專利名稱：活體測量裝置和活體測量方法
技術領域：
本發明涉及無創地進行腦血管障礙的檢查的活體測量裝置和活體測量方法。
背景技術：
腦血管障礙(或腦溢血)是由于腦血管的器質性或功能性異常而造成神經癥狀的病態的總稱，現在占日本人死因的第3位。在腦血管障礙中，7成是由腦梗塞即虛血引起的腦組織的壞死(軟化)，包括由于腦動脈的粥狀硬化引起的腦血栓癥和由于來自顱外的塞栓子引起的腦塞栓癥。出血包括向腦實質內的腦出血和向蛛網膜下腔的蛛網膜下出血。急性期的檢查利用血液檢查、心電圖、X射線CT等進行，輔助使用MRI、PET、SPECT、腦血管攝影。
另外，可以利用光局部解剖(topography)法來無創地測量腦的局部血液量的變化。光局部解剖法包括如下方法向被檢體照射屬于可見區到紅外區的波長的光，利用同一光檢測器檢測出通過了被檢體內部的多個信號的光，測量血色素變化量(專利文獻1等)。與MRI、PET等腦功能測量技術相比，具有對被驗者的約束性低的特征。
特開平9-019408號公報[非專利文獻1]A.Maki et al.，Medical Physics第22卷，1997-2005頁(1995年)[非專利文獻2]M.L.Schroeter et al.，Journal of Cerebral BloodFlow&Metabolism，第24卷，1183-1191頁(2004年)[非專利文獻3]M.L.Schroeter et al.，Journal of Cerebral BloodFlow&Metabolism，第25卷，1675-1684頁(2005年)

發明內容
發明所要解決的技術問題但是，上述腦血管障礙的檢查有時使用有創的方法，或者雖然不是有創的，但對被檢查者強加了很大負擔。并且，很可能會遺漏小的病灶。因而難以預防性地進行腦血管障礙的檢查。
解決技術問題的技術手段因此，本發明測量腦血液量變動以及血壓變動和/或心率變動，根據這些變動的低頻成分的性質，評價腦血管的硬度及其變化等，根據該評價來推定并顯示疾病部位和危險部位。
即，可以利用如下的活體測量裝置來解決上述問題，該活體測量裝置的特征在于，具有腦血液量測量部，測量被檢體的局部腦血液量；血壓/心率測量部，測量上述被檢體的血壓和/或心率；解析部，對由上述腦血液量測量部和上述血壓/心率測量部測量的信號進行解析；抽取部，根據上述解析部的輸出，抽取與上述被檢體的局部腦血管的狀態有關的信息；以及顯示部，顯示由上述腦血液量測量部和/或上述血壓/心率測量部測量的測量結果、或由上述解析部解析的解析結果、或由上述抽取部抽取的抽取結果。
以下將通過具體示例來詳細說明本發明的內容。
發明效果根據本發明，可以無創且高精度地進行腦血管障礙的檢查。


圖1活體測量裝置的結構。
圖2活體測量裝置的輸入畫面。
圖3測量探針的例子。
圖4A、4B功率譜的低頻成分。
圖5結果的顯示示例。
圖6解析部和抽取部中的處理流程。
圖7標準血管分布圖。
圖8附加了靈敏度分布信息的結果的顯示。
圖9閾值TH1、TH2的調整過程。
圖10同一被驗者的履歷信息的利用。
具體實施例方式
(1)圖1中示出裝置的結構。本裝置由計算機112中包含的輸入部、解析部、存儲部、抽取部和腦血液量測量部120、血壓/心率測量部130、顯示部113構成。在計算機112具有顯示功能的情況下，顯示部113可以由其代用。
操作者利用輸入部輸入檢查所需的信息，例如被檢查者的年齡、性別、好使的手、當前的診所、治療歷史等診斷信息、特別是有無確定診斷結果等。圖2中示出此時所示的輸入畫面的狀態。在該例子中，用患者編號進行識別，但也可以是姓名。在有確定診斷結果的情況下，選中1項的□。該情況下，檢查結果被自動存儲在數據庫中。
