JP2021515604A

JP2021515604A - 末梢動脈疾患を決定するためのシステム及び使用方法

Info

Publication number: JP2021515604A
Application number: JP2020537513A
Authority: JP
Inventors: エイチキングデイビッド; グレイムテイラーマイケル; ケリーパトリック
Original assignee: Bluedop Medical Ltd
Current assignee: Bluedop Medical Ltd
Priority date: 2018-01-02
Filing date: 2018-01-02
Publication date: 2021-06-24
Anticipated expiration: 2038-01-02
Also published as: EP3735181C0; EP4434470A2; WO2019135096A1; US20230225712A1; US11607198B2; EP3735181B1; US20210030401A1; ES2979193T3; JP7534584B2; EP3735181A1

Abstract

末梢動脈疾患を決定するためのシステム及び末梢血管疾患の有無及び特定の血管セグメントにおける疾患の重症度を決定するための使用方法。末梢動脈疾患を決定するためのシステム及び使用方法は、直交検波ステレオオーディオのデジタル化バージョンを生成し、波形コンバーター及びプロセッサーにカップリング可能な連続波ドップラートランシーバーを含む。波形コンバータ及びプロセッサは、フィルタリング、時間領域から周波数領域への変換、ゲイン制御、及び変換されたドップラーステレオオーディオの統計加工を提供し、技術者に結果を提示するためにディスプレイに作動可能にカップリングされる。

Description

関係当事者殿：
以下は、末梢動脈疾患及び使用方法を決定するための新しくて有用なシステムを発明したことを知っておくこと。その仕様は次のとおりである。
発明者（ら）：
ＤａｖｉｄＫｉｎｇ、以下に居住する、英国の市民：
９ＨａｌｓｔｏｗＲｏａｄ
ＬｏｎｄｏｎＳＥ１０ＯＬＤ
ＧｒｅａｔＢｒｉｔａｉｎ
ＭｉｃｈａｅｌＧｒａｅｍｅＴａｙｌｏｒ、以下に居住する、英国の市民：
２９ＳｈｅａｒｍａｎＲｏａｄ
ＬｏｎｄｏｎＳＥ３９ＨＹ
ＧｒｅａｔＢｒｉｔａｉｎ
ＰａｔｒｉｃｋＫｅｌｌｙ、以下に居住する、英国の市民：
４６０１Ｓ．ＭｉｎｎｅｓｏｔａＡｖｅｎｕｅ
ＳｉｏｕｘＦａｌｌｓ，ＳＤ５７１０５
ＵｎｉｔｅｄＳｔａｔｅｓｏｆＡｍｅｒｉｃａ

（末梢動脈疾患を決定するためのシステムおよび使用方法）
（関連出願の相互参照）
この出願は、２０１５年１１月１８日に提出され、末梢動脈疾患を決定するためのシステム及び使用方法、との表題が付され、参照により本明細書に組み込まれる米国仮出願番号第６２／２５７，１９１号から優先権を主張する。

連邦政府による資金提供を受けた研究又は開発に関する声明
適用なし

共同研究契約
適用なし

発明者又は共同発明者による事前の開示に関する陳述
適用なし

（発明の背景）
（発明の分野）
本発明は、末梢血管疾患を決定し、血行力学的データを取得する方法に関し、より詳細には、末梢血管疾患の有無及び特定の血管セグメントにおける疾患の重症度を決定するための新しいシステムに関する。

（背景情報）
血行力学（又は血行力学）は、血流の流体力学である。循環システムは、油圧回路が制御システムによって制御されるのと同じように、恒常性メカニズムによって制御される。血行力学的反応は、身体とその環境の状態を継続的に監視して調整する。したがって、血行力学は、血管内の血流を支配する物理法則を説明する。血管は複雑であり、変化する条件下で血液が出入りする多くの方法があるため、関係は困難となり得る。

心臓は循環系のドライバーであり、リズミカルな収縮と弛緩を通して血液を送り出す。心臓からの血流速度（Ｌ／分で表されることが多い）は、心拍出量（ＣＯ）として知られている。

心臓から送り出される血液は、最初に体の最大の動脈である大動脈に入る。その後、次第に細い動脈、細動脈、そして最終的には毛細血管に分かれ、そこで酸素の移動が起こる。毛細血管は細静脈に接続し、血液は静脈のネットワークを通って右心に戻る。微小循環 −細動脈、毛細血管、及び細静脈− は、血管系のほとんどの領域を構成しており、細胞へのＯ_２、グルコース、及び酵素基質の移動の場所である。静脈系は、脱酸素された血液を右心に戻し、肺に送り込まれて酸素化され、ＣＯ_２や他のガス状の廃棄物が呼吸中に交換されて排出される。その後、血液は心臓の左側に戻り、そこで再びプロセスが始まる。

通常の循環器系では、毎分心臓に戻る血液の量は、毎分送り出される量（心拍出量）とほぼ同じである。このため、循環系の各レベルを横切る血流の速度は、主にそのレベルの合計断面積によって決まる。これは、数学的に次の方程式で表される。
ｖ＝Ｑ／Ａ
式中
ｖ＝速度（ｃｍ／ｓ）
Ｑ＝血流量（ｍｌ／ｓ）
Ａ＝断面積（ｃｍ^２）

循環中の血圧は、主に心臓のポンプ作用によるものである。心臓のポンプ作用により脈動性の血流が発生し、動脈に流れ、微小循環を通過し、最終的には静脈系を介して心臓に戻る。各心拍の間、全身の動脈血圧は、最高（収縮期）と最低（拡張期）の間で変化する。生理学では、これらは１つの値、平均動脈圧（ＭＡＰ）に単純化されることが多く、次のように計算される。
ＭＡＰ＝２／３（ＢＰ_ｄｉａ）＋１／３（ＢＰ_ｓｙｓ）
注：心臓は拡張期に心拍周期の３分の２を費やすため、ＢＰ_ｄｉａはより重く重み付けされる。
式中：
ＭＡＰ＝平均動脈圧
ＢＰ_ｄｉａ＝拡張期血圧
ＢＰ_ｘｙｚ＝収縮期血圧

