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特開2022-146042動脈硬化計測装置、プログラム、及び、装置の作動方法
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  • 特開-動脈硬化計測装置、プログラム、及び、装置の作動方法 図1
  • 特開-動脈硬化計測装置、プログラム、及び、装置の作動方法 図2
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  • 特開-動脈硬化計測装置、プログラム、及び、装置の作動方法 図10
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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022146042
(43)【公開日】2022-10-05
(54)【発明の名称】動脈硬化計測装置、プログラム、及び、装置の作動方法
(51)【国際特許分類】
   A61B 5/026 20060101AFI20220928BHJP
   G01N 21/17 20060101ALI20220928BHJP
   A61B 5/02 20060101ALI20220928BHJP
【FI】
A61B5/026 140
G01N21/17 610
A61B5/02 A
【審査請求】未請求
【請求項の数】6
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2021046820
(22)【出願日】2021-03-22
(71)【出願人】
【識別番号】515045662
【氏名又は名称】メディカルフォトニクス株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100087398
【弁理士】
【氏名又は名称】水野 勝文
(74)【代理人】
【識別番号】100126147
【弁理士】
【氏名又は名称】川上 成年
(72)【発明者】
【氏名】飯永 一也
【テーマコード(参考)】
2G059
4C017
【Fターム(参考)】
2G059AA06
2G059BB08
2G059EE01
2G059EE02
2G059FF04
2G059GG02
2G059GG08
2G059KK01
2G059MM01
2G059MM04
2G059MM05
4C017AA07
4C017AA11
4C017AB10
4C017AC26
4C017BC07
4C017BC11
4C017BD06
(57)【要約】
【課題】 動脈硬化や動脈瘤の検査をすることが可能な装置を提供する。
【解決手段】 被検体へ光を照射する照射部と、被検体から放出された光を受光して、受
光強度を検出する受光部と、受光強度の時間変化による波形を微分して微分波形を算出し
、微分波形に周期的なピークがない場合には、健常者と判定し、微分波形に周期的な下向
きのピークがある場合には、頸動脈肥厚と判定し、微分波形に周期的な上向きのピークが
ある場合には、動脈瘤と判定する制御部と、を有する。
【選択図】 図1
【特許請求の範囲】
【請求項1】
被検体へ光を照射する照射部と、
前記被検体から放出された光を受光して、受光強度を検出する受光部と、
前記受光強度の時間変化による波形を微分して微分波形を算出し、
前記微分波形に周期的なピークがない場合には、健常者と判定する、
制御部と、
を有することを特徴とする動脈硬化計測装置。
【請求項2】
前記制御部は、
前記微分波形に周期的な下向きのピークがある場合には、頸動脈肥厚と判定する、
請求項1に記載の動脈硬化計測装置。
【請求項3】
前記制御部は、
前記微分波形に周期的な上向きのピークがある場合には、動脈瘤と判定する、
請求項1または2に記載の動脈硬化計測装置。
【請求項4】
前記周期は、脈の周期である、請求項1から3のいずれかに記載の動脈硬化計測装置。
【請求項5】
コンピュータに、
被検体へ光を照射する処理と、
前記被検体から放出された光を受光して、受光強度を検出する処理と、
前記受光強度の時間変化による波形を微分して微分波形を算出する処理と、
前記微分波形に周期的なピークがない場合には、健常者と判定する処理と、
を実行させる動脈硬化計測プログラム。
【請求項6】
被検体へ光を照射し、
前記被検体から放出された光を受光して、受光強度を検出し、
前記受光強度の時間変化による波形を微分して微分波形を算出し、
前記微分波形に周期的なピークがない場合には、健常者と判定する、
動脈硬化計測装置の作動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
この明細書に記載の実施形態は、動脈硬化計測装置、プログラム、及び、装置の作動方
法に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、生活習慣病に起因する疾患が増加しており、医療費が圧迫され続けている。生活
