JP2002540830A - 連続的無侵襲血圧測定装置 - Google Patents
連続的無侵襲血圧測定装置Info
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Abstract
Description
存在する。このため、近年には新規の装置が提案されてきた。1本の指が透視さ
れ、サーボ制御によって記録された血流が一定に保持されるペナーツ(Pena
z)の方法は本質的な革新をもたらした(1973年にドレスデンで開催された
第10回医用生体工学国際会議の要約を参照)。
た(Yamakoshi, Wesseling, TNO)。1993年4月
21日に付与された欧州特許第537 383号号(TNO)は無侵襲連続的血
圧測定のための膨張式指マンシェット(はく帯)を示している。膨張可能な円筒
形空間は液体供給源と空気圧式で接続されている。剛性の円筒の内側では指の両
側に放射線源と検出器とが配置されている。円筒にはガスを充填するための弁が
用意されている。赤外線源と検出器のためには電線が通されている。1985年
4月16日に付与された米国特許第4,510,940A号(WESSELIN
G)および1985年9月10日に付与された米国特許第4,539,997A
号(WESSELING)は、血圧を連続的無侵襲で測定するための装置を示し
ている。液体が充填されたマンシェット、光源、光検出器および差圧増幅器が備
えられている。1983年9月27日に付与された米国特許第4,406,28
9A号(WESSELING)は、同様に従来技術としてのそのような装置を示
している。
ていることから、従来技術を示しているに過ぎない。
らない使用マンシェットが非常に故障を起こし易い上に堅牢性が低いこと、他方
では製造コストの高い比例制御弁(米国特許第4,406,289号)を使用し
なければならないこと、さらに較正を行うことで血圧の相対変動に関しては確か
に極めて精確に指示できる装置ではあるが絶対測定では実際の動脈圧値と大きく
相違することが挙げられる。通例、これまでに使用されてきた比例制御弁ではa
)ソレノイドによって1つの方向または他の方向へ交互に動かすことのできるス
プール(フラッパー)が使用されているか、またはb)電磁振動器が使用されて
いる。これらのどちらの比例制御弁においても、常に弁の一部が開口しているた
めに圧力室によって永続的にガス流が供給される。出口開口部が外部へ開いてい
るか、ないしは入口開口部がガス供給によって開放される。従って入口開口部と
出口開口部が同時に閉じている弁の位置が存在しない。
重要ではないが、持ち運ばなければならない携帯型装置の場合は明らかに不利と
なる。もう1つの短所は、圧力の波形性は測定信号に影響を及ぼす可能性がある
ので、この波形性を伴わない圧力の流れを発生させなければならない圧力発生シ
ステム(通例はポンプおよびコンプレッサー)の使用である。安定したスムーズ
な空気流を発生させるポンプないしはコンプレッサーは通例、一定の閾値を下回
ってはならない圧力を供給する圧力発生システムよりも費用が高くつき、より多
くのエネルギーを消費する。その結果として装置の重量ないしはエネルギー消費
量が明らかに増大する。
たこれらの方法はもっぱら1本の指で使用されているが、指動脈は既に身体の血
流の中では例えば指の温度によって変動する小動脈の1つであるため、この動脈
内の圧力は医師がまず第一に関心を抱く大動脈内の圧力とは一致しないという点
にある。この理由から、これまでに使用されてきた装置(例、Ohmeda社製
Finapres)は確かに血圧の相対変動については極めて確実に表示するが
、血圧の絶対値については確実に表示しないので、この装置Finapresは
市場から姿を消している。
nartonometrie)を使用している。この場合にはシリコンの中に埋
め込まれた極めて小さな圧力センサアレイが空気圧ベローズを通して動脈に取り
付けられ、コンピュータが圧力センサアレイの内最高の信号を発信するセンサを
探索する。ベローズ内の圧力は良好な信号が達成されるともはや変化せず、同一
上腕で間欠的に測定できる血圧の単回または複数回のオシロメトリック式測定を
通して血圧曲線の較正が行われる。だが動脈上へ硬い物体、つまりアレイを取り
