特許 6799482 シャント血管の狭窄指標を算出する方法、装置及びプログラム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6799482

(24)【登録日】2020年11月25日

(45)【発行日】2020年12月16日

(54)【発明の名称】シャント血管の狭窄指標を算出する方法、装置及びプログラム

(51)【国際特許分類】

   A61M 1/36 20060101AFI20201207BHJP

【ＦＩ】

   A61M1/36 143

【請求項の数】19

【全頁数】18

(21)【出願番号】特願2017-44403(P2017-44403)

(22)【出願日】2017年3月8日

(65)【公開番号】特開2018-143670(P2018-143670A)

(43)【公開日】2018年9月20日

【審査請求日】2020年2月28日

(73)【特許権者】

【識別番号】507365204

【氏名又は名称】旭化成メディカル株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100079108

【弁理士】

【氏名又は名称】稲葉 良幸

(74)【代理人】

【識別番号】100109346

【弁理士】

【氏名又は名称】大貫 敏史

(74)【代理人】

【識別番号】100117189

【弁理士】

【氏名又は名称】江口 昭彦

(74)【代理人】

【識別番号】100134120

【弁理士】

【氏名又は名称】内藤 和彦

(72)【発明者】

【氏名】細矢 範行

【審査官】 小林 睦

(56)【参考文献】

【文献】 米国特許出願公開第２００４／０２４９２９３（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 再公表特許第２０１６／２０７９５１（ＪＰ，Ａ１）

【文献】 特開２０１４−００８２６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−０２９４３４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ａ６１Ｍ １／３６

Ａ６１Ｍ １／１６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

血液透析患者のシャント音から得られたシャント血流波形の任意の複数区間（区間1、区間2・・・区間m・・・区間n・・・（m、nは自然数））から算出された血流速度成分項（Un-Um）と、前記シャント音の前記任意の複数区間から算出された血流音周波数成分項（Fn-Fm）との比（Un-Um）／（Fn-Fm）を、基準とするシャント血流波形の任意の複数区間（区間1、区間2・・・区間m’・・・区間n’・・・（m’、n’は自然数））から算出された血流速度成分項（U_sn’−U_sm’）と、基準とするシャント音の前記任意の複数区間から算出された血流音周波数成分項（F_sn’−F_sm’）との比（U_sn’−U_sm’）／（F_sn’−F_sm’）で除することによりシャント血管の狭窄指標を算出する方法。

【請求項2】

シャント血管の狭窄指標１−αが次式（１）で表され、
1−α＝1−d／d_s＝1−（（Un-Um）／（Fn-Fm））／（（U_sn’−U_sm’）／（F_sn’−F_sm’））・・・（1）
αが開口指標、dが血管の狭窄径、ｄ_sが血管の基準径を示す、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記血流速度成分項の血流速度成分Uは、シャント血流波形のピークの平均値である、請求項1又は２に記載の方法。

【請求項4】

前記血流速度成分項の血流速度成分Uは、シャント血流波形の平均値である、請求項1又は２に記載の方法。

【請求項5】

前記シャント血流波形は、シャント音を畳み込み処理して求められる、請求項１〜４のいずれかに記載の方法。

【請求項6】

前記シャント血流波形は、シャント音を二乗平方根処理して求められる、請求項１〜４のいずれかに記載の方法。

【請求項7】

前記血流音周波数成分項の血流音周波数成分Fは、シャント音波形を周波数解析して得られる周波数スペクトルの、基準とするシャント音波形の周波数スペクトルに対する変化率が最大となる周波数である、請求項１〜６のいずれかに記載の方法。

【請求項8】

前記基準とするシャント音波形の周波数スペクトルは、シャント血管の狭窄が進行していない時期か、シャント血管の狭窄の進行のごく初期か、もしくはPTA（経皮的血管形成術）後のシャント音波形を周波数解析して得られる周波数スペクトルである、請求項１〜７のいずれかに記載の方法。

【請求項9】

前記基準とする血流速度成分項と血流音周波数成分項は、シャント血管の狭窄がない時期か、もしくはシャント血管の狭窄の進行初期に求められる、請求項１〜８のいずれかに記載の方法。

【請求項10】

血液透析患者のシャント音から得られたシャント血流波形の任意の複数区間（区間1、区間2・・・区間m・・・区間n・・・（m、nは自然数））から算出された血流速度成分項（Un-Um）と、前記シャント音の前記任意の複数区間から算出された血流音周波数成分項（Fn-Fm）との比 （Un-Um）／（Fn-Fm）を、基準とするシャント血流波形の任意の複数区間（区間1、区間2・・・区間m’・・・区間n’・・・（m’、n’は自然数））から算出された血流速度成分項（U_sn’−U_sm’）と、基準とするシャント音の前記任意の複数区間から算出された血流音周波数成分項（F_sn’−F_sm’）との比（U_sn’−U_sm’）／（F_sn’−F_sm’）で除することによりシャント血管の狭窄指標を算出する装置。

【請求項11】

シャント血管の狭窄指標１−αが次式（１）で表され、
1−α＝1−d／d_s＝1−（（Un-Um）／（Fn-Fm））／（（U_sn’−U_sm’）／（F_sn’−F_sm’））・・・（1）
αが開口指標、dが血管の狭窄径、ｄ_sが血管の基準径を示す、請求項１０に記載の装置。

