JP3662683B2 - Cardiac output estimation device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、生体の心臓から拍出される血液量すなわち心拍出量を推定する心拍出量推定装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
生体の血液循環状態は生体の生命の維持について極めて重要なものであることから、生体の全身麻酔を伴う手術或いは集中治療などに際しては、血圧値などを用いて生体の循環状態の把握が行われている。しかしながら、一般的な自動血圧測定装置は、カフを用いて生体の一部の圧迫圧力を変化させる過程で発生するコロトコフ音或いは脈波の変化に基づいて血圧値を決定するものであるため、血圧値の測定に数十秒の時間がかかるだけでなく、鬱血の影響をさけるためにその測定周期は少なくとも数分以上となり、生体の容態の変化を気づくのが遅れるおそれがあった。
【0003】
これに対し、たとえばPCT出願公開第WO88/04910号に記載されているように、生体の動脈内に発生する圧脈波を一拍毎に検出し、予め設定された関係からその圧脈波の大きさに基づいて生体の血圧値を一拍毎に推定する連続血圧監視装置が提案されている。これによれば、生体の血圧値が一拍毎に推定されるので、生体の血圧値の変化を速やかに知ることができる。
【0004】
【発明が解決すべき課題】
しかしながら、生体の血流量すなわち心拍出量は血圧値とは一対一の関係にはないことから、血圧値が充分にあったとしても安心できない場合がある。たとえば、神経或いは薬剤などの影響で末梢血管抵抗が高くなると、心臓の微弱な拍動によっても血圧値が高くなるが、このような場合には心拍出量が充分ではない場合があるからである。したがって、従来の連続血圧監視装置による血圧値の監視だけでは、生体を充分に監視することができない場合があるのである。
【0005】
本発明は以上のような事情を背景として為されたものであり、その目的とするところは、非侵襲で心拍出量を連続的に推定できる心拍出量推定装置を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は以上の事情を背景として種々検討を重ねた結果、生体の圧脈波のうちの心臓拡張期波形の立ち下がりの度合を時定数で表した場合、その時定数が末梢抵抗に対応するので、時定数およびその時の血圧値に基づいて心拍出量を推定できることを見いだした。本発明はこのような知見に基づいて為されたものである。
【0007】
すなわち、本発明の要旨とするところは、生体の心臓から拍出される血液量を推定する心拍出量推定装置であって、(a)前記生体の動脈内に発生する圧脈波を検出する圧脈波検出装置と、(b)その圧脈波検出装置により検出された圧脈波の発生時における生体の血圧値を決定する血圧値決定手段と、(c)上記圧脈波検出装置により検出された圧脈波の形状から、その圧脈波の拡張期を判定する拡張期判定手段と、(d)その拡張期判定手段により判定された拡張期の圧脈波の波形の時定数を算出する拡張期波形時定数算出手段と、(e)その拡張期波形時定数算出手段により算出された時定数と、前記血圧値決定手段により決定された血圧値とに基づいて、心拍出量を算出する心拍出量算出手段とを、含むことにある。
【0008】
【発明の効果】
このようにすれば、心拍出量算出手段では、拡張期波形時定数算出手段により算出された時定数と、前記血圧値決定手段により決定された血圧値とに基づいて、心拍出量が算出される。したがって、本発明の心拍出量推定装置によれば、非侵襲で心拍出量が連続的に推定され、生体の循環状態の監視の信頼性が高められる。
【0009】
【発明の他の形態】
ここで、好適には、前記血圧値決定手段は、前記生体の平均血圧値を決定するものであり、前記心拍出量算出手段は、その平均血圧値と前記時定数の逆数との乗算値に基づいて心拍出量を算出するものである。また、好適には、前記血圧値決定手段は、前記生体の圧脈波に対応する血圧波形を決定するものであり、前記心拍出量算出手段は、その血圧波形を区分する多数の区間の個々の値と前記時定数の逆数との乗算値の積分値に基づいて心拍出量を算出するものである。上記のいずれの場合でも、心拍出量が連続的に推定される。
【0010】
また、好適には、前記圧脈波検出装置は、前記生体の皮膚直下に位置する動脈を押圧する平坦な押圧面に圧力検出素子を有する圧脈波センサと、その圧脈波センサの平坦な押圧面により上記皮膚直下の動脈の管壁の一部が平坦となるまでその圧脈波センサを押圧する押圧装置とを備えて、非観血にてその動脈内の圧脈波を検出するものである。このようにすれば、動脈の管壁の張力の影響が抑制されてその動脈内の圧力に対応した圧脈波の形状が得られる利点がある。
【0011】
また、好適には、前記拡張期判定手段は、前記圧脈波検出装置により検出された圧脈波の大動脈弁閉鎖時期以後の拡張期波形における最小傾斜点を検出し、その圧脈波の波形のうちその最小傾斜点以後を拡張期と判定するものである。このようにすれば、拡張期の開始時点が可及的早期に判定され、時定数の演算精度が高められる利点がある。なお、上記拡張期判定手段は、平滑微分演算式を用いて上記拡張期波形における微分点を逐次算出し、その微分値の最小点を最小傾斜点として決定する。
【0012】
【発明の好適な実施の形態】
以下、本発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明する。図1は、本発明が適用された心拍出量推定装置8の回路構成を説明するブロック線図である。