習慣病の中でも、インスリン抵抗性を起因とするメタボリックシンドロームは、糖尿病、
動脈硬化など、医療費がかさむうえ、死に至る病として知られており、その対策は重要な
課題である。
【0003】
従来の血流データに基づく動脈硬化診断方法は、流速や血圧などといった、絶対値とし
ての計測データが必要であった(例えば、特許文献1参照)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開2020-120839号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
絶対値計測は、測定結果の信頼性を得るためには重要な情報であるが、一方で、非侵襲
的に計測する場合において、超音波を用いるなどの計測湯法の限定や、装置の高額化が課
題となるケースも多くみられる。
【0006】
また、動脈硬化などの血管の性状をPWVなどが用いられる。これは、脈波伝搬速度から
動脈の硬さを計測するものである。この脈波伝搬速度計測では、詳細な波形解析や絶対値
としての計測値を用いることで、その診断制度を高めてきた。
【0007】
しかしながら、このように高精度な性能を追求することにより、一般家庭でも安価かつ
簡便に使える装置ではなくなってしまったのも事実である。
【0008】
本発明は、このような従来の課題を解決するためになされた発明であって、絶対値計測
を用いずとも、動脈硬化や動脈瘤の検査を可能とする装置、プログラム、及び、装置の作
動方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【0009】
本発明の動脈硬化計測装置は、被検体へ光を照射する照射部と、被検体から放出された
光を受光して、受光強度を検出する受光部と、受光強度の時間変化による波形を微分して
微分波形を算出し、微分波形に周期的なピークがない場合には、健常者と判定する制御部
を有する。
【0010】
本発明の動脈硬化計測プログラムは、コンピュータに、被検体へ光を照射する処理と、
被検体から放出された光を受光して、受光強度を検出する処理と、受光強度の時間変化に
よる波形を微分して微分波形を算出する処理と、微分波形に周期的なピークがない場合に
は、健常者と判定する処理と、を実行させる。
【0011】
本発明の動脈硬化計測装置の作動方法は、被検体へ光を照射し、被検体から放出された
光を受光して、受光強度を検出し、受光強度の時間変化による波形を微分して微分波形を
算出し、微分波形に周期的なピークがない場合には、健常者と判定する。
【図面の簡単な説明】
【0012】
図1】動脈硬化計測装置の概略図
図2】動脈硬化計測装置のブロック図
図3】3症例の受光強度の時間変化の測定結果の図
図4】健常者の場合の受光強度の時間変化の図
図5】健常者の場合の波形を微分処理した図
図6】頸動脈肥厚がある場合の受光強度の時間変化の図
図7】頸動脈肥厚がある場合の波形を微分処理した図
図8】動脈瘤がある場合の受光強度の時間変化の図
図9】動脈瘤がある場合の波形を微分処理した図
図10】実施形態の動脈硬化計測装置の作動方法のフローチャート
【発明を実施するための形態】
【0013】
以下に実施形態を図面を用いて説明する。
【0014】
図1は、実施形態の動脈硬化計測装置1の構成例を概略的に示す図である。図1に示す
ように動脈硬化計測装置1は、照射部2、受光部3、及び、制御部4を有する。また、照
射部2による生体(被検体)上の照射位置を照射位置21とし、受光部3による生体上の
受光位置を受光位置31とする。
【0015】
照射部2は照射光を生体に照射する。照射部2は、制御部4により、照射する光の波長
や照射強度が制御されてもよい。実施形態では、照射部2はLED(Light Emitting Diode
)(810nm)である。
【0016】
実施形態の照射部2は、光の連続的な照射や光のパルス状の照射等の光を照射する時間
の長さを任意に調整することができる。
【0017】
照射部2は、波長が固定された光源を用いてもよい。照射部2は、波長が異なる複数の
光源あるいは複数の波長の光を混合したものであってもよい。照射部2は、例えば、蛍光
灯、LED、レーザー、白熱灯、HID、ハロゲンランプ等である。照射部2の照度は、制御部
4により制御されてもよい。
【0018】
実施形態の受光部3は、受光位置31において生体内から生体外に放出される光を受光
して、光強度を検出する。実施形態の受光部3は、フォトダイオードである。受光部3は
、フォトダイオードに限られず、CCDやCMOSでもよい。受光部3は、波長を可入射波長に
設定し、その波長を受光できるものでもよい。実施形態では、受光部3にフォトダイオー
ドを用い、サンプリングレートは2msに設定した。
【0019】
次に、動脈硬化計測装置1の制御系の構成について説明する。図2は実施形態の動脈硬