【請求項12】

前記血流速度成分Uは、シャント血流波形のピークの平均値である、請求項１０又は１１に記載の装置。

【請求項13】

前記血流速度成分Uは、シャント血流波形の平均値である、請求項１０又は１１に記載の装置。

【請求項14】

シャント血流波形は、シャント音を畳み込み処理して求められる、請求項１０〜１３のいずれかに記載の装置。

【請求項15】

シャント血流波形は、シャント音を二乗平方根処理して求められる、請求項１０〜１３のいずれかに記載の装置。

【請求項16】

前記血流音周波数成分Fは、シャント音波形を周波数解析して得られる周波数スペクトルの、基準とするシャント音波形の周波数スペクトルに対する変化率が最大となる周波数である、請求項１０〜１５のいずれかに記載の装置。

【請求項17】

前記基準とするシャント音波形の周波数スペクトルは、シャント血管の狭窄が進行していない時期か、シャント血管の狭窄の進行のごく初期か、もしくはPTA（経皮的血管形成術）後のシャント音波形を周波数解析して得られる周波数スペクトルである、請求項１０〜１６のいずれかに記載の装置。

【請求項18】

前記基準とする血流速度成分項と血流音周波数成分項が、シャント血管の狭窄がない時期か、もしくはシャント血管の狭窄の進行初期に求められる、請求項１０〜１７のいずれかに記載の装置。

【請求項19】

血液透析患者のシャント音から得られたシャント血流波形の任意の複数区間（区間1、区間2・・・区間m・・・区間n・・・（m、nは自然数））から算出された血流速度成分項（Un-Um）と、前記シャント音の前記任意の複数区間から算出された血流音周波数成分項（Fn-Fm）との比 （Un-Um）／（Fn-Fm）を、基準とするシャント血流波形の任意の複数区間（区間1、区間2・・・区間m’・・・区間n’・・・（m’、n’は自然数））から算出された血流速度成分項（U_sn’−U_sm’）と、基準とするシャント音の前記任意の複数区間から算出された血流音周波数成分項（F_sn’−F_sm’）との比（U_sn’−U_sm’）／（F_sn’−F_sm’）で除することによりシャント血管の狭窄指標を算出する方法を、コンピュータに実現させるためのプログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、血液透析患者のブラッドアクセスとして広く普及しているシャント血管の狭窄指標を算出する方法、装置及びプログラムに関する。

【背景技術】

【0002】

腎不全患者の治療方法のひとつである人工血液透析は、現在広く普及している治療方法である。血液透析患者は、腕の皮膚下において動脈と静脈をつなぎ合わせる手術をして、内シャントを作製する。このシャントにより静脈に大量の動脈血が流れ、その血液をダイアライザに導くことで血液の浄化と除水を行う。また、静脈の代わりに人工血管で動脈と静脈をつなぎ合わせるグラフトシャントも存在する。

【0003】

しかし、静脈血管に動脈血が流入することは、静脈血管にとっては非生理的であるため、患者によっては流れの乱れによりシャント血管が狭窄を繰り返すことがあり、定期的にPTA（経皮的血管形成術）をせざるを得ない。これは人工血管でも、血液透析のたびに穿刺する箇所が瘤となり狭窄する場合、人工血管と動脈および静脈血管のつなぎ目が流れの乱れにより狭窄する場合等もあり、同様に定期的にPTAをせざるを得ない。

【0004】

シャントの状態を透析室で簡便に知る方法として、聴診器によるシャント音（血流）の観察がよく行われている。しかし、狭窄による音を聞き分けるには熟練と経験を必要とすること、また、狭窄の程度が小さい場合は聞き分けられないこと、さらに、人間の耳では狭窄であると判断できない狭窄があることから、血液透析現場において問題視されている。

【0005】

上記のような状況から、シャント血管の狭窄の進行状態をベッドサイドで簡便に知る方法が血液透析療法の現場では求められている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】日本国特許第3083378号公報

【特許文献2】日本国特許第4344793号公報

【特許文献3】日本国特開2010-29434号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

シャント音から狭窄を判定する方法として、特許文献１では、シャント音をマイクロホンにより集音して、シャント音の低下を検知する方法が開示されている。しかし、この方法では、シャント音の低下のみをパラメータとしており、患者の血圧が低い際など、シャント血流量の低下を考慮した検出下限値の設定が非常に困難である。また、この方法では狭窄の進行状態が分からず、シャント音の低下を検知してすぐにPTAを施行しなければならないため、治療現場や患者にとって準備する期間がなく、負担が大きいという欠点がある。

【0008】

また、加速度センサにより得られたシャント音を周波数解析して求められる周波数分布を、あらかじめ定められた周波数の標準値と比較して、高周波領域に集中している場合、狭窄として判定する方法が特許文献２に開示されている。しかし、この方法では、狭窄の進行によりシャント血流量が低下して、狭窄音に起因する周波数が高周波領域に集中しない場合は狭窄として判定することができない。

