JP2020536639A - 統合レベル基準を備えた圧力センサー - Google Patents

Abstract

ハウジング、及び、患者測定部位に取り付け可能なハウジングに取り付けられた圧力検出チップを備える、患者測定部位における患者のための血圧測定装置が開示される。圧力検出チップは、圧力変換部材を含み得る。圧力検出チップは、（１）圧力変換部材の第１の側で圧力変換部材に対して患者の血液によって加えられる圧力、及び、（２）患者の心臓レベルと、圧力変換部材の第２の側で圧力変換部材に対して適用される血圧測定点との間の高低差にわたって重力によって発生する圧力に基づいて患者の血圧を測定するように構成され得る。

Description

本発明の実施形態は、血圧を測定するための方法、装置及びシステムに関する。

現在、患者の血圧及び血圧波形を測定するための多くの異なるタイプの圧力センサー構成がある。

一例として、使い捨て圧力トランスデューサ（ＤＰＴ：Ｄｉｓｐｏｓａｂｌｅ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）は、動脈及び他のカテーテルと共に使用することができる。それは、低忠実度、低コスト、使い捨ての圧力センサーである。ＤＰＴハウジングは、ＩＶポールに取り付けられ、長いチューブを介してカテーテルに接続する。ハウジングは、センサーの上流で一定の圧力を維持することによって、圧力センサーを開いた状態に維持するフロースルーデバイスである。さらに、センサーを介して患者に流体を付加したり、患者から流体を引き出したりすることができる。ＤＰＴは、室内の大気圧を基準に測定する差圧センサーである。カテーテルと患者の心臓との間の高低差（重力）によって生成される圧力を補償するために、ＤＰＴは、患者の心臓レベル（高さ）でＩＶポールに配置される。

別の例として、指カフ圧力センサーを使用して、ボリュームクランプカフ内の空気システムで生成された圧力を測定することができる。これは、部屋の大気圧と比較してボリュームクランプカフ内の気圧を測定する一般的な空気圧センサーである。このセンサーは、手首ユニット内に配置することができる。

第２の圧力センサーであるハートリファレンスセンサー（ＨＲＳ）を指カフシステムと併用して、患者の指と心臓との間の高低差によって生じる圧力を補償することができまる。ＨＲＳは、患者の心臓レベルにあるオイルで満たされたブラダー（袋）を、オイルで満たされたチューブを通して患者の指又は手首ユニットにある圧力センサーに接続する。患者の心臓レベルと指レベル（高さ）の間に重力によって発生する圧力は、ＨＲＳによって測定され、システムのデータ処理ソフトウェア／アルゴリズムのカフ圧力センサーから差し引かれる。

ＤＰＴの強みは、低コストと高いモジュール性であり、長いチューブとルアー継手を介して、様々なカテーテルに簡単に接続することができる。ＤＰＴの２つの主な欠点は、チューブによるデータ損失と、患者の心臓をＩＶポールに置いてＤＰＴを水平にするプロセスである。長いチューブは、機械的共振によりノイズとアーチファクトを引き起こす。これらの影響を除去するために、センサーのデータをフィルターに掛けることができるが、これにより、データ信号から重要な高周波情報も取り除く。血圧波形は、多くの場合、一回拍出量変動や心拍出量などの血行力学的及び生理学的パラメータを計算するアルゴリズムを使用してリアルタイムで処理される。情報が失われると、アルゴリズムの収束が遅くなり、アルゴリズムが不整脈やその他の影響のある患者を追跡できなくなる。さらに、心臓レベルシステムは、臨床医のワークフローに作業を追加し、患者の動きを追跡しない。

一方、指カフシステムは、２つの圧力センサーを使用し、結果を組み合わせて、患者の心臓レベルと大気圧によって補償される血圧を測定する。２つのセンサーを使用すると、費用がかかり、製造が複雑になる。

