JP2017523889A - 頭蓋内圧の亢進を検出する装置および方法 - Google Patents

Abstract

開示の対象は、患者の脳膨張を判断するだけでなく、当該患者の頭蓋内圧の亢進を予測する方法および装置に関連する。当該装置は、コントローラと通信可能に有線で、あるいは無線通信装置を介して接続された超音波センサなどのトランスデューサを備えている。脳膨張が生じていることと、頭蓋内圧の急迫亢進が生じそうであることの少なくとも一方がコントローラに判断されたことを医療従事者に報知するために、モニタとアラーム装置の少なくとも一方が設けられうる。【選択図】図１

Description

本出願は、２０１４年６月１１日に出願された仮出願の優先権を米国特許法第１１９条の下で主張する非仮出願であり、本明細書の一部を構成するものとして、その内容の全てを援用する。

開示の対象は、患者の脳の膨張を検出するための方法、キット、および装置に関する。より具体的には、開示の対象は、頭蓋内圧（ＩＣＰ）の亢進が生じる時期を予測するために頭蓋内組織の膨張を判断する容易かつ再現可能な手続きを確実にする方法、キット、および装置に関する。

ＩＣＰの亢進は、様々な外傷、疾患、または先天性欠損の結果として生じうるし、腫瘤病変、脳脊髄液（ＣＳＦ）循環の不調だけでなく、より弥漫性の頭蓋内病理過程の結果でありうる。例えば、ＩＣＰの亢進は、脳脊髄液（ＣＳＦ）の流出障害によって引き起こされる場合がある。この障害は、脳室の拡大を引き起こし、水頭症の原因となる。

脳は、液体で満たされて繋がっている四つの脳室を含んでいることが一般的である。脳室系と総称されるこれらの空洞は、左右の側脳室、第三脳室、および第四脳室を含んでなる。第四脳室は、中脳水道（シルビウス水道）から閂まで延びており、ＣＳＦで満たされている。第四脳室は、人間の脳の断面において特徴的なダイヤモンド形状を有している。第四脳室は、橋内または髄質の上部に位置している。中脳水道を通じて第四脳室に進入するＣＳＦは、二つのルシュカ側孔と単一のマジャンディ正中孔を通じて脊髄のくも膜下腔へ出て行くことができる。

第四脳室は、脳幹の後部における嚢状の部位である。ＣＳＦは、篩を通じて鼻粘膜下リンパ管へ流れる。ＣＳＦ圧が亢進すると、脳血流が妨げられうる。中脳水道を通じて第四脳室に進入するＣＳＦは、小脳によって形成された第四脳室蓋へと出て行くことができる（そしてより細い通路によって接続された側脳室、第三脳室、および第四脳室に広がって行くことができる）。脳室の広がりは、水頭症と称され、頭蓋内圧の亢進に繋がりうる。先天性水頭症は、流出障害に起因しており、新生児の約０．１％に存在する。ＣＳＦの過剰産生に起因する後天性常圧水頭症（ＮＰＨ）は、６５歳を超える成人の０．５％に存在すると推定される。ＮＰＨは、過少診断される。ＮＰＨは、歩行障害、尿失禁、および認知症を引き起こしうる。

あるいは、頭蓋内固形組織の膨張は、（１）感染性、血行動態上、薬理学上、代謝性、あるいは外傷性の理由による脳細胞腫脹（脳浮腫）、（２）脳腫瘍、および（３）軽い頭部外傷による硬膜下または硬膜外血腫を含み、脳室虚脱を引き起こしうるとともに、連続的な拡張はＩＣＰ亢進の原因となる。

水頭症（脳室膨張）と頭蓋内組織拡張の双方において、先ずなされるのは、脳を取り囲むＣＳＦ層の閉塞である。当該層の閉塞は、ＩＣＰの亢進に先立つことが一般的である。

ＩＣＰの正常範囲は年齢とともに変化する一方、ＩＣＰの亢進は急性あるいは慢性的でありうるため、治療要否の判断はしばしば困難を伴う。

頭蓋内容積と頭蓋内圧の関係は非線形である。モンロー−ケリー仮説は、血液、脳、ＣＳＦ、他の要素（腫瘍、血腫など）の頭蓋内容積が一定であると述べている。頭蓋骨は、非弾性容器とみなされうる。頭蓋内容物のいずれかの容積の増大は、他の要素の少なくとも一つの減少によって相殺されることが一般的であり、最終的にはＩＣＰの亢進をもたらす。頭蓋内（特に静脈／細静脈コンパートメント内）血液とＣＳＦは、二つの低圧要素であり、頭蓋内容物の体積増を吸収するようにその体積を容易に適合させうる。頭蓋内血液とＣＳＦの体積変化による対応がなされると、ＩＣＰがさらに亢進する。動脈コンパートメントと静脈コンパートメントの双方の変化は、圧力に影響を及ぼす。脳が心臓よりも２０ｃｍ上方に位置するように上半身を起こして傾斜位をとると、静脈および小静脈の収縮によってＩＣＰが８ｍｍＨｇだけ減少する。心拍ごとに約５ｍＬだけ頭蓋内動脈および細動脈の拡張し、ＩＣＰが１ｍｍＨｇだけ亢進する。コンプライアンス（所定の圧力変化に対する体積変化）は、補償予備能の指標を提供し、その値が小さいことは、予備能の低下を意味する。ＩＣＰが亢進すると、コンプライアンスが低下する。ＩＣＰが２５ｍｍＨｇの異常値に達すると、動脈圧ＩＣＰ脈動は４ｍｍＨｇである。