【0013】
図1の心拍出量推定装置8において、ゴム製袋を布製帯状袋内に有して、たとえば患者の上腕部12に巻回されるカフ10と、このカフ10に配管20を介してそれぞれ接続された圧力センサ14、切換弁16、および空気ポンプ18とが備えられている。この切換弁16は、カフ10内への圧力の供給を許容する圧力供給状態、カフ10内を徐々に排圧する徐速排圧状態、およびカフ10内を急速に排圧する急速排圧状態の3つの状態に切り換えられるように構成されている。
【0014】
圧力センサ14は、カフ10内の圧力を検出して、その圧力を表す圧力信号SPを静圧弁別回路22および脈波弁別回路24にそれぞれ供給する。静圧弁別回路22はローパスフィルタを備え、圧力信号SPに含まれる定常的な圧力すなわちカフ圧を表すカフ圧信号SKを弁別してそのカフ圧信号SKをA/D変換器26を介して電子制御装置28へ供給する。脈波弁別回路24はバンドパスフィルタを備え、圧力信号SPの振動成分である脈波信号SM1 を周波数的に弁別してその脈波信号SM1 をA/D変換器30を介して電子制御装置28へ供給する。この脈波信号SM1 が表すカフ脈波は、患者の心拍に同期して図示しない上腕動脈から発生してカフ10に伝達される圧力振動波である。
【0015】
上記電子制御装置28は、CPU29、ROM31、RAM33、および図示しないI/Oポート等を備えた所謂マイクロコンピュータにて構成されており、CPU29は、ROM31に予め記憶されたプログラムに従ってRAM33の記憶機能を利用しつつ信号処理を実行することにより、I/Oポートから駆動信号を出力して切換弁16および空気ポンプ18を制御する。
【0016】
圧脈波検出装置34は、前記カフ10が装着されているか或いは装着されていない上腕部12の動脈下流側の手首42において、容器状を成すハウジング36の開口端が体表面38に対向する状態で装着バンド40により手首42に着脱可能に取り付けられるようになっている。ハウジング36の内部には、ダイヤフラム44を介して圧脈波センサ46が相対移動可能かつハウジング36の開口端からの突出し可能に設けられており、これらハウジング36およびダイヤフラム44等によって圧力室48が形成されている。この圧力室48内には、空気ポンプ50から調圧弁52を経て圧力エアが供給されるようになっており、これにより、圧脈波センサ46は圧力室48内の圧力に応じた押圧力PHDで前記体表面38に押圧される。圧力室48を構成するハウジング36、ダイヤフラム44等が圧脈波センサ46の押圧装置として機能している。
【0017】
上記圧脈波センサ46は、たとえば、単結晶シリコン等から成る半導体チップの押圧面54に多数の半導体感圧素子(図示せず)が配列されて構成されており、手首42の体表面38の撓骨動脈56上に押圧されることにより、撓骨動脈56から発生して体表面38に伝達される圧力振動波すなわち図3に示すような圧脈波PA (t) を検出し、その圧脈波PA (t) を表す圧脈波信号SM2 をA/D変換器58を介して電子制御装置28へ供給する。圧脈波センサ46は、その平坦な押圧面54によって撓骨動脈56の管壁の一部が平坦となるまでダイヤフラム44により押圧された状態で圧脈波を検出することから、撓骨動脈56の管壁の張力の影響が除去されるので、圧脈波信号SM2 は撓骨動脈56内の圧力を略示すものである。
【0018】
また、前記電子制御装置28のCPU29は、ROM31に予め記憶されたプログラムに従って、空気ポンプ50および調圧弁52へ駆動信号を出力し、圧力室48内の圧力すなわち圧脈波センサ46の皮膚に対する押圧力を調節する。これにより、連続血圧監視に際しては、圧力室48内の圧力変化過程で逐次得られる圧脈波に基づいて圧脈波センサ46の最適押圧力PHDP が決定され、圧脈波センサ46の最適押圧力PHDP を維持するように調圧弁52が制御される。
【0019】
図2は、上記血圧監視装置8における電子制御装置28の制御機能の要部を説明する機能ブロック線図である。図2において、血圧測定手段70は、カフ圧制御手段72によってたとえばカフ10の圧迫圧力が所定の目標圧力値PCM(たとえば、180mmHg程度の圧力値)まで急速昇圧させた後に3mmHg/sec程度の速度で徐速降圧させられる徐速降圧期間内において、順次採取される脈波信号SM1 が表す脈波の振幅の変化に基づきよく知られたオシロメトリック法を用いて最高血圧値BPSYS および最低血圧値BPDIA などを決定する。
【0020】
対応関係決定手段74は、血圧測定手段70により測定された血圧値BPの最高値および最低値とそのときに圧脈波検出装置34により検出された圧脈波PA (t) の最高値および最低値に基づいて、数式1で表される圧脈波PA (t) と連続血圧値EBP(t) との関係式の係数αおよびβを求めることにより、生体固有の対応関係を決定する。
【0021】
【数1】
EBP(t) =αPA (t) +β
【0022】
血圧値決定手段76は、上記数式1の対応関係から逐次求められる実際の圧脈波PA (t) に基づいて、図3に示すように、連続血圧値EBP(t) を決定する。この連続血圧値EBP(t) の上ピークが最高血圧値EBPSYS 、下ピークが最低血圧値EBPDIA にそれぞれ対応するので、血圧値決定手段76では、最高血圧値EBPSYS および最低血圧値EBPDIA も一拍毎に連続的に求められ、必要に応じてそれらが表示器32にそれぞれ表示される。
【0023】
