JP2005524437A

JP2005524437A - 血流酸素測定システム並びに方法

Info

Publication number: JP2005524437A
Application number: JP2004500683A
Authority: JP
Inventors: フィリップス、ロバート・アラン
Original assignee: アスコム・リミテッド
Priority date: 2002-05-06
Filing date: 2003-05-05
Publication date: 2005-08-18
Also published as: EP1503663A1; US20050187469A1; EP1503663A4; US7338447B2; WO2003092491A1; AUPS214502A0

Abstract

【課題】
【解決手段】生理学的組織潅流情報を測定する装置は、患者の血流を示す第１のアウトプットを発生させる第１の装置と、血液中の酸素の含有量を示す第２のアウトプットを発生させる第２の装置と、第１及び第２のアウトプットを組み合わせて、組織潅流を示す第３のアウトプットを発生させるプロセッサとを有している。

Description

本発明は、生命維持のための生理学的組織潅流情報の測定とモニタリングとに関する。

組織は、生存するために酸素を必要とし、酸素は、溶解された酸素を細胞に運ぶ血液ストリームによって供給される。組織に達する酸素の量は、心臓によって送り込まれる血液の体積と、血液中の酸素の含有量との関数である。これまでは、組織の潅流を示す１つのアウトプットを発生させる装置も、組織の潅流の数字と、患者が所定の状態を有するかどうかとを相互に関連付ける指標（measure）もなかった。

本発明の目的は、改良された血液酸素測定方法並びに装置を提供することである。

本発明の第１の態様では、生理学的組織潅流情報を測定する装置であって、
患者の血流を示す第１のアウトプットを発生させる第１の装置と、
血液の酸素含有量を示す第２のアウトプットを発生させる第２の装置と、
前記第１のアウトプットと第２のアウトプットとを組み合わせて、組織潅流を示す第３のアウトプットを発生させるプロセッサとを有している装置を提供している。

好ましい実施形態では、第１の装置は、血流を測定するためにCWドップラー方法を採用している。第２の装置は、酸素含有量を測定するために酸素測定を採用している。

好ましい実施形態では、第３のアウトプットは、パーセント距離（ストローク飽和率）と、パーセント分距離（飽和率アウトプット）と、パーセントストローク拍出量（飽和率ストローク拍出量）と、パーセントアウトプット（飽和率アウトプット）とのうちの少なくとも１つを示す。

好ましい実施形態では、本装置は、心臓内の、もしくは、大動脈の血流を、周辺機器による酸素測定と組み合わせる。

第２の態様では、本発明は、生理学的組織潅流情報を測定する方法であって、所定の患者の血流の測定値と血液中の酸素含有量の測定値とを得ることと、これら測定値を組み合わせて組織潅流を示すアウトプットを発生させることとを有している。

更なる態様では、本発明は、組織潅流指数を発生させる方法であって、
（ａ）所定の患者の血流の測定値と血液中の酸素含有量の測定値とを得ることと、
（ｂ）これら測定値を組み合わせて、前記患者の組織潅流を示すパラメータを算出することと、
（ｃ）（ａ）、（ｂ）の工程を複数の患者に対して繰り返して、これら患者のためのパラメータの一連の算出を得ることと、
（ｄ）前記一連の算出されたパラメータを処理して、所定の集団のための統計的に平均化されたパラメータの指数を得ることとを有している方法を提供している。

更なる態様では、本発明は、所定の健康な集団のための組織潅流指数を発生させる方法であって、
（ａ）所定の健康な患者の血流の測定値と血液中の酸素含有量とを得ることと、
（ｂ）これら測定値を組み合わせて、前記健康な患者の組織潅流を示すパラメータを算出することと、
（ｃ）（ａ）、（ｂ）の工程を複数の健康な患者に対して繰り返して、これら複数の患者のためのパラメータの一連の算出を得ることと、
（ｄ）前記一連の算出されたパラメータを処理して、所定の健康な集団のための統計的に平均化されたパラメータの指数を得ることとを有している方法を提供している。