頭部外傷や神経症などの特定の条件を示す患者についてＩＣＰが測定または監視可能であれば、緊急治療の担当者と集中治療の従事者は、より良い医療を提供できる。しかしながら、ＩＣＰの監視は、患者の頭蓋骨に穿たれた孔に挿入された圧力計の使用を通じてなされることが一般的である。よって、ＩＣＰの監視は、神経外科医による侵襲的な処置を必要とする。当該処置は患者を感染症などの外科的リスクに曝すため、合併症の場合や手術が困難な場合でも神経外科医の帯同が必要である。ＩＣＰの取得と監視の困難性に加え、外傷の診断と治療のためにＩＣＰのみに依存することには幾つかの問題がある。例えば、ＩＣＰデータのみに依存すると、治療の遅れが発生したり、複雑な診断および監視手順が必要になったり、ＩＣＰを監視する設備の設定不備によって値が誤って読み取られたり解釈されたりしうる。

ＩＣＰは患者を管理する上で重要な変数であるが、ＩＣＰの亢進に関わる変数を理解し、積極的に監視と特定の少なくとも一方を行なうことにも同様の意義がある。ＩＣＰの亢進は、例えば脳組織の膨張（浮腫）や、感染症、外傷、腫瘍、血液凝固、あるいは脳脊髄液（ＣＳＦ）流の障害（水頭症）を原因とする脳内組織の拡張によって引き起こされうる。脳などの頭蓋内組織の膨張と脳室の拡張の少なくとも一方を監視することにより、ＩＣＰの急迫亢進だけでなくＩＣＰ亢進の程度を予測するのに役立つ情報を提供でき、よって医療従事者が治療を開始するための情報、および当該治療の効果を監視するための情報をタイムリーに提供できる。

脳の膨張や拡大は、それを覆う約１ｍｍ厚の脳脊髄液のクッションの内側においてほぼ自由に生じる。しかしながら、脳蓋冠を満たすかアンカー点あるいはテザー点において抵抗を受けると、脳は収容空間からさらに拡張あるいは膨張し、ＩＣＰが亢進し始める。この時点、すなわち脳が頭蓋骨あるいは当該頭蓋骨におけるテザー点から抵抗を受けた時点において、膨張に起因する境界に対する脳の動きは減少する。この脳の動きの減少は、ＩＣＰが間もなく亢進することの指標として用いられうる。

一仮説においては、頭蓋内血液、脳、ＣＳＦ、他の要素（腫瘍や血腫など）の総体積は一定であり、頭蓋骨は密閉された非弾性容器とみなされる。頭蓋内容物のいずれかの体積の増大は、他の内容物の体積の減少とは整合していないことが一般的であり、ＩＣＰの亢進と関連付けられる。頭蓋内血液（特に静脈コンパートメント内）とＣＳＦは、頭蓋内容物の体積増大を吸収するような適合が最も容易に可能な二つの要素である。

開示対象の一態様によれば、様々な条件下で操作者の技量や入力に依らず脳膨張により制限される正常な脳の動きと脈動の判断と監視の少なくとも一方が行なわれうる標準化された手続を可能にする方法、キット、および装置が提供される。

開示対象の別態様によれば、患者の頭蓋内圧の亢進を予測するキットは、以下の工程を含みうる。
トランスデューサを頭蓋骨に隣接するように配置する。
第二組織部分の位置と速度の少なくとも一方に対する第一組織部分の位置と速度の少なくとも一方を、前記超音波トランスデューサによって受信された情報に基づき判断する。
第二組織部分の位置と速度の少なくとも一方に対する第一組織部分の位置と速度の少なくとも一方に基づいて、頭蓋内圧の亢進を予測する。

開示対象の別態様によれば、患者の頭蓋内圧の亢進を予測する方法は、以下の工程を含みうる。
超音波トランスデューサを頭蓋骨に隣接するように配置する。
第二組織部分の位置と速度の少なくとも一方に対する第一組織部分の位置と速度の少なくとも一方を、前記超音波トランスデューサが受け付けた情報に基づいて判断する。
前記第二組織部分に対する前記第一組織部分の動きが低下しているという情報に基づいて、頭蓋内圧の亢進を予測する。

別態様によれば、患者の頭蓋内圧の亢進を予測する方法は、以下の工程を含みうる。
頭蓋骨を覆う皮膚上にトランスデューサ（超音波トランスデューサ、光トランスデューサ、インピーダンストランスデューサなど）を配置し、当該頭蓋骨を通過するエネルギービームパターンを脳に向ける。
前記頭蓋骨に対する第一組織部分の位置と速度の少なくとも一方を判断する。
前記頭蓋骨に対する前記第一組織部分の動きが低下しているという情報に基づいて、頭蓋内圧の亢進を予測する。

別態様によれば、患者の頭蓋内圧の亢進を予測する装置は、
超音波トランスデューサと、
モニタおよびアラーム装置の少なくとも一方と、
前記トランスデューサと前記モニタおよびアラーム装置の少なくとも一方の双方と通信可能に接続されたコントローラと、
を備えうる。
前記コントローラは、第二組織部分の位置と速度の少なくとも一方に対する第一組織部分の位置と速度の少なくとも一方に関する情報を、前記トランスデューサから受け付けるように構成されうる。前記コントローラは、前記第二組織部分に対する前記第一組織部分の動きが低下しているという情報に基づいて、頭蓋内圧の亢進を予測するように構成されうる。前記コントローラは、前記頭蓋内圧の亢進が予測されると、前記モニタとアラーム装置の少なくとも一方に信号を出力するように構成されうる。

上記の装置と方法は、脳膨張に起因する頭蓋内圧の亢進の予測に効果的である。しかしながら、当該方法は、脚や腕の筋肉におけるコンパートメント症候群などに起因する圧力の亢進の予測にも効果的である。両者は大半の点において類似している。例えば、制限された容積下に収容された組織や液体空間の膨張によって血液供給の消失（虚血）や組織の壊死が生じる点である。

