JPS6335238A

JPS6335238A - 末梢血管の時定数特性測定装置

Info

Publication number: JPS6335238A
Application number: JP61176749A
Authority: JP
Inventors: 小川　桂屹
Original assignee: Nippon Koden Corp
Current assignee: Nippon Koden Corp
Priority date: 1986-07-29
Filing date: 1986-07-29
Publication date: 1988-02-15
Also published as: JPH0154057B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、血流或は血管に関連する電気信号を基に末梢
血管のコンプライアンスとその抵抗との積を測定するた
めの血管の時定数特性測定装置に関するものである。

〔従来の技術と発明が解決しようとする問題点〕従来か
ら、ウィンドケラセル理論により動脈系を弾性モデルと
して考え、弾性要素の血液量（その容積に対応する）を
Ｑ、その部分の血圧をＰ、弾性要素のコンプライアンス
をＣとして、ｄＱ＝ｃｄＰなる関係からＣを求める解析
が行われ、動脈硬化の診断等臨床上にも応用されている
。

さらに、特開昭５８−２１６０３４により前述の弾性モ
デルを電気回路に置換し、電気信号として検出した容積
脈波信号を基に動脈血流を血管の弾性要素に出入する血
流と末梢側へ向う血流とに分離し得る血流測定装置が提
案されている。しかしながら、血管特性の解析」二重要
な意義を有する血管抵抗に関連するファクタの測定は、
依然不可能であった・本発明は、これらの点に鑑みて末梢血管抵抗とそのコン
プライアンスとの積に対応した時定数特性を電気的に測
定する末梢血管の時定数特性測定装置を提供することを
目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

第６図に示すように、動脈系は静電容量及び電気抵抗よ
り形成される電気回路に置換して考えることができ、ま
たこのような回路における電気インピーダンス変化Ｚが
、Ｚ＝ｋＶ　　　・・・・・・・・・（１）で与えられる
ことも確認されている（Ｋ：比例定数、■＝血管容積）
、　血管容積の時間ｔに対する微分値は、測定領域への
流人血流Ｆ及びより末梢領域からの流出血流Ｆ６間の差
により次ぎのように与えられる。

ｔ一方、血管のコンプライアンスＣは次ぎの式で定義され
る。

血圧Ｐ＝Ｏ〜Ｐに対してＣが一定であると仮定すると、
式（３）より次ぎの式が得られる。

ｄＶ＝ｃｄＰ　　　・・・・・・・・・（４）この式を
積分することにより、次ぎのようになる。

したがって、次ぎの式が得られる。

Ｖ＝ＣＰ＋Ｋ　　　・・・・・・・・・（６）ここで、
Ｋは積分定数であり、Ｐ＝０のときにはＶ＝０なのでに
＝Ｏとなり、したがって次ぎの式が得られる。

Ｖ＝ＣＰ　　　・・・・・・・・・（７）これにより、
測定領域からより末梢領域への流出血流Ｆ、は、次ぎの
ようになる。

ここで、Ｐｐ：末梢血圧、Ｒ：末梢抵抗ｐｐは静脈圧力
に近似し、かつＰに比べて十分小さいのでＰｐは無視で
き、したがって、Ｆｌは次ぎのようになる。

Ｒ＝□　　・・・・・・・・・（９）式（７）及び（９）により ■ となり、式（２）及び（１０）から次ぎのようになる。

α＝　１／Ｋ及びβ＝　１／ＫＣＲに設定すると、式（
１）及び（１１）より、次ぎのようになる。

［１ｔＣＲ＝□　　・・・・・・・・・（１３）β 実際の測定では、Ｆ及びＺは、心拍周期Ｔの時間ｔに対
する周期関数Ｆ（ｔ）、２（１）として得られ、したが
ってこれらは次ぎのように与えられる。

Ｆ（ｔ）＝ｒｏ＋ｒ（ｔ）　　　・・−−−−・−・（
１４）Ｚ（ｔ）＝　ｚ０＋　ｚ（ｔ）　　　　−−−（
１５）ここで、ｆｏ及びｚ６は、Ｆ（ｔ）及びＺ（ｔ）
のそれぞれ平均値であり、次ぎのようになる。

そこで、式（１２）をｔの関数として書直すととなり、
したがって次ぎの式が得られる。

Ｚ（０）　＝　Ｚ（Ｔ）とすることができるので、この
式の右辺第１項は０であり、したがってＦ６＝βＺｏが
得られる。そこで、式（１４）、（１５）及び（１９）
から次ぎの式が得られる。

この式は、第７図に示すようにラットの中心尾動脈の部
位について電磁型の血流計により検出したｆ（ｔ）のｐ
−ｐ値と、式（１８）の右辺を基に電気インピーダンス
測定器により検出した信号から演算したｐ−ｐ値には、
広いレベル範囲で確実に相関性が存在することが確認さ
れている。そこで、さらに式（２０）においてｄｚ（ｔ
）ｌｄｔをｚ’（ｔ）と書直すと、　１＝１＋及び１＝
１２において次ぎのようになる。