付けると動脈が制御不能な方法で変動するので、この装置が表示する血圧値は動
脈圧値とは極めて大きく相違する(ゾーン(Zorn)他, Blood Pr
essure Monitoring 2:185,1997)。Watt a
nd Burrusによって証明されているように、大血管と小血管のコンプラ
イアンスを算出するためにはよく知られた方法で追加して拡大サージタンクモデ
ルを用いると血圧曲線の正確な解析を入手することができる。さらに例えば周波
数分析を用いても、計算によって中心大動脈における血圧を把握することができ
る、または心臓および血管系の実際の機械的負荷を極めて良好に反映するいわゆ
る増加指数を計算することができる。このためにこれまでは、動脈壁への負担を
軽減するために動脈へ手を用いてまたはマイクロメーターねじ機構によって硬い
圧力センサを装着するいわゆるアプラネーションズトノメトリー(Aplana
tionstonometrie)が使用されていた。だがこの方法は、圧力セ
ンサによって動脈へ適用された圧力が分からない、および手で動脈を正確に捉え
るのが極めて厄介であるという欠点を有していた。
回避することを目的としている。
は、新規の血圧測定システムが詳細に図示されている。図2には、新規の指マン
シェットが詳細に図示されている。図3は、動脈信号センサとして圧力センサが
使用されている血圧測定システムの1つの実施態様を示している。図4は、動脈
信号センサとして複数の信号センサが使用されている血圧測定システムの1つの
実施態様を示している。図5、6および7は動脈信号センサの詳細図を示してい
る。
1が付与されている。図番2は、例えばガス供給源として隔膜ポンプを使用した
場合に発生するガス供給量の高頻度の不規則性を調整し、同時に塵芥フィルター
として機能する例えばガスフィルターのようなダンパーである。図番3は、給気
弁4を介してガス供給源1と接続されている圧力室である。図番5は排気弁であ
る。弁は従来型比例制御弁であってよいが、しかし特に好ましいのは例えば圧電
素子によって与えられるようなスイッチング時間が極めて短い弁の使用である。
この圧電弁の約1ミリ秒というスイッチング時間では、50Hzまでの周波数領
域の圧力変化を作り出すことができる。圧電弁を使用した場合は、特にコンピュ
ータ10によって弁のデジタル制御が容易に達成できるので、その結果として弁
にデジタル制御を通して従来型比例制御弁ないしは排気弁と給気弁の強制連結(
例、米国特許第4,406,289号において実現されている)においては達成
できない、または達成するのが極めて困難な特性を与えることができる。従って
、圧力室3では〜50Hzの周波数上限を有する所望の圧力推移に調整、さらに
ガス消費量を低く維持することもできる。
を圧迫するために役立つ2個以上の加圧パッド7と接続することができる。加圧
パッドが1個しか使用されない場合は、切換弁6を省略することができる。図番
8で、比較的剛性の外壁が図示されている。これは加圧パッド7のコンプライア
ンスを低く維持するために役立つ。図番9で、動脈を圧迫するために役立つ変形
可能な膜が示されている。特定の例では、加圧パッド7は断面が環状となってい
るが、それは指での使用が想定されているためであり、指の上から加圧パッド7
が固定される。図番11は、それを用いると2個の加圧パッド7を接続できる剛
性の位置決め部材である。これは、指に対して比較的一定した方向の加圧パッド
7の装着姿勢が保証されるという長所を有している。それによって、変形可能な
膜9の下に位置する動脈に対する加圧パッド7の境界部に取り付けられた動脈信
号センサ12の安定した姿勢も保証される。動脈信号センサ12は、例えば動脈
血流を測定する光源および光センサ(動脈信号受信器12aおよび動脈信号送信
器12b)が採用されてもよいし、または例えば超音波センサもしくはレーザー
センサないしは圧力センサが採用されても良い。いずれにしても、コンピュータ
10と接続された動脈信号センサ12を通じて制御されることにより、加圧パッ
ド7においていつでも所望の圧力を作り出すことができる。当然ながら、ここで
は環状で図示されている加圧パッド7の代わりに、適用される身体部分に適合す