化計測装置1のブロック図である。システムバス142を介して、CPU(Central Proc
essing Unit)141、ROM(Read Only Memory)143、RAM(Random Access Mem
ory)144、記憶部145、外部I/F(Interface)146、照射部2、及び、受光部
3が接続される。CPU141とROM143とRAM144とで制御部4を構成する。
【0020】
ROM143は、CPU141により実行されるプログラムや閾値を予め記憶する。
【0021】
RAM144は、CPU141が実行するプログラムを展開するエリアと、プログラム
によるデータ処理の作業領域となるワークエリアなどの様々なメモリエリア等を有する。
【0022】
記憶部145は、処理に必要なデータを記憶する。記憶部145は、例えば、HDD(Hard
Disk Drive)などである。
【0023】
外部I/F146は、例えばクライアント端末(PC)などの外部装置と通信するため
のインターフェースである。外部I/F146は、外部装置とデータ通信を行うインター
フェースであれば良く、たとえば、外部装置にローカルに接続する機器(USBメモリ等
)であっても良いし、ネットワークを介して通信するためのネットワークインターフェー
スであっても良い。
【0024】
以上のような構成を備える動脈硬化計測装置1において、予め設定されているプログラ
ムに基づいて、動脈硬化計測装置1は動脈硬化計測ジョブを実行する。
【0025】
図3は、健常者1名、頸動脈肥厚が確認された人1名、及び、動脈瘤が疑われる人1名の
計3症例の受光強度の時間変化の測定結果である。図3のAは健常者の測定結果の波形を
示し、Bは、動脈瘤が疑われる人の測定結果の波形を示し、Cは、頸動脈肥厚がある人の測
定結果の波形を示す。
【0026】
3症例の受光強度の時間変化を測定した結果、全症例とも、約1秒に1回の受光強度の拍
動が確認できる。このときの受光強度は、受光により得られた電圧値である。血管の深さ
や太さにより値は大きく異なるため、受光強度の絶対値比較で、健常者か動脈硬化による
頸動脈肥厚もしくは動脈瘤かの判断は難しいことがわかる。なお、ここで言う電圧値は厳
格なmv単位ではないので、a.u.単位で表記した。
【0027】
ただし、受光強度の時間変化による波形を拡大することで、受光強度の時間変化による
波形の特徴が確認できる。
【0028】
(健常者判定)
制御部4は、受光強度の時間変化による波形を微分し、微分波形を算出する。
【0029】
図4は、健常者の場合の受光強度の時間変化による波形(図3のA)を拡大した図であ
る。図に示すように、健常者の場合には、立ち上がりが強く表れ(図4のピーク前波形の
傾きB)、ピークトップに到達し(図4のA)、その後、ややなだらかに値が減少する(図
4のピーク後波形の傾きC)という受光強度の時間変化を示す波形となる。
【0030】
制御部4は、受光強度の時間変化の微分波形が乱雑なノイズの場合(すなわち、周期的
なピークがない場合)には、健常者と判定する。
【0031】
図5は、健常者の場合(図3のA)の波形を微分処理した微分波形を示す。図5に示す
ように、健常者の微分波形は乱雑なノイズとなり、特徴的な形状や、周期性のあるパター
ンなどは確認できない。なお、ここでいうノイズとは、周期性が見られないこと。また、
脈拍に基づく計測原理であることから、脈の周期と関連性があることをいう
【0032】
(頸動脈肥厚判定)
制御部4は、受光強度の時間変化による波形を微分し、微分波形を算出する。
【0033】
図6は、頸動脈肥厚がある場合の受光強度の時間変化による波形(図3のC)を拡大し
た図である。
【0034】
図に示すように、頸動脈肥厚がある場合には、立ち上がりが緩やかになる傾向を示す(
図6のピーク前波形の傾きB)。これは動脈が固くなることで、肥大しにくくなることで
、立ち上がりが遅くなり、ピークトップ(図6のA)が波形の中央付近にシフトしたと考
えられる。その後、急に値が減少する(図6のピーク後波形の傾きC)という受光強度の
時間変化を示す波形となる。
【0035】
これらを特徴づけるため、受光強度の波形の微分を行うと、図7のように特異的なピー
クが得られ、定性的な判断が可能となる。
【0036】
制御部4は、微分波形に周期的な下向き(波形微分値のマイナス方向)のピークがある
場合には、頸動脈肥厚と判定する。
【0037】
図7は、頸動脈肥厚がある場合(図3のC)の波形を微分処理した微分波形を示す。頸
動脈肥厚がある場合の波形を微分した微分波形には、図6中の急に値が減少するピーク後
波形の傾きC部に相当する部分に、周期的な下向き(マイナス方向)のピークが確認でき
る(図7中のA)。概ね1秒に1回すなわち拍動1回につき1個のシグナルが得られる。ただ
し、計測時にノイズがあると2個以上出てくることがあるので、複数個の形状から推測す
ることも必要となる場合もある。
【0038】
(動脈瘤判定)
【0039】
