JP3829220B2 - Cardiac function monitoring device - Google Patents

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JP3829220B2 JP27633897A JP27633897A JP3829220B2 JP 3829220 B2 JP3829220 B2 JP 3829220B2 JP 27633897 A JP27633897 A JP 27633897A JP 27633897 A JP27633897 A JP 27633897A JP 3829220 B2 JP3829220 B2 JP 3829220B2
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【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、生体の心臓の機械的な効率である心機械効率や、心臓の拍出機能の程度を示す最大圧容積比を連続的に算出することにより、生体の心臓の機能を評価する心機能監視装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
左心室の収縮末期における弾性腔としての特性すなわち弾性係数を左心室収縮末期(大動脈弁閉鎖時)エラスタンスEesとして、大動脈の実効的弾性腔としての特性すなわち弾性係数を大動脈実効エラスタンスEa として定義したとき、この大動脈実効エラスタンスEa と左心室収縮末期エラスタンスEesとの比Ea /Eesは、左心室と大動脈の結合バランスすなわち左心室の機械的効率を表すため、また、上記左心室収縮末期エラスタンスEesも単独で左心室の血液圧送能力を表すものであるため、それらEa /EesやEesは、心機能の指標の一つとして重要であり、安静時、ストレス時、また心不全時など、心機能状態によって一律に変化し、また心代謝効率(心仕事量/心筋酸素消費量)をも反映することが理論的、実験的に明らかとなってきた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、最大圧容積比或いは左心室収縮末期圧容積比として知られている上記左心室収縮末期エラスタンスEesは、左心室の圧力と容積の関係の変化を連続的に検出し、左心室内の容積値を示す容積軸と左心室内の圧力値を示す圧力軸との二次元座標において描かれる圧容積図において、心筋の前負荷あるいは後負荷によって変動する心拍出の圧容積ル−プを求めるとともに、内圧が零であるときの容積である左心室アンストレスト容積V0 を複数の圧容積ル−プから推定し、収縮末期圧Pesを収縮末期容量Vesと左心室アンストレスト容積V0 との差(Ves−V0 )で除算して求められなければならない。そのため、左心室の内圧と容積を同時に測定しなくてはならないので、観血的にそれら左心室の内圧と容積を求める従来の方式では、切開手術やカテ−テルの挿入などを必要とするので、心機能の監視が非常に困難であった。また、大動脈実効エラスタンスEa も、上記圧容積図において、心筋の前負荷あるいは後負荷によって変動する心拍出の圧容積ル−プを求め、収縮末期圧Pesを拡張末期容量Vedと収縮末期容量Vesとの差(Ved−Ves)で除算して求められなければならないため、観血的に左心室の内圧と容積を求める従来の方式では心機能の監視が非常に困難であった。
【0004】
本発明は以上の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、心機械効率Ea /Ees或いは左心室収縮末期エラスタンスEesを、無侵襲に簡便に連続的に監視することができる心機能監視装置を提供することにある。
【0005】
本発明者等は、以上の事情を背景として、生体の心電図、撓骨動脈圧波形、心音図、肺動脈カテーテルのデータを種々検討を重ねた結果、前記圧容積図において一拍毎に描かれる略矩形の圧容積ル−プを構成する4辺である等容積性拡張線、等圧力性拡張線、等容積性収縮線、等圧力性収縮線のうち、等圧力性収縮線および等圧力性拡張線を容積軸に平行な2辺とし、等容積性収縮線および等容積性拡張線を圧力軸に平行な2辺として完全な矩形に近似したとき、前記大動脈実効エラスタンスEa と左心室収縮末期エラスタンスEesとの比すなわち心機械効率Ea /Eesは、上記圧容積ル−プの各点における圧容積比Eが時間の一次関数E(t)=k・tであるという前提から、心臓の前駆出時間PEPと駆出時間LVETとの比PEP/LVETで近似できるという事実を見いだした。本発明はかかる知見に基づいて為されたものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明の要旨とするところは、生体の心臓の機能を心機械効率に基づいて監視するための心機能監視装置であって、(a)前記生体の左心室の収縮開始から、その左心室から血液が駆出するまでの前駆出期間を非観血的に決定する前駆出期間決定手段と、(b)前記生体の心音に含まれる第1心音の末期から第2心音の発生時までの区間を、その生体の左心室から血液が駆出されている駆出期間として非観血的に決定する駆出期間決定手段と、(c)予め設定された関係から前記前駆出期間および駆出期間に基づいて、前記生体の心機械効率を算出する心機械効率算出手段と、(d)前記生体の大動脈圧を推定する大動脈圧推定手段と、(e)その大動脈圧推定手段により推定された大動脈圧に基づいて、前記生体の収縮末期における大動脈内圧を決定する収縮末期大動脈圧決定手段と、(f)前記生体の左心室の一拍あたりの拍出量を非観血的に推定する拍出量推定手段と、(g)予め設定された関係から前記収縮末期大動脈圧決定手段により決定された左心室の収縮末期における大動脈内圧と、前記拍出量推定手段により推定された左心室の一拍あたりの拍出量とに基づいて、大動脈実効エラスタンスを算出する大動脈実効エラスタンス算出手段と、(h)その大動脈実効エラスタンス算出手段により算出された大動脈実効エラスタンスと前記心機械効率算出手段により算出された心機械効率とに基づいて左心室収縮末期エラスタンスを算出する左心室収縮末期エラスタンス算出手段とを、含むことにある。
【0007】
【発明の効果】
このようにすれば、心機械効率算出手段において、予め設定された関係から、非観血的に求められた前駆出期間および駆出期間に基づいて大動脈実効エラスタンスEa と左心室収縮末期エラスタンスEesとの比である心機能に対応する心機械効率Ea /Eesが無侵襲で簡便に測定できる。また、左心室収縮末期エラスタンス算出手段により、大動脈実効エラスタンス算出手段により算出された大動脈実効エラスタンスE と前記心機械効率算出手段により算出された心機械効率E / es とに基づいて左心室収縮末期エラスタンスE es が算出されるので、心機能に対応する左心室収縮末期エラスタンスE es を無侵襲で簡単に測定できる。さらに、第1心音の末期から第2心音の発生時までの区間を駆出期間LVETとして直接的に決定されるので、駆出期間LVETが無侵襲で正確に算出される。
【0008】
【発明の他の態様】
ここで、好適には、前記予め設定された関係は数式1に示されたものである。
【0009】
【数1】
a /Ees=PEP/LVET
【0010】
この数式1は、前記圧容積図において一拍毎に描かれる圧容積ル−プを容積軸に平行な2辺である収縮期等圧力線および拡張期等圧力線と圧力軸に平行な2辺である収縮期等容積線および拡張期等容積線とから成る矩形に近似したとき、前記大動脈実効エラスタンスEa と左心室収縮末期エラスタンスEesとの比すなわち心機械効率Ea /Eesを、心臓の前駆出時間PEPと駆出時間LVETとの比PEP/LVETで近似できるという事実から求められるものである。
【0012】
また、好適には、前記心機能監視装置は、前記生体に接触される電極を通してその生体の心電誘導波形を検出する心電誘導装置と、前記生体に装着されてその生体から発生する心音を検出する心音検出装置とを備えたものであり、上記心音検出装置は、前記生体の食道などの体腔内において心臓の近傍に配置され、その生体の心臓からから発生する第1心音I および第2心音IIを検出するものである。
【0013】
また、好適には、前記前駆出期間決定手段は、前記心電誘導装置から得られた心電誘導波形のQ波から上記第心1音末期までの時間を心臓の収縮が開始されてから血液が実際に吐出されるまでの前駆出時間PEPとして算出するものである。このようにすれば、非侵襲で前駆出期間PEPが正確に測定される利点がある。
【0015】
また、好適には、前記心機能監視装置は、心機械効率算出手段により逐次算出された前駆出期間PEPと駆出期間LVETとの比PEP/LVETすなわち心機械効率Ea /Ees、および/または左心室収縮末期エラスタンス算出手段により算出された左心室収縮末期エラスタンスEesを、表示器において所定の時間軸に沿って逐次表示する表示制御手段をさらに含むものである。このようにすれば、表示制御手段により心機械効率Ea /Eesや左心室収縮末期エラスタンスEesが表示器に逐次トレンド表示されるので、たとえば手術中に患者の心機能が低下しつつある場合などにおいて、その心機械効率Ea /Eesあるいは左心室収縮末期エラスタンスEesのトレンドより心機能の変化傾向を知ることができるので、異常状態に達する前に心機能の異常を予知することが可能となる利点がある。
【0016】
また、好適には、前記拍出量推定手段は、前記大動脈圧推定手段により推定された大動脈圧の波形に基づいて拍出量SVを算出するものである。このようにすれば、生体情報を検出するための検出装置を増設することなく拍出量SVが得られる利点がある。
【0017】
また、好適には、前記収縮末期大動脈圧決定手段は、前記推定大動脈圧から求められる平均血圧MAP、または前記心電誘導波形のT波の終点あるいは前記第2心音IIの開始点が検出された時点の大動脈圧に対応する前記推定大動脈圧を収縮末期大動脈圧Pesとして決定するものである。このようにすれば、非侵襲で収縮末期大動脈圧Pesが正確に決定される利点がある。
【0018】
【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機能監視装置8の構成を説明するブロック線図である。
【0019】
図1において、10はゴム製袋を布製帯状袋内に有するカフであって、たとえば患者の上腕部12に巻回された状態で装着される。カフ10には、圧力センサ14、排気制御弁16、および空気ポンプ18が配管20を介してそれぞれ接続されている。排気制御弁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。
【0020】
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ており、圧力信号SPに含まれる定常的な圧力を表すカフ圧信号SKを弁別してそのカフ圧信号SKをA/D変換器26を介して演算制御装置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ており、圧力信号SPの振動成分である脈波信号SM1 を弁別してその脈波信号SM1 をA/D変換器30を介して演算制御装置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り、上記脈波弁別回路24はカフ脈波検出手段として機能している。
【0021】
上記演算制御装置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図示しない駆動回路を介して排気制御弁16および空気ポンプ18を制御する。カフ10を用いた血圧測定に際しては、たとえばカフ10内の圧力を所定の目標圧力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、その徐速降圧過程で逐次採取される脈波信号SM1 が表す脈波の変化に基づいてオシロメトリック法により最高血圧値および最低血圧値などの血圧値(基準血圧値)を決定し、その決定した血圧値を表示器32に表示させる。
【0022】
圧脈波検出プローブ34は、容器状を成すセンサハウジング36を収容する図示しない外ケースと、このセンサハウジング36を撓骨動脈56の幅方向に移動させるためにそのセンサハウジング36に螺合され、図示しないモータによって回転駆動されるねじ軸41とを備えている。上記外ケースには装着バンドが取りつけられており、上記容器状を成すセンサハウジング36の開口端が人体の体表面38に対向する状態でその装着バンドによりカフ10が巻回されていない側たとえば左側の手首に着脱可能に取り付けられるようになっている。
【0023】
上記センサハウジング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センサハウジング36の開口端からの突出し可能に設けられており、これらセンサハウジング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を経て圧力空気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で前記体表面38に押圧される。なお、本実施例では、圧脈波センサ46の押圧力は圧力室48内の圧力(単位:mmHg)で示される。
【0024】
上記センサハウジング36およびダイヤフラム44は、圧脈波センサ46を撓骨動脈56に向かって押圧する押圧装置58を構成しており、上記ねじ軸41および図示しないモータは、圧脈波センサ46が押圧される押圧位置をその撓骨動脈56の幅方向に移動させて変更する押圧位置変更装置すなわち幅方向移動装置を構成している。
【0025】
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から成る平坦な押圧面54に多数の半導体感圧素子(図示せず)が撓骨動脈56の幅方向すなわちねじ軸41と平行な圧脈波センサ46の移動方向に0.2mm程度の一定の間隔で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圧脈波を検出し、その圧脈波を表す圧脈波信号SM2 をA/D変換器58を介して演算制御装置28へ供給する。
【0026】
