WO2014157605A1 - 神経性圧反射感度測定装置、神経性圧反射感度測定プログラムおよび神経性圧反射感度測定方法 - Google Patents

神経性圧反射感度測定装置、神経性圧反射感度測定プログラムおよび神経性圧反射感度測定方法 Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to a technique for measuring the sensitivity of a baroreflex function that keeps blood pressure in a certain range, and in particular, it is suitable for measuring neural baroreflex sensitivity that does not depend on the stiffness of blood vessels.
  • the present invention relates to a measurement device, a neural baroreflex sensitivity measurement program, and a neural baroreflex sensitivity measurement method.
  • a baroreflex function for maintaining a blood pressure value within a certain range is known as an autonomic nerve function related to blood pressure fluctuation. Since this decrease in baroreflex function is considered to cause hypertension or orthostatic hypotension, a technique for measuring the sensitivity of the baroreflex function has been proposed. Specifically, a so-called intravenous injection method or sequence method is known in which measurement is performed based on reflection sensitivity that appears as an extension or shortening of a heartbeat interval (RR interval) that occurs with an increase or decrease in blood pressure. In addition, a method for measuring the baroreflex function based on the relationship between blood pressure fluctuations and pulse wave propagation time fluctuations associated therewith has also been proposed (Patent Document 1).
  • the aortic arch and carotid baroreceptor which are the basis of the baroreflex function, have the property of generating an impulse by stretching the blood vessel wall.
  • the baroreflex sensitivity measured using blood pressure depends on the degree of vascular sclerosis and is not accurately measured. That is, the baroreflex sensitivity calculated from the blood pressure has a problem that the softer the blood vessel, the better the actual value, and the harder the blood vessel, the worse the actual value.
  • Non-patent Document 1 hereinafter referred to as “echo method”. According to this echo method, it is theoretically possible to measure neural baroreflex sensitivity that is not affected by blood pressure or the degree of vascular sclerosis.
  • An object of the present invention is to provide a neural baroreflex sensitivity measuring apparatus, a neural baroreflex sensitivity measurement program, and a neural baroreflex sensitivity measurement method capable of measuring neural baroreflex sensitivity.
  • a neural baroreflex sensitivity measuring apparatus includes a pulse wave data acquisition unit that acquires pulse wave data of an artery, and based on the pulse wave data, the amplitude of an alternating current component of the pulse wave at the same time
  • a normalized pulse wave volume calculating unit that calculates a normalized pulse wave volume divided by an average value of DC components of the pulse component, a pulse interval acquiring unit that acquires a pulse interval corresponding to the pulse wave data, and the normalized pulse
  • a baroreflex sequence detector for detecting a baroreflex sequence in which both the wave volume and the beat interval continuously increase or decrease by 3 beats or more, and a correlation between the normalized pulse wave volume and the beat interval in the baroreflex sequence
  • a neural baroreflex sensitivity calculating unit that calculates the slope of the regression line as a neural baroreflex sensitivity which is an index indicating the neural baroreflex function.
  • the neural baroreflex sensitivity measurement program includes a pulse wave data acquisition unit that acquires pulse wave data of an artery, and the amplitude of the alternating current component of the pulse wave at the same time based on the pulse wave data.
  • a normalized pulse wave volume calculating unit that calculates a normalized pulse wave volume divided by an average value of a DC component of the pulse wave; a beat interval acquiring unit that acquires a beat interval corresponding to the pulse wave data; and
  • a baroreflex sequence detector for detecting a baroreflex sequence in which both the pulse wave volume and the beat interval continuously increase or decrease by 3 beats or more; the normalized pulse wave volume and the beat interval in the baroreflex sequence;
  • the computer is caused to function as a neural baroreflex sensitivity calculation unit that calculates the slope of the regression line indicating the correlation as the neural baroreflex sensitivity, which is an index indicating the neural baroreflex function.
  • the neural baroreflex sensitivity measuring method includes a pulse wave data acquisition step for acquiring arterial pulse wave data, and the amplitude of the alternating current component of the pulse wave at the same time based on the pulse wave data.
  • a normalized pulse wave volume calculating step for calculating a normalized pulse wave volume divided by an average value of a DC component of the pulse wave, a beat interval acquiring step for acquiring a beat interval corresponding to the pulse wave data, and the reference
  • a baroreflex sequence detecting step for detecting a baroreflex sequence in which both the normalized pulse wave volume and the beat interval continuously increase or decrease by 3 beats or more; the normalized pulse wave volume and the beat interval in the baroreflex sequence;
  • a neural baroreflex sensitivity calculation step for calculating the slope of the regression line indicating the correlation as the neural baroreflex sensitivity as an index indicating the neural baroreflex function.
  • a neural baroreflex sensitivity that does not depend on the stiffness of a blood vessel without using blood pressure or pulsation changes in the blood vessel diameter in the carotid artery.
  • FIG. 1 It is a block diagram which shows one Embodiment of the neural baroreflex sensitivity measuring apparatus and neural baroreflex sensitivity measuring program which concern on this invention. It is a figure explaining "beat interval” and "beat interval corresponding to pulse wave data" concerning the present invention. It is a flowchart figure which shows one Embodiment of the neural baroreflex sensitivity measuring method which concerns on this invention.
  • A The figure which shows a mode that the photoelectric volume pulse wave of a finger artery is measured,
  • A Measured data of integrated baroreflex sensitivity (Int BRS), systolic blood pressure (SBP), heart rate interval (RRI), normalized pulse wave volume (NPV) and neural baroreflex sensitivity (nBRS),
  • FIG. 8 is a scatter diagram in the baroreflex series of FIG.
  • Example 7 (a) integrated baroreflex sensitivity (Int BRS), (b) neural baroreflex sensitivity (nBRS (NPV)) according to the present invention, and (c) echo method. It is a figure which shows neural baroreflex sensitivity (nBRS (D)).
  • nBRS neural baroreflex sensitivity
  • Example 2 (a) a graph showing the correlation between the neural baroreflex sensitivity (nBRS (NPV)) according to the present invention and the neural baroreflex sensitivity (nBRS (Carotid diameter)) by the echo method; b) It is a graph which shows the correlation of both natural logarithms (Ln). It is a graph which shows the future survival rate by the difference in baroreflex sensitivity in the patient of chronic heart failure.
