JP4674978B2

JP4674978B2 - 心機能評価装置

Info

Publication number: JP4674978B2
Application number: JP2001025624A
Authority: JP
Inventors: 金一中田; 嘉之山海
Original assignee: Cyberdyne Inc
Current assignee: Cyberdyne Inc
Priority date: 2001-02-01
Filing date: 2001-02-01
Publication date: 2011-04-20
Anticipated expiration: 2021-02-01
Also published as: JP2002224066A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、心臓の機能を補助するための人工心臓として遠心型ポンプを用いている患者の心臓の機能を評価する心機能評価装置に関するものであり、特に血液流量計を備える遠心型血液ポンプに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
インペラを回転させてその回転による遠心力で血液を送液する遠心型血液ポンプは、拍動型血液ポンプに比較して小型化、高効率化、簡明な設計と構造などの特徴から、人工心臓、特にその中でも重要な左心室補助デバイス（略号からＬＶＡＤと呼ばれる）への適用が注目されている。かかるＬＶＡＤは、心臓移植への一時つなぎとして用いられるほか、治療学的見地から用いられる。すなわちＬＶＡＤを用いることで患者の心臓が機械的機能の面、組織学的面、生化学的面等において回復することが多く報告されている。この場合に患者の心臓の機能（心機能）の回復を判断するには、例えば大動脈からカテーテルを挿入して左心室に到達させ、造影検査を実施したり、または直接左心室の血圧ｐを測定してその時間微分ｄｐ／ｄｔの波形から患者の心臓の収縮力に関係する心機能を評価することなどが行なわれる。例えば特開平１０−１１８１８６号には、係る目的に適したバルーンカテーテルについて開示している。この方法は患者の身体組織へのカテーテルの侵襲を伴うが、Ｋ．Ｎａｋａｔａ等による「ＡｒｔｉｆｉｃｉａｌＯｒｇａｎｓ」第２２巻第５号（１９９８年）、４１１頁から４１３頁には、血液流の脈動の周波数解析によりその振幅、周波数等からＧｒｏｓｓｉ等の提唱するパルスパワーインデクスなる量を求め、パルスパワーインデクスが、人工心臓の患者の心臓に対する血液流量の補助率と相関関係があることを述べており、この場合は患者の身体組織への侵襲は伴わない。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
遠心型血液ポンプを例えばＬＶＡＤとして、特に治療学的に用いる場合に患者の心臓の心機能回復を判断するには、従来例としてカテーテルを用いる場合には、患者の身体組織への侵襲を伴うため入院検査となり、しかも遠心型血液ポンプは逆止弁を有していないので運転を止めると血流が逆流するため、補助ポンプの運転状態下で患者の心臓の心機能を判断する必要がある点で拍動型ポンプと異なる困難性がある。また従来例として血液流量の脈動からパルスパワーインデクスを求める場合は、患者の身体組織への侵襲を伴わず、パルスパワーインデクスと補助率の相関が認められているが、血圧ｐ、その時間微分ｄｐ／ｄｔといった患者の心臓の収縮力に関係する心機能の評価との直接的関係が明らかでない。また血液流量計のデータを波形解析して演算を行なうためにリアルタイムでの判断が出来ない。
【０００４】
本発明の目的は、遠心型血液ポンプを例えばＬＶＡＤとして、特に治療学的に用いる場合に、患者の心臓の心機能回復を判断する場合の課題を解決して、患者の身体組織への侵襲を伴わずに患者の心臓の機能を評価できる心機能評価装置を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明に係る心機能評価装置は、心臓の機能を補助するための人工心臓として、左心室から脱血して大動脈に戻すための遠心型ポンプを用いている患者の心臓の機能を評価する心機能評価装置であって、前記遠心型ポンプの流量を測定する血液流量計と、この血液流量計で測定した血液流量の時間微分を演算する演算装置と、前記演算装置の演算結果に基づいて、前記血液流量の時間微分の経時変化波形を表示する表示部と、を有し、前記表示部の前記血液流量の時間微分の経時変化波形によって心機能を評価することを特徴とする。
【０００６】