また、上記血圧値決定手段76は、上記連続血圧値すなわち血圧波形EBP(t) から平均血圧EBPMEANを算出する。この平均血圧値EBPMEANは、血圧波形EBP(t) の上ピーク値と下ピーク値との中間値ではなく、上記連続血圧値EBP(t) の1周期内の平均値(∫EBP(t) dt/1周期、或いはΣEBP(t) /1周期内のサンプリング数)であり、好ましくはノイズの影響を緩和するために、たとえば10拍程度の所定数の周期毎について逐次求められる平均血圧値の移動平均血圧値が採用される。
【0024】
拡張期判定手段80は、前記圧脈波PA (t) すなわち連続血圧値EBP(t) を表す波形のうちの心臓拡張期に対応する期間の波形の時定数を求めるために、その波形から大動脈弁閉鎖後の心臓拡張期の開始時点を判定する。大動脈弁の閉鎖のタイミングは上記波形の上ピーク点(図3のt0 時点)から一定の範囲内に限定され、且つ拡張期の初期には最も急な下降を示すという経験則を利用して、上記拡張期判定手段80は、上記波形の上ピーク点から大動脈弁閉鎖時点(図3のt1 時点)までの時間が最も長い若年者であっても拡張期開始後となるように設定された期間Aたとえば上ピーク点から250ms程度の時間が経過した後の、最小傾斜点(絶対値では最大傾斜点)〔d(PA (t)) /dt) 〕min すなわち図3のt2 時点が検出されることにより、上記波形の心臓拡張期に対応する期間が判定される。
【0025】
上記拡張期判定手段80において、最小傾斜点〔d(PA (t)) /dt) 〕min は、好適には、以下に例示する平滑微分演算式により算出された微分値の最小値が用いられる。この平滑微分演算式では、たとえば、図4に示すように、上記波形の心臓拡張期内において所定時点ti 付近のサンプリングデータがxi-3 、xi-2 、xi-1 、xi 、xi+1 、xi+2 、xi+3 であるとき、数式2から上記所定時点ti の微分値(波形の傾斜) subi が求められる。なお、数式2において、Ts はサンプリング周期である。
【0026】
【数2】
subi =(xi+1+xi+2+xi+3-xi-3-xi-2-xi-1 )/(12×Ts )
【0027】
拡張期波形時定数算出手段82は、上記の拡張期判定手段80により判定された圧脈波PA (t) のうちの心臓拡張期に対応する部分の波形の対数曲線から時定数τを、たとえば数式3を用いて算出する。数式3において、P2 およびP3 は、拡張期間内波形のうち積分を施す区間の両端の任意の2点の圧力値である。本実施例では、時定数τの演算精度を高めるために、P2 は拡張期開始点(波形の最小傾斜点)、P3 は拡張期終了点(波形の最小点)に設定されている。なお、数式3は、PA (t) =A・e-t/CR (但し、τ=CR)なる近似式の両辺をP2 とP3 との間の区間内の時間0〜td について積分することにより導かれたものである。なお、Cは血管のコンプライアンス、Rは血管の末梢抵抗を示している。
【0028】
【数3】
τ=∫PA (t) dt/(P2 −P3 )
【0029】
心拍出量算出手段84は、上記拡張期波形時定数算出手段82により拡張期波形から算出された時定数τと、前記血圧値決定手段76により決定された血圧値とに基づいて、予め設定された数式4から心拍出量(相対値)Qrelativeを一拍毎に算出する。平均拍出量QAV、平均血圧PAV、および末梢血管抵抗Rとの関係は、オームの法則に類似した考え方が適用され得て、R=PAV/QAVにより表され得る一方、時定数τは、前記のように血管のコンプライアンスCと末梢血管抵抗Rとの積であるから、τ=C・PAV/QAVにより表される。これの変形式QAV=C・PAV/τを用いることにより、平均拍出量QAVすなわち心拍出量が算出され得ることになるが、上記血管のコンプライアンスCを求めることが困難であるため、短時間内では生体の血管のコンプライアンスCが一定であることを前提とすれば、そのコンプライアンスCを例えば「1」に設定した数式4により相対値Qrelativeが求められるのである。
【0030】
【数4】
Qrelative=PAV/τ
【0031】
表示制御手段86は、上記心拍出量算出手段84によって一拍毎に算出された心拍出量(相対値)Qrelativeを、たとえば図5に示すように、時間軸88に沿って一拍毎に算出された値を相互に接続するトレンドグラフを表示器32に表示させる。また、血圧値決定手段76により決定された最高血圧値EBPSYS および最低血圧値EBPDIA を示す棒状マークを共通の時間軸88に沿って連続的に表示し、血圧値と心拍出量Qrelativeとを対比可能とする。その棒状マーク上端および下端は最高血圧値EBPSYS および最低血圧値EBPDIA をそれぞれ示している。
【0032】
図6および図7は、上記心拍出量推定装置8の電子制御装置28における制御作動の要部を説明するフローチャートであり、所定の制御サイクルで繰り返し実行される。図6は血圧測定ルーチンを、図7は心拍出量算出ルーチンをそれぞれ示している。
【0033】
図6において、ステップSA1(以下、ステップを省略する。)において図示しないカウンタやレジスタをクリアする初期処理が実行された後、カフ圧制御手段72に対応するSA2では、切換弁16が圧力供給状態に切り換えられ且つ空気ポンプ18が駆動されることにより、血圧測定のためにカフ10の急速昇圧が開始される。続くSA3では、カフ圧PC が180mmHg程度に予め設定された目標圧迫圧PCM以上となったか否かが判断される。このSA3の判断が否定された場合は、上記SA2以下が繰り返し実行されることによりカフ圧PC の上昇が継続される。
【0034】