狭窄（ｓｔｅｎｏｓｉｓ）は血管の異常な狭隘化（ｎａｒｒｏｗｉｎｇ）である。狭窄は、アテローム性動脈硬化症、糖尿病、虚血、石灰化、感染症、先天性欠損症、又は喫煙によって引き起こされることがある。閉塞（ｏｃｃｌｕｓｉｏｎ）は血管の封鎖（ｂｌｏｃｋａｇｅ）である。狭窄又は閉塞は、血管の血流を可能にする能力に影響を及ぼし、血流を制限又は遮断する可能性がある。

人間の平均余命が世界的に高まるにつれ、進行性動脈疾患の影響は高齢化人口の中でより明白になる。この疾患は一般に狭窄（局所的な断面動脈の狭窄）の形をとり、腸骨、大腿、膝窩、腓骨、脛骨、及び足の動脈などの血流に対する著しい抵抗を示し、跛行又は重症下肢虚血を引き起こす。狭窄が抵抗に及ぼす影響は非線形であり、狭窄が閾値を超えると症状が発生する。

狭隘化（ｎａｒｒｏｗｉｎｇ）が動脈断面を完全に覆い隠す場合、狭窄（ｓｔｅｎｏｓｉｓ）は閉塞になる。この場合、より小さな口径の動脈（側副）が血流を閉塞部を通過させ、しばしば閉塞部の下流の元の動脈経路に再結合する。実際、側副路は、狭窄の特殊なケースとしてモデル化することができる。内腔がより不明瞭になると、側副流も狭窄の周囲に発達し始めることに注意すべきである。以下では、狭窄又は閉塞は、文脈で許可されている場合は互換的に使用され、まとめて「疾患」又は「病変」と称する。

個々の病変の臨床的重要性を評価するために、局所的な血行力学的情報を取得する必要がある。

超音波ベースのドップラーシフトスペクトル分析と、連続波ドップラー及びデュプレックススキャンマシンを使用したイメージング技術により、速度と（後者の場合）流量データを、血管ネットワークの多くのアクセス可能な部分で非侵襲的に直接測定できる。同様に、磁気共鳴画像（ＭＲＩ）データから血流速度と流速を計算する手法が存在する（参照により本明細書に組み込まれる、‘Ｒｅａｌ−ｔｉｍｅｖｏｌｕｍｅｔｒｉｃｆｌｏｗｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓｗｉｔｈｃｏｍｐｌｅｘ−ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅＭＲＩ’ ＴｈｏｍｐｓｏｎＲＢａｎｄＭｃＶｅｉｇｈＥＲｉｎＭａｇｎｅｔｉｃＲｅｓｏｎａｎｃｅｉｎＭｅｄｉｃｉｎｅＶｏｌ５０，Ｉｓｓｕｅ６，Ｐａｇｅｓ１２４８−１２５５を参照）。ＭＲＩデータは血管ネットワークのすべての部分から取得できるが、そのいくつかは超音波スキャナーからアクセスできない。

（従来技術の説明）
末梢血管疾患（末梢動脈疾患、進行性動脈疾患、ＰＡＤ、閉塞性動脈硬化症、及び本明細書ではまとめてＰＡＤと称する）の存在と拡大を決定するための侵襲的及び非侵襲的技術の両方の使用は、先行技術で知られているさらに、速度又は流速波形から局所平均血圧を測定するための技法、及び狭窄の検出へのそれらの適用も知られている。例示的な例として、参照により本明細書に組み込まれる、２０１２年５月１７日に公開されたＫｉｎｇらの米国特許出願公開ＵＳ２０１２／０１２３２４６Ａｌを参照。

ＰＡＤは最初に脚と足にその影響を示すことがある。動脈の狭窄が進行し、血管が完全に閉鎖（閉塞）することがある。血管壁は弾力性が低下し、運動中などの必要なときに血流を増やすために完全に又はまったく拡張できなくなる。これは一般的な疾患であり、誰にでも発症する可能性があるが、５０歳以上の男性によく発症する。ＰＡＤは、世界で最も急速に成長している疾患プロセスの１つであり、世界中で２億人を超える人々に影響を与える可能性がある。ＰＡＤは一般人口の１２％から１４％に影響すると推定される。患者の大多数は無症候性であり（症状を示さない）、診断されていない。症状のある患者の場合、症状はしばしば１つの肢体に影響を及ぼし、運動により悪化し安静にすると緩和することがある脚の痛み（間欠性跛行）；安静時の脚または足のしびれ；冷たい脚や足、太もも、ふくらはぎ、足の筋肉痛。脚の色の変化；蒼白または青み（チアノーゼ）、肢体の弱い又は欠如した脈、または歩行／歩行異常として現れることがある。ただし、ＰＡＤの症状を示す患者の約３分の１は、医師に報告していないと推定されている。無症候性の症例と報告されていない症例の両方の結果として、患者のハイリスクグループは診断されておらず、治療を受けていないか、最適ではない治療を受けている。

ＰＡＤの診断に使用されるいくつかの現在利用されているモダリティがある。ＰＡＤは、足首と腕の血圧の異常な比率（足首／上腕指数又はＡＢＩ）によって明らかになる場合がある。上腕動脈（上腕の二頭筋に近い）から足首までの血圧の低下は、大動脈と足首の間の動脈の狭窄（狭窄）又は閉塞（封鎖（ｂｌｏｃｋａｇｅ））を示唆する。

ＡＢＩを決定するためのテストは、血圧計（血圧計のカフとゲージ）と、血流に関連する音波を検出するための聴診器又は連続波ドップラー超音波プローブで実行してもよい。収縮期圧は、各場所で決定され、比率の形で比較されてもよい。このテストは、医師のオフィス、研究室、又はフィールドでさえ実行してもよい。ただし、このテストを実行する医療関係者は、動脈の解剖学に関する基本的な知識を持っている必要があり、ＡＢＩテストを実行する方法について訓練を受けて、有効で再現性のある測定値が得られるようにする必要がある。したがって、医師に試験を行わせる必要はないが、熟練した人員が一般に必要とされる。