演算制御装置28のCPU29は、ROM31に予め記憶されたプログラムに従ってRAM33の記憶機能を利用しつつ入力処理を実行し、空気ポンプ50および調圧弁52へ図示しない駆動回路を介して駆動信号を出力して圧力室48内の圧力を調節する。演算制御装置28は、たとえば連続血圧監視に際しては、圧力室48内の徐速圧力変化過程で逐次得られる圧脈波に基づいて撓骨動脈56の血管壁の一部を略平坦とするための圧脈波センサ46の最適押圧力PHDPOを決定し、その最適押圧力PHDPOを維持するように調圧弁52を制御する。
【0027】
また、演算制御装置28は、カフ10を用いて測定された最高血圧値BPSYS および最低血圧値BPDIA と、上記最適押圧力PHDPOが維持された状態で圧脈波センサ46の半導体感圧素子のうちの撓骨動脈56の真上に位置する中心位置圧力検出素子(アクティブエレメント)により検出された圧脈波の最高値PMmaxおよび最低値PMminとに基づいて、測定された血圧値BPと圧脈波の大きさPM (絶対値)との間の対応関係を求め、この対応関係から、圧脈波センサ46により逐次検出される圧脈波の大きさPM (mmHg)すなわち最高値(上ピーク値)PMmaxおよび最低値(下ピーク値)PMminに基づいて最高血圧値MBPSYS および最低血圧値MBPDIA (推定血圧値すなわち監視血圧値)を逐次決定し、表示器32においてその決定した最高血圧値MBPSYS および最低血圧値MBPDIA を1拍毎に数値表示させ、推定血圧値MBPを示す推定動脈圧波形BP(t) を連続的に出力する。
【0028】
上記対応関係は、たとえば図2に示すものであり、数式2により表される。この数式2において、Aは傾きを示す定数、Bは切片を示す定数である。
【0029】
【数2】
MBP=A・PM +B
【0030】
また、図1において、心音検出装置として機能する心音マイクロホン62は、生体の心臓の近傍に配設されてその心臓から発生する心音を検出し、その心音を表す心音信号SSを出力する。この心音マイクロホン62は、生体の体表面に装着されてもよいが、心臓により近接させて心音を一層明瞭に検出するために生体の食道等の体腔内に配置されればさらによい。上記心音マイクロホン62から出力された心音信号SSは、図示しない増幅器、ノイズ除去のための帯域フィルタ64、A/D変換器66を介して、演算制御装置28へ供給される。上記心音には、図5に示すように、僧帽弁の閉鎖および大動脈弁の開放に対応する第1心音I 、大動脈弁の閉鎖に対応する第2心音IIなどが含まれている。
【0031】
心電誘導装置68は、生体の表皮上においてその生体の心臓を挟むように位置する部位に貼着される複数の電極70を備え、その生体の表皮に誘導される心電誘導波形すなわちECG波形を検出し、その心電誘導波形を表す心電誘導信号SEを上記演算制御装置28へ出力する。上記心電誘導波形の1周期内には、たとえば図5に示すように、良く知られたP波、Q波、R波、S波、T波が順次含まれている。
【0032】
前記演算制御装置28は、さらに上記心電誘導信号SE、心音信号SS、および動脈圧波を処理して、心機械効率Ea /Ees、大動脈実効エラスタンスEa 、左心室収縮末期エラスタンスEesを算出し、ハードディスク、半導体メモリカード、磁気テープなどの図示しない記憶装置に逐次記憶させるとともに、前記表示器32或いは図示しないプリンタにおいて、上記心機械効率Ea /Eesや左心室収縮末期エラスタンスEesをトレンド表示させる。
【0033】
図3は、上記演算制御装置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において、血圧測定に際して、カフ圧制御手段74により変化させられるカフ10の圧迫圧力が圧力センサ14により検出される。血圧測定手段76は、カフ10による圧迫圧力を2〜3mmHg/sec程度の速度で徐々に変化させる過程で得られた脈拍同期信号、たとえば脈波振幅或いはコロトコフ音の変化に基づきオシロメトリック法或いはコロトコフ音法に従って生体の最高血圧値BPSYS 、平均血圧値BPMEAN、および最低血圧値BPDIA (基準血圧値)を測定する。
【0034】
関係決定手段78は、圧脈波センサ46の押圧面54に配列された複数の圧力検出素子のうち撓骨動脈56の真上に位置する中心位置圧力検出素子(アクティブエレメント)により検出される圧脈波の大きさPM と血圧値測定手段70により測定された血圧値BPとの間の対応関係をたとえば図2に示すように予め決定する。
【0035】
推定血圧値決定手段すなわち動脈圧波形推定手段80は、その図2の対応関係から、圧脈波センサ46の押圧面54に配列された複数の圧力検出素子のうち、たとえば上記アクティブエレメントにより検出される圧脈波の大きさに基づいて生体の推定血圧値MBPを連続的に決定し、たとえば図4に示すような推定動脈圧波形BP(t) を出力する。この推定動脈圧波形BP(t) は、上腕動脈圧波形を示すものであるが、大動脈圧波形に対応している。従って、動脈圧波形推定手段80は大動脈圧推定手段として機能し、推定動脈圧波形BP(t) は推定大動脈圧を意味する。なお、この上腕動脈圧波形と大動脈圧波形との間に測定に問題となるような差がある場合には、予め求められた伝達関数を用いて上腕動脈圧波形から大動脈圧波形が算出されてもよい。
【0036】
時間差算出手段82は、心音マイクロホン62により得られた第1心音I の終わりと圧脈波センサ46により得られる圧脈波の立ち上がり点との時間差TDを算出する。第1心音I の終わりは、心臓の左心室から大動脈へ血液の駆出が開始される時に検出されるので、この時間差TDは、大動脈圧が圧脈波センサ46が装着されている撓骨動脈56に伝播する伝播時間を意味している。
【0037】
前駆出期間決定手段84は、生体の左心室の心筋の収縮開始から、左心室から血液が駆出するまでの前駆出期間PEPを非観血的に決定する。例えば、心電誘導波形のQ波の発生時点から第1心音I の終端時点までの時間を、基準クロックパルスを計数することなどにより計測し、前駆出期間PEP(秒)を1拍毎に決定する。或いは、心電誘導波形のQ波の発生時点から動脈圧波形推定手段80により推定された大動脈圧波形の立ち上がり点までの時間から、時間差算出手段82により算出された時間差TDを差し引くことによって算出されてもよい。この前駆出期間PEPは、図5のタイムチャートに示すように、心臓の収縮開始時点から左心室から血液が実際に圧送開始(大動脈弁が開放)されるまでの時間である。
【0038】
駆出期間決定手段86は、生体の左心室から血液が駆出されている駆出期間LVETを非観血的に決定する。例えば、第1心音I の終端時点から第2心音IIの開始点までの時間を基準クロックパルスを係数することなどにより計測し、駆出期間LVET(秒)を決定する。或いは、心電誘導波形のQ波の発生時点から第2心音IIの開始点までの時間を計測することにより、心臓の収縮期間すなわち前駆出期間PEPと駆出期間LVETとの合計値(PEP+LVET)を算出し、その合計値(PEP+LVET)から前駆出期間決定手段84により求められた前駆出期間PEPを差し引くことにより駆出期間LVET(秒)を1拍毎に算出してもよい。また或いは、前記推定動脈圧波形BP(t) の立ち上がり点から大動脈弁閉鎖を示すノッチまでの時間(図4のt2 からt4 )を計測することにより駆出期間LVET(秒)を算出してもよい。
【0039】
心機械効率算出手段88は、前記数式1に示す予め設定された関係から、前駆出期間決定手段84により1拍毎に求められた前駆出期間PEPおよび駆出期間決定手段86により1拍毎に求められた駆出期間LVETに基づいて、大動脈実効エラスタンスEa と左心室収縮末期エラスタンスEesとの比すなわち心機械効率Ea /Eesを算出し、1拍毎に出力するか、或いは5拍程度の予め設定された区間内の移動平均値として出力する。なお、上記心機械効率算出手段88は、数式3に示す予め設定された関係から上記前駆出期間PEP、およびその前駆出期間PEPと駆出期間LVETとの合計値(PEP+LVET)に基づいてEi /Eesを算出し、そのEi /Eesと心機械効率Ea /Eesとの間の予め求められた関係から心機械効率Ea /Eesを算出してもよい。
【0040】
【数3】
i /Ees=PEP/(PEP+LVET)
【0041】
ここで、生体の心臓の左心室内の容積Vと圧力Pとの関係は、たとえば図6に示すような圧力軸と容積軸との二次元座標の圧力容積図に示される。心臓の1サイクル毎に描かれる図6の圧力容積ループは、等容積性拡張線L1 、等圧力性拡張線L2 、等容積性収縮線L3 、等圧力性収縮線L4 から成る4辺によって略矩形となっているので、それら4辺のうち、等圧力性収縮線L4 および等圧力性拡張線L2 を容積軸に平行な2辺とし、等容積性収縮線L3 および等容積性拡張線L1 を圧力軸に平行な2辺とすることにより、図7に示す完全な矩形の圧力容積ループに近似することができる。図7において、IV点は収縮末期すなわち等容積拡張開始点、I点は等圧拡張開始点、II点は拡張末期すなわち等容積収縮開始点、III 点は等圧収縮開始点、Pesは左心室内の収縮末期圧、Vedは左心室内の拡張末期容量、Vesは左心室内の収縮末期容量、Vo は内圧が略零であるときの左心室内の容積である左心室アンストレスト容積であり、それら左心室内の拡張末期容量Vedと左心室内の収縮末期容量Vesとの差(Ved−Ves)は1拍当たりの拍出量(スロトークボリューム)SVに対応している。この左心室アンストレスト容積Vo は、図8に示すように、各圧力容積ループの収縮末期圧Pes(IV点)と容積との関係を示す線すなわち収縮末期圧−容積関係線Lesと容積軸との交点である。
【0042】
たとえば、矩形に近似された圧力容積ループを示す図7において、左心室収縮末期エラスタンスEesは、上記収縮末期圧−容積関係線Lesの傾きすなわち左心室収縮末期圧容積比であり、心臓の基礎収縮力に対応する大きさを示すものであって、心機能を示すひとつの指標となる。ここで、図7において、左心室アンストレスト容積Vo と左心室収縮末期容量Vesとの間の幾何的距離をa、左心室収縮末期容量Vesと左心室内拡張末期容量Vedとの間の幾何的距離をb、等容積性収縮線L3 および等容積性拡張線L1 の幾何的長さをcとすると、上記収縮末期圧−容積関係線Lesの傾きEesはc/aにより表される。また、容積軸上の左心室アンストレスト容積Vo と等圧収縮開始点III とを結ぶ線Li の傾きEi はc/(a+b)により表され、容積軸上の拡張末期容積Vedと等容積拡張開始点IVとを結ぶ線La の傾きすなわち大動脈実効エラスタンスEa はc/bにより表される。従って、Ea /Eesはa/b、Ei /Eesはa/(a+b)となる。
【0043】
一方、図9に示すように、上記左心室弾性(エラスタンス)Eは、等容積性収縮期間Ti の経過後にはEi となり、全収縮期間Tes(=Ti +Te )の経過後にはEesとなるような、左心室の収縮時間tの一次関数E(t)=k・tであると仮定すると、Ei /Ees=Ti /Tesが成立する。また、上記等容積性収縮期間Ti は前駆出期間PEPに対応し、また、上記全収縮期間Tesは前駆出期間PEPと駆出期間LVETとの加算値(PEP+LVET)に対応するので、前記の近似式数式1および数式3が導かれるのである。
【0044】
図3の収縮末期大動脈圧決定手段90は、前記動脈圧波形推定手段80から出力された推定動脈圧波形BP(t) 、時間差算出手段82により得られた時間差TDおよび心音マイクロホン62により検出された心音とに基づいて、左心室の収縮末期における大動脈の圧力である収縮末期大動脈圧Pesを決定する。たとえば、第2心音IIの開始音は大動脈弁の閉鎖すなわち左心室の収縮の終了時に発生し、その時点における大動脈圧は時間差TD後に撓骨動脈に伝播するので、第2心音IIの終端を判定し、その判定時点から時間差TDだけ経過した時点における推定動脈圧波形BP(t) の大きさすなわち血圧値を収縮末期大動脈圧Pesとして決定する。
【0045】
拍出量推定手段92は、生体の左心室の一拍あたりの拍出量SV(stroke volume )を、たとえばワーナーアンドガードナー(Warnner & Gardner )の式として知られている次式4から、動脈圧波形推定手段80から出力された図4に示す推定動脈圧波形BP(t) に基づいて推定する。図4に示す推定動脈圧波形BP(t) において、前駆出時間開始時点t1 は推定動脈圧波形BP(t) の下ピーク時点t2 よりもたとえば80m秒程度の所定時間早い時点であり、駆出期間終了時点t4 は推定動脈圧波形BP(t) の上ピーク時点t3 よりも80m秒程度の所定時間遅い時点である。なお、数式4のKは補正定数であり、たとえば希釈法(サーモダイリューション法)により直接的に求められた値で予め校正される。
【0046】
【数4】

Figure 0003829220
【0047】
大動脈実効エラスタンス算出手段94は、たとえば数式5に示す予め設定された関係から、上記収縮末期大動脈圧決定手段90により決定された左心室の収縮末期における大動脈の圧力である収縮末期大動脈圧Pesと、上記拍出量推定手段92により推定された左心室の一拍あたりの拍出量SVとに基づいて大動脈実効エラスタンスEa を算出する。この大動脈実効エラスタンスEa は、図7の容積軸上の拡張末期容積Vedと等容積拡張開始点IVとを結ぶ線La の傾きであって、圧力容積ループの容積軸方向の幅寸法は左心室の一拍あたりの拍出量SVに相当するから、上記数式5は図7から導かれる。
【0048】
【数5】
a =Pes/SV
【0049】
左心室収縮末期エラスタンス算出手段96は、上記大動脈実効エラスタンス算出手段94により算出された大動脈実効エラスタンスEa と前記心機械効率算出手段88により算出された心機械効率Ea /Eesとに基づいて左心室収縮末期エラスタンスEesを算出する。すなわち、大動脈実効エラスタンスEa を心機械効率Ea /Eesで除算することにより左心室収縮末期エラスタンスEesを算出する。
【0050】
表示制御手段98は、前記心機械効率算出手段88により逐次算出された前駆出期間PEPと駆出期間LVETとの比PEP/LVETすなわち心機械効率Ea /Ees、および左心室収縮末期エラスタンス算出手段96により逐次算出された左心室収縮末期エラスタンスEesを、たとえば図10に示すように、共通の時間軸に沿ったトレンドグラフ形式で表示器32に表示させる。