在腦血液量測量部120中，通過向被檢體頭部照射屬于可見區到紅外區的波長的光，并利用同一光檢測器檢測并測量通過了被檢體內部的多個信號的光，來得到局部腦血液量(氧化血色素、脫氧化血色素、總血色素)。
設置有波長不同的多個光源102a～102d(光源102a和102c為780nm，光源102b和102d為830nm)；調制器，分別利用相互不同頻率的振蕩器101a和101b(101c和101d)對上述多個光源102a和102b(102c和102d)的光進行強度調制；多個光照射單元，經由光照射用光纖105a(105b)，向作為被檢體的被檢者106的頭皮上的不同位置照射來自使進行了強度調制后的光分別通過光纖103a和103b(103c和103d)并耦合的耦合器104a(104b)的光；以及多個受光單元，由多個受光用光纖107a～107d和分別設置在受光用光纖107a～107d上的受光器108a～108f構成，并且前端位于在上述多個光照射單元的光照射位置附近離上述光照射位置等距離(這里設為30mm)的位置上。利用6條受光用光纖107a～107f，將活體通過光會聚在光纖中，并分別利用受光器108a～108f對活體通過光進行光電轉換。上述受光單元檢測在被檢體內部反射的光并轉換成電信號，作為受光器108，使用以光電子倍增管或光電二極管為代表的光電轉換元件。
表示由受光器108a～108f進行光電轉換后的活體通過光強度的電信號(以下稱為活體通過光強度信號)分別被輸入到鎖定放大器109a～109h中。這里，受光器108c和108d為了檢測由離光照射用光纖105a和105b兩者等距離的受光用光纖107c和107d會聚的活體通過光強度，將來自受光器108c和108d的信號分離成2個系統，輸入到鎖定放大器109c和109e以及109d和109f中。來自振蕩器101a和101b的強度調制頻率作為參照頻率被輸入到鎖定放大器109a～109d中，并且，來自振蕩器101c和101d的強度調制頻率作為參照頻率被輸入到鎖定放大器109e～109h中。這樣，從鎖定放大器109a～109d分離并輸出針對光源102a和102b的活體通過光強度信號，從鎖定放大器109e～109h分離并輸出針對光源102c和102d的活體通過光強度信號。
在利用模擬-數字轉換器(以下記為A/D轉換器)110對作為鎖定放大器109e～109h的輸出的、被分離后的各波長的通過光強度信號進行模擬-數字轉換后，發送到測量控制用計算機111。測量控制用計算機111使用通過光強度信號，通過在非專利文獻1中說明的手續，根據各檢測點的檢測信號計算氧化血色素濃度、脫氧化血色素濃度和總血色素濃度的相對變化量，并作為多個測量點的時效信息存儲在存儲裝置中。
這里雖然記載的是利用調制方式來分離多個光的實施例，但不限于此，例如也可以使用通過使照射多個光的定時在時間上錯開來辨別多個光的時間分割方式。
另一方面，在血壓/心率測量部130中，利用光電式容積脈搏記錄(photoplethysmography，光電式容積描記法)來測量心率和/或血壓。在手指前端部安裝指帶(カフ)122，利用光檢測來檢測心跳，同時檢測出血壓(收縮期血壓、擴張期血壓、平均血壓)，由信號處理部121以采樣頻率200Hz對血壓值進行插值，并發送到計算機112內的解析部。這是雖然示出測量心率和血壓的血壓/心率測量部130，但只要能夠測量心率或血壓當中的任意一種即可。這里雖然從容易處理的角度出發利用光電式容積脈搏記錄，但也可以針對心率使用心電計，針對血壓使用有創式血壓計。
解析部對所測量的上述局部腦血液量和上述心率或血壓的功率譜進行解析。其結果被送往計算機112內的存儲部。
