JP2013525055A - 上腕用カフ - Google Patents

Abstract

上腕用カフの波形から較正された大動脈圧波形を測定するための方法は、１以上の一般化された伝達関数の使用を含む。１以上の一般化された伝達関数は、拡張期圧以下、拡張期圧と収縮期圧の間、および、収縮期圧以上などといったあらかじめ決められた上腕用カフの圧力範囲に特異的である。上腕用カフは、大動脈圧波形を生じさせるために上腕用カフ波形に適用される一般化された伝達関数に適切な圧力範囲内の圧力まで膨張する。場合によっては、較正された大動脈圧波形を生じさせるために、較正伝達関数を用いることが必要になることもある。他の状況では、較正伝達関数は必要とされない。
【選択図】なし

Description

大動脈圧波形は、心臓と血管の機能の結合に由来する。結合された効果は、循環系の状態を反映する波形形状を形成する。大動脈拍（ａｏｒｔｉｃ ｐｕｌｓｅ）の大きさおよび形状は、心拍出量、動脈の硬化、および、左心室の（ＬＶ）機能によって影響される。大動脈圧の測定は、循環系にとって有用な診断ツールを提供する。大動脈圧を測定する唯一の直接的な方法は、侵襲的処置を介するもので、これは、頂部に圧力センサーを備えるカテーテル、または、電子モジュール上に配された外部の圧力センサーに接続される液体で満たされたカテーテルのいずれかを、挿入することを含んでいる。該方法は、患者へのリスクを高めるだけでなく、病院の設備をかなり使用する必要があったり、スタッフを必要としたりする、面倒で厄介な時間を消費する処置である。

非侵襲的で容易な代替案は、大動脈圧や心血管リスクの指標として上腕圧力を測定するために、従来の血液測定用カフ血圧計または任意の同等の電子装置を使用することである。しかしながら、この測定は、基礎的な心血管の血行力学的原理：圧力波形は、大動脈から上腕動脈まで移動すると増幅して形を変えるということを無視している。変化は、２つの動脈の位置の動脈特性の違いと、動脈樹における波反射の影響による。非特許文献１を参照。その結果、上腕の収縮期圧は、上行大動脈のそれと比較して誇張されるため、心臓の後負荷を示すものではない。収縮期圧のこの違いの結果は、上腕圧力が、大動脈圧と比較して心疾患リスクを示していない多くの研究で実証される。非特許文献２と非特許文献３を参照のこと。この違いは高血圧症の処置でも重要である。というのも、異なるクラスの降圧薬は、上腕の収縮期圧の同じ低下について、中心の収縮期圧の低下において大きな違いを示すからである。非特許文献４を参照のこと。さらに、従来のカフによる上腕血圧装置は、圧力波形を測定しない。圧力波形、特に上行大動脈の波形は、収縮期圧と拡張期圧の上腕の測定のみからでは得られない、心血管機能、負荷、および、動脈の硬化に対する医師の洞察力を提供する。

大動脈の代理として使用される最も一般的な動脈部位は、頚動脈である。頚動脈の圧力波形は、頚動脈が大動脈に近いことを考慮すると、大動脈圧波形に形が類似している。血圧計は、頚動脈の圧力を非侵襲的に測定するために使用され得る。しかしながら、頚動脈の位置が、圧力測定の記録（１）の要件の多くを満たさないため、高忠実度の頸動脈波（ｃａｒｏｔｉｄ ｐｕｌｓｅ）を記録するのは技術的に難しい。したがって、正確な頚動脈の波形を得るためには、高いレベルのオペレータのスキルが要求される。加えて、測定された頚動脈の波形は、通常、上腕動脈のカフによる血圧測定からの較正を必要とする。上腕の収縮期圧（ＳＰ）が頚動脈のＳＰとは異なり、平均圧と拡張期圧（ＭＰとＤＰ）の両方が大きな導管動脈全体では同じであることを考えると、頚動脈波は、測定された上腕のＭＰとＤＰが較正されることを必要とする。ＭＰが通常、従来のＢＰ装置によっては提供されないため、ＭＰは、上腕の圧脈拍の異なる形状と長さを無視し、上腕のＳＰとＤＰを用いる近似方程式を使用してしばしば推定される。上腕のＭＰの正確な測定は、ＭＰが脈圧の高さだけでなく、その輪郭に依存する、上腕の圧力波形の平均化を必要とする。したがって、波高にのみ基づいたＭＰを推定する方程式は、ＭＰの正確な値を生成しないこともある。このことは、頚動脈波の較正に誤差を導入することになり、その結果、頚動脈波は大動脈圧の正確な測定とはならない。

それゆえ、他の非侵襲的な方法が導入され、もっとも有名なところでは、年齢や性別では変化しない、上腕動脈系を表わす一般的な伝達関数を用いて、非侵襲的に放射状の圧力の血圧計によって測定された波形から、大動脈圧波形を計算する工程からなる方法が導入された。Ｏ’Ｒｏｕｒｋｅの特許文献１を参照。伝達関数は、放射状の圧力波形に対する、大動脈の高調波の振幅と相の比率を表わす。ＦＤＡによって認可されたこの方法は商業的に行われ、大動脈圧を推定する正確な非侵襲性の方法であることが証明されている。非特許文献５と非特許文献６を参照のこと。提案された発明は、血圧計の代わりに、大動脈圧波形を引き出すために、従来のカフによる血圧測定装置で使用されるものに似た上腕用カフを使用することが、この方法と異なる。提案された発明の別の利点は、その放射状の信号が検出不可能な瘻孔の被験体で使用することである。

Ｏ’Ｒｏｕｒｋｅによる特許（特許文献１）は、大動脈圧を計算するために、高調波比率に基づいて、一般的な上腕から大動脈への圧力の伝達関数を提案したが、そのような伝達関数は、上腕の圧力波形にのみ適用され、カフによって測定された上腕動脈の容積変位波形（ｖｏｌｕｍｅ ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ ｗａｖｅｆｏｒｍ）には適用されない。容積波形の形状は様々であり、圧力波形よりもカフの膨張圧力に依存する。これは２つの波形の形状のかなりの違いにつながり、その後、平均圧と特有の波形パラメータの不正確な測定につながる。さらに、Ｏ’Ｒｏｕｒｋｅの特許は、上腕の圧力波形を非侵襲的に得る方法や、代理を使いやすい、オペレータが独立した、上腕の拍動の測定を用いる問題に取り組んでいない。提案された発明は、カフ圧に基づいて、上腕のカフの容積波形のための、適切な伝達関数または数学的変換を備えた使いやすい方法を提供して、これらの問題に取り組んでいる。