患者の側方から見た断面（縦断面、サジタル断面）であり、開示対象に係る方法の一実施形態例を示す。 健常人の頭蓋内に配置された脳を上方から見た断面（横断面）図である。 水頭症のように頭蓋内に配置された脳が膨張し始めている様子を上方から見た断面図である。 頭蓋内に配置された脳の膨張が進行し、脳室虚脱を起こしている様子を上方から見た断面図である。 頭蓋冠内の組織や液体の膨張（横軸）と頭蓋内圧の亢進（縦軸：単位ｍｍＨｇ）の関係を示すグラフである。 人の脳の横断面と開示対象の原理に基づいて構成された装置の実施形態例を示している。 頭蓋内組織の変位（単位μｍ）と時間の関係を示すグラフであり、患者のＥＣＧが重畳表示されている。 （ａ）は脳の動きと心周期の関係を示すための脳の変位（単位μｍ）の経時変化であり、（ｂ）は脳の動きと呼吸周期の関係を示すための脳の変位（単位μｍ）の経時変化である。黒点はＥＣＧ−ＱＲＳのタイミングを示している。 人の頭蓋骨に向けられた二次元超音波スキャンヘッドの断面を模式的に示しており、二つのグラフは、トランスデューサから離れる向きの脳膨張（上のグラフ）とトランスデューサに近づく向きの脳膨張（下のグラフ）を示している。 トランスデューサと人の頭部に長期にわたって装着するための装着構造を模式的に示す平面図である。 トランスデューサと人の頭部に長期にわたって装着するための装着構造を模式的に示す平面図である。 開示対象の実施形態に係る頭蓋内圧を検出するためのシステムを模式的に示している。

上記の添付図面を参照し、装置、キット、および方法の実施形態例を示しつつ、本願の開示対象についてより詳細に説明する。

開示された実施形態に係る幾つかの独創的側面について、添付の図面を参照しつつ以下詳細に説明する。実施形態例は、開示対象の例示を意図して記載されたものであり、請求項により定められる範囲を限定するものではない。当業者であれば、以降の説明において提示される様々な特徴に基づいて均等の範囲に含まれる多くの改変を理解するであろう。

１．頭蓋内圧の亢進を予測するための方法および装置の例
脳頭蓋は、「半固体」の神経組織などの固体物に加えて血液と脳脊髄液を含む一定の容積を有している。唯一の大きな出口は、大後頭孔である。大後頭孔は、脳幹を収容している。脳幹は、脳室と心室を繋ぐＣＳＦの流路を含んでいる。血管もまた頭蓋冠と外部を接続している。頭蓋内病変を評価する現在の標準手法は、頭蓋内圧（ＩＣＰ）の測定を含んでいる。頭蓋内圧は、様々な時間単位で観察されうる。時間単位の例としては、秒（Ｃ波）、分（Ｂ波）、時間（Ａ波）、日が挙げられる。これにより、起こりうる事態についての情報や治療に必要な情報が提供される。ＩＣＰは、様々な疾患において測定される。当該疾患の例としては、脳卒中、浸透圧代謝性疾患、原因不明の昏睡、水頭症、頭部外傷などが挙げられる。激しい頭痛、歩行障害、尿失禁、および認知症の評価に際してＩＣＰの測定が有用である旨が様々な文献において示されている。

頭部外傷の場合、ＩＣＰの経時変化は、患者の転帰と関連付けられうる。例えば、ＩＣＰの亢進が二日間以内である「早期症状」を有するとみなされた場合、患者の転帰は比較的良好である。ＩＣＰが二日から五日にわたって亢進する「中間期症状」を有すると見なされた場合、患者の転帰は、早期症状の場合ほどは良くない。ＩＣＰが五日間よりも長く亢進する「後期症状」を有するとみなされた場合、患者の転帰は重篤（植物状態や死亡を含む）であることが多い。また、治療中に脳や頭蓋骨の一部が除去された場合、中間症状の割合は４０％から１２％に低下する一方、早期症状と後期症状の割合は、それぞれ２５％から４０％、３５％から５０％に増加する。よって、患者の転帰は、ＩＣＰ症状と関連する。「早期症状」と比較すると、「後期症状」において良好な転帰は稀である。死亡、遷延性植物状態、および重度の障害は、「早期症状」の場合よりも「後期症状」の場合において多くみられる。

長期間の高ＩＣＰと相関する予後不良の原因は、低い脳潅流圧（ＣＰＰ）、血圧（ＢＰ）とＩＣＰの差異に起因する脳組織の虚血にあると言える。
ＣＰＰ＝ＢＰ−ＩＰ

ＣＰＰは、経壁圧（ＢＰ−組織圧）に類似している。経壁圧は、動脈と静脈の膨張状態を維持する。経壁圧は、筋区画症候群に関連している。閉じられた筋膜区画内の浮腫によって亢進した組織圧が開存性のある静脈と動脈を圧縮する。血管壁が弛緩しているため、組織圧が管腔圧を上回ると内腔が潰れる。

ＣＰＰ分析は、頭蓋内容物を圧力分布が等方的に均一な液体とみなすが、この簡略化は理解の妨げになりうる。よって、単一点におけるＩＣＰ測定は、大脳と小脳全体の圧力を特徴づけるには不十分でありうる。主要な頭蓋内容物は半固体であり、複数の場所でテザリングが生じており、筋膜によって複数の区画に分割されているからである。

