JP2002513603A - 移植可能な装置を有するシステム、ならびに生物の血圧及び他の血液に関するパラメータを測定するための該システムの使用方法 - Google Patents

移植可能な装置を有するシステム、ならびに生物の血圧及び他の血液に関するパラメータを測定するための該システムの使用方法

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JP2002513603A
JP2002513603A JP2000546654A JP2000546654A JP2002513603A JP 2002513603 A JP2002513603 A JP 2002513603A JP 2000546654 A JP2000546654 A JP 2000546654A JP 2000546654 A JP2000546654 A JP 2000546654A JP 2002513603 A JP2002513603 A JP 2002513603A
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クラッパー、ハロルド
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Abstract

(57)【要約】 生物の血管（１２）内の血圧を監視するためのシステム。システムは移植可能なセンサ（２０）ユニット及びこれに付随する体外に置かれるエネルギー印加／送受信ユニット（２４）を有する。センサユニットは、可動偏向要素（７６）、ならびに、インダクタコイル（Ｌ）及びコンデンサ（Ｃ）を有する同調回路（２２）を収容したハウジング（２８）の形態を有する。ハウジングは血管の壁を取り囲み、血管の周囲の一部分を平たく押しつぶすように構成された壁部分（４２）を有する。偏向要素は、血管の平らにされた部分に対してのみ係合するようにハウジングの壁部分に設けられたスロット（７８）を通って延び、血液によって血管の平らにされた部分に作用せられる圧力に応じて動く。偏向要素はフェライト芯（７４）を有する。フェライト芯は、偏向要素の運動に応じてコイル（７０）に対して動き、これにより同調回路のインダクタンスが変化するように構成される。送受信ユニットから電気エネルギーが与えられてセンサユニットの同調回路を励磁する。同調回路は励磁されると、送受信ユニットに血管内の圧力の変化を表す無線電気出力信号を与える。偏向要素は血管の平らにされた部分にのみ係合するため、電気的出力信号は血圧に対して直線的に変化する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 （発明の分野） 本発明は一般的には医療器具に関し、より詳細には、血圧及び他の血液に関す
るパラメータを監視するための移植可能な装置を備えたシステムに関する。
【０００２】 （発明の背景） 生物の血圧を測定するための従来のシステムでは、通常、血流を止める加圧帯
及び生じるコロトコフ音やオシロメータの血圧の変化を監視及び分析するための
手段を必要とする。移動性のシステムも幾つかあるが、こうしたシステムでは連
続的にデータを収集したり、拍動波形を得ることはできない。別のタイプの血圧
監視システムでは、被測定者の皮膚に接触して撓骨動脈上に置かれる装置を利用
する。このタイプのシステムは平たく部分的に押し潰された撓骨動脈により作用
する力を測定するものである。しかし、このタイプのシステムでは介在する組織
を介して測定が行われ、また被験者の運動や動作を感知してしまうためにその性
能は最適とは言い難い。したがってこうしたシステムは経皮的な脈拍の記録が可
能であるものの、血管組織の局所的な組織調節や非線形かつ粘弾性の効果のため
に不正確で偏ったものとなる。
【０００３】 動脈に穿孔して血管の内部に直接アクセスすることによって短期間の血圧測定
を行うための実現可能な方法が与えられるが、この方法は一連の長期にわたる測
定を行ううえでは使用できない。更に、血管内の圧力を測定／監視するために血
管の内部に経皮的にアクセスすることには、あらゆる動脈の穿孔に見られる様々
な健康上のリスクをともなう。特に動脈壁及び介在組織に長時間にわたってワイ
アを挿通した状態にするような場合に特にリスクがある。
【０００４】 ヒトや動物などの生物の血圧を監視するための他の移植可能な装置については
特許文献に開示されており、例として、米国特許第３，１４９，４９２号（ワイ
ンバーグ）（Ｗｅｉｎｂｅｒｇ）、同第３，１８９，０２３号（サルツ等）（Ｓ
ａｌｚ）、同第４，１９０，０５７号（ヒル等）（Ｈｉｌｌ）、同第４，２５６
，０９４号（カップ等）（Ｋａｐｐ）、及び同第４，９２６，８７５号（ラビノ
ビッツ等）（Ｒａｂｉｎｏｖｉｔｚ）が挙げられる。これらの装置はそれぞれの
目的において適当なものであるが、多くの点から観て依然改善の余地があるもの
である。例えば、サルツ等の特許では、血管の周辺に延びる移植ユニットから生
物の身体を通じて導電体（ワイア）が延出することが必要である。サルツ特許の
装置が目的とする用途、すなわち、ロケット打ち上げの際の宇宙飛行士の血圧を
監視するという用途においては、経皮的にワイアまたはリード線が延びるという
構成は許容されるものであるかも知れないが、やはり、可動性の制約、感染症対
策や不快感といった観点から見て難点を有するものである。ワインバーグ、カッ
プ等、及びラビノビッツ等の特許はいずれも同様な制約を有するものである。す
なわち、リード線やワイアが、移植された装置から皮膚を貫通して記録または測
定装置にまで延びる必要があるという点である。