ＣｈｅｎとＣｈｅｎｇによる最近の欧州特許出願（特許文献２）は、重回帰分析を用いて、中心大動脈圧を測定するために、上腕動脈上でのオシロメトリック式カフ（ｏｓｃｉｌｌｏｍｅｔｒｉｃ ｃｕｆｆ）の容積波形を開示している。したがって、その手順は、電子血圧計の血圧装置で使用されるものに類似したオシロメトリック式カフの容積波形を記録することを必要とする。該方法は、カフ圧がある程度低下した後に、および、カフ圧の再上昇中に、カフの脈圧が記録されることを必要とする。次に、記録されたカフの容積波形は、中間圧と拡張期圧によって較正される。該特許は、一般に、中心大動脈の収縮期圧と拡張期圧を計算するために、多重回帰分析に基づいた異なる方法に言及している。１つの方法は、中心収縮期圧を測定するために、入力値として、カフの脈圧曲線パラメータからの多重回帰分析を使用する。

実際のところ、および、理論上、ＣｈｅｎとＣｈｅｎｇによって提案された方法には多くの問題がある。該方法は、カフの容積波形の形態が、その特許で提案されるようなカフ圧の絶対値ではなく、カフ圧と被験体の血圧との差に依存して変化するという事実を無視している。そのような違いは、上腕の血管の負荷軽減（ｕｎｌｏａｄｉｎｇ）に影響を与え、脈波の形状と大きさの変化を引き起こす。この方法は、有効な容積脈拍を記録するために必要とされるカフ圧の範囲を具体的に示していない。カフ圧のその範囲を指定していなければ、カフの容積波形は、異なるカフ圧値で異なる大きさおよび形状を有することになる。大きさと形状のこれらの差は、その後、中心圧を計算するために使用されるカフの容積波形パラメータを変化させる。場合によっては、第２の肩（ｓｅｃｏｎｄ ｓｈｏｕｌｄｅｒ）のように回帰方程式で使用されるこれらのカフの波形特徴を同定することはできない。さらに、回帰方程式の精度と変形は、そのパラメータの精度と変形に依存する。ゆえに、回帰方程式を用いる推定される中心圧は、誤差が生じやすく、その多くの入力パラメータで変形が生じやすい。これらの誤差は、結果として、結果の安定性、一貫性、および、正確さに影響する。

カフ容積波形から大動脈圧を計算するためのＬｏｗｅによる別の特許出願（特許文献３）は、オシロメトリック式カフの容積波形に対するカフ圧の影響に取り組んでいる。カフ容積波形を安定させるために、該方法は、カフ圧を、収縮期圧を超えて２５ｍｍＨｇ増加させ（最高収縮期圧（ｓｕｐｒａｓｙｓｔｏｌｉｃ）と呼ばれる）、カフ容積波形を記録することを目的としている。上腕と鎖骨下のルート間の動脈の直径の変化に関する一連の仮定を通して、鎖骨下のルートの圧縮波を上腕動脈に関連づける方程式が形成される。上腕動脈において最高収縮期圧で測定されたカフの容積波形から大動脈圧を推定するために提案された方程式は、４つの定数の仮定を必要とする。１つの定数は、閉塞した上腕動脈波での反射係数に関連付けられ、別の定数は、鎖骨下ルートからカフの閉塞まで波の移動時間に関連付けられる。その方程式から生じる再構築される大動脈の波形は、カフ圧と平均圧の圧力差の影響、および、最高収縮期圧の影響の結果として、スケーリング、校正、または、補正を必要とする。その結果、これらの因子に基づく他の２つの定数は、再構築された波形を再度拡大縮小するために必要とされる。

Ｌｏｗｅによる方法は合理的で根拠のある理論に基づいており、該方法は、カフ圧を収縮期圧以上に調節することによって、オシロメトリック式カフの脈圧の安定性に既に取り組んでいるが、該方法は、用途が実用的でないこと、および、大動脈圧の推定の精度に影響を与える多くの想定に依存することがネックとなっている。該方法は、４つの定数を推定する手段が定義されていないにもかかわらず、これらの定数について知っておくことを必要としている。これらの定数、とりわけ、２つのスケーリング定数は、年齢、性別、身長、または、体重にかかわらず、すべての集団に一般化され得るのかどうか、定かではない。該特許出願において、これらの定数は任意に選ばれており、著者は、侵襲的な記録から、または、数学的モデル化（特許文献３の特許出願における［００７６］）を介して決定された独立した一連のデータから、これらの定数を推定することを示唆した。そのような情報がなければ、該方法は応用範囲が限られており、誤った結果をもたらす。

さらに、拍動が大動脈から周辺に伝播するにつれ、拍動は変化し増幅する。増幅は、大動脈のおよび周辺の、拍動の高調波含有率に一部依存する。拍動の高調波含有率に影響する１つの因子は、心臓の拍動の長さ、または、心拍数である。上腕用カフの脈圧から大動脈拍を計算するためにＬｏｗｅによって提案された方程式は、心拍数の影響を考慮しておらず、したがって、伝搬する拍動の高調波増幅特性について考慮していなかった。例えば、侵襲的な検査や心血管の血行動態の原理から、心拍数の変化が拍動の高調波を変え、したがって、大動脈から周辺（１）までの応答倍率に影響することが知られている。しかしながら、Ｌｏｗｅの特許の方程式によれば、収縮期圧と拡張期圧が同じだが心拍数が異なる圧脈拍は、同様の大動脈拍の結果をもたらす一方で、心血管の血行動態の原理は、結果が異なるものになるはずであるということを教示する。