従って、改善された血圧測定装置が必要とされている。

本発明の実施形態は、ハウジング、及び、患者測定部位に取り付け可能なハウジングに取り付けられた圧力検出チップを備える、患者測定部位における患者のための血圧測定装置に関連し得る。圧力検出チップは、圧力変換部材を含み得る。圧力検出チップは、（１）圧力変換部材の第１の側で圧力変換部材に対して患者の血液によって加えられる圧力、及び、（２）患者の心臓レベル（高さ）と、圧力変換部材の第２の側で圧力変換部材に対して適用される血圧測定点との間の高低差にわたって重力によって発生する圧力に基づいて患者の血圧を測定するように構成され得る。

本発明の一実施形態による、例示的な血圧測定装置を示すブロック図である。 本発明の一実施形態による、例示的な血圧測定装置の断面図である。 本発明の実施形態を利用することができる例示的な血圧測定システムを示す図である。 本発明の一実施形態による、単一の血圧測定装置を利用して血圧を測定するための例示的な方法を示すフローチャートである。

本発明の実施形態は、ハウジング、及び、患者測定部位に取り付け可能なハウジングに取り付けられた圧力検出チップを備える、患者測定部位における患者のための血圧測定装置に関連することができる。圧力検出チップは、圧力変換部材を含み得る。圧力検出チップは、（１）圧力変換部材の第１の側で圧力変換部材に対して患者の血液によって加えられた圧力、及び、（２）患者の心臓レベル（高さ）と、圧力変換部材の第２の側で圧力変換部材に対して適用される血圧測定点との間の高低差にわたって重力によって発生する圧力に基づいて患者の血圧を測定するように構成され得る。

圧力変換部材は、ピエゾ抵抗歪みセンサーを含む膜を含み得、それにより、膜に当接する患者の血液が、ピエゾ抵抗歪みセンサーの抵抗の変化として測定され、患者の血圧を測定するために圧力検出チップによって測定される膜の変形をもたらす。通常は約１０６０ｋｇ／ｍ^３である、血液と同じ密度の任意の液体は、圧力変換部材の第２の側に当接する測定液体として使用されて、患者の心臓レベル（高さ）と血圧測定点との間の高低差にわたって重力によって発生する圧力を補償する。血液と同じ密度の任意の液体は、重力によって発生する圧力を圧力変換部材に正しく伝達し、この液体が不活性で生体適合性であることが一般的に好ましい。オイル又は任意の適切な液体を利用することができることを理解されたい。

図１を参照すると、本発明の一実施形態による、例示的な血圧測定装置１００を示すブロック図が示されている。血圧測定装置１００は、ピエゾ抵抗歪みセンサーを含み得る圧力変換部材１１０を備え得る。圧力変換部材は、変形可能な膜であってもよい。血圧支持媒体１３０は、膜の第１の側へのアクセスが可能であってもよく、心臓レベル周囲圧力支持媒体１４０は、第１の側と反対の膜の第２の側へのアクセスが可能であってもよい。従って、膜は、血圧支持媒体１３０及び心臓レベル周囲圧力支持媒体１４０の共同の影響下で変形し得る。換言すれば、心臓レベルと血圧支持媒体の膜高さとの間の高低差にわたって重力によって発生する圧力によって引き起こされる膜への影響は、心臓レベル周囲圧力支持媒体によって引き起こされる膜への影響によって相殺されてもよい。その結果、膜の変形の程度は、患者の血圧のみの関数であり、重力によって発生する圧力とは無関係である。

ピエゾ抵抗歪みセンサー１１０の抵抗は、膜の変形の関数である。従って、患者の血圧は、ピエゾ抵抗歪みセンサー１１０における抵抗の測定を通じて間接的に測定され得る。抵抗測定回路１２０を利用して、ピエゾ抵抗歪みセンサーの抵抗を測定することができる。一実施形態では、抵抗測定回路１２０は、ホイートストンブリッジ回路を含むことができる。抵抗測定回路１２０の出力信号は、出力信号を処理し、患者の血圧を決定し、臨床医に患者の血圧を表示する圧力検出データ処理モニターに入力されてもよい。

