JP2008511346A - 心拍時間間隔（ｃａｒｄｉａｌＴｉｍｅＩｎｔｅｒｖａｌ）を規定するための方法及び装置。 - Google Patents

Abstract

【課題】心臓計測についての改良された方法及びシステムの提供
【解決手段】前収縮拡張充満期とそれに続く収縮期とを用いて心時間間隔とを定義する方法及び装置。拡張期は、心電図信号で規定されるように、Ｔ波の終了時に始まり、それに続くＱ波の開始時に終了する。収縮期は、心電図信号で規定されるように、Ｑピークの開始時に始まり、Ｔ波の終了時に終了する。
【選択図】 図６

Description

本発明は、信号のモニタリングの分野に関し、特に、心拍信号（Ｃａｒｄｉａｃ ｓｉｇｎａｌ）から時間間隔を計測する方法を開示する。

人体内の血流は、体内を循環し、心筋の収縮と弛緩とによって発生する血圧変化に応答する。この周期的な収縮と弛緩とは、拍動流を発生する。公知の超音波ドプラ技術は、拍動流に関連するドプラシフトを計測することができ、そのドプラシフトのドプラ信号をスクリーン上に表示することができる。このような装置の例として、ＰＣＴ公開番号９９／６６８３５“Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ Ｃａｒｄｉａｃ Ｏｕｔｐｕｔ Ｍｏｎｉｔｏｒ”があり、当該特許文献の内容は、ここに引用により組み込まれるものとする。

この超音波ドプラ技術による血流分布（プロファイル）は、臨床的に重要な情報を提供する。時間と速度とのフロープロファイル例を図１に示す。フロープロファイルは、前述のＰＣＴ公開公報に開示されている技術に応じて構築された有用な装置によって計測された。

心機能は、図２の心電図信号に示す心臓の拍動の収縮期と拡張期とに関する時間間隔を計測することによって説明される。

心電図信号における通常のパラメータは、以下のように定義される。

Ｐ波：右心房と左心房との連続的な活性（脱分極）
ＱＲＳ群：右心室と左心室との脱分極（通常、右心室と左心室とは同時に活性される）
ＳＴ（Ｔ波）：心室の再分極
ＰＲ間隔：心房の活性（Ｐ波）の開始時から心室の脱分極（ＱＲＳ群）の開始までの時間間隔
ＱＲＳ持続時間：心室筋の脱分極の持続期間
ＱＴ間隔：心室の脱分極と再分極との持続期間
ＲＲ間隔：心室の心周期（ｃａｒｄｉａｃ ｃｙｃｌｅ）の持続期間（心室率の指標）
ＰＰ間隔：心房周期（ａｔｒｉａｌ ｃｙｃｌｅ）の持続期間（心房率の指標）
これら間隔及びこれらの関係は、収縮機能と拡張機能とを計測するための有用な指標である。これら間隔は、心室興奮の開始時、通常は心電図におけるＲ波１の開始時、に始まる一心周期を参照することで説明される。

時間間隔は、１９１１年においてＥＣＧが臨床的に導入されたすぐ後、１９２０年に初めて関心が持たれた。文献（Ｈｅａｒｔ，１９２０年，７巻，ｐ３５３−７０）においてＢａｚｅｔｔは、“Ａｎ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｔｈｅ ｔｉｍｅ―ｒｅｌａｔｉｏｎｓ ｏｆ ｅｌｅｃｔｒｏｃａｒｄｉｏｇｒａｍｓ”を開示した。その中で、収縮期は周期中の一定期間、すなわち３４．３％を占める、ということが述べられている。