この基本の問題に加えて、測定は、患者にとって不快な適切な波形が記録されるまで、上腕動脈の閉塞と腕の血流の停止を必要とする。

Ｗａｓｓｅｒｔｔｈｅｕｅｒによる別の特許（特許文献４）は、大動脈圧波形から心拍出量から計算するための方程式を提案しており、該方程式は、ニューラルネットワーク技術を用いて上腕用カフの圧力から計算され、それをトレーニングするために使用されるデータセットに非常に依存したアルゴリズムである。すべての集団に適用可能な一般的なニューラルネットワークアルゴリズムを有するために、トレーニングデータは、可能な上腕用カフの脈圧と対応する大動脈拍の全範囲を包含する必要がある。可能な心拍数、形状および圧力値のパルスは、一般的な方法論を有するためにトレーニングに含まれる必要がある。

提案された発明の方法論は、傾向を容易に特定でき、それに従ってより多くの集団に一般化可能な、周辺および中心の大動脈の波形間の高調波比率に基づいた、伝達関数を使用するという点で、ニューラルネットワークとは異なる。

たとえ、動脈樹に沿った波形の高調波増幅が、心血管の血行動態において十分に確立されていたとしても、Ｏ’Ｒｏｕｒｋｅの特許を除くいずれの先行技術も、この重要な問題に取り組んでいない。これらの方法は、圧脈拍の高調波の変化が、計算された出力にどのように影響するのかを示していない。例えば、被験体の心拍数は、１つの検査から別の診察まで相当に変わることがある。このことは、結果として、大動脈拍の高調波を変え、末梢脈拍の高調波に影響を与える。心拍数と波形形態を考慮していない方法はいずれも、薬物による介入の間、または、被験体の脈拍の形状、圧力、および、心拍数を変えて、方法の用途を制限し、その精度を低下させる任意の手技の間の検査に失敗するであろう。

容積波形を検知するために上腕用カフを用いる先行技術のいずれも、カフ圧が被験体の血圧に関して変わるにつれて、容積波形の形状は変化するという事実に対処していない。このような変化は、これらのすべての方法で不安定性を引き起こす。

同様に、これらの方法は、オシロメトリック式のカフの容積波形が圧脈拍であるという正しくない仮定のために、較正に基づいた誤差を引き起こすことになるだろう。これらの方法のいずれもこの問題に対処していない。

米国特許第５，２６５，０１１号 欧州２０７０４７２Ａ１号 米国２００９／０２８７０９７１Ａ１号 ＷＯ ２００７／０５３８６８（ＰＣＴ／ＡＴ２００６／０００４５７）

Ｗｉｌｍｅｒ Ｎｉｃｈｏｌｓ， Ｍｉｃｈａｅｌ Ｏ’Ｒｏｕｒｋｅ， ＭｃＤｏｎａｌｄ’ｓ Ｂｌｏｏｄ Ｆｌｏｗ Ｉｎ Ａｒｔｅｒｉｅｓ： Ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ， Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｃｌｉｎｉｃａｌ Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ， ５ｔｈ Ｅｄｉｔｉｏｎ， Ｈｏｄｄｅｒ Ａｒｎｏｌｄ，２００５ Ｍａｒｙ Ｊ． Ｒｏｍａｎ， Ｒｉｃｈａｒｄ Ｂ． Ｄｅｖｅｒｅｕｘ， Ｊｏｒｇｅ Ｒ． Ｋｉｚｅｒ， Ｐｅｔｅｒ Ｍ． Ｏｋｉｎ， Ｅｌｉｓａ Ｔ． Ｌｅｅ， ＰＨＤ， Ｗｅｎｙｕ Ｗａｎｇ， Ｊａｓｏｎ Ｇ． Ｕｍａｎｓ， Ｄａｒｒｅｎ Ｃａｌｈｏｕｎ， Ｂａｒｂａｒａ Ｖ． Ｈｏｗａｒｄ， Ｈｉｇｈ Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｕｌｓｅ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｉｓ Ｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔｌｙ Ａｓｓｏｃｉａｔｅｄ Ｗｉｔｈ Ａｄｖｅｒｓｅ Ｃａｒｄｉｏｖａｓｃｕｌａｒ Ｏｕｔｃｏｍｅ： Ｔｈｅ Ｓｔｒｏｎｇ Ｈｅａｒｔ Ｓｔｕｄｙ Ｊ Ａｍ Ｃｏｌｌ Ｃａｒｄｉｏｌ ２００９；５４：１７３０−４ Ｃａｒｍｅｌ Ｍ． ＭｃＥｎｉｅｒｙ， Ｙａｓｍｉｎ， Ｂａｒｒｙ ＭｃＤｏｎｎｅｌｌ， Ｍａｒｇａｒｅｔ Ｍｕｎｎｅｒｙ， Ｓｈａｒｏｎ Ｍ． Ｗａｌｌａｃｅ， Ｃｈｌｏｅ Ｖ． Ｒｏｗｅ， Ｊｏｈｎ Ｒ． Ｃｏｃｋｃｒｏｆｔ， Ｉａｎ Ｂ． Ｗｉｌｋｉｎｓｏｎ， Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ： Ｖａｒｉａｂｉｌｉｔｙ ａｎｄ Ｉｍｐａｃｔ ｏｆ Ｃａｒｄｉｏｖａｓｃｕｌａｒ Ｒｉｓｋ Ｆａｃｔｏｒｓ： Ｔｈｅ Ａｎｇｌｏ−Ｃａｒｄｉｆｆ Ｃｏｌｌａｂｏｒａｔｉｖｅ Ｔｒｉａｌ ＩＩ Ｈｙｐｅｒｔｅｎｓｉｏｎ． ２００８；５１：１−７． Ｂｒｙａｎ Ｗｉｌｌｉａｍｓ， Ｐｅｔｅｒ Ｓ． Ｌａｃｙ， Ｓｉｍｏｎ Ｍ． Ｔｈｏｍ， Ｋｅｎｎｅｄｙ Ｃｒｕｉｃｋｓｈａｎｋ， Ａｌｉｃｅ Ｓｔａｎｔｏｎ， Ｄａｖｉｄ Ｃｏｌｌｉｅｒ， Ａｌｕｎ Ｄ． Ｈｕｇｈｅｓ， Ｈ． Ｔｈｕｒｓｔｏｎ， Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ Ｉｍｐａｃｔ ｏｆ Ｂｌｏｏｄ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ−Ｌｏｗｅｒｉｎｇ Ｄｒｕｇｓ ｏｎ Ｃｅｎｔｒａｌ Ａｏｒｔｉｃ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ ａｎｄ Ｃｌｉｎｉｃａｌ Ｏｕｔｃｏｍｅｓ Ｐｒｉｎｃｉｐａｌ Ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ｔｈｅ Ｃｏｎｄｕｉｔ Ａｒｔｅｒｙ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ （ＣＡＦＥ） Ｓｔｕｄｙ Ｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ． ２００６；１１３：１２１３−１２２５ Ａｌｆｒｅｄｏ Ｌ． Ｐａｕｃａ， Ｍｉｃｈａｅｌ Ｆ． Ｏ’Ｒｏｕｒｋｅ， Ｎｅａｌ Ｄ． Ｋｏｎ， Ｐｒｏｓｐｅｃｔｉｖｅ Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ｏｆ ａ Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｅｓｔｉｍａｔｉｎｇ Ａｓｃｅｎｄｉｎｇ Ａｏｒｔｉｃ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｆｒｏｍ ｔｈｅ Ｒａｄｉａｌ Ａｒｔｅｒｙ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｗａｖｅｆｏｒｍ， Ｈｙｐｅｒｔｅｎｓｉｏｎ． ２００１；３８：９３２−９３７ Ｊａｍｅｓ Ｅ． Ｓｈａｒｍａｎ， Ｒｉｃｈａｒｄ Ｌｉｍ， Ａｈｍａｄ Ｍ． Ｑａｓｅｍ， Ｊｅｆｆ Ｓ． Ｃｏｏｍｂｅｓ， Ｍａｌｃｏｌｍ Ｉ． Ｂｕｒｇｅｓｓ， Ｊｅｆｆ Ｆｒａｎｃｏ， Ｐａｕｌ Ｇａｒｒａｈｙ， Ｉａｎ Ｂ． Ｗｉｌｋｉｎｓｏｎ， Ｔｈｏｍａｓ Ｈ． Ｍａｒｗｉｃｋ， Ｖａｌｉｄａｔｉｏｎ ｏｆ ａ Ｇｅｎｅｒａｌｉｚｅｄ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ ｔｏ Ｎｏｎｉｎｖａｓｉｖｅｌｙ Ｄｅｒｉｖｅ Ｃｅｎｔｒａｌ Ｂｌｏｏｄ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｄｕｒｉｎｇ Ｅｘｅｒｃｉｓｅ． Ｈｙｐｅｒｔｅｎｓｉｏｎ． ２００６；４７：１２０３−１２０８．