るあらゆる他の形態を使用することができる。血圧測定装置が例えば側頭動脈に
関して頭蓋に使用される場合は、フラットな加圧パッド7が適当となるであろう
。
力室の圧力を測定してコンピュータ10へ送信する圧力センサ13が備えられて
いる。よく知られているように、圧力室内で測定された圧力は動脈信号センサ1
2によって適切に制御された場合は動脈圧に一致する。好ましくは、図示された
圧力センサ13は差圧センサであってよい。これは圧力測定値を常に心臓に対す
る動脈の高低差で補正できるという長所を有している。このためには心臓の高さ
(図1では心臓が略図で示されている)に達する高さまで液体が充填された導管
が存在しなければならない。好ましくは、この液体充填導管14には血液の密度
に相当する密度を有する液体が充填される。導管14に充填される液体は極めて
低いガス発生度を有していなければならない(例、油性液体)。導管は心臓の高
さへ例えば固定装置14a(例、粘着性閉塞バンド、スナップ、クランプ等)を
用いて固定することができる。導管14の心臓側の先端には、液体は流出させな
いが液体柱の運動は許容する自由に浮動する膜14bを取り付けることができよ
う。自由に浮動する膜14bの上方には自由に浮動する膜14bの損傷を防止す
る通気性であるが耐久性であるもう1つの膜14cまたは目の細かな格子14c
を取り付けることができる。
に配置することができ、その際そのパッドはもう1つのガス供給源16と接続さ
れ、例えばオシロメトリック式または聴診式のような従来法で血圧を測定する。
当然ながら容量が十分である場合には同じガス供給源1を使用できるが、このた
めにはむろんもう1つの弁(図示されていない)が必要になるであろう。よく知
られているように、聴診式またはオシロメトリック式測定のような従来式の血圧
測定は、間欠的に、即ち通例は最小1/2〜1分までの間隔で動作する。このも
う1つの加圧パッドも同様にコンピュータ10と接続されているので、その結果
加圧パッド7によって小動脈で把握されるような持続的動脈圧の計算および表示
が例えば加圧パッド15によって測定されるような大動脈における血圧の真の数
値で自動的に補正される。
所をもたらす。よく知られているように、加圧パッド7による連続的血圧測定を
行うためには常に加圧パッド7内の圧力を平均動脈圧に追従させなければならな
い、つまり動作点を追従制御しなければならない。動作点を追従制御するために
は、たいていの場合は加圧パッド7による連続的血圧測定が短時間中断されなけ
ればならない。加圧パッド15による他の動脈での血圧測定によって、平均動脈
圧の大きな変化が断続的に発見され、そこで同様に自動的にかつ加圧パッド7に
よる連続的血圧測定を中断することなく動作点を連続的に適応させていくことが
できる。従って上記の血圧測定装置を用いると初めて真の動脈内血圧曲線の中断
の生じない連続的な描出が可能になる。切換弁6による加圧パッド7からもう1
つの加圧パッド7aへの自動切り換えによって血圧測定が中断されないというも
う1つの措置が講じられているが、それは同一場所での持続的測定によって起こ
り得る患者への苦痛負荷が防止されるためである。
ッド7に好都合な小さいコンプライアンスを与え、他方で隣接する類似構成の加
圧パッド7aに対する剛性の接続部材11の取り付けを許す比較的剛性の外壁8
から構成されている。比較的剛性の外壁8の内側には、図示された例では動脈信
号センサ12を載せている変形可能な膜9が存在する。動脈信号センサ(血流量
センサ)12と動脈17との間には血流の測定を侵害する可能性のある邪魔な膜
は存在しない。上述したように、血流センサは光検出器(例、フォトダイオード
)、レーザー(ないしはレーザーダイオード)およびフォトダイオードまたは超
音波送・受信器と組み合わされたLEDであってよい(動脈信号受信器12aお
よび動脈信号送信器12b)。同様に、もう1つの圧力センサー(図3参照)の
使用も可能である。動脈信号センサ12のためには、変形可能な膜9が剛性の外
壁8に密接に接当する場合には、好ましくは比較的剛性な外壁の中へ動脈信号セ
ンサ12を隠すことのできる凹部18を設けることができる。この密接な接当は
、加圧パッド7のコンプライアンスをできる限り小さく維持するために重要であ