【0009】

さらに、特許文献３では、血流音信号から得られる脈拍音エネルギーデータと周波数スペクトル包絡から狭窄度合いをニューラルネットワークにおいて判定するプログラムが開示されている。この方法では、周波数スペクトル包絡と狭窄度合いを結びつけるために多くの学習が必要となる。この周波数スペクトル包絡と狭窄度合いの対応付けを高い信頼性をもって確立するためには、非常に多くのデータでの繰り返し試験をしなければならない。また、患者によっては、シャント血管の流路が複雑なことにより音が発生する。この発生した音の周波数が、学習した周波数スペクトル包絡に含まれていなければ、流路による音の発生と狭窄による音の発生を区別することができず、狭窄とみなす可能性もあり、狭窄判定精度が悪くなる。したがって、バイパスしているシャント血管、複雑に屈曲しているシャント血管など、より数多くの患者個々のデータを学習することが必要となり、煩雑とならざるを得ない。さらに、同じ患者のシャント血管でも、シャント血流量が、血圧の低い時、および狭窄の進行状態で、より低下する。シャント血流量が低下した場合は、狭窄に起因して発生する音の周波数も変化することから、周波数スペクトル包絡も変化せざるを得ない。しかし、特許文献３では、シャント血流量変化についての考慮がされていないため、狭窄判定の精度がさらに悪くなる。

【0010】

本願はかかる点に鑑みてなされたものであり、血液透析患者のシャント血管の狭窄指標（狭窄を起こす可能性を示す数値）を、シャント血流の速度成分とシャント音の周波数成分を考慮して、簡便に正確に算出することをその目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0011】

上記目的を達成するため発明者が鋭意研究した結果、シャント血流波形の所定の血流速度成分項と血流音周波数成分項との比を用いることで、上記課題を解決できることを見出し、本発明に至った。すなわち、本発明は次の態様を含む。ここでいう「シャント血流波形」とは、シャント血管を流れる血流状態を反映する物理的指標を図示したものとする。
（１）血液透析患者のシャント音から得られたシャント血流波形の任意の複数区間（区間1、区間2・・・区間m・・・区間n・・・（m、nは自然数））から算出された血流速度成分項（Un-Um）と、前記シャント音の前記任意の複数区間から算出された血流音周波数成分項（Fn-Fm）との比（Un-Um）／（Fn-Fm）を、基準とするシャント血流波形の任意の複数区間（区間1、区間2・・・区間m’・・・区間n’・・・（m’、n’は自然数））から算出された血流速度成分項（U_sn’−U_sm’）と、基準とするシャント音の前記任意の複数区間から算出された血流音周波数成分項（F_sn’−F_sm’）との比（U_sn’−U_sm’）／（F_sn’−F_sm’）で除することによりシャント血管の狭窄指標を算出する方法。
（２）シャント血管の狭窄指標１−αが次式（１）で表され、
1−α＝1−d／d_s＝1−（（Un-Um）／（Fn-Fm））／（（U_sn’−U_sm’）／（F_sn’−F_sm’））・・・（1）
αが開口指標、dが血管の狭窄径、ｄ_sが血管の基準径を示す、（１）に記載の方法。
（３）前記血流速度成分項の血流速度成分Uは、シャント血流波形のピークの平均値である、（１）又は（２）に記載の方法。
（４）前記血流速度成分項の血流速度成分Uは、シャント血流波形の平均値である、（１）又は（２）に記載の方法。
（５）前記シャント血流波形は、シャント音を畳み込み処理して求められる、（１）〜（４）のいずれかに記載の方法。
（６）前記シャント血流波形は、シャント音を二乗平方根処理して求められる、（１）〜（４）のいずれかに記載の方法。
（７）前記血流音周波数成分項の血流音周波数成分Fは、シャント音波形を周波数解析して得られる周波数スペクトルの、基準とするシャント音波形の周波数スペクトルに対する変化率が最大となる周波数である、（１）〜（６）のいずれかに記載の方法。
（８）前記基準とするシャント音波形の周波数スペクトルは、シャント血管の狭窄が進行していない時期か、シャント血管の狭窄の進行のごく初期か、もしくはPTA（経皮的血管形成術）後のシャント音波形を周波数解析して得られる周波数スペクトルである、（１）〜（７）のいずれかに記載の方法。なお、「シャント血管の狭窄の進行のごく初期」とは、進行が観察されてから３０日以内をいう。
（９）前記基準とする血流速度成分項と血流音周波数成分項は、シャント血管の狭窄がない時期か、もしくはシャント血管の狭窄の進行初期に求められる、（１）〜（８）のいずれかに記載の方法。
（１０）血液透析患者のシャント音から得られたシャント血流波形の任意の複数区間（区間1、区間2・・・区間m・・・区間n・・・（m、nは自然数））から算出された血流速度成分項（Un-Um）と、前記シャント音の前記任意の複数区間から算出された血流音周波数成分項（Fn-Fm）との比（Un-Um）／（Fn-Fm）を、基準とするシャント血流波形の任意の複数区間（区間1、区間2・・・区間m’・・・区間n’・・・（m’、n’は自然数））から算出された血流速度成分項（U_sn’−U_sm’）と、基準とするシャント音の前記任意の複数区間から算出された血流音周波数成分項（F_sn’−F_sm’）との比（U_sn’−U_sm’）／（F_sn’−F_sm’）で除することによりシャント血管の狭窄指標を算出する装置。
（１１）シャント血管の狭窄指標１−αが次式（１）で表され、
1−α＝1−d／d_s＝1−（（Un-Um）／（Fn-Fm））／（（U_sn’−U_sm’）／（F_sn’−F_sm’））・・・（1）
αが開口指標、dが血管の狭窄径、ｄ_sが血管の基準径を示す、（１０）に記載の方法。
（１２）前記血流速度成分Uは、シャント血流波形のピークの平均値である、（１０）又は（１１）に記載の装置。
（１３）前記血流速度成分Uは、シャント血流波形の平均値である、（１０）又は（１１）に記載の装置。
（１４）シャント血流波形は、シャント音を畳み込み処理して求められる、（１０）〜（１３）のいずれかに記載の装置。
（１５）シャント血流波形は、シャント音を二乗平方根処理して求められる、（１０）〜（１３）のいずれかに記載の装置。
（１６）前記血流音周波数成分Fは、シャント音波形を周波数解析して得られる周波数スペクトルの、基準とするシャント音波形の周波数スペクトルに対する変化率が最大となる周波数である、（１０）〜（１５）のいずれかに記載の装置。
（１７）前記基準とするシャント音波形の周波数スペクトルは、シャント血管の狭窄が進行していない時期か、シャント血管の狭窄の進行のごく初期か、もしくはPTA（経皮的血管形成術）後のシャント音波形を周波数解析して得られる周波数スペクトルである、（１０）〜（１６）のいずれかに記載の装置。
（１８）前記基準とする血流速度成分項と血流音周波数成分項が、シャント血管の狭窄がない時期か、もしくはシャント血管の狭窄の進行初期に求められる、（１０）〜（１７）のいずれかに記載の装置。
（１９）血液透析患者のシャント音から得られたシャント血流波形の任意の複数区間（区間1、区間2・・・区間m・・・区間n・・・（m、nは自然数））から算出された血流速度成分項（Un-Um）と、前記シャント音の前記任意の複数区間から算出された血流音周波数成分項（Fn-Fm）との比 （Un-Um）／（Fn-Fm）を、基準とするシャント血流波形の任意の複数区間（区間1、区間2・・・区間m’・・・区間n’・・・（m’、n’は自然数））から算出された血流速度成分項（U_sn’−U_sm’）と、基準とするシャント音の前記任意の複数区間から算出された血流音周波数成分項（F_sn’−F_sm’）との比（U_sn’−U_sm’）／（F_sn’−F_sm’）で除することによりシャント血管の狭窄指標を算出する方法を、コンピュータに実現させるためのプログラム。