本発明は、様々なカフ圧力の範囲にわたって、上腕用カフの容積波形を大動脈圧波形に数学的に変換する、周波数と時間領域の方程式を確立するために、周波数領域または時間領域のいずれかにおいて、フィルタ設計またはシステム特定技術によって推定される一般的な高調波増幅伝達関数を適用する。本発明は、動脈圧拍動の高調波増幅特性と動脈の容積変位拍動の背後にある生理機能とを考慮に入れて、カフの脈圧から大動脈圧を得るための、使いやすい、オペレータが独立した、正確な方法を提供する。

１つの実施形態では、本発明は、上腕用カフの波形、通常は、容積測定の変位波形を記録するための上腕用カフ装置の使用を含む。方法は、従来のオシロメトリック方法または聴診法を用いて、上腕圧力を測定することにより始まる。例えば、同じ上腕用カフは患者のＳＰとＤＰを測定するために使用され得る。次の工程は、測定された上腕の圧力に関連付けられる値まで、カフ圧を増加させることである。本発明は、好ましくは、カフ波形の形状が著しく変化し得る、測定された上腕のＳＰとＤＰに基づいたカフ圧の３つの範囲を特定する。該範囲は、ＤＰ以下、ＳＰとＤＰの間、および、ＳＰ以上である。カフ圧はこれらの範囲の１つの以内の圧力値まで膨張する。ＳＰとＤＰの近傍の圧力値は、波形の形状を変えてもよいが、回避されるべきである。

その後、カフ容積波形は、波形の最大および最小、平均および最小、または、平均および最大と、それぞれ一致することによって、上腕のＳＰとＤＰ、ＭＰとＤＰ、または、ＭＰとＳＰのいずれかで較正される。

一般化された伝達関数（例えば、図２Ａ）（大動脈圧波形の高調波の振幅と層をカフ容積波形に関連づける）は、カフ容積波形と、侵襲性（例えば、カテーテル）または同等の非侵襲性（例えば、ＳｐｈｙｇｍｏＣｏｒ）の大動脈圧の波形の同時の記録から事前に推定される。推定は、好ましくは、周波数高調波分析、または、時間差方程式の係数の推定を含み、これは、フィルタ（有限または無限のインパルス応答）設計技術あるいはパラメトリックモデル推定方法（例えば、システム同定方法）を含んでもよい。カフ容積波形が典型的に、カフ圧がある範囲に依存して形状を変化させるため、異なる伝達関数は各々の範囲について推定される。したがって、カフ圧に依存しているため、適切な伝達関数は、その波形の特徴が保存され、かつ、浸潤性または同等の非浸潤性の大動脈圧の波形における特徴に類似した、高忠実度の中心大動脈圧の波形を推定するために、カフの容積波形に適用される。

較正された上腕用カフの波形を、較正された大動脈圧の波形に直接変換するために、一般化した伝達関数を使用することの代わりとして、放射状の圧力または頚動脈圧力の波形の伝達関数に対する上腕容積波形、あるいは、大動脈圧波形の伝達関数に対する放射状の圧力または頚動脈圧力の波形のような、動脈部分の伝達関数からなる中間伝達関数を使用することができる。

カフ圧に依存して、カフ容積波形が、上腕の圧力波形とは形状が異なるため、および、したがって、カフ容積波形の平均が上腕と大動脈とで類似した平均圧（ＭＰ）とは結果として異なることがあるため、推定される大動脈圧波形は、較正調整を必要とすることがある。較正伝達関数（例えば、図２Ｂ）は、上腕のカフ波形の振幅を、大動脈圧波形の振幅に変え、２つの動脈の位置間で平均圧力を等値で保存する。結果として得られる大動脈の振幅は、推定された大動脈圧の波形を較正するために使用される。ＭＰが上腕の血圧装置を介して正確に測定される場合、較正伝達関数は必要とされなくてもよい。