る。図示された例では、2つの動脈信号センサ12aおよび12bは、最適の信
号を保証するために相互に120度の角度で取り付けられている。動脈17は指
20において指骨19の向かい側にあるが、これは図示された加圧パッド7内で
は180度の角度に相当しており、動脈信号受信器12aおよび動脈信号送信器
12bが相互に約120度である配置の理由として述べたように、同時にもっと
良好かつ均質な圧力を動脈に及ぼすことができるので、最高の信号が得られる。
このことは動脈17上には変形可能な膜9しかなく、変形可能ではない動脈信号
センサ12aおよび12bが逸れていることから明白である。
成される。患者にとって測定をより心地よく実施するためには、変形可能な膜9
と身体との間に追加的に、例えばナイロンまたはその他の合成繊維、綿または同
様の素材から構成することができる肌にやさしい布21が備えられる。このとき
肌にやさしい布は、動脈信号センサ12aおよび12bから外れているので、そ
の信号を妨害しない。特に好ましいのは、容易に洗浄ないしは消毒することので
きる素材である。さらに、動脈信号センサ12から電気的妨害を遠ざけるための
電気遮蔽板22を備えることができる。図示された例では、電気遮蔽板22は剛
性の外壁8の外側に取り付けられているが、剛性の外壁8の内側に置くこともで
きよう。
個の加圧パッド7しか存在しない場合においても剛性の位置決め部材11を剛性
の外壁8に取り付けるのが好都合なことがある。その場合には剛性の位置決め部
材11は隣接する身体構造(指の場合は、例えば隣の指、手の甲、手の平;親指
の場合はTenar、図示されていない)に合うように成形し、それによってさ
らに環状を保持するないしは部分環を形成することができよう。
外壁8内に置くことが好都合なことがある。この図示された例では、圧力室3お
よび加圧パッド7から構成される連係システムを付加的な容易に変形可能な隔膜
23によって分割し、圧力室内に分割された領域24aおよび24bを作り出す
することが好都合なことがある。動脈信号センサの領域内に存在する領域24a
には、動脈からの信号を動脈信号センサへより良好に伝達するためにもう1つの
媒体、つまり液体を充填することができよう。図番25は、閉鎖することができ
て比較的剛性の外壁8内に存在する充填開口部ないしは排出開口部であり、これ
を通じて区画24aへ液体を充填するができる。この実施形態は、具体的な例に
おける動脈信号センサ12が、骨26に接当する動脈17からのノイズがなく減
衰されていない信号を機械的に妨害されることなしに取得できる例えば高分解能
圧力センサであってよいという長所を有する。従って高分解能を有する連続する
パルス曲線を連続的に図示することができ、他方では柔軟性の隔膜23を通して
動脈17に正確に分かっている圧力を及ぼすことができる。従って動脈壁を弛緩
させることができ、さらにノイズのないパルス曲線を連続的に記録することがで
きる。
4bと接続されている圧力センサ13を用いてよく知られている方法でオシロメ
トリック的に血圧を測定することができ、さらにその後に収縮期、拡張期および
平均の動脈圧が判明すると、加圧パッド7内に、結果的には液体充填領域24a
においても収縮期、拡張期および平均動脈圧と関連付けたそれぞれの所望の圧力
が作り出され、正確に定義された圧力比でパルス曲線が描出され、さらにそれと
ともに連続的無侵襲血圧グラフ作り出される。全く同様に当然ながら例えば光感
受性センサおよびLEDのようなもう1つの動脈信号センサ12(センサ12a
および送信器12b)もまた剛性な外壁に取り付けることができる。
ることができるが、この場合は最適な動脈信号を入手するために、マルチプレク
サ27と、最適に配置された動脈信号センサ12a−dの選択を行う機能が備え
られたコンピュータ10が用いられる。これは特に、個人毎に動脈の位置が異な
る場合にノイズのない信号取得を可能にするために好都合である。理想的である
のは、大動脈上に置かれたもう1つの加圧パッド15を介して測定することによ
って行われる再調整の必要性を伴う例えば指動脈のような小動脈上に加圧パッド
7を配置するやり方の代わりに、連続的血圧測定をも可能で、その際に絶対値も
正確に把握される大動脈上に最初から加圧パッド7だけを使用するやり方を採用
