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第 第 第
第 5 5 5 5 章 章 章 章 計測装置 計測装置 計測装置 計測装置
本章では、計測装置の試作機概要と仕様について述べる。
5 5 5
5 - - - -1. 1. 1. 1. 計測装置概要 計測装置概要 計測装置概要 計測装置概要
本計測装置は、LEDと光センサの間に光遮蔽物を設けたセンサ系を用いている。また、
加圧機構は加圧の押し込み深さによらず、一定圧になる電気式加圧アクチュエータを用い ている。検査部位は指とした。
Fig.5-1-1、Fig.5-1-2、Fig.5-1-3に計測装置の写真を添付する。
Fig.5-1-1 測定装置の全体写真
Fig.5-1-2 検査部位固定ホルダー
Fig.5-1-3 センサ系
(1)(1)(1)(1)計測装置計測装置計測装置計測装置ののの特徴の特徴特徴特徴
(i) (i) (i)
(i)手置手置手置手置きききき台台台台
パソコンのマウスを握るように手に自然な状態で計測が行えるような、手置き台となっ ている。(Fig5-1-4)
装置の表面はシリコンシートで覆われ、手が汗ばんでいても滑りにくいようになってい る。また、シリコングリップは着脱式になっており、手の大きさに合わせて 3 種類の中か ら選択することができる。
(ii) (ii) (ii)
(ii)位置合位置合わせ位置合位置合わせわせわせ機構機構機構の機構ののの設置設置設置設置
光学センサと指との位置補正を行なえるような、指位置調整機構となっている。模式図
をFig.5-1-5に示す。
1mmアクリル板
光装置
指位置固定具
指
光センサー
指ホルダー
指ホルダー固定具 1mmアクリル板
光装置
指位置固定具
指
光センサー
指ホルダー
指ホルダー固定具
Fig.5-1-5 指位置調整機構の模式図
Fig.5-1-5の1mm アクリル板の枚数を調整することにより、センサと指との位置関係を調
整することができる。
(ii) (ii) (ii)
(ii)位置合位置合わせ位置合位置合わせわせわせ機構機構機構の機構ののの設置設置設置設置
Fig.5-1-6 はアクリル板の位置を変えたときの状態を示したものである。この機構により、
最大4[mm]まで指の位置を動かすことができる。
指ホルダー 指位置固定具
1mmアクリル板
指
光センサー
光装置 指ホルダー固定具
指ホルダー 指位置固定具
1mmアクリル板
指
光センサー
光装置 指ホルダー固定具
Fig.5-1-6 指位置調整機構の模式図
また、測定中の指の移動を防ぐための機構として、「指位置固定具」というものが設けら れている。この器具には小さいポールが付いており、測定中はそのポールの先端に指先を 当てておくように被測定者が意識することで、位置の変動を防ぐものである。さらに、指 の表面を覆うホルダーにシリコン製の薄い膜を貼り付け、そして、そのホルダーが動かな いようにするために固定具を両端から取り付けてある。この結果、アクチュエータの加圧 による指全体の変動を抑えることができる。
5 5 5
5 - - - -2. 2. 2. 2. 計測装置仕様 計測装置仕様 計測装置仕様 計測装置仕様
計測装置のブロック図を Fig. 5-2-1に示す。
Fig.5-2-1 計測装置のブロック図
この計測装置での測定の流れを説明する。
加圧アクチュエータにより、指に圧力を印加すると同時に、LED から光を生体（毛細血 管）へ向け照射し、生体から伝播されてきた光を光検出器で検出し、感知した光を電圧に 変換する。その信号をプリアンプにて増幅、高周波信号の除去を行い、マイコンボードへ 取り込む。マイコンボードでAD変換を行ない、LANケーブル を介してデータを PC に 取り込む。PC にて得られたデータを用いて血液パラメータを算出する。
Table.5-2-1 に計測装置の仕様を記す。
Table.5-2-1 計測装置の仕様
光源 光源 光源
光源 TLXE1005 （緑色光： 572nm ）
光検出器 光検出器 光検出器
光検出器 BCS5030G1 （可視光センサ）
加圧機構 加圧機構 加圧機構
加圧機構 電気式加圧アクチュエータ 印加圧力 印加圧力 印加圧力
印加圧力 46 ～ 252mmHg
サンプリング サンプリング サンプリング
サンプリング 周波数 周波数 周波数 周波数 76Hz
第 第
第 第六章 六章 六章 六章 上腕部駆血試験 上腕部駆血試験 上腕部駆血試験 上腕部駆血試験
ここでは、マンシェットにより腕部を一定時間駆血し、その後マンシェット圧を開放した後の血液パ ラメータの応答について評価する。
6 6 6
6----1. FMD 1. FMD 1. FMD 1. FMD 測定 測定 測定 測定 の の の の概要 概要 概要 概要、 、 、 、 測定法 測定法 測定法 測定法
従来知られているFMD検査の概要及び臨床意義について記す。
＜FMD(Flow Mediated Dilation) 血流依存性血管拡張反応評価＞
FMD検査の臨床意義：
FMD 検査とは、マンシェットによるカフで腕部を駆血し、駆血を解放した後、血管拡張作用を持つ 一酸化窒素（ＮＯ）が血管内皮細胞より産生され、血管拡張反応が生じる。この時の血管の拡張具合を 見る検査である。（※全血管の最内壁に血管内皮細胞が存在する。）
血管内皮機能が低下しているとＮＯの産生が少なくなり、血管拡張反応が小さくなる。
ここで、FMDの既存手法と本研究における加圧光センサ法との比較を示す。
FMD(Flow Mediated Dilation) 血流依存性血管拡張反応評価