【0051】
図11は、前記演算制御装置28の制御作動の要部を説明するフローチャートである。図11のステップ(以下、ステップを省略する)SA1では、心電信号SEにより表される心電誘導波形のQ波が発生したか否かが判断される。このSA1の判断が否定された場合には本ルーチンが終了させられて繰り返される。しかし、上記SA1の判断が肯定された場合には、SA2において、第1心音I の終端が発生したか否かが心音信号SSに基づいて判断される。このSA2の判断が否定された場合には繰り返しSA2の判断が実行されるが、肯定された場合には、SA3において、上記Q波の発生時から第1心音I の終端までの前駆出期間PEPが算出される。本実施例では、上記SA1乃至SA3が前駆出期間決定手段84に対応している。
【0052】
続くSA4では、第2心音IIが発生したか否かが心音信号SSに基づいて判断される。第2心音IIは、左心室内の圧力が大動脈圧以下になり、大動脈圧弁が閉鎖する時に発生する。従って、第2心音IIの開始は左心室の収縮の終了すなわち収縮末期を意味する。このSA4の判断が否定された場合には繰り返しSA4の判断が実行されるが、肯定された場合には、SA5において、SA2において検出された第1心音I の終端点からSA4において検出された第2心音IIの始まりまでの時間が、左心室から血液が駆出される駆出期間LVETとして決定される。本実施例では、上記SA2、SA4およびSA5が駆出期間決定手段86に対応している。
【0053】
次いで、前記心機械効率算出手段88に対応するSA6では、数式1に示す予め設定された関係から上記前駆出期間PEPおよび駆出期間LVETに基づいて心機械効率Ea /Eesが算出され、その数値が表示器32において表示されるとともに、その心機械効率Ea /Eesの時間的変化を示すトレンドグラフが図10に示すように表示器32において表示される。
【0054】
続いて、前記大動脈実効エラスタンス算出手段94に対応するSA7において、たとえば前記数式5示す予め設定された関係から、左心室収縮末期大動脈圧Pesと一拍あたりの拍出量SVとに基づいて大動脈実効エラスタンスEa が算出される。これら収縮末期大動脈圧Pesおよび拍出量SVは、たとえば図12に示すような比較的短い周期で繰り返し実行されるルーチンにより逐次算出され、更新されている。
【0055】
図12において、SB1では、カフ10によるキャリブレーション周期であるか否かが判断される。このSB1の判断が否定された場合はSB4の動脈圧波形推定が実行されるが、肯定された場合には、前記血圧測定手段76に対応するSB2においてカフ10を用いた血圧測定がオシロメトリック法或いはコロトコフ音法により実行され、前記関係決定手段78に対応するSB3では、圧脈波センサ46により検出される圧脈波の大きさとカフ10を用いて測定された血圧値との関係を示す図2の対応関係が決定される。次いで、動脈圧波形推定手段80に対応するSB4において、上記対応関係を用いて圧脈波センサ46により検出される圧波形が、図4に示すような血圧値の絶対値を表す推定動脈圧波形BP(t) に変換されてから出力される。
【0056】
続くSB5では、第1心音I の終端が発生したか否かが心音信号SSに基づいて判断される。このSB5の判断が否定された場合にはSB4以下が繰り返されるが、肯定された場合には、続くSB6において、圧脈波センサ46から得られる圧脈波信号SM2 に基づいて、推定動脈圧波形BP(t) の立ち上がり点が検出されたか否かが判断される。このSB6の判断が否定された場合にはSB4以下が繰り返される。
【0057】
しかし、上記SB6の判断が肯定された場合には、続く時間差算出手段82に対応するSB7において、SB5において検出された第1心音I の終端点からSB6において検出された圧脈波の立ち上がり点までの時間差TDを算出する。この時間差TDは、心臓の左心室から駆出された血液が圧脈波センサ46が装着されている撓骨動脈56まで伝播するのに必要な伝播時間を表している。
【0058】
続くSB8では、第2心音IIが発生したか否かが心音信号SSに基づいて判断される。このSB8の判断が否定された場合は本ルーチンが終了させられるが、肯定された場合は、前記収縮末期大動脈圧決定手段90に対応するSB9において、上記第2心音II発生時から、SB7において算出された時間差TDだけ後の時間における推定動脈圧波形BP(t) の大きさすなわち血圧値を収縮末期大動脈圧Pesとして決定する。次いで、SB10において、1脈波分すなわち1周期分の推定動脈圧波形BP(t) が発生したか否かが判断される。このSB10の判断が否定された場合は本ルーチンが終了させられるが、肯定された場合は、前記拍出量推定手段92に対応するSB11において、前記数式4に示す予め設定された関係から実際の推定動脈圧波形BP(t) に基づいて、左心室の一拍あたりの拍出量SVが算出される。
【0059】
図11に戻って、前記左心室収縮末期エラスタンス算出手段96に対応するSA8において、前記SA6において求められた心機械効率Ea /Eesと前記SA7において求められた大動脈実効エラスタンスEa とに基づいて、左心室収縮末期エラスタンスEesが算出され、その値が表示器32において表示されるとともに、その値の変化を示すトレンドグラフが図10に示すように表示器32において表示される。なお、上記SA6およびSA8は、心機械効率Ea /Ees、および左心室収縮末期エラスタンスEesを、表示器32において所定の時間軸に沿って逐次表示する表示制御手段98に対応している。
【0060】
上述のように、本実施例によれば、図7に示すように、一拍毎に描かれる圧容積ル−プを容積軸に平行な2辺である収縮期等圧力線および拡張期等圧力線と圧力軸に平行な2辺である収縮期等容積線および拡張期等容積線とから成る矩形に近似したとき、前記大動脈実効エラスタンスEa と左心室収縮末期エラスタンスEesとの比すなわち心機械効率Ea /Eesを、心臓の前駆出時間PEPと駆出時間LVETとの比PEP/LVETで近似できるという事実から、心機械効率算出手段88(SA6)により、数式1に示す予め設定された関係から前駆出期間決定手段84(SA3)により1拍毎に求められた前駆出期間PEPおよび駆出期間決定手段86(SA5)により1拍毎に求められた駆出期間LVETに基づいて心機械効率Ea /Eesが算出されるので、心機能を非侵襲で簡便に監視できる。
【0061】
また、本実施例によれば、左心室収縮末期エラスタンス算出手段96(SA8)により、大動脈実効エラスタンス算出手段94(SA7)により算出された大動脈実効エラスタンスEa と前記心機械効率算出手段88(SA6)により算出された心機械効率Ea /Eesとに基づいて左心室収縮末期エラスタンスEesが算出されるので、心機能に対応する左心室収縮末期エラスタンスEesを非侵襲で簡便に測定できる。
【0062】
また、本実施例によれば、前記心音マイクロホン62は、前記生体の食道などの体腔内において心臓の近傍に配置され、その生体の心臓からから発生する第1心音I および第2心音IIを検出するものであり、前記前駆出期間決定手段84(SA3)は、心電誘導装置68から得られた心電誘導波形のQ波から上記第1心音I 末期までの時間を上記前駆出期間PEPとしてを算出するものであるので、非侵襲で前駆出時間PEPが正確に測定される利点がある。
【0063】
また、本実施例によれば、前記駆出期間決定手段86(SA5)は、心音検出装置68から得られた第1心音I の末期から第2心音IIの発生時までの区間を駆出期間LVETを直接的に算出するものであるか、或いは、心電誘導装置68から得られた心電誘導波形のQ波から前記第2心音IIまでの区間(PEP+LVET)から上記前駆出時間PEPを差し引くことにより駆出期間LVETを算出するものであるか、また或いは、前記推定動脈圧波形BP(t) の立ち上がり点から大動脈弁閉鎖を示すノッチまでの時間から求められるので、駆出期間LVETを非侵襲で正確に算出できる利点がある。
【0064】
また、本実施例において、前記心機能監視装置8は、心機械効率算出手段88(SA6)により逐次算出された前駆出期間PEPと駆出期間LVETとの比PEP/LVETすなわち心機械効率Ea /Ees、および左心室収縮末期エラスタンス算出手段96(SA8)により算出された左心室収縮末期エラスタンスEesを、表示器32において所定の時間軸に沿って逐次表示する表示制御手段98を備えているので、たとえば手術中に患者の心機能が低下しつつある場合などにおいて、その心機械効率Ea /Eesおよび左心室収縮末期エラスタンスEesのトレンドより心機能の変化傾向を正確に知ることができるので、異常値に達する前に心機能の異常を予知することができる利点がある。
【0065】
また、本実施例において、前記拍出量推定手段92(SB11)は、動脈圧波形推定手段80(SB4)により推定さた推定動脈圧波形BP(t) に基づいて拍出量SVを算出するものであるので、インピーダンス測定用電極やインピーダンス測定回路、超音波映像発生装置など、拍出量SVを検出するための検出装置を増設することなく拍出量SVが得られる利点がある。
【0066】
以上、本発明の一実施例を図面に基づいて説明したが、本発明はその他の態様においても適用される。
【0067】
たとえば、前述の実施例の心機能監視装置8では、心機械効率Ea /Eesおよび左心室収縮末期エラスタンスEesが算出されて表示されるように構成されていたが、それら心機械効率Ea /Eesおよび左心室収縮末期エラスタンスEesの一方のみが算出され或いは表示されるものであっても差し支えない。
【0068】
また、前述の収縮末期大動脈圧決定手段90において、収縮末期大動脈圧Pesは、第2心音IIの開始時点から時間差TDだけ経過した時点における推定動脈圧波形BP(t)の大きさとして決定されていたが、収縮末期大動脈圧Pesは経験則により平均血圧値(平均動脈圧)MAPで近似できるため、推定動脈圧波形BP(t)から得られる血圧瞬時値の1周期T当たりの平均値すなわち平均血圧値MAPを収縮末期大動脈圧Pesとして決定してもよい。なお、この平均血圧値MAPは、ΣBP(t)/Tとして表されるものであるから、1周期T当たりの推定動脈圧波形BP(t)の重心点の圧力値としても表現され得る。
【0069】
また、前述の拍出量推定手段92は、数式4から推定動脈圧波形BP(t) に基づいて1拍当たりの拍出量SVを算出するものであったが、クビセク(Kubicek )法として知られる予め設定された関係から、頸部と腰部とに装着された電極を用いて検出されるインピーダンスカーディオグラフに基づいて算出されてもよいし、予め設定された関係から超音波を用いて得られる心臓画像の幅寸法に基づいて算出されても差し支えない。なお、1分当たりの心拍出量COが求められる場合には、その心拍出量COを心拍数HRで除算することにより上記1拍当たりの拍出量SVが得られる。
【0070】
なお、上述したのはあくまでも本発明の一実施例であり、本発明はその主旨を逸脱しない範囲において種々変更が加えられ得るものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例の心機能監視装置の構成の要部を説明するブロック図である。
【図2】図1の心機能監視装置において圧脈波センサにより検出された圧脈波から動脈圧波形を推定するために用いられる対応関係を示すである。
【図3】図1の心機能監視装置の演算制御装置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4】図3の動脈圧波形推定手段により推定された動脈圧波形の例を示す図である。
【図5】図3の前駆出期間決定手段および駆出期間決定手段により決定される前駆出期間PEPおよび駆出期間LVETと、大動脈圧波形、心電誘導波形、および心音との関係を説明するタイムチャートである。
【図6】生体の左心室内の容積と圧力との関係の例を1拍のループで示す図である。
【図7】図6のような圧容積ループを矩形に近似した図、およびその図と左心室収縮末期エラスタンスEes、大動脈実効エラスタンスEa などとの関係を説明する図である。
【図8】種々の圧容積ループと収縮末期圧−容積関係線Lesとの関係を説明する図である。
【図9】左心室収縮時間と左心室エラスタンスとの関係を説明する図である。
【図10】図1の心機能監視装置において、心機械効率Ea /Eesおよび左心室収縮末期エラスタンスEesが表示器に表示されるトレンドグラフの例を示す図である。
【図11】図1の心機能監視装置の演算制御装置の制御作動の要部を説明するフローチャートであって、メインルーチンを示す図である。
【図12】図1の心機能監視装置の演算制御装置の制御作動の要部を説明するフローチャートであって、推定動脈圧波形、収縮末期大動脈圧、拍出量算出ルーチンを示す図である。
【符号の説明】
62:心音マイクロホン(心音検出装置)
68:心電誘導装置
80:動脈圧波形推定手段
84:前駆出期間決定手段
86:駆出期間決定手段
88:心機械効率算出手段
90:収縮末期大動脈圧決定手段
92:拍出量推定手段
94:大動脈実効エラスタンス算出手段
96:左心室収縮末期エラスタンス算出手段[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a heart that evaluates the function of the heart of a living body by continuously calculating the cardiac mechanical efficiency, which is the mechanical efficiency of the living heart, and the maximum pressure-volume ratio indicating the degree of the cardiac output function. The present invention relates to a function monitoring device.
[0002]
[Prior art]