することであろう。その場合の動脈は、一方では大動脈として代表的であるだけ
ではなく、他方では動脈信号送信器12bによって発信された波の透視またはそ
の下に存在する骨26(例、橈骨または頭蓋骨)での反射によって動脈信号記録
も、例えば血流測定も可能にする橈骨動脈または側頭動脈である。橈骨動脈は、
例えばさらにもう1つの動脈、つまり実例においてはもう1つの動脈17aであ
る尺骨動脈が存在するという追加の長所を有している。測定のために加圧パッド
7によって圧迫されなければならないのは動脈17だけで、もう1枝の動脈17
aが圧迫される必要はないため、従って四肢への血流が中断されない。そのため
には、変形可能な膜9は測定される動脈17の上にある領域において剛性の外壁
8の1つの区画28と膨張可能に接続されなければならないが、もう1つの動脈
17aは変形可能な膜9によって圧迫されない。
9の上に載せられている場合に有益であるような装置の実際的実施態様を示して
いる。この場合、例えばラテックスから構成される変形可能な膜は中断されてお
らず、動脈信号センサ12は膜9に固定(例えば接着または加硫処理)されてい
る好ましくは変形可能な膜9と同様の材料から成形されている変形可能なレンズ
29の中にある。その際リード線30は変形可能な膜9と肌にやさしい布21と
の間に通されているので、このリード線は機械的に保護かつ絶縁されてコンピュ
ータ10へ導かれることが可能である。
れた装置のもう1つの実施態様を示しており、そこではフレーム31はガスが充
填された領域24bを液体が充填された領域24aから分離している隔膜23の
一部となっている。ガスの充填された領域24bは身体とは反対の側にあるので
、圧力室3(およびガスの充填された領域24a)内の圧力が上昇した場合に動
脈信号センサは動脈17に対する位置を全く変化させないか又はほんのわずかし
か変化させないし、いずれにせよ身体から外れることがない。それによって圧力
室3内の圧力とは無関係に常に動脈信号センサ12は最適な信号が取得できる。
フレーム31内で動脈信号センサ12が傾くことはないので、さらに、1本、よ
り好ましくは2本のポスト32はフレーム31としっかりと結合することができ
、このポスト32は比較的剛性の外壁8内で移動可能で、例えば案内開口部33
のところで支持される。これにより、圧力損失を生じることなく領域24bから
領域24aへの最適の圧力伝播が可能であり、フレーム31は狭いので、その結
果隔膜23は複数の側の領域24bからの圧力を領域24aへ伝播することがで
きる。
域24bの外側を延びており、それによって加圧パッド7を中断させる必要がな
い。
施態様を示す模式図
つの実施態様を示す模式図
に配置されていること、および動脈信号センサ(12)へのリード線(30)が
加圧パッド(7)の外側で肌にやさしい布(21)の内側と通っていることを特
徴とする請求項1、2または8から22に記載の血圧測定装置。
Claims (23)
- 【請求項1】 圧力室3と、この圧力室を充填するためのガス供給源1と、
血流を測定するための動脈信号センサ12(受信器12aおよび送信器12b)
を備えた加圧パッド7と、圧力室3内に置かれた圧力センサ13と、コンピュー
タ10から構成される血圧測定装置において、圧力室3に各1個の個別の給気弁
および排気弁が備えられていることを特徴とする連続的血圧測定のための血圧測
定装置。 - 【請求項2】 動脈信号受信器12aおよび送信器12bが加圧パッド7の
変形可能な膜9内にはめ込まれていること、および加圧パッドの比較的剛性な外
壁8が存在し、その中に動脈信号センサ12のための凹部18が設けられている
ことを特徴とする請求項1に記載の連続的血圧測定のための血圧測定装置。 - 【請求項3】 圧力室3と、この圧力室を充填するためのガス供給源1と、
血流を測定するための動脈信号センサ12(受信器12aおよび送信器12b)
を備えた加圧パッド7と、圧力室3内に置かれた圧力センサ13と、コンピュー
タ10から構成される血圧測定装置において、動脈信号センサ12が加圧パッド
7の身体とは反対側にはめ込まれていること、圧力室3または加圧パッド7の領
域において少なくとも1つの変形可能な隔膜23が存在すること、および例えば