  • the neural baroreflex sensitivity measuring apparatus, the neural baroreflex sensitivity measuring program, and the neural baroreflex sensitivity measuring method according to the present invention include a neural baroreflex sensitivity (neural baroreflex sensitivity) that is a baroreflex sensitivity independent of blood vessel hardness. : NBRS).
  • the inventor of the present application has proposed the amplitude of the alternating current component of the pulse wave in the finger arteries at the same time as proposed in Japanese Patent No. 5039123, instead of the carotid artery blood vessel diameter in the echo method described above.
  • NPV Normalized Pulse Volume
  • a neural baroreflexivity measuring apparatus 1 mainly includes a pulse wave detecting means 2 for detecting a pulse wave of an artery, and a neural baroreflexivity measuring program according to this embodiment.
  • the storage unit 3 stores 1a and various types of data, and the arithmetic processing unit 4 controls each of these constituent units and acquires various types of data to execute arithmetic processing.
  • each component will be described in detail.
  • the pulse wave detection means 2 detects a volume pulse wave indicating a volume change in the artery.
  • the pulse wave detection means 2 includes a photoelectric sensor 21 that detects the amount of light, and a pulse wave amplifier 22 that amplifies an output signal from the photoelectric sensor 21 and outputs the amplified signal as pulse wave data.
  • the photoelectric sensor 21 includes a light emitting unit 21a such as an LED (Light Emitting Diode) fixed to a fingernail, and a light receiving unit 21b such as a photodiode disposed on the stomach side of the finger at a position facing the light emitting unit 21a.
  • the transmitted light amount emitted from the light emitting unit 21a and transmitted through the finger is detected by the light receiving unit 21b.
  • the pulse wave amplifier 22 outputs amplified pulse wave data in time series.
  • photoelectric volume pulse wave data is detected as pulse wave data.
  • a finger artery is used as a detection target portion of pulse wave data, but the present invention is not limited to this. That is, as long as the pulse wave detecting means 2 can detect the pulse wave of the artery, the ear, nose, palm, wrist, arm, foot, and the like can be set as the detection target part.
  • the pulse wave detection means 2 is not limited to the above-described configuration, and may be any device that can detect a pulse wave of an artery.
  • a wearable pulse wave sensor such as an earphone / earring type that can be attached to an ear, a bracelet type that can be attached to a wrist or an upper arm, a ring type that can be attached to a finger, or the like may be used. If such a pulse wave detection means 2 is used, the load at the time of wearing is small, and detection in daily life is also possible.
  • the storage unit 3 stores various data and functions as a working area when the arithmetic processing unit 4 performs arithmetic processing.
  • the storage means 3 is composed of a hard disk, ROM (Read Only Memory), RAM (Random Access Memory), flash memory, and the like, and as shown in FIG.
  • a program storage unit 31 for storing the sensitivity measurement program 1a, a pulse wave data storage unit 32, a normalized pulse wave volume storage unit 33, a pulse interval storage unit 34, and an electrocardiogram data storage unit 35 are provided.
  • the program storage unit 31 is installed with the neural baroreflex sensitivity measurement program 1a of this embodiment.
  • the neural baroreflex sensitivity measurement program 1a is executed by the arithmetic processing means 4 so that a computer such as a personal computer or a smartphone functions as each component described later.
  • the usage form of the neural baroreflex sensitivity measurement program 1a is not limited to the above configuration.
  • the neural baroreflex sensitivity measurement program 1a may be stored in a computer-readable recording medium such as a CD-ROM or DVD-ROM, and read directly from the recording medium and executed.
  • the pulse wave data storage unit 32 stores the pulse wave data detected by the pulse wave detection means 2.
  • the standardized pulse wave volume storage unit 33 stores the standardized pulse wave volume calculated by the standardized pulse wave volume calculation unit 42 described later.
  • the beat interval storage unit 34 stores the beat interval acquired by the beat interval acquisition unit 43 described later.
  • the electrocardiogram data storage unit 35 stores electrocardiogram data obtained by electrocardiogram acquisition means (not shown) such as an electrocardiograph.
  • the arithmetic processing means 4 is composed of a CPU (Central Processing ⁇ Unit) and the like, and by executing the neural baroreflex sensitivity measurement program 1a, a pulse wave data acquisition unit 41, a normalized pulse wave volume calculation unit 42, The pulse interval acquisition unit 43, the baroreflex detection unit 44, and the neural baroreflex sensitivity calculation unit 45 function.
  • a CPU Central Processing ⁇ Unit
  • the pulse interval acquisition unit 43, the baroreflex detection unit 44, and the neural baroreflex sensitivity calculation unit 45 function.
  • each component will be described in more detail.
  • the pulse wave data acquisition unit 41 acquires the pulse wave data of the artery detected by the pulse wave detection means 2 and stores it in the pulse wave data storage unit 32 in time series.
  • the pulse wave data acquisition unit 41 acquires pulse wave data directly from the pulse wave detection means 2, but is not limited to this configuration.
  • pulse wave data measured by another device may be downloaded via the Internet, or may be taken into the pulse wave data storage unit 32 from a recording medium such as a USB memory.
  • the standardized pulse wave volume calculation unit 42 calculates the standardized pulse wave volume (NPV) described above.
  • the transmitted light amount ( ⁇ I) corresponding to the pulsation change is determined by the amplitude of the AC component of the pulse wave.
  • the transmitted light amount (I) of the pulse wave detection target part (tissue + blood) is determined by the average value of the DC component of the pulse wave at the same time. Therefore, the normalized pulse wave volume calculation unit 42 divides the amplitude of the AC component of the pulse wave by the average value of the DC component of the pulse wave at the same time based on the pulse wave data stored in the pulse wave data storage unit 32. By doing so, the normalized pulse wave volume is calculated for each beat.
  • the beat interval acquisition unit 43 acquires a beat interval corresponding to the pulse wave data.
  • the “beat interval” means, as shown in FIG. 2, the pulse interval in the pulse wave data (interval between ⁇ marks in FIG. 2), the interval of the portion where the alternating current component of the pulse wave data rises ( 2 is a concept including all time intervals corresponding to one beat, such as an interval between ⁇ marks in FIG. 2 (hereinafter referred to as “rise interval”) and a heartbeat interval (RR interval) in electrocardiogram data. is there.