ｆ　（ｔ　＋　）　＝　ａ　ｚ’（ｔ　＋）＋βｚ（ｔ
＋）　　　−−−（２１）ｆ　（ｔＺ）　＝　（Ｘ　Ｚ
’　（ｔＺ）十βｚ（ｔ２）　　　　−−・＝　（２２
）これにより、クラメル公式を基に次ぎのようになる。

ここで、それ故、時定数はＣＲ＝α／βとして次ぎの演算により
得られる。

そこで、本発明の末梢血管の時定数特性測定装置は、式
（２６）を基にＣＲを測定するために、第１図に示すよ
うに、末梢血管近辺から末梢側へ心拍に応じて流れる血
流の変化を血流変化分信号ｆ（ｔ）として検出する血流
変化分信号検出手段１と、その測定部位における心拍に
よる容積変化をインピーダンス変化分信号ｚ（ｔ）とし
て検出するインピーダンス変化分信号検出手段２と、ｚ
（ｔ）を微分して微分信号ｚ’（ｔ）を発生させる微分
手段３と、これらの信号をサンプリングすべき心拍周期
内の任意の２個所の時点ｔ１、ｔ１、ｔ２を設定する測
定時点設定手段４と、式（２６）に基ずく演算を行う時
定数算出手段５とより構成されている。

〔作用〕

血流変化分信号検出手段ｌは測定部位のｒ（ｔ）を検出
し、インピーダンス変化分信号検出手段２はそのｚ（ｔ
）を検出する。微分手段３は、検出されたｚ（ｔ）を微
分してｚ’（ｔ）を発生させる。測定時点設定手段４は
、ｒ（ｔ）、ｚ（ｔ）、ｚ’（ｔ）或は別途の心拍信号
を基に心拍周期内の任意の２個所の時点ｔ＋、　ｔＺを
設定する０時定数算出手段５は、時点ｔ。

の血流変化分信号ｆ（ｔ＋）　、インピーダンス変化分
信号Ｚ（ｔ＋）及び微分インピーダンス変化分信号２′
（ｔ１）並びに時点１ｚの血流変化分信号ｒ　（ｔ　Ｌ
）、インピーダンス変化分信号ｚ（ｔ２）及び微分イン
ピーダンス変化分信号ｚ’（ｔ２）の測定値を取込んで
、式（２６）に従い時定数を算出する。

〔発明の実施例〕

第２図は本発明の一実施例を示すもので、とぅ骨動脈部
分の血流を検出する超音波血流計１１と、その動脈容積
の変化をインピーダンスとして検出するインピーダンス
脈波計１２と、それぞれの検出値をディジタル化するＡ
／Ｉｌコンバーター３．１４と、これらのディジタル信
号を取込んで演算処理を行うマイクロコンピュータ−５
と、この演算処理を行う波形をモニタするブラウン管装
置１６と、この処耳波形及び算出されたＯＲ値をプリン
トアウトするプリンタ１７と、　ＯＲ値を表示する数値
表示器１８とより構成されている。

マイクロコンピュータ１５は、ＲＡＭ　、　ＲＯＭ　、
　ＣＰＵ等を内蔵することにより、第３図に示すような
回路機能を果すようにプログラムされている。即ち、１
５１は少なくとも一心拍周期分の血流信号Ｆ（ｔ）及び
インピーダンス信号２（１）の５０点程度のサンプリン
グ値を記憶してこれらの信号処理用に出力する記憶手段
、１５２は何れか一方の信号、例えばＦ（ｔ）を基に心
拍周期Ｔを検出する心拍周期検出手段、１５３は測定す
べき一周期分の血流平均値成分’Ｌを算出する血流平均
値成分算出手段、１５４は一周期分のインピーダンス平
均値成分Ｚ＋を算出するインピーダンス平均値成分算出
手段、１５５は所属周期の血流信号Ｆ（ｔ）から血流平
均値成分子ｏを減算することにより血流変化分信号ｒ（
ｔ）を発生させる減算手段、１５Ｂは所属周期のインピ
ーダンス信号２（１）からインピーダンス平均値成分２
゜を減算することによりインピーダンス変化分信号ｚ（
ｔ）を発生させる減算手段、１５７はこの減算手段の出
力信号を微分して微分インピーダンス変化分信号２′（
１）を出力する微分手段、１５８は減算手段１５５の出
力信号の所属周期における最初の零点を検出することに
より測定時点すをそして、減算手段１５Ｂの出力信号の
２番目の零点を検出することにより測定時点ｔ１、ｔ２
を設定する零点検出手段、１５９はこれらの時点におけ
る信号値により式（２Ｂ）を基に時定数を算出する時定
数算出手段である。これらの各部１５１　、１５３　、
１５５で第１図の血流変化分信号検出手段ｌを、各部１
５１　、１５４　、１５８でインピーダンス変化分信号
検出手段２を、各部＋５１　、１５２、＋５８で測定時
点設定手段４を構成している。