The characteristic of the left ventricle as the elastic chamber at the end systole, that is, the elastic modulus is determined as the left ventricular end systole (when the aortic valve is closed) elastance EesThe characteristic as an effective elastic cavity of the aorta, that is, the elastic modulus is expressed as the effective aortic elastance EaThis aortic effective elastance E when defined asaAnd left ventricular end systolic elastance EesRatio Ea/ EesRepresents the left ventricular-aortic coupling balance, ie, the mechanical efficiency of the left ventricle, and the left ventricular end systolic elastance EesAlso represent the left ventricular blood pumping ability alone,a/ EesOr EesIs important as an index of cardiac function, and changes uniformly according to cardiac function such as rest, stress, and heart failure, and also improves cardiac metabolic efficiency (cardiac work / cardiac oxygen consumption) Reflection has become clear theoretically and experimentally.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, the left ventricular end systolic elastance E, known as the maximum pressure-volume ratio or the left ventricular end-systolic pressure-volume ratio.esContinuously detects changes in the relationship between the left ventricular pressure and volume, and the pressure volume drawn in two-dimensional coordinates of the volume axis indicating the volume value in the left ventricle and the pressure axis indicating the pressure value in the left ventricle In the figure, a left and right ventricular unstressed volume V, which is a volume when the internal pressure is zero, is obtained while obtaining a pressure volume loop of cardiac output that varies depending on the preload or afterload of the myocardium.0 Is estimated from a plurality of pressure volume loops, and the end systolic pressure PesThe end systolic capacity VesAnd left ventricular unstressed volume V0 Difference from (Ves-V0 ) Divided by). Therefore, since the internal pressure and volume of the left ventricle must be measured at the same time, the conventional method for determining the internal pressure and volume of the left ventricle openly requires open surgery and insertion of a catheter. Monitoring of cardiac function was very difficult. Aorta effective elastance EaIn the above-described pressure-volume diagram, a pressure-volume loop of cardiac output that varies depending on the preload or afterload of the myocardium is obtained, and the end systolic pressure PesThe end expansion capacity VedAnd end systolic capacity VesDifference from (Ved-Ves), It is very difficult to monitor the cardiac function with the conventional method in which the internal pressure and volume of the left ventricle are invasively determined.
[0004]
The present invention has been made against the background of the above circumstances, and the object of the present invention is the efficiency of the heart machine Ea/ EesOr left ventricular end systolic elastance EesIt is an object of the present invention to provide a cardiac function monitoring device capable of continuously and simply monitoring non-invasively.
[0005]
Based on the above circumstances, the present inventors have conducted various studies on the electrocardiogram, radial artery pressure waveform, phonocardiogram, and pulmonary artery catheter data of a living body. Of the four sides constituting the rectangular pressure volume loop, the isobaric expansion line, the isobaric expansion line, the isobaric contraction line, the isobaric contraction line, the isobaric contraction line and the isobaric expansion When a line is approximated to a perfect rectangle with two sides parallel to the volume axis and an isovolumetric contraction line and an isovolumetric extension line parallel to the pressure axis, the aorta effective elastance EaAnd left ventricular end systolic elastance EesRatio, ie, heart machine efficiency Ea/ EesIs the ratio PEP between the cardiac precursor ejection time PEP and the ejection time LVET on the assumption that the pressure volume ratio E at each point of the pressure volume loop is a linear function E (t) = k · t of time. I found the fact that it can be approximated with / LVET. The present invention has been made based on such findings.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
  That is, the gist of the present invention is a cardiac function monitoring device for monitoring the function of the heart of a living body based on cardiac mechanical efficiency, and (a) from the start of contraction of the left ventricle of the living body,ThatA precursor period determining means for non-invasively determining a precursor period until blood is ejected from the left ventricle; (b)A section from the end of the first heart sound to the time of occurrence of the second heart sound included in the heart sound of the living body,Ejection period in which blood is ejected from the left ventricle of the living bodyAsA non-invasive ejection period determining means; and (c) a cardiac machine efficiency calculating means for calculating the cardiac mechanical efficiency of the living body based on the precursor ejection period and the ejection period from a preset relationship. ,(D) an aortic pressure estimating means for estimating the aortic pressure of the living body; and (e) an end-systolic aortic pressure for determining an aortic internal pressure at the end systolic stage of the living body based on the aortic pressure estimated by the aortic pressure estimating means. Determining means; (f) stroke volume estimating means for noninvasively estimating the stroke volume per beat of the left ventricle of the living body; and (g) determining the end systolic aortic pressure from a preset relationship. The aortic effective elastance is calculated based on the intra-aortic pressure at the end systole of the left ventricle determined by the means and the stroke volume per beat of the left ventricle estimated by the stroke volume estimating means. A left ventricle based on the stance calculating means, and (h) the aortic effective elastance calculated by the aorta effective elastance calculating means and the cardiac mechanical efficiency calculated by the cardiac mechanical efficiency calculating means. And left ventricular end-systolic elastance calculating means for calculating a reduced end elastanceIs to include.