本発明の他の態様と特徴は、図面と以下の記載を精査すれば当業者に明白になるであろう。

本発明の主要な構成要素を示す概略図である。 典型的な一般化された伝達関数を示す。図２Ａは、大動脈圧に対する上腕用のカフ圧の周波数伝達関数を示し、図２Ｂは、本発明の好ましい実施形態による、ＰＣｕｆｆ＝（５０％）ＤＰでの振幅と相の両方の観点から、較正伝達関数を示している。 本発明の１つの実施形態に含まれる工程を示したフローチャートである。 本発明の第２の実施形態に含まれる工程を示したフローチャートである。 本発明の第３の実施形態に含まれる工程を示したフローチャートである。

図面を実施するための形態

図１の図で描かれているように、本発明は以下の基本的な工程を含んでいる：
ａ）患者の上腕の圧力１、２、すなわち、収縮期圧と拡張期圧（ＳＰとＤＰそれぞれ）を測定する工程；
ｂ）カフの脈圧波形３を獲得および較正する工程；および
ｃ）測定された上腕のカフ波形５から１またはそれ以上の一般化された伝達関数４を用いて、較正された大動脈圧波形６を計算する工程

工程ａ）とｂ）は、好ましくは、ハードウェアとソフトウェアで行われるが、工程ｃ）は好ましくはソフトウェアで行われる。

好ましくは、工程ａ）とｂ）は、オシロメトリック式カフによる方法を介して、上腕の収縮期圧と拡張期圧、あるいは、平均圧を測定する工程と、指定されたカフ圧で上腕のカフ信号を獲得する工程を含む。工程ａ）の測定は、従来の血圧測定用カフ装置でなされ得る。工程ｂ）の測定は、好ましくは、上腕用カフ、チューブ、制御システムを備えた圧力ポンプ、圧力センサー、および、大動脈圧波形を計算するソフトウェア用の上腕カフの信号を用意するためのデジタル信号処理（ＤＳＰ）ユニットを含む装置でなされ得る。ＤＳＰユニットは、ＵＳＢケーブルを介してソフトウェアを実行するコンピューターに接続されてもよい。ＤＳＰユニットは、アナログ・デジタル部品と、低域、高域のフィルタおよびアンプからなってもよい。カフ、チューブ、および、ポンプは、従来の上腕の血圧測定装置の部品に類似している。制御ユニットは、あらかじめ定義された圧力範囲内のカフ圧を維持するために使用される。これは以下でより詳細に説明される。

本発明の別の実施形態は、上記の工程ｂ）のみを含む。上腕の収縮期圧と拡張期圧は、オシロメータによる方法によって自動的に測定されるか、あるいは、聴診法によって手動で測定され、および、カフ容積波形を得ながらカフの膨張圧力を設定するために使用される。同様に、この実施形態では、測定された上腕のＳＰとＤＰは、大動脈圧波形を計算するアルゴリズムへの入力として使用され得るように、記録されたカフ容積波形を測定するために使用される。

＜方法論＞
以下の方法論は、ソフトウェアによって実行される。主要な部品は、カフ圧を調節し、次に、大動脈圧波形を測定するために、測定された上腕のカフ波形と、高調波比率を表わす伝達関数とを用いる。これらの２つの要素は以下に記載され、その後、方法論の工程の記載が続く。

Ａ）カフ圧
上腕のＳＰとＤＰを測定した後に、カフ圧は、被験体の血圧値に依存する圧力まで膨張する。先に説明したように、カフ容積波形は、その形状がカフ圧と被験体の血圧との間の差に依存した、動脈の容積変位の測定値である。カフの容積波形の形状が変更される、３つのカフ圧力範囲がある。３つの範囲は次のとおりである：
（ｉ）Ｐ_Ｃｕｆｆ＜ＤＰ_Ｂ （１）
（ｉｉ）ＤＰ_Ｂ≦Ｐ_Ｃｕｆｆ＜（ＳＰ_Ｂ （２）
（ｉｉｉ）Ｐ_Ｃｕｆｆ≧ＳＰ_Ｂ （３）
Ｐ_ＣｕｆｆはｍｍＨｇでのカフ圧であり、ＳＰ_ＢとＤＰ_Ｂはそれぞれ上腕の収縮期圧と拡張期圧である。

したがって、いかなる範囲が用いられても、アルゴリズムは異なる伝達関数を使用する。このことは、伝達関数についての次の部分に詳細に述べられている。

カフ圧値は、ＤＰとＳＰのような領域線値を回避しなければならない。なぜなら、被験体の圧力は、検査中に変わる傾向にあるため、この変化により、カフ圧はその範囲を変更してアルゴリズムに影響を与えることがあるからである。例えば、カフ圧がＤＰと等しく設定される場合、カフ圧は範囲（ｉｉ）内であるとみなされるが、被験体のＤＰがわずかに増加すれば、カフ圧は範囲（ｉ）にあり、異なる伝達関数を必要とするであろう。信号の安定性を確保するために、および、カフの容積脈拍が血圧値の変化によってもその形状を変えないことを保証するために、カフ圧は以下のいずれかでなければならない。
（ｉ）Ｐ_Ｃｕｆｆ＝（Ｋ％）ＤＰ （４）
（ｉｉ）Ｐ_Ｃｕｆｆ＝（Ｋ％）（ＳＰ_Ｂ−ＤＰ_Ｂ）＋ＤＰ_Ｂ （５）
（ｉｉｉ）Ｐ_Ｃｕｆｆ＝［（Ｋ％）＋１］ＳＰ_Ｂ （６）

ここで、Ｋ％は、ＳＰまたはＤＰの任意の変化がカフ圧領域を変更しないように、カフ圧がＳＰまたはＤＰのように境界線上の圧力から離れることを保証するパーセンテージである。例えば、Ｋ％は１０〜９０％であり得る。

