工藤 広太, 斎藤 拓海, 荒川 元孝, 小林 和人, 金井 浩

Kota KUDO, Takumi SAITOU, Mototaka ARAKAWA, Kazuto KOBAYASHI, Hiroshi KANAI

¹東北大学大学院工学研究科電子工学専攻, ²東北大学大学院医工学研究科医工学専攻, ³本多電子株式会社

¹Graduate School of Engineering, Tohoku University, ²Graduate School of Biomedical Engineering, Tohoku University, ³Honda Electronics Co. Ltd.

キーワード :

【背景】
動脈硬化症はその極早期段階において血管内皮機能が低下するため，その評価が重要となる．そこで，応力歪みのヒステリシスを表す弾性と粘性の経時的変化より推定する評価法を提案した［1］．理想的には血管径と血圧波形を同時かつ同位置で計測する必要があるが，このためには同一の超音波プローブを用いた超音波の照射による血管径変化の計測と圧電効果を利用した圧力波形の計測が行われなければならない．本報告では，ヒトin vivo実験において超音波プローブを用いた血圧波形の計測について基礎検討を行う．
【原理】
圧電素子の正圧電効果では，素子に加えた応力に比例した電荷が極板表面に誘起される．超音波プローブの動作帯域は数MHzであるが，それと比べて血圧波形の周波数が非常に低いため，圧電素子はコンデンサとみなされる．極板から流れ出す電流は電荷の時間微分により表される．したがって，極板間の電圧波形は入力である血圧波形の微分波形となるため，その波形に対し時間積分を適用し，さらに波形振幅の絶対値を血圧計による計測結果をもとに校正することにより血圧に比例した波形を得ることが可能である．
【実験】
被験者として22歳健常男性の左手橈骨動脈を対象とし，超音波プローブの圧電効果を利用した血圧波形の計測を行い，同時に心電図を取得した．これとは別に，血圧波形の計測と同位置で超音波の送受信による血管径変化と心電図の計測を行った．また比較のため，右手橈骨動脈において同一の条件下でトノメトリ式血圧計により血圧波形および収縮期血圧と拡張期血圧を計測した．圧電効果による出力波形に対し時間積分を適用し校正を行い，その後心電図R波を利用して各波形のタイミングを補正し，仮想的に血圧波形と血管径変化波形を同時かつ同位置において計測したとみなし血圧－血管径変位特性の評価を行った．
【結果】
圧電効果による計測波形に対し時間積分を適用したところ，血圧計により計測された血圧波形とよく一致する結果が得られた．血圧上昇に比例して血管が拡張し，その後血圧の低下に遅れて血管が収縮するヒステリシス特性より，血管拡張時は弾性が支配的であり血管収縮時は粘性の影響が大きくなる結果が確認された．本結果より，同一の超音波プローブによる血管径と血圧波形の完全同位置計測による血管内皮機能の評価の可能性が示唆された．
［1］Y. Sakai, H. Taki, and H. Kanai, Jpn. J. Appl. Phys., 55, 07KF11（2016）.