存儲部臨時保存被檢查者的測量信息等，從而可以進行后續處理，另一方面，例如在有確定診斷的情況下，也可以將測量信息作為數據庫存儲。數據庫信息除了如后所述在進行參數的自動調整時使用外，還可以在根據本裝置的檢查結果進行診斷時利用。
計算機112內的抽取部利用后述的方法，從上述解析部解析后的信號的功率譜以及與其有關的定量信息中抽取與血管障礙有關的信息。由顯示部113顯示由上述抽取部抽取的與血管障礙有關的信息。
雖然在圖1中個別地描繪出計算機111和計算機112，但當然也可以使其為一個計算機。
圖3示意性地說明用于測量腦血液量的探針。Cz、T3、T4是表示用于腦波測量的標準位置的記號，分別表示頭頂、左耳正上部和右耳正上部。C3、C4分別是Cz和T3、Cz和T4的中點。可以進行左右各12個通道、總共24個通道的測量。各通道利用附在測量點上的編號(以下稱為通道編號)來識別。
圖4A、4B中示出利用上述解析部得到的功率譜的示例。圖4A表示根據血壓變動(Aterial Pressure(AP))和心率變動(Heart Rate(HR))得到的功率譜的平均值(表示為AP·HR)，圖4B表示局部腦血液量(Cerebral Blood Volume(CBV))的功率譜。縱軸表示功率譜密度(Power Spectral DensityPSD)。功率譜密度是將功率規一化、以便在針對頻率進行積分時為1而得到的。橫軸的頻率是對作為時間序列數據的血壓·心率變動進行傅立葉變換得到的、對應于時間軸的坐標，包括從0Hz到尼奎斯特頻率(采樣頻率的一半)的范圍。圖4A、4B示出其一部分。圖4A的血壓·心率變動通過在左手食指上安裝探針并利用血壓/心率測量部130進行測量。圖4B示出的結果是根據在圖2的通道4中測量的局部腦血液量變動而算出的。如果著眼于低頻(LF)區域(0.07-0.11Hz)的平均功率PLF與甚低頻(VLF)區域(0.01-0.05Hz)的平均功率PVLF之比RP＝PLF/PVLF來比較兩者，則可知，在功率比RP中，心率·血壓變動一方比局部腦血液量大。這些區域的波動與血管系統的調節功能有很大關系。雖然調節是由血管運動中樞、交感神經·副交感神經(迷走神經)等支配，但波動的起源包括神經原性和肌肉原性的部分。在Schroeter等的非專利文獻2、3中記載了如下內容由于年齡增大，腦血液量變動的LF區域成分變弱，而在VLF區域成分中看不出大的變化，另外，由于微小血管癥，腦血液量變動的LF區域成分、VLF區域成分中的任意一個都變弱，但LF區域成分的變弱更劇烈。由于年齡增大引起的變化與平滑肌的纖維化現象有很大的關系，而由于微小血管癥引起的變化則與由于血栓引起的細小血管的閉塞·硬化現象有很大的關系，任意一種變化也都被認為原因在于平滑肌組織的變性。上述功率比RP由于年齡增大和由于微小血管癥都有成為較小值的傾向。即，LF區域的波動與VLF區域的波動相比，更可以說是肌肉原性。圖4的結果是表示平均來看在血管的硬度中指尖的血管更軟的結果。
在本發明中，作為血管硬度的指標，使用LF區域(0.07-0.11Hz)的平均功率PLF與VLF區域(0.01-0.05Hz)的平均功率PVLF的功率比RP。由于上述理由，功率比成為反應血管硬度的參數。功率比RP如上所述根據各區域的功率平均值計算。或者也可以根據對應的頻率區域的功率積分值之比來計算。而且，如果此時預先除去功率譜的1/f頻譜成分，則可以更正確地評價血管的性質。1/f頻譜成分是不具有利用活體特別是血壓·心率等的功率譜常常可以觀察到的特征頻率的頻譜構造，雖然可以認為表示是從血壓·心率變動復雜的反饋構造生成，但產生機制的詳細情況不明。
