による位置データの送出を行う。
【００３３】
圧力計Ｐ１，Ｐ２で測定された圧力のデータ、レーザ変位計Ｌで測定されたラテックス管径のデータは演算処理部２０に伝送され、演算処理がなされる。２１は演算処理結果の表示手段である。
【００３４】
図３（ｃ）はテストセクションＴにおけるラテックス管１３内に拍動流となるように作動流体を流すための循環回路を示しており、この循環回路において、作動流体としての水を貯留する水槽Ｖと圧力調整用の水槽Ａとが備えられ、空気拍動型ポンプＨによりテストセクションＴにおけるラテックス管１３を通る周回流路を水が拍動流をなして流れるように制御される。循環回路において、拍動周波数は１Ｈｚ程度で生体における拍動と同程度とし、最大／最低圧力は９．５／３．０ｋＰａ、平均流量は０．２Ｌ／ｍｉｎ程度で上腕の流量と同程度とする。
【００３５】
テストセクションＴを通る周回流路を短絡する流路中に開閉弁Ｒ１が設けられ、テストセクションＴを通る周回流路を短絡する流路中に開閉弁Ｒ２が設けられており、それぞれ流量を調整する。テストセクションＴを通る周回回路を短絡する流路はテストセクションＴにおいて流量調節をし易くすることを意図したものであり、両方の開閉弁Ｒ１，Ｒ２を用いて流量を調節する。また、周回回路中に水槽Ａからの流量を計測する流量計Ｇ１と、テストセクションＴを通る流量を計測する流量計Ｇ２とが設けられており、流量計Ｇ１，Ｇ２による流量データに応じて制御部Ｃは開閉弁Ｒ１，Ｒ２の調節により流量の制御を行う。
【００３６】
空気拍動型ポンプＨには開閉弁が備えられており、水の吸入時には水槽Ｖ側が開いて水槽Ａ側が閉じ、水の吐出し時には水槽Ｖ側が閉じて水槽Ａ側が開くようにしてあり、この動作によって流路中に拍動流が生じる。また、水槽Ａの水位によって圧力が調節される。
【００３７】
このように、ポンプＨの動作により循環回路において拍動流が生じ、開閉弁Ｒ１、Ｒ２の制御により流量が調節され、テストセクションＴにおける擬似血管としてのラテックス管１３は血管を模擬した動作状態にされる。制御部Ｃはこのような拍動流の発生のための空気拍動型ポンプＨの動作制御と、流量調節のための開閉弁Ｒ１，Ｒ２の制御を行う。
【００３８】
このような拍動管の力学特性検出装置において、テストセクションＴにおける擬似血管としてのラテックス管を継続的に拍動流が流れるようにした状態で、ラテックス管の入口側と出口側の圧力計Ｐ１，Ｐ２により圧力を測定し、また、レーザ変位計Ｌにより管径の測定を行い、圧力計Ｐ１，Ｐ２で得られた圧力の平均値を粘弾性モデルによる（１）式での圧力Ｐ（ｔ）とし、また、得られた管径のデータをｒ（ｔ）として演算処理部２０で（２）において説明したのと同様に演算処理する。
【００３９】
ラテックスの擬似血管としては、おなじ材質で異なる管厚のものを用意しておき、ある管厚の擬似血管について圧力、管径の検出を行い、演算処理によりパラメータＭＰ，ＢＰ，ＥＰを求める。さらに、このような圧力、管径の検出を異なる管厚の擬似血管について行う。
【００４０】
図４（ａ），（ｂ），（ｃ）は、それぞれこのように求められたＭＰ，ＢＰ，ＥＰと管厚ｈ（ｍｍ）との関係を示すものであり、（ａ）のＭＰ−ｈと（ｃ）のＥＰ−ｈの関係では、物性値をもとに計算で求めた理論値を合わせて示してある。（ａ）のＭＰ−ｈの関係では検出データの解析によるものは決定係数Ｒ２＝０．９２で線形性を有して増加し、（ｂ）のＢＰ−ｈの関係ではＲ２＝０．６４で線形性を有して増加し、また、（ｃ）のＥＰ−ｈの関係ではＲ２＝０．９２で線形性を有して増加している。
【００４１】
図５（ａ），（ｂ）はそれぞれ検出データの演算により求められたＢＰ，ＥＰから（４）式により算出したＢＭ，ＥＭとｈとの関係を示すものである。ここでは、（１）式からの演算により求めたＢＰ，ＥＰから算出したＢＭ，ＥＭについての結果を示している。（ａ）のＢＭ−ｈの関係では決定係数Ｒ２＝０．００であり、ＢＭは管壁の厚みに対して無相関であることがわかる。また、（ｂ）のＥＭ−ｈの関係では決定係数Ｒ２＝０．４３であり、ＥＭは管壁の厚みの影響を受けないことがわかる。
【００４２】