【発明の効果】

【0012】

本発明によれば、血液透析患者のシャント血管の狭窄指標を簡便に正確に算出することができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】狭窄指標を算出する装置と電子聴診器を示す説明図である。

【図2】装置の構成を示すブロック図である。

【図3】シャント血管の狭窄モデルの模式図である。

【図4】シャント音の一例を示す図である。

【図5】シャント血流波形の一例を示すグラフである。

【図6】シャント血流波形の周波数スペクトルを示すグラフである。

【図7】シャント血流波形の２つの区間の一例を示すグラフである。

【図8】シャント血流波形の周波数スペクトルの変化率を示すグラフである。

【図9】シャント血流波形の３つの区間の一例を示すグラフである。

【図10】シャント血流波形の各区間の平均を示すグラフである。

【図11】実施例１の狭窄指標の計測結果を示すグラフである。

【図12】実施例２の狭窄指標の計測結果を示すグラフである。

【図13】実施例３の狭窄指標の計測結果を示すグラフである。

【図14】実施例４の狭窄指標の計測結果を示すグラフである。

【図15】実施例５の狭窄指標の計測結果を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、図面を参照して、本発明の好ましい実施の形態について説明する。なお、以下の実施の形態は、本発明を説明するための例示であり、本発明はその実施の形態のみに限定されるものではない。同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。また、図面中、上下左右等の位置関係は、特に断らない限り、図面に示す位置関係に基づくものとする。さらに、図面の寸法比率は、図示の比率に限定されるものではない。

【0015】

図１は、本実施の形態に係るシャント血管の狭窄指標を算出する装置１の概略を示す模式図であり、図２は、装置１の構成の概略を示すブロック図である。

【0016】

装置１は、例えばコンピュータであり、通信手段１０、入力手段１１と、制御手段１２、表示手段１３等を備えている。

【0017】

通信手段１０は、ブルートゥース（登録商標）などを用いた無線通信や、有線通信が可能であり、例えば電子聴診器２０により得られた血液透析患者のシャント音の情報を受信できる。なお、装置１は、電子聴診器２０などのシャント音検出装置を含むものであってもよい。

【0018】

入力手段１１は、例えばキーボードやタッチパネル、マウス等であり、シャント血管の狭窄指標を算出するために必要な情報を入力できる。

【0019】

表示手段１３は、液晶ディスプレイ等であり、血液透析患者のシャント音や、シャント血流波形、シャント血管の狭窄指標や、狭窄指標を算出するための各種情報を入力する入力画面等を表示できる。

【0020】

制御手段１２は、メモリやＣＰＵ等を備えている。制御手段１２は、例えばプログラムや入力情報を記憶する記憶部３０と、所定の計算式等に従ってシャント血管の狭窄指数を算出する演算部３１等を有している。記憶部３０には、シャント血管の狭窄指数を算出する方法をコンピュータに実現させるためのプログラムＰが記憶されている。

【0021】

制御手段１２は、プログラムＰを実行して、血液透析患者のシャント音から得られたシャント血流波形の任意の複数区間（区間1、区間2・・・区間m・・・区間n・・・（m、nは自然数））から算出された血流速度成分項（Un-Um）と、前記シャント音の前記任意の複数区間から算出された血流音周波数成分項（Fn-Fm）との比（ Un-Um）／（Fn-Fm）を、基準とするシャント血流波形の任意の複数区間（区間1、区間2・・・区間m’・・・区間n’・・・（m’、n’は自然数））から算出された血流速度成分項（U_sn’−U_sm’）と、基準とするシャント音の前記任意の複数区間から算出された血流音周波数成分項（F_sn’−F_sm’）との比（U_sn’−U_sm’）／（F_sn’−F_sm’）で除することによりシャント血管の狭窄指標を算出する。