脳の一部における膨張が大きくなると、固体組織が歪み、境界が曲がることによって頭蓋内で圧力の異なる領域が生ずる。加えて、テザリングが更なる圧力変化を引き起こす。テザリングの例としては、上矢洞が挙げられる。上矢洞は、負の経壁圧を有しているが、大脳鎌のテザーによって延伸されている。固体組織において圧力が等方性（全ての方向について等しいこと）でないことは勿論である。脳の異なる領域間における圧力差は、動脈、細動脈、静脈、細静脈の圧力も領域間で異ならせる。ある領域において経壁圧が低いと、当該領域における潅流を抑制しうる一方、他の領域では潅流が促進されうる。潅流が抑制された領域は虚血状態となり、部分的な脳損傷の原因となる。右心室への静脈環流が制限されることによって呼吸に伴う動脈圧の変動が脳細静脈に反映される仰向けの患者においては、脳の一部の圧力亢進が静脈経壁圧の悪化および呼吸に伴う組織体積変化の減少の原因となる。この状態は、小静脈の「クッション効果」が失われることで動脈パルス振幅の増大の原因にもなる。局所脳圧がより深刻に亢進した患者においては、動脈経壁圧も好ましくない状態となり、脳潅流の喪失に繋がりうる。脳潅流の喪失は、細動脈組織脈動の消失によって示される。ＩＣＰが動脈圧、とりわけ収縮期脳動脈圧（９０ｍｍＨｇ：腕血圧１２０ｍｍＨｇから４０ｃｍのエレベーションヘモスタティック減少分３０ｍｍＨｇを差し引いた値）を上回ると脳パルス歪みの大きさが零に減少し、ＩＣＰが拡張期圧と収縮期圧の間の値であるときにパルス歪みが大きくなることに出願人は着目した。

開示内容に基づけば、局所潅流も監視あるいは予測されうる。圧力は頭蓋内の区画によって異なる傾向にあるため、圧力が亢進した領域は、他の領域に比べて潅流が抑制されている可能性がある。

加えて、分オーダーで測定されうる「遅い波」が存在する可能性がある。「遅い波」は、「充填された」圧力を解放する組織の大きな変位に起因しており、大きな脳の動きを引き起こす点において「地震」に類似している。この種の「地震」型イベントの影響を軽減し、あるいはデータを無効化から保護するために、開示内容に係るソフトウェアとハードウェアの少なくとも一方に特定のノイズフィルタが内蔵されうる。

病的状態においては、ＩＣＰは様々な仕組みによって亢進する。仕組みの例としては、１）水頭症の原因となる脳脊髄液（ＣＳＦ）の流出異常、２）固体組織の膨張が挙げられる。固体組織の膨張には、２ａ）脳浮腫、２ｂ）頭蓋内血腫、および２ｃ）腫瘍が含まれる。

幾つかのＩＣＰのインビボモデルにおいては、脳や脊髄に液体を注入することによって「脳弾性」（ｄＰ／ｄＶ）が測定されている。当該モデルは、脳組織が圧縮可能であること、あるいは頭蓋内の血管と液体の境界は弾性を有していることを前提としている。出願人は、頭蓋／脳力学における代替概念を検討した。

ＣＳＦあるいは頭蓋内固体組織による脳室の拡大は、理論上は断続的なＩＣＰの亢進を引き起こす。図２ａは、ＣＳＦ２１内に位置する脳２３を上方から見た横断面を示している。ＣＳＦ２１と脳２３の双方は頭蓋骨２２に収容されている。本図において矢印Ａは、脳腫脹の開始とともに減少するＣＳＦのクッションを示している。この状態をグリーンステータスと称する。図２ｂは、脳２３の一部が頭蓋骨２２に当接し、脳を包囲するＣＳＦ２１の層少なくとも一時的に存在しなくなる程度に脳が膨張した時点を示している。この状態をオレンジステータスと称する。図２ｃは、脳が膨張して頭蓋冠内をほぼ満たし、脳内に位置する脳室を充填している液体が虚脱した状態を示している。この状態をブルーステータスと称する。最後の状態であるレッドステータスは、図１に模式的に示されている。矢印Ｙは、脳幹２７が正常位置から延び始めていることを示している。この場合、頭蓋骨に形成された開口３１において圧力計などによって測定されるＩＣＰの顕著な亢進が確認される。

図１に示される矢印Ｙは、脳がもはや頭蓋骨２２の冠内に収容され得ない大きさにまで膨張した後に脳幹２７が大後頭孔を通じて下方へ変位する様子を示している。図２ａから図２ｃに示された三つの収容状態の機械的性質が異なるため、各状態について予想される圧力と体積の関係が異なり、結果として図３に示される亢進勾配の関係に表れる。

図３においては、グリーンステータス枠で示されるように、頭蓋冠内の固体物質の体積が増加するのに伴い（脳浮腫、拡大する腫瘍、拡大する血腫などによる膨張）、そして収容されている物質が増加するのに伴い（脳室を拡張するＣＳＦ流出障害；水頭症）、周辺の液体すなわち頭蓋内ＣＳＦが狭められる（低エラスタンスｄＰ／ｄＶ）。頭蓋内ＣＳＦが無くなると（オレンジステータス枠）、脳室は第四脳室を経由する通常の排出路を通じて収縮し（中エラスタンスｄＰ／ｄＶ）、やがて上室が完全に虚脱する（ブルーステータス枠）。その後に続く体積変化は、図１において矢印Ｙで示された頭蓋冠外への脳幹の軸方向の動きによって吸収される（高エラスタンスｄＰ／ｄＶ；レッドステータス枠）。

これらの連続するステップは、経頭蓋脳組織ドプラ法（ＴＣＢＴＤ）を用いて、複数の深さにおける脳の特徴的な横脈動と脳幹の動きによって特定されうる（図４）。

従来の経頭蓋血液組織ドプラ法に対する経頭蓋脳組織ドプラの利点の一つは、固体脳組織のエコー輝度が血液のそれよりも３０ｄＢ（１０００倍）高いことにある。よって、超音波トランスデューサでパルスを発信し、頭蓋骨の厚い領域を通じてエコーを受信できる。これに対し、従来の経頭蓋血液組織ドプラ法の場合、耳の直上と前方に位置する頭蓋骨の薄い側頭窓のみを通じてエコーの受信が可能である。

