生体内環境を生体外に作る技術を援用した非侵襲心血管系モニタリングシステムの検証

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 15360120
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 金子 成彦 東京大学, 大学院・工学系研究科, 教授 (70143378)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 山根 隆志 独立行政法人産業技術総合研究所, 人間福祉医工学研究部門, 副部門長(研究職) ; 坂井 良夫 東京大学, 大学院・工学系研究科, 助手 (50272373) ; 渡邉 辰郎 東京大学, 大学院・工学系研究科, 助手 (70011179)
• Keywords: 血圧 / ヘルスモニタリングシステム / 脈波 / 血圧測定 / 非侵襲計測 / 波動伝播 / 流体関連振動 / オシロメトリック法

Research Abstract

最近、脈波を利用した様々な心血管系の計測システムが提案されている。一般によく知られているものは家庭で用いられるオシロメトリック式自動血圧計である。この血圧計では、上腕部に巻いたカフにポンプで圧力を掛け、減圧時の脈波の振幅が最大値の55%を越えた時のカフ圧を最高内圧、82%を下回った時のカフ圧を最低内圧と定義している。二つ目は、腕時計型血圧計(商品名:どこでも血圧計、カシオ製)である。これは、心電位波形の立ち下がりと腕時計血圧計で測定した脈波の立ち上がりの間の時間差である脈波伝播時間と予めオシロメトリック式自動血圧計で測定してあった血圧値との換算を行うことで、常時監視可能な血圧計となっている。三つ目は、心血管系の状態を常時モニタリングするために登場した光電容積脈波モニタ(商品名:PULSESENSE、セイコーエプソン製)である。このモニタは、脈波の変化や2次微分波形を用いて体調管理に結び付けようとするもので、現在、不定愁訴という形で片付けられている患者の体調不良に関する訴えを定量的な形で整理できる可能性があるといわれている。本研究は、最近注目を集めている生体内で発生する脈波現象を生体外に忠実に再現できるシステムを試作し、理論モデルを構築することで、上記3種類の脈波を用いたモニタリング手法の検証と精度測定を目的とするものである。
本年度の研究では、(1)既存装置の改造:既に完成しているコロトコフサウンドジェネレーターを改造して、心臓血管系の様々な部分をつぶして脈波が測定できるように改造した。
(2)脈波伝播時間の測定:駆動機構によって発生する圧力波形の立ち上がりとカフに相当するエアーシリンダーによって押しつぶされた人工血管周辺の周辺での人工血管外圧の波形から脈波伝播時間を決定し、この時間差と物理的な血圧およびオシロメトリック法で定められる血圧との関係を定量的に検討した。
(3)シュミレーションプログラムを作成し、人工血管、シリコンチューブを用いた場合の血圧と脈波伝播速度の関係を調べた。その後、このプログラムを人体内の心臓血管系へと拡張させて、脈波伝播時間の遅れを計算によって初めて導出できることを導いた。

Research Products

• [Publications] 呉 小山, 金子成彦: "離散はり要素を用いたすきま流れによって発生するシートフラッタの非線形解析"日本機械学会論文集. 69,687. 2991-2998 (2003)
• [Publications] Xiaoshan WU, Shigehiko KANEKO: "Nonlinear Analysis of Sheet Flutter Subjected to a Leakage Flow Based on Multibody Dynamics"JSME International Journal, Ser.C. 46,2. 500-507 (2003)
• [Publications] Tateki NAKAMURA, Shigehiko KANEKO, Tatsuno WATANABE: "Physical and mathematical modeling of Home Use Blood Pressure Meter"Proc.of Asia pacific Vibration Conference 2003. (CD-ROM). (2003)