【0022】

例えば制御手段１２は、血液透析患者のシャント音からシャント血流波形を算出する手段と、シャント血流波形の任意の複数区間（区間1、区間2・・・区間m・・・区間n・・・（m、nは自然数））から血流速度成分項（Un-Um）を算出する手段と、シャント音の任意の複数区間から血流音周波数成分項（Fn-Fm）を算出する手段と、基準とするシャント血流波形を算出する手段と、基準とするシャント血流波形の任意の複数区間（区間1、区間2・・・区間m’・・・区間n’・・・（ｍ’、ｎ’は自然数））から血流速度成分項（U_sn’−U_sm’）を算出する手段と、基準とするシャント音の任意の複数区間から血流音周波数成分項（F_sn’−F_sm’）を算出する手段と、血流速度成分項（Un-Um）と血流音周波数成分項（Fn-Fm）との比（Un-Um）／（Fn-Fm）を、血流速度成分項（U_sn’−U_sm’）と血流音周波数成分項（F_sn’−F_sm’）との比（U_sn’−U_sm’）／（F_sn’−F_sm’）で除する手段等を有している。

【0023】

次にシャント血管の狭窄指標の算出方法について説明する。図３にシャント血管の狭窄モデルの模式図を示す。図３において、４０はシャント血管、４１は狭窄部、４２は血流、４３は血流の流れの乱れ（渦）を示す。

【0024】

シャント血管の狭窄指標（１−α）が次式で定義される。
1−α＝1−d／d_s＝1−（（Un-Um）／（Fn-Fm））／（（U_sn−U_sm）／（F_sn−F_sm））・・・(1）
なお、開口指標αは、狭窄がない場合に１となり、狭窄が進行するにつれて0に近づく。図３に示すようにdが血管の狭窄径（ｍ）を示し、ｄ_sが血管の基準径（ｍ）を示す。Umは、区間mにおけるシャント血管の血流速度であり、Unは、区間nにおけるシャント血管の血流速度成分である。Fmは、区間mにおける血流音周波数成分であり、Fnは、区間nにおける血流音周波数成分である。

【0025】

ここで、便宜的に区間1、区間2（m=１、m’=1、n=2、n’=2）を選択した場合を例にとって説明する。この場合、式(1)は次のように表せられる。

【0026】

1−α＝1−d／d_s＝1−（（u2−u1）／（f2−f1））／（（u_s2−u_s1）／（f_s2−f_s1））
＝1−（Δu／Δf）／（Δu_s／Δf_s） ・・・（1）’
u：シャント血流の速度成分（ｍ/ｓ）
ｆ：血流音周波数成分（Ｈｚ）

【0027】

血流音周波数成分ｆは、基準とする周波数スペクトルに対して以下に定義する変化率において、最大変化率となる周波数（Ｈｚ）とする。

【0028】

変化率＝（（周波数スペクトル）−（基準とする周波数スペクトル））／（基準とする周波数スペクトル）・・・(2)

【0029】

式(1)は、以下のストローハル数とレイノルズ数の関係式から導き出すことができる。先ず、狭窄が存在する管内の、渦流発生の周波数と流れの関係から、式(3)が成り立つ（非特許文献１：C. Norberg, "Effects of Reynolds number and a low-intensity freestream turbulence on the flow around a circular cylinder." Chalmers University of Technology, Publication Nr 87/2 p18-20参照）。

【0030】

St＝ａ×（1−ｂ／Re）＋ｃ×Re・・・(3)
St：ストローハル数
Re：レイノルズ数
a：定数、b：定数、ｃ：定数

【0031】

St＝ｆ×d／u・・・(4)
Re＝u×d／ν・・・(5)
ν：動粘度（ｍ²/ｓ）

【0032】

非特許文献１では、円柱周りの流れにおける渦発生の周波数と流動状態に関する数々の研究が紹介されている。本願で取り扱うのは、管内の狭窄モデルであるが、現象の相似性から式(3)が成立すると仮定した。また、式(3)の定数がさまざまな研究者から提案されている。定数ｃを0としている研究者も多く、また、定数ａ、ｂに比べて数百分の一以下と小さいため、本願では定数ｃを0とした。

【0033】

開口指標αは、基準となる時期がシャント血管に狭窄が進行してない段階では、狭窄のないシャント血管径d_s＝Dとなるため、径基準の開口率d／Dを示すことになる。したがって、１−αは径基準の狭窄率を示す。ただし、常に基準となる時期として、狭窄が進行していない時期を選択できるわけではない。狭窄の進行初期（狭窄率が小さい時期）を基準とする場合も多い。そのため、αを開口率、１−αを狭窄率と表現せずに、開口指標、狭窄指標と表現した。また、厳密には、管内狭窄モデルは狭窄が存在する場合に成立する。よって、狭窄進行初期を基準とする時期とすることがより望ましい。

【0034】

シャント血管の血流速度は、シャント音波形から求める方法を実施例で紹介しているが、シャント血管の血流速度に比例する値が求められる方法ならば、シャント音波形以外のシャント血流波形を用いてもよい。