しかし、カフ圧PC の上昇により上記SA3の判断が肯定されると、前記血圧測定手段70に対応するSA4において、血圧測定アルゴリズムが実行される。すなわち、空気ポンプ18を停止させ且つ切換弁16を徐速排圧状態に切り換えてカフ10内の圧力を予め定められた3mmHg/sec程度の緩やかな速度で下降させることにより、この徐速降圧過程で逐次得られる脈波信号SM1 が表す脈波の振幅の変化に基づいて、良く知られたオシロメトリック方式の血圧値決定アルゴリズムに従って最高血圧値BPSYS 、平均血圧値BPMEAN、および最低血圧値BPDIA が測定されるとともに、脈波間隔に基づいて脈拍数などが決定されるのである。そして、その測定された血圧値および脈拍数などが表示器32に表示されるとともに、切換弁16が急速排圧状態に切り換えられてカフ10内が急速に排圧される。
【0035】
次いで、SA5では、圧脈波検出装置34により検出された一個分すなわち一周期分の圧脈波PA (t) が読み込まれた後、前記対応関係決定手段74に対応するSA6では、その圧脈波PA (t) のピーク値すなわち最高値および最低値とSA4において測定された最高血圧値BPSYS および最低血圧値BPDIA とに基づいて、それらの関係EBP(t) =αPA (t) +βが決定される。
【0036】
SA7では、圧脈波検出装置34により検出された一個分の圧脈波PA (t) が新たに読み込まれたか否かが判断される。このSA7の判断が否定された場合はSA7の実行が繰り返されるが、肯定された場合は、前記血圧値決定手段76に対応するSA8およびSA9において、上記関係EBP(t) =αPA (t) +βから実際の圧脈波PA (t) に基づいて連続血圧値すなわち血圧波形EBP(t) 、最高血圧値EBPSYS 、最低血圧値EBPDIA などが決定されるとともに、血圧波形EBP(t) の1周期内の平均血圧値EBPMEANが決定される。
【0037】
そして、SA10では、SA4においてカフ10による血圧測定が行われてからの経過時間が予め設定された15乃至20分程度の設定周期すなわちキャリブレーション周期を経過したか否かが判断される。このSA9の判断が否定された場合には、前記SA7以下の連続血圧測定ルーチンが繰り返し実行され、連続血圧値すなわち血圧波形EBP(t) が1拍毎に連続的に決定されるが、このSA10の判断が肯定された場合には、前記対応関係を再決定するために前記SA2以下が実行されることにより、前記の関係EBP(t) =αPA (t) +βが更新される。
【0038】
図7の心拍出量算出ルーチンにおいて、SB1において1つの圧脈波PA (t) が読み込まれた後、前記拡張期判定手段80に対応するSB2において、圧脈波PA (t) の上ピーク点から設定期間Aが経過後の最小傾斜(絶対値では最大傾斜)〔d(PA (t)) /dt) 〕min を示す点すなわち図3のt2 時点が検出されることにより、上記波形の心臓拡張期の開始時点が判定される。図3の2点鎖線は最小傾斜〔d(PA (t)) /dt) 〕min を示している。
【0039】
次いで、前記拡張期波形時定数算出手段82に対応するSB3では、上記SB2で判定された圧脈波PA (t) の拡張期内の所定の区間、本実施例では最小傾斜点(図3のt2 時点)から最低点(図3のt3 時点)までの区間(時間0〜td )内において、その区間内の対数曲線の時定数τを、数式3からt2 時点の圧力値P2 およびt3 時点の圧力値P3 に基づいて算出する。
【0040】
次いで、SB4では、血圧値決定手段76により決定された平均血圧EBPMEANが読み込まれる。続いて、前記心拍出量算出手段84に対応するSB5では、上記SB3において圧脈波PA (t) の拡張期波形から算出された時定数τと、前記血圧値決定手段76により決定された平均血圧EBPMEANとに基づいて、予め設定された数式4から心拍出量(相対値)Qrelative(=PAV/τ)を一拍毎に算出する。
【0041】
そして、表示制御手段86に対応するSB6では、上記SB5によって一拍毎に算出された心拍出量(相対値)Qrelativeを、たとえば図5に示すように、時間軸88に沿って一拍毎に算出された値を相互に接続するトレンドグラフが表示器32に表示される。また、血圧値決定手段76により決定された最高血圧値EBPSYS および最低血圧値EBPDIA を示す棒状マークが共通の時間軸88にそって連続的に表示され、血圧値と心拍出量Qrelativeとが対比可能とされる。
【0042】
上述のように本実施例によれば、心拍出量算出手段84(SB5)により、数式4(Qrelative=PAV/τ)から、拡張期波形時定数算出手段82(SB3)により算出された時定数τと、血圧値決定手段76(SA9)により決定された平均血圧値EBPMEANとに基づいて、心拍出量Qrelativeが算出される。したがって、本実施例の心拍出量推定装置8によれば、非侵襲で心拍出量Qrelativeが連続的に推定され、生体の循環状態の監視の信頼性が高められる。
【0043】
また、本実施例の血圧値決定手段76(SA9)は、生体の平均血圧値EBPMEANを一拍毎に決定するものであり、心拍出量算出手段84(SB5)は、その平均血圧値EBPMEANと前記時定数τの逆数との乗算値に基づいて心拍出量Qrelativeを一拍毎に算出するものであるので、心拍出量Qrelativeが連続的に推定される。
【0044】
また、本実施例の圧脈波検出装置34は、生体の皮膚直下に位置する撓骨動脈56を押圧する平坦な押圧面54に多数の圧力検出素子を有する圧脈波センサ46と、その圧脈波センサ46の平坦な押圧面54により上記皮膚直下の撓骨動脈56の管壁の一部が平坦となるまでその圧脈波センサ46を押圧する押圧装置(36、44)とを備えて、非観血にてその撓骨動脈56内の圧脈波PA (t) を検出するものであるので、撓骨動脈56の管壁の張力の影響が抑制されてその動脈内の圧力に対応した圧脈波PA (t) の形状が得られる利点がある。
