JP2009542294A - 装着型モニタリングシステム - Google Patents
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Abstract
患者の生命兆候、特に血圧を測定／モニタリングするためのシステムであり、少なくとも下着のウエストバンド内に配される複数の電極、及び脈波伝達時間を用いて前記電極から測定値を得るための手段を有するシステム。
Description
本発明は、被験者の生命兆候(vaital sign)を継続的、若しくは少なくとも定期的にモニタリングするのに適したモニタリングシステム、特に血圧を測定するシステムに関する。
全ての先進国において、心筋梗塞、うっ血性心不全又は高血圧のような心臓血管疾患は、死亡率及び罹患率にますます影響を与えている。患者の生命兆候の長期の継続的なモニタリングの要望が高まり、これは心臓血管系の働きを評価する機会を提供する。数多くの血圧測定システムがこれまで普通に使用され、これらシステムは測定が行われるとき患者に特別に取り付けられなければならない加圧腕帯(pressurized cuff)若しくは類似の装置を必要とし、さらに前記システムを操作するための適切な熟練した臨床医も必要とする。その結果、上記装置は通常、例えば医師の事務所又は病院内での使用に限られ、継続的又は定期的なモニタリングの目的には適さない。
それ故に、本発明は、例えばＥＣＧのような検出信号から測定値を得るための脈波伝達時間（ＰＴＴ）の手法を利用する血圧測定システムを提供しようとすると共に、他の生命兆候をモニタリングするのにも使用されることができる。被験者の皮膚に直に触れているために、それは内蔵型の測定センサ又は電極を備える継続して装着可能な下着での実施に特に適している。好ましくは、前記下着は、患者の身体に余計な接続をせずにＰＴＴ測定が行われることを可能にするために、少なくとも４つの電極を含んでいる。
好ましくは、前記センサは、適切な電極の接触を行わせるために特別な取り付けシステム、ジェル又は糊を必要としないタイプであり、例えばこれらセンサは、導電性ゴムから作られる最近開発されたタイプの乾電極でもよく、この乾電極は皮膚とこの電極との間に導電ブリッジを形成するための自然に生じる汗だけに頼っている。好ましくは、前記下着は、少なくともウエストバンドの領域において内部に配される電極を持つパンツを含む。
好ましくは、電極は、ＥＣＧと同じく中心動脈、及び左右の大腿部のパルスの通過を測定するために配される。前記システムが被験者の体温、姿勢及び活動レベルをモニタリングするために配されてもよい。
好ましくは、脈波の検出は、生体インピーダンス手法を使用して、第１の電極の対を用いて小さなＡＣ電流を投入し、この投入された電流により生じた電圧の変化を、インピーダンスプレスチモグラム(impedance plethysmogram)を生成するために、第２の電極の対を用いて検出することにより達成される。これら電極は好ましくは、左右の大腿部と同じく、中心大動脈の前記プレスチモグラムを測定することが可能であるように配される。同時に、ウエストバンドにある乾電極を使用して、前記ＥＣＧを測定することも可能である。
本発明の幾つかの実施例は、添付図面を参照し、例として説明される。
本発明は、生命パラメタを測定する手段として、脈波伝播速度の手法を使用することを目的とする。
脈波伝播速度（ＰＷＶ）の手法は、機械的なパラメタをモニタリングするのに適した方法であるが、身体の周りに分配される少なくとも２つのセンサからなる組を必要とする。例えば、最近の研究では、血圧（ＢＰ）と脈波伝播速度（ＰＷＶ）との間に良好な相関関係を確認している。例えば腕帯を用いた血圧基準測定を介して較正した後、この技術はＢＰの心拍間隔の決定を可能にする。通例、動脈における血圧とＰＷＶとの関係は、メーンズ・コルテベーク(Moens-Korteweg)の関係により表され、これは、流体力学理論から得られる。
数式１：ＰＷＶと血圧との関係を説明するのによく用いられるMoens-Kortewegの式
ここでＣは脈波伝播速度、Ｅｔは接線弾性係数、ρは密度、Ｒは動脈の半径、ｈは動脈壁の厚さである。
ここでＣは脈波伝播速度、Ｅｔは接線弾性係数、ρは密度、Ｒは動脈の半径、ｈは動脈壁の厚さである。
実験的に検証された関係、
