JP5284082B2 - 呼吸器疾患を診断し、悪化の程度を判定する装置 - Google Patents
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Description
1)信号の山と谷を離散的に選択し(改善されたノイズ/アーティファクトの排斥は、フーリエないし自己相関分析によって又は過去の好ましいデータから見積もられた期待心拍数で存在する山と谷を探すことにより達成することができる)
2)山と谷の間の中間点(又は最小値)を見つけ、
3)これらの中間点(又は最小値)を繋ぐ、補間された(恐らくは滑らかであるか又はスプライン状となっている)線として静脈インピーダンス成分を抽出し、
4)静脈インピーダンス成分から引かれたロー信号として拍動性の動脈の成分を抽出することを備える独特の信号処理により達成される。
図1及び図2は、フォトプレチスモグラフィが異なる類型の気道閉塞を検出して差別化する能力を有することを示す。PPGの変化は、胸腔内圧の変化と直接に関連する。胸腔内圧は、患者の肺ダイナミクス(コンプライアンス、抵抗、胸壁コンプライアンスなど)、気道特性(特に抵抗)、及び呼吸特性(例えば、フロー・プロファイルや一回呼吸量)と関連する呼吸努力と関連する。完全な気道閉塞の時には、気道圧力と胸腔内圧は等しくなる。そのため、完全な気道閉塞時には、気道で簡単な圧力センサを用いることで胸腔内圧の良好な見積りを測定することができる。動的に気道圧力を測定する特殊なマウスピース閉塞装置に抗って息を吸い入れ、吐き出すように患者に促すことができる。気道圧力は、胸腔内圧を反映し、PPG変化をより正確に測定するために用いることができる。情報を提供する他のシナリオには、患者が、閉じた声門(若しくは塞がれた1片のチューブ)に逆らって完全な呼息後に最大吸気努力か、及び/又は最大吸息後に閉じた声門若しくは塞がれたチューブに逆らって最大呼出努力かをする場合の閉塞試験が含まれる。これらの手法は、それぞれミュラー法及びバルサルバ法と呼ばれている。
図2は、次第に細くなる直径を有する複数のチューブを通って呼吸した時の効果を示す。対象は、各チューブを通して1分間呼吸し、その後普通に1分間呼吸した。データは、チューブの直径が小さくなるにつれて、胸腔内圧における次第に大きくなる振れにより、PACとVICの両方において振れが増加することを明確に示す。PACは、抵抗器による呼吸の際に、その特有ののこぎり歯パターンを取る。
図3において、睡眠時無呼吸又は呼吸器系関連の他の睡眠障害を診断する目的のために、患者からデータを得て処理するシステム50が示されている。当該システムは、ライン52、54から信号を受け取って処理するように構成されたコンピュータ51を備える。これらのラインは、患者に配置された1又は2以上のパルスオキシメータ・プローブ(不図示)に離れて接続されている。当業者は、2つのラインからの別個の信号が別々の信号プロセッサによってある程度前処理され、その後、コンピュータ51へ1つの信号ストリームとして送られてもよいことを認識するであろう。したがって、コンピュータ51は、ライン52、54の何れか一方又は両者の組合せから信号を受け取るように構成される。典型的には、それらのラインのうちの1つがコンピュータ51からパルスオキシメータ・プローブまで電力を運び、もう一方のラインがコンピュータ51に信号を戻し伝える。コンピュータ51は、ライン52、54からの信号ストリームを処理するように構成された1つ又は複数のプログラム・コード・モジュール及び/又はそれ(ら)に関連する電気的/回路的要素を有する処理モジュール56を備える。処理モジュール56は、上記の信号ストリームから静脈インピーダンス成分を分離する。処理モジュール56はまた、呼気事象、吸気事象及びエアー閉塞事象の1又は2以上を判定するために信号ストリームを解析するための、1つ又は複数のプログラム・コード・モジュール及び/又はそれ(ら)に関連する電気的/回路的要素を備える。好適な実施形態において、処理モジュール56、すなわち別個の処理モジュールは、エアー閉塞事象の周波数、持続時間及び/又は重症度を示すレポートを生成するように構成されている。各事象には、所定パラメータに基づいたある値が付与されてもよい。該コンピュータは、より正確にエアー閉塞事象の重症度及び類型を見積もるために、上記の実施例3で記載した手順から得られた情報を利用することができる。該コンピュータによって提供されたこの情報により、医師は、患者が呼吸器関連の睡眠障害を有するかを診断することができるようになるだけでなく、そのような病気の重症度を判断することもできるようになり、これにより医師は適切な治療を処方することができるであろう。