【0045】
また、本実施例の拡張期判定手段80(SB2)は、圧脈波検出装置34により検出された圧脈波PA (t) の大動脈弁閉鎖時期以後の拡張期波形における最小傾斜点すなわち〔d(PA (t)) /dt) 〕min である図3のt2 時点を検出し、その圧脈波PA (t) の波形のうちその最小傾斜点以後を拡張期と判定するものであるので、拡張期の開始時点が可及的早期に判定され、時定数τの演算精度が高められる利点がある。また、上記拡張期判定手段80(SB2)は、平滑微分演算式を用いて上記拡張期波形における微分点を逐次算出し、その微分値の最小点を最小傾斜点として決定するので、ノイズによる影響が抑制され、判定精度が高められる。
【0046】
以上、本発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明したが、本発明はその他の態様においても適用される。
【0047】
たとえば、前述の実施例の心拍出量算出手段84は、平均血圧値EBPMEANと前記時定数τの逆数との乗算値に基づいて心拍出量Qrelativeを一拍毎に算出するものであったが、連続血圧値EBP(t) の瞬時値と時定数τの逆数との乗算値を波形の一周期の区間内において積分することにより心拍出量Qrelative〔=∫(1/τ) EBP(t) dt〕を算出するものであってもよい。要するに、拡張期波形時定数算出手段82により算出された時定数τと血圧値決定手段76により決定された血圧値とに基づいて心拍出量Qrelativeを算出するものであればよいのである。
【0048】
また、前述の実施例では、心拍出量Qrelativeを一拍毎にリアルタイムで算出されていたが、数拍或いは十数拍毎に算出されてもよい。
【0049】
また、前述の拡張期波形時定数算出手段82では、圧脈波PA (t) の大動脈弁閉鎖時期以後の拡張期波形において時定数τが算出されていたが、連続血圧値EBP(t) の大動脈弁閉鎖時期以後の拡張期波形において時定数τが算出されても差し支えない。
【0050】
また、前述の実施例では、血圧値決定手段76により平均血圧値EBPMEANが一拍毎に決定されていたが、一拍よりも長い予め設定された周期毎に決定されても差し支えない。また、上記平均血圧値EBP(t) MEANは、血圧値決定手段76において連続血圧値EBP(t) から算出されても差し支えない。さらに、上記平均血圧値EBPMEANに変えて、オシロメトリック法により血圧測定が行われる過程で、最大脈波振幅発生時のカフ圧から決定された平均血圧値が所定期間用いられてもよい。
【0051】
また、前述の実施例において、大動脈の下流の所定部位の動脈の圧脈波として撓骨動脈56内の圧脈波PA (t) が用いられていたが、足背動脈の圧脈波などの他の部位の圧脈波が用いられてもよい。但し、圧脈波センサ46の平坦な押圧面54により押圧されたとき、管壁の一部が平坦となるまで押圧されることが望ましいが、その管壁の一部が平坦となるまで押圧しようとする場合には、たとえば頸動脈では硬いバックアップがないため不可能であり、動脈が逃げないように、骨などによってバックアップされることが望まれる。この点において、撓骨動脈56あるいは足背動脈が望ましいのである。
【0052】
また、前述の実施例では、血圧測定手段70、対応関係決定手段74、血圧値決定手段76が設けられていたが、圧脈波検出装置34から出力される圧脈波P2 (t) の絶対値の信頼性が高く、カフ10を用いて測定した血圧値に基づくキャリブレーションが不要である場合には、それら血圧測定手段70、対応関係決定手段74、血圧決定手段76が設けられていなくても差し支えない。
【0053】
なお、本発明はその主旨を逸脱しない範囲においてその他種々の変更が加えられ得るものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例である心拍出量推定装置の回路構成を説明するブロック線図である。
【図2】図1の実施例における電子制御装置28の制御機能の要部を説明する機能ブロック線図である。
【図3】図1の実施例の圧脈波検出装置によって検出された圧脈波の一例を示す図である。
【図4】図2の拡張期判定手段において、圧脈波の傾斜を求めるために用いられる平滑微分演算を説明する図である。
【図5】図2の表示制御手段により表示される心拍出量のトレンド表示を示す図である。
【図6】図1の実施例における電子制御装置28の制御作動の要部を説明するフローチャートであって、血圧測定ルーチンを示す図である。
【図7】図1の実施例における電子制御装置28の制御作動の要部を説明するフローチャートであって、心拍出量算出ルーチンを示す図である。
【符号の説明】
34:圧脈波検出装置
46:圧脈波センサ
54:押圧面
76:血圧値決定手段
80:拡張期判定手段
82:拡張期波形時定数算出手段
84:心拍出量算出手段
86:表示制御手段[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a cardiac output estimation device that estimates the amount of blood pumped out of a heart of a living body, that is, the cardiac output.