Ｂ）伝達関数
大動脈圧波形を推定するアルゴリズムの核心は、カフによって測定された上腕の容積脈拍波形を、大動脈圧波形に変換する伝達関数である。伝達関数は、２つの波間の振幅と相における高調波比率を表し、伝達関数の方程式は周波数または時間領域の形式で書かれ得る。１つの例となる形状は、特定の周波数応答を有し、時間領域で表すことが可能な、フィルタ形状（ａ ｆｉｌｔｅｒ ｆｏｒｍ））である。大動脈圧の伝達関数に対する腕のカフ波形は、カフ容積波形と、浸潤性（例えば、カテーテル）または同等の非侵襲性の（例えば、ＳｐｈｙｇｍｏＣｏｒ）大動脈圧波形とを同時に記録することによって事前に測定される。推定は、周波数高調波分析、あるいは、フィルタ（有限か無限のインパルス応答）設計技術またはパラメトリックモデル推定方法（例えば、システム同定方法）を含む時差方程式のための推定係数のいずれかを含んでいる。伝達関数は以下の周波数領域フォーマットで表され、書かれ得る：

Ｈ_ｂ→ａ（ｆ）が、周波数領域での大動脈圧波形から大動脈圧への伝達関数である場合、ＰＷ_ａは、大動脈圧波形の周波数領域表現であり、ＰＷ_ｂは、カフによって測定される上腕の容積脈拍波形の周波数領域表現である。その｜｜記号は、周波数関数の振幅を表し、∠の記号は、周波数関数の相を表す。時間領域では、伝達関数は、インパルス応答として、あるいは、周波数領域に変換される際にＨ_ｂ→ａ（ｆ）と等しくなる、１組の係数として表され得る。

ここで、Ｉｍ（ｔ）は時間領域中のインパルス応答であり、ＦＦＴは高速フーリエ変換である。

伝達関数を用いる、上腕の容積波形からの大動脈圧波形の計算は、周波数または時間領域でなされ得る。まず、周波数領域において、周波数での大動脈圧は次のように計算することができる：
ＰＷ_ａ（ｆ）＝Ｈ_ｂ→ａ（ｆ）×ＰＷ_ｂ（ｆ） （１０）
ここで、ＰＷ_ａは、逆の高速フーリエ変換（ＩＦＦＴ）を用いて、時間領域における大動脈圧波形に変換され得る。

時間領域では、大動脈圧波形を計算するための２つの方法がある。１つは以下のようにインパルス応答Ｉｍ（ｔ）を使用する：
ＡｏＰＷ（ｔ）＝Ｉｍ（ｔ）＊ＢｒＣＷ（ｔ） （１２）
ここで、ＢｒＣＷ（ｔ）は、カフによって測定される上腕の容積脈拍波形であり、＊は、畳み込み演算である。

第２の方法は、以下の「差分」方程式で、１組のフィルタ係数、ａおよびｂを用いて、時間領域における大動脈圧を計算することである。

ここで、ｎａとｎｂは、フィルタ方程式の次数と呼ばれ、それぞれ係数ａおよびｂの数である。

周波数領域（Ｈ_ｂ→ａ（ｆ））と時間領域（Ｉｍ（ｔ）または係数ａおよびｂ）における伝達関数のすべてのフォーマットの推定は、カフによって測定された上腕の容積脈拍波形、および、侵襲的または非侵襲的な同等の大動脈圧波形を同時の記録したものの調和解析に基づく。

上腕用カフの脈圧から大動脈圧の伝達関数（ＴＦｂ→ａ）は、中間の動脈部分の伝達関数から構成されることによって、以下のようになる。

ここで、Ａｒｔは、橈骨動脈または頚動脈のような中間の動脈であり、ＴＦ_{ｂ→Ａｒｔ}は、上腕用カフの脈圧から中間の動脈位置での脈圧の伝達関数であり、ＴＦ_{Ａｒｔ→ａ}は、中間の動脈位置での脈圧から大動脈圧の伝達関数であり、および、ＡｒｔＰＷは、中間の動脈圧波形である。

したがって、上腕の容積脈拍波形から大動脈圧波形への多くの伝達関数は、本発明の異なる実施形態で使用されるものと推測される。

ＴＦ_{Ｃａｌｉｂｒａｔｅ}は、大動脈の収縮期圧と拡張期圧のみを測定するために用いられ、大動脈の波形を測定するためには用いられない。その上、本発明は、上腕用カフのあらかじめ選択された圧力範囲（すなわち、Ｐ_Ｃｕｆｆ＜ＤＰ_Ｂ，ＤＰ_Ｂ≦Ｐ_Ｃｕｆｆ＜ＳＰ_Ｂ；および、Ｐ_Ｃｕｆｆ≧ＳＰ_Ｂ）の各々について、上腕の容積脈拍波形を大動脈圧波形に変換するために異なる伝達関数を提供することによって、実行され得る。他方では、多くの適用において、腕用カフが選択されたあらかじめ選択される圧力範囲（Ｐ_Ｃｕｆｆ＜ＤＰ_Ｂなど）内で膨張することを単に要求すること、および、拡張期圧（ＤＰ_Ｂ）以下の上腕用カフに特異的な一般化された伝達関数（例えば、ＴＦ_{ＰＣｕｆｆ＜ＤＰＢ}）を備えるソフトウェアを実行することが望ましい。あるいは、好ましくはないが、本発明を実行するシステムは、事前に定義した圧力範囲（例えば、Ｐ_Ｃｕｆｆ＜ＤＰ_Ｂ；ＤＰ_Ｂ≦Ｐ_Ｃｕｆｆ＜ＳＰ_Ｂ；および、Ｐ_Ｃｕｆｆ≧ＳＰ_Ｂ）の各々についての伝達関数を含み得、上腕用カフ圧に依存して適切な伝達関数を選択するようにプログラムされ得る。先に言及したように、図２Ａは、上腕用カフの波形を大動脈圧波形に変換するための例となる伝達関数を示す。伝達関数は、振幅と相の観点から周波数領域で作用して、拡張期圧（Ｐ_Ｃｕｆｆ＝１／２ＤＰ）の５０％と等しくなるように、上腕用カフ圧について計算された。