一実施形態では、圧力変換部材−ピエゾ抵抗歪みセンサー１１０及び抵抗測定回路１２０は、シリコン圧力検出チップに組み込むことができる。

図２を参照すると、本発明の一実施形態による、例示的な血圧測定装置２００の断面図が示されている。血圧測定装置２００は、変形可能膜２０５を含み得る。ピエゾ抵抗歪みセンサーを利用して、膜の撓み（偏位）を測定することができる。ピエゾ抵抗効果は、機械的歪みが加えられたときの半導体又は金属の電気抵抗率の変化である。一実施形態では、膜の撓み（偏位）の関数として変化するピエゾ抵抗センサーの抵抗は、ホイートストンブリッジ回路を利用して測定することができる。従って、膜２０５にわたる圧力差は、膜２０５の変形をもたらし、これは、シリコン圧力検出チップ２１０によるピエゾ抵抗歪みセンサーにおける抵抗の変化に基づいて測定することができる。

特に、圧力検出チップ２１０は、圧力変換膜２０５（例えば、ピエゾ抵抗歪みセンサーを利用する変形可能な膜２０５）を含み、圧力検出チップ２１０は、膜の撓み（偏位）を測定する。圧力検出チップ２１０は、血圧支持媒体２２０、例えば、血液又は空気が、圧力変換膜２０５の第１の側にアクセスし、心臓レベル周囲圧力支持媒体２２５が、膜２０５の第２の側（第１の側の反対）にアクセスすることを可能にするプラスチックのハウジング２１５にパッケージされ得る。

一実施形態では、ハウジング２１５は、共に取り付けられ、圧力検出チップ２１０の周りのシリコーンガスケット２３０で封止される２つの部品から作製されてもよい。血圧側（例えば、第１の側）は、圧力測定装置２００がカテーテルに取り付けられて患者の血圧に曝されると、空気がハウジング内のミシン目２５５を介して圧力検出領域から逃れることを可能にするシリコーンプラグ又はシール２３５（例えば、シリコーンガスケット、排気口、及び、ワイヤストレインリリーフ）を含み得る。従って、一実施形態では、血圧測定装置２００は、カテーテル又は別の適切な測定部位に取り付けられ得る。心臓レベル側（例えば、第２の側）は、液体充填チューブ２４０と、液体充填チューブを閉じるための密封ポート２４５（例えば、シリコーン又はバイトンプラグ）との接続を含み得る。説明したように、オイル又は任意の適切な液体を利用することができることを理解されたい。電気接続は、ワイヤ２５０を介して圧力検出チップ２１０に直接行うことができる。ワイヤ２５０は、圧力検出領域の外側のコネクタで圧力検出チップ２１０に接続することができ、圧力検出チップ２１０から圧力検出データ処理モニター（例えば、ケーブルを介して）への直接電気接続を可能にすることができる。

従って、圧力検出チップ２１０は、（１）膜２０５の第１の側で膜２０５に対して患者の血液によって加えられる圧力、及び、（２）患者の心臓レベルと、膜２０５の第２の側で膜２０５に対して適用される血圧測定点との間の高低差にわたって重力によって発生する圧力に基づいて患者の血圧を測定するように構成され得る。

図３を参照すると、本発明の実施形態を利用することができる例示的な血圧測定システム３００を示す図が示されている。血圧測定システム３００は、血圧測定装置２００及び圧力検出データ処理モニター３１０を備える。圧力検出データ処理モニター３１０は、血圧測定装置２００が出力する信号を受信し、血圧測定装置２００から受信した信号に基づいて患者の血圧を決定し、患者の血圧を臨床医に表示することができるようにする適切なハードウェア又はハードウェアとソフトウェアとの適切な組合せを含むことができる。