[0002]
[Prior art]
Since the blood circulation state of the living body is extremely important for the maintenance of the life of the living body, it is necessary to grasp the blood circulation state using the blood pressure value or the like during surgery or intensive care with general anesthesia of the living body. ing. However, since a general automatic blood pressure measuring device determines a blood pressure value based on a change in Korotkoff sound or pulse wave generated in the process of changing the compression pressure of a part of a living body using a cuff, Not only does it take several tens of seconds to measure the value, but the measurement cycle is at least several minutes to avoid the effects of congestion, and there is a risk that it will be delayed to notice changes in the condition of the living body.
[0003]
On the other hand, for example, as described in PCT Application Publication No. WO 88/04910, a pressure pulse wave generated in an artery of a living body is detected for each beat, and the pressure pulse wave is detected from a preset relationship. There has been proposed a continuous blood pressure monitoring apparatus that estimates a blood pressure value of a living body for each beat based on the size. According to this, since the blood pressure value of the living body is estimated for each beat, it is possible to quickly know the change in the blood pressure value of the living body.
[0004]
[Problems to be Solved by the Invention]
However, since the blood flow volume of the living body, that is, the cardiac output is not in a one-to-one relationship with the blood pressure value, there may be a case where the blood pressure value is not sufficient even if it is sufficient. For example, if peripheral vascular resistance increases due to the influence of nerves or drugs, the blood pressure value also increases due to weak pulsation of the heart. In such a case, the cardiac output may not be sufficient. is there. Therefore, there are cases where the living body cannot be sufficiently monitored only by monitoring the blood pressure value with the conventional continuous blood pressure monitoring device.
[0005]
The present invention has been made in the background as described above, and an object thereof is to provide a cardiac output estimation device capable of continuously estimating cardiac output in a non-invasive manner. .
[0006]
[Means for Solving the Problems]
As a result of various investigations on the basis of the above circumstances, the present inventors have expressed the degree of fall of the diastolic waveform of the biological pressure pulse wave as a time constant, which corresponds to the peripheral resistance. Therefore, it was found that the cardiac output can be estimated based on the time constant and the blood pressure value at that time. The present invention has been made based on such findings.
[0007]
That is, the gist of the present invention is a cardiac output estimation device that estimates the amount of blood pumped from the heart of a living body, and (a) detects a pressure pulse wave generated in the artery of the living body. A pressure pulse wave detecting device, (b) a blood pressure value determining means for determining a blood pressure value of the living body when the pressure pulse wave detected by the pressure pulse wave detecting device is generated, and (c) the pressure pulse wave detecting device. A diastole determining means for determining the diastole of the pressure pulse wave from the shape of the pressure pulse wave detected by (d), and (d) the time constant of the waveform of the diastole pressure pulse wave determined by the diastole determining means. Based on the diastolic waveform time constant calculating means for calculating (e) the time constant calculated by the diastolic waveform time constant calculating means and the blood pressure value determined by the blood pressure value determining means. And a cardiac output calculating means for calculating the amount.
[0008]
【The invention's effect】
In this way, the cardiac output calculating means calculates the cardiac output based on the time constant calculated by the diastolic waveform time constant calculating means and the blood pressure value determined by the blood pressure value determining means. Calculated. Therefore, according to the cardiac output estimation apparatus of the present invention, the cardiac output is continuously estimated non-invasively, and the reliability of monitoring of the circulatory state of the living body is improved.
[0009]
Other forms of the invention
Preferably, the blood pressure value determining means determines an average blood pressure value of the living body, and the cardiac output calculating means is a product of the average blood pressure value and the reciprocal of the time constant. Based on the above, the cardiac output is calculated. Preferably, the blood pressure value determining means determines a blood pressure waveform corresponding to the pressure pulse wave of the living body, and the cardiac output calculating means includes a plurality of sections for dividing the blood pressure waveform. The cardiac output is calculated based on the integral value of the product of each value and the reciprocal of the time constant. In any of the above cases, the cardiac output is continuously estimated.
[0010]
Preferably, the pressure pulse wave detection device includes a pressure pulse wave sensor having a pressure detection element on a flat pressing surface that presses an artery located directly under the skin of the living body, and a flatness of the pressure pulse wave sensor. A pressure device that presses the pressure pulse wave sensor until a part of the arterial wall just below the skin is flattened by the pressing surface, and detects the pressure pulse wave in the artery without blood pressure It is. In this way, there is an advantage that the influence of the tension of the artery wall of the artery is suppressed and the shape of the pressure pulse wave corresponding to the pressure in the artery can be obtained.