[0007]
【The invention's effect】
  According to this configuration, the aorta effective elastance E based on the pre-ejection period and ejection period determined non-invasively from a preset relationship in the cardiac machine efficiency calculation means.a And left ventricular end systolic elastance EesEfficient cardiac mechanical efficiency corresponding to cardiac functiona / EesCan be measured easily and non-invasively.Further, the aorta effective elastance E calculated by the aorta effective elastance calculation means by the left ventricular end systolic elastance calculation means. a And the heart machine efficiency E calculated by the heart machine efficiency calculation means a / E es Based on the left ventricular end systolic elastance E es Is calculated so that left ventricular end systolic elastance E corresponding to cardiac function es Can be measured non-invasively and easily. Furthermore, since the interval from the end of the first heart sound to the time of the second heart sound is directly determined as the ejection period LVET, the ejection period LVET is calculated noninvasively and accurately.
[0008]
Other aspects of the invention
Here, preferably, the preset relationship is as shown in Equation 1.
[0009]
[Expression 1]
Ea/ Ees= PEP / LVET
[0010]
This mathematical formula 1 represents the pressure volume loop drawn at every beat in the pressure volume diagram, and the two sides parallel to the pressure axis and the systolic pressure line and the diastolic pressure line parallel to the volume axis. The aorta effective elastance E is approximated to a rectangle composed of a systolic isovolume and a diastole isovolume.aAnd left ventricular end systolic elastance EesRatio, ie, heart machine efficiency Ea/ EesCan be approximated by the ratio PEP / LVET of the cardiac precursor ejection time PEP and ejection time LVET.
[0012]
Preferably, the cardiac function monitoring device detects an electrocardiographic induction waveform of the living body through an electrode in contact with the living body, and a heart sound generated from the living body attached to the living body. The heart sound detecting device is arranged in the vicinity of the heart in a body cavity such as the esophagus of the living body, and the first heart sound I and the second sound generated from the heart of the living body. Heart sound II is detected.
[0013]
Preferably, the pre-determining period determining means determines the time from the start of contraction of the heart to the time from the Q wave of the electrocardiographic induction waveform obtained from the electrocardiographic induction device to the end of the first heart 1 sound. Is calculated as the precursor discharge time PEP until the ink is actually discharged. In this way, there is an advantage that the precursor period PEP is accurately measured non-invasively.
[0015]
Preferably, the cardiac function monitoring device is configured such that a ratio PEP / LVET between the precursor ejection period PEP and the ejection period LVET sequentially calculated by the cardiac machine efficiency calculation means, that is, cardiac machine efficiency Ea/ EesAnd / or left ventricular end systolic elastance calculated by the left ventricular end systolic elastance calculating meansesThe display further includes display control means for sequentially displaying the data along a predetermined time axis on the display. In this way, the heart machine efficiency E is improved by the display control means.a/ EesAnd left ventricular end systolic elastance EesAre sequentially displayed on the display, for example, when the cardiac function of the patient is decreasing during the operation, the cardiac mechanical efficiency Ea/ EesOr left ventricular end systolic elastance EesSince the trend of change in cardiac function can be known from the trend, there is an advantage that abnormal cardiac function can be predicted before reaching an abnormal state.
[0016]
Preferably, the stroke volume estimating means calculates a stroke volume SV based on the waveform of the aortic pressure estimated by the aortic pressure estimating means. In this way, there is an advantage that the stroke volume SV can be obtained without adding a detection device for detecting biological information.
[0017]
Preferably, the end systolic aortic pressure determining means detects an average blood pressure MAP obtained from the estimated aortic pressure, an end point of a T wave of the electrocardiogram-induced waveform, or a start point of the second heart sound II. The estimated aortic pressure corresponding to the aortic pressure at the time point is determined as the end systolic aortic pressure PesIs to be determined. In this way, non-invasive and end systolic aortic pressure PesHas the advantage of being accurately determined.
[0018]
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 the configuration of a cardiac function monitoring apparatus 8 to which the present invention is applied.
[0019]
In FIG. 1, reference numeral 10 denotes a cuff having a rubber bag in a cloth belt-like bag, which is mounted in a state of being wound around the upper arm 12 of a patient, for example. A pressure sensor 14, an exhaust control valve 16, and an air pump 18 are connected to the cuff 10 via a pipe 20. The exhaust control valve 16 includes a pressure supply state that allows supply of pressure into the cuff 10, a slow exhaust pressure state that gradually exhausts the inside of the cuff 10, and a rapid exhaust pressure state that rapidly exhausts the inside of the cuff 10. It is configured to be switched to one state.
[0020]
The pressure sensor 14 detects the pressure in the cuff 10 and supplies a pressure signal SP representing the pressure to the static pressure discrimination circuit 22 and the pulse wave discrimination circuit 24, respectively. The static pressure discriminating circuit 22 includes a low-pass filter, discriminates the cuff pressure signal SK representing the steady pressure included in the pressure signal SP, and calculates the cuff pressure signal SK via the A / D converter 26. 28. The pulse wave discrimination circuit 24 includes a bandpass filter, and a pulse wave signal SM that is a vibration component of the pressure signal SP.1 And the pulse wave signal SM1 Is supplied to the arithmetic and control unit 28 via the A / D converter 30. This pulse wave signal SM1 The cuff pulse wave represented by is a pressure vibration wave generated from a brachial artery (not shown) and transmitted to the cuff 10 in synchronization with the heartbeat of the patient, and the pulse wave discrimination circuit 24 functions as a cuff pulse wave detection means. Yes.
[0021]
The arithmetic control unit 28 includes a CPU 29, a ROM 31, a RAM 33, and a so-called microcomputer having an I / O port (not shown). The CPU 29 has a storage function of the RAM 33 according to a program stored in advance in the ROM 31. By executing the signal processing while using it, a drive signal is output from the I / O port to control the exhaust control valve 16 and the air pump 18 via a drive circuit (not shown). When measuring blood pressure using the cuff 10, for example, the pressure in the cuff 10 is rapidly increased to a predetermined target pressure, then gradually decreased at a rate of about 3 mmHg / sec, and pulses sequentially collected in the process of gradually decreasing the pressure. Wave signal SM1 The blood pressure values (reference blood pressure values) such as the maximum blood pressure value and the minimum blood pressure value are determined by the oscillometric method based on the change of the pulse wave represented by the above, and the determined blood pressure value is displayed on the display 32.
[0022]
The pressure pulse wave detection probe 34 is screwed into an outer case (not shown) that accommodates a container-shaped sensor housing 36 and the sensor housing 36 to move the sensor housing 36 in the width direction of the radial artery 56, And a screw shaft 41 that is rotationally driven by a motor (not shown). A mounting band is attached to the outer case, and the side where the cuff 10 is not wound by the mounting band in a state where the opening end of the container-shaped sensor housing 36 faces the body surface 38 of the human body, for example, the left side It is designed to be detachably attached to the wrist.
[0023]
A pressure pulse wave sensor 46 is provided inside the sensor housing 36 through a diaphragm 44 so as to be relatively movable and projectable from the opening end of the sensor housing 36. The pressure is applied by the sensor housing 36, the diaphragm 44, and the like. A chamber 48 is formed. Pressure air is supplied from the air pump 50 through the pressure regulating valve 52 into the pressure chamber 48, so that the pressure pulse wave sensor 46 has a pressing force corresponding to the pressure in the pressure chamber 48. Pressed against the body surface 38. In this embodiment, the pressing force of the pressure pulse wave sensor 46 is indicated by the pressure in the pressure chamber 48 (unit: mmHg).
[0024]
The sensor housing 36 and the diaphragm 44 constitute a pressing device 58 that presses the pressure pulse wave sensor 46 toward the radial artery 56. The screw pulse 41 and the motor (not shown) are pressed by the pressure pulse wave sensor 46. A pressing position changing device that changes the pressing position by moving it in the width direction of the radial artery 56, that is, a width direction moving device is configured.
[0025]
The pressure pulse wave sensor 46 includes a plurality of semiconductor pressure sensitive elements (not shown) on the flat pressing surface 54 made of a semiconductor chip made of single crystal silicon or the like, and the width direction of the radial artery 56, that is, the screw shaft 41. The parallel pressure pulse wave sensors 46 are arranged at a constant interval of about 0.2 mm in the moving direction, and are pressed onto the radial artery 56 on the body surface 38 of the wrist 42, whereby the radial artery A pressure oscillation wave, that is, a pressure pulse wave generated from 56 and transmitted to the body surface 38 is detected, and a pressure pulse wave signal SM representing the pressure pulse wave is detected.2 Is supplied to the arithmetic and control unit 28 via the A / D converter 58.
[0026]
The CPU 29 of the arithmetic control device 28 executes input processing using the storage function of the RAM 33 in accordance with a program stored in the ROM 31 in advance, and outputs a drive signal to the air pump 50 and the pressure regulating valve 52 via a drive circuit (not shown). The pressure in the pressure chamber 48 is adjusted. For example, when monitoring the continuous blood pressure, the arithmetic and control unit 28 makes a part of the vascular wall of the radial artery 56 substantially flat based on the pressure pulse wave successively obtained in the slow pressure change process in the pressure chamber 48. Optimal pressing force P of the pressure pulse wave sensor 46HDPOAnd the optimum pressing force P is determined.HDPOThe pressure regulating valve 52 is controlled so as to maintain the above.