フォトプレチスモグラフィの使用は、侵襲的なCVP測定及び/又は量状態の代わりとして活用することができる。測定は、例えばICU、カテーテル作業室又はOR内にいて、適所にCVPカテーテルを有している患者についてすることができる。実施例1について上記した気道手法を行ない、変化をCVP測定に関連付け及び/又はCVPにおける変化を気道手法で観察することができる。後で、CVPカテーテルを外したときに、静脈インピーダンス成分の変化はCVPが適所にあったときに得られた値と関連付けることができる。これは、肺機能/状態に変化がない限り、CVP及び/又は量状態の良好なインジケータであるに相違ない。CVPが患者のボリューム状態についての指数として用いることができることは、当該技術分野において周知である。
図5は、睡眠中にエアー閉塞事象の発生を判定するための一方法の実施形態500のダイアグラムを示す。方法500は、睡眠中の患者の中央源部位からフォトプレチスモグラフィ信号を得て(505)、ステップ505において得られたフォトプレチスモグラフィ信号をPAC及びVICの信号が分離されるように処理する(510)ステップを備える。分離されているPAC及びVICの信号に基づき、それらの信号の何れか、又は両方は、患者が気道閉塞事象515を被ったかを判断するために解析される。
図6は、エアー閉塞事象の発生を、かかる事象の大きさを含め、判定する方法実施形態600のダイアグラムを示す。該方法は、一連の抵抗器を通じて呼吸する患者の中央源部位からのフォトプレチスモグラフィ信号を得ることを備える(605)。605で得られた信号は、吸息と呼息の事象についてのキャリブレーションを得るために処理される(607)。これは、PACとVICを分離し、それぞれの信号の大きさ等の情報を格納し、用いられている抵抗器と相関させることを含んでいてもよい。抵抗器は、ぐっと収縮した空気道から最終的には塞がった空気道へと連続的に備える一連のチューブを含んでいてもよい。患者の睡眠検査を行なうために、フォトプレチスモグラフィ信号は睡眠中の患者の中央源部位から得られる(610)。フォトプレチスモグラフィ信号は、PACとVICを分離するために処理される(615)。その後、成分信号ストリームは、任意の異常な呼吸事象の発生について解析される(620)。このステップは、かかる事象の存在を判定するために、ないしはかかる事象の重症度を判定するために、ステップ605、607から得られた情報の利用を含む(625)。該方法は、その後、患者の呼吸及び異常な呼吸事象の発生を示すレポートを生成することを選択的に含んでいる(630)。
図7に図解されているようにより詳細な実施形態において、本発明は、睡眠中に異常な呼吸事象を同定する目的で、フォトプレチスモグラフィ・データを取得し、処理し、分析する方法に関する(700)。当該方法は、睡眠中の患者の中央源部位からプレチスモグラフィ信号を収集することを備える(705)。フォトプレチスモグラフィ信号の山と谷が同定される(710)。次に、ステップ710において同定された山と谷の間の中間点又は最小値が同定される。これらの中間点を結ぶ補間されたラインは静脈インピーダンス成分を表す。PACとVICは分離され(720)、その後、異常な呼吸事象の発生を判定するために別々に解析されるか又はともに解析される(725)。
図8は、患者の呼吸をモニタリングする方法実施形態800のダイアグラムを表す。この方法800において、フォトプレチスモグラフィ信号は患者の中央源部位から得られる(805)。ステップ805から得られたフォトプレチスモグラフィ信号は、PACとVICを分離するように処理される(810)。その後、VIC信号ストリームは、患者の吸息と呼息をモニタリングするために解析される(815)。当然、ステップ805−815は、呼吸を適切にモニタリングするために実時間において行なわれるが、これはプログラム・コード・モジュールによって指示された処理モジュールを備えるコンピュータによって典型的には実行される。