更なる態様では、本発明は、公知の状況を有している所定の集団のための組織潅流指数を発生させる方法であって、
（ａ）前記公知の状況を有している所定の患者の血流の測定値と血液中の酸素含有量の測定値とを得ることと、
（ｂ）これら測定値を組み合わせて、前記患者の組織潅流を示すパラメータを算出することと、
（ｃ）（ａ）、（ｂ）の工程を前記公知の状況を有している複数の患者に対して繰り返して、これら複数の患者のパラメータの一連の算出を得ることと、
（ｄ）前記一連の算出されたパラメータを処理して、前記公知の状況を有している所定の集団のための統計的に平均化されたパラメータの指数を得ることとを有している方法を提供している。

更なる態様では、本発明は、患者の所定の状況を診断する方法であって、
（ａ）所定の患者の血流の測定値と血液中の酸素含有量の測定値とを得ることと、
（ｂ）これら測定値を組み合わせて、前記患者の組織潅流を示すパラメータを算出することと、
（ｃ）前記算出されたパラメータを、統計的に平均化されたパラメータの指数と比較して、前記所定の状況を患者が有している程度を割り出すこととを具備している方法を提供している。

本発明は、好ましい実施形態と関連する図面とを例として参照しながら説明される。

図１を参照すると、本発明の１つの好ましい実施形態に係わる装置が取り付けられた患者が示されている。装置１０は、非侵入性の血流モニタ１１と、ディジタル酸素測定装置１２とを有している。

血流装置１１と酸素測定装置１２とのアウトプットが、患者の近くに配置され得るプロセッサユニット２０内で組み合わせられる。プロセッサユニット２０は、プロセッサ（内部）とディスプレイスクリーン２２とを有している。プロセッサユニット２０の外側の操作キー２３が、以下により詳しく説明されるように算出されてスクリーン２２上に表示される１つ以上の組織潅流パラメータを選択するために使用され得る。プロセッサユニットは、また、心拍数モニタのような外部装置（図示されず）からのインプットや、操作キー２３を用いて使用者によって手動入力されたインプットを受けることもできる。更に、プロセッサユニットは、他方で、プロセッサユニットへの情報及びプロセッサユニットからの情報の転送のために、コンピュータネットワークに相互接続され得る。

図２は、皮膚表面に取り付けるためのアクチュエータの一例を示している。理想的には、CWドップラー（Doppler）が、血流をモニタリングするために使用される。CWドップラーは、非侵入性の技術であり、この技術では、変換器部材からの超音波信号が、患者の血液運搬管（carrying vessel）中へと方向付けられる。ドップラーの反射信号の変化が、血流速度の表示を与える。図２では、変換器部材３０が、変換器の位置を最初に設定するために使用され得る位置付け装置３２に取り付けられた超音波変換器３１を有している。変換器３１と患者の皮膚３４との間には、超音波変換器の振動を皮膚３４に連結させるためのジェル状連結層３３が配置されている。CWドップラーのフロー測定の原則は、公知であり、これら自体は、本発明の一部を構成していない。本譲受人へのＰＣＴ出願Ｎｏ．ＷＯ９９／６６８３５は、その内容が参照して本明細書に組み入れられており、CWドップラー方法を利用して血流を測定するのに適した超音波変換器装置をより詳しく説明していた。図１に示されている実施形態では、変換器部材は、例えば頚切痕（suprasternal notch）を通して、心臓内の、もしくは、大動脈の信号を得るように、患者の上に配置されている。

CW方法は、反射された超音波ビームの周波数の変化を測定することによって、個々の血球の速度を検出し、これを、時間速度フロープロファイル（time velocity flow profile）として表示する。この一例が、図３に示されている。変換器のアウトプットが、プロセッサユニット２０へのインプットを形成する。時間速度フロープロファイルから、プロセッサが、速度時間積分（velocity time integral）（vti）と、心拍数（HR）やピーク速度のような他の関連した情報とを算出し得る。これらの各々が、図３に示されている。

酸素測定は、血液中の酸素の飽和率（Ｏ_２）を測定する公知の方法である。赤外線技術を利用している最近の経皮的酸素測定装置は、非侵入性かつ小さなサイズにされている。例には、米国特許６５５３２４１、６５４２７６４、２７０６９２７、５６３２２７２を含んでいる。図１に示された実施形態では、ディジタル酸素測定が、患者の指から酸素濃度示度（reading）を得るために使用されている。当分野の当業者は、適切なディスプレイ・ドライバと、ディスプレイと、変換器ドライバと、変換器とを本明細書の開示を考慮して利用することが分かるだろう。