歴史的に、足首／上腕血圧指数（ＡＢＰＩ）は、下肢の臨床的に重要な末梢動脈疾患の便利な指標として使用されてきた。収縮期血圧は、ＣＷドップラー装置を動脈のすぐ下流の動脈に配置することで簡単に取得することができる。カフが動脈内の収縮期血圧と同じかそれを超えるまで膨張すると、ドップラーデバイスからのオーディオ信号が停止する。その正確な瞬間のカフ圧を記録することにより、動脈内収縮期圧はカフ圧に等しいと仮定される。腕と足首の血圧計カフが適用される。下肢に供給する動脈内に１つ又は複数の臨床的に重要な病変が存在する場合、足首／腕の収縮期圧の比率は、事前に設定された閾値を下回る。この測定は通常、安静時の仰臥位の被験者に対して行われる。

ＡＢＩは現在ＰＡＤの診断に使用されているが、すべてのＰＡＤ患者の３０％以上を占める石灰化糖尿病の病変（狭窄又は閉塞）では正確ではない。石灰化した病変は非圧縮性であるため、機能しない。足首に人為的に高い圧力を示し、誤ってＡＢＩを上昇させる。さらに、椅子に縛られた患者で適切に機能することは困難であり、足又は足首の創傷を持つ患者にとってしばしば痛すぎる。カフは痛みを伴うか、傷口に感染をもたらす可能性がある。

場合によっては、ＡＢＩをデュプレックス又はドップラー波形、あるいはその両方で使用して、これらの制限を克服しようとする。ただし、このような場合、一般に血管外科医や放射線科医が結果を解釈する必要があり、コストが大幅に増加し、意味のある検出の可用性が制限される。

遠位の循環系は、一連の動脈分岐から構成される。主要な通過血管における特徴的な安静時血流波形は、末梢から反射され、分岐部から再反射された血流波間の建設的な干渉によって支配される。これにより、本明細書では「Ｃノッチ」と称される、無病動脈系内のフロー波形形状に特有のノッチ（勾配方向の変化から、陰茎性切痕後の拡張期に発生する負から正への変化）が生ずる。近位疾患が存在する場合、建設的干渉は破壊的干渉に変わり、Ｃノッチが効果的に排除される。

これらの点で、本発明による末梢動脈疾患を決定するためのシステム及び使用方法は、従来技術の従来の概念及び設計から実質的に逸脱し、そうすることで、明確な表示を提供する目的で主に開発された装置を提供するＰＡＤの有無、及び診断テストを確実かつ繰り返し実行するために必要なトレーニングの量を大幅に削減する。

（発明の概要）
先行技術に現在存在する既知のタイプの血行力学的測定及びモニタリングシステム及び方法に固有の前述の欠点を考慮して、本発明は、末梢動脈疾患を決定するための新しいシステム及びその使用方法を提供し、分析に利用することができる。ＰＡＤの有無の明確な表示を提供するドップラー波形は、再現性と信頼性の高い方法で診断テストを実行するために必要なトレーニングの量を大幅に低減する。

これを達成するために、本発明は、概して、ドップラートランシーバー、波形変換器及びプロセッサ、並びにユーザーのために視覚的な結果を提供することからなるディスプレイを含む。

本発明の様々な実施形態及び実装が提供される。一実施形態又は実装で説明される制限は、そのように具体的に説明されない限り、必ずしも他の実施形態又は実装の制限ではないことに留意することが重要である。

一実施形態では、本発明を使用して試験を実行する人（特定のユーザのスキル又はトレーニングの程度に関係なく「技術者」と呼ばれる）は、連続波ドップラートランシーバを使用して、大腿、膝窩、腓骨、前脛骨、後脛骨又は足動脈などの問題のある血管を通して、血流のステレオオーディオを取得する。本発明は、従来のＡＢＩ試験の代替として大きな適用性を有するが、他の動脈構造及びフィステルを試験するためのより広い適用性も有することに留意することが重要である。また、技術者は、座位の患者、開いた傷のある患者、対象の血管の圧縮性又は非圧縮性が制限される可能性のある重大な石灰化の患者を含めた、圧力カフを必要とせずに対象の血管セグメントの血流のステレオオーディオを取得することに注意することが重要である。

さらなる実施形態では、連続波ドップラートランシーバは無線である。そのような実施形態では、連続波ドップラー送受信機は、オーディオ情報を波形変換器及びプロセッサに送信する。当業者は、オーディオ情報のフォーマットが、本発明の精神から逸脱することなく多くの形態を取り得ることを認識するであろう。しかしながら、伝送特性及び性能を改善し、伝送中の干渉の可能性を低減するために、この段階でオーディオ情報がデジタル化されることが好ましい。

さらなる好ましい実施形態では、ワイヤレスドップラートランシーバーによって生成されるドップラーステレオオーディオは、動く血液から受信されたドップラーシフト信号のベースバンド変換バージョンである。これは、直角位相検出によってワイヤレスドップラートランシーバー内で生成され、保存する動き（トランスデューサーに向かう方向と離れる方向）の方向性を可能にする。

さらに別の実施形態では、波形コンバータ及びプロセッサは、血流のステレオオーディオのデジタル化されたバージョンを受け取り、信号を加工してアーチファクトを低減する。

波形コンバータとプロセッサは、フィルタリング、時間領域から周波数領域への変換、ゲイン制御、変換されたドップラーステレオオーディオの統計加工を提供する物理デバイスである。これは、すべてのハードウェアソリューションとして、又はソフトウェア制御プロセッサを介して特定の機能を実装するハードウェアデバイスとして実装できる。また、少なくともこの例示的な実施形態の目的のために、波形コンバータ及びプロセッサは、ドップラーステレオオーディオの「リアルタイム」ビジュアルディスプレイに作動可能にカップリングされており、オーディオ自体が、オペレータが適切な血管と受信信号を最大化する。

少なくとも１つの実施形態では、加工は通常、以下を含むがこれに限定されない：
（ａ）一連の短いオーディオサンプルを取得すること；
（ｂ）サンプリングの「最終影響」を制限するためにデータに重みを付けること；
（ｃ）複素高速フーリエ変換を実行すること；
（ｄ）周波数値の係数を取得すること；及び
（ｅ）順方向信号と逆方向信号を表すために振幅値をスクランブル解除すること。

本明細書に広く記載されているシステムは、記載された発明を使用しないと正確かつ反復可能な方法で識別することができないであろうＣノッチの存在をオペレータが識別するのを助ける。オペレーターまたは患者の動きに起因する分析データの変動性を排除し、生理学的に正確な波形を表すデータのみを受け入れ、重複切痕が存在するデータを無視し、健康な患者の反射波を合計した結果の波形の特徴の欠落を特定して重要な疾患を特定するなど、いくつかの方法でオペレーターを支援する。