また、VICとPACは、機械呼吸を必要とする患者に対する人工呼吸器の最適設定を判定するために、併用して用いることができる。米国特許第7,024,235号について言及する。胸腔内圧についての知識は、圧力サポート換気や、一回呼吸量、最大気流速及びフロー波形のような機械呼吸パラメータのような種々の人工呼吸器設定を最適化するために用いることができる。加えて、呼吸仕事量及び呼吸仕事率のような胸腔内圧のデリバティブを見積もるためにPPGを用いることができる。PPGの変化はまた、過度の呼吸終末陽圧(PEEP)を示すことができ、PEEP設定が最適化されることを可能にする。
同様に、人工呼吸器支援なしで自発的に呼吸する患者のための、又は、更に重要にはOSAのための家庭CPAPセラピーを受けている患者のための、CPAP(continuous positive airway pressure、持続気道陽圧)を「最適化する」ために、PACの評価を、更に重要にはVICの評価を、用いることができる。開始時のCPAPレベルは睡眠検査室における正式睡眠中に判定されるが、患者が家へ返された場合には、眠るときの姿勢、睡眠の深さ、及びかぜ症候群のような気道閉塞の他の一時的原因を含め、様々な要因により、実際の最適なCPAPは異なる場合がある。したがって、翼状のプローブ(患者は既にフェース・マスク又は鼻チューブを用いている。)のような目立たないセンサで連続的にVICをモニタリングすることができるのであれば、VICを「標準の」範囲に維持するように、閉ループ・アルゴリズムを用いてCPAPを連続的に調節することができるであろう。さらに、この手法は、COPD患者を含め、VICの最適化から利益を得るあらゆる患者において用いることができる。
51 コンピュータ
55 表示画面
56 処理モジュール
Claims (17)
- 患者の呼吸をモニタリングするシステムであって、
中央源部位に据えられたパルスオキシメータ・プローブにより生成されたフォトプレチスモグラフィ信号ストリームを処理し、前記処理は、動脈成分フォトプレチスモグラフィ信号ストリーム及び静脈インピーダンス成分フォトプレチスモグラフィ信号ストリームを得ることを備え、
呼吸数、吸気事象、呼気事象、エアー制限若しくはエアー閉塞、又はこれらの組合せの発生を判定するために、前記の動脈成分フォトプレチスモグラフィ信号ストリーム、静脈インピーダンス成分フォトプレチスモグラフィ信号ストリーム、又は両方を評価し、
前記処理は、
前記フォトプレチスモグラフィ信号ストリームの山及び谷を同定し、
前記山及び谷の間の中間点又は最小値を同定し、
前記中間点又は最小値を結ぶ補間線は、前記静脈インピーダンス成分フォトプレチスモグラフィ信号ストリームを表し、
前記静脈インピーダンス成分フォトプレチスモグラフィ信号ストリームを前記フォトプレチスモグラフィ信号ストリームから抽出することにより、前記別個の動脈成分フォトプレチスモグラフィ信号ストリーム及び別個の静脈インピーダンス成分フォトプレチスモグラフィ信号ストリームを得ることを備えるようにプログラムされたコンピュータを備えることを特徴とするシステム。 - 前記中央源部位は、鼻中隔又は鼻翼であることを特徴とする請求項1記載のシステム。
- 前記評価は、別個の時間周期で得られた信号情報に係る2又は3以上のデータセットを解析することを備えることを特徴とする請求項1記載のシステム。
- 前記フォトプレチスモグラフィ信号ストリーム情報の処理は、前記患者が睡眠中に生成されたフォトプレチスモグラフィ信号ストリーム情報を処理することを備えることを特徴とする請求項1記載のシステム。
- 前記静脈インピーダンス成分フォトプレチスモグラフィ信号ストリームにおける変化は、前記患者の呼吸数、吸気若しくは呼気の事象、又はこれらの組合せを判定するために用いられることを特徴とする請求項1記載のシステム。
- 患者の呼吸をモニタリングするシステムであって、
前記患者の中央源部位へ固定できるように構成され、フォトプレチスモグラフィ信号ストリームを生成するのに有効な少なくとも1つのパルスオキシメータ・プローブと、