図４を参照すると、本発明の一実施形態による、単一の血圧測定装置を利用して血圧を測定するための例示的な方法４００を示すフローチャートが示されている。ブロック４１０で、血圧支持媒体は、血圧測定装置の圧力変換部材の第１の側へのアクセスが可能とされ得、心臓レベル周囲圧力支持媒体は、第１の側の反対の圧力変換部材の第２の側へのアクセスが可能とされ得る。ブロック４２０で、圧力変換部材の変形の程度を測定することができる。圧力変換部材の変形の程度は、ピエゾ抵抗歪みセンサーを用いて電気的に測定することができる。ブロック４３０で、圧力変換部材の変形の程度に基づいて血圧を決定することができる。

従って、本発明の実施形態は、ＤＰＴシステムにおけるＤＰＴ圧力信号を低下させる長いチューブの必要性を排除する。これにより、アルゴリズムの収束が速くなり、その他の高解像度データの利点が得られる。さらに、それは、ケーブルを排除し、臨床医のセットアップを簡素化することで、手術室（ＯＲ）環境を簡素化する。さらに、本発明の実施形態は、必要な圧力センサーの数を２つから１つに減らすことによって、指カフシステムに関連するコストを削減する。

前述の本発明の態様は、プロセッサ、回路、コントローラ、制御回路などによる命令の実行と併せて実装することができることを理解されたい。一例として、制御回路は、プログラム、アルゴリズム、ルーチン、又は命令の実行の制御下で動作して、前述の本発明の実施形態による方法又はプロセス（例えば、図４の方法４００）を実行することができる。例えば、そのようなプログラムは、ファームウェア又はソフトウェア（例えば、メモリ及び／又は他の場所に格納される）で実装され得、プロセッサ、制御回路、及び／又は、他の回路によって実装され得、これらの用語は、互換的に利用される。さらに、プロセッサ、マイクロプロセッサ、回路、制御回路、回路基板、コントローラ、マイクロコントローラなどの用語は、本発明の実施形態を実行するために利用され得る、ロジック、コマンド、命令、ソフトウェア、ファームウェア、機能等を実行することができる任意のタイプのロジック又は回路を指すことを理解されたい。

本明細書に開示される実施形態に関連して説明される様々な例示的な論理ブロック、プロセッサ、モジュール及び回路は、汎用プロセッサ、専用プロセッサ、回路、マイクロコントローラ、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）若しくは他のプログラマブルロジックデバイス、ディスクリートゲート又はトランジスタロジックのディスクリートハードウェア部品、又は、ここで説明する機能を実行するために設計されたそれらの組合せで実装又は実行され得る。プロセッサは、マイクロプロセッサ又は任意の従来のプロセッサ、コントローラ、マイクロコントローラ、回路、又は、状態機械であり得る。プロセッサはまた、コンピューティングデバイスの組合せ、例えば、ＤＳＰとマイクロプロセッサの組合せ、複数のマイクロプロセッサ、ＤＳＰコアと組み合わせた１つ以上のマイクロプロセッサ、又は、他のそのような構成として実装されてもよい。

本明細書に開示される実施形態に関連して説明される方法又はアルゴリズムの段階は、ハードウェア、プロセッサによって実行されるソフトウェアモジュール／ファームウェア、又は、それらの任意の組合せで直接具体化され得る。ソフトウェアモジュールは、ＲＡＭメモリ、フラッシュメモリ、ＲＯＭメモリ、ＥＰＲＯＭメモリ、ＥＥＰＲＯＭメモリ、レジスタ、ハードディスク、リムーバブルディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、又は、当該技術分野で知られている任意の他の形式の記憶媒体に属することができる。例示的な記憶媒体は、プロセッサが記憶媒体から情報を読み取り、記憶媒体に情報を書き込むことができるようにプロセッサに結合される。代替案として、記憶媒体は、プロセッサに統合されてもよい。