制御部4は、受光強度の時間変化による波形を微分し、微分波形を算出する。
【0040】
図8は、動脈瘤がある場合の受光強度の時間変化による波形(図3のB)を拡大した図
である。図に示すように、動脈瘤が存在すると、図8のAのようなピークトップを持つ波
形が得られる。そして、ピークの立ち上がり(ピーク前波形の傾きB)と、ピークが下が
る部分(ピーク後波形の傾きC)の傾きを比較すると、ピーク後波形の傾きCの傾きが急に
なることで、ピークトップAの位置が、ピークの中央より後ろにずれる傾向がある。動脈
瘤が存在すると、血流の乱れと思われる二峰性のピーク(図8の二峰ピークD)がみられ
る。また図8のEのような肩を持ったピーク(図中の肩有ピーク)が得られることも確認
できる。
【0041】
これらを特徴づけるため、受光強度の波形の微分を行うと、図9のように特異的なピー
クが得られ、定性的な判断が可能となる。
【0042】
制御部4は、微分波形に周期的な上向き(波形微分値のプラス方向)のピークがある場
合には、動脈瘤と判定する。
【0043】
図9は、動脈瘤がある場合(図3のB)の波形を微分処理した微分波形を示す。動脈瘤
がある場合の波形を微分した微分波形には、図8のピーク前波形の傾きB部に相当する部
分に、周期的な上向き(プラス方向)の強いピークが現れる(図9のA)。
【0044】
これらは、進展度合いを強く表すものではないが、定性的に用いるには有用な手段にな
る。進展度合いの判断基準として、微分値が図9のBのように1.005以上(分子分母を逆に
した場合などでは、図9のCのように0.995以下)の拍動に応じたピークが確認できること
である。このようなピークの存在により、動脈瘤の進展度合いの判断基準とすることがで
きる。
【0045】
なお、実施形態では、照射部と受光部と制御部を一体の装置として構成したが、これに
限られず、例えば、照射部として、携帯端末(スマートフォン、タブレット、モバイルP
C)などのユーザ装置に備わる光源を使用し、受光部として携帯端末(スマートフォン、
タブレット、モバイルPC)などのユーザ装置に備わるセンサ(CMOS等)を使用し、
制御部をユーザ装置とネットワーク接続したサーバー装置等に設置してもよい。
【0046】
実施形態の動脈硬化計測装置は、被検体へ、光を照射する照射部と、被検体から放出さ
れる受光強度を検出する受光部を有するユーザ装置に、通信可能に接続する。動脈硬化計
測装置は、ユーザ装置から送信された受光強度から前記被検体内の動脈硬化(動脈瘤、頸
動脈肥厚)を上記処理で判定する制御部を有する。
【0047】
次に、実施形態の動脈硬化計測装置の作動方法について説明する。図10は、実施形態
の動脈硬化計測装置の作動方法のフローチャートである。
【0048】
実施形態の動脈硬化計測装置の作動方法は、上記構成を有する照射部2により、被検体
へ光を照射する(STEP101)。受光部3が、被検体から放出される受光強度を検出
する(STEP102)。制御部4が、受光強度の時間変化による波形を微分し、微分波
形を算出する(STEP103)。制御部4は、微分波形に周期的なピークがない場合に
は、健常者と判定し、微分波形に周期的な下向きのピークがある場合には、頸動脈肥厚と
判定し、微分波形に周期的な上向きのピークがある場合には、動脈瘤と判定する(STE
P104)。
【0049】
次に、実施形態の動脈硬化計測プログラムについて説明する。なお、当該プログラムは
記憶媒体に格納されてもよい。
【0050】
実施形態の動脈硬化計測プログラムは、装置のコンピュータに、被検体へ光を照射する
処理と、被検体から放出される受光強度を検出する処理と、受光強度の時間変化による波
形を微分し、微分波形を算出する処理と、微分波形に周期的なピークがない場合には、健
常者と判定し、微分波形に周期的な下向きのピークがある場合には、頸動脈肥厚と判定し
、微分波形に周期的な上向きのピークがある場合には、動脈瘤と判定する処理とを実行さ
せる。
【0051】
以上説明したように、本実施形態によれば、光学的手法を用い、絶対値計測を用いずと
も、動脈硬化や動脈瘤の検査をすることができる。
【0052】
以上、実施形態を説明したが、この実施形態は、例として提示したものであり、発明の
範囲を限定することは意図していない。この新規な実施形態は、その他の様々な形態で実
施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変
更を行うことができる。この実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるととも
に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【0053】
1:動脈硬化計測装置
2:照射部
3:受光部
4:制御部
図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7
図8
図9
図10