【０００５】 皮膚を貫通してワイアが延びる必要性をなくした従来技術に基づいた方法の１
つは、血圧センサを体外に取り付けるというものである。以下に列記する米国特
許には体外に用いられる血圧モニタが開示されている。すなわち、米国特許第４
，８３０，０１７号（ペリー等）（Ｐｅｒｒｙ）、同第４，８３６，２１３号（
ウェンゼル等）（Ｗｅｎｚｅｌ）、同第４，９８７，９００号（エッカール等）
（Ｅｃｋｅｒｌｅ）、同第４，９２４，８７１号（ホーンイェーガー）（Ｈｏｎ
ｅｙａｇｅｒ）、同第５，１８３，０５０号（カワムラ）（Ｋａｗａｍｕｒａ）
、同第５，１５８，０９１号（バターフィールド等）（Ｂｕｔｔｅｒｆｉｅｌｄ
）、同第５，２３８，０００号（ニワ）（Ｎｉｗａ）、同第５，４０６，９５２
号（バーンズ等）（Ｂａｒｎｅｓ）、同第５，４３９，００１号（バターフィー
ルド等）（Ｂｕｔｔｅｒｆｉｅｌｄ）、ならびに同第５，４３９，００２号（ナ
リマツ）（Ｎａｒｉｍａｔｓｕ）。オムロン（Ｏｍｒｏｎ）社より製品名「小型
手首装着式血圧モニタ」（“Ｃｏｍｐａｃｔ Ｗｒｉｓｔ Ｂｌｏｏｄ Ｐｒｅ
ｓｓｕｒｅ Ｍｏｎｉｔｏｒ”）にてモデル番号ＨＥＭ−６０５の手首装着型の
血圧モニタが販売されている。体外装着型の血圧モニタも上述したのと同じ難点
を有するようである。すなわち、被験者の運動や動作を感知してしまう点、局所
的な組織調節による不正確さ及び偏り、及び／または、関係する組織の非線形か
つ粘弾性の効果などである。
【０００６】 頭蓋内圧を検知し、検知された頭蓋内圧を表す無線信号を体外に置かれた何ら
かの手段に与える移植要素によって頭蓋内圧を監視するための各種の手段を開示
した多くの特許が取得されている。こうした頭蓋内圧監視システムは血圧の測定
には適していないようである。以下に列記するのは頭蓋内圧監視システムに関す
る米国特許である。すなわち、米国特許第３，８５３，１１７号（マー）（Ｍｕ
ｒｒ）、同第３，９４３，９１５号（セバーソン）（Ｓｅｖｅｒｓｏｎ）、同第
３，９７７，３９１号（フライシュマン）（Ｆｌｅｉｓｃｈｍａｎ）、同第４，
００３，１４１号（ルロイ）（ＬｅＲｏｙ）、同第４，０１４，３１９号（フェ
イブル）（Ｆａｖｒｅ）、同第４，０２６，２７６号（チュバック）（Ｃｈｕｂ
ｂｕｃｋ）、４，０６２，３５４号（テイラー等）（Ｔａｙｌｏｒ）、同第４，
１１４，６０６号（セイラー）（Ｓｅｙｌａｒ）、同第４，１２７，１１０号（
ブララ）（Ｂｕｌｌａｒａ）、同第４，１８６，７４９号（フライヤー）（Ｆｒ
ｅｙｅｒ）、同第４，２０６，７６１号（コスマン）（Ｃｏｓｍａｎ）、同第４
，２０６，７６２号（コスマン）（Ｃｏｓｍａｎ）、同第４，２４６，９０８号
（イナガキ等）（Ｉｎａｇａｋｉ）、同第４，２６５，２５２号、（チュバック
）（Ｃｈｕｂｂｕｃｋ）、同第４，２８１，６６７号（コスマン）（Ｃｏｓｍａ
ｎ）、同第４，３５４，５０６号（サカグチ等）（Ｓａｋａｇｕｃｈｉ）、同第
４，３７８，８０９号（コスマン）（Ｃｏｓｍａｎ）、同第４，４７１，７８６
号（イナガキ等）（Ｉｎａｇａｋｉ）、同第４，４９４，４１１号（コシュケ等
）（Ｋｏｓｃｈｋｅ）、同第４，５９３，７０３号（コスマン）（Ｃｏｓｍａｎ
）、同第４，６５３，５０８号（コスマン）（Ｃｏｓｍａｎ）、同第４，６６０
，５６８号（コスマン）（Ｃｏｓｍａｎ）、同第４，６７６，２５５号（コスマ
ン）（Ｃｏｓｍａｎ）、同第４，７３８，２６７号（ラゾルテス等）（Ｌａｚｏ
ｒｔｈｅｓ）、同第４，９２６，６９６号（ハリトニディス等）（Ｈａｒｉｔｏ
ｎｉｄｉｓ）、同第５，０１８，５２９号（テナーズ）（Ｔｅｎｅｒｚ）、及び
同第５，３１７，９１７号（デュフォー）（Ｄｕｆｏｕｒ）。
【０００７】 幾つかの刊行物に、血圧の測定において有用である可能性を有する各種の技術
が開示されている。例としては、「誘導性リンクを介した高効率カップリング集
中型パワー及びデータ送信」"High-Efficiency Coupling-Insensitive Transcut
aneous Power and Data Transmission Via an Inductive Link,"(IEEE Transact
ions on Biomedical Engineering, Dec.1991) 、「ヒト以外の霊長類から離れた
地点から生理学的及び行動学的データを取得、記録するためのシステム」 "A Sy
stem to Acquire and Record Physiological a nd Behavioral Data Remotely f
rom Nonhuman Primates," (IEEE Trans on Biomed Eng, Dec. 1991)、「医療用
途のための非侵襲性電磁伝導性センサ」"A Noninvasive Electromagnetic Condu
ctivity Sensor for Biomedical Applications," (IEEE Trans on Biomed Eng,
Dec. 1998)、「非侵襲性血圧記録及びコロトコフ音の生成」 "N oninvasive Blo
od Pressure Recording and the Genesis of Korotkoff Sound," (Drezewiecki,
et al., Chapter 8, Handbook of Bioengineering, Vol. 1.) などが挙げられ
る。ドレゼビエッキ（Ｄｒｅｚｅｗｉｅｃｋｉ）により述べられた技術では、手
首の直ぐ近位に位置する骨様構造によって支持される、撓骨動脈などの浅上腕動
脈を必要とする。動脈を歪め、部分的に平たくするうえで充分な外力が外力に作