は、ＰＷＶ及び血圧（Ｐ）の変動の間に関連性を提供する。前記較正ステップは、ＰＷＶをＢＰにスケール変換するのに必要であり、その他のパラメタ（α、Ｅ０、ｈ、ｒ）は、明らかに被験者依存であり、直に測定するのは相当難しい。
前記ＰＷＶは、動脈系において圧力波が一定距離進む時間を様々なやり方、例えば
１．距離ｄだけ離れた２つのポイントを通過する脈の時間差
２．ある身体位置にある動脈におけるＥＣＧ信号のＲピークと通過する脈との時間差
で測定することにより決められることができる（この時間は脈波伝達時間（ＰＴＴ）と呼ばれる）。
１．距離ｄだけ離れた２つのポイントを通過する脈の時間差
２．ある身体位置にある動脈におけるＥＣＧ信号のＲピークと通過する脈との時間差
で測定することにより決められることができる（この時間は脈波伝達時間（ＰＴＴ）と呼ばれる）。
この文献における一般的な設定は、
１．ＥＣＧ及びフォトプレスチモグラフィＰＰＧ；
ＰＴＴは、ＲピークとＰＰＧにおける特性点との時間差により与えられる。
ＰＰＧは、例えば耳又は指のような身体上の様々な位置で測定されることができる。
２．腕部でのＥＣＧ及び生体インピーダンス測定（インピーダンスプレスチモグラフィＩＰＧ）；
ＰＴＴは、ＲピークとＩＰＧにおける特性点との時間差により与えられる。
３．胸部のインピーダンスカルディオグラフィ（ＩＣＧ）及び腕部での生体インピーダンス測定（ＩＰＧ）；
ＰＴＴは、ＩＣＧにおける特性点とＩＰＧにおける特性点との時間差により与えられる。
４．腕部上の第１の位置でのインピーダンスプレスチモグラム（ＩＰＧ１）及び腕部上の第２の位置での生体インピーダンス測定（ＩＰＧ２）；
ＰＴＴは、ＩＰＧ１における特性点とＩＰＧ２における特性点との時間差により与えられる。
１．ＥＣＧ及びフォトプレスチモグラフィＰＰＧ；
ＰＴＴは、ＲピークとＰＰＧにおける特性点との時間差により与えられる。
ＰＰＧは、例えば耳又は指のような身体上の様々な位置で測定されることができる。
２．腕部でのＥＣＧ及び生体インピーダンス測定（インピーダンスプレスチモグラフィＩＰＧ）；
ＰＴＴは、ＲピークとＩＰＧにおける特性点との時間差により与えられる。
３．胸部のインピーダンスカルディオグラフィ（ＩＣＧ）及び腕部での生体インピーダンス測定（ＩＰＧ）；
ＰＴＴは、ＩＣＧにおける特性点とＩＰＧにおける特性点との時間差により与えられる。
４．腕部上の第１の位置でのインピーダンスプレスチモグラム（ＩＰＧ１）及び腕部上の第２の位置での生体インピーダンス測定（ＩＰＧ２）；
ＰＴＴは、ＩＰＧ１における特性点とＩＰＧ２における特性点との時間差により与えられる。
臨床上標準的なセンサ又は手法が使用される場合、これら方法全ては、特にパーソナルヘルスケアの応用にとって幾つか欠点を持っている。フォトプレスチモグラム又は生体インピーダンス手法を測定する、例えば指又は耳のセンサのような最先端のセンサは、指及び耳のＰＰＧセンサ、又は特別な医療用電極を必要として、普通の生活においてむしろ不便であり、これらは皮膚に貼り付けられなければならない。これにより、上記最先端のセンサは、パーソナルヘルスケアの応用において長期にわたる継続的なモニタリングには適さない。
生体インピーダンス測定の一般的原理は、図２により説明され、これは患者の脚部２に適用される技術を示し、小さいＡＣ電流が第１の電極の対を介して前記脚部を流れる。励起電流は、非常に小さな振幅を持つ一定の高周波ＡＣ電流（約１ｍＡ）であり、従って患者には感知できず、如何なる重大な身体的影響も持たない。
他の電極の対６は次いで、前記励起電流により生じた電圧の変化を検出するのに使用され、これら変化は血液量及び血流速度の変化により生じるインピーダンスの変動の測定値である。これは、動脈血液量の拍動が制御／測定回路８を介して測定されることを可能にする。
身体の他の範囲で行われる測定に同じ原理が適用されることができ、従って本発明は、図１において１０、並びに左右の大腿部に１２及び１４で示されるように、これらの位置が被験者の動脈系の主要な分枝点を示すので、被験者のウエストの範囲において測定を行うつもりであることが理解される。このウエストバンドの位置は、それが下着のウエストバンドの通常の位置に対応しているので、この範囲において電極がかなりぴったりと体に合うことが被験者により自然に受け入れられる重要な利点も有する。それはさらにＥＣＧ測定を行うために患者の心臓にかなり近づき、例えば手足における他の可能なモニタリング位置よりも、流体静力学的影響及び動きアーチファクトの影響を受けにくい。