時間間隔の概念は、Ｗｅｉｓｓｌｅｒによってさらに洗練された。Ｗｅｉｓｓｌｅｒは、１９７７年に文献（ＮＥＪＭ，１９７７年，２９６巻，ｐ３２１−３２４）で計測値を開示した。その文献において、前駆出期（ｐｒｅ−ｅｊｅｃｔｉｏｎ ｐｅｒｉｏｄ：ＰＥＰ）、即ち心室興奮の開始時と駆出時間（ＥＴ）の開始時との時間間隔が、分析された。ＰＥＰは、病気によって長くなる。一方、駆出時間は短くなり、ＰＥＰ／ＬＶＥＴは長くなる。心電図におけるＱ波は、複数の時間間隔の計測における始点に定義されている。

その考えは、１９９５年にＴｅｉらによって発展された（Ｊ．Ｃａｒｄｉｏｌ，１９９５年，２６巻，ｐ３５７−３６６）。駆出時間から分離されるＴｅｉ Ｉｎｄｅｘ（等容性収縮時間と等容性弛緩時間との合計）は、収縮機能と拡張機能との両方を含む心筋性能の複合指数として提案された。この計測の根幹にあるのは、収縮機能の弱まりはＩＶＣＴの増加とＥＴの減少とに関連し、一方、収縮の機能障害はＩＶＲＴ延長と関連している、ということである。Ｔｅｉ Ｉｎｄｅｘは、多くの心異常を評価するために提供されている。また、Ｔｅｉ Ｉｎｄｅｘは、心エコー評価に良く用いられる。

心拍信号（Ｃａｒｄｉａｃ Ｓｉｇｎａｌ）における時間間隔は、通常、収縮駆出とそれに続いて起こる拡張期とから計測される。その計測は、始点を収縮駆出の開始時とし、終点を続いて起こる拡張の終了時とした手動追跡（ｍａｎｕａｌ ｔｒａｃｅ）によって行なわれる。一方、これら時間間隔は、普遍的に時間間隔がまずまずな利用性及び適用性のみでは心血管系の生理学の代表にはなりえない、ということが有用であることを証明してきた。
国際公開第９９／６６８３５号パンフレット Ｂａｚｅｔ，"Ａｎ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｔｈｅ ｔｉｍｅ―ｒｅｌａｔｉｏｎｓ ｏｆ ｅｌｃｔｒｏｃａｒｄｉｏｇｒａｍｓ"，Ｈｅａｒｔ，１９２０年，７巻，ｐ３５３−３７０ Ｗｅｉｓｓｌｅｒ，ＮＥＪＭ，１９７７年，２９６巻，ｐ３２１−３２４ Ｔｅｉ，Ｊ．Ｃａｒｄｉｏｌ，１９９５年，２６巻，ｐ３５７−３６６

本発明の目的は、心臓計測についての改良された方法及びシステムを提供することにある。

上記目的を達成するために本発明の心臓のモニタリングの実行方法は、第１局面において、前収縮拡張充満期（ｐｒｅ−ｓｙｓｔｏｌｉｃ ｄｉａｓｔｏｌｉｃ ｆｉｌｌｉｎｇ ｐｅｒｉｏｄ）とそれに続く収縮期とから心拍時間間隔（Ｃａｒｄｉａｃ Ｔｉｍｅ Ｉｎｔｅｒｖａｌｓ）を定義する。拡張期は、心電図信号におけるＴ波の終了時から始まり、続いて起こるＱ波の開始時に終わる。また、収縮期は、Ｑ波の開始時に始まり、Ｔ波の終了時に終わる。

心エコーへの適用について、提案された時間間隔の計測は、大動脈弁閉鎖に始まり、等容性弛緩の開始時、拡張の第１コンポーネント（ｆｉｒｓｔ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ）、そして大動脈弁開放へと続き、即座に次の等容性収縮、収縮初期相、収縮駆出の終了時若しくは弁閉鎖へと続く。

本発明の更なる局面において心臓のモニタリングの実行方法は、前収縮拡張充満期を利用し、心機能の指標を取得するため、前収縮拡張充満期に続く収縮期を利用し、その結果として心拍時間間隔の解析の新しい集合を取得する工程を具備する、ことを特徴とする。