預先除去1/f頻譜成分的方法如下。首先，利用兩對數表示來繪出功率譜，并用直線對低頻部分進行近似。
logP(f)＝-αlogf+β傾角α表示1/f頻譜成分的冪指數。利用最小二乘法來決定這些參數α、β，計算除去了直線部分后的頻譜。在進行最小二乘法計算時，不包含上述LF區域、VLF區域的數據。在上述圖4中實施該處理。
這樣求出的功率比RP越小，則判斷為該部位的血管越硬。并且，將根據血壓·心率變動和局部腦血液量變動得到的功率比分別表示為RP(AP/HR)、RP(CVB)。以下括號內的AP、HR、CBV分別表示與血壓、心率變動、局部腦血液量變動相關聯。與血壓·心率變動相關，根據血壓、心率獨立地求出功率譜，對其進行平均，作為血壓·心率變動的功率譜。根據平均化后的功率譜，計算功率比RP。如上所述，不是使用血壓和心率這兩者，而是可以僅使用血壓、心率當中的某一個。此時，不是AP/HR這樣的表述，而是與實際使用的數據相對應地表述為AP或HR。如果用公式表示根據血壓·心率變動和局部腦血液量變動得到的功率比，則為[式2]Rp(AP/HR)＝PLF(AP/HR)/PVLF(AP/HR)[式3]Rp(CBV)＝PLF(CBV)/PVLF(CBV)在本實施例中，使用這些關系(式2、3)，并利用以下2個基準來進行血管障礙的檢查。
<1>
Rp(AP/HR)＜TH1或者[式5]Rp(CBV)＜TH1時，有容易產生腦血管障礙的傾向。
<2>
(式4或5)成立，且表示[式6]Rp(CBV)/Rp(AP/HR)＜TH2的部位特別容易產生腦血管障礙。
按照這兩個基準，在上述抽取部中，抽取與腦血管障礙有關的信息。閾值TH1設為0.1。這是在以醫學上足夠數量的被驗者為對象進行的初步研究的基礎上決定的。對于基于有確定診斷的數據的參數的自動調整將后述。基準<1>檢測一般的血管硬度。要確定是起因于遺傳條件·生活習慣中的哪個是很困難的，但可以推想滿足該基準的被驗者處于容易發生腦血管障礙的狀態。另一方面，基準<2>著眼于在一部分被驗者的腦血液量中看到的特別小的功率比，來進行腦血管障礙的預防性診斷。腦與其他臟器相比有非常多的血液進行循環。這容易引起上述的腦血管系統的硬化現象，被認為與在上述腦血液量中看到的特別小的功率比相關聯。設閾值為TH2＝0.2，當利用血壓和/或心率求出的功率比為5倍以上大時，滿足該基準。該值也是在以比較少數量的被驗者為對象進行的初步研究的基礎上決定的。另外，今后在將確定診斷的數據作為數據庫存儲的情況下，可以利用后述的參數自動調整功能來改良。
在本實施例中，左右各一個通道滿足了基準<1>。顯示部如圖5所示顯示該結果。這里分3個等級顯示腦血管障礙的危險度。第1等級白沒有問題，第2等級灰色要注意、觀察經過，第3等級黑色需要精密檢查。在該例子中，大部分為第1等級，第2等級僅有2個通道。
如圖6所示概括出從得到測量數據之后到顯示結果之前的、特別是解析部和抽取部中的處理流程。根據腦血液量以及血壓或心率的測量數據，利用高速傅立葉變換(Fast Fourier TransformFFT)來計算功率譜。功率譜的計算方法包括Welch法等非參數法或Yule法等參數方法等各種方法，可以使用任意方法。然后利用上述方法從得到的功率譜中除去1/f頻譜成分，并利用上述方法算出功率比RP(AP/HR)和RP(CVB)。根據由抽取部得到的功率比和基準<1>、<2>，抽取與腦血管障礙有關的信息，并在顯示部上顯示其結果。
(2)但是，這些結果容易受到血管分布的影響。進行考慮到這一點的解析非常重要。以下說明考慮到這樣的血管分布影響的測量方法。