【0035】

基準とする周波数スペクトルに対して定義する変化率（式(2)）において、基準とする周波数スペクトルは狭窄が進行していない時期か、PTA後の時期を採用するのが望ましい。シャント音測定が頻回になるなどの事情により、狭窄が進行していない時期、もしくはPTA後の時期を採用できない場合は、シャント血管の狭窄の進行のごく初期、例えば進行が観察されてから３０日以内を採用しても構わない。狭窄が進行していないシャント血管を基準とすることにより、次の測定時の周波数スペクトルの、基準周波数スペクトルからの変化が分かり、狭窄が進行しているとすれば、その変化が狭窄に起因するものと推定される。この変化率が最大となった周波数がもっとも狭窄に起因している。その周波数を式(1)の血流音周波数成分fとして採用する。基準とする周波数スペクトルは、患者固有のシャント血管形状を反映しているため、シャント血管のバイパス、シャント血管の屈曲等に起因する音情報も含んでいる。よって、周波数スペクトルの変化率をみることにより、患者固有のシャント血管の音情報をキャンセルすることができ、狭窄による音情報をきわ立たせることができる。

【0036】

図３の狭窄モデルで成立する式(3)は、本来ならば、実際のシャント血管において、シャント血管径、狭窄径、血流速度、動粘度、周波数を繰り返し数多く測定して、定数a、ｂをそれらの測定値から決定する。次に、それらの定数を取り入れた式(3)を用いて、狭窄径の変化を推定することが望ましい。しかし、血液透析治療現場、特に超音波診断装置のないクリニックにおいては、日常的に上記の数値を得ることは難しい。そこで、式(3)〜(5)を変形することにより、定数a、bを数多くの測定から決定しなくても狭窄の進行状態の推定が可能な式(1)を導いた。

【0037】

すなわち、定数ｃ＝0で式(3)〜(5)を変形することにより、次の式(6)になる。
u＝f×d／a＋b×ν／d・・・(6)

【0038】

任意の２つの区間1、区間2（この２つの区間の差は時間的にごく短い時間ため、狭窄径d＝一定、動粘度ν＝一定とみなす。）における流速成分を各々u1、u2、周波数成分を各々f1、f2とし、それらの差を各々Δu、Δfとする。ここで、同一症例であるため、定数bは同値であるため、定数bが消え、式(7)のように表すことができる。

【0039】

Δu＝u2−u1＝（f2−f1）×d／a＝Δf×d／a・・・(7)

【0040】

基準となる時期（添え字s）の速度の差で、任意の時期の速度の差を除すると次の式(8)になる。同一症例なので、定数aは同値であり、定数aが消える。

【0041】

Δu／Δu_s＝（Δf×d／a）／（Δf_s×d_s／a）＝（Δf／Δf_s）×（d／d_s）・・・(8)

【0042】

開口指標α＝d／d_sとおいて、変形すると次の式（９）になる。

【0043】

α＝d／d_s＝（Δu／Δf）／（Δu_s／Δf_s）・・・(9)

【0044】

狭窄指標１−αとすると式(1)となる。式(1)を用いることにより、シャント血管の狭窄指標を簡便に算出することができる。上記では便宜的に、区間1と区間2として式を導いているが、他の区間間でも式(1)は成り立つことは明らかである。

【0045】

ここで、シャント血管の狭窄指数の具体的な算出例を示す。先ず、各透析患者について、予め、基準とするシャント血流波形の周波数スペクトルが求められる。基準とするシャント血流波形の周波数スペクトルは、シャント血管の狭窄が進行していない時期か、シャント血管の狭窄の進行のごく初期、もしくはPTA（経皮的血管形成術）後のシャント音波形を周波数解析して求められる。例えばＰＴＡ後３０日以内に、電子聴診器２０により、図４に示すような透析患者のシャント血管のシャント音が計測され、その情報が装置１に記憶される。装置１では、シャント音を畳み込み処理或いは二乗平方根処理等して、図５に示すようなシャント血流波形（シャント音波形）が求められ、シャント音波形を周波数解析して図６に示すような周波数スペクトルＳが求められる。この基準となる周波数スペクトルＳは、装置１に記憶される。

【0046】

次に、各透析患者について、基準とするシャント血流波形における血流速度成分項（U_sn−U_sm）と、基準とするシャント音波形における血流音周波数成分項（F_sn−F_sm）が求められる。この基準となるシャント音波形及びシャント血流波形は、シャント血管の狭窄がない時期か、もしくはシャント血管の狭窄の進行初期に求められる。

【0047】

例えばＰＴＡ後２か月以内に、図１に示すように電子聴診器２０により、透析患者のシャント血管のシャント音が計測され、その情報が装置１に出力される。このとき、図４に示すような経時的なシャント音が得られる。装置１の制御手段１２では、経時的なシャント音が情報処理され、図７に示すようなシャント血流波形である例えばシャント音波形の包絡線が算出される。このときのシャント音波形の包絡線は、シャント音を畳み込み処理或いは二乗平方根処理して求められる。そして、シャント血流波形の任意の区間から２つの区間が選択される。この区間の選択は、測定者が表示手段１３に表示されたシャント音波形を見ながら、入力手段１１を用いて行ってもよい。この例では、連続する２つの区間１、区間２（m’=１、n’=２）が選択される。区間1、区間2におけるシャント血流波形のピークが特定され、各区間１、２のピークの平均値がそれぞれ血流速度成分Us1、Us2とされる。なお、区間1、区間2におけるシャント血流波形の平均値が血流速度成分とされてもよい。