  • the “beat interval corresponding to pulse wave data” means not only the pulse interval in the same time zone as the pulse wave data is acquired but also the time zone in which the pulse wave data is acquired. It is a concept that includes a beat interval delayed by one beat. Specifically, when the beat interval is a heartbeat interval, not only the heartbeat intervals a, b, and c but also the heartbeat intervals b, c, and d are applied to the pulse waves A, B, and C as shown in FIG. Corresponds to “beat interval corresponding to pulse wave data”.
  • the pulse interval acquisition unit 43 refers to the pulse wave data stored in the pulse wave data storage unit 32 and acquires the pulse interval and the rising interval corresponding to the pulse wave data in time series.
  • electrocardiogram data is separately prepared in the electrocardiogram data storage unit 35 when measuring an elderly person whose pulse interval and rise interval are difficult to discriminate.
  • the beat interval acquisition unit 43 refers to the electrocardiogram data and acquires heartbeat intervals corresponding to the pulse wave data in time series.
  • the baroreflex detection unit 44 detects baroreflexes that are not affected by the sympathetic nervous system of blood vessels. Specifically, the baroreflex detection unit 44 refers to the normalized pulse wave volume in the normalized pulse wave volume storage unit 33 and the beat interval in the pulse interval storage unit 34, and normalizes the pulse wave volume and the pulse rate. An ascending series in which the interval increases continuously for 3 beats or more, or a descending series in which both the normalized pulse wave volume and the beat interval decrease continuously for 3 beats or more is detected as a baroreflex series. ing.
  • the neural baroreflex sensitivity calculation unit 45 calculates the neural baroreflex sensitivity, which is an index indicating the neural baroreflex function.
  • the neural baroreflex sensitivity calculation unit 45 acquires data of the baroreflex sequence detected by the baroreflex sequence detector 44 and correlates the normalized pulse wave volume and the pulse interval in the baroreflex sequence. Is calculated as the neural baroreflex sensitivity.
  • the neural baroreflex sensitivity measuring apparatus 1 is configured by a personal computer including the storage unit 3 and the arithmetic processing unit 4, and the pulse wave detection unit 2 is separately connected as a peripheral device.
  • the apparatus configuration is not limited to the above.
  • the neural baroreflex sensitivity measurement program 1a of the present embodiment is converted into an application and installed in a smartphone, and the smartphone is used to measure the neural baroreflex sensitivity measurement of the present embodiment. It is also possible to function as the device 1.
  • the pulse wave data acquisition unit 41 acquires pulse wave data (step S1: pulse wave data acquisition step).
  • the normalized pulse wave volume calculation unit 42 divides the amplitude of the alternating current component of the pulse wave by the average value of the direct current component of the pulse wave at the same time on the basis of the pulse wave data acquired in step S1.
  • the normalized pulse wave volume is calculated for each beat (step S2: normalized pulse wave volume calculating step).
  • step S3 beat interval obtaining step
  • step S4 baroreflex sequence detection step
  • the inventor of the present application excludes the influence of the sympathetic nervous system in a series opposite to the above series, that is, a series in which both the normalized pulse wave volume and the beat interval continuously increase or decrease. It was found that this was the baroreflex series according to the present invention.
  • the reason why the number of consecutive beats detected as the baroreflex sequence is 3 beats or more is to ensure the reliability that the sympathetic nervous system is not affected.
  • the neural baroreflex sensitivity calculation unit 45 shows the correlation between the normalized pulse wave volume and the pulse interval in the baroreflex sequence based on the baroreflex sequence data detected by the baroreflex sequence detector 44.
  • the slope of the regression line is calculated as the neural baroreflex sensitivity (step S5).
  • the following effects can be obtained. 1. Without using blood pressure or pulsation changes of the blood vessel diameter in the carotid artery, it is possible to measure the neural baroreflex sensitivity that is simple and objective, independent of the stiffness of the blood vessel. 2. It is not affected by the sympathetic nervous system in the artery, and can measure the highly reliable neural baroreflex sensitivity. 3. By using normalized pulse wave volume, which is a dimensionless absolute quantity, errors due to tissue components are excluded, and comparisons between individuals as well as comparisons with the same subject are possible. The trend of neural baroreflex sensitivity can be grasped. 4).
  • the parasympathetic nervous system index can be acquired from the baroreflex series, and the sympathetic nervous system index can be acquired from a series other than the baroreflex series. 5.
  • electrocardiogram data it is possible to acquire an accurate beat interval even from a subject who cannot easily read the beat interval in the pulse wave.
  • Example 1 an experiment was conducted to confirm whether or not a baroreflex series that is not affected by the sympathetic nerve actually exists in the finger artery from which the pulse wave data is acquired.
  • blood pressure monitor (device name: MUB101, manufacturer: Medisense, Inc.), electrocardiogram detection means (device name: LRR-03, manufacturer: GM S) and pulse wave detection means 2 (device name: MPN1001, manufacturer: Medisense Corporation) were mounted, and blood pressure (AP), heart rate interval (RRI) and pulse wave data were measured in chronological order for 540 seconds.
  • AP blood pressure
  • RRI heart rate interval
  • pulse wave data were measured in chronological order for 540 seconds.
  • an ultrasonic probe (device name: UNEXEF38G, manufacturer: Yunex Co., Ltd.) was fixed on the neck of the subject, and the diameter change (Carotid Diameter) in the carotid artery was measured.
  • UNEXX EF device name: UNEXEF38G, manufacturer: UNEX Corporation
  • Int BRS integrated baroreflex sensitivity
  • the neural baroreflex sensitivity (nBRS (NPV)) according to the present invention and the neural baroreflex sensitivity (nBRS (D)) by the conventional echo method were calculated. The result is shown in FIG.
  • FIG. 7 is a graph obtained by extracting an example of the baroreflex sequence about 80 seconds from the start of measurement in the actually measured data in FIG.
  • FIG. 8 is a scatter diagram in the baroreflex sequence of FIG. 7, (a) integrated baroreflex sensitivity (Int BRS) by sequence method, (b) neural baroreflex sensitivity (nBRS (NPV) according to the present invention). And (c) Neural baroreflex sensitivity (nBRS (D)) by echo method.