浮腫、腫瘍、あるいは血腫に起因して固体脳組織が膨張すると、自然な脳の動きが変化する。まず、正常な脳の場合、二つの大脳半球は側方に約３０μｍ動き（グリーンステータス枠；図２ａ）、細動脈と動脈が収縮期に至ると頭蓋内の周縁ＣＳＦ層が変位する。当該大脳半球は、拡張期に中央に戻る。

緩やかな膨張により、周縁ＣＳＦ層は脊髄へ変位し、横方向への動きを妨げる頭蓋に脳の表面を固定する（オレンジステータス枠；図２ｂ）。脈動する脳内の細動脈と動脈は中央脳室をパルス波形状に圧縮する。

中程度の膨張により、脳室は圧縮され、収容されているＣＳＦを脊髄に変位させ、静脈血をサブ頭蓋循環に変位させる。これにより、脳室のパルス状圧縮が防がれる（ブルーステータス枠；図２ｃ）。これはＩＣＰ亢進の始まりである。

脳室に出入りする液体の動きは周縁ＣＳＦよりも制限されるため、「脳コンプライアンス」（コンプライアンス＝ｄＶ／ｄＰ）は明らかに低い。

膨張が続くと、脳細動脈の脈動は、脳幹の動きによってのみ吸収される。脳幹の動きはテザーと出口の寸法によって制限される。これにより「脳コンプライアンス」が高まる。このＩＣＰの状態は深刻である。

図４は、開示内容に係る脳腫脹を監視および判断するために使用される装置の例を示している。本実施形態においては、コントローラ１００は少なくとも一つのトランスデューサ（例えば二つの超音波トランスデューサ１０ａ、１０ｂ）と接続されている。超音波トランスデューサ１０ａ、１０ｂは、患者の頭蓋骨の側面に隣接するように装着あるいは配置可能とされうる。超音波トランスデューサ１０ａ、１０ｂは、様々な角度で様々な頭蓋内の深さに超音波を発信し、超音波を受信するためのものである。あるいは、少なくとも一つの超音波トランスデューサ１０ａ、１０ｂが額に配置されうる。額は、装着と発信が毛髪によって妨げられない場所である。額への装着には、接着剤付きのトランスデューサが使用されうる。接着剤を用いて額に装着することにより、ユーザによる入力や変化の除去を助けうる。具体的には、少なくとも一つのトランスデューサ１０ａ、１０ｂは、ユーザの額に直接貼り付けられたときに頭蓋内組織の最適な領域を観測するように構成されうる。図８Ａに示されるように、装着構造は、独立したストラップ１０ｓとして構成されうる。ストラップ１０ｓは、弾性を有するバンドや同様の機械的装着装置として構成されうる。装着構造は、トランスデューサ１０ｃが位置決めされた状態を比較的長い時間（必要であれば複数の日にわたって）維持できるように構成されうる。図８Ｂに示されるように、装着構造は、接着部１０ｆとして構成されうる。接着部１０ｆは、接着性化学材料として構成されうる。当該材料は、トランスデューサ１０ｃの装着面にコートされている。よって、接着部１０ｆは、患者の頭蓋、例えば患者の頭部における剃毛された部分に接着されうる。接着部１０ｆは、繊維、プラスチック、金属などからなりトランスデューサ１０ｃから延びるバンデージの形態をとりうる。接着部１０ｆは、トランスデューサ１０ｃが患者の頭に対して位置決めされた状態を比較的長い時間維持できるように構成されうる。

超音波トランスデューサ１０ａ、１０ｂは、ハードウェア接続（金属線、光ファイバなど）あるいは無線接続（ワイファイ、ブルートゥース技術などの無線周波数接続や無線通信プロトコル）によって、コントローラ１００と「通信可能に接続」されうる。実動作に際し、コントローラ１００は、一般的な超音波装置に内蔵されてもよいし、別体とされてもよい。コントローラ１００は、第一の脳組織部分の位置を第二の脳組織部分との関わりで取得、特定、および監視の少なくとも一つを行なうためのソフトウェアやハードウェアを備えている。当該ソフトウェアとハードウェアの少なくとも一方は、第一目標組織の位置情報が取得された後、第二目標組織に係る位置情報と比較されるように構成されうる。経時変化が心周期と一致する予期された脈動を当該情報が示している場合、コントローラ１００は、脳が正常かつ膨張可能であると判断する。当該情報が呼吸周期に一致する膨張を示している場合、コントローラ１００は、脳内の静脈圧が頭蓋内圧を上回っている（仰向けの患者においては正常）と判断する。位置の経時変化が加速度計による頭蓋の位置と姿勢の少なくとも一方の監視結果に対応していることを当該情報が示している場合、コントローラ１００は、脳が正常にＣＳＦ内に浮かんでいると判断する。当該情報が進行性の経時変化を示している場合、コントローラ１００は、脳が膨張していると判断する。減少的な経時変化あるいは一運動周期後に相対運動がないことを当該情報が示している場合、コントローラ１００は、脳が膨張しており、かつＩＣＰが近々亢進すると判断する。コントローラ１００がＩＣＰの亢進を判断すると、モニタ装置１０２あるいは遠隔アラーム装置１０３を介して情報が医療従事者に提供されうる。これにより、医療従事者は患者のＩＣＰが亢進しそうだという事を知らされる。モニタ装置１０２は、有線接続か無線接続を介してコントローラ１００に内蔵あるいは装着されうる。同様に、アラーム装置１０３も有線接続か無線接続を介してコントローラ１００に装着されうる。あるいは、アラーム装置１０３は、携帯電話などの遠隔通信装置でありうる。また、コントローラ１００は、サーバに情報を提供し、当該情報を管理するとともに様々な受信機（例えば携帯電話、タブレット、コンピュータなどの形態をとるアラーム装置１０３）と通信するように構成されうる。情報を最適管理するとともに特定の遠隔装置に提供するために、様々なアプリケーションが実行されうる。