図３は、導電性ラバーから作られる乾電極を表し、この電極は柔軟な本体を持ち、従って衣服の中に組み込むのに理想的である。本発明の好ましい実施例において、この種の電極が下着、例えば図４に表されるパンツ１６に組み込まれ、多数の上記電極が位置１８に示されるようにウエストバンド内に固定される。これら電極は、如何なる特別な糊又は接着剤を必要としないが、自然に分泌される汗の導電性を単に利用することにより、装着者の皮膚と良好な電気接触を成すのに適している。この図にも示されるように、図２に示される回路８に対応する信号処理回路２０は、２０に表されるようなファスナー付きポケットの裏で下着のウエストバンドに組み込まれることもできる。
図５は、図４の電極配置で測定された被験者の静止時の一般的なＥＣＧを表し、ここで前記電極の位置は、患者の臀部に隣接しているので、これら電極は比較的十分離間され、従って被験者の身体のかなり大きい体積を囲んでいる。これら大きな範囲の全て、すなわちＰ波、ＱＲＳ波(QRS complex)、Ｔ波が信号にはっきりと描かれていることが分かる。
図６は、図４に示されるウエストバンド領域と同じく、左右の大腿部の位置で測定が行われるように、適当な下着が電極を組み込んでいる異なる範囲を概略図で表している。この図から分かるように、ウエストバンド内にある第１の電極の対２２、すなわち図２に表される電極４に通例対応している電極が臀部の位置に配され、電流Ｉ１が投入されるのに対し、前記ウエストバンドにおける他の電極の対２４、すなわち図２の電極６に通例対応している電極も電圧の変化Ｖ１の対応する測定を行うのに使用される。
他の電極２６及び２８は、左右の脚部の位置に夫々配され、この方法で例えば前記対応するウエストバンドの電極２２と右脚部の電極２６との間に電流Ｉ２が投入されることができ、電極３０において前記ウエストバンドの位置に対する電圧Ｖ２が測定されることができる。同様に、左脚部の電極２８と前記対応するウエストバンドの電極２２との間に電流Ｉ３を投入することにより、電極３２において前記ウエストバンドに対する電圧Ｖ３が測定されることができる。
図７は、図４において２０で示される衣服に組み込むのに適した信号処理回路を表し、この回路は、同じユニットにおいて多数の機能を併せ持っている。インピーダンス用のフロントエンド回路３４及びＥＣＧ測定用のフロントエンド回路３６は、中央処理ユニット３８に接続され、患者の姿勢及び活動の検出と同じく、患者の運動に対する補償を行うことを可能にするため、３軸の加速度計４０が、温度検出装置４２と同様に実装されてもよい。
前記ユニットに給電するための、好ましくは長寿命又は充電可能なバッテリーを実装する電源４４が設けられ、ＲＦトランシーバ４６は、前記装置が例えばユーザインタフェースのような外部のシステムとデータを通信することを可能にする。例えばフラッシュメモリのような記憶手段４８も実装され、必要に応じてデータが記憶又はバッファリングされることを可能にする。このようにして、長期間にわたり心臓の活動を記録するために、前記装置が"ホルターモニター(holter monitor)"（携帯型心電図装置）として用いられることも可能である。
図８は、前記システムを用いて行った信号測定の実施例を表し、この図において８（ａ）はウエストバンドで得られたＥＣＧ測定を示す。同様に図８（ｂ）はウエストバンドで測定されるＩＰＧ１（インピーダンスプレスチモグラム）を表し、図８（ｃ）は右大腿部で得られた対応するプレスチモグラムＩＰＧ２を示す。
図９は、図８の信号を拡大した拡大図であり、これは、特徴が信号からどのように抽出されるかを示している。図９（ａ）と図９（ｂ）との比較により、脈波伝達時間ＰＴＴ１、すなわちＥＣＧからＩＰＧ１への時間が得られ、図９（ａ）と図９（ｃ）との比較により、脈波伝達時間ＰＴＴ２、すなわちＥＣＧからＩＰＧ２への時間も得られる。
従って、本発明のシステムは、以下の異なる測定値を得ることを可能にすることが分かる。
測定信号
・被験者のＥＣＧ、信号の電気活動（非標準誘導）
・心臓活動の機械的性能を示す、（左右の脚部のインピーダンスプレスチモグラム（ＩＰＧ）により測定される）心拍中、左右の脚部へ進む血液量脈拍