この方法は、心臓の治療をする上での指標を利用する工程を含む。

本発明の他の局面において、心拍周期の計測方法は、（ａ）心臓内の心活動を示す波形を抽出する工程と、（ｂ）前収縮拡張充満期とそれに続く収縮期とを決定する工程と、（ｃ）前収縮拡張充満期と収縮期とを結合し、結合された結果を心拍周期として出力する工程と、を具備する。

本発明の更なる局面において、心臓の心拍周期の計測方法は、心臓由来の物理的又は電気的活性を計測するトランスデューサーと、前収縮拡張充満期及びそれに続く収縮期の計測を抽出する処理装置と、前収縮拡張充満期及び収縮期の結合を心拍周期の計測値として表示するディスプレイと、を具備する。

本発明によれば、心臓計測についての改良された方法及びシステムの提供をすることが可能となる。

本発明の好ましい実施形態は、従来に比してより心エコー生理学において代表的な、心時間間隔を計測する方法を提供し、その結果として、改善された結果に至る。また本実施形態は、より良い心機能の評価及び管理に至る。

心臓の収縮と弛緩とは、鼓動から鼓動への速さ及び力の両方によって変化する。心機能の包括的な理解は、正確な分析と診断とに対して要求される。

Ｆｒａｎｋ―Ｓｔａｒｌｉｎｇの法則は、心機能を説明する複数の基本的な生理学的観測のうちの一つである。Ｆｒａｎｋ―Ｓｔａｒｌｉｎｇの法則は、心室充満とそれに続く心収縮とを関連付ける。心拍出量周期は、心静脈内の血液の塞止めがない場合の拡張期間中にそれに戻る全血液を駆出する。固有の調整メカニズム（ｉｎｔｒｉｎｓｉｃ ｒｅｇｕｌａｔｏｒｙ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ）は、安静時での毎分約２リットルから運動中の毎分約２５リットルの間で変化する静脈還流率について心臓への適用を可能にする。

加えてＦｒａｎｋ―Ｓｔａｒｌｉｎｇの法則は、心室収縮又は収縮駆出の強度に関連するように、左心室拡張末期容積（ＬＶＥＤＶ）若しくは心室の拡張充満容積に応じて変化する筋肉の伸長度に依存する。ＬＶＥＤＶは、左心室機能の重大な決定子である。

拡張中、左心房からの血流は、左心室を充満させるために僧帽弁を通過する。心筋が伸長するほど、収縮中に駆出される血流量は増加する。収縮末期における心筋の伸長度は、よく前負荷と称され、前負荷が増加すると、あるポイントまで、心筋によってなされる仕事（左心室の一回仕事量）は増加する。この関係は、心臓のＳｔａｒｌｉｎｇの法則の本質である。

心筋の伸長度は、通常、摘出された複数の筋肉試料によってインビトロ(ｉｎ ｖｉｔｒｏ)で計測される。インビボ(ｉｎ ｖｉｖｏ)では、伸長度は、ＬＶＥＤＶと相関関係にある。Ｓｔａｒｌｉｎｇの法則によれば、ＬＶＥＤＶは左心室の前負荷であり、左心室の一回仕事量と同じ関係にあるが、心筋の伸長度とも同じ関係にある。

一回拍出量もまた左心室の一回仕事量の代わりになりうる。インビボ(ｉｎ ｖｉｖｏ)において、心臓のＳｔａｒｌｉｎｇの法則は、ＬＶＥＤＶと一回拍出量とを関連づける。ＬＶＥＤＶ（あるポイントまで）が高くなるほど、一回拍出量も高くなる。心拍出量は、一回拍出量と心拍数との乗算であり、一定の心拍数では、上述のＳｔａｒｌｉｎｇの関係がＬＶＥＤＶと心拍出量とについても存在する。