首先，根據預先存儲在上述存儲部中的標準血管分布圖，結合測量部位來生成靈敏度圖。圖7中示出標準血管分布圖的示例。虛線粗略地表示出腦組織的分布。這里以粗實線表示大動脈的分布。包含前大腦動脈、中大腦動脈和它們的終枝。標準血管分布圖為左右對稱。標準血管分布圖除了側頭部，還針對前頭部、頭頂部、后頭部準備。接著說明根據標準血管分布圖生成靈敏度圖的過程。在本實施例中，生成兩個等級的靈敏度圖。標準靈敏度為1，稍微粗的動脈所在的部位為0.5。式2或式3中出現的功率比RP利用該靈敏度進行校正。校正是通過用靈敏度來除所測量的功率比來進行。粗血管的運動在VLF區域容易較強地出現，VLF區域變動是神經性運動，不容易受到年齡增加和微小血管癥等的影響(根據非專利文獻2、3)。上述校正考慮到這一事實。另外，特別粗的血管吸收光的傾向很強，需要盡可能避開該位置來進行測量。在顯示部113中可以結合顯示根據標準血管分布信息得到的靈敏度分布。在本實施例的情況下，如圖8所示。在通道編號8、20中示出靈敏度為0.5。另外，由于在有粗血管的部位檢測光有變弱的傾向，因此不否認可靠性低。因此，這樣的信息對于用戶是有用的信息。
(3)在上述與腦血管障礙有關的信息的抽取中使用的閾值等可以通過數據積累來改善。本裝置具有為此的自動調整功能。在圖9中概括出閾值調整過程。首先，將進行了確定診斷的數據的各個通道如上所述分類成沒有問題、要注意(觀察經過)和需要精密檢查這3個等級。根據存儲在上述存儲部中的功率比信息，將閾值TH1最優化。TH1是分離第1等級和其它等級的閾值，將TH1決定成使得各個群的正確回答率的平均最大。接著將閾值TH2最優化。TH2是分離第2等級和第3等級的閾值，將TH2決定成針對各個群的回答率的最大。通過這樣結合確定診斷信息，可以變更到更適當的閾值。
(4)另外，在本裝置中，通過適當地顯示按時效存儲的同一被驗者的測量、解析、抽取信息等履歷信息，可以提供對診斷治療有用的信息。圖10中示出一個例子。該被驗者在半年間每月進行一次共計6次的測量。在7月之前為第2等級(要注意)，但8月以后變成第1等級(沒有問題)。可以認為在此期間有治療效果。這樣，通過利用履歷信息，還可以評價特定治療的效果。
本發明可以用于腦血管障礙的活體測量裝置和活體測量方法。
權利要求
1.一種活體測量裝置，其特征在于，具有腦血液量測量部，測量被檢體的局部腦血液量；血壓/心率測量部，測量上述被檢體的血壓和/或心率；解析部，對由上述腦血液量測量部和上述血壓/心率測量部測量的信號進行解析；抽取部，根據上述解析部的輸出，抽取與上述被檢體的局部腦血管的狀態有關的信息；以及顯示部，顯示由上述腦血液量測量部和/或上述血壓/心率測量部測量的測量結果、或由上述解析部解析的解析結果、或由上述抽取部抽取的抽取結果。
2.如權利要求1所述的活體測量裝置，其特征在于，上述解析部對由上述腦血液量測量部和血壓/心率測量部測量的信號的功率譜進行解析。
3.如權利要求2所述的活體測量裝置，其特征在于，上述抽取部根據上述解析部的輸出，計算血壓和/或心率在第一頻帶與第二頻帶中的第一功率強度比、局部腦血液量在上述第一頻帶與上述第二頻帶中的第二功率強度比，并利用上述第一功率強度比和/或上述第二功率強度比與第一閾值的大小關系，抽取與腦血管的狀態有關的信息。
4.如權利要求3所述的活體測量裝置，其特征在于，上述抽取部利用上述第一功率強度比與上述第二功率強度比之比與第二閾值的大小關系，抽取與腦血管的狀態有關的信息。
5.如權利要求3所述的活體測量裝置，其特征在于，上述第一頻帶在0.01-0.05Hz之間，上述第二頻帶在0.07-0.11Hz之間。
6.如權利要求2所述的活體測量裝置，其特征在于，上述解析部進行除去上述功率譜的1/f頻譜成分的處理。