  • Int BRS integrated baroreflex sensitivity
  • nBRS neural baroreflex sensitivity
  • D Neural baroreflex sensitivity
  • FIGS. 6 to 8 it is shown that there are more baroreflex sequences according to the present invention in size and frequency than the baroreflex sequences in the conventional sequence method and the baroreflex sequences by the echo method. It was done.
  • the baroreflex series according to the present invention that is, the normalized pulse wave volume and the pulse interval both increase or decrease continuously for 3 beats or more. It was demonstrated that there are baroreflex series that are not affected by sympathetic nerves.
  • Example 2 in the measured data of Example 1 shown in FIG. 6, the neural baroreflex sensitivity (nBRS (NPV)) according to the present invention and the neural baroreflex sensitivity (nBRS (Carotid diameter)) by the echo method are used.
  • nBRS neural baroreflex sensitivity
  • nBRS Carotid diameter
  • FIG. 9A is a graph showing the correlation between the neural baroreflex sensitivity according to the present invention and the neural baroreflex sensitivity by the echo method
  • FIG. 9B shows the natural logarithm (Ln) of both. It is a graph which shows a correlation.
  • the correlation coefficient r in FIG. 9A was 0.952
  • the correlation coefficient r in FIG. 9B was 0.976. That is, in any graph, a high correlation was recognized between the neural baroreflex sensitivity according to the present invention and the neural baroreflex sensitivity by the echo method.
  • the neural baroreflex sensitivity measuring apparatus 1, the neural baroreflex sensitivity measurement program 1a, and the neural baroreflex sensitivity measuring method according to the present invention are not limited to the above-described embodiments and examples, and may be changed as appropriate. can do.
  • a display table (e.g., good, normal, bad) indicating the sensitivity of the baroreflex function is stored in the storage means 3 in correspondence with the numerical range of the neural baroreflex sensitivity, and the neural baroreflex sensitivity is stored. Based on the value of the neural baroreflex sensitivity calculated by the calculation unit 45, an evaluation regarding the sensitivity of the baroreflex function may be output from the display unit or the print unit and presented to the subject.
  • the neural baroreflex sensitivity measuring apparatus 1 can be miniaturized to the size of a mobile terminal such as a smartphone, it can be used as a health device that can be easily handled from children to the elderly. It can also be widely spread for use.
  • Neural baroreflex sensitivity measuring apparatus 1a Nervous baroreflex sensitivity measurement program 2 Pulse wave detection means 3 Storage means 4 Arithmetic processing means 21 Photoelectric sensor 21a Light emission part 21b Light reception part 22 Pulse wave amplifier 31 Program memory part 32 Pulse wave data Storage unit 33 Normalized pulse wave volume storage unit 34 Beat interval storage unit 35 Electrocardiogram data storage unit 41 Pulse wave data acquisition unit 42 Normalized pulse wave volume calculation unit 43 Beat interval acquisition unit 44 Baroreflex series detection unit 45 Nervous baroreflex Sensitivity calculator