なお、開示の対象においては、超音波トランスデューサ１０ｃ（別方式のトランスデューサでもよい）から所望の分解能を得るために無線周波数位相復調が使用されうる。分解能は、例えば、脳組織内における０．１μｍの変位が測定されうる程度とされうる。

また、コントローラ１００は、他のセンサと接続されうる。これにより、脳組織の自身に対する位置関係のより正確な判断が可能になる。すなわち、膨張を判断するために第一目標脳組織の第二目標脳組織に対する位置変化量が判断される。例えば、加速度計１０７が患者の頭と胸（胸骨上）の少なくとも一方に装着されうる。これにより、これら二つの身体部位の位置と動きが監視される。動きは、当該二つの脳組織の位置関係あるいは心臓の右心房と目標脳組織の高度差をより良好に計算するために使用されうる。計算結果は、圧力基準として使用される。より具体的には、頭蓋と胸骨上に配置された加速度計１０７は、右心房と測定対象の身体部位（頭蓋や脳など）との相対高度差を判断するために使用されうる。加えて、呼吸センサと肺センサの少なくとも一方がコントローラ１００に装着されうる。これにより、呼吸機能情報と肺機能情報の少なくとも一方が、二つの目標脳組織の位置関係をより良好に計算するために、そしてより良好に膨張の存在を知るために使用されうる。例えば、呼吸センサと肺センサの少なくとも一方は、加速度センサ１０７とＥＣＧセンサ１０５のいずれかと組み合わせられうる。近年、超小型回路パッチが利用可能になっている。超小型回路パッチは、小さな絆創膏のようにユーザの頭部に装着され、当該頭部の加速度（特にスポーツ活動中）をリアルタイム監視するために加速度データを無線送信する。加速度計１０７もまた、そのような超小型回路を備えるように構成されうる。加えて、脳組織の膨張は比較的小さく、解剖学的ジオメトリは患者間で大きく相違するため、膨張に係る位置測定と計算の精度を向上させるためにベースラインデータの使用が助けになりうる。例えば、頭蓋と脳の位置データを含むベースラインデータは、アスリートについて収集されることがある。この種のベースライン情報は、開示の対象に係るシステム／装置１によって利用されうる。これにより、ベースライン情報を利用可能な特定の患者に対する動作の精度が上がる。

図５は、患者の頭蓋内組織変位（単位μｍ）の経時変化を当該患者の心電図（ＥＣＧ）トレースに重ねたグラフを示している。このグラフにおいては、当該患者の頭部は不動であり、当該頭部の動きを記録する加速度計１０７は、この期間において頭蓋に動きは無かったと判断している。超音波トランスデューサは、頭蓋の側頭領域の隣接するように配置され、当該頭蓋内の組織の位置と動きの経時変化を記録する。このグラフにおいて、頭蓋内組織の動きの経時変化は、略正弦波形状の濃い線によって示されている。当該患者のＥＣＧは、超音波トランスデューサに係る結果が記録されると同時に取得され、当該結果に重ねてプロットされている。得られたグラフは、患者の心機能と頭蓋内組織の動きに係る独特の関係、および脳（および他の頭蓋内組織）の自然脈動が生じている様を示している。組織の動きに対する心機能の関係を理解することにより、心機能のみに起因する動きを補正し、ＩＣＰ亢進の前兆となるタイプの組織膨張に起因する頭蓋内組織の動き（あるいは位置）の計算あるいは判断をより正確にできる。

図６ａと図６ｂは、μｍ単位の組織変位の経時変化をプロットして脳の動きの心周期（図６ａ）と呼吸周期（図６ｂ）を示しているグラフである。図６ａと図６ｂにおける黒い点は、ＥＣＧ−ＱＲＳのタイミングを表している。組織の動きに対する心機能と呼吸機能の双方の関係を理解することにより、ＩＣＰ亢進の前兆となるタイプの組織膨張に起因する頭蓋内組織の動き（あるいは位置）を計算あるいは判断しようとする際に、各タイプの動きを補正できる。また、これらの動きは、細静脈／静脈圧とＩＣＰの間の関係、ならびに収縮期および拡張期の動脈圧（ＤＢＰ、ＳＢＰ）とＩＣＰの間の関係を推測するために使用されうる。例えば、ＩＣＰがＳＢＰとＤＢＰの間の値まで亢進すると、変位脈動と差分変位（歪み）脈動の双方が、ＩＣＰがＤＢＰを下回っているときよりも大きくなる。拡張期において動脈と細動脈が潰れるからである。ＩＣＰがＳＢＰを上回ると、脈動は収まる。

脳組織を含む頭蓋内組織は、自然な脈動を呈する。直立した正常な人の場合、心臓の動きは約２０μｍであり、約２０μｍの呼吸運動が重畳している。当該運動は、プレスチモグラフ法によって一般的に確認される重複波を含む。重複波の存在は相対血管収縮を示し、この波の消失は相対血管拡張を示す。中心静脈圧は、心臓の上方にある頭の高さよりも小さいため、直立した人の呼吸運動は、呼吸に伴う心拍出量の変化に起因する傾向にある。仰向けの人の場合、心拍出要素とは異なるフェーズの付加的呼吸要素が存在しうる。この運動は両側性であるため、複数の脳室が拡張する。

図６ａと図６ｂに示されるように、脳（および他の頭蓋内組織）は、心周期および呼吸周期に伴って伸縮する。しかしながら、脳の体積は頭蓋骨（および上述の通りテザー点など）によって制限される。脳などの頭蓋内組織の膨張あるいは膨張により、脳室は圧縮される。脳は、心周期ごとに内側、後方、および尾方へ動かされる。多くの場合において頭蓋内圧の亢進原因となる頭蓋内組織の膨張を判断するための監視システムは、これらの動きに基づく。