本研究の提案手法である加圧光センサ法は、上記で上げたように、課題として血液量の絶対的な計測 が困難である（非侵襲的手法である以上はこれが課題となる）。しかし、FMD検査は、駆血前と駆血後 での相対的な計測であるため、上記の課題の影響は軽減される。
さらに、加圧による血液流出及び血液再還流によって、微小循環（細動脈・毛細血管）を分離した複 数パラメータでの評価を行うことが、加圧光センサ法の最大の特徴である。
超音波血管 内皮機能検査 プレチスモグラフィ
加圧光加圧光
加圧光加圧光 センサセンサセンサ法センサ法法法
（
（（
（提案手法提案手法提案手法 ）提案手法）））
駆血部位 前腕部
上腕部
上腕部 上腕部上腕部 上腕部
測定部位 上腕動脈 の径の変化 指尖部、前腕部 等の容積変化
指尖部指尖部 指尖部指尖部のののの 血液量相当値 血液量相当値 血液量相当値 血液量相当値 変化
変化 変化 変化
測定原理 超音波 画像計測 カフの容積 変化 加圧前後加圧前後 加圧前後加圧前後のののの 反射光変化 反射光変化 反射光変化 反射光変化
課題 測定に手技を要する 高価である
カフが消耗品であり 高価
血液量 血液量血液量
血液量 ののの絶対的の絶対的絶対的絶対的 なななな 計測計測計測
計測ががが 困難が困難困難困難 測定手法
Fig6-1-1 測定写真
＜測定プロトコル＞
① 比較的長い（10sec）強加圧により生体組織のみの光吸収量を推定する。
② 座位安静状態で血液流出―再還流測定を繰り返し行う（Control実験）。
③ マンシェットにより右上腕部駆血を5 分間行う。
④ 上腕部駆血解除後、短時間加圧シーケンスによる血液流出―再還流測定を繰り返し行う
ここで、血液パラメータの解析の前に、上記プロトコルで得られる・駆血前・駆血中・駆血後 のヘ モグロビン相当量波形の変化の例を示す。
マンシェット
測定装置 脈拍測定
右第二指 指尖部
（加圧光セ ンサ法）
右上腕部
（マンシェット 負荷）
200 圧力圧力圧力 圧力 [mmHg]
252 69 0
1min
時刻
時刻 252
69 0
10 sec
強 加圧
弱 加圧 血液流出 血液流出 血液流出
血液流出 ――――再還流測定再還流測定再還流測定再還流測定 短時間
短時間 短時間
短時間加圧加圧加圧シーケンス加圧シーケンスシーケンスシーケンス
・・・
・・・
・・・
・・・
②
②
②
② ③③③③ ④④④④
①
①
①
①
1.5min 5min 5min
[mmHg]
[mm Hg]
[時刻時刻時刻時刻] 休憩
0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 2.2
0 1 2 3 4 5 0.2
0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 2.2
0 1 2 3 4 5 0.2
0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 2.2
0 1 2 3 4 5 0 1 2 3 4 5
0 1 2 3 4 5 00 11 22 33 44 55 00 11 22 33 44 55 1.6
1.4 1.2 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2
強加圧
（252mmHg）
弱加圧
（69mmHg）
時刻[sec.]
ヘモグロビン相当量[%mm]
強加圧
（252mmHg）
弱加圧
（69mmHg） 強加圧
（252mmHg）
弱加圧
（69mmHg）
1.8 2.0 2.2
時刻[sec.] 時刻[sec.]
主 主 主 主 ににに 毛細に毛細毛細毛細 血管 血管 血管 血管からのからのからのからの 血液流出血液流出 血液流出血液流出
主主
主主 ににに 細動脈に細動脈細動脈細動脈 への への への への（（（（ 拍動拍動拍動拍動 由来 由来 由来 由来のののの））））血液血液血液血液 再還流 再還流 再還流 再還流
収縮期血圧 収縮期血圧 収縮期血圧 収縮期血圧 以上 以上 以上 以上のののの マンマンマンマン シェット シェット シェット シェット圧圧圧圧
↓↓↓
↓ 拍動 拍動 拍動 拍動 によるによるによるによる 変動 変動 変動 変動がががが 観測観測観測観測 されない されない されない されない
血管拡張血管拡張血管拡張 血管拡張 にににに 伴
伴伴 伴ううう血液う血液血液血液 再還流 再還流再還流 再還流 血液血液血液
血液のののの 停滞 停滞停滞 停滞・・・・ 増加 増加増加 増加
血液停滞 血液停滞 血液停滞 血液停滞 の の の の 解消解消解消解消 加圧直前の
血液量相当値
時間経過
10秒間隔 時間経過
10秒間隔
②
②
②
② 座位安静状態座位安静状態座位安静状態座位安静状態でででで 血液流出血液流出血液流出血液流出―――― 再還流測定
再還流測定 再還流測定
再還流測定をををを 繰繰繰 り繰りりり返返返し返しし 行し行行行うううう
（（
（（Control実験実験）実験実験）））
③
③
③
③マンシェットマンシェットマンシェット によりマンシェットによりによりにより右右右右上腕部上腕部上腕部上腕部 駆血駆血
駆血駆血をををを5 分間行分間行分間行分間行うううう
④
④
④
④上腕部上腕部上腕部上腕部駆血解除後駆血解除後駆血解除後駆血解除後、、、 血液流、血液流血液流血液流 出
出 出
出―――― 再還流測定再還流測定再還流測定を再還流測定ををを 繰繰繰繰 りりり返り返返返しししし 行行行行 うう
うう