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Abstract

【課題】 血圧や頸動脈における血管径の脈動変化を用いることなく、簡易的かつ客観的に、血管の硬さに依存しない神経性の圧反射感度を測定することができる神経性圧反射感度測定装置、神経性圧反射感度測定プログラムおよび神経性圧反射感度測定方法を提供する。 【解決手段】 動脈の脈波データを取得する脈波データ取得部41と、脈波データに基づいて規準化脈波容積を算出する規準化脈波容積算出部42と、脈波データに対応する拍間隔を取得する拍間隔取得部43と、規準化脈波容積および拍間隔がいずれも3拍以上連続して増加または減少する圧反射系列を検出する圧反射系列検出部44と、圧反射系列における規準化脈波容積と拍間隔との相関を示す回帰直線の傾きを神経性の圧反射機能を示す指標である神経性圧反射感度として算出する神経性圧反射感度算出部45とを有する。

Description

神経性圧反射感度測定装置、神経性圧反射感度測定プログラムおよび神経性圧反射感度測定方法
 本発明は、血圧を一定の範囲に保持する圧反射機能の感度を測定する技術に関し、特に、血管の硬さに依存しない神経性の圧反射感度を測定するのに好適な神経性圧反射感度測定装置、神経性圧反射感度測定プログラムおよび神経性圧反射感度測定方法に関するものである。
 従来、血圧変動に関連する自律神経機能として、血圧の値を一定の範囲に保持するための圧反射機能が知られている。この圧反射機能の低下は、高血圧症ないし起立性低血圧を引き起こすものと考えられているため、当該圧反射機能の感度を測定する技術が提案されている。具体的には、血圧の上昇ないし下降とともに生じる心拍間隔(RR間隔)の延長ないし短縮として現れる反射感度により測定する、いわゆる静注法やシーケンス法が知られている。また、血圧の変動とそれに伴う脈波伝播時間の変動との関係に基づいて、圧反射機能を測定する方法も提案されている(特許文献1)。
 しかしながら、圧反射機能の基礎となる大動脈弓や頸動脈圧受容器は、血管壁の伸展(stretch)によりインパルスを発する性質を有している。このため、上述したように、血圧を用いて測定した圧反射感度は血管硬化度に依存しており、正確に測定されていないという問題がある。すなわち、血圧から算出された圧反射感度は、血管が軟らかいほど実際の値よりも良い結果となり、血管が硬いほど実際の値よりも悪い結果になってしまうという問題がある。
 このような問題を解決するため、近年、超音波エコーを用いて頸動脈における血管径の脈動変化を追跡測定し、血圧を用いることなく、血管径の変化に従った心拍間隔の対応関係に基づいて圧反射感度を測定する方法も提案されている(非特許文献1:以下、「エコー法」という)。このエコー法によれば、理論上は、血圧や血管硬化度による影響を受けない神経性の圧反射感度の測定が可能である。
特開2008-86568号公報
Brian E. Huntら,「Quantification of Mechanical and Neural Components of Vagal Baroreflex in Humans, Hypertension, 2001, Vol.37」,p.1362-1368,American Heart Association
 しかしながら、上記エコー法においては、頸動脈における血管径の脈動変化を測定するに際し、超音波プローブを患者の首に固定した状態で、しばらく安静にする必要がある。このため、測定中に患者がつばを飲み込む等して喉を少しでも動かしてしまうと、測定をやり直さなければならず、正確な脈動変化を測定することが困難なため、臨床には極めて不向きであるという問題がある。
 本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであって、血圧や頸動脈における血管径の脈動変化を用いることなく、簡易的かつ客観的に、血管の硬さに依存しない神経性の圧反射感度を測定することができる神経性圧反射感度測定装置、神経性圧反射感度測定プログラムおよび神経性圧反射感度測定方法を提供することを目的としている。
 本発明に係る神経性圧反射感度測定装置は、動脈の脈波データを取得する脈波データ取得部と、前記脈波データに基づいて、脈波の交流成分の振幅を同時刻における当該脈波の直流成分の平均値で除算してなる規準化脈波容積を算出する規準化脈波容積算出部と、前記脈波データに対応する拍間隔を取得する拍間隔取得部と、前記規準化脈波容積および前記拍間隔がいずれも3拍以上連続して増加または減少する圧反射系列を検出する圧反射系列検出部と、前記圧反射系列における前記規準化脈波容積と前記拍間隔との相関を示す回帰直線の傾きを神経性の圧反射機能を示す指標である神経性圧反射感度として算出する神経性圧反射感度算出部とを有するものである。
 また、本発明に係る神経性圧反射感度測定プログラムは、動脈の脈波データを取得する脈波データ取得部と、前記脈波データに基づいて、脈波の交流成分の振幅を同時刻における当該脈波の直流成分の平均値で除算してなる規準化脈波容積を算出する規準化脈波容積算出部と、前記脈波データに対応する拍間隔を取得する拍間隔取得部と、前記規準化脈波容積および前記拍間隔がいずれも3拍以上連続して増加または減少する圧反射系列を検出する圧反射系列検出部と、前記圧反射系列における前記規準化脈波容積と前記拍間隔との相関を示す回帰直線の傾きを神経性の圧反射機能を示す指標である神経性圧反射感度として算出する神経性圧反射感度算出部としてコンピュータを機能させるものである。
 また、本発明に係る神経性圧反射感度測定方法は、動脈の脈波データを取得する脈波データ取得ステップと、前記脈波データに基づいて、脈波の交流成分の振幅を同時刻における当該脈波の直流成分の平均値で除算してなる規準化脈波容積を算出する規準化脈波容積算出ステップと、前記脈波データに対応する拍間隔を取得する拍間隔取得ステップと、前記規準化脈波容積および前記拍間隔がいずれも3拍以上連続して増加または減少する圧反射系列を検出する圧反射系列検出ステップと、前記圧反射系列における前記規準化脈波容積と前記拍間隔との相関を示す回帰直線の傾きを神経性の圧反射機能を示す指標である神経性圧反射感度として算出する神経性圧反射感度算出ステップとを有するものである。
 本発明によれば、血圧や頸動脈における血管径の脈動変化を用いることなく、簡易的かつ客観的に、血管の硬さに依存しない神経性の圧反射感度を測定することができる。