用させられる。この力のプロファイルを測定して血圧の読み取り値を与える。こ
の方法は非侵襲性ではあるが、安定性を欠き、動脈の位置を特定してこれを平た
くするうえで複雑なサーボ機構を必要とする。放置したまま長期にわたって測定
を行うことは不可能である。この方法の基本的な問題は、測定を行ううえで組織
を介して圧力を作用させるために加圧帯などの体外に配される手段を必要とする
点である。
【０００８】 （発明の目的） したがって、本発明の一般的な目的は、生物の血圧を測定及び／または監視す
るためのシステムであって、上記に述べたような従来技術における課題点を解決
したシステムを提供することにある。
【０００９】 本発明の更なる目的は、生物の血圧を測定及び／または監視するための移植可
能な装置を有するシステムを提供することにある。 本発明の更なる目的は、生物の血圧を測定及び／または監視するための移植可
能な装置を有するシステムであって、構造的に簡単なシステムを提供することに
ある。
【００１０】 本発明の更なる目的は、生物の血圧を測定及び／または監視するための移植可
能な装置を有するシステム、ならびに体外に配されるエネルギー印加／送受信ユ
ニットとを提供することにある。
【００１１】 本発明の更なる目的は、移植可能なセンサ／トランスデューサユニットを利用
した血圧測定／監視システムであって、生体適合性かつ長期の使用に適するとと
もに患者に危険を与えることのないシステムを提供することにある。
【００１２】 本発明の更なる目的は、生物の血圧を移動監視するのに適したシステムを提供
することにある。 （発明の概要） 本発明のこれら及び他の目的は、生物（例 ヒト）の血管内の圧力を監視する
ために使用される装置及び方法を提供することによって達成される。このシステ
ムはセンサ／トランスデューサユニット及びこれに付随するエネルギー印加／送
受信ユニットを有する。センサ／トランスデューサユニットは、撓骨動脈の手首
の直ぐ近位側の位置などにおいて生物の体内に移植されるように構成される。エ
ネルギー印加／送受信ユニットは生物の体外かつ移植されたセンサ／トランスデ
ューサユニットの近傍となる位置に配置されてセンサ／トランスデューサユニッ
トを活動化し、センサ／トランスデューサユニットからの生物の血圧を示す無線
信号を受信するように構成される。
【００１３】 センサ／トランスデューサユニットは、移植された際に血管の壁の少なくとも
一部分を包囲するためのハウジングを有する。ハウジングの一部が血管の周囲の
一部分を平たく押しつぶすうえで機能する。フェライト芯などが取り付けられた
プローブなどの偏向要素がハウジング内に置かれ、血管内の圧力の変化に応じて
ハウジングに対して動くことが可能である。偏向要素はインダクタコイルなどの
受動的エネルギー応答手段に結合されており、芯の運動によってハウジング内に
置かれたコイルのインダクタンスが変化する。このエネルギー応答手段は、体外
に配置されたエネルギー印加／送受信ユニットによって印加されるエネルギーに
応じて、血管内の圧力の変化を表す無線電磁信号などの出力信号を与えるように
構成されている。エネルギー印加／送受信ユニットはこの無線電気信号を拾うす
なわち受信するように構成されている。
【００１４】 （発明の詳細な説明） 図中、同様の部材は同様の参照にて示してある。図１には、生物の血管内の血
圧を監視または測定するための、本発明に基づいて構成されたシステムが参照符
合２０にて示されている。システム２０は移植可能なセンサ／トランスデューサ
ユニット２２及びこれに付随するエネルギー印加または送受信ユニット２４を基
本的に有する。センサ／トランスデューサユニット２２は受動的装置であって、
一切の内部電源を持たない。センサ／トランスデューサユニット２２は、生物の
体内の任意の適当な場所に移植が可能であるように構成されており、例として、
図１及び２に示されるように被験者の前腕１０の内部に、手首の骨様構造の直ぐ
近位側かつ皮膚及び皮下組織の下となる位置に配して撓骨動脈に取り付けること
が可能である。
【００１５】 送受信ユニット２４は、被験者の体外かつ移植センサ／トランスデューサユニ
ットの近傍に配置されるように構成され、ユニット２２に電磁エネルギーを無線
送信することが可能である。センサ／トランスデューサユニット２２はエネルギ
ーを受信すると励磁され、被験者の撓骨動脈内の血圧を測定して、測定値を示す
電磁出力信号を発生する。この電磁出力信号は体外に配置された送受信ユニット
２４によって無線検出される。このユニットは、被験者がいつでもどこでも望む
ときに血圧を測定／監視することができるように容易に持ち運び可能な小型の携
帯用装置として構成されることが好ましい。本発明の好ましい一実施形態に基づ
けば、送受信ユニット２４は被験者の身体の移植センサ／トランスデューサ２２
の位置の上となる所定の位置にユニットを固定することが可能なようにストラッ
プまたはバンド２６を備える。送受信ユニット２４は、自動動作を行って所定の
時間に所定の間隔にて患者の血圧を測定／監視するための、マイクロプロセッサ
及び関連ソフトウェアなどの手段を更に備えることが可能である。更に、送受信
ユニット２４は血圧のデータを記録し、このデータを離れた場所に送信するため
の手段を有することが可能である。
【００１６】 センサ／トランスデューサユニット２２の構成は図２〜図５に最も分かりやす
く示されている。これらの図に示されるように、ユニットはユニットの各種要素
を収容するハウジング２８を基本的に有する。同調したＬＣ回路を構成する２個