7.如權利要求1所述的活體測量裝置，其特征在于，具有輸入上述被檢體的活體信息和/或診斷信息的輸入部。
8.如權利要求1所述的活體測量裝置，其特征在于，上述顯示部針對頭部的每個部位，分等級顯示與上述被檢體的頭部的局部腦血管的狀態有關的信息。
9.如權利要求1所述的活體測量裝置，其特征在于，上述顯示部顯示上述被檢體的過去的診斷信息的履歷。
10.如權利要求1所述的活體測量裝置，其特征在于，具有存儲部，將由上述腦血液量測量部和/或上述血壓/心率測量部測量的測量結果、或由上述解析部解析的解析結果、或由上述抽取部抽取的抽取結果作為數據庫進行存儲，其中，上述抽取部根據存儲在上述存儲部中的上述數據庫和上述解析部的輸出，抽取與上述被檢體的局部腦血管的狀態有關的信息。
11.如權利要求10所述的活體測量裝置，其特征在于，上述數據庫存儲標準腦內血管分布信息，上述抽取部在根據上述標準腦內血管分布信息、針對上述被檢體的腦的每個部位進行了靈敏度校正的基礎上進行抽取。
12.如權利要求4所述的活體測量裝置，其特征在于，具有存儲部，存儲多個被檢體的確定診斷信息，其中，上述抽取部以上述確定診斷信息為基礎，決定上述第一閾值和/或上述第二閾值的大小，以使得抽取的正確回答率最大。
13.如權利要求1所述的活體測量裝置，其特征在于，上述腦血液量測量部具有多個光照射單元，向上述被檢體頭部照射光；多個受光單元，檢測從上述光照射單元照射并通過上述被檢體頭部后的光；和計算部，根據由上述受光單元檢測出的光來計算上述被檢體頭部的血液量變化。
14.一種活體測量方法，其特征在于，包括以下步驟測量被檢體的局部腦血液量；測量上述被檢體的血壓和/或心率；對所測量的上述局部腦血液量和上述血壓和/或心率進行解析；以及根據所解析的信息，抽取與上述被檢體的局部腦血管的狀態有關的信息。
15.如權利要求14所述的活體測量方法，其特征在于，在上述解析步驟中，對所測量的上述局部腦血液量和上述血壓和/或心率的功率譜進行解析。
16.如權利要求15所述的活體測量方法，其特征在于，在上述抽取步驟中，根據上述解析步驟中的解析結果，計算血壓和/或心率在第一頻帶與第二頻帶中的第一功率強度比、局部腦血液量在上述第一頻帶與上述第二頻帶中的第二功率強度比，并利用上述第一功率強度比和/或上述第二功率強度比與第一閾值的大小關系，抽取與腦血管的狀態有關的信息。
17.如權利要求16所述的活體測量方法，其特征在于，在上述抽取步驟中，利用上述第一功率強度比與上述第二功率強度比之比與第二閾值的大小關系，抽取與腦血管的狀態有關的信息。
18.如權利要求16所述的活體測量方法，其特征在于，上述第一頻帶在0.01-0.05Hz之間，上述第二頻帶在0.07-0.11Hz之間。
19.如權利要求15所述的活體測量方法，其特征在于，在上述解析步驟中，進行除去上述功率譜的1/f頻譜成分的處理。
全文摘要
本發明提供一種活體測量裝置和活體測量方法，該活體測量裝置具有腦血液量測量部，測量被檢體的局部腦血液量；血壓/心率測量部，測量上述被檢體的血壓和/或心率；解析部，對由上述腦血液量測量部和上述血壓/心率測量部測量的信號進行解析；抽取部，根據上述解析部的輸出，抽取與上述被檢體的局部腦血管的狀態有關的信息；以及顯示部，顯示由上述腦血液量測量部和/或上述血壓/心率測量部測量的測量結果、或由上述解析部解析的解析結果、或由上述抽取部抽取的抽取結果。
文檔編號A61B5/0205GK101057778SQ200710085080
公開日2007年10月24日 申請日期2007年2月28日 優先權日2006年4月21日
發明者田中尚樹, 牧敦, 桂卓成 申請人:株式會社日立制作所