本発明に係る神経性圧反射感度測定装置および神経性圧反射感度測定プログラムの一実施形態を示すブロック図である。 本発明に係る「拍間隔」および「脈波データに対応する拍間隔」を説明する図である。 本発明に係る神経性圧反射感度測定方法の一実施形態を示すフローチャート図である。 (a)指動脈の光電式容積脈波を測定する様子を示す図、(b)光が透過する液層を示す指尖の断面図、および(c)組織成分のみが異なる指尖を示す断面図である。 (a)統合圧反射感度(Int BRS)、収縮期血圧(SBP)、心拍間隔(RRI)、規準化脈波容積(NPV)および神経性圧反射感度(nBRS)の実測データ、(b)指動脈における交感神経系の活動を示す図、(c)(a)の実測データにおける収縮期血圧とNPVの散布図である。 本実施例1の実測データを示すグラフである。 図6における実測データのうち、測定開始から約80秒前後における圧反射系列の例を抜き出したグラフである。 図7の圧反射系列における散布図であり、(a)統合圧反射感度(Int BRS)、(b)本発明に係る神経性圧反射感度(nBRS(NPV))、および(c)エコー法による神経性圧反射感度(nBRS(D))を示す図である。 本実施例2において、(a)本発明に係る神経性圧反射感度(nBRS(NPV))と、エコー法による神経性圧反射感度(nBRS(Carotid diameter))との相関を示すグラフ、および(b)両者の自然対数(Ln)の相関を示すグラフである。 慢性心不全の患者における、圧反射感度の違いによる将来の生存率を示すグラフである。
 本発明に係る神経性圧反射感度測定装置、神経性圧反射感度測定プログラムおよび神経性圧反射感度測定方法は、血管の硬さに依存しない圧反射感度である神経性圧反射感度(neural baroreflex sensitivity:nBRS)を測定するのに好適なものである。
 本願発明者は、鋭意研究の結果、上述したエコー法における頸動脈の血管径の代わりに、特許第5039123号等で提案されている、指動脈における脈波の交流成分の振幅を同時刻における当該脈波の直流成分の平均値で除算してなる規準化脈波容積(Normalized Pulse Volume:以下、NPVという場合がある)を使用することにより、簡易的かつ客観的に、信頼性の高い神経性圧反射感度を測定できることを見出した。
 以下、本発明に係る神経性圧反射感度測定装置、神経性圧反射感度測定プログラムおよび神経性圧反射感度測定方法の一実施形態について図面を用いて説明する。
 図1に示すように、本実施形態の神経性圧反射感度測定装置1は、主として、動脈の脈波を検出するための脈波検出手段2と、本実施形態の神経性圧反射感度測定プログラム1aや各種のデータを記憶する記憶手段3と、これら各構成手段を制御するとともに各種のデータを取得して演算処理を実行する演算処理手段4とを有している。以下、各構成手段について詳細に説明する。
 脈波検出手段2は、動脈における容積変化を示す容積脈波を検出するものである。本実施形態において、脈波検出手段2は、光量を検出する光電式センサ21と、この光電式センサ21からの出力信号を増幅して脈波データとして出力する脈波アンプ22とを有している。光電式センサ21は、指の爪に固定されるLED(Light Emitting Diode)等の発光部21aと、この発光部21aと対向する位置において指の腹側に配置されるフォトダイオード等の受光部21bとを備えており、発光部21aから発光されて指を透過した透過光量を受光部21bで検出する。また、脈波アンプ22は、増幅した脈波データを時系列で出力するようになっている。
 なお、本実施形態では、脈波データとして、光電容積脈波データ(FPG)を検出している。また、本実施形態では、脈波データの検出対象部位として指動脈を用いているが、これに限定されるものではない。すなわち、脈波検出手段2によって動脈の脈波を検出できる部位であれば、耳、鼻、掌、手首、腕、足等を検出対象部位とすることもできる。
 さらに、脈波検出手段2も上記構成に限定されるものではなく、動脈の脈波を検出できるものであればよい。例えば、耳に取り付け可能なイヤフォン・イヤリングタイプ、手首や上腕等に取り付け可能なブレスレットタイプ、指に取り付け可能な指輪タイプ等のように、ウェアラブルな脈波センサでもよい。このような脈波検出手段2を用いれば、装着する際の負荷が小さい上、日常生活における検出も可能となる。
 記憶手段3は、各種のデータを記憶するとともに、演算処理手段4が演算処理を行う際のワーキングエリアとして機能するものである。本実施形態において、記憶手段3は、ハードディスク、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)、フラッシュメモリ等で構成されており、図1に示すように、本実施形態の神経性圧反射感度測定プログラム1aを格納するプログラム記憶部31と、脈波データ記憶部32と、規準化脈波容積記憶部33と、拍間隔記憶部34と、心電図データ記憶部35とを有している。
 プログラム記憶部31には、本実施形態の神経性圧反射感度測定プログラム1aがインストールされている。そして、この神経性圧反射感度測定プログラム1aが演算処理手段4によって実行されることにより、パーソナルコンピュータやスマートフォン等のコンピュータを後述する各構成部として機能させるようになっている。
 なお、神経性圧反射感度測定プログラム1aの利用形態は、上記構成に限られるものではない。例えば、CD-ROMやDVD-ROM等のように、コンピュータで読み取り可能な記録媒体に神経性圧反射感度測定プログラム1aを記憶させておき、当該記録媒体から直接読み出して実行してもよい。また、外部サーバ等からASP(Application Service Provider)方式やクラウドコンピューティング方式で利用してもよい。
 脈波データ記憶部32は、脈波検出手段2により検出された脈波データを記憶するものである。規準化脈波容積記憶部33は、後述する規準化脈波容積算出部42により算出された規準化脈波容積を記憶するものである。拍間隔記憶部34は、後述する拍間隔取得部43により取得された拍間隔を記憶するものである。心電図データ記憶部35は、心電計等の心電図取得手段(図示せず)により得られた心電図データを記憶するものである。
 演算処理手段4は、CPU(Central Processing Unit)等から構成されており、神経性圧反射感度測定プログラム1aを実行することにより、脈波データ取得部41と、規準化脈波容積算出部42と、拍間隔取得部43と、圧反射系列検出部44と、神経性圧反射感度算出部45として機能するようになっている。以下、各構成部についてより詳細に説明する。
 脈波データ取得部41は、脈波検出手段2により検出された動脈の脈波データを取得し、時系列で脈波データ記憶部32に格納するものである。なお、本実施形態において、脈波データ取得部41は、脈波検出手段2から直接脈波データを取得しているが、この構成に限定されるものではない。例えば、他の装置によって測定された脈波データをインターネットを介してダウンロードしてもよく、USBメモリ等の記録媒体から脈波データ記憶部32に取り込んでもよい。
 規準化脈波容積算出部42は、上述した規準化脈波容積(NPV)を算出するものである。ここで、規準化脈波容積はΔI/Iによって評価されるところ、脈動変化分の透過光量(ΔI)は、脈波の交流成分の振幅によって決定される。また、脈波の検出対象部位(組織+血液)の透過光量(I)は、同時刻における脈波の直流成分の平均値によって決定される。したがって、規準化脈波容積算出部42は、脈波データ記憶部32に記憶された脈波データに基づいて、脈波の交流成分の振幅を同時刻における脈波の直流成分の平均値で除算することにより、規準化脈波容積を毎拍ごとに算出するようになっている。