プロセッサユニットは、血流モニタと酸素測定装置とのアウトプットを受信する。また、心拍数は、別個の心拍数モニタからプロセッサへと入力され得る。代わって、心拍数は、血流プロファイルの分析から、例えば、所定期間にわたって拍動のピークの数を数えることによって、算出されてもよい。

プロセッサは、これの複数のインプットを数学的に組み合わせ、組織潅流に関連した新しいパラメータを導き出す。最初に導き出される測定値は、パーセント（percent）距離ストローク飽和率（percent distance stroke saturation）（SS）であり、これは、酸素飽和率（Ｏ_２）と、１ストロークにおける血流プロファイルの速度時間積分（vti）として測定されるストローク距離との関数である：

パーセント分距離飽和率アウトプット（percent minute distance saturation output）（SO）は、酸素飽和率と、ストローク距離と、心拍数（HR）との関数であり得る。

パーセントストローク拍出量（percent stroke volume）（飽和率ストローク拍出量（saturation stroke volume））（SSV）は、酸素飽和率と、血流プロファイルからの時間速度積分と、ドップラーフロープロファイル断面領域（XSA）との関数であり、以下のように算出され得る：

パーセントストローク拍出量（percent stroke volume）は、心拍ごとの体内組織を通る酸素の量を表している。

パーセントアウトプット（飽和率アウトプット）は、酸素飽和率と、血流プロファイルからの時間速度積分と、ドップラーフロープロファイル断面領域と、心拍との関数である：

パーセントアウトプットは、体内組織を通る酸素の全量を示している。

これらの新しい組織潅流パラメータに基いた分析が、心臓血管機能と、運動（exercise）と、肺機能とに関連した生理学及び病態生理学との進んだ理解を与えている。これらは、また、状況を類別する新しい方法と、患者の状況を診断する新しい方法とを容易にし得る。更に、これらの新しいパラメータは、また、例えば回復途中の患者の状況のより優れたモニタリングを提供し得る。これは、これらのパラメータが、組織の現行の健康状態に直接関係している組織潅流の完全表示（complete indications）を提供するからである。

上述された利点は、組織潅流指数を発生させることによって実現され得る。例えば、血流と酸素濃度示度との組み合わせによって発生される組織潅流パラメータは、良好な健康状態を示す所定の指数をパラメータのために割り出すために、複数の公知の健康な患者について測定され得る。潅流指数は、複数の健康な患者について前記パラメータを測定し、続いて、この結果を、組織潅流パラメータの値か、値の範囲かを割り出すために統計的に平均化することによって、設定され得る。

同様に、同パラメータは、既知の健康状態を有している複数の患者において測定されてもよく、これによって、患者がこの状況を有しているかどうかを示す指数である、前記パラメータに関連した組織潅流指数を得ることができる。

次に、患者の所定状況についての診断が、この患者のためのパラメータを算出し、この結果とパラメータ指数とを比較して、患者がその所定状況を有しているかどうかを判断することによって、なされ得る。

個々の患者のパラメータの値の統計的な平均化では、年齢、性別、身長、体重、民族性などの変数（variables）を考慮してもよい。かくして発生された指数は、これらの要因に応じて縮尺され得る（scale）。例えば、良好な健康状態を示す組織潅流パラメータの上限及び下限が年齢に応じて変えられたり、もしくは、性別に応じて異なる値域が設けられてもよい。

プロセッサユニットが、組織潅流パラメータのリアルタイム算出を行い得ることから、本発明の好ましい実施形態は、組織潅流示度に基いて、患者の連続的なモニタリング及びヘルスケアを可能にする。例えば、回復途中の患者は、体の関連領域の組織潅流をモニタリングされ得てきた。組織潅流が組織潅流指数の健康な値域に達した場合は、良好な健康状態が示され、治療が中止されるか軽減され得る。逆に、患者の組織潅流示度が、健康なレベルまで変わり得る。組織潅流示度が閾値を超えた時には、警告状態（alarm state）が引き起こされ得、これによって、例えば一連の治療といった、是正措置が取られ得る。