以上のように、ラテックスの擬似血管を用いた力学特性検出装置で検出されたデータについて演算処理を行って得られたパラメータとして、ＢＰ，ＥＰは管壁の厚みに依存し、線形性をもつ変化をするのに対し、ＢＭ，ＥＭは管壁の厚みに依存することはなく、管の材質自体による特性の評価を行うことができるものである。
【００４３】
ラテックスの擬似血管を拍動管として用いた特性検出装置では、検出で得られたデータから（Ｂ）での粘弾性モデルについての（１）式をもとにパラメータＢＭ，ＥＭを算出しており、この手順は（Ａ）の血管についての特性検出装置での検出により得られたデータについても同様になし得るものである。血管についての特性検出装置としては、トノメトリ式圧力計により圧力脈波が検出され、これをＰ（ｔ）とし、ＬＥＤ−ＰＤを用いた光電センサにより光電脈波が検出され、その電圧値Ｖ（ｔ）から（５）式によりｒ（ｔ）が求められる。
【００４４】
前述した拍動管の力学特性検出装置は拍動管について圧力脈波、光電脈波を検出し、拍動管の管径、拍動流の圧力を求め、そのデータについて演算処理を行って拍動管の特性検出を行うものであり、検出により得られたデータの演算処理を行うための演算回路からなる演算処理部２０（図３（ｂ），（ｃ））を備えたものとして説明したが、演算処理に関してはそのための演算プログラムを搭載した汎用のコンピュータを用いて行うこともできる。
【００４５】
このように汎用コンピュータに搭載するプログラムは、拍動管について粘弾性モデルにより、拍動管の半径をｒ（ｔ）、歪みをξ（ｔ）、慣性をＭＰ、粘性をＢＰ、剛性をＥＰ、拍動流の圧力をＰ（ｔ）として（１）式で表し、圧力Ｐ（ｔ）と拍動管の半径ｒ（ｔ）を（１）式に適用し最小二乗法を用いた回帰分析により求められたＭＰ，ＢＰ，ＥＰに対し管壁の厚さに依存しない拍動管の特性の評価指標であるＢＭ，ＥＭを（４）式から算出する演算を行うものであり、ＭＰ，ＢＰ，ＥＰを求めるに際し、（１）式を変換した（２）式からα，β，γを求め、このα，β，γから（３）式によりようにしたＭＰ，ＢＰ，ＥＰを求めるのが好ましい。このように、本発明は拍動管の力学特性検出装置であるとともに、拍動管の力学特性を検出するためのプログラムとしても具体化されるものである。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明による拍動管の力学特性検出装置により動脈についての特性検出装置を行う場合を概略的に示す図である。
【図２】拍動管についての粘弾性モデルを示す図である。
【図３】本発明による擬似血管を用いた拍動管の力学特性検出装置の構成を示す図であり、（ａ）は拍動管の力学特性検出装置におけるテストセクションの部分を示し、（ｂ）は拍動管の力学特性検出装置の構成を概略的に示し、（ｃ）は拍動管に流体を供給する循環回路を示す図である。
【図４】本発明による擬似血管を用いた拍動管の力学特性検出装置で求められた形状因子に依存するパラメータと管壁厚みとの関係を示す図であり、（ａ）は慣性ＭＰと管壁の厚さｈとの関係、（ｂ）は粘性ＢＰと管壁の厚さｈとの関係、（ｃ）は剛性ＥＰと管壁の厚さｈとの関係を示す図である。
【図５】本発明による擬似血管を用いた拍動管の力学特性検出装置で求められた形状因子に依存しないパラメータと管壁厚みとの関係を示す図であり、（ａ）は評価指標ＢＭと管壁の厚さｈとの関係、（ｂ）は評価指標ＥＭと管壁の厚さｈとの関係を示す図である。
【符号の説明】
【００４７】
１ 検出部
２ 制御部
３ 表示部
４ 圧力センサ
５ａ 発光素子
５ｂ 受光素子
６ カフ圧付与手段
１１ 槽
１２ ゼラチン
１３ ラテックス管
１４ａ，１４ｂ 流路管
２０ 演算処理部
２１ 表示手段
Ｔ テストセクション
Ｌ ヘッド部
Ｐ１，Ｐ２ 圧力計
Ｒ１，Ｒ２ 開閉弁
Ｇ１，Ｇ２ 流量計
Ｖ，Ａ 水槽
Ｈ 空気拍動型ポンプ
Ｃ 制御部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