本明細書に広く記載されているシステムは、記載された発明を使用しないと正確かつ反復可能な方法で識別することができないであろうＣノッチの存在を識別する際にオペレーターを支援する。オペレーター又は患者の動きに起因する分析データの変動性を排除し、生理学的に正確な波形を表すデータのみを受け入れ、重複切痕が存在するデータを無視し、健康な患者の反射波を合計した結果の波形の特徴の欠落を特定することにより重要な疾患を特定するなど、いくつかの方法でオペレーターを支援する。

この点で、本発明の少なくとも１つの実施形態を詳細に説明する前に、本発明は、その適用において、構造の詳細及び以下の説明に記載又は図面で図示された構成要素の配置に限定されないことを理解されたい。本発明は、他の実施形態が可能であり、様々な方法で実践及び実施することができる。また、本明細書で使用される語法及び用語は、説明を目的とするものであり、限定と見なされるべきではないことを理解されたい。

したがって、当業者は、本開示の基礎となる概念が、本発明のいくつかの目的を実行するための他の構造、方法及びシステムの設計の基礎として容易に利用できることを理解するであろう。したがって、特許請求の範囲は、本発明の趣旨及び範囲から逸脱しない限り、そのような同等の構成を含むと見なされることが重要である。

（図面の簡単な説明）
以下の詳細な説明を検討すると、本発明がよりよく理解され、本発明の目的が明らかになるであろう。そのような説明は、添付の図面を参照する。

図１は、本発明の実施形態の概略機能ブロック図表現である。図２は、名目上の健康な患者のＣノッチを伴う例示的な波形の概略図である。図３は、重篤な疾患を示す例示的な波形の概略図である。図４は、使用中の本発明の実施形態の概略図である。

（好ましい実施形態の説明）
次に、図面、特に図１から図４を参照して、本発明の原理及び概念を具体化し、参照番号１０によって一般的に指定される、末梢動脈疾患を決定するための新しいシステム及び使用方法を説明する。

本発明のシステムの前述の一般的な説明を背景として、技術者にＰＡＤの存在又は不在の明確な表示を提供するための改善された解決策及び以下で説明するその他の診断の改善を提示できるだけでなく、本発明の特定の利点に取り組む。

本発明は、ＰＡＤの存在又は不在を示す、変換されたドップラーステレオオーディオにおける「Ｃノッチ」を検出することができる。

上記のように、本発明１０は、波形変換器及びプロセッサ２０を組み込んでおり、ドップラーステレオオーディオを、ディスプレイを介して技術者に提示できる周波数領域（速度の流れ）表現に部分的に変換する。従来のドップラー波形分析は、侵襲的血管造影法と比較すると、「正常な」波形だけでなく、さまざまな程度の狭窄又は閉塞によって引き起こされるこれらの波形の変化に対する洞察を提供してきた。これらの波形に関する議論は、Ｍ．Ａ１−Ｑａｉｓｉ博士による末梢動脈疾患の単調ドップラー超音波スペクトル波形に含まれている。医学博士（ＭＤ）、ロンドン大学、２０１０年（「Ａｌ−Ｑａｉｓｉ論文」））、これは参照により本明細書に組み込まれる。

Ａｌ−Ｑａｉｓｉ論文には、重要な動脈疾患の検出としての単調波形、特にその存在又は不在の潜在的な適用性の詳細な議論も含まれている。単調波形は、Ｃ−ノッチを含まないものとして定義される。非単調波形にはＣ−ノッチが含まれる。本発明は、この基礎の上に構築され、ドップラー波形の統計分析を提供して、高度な熟練者がドップラー波形の解釈を提供することを必要とせずに、重要な疾患の有無のスタンドアロン表示を提供することにより、重要な改善を提供する。

図２は、Ｃ−ノッチを含む波形のさまざまな側面を示す；（ａ）Ｃ−ノッチの指定；（ｂ）-波形；（ｃ）収縮期ピーク；（ｄ）負のピーク、（ｅ）収縮期ピークから二次ピークまでの時間、及び（ｆ）単一心周期の時間。

図３は、（ｇ）-収縮期ピーク、及び（ｈ）重大な疾患を有する患者のノッチを含まない波形の単一心周期の時間を示す。

少なくとも１つの好ましい実施形態では、ドップラートランシーバー２０は、他のユニットからの干渉を制限し、データセキュリティを強化するために、波形変換器及びプロセッサ３０と一意的に対にされる。

波形コンバータ及びプロセッサ３０の基本的な機能については、次のいくつかの段落で説明する。波形変換器及びプロセッサ３０は、すべてのハードウェア構成又はソフトウェア制御プロセッサを利用するハードウェア構成で実装され得るが、以下の説明は、明確化の目的でソフトウェア実装に典型的な技術用語を含み得るが、そのような用語はソフトウェアの実装を必要とすることとして読まれるべきではない。

波形コンバータ及びプロセッサ３０は、ドップラー送受信機２０からドップラーステレオオーディオデータを受信し、次に信号をスペクトル分析して指向性ソノグラム（提示される場合がある）を生成し、両方向の最大周波数アウトラインを決定し、最後にこれらのアウトライン種々の数値パラメータと臨床指標から生成する。

少なくとも１つの好ましい実施形態では、波形コンバータ及びプロセッサ３０は、以下を含む機能を実行する：
オーディオサンプルの短い時系列（１２８ｘ２データ値）を取得すること；
サンプリングの「最終効果」を制限するためのデータの重み付け（ハンニング重み付け）をすること；
複素高速フーリエ変換（１２８＊２の周波数値）を実行すること；。
周波数値（１２８の振幅値）の係数を取得すること；
順方向信号と逆方向信号を表すための振幅値のスクランブル解除すること。ＡＦＯ−ＡＦ６３は変更されず、ＡＦ６４−ＡＦ１２７はＡＦ−６４−ＡＦ−１になる；及び
振幅ＡＦＯをゼロに設定すること。

データサンプリングレートに応じて、「スライディングトランスフォーム」の形式が実装され、標準のソノグラムディスプレイを１０ｍｓの時間ディスプレイ分解能で維持する。臨床的に見られる信号の範囲をカバーするために、＋／−８ｋＨｚ、＋／−４ｋＨｚ、又は＋／−２．５ｋＨｚの表示周波数範囲が提供される。