前記少なくとも1つのパルスオキシメータ・プローブに対して通信可能に接続されたコンピュータと、
を備え、
前記コンピュータは、
少なくとも1つの処理モジュールと、
前記コンピュータに前記少なくとも1つのパルスオキシメータ・プローブの信号を処理させて動脈成分フォトプレチスモグラフィ信号ストリーム若しくは静脈インピーダンス成分フォトプレチスモグラフィ信号ストリーム又はこれらの両方を得る第1のコンピュータ可読プログラム・コード・モジュールであって、と、
前記処理は、
前記フォトプレチスモグラフィ信号ストリームの山及び谷を同定し、
前記山及び谷の間の中間点又は最小値を同定し、
前記中間点又は最小値を結ぶ補間線は、前記静脈インピーダンス成分フォトプレチスモグラフィ信号ストリームを表し、
前記静脈インピーダンス成分フォトプレチスモグラフィ信号ストリームを前記フォトプレチスモグラフィ信号ストリームから抽出することにより、前記別個の動脈成分フォトプレチスモグラフィ信号ストリーム及び別個の静脈インピーダンス成分フォトプレチスモグラフィ信号ストリームを得ることを備える第1のコンピュータ可読プログラム・コード・モジュールと、
前記コンピュータに前記動脈成分フォトプレチスモグラフィ信号ストリーム若しくは静脈インピーダンス成分フォトプレチスモグラフィ信号ストリーム又はこれらの両方を解析させて吸気事象、呼気事象、エアー制限事象若しくはエアー閉塞事象、又はこれらの組合せを判定する、第2のコンピュータ可読プログラム・コード・モジュールと、を備えることを特徴とするシステム。 - 前記コンピュータは、表示画面をさらに備えることを特徴とする請求項6記載のシステム。
- 少なくとも1つの処理モジュールを備えるコンピュータとともに使用されるコンピュータ・プログラム製品であって、
コンピュータ可読のプログラム・コード・モジュールが埋め込まれることにより備えられているコンピュータ使用可能なメディアと、
前記コンピュータに対して、動脈成分フォトプレチスモグラフィ信号ストリーム及び静脈インピーダンス成分フォトプレチスモグラフィ信号ストリームを分離させることにより、患者の中央源部位へ固定できるように構成されたパルスオキシメータ・プローブから得られたフォトプレチスモグラフィ信号ストリームを処理させる、コンピュータ可読の第1のプログラム・コード・モジュールであって、と、
前記処理は、
前記フォトプレチスモグラフィ信号ストリームの山及び谷を同定し、
前記山及び谷の間の中間点又は最小値を同定し、
前記中間点又は最小値を結ぶ補間線は、前記静脈インピーダンス成分フォトプレチスモグラフィ信号ストリームを表し、
前記静脈インピーダンス成分フォトプレチスモグラフィ信号ストリームを前記フォトプレチスモグラフィ信号ストリームから抽出することにより、前記別個の動脈成分フォトプレチスモグラフィ信号ストリーム及び別個の静脈インピーダンス成分フォトプレチスモグラフィ信号ストリームを得ることを備える第1のコンピュータ可読のプログラム・コード・モジュールと、
前記コンピュータに対して、前記動脈成分フォトプレチスモグラフィ信号ストリーム若しくは前記静脈インピーダンスフォトプレチスモグラフィ信号ストリーム又はこれらの両者を解析させて、呼吸数、吸気事象、呼気事象、エアー制限若しくはエアー閉塞、又はこれらの組合せの発生を判定させるコンピュータ可読の第2のプログラム・コード・モジュールと、を備えることを特徴とするコンピュータ・プログラム製品。 - 呼吸状態を診断するのに有用な装置であって、
前記装置は、患者の中央源部位へ固定できるように構成された少なくとも1つのパルスオキシメータ・プローブと通信するように構成されたコンピュータを備え、
前記コンピュータは、
少なくとも1つの処理モジュールと、
前記コンピュータに対して、前記少なくとも1つのパルスオキシメータ・プローブの信号を処理させて動脈成分フォトプレチスモグラフィ信号ストリーム若しくは静脈インピーダンス成分フォトプレチスモグラフィ信号ストリーム又はこれらの両方を得させる、第1のコンピュータ可読のプログラム・コード・モジュールであって、と、
前記処理は、
前記フォトプレチスモグラフィ信号ストリームの山及び谷を同定し、
前記山及び谷の間の中間点又は最小値を同定し、