また本発明に係る心機能評価装置において、前記演算装置はさらに血液流量の時間微分を血圧の時間微分に換算することを特徴とする。
【０００７】
さらに本発明に係る心機能評価装置において、前記表示部は、さらに、前記演算装置の演算結果に基づいて、前記血液流量の時間微分の経時変化波形の最大値または最小値を表示することを特徴とする。
また、本発明に係る心機能評価装置において、前記表示部は、さらに、前記演算装置の演算結果に基づいて、前記血圧の時間微分の経時変化波形、またはその経時変化波形の最大値または最小値を表示することを特徴とする。
【０００８】
本発明は、遠心型血液ポンプの運転状態下で、その流量を測定する血液流量計で測定した血液流量の時間微分をリアルタイムで演算装置により演算し、その演算結果に基づいて心機能を評価するので、患者の身体組織への侵襲を伴わず入院検査が不要で、遠心型血液ポンプの運転を停止しなくてもリアルタイムで、患者の心臓の心機能を評価できる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下図面を用いて本発明の実施の形態について詳細に説明する。図１は、本発明に係る心機能評価装置の構成の説明図である。図１において、患者の心臓１に遠心型血液ポンプブロック２が取り付けられ、血液流量計を含む心機能評価ブロック３がある。図１の場合は例としてＬＶＡＤを示したもので、患者の心臓１の左心室４の心尖部から脱血して、遠心型血液ポンプブロック２を介して送血されて大動脈５に戻される。左心室４、大動脈５と遠心式血液ポンプブロック２の間はチューブ６などで結ばれる。遠心型血液ポンプブロック２は、左心室４からの血液を流入口より受け入れて、インペラを回転させてその回転による遠心力で血液を送液し、流出口より排出して大動脈５へ戻す遠心型血液ポンプ本体７と、そのインペラの回転運動を制御するモータ駆動ユニット８からなる。心機能評価ブロック３は、血液流量計９により遠心型血液ポンプ本体７により送液される血液流量が測定され、その測定された血液流量は、演算装置１０によって血液流量の時間微分が演算され、ディスプレイ１１によって表示され、その演算結果に基づいて心機能が評価される。かかる目的に適した血液流量計９としては超音波ドップラ法を用いるものが例えば米国トランソニックシステムズ社のＸタイプなどによって実用化されている。この方法では血液流路中に測定プローブを挿入せずに、血液流路であるチューブの外側から送信器と受信器を挟み込んで装着できるので、チューブ内を汚染せず無菌状態のままにでき、また小型で高精度に血液流量測定ができる。演算装置１０の構成は、例えば上記高精度の血液流量計９により計測された血液流量を２００Ｈｚのサンプリングレートで、データ収集システム（データアクイジョンシステム、ＤＡＳ）で取得し、アナログデジタル変換器（ＡＤＣ）でデジタル信号化し、微分演算を施すものである。例えばマッキントッシュＰＣ上でビオパック社のＭＰ１０００ＷＳ用のＡｃｋｎｏｗｌｅｄｇｅ３を使用してリアルタイムに演算処理ができ、統計処理にはＳｔａｔｖｉｅｗプログラムを用いることができる。
【００１０】
ところで従来、前記のパルスパワーインデクスと人工心臓の患者の心臓に対する血液流量の補助率との相関があることが認められていたが、血圧ｐ、その時間微分ｄｐ／ｄｔといった患者の心臓の収縮力に関係する心機能の評価との直接的関係が明らかでなかった。もし患者の心臓に何らかの活動がなければ、遠心型血液ポンプの流量は一定であるので、実際に観察される血液流量の脈動と患者の心臓の収縮力による心拍との間の何らかの関係を見出すべく種々の試みがされていたが明確な関連性をつけるには至っていなかった。そこで左心室および大動脈にその血圧ｐの変動を測定できるカテーテルを挿入させ、遠心型血圧ポンプの血圧流量計から計測される血液流量Ｑの脈動との対比を実験的に注意深く観察したところ、上記血圧の時間微分ｄｐ／ｄｔと、上記血液流量の時間微分ｄＱ／ｄｔについて、カテーテルと血液流量計の測定位置の差に起因する位相差を考慮して、両波形の位相を合わせることで、両者に相関関係を見出すことができた。図２はその実験の結果を、横軸に血液流量の時間微分ｄＱ／ｄｔを、縦軸に血圧の時間微分ｄｐ／ｄｔを適当な単位系で示したものであり、両者に強い相関関係があることがわかる。図３は、ｄＱ／ｄｔからこの相関係数を用いてｄｐ／ｄｔの計算値を求め、その演算した波形と、実測のｄｐ／ｄｔの波形とを比較したものを示す。ｄＱ／ｄｔとｄｐ／ｄｔの位相をあわせることで、両波形はほとんど一致することが認められる。これらのことは、モータ駆動ユニット８の制御条件を変更して、インペラの回転数を変えることで種々の補助率の下でも成立することが確認できた。またｅｐｉｎｅｐｈｒｉｎｅの所定量を患者に投与することで、心機能を亢進させた状態にした場合、さらに冠動脈を結縛して一時的に心不全または心筋梗塞の状態にした場合のそれぞれについても成立することが確認できた。したがって広い範囲の心機能状態において、血液流量の時間微分を演算した結果の波形を、患者の心臓の心機能の評価に用いられるｄｐ／ｄｔ波形に対応付けることができる。