スライディング変換プロセスでは、１２８の新しいデータサンプルがこの期間内に実際に作成されたかどうかに関係なく、完全な１２８データポイントＦＦＴを１０ｍｓごとに実行できる。適切な数の古いサンプルを新しく利用可能なサンプルと一緒に使用して、合計１２８を構成することができる。

このプロセスにより、表示周波数範囲とは関係なく共通のデータ出力レートが得られ、臨床血流信号の実用的な時間と周波数分解能は−１％になる。

１９７０年代以降、ドップラースペクトル表示の最大周波数の輪郭は、ソノグラムの最も重要な特徴として使用され、健康と疾患を臨床的に示すことが示されている。

本発明は、各垂直スペクトル線内の完全なデータに加えて、近くの線のデータにも基づいて、輪郭を決定する。順方向データと逆方向データは別々に扱われる。

流れの方向ごとに、振幅はＦ１からＦ６３までの周波数範囲全体で累積される（小さな閾値未満の振幅は無視されます）。合計は１６で除算され、Ｆ６３からＦ１までの合計／１６で減算プロセスが実行され、アキュムレータがゼロに達すると停止する。これにより、「１５／１６ＭａｘＦ」が得られる。次に、結果に１６／１５を掛けてスケールアップする。

ほとんどのドップラーフロー信号は「境界付きホワイトノイズ」の形をしており、追加のバックグラウンドノイズが含まれているため、これは手動の波形の輪郭に相当するものを生成することがわかっている。

さらに加工を行うと、時間の経過に合わせてアウトラインが滑らかになる。基礎となるオーディオ信号が確率論的な性質のものである場合、短期的なアウトラインの変動を制限するためである。

さらなる実施形態では、中央値フィルタリングを使用して、個々のスペクトル掃引における突然の低下／スパイクの影響を低減する。特定の時点のＭａｘＦは、ｔ−２からｔ＋２までのＭａｘＦの中央値（５ポイントの中央値）に置き換えられる。

さらに別の実施形態では、これは、中央のデータに対して単純な５ポイント平滑化アルゴリズムを使用してさらに平滑化される。各ＭａｘＦは、隣接するポイント（ｔ−２からｔ＋２）の平均である。

これにより、ＭａｘＦアウトラインの鋭いディップ／バンプを滑らかにすることができるが、統計的に信頼できる値が提供され、ゲインが低い場合やオペレーターの手や患者の動きによって生じるドロップアウトやスパイクが最小限に抑えられる。

好ましくは、波形コンバータ及びプロセッサ３０は、ＭａｘＦ及びＭｉｎＦの輪郭をリアルタイムでソノグラムに重ね合わせて、オペレータが適切な利得を設定し、干渉信号を識別するのを支援する。

（ソノグラムアウトラインからのパラメーターと機能の導出）
４秒ごとのソノグラムスイープの最後に、ソノグラムの更新が一時停止し、ＭａｘＦ／ＭｉｎＦデータが問い合わせられる。データが満足のいくものであると決定された場合、導出された値はディスプレイ４０上に提示される。そうでなければ、有効なデータが検出されるような時間まで、さらなるソノグラムデータが収集される。

少なくとも１つの実施形態では、個々の４秒のソノグラムが有効なデータを迅速に提供できない場合、スペクトルデータを平均化するオプションを使用することができる。これは、４画面分のソノグラムを取得し、認識されたすべての心周期からのデータを重ね合わせて、１つの「アンサンブル平均」周期を生成する。次に、この平均が表示され、再分析される。これが結果を得ることはめったに失敗しない。

（個々の心周期の特定）
ドップラーフローデータの収縮期の上昇は、心周期の最も重要で信頼性の高い単一の指標であるため、これらを識別するプロセスは、４秒間のデータ全体（ビッグピーク）におけるＭａｘＦアウトラインの最大の高さを識別することによって実行されます。

４秒にわたるフォワードＭａｘＦ波形の勾配が決定され、その後、各極小値が最初の次の最大値とともに検出される。これにより、心周期の開始の可能性があるピークの表が作成される。

少なくとも２つの「ピーク」が見つかった場合、識別された各「ピーク」が「ビッグピーク」の７５％以上で、足からピークまでの高さの差が３／６４より大きい場合、データがチェックされ、「可能な」収縮期ピークとして受け入れられる。

最後に、ピークピーク時間が４００ｍｓ（４０掃引）未満の場合、短い心周期は拒絶される。結果として得られる「グッドパルス」の結果の表には、受け入れられた各心周期開始（足）、収縮期ピーク、及びその他の小さな正のピークの高さと位置の両方が含まれる。

（単調性の検出）
本発明は、動脈疾患の指標として単調性検出を使用する。単調性は、ここでは次のように定義される。心周期全体（次の足の高さ＞０）で順方向の流れが存在する場合、前方収縮期ピークと拡張末期（次の波形の足）の間にＭａｘＦアウトラインにピークが存在せず、逆流ピークが存在する。

最初の要件は、収縮率のピークから次の足まで、すでに表になっている心周期データ全体を検索することによって行われる収縮後の上昇を検出することである。最初に検出された上昇は、サイクル自体の収縮期のピーク間振幅のサイズの１／２０より大きく、一方で、関連する収縮期ピークの７０％より大きい最大値に到達しない。

これにより、ＭａｘＦの残りの確率的変動、及び収縮ピークのドロップアウト又は誤識別による偽検出が回避されることが見出された。

各足の位置、収縮期ピーク、及び２番目の正のピーク（存在する場合）は、凍結されたソノグラムに垂直線として重ね合わされる。

決定的な決定が行われる前に、逆流ＭｉｎＦデータが加工されて、任意の負のフローピークを識別する。

ゼロから２／６４より大きい最大値まで上昇するすべての負のピークは、ＭｉｎＦデータで識別される。

流れの方向ごとに、振幅はＦ１からＦ６３までの周波数範囲全体で累積される（小さな閾値未満の振幅は無視されます）。合計は１６で除算され、Ｆ６３からＦ１までの合計／１６で減算プロセスが実行され、アキュムレータがゼロに達すると停止します。これにより、「１５／１６ＭａｘＦ」が得られる。次に、結果に１６／１５を掛けてスケールアップする。