 拍間隔取得部43は、脈波データに対応する拍間隔を取得するものである。ここで、本発明において、「拍間隔」とは、図2に示すように、脈波データにおける脈拍間隔(図2の★印間の間隔)、脈波データの交流成分が立ち上がる部分の間隔(図2の●印間の間隔:以下、「立ち上がり間隔」という)、および心電図データにおける心拍間隔(RR間隔)等のように、拍動の一拍分に相当する全ての時間間隔を含む概念である。
 また、本発明において、「脈波データに対応する拍間隔」とは、脈波データが取得された時間帯と同じ時間帯における拍間隔のみならず、脈波データが取得された時間帯よりも一拍分遅れた拍間隔を含む概念である。具体的には、拍間隔が心拍間隔の場合、図2に示すように、脈波A,B,Cに対して、心拍間隔a,b,cのみならず、心拍間隔b,c,dも「脈波データに対応する拍間隔」に当たる。
 したがって、本実施形態において、拍間隔取得部43は、脈波データ記憶部32に格納された脈波データを参照し、当該脈波データに対応する脈拍間隔や立ち上がり間隔を時系列で取得する。なお、本実施形態では、脈拍間隔や立ち上がり間隔が判別しにくい老人等の測定に際しては、別途、心電図データを心電図データ記憶部35に用意している。この場合、拍間隔取得部43は心電図データを参照し、脈波データに対応する心拍間隔を時系列で取得するようになっている。
 圧反射系列検出部44は、血管の交感神経系による影響を受けていない圧反射系列を検出するものである。具体的には、圧反射系列検出部44は、規準化脈波容積記憶部33内の規準化脈波容積と拍間隔記憶部34内の拍間隔とを参照し、規準化脈波容積および拍間隔がいずれも3拍以上連続して増加する上昇系列、または同様に、規準化脈波容積および拍間隔がいずれも3拍以上連続して減少する下降系列を圧反射系列として検出するようになっている。
 神経性圧反射感度算出部45は、神経性の圧反射機能を示す指標である神経性圧反射感度を算出するものである。本実施形態において、神経性圧反射感度算出部45は、圧反射系列検出部44により検出された圧反射系列のデータを取得し、当該圧反射系列における規準化脈波容積と拍間隔との相関を示す回帰直線の傾きを神経性圧反射感度として算出するようになっている。
 なお、本実施形態では、記憶手段3および演算処理手段4を備えたパーソナルコンピュータによって神経性圧反射感度測定装置1が構成されており、別途、脈波検出手段2が周辺機器として接続されている。しかしながら、装置構成は上記に限定されるものではなく、例えば、本実施形態の神経性圧反射感度測定プログラム1aをアプリ化してスマートフォンにインストールし、当該スマートフォンを本実施形態の神経性圧反射感度測定装置1として機能させることも可能である。
 つぎに、本実施形態の神経性圧反射感度測定プログラム1aによって実行される神経性圧反射感度測定装置1の作用および神経性圧反射感度測定方法について、図3を参照しつつ説明する。
 本実施形態の神経性圧反射感度測定装置1を用いて神経性圧反射感度を測定する場合、まず、脈波データ取得部41が脈波データを取得する(ステップS1:脈波データ取得ステップ)。つぎに、規準化脈波容積算出部42が、ステップS1で取得された脈波データに基づいて、脈波の交流成分の振幅を同時刻における脈波の直流成分の平均値で除算することにより、規準化脈波容積を毎拍ごとに算出する(ステップS2:規準化脈波容積算出ステップ)。
 ここで、神経性圧反射感度の算出に際し、規準化脈波容積を用いることのメリットについて説明する。まず、図4(a)に示すように、発光部21aと受光部21bとを用いて指動脈における光電式容積脈波を測定した場合、ランバート・ベールの法則(Lambert-Beer's law)に従えば、発光部21a(光量I)からの光が、一層で成り立つ溶液中を通過する際の吸収(I/I)は、溶液の濃度(C)および通過する液層の厚さ(D)に比例する。すなわち、動静脈を合わせた平均吸光係数をεとすれば、以下の式(1)が成立する。
 I/I=exp(-εCD) ・・・式(1)
 一方、図4(b)に示すように、光が指尖を透過する際の液層としては、動脈が拍動していないときの「非拍動成分」、動脈が拍動したときの「拍動成分」、および指の組織である「組織成分」が存在する。そこで、図4(c)に示すように、非拍動成分および拍動成分が同一で、組織成分のみが異なる指尖について試算すると、脈波容積(PV=ΔI)は組織成分が少ない方が大きく算出されてしまう。これに対し、規準化脈波容積(NPV=ΔI/I)は、組織成分の違いに影響を受けることなく正しい脈動変化量(ΔVa)が算出された。つまり、規準化脈波容積は、無次元の絶対量であるため、同一被験者について異なる日時に取得した測定結果の比較のみならず個人間での比較が可能となる上、指尖の組織成分に起因する誤差が除外されるというメリットを有している。
 つづいて、拍間隔取得部43が、脈波データに対応する拍間隔を取得すると(ステップS3:拍間隔取得ステップ)、圧反射系列検出部44が、規準化脈波容積および拍間隔がいずれも3拍以上連続して増加または減少する圧反射系列を検出する(ステップS4:圧反射系列検出ステップ)。これにより、以下に示すとおり、動脈における交感神経系の影響を受けていない圧反射系列が特定される。
 具体的には、本来、動脈においては、交感神経系による活動が頸動脈よりも支配的である。このため、図5(a),(b),(c)に示すように、血圧の急激な上昇に伴い拍間隔が増大すると、交感神経系活動の増大により動脈の血管は収縮し、規準化脈波容積により表される血液量が低下する。同様に、血圧の急激な低下に伴い拍間隔が短縮すると、交感神経系活動の減少により動脈の血管は拡張し、規準化脈波容積により表される血液量が増加する。そこで、本願発明者は、上記の系列とは逆の系列、すなわち、規準化脈波容積および拍間隔がいずれも連続して増加または減少する系列においては、交感神経系の影響が排除されていることを見出し、これを本発明に係る圧反射系列とした。
 なお、本発明において、圧反射系列として検出する連続拍数を3拍以上とするのは、交感神経系の影響を受けていないことの信頼性を担保するためである。
 最後に、神経性圧反射感度算出部45が、圧反射系列検出部44により検出された圧反射系列のデータに基づいて、当該圧反射系列における規準化脈波容積と拍間隔との相関を示す回帰直線の傾きを神経性圧反射感度として算出する(ステップS5)。これにより、エコー法における頸動脈の血管径の代わりに、規準化脈波容積で代用した神経性圧反射感度が測定される。
 以上のような本発明によれば、以下のような効果を奏する。
1.血圧や頸動脈における血管径の脈動変化を用いることなく、簡易的かつ客観的に、血管の硬さに依存しない神経性圧反射感度を測定することができる。
2.動脈における交感神経系の影響を受けておらず、信頼性の高い神経性圧反射感度を測定することができる。
3.無次元の絶対量である規準化脈波容積を用いることにより、組織成分に起因する誤差を除外し、同一被験者についての比較のみならず個人間での比較が可能となるため、広く一般的に神経性圧反射感度の動向を把握することができる。
4.圧反射系列からは副交感神経系の指標を取得できるとともに、圧反射系列以外の系列からは、交感神経系の指標を取得することができる。
5.心電図データを用いることにより、脈波における拍間隔が読み取りにくい被験者からも正確な拍間隔を取得することができる。
 つぎに、本発明に係る神経性圧反射感度測定装置1、神経性圧反射感度測定プログラム1aおよび神経性圧反射感度測定方法の具体的な実施例について説明する。