図７は、超音波トランスデューサあるいはスキャンヘッドの断面を二つのグラフとともに示している。当該グラフは、トランスデューサ１０ｃから離れる向き（上のグラフ）とトランスデューサ１０ｃに近づく向き（下のグラフ）の二方向への脳膨張を示している。これらグラフから判るように、頭蓋骨内の様々な組織の動きは脈動性であり、患者の心機能と呼吸機能が監視されていれば予測可能である。この画像においては、赤と青のボクセル枠の間を横に延びる明るい像として大脳鎌の反射像が確認できる。なお、単一ビームトランスデューサは、単一のビームを出射する単一の素子でありうる。スキャンヘッドは、複数のビームを異なる方向に向けることが可能であり、二次元平面（あるいは三次元空間）からデータを収集して二次元画像を形成する。スキャンヘッドが使用される場合、スキャンヘッド１０ｃから出射された複数の超音波ビームパターンがアレイ状に表示される。

図９は、開示対象の一実施形態に係る頭蓋内圧を検出するシステム／装置１を模式的に示している。システム／装置１は、スキャンヘッド、超音波トランスデューサ装置、光トランスデューサ装置、インピーダンストランスデューサ装置などのトランスデューサ１０ｃを備えうる。トランスデューサ１０ｃは、コントローラ１００と通信可能に電気的接続あるいは無線接続される。超音波などによる撮像装置１０９も同様にコントローラ１００と接続されうる。撮像装置１０９は、少なくとも一つのセンサ１０ｃから情報を取得し、当該情報に対して操作や演算を行ない、当該情報をコントローラ１００に送信するように構成されうる。システム／装置１は、患者の例えば頭部と胸骨に配置される複数の加速度計１０７を備えうる。加速度計１０７は、コントローラ１００と通信可能であり、当該患者の位置、動き、および姿勢に係る情報をコントローラ１００に中継する。ＥＣＧ装置１０５も有線または無線でコントローラ１００と接続されうる。ＥＣＧ装置の分野では周知のように、ＥＣＧ装置１０５は、患者の心機能に係る情報（心周期情報を含む）を取得・送信するための複数のセンサ１０５ｓを備えている。アラーム装置１０３は、コントローラ１００用のモニタスクリーンの形態をとりうるが、ユーザが持ち運んで所望の場所に設置できる独立した装置でもありうる。実際のアラームは、当該モニタ向けの情報でありうるが、患者の状態をユーザに伝える（例えば患者の頭蓋内圧が亢進しそうである場合、警戒させる情報をユーザに提供する）可視覚的、可聴覚的、あるいは可知覚的なアラーム機構でもよい。

実施形態の例を参照しつつ開示の対象について詳細に説明してきたが、発明の趣旨を逸脱しなければ様々な変更がなされうること、および等価物が採用されうることは、当業者にとって明らかである。背景技術の説明において参照した関連文献の全ては、本明細書の一部を構成するものとして援用される。

Claims (29)