の受動的電気要素、及びこの回路に関連付けられるとともに回路を撓骨動脈に結
合するための複数の機械的要素がハウジングに収容される。ハウジングは、プラ
スチックなどの任意の生体適合性材料から形成することが可能であり、方形の通
路３２が設けられた下側部分３０、通路３２を閉じる回動ドア３４、ならびにユ
ニットの各種電気的要素及び機械的要素を収容する上側部分３６を有する。下側
部分は、平面状の底壁３８、平面状の側壁４０、及び平面状の上壁４２を有する
ほぼＵ字形状をなす部材である。通路３２は、底壁３８、側壁４０、上壁４２の
間に区画される。突起４４（図５）が通路３２の入口に隣接する底壁３８の外側
面から下方に突出する。この突起はドア３４を底壁３８に回動可能に連結するヒ
ンジの一部として機能する。ドア３４は基本的には上部フランジ４６及び下部フ
ランジ４８を有する平面状の部材である。回動ピン５０（図５）が、下部フラン
ジ４８に設けられた開口及び突起４４の対応する開口を通じて延びることにより
、ドアはハウジングに対する開放位置（図に示されていない）から閉鎖位置（図
５）へと回動することが可能である。開放位置では、通路３２は開放され、通路
３２の内部に撓骨動脈１２が位置するようにハウジングを撓骨動脈１２上に取り
付けることが可能である。図２及び図５に示されるように、撓骨動脈が所定の位
置に取り付けられた時点でドア３４を閉鎖位置へと閉じることにより、センサ／
トランスデューサユニット２２は撓骨動脈に対して所定位置に固定される。
【００１７】 上側部分３６は、上壁５２、及び周囲を囲む４つの側壁５４（図２及び５），
５６（図３〜５），５８（図２及び５），及び６０（図２）を有する中空の方形
部材である。上壁５２及び各側壁は平面状をなし、各側壁は下方に向かって若干
拡がっている。側壁５６，５８及び６０のそれぞれの底部の縁は、下側部分３０
の上壁４２の周囲に接着剤などによって接合されている。側壁５４の高さは、側
壁５６，５８及び６０の高さよりも小さいため、側壁５４と下側部分の壁４２と
の間にスロットが形成される。スロット６２はドア３４が閉じられた際にドアの
上部フランジ４６を緊密に受容するように形成されている。ドアが誤って再び開
いてセンサ／トランスデューサユニットが撓骨動脈から外れることを防止するた
めにドアを閉鎖位置に保持する目的で、ドア３４のフランジ４６の表面に小さい
凹部６４（図５）が形成される。これに嵌合する突起６６が上壁４２の上面に設
けられる。
【００１８】 上側部分３６の内部空間６８、すなわち上側部分の壁５２〜６０と下側部分の
上壁４２とによって区画される部分は、センサ／トランスデューサユニット２２
の各種の電気的要素を収容するうえで機能する。電気的要素はインダクタＬ及び
コンデンサＣ（図５）を構成する。インダクタＬは、中央開口７２を有する環を
なすワイアの多数のループからなるコイル７０として形成される。インダクタＬ
は可変型であり、円柱状のフェライト芯７４を有する。当該技術分野においては
知られるように、フェライト芯を有することによりインダクタのインダクタンス
は大幅に大きくなる。芯７４は、撓骨動脈の平たくなった部分に係合するように
構成された偏向可能要素としてのプローブ７６上に取り付けられる。プローブの
位置は、監視される撓骨動脈などの血管内の血圧の関数である。したがってＬＣ
同調回路の共振周波数はその血管内の圧力の変動に応じて変化する。
【００１９】 コイル７０はその中央開口７２がハウジングの中央に位置するようにハウジン
グの上側部分の内部空間６８内に配置される。示される実施形態においてはコイ
ルは上壁５２の内面に固定される。フェライト芯７４はプローブ７６に取り付け
られ、コイル７０の中心軸８０（図５）と軸方向に整列させて配置される。プロ
ーブ７６が中心軸８０に沿って動くことにより、コイル７０の中央開口７２内で
フェライト芯７４が動く。コンデンサＣはコイル７０の下方に取り付けられ、コ
イル７０に電気的に接続されて図７に示されるような並列共振ＬＣ回路を形成す
る。可変インダクタＬ及び固定コンデンサＣはセンサ／トランスデューサユニッ
ト２２のセンサを構成する。センサ回路の共振周波数は、インダクタンス及びキ
ャパシタンスの値によって決まる。この場合、キャパシタンスの値は一定に保た
れ、インダクタンスの値は可動フェライト芯７４が血管の内部方向に作用させる
圧力の関数として変化する。同様にしてキャパシタンスの値を変化させることも
可能である。
【００２０】 後に詳述するが、共振周波数は送受信ユニット２４、詳細には送受信ユニット
２４の一部を構成する周波数掃引高周波発振器（後述する）、によって被験者の
体外において検出される。
【００２１】 プローブ７６は好ましくはハウジングの下側部分３０の上壁４２に設けられる
長尺のスロット７８（後述する）内に緊密に嵌るような押し潰された楕円形状の
断面を有する。長尺のスロット７８はコイル７０及びプローブ７６の中心軸８０
に中心が合わされている。長尺のスロット７８の長軸すなわち主軸は撓骨動脈１
２（図２参照）の長手方向の軸と同一直線上となる方向に向けられる。成人では
プローブ７６の幅、すなわちプローブの短軸に沿って計った長さは０．５ｍｍの
オーダーとすることが可能である。
【００２２】 プローブ７６及びこれに取り付けられたフェライト芯７４の運動をほぼ直線運
動に規制し、さらに復帰力を与えるため、例として２個の複数の板バネ８２が用
いられる。板バネ８２は図２〜５に示されるように、一端がハウジングの上側部
分３６の壁５６の内面に固定され、他端が押し潰れた楕円形状のプローブ７６の
反対側の端部に固定された平行四辺形をなすように配置される。