較正伝達関数（ＴＦ_{Ｃａｌｉｂｒａｔｅ}）は、上腕の動脈の容積変位脈拍を表すカフの脈圧を、圧脈拍に変換する。例となる較正伝達関数が図２Ｂに示される。カフ容積脈拍が上腕のＳＰおよびＤＰの値で較正されると、大動脈の収縮期圧（ＡｏＳＰ）の推定において誤差が引き起こされるであろう。誤差の理由は、上腕の容積脈拍が上腕のＳＰとＤＰによって較正される際、上腕の容積脈拍と大動脈拍の間の平均圧ＭＰの差である。ＭＰが２つの動脈の位置で同じでなければならないため、推定での誤差を減らすために較正伝達関数が加えられる。較正ＴＦは、ＭＰが較正のために測定および使用される例、または、中間の伝達関数が使用される例では、必要とされなくてもよい。

Ｃ） 方法手順
本発明の１つの実施形態は、図３で示された手順に従う。図３を参照すると、その手順は以下の工程を含んでいる：
ａ）自動的なオシロメトリック式カフによる血圧技術を用いる、上腕のＳＰとＤＰを測定する工程。図３の参照番号２で表示されたブロックを参照のこと。
ｂ）以下の値の１つまでカフ圧を膨張させる工程。図３のブロック７を参照のこと。
（ｉ）Ｐ_Ｃｕｆｆ＝（Ｋ％）ＤＰ
（ｉｉ）Ｐ_Ｃｕｆｆ＝（Ｋ％）（ＳＰ_Ｂ−ＤＰ_Ｂ）＋ＤＰ_Ｂ
（ｉｉｉ）Ｐ_Ｃｕｆｆ＝［（Ｋ％）＋１］ＳＰ_Ｂ
ここで、Ｋは好ましくは１０から９０％まで変動するパーセンテージである。
ｃ）ハードウェア内の圧力センサーによって測定され、ＤＳＰユニットよって処理されたカフ容積脈拍を得る工程（図３のブロック３）
ｄ）測定された上腕のＳＰとＤＰで、デジタル化されたカフ容積脈拍信号の最大値と最小値をそれぞれ較正する工程（図３のブロック８）
ｅ）測定された上腕のカフ脈波形を大動脈圧波形に変換するために、上記の工程ｂ）（図３のブロック７を参照）のカフ圧値に依存して、以下の伝達関数のうちの１つを適用する工程（図３のブロック９を参照）

これらの伝達関数の各々は、中間の伝達関数からなり得る。
ｆ）もし、図３のブロック９から計算された大動脈圧を測定する必要があれば、較正伝達関数（ＴＦ_{Ｃａｌｉｂｒａｔｅ}）（図３のブロック１０を参照）を適用する工程

図４は、ＭＰが測定され、較正がＭＰとＤＰを用いる、別の実施形態を示す。図４を参照すると、この手順は以下の工程を含んでいる：
ａ）自動化されたオシロメトリック式カフ血圧技術を用いて、上腕のＳＰ、ＭＰおよびＤＰを測定する工程（図４のブロック２を参照）
ｂ）以下の値の１つまでカフ圧を膨張させる工程（図４のブロック７を参照）
（ｉ）Ｐ_Ｃｕｆｆ＝（Ｋ％）ＤＰ
（ｉｉ）Ｐ_Ｃｕｆｆ＝（Ｋ％）（ＳＰ_Ｂ−ＤＰ_Ｂ）＋ＤＰ_Ｂ
（ｉｉｉ）Ｐ_Ｃｕｆｆ＝［（Ｋ％）＋１］ＳＰ_Ｂ
ここで、Ｋは、好ましくは１０％から９０％まで変動するパーセンテージである。
ｃ）ハードウェア内の圧力センサーによって測定され、ＤＳＰユニットよって処理されたカフ脈拍を得る工程（図４のブロック３）
ｄ）測定された上腕のＳＰとＤＰで、デジタル化されたカフ脈拍信号の平均値と最小値をそれぞれ較正する工程（図４のブロック１２）
ｅ）測定された上腕のカフ脈拍波形を大動脈圧波形に変換するために、上記の工程ｂ）（図４のブロック７を参照）のカフ圧値に依存して、以下の伝達関数のうちの１つを適用する工程（図４のブロック９を参照）

これらの伝達関数の各々は、中間の伝達関数からなり得る。

図５は、ＭＰが測定され、較正がＭＰとＳＰを用いる、別の実施形態を示す。図５を参照すると、この手順は以下の工程を含んでいる。
ａ）自動化されたオシロメトリック式カフ血圧技術を用いて、上腕のＳＰ、ＭＰおよびＤＰを測定する工程（図５のブロック２を参照）
ｂ）以下の値の１つまでカフ圧を膨張させる工程（図５のブロック７を参照）
（ｉ）Ｐ_Ｃｕｆｆ＝（Ｋ％）ＤＰ
（ｉｉ）Ｐ_Ｃｕｆｆ＝（Ｋ％）（ＳＰ_Ｂ−ＤＰ_Ｂ）＋ＤＰ_Ｂ
（ｉｉｉ）Ｐ_Ｃｕｆｆ＝［（Ｋ％）＋１］ＳＰ_Ｂ
ここで、Ｋは、好ましくは１０％から９０％まで変動するパーセンテージである。
ｃ）ハードウェア内の圧力センサーによって測定され、ＤＳＰユニットよって処理されたカフ脈拍を得る工程（図５のブロック３）
ｄ）測定された上腕のＳＰとＤＰで、デジタル化されたカフ脈拍信号の平均値と最大値をそれぞれ較正する工程（図５のブロック１３）
ｅ）測定された上腕のカフ脈拍波形を大動脈圧波形に変換するために、上記の工程ｂ）（図５のブロック７を参照）のカフ圧値に依存して、以下の伝達関数のうちの１つを適用する工程（図５のブロック９を参照）