固有の調整（ｉｎｔｒｉｎｓｉｃ ｒｅｇｕｌａｔｉｏｎ）は、伸長している心筋（拡張期間）は収縮（該拡張に続く収縮期間）のより大きな力になる、という事実に依存する。従って、増加した静脈還流は心臓を伸長させ、増加した収縮力（及び心拍数の穏やかな増加）を引き起こし、対応する心拍出量の増加を引き起こす。

心臓の生理学的な機能に応じた心機能の最も精確な計測は、心臓に関連した問題に関する精確な診断を提供するために要求される。

心エコーや血管造影法、心電図のような心機能を計測し監視するために用いられる一般の生理学的計測方法において、心拍時間間隔とＦｒａｎｋ―Ｓｔａｒｌｉｎｇの法則によって記述された生理学との通常の定義について基本的なくいちがいがある。

図３は、連続波ドプラ法若しくは心エコー法を用いて得られた典型的な時間と速度とに関係する血流分布である。図３は、収縮駆出期２及びそれに続く拡張期３を示す図である。時間間隔を規定する一般の方法は、初めに収縮期２を、２番目に収縮期２に続く拡張期３を考慮する。

しかしながら図３に示すように、収縮期２における心拍出量又は一回拍出量を決定するのは収縮期２の前の拡張期４である。図４は、この２つの期間の関係を示すドプラ血流画像の画像ダンプを示す図である。

この前収縮拡張期とそれに続く収縮期とを用いて心拍時間間隔を決定する方法は、複数の心拍時間間隔を計測するどんな方法にも利用できる。例えば図５は、一般的な周期５の始点である一般的な収縮期６と、一般的に用いられるそれに続く拡張期７とを利用した一般的な周期５を記した典型的な心電図信号を示す。現在提案されている方法を使うと、前収縮拡張期９とそれに続く収縮期１０とを順に用いる提案された周期８が用いられる。

この方法の利点は、これら新しい心時間間隔は、Ｆｒａｎｋ―Ｓｔａｒｌｉｎｇの法則によって記述される心臓の生理学をより正確に表現し、心時間間隔についての改善された精度、有用性及び適用性を提供する。この潜在的な改善は、心臓リズムの拍動間のゆらぎである心拍変動（ｈｅａｒｔ ｒａｔｅ ｖａｒｉａｂｉｌｉｔｙ：ＨＲＶ）に関係する病気において特に重要であり、心臓の健康についての間接的な計測値を提供することができる。

拡張期と当該拡張期が次の収縮期に与える直接的な影響とを知ることは、心機能を確かめる上でとても重要である。特に深刻な心臓の不整脈の場合又は、心機能の詳細な解析と監視とが必要な状態、例えば患者が局部麻酔を受けている状態において、次の拍動における重大な変異は、急速に検出され処理されうる。

好ましい実施形態における方法は、前拡張充満期とそれに続く収縮期とを用いる心拍時間間隔を監視するための装置の再プログラミングを介してモニタリング装置において容易に実行可能である。その方法は、図６の処理２０によって実行可能である。初めに、心臓の活性に関連した心電図や超音波計測等の画像データが取り込まれる。次に前拡張期が計測され（ステップ２２）、前拡張期に続く収縮期が計測される（ステップ２３）。それから、これら計測値は、動作パラメータの近く（ｎｅａｒ ｏｐｅｒａｔｉｏｎａｌ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ）で計算するために用いられる（ステップ２４）。