1. 患者の頭蓋内圧の亢進を予測する方法であって、
   トランスデューサを頭蓋骨に隣接するように配置し、
   第一組織部分の位置と動きの少なくとも一方を、前記トランスデューサによって受信された情報に基づいて判断し、
   前記第一組織部分の位置と動きの少なくとも一方に基づいて、頭蓋内圧の亢進を予測する、
   方法。
2. 前記判断に際しては、第二組織部分の位置と動きの少なくとも一方に対する前記第一組織部分の位置と動きの少なくとも一方を、前記トランスデューサによって受信された情報に基づいて判断し、
   前記予測に際しては、第二組織部分の位置と動きの少なくとも一方に対する前記第一組織部分の位置と動きの少なくとも一方に基づいて、頭蓋内圧の亢進を予測する、
   請求項１に記載の方法。
3. 前記配置に際しては、弾性バンドと接着剤の一方を用いて前記トランスデューサを固定することにより、当該トランスデューサによる長期間の監視が可能とされる、
   請求項１に記載の方法。
4. 前記患者の脳潅流における脳動脈脈動機能を評価し、
   前記患者の脳潅流における呼吸機能を評価する、
   請求項１に記載の方法。
5. 前記患者の呼吸周期に関連する脳循環情報を取得し、
   前記患者の心臓の心周期に関連する脳動脈脈動情報を取得し、
   前記患者の心臓の右心房の基準となる中心静脈圧（ＣＶＰ）についての情報を取得し、
   前記患者の心臓の右心房と脳の高さの差を取得し、
   前記ＣＶＰおよび高さとともに前記呼吸情報と前記脈動情報を使用して前記第一組織部分の位置と動きの少なくとも一方を計算する、
   請求項１に記載の方法。
6. 前記患者の呼吸機能に関連する呼吸情報を取得し、
   前記患者の心機能に関連する脈動情報を取得し、
   並進加速度と回転加速度を含む頭蓋の動きについての情報を取得し、
   前記呼吸情報と前記脈動情報を用いて呼吸性の組織の動き、脈動性の組織の動き、または加速性の組織の動きが脳膨張または脳室拡張によって抑制されているかを判断する、
   請求項１に記載の方法。
7. 前記頭蓋内圧の亢進の予測は、前記第一組織部分の動きが小さくなっているという情報に基づいて行なわれる、
   請求項６に記載の方法。
8. 前記頭蓋内圧の亢進の予測は、前記第一組織部分の動きが小さくなっているという情報に基づいて行なわれる、
   請求項１に記載の方法。
9. 前記患者の胸骨と頭部の少なくとも一方に加速度計を配置し、
   前記患者の心臓の右心房と前記患者の脳の相対高度を判断する、
   請求項１に記載の方法。
10. 前記加速度計から受け付けた情報を使用して前記第一組織部分の動きが脳膨張あるいは前記患者の頭部と胴の動きや高さに起因しているかを判断する、
    請求項９に記載の方法。
11. 前記第一組織部分は、第一脳組織部分であり、前記第二組織部分は、当該第一脳組織部分とは異なる第二脳組織部分である、
    請求項２に記載の方法。
12. 前記トランスデューサは、超音波スキャンヘッドトランスデューサである、
    請求項１に記載の方法。
13. 前記トランスデューサは、光トランスデューサとインピーダンストランスデューサのいずれかである、
    請求項１に記載の方法。
14. 前記患者の心機能に関連する動脈脈動情報を取得し、
    脳潅流圧を測定し、
    差動脈動が停止し、かつ前記脳潅流圧が負の値をとるとき、前記頭蓋内圧が亢進しているとして前記患者を扱う、
    請求項１に記載の方法。
15. 前記予測に際しては、頭蓋内構造の体積の増大または頭蓋内圧の亢進を、前記第二組織部分に対する前記第一組織部分の動きが減少しているという情報に基づいて予測する、
    請求項２に記載の方法。
16. 前記予測に際しては、頭蓋内構造の体積の増大または頭蓋内圧の亢進を、前記第二組織部分に対する前記第一組織部分の動きが減少しているという情報に基づいて予測する、
    請求項１に記載の方法。
17. 患者の頭蓋内圧の亢進を予測する装置であって、
    前記患者の頭部に装着されるように構成されているトランスデューサと、
    モニタとアラーム装置の少なくとも一方と、
    前記トランスデューサおよび前記モニタとアラーム装置の少なくとも一方と通信可能に接続されており、第二組織部分の位置と動きの少なくとも一方に対する第一組織部分の位置と動きの少なくとも一方に関連する情報を前記トランスデューサから受け付けるように構成されているコントローラと、
    を備えており、
    前記コントローラは、前記第二組織部分に対する前記第一組織部分の動きが減少しているという情報に基づいて、前記患者の頭蓋内構造の体積または頭蓋内圧の亢進を予測するように構成されており、
    前記コントローラは、前記患者の頭蓋内構造の体積または頭蓋内圧の亢進が予測された場合、前記モニタとアラーム装置の少なくとも一方へ信号を出力するように構成されている、
    装置。
18. 前記トランスデューサは、超音波スキャンヘッドトランスデューサである、
    請求項１７に記載の装置。
19. 前記コントローラと通信可能に接続されており、前記患者の胸部と頭部の少なくとも一方に装着されるように構成されている少なくとも一つの加速度計を備えている、
    請求項１７に記載の装置。
20. 前記コントローラは、前記少なくとも一つの加速度計から情報を受け付け、前記第一組織部分の動きが脳膨張に起因しているのか前記胸部と頭部の少なくとも一方の動きに起因しているのかを判断するために当該情報を使用するように構成されている、
    請求項１９に記載の装置。
21. 前記コントローラと通信可能に接続されており、前記患者の呼吸機能を判断するように構成されている呼吸センサを備えている、
    請求項１７に記載の装置。
22. 前記コントローラと通信可能に接続されており、前記患者の心機能を判断するように構成されている心臓センサを備えている、
    請求項１７に記載の装置。
23. 前記コントローラと通信可能に接続されており、前記患者の呼吸機能に関連する呼吸情報を取得するように構成されている呼吸センサと、
    前記コントローラと通信可能に接続されており、前記患者の心機能に関連する心臓情報を取得するように構成されている心臓センサと、
    を備えており、
    前記コントローラは、前記第一組織部分の位置と動きの少なくとも一方を計算するために前記呼吸情報と前記心臓情報を使用するように構成されている、
    請求項１７に記載の装置。
24. 前記第一組織部分は第一脳組織部分であり、前記第二組織部分は当該第一脳組織部分とは異なる第二脳組織部分である、
    請求項１７に記載の装置。
25. 患者の頭蓋内血液と液体の体積の正常変化と異常変化を判断する方法であって、
    前記患者の頭部に装着されるように構成されているトランスデューサと、当該トランスデューサから信号を受信するように構成されているコントローラと、モニタおよびアラーム装置の少なくとも一方とを用意し、
    前記トランスデューサからの信号を用い、前記コントローラにより実行される計算プロトコルを通じて頭蓋内組織点の速度を取得し、
    前記頭蓋内組織点の速度を、当該頭蓋内組織点に係る既知の速度と前記コントローラ内に保存されている他の頭蓋内組織点の速度の一方と比較し、
    前記頭蓋内組織点の速度の比較結果に基づいて、前記頭蓋内血液と液体の体積の正常変化と異常変化を特定する、
    方法。
26. 繰り返し変化する前記頭蓋内組織点の少なくとも一つの速度成分が周波数として測定され、
    前記周波数が前記患者の心拍数または当該心拍数の倍数に等しい場合、前記頭蓋内組織点の速度に関連するデータを調節する、
    請求項２５に記載の方法。
27. 前記周波数が０．５Ｈｚと５Ｈｚの間である場合、潅流の変化を示す、
    請求項２６に記載の方法。
28. 繰り返し変化する前記頭蓋内組織点の少なくとも一つの速度成分が周波数として測定され、
    前記周波数が前記患者の呼吸数に等しい場合、前記頭蓋内組織点の速度に関連するデータを調節する、
    請求項２５に記載の方法。
29. 繰り返し変化する前記頭蓋内組織点の少なくとも一つの速度成分が周波数として測定され、
    前記周波数が０．２Ｈｚと０．５Ｈｚの間である場合、頭蓋内圧の亢進に起因する静脈潅流と静脈虚脱の一方の変化を示し、
    前記周波数が０．１Ｈｚを下回っている場合、前記患者の脳脊髄液が脳室から大後頭孔を通じて脊柱へ排出されている可能性を示す、
    請求項２５に記載の方法。

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