これらの伝達関数の各々は、中間の伝達関数からなり得る。

同様に、発明のこれらの実施形態はすべて、上腕の血圧値が手動で入力される独立型の血圧測定装置とともに使用され得る。

前述の記載において、簡潔さ、明瞭さ、および、理解のために、特定の用語が使用されている。そのような用語は記載上の目的のために使用され、広く解釈されるように意図されているため、先行技術の要件を越えてそこから不必要な限定を推論することはできない。本明細書に記載の様々な構成、システム、および、方法工程は、単独で、または、他の構成、システム、および、方法工程と組み合わせて使用されてもよい。

Claims (22)

1. 血圧測定システムにおいて、較正された大動脈圧波形を測定するための方法であって、
   前記方法は、
   患者の上腕の周りの上腕用カフを、あらかじめ決められた圧力範囲内の圧力にまで膨張させる工程、
   患者の上腕用カフの波形を記録するために、上腕用カフを使用する工程、
   上腕用カフの波形を較正するために、上腕の収縮期圧（ＳＰ）、平均圧（ＭＰ）、および、拡張期圧（ＤＰ）の少なくとも２つを使用する工程、および、
   較正された上腕用カフの波形を、較正された大動脈圧の波形に変換するために、１以上の一般化された伝達関数を使用する工程を含み、
   １以上の一般化された伝達関数の各々は、とりわけ、あらかじめ定義された圧力範囲内の圧力にまで膨張させた上腕用カフによって測定される上腕用カフの波形に対する適用のために測定される、較正された大動脈圧波形を測定するための方法。
2. 上腕用カフ波形は容積変位波形である、請求項１に記載の較正された大動脈圧波形を測定するための方法。
3. 較正された上腕用カフの波形を、較正された大動脈圧の波形に変換する際に、一般化された較正伝達関数を使用する工程をさらに含む、請求項１に記載の較正された大動脈圧波形を測定するための方法。
4. 較正された大動脈圧波形は、トレースとして、または、さもなければ、コンピュータのディスプレイスクリーン上で、表示される、請求項１に記載の較正された大動脈圧波形を測定するための方法。
5. １以上の一般化された伝達関数は、較正された上腕用カフの波形を大動脈圧の波形に自動的に変換する、一般化された伝達関数を含む、請求項１に記載の較正された大動脈圧波形を測定するための方法。
6. １以上の一般化された伝達関数が、少なくとも：
   較正された上腕用カフの波形を中間の大動脈圧の波形に自動的に変換する、第１の一般化された伝達関数と、中間の大動脈圧の波形を大動脈圧の波形に自動的に変換する、第２の一般化された伝達関数とを含む、請求項１に記載の較正された大動脈圧波形を測定するための方法。
7. 患者の上腕用カフの波形を記録するために使用される上腕用カフは、患者の収縮期圧（ＳＰ）と拡張期圧（ＤＰ）を測定するためにも用いられる、請求項１に記載の較正された大動脈圧波形を測定するための方法。
8. あらかじめ決められた圧力範囲は、ＤＰ未満、ＤＰとＳＰの間、および、ＳＰ以上、の１つである、請求項１に記載の較正された大動脈圧波形を測定するための方法。
9. あらかじめ決められた圧力範囲は、拡張期圧（ＤＰ）の１０−９０％である、請求項１に記載の較正された大動脈圧波形を測定するための方法。
10. 上腕用カフの波形を較正するために、ＳＰ、ＭＰ、および、ＤＰの少なくとも２つを用いる工程は、上腕用カフの波形を較正するために、ＭＰとＤＰ、ＳＰとＤＰ、または、ＭＰとＳＰを使用する、請求項１に記載の較正された大動脈圧波形を測定するための方法。
11. １以上の一般化された伝達関数は、一般集団について同時に記録されたデータから推定される、請求項１に記載の較正された大動脈圧波形を測定するための方法。
12. １以上の一般化された伝達関数は、周波数領域で作用する、請求項１に記載の較正された大動脈圧波形を測定するための方法。
13. １以上の一般化された伝達関数は、時間領域で作用する、請求項１に記載の較正された大動脈圧波形を測定するための方法。
14. １以上の一般化された伝達関数は、フィルタで具体化される、請求項１に記載の較正された大動脈圧波形を測定するための方法。
15. 上腕用カフは、上腕用カフ、チューブ、圧力制御システムを備えた圧力ポンプ、アナログ信号を提供する圧力センサー、および、圧力センサーからアナログ信号を受け取り、デジタル上腕用カフ信号を出力するデジタル信号処理装置を含む、装置の一部である、請求項１に記載の較正された大動脈圧波形を測定するための方法。
16. ＵＳＢケーブルは、上腕用カフ装置のデジタル信号処理装置をコンピュータに接続する、請求項１５に記載の較正された大動脈圧波形を測定するための方法。
17. １以上の一般化された伝達関数は、コンピュータ上のソフトウェアによって実行される、請求項１に記載の較正された大動脈圧波形を測定するための方法。
18. 中心大動脈圧波形について同時に記録されたデータは、同等の大動脈圧波形を測定するための非侵襲的な技術を用いて、一般集団において測定される、請求項１１に記載の較正された大動脈圧波形を測定するための方法。
19. 中心大動脈圧波形について同時に記録されたデータは、中心大動脈圧を直接測定するために、カテーテルを用いて一般集団において測定される、請求項１１に記載の較正された大動脈圧波形を測定するための方法。
20. 血圧測定システムは、各々があらかじめ決められた圧力範囲内のカフ圧に基づいた、多くの一般化された伝達関数を含む、請求項１に記載の較正された大動脈圧波形を測定するための方法。
21. あらかじめ決められた圧力範囲は、ＳＰとＤＰの間であり、カフの一部は、以下の方程式で定義され、
    Ｐ_Ｃｕｆｆ＝（Ｋ％）（ＳＰ_Ｂ−ＤＰ_Ｂ）＋ＤＰ_Ｂ
    ここで、Ｋ％は１０％と９０％の間になるように選択される、請求項１に記載の較正された大動脈圧波形を測定するための方法。
22. あらかじめ決められた圧力範囲は、ＳＰ以上であり、カフ圧は、以下の範囲にあり、
    Ｐ_Ｃｕｆｆ＝［（Ｋ％）＋１］ＳＰ_Ｂ
    ここで、Ｋ％は１０％から９０％で変動する、請求項１に記載の較正された大動脈圧波形を測定するための方法。