【００２３】 先に述べられ、また図５に最も分かりやすく示されるように、センサ／トラン
スデューサユニット２２のハウジングの通路３２は撓骨動脈１２の少なくとも一
部を平たく押し潰すうえで機能するが、その全体を押し潰すことはない。詳細に
は、通路の上壁４２が撓骨動脈の一部分１２Ａを平たくするのに対し、通路の反
対側の壁３８は部分１２Ａとは反対側の動脈の部分１２Ｂを平たくする。動脈の
残りの部分１２Ｃ及び１２Ｄは規制されないために円弧状の形状をなす。動脈壁
の部分１２Ａ及び１２Ｂが平らになっていることにより動脈壁の弾性に基づいた
応力がこれらの部分から取り除かれる。したがってこれらの部位では動脈壁に作
用する応力は血管の血圧Ｐのみに比例する。本発明のセンサ／トランスデューサ
２２はこの平らな領域１２Ａの一部分において応力を測定して血管内の血圧に比
例した出力信号を与える。詳細には、長尺のスロット７８の周囲の平面状の壁部
分４２によって、スロット７８によって限られる領域１２Ａの部分を除いた動脈
壁の部分１２Ａが外側に膨らむことが防止される。この規制されない血管領域に
プローブ７６の下端が接触してこの領域におけるあらゆる変位（運動）を検出す
る。スロット７８によって限られる領域内となる撓骨動脈の部分は効果的に規制
されない、すなわち外側に膨らむことが可能である（図４）のに対し、この領域
に連続する周囲の領域１２Ａは平面状の壁部４２によって平らに押さえられてい
る。したがって、スロット７８によって限られる領域内の動脈壁の弾性に基づく
応力はすべて無視できるため、スロット７８によって限られる領域内において検
出される応力は動脈内の血圧Ｐのみの関数である。本発明の好ましい一実施形態
に基づけば、成人の場合、撓骨動脈の一部分は通路３４によってその断面積が約
３０〜３５％減少するように約２．１ｍｍにまで押し潰される。この断面積の減
少が血流に与える影響は無視できるものであり、患者になんらの悪影響を及ぼす
ものではない。
【００２４】 図６はこの血管の部分の全長に沿った接触応力の分布を示したグラフである。
この図では、縦軸に接触応力ＣＳが、横軸に血管の長さがプロットされている。
グラフ中、部分Ｘは、センサ／トランスデューサユニットのハウジングによって
変形させられた血管１２の部分を表す。変形部分の中央のプラトーＸ’では血管
壁の弾性に基づく応力は無視できる。この部分Ｘ’では、応力は血圧Ｐのみに比
例する。この領域においてセンサ／トランスデューサユニット２２のプローブ及
び関連要素により応力を測定する。詳細には、スロット７８の境界内の動脈の平
らな部分１２Ａに作用する血圧に基づく応力をプローブ７６によって検出する。
その際、プローブは血圧に対応した所定の位置にまで軸７８に沿って動く。これ
にともなってフェライト芯７４も軸に沿って動き、コイル７０に対する位置が変
化してコイルのインダクタンスが変化する。このインダクタンスの変化はＬＣ同
調回路によって検出される。ＬＣ回路の共振周波数はインダクタンスＬ及びキャ
パシタンスＣの値によって決まる。詳細には、同調ＬＣ回路は、送受信ユニット
２４からの電磁エネルギーを受信すると共振周波数にて共振して血圧を表す電気
信号などの出力電磁信号を発生する。この出力信号は、後述するように、体外に
置かれた送受信ユニット２４によって無線検出される。
【００２５】 次にシステム２０の電気的動作の詳細を図７を参照しつつ述べる。この図は、
センサ／トランスデューサ２２を構成する同調ＬＣ回路、及び体外に置かれる送
受信ユニット２４を構成する各種の電気的要素を示す概略図である。概略図であ
るので要素や接続の中には示されていないものもあるが、いずれも当業者の技術
の範囲内であり、上記に掲げた従来技術特許または他の従来技術の教示に基づい
て構成することが可能なものである。
【００２６】 示された実施例においては、送受信ユニット２４を構成する電気的要素として
、基本的には、励磁／探りコイル８４、複素インピーダンス要素８６、発振器８
８、周波数変調器９０、位相検出器９２、プロセッサ９４、データ記憶装置９６
、及び電池などの内部電源９８が含まれる。プロセッサはアナログ及びデジタル
のいずれでもよいがデジタルマイクロプロセッサが好ましい。プロセッサの動作
を制御するためのソフトウェアが、送受信ユニットの一部を形成する付属の記憶
手段（図に示されていない）に保存される。
【００２７】 励磁／探りコイル８４は、送受信ユニットのハウジングの一部を形成するカバ
ー１００（図１では）の下に配され、一方の側において接地される。コイル８４
の他方の側は複素インピーダンス要素８６の一方の側に接続される。インピーダ
ンス要素の他方の側は発振器８８の出力部に接続されている。発振器８８への入
力部が周波数変調器９０によって与えられる。位相検出器９２はインピーダンス
要素８６に跨って接続された２箇所の接続部を有する。位相検出器の出力部はプ
ロセッサ９４への１個の入力部として与えられる。プロセッサの他方の入力部は
周波数変調器９０の出力部から与えられる。プロセッサ９４の出力部はデータ記
憶装置９６に向かって設けられる。この記憶装置は、センサ／トランスデューサ
によって検出／監視される血圧を表す出力信号をプリンタやモデムなどの他の任
意の適当な手段に与える任意の構成のものを使用することが可能である。電池９
８によって送受信ユニット２４を構成する各種の要素への電力が与えられる。
【００２８】 システム２０の動作は次のようなものである。血圧の値を得たい場合には、送
受信ユニットのコイル８４が、移植されたセンサ／トランスデューサユニットの
コイルの上に、コイルに対して適当な方向にて配置されるように送受信ユニット