測定に際しては、外部からの指令信号を基に或いは間欠
的にマイクロコンピュータ１５は＾／Ｄコンバータ１３
．１４から一周期分以上のサンプリングデー９　Ｆ（ｔ
）及び２（１）を取込む、以下、ソ（７）ＣＰＵが第３
図に示す回路機能の処理動作を行なう。即ち、第４図に
示すように、周期Ｔにおけるｆ（ｔ）の最初の零時点を
ｔｌモしてｚ（ｔ）の最初の零時点をｔλとし、これら
の時点におけるサンプリングデータｆ（ｔｌ）　、　ｆ
（ｔｌ）、　ｚ（ｔｌ）、　ｚ（ｔ２）、　ｚ’（ｔｌ
）、ｚ’（ｔ２）を基に時定数ＣＲを算出する。測定す
べき第４図に示す波形は、ブラウン管装置１８でモニタ
され、プリンタ１７に記録される。また、ＣＲの値は数
値表示器１８に表示されると共に、プリンタ１７に記録
される。

尚、この実施例において、ｔｌ、ｔＺの値はその外挿々
に設定可能であり、例えばｔｌ及びｔ１、ｔ２をｚ（ｔ
）　＝Ｏ及びｚ’（ｔ）＝Ｏにそれぞれ設定すると、式
（２６）は次ぎのように簡単な演算式となる。

第５図は別の実施例を示すもので、血流信号Ｆ（ｔ）及
びインピーダンス信号２（１）がコンデンサ２１．２２
で直流分を分離されることにより、血流変化分信号ｆ（
ｔ）及びインピーダンス変化分信号ｚ（ｔ）が発生され
る。２３は、血流信号Ｆ（ｔ）を基に心拍の開始及び終
了時点を検出する心拍周期検出回路である。２４は、血
流信号Ｆ（ｔ）のピーク値を検出することにより第１の
測定時点ｔ１を規定するピーク検出回路である。２５は
、この時点ｔ１を所定時間Δｔだけ遅延させることによ
り次ぎの測定時点ｔ２を規定する遅延回路である。２６
は、インピーダンス変化分信号ｚ（ｔ）をコンデンサ及
び抵抗回路により微分する微分回路である。２７〜２８
は、測定時点ｔｌ、ｔｌにおけるｆ（ｔ）、ｚ（ｔ）、
ｚ’（ｔ）信号のサンプリング回路、３１〜３３はそれ
ぞれのサンプリング値をディジタル化するＡ／Ｄコンバ
ータである。３４は、これらのサンプリングデータｆ（
ｔｌ）　、ｆ（ｔ２）、Ｚ（Ｌ）　、２（ｔ２）、　ｚ
’（ｔｌ）、　ｚ’（ｔ２）を基に式（２８）に基〈演
算を行うＣＰＵ利用の時定数算出手段である。これによ
り、手動操作により或は自動的に周期信号が発生される
と、その周期内の血流信号Ｆ（ｔ）のピーク値を基準に
した測定時点におけるサンプリング値を基にＣＲが算出
される。

〔発明の効果〕

以上、本発明によれば末梢血管近辺の血流信号及び血管
の容積変化を電気的に検出することにより、自動的によ
り末梢側の末梢血管のコンプライアンスと血管抵抗との
積に対応する値が自動的に測定できるようになる。した
がって、本発明は動脈硬化、脳血栓の予防等の臨床上の
意義が大きいと云える。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による血管の時定数特性測定装置の回路
構成を示す図、第２図は本発明の実施例による時定数測
定回路の構成を示す図、第３図はそのマイクロコンピュ
ータの動作を説明する機能ブロック図、第４図はその動
作波形を示す図、第５図は別の実施例による時定数測定
回路の構成を示す図、第６図はウィンドケラセルの電気
回路のモデルを説明する図及び第７図は本発明の成立性
を確認するための実験データを示す図である。

Claims

【特許請求の範囲】末梢血管近辺の測定部位から末梢側へ心拍に応じて流れ
る血流の変化を電気信号ｆ（ｔ）として検出する血流変
化分信号検出手段と、前記測定部位における前記心拍に
よる容積変化を電気インピーダンスｚ（ｔ）として検出
するインピーダンス変化分信号検出手段と、検出された
このインピーダンス変化分信号の微分信号ｚ′（ｔ）を
発生させる微分手段と、前記心拍周期内の任意の２個所
の時点ｔ＿１、ｔ＿２を設定する測定時点設定手段と、
時点ｔ＿１の血流変化分信号ｆ（ｔ＿１）、インピーダ
ンス変化分信号ｚ（ｔ＿１）及び微分インピーダンス変
化分信号ｚ′（ｔ＿１）並びに時点ｔ＿２の血流変化分
信号ｆ（ｔ＿２）、インピーダンス変化分信号ｚ（ｔ＿
２）及び微分インピーダンス変化分信号ｚ′（ｔ＿２）
を基にＣＲ＝｛ｆ（ｔ＿１）ｚ（ｔ＿２）−ｆ（ｔ＿２）ｚ（
ｔ＿１）／ｆ（ｔ＿２）ｚ′（ｔ＿１）−ｆ（ｔ＿１）
ｚ′（ｔ＿２）｝（Ｃ：末梢血管のコンプライアンス、
Ｒ：末梢血管抵抗）を演算する時定数算出手段とを備え
てなる末梢血管の時定数特性測定装置。