[0027]
Further, the arithmetic and control unit 28 uses the cuff 10 to measure the systolic blood pressure value BP.SYSAnd minimum blood pressure BPDIAAnd the above optimum pressing force PHDPOThe maximum value P of the pressure pulse wave detected by the central position pressure detection element (active element) located directly above the radial artery 56 among the semiconductor pressure sensitive elements of the pressure pulse wave sensor 46 in a state where the pressure is maintained.MmaxAnd minimum value PMminBased on the measured blood pressure value BP and the pressure pulse wave magnitude PMA correspondence relationship between the absolute value and the magnitude P of the pressure pulse wave successively detected by the pressure pulse wave sensor 46 is obtained from the correspondence relationship.M(MmHg), that is, maximum value (upper peak value) PMmaxAnd lowest value (lower peak value) PMminBlood pressure MBP based onSYSAnd minimum blood pressure MBPDIA(Estimated blood pressure value, ie, monitored blood pressure value) is sequentially determined, and the determined maximum blood pressure value MBP is displayed on the display 32.SYSAnd minimum blood pressure MBPDIAAre numerically displayed for each beat, and an estimated arterial pressure waveform BP (t) indicating the estimated blood pressure value MBP is continuously output.
[0028]
The correspondence relationship is as shown in FIG. In Equation 2, A is a constant indicating the slope, and B is a constant indicating the intercept.
[0029]
[Expression 2]
MBP = APM+ B
[0030]
In FIG. 1, a heart sound microphone 62 that functions as a heart sound detection device is disposed in the vicinity of the heart of a living body, detects a heart sound generated from the heart, and outputs a heart sound signal SS representing the heart sound. The heart sound microphone 62 may be attached to the body surface of the living body, but it is better if it is placed in a body cavity such as the esophagus of the living body in order to detect the heart sound more clearly by bringing it closer to the heart. The heart sound signal SS output from the heart sound microphone 62 is supplied to the arithmetic and control unit 28 via an amplifier (not shown), a band filter 64 for noise removal, and an A / D converter 66. As shown in FIG. 5, the heart sounds include the first heart sound I corresponding to the closing of the mitral valve and the opening of the aortic valve, the second heart sound II corresponding to the closing of the aortic valve, and the like.
[0031]
The electrocardiographic induction device 68 includes a plurality of electrodes 70 attached to a part of the living body's epidermis that is positioned so as to sandwich the living body's heart, and an electrocardiographic induction waveform, that is, an ECG waveform that is induced in the epidermis of the living body , And an electrocardiographic induction signal SE representing the electrocardiographic induction waveform is output to the arithmetic and control unit 28. For example, as shown in FIG. 5, well-known P waves, Q waves, R waves, S waves, and T waves are sequentially included in one cycle of the electrocardiographic induction waveform.
[0032]
The arithmetic and control unit 28 further processes the electrocardiographic induction signal SE, the heart sound signal SS, and the arterial pressure wave to produce a cardiac machine efficiency Ea/ EesAorta effective elastance EaLeft ventricular end systolic elastance EesIs calculated and stored in a storage device (not shown) such as a hard disk, a semiconductor memory card, or a magnetic tape, and the above-mentioned cardiac mechanical efficiency E is calculated in the display 32 or a printer (not shown).a/ EesAnd left ventricular end systolic elastance EesDisplay the trend.
[0033]
FIG. 3 is a functional block diagram for explaining the main part of the control function of the arithmetic and control unit 28. In FIG. 3, when the blood pressure is measured, the compression pressure of the cuff 10 that is changed by the cuff pressure control means 74 is detected by the pressure sensor 14. The blood pressure measuring means 76 is an oscillometric method or a Korotkoff based on a pulse synchronization signal obtained in the process of gradually changing the pressure applied by the cuff 10 at a speed of about 2 to 3 mmHg / sec, for example, a change in pulse wave amplitude or Korotkoff sound. Maximum blood pressure BP of the living body according to the sound methodSYS, Mean blood pressure BPMEAN, And diastolic blood pressure BPDIA(Reference blood pressure value) is measured.
[0034]
The relationship determining means 78 is a pressure detected by a central position pressure detecting element (active element) located directly above the radial artery 56 among the plurality of pressure detecting elements arranged on the pressing surface 54 of the pressure pulse wave sensor 46. Pulse wave size PMAnd the blood pressure value BP measured by the blood pressure value measuring means 70 are determined in advance as shown in FIG. 2, for example.
[0035]
The estimated blood pressure value determining means, that is, the arterial pressure waveform estimating means 80 is detected by, for example, the active element among the plurality of pressure detecting elements arranged on the pressing surface 54 of the pressure pulse wave sensor 46 from the correspondence relationship of FIG. The estimated blood pressure value MBP of the living body is continuously determined based on the magnitude of the pressure pulse wave, and an estimated arterial pressure waveform BP (t) as shown in FIG. 4 is output, for example. The estimated arterial pressure waveform BP (t) represents the brachial artery pressure waveform, but corresponds to the aortic pressure waveform. Therefore, the arterial pressure waveform estimating means 80 functions as an aortic pressure estimating means, and the estimated arterial pressure waveform BP (t) means the estimated aortic pressure. If there is a difference that causes a problem in measurement between the brachial artery pressure waveform and the aortic pressure waveform, the aortic pressure waveform is calculated from the brachial artery pressure waveform using a previously determined transfer function. Also good.
[0036]
The time difference calculating means 82 calculates a time difference TD between the end of the first heart sound I obtained by the heart sound microphone 62 and the rising point of the pressure pulse wave obtained by the pressure pulse wave sensor 46. Since the end of the first heart sound I is detected when blood ejection starts from the left ventricle of the heart to the aorta, this time difference TD is a radial artery in which the aortic pressure is attached to the pressure pulse wave sensor 46. The propagation time to propagate to 56 is meant.
[0037]
The precursor discharge period determining means 84 noninvasively determines the precursor discharge period PEP from the start of contraction of the myocardium in the left ventricle of the living body until blood is ejected from the left ventricle. For example, the time from the generation of the Q wave of the electrocardiogram waveform to the end of the first heart sound I is measured by counting the reference clock pulse, etc., and the precursor emission period PEP (seconds) is determined for each beat. To do. Alternatively, it is calculated by subtracting the time difference TD calculated by the time difference calculating means 82 from the time from the generation time of the Q wave of the electrocardiogram-induced waveform to the rising point of the aortic pressure waveform estimated by the arterial pressure waveform estimating means 80. May be. As shown in the time chart of FIG. 5, the precursor discharge period PEP is the time from the start of cardiac contraction to the time when blood is actually pumped (the aortic valve is opened) from the left ventricle.
[0038]
The ejection period determination means 86 non-invasively determines the ejection period LVET in which blood is ejected from the left ventricle of the living body. For example, the time from the end point of the first heart sound I to the start point of the second heart sound II is measured by, for example, using a reference clock pulse as a coefficient, and the ejection period LVET (seconds) is determined. Alternatively, by measuring the time from the occurrence of the Q wave of the electrocardiogram-induced waveform to the start point of the second heart sound II, the total value of the cardiac contraction period, that is, the pre-ejection period PEP and the ejection period LVET (PEP + LVET) And the ejection period LVET (seconds) may be calculated for each beat by subtracting the precursor ejection period PEP obtained by the precursor ejection period determining means 84 from the total value (PEP + LVET). Alternatively, the time from the rising point of the estimated arterial pressure waveform BP (t) to the notch indicating the aortic valve closure (t in FIG. 4).2 To tFour ) May be calculated to calculate the ejection period LVET (seconds).
[0039]
Based on the preset relationship shown in the mathematical formula 1, the heart machine efficiency calculating means 88 is calculated for each beat by the precursor ejection period PEP and the ejection period determining means 86 determined for each beat by the precursor ejection period determining means 84. Based on the required ejection period LVET, the effective aortic elastance EaAnd left ventricular end systolic elastance EesRatio, ie, heart machine efficiency Ea/ EesAnd is output for every beat or as a moving average value within a preset section of about 5 beats. The cardiac mechanical efficiency calculation means 88 calculates E based on the above-described precursor ejection period PEP and the total value (PEP + LVET) of the precursor ejection period PEP and ejection period LVET from the preset relationship shown in Equation 3.i/ EesAnd the Ei/ EesAnd machine efficiency Ea/ EesThe machine efficiency Ea/ EesMay be calculated.
[0040]
[Equation 3]
Ei/ Ees= PEP / (PEP + LVET)
[0041]
Here, the relationship between the volume V and the pressure P in the left ventricle of the living heart is shown in a pressure volume diagram of two-dimensional coordinates of a pressure axis and a volume axis as shown in FIG. 6, for example. The pressure volume loop of FIG. 6 drawn for each cycle of the heart is represented by an isovolumetric extension line L1 Isobaric extension line L2 , Isovolumetric contraction line LThree , Isobaric contraction line LFour Since the four sides are substantially rectangular, among these four sides, the isobaric contraction line LFour And isobaric extension line L2 Is the two sides parallel to the volume axis, and the isovolumetric contraction line LThree And isovolumetric extension line L1 Can be approximated to a complete rectangular pressure volume loop shown in FIG. In FIG. 7, point IV is the end systole, ie, the isovolumetric expansion start point, point I is the isobaric expansion start point, point II is the end diastole, ie, the isovolumetric contraction start point, point III is the isobaric contraction start point, PesIs the end systolic pressure in the left ventricle, VedIs the end-diastolic capacity in the left ventricle, VesIs the end systolic volume in the left ventricle, VoIs the left ventricular unstressed volume that is the volume in the left ventricle when the internal pressure is substantially zero, and the end-diastolic volume V in the left ventricleedAnd end systolic volume V in the left ventricleesDifference from (Ved-Ves) Corresponds to the stroke volume per stroke (slotalk volume) SV. This left ventricular unstressed volume VoIs the end systolic pressure P of each pressure volume loop, as shown in FIG.esA line indicating the relationship between (IV point) and volume, that is, end systolic pressure-volume relationship line LesAnd the intersection of the volume axis.
[0042]
For example, in FIG. 7 showing a pressure volume loop approximated to a rectangle, left ventricular end systolic elastance EesIs the end systolic pressure-volume relationship line LesIs the left ventricular end systolic pressure-volume ratio, which indicates the magnitude corresponding to the basic contractile force of the heart, and is an indicator of cardiac function. Here, in FIG. 7, the left ventricular unstressed volume VoAnd left ventricular end systolic volume VesThe geometric distance between and the left ventricular end systolic volume VesAnd left ventricular end-diastolic capacity VedThe geometric distance between and b, the isovolumetric contraction line LThree And isovolumetric extension line L1 Where c is the geometric length, the end systolic pressure-volume relationship line LesSlope EesIs represented by c / a. Also, the left ventricular unstressed volume V on the volume axisoLine L connecting to the isobaric contraction start point IIIiSlope EiIs expressed by c / (a + b), and the end-diastolic volume V on the volume axisedLine L connecting the same volume expansion start point IVaSlope of the aortaaIs represented by c / b. Therefore, Ea/ EesA / b, Ei/ EesBecomes a / (a + b).