を被験者の身体に装着する（既に装着されていない場合）。送受信ユニット内に
はスイッチ（図に示されていない）が設けられ、手動またはプロセッサ９４の制
御下でオンされる（システム２０が自動または遠隔制御動作を行うように構成さ
れているような場合）と送受信ユニットの発振器８８が複素インピーダンス要素
８６を介してコイル８４に交流信号を与える。発振器８８の周波数が周波数変調
器９０によって狭い範囲にわたって掃引される。コイル８４は励磁されると電磁
信号または電磁場を発生する。送受信ユニット２４はセンサ／トランスデューサ
ユニットの上に位置するように例えば被験者の皮膚表面上などに配置されるため
、この電磁波はセンサ／トランスデューサユニット２２のコイル７０に結合する
。これによりセンサ／トランスデューサユニット２２は効果的に「励磁」される
。送受信ユニットのコイル８４が発生する電磁場がセンサ／トランスデューサユ
ニット２２のＬＣ回路の共振周波数に等しい場合、反射したインピーダンス（セ
ンサ／トランスデューサユニット２２の「出力」信号）によってコイル８４の信
号が変化する。このインピーダンスの変化は複素インピーダンス要素８６の両側
における位相シフトの変化として現れ、位相検出器９２によって検出されてプロ
セッサ９４に送られる。プロセッサ９４は発振器の周波数掃引を与える周波数変
調器９０からの変調信号も受信する。位相検出器９２からの出力信号すなわち位
相パルスのタイミングを検出し、これを周波数変調器９０からの変調信号と比較
することにより、プロセッサ９４はトランスデューサが共振している周波数を求
め、検出された血圧が示される。検出／監視された血圧を表す出力信号は、好ま
しくはデータ記憶装置に保存され、後でダウンロードされて表示及び分析される
。これに代えるか、あるいはこれに加えるものとして、送受信ユニット２４は被
験者の血圧を表すデータを表示及び／またはプリントアウトするための手段を備
えることが可能である。
【００２９】 拍動性の血圧波形を正確に表示するため、システム２０の周波数は好ましくは
３０〜４０Ｈｚの速さで掃引される。プロセッサ９４は、複数の拍動周期を平均
化して拡張期及び収縮期の血圧を求めてこれを記憶する。離散的波形のデータは
大きな記憶容量を必要とするために連続的に記録されずともよい。詳細には、複
数の周期の拍動波形を、記憶または受信された所定の診断ルーチンに基づいて間
歇的に記録する。または離散波形を所定の限界値を上回った時点で記憶すること
も可能である。聴覚的または触覚的警報（図に示されていない）による患者から
のフィードバックを送受信ユニット２４に含ませることも可能である。
【００３０】 上記に述べたように、同調ＬＣ回路において可変インダクタの代りに可変コン
デンサを使用して、血管壁の平らにされた部分の動きに応じて同調回路の共振周
波数を変化させることが可能である。その場合、コンデンサを血管壁の平らにさ
れた部分に結合してその部分の動きによりコンデンサのキャパシタンスが変化す
るように構成することが可能である。インダクタ及びコンデンサの両方を可変と
し、これらを血管壁の平らにされた部分に結合することも考えられる。実際、血
管壁の平らにされた部分の運動（ひいては血圧）を表す出力信号を与えるための
手段は同調電気回路である必要はない。すなわち血管壁の位置に応じた組織透過
性の出力信号を与えるための他の種類の装置によって信号を与えることも可能で
ある。こうした信号の例としては、音声（例 超音波）、放射線、他の種類の電
磁放射（例 可視光、赤外線など）などが含まれる。更に、本発明では、トラン
スデューサを、所定の周波数にて電力を受信し、別の周波数にて血圧のデータを
送信するトランスポンダとして機械化することも考えられる。
【００３１】 上記の記載から当業者によって認識されることであるが、本発明は、特に血圧
の測定及び／または長期にわたる血圧の監視を必要とする用途において、従来技
術と比較して多くの利点を与えるものである。例として、本発明では、患者に負
担をかけることなく連続的な計測を行うことが可能であり、例えば患者の腕に加
圧帯を取り付ける必要がない。更に、本発明のシステムにより、標準的な加圧帯
を用いた方法と比較してより高い精度を得ることが可能である。本発明のシステ
ムはその一部を移植して血管に対して固定するので運動に基づくアーチファクト
は最小に留められている。更に、本発明のシステムでは、いつでも必要なときに
、例として長時間にわたり周期的または非周期的に、データを得ることが可能で
あるため、高血圧などの患者における様々な状態を管理するためのより良好なデ
ータを得ることが可能である。
【００３２】 本発明のシステムでは、受動的センサ／トランスデューサユニット、すなわち
、電池などの移植電源を必要としないユニットを採用しているので必要な場合セ
ンサ／トランスデューサユニットを不定期にわたって留置することが可能である
。また、本発明のシステムでは観測者のバイアスが効果的に取り除かれ、反射や
他のアーチファクトを示す拍動性波形を容易に得ることが可能である。
【００３３】 本発明のシステムの使用により、血圧測定のために健康診断施設を来訪する頻
度を少なくすることが可能である。実際、本発明のシステムはその一部が移植さ
れ、他の部分は容易に携帯が可能であるため、血圧測定のために健康診断施設を
訪れる必要を完全になくすことが可能である。したがって、例として、本発明の
システムを職場において使用して仕事中の被験者のデータを収集することが可能
である。
【００３４】 上記に述べたように、移植されたセンサ／トランスデューサユニットは、血圧