拍動管における拍動流の圧力を検出する圧力検出手段と、拍動管の管径を検出する管径検出手段と、該圧力検出手段により検出された拍動流の圧力Ｐ（ｔ）と該管径検出手段により検出された拍動管の半径ｒ（ｔ）とについて演算処理を行う演算処理部とを備えてなり、前記演算処理部においては、拍動管について粘弾性モデルにより、拍動管の半径をｒ（ｔ）、歪みをξ（ｔ）、慣性をＭＰ、粘性をＢＰ、剛性をＥＰ、拍動流の圧力をＰ（ｔ）として
【数１】
で表し、（１）式に前記圧力検出手段により検出された圧力Ｐ（ｔ）と前記管径検出手段により検出された拍動管の半径ｒ（ｔ）を適用し最小二乗法を用いた回帰分析により求められたＭＰ，ＢＰ，ＥＰに対し管壁の厚さに依存しない拍動管の特性の評価指標であるＢＭ，ＥＭを
【数５】
として算出するようにしたことを特徴とする拍動管の力学特性検出装置。
【請求項２】
拍動管における拍動流の圧力を検出する圧力検出手段と、拍動管の管径を検出する管径検出手段と、該圧力検出手段により検出された拍動流の圧力Ｐ（ｔ）と該管径検出手段により検出された拍動管の半径ｒ（ｔ）とについて演算処理を行う演算処理部とを備えてなり、前記演算処理部においては、拍動管について粘弾性モデルにより、拍動管の半径をｒ（ｔ）、歪みをξ（ｔ）、慣性をＭＰ、粘性をＢＰ、剛性をＥＰ、拍動流の圧力をＰ（ｔ）として
【数１】
で表し、（１）式を
【数３】
のように変換した（２）に前記圧力検出手段により検出された圧力Ｐ（ｔ）と前記管径検出手段により検出された拍動管の半径ｒ（ｔ）を適用し最小二乗法を用いた回帰分析により求められたα，β，γから
【数４】
によりＭＰ，ＢＰ，ＥＰを求め、さらに管壁の厚さに依存しない拍動管の特性の評価指標であるＢＭ，ＥＭを
【数５】
として算出するようにしたことを特徴とする拍動管の力学特性検出装置。
【請求項３】
前記算出された拍動管の特性の評価指標を表示する表示手段を備えていることを特徴とする請求項１または２のいずれか１項に記載の拍動管の力学特性検出装置。
【請求項４】
圧力検出手段により検出された拍動管における拍動流の圧力と、管径検出手段により検出された拍動管の管径とについて演算処理を行うことにより拍動管の力学特性を検出することをコンピュータ上で行うためのプログラムであって、拍動管について粘弾性モデルにより、拍動管の半径をｒ（ｔ）、歪みをξ（ｔ）、慣性をＭＰ、粘性をＢＰ、剛性をＥＰ、拍動流の圧力をＰ（ｔ）として
【数１】
で表し、（１）式に圧力Ｐ（ｔ）と拍動管の半径ｒ（ｔ）を適用し最小二乗法を用いた回帰分析により求められたＭＰ，ＢＰ，ＥＰに対し管壁の厚さに依存しない拍動管の特性の評価指標であるＢＭ，ＥＭを
【数５】
として算出するようにしたことを特徴とする拍動管の力学特性を検出するためのプログラム。
【請求項５】
圧力検出手段により検出された拍動管における拍動流の圧力と、管径検出手段により検出された拍動管の管径とについて演算処理を行うことにより拍動管の力学特性を検出することをコンピュータ上で行うためのプログラムであって、拍動管について粘弾性モデルにより、拍動管の半径をｒ（ｔ）、歪みをξ（ｔ）、慣性をＭＰ、粘性をＢＰ、剛性をＥＰ、拍動流の圧力をＰ（ｔ）として
【数１】
で表し、（１）式を
【数３】
のように変換した（２）に前記圧力検出手段により検出された圧力Ｐ（ｔ）と前記管径検出手段により検出された拍動管の半径ｒ（ｔ）を適用し最小二乗法を用いた回帰分析により求められたα，β，γから
【数４】
によりＭＰ，ＢＰ，ＥＰを求め、さらに管壁の厚さに依存しない拍動管の特性の評価指標であるＢＭ，ＥＭを
【数５】
として算出するようにしたことを特徴とする拍動管の力学特性を検出するためのプログラム。
【請求項１】
拍動管における拍動流の圧力を検出する圧力検出手段と、拍動管の管径を検出する管径検出手段と、該圧力検出手段により検出された拍動流の圧力Ｐ（ｔ）と該管径検出手段により検出された拍動管の半径ｒ（ｔ）とについて演算処理を行う演算処理部とを備えてなり、前記演算処理部においては、拍動管について粘弾性モデルにより、拍動管の半径をｒ（ｔ）、歪みをξ（ｔ）、慣性をＭＰ、粘性をＢＰ、剛性をＥＰ、拍動流の圧力をＰ（ｔ）として
【数１】