[0043]
On the other hand, as shown in FIG. 9, the left ventricular elasticity (elastance) E has an equal volumetric contraction period T.iE afteriAnd the total contraction period Tes(= Ti+ Te) After EesAssuming that the linear function E (t) = k · t of the left ventricular contraction time t such thati/ Ees= Ti/ TesIs established. Also, the isovolumetric contraction period TiCorresponds to the precursor release period PEP and the total contraction period TesCorresponds to the added value (PEP + LVET) of the precursor ejection period PEP and the ejection period LVET, so that the above approximate equations 1 and 3 are derived.
[0044]
3 is detected by the estimated arterial pressure waveform BP (t) output from the arterial pressure waveform estimating means 80, the time difference TD obtained by the time difference calculating means 82, and the heart sound microphone 62. The end systolic aortic pressure P, which is the pressure of the aorta at the end systole of the left ventricleesTo decide. For example, the start sound of the second heart sound II is generated at the end of the closing of the aortic valve, that is, the contraction of the left ventricle, and the aortic pressure at that time is propagated to the radial artery after the time difference TD. The magnitude of the estimated arterial pressure waveform BP (t), that is, the blood pressure value at the time when the time difference TD has elapsed from the determination time is determined as the end systolic aortic pressure P.esDetermine as.
[0045]
The stroke volume estimating means 92 calculates the stroke volume SV (stroke volume) per beat of the left ventricle of the living body from the following formula 4 known as, for example, the Warner & Gardner formula, and the arterial pressure. Estimation is made based on the estimated arterial pressure waveform BP (t) shown in FIG. In the estimated arterial pressure waveform BP (t) shown in FIG.1 Is the lower peak time t of the estimated arterial pressure waveform BP (t)2 For example, a time earlier than a predetermined time of about 80 milliseconds, and the ejection period end time tFour Is the upper peak time t of the estimated arterial pressure waveform BP (t)Three It is a point of time later than the predetermined time of about 80 milliseconds. Note that K in Equation 4 is a correction constant, and is calibrated in advance with a value obtained directly by, for example, a dilution method (thermodilution method).
[0046]
[Expression 4]
Figure 0003829220
[0047]
The aortic effective elastance calculating means 94 is based on a preset relationship shown in Equation 5, for example, and the end systolic aortic pressure P, which is the pressure of the aorta at the end systole of the left ventricle determined by the end systolic aortic pressure determining means 90.esAnd the aorta effective elastance E based on the stroke volume SV per beat estimated by the stroke volume estimation means 92.aIs calculated. This aortic effective elastance EaIs the end-diastolic volume V on the volume axis in FIG.edLine L connecting the same volume expansion start point IVaSince the width dimension in the volume axis direction of the pressure volume loop corresponds to the stroke volume SV per beat of the left ventricle, Equation 5 is derived from FIG.
[0048]
[Equation 5]
Ea= Pes/ SV
[0049]
The left ventricular end systolic elastance calculating means 96 is provided with the aorta effective elastance E calculated by the aorta effective elastance calculating means 94.aAnd the heart machine efficiency E calculated by the heart machine efficiency calculation means 88.a/ EesBased on the left ventricular end systolic elastance EesIs calculated. That is, aortic effective elastance EaThe machine efficiency Ea/ EesLeft ventricular end systolic elastance E by dividing byesIs calculated.
[0050]
The display control means 98 is a ratio PEP / LVET between the precursor ejection period PEP and the ejection period LVET sequentially calculated by the cardiac machine efficiency calculating means 88, that is, the cardiac machine efficiency E.a/ Ees, And left ventricular end systolic elastance E sequentially calculated by the left ventricular end systolic elastance calculating means 96esIs displayed on the display 32 in a trend graph format along a common time axis, for example, as shown in FIG.
[0051]
FIG. 11 is a flowchart for explaining a main part of the control operation of the arithmetic control device 28. In step (hereinafter, step is omitted) SA1 in FIG. 11, it is determined whether or not a Q wave having an electrocardiographic induction waveform represented by the electrocardiographic signal SE has occurred. If the determination at SA1 is negative, this routine is terminated and repeated. However, if the determination in SA1 is affirmed, it is determined in SA2 based on the heart sound signal SS whether or not the end of the first heart sound I has occurred. If the determination of SA2 is denied, the determination of SA2 is repeatedly executed. If the determination is affirmative, in SA3, the precursor emission period PEP from the occurrence of the Q wave to the end of the first heart sound I. Is calculated. In the present embodiment, SA1 to SA3 correspond to the precursor ejection period determining means 84.
[0052]
In SA4, it is determined based on the heart sound signal SS whether or not the second heart sound II has occurred. The second heart sound II is generated when the pressure in the left ventricle falls below the aortic pressure and the aortic pressure valve closes. Therefore, the start of the second heart sound II means the end of the left ventricular contraction, that is, the end systole. If the determination of SA4 is denied, the determination of SA4 is repeatedly executed. If the determination is affirmative, in SA5, the first heartbeat I detected in SA2 from the end point of the first heart sound I detected in SA4. The time until the beginning of 2 heart sounds II is determined as the ejection period LVET in which blood is ejected from the left ventricle. In the present embodiment, SA2, SA4 and SA5 correspond to the ejection period determining means 86.
[0053]
Next, in SA6 corresponding to the heart machine efficiency calculation means 88, the heart machine efficiency E based on the precursor ejection period PEP and the ejection period LVET from the preset relationship shown in Formula 1.a/ EesAnd the numerical value is displayed on the display 32, and the heart machine efficiency E is calculated.a/ EesAs shown in FIG. 10, a trend graph showing a change over time is displayed on the display 32.
[0054]
Subsequently, in SA7 corresponding to the aorta effective elastance calculation means 94, for example, the left ventricular end systolic aortic pressure P is determined from the preset relationship shown in the equation 5.esAnd aorta effective elastance E based on stroke volume per beat SVaIs calculated. These end systolic aortic pressure PesThe stroke volume SV is sequentially calculated and updated by a routine that is repeatedly executed with a relatively short cycle as shown in FIG. 12, for example.
[0055]
In FIG. 12, in SB1, it is determined whether or not it is a calibration cycle by the cuff 10. If the determination of SB1 is negative, the arterial pressure waveform estimation of SB4 is executed. If the determination is positive, the blood pressure measurement using the cuff 10 is performed in the SB2 corresponding to the blood pressure measurement means 76 by the oscillometric method. Alternatively, a diagram showing the relationship between the magnitude of the pressure pulse wave detected by the pressure pulse wave sensor 46 and the blood pressure value measured using the cuff 10 in the SB3 corresponding to the relationship determining means 78, which is executed by the Korotkoff sound method. Two correspondences are determined. Next, in SB4 corresponding to the arterial pressure waveform estimation means 80, an estimated arterial pressure waveform in which the pressure waveform detected by the pressure pulse wave sensor 46 using the above correspondence relationship represents the absolute value of the blood pressure value as shown in FIG. It is output after being converted to BP (t).
[0056]
In subsequent SB5, whether or not the end of the first heart sound I has occurred is determined based on the heart sound signal SS. If the determination of SB5 is negative, SB4 and subsequent steps are repeated. If the determination is positive, the pressure pulse wave signal SM obtained from the pressure pulse wave sensor 46 is subsequently determined in SB6.2 Based on the above, it is determined whether or not the rising point of the estimated arterial pressure waveform BP (t) has been detected. If the determination at SB6 is negative, SB4 and subsequent steps are repeated.
[0057]
However, if the determination of SB6 is affirmed, in the SB7 corresponding to the subsequent time difference calculating means 82, from the end point of the first heart sound I detected in SB5 to the rising point of the pressure pulse wave detected in SB6 The time difference TD is calculated. This time difference TD represents a propagation time required for blood ejected from the left ventricle of the heart to propagate to the radial artery 56 to which the pressure pulse wave sensor 46 is attached.
[0058]
In subsequent SB8, it is determined based on the heart sound signal SS whether or not the second heart sound II has occurred. If the determination at SB8 is negative, this routine is terminated. If the determination is affirmative, at SB9 corresponding to the end systolic aortic pressure determining means 90, the calculation is performed at SB7 from the time of occurrence of the second heart sound II. The magnitude of the estimated arterial pressure waveform BP (t), that is, the blood pressure value at a time after the set time difference TD is set to the end systolic aortic pressure P.esDetermine as. Next, at SB10, it is determined whether or not an estimated arterial pressure waveform BP (t) for one pulse wave, that is, one cycle has been generated. If the determination at SB10 is negative, this routine is terminated. If the determination is affirmative, at SB11 corresponding to the stroke amount estimation means 92, the actual relationship is determined from the preset relationship shown in the equation 4. Based on the estimated arterial pressure waveform BP (t), the stroke volume SV per beat of the left ventricle is calculated.
[0059]
Returning to FIG. 11, in SA8 corresponding to the left ventricular end systolic elastance calculation means 96, the cardiac mechanical efficiency E obtained in SA6 is obtained.a/ EesAnd aorta effective elastance E obtained in SA7aAnd left ventricular end systolic elastance EesIs calculated and the value is displayed on the display 32, and a trend graph showing the change in the value is displayed on the display 32 as shown in FIG. The above SA6 and SA8 are the cardiac mechanical efficiency Ea/ EesAnd left ventricular end systolic elastance EesCorresponds to the display control means 98 that sequentially displays on the display 32 along a predetermined time axis.
[0060]
As described above, according to the present embodiment, as shown in FIG. 7, the pressure volume loop drawn for each beat is divided into two lines parallel to the volume axis and the systolic pressure line and the diastolic pressure line. The aorta effective elastance E is approximated to a rectangle composed of a systolic isovolume line and a diastole isovolume line which are two sides parallel to the pressure axis.aAnd left ventricular end systolic elastance EesRatio, ie, heart machine efficiency Ea/ EesCan be approximated by the ratio PEP / LVET between the cardiac precursor ejection time PEP and the ejection time LVET, the cardiac mechanical efficiency calculation means 88 (SA6) calculates the precursor ejection period from the preset relationship shown in Formula 1. Based on the precursor ejection period PEP determined for each beat by the determining means 84 (SA3) and the ejection period LVET determined for each beat by the ejection period determining means 86 (SA5), the heart machine efficiency Ea/ EesTherefore, cardiac function can be easily monitored non-invasively.
[0061]
Further, according to this embodiment, the effective aortic elastance E calculated by the aorta effective elastance calculating means 94 (SA7) by the left ventricular end systolic elastance calculating means 96 (SA8).aAnd the heart machine efficiency E calculated by the heart machine efficiency calculation means 88 (SA6).a/ EesBased on the left ventricular end systolic elastance EesIs calculated so that left ventricular end systolic elastance E corresponding to cardiac functionesCan be easily measured non-invasively.
[0062]
According to the present embodiment, the heart sound microphone 62 is disposed in the vicinity of the heart in a body cavity such as the esophagus of the living body, and detects the first heart sound I and the second heart sound II generated from the heart of the living body. The precursor emission period determining means 84 (SA3) uses the time from the Q wave of the electrocardiographic induction waveform obtained from the electrocardiographic induction device 68 to the first end of the first heart sound I as the precursor emission period PEP. Therefore, there is an advantage that the precursor time PEP is accurately measured in a non-invasive manner.