【0048】

次に、シャント音波形を周波数解析して、図６に示したような区間1、2におけるシャント音の周波数スペクトルが算出される。図８に示すように、このときの区間1、2におけるシャント音の周波数スペクトルと、基準となるシャント音の周波数スペクトルＳから式(2)により変化率が求められ、その変化率が最大となる周波数が、血流音周波数成分Fs1、Fs2とされる。このとき求めたUs1、Us2、Fs1、Fs2は、装置１に記憶される。

【0049】

次に、透析患者の狭窄指数を計測する。例えばＰＴＡ後定期的に透析患者の狭窄指数を算出する。先ず、電子聴診器２０により透析患者のシャント血管のシャント音が計測され、図４に示すような経時的なシャント音が得られる。装置１の制御手段１２では、経時的なシャント音が情報処理され、図７に示したようなシャント血流波形である例えばシャント音波形の包絡線が算出される。このときのシャント音波形の包絡線は、シャント音を畳み込み処理或いは二乗平方根処理して求められる。そして、シャント血流波形の任意の区間から２つの区間1、区間2（m＝1、n＝2）が選択される。区間1、区間2におけるシャント血流波形のピークが特定され、各区間1、2のピークの平均値がそれぞれ血流速度成分U1、U2とされる。なお、区間1、区間2におけるシャント血流波形の平均値が血流速度成分とされてもよい。

【0050】

次に、シャント音或いはシャント音波形から、図６に示したような区間1、2におけるシャント音の周波数スペクトルが算出される。図８に示すようにこのときのシャント音の周波数スペクトルと、基準となるシャント音の周波数スペクトルから式(2)により変化率が求められ、その変化率が最大となる周波数が血流音周波数成分F1、F2とされる。このとき求めたU1、U2、F1、F2は、装置１に記憶される。

【0051】

そして、装置１の制御手段１２より、上述のU１、U2、Us1、Us2、F1、F1、Fs1、Fs2の値を用いて式（１）により狭窄指数（１−α）が算出される。算出された狭窄指数は、例えば表示手段１３に表示される。なお、上記例において、図６は、以下３つの例、基準となる周波数スペクトルＳ、基準となる血流音周波数成分を算出する際に用いる周波数スペクトル、及び狭窄指数を計測する際に用いる周波数スペクトルの代表例として示したが、当然それらは同じものではない。同様に図７は、以下２つの例、基準となる血流速度成分を算出する際に用いるシャント血流波形、及び狭窄指数を計測する際に用いられるシャント血流波形の代表例として示したが、それらは同じものではない。図８は、以下２つの例、基準となる血流音周波数成分を算出する際に用いる周波数スペクトル変化率、及び狭窄指数を計測する際に用いる周波数スペクトル変化率の代表例として示したが、それらは同じものではない。

【0052】

本実施の形態によれば、血液透析患者のシャント血管の狭窄指標を簡便に正確に算出することができる。

【0053】

上記実施の形態では、１区間を５秒に設定していたが、１区間の時間は任意に選択できる。上記実施の形態では、シャント血流波形の任意の複数区間の中から区間1、区間2を選択していたが、他の区間を選択してもよい。また、連続する２つの区間でなくても、間に他の区間を挟んだ離れた２つの区間を選択してもよい。また、３つ以上の複数の区間から、複数の組み合わせの２つの区間を選択して、各組み合わせについて血流速度成分項及び血流音周波数成分項を求めてもよい。この場合、複数の血流速度成分項と血流音周波数成分項を用いて狭窄指数を算出してもよい。

【0054】

例えば図９に示すようにシャント血流波形の任意の区間から３つの区間1、区間2、区間3が選択される。区間1、区間2、区間3におけるシャント血流波形のピークが特定され、各区間1、2、3のピークの平均値がそれぞれ血流速度成分U1、U2、U3とされる。速度成分の差である速度成分項ΔU（（U2−U1）、（U3−U2）、（U3−U1））が３つ求められる。周波数成分についても３つの区間の変化率が最大となる周波数F1、F2、F3の差である速度成分項ΔF（（F2−F1）、（F3−F2）、（F3−F1））が３つ求められる。同一区間の差の３つの速度成分項と周波数成分項の比（(U2−U1)／(F2−F1）、(U3−U2)／(F3−F2)、(U3−U1)／(F3−F1))が各々求められ、３つが平均されてΔU／ΔFとなる。

【0055】

血流速度成分Uは、シャント血流波形のピークの平均値として求められていたが、図１０に示すようにシャント血流波形の平均値として求められてもよい。また、血流速度成分Uは、シャント血流波形から別の方法で求められてもよい。

【0056】

血流音周波数成分Fは、シャント音波形を周波数解析して得られる周波数スペクトルの、基準とするシャント音波形の周波数スペクトルに対する変化率が最大となる周波数としていたが、変化率が最大でない他の周波数としてもよい。