[0011]
Preferably, the diastolic determination means detects a minimum inclination point in the diastolic waveform after the aortic valve closing time of the pressure pulse wave detected by the pressure pulse wave detection device, and the waveform of the pressure pulse wave Of these, the part after the minimum inclination point is determined as the diastole. In this way, there is an advantage that the start point of the diastole is determined as early as possible and the calculation accuracy of the time constant is improved. The diastolic determination means sequentially calculates a differential point in the diastolic waveform using a smooth differential equation, and determines the minimum point of the differential value as the minimum inclination point.
[0012]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram illustrating a circuit configuration of a cardiac output estimation device 8 to which the present invention is applied.
[0013]
In the cardiac output estimation device 8 of FIG. 1, a rubber bag is provided in a cloth belt-like bag, and the
[0014]
The
[0015]
The
[0016]
The pressure pulse
[0017]
The pressure
[0018]
The
[0019]
FIG. 2 is a functional block diagram for explaining a main part of the control function of the
[0020]
Correspondence determining means 74 is the highest and lowest values of blood pressure value BP measured by blood pressure measuring means 70 and the highest value of pressure pulse wave P A (t) detected by pressure pulse
[0021]
[Expression 1]
EBP (t) = αP A (t) + β
[0022]
The blood pressure
[0023]
The blood pressure
[0024]
The diastolic determination means 80 obtains the time constant of the waveform corresponding to the cardiac diastole from the waveform representing the pressure pulse wave P A (t), that is, the continuous blood pressure value EBP (t). Determine the start point of diastole after aortic valve closure. The timing of closing the aortic valve is limited to a certain range from the upper peak point of the above waveform (at time t 0 in FIG. 3), and an empirical rule is used that shows the steepest descent in the early diastole. The diastolic determination means 80 is set so that even the youngest person having the longest time from the upper peak point of the waveform to the aortic valve closing time (time t 1 in FIG. 3) is after the start of the diastole. Period A, for example, after a time of about 250 ms from the upper peak point, the minimum inclination point (maximum inclination point in absolute value) [d (P A (t)) / dt)] min, that is, at time t 2 in FIG. Is detected, the period corresponding to the diastole of the waveform is determined.
[0025]
In the diastolic determination means 80, the minimum slope [d (P A (t)) / dt)] min is preferably the minimum value of the differential value calculated by the smooth differential equation shown below. It is done. In this smooth differential equation, for example, as shown in FIG. 4, sampling data near a predetermined time point t i within the diastole of the waveform is x i−3 , x i−2 , x i−1 , x i. when a x i + 1, x i + 2, x i + 3, from equation 2 (the slope of the waveform) a differential value of the predetermined time t i sub i is determined. In Equation 2, T s is a sampling period.
[0026]
[Expression 2]
sub i = (x i + 1 + x i +2 + x i +3 -x i -3 -x i -2 -x i-1 ) / (12 × T s )
[0027]
The diastolic waveform time
[0028]
[Equation 3]
τ = ∫P A (t) dt / (P 2 −P 3 )
[0029]
The cardiac output calculating means 84 is preset based on the time constant τ calculated from the diastolic waveform by the diastolic waveform time constant calculating means 82 and the blood pressure value determined by the blood pressure
[0030]
[Expression 4]
Q relative = P AV / τ
[0031]
The display control means 86 calculates the cardiac output (relative value) Q relative calculated for each beat by the cardiac output calculation means 84, for example, one beat along the time axis 88 as shown in FIG. A trend graph for connecting the calculated values to each other is displayed on the
[0032]
FIG. 6 and FIG. 7 are flowcharts for explaining a main part of the control operation in the
[0033]
In FIG. 6, after an initial process for clearing a counter and a register (not shown) is executed in step SA <b> 1 (hereinafter, step is omitted), in SA <b> 2 corresponding to the cuff pressure control means 72, the switching
[0034]
However, if the determination of SA3 is affirmed due to the increase in the cuff pressure P C , the blood pressure measurement algorithm is executed in SA4 corresponding to the blood pressure measurement means 70. That is, by stopping the
[0035]
Next, at SA5, one pressure pulse wave P A (t) detected by the pressure
[0036]
In SA7, it is determined whether or not one pressure pulse wave P A (t) detected by the pressure
[0037]
In SA10, it is determined whether or not a preset period of about 15 to 20 minutes, that is, a calibration period has elapsed since the blood pressure measurement by the
[0038]
In cardiac output calculation routine of Figure 7, after one of the pressure pulse wave P A (t) is read in SB1, the SB2 corresponding to the diastolic determining means 80, the pressure pulse wave P A of (t) By detecting the minimum slope (maximum slope in absolute value) [d (P A (t)) / dt)] min after the set period A has elapsed from the upper peak point, that is, the time t 2 in FIG. The start point of the diastole of the waveform is determined. The two-dot chain line in FIG. 3 indicates the minimum inclination [d (P A (t)) / dt)] min .