図７は、好ましい実施形態を実行するための構成を概略的に示した図である。図７は、本発明の発明者による特許文献（国際公開番号ＰＣＴ／ＡＵ９９／００５０７“Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ Ｃａｒｄｉａｃ Ｏｕｔｐｕｔ Ｍｏｎｉｔｏｒ”）にて示される適切に再プログラムされたシステムを含む。当該文献の内容は、ここに引用により組み込まれるものとする。システム構成３０において、トランスデューサー装置３１は、連続波ドプラ超音波信号を消去及び受信するように一連のＡ／Ｄ及びＤ／Ａコンバータ３３によって操作される。この連続波ドプラ超音波信号は、ハイエンドデジタル信号プロセッサ装置３４、マイクロコントローラ、フレーム及びプログラム記憶装置を備えることができる信号メモリ及び信号処理装置に供給される。それに加え、連続波ドプラ超音波信号は、心拍周期を決定するようにデジタル画像処理や解析が施される。これは、ＧｏｎｚａｌｅｚとＷｏｏｄｓとによる“Ｄｉｇｉｔａｌ Ｉｍａｇｉｎｇ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ”のような教科書で説明されている多くの種々の技術によって実行することができる。ここで重要なことは、前拡張充満期及びそれに続く収縮期は、心拍周期を計測するために用いられるということである。計測結果は、数値的にディスプレイ３６に表示される。

好ましい実施形態は、心臓の治療に利用される他の計測値を取得する際に、この計測値を利用することを含む。これは、計測に関連した数値を監視することを含む。

上記実施例は、本発明の一つの実施形態のみ説明した。当業者にとって明らかな変更は、本発明の要旨から逸脱することなくそこに行なわれ得る。

心拍時間間隔を計測するためのドプラ血流分布の一例を示す図。 心電図信号の標準的な時間間隔とピークとを示す図。 収縮駆出期とそれに続く収縮期とを説明する心拍時間間隔を識別するドプラ血流分布を示す図。 一般的な収縮期と前収縮期とを示す連続波ドプラ装置による画面ダンプを示す図。 収縮駆出期とそれに続く拡張期とを説明する心拍時間間隔を識別するＥＣＧトレースを示す図。 本実施形態に係る処理の流れを示す図。 本実施形態に係る処理を実行するための装置の構成の一例を概略的に示す図。

符号の説明

３１…トランスデューサー装置、３３…Ｄ／Ａ及びＡ／Ｄコンバータ、３４…信号メモリ及び信号処理、３５…信号解析、３６…ディスプレイ。

Claims (8)

1. 前収縮拡張充満期（ｐｒｅ−ｓｙｓｔｏｌｉｃ ｄｉａｓｔｏｌｉｃ ｆｉｌｌｉｎｇ ｐｅｒｉｏｄ）とそれに続く収縮期とから心拍時間間隔（Ｃａｒｄｉａｃ Ｔｉｍｅ Ｉｎｔｅｒｖａｌｓ）を規定する工程を具備する心臓のモニタリングの実行方法。
2. 前記拡張期は、心電図信号で規定されるように、Ｔ波に始まり、Ｔ波に続くＱＲＳの開始時に終わる請求項１記載の心臓のモニタリングの実行方法。
3. 前記収縮期は、心電図信号で規定されるように、Ｑ波の開始時に始まり、Ｔ波のピークに終了する請求項１記載の心臓のモニタリングの実行方法。
4. 前収縮拡張充満期と収縮期とを利用して心機能の指標を取得する工程を具備する心臓のモニタリングの実行方法。
5. 前記指標を心臓の治療に利用する工程をさらに具備する請求項４記載の心臓のモニタリングの実行方法。
6. 心臓の心拍周期（ｃａｒｄｉａｃ ｐｅｒｉｏｄ）を計測する方法において、
   （ａ）心臓内の心活動を示す波形を抽出する工程と、
   （ｂ）前収縮拡張充満期とそれに続く収縮期とを決定する工程と、
   （ｃ）前収縮拡張充満期と収縮期とを結合（ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ）し、結合された結果を心拍周期として出力する工程と、
   を具備する方法。
7. 心臓由来の物理的又は電気的活性を計測するトランスデューサーと、
   前収縮拡張充満期とそれに続く収縮期との計測を抽出する処理装置と、
   前収縮拡張充満期と前記収縮期との結合を心拍周期の計測値として表示するディスプレイと、
   を具備する心拍周期の計測装置。
8. 前記トランスデューサーは、連続波ドプラトランスデューサーであることを特徴とする請求項７記載の心拍周期の計測装置。

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