許容可能な負のピークは、前方収縮期ピークの後で、３００ｍｓ以内に始まるピークに制限される。検出された最初の許容可能な負のピークは、凍結されたソノグラムにマークされる。

近くの静脈（逆流）は、動脈流を観察するときに干渉信号になることが多いため、ピーク収縮後のみに実際の動脈逆流を開始する要件は、そのような干渉を排除するのに役立つ。また、収縮期の上昇時にのみ発生する壁を押し上げる干渉を防ぐのにも役立つ。正のピークから３００ｍｓ以上後に始まる最初の負のピークは、局所的な血行力学的状態の結果である可能性は低い（心臓の逆流が原因である可能性がある）。

最後に、識別された正又は負の２次ピーク（ノッチ）がなく、拡張末期の流れが正の場合、波形は単調であると判断される。ただし、少なくとも１つの順方向又は逆方向のノッチが検出された場合、波形は非単調であると判断される。あるいは、ノッチが検出されず、拡張末期のフローがない場合、決定を下すことができない。

これで変換と加工が完了し、単調性の有無が示され、技術者が使用できるようにビジュアルディスプレイに表示される。

受容されると、すべての関連データは、ディスク又は他の適切なメディアに保存されてもよい。

（アンサンブル平均）
品質の悪い、ノイズの多い、又は低速の信号が見つかった場合、本発明は、４画面（１６秒）のデータの「アンサンブル平均」を実行して、より明確で統計的に関連する１つの波形を分析に生成する。有効なデータで充足した４つの画面が取得されると、アンサンブル平均化のプロセスが始まる。識別されたすべてのサイクルの中で、最も長い足の収縮期ピークが見つかる。次の足までの最短の収縮期ピークも同様に見られる。識別された収縮期ピークごとに、ソノグラムのセクション（収縮期ピーク時間−最長足）が（収縮期ピーク時間＋次に短い）にコピーされる。これらのコピーは「重ね合わされ」、自動的に収縮期ピーク（すべての識別された波形全体で個別に合計されたすべてのピクセル値が合計され、合計された数値で正規化される）に対してデータが整列される。この複合波形は、４秒間のソノグラムで繰り返し書き込まれ、表示されます。最後に、複合ソノグラムは、まるで１つの４秒間の掃引であるかのように完全分析され、結果が表示される。

（支援研究）
有意な下肢閉塞性疾患から有意でない下肢閉塞性疾患を分離することにおける本発明の正確さを確立するために、研究が行われ、その結果は以下に記載される。

（目的）
許容可能な最新の「ゴールドスタンダード」としてＣｏｌｏｒＤｕｐｌｅｘを使用して、有意な下肢閉塞性疾患と有意でない下肢閉塞性疾患を区別する本発明の正確さを確立する。

重要な疾患グループと重要でない疾患グループにおける灌流圧及び「カフなしＡＢＩ」の分布を試験する。

（方法）
調査はヘルシンキ宣言の規定に準拠した。これは、末梢動脈疾患と一致する症状を血管検査室に提示した患者の２２５肢体を含んだ。除外基準は存在しなかった。患者ミックスには、糖尿病患者、クラウディカント、及び虚血肢が含まれていた。症状には、安静時の痛み、脚の腫れ、肢体潰瘍などがある。患者は最初に、本発明を用いて有意又は非有意の閉塞性動脈疾患について試験された。これには、腕ＢＰを取得し、後脛骨動脈又は前脛骨動脈からドップラースペクトルを取得することが含まれる。本発明は、動脈疾患がないか又は重大でない動脈疾患のある肢体を特徴付ける「ノッチ」機能の存在を自動的に識別する。リアルタイムの統計分析は「非生理学的」波形を拒絶し、最低２つの連続する「有効」波形が識別されると、「カフフリーＡＢＩ」、ペダル灌流圧、血管予備力を自動的に計算する。その後、患者はＣｏｌｏｒＤｕｐｌｅｘによって直ちに評価された。重要な閉塞性動脈疾患の基準は、完全閉塞から５０％狭窄までの範囲でした（４以上のピーク収縮速度比で示されるように）

（結果）
評価された２２５本の肢体のうち、１１９本は重大な疾患を有しないと判断され、１０６本は重大な疾患を有すると判断された。

２０５の肢体には、二重対照［真陽性］と一致する診断があった。運動した患者の３人は、運動後に真になる偽の診断を有していた。３人全ては二重で確認した。手足の約３．１％はあいまいな結果を示し、手足の１．３％は判読不可能な波形を示した。

これは、本発明が９５．１％の感度、９８．２％の特異性、及び９６．８％の精度を有することを示す。デュプレックスが１００％正しいと仮定すると、１％未満の誤検知率と２．２％の誤検知率が存在する。（表１）

＊Ａｌｌｅｎ，Ｏａｔｅｓｅｔａｌ ‘ＣｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆＬｏｗｅｒＬｉｍｂＡｒｔｅｒｉａｌＡｓｓｅｓｓｍｅｎｔｓＵｓｉｎｇＣｏｌｏｒ−ＤｕｐｌｅｘＵｌｔｒａｓｏｕｎｄａｎｄＡｎｋｌｅ／ＢｒａｃｈｉａｌＰｒｅｓｓｕｒｅＩｎｄｅｘＭｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ’，Ａｎｇｉｏｌｏｇｙ１９９６４７：２２５，ＤＯＩ：１０．１１７７／０００３３１９７９６０４７００３０２から取得されたデータ

「カフなし」ＡＢＩ値ｖｓＤｕｐｌｅｘの分布は、有意な／有意な疾患評価が分析されなかったことを示した。単純なガウス分布が仮定された。以下の値が得られた。

二重スキャンでの有意な疾患なし又はなし：ＡＢＩ平均値＝０．８９４＋／−．０７６二重スキャンでの有意な疾患：ＡＢＩ平均値＝０．６１４＋／−０．１３７。

２つの群のクロスオーバーポイントは、おおよそ１標準偏差レベル（０．７５）であると見ることができる。これは、「カフフリー」法の理論上の最大値１．０と合致する。

真陽性群では、患者の５３．８％が１５％を超える血管予備能を有し、患者の４６．２％が１５％未満の血管予備能を有していた。真陰性群では、すべての患者の血管予備能が１５％を超えていた。（表３）