 本実施例1では、脈波データを取得する指動脈において、交感神経の影響を受けない圧反射系列が実際に存在するのか否かを確認するための実験を行った。
 具体的には、被験者(20歳、男性)に対し、血圧計(機器名:MUB101,製造元:株式会社メディセンス)、心電図検出手段(機器名:LRR-03,製造元:株式会社ジー・エム・エス)および脈波検出手段2(機器名:MPN1001,製造元:株式会社メディセンス)を装着し、血圧(AP)、心拍間隔(RRI)および脈波データを540秒間、時系列で測定した。同時に、被験者の首に超音波プローブ(機器名:UNEXEF38G,製造元:株式会社ユネクス)を固定し、頸動脈における径変化(Carotid Diameter)を測定した。
 そして、これらの実測データを本実施形態の神経性圧反射感度測定装置1やユネクスイーエフ(機器名:UNEXEF38G,製造元:株式会社ユネクス)により処理し、従来のシーケンス法による統合圧反射感度(Int BRS)、本発明に係る神経性圧反射感度(nBRS(NPV))および従来のエコー法による神経性圧反射感度(nBRS(D))を算出した。この結果を図6に示す。
 なお、図7は、図6における実測データのうち、測定開始から約80秒前後における圧反射系列の例を抜き出したグラフである。また、図8は、図7の圧反射系列における散布図であり、(a)シーケンス法による統合圧反射感度(Int BRS)、(b)本発明に係る神経性圧反射感度(nBRS(NPV))、および(c)エコー法による神経性圧反射感度(nBRS(D))を示す図である。
 図6から図8に示すように、本発明に係る圧反射系列は、大きさ及び頻度において、従来のシーケンス法における圧反射系列や、エコー法による圧反射系列よりもむしろ多く存在することが示された。
 以上の本実施例1によれば、脈波データを測定する指動脈においても、本発明に係る圧反射系列、すなわち規準化脈波容積および拍間隔がいずれも3拍以上連続して増加または減少し、交感神経の影響を受けていない圧反射系列が存在することが実証された。
 本実施例2では、図6に示す実施例1の実測データにおいて、本発明に係る神経性圧反射感度(nBRS(NPV))と、エコー法による神経性圧反射感度(nBRS(Carotid diameter))とを同時に測定できた点についての関連性を評価した。その結果を図9に示す。
 図9(a)は、本発明に係る神経性圧反射感度と、エコー法による神経性圧反射感度との相関を示すグラフであり、図9(b)は、両者の自然対数(Ln)の相関を示すグラフである。図9(a)における相関係数rは0.952であり、図9(b)における相関係数rは0.976であった。すなわち、いずれのグラフにおいても、本発明に係る神経性圧反射感度と、エコー法による神経性圧反射感度との間に高い相関が認められた。
 以上の本実施例2によれば、本発明に係る神経性圧反射感度と、エコー法による神経性圧反射感度との間に高い相関が認められるため、エコー法における頸動脈の血管径の代わりに、規準化脈波容積を使用することが妥当であることが実証された。
 なお、本発明に係る神経性圧反射感度測定装置1、神経性圧反射感度測定プログラム1aおよび神経性圧反射感度測定方法は、前述した実施形態および実施例に限定されるものではなく、適宜変更することができる。
 例えば、神経性圧反射感度の数値範囲に対応させて、圧反射機能の感受性を評価を示す表示テーブル(例:良好,普通,悪い)を記憶手段3に格納しておき、神経性圧反射感度算出部45によって算出された神経性圧反射感度の値に基づき、圧反射機能の感受性に関する評価を表示手段や印刷手段から出力し、被験者に提示するようにしてもよい。
 従来、慢性心不全の患者においては、図10に示すように、圧反射感度(副交感神経機能)の低下が、将来の生存率に深く関係することが知られている。このため、信頼性の高い神経性圧反射感度を定期的に測定することは、慢性心不全を含む生活習慣病全体のプレクリニカルな段階での疾病予測、スクリーニング、診断、および長期の経過観察に役立ち、医療現場への波及効果は極めて広範である。
 また、上述したように、本発明に係る神経性圧反射感度測定装置1が、スマートフォン等の携帯端末サイズに小型化できれば、子供からお年寄りまで手軽に扱うことができる健康機器として家庭用・個人用に広く普及することも考えられる。
 1 神経性圧反射感度測定装置
 1a 神経性圧反射感度測定プログラム
 2 脈波検出手段
 3 記憶手段
 4 演算処理手段
 21 光電式センサ
 21a 発光部
 21b 受光部
 22 脈波アンプ
 31 プログラム記憶部
 32 脈波データ記憶部
 33 規準化脈波容積記憶部
 34 拍間隔記憶部
 35 心電図データ記憶部
 41 脈波データ取得部
 42 規準化脈波容積算出部
 43 拍間隔取得部
 44 圧反射系列検出部
 45 神経性圧反射感度算出部

Claims (3)

  1.  動脈の脈波データを取得する脈波データ取得部と、
     前記脈波データに基づいて、脈波の交流成分の振幅を同時刻における当該脈波の直流成分の平均値で除算してなる規準化脈波容積を算出する規準化脈波容積算出部と、
     前記脈波データに対応する拍間隔を取得する拍間隔取得部と、
     前記規準化脈波容積および前記拍間隔がいずれも3拍以上連続して増加または減少する圧反射系列を検出する圧反射系列検出部と、
     前記圧反射系列における前記規準化脈波容積と前記拍間隔との相関を示す回帰直線の傾きを神経性の圧反射機能を示す指標である神経性圧反射感度として算出する神経性圧反射感度算出部と
     を有する神経性圧反射感度測定装置。
  2.  動脈の脈波データを取得する脈波データ取得部と、
     前記脈波データに基づいて、脈波の交流成分の振幅を同時刻における当該脈波の直流成分の平均値で除算してなる規準化脈波容積を算出する規準化脈波容積算出部と、
     前記脈波データに対応する拍間隔を取得する拍間隔取得部と、
     前記規準化脈波容積および前記拍間隔がいずれも3拍以上連続して増加または減少する圧反射系列を検出する圧反射系列検出部と、
     前記圧反射系列における前記規準化脈波容積と前記拍間隔との相関を示す回帰直線の傾きを神経性の圧反射機能を示す指標である神経性圧反射感度として算出する神経性圧反射感度算出部と
     してコンピュータを機能させる神経性圧反射感度測定プログラム。
  3.  動脈の脈波データを取得する脈波データ取得ステップと、
     前記脈波データに基づいて、脈波の交流成分の振幅を同時刻における当該脈波の直流成分の平均値で除算してなる規準化脈波容積を算出する規準化脈波容積算出ステップと、
     前記脈波データに対応する拍間隔を取得する拍間隔取得ステップと、
     前記規準化脈波容積および前記拍間隔がいずれも3拍以上連続して増加または減少する圧反射系列を検出する圧反射系列検出ステップと、
     前記圧反射系列における前記規準化脈波容積と前記拍間隔との相関を示す回帰直線の傾きを神経性の圧反射機能を示す指標である神経性圧反射感度として算出する神経性圧反射感度算出ステップと
     を有する神経性圧反射感度測定方法。
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