開示された実施形態のこれまでの説明は、当業者が本発明を作成又は使用することができるようにするために提供されている。これらの実施形態に対する様々な変更は、当業者には容易に明らかであり、本明細書で定義される一般的な原理は、本発明の精神又は範囲から逸脱することなく他の実施形態に適用され得る。従って、本発明は、本明細書に示される実施形態に限定されることを意図せず、本明細書に開示される原理及び新規の特徴と一致する最も広い範囲が与えられるべきである。

１００ 血圧測定支持媒体
１１０ 圧力変換部材、ピエゾ抵抗歪みセンサー
１２０ 抵抗測定回路
１３０ 血圧支持媒体
１４０ 心臓レベル周囲圧力支持媒体
２００ 血圧測定装置
２０５ 圧力変換膜
２１０ 圧力検出チップ
２１５ ハウジング
２２０ 血圧支持媒体
２２５ 周囲圧力支持媒体
２３０ シリコーンガスケット
２３５ ミシン目
２４０ 液体充填チューブ
２４５ シーリングポート
２５０ ワイヤ

Claims (20)

1. 患者測定部位に取り付けられた患者のための血圧測定装置であって、
   ハウジング、及び、
   前記患者測定部位に取り付け可能なハウジングに取り付けられた圧力検出チップであって、前記圧力検出チップが、圧力変換部材を含み、前記圧力検出チップが、前記圧力変換部材の第１の側部にある前記圧力変換部材に対して前記患者の血液によって加えられる圧力、及び、前記患者の心臓レベルと、前記圧力変換部材の第２の側にある前記圧力変換部材に対して適用される血圧測定点との間の高低差にわたって重力によって発生する圧力に基づいて前記患者の血圧を測定するように構成される、圧力検出チップ
   を備える、血圧測定装置。
2. 前記圧力変換部材が、ピエゾ抵抗歪みセンサーを含む膜を含み、それにより、前記膜に当接する患者の血液が、前記ピエゾ抵抗歪みセンサーの抵抗の変化として測定され、前記患者の血圧を測定するために前記圧力検出チップによって測定される前記膜の変形をもたらす、請求項１に記載の血圧測定装置。
3. 前記ピエゾ抵抗歪みセンサーにおける抵抗の変化が、ホイートストンブリッジ回路を用いて前記圧力検出チップによって測定される、請求項２に記載の血圧測定装置。
4. 前記圧力変換部材の第２の側に当接する測定液体としてオイルが使用されて、前記患者の心臓レベルと前記血圧測定点との間の高低差にわたって重力によって発生する圧力を補償する、請求項１に記載の血圧測定装置。
5. 血圧に一致する密度を有する液体が、前記圧力変換部材の第２の側に当接する測定液体として使用されて、前記患者の心臓レベルと前記血圧測定点との高低差にわたって重力によって発生する圧力を補償する、請求項１に記載の血圧測定装置。
6. 前記患者の血圧を測定するためにカテーテルに取り付けられたときに空気が前記圧力検出チップを取り囲む領域から逃れることができるように、前記圧力検出チップと前記ハウジングとの間に配置されたシリコーンプラグ又はシールをさらに備える、請求項１に記載の血圧測定装置。
7. 圧力検出領域の外側の前記圧力検出チップのコネクタから圧力検出領域の外側の圧力検出データ処理モニターへの直接的な電気接続のために前記圧力検出チップに接続可能なワイヤをさらに備える、請求項１に記載の血圧測定装置。
8. 患者の患者測定部位に取り付けられた血圧測定装置であって、前記血圧測定装置が、
   ハウジング、及び、
   前記患者測定部位に取り付け可能なハウジングに取り付けられた圧力検出チップであって、前記圧力検出チップが、圧力変換部材を含み、前記圧力検出チップが、前記圧力変換部材の第１の側にある前記圧力変換部材に対して前記患者の血液によって加えられる圧力、及び、前記患者の心臓レベルと、前記圧力変換部材の第２の側にある前記圧力変換部材に対して適用される血圧測定点との間の高低差にわたって重力によって発生する圧力に基づいて前記患者の血圧を測定するように構成される、圧力検出チップする