真陽性結果が得られた患者の６９．２％の平均灌流圧は４０ｍｍＨｇより大きく、３０．８％の患者の平均灌流圧は４０ｍｍＨｇ未満であった。真陰性群では、患者の９９％が平均灌流圧が４０ｍｍＨｇより大きく、平均灌流圧が４０ｍｍＨｇ未満の患者はわずか１％であった。（表４）

支持研究からの結果は、本発明が９５．１％の感度、９８．２％の特異性、及び９６．８％の正確性を有することを示す。デュプレックスが１００％正しいと仮定すると、１％未満の偽陽性率及び２．２％の偽陰性率が存在する。

本発明のさらなる利点は、本発明を特徴付ける新規性の様々な特徴とともに、本開示に添付され、その一部を形成する特許請求の範囲で詳細に指摘されている。本発明、その動作上の利点、及びその使用によって達成される特定の目的をよりよく理解するために、添付の図面及び本発明の好ましい実施形態が示されている説明事項を参照する必要がある。

また、当業者が容易に認識するように、前述の個々の閾値、タイミング測定基準、フィルタリング基準、及び他の同様の値は、本発明の範囲から逸脱することなく、全体の実装戦略の一部として調整、拡張、又は圧縮することができる。

Claims

以下を含む、末梢動脈疾患を決定するシステム：
対象の血管を通る血流のオーディオ表現を捕捉するためのドップラートランシーバー；
前記ドップラートランシーバーと作動可能にカップリング可能である波形変換器及びプロセッサであって、
前記波形変換器及びプロセッサは、前記オーディオ表現を分析して末梢動脈疾患の存在を決定する、
波形変換器及びプロセッサ；及び
前記波形変換器及びプロセッサと作動可能にカップリング可能であり、ユーザのために少なくとも１つの視覚的しるし（ｖｉｓｕａｌｉｎｄｉｃｉａ）を提供する、ディスプレイ。
前記ドップラートランシーバーは、前記周辺及び前記近位分岐により生成された反射から生じる、前記対象の血管における結果として生じる血流波形のオーディオ表現を捕捉する、請求項１に記載のシステム。
前記ドップラートランシーバは、前記オーディオ表現を、前記波形変換器及びプロセッサへの送信のためにデジタル化する、請求項２に記載のシステム。
Ｃノッチが、（存在する場合）検出される、請求項３に記載のシステム。
前記ドップラートランシーバは、前記波形変換器及びプロセッサに無線でカップリングされる、請求項４に記載のシステム。
前記ドップラートランシーバは、前記波形変換器及びプロセッサに一意的に対にされる、請求項５に記載のシステム。
前記ドップラートランシーバーは、血流の方向性を保持する直角位相検出により、動いている血液から戻されたドップラーシフト信号のベースバンドステレオオーディオ表現を生成する連続波ドップラートランシーバーである、請求項３に記載のシステム。
前記ドップラートランシーバは、前記ベースバンドステレオ表現をデジタル化されたバージョンにデジタル化し、前記デジタル化されたバージョンを前記波形変換器及びプロセッサに送信する、請求項７に記載のシステム。
前記波形変換器及びプロセッサが、前記デジタル化されたバージョンを受け取り、一連の短時間サンプルを捕捉し、前記サンプルの初期フィルタリングを提供する、請求項８に記載のシステム。
前記波形変換器及びプロセッサが、前記短時間サンプルを、ドップラーシフト信号のベースバンドステレオオーディオ表現の周波数領域表現に変換する、請求項９に記載のシステム。
前記波形変換器及びプロセッサは、前記周波数領域表現のスペクトル分析を提供して、指向性ソノグラムを生成する、請求項１０に記載のシステム。
前記波形変換器及びプロセッサは、順方向及び逆方向の両方の血流の最大周波数輪郭を生成する、請求項１１に記載のシステム。
前記波形変換器及びプロセッサが、少なくとも１つの心周期についての前収縮期ピークと拡張末期との間の指向性ソノグラムにおける任意のピーク（二次ピーク）の有無を検出する、請求項１２に記載のシステム。
前記波形コンバータ及びプロセッサが、前記心周期の収縮期ピークの振幅の５％と７０％との間の振幅を有するものへの任意の二次ピークの検出をフィルタリングする、請求項１３に記載のシステム。
前記波形変換器及びプロセッサが、前記心周期の収縮期ピークの振幅の２％と８５％との間の振幅を有するものへの任意の二次ピークの検出をフィルタリングする、請求項１３に記載のシステム。
前記波形コンバータ及びプロセッサは、任意の逆流二次ピークの検出を、最大逆流ピークの２／６４よりも大きいものにフィルタリングする、請求項１５に記載のシステム。
前記波形コンバータ及びプロセッサが、任意の逆流二次ピークの検出を、最大逆流ピークの１／１２８よりも大きいピークにフィルタリングする、請求項１５に記載のシステム。
前記波形変換器及びプロセッサが、１／２８と１／１６との間の範囲にある最大逆流ピークのフラクションよりも大きい任意の逆流二次ピークの検出をフィルタリングする、請求項１５に記載のシステム。
前記波形変換器及びプロセッサが、１／６４と１／８との間の範囲にある最大逆流ピークのフラクションよりも大きい任意の逆流二次ピークの検出をフィルタリングする、請求項１５に記載のシステム。
波形コンバータ及びプロセッサは、識別された二次ピーク又は逆流二次ピークが存在せず、前記心周期の終わりの拡張期流が正である場合に、単相性インジケータを生成する、請求項１６に記載のシステム。
上腕血圧が、波形変換器及びプロセッサのための入力としてユーザによって提供される、請求項２０に記載のシステム。
前記波形変換器及びプロセッサは、対象の血管における血流波形形状を記述する導出パラメータを生成する、請求項２１に記載のシステム。
前記導出されたパラメータは、平均動脈圧、圧力拍動性指数、流量拍動性指数、平均足首上腕動脈指数（ＡＢＩｍ）、灌流圧、及び血管予備力からなる一組の導出されたパラメータの少なくとも１つを含む、請求項２２に記載のシステム。
前記単相性しるし（ｍｏｎｏｔｉｃｉｔｙｉｎｄｉｃｉａ）及び導出されたパラメータは、前記ディスプレイ上でユーザに提示される、請求項２３に記載のシステム。
以下の工程を含む、末梢動脈疾患を決定する方法：
請求項２１に記載のシステムを提供する工程；