の正確な測定値を与えるためにユニットが結合される動脈（または他の血管）の
一部を平たく押し潰すものであるが、動脈の断面積の減少は約３０〜３５％に過
ぎず、これは患者に対する悪影響という観点から見て有意な量ではない。更に、
センサ／トランスデューサユニットによって動脈が穿孔または穿通されることが
ないため、血液感染や患者に対する他の悪影響が防止または低減される。
【００３５】 当業者によれば認識されることであるが、長時間にわたって患者の血圧を表す
信頼度の高いデータが得られることは、種々の病気や生理学的状態の治療に大き
く利するものである。患者の体温、心拍数、筋肉の緊張、睡眠のパターン、発汗
、震顫といった他の生理学的因子に関するデータにより、それらが監視される血
圧に相関する場合には、病気や生理学的状態の診断及び／または治療を助ける更
なる情報が与えられる可能性が高い。更に、測定時間、周辺雑音、周辺温度、周
辺光、空気の動きといった各種の環境因子も患者の血圧において一定の役割を有
するものである。したがって、本発明を上記に述べた生理学的及び／または環境
因子を監視するシステムにおいて使用することにより、患者の血圧に関するデー
タと上記の他の因子の内の１以上のものとを相関させて診断や治療の参考となる
有用な情報を得ることが可能である。更には、本発明のシステムでは所定の因子
の１以上のものの所定値を上回った場合にこれを報せるための各種の警報または
他の手段を利用することが可能である。
【００３６】 以上、本発明を被験者の血圧を監視／測定するという観点から考察してきたが
、本発明の教示は、他の血圧パラメータや生物の体内の脈管、ダクト、管腔を流
れる他の流体のパラメータを監視／測定する目的で実施することが可能である。
ただし、これらのパラメータは、血管、ダクト、または管腔の壁の、規制されて
いないが平たくされた部分の位置に応じて算出または測定することが可能である
ものでなければならない。
【００３７】 以上本発明を充分に説明したので、他者が本発明を現在または将来の知識を適
用することによって様々な用途において採用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 移植可能なセンサ／トランスデューサユニット、及び体外に配さ
れるエネルギー印加／送受信ユニットを備えた血圧測定システムが、ヒトなどの
生物の血圧を測定及び／または監視する典型的な用途に用いられている様子を示
した等角図。
【図２】 図１のシステムの移植可能なセンサ／トランスデューサユニット
及び該ユニットが取り付けられた撓骨動脈などの血管の一部を示した拡大部分切
り欠き等角図。
【図３】 図２の３−３線に沿った断面図。
【図４】 図３に似ているが図３に示されるものよりも高い血圧を検出する
センサ／トランスデューサを示す断面図。
【図５】 図３の５−５線に沿った断面図。
【図６】 センサ／トランスデューサユニットによって変形させられる血管
の部分の全長にわたり接触応力の分布を示したグラフ。
【図７】 センサ／トランスデューサユニット及びエネルギー印加／送受信
ユニットを構成する電気的要素の構成を一部ブロック図にてまた一部を概略図に
て示した電気回路図。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，Ｅ Ａ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ， ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，Ｇ Ｅ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ， ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，Ｍ Ｗ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ， ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ (72)発明者 ケンジー、ケネス アメリカ合衆国 19425 ペンシルバニア 州 チェスター スプリングス ヒッコリ ー レーン ８ Ｆターム(参考） 4C017 AA08 AC03 BC11 BC16 【要約の続き】 気出力信号を与える。偏向要素は血管の平らにされた部 分にのみ係合するため、電気的出力信号は血圧に対して 直線的に変化する。

Claims (27)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 生物の血管内の血圧を監視するためのシステムであって、受
    動的センサユニット及びこれに付随するエネルギー印加ユニットを備え、該セン
    サユニットは生物の体内に移植されるように構成され、該エネルギー印加ユニッ
    トは、前記センサユニットにエネルギー波を無線送信するために生物の体外に配
    置されるように構成され、前記センサユニットは、血管の壁を少なくとも部分的
    に包囲しかつ血管の一部を平たくして生物の体内に移植されるように構成され、
    血管の前記平たくされた部分は血管内の血圧に応じて動くことが可能であり、前
    記センサユニットは、前記体外に配置されるエネルギー印加ユニットによってセ
    ンサユニットに印加される前記エネルギーに応じて動作して、血管の前記平たく
    された部分の位置及び血管内の血圧を示す無線出力信号を与えるシステム。
  2. 【請求項２】 前記センサユニットは、ハウジング、偏向要素、及び受動エ