で表し、（１）式に前記圧力検出手段により検出された圧力Ｐ（ｔ）と前記管径検出手段により検出された拍動管の半径ｒ（ｔ）を適用し最小二乗法を用いた回帰分析により求められたＭＰ，ＢＰ，ＥＰに対し管壁の厚さに依存しない拍動管の特性の評価指標であるＢＭ，ＥＭを
【数５】
として算出するようにしたことを特徴とする拍動管の力学特性検出装置。
【請求項２】
拍動管における拍動流の圧力を検出する圧力検出手段と、拍動管の管径を検出する管径検出手段と、該圧力検出手段により検出された拍動流の圧力Ｐ（ｔ）と該管径検出手段により検出された拍動管の半径ｒ（ｔ）とについて演算処理を行う演算処理部とを備えてなり、前記演算処理部においては、拍動管について粘弾性モデルにより、拍動管の半径をｒ（ｔ）、歪みをξ（ｔ）、慣性をＭＰ、粘性をＢＰ、剛性をＥＰ、拍動流の圧力をＰ（ｔ）として
【数１】
で表し、（１）式を
【数３】
のように変換した（２）に前記圧力検出手段により検出された圧力Ｐ（ｔ）と前記管径検出手段により検出された拍動管の半径ｒ（ｔ）を適用し最小二乗法を用いた回帰分析により求められたα，β，γから
【数４】
によりＭＰ，ＢＰ，ＥＰを求め、さらに管壁の厚さに依存しない拍動管の特性の評価指標であるＢＭ，ＥＭを
【数５】
として算出するようにしたことを特徴とする拍動管の力学特性検出装置。
【請求項３】
前記算出された拍動管の特性の評価指標を表示する表示手段を備えていることを特徴とする請求項１または２のいずれか１項に記載の拍動管の力学特性検出装置。
【請求項４】
圧力検出手段により検出された拍動管における拍動流の圧力と、管径検出手段により検出された拍動管の管径とについて演算処理を行うことにより拍動管の力学特性を検出することをコンピュータ上で行うためのプログラムであって、拍動管について粘弾性モデルにより、拍動管の半径をｒ（ｔ）、歪みをξ（ｔ）、慣性をＭＰ、粘性をＢＰ、剛性をＥＰ、拍動流の圧力をＰ（ｔ）として
【数１】
で表し、（１）式に圧力Ｐ（ｔ）と拍動管の半径ｒ（ｔ）を適用し最小二乗法を用いた回帰分析により求められたＭＰ，ＢＰ，ＥＰに対し管壁の厚さに依存しない拍動管の特性の評価指標であるＢＭ，ＥＭを
【数５】
として算出するようにしたことを特徴とする拍動管の力学特性を検出するためのプログラム。
【請求項５】
圧力検出手段により検出された拍動管における拍動流の圧力と、管径検出手段により検出された拍動管の管径とについて演算処理を行うことにより拍動管の力学特性を検出することをコンピュータ上で行うためのプログラムであって、拍動管について粘弾性モデルにより、拍動管の半径をｒ（ｔ）、歪みをξ（ｔ）、慣性をＭＰ、粘性をＢＰ、剛性をＥＰ、拍動流の圧力をＰ（ｔ）として
【数１】
で表し、（１）式を
【数３】
のように変換した（２）に前記圧力検出手段により検出された圧力Ｐ（ｔ）と前記管径検出手段により検出された拍動管の半径ｒ（ｔ）を適用し最小二乗法を用いた回帰分析により求められたα，β，γから
【数４】
によりＭＰ，ＢＰ，ＥＰを求め、さらに管壁の厚さに依存しない拍動管の特性の評価指標であるＢＭ，ＥＭを
【数５】
として算出するようにしたことを特徴とする拍動管の力学特性を検出するためのプログラム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００９−１８３５５１（Ｐ２００９−１８３５５１Ａ）
【公開日】平成２１年８月２０日（２００９．８．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２７８６５（Ｐ２００８−２７８６５）
【出願日】平成２０年２月７日（２００８．２．７）
【出願人】（３０４０２０１７７）国立大学法人山口大学 (579)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年８月２０日（２００９．８．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年２月７日（２００８．２．７）
【出願人】（３０４０２０１７７）国立大学法人山口大学 (579)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]