・３軸の加速度（静的及び動的）
・温度
・時間
測定信号
・被験者のＥＣＧ、信号の電気活動（非標準誘導）
・心臓活動の機械的性能を示す、（左右の脚部のインピーダンスプレスチモグラム（ＩＰＧ）により測定される）心拍中、左右の脚部へ進む血液量脈拍
・３軸の加速度（静的及び動的）
・温度
・時間
結果として、前記システムは、前記測定信号から得られる心臓血管パラメタの広域なポートフォリオに関する情報を提供することができる。例えば
・心拍数
・不整脈の検出
・４つの夫々の脈波伝達時間（ＥＣＧ→ＩＰＧ１、ＥＣＧ→ＩＰＧ２、ＥＣＧ→ＩＰＧ３、ＩＰＧ１→ＩＰＧ２）
・動脈硬化／増加指数
・相対的圧力変動
・絶対血圧
・左右の脚部への血液の潅流
・１回の拍出量
・活動測定（静止、姿勢、運動）
・これら信号から得られるコンテクスト情報（時間、温度、加速度）
・心拍数
・不整脈の検出
・４つの夫々の脈波伝達時間（ＥＣＧ→ＩＰＧ１、ＥＣＧ→ＩＰＧ２、ＥＣＧ→ＩＰＧ３、ＩＰＧ１→ＩＰＧ２）
・動脈硬化／増加指数
・相対的圧力変動
・絶対血圧
・左右の脚部への血液の潅流
・１回の拍出量
・活動測定（静止、姿勢、運動）
・これら信号から得られるコンテクスト情報（時間、温度、加速度）
従って、様々な異なる有用なアプリケーションが可能である。例えば
・継続的な血圧のモニタリング
・睡眠の質の検出
・高血圧管理
・血圧のホルターモニタリング、
・高齢者介護
・例えば心臓のリハビリテーション中の継続的なモニタリング
・継続的な血圧のモニタリング
・睡眠の質の検出
・高血圧管理
・血圧のホルターモニタリング、
・高齢者介護
・例えば心臓のリハビリテーション中の継続的なモニタリング
Claims (14)
- 患者の生命兆候、特に血圧を測定／モニタリングするためのシステムにおいて、少なくとも下着のウエストバンドに配される複数の電極、及び脈波伝達時間を用いて前記電極から測定値を得るための手段、を有するシステム。
- 前記電極は導電性ゴムからなる乾電極を有する請求項１に記載のシステム。
- 前記ウエストバンドに４つの前記電極が存在している請求項１又は２に記載のシステムにおいて、電流を投入するための第１の電極の対及び結果生じる電圧の変化を測定するための第２の電極の対を有し、これにより生体インピーダンス技術を用いて測定が行われるシステム。
- 前記電極は、前記患者の中心大動脈において通過する脈を測定するように配される請求項１、２又は３に記載のシステム。
- 前記下着はパンツを含む請求項１乃至４の何れか一項に記載のシステム。
- 左右の大腿部において通過する脈を測定するために、前記パンツの脚部に追加の電極が設けられている請求項５に記載のシステム。
- 脈波速度測定は、離間したセンサ間の脈波伝達時間を検出することにより行われる請求項１乃至６の何れか一項に記載のシステム。
- 脈波速度測定は、前記身体上の所与のセンサ位置において、動脈におけるＥＣＧのＲピークと通過する脈との時間差を検出することにより行われる請求項１乃至６の何れか一項に記載のシステム。
- ３軸の加速度計をさらに有し、これにより患者の姿勢又は活動レベルを検出し、運動により生じる信号アーチファクトを補償することができる請求項１乃至８の何れか一項に記載のシステム。
- センサ信号を受信するためのフロントエンド回路、データを記憶するための手段、並びに外部データ処理及び／又は制御手段と通信するためのＲＦトランシーバ手段を持つデータ処理ユニットを含む請求項１乃至９の何れか一項に記載のシステム。
- 前記ユニットは、患者からの手動の入力を受け入れ、前記システム及び前記患者の状態に関する情報を前記外部手段に送信することにも適している請求項１０に記載のシステム。
- 患者に危険状態を知らせるための警報器をさらに有する請求項１０又は１１に記載のシステム。
- 外部の専門的な支援の提供元に警報を送るための手段をさらに有する請求項１０、１１又は１２に記載の手段。
- 前記システムは、長期間にわたり心臓の活動を記録するように、ホルターモニター又は携帯型心電図装置として動作するように構成される請求項１０乃至１３の何れか一項に記載のシステム。
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