    ネルギー手段を備え、該ハウジングは血管の壁を取り囲むように構成され、更に
    該ハウジングは血管の周囲の一部を平たくするように構成された壁部を有し、前
    記偏向要素は前記血管の平たくされた部分と係合するように構成されるとともに
    血管の平たくされた部分に血管内の血液によって作用せられる圧力に応じてハウ
    ジングに対して動くことが可能であり、該偏向要素は前記受動エネルギー応答手
    段に結合され、該受動エネルギー応答手段は偏向要素の位置に応じて前記無線出
    力信号を与える請求項１に記載のシステム。
  3. 【請求項３】 前記偏向要素は血管の平たくされた部分にのみ係合するよう
    に規制され、前記出力信号は血圧の変化とともに直線的に変化する請求項２に記
    載のシステム。
  4. 【請求項４】 前記エネルギー波は電磁エネルギーを含む請求項１に記載の
    システム。
  5. 【請求項５】 前記電磁エネルギーは電気エネルギーを含む請求項４に記載
    のシステム。
  6. 【請求項６】 前記出力信号は、血圧を示す周波数を有する電気信号を含む
    請求項１に記載のシステム。
  7. 【請求項７】 前記センサユニットはインダクタ及びコンデンサを有する同
    調回路を含む請求項６に記載のシステム。
  8. 【請求項８】 前記エネルギー印加ユニットは前記出力信号を受信するため
    のインダクタを有する請求項７に記載のシステム。
  9. 【請求項９】 前記ハウジングの前記壁は平面状をなすとともに該壁にはス
    ロットが設けられ、該スロットを通って前記偏向要素が延びて血管の前記平たく
    された部分に係合する請求項２に記載のシステム。
  10. 【請求項１０】センサユニットは更に、前記偏向要素に連結されるとともに
    センサユニットに対して動くことが可能なフェライト芯を有し、前記インダクタ
    は前記ハウジング内に配設されるコイルを有し、前記芯は前記偏向要素の運動に
    応じて前記コイルに出入りすることが可能である請求項７に記載のシステム。
  11. 【請求項１１】前記偏向要素の位置を偏倚させるための偏倚手段を更に有す
    る請求項２に記載のシステム。
  12. 【請求項１２】前記偏倚手段は前記ハウジングに連結された板バネを含む請
    求項１１に記載のシステム。
  13. 【請求項１３】生物の血管内の血圧を監視するための方法であって、 ａ．前記生物の体外に配置されるエネルギー印加ユニットを与える工程と、 ｂ．前記生物の体内にセンサユニットを移植して前記血管の壁の一部を平らに
    する工程と、 ｃ．前記生物の体外から無線により印加されるエネルギーに応じた血管の前記
    平らにされた部分の運動を監視する工程とを含む方法。
  14. 【請求項１４】前記方法は更に、 ｄ．前記センサユニットから、該センサユニットによって監視された血圧を示
    す無線出力信号を与える工程を含む請求項１３に記載の方法。
  15. 【請求項１５】前記ユニットは可動偏向要素を有し、 ｅ．前記可動偏向要素の位置に応じて前記出力信号を与える工程を前記方法は
    更に含む請求項１４に記載の方法。
  16. 【請求項１６】前記方法は更に、 ｆ．前記血管の前記平らにされた部分にのみ係合するように前記偏向要素を規
    制し、その際前記出力信号は血圧の変化とともに直線的に変化する工程を更に含
    む請求項１５に記載の方法。
  17. 【請求項１７】前記ユニットに印加される前記エネルギーは電磁エネルギー
    である請求項１２に記載の方法。
  18. 【請求項１８】前記電磁エネルギーは電気エネルギーを含む請求項１２に記
    載の方法。
  19. 【請求項１９】前記出力信号は血圧を示す周波数を有する電気信号を含む請
    求項１３に記載の方法。
  20. 【請求項２０】前記システムは長時間にわたって血圧の読み取り値を与える
    ように動作する請求項１３に記載の方法。
  21. 【請求項２１】患者の少なくとも１つの他の生理学的因子に関するデータを
    取得し、こうした因子を前記監視された血圧に相関させる工程を更に含む請求項
    １３に記載の方法。
  22. 【請求項２２】少なくとも１つの環境的因子に関するデータを取得し、こう
    した因子を前記監視された血圧に相関させる工程を更に含む請求項１３に記載の
    方法。
  23. 【請求項２３】前記少なくとも１つの他の生理学的因子は、患者の体温、心
    拍数、筋肉の緊張、睡眠のパターン、発汗、及び震顫からなる群から選択される
    請求項２１に記載の方法。
  24. 【請求項２４】前記少なくとも１つの環境的因子は、測定時間、周辺雑音、
    周辺温度、周辺光、及び空気の運動からなる群から選択される請求項２２に記載
    の方法。
  25. 【請求項２５】監視された血圧が所定のレベルを上回った場合に警報信号を
    与える工程を更に含む請求項１３に記載の方法。
  26. 【請求項２６】前記監視された血圧及び前記少なくとも１つの他の生理学的
    因子の少なくともいずれか一方が所定のレベルを上回った場合に警報信号を与え
    る工程を更に含む請求項２２に記載の方法。
  27. 【請求項２７】前記監視された血圧及び前記少なくとも１つの環境因子の少
    なくともいずれか一方が所定のレベルを上回った場合に警報信号を与える工程を
    更に含む請求項２３に記載の方法。
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