   を備える、血圧測定システム。
9. 前記圧力変換部材が、ピエゾ抵抗歪みセンサーを含む膜を含み、それにより、前記膜に当接する患者の血液が、前記ピエゾ抵抗歪みセンサーの抵抗の変化として測定され、前記患者の血圧を測定するために前記圧力検出チップによって測定される前記膜の変形をもたらす、請求項８に記載の血圧測定システム。
10. 前記ピエゾ抵抗歪みセンサーにおける抵抗の変化が、ホイートストンブリッジ回路を用いて前記圧力検出チップによって測定される、請求項９に記載の血圧測定システム。
11. 前記圧力変換部材の第２の側に当接する測定液体としてオイルが使用されて、前記患者の心臓レベルと前記血圧測定点との間の高低差にわたって重力によって発生する圧力を補償する、請求項８に記載の血圧測定システム。
12. 血圧に一致する密度を有する液体が、前記圧力変換部材の第２の側に当接する測定液体として使用されて、前記患者の心臓レベルと前記血圧測定点との高低差にわたって重力によって発生する圧力を補償する、請求項８に記載の血圧測定システム。
13. 前記患者の血圧を測定するためにカテーテルに取り付けられたときに空気が前記圧力検出チップを取り囲む領域から逃れることができるように、前記圧力検出チップと前記ハウジングとの間に配置されたシリコーンプラグ又はシールをさらに備える、請求項８に記載の血圧測定システム。
14. 圧力検出領域の外側の前記圧力検出チップのコネクタから圧力検出領域の外側の圧力検出データ処理モニターへの直接的な電気接続のために前記圧力検出チップに接続可能なワイヤをさらに備える、請求項８に記載の血圧測定システム。
15. 患者の患者測定部位で前記患者に血圧測定装置を取り付けることによる前記患者の血圧測定方法であって、前記方法が、
    圧力変換部材の第１の側で前記圧力変換部材に対して前記患者の血液によって加えられた圧力に基づいて前記患者の血圧を測定する段階と、
    前記患者の心臓レベルと、前記圧力変換部材の第２の側で前記圧力変換部材に対して適用される血圧測定点との間の高低差にわたる重力によって発生する圧力に基づいて前記患者の血圧を測定する段階と、
    を含む、血圧測定方法。
16. 前記圧力変換部材が、ピエゾ抵抗歪みセンサーを含む膜を含み、それにより、前記膜に当接する患者の血液が、前記ピエゾ抵抗歪みセンサーの抵抗の変化として測定され、前記患者の血圧を測定するために圧力検出チップによって測定される前記膜の変形をもたらす、請求項１５に記載の方法。
17. 前記ピエゾ抵抗歪みセンサーにおける抵抗の変化が、ホイートストンブリッジ回路を用いて前記圧力検出チップによって測定される、請求項１６に記載の方法。
18. 前記圧力変換部材の第２の側に当接する測定液体としてオイルが使用されて、前記患者の心臓レベルと前記血圧測定点との間の高低差にわたって重力によって発生する圧力を補償する、請求項１５に記載の方法。
19. 血圧に一致する密度を有する液体が、前記圧力変換部材の第２の側に当接する測定液体として使用されて、前記患者の心臓レベルと前記血圧測定点との間の高低差にわたって重力によって発生する圧力を補償する、請求項１５に記載の方法。
20. 圧力検出領域の外側の前記圧力検出チップのコネクタから圧力検出領域の外側の圧力検出データ処理モニターへの直接的な電気接続のために前記圧力検出チップに接続可能なワイヤをさらに備える、請求項１５記載の方法。

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