[0063]
Further, according to the present embodiment, the ejection period determining means 86 (SA5) ejects the period from the end of the first heart sound I obtained from the heart sound detecting device 68 to the time when the second heart sound II is generated. LVET is calculated directly, or the precursor emission time PEP is subtracted from the interval (PEP + LVET) from the Q wave of the electrocardiographic induction waveform obtained from the electrocardiographic guidance device 68 to the second heart sound II. Therefore, the ejection period LVET is calculated from the time from the rising point of the estimated arterial pressure waveform BP (t) to the notch indicating the aortic valve closure. There is an advantage that it can be accurately calculated by invasion.
[0064]
Further, in this embodiment, the cardiac function monitoring device 8 has a ratio PEP / LVET between the precursor ejection period PEP and the ejection period LVET calculated sequentially by the cardiac machine efficiency calculating means 88 (SA6), that is, the cardiac machine efficiency E.a/ EesAnd left ventricular end systolic elastance E calculated by the left ventricular end systolic elastance calculating means 96 (SA8).esIs provided on the display 32 sequentially along a predetermined time axis, so that, for example, when the cardiac function of the patient is decreasing during the operation, the cardiac mechanical efficiency Ea/ EesAnd left ventricular end systolic elastance EesSince the change tendency of the cardiac function can be known more accurately than the trend, there is an advantage that the abnormal cardiac function can be predicted before reaching the abnormal value.
[0065]
In the present embodiment, the stroke volume estimating means 92 (SB11) calculates the stroke volume SV based on the estimated arterial pressure waveform BP (t) estimated by the arterial pressure waveform estimating means 80 (SB4). Therefore, there is an advantage that the stroke volume SV can be obtained without adding a detection device for detecting the stroke volume SV, such as an impedance measurement electrode, an impedance measurement circuit, and an ultrasonic image generator.
[0066]
As mentioned above, although one Example of this invention was described based on drawing, this invention is applied also in another aspect.
[0067]
For example, in the cardiac function monitoring device 8 of the above-described embodiment, the cardiac machine efficiency Ea/ EesAnd left ventricular end systolic elastance EesIs calculated and displayed, but the mechanical efficiency Ea/ EesAnd left ventricular end systolic elastance EesOnly one of them may be calculated or displayed.
[0068]
Further, in the end systolic aortic pressure determining means 90 described above, the end systolic aortic pressure PesWas determined as the magnitude of the estimated arterial pressure waveform BP (t) at the time when the time difference TD has elapsed from the start time of the second heart sound II, but the end systolic aortic pressure PesCan be approximated by the mean blood pressure value (mean arterial pressure) MAP based on an empirical rule, so that the mean value per one cycle T of the instantaneous blood pressure value obtained from the estimated arterial pressure waveform BP (t), that is, the mean blood pressure value MAP is the end systolic aortic pressure. PesMay be determined as Since the average blood pressure value MAP is expressed as ΣBP (t) / T, it can also be expressed as a pressure value at the center of gravity of the estimated arterial pressure waveform BP (t) per cycle T.
[0069]
Further, the above-described stroke volume estimation means 92 calculates the stroke volume SV per beat based on the estimated arterial pressure waveform BP (t) from Equation 4, but this is known as the Kubicek method. It may be calculated based on an impedance cardiograph detected using electrodes attached to the cervical region and the lumbar region, or may be obtained using ultrasonic waves from the predetermined relationship. It may be calculated based on the width dimension of the heart image. When the cardiac output CO per minute is obtained, the cardiac output SV per beat can be obtained by dividing the cardiac output CO by the heart rate HR.
[0070]
The above description is merely an example of the present invention, and the present invention can be variously modified without departing from the spirit of the present invention.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram illustrating a main part of a configuration of a cardiac function monitoring apparatus according to an embodiment of the present invention.
2 shows a correspondence relationship used for estimating an arterial pressure waveform from a pressure pulse wave detected by a pressure pulse wave sensor in the cardiac function monitoring apparatus of FIG. 1; FIG.
3 is a functional block diagram illustrating a main part of a control function of the arithmetic and control unit of the cardiac function monitoring apparatus of FIG. 1. FIG.
4 is a diagram showing an example of an arterial pressure waveform estimated by the arterial pressure waveform estimating means of FIG. 3. FIG.
5 explains the relationship between a precursor ejection period PEP and ejection period LVET determined by the precursor ejection period determining means and ejection period determining means in FIG. 3, and an aortic pressure waveform, an electrocardiographic induction waveform, and a heart sound. FIG. It is a time chart.
FIG. 6 is a diagram showing an example of the relationship between the volume and pressure in the left ventricle of a living body in a one-beat loop.
FIG. 7 is a diagram that approximates a rectangular shape of the pressure-volume loop as shown in FIG. 6, and the diagram and left ventricular end systolic elastance EesAorta effective elastance EaIt is a figure explaining the relationship with these.
FIG. 8: Various pressure volume loops and end systolic pressure-volume relationship line LesIt is a figure explaining the relationship.
FIG. 9 is a diagram illustrating the relationship between left ventricular contraction time and left ventricular elastance.
10 shows a cardiac function monitoring apparatus of FIG.a/ EesAnd left ventricular end systolic elastance EesIt is a figure which shows the example of the trend graph displayed on a display.
FIG. 11 is a flowchart for explaining a main part of the control operation of the arithmetic and control unit of the cardiac function monitoring apparatus of FIG. 1 and showing a main routine.
12 is a flowchart for explaining a main part of the control operation of the arithmetic and control unit of the cardiac function monitoring apparatus of FIG. 1, showing an estimated arterial pressure waveform, end systolic aortic pressure, and a stroke volume calculating routine.
[Explanation of symbols]
62: Heart sound microphone (heart sound detection device)
68: ECG induction device
80: Arterial pressure waveform estimation means
84: Precursor ejection period determining means
86: Ejection period determination means
88: Heart machine efficiency calculation means
90: End systolic aortic pressure determining means
92: Stroke volume estimation means
94: Aorta effective elastance calculation means
96: Left ventricular end systolic elastance calculation means

Claims (1)

生体の心臓の機能を心機械効率に基づいて監視するための心機能監視装置であって、
前記生体の左心室の収縮開始から、左心室から血液が駆出するまでの前駆出期間を非観血的に決定する前駆出期間決定手段と、
前記生体の心音に含まれる第1心音の末期から第2心音の発生時までの区間を、該生体の左心室から血液が駆出されている駆出期間として非観血的に決定する駆出期間決定手段と、
予め設定された関係から前記前駆出期間および駆出期間に基づいて、前記生体の心機械効率を算出する心機械効率算出手段と、
前記生体の大動脈圧を推定する大動脈圧推定手段と、
該大動脈圧推定手段により推定された大動脈圧に基づいて、前記生体の収縮末期における大動脈内圧を決定する収縮末期大動脈圧決定手段と、
前記生体の左心室の一拍あたりの拍出量を非観血的に推定する拍出量推定手段と、
予め設定された関係から前記収縮末期大動脈圧決定手段により決定された左心室の収縮末期における大動脈内圧と、前記拍出量推定手段により推定された左心室の一拍あたりの拍出量とに基づいて、大動脈実効エラスタンスを算出する大動脈実効エラスタンス算出手段と、
該大動脈実効エラスタンス算出手段により算出された大動脈実効エラスタンスと前記心機械効率算出手段により算出された心機械効率とに基づいて左心室収縮末期エラスタンスを算出する左心室収縮末期エラスタンス算出手段と
を、含むことを特徴とする心機能監視装置。
A cardiac function monitoring device for monitoring the function of a living heart based on cardiac mechanical efficiency,
From shrinkage starting of the left ventricle of the living body, and pre-ejection period determining means blood from the left ventricle is pre determined non-invasively the time out until the ejection,
Ejection to determine the interval from the end of the first heart sound included in heart of the living body until the occurrence of the second heart sound, non-invasively as ejection periods are ejected blood from the left ventricle of the living body A period determination means;
A cardiac machine efficiency calculating means for calculating a cardiac machine efficiency of the living body based on the precursor ejection period and the ejection period from a preset relationship;
Aortic pressure estimating means for estimating the aortic pressure of the living body;
Based on the aortic pressure estimated by the aortic pressure estimating means, the end-systolic aortic pressure determining means for determining the aortic internal pressure at the end systolic stage of the living body,
Stroke volume estimation means for non-invasively estimating the stroke volume per beat of the left ventricle of the living body,
Based on the aortic internal pressure at the end systole of the left ventricle determined by the end systolic aortic pressure determining means from a preset relationship and the output per beat of the left ventricle estimated by the stroke amount estimating means Aorta effective elastance calculating means for calculating aortic effective elastance,
Left ventricular end systolic elastance calculating means for calculating a left ventricular end systolic elastance based on the aortic effective elastance calculated by the aortic effective elastance calculating means and the cardiac mechanical efficiency calculated by the cardiac mechanical efficiency calculating means And a cardiac function monitoring device.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000333910A (en) * 1999-05-25 2000-12-05 Nippon Colin Co Ltd Cardiac function monitoring device
JP2000333911A (en) * 1999-05-25 2000-12-05 Nippon Colin Co Ltd Cardiac function monitoring device
JP4527838B2 (en) * 2000-04-05 2010-08-18 アロカ株式会社 Ultrasonic diagnostic equipment
CN100346741C (en) * 2003-05-29 2007-11-07 香港中文大学 Blood pressure measuring method and device based on heart sound signal
US7174203B2 (en) * 2004-11-18 2007-02-06 Inovise Medical, Inc. Method and system relating to monitoring and characterizing heart condition
JP5791624B2 (en) * 2009-11-18 2015-10-07 日本テキサス・インスツルメンツ株式会社 Device for detecting blood flow and hemodynamic parameters
JP5488913B2 (en) * 2010-07-07 2014-05-14 学校法人福岡大学 Central blood pressure measurement device, cardiac load measurement device, central blood pressure measurement method, and cardiac load measurement method
US9575560B2 (en) 2014-06-03 2017-02-21 Google Inc. Radar-based gesture-recognition through a wearable device
US9811164B2 (en) 2014-08-07 2017-11-07 Google Inc. Radar-based gesture sensing and data transmission
US9778749B2 (en) 2014-08-22 2017-10-03 Google Inc. Occluded gesture recognition
US10064582B2 (en) * 2015-01-19 2018-09-04 Google Llc Noninvasive determination of cardiac health and other functional states and trends for human physiological systems
KR102328589B1 (en) 2015-04-30 2021-11-17 구글 엘엘씨 Rf-based micro-motion tracking for gesture tracking and recognition
US10088908B1 (en) 2015-05-27 2018-10-02 Google Llc Gesture detection and interactions
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