図４は、機能ブロック図であり、装置の信号処理面の構成の１つの形を示している。好ましい実施形態のハードウェアの実施では、標準的にプログラミングされたマイクロプロセッサもしくはマイクロプロセッサ構成から、Field Programmable Gate Arrays（FPGAs）もしくは専用Apprication Specific Integrated Circuits（ASICs）を含むよりカスタマイズされた構成まで様々の形を取り得ることが、複雑な電子システムの分野の当業者には明らかであろう。

CW変換器４１からのアウトプットが、処理ユニット４０内の第１のプレプロセッサ４２へと送られる。CW変換器のアウトプットは、抽出されたエッジ（edge extracted）と、公知の技術によって処理された画像とである。プレプロセッサは、関連したフローパラメータ、例えば、フロープロファイル、時間速度積分、心拍数などを割り出す。フローパラメータは、平均示度を得るか、時間ベースのパラメータの変化を測定するために、連続的なフレームにわたって、即ち、心拍数で算出され得る。

同様に、酸素測定装置４３の応答（response）が、第２のプレプロセッサ４４に与えられ、酸素濃度値を割り出すように処理される。

第１、第２のプレプロセッサの各アウトプット４６、４７は、続いて、例えば上述されたタイプの組織潅流パラメータを算出するために、メインプロセッサ４８で組み合わせられる。組織潅流パラメータは、パラメータ値や、指数値や、例えば警告状態が存在してプロセッサユニットのスクリーン上に表示されているかなどの他の関連した情報より前に、メモリ４９内に保存されている組織潅流指数と比較され得る。

必要であれば、プレプロセッサ４２、４４か、メインプロセッサ４８かが、外部装置、例えば、心拍数が血流プロファイルから直接に算出されない時には心拍数モニタ、からのインプットを受け得る。

図５には、組織潅流示度を発生させるために行われる工程が示されている。工程５０で、CWドップラー変換器示度が得られ、工程５１で、これが、血流パラメータを導き出すように信号処理される。血流パラメータには、組織潅流パラメータ算出のためのインプットとして使用される時間速度積分、心拍数などがある。

同時に、酸素測定装置からのアウトプットが、工程５３で得られ、工程５４で、血液酸素濃度値を算出するように処理される。工程５５で、血流パラメータと、血液酸素濃度とが、組織潅流パラメータを算出するように、前述された公式を用いて数学的に組み合わせられる。算出された組織潅流値は、患者が特定の状況を有しているかどうかを判断するために、指数値５６と比較され得る。

指数を設定するために、工程５０〜５５が、複数の患者に対して繰り返され得、全集合結果（a total set of results）が統計的に組み合わされ、例えば、年齢、性別、体重などの患者の変数に応じて平均化される。

説明された実施形態は、組み合わせられた心臓内の、もしくは、大動脈のフローと、周辺機器による（ディジタルの）酸素測定とに関するが、また、体の関連領域内の組織潅流パラメータを割り出すために、所定の管のフローを血管酸素濃度と組み合わせることも可能である。他の例には、大腿骨のフローが、ペダル式の酸素測定と組み合わせられ得ることと、肘か腋下部のフローが、ディジタル酸素測定と組み合わせられ得ることと、カートイド（cartoid）フローが、脳のフロー値を求めるために耳肺（aural lobar）酸素測定と組み合わせられ得ることなどを、含んでいる。このような装置は、特に緊急治療室や、手術室や、小児科手術室において、また、睡眠薬中や、心臓麻痺の管理における、人間及び動物に安全で費用効率が高いヘルスケアを与える場合の複数の診断応用例を有している。

更に、本明細書で示されている本発明は、心臓血管機能、運動及び肺機能に関する通常の生理学及び病態生理学の理解を向上させるために利用されてもよい。

上記は、本発明の実施形態と、当分野の当業者にとっては本発明の範囲から逸脱することなくなされることが明らかである改良例とを説明している。

患者に接続された１つの好ましい実施形態の装置を示す。血流を測定するための超音波装置を示す。図２の装置からのアウトプットを示す。本装置の信号処理面の概略図である。組織潅流示度を発生させるための複数の工程からなるフローチャートである。