ガスないしは液体のような相違する媒体が充填されている分離された領域24a
および24bが圧力室3と加圧パッド7とからなる連通空洞に存在していること
を特徴とする連続的血圧測定のための血圧測定装置。 - 【請求項4】 動脈信号センサ12が隔膜23の身体とは反対側に取り付け
られていることを特徴とする請求項3に記載の血圧測定装置。 - 【請求項5】 動脈信号センサ12および12aのためにフレーム31が存
在することを特徴とする請求項4に記載の血圧測定装置。 - 【請求項6】 フレーム31が比較的剛性の外壁8に対して変位可能に支持
されていることを特徴とする請求項5に記載の血圧測定装置。 - 【請求項7】 フレーム31がポスト32によって比較的剛性の外壁8と変
位可能に連結されていることを特徴とする請求項6に記載の血圧測定装置。 - 【請求項8】 加圧パッド7が環状であることを特徴とする請求項1〜7に
記載の血圧測定装置。 - 【請求項9】 剛性の外壁が少なくとも1つの剛性の位置決め部材11を有
することを特徴とする請求項1〜8に記載の血圧測定装置。 - 【請求項10】 前記位置決め部材が環ないしは環の一部を形成することを
特徴とする請求項9に記載の血圧測定装置。 - 【請求項11】 もう1つの環の中にもう1つの加圧パッド7があること、
および圧力室3に切換弁6が備えられており、それを用いて環に包み込まれた1
つのそしてさらにもう1つ身体部分のところで選択的に測定が行われることを特
徴とする請求項1〜10に記載の血圧測定装置。 - 【請求項12】 もう1つの動脈に従来型の間欠的なオシロメトリック式ま
たは聴診式による血圧測定のためのもう1つの加圧パッド15が配置されている
こと、および連続的血圧測定のための動作点が前記もう1つの加圧パッド15に
よって調節されることを特徴とする請求項1〜11に記載の血圧測定装置。 - 【請求項13】 コンピュータ10が加圧パッド15によって測定された間
欠的血圧に基づいて連続的に測定された血圧を規準化していくことを特徴とする
請求項1〜12に記載の血圧測定装置。 - 【請求項14】 複数の動脈信号センサ12が存在しており、それらからコ
ンピュータが最高の信号特性を有する1つまたは複数の動脈信号センサ12を探
し出して制御することを特徴とする請求項1〜13に記載の血圧測定装置。 - 【請求項15】動脈信号センサ12を含有している比較的剛性の外壁8であ
る1つの区画26だけが変形可能な膜9によって被覆されていることを特徴とす
る請求項1〜14に記載の血圧測定装置。 - 【請求項16】 動脈信号センサ12aおよび12bが相互に約120度の
角度で取り付けられていることを特徴とする請求項1、2、8〜15に記載の血
圧測定装置。 - 【請求項17】 圧力センサ13が差圧センサ13であり、それの一方の部
分は圧力室3の内側ないしは加圧パッド7と接続されており、それの他方の部分
は液体充填導管14と接続されていることを特徴とする請求項1〜16に記載の
血圧測定装置。 - 【請求項18】 液体充填導管14に血液と類似する密度を有する蒸発しに
くい液体が充填されていることを特徴とする請求項17に記載の血圧測定装置。 - 【請求項19】 液体充填導管14が差圧センサ13とは反対側で容易に浮
動する膜14bで閉鎖されていることを特徴とする請求項17および18に記載
の血圧測定装置。 - 【請求項20】 容易に変形可能な膜14aがその外側で耐久性であるが通
気性である膜14bで取り囲まれていることを特徴とする請求項17〜19に記
載の血圧測定装置。 - 【請求項21】 液体充填管の心臓に近い先端に固定装置14aが備えられ
ていることを特徴とする請求項17〜20に記載の血圧測定装置。 - 【請求項22】 ガス供給源1としてガスカートリッジが使用されることを
特徴とする請求項1〜21に記載の血圧測定装置。 - 【請求項23】 動脈信号センサ12が変形可能なレンズ27の中に配置さ
れていること、および動脈信号センサ12へのリード線28が加圧パッド7の外
側でかつ肌にやさしい布21の内側を通っていることを特徴とする請求項1、2
、8〜22に記載の血圧測定装置。
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