[0039]
Next, in SB3 corresponding to the diastolic waveform time constant calculating means 82, a predetermined interval in the diastolic period of the pressure pulse wave P A (t) determined in SB2, the minimum slope point in this embodiment (FIG. 3). lowest point from t 2 time) of (in the t 3 time points) to the section of FIG. 3 (time 0 to t d), the time constant τ of the logarithmic curve in the section, the pressure value of t 2 time points from the
[0040]
Next, at SB4, the average blood pressure EBP MEAN determined by the blood pressure
[0041]
Then, in SB6 corresponding to the display control means 86, the cardiac output (relative value) Q relative calculated for each beat by the SB5 is set to one beat along the time axis 88 as shown in FIG. A trend graph that interconnects the values calculated for each is displayed on the
[0042]
As described above, according to this embodiment, the cardiac output calculation unit 84 (SB5) calculates the diastolic waveform time constant calculation unit 82 (SB3) from Equation 4 (Q relative = P AV / τ). The cardiac output Q relative is calculated based on the time constant τ and the average blood pressure value EBP MEAN determined by the blood pressure value determining means 76 (SA9). Therefore, according to the cardiac output estimation apparatus 8 of the present embodiment, the cardiac output Q relative is continuously estimated non-invasively, and the reliability of monitoring of the circulatory state of the living body is improved.
[0043]
The blood pressure value determining means 76 (SA9) of this embodiment determines the average blood pressure value EBP MEAN of the living body for each beat, and the cardiac output calculating means 84 (SB5) is the average blood pressure value. since calculates a cardiac output Q relative to each one heartbeat based on the multiplication value of the reciprocal of the time constant τ and EBP MEAN, cardiac output Q relative is continuously estimated.
[0044]
In addition, the pressure pulse
[0045]
Further, the diastolic determination means 80 (SB2) of the present embodiment is the minimum slope point in the diastolic waveform after the aortic valve closing timing of the pressure pulse wave P A (t) detected by the pressure pulse
[0046]
As mentioned above, although one Example of this invention was described in detail based on drawing, this invention is applied also in another aspect.
[0047]
For example, the cardiac output calculation means 84 of the above-described embodiment calculates the cardiac output Q relative for each beat based on the product of the average blood pressure value EBP MEAN and the inverse of the time constant τ. However, by integrating the product of the instantaneous value of the continuous blood pressure value EBP (t) and the inverse of the time constant τ within one period of the waveform, the cardiac output Q relative [= ∫ (1 / τ ) EBP (t) dt] may be calculated. In short, it is only necessary to calculate the cardiac output Q relative based on the time constant τ calculated by the diastolic waveform time constant calculating means 82 and the blood pressure value determined by the blood pressure
[0048]
In the above-described embodiment, the cardiac output Q relative is calculated in real time for each beat, but may be calculated for every few beats or tens of beats.
[0049]
In the diastolic waveform time constant calculating means 82, the time constant τ is calculated in the diastolic waveform after the aortic valve closing time of the pressure pulse wave P A (t), but the continuous blood pressure value EBP (t) The time constant τ may be calculated in the diastole waveform after the aortic valve closing time.
[0050]
In the above-described embodiment, the mean blood pressure value EBP MEAN is determined for each beat by the blood pressure
[0051]
In the above-described embodiment, the pressure pulse wave P A (t) in the
[0052]
In the above-described embodiment, the blood pressure measuring means 70, the
[0053]
The present invention can be modified in various other ways without departing from the spirit of the present invention.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram illustrating a circuit configuration of a cardiac output estimating apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a functional block diagram illustrating a main part of a control function of the
3 is a diagram showing an example of a pressure pulse wave detected by the pressure pulse wave detection device of the embodiment of FIG. 1; FIG.
4 is a diagram for explaining a smooth differential calculation used for obtaining the slope of a pressure pulse wave in the diastole determining means of FIG. 2. FIG.
FIG. 5 is a diagram showing a trend display of cardiac output displayed by the display control unit of FIG.
6 is a flowchart for explaining a main part of the control operation of the
7 is a flowchart for explaining a main part of the control operation of the
[Explanation of symbols]
34: pressure pulse wave detection device 46: pressure pulse wave sensor 54: pressure surface 76: blood pressure value determining means 80: diastolic period determining means 82: diastolic waveform time constant calculating means 84: cardiac output calculating means 86: display control means
Claims (5)
前記生体の動脈内に発生する圧脈波を検出する圧脈波検出装置と、
該圧脈波検出装置により検出された圧脈波の発生時における生体の血圧値を決定する血圧値決定手段と、
前記圧脈波検出装置により検出された圧脈波の形状から、該圧脈波の拡張期を判定する拡張期判定手段と、
該拡張期判定手段により判定された拡張期の圧脈波の波形の時定数を算出する拡張期波形時定数算出手段と、
該拡張期波形時定数算出手段により算出された時定数と、前記血圧値決定手段により決定された血圧値とに基づいて、心拍出量を算出する心拍出量算出手段と
を、含むことを特徴とする心拍出量推定装置。A cardiac output estimator that estimates the volume of blood pumped from the heart of a living body,
A pressure pulse wave detection device for detecting a pressure pulse wave generated in the artery of the living body;
A blood pressure value determining means for determining a blood pressure value of the living body at the time of occurrence of the pressure pulse wave detected by the pressure pulse wave detecting device;
From the shape of the pressure pulse wave detected by the pressure pulse wave detection device, diastole determination means for determining the diastole of the pressure pulse wave;
Diastolic waveform time constant calculating means for calculating the time constant of the waveform of the diastolic pressure pulse wave determined by the diastolic determining means;
A cardiac output calculating means for calculating a cardiac output based on the time constant calculated by the diastolic waveform time constant calculating means and the blood pressure value determined by the blood pressure value determining means. An apparatus for estimating cardiac output.
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