Claims

生理学的組織潅流情報を測定する装置であって、
患者の血流を示す第１のアウトプットを発生させる第１の装置と、
血液の酸素含有量を示す第２のアウトプットを発生させる第２の装置と、
前記第１のアウトプットと第２のアウトプットとを組み合わせて、組織潅流を示す第３のアウトプットを発生させるプロセッサとを有している装置。
前記第１の装置は、血流を測定するためにCWドップラー方法を採用している、請求項１の装置。
前記第２の装置は、酸素含有量を測定するために酸素測定を採用している、請求項１の装置。
前記第３のアウトプットは、パーセント距離ストローク飽和率と、パーセント分距離飽和率アウトプットと、パーセントストローク拍出量と、飽和率ストローク拍出量と、パーセントアウトプットと、飽和率アウトプットとのうちの少なくとも１つを示している、請求項１の装置。
心臓内の、もしくは、大動脈の血流を、周辺機器による酸素測定と組み合わせる、請求項１の装置。
生理学的組織潅流情報を測定する方法であって、所定の患者の血流の測定値と血液中の酸素含有量の測定値とを得ることと、これら測定値を組み合わせて組織潅流を示すアウトプットを発生させることとを具備している方法。
組織潅流指数を発生させる方法であって、
（ａ）所定の患者の血流の測定値と血液中の酸素含有量の測定値とを得ることと、
（ｂ）これら測定値を組み合わせて、前記患者の組織潅流を示すパラメータを算出することと、
（ｃ）（ａ）、（ｂ）の工程を複数の患者に対して繰り返して、これら患者のためのパラメータの一連の算出を得ることと、
（ｄ）前記一連の算出されたパラメータを処理して、所定の集団のための統計的に平均化されたパラメータの指数を得ることとを具備している方法。
所定の健康な集団のための組織潅流指数を発生させる方法であって、
（ａ）所定の健康な患者の血流の測定値と血液中の酸素含有量とを得ることと、
（ｂ）これら測定値を組み合わせて、前記健康な患者の組織潅流を示すパラメータを算出することと、
（ｃ）（ａ）、（ｂ）の工程を複数の健康な患者に対して繰り返して、これら複数の患者のためのパラメータの一連の算出を得ることと、
（ｄ）前記一連の算出されたパラメータを処理して、所定の健康な集団のための統計的に平均化されたパラメータの指数を得ることとを具備している方法。
公知の状況を有している所定の集団のための組織潅流指数を発生させる方法であって、
（ａ）前記公知の状況を有している所定の患者の血流の測定値と血液中の酸素含有量の測定値とを得ることと、
（ｂ）これら測定値を組み合わせて、前記患者の組織潅流を示すパラメータを算出することと、
（ｃ）（ａ）、（ｂ）の工程を前記公知の状況を有している複数の患者に対して繰り返して、これら複数の患者のパラメータの一連の算出を得ることと、
（ｄ）前記一連の算出されたパラメータを処理して、前記公知の状況を有している所定の集団のための統計的に平均化されたパラメータの指数を得ることとを具備している方法。
患者の所定の状況を診断する方法であって、
（ａ）所定の患者の血流の測定値と血液中の酸素含有量の測定値とを得ることと、
（ｂ）これら測定値を組み合わせて、前記患者の組織潅流を示すパラメータを算出することと、
（ｃ）前記算出されたパラメータを、統計的に平均化されたパラメータの指数と比較して、前記所定の状況を患者が有している程度を割り出すこととを具備している方法。
組織潅流を示す前記パラメータは、パーセント距離ストローク飽和率と、パーセント分距離飽和率アウトプットと、パーセントストローク拍出量と、飽和率ストローク拍出量と、パーセントアウトプットと、飽和率アウトプットとのうちの少なくとも１つである、請求項７乃至１０のいずれか１つの方法。
前記血流の測定値は、患者の心臓からの血流の量の経皮的測定値を有している、請求項７乃至１１のいずれか１つの方法。