前記中間点又は最小値を結ぶ補間線は、前記静脈インピーダンス成分フォトプレチスモグラフィ信号ストリームを表し、
前記静脈インピーダンス成分フォトプレチスモグラフィ信号ストリームを前記フォトプレチスモグラフィ信号ストリームから抽出することにより、前記別個の動脈成分フォトプレチスモグラフィ信号ストリーム及び別個の静脈インピーダンス成分フォトプレチスモグラフィ信号ストリームを得ることを備える第1のコンピュータ可読のプログラム・コード・モジュールと、
前記コンピュータに対して前記動脈成分フォトプレチスモグラフィ信号ストリーム若しくは静脈インピーダンス成分フォトプレチスモグラフィ信号ストリーム又はこれらの両方を解析させて、呼吸数、吸気事象、呼気事象、エアー制限若しくはエアー閉塞、又はこれらの組合せの発生を判定させる、第2のコンピュータ可読プログラム・コード・モジュールと、を備えることを特徴とする装置。 - 前記装置のユーザに対して情報を表示するのに有効な表示画面をさらに備えることを特徴とする請求項9記載の装置。
- 前記装置は測定モード及び操作モードを備えることを特徴とする請求項9記載の装置。
- 前記測定モードは、前記装置が、所定の抵抗で呼吸中に生成された患者のフォトプレチスモグラフィ信号ストリーム情報の第1データセットを受け取ることを可能とすることにより、前記装置は前記患者について度盛りされることを特徴とする請求項11記載の装置
- 度盛りの後、前記装置は、前記操作モードにおいて、前記患者からのフォトプレチスモグラフィ信号ストリーム情報の第2のデータセットを受け取ることができ、
前記装置は、前記第2のデータセットを前記第1のデータセットと比較し、前記患者の呼吸状態を診断するために前記表示画面に情報を提供して前記装置のユーザを支援することができることを特徴とする請求項12記載の装置。 - 前記呼吸状態は、アレルギー、細菌感染若しくはウイルス感染によって引き起こされた鼻咽頭の制限若しくは閉塞、睡眠サイクルのフェーズ中に後部咽頭の一時的で一部若しくは完全の閉塞に帰着する睡眠時無呼吸、気管軟化症、気管のポリープ及び疣贅、若しくは気管支炎によって引き起こされる気管若しくは気管支の制限または閉塞、又は喘息、ウイルス感染変化、細菌感染、嚢胞性線維症若しくは慢性閉塞性肺疾患によって引き起こされる下位気道の制限若しくは閉塞、であることを特徴とする請求項9記載の装置。
- 前記装置は、重さが10キログラム、8キログラム、6キログラム、又は4キログラム未満であることを特徴とする請求項9記載の装置。
- 前記装置は、電池により電力供給されることを特徴とする請求項9記載の装置。
- 患者の呼吸関連の睡眠障害を診断するシステムであって、
前記患者の中央源部位に対して、前記中央源部位からのフォトプレチスモグラフィ信号ストリームを生成するように構成されたパルスオキシメータ・プローブを固定し、
別個の動脈成分フォトプレチスモグラフィ信号ストリーム及び静脈インピーダンス成分フォトプレチスモグラフィ信号ストリームを得るために、前記プローブから受け取られた前記フォトプレチスモグラフィ信号ストリームを処理し、
前記の動脈成分フォトプレチスモグラフィ信号ストリーム、静脈インピーダンス成分フォトプレチスモグラフィ信号ストリーム、又は両方を、吸気事象、呼気事象、エアー制限若しくはエアー閉塞、又はこれらの組合せの発生を判定するために、評価することを備え、
前記処理は、
前記フォトプレチスモグラフィ信号ストリームの山及び谷を同定し、
前記山及び谷の間の中間点又は最小値を同定し、
前記中間点又は最小値を結ぶ補間線は、前記静脈インピーダンス成分フォトプレチスモグラフィ信号ストリームを表し、
前記静脈インピーダンス成分フォトプレチスモグラフィ信号ストリームを前記フォトプレチスモグラフィ信号ストリームから抽出することにより、前記別個の動脈成分フォトプレチスモグラフィ信号ストリーム及び別個の静脈インピーダンス成分フォトプレチスモグラフィ信号ストリームを得て、
前記フォトプレチスモグラフィ信号ストリーム情報の処理は、前記患者が睡眠中に生成されたフォトプレチスモグラフィ信号ストリーム情報を処理することを備えていることを特徴とするシステム。
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