【００１１】
このようにして上記演算装置１０によって血液流量の時間微分波形が演算され、その演算結果に基づいて心機能が評価される。例えばさらに上記演算装置１０は、かかる血液流量の時間微分を行なう微分手段のほか、あらかじめ求められた相関係数に基づいて血圧の時間微分ｄｐ／ｄｔに換算する換算手段などを有するものとして構成することができる。またこの演算装置１０によって、上記血液流量の時間微分の経時変化波形、その経時変化波形の最大値、最小値を得ることができ、またｄｐ／ｄｔの経時変化波形、その経時変化波形の最大値、最小値を得ることができる。
【００１２】
これらの演算結果を表示するディスプレイ１１としては、経時変化波形を出力できる２次元ディスプレイ、最大値、最小値を出力できる数字表示装置などを用いることができる。これらのディスプレイには、従来の遠心型血液ポンプが備えている血液流量表示、人工心臓を適用する生体の体表面積あたりの血液流量に換算した値の表示をあわせて表示することも容易に可能である。
【００１３】
本発明の実施の形態の説明においては、例としてＬＶＡＤを示したが、左心室補助の場合のみならず、右心室補助、完全置換の場合の人工心臓として遠心型血液ポンプを用いる場合にも広く実施できる。また図１においては遠心型血液ポンプブロック２と心機能評価ブロック３を分けて説明したが、本発明の実施の形態には、遠心型血液ポンプブロック２と心機能評価ブロック３を一体化した装置、または心機能評価ブロック３から血液流量計９を分離して演算装置１０とディスプレイ１１とを一体化した装置などの区分の自由度を有する。
【００１４】
【発明の効果】
本発明は、遠心型血液ポンプの運転状態下で、その流量を測定する血液流量計で測定した血液流量の時間微分をリアルタイムで演算装置により演算し、その演算結果に基づいて心機能を評価するので、患者の身体組織への侵襲を伴わず入院検査が不要で、遠心型血液ポンプの運転を停止しなくてもリアルタイムで、患者の心臓の心機能を評価できる。
【００１５】
また、本発明に係る心機能評価装置は、前記演算装置は、血液流量の時間微分を血圧の時間微分に換算するものとし、さらに血液流量の時間微分もしくは血圧の時間微分の経時変化波形、またはその最大値またはその最小値を演算するものとしたので、患者の身体組織への侵襲を伴わずに患者の心臓の心機能を評価できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る心機能評価装置の構成の説明図である。
【図２】血液流量の時間微分ｄＱ／ｄｔと血圧の時間微分ｄｐ／ｄｔの相関関係を示す。
【図３】ｄＱ／ｄｔからの計算値と実測のｄｐ／ｄｔの波形を示す。
【符号の説明】
１患者の心臓、２遠心型血液ポンプブロック、３心機能評価ブロック、４左心室、５大動脈、６チューブ、７遠心型血液ポンプ本体、８モータ駆動ユニット、９血液流量計、１０演算装置、１１ディスプレイ、ｐ血圧、Ｑ血液流量。

Claims

心臓の機能を補助するための人工心臓として、左心室から脱血して大動脈に戻すための遠心型ポンプを用いている患者の心臓の機能を評価する心機能評価装置であって、
前記遠心型ポンプの流量を測定する血液流量計と、
この血液流量計で測定した血液流量の時間微分を演算する演算装置と、
前記演算装置の演算結果に基づいて、前記血液流量の時間微分の経時変化波形を表示する表示部と、
を有し、前記表示部の前記血液流量の時間微分の経時変化波形によって心機能を評価することを特徴とする心機能評価装置。
請求項１に記載する心機能評価装置において、前記演算装置はさらに血液流量の時間微分を血圧の時間微分に換算することを特徴とする心機能評価装置。
請求項１に記載の心機能評価装置において、前記表示部は、さらに、前記演算装置の演算結果に基づいて、前記血液流量の時間微分の経時変化波形の最大値または最小値を表示することを特徴とする心機能評価装置。
請求項２に記載の心機能評価装置において、前記表示部は、さらに、前記演算装置の演算結果に基づいて、前記血圧の時間微分の経時変化波形、またはその経時変化波形の最大値または最小値を表示することを特徴とする心機能評価装置。