【実施例】

【0057】

（実施例１）
患者情報：A（男性）、内シャント、透析歴４年。
患者Ａについて、図１１に示すように、一回目のPTAを１２月２２日に施行し、二回目のＰＴＡを翌年３月２２日に施行するまで、経時的に複数回にわたり狭窄指数を算出した。狭窄指数を算出するにあたり、基準とする周波数スペクトルＳはPTA施行後６日の周波数スペクトルを採用した。基準とする速度成分項ΔU_sと周波数成分項ΔF_sは、PTA施行後１７日後のシャント音波形から求めた。区間1、区間2におけるシャント音波形の包絡線のピークの平均値をそれぞれ血流速度U１、U2として採用した。図１１に示すように、一回目のPTA施行後、経時的に狭窄指標は次第に増加した。狭窄が進行していると判断し、一回目のPTA施行後、３か月後に二回目のPTAを施行した。二回目のPTA施行時に血管造影を確認した結果、実際にシャント血管が、基準径から５０％狭窄している（狭窄率50％）ことが確認された。

【0058】

（実施例２）
患者情報：B（女性）、内シャント、透析歴６年。
患者Ｂについて、図１２に示すように、一回目のPTAを１月５日に施行し、二回目のＰＴＡを４月６日に施行するまで、経時的に複数回にわたり狭窄指数を算出した。狭窄指数を算出するにあたり、基準とする周波数スペクトルＳはPTA施行後１日の周波数スペクトルを採用した。基準とする速度成分項ΔU_sと周波数成分項ΔF_sは、PTA施行後１６日後のシャント音波形から求めた。区間1、区間2におけるシャント音波形の包絡線のピークの平均値をそれぞれ血流速度U1、U2とし採用した。図１２に示すように、一回目のPTA施行後、経時的に狭窄指標は次第に増加した。３月２４日には、狭窄指数が０．６を超えている。そして、４月６日に二回目のPTAを施行し、その時に血管造影を確認した結果、実際にシャント血管が、基準径から７５％狭窄している（狭窄率75％）ことが確認された。

【0059】

（実施例３）
患者情報：C（女性）、グラフトシャント、透析歴１２年。
狭窄指数を算出するにあたり、区間1、2におけるシャント音波形の包絡線の平均値を速度成分U1、U2として採用した以外は、実施例１、２と同様に行った。患者Ｃについて、図１３に示すように、一回目のPTAを２月２日に施行し、その後経時的に複数回にわたり狭窄指数を算出した。狭窄指数を算出するにあたり、基準とする周波数スペクトルＳはPTA施行後１０日の周波数スペクトルを採用した。基準とする速度成分項ΔU_sと周波数成分項ΔF_sは、PTA施行後１４日後のシャント音波形から求めた。一回目のPTA施行後、狭窄指標があまり増加しなかった。臨床上、狭窄の症状が見られておらず、次のPTA施行には至っていない。

【0060】

（実施例４）
患者情報：D（男性）、内シャント、透析歴１年。
狭窄指数を算出するにあたり、３つの区間1、2、3から各２つの区間（区間1と区間2、区間2と区間3、区間1と区間3）を選択し、各組み合わせについて狭窄指数を求めた以外は、実施例１、２と同様に行った。図１４には、３つの狭窄指数の平均値を示している。

【0061】

患者Ｄについて、図１４に示すように、一回目のPTAを１０月１１日に施行し、その後経時的に複数回にわたり狭窄指数を算出した。狭窄指数を算出するにあたり、基準とする周波数スペクトルＳはPTA施行後１７日の周波数スペクトルを採用した。基準とする速度成分項ΔU_sと周波数成分項ΔF_sは、PTA施行後約1か月半後のシャント音波形から求めた。一回目のPTA施行後、狭窄指標があまり増加しなかった。臨床上、狭窄の症状が見られておらず、次のPTA施行には至っていない。

【0062】

（実施例５）
患者情報：E（女性）、内シャント、透析歴１４年
狭窄指数の算出は、実施例１と同様に行った。
患者Ｅについて、図１５に示すように、複数回のＰＴＡを施行し、その間の複数回にわたり狭窄指数を算出した。狭窄指数を算出するにあたり、基準とする周波数スペクトルＳはPTA施行後６日の周波数スペクトルを採用し、これを患者固有の基準周波数スペクトルとした。基準とする速度成分項Δu_sと周波数成分項ΔF_sは、二回目のＰＴＡ施行までは、一回目のPTA施行後７日後のシャント音波形から求めたものを採用し、三回目のＰＴＡ施行までは、二回目のPTA施行後４日後のシャント音波形から求めたものを採用し、四回目のＰＴＡ施行までは、三回目のPTA施行後８日後のシャント音波形から求めたものを採用し（次のPTAまでの期間が非常に短く２回しかシャント音測定をしていないため、狭窄が進行していない時期を基準とした。）、四回目のＰＴＡ施行後は、四回目のPTA施行後約２週間後のシャント音波形から求めたものを採用した。図１５に示すように狭窄指標が次のPTAに向けて上昇しているのが確認された。とりわけ、PTAとPTAの間の期間が短いケースでは狭窄指標が急上昇している。一方、二回目のPTA施行時の血管造影では、狭窄率が85％であることが確認され、三回目のPTA施行時の血管造影では、狭窄率が90％であることが確認され、四回目のPTA施行時の血管造影では、狭窄率が90％であることが確認された。

【産業上の利用可能性】

【0063】

本発明は、血液透析患者のシャント血管の狭窄指標を簡便に正確に算出する際に有用である。

【符号の説明】

【0064】

１ 装置
１０ 通信手段
１１ 入力手段
１２ 制御手段
１３ 表示手段
２０ 電子聴診器

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】