前記ドップラートランシーバーを、ＳＦＡ、膝窩、腓骨筋、前脛骨、後脛骨、又はペダルからなる末梢血管の群から選択される、患者の末梢血管に適用する工程；
前記指向性ソノグラムで提示された波形が単調であるかどうかを決定する工程；
前記技術者に重大な疾患の有無の表示を提示する工程。
重複切痕の検出からの偽陰性を回避する手段として、それ自体の心周期のピーク振幅から足の５％未満のあらゆる上向きの振れを拒絶する、請求項１６に記載のシステム。
重複切痕の検出からの偽陰性を回避する手段として、それ自体の心臓周期のピーク振幅から足の１５％未満のあらゆる上向きの振れを拒絶する、請求項１６に記載のシステム。
所与の心周期におけるあらゆる上向きが、それ自体の収縮期ピークの７０％より大きい、請求項１６に記載のシステム。
所与の心周期における上昇は、それ自体の収縮期ピークの６０％よりも大きい、請求項１６に記載のシステム。
負のピークが前方収縮期ピークの後に開始し、心周期の開始後３００ミリ秒未満である場合、それが許容可能であると見なす、請求項１６に記載のシステム。
負のピークが、前方収縮期ピークの後に開始し、心周期の開始後４００ミリ秒未満である場合、それが許容可能であると見なす、請求項１６に記載のシステム。
負のピークが、前方収縮期ピークの後に開始し、心周期の開始後５００ミリ秒未満である場合、それが許容可能であると見なす、請求項１６に記載のシステム。
近くの静脈流及び収縮期上向きの壁の隆起からの干渉を排除する手段として、ピーク収縮後の逆流データのみを受け入れる、請求項１６に記載のシステム。
正のピークと負のピークとの間の時間の標準偏差が３つの心周期から計算され、負のフローデータが有効であるかどうかを決定する、請求項１６に記載のシステム。
前記単調性のしるしは、前足のピーク時間のパーセンテージ標準偏差が２５％より大きいかどうかを知らないように設定されている、請求項１６に記載のシステム。
前記単調性のしるしは、前足のピーク時間のパーセンテージ標準偏差が１５％より大きいかどうかを知らないように設定されている、請求項１６に記載のシステム。
前記単調性のしるしは、前足の収縮期ピーク高さのパーセンテージ標準偏差が２５％より大きいかどうかを知らないように設定されている、請求項１６に記載のシステム。
前記単調性のしるしは、前足の収縮期ピーク高さのパーセンテージ標準偏差が１５％より大きいかどうかを知らないように設定される、請求項１６に記載のシステム。
前記単調性のしるしは、前方足の収縮期ピーク高さのパーセンテージ標準偏差が３５％より大きいかどうかを知らないように設定される、請求項１６に記載のシステム。
前記単調性のしるしは、前方の二次ピーク高さが２５％を超える標準偏差のパーセンテージを有するかどうかを知らないように設定される、請求項１６に記載のシステム。
前記単調性のしるしは、前方の二次ピーク高さが３５％を超える標準偏差のパーセンテージを有するかどうかを知らないように設定される、請求項１６に記載のシステム。
前記単調性のしるしは、前方二次ピーク高さが２０％を超える標準偏差のパーセンテージを有するかどうかを知らないように設定される、請求項１６に記載のシステム。
前記単調性のしるしは、収縮期ピークから二次ピークまでの時間が標準偏差のパーセンテージが２５％より大きいかどうかを知らないように設定されている、請求項１６に記載のシステム。
単調性のしるしは、収縮期ピークから二次ピークまでの時間が標準偏差のパーセンテージが３５％より大きいかどうかを知らないように設定されている、請求項１６に記載のシステム。
単調性のしるしは、収縮期ピークから二次ピークまでの時間が標準偏差のパーセンテージが１５％より大きいかどうかを知らないように設定されている、請求項１６に記載のシステム。
前記単調性は、負のピーク高さが２５％を超える標準偏差のパーセンテージを有するかどうかを知らないように設定される、請求項１６に記載のシステム。
前記単調性は、負のピーク高さが３５％を超える標準偏差のパーセンテージを有するかどうかを知らないように設定される、請求項１６に記載のシステム。
前記単調性は、負のピーク高さが１５％を超える標準偏差のパーセンテージを有するかどうかを知らないように設定される、請求項１６に記載のシステム。
前記単調性は、心周期期間パーセンテージ標準偏差が２５％より大きいかどうかを知らないように設定される、請求項１６に記載のシステム。
前記単調性は、心周期期間パーセンテージ標準偏差が３５％より大きいかどうかを知らないように設定される、請求項１６に記載のシステム。
前記単調性は、心周期期間パーセンテージ標準偏差が１５％より大きいかどうかを知らないように設定される、請求項１６に記載のシステム。
技術者が選択できるオプションを用いて、足から収縮ピークまでの最長の後続の１６の波形を収集するためのオプションが識別され、足から足までの最短収縮ピークが識別され、波形が重ね合わされ、対応する時間値が平均化される、請求項１６に記載のシステム。
以前に記憶された波形及びそれらの導出データを表示するために技術者が選択可能なオプションを可能にする、請求項１６に記載のシステム。
中央値をｔ-２からｔ＋２にすることによってデータポイントが平滑化される、請求項１６に記載のシステム。
データポイントがｔ-２からｔ＋２までのデータの平均を取ることにより平滑化される、請求項１６に記載のシステム。
技術者がゲインを設定するのを支援するために、ｍｉｎＦ及びｍａｘＦのアウトラインが表示される、請求項１６に記載のシステム。
加工前に、波形データの４回の走査が得られる、請求項１６に記載のシステム。
スキャンは、少なくとも４つの連続する心周期から構成される、請求項１６に記載のシステム。
心周期の開始は、１より多い心周期のセットにおける最大周波数として識別される、請求項１６に記載のシステム。
ピークツーピーク時間が４００ミリ秒未満である場合、心周期からのデータが拒絶される、請求項１６に記載のシステム。
ピークツーピーク時間が６００ミリ秒未満である場合、心周期からのデータが拒絶される、請求項１６に記載のシステム。