JP5449771B2 - 心臓のインパルスを監視する装置 - Google Patents

Description

本発明は、心臓の運動を非侵襲的に監視する装置及び方法に関する。同装置及び方法は、心臓の機能を非侵襲的に監視するために有効であり、限定されるものではないが、特にヒトの心臓に有効である。

心臓の病気は、主要な死因である。心臓の問題を早期に発見可能な方法及び装置、並びに心臓の状態を診断することに有用な情報を提供可能な方法及び装置が所望されている。
心臓の機能を非侵襲的に監視する周知の方法には、
−機械的方法、例えば、頸動脈の拍動の記録や心尖拍動図。
−電気的技術、例えば、心電図（ＥＣＧ）。
−心エコー検査、Ｘ線写真術、及び磁気共鳴映像法を含む撮像技術。

既存の機械的方法は、部位の物理的差異により不正確なものとなる。例えば、心音の強度は、心臓の機能を計測することに対して不適である。この理由として、例えば部位における脂肪の層の厚みの差異のような、部位の物理的差異が、心音の強度に影響を与えることが挙げられる。

電気的技術は、計測した電気信号と、心臓の収縮力とを相関させることが難しい。撮像技術も同様にこの問題を包含する。例えば、心エコー図においては、「駆出率」として周知の率を決定する。平常に機能する心臓においては、駆出率は、心臓の収縮力に関係するだろう。しかしながら、仮に心臓が平常通り機能していない場合には、この関係は当てはまらなくなるだろう。

上述した周知の方法や技術は、心臓のサイクルの等容性の段階を正確に描写することができるものではない。等容性の段階の描写は、冠動脈疾患、及びその他の心臓に関する状態の特定において重要なものとなり得る。

Pinchak は、１９７９年出版のJournal of Sound and Vibrationの３６９頁乃至３７３頁の「食道の加速及び心臓血管系」において、聴診器内の小型加速度計の使用を評価している。

Koblanski による特許文献１は、ヒトの心臓の機能を評価する装置及び方法を開示し、ここでその全体が開示されたものとする。同装置は、気管に対する首の甲状軟骨上に設けられる検出機構を備え、心臓の機能に対する甲状軟骨の反応を検出する。抑止システムが検出機構を部位に維持するために設けられる。同装置は有効であるが、後述する短所を有することがわかっている。
−装置は、望ましくないことに患者の姿勢に左右される。
−心臓の大規模な運動の直後に起こる心臓の小規模な運動を正確に検出し損なう。
−ノイズに対する信号の比率が望ましくないことに低い。
−正確に抑止システムを調整することが望ましくないことに困難である。
−システムの一部が服、枕、あごひげ、脂肪の多い首の組織、或いは胸のような障害物と接触する場合に、同システムは誤った結果をもたらす。
米国特許第５８６５７５９号明細書

本発明は心臓の動きを監視する実用的な方法及び装置を提供することを目的とする。

後述する実施例及びその側面は、例示のためのシステム及び方法により開示されるが、これらに範囲が限定されるものではない。
本発明の一側面において、患者の心臓の運動を非侵襲的に監視する方法が開示される。同方法は、患者の組織の部位に対してプローブを第１の方向に付勢するために偏向力を作用させる工程と、患者の心臓の運動に応じてプローブが偏向力に対抗して運動することを許容する工程と、プローブの動きを計測する工程とから構成される。

本発明の別の側面において、患者の心臓の運動を非侵襲的に監視する装置を開示する。同装置は患者の肉体的部位に対して支持されるよう調整されるプローブを含む。同プローブは患者の心臓の運動に応じて第１の方向に移動可能である。装置は第１の方向におけるプローブの動きを検出するように接続されたモーションセンサも含む。同モーションセンサは加速度計を備えてもよい。偏向機構は肉体的部位に対して第１の方向にプローブを付勢するよう連結される。

機械的運動増幅器がプローブとモーションセンサの間に設けられてもよい。機械的運動増幅器はプローブとモーションセンサの間にピボット軸を有するレバーから構成されてもよい。ピボット軸やモーションセンサは、機械的運動増幅器の利得を調整するためにレバーに沿って移動可能である。

装置はプローブの加速度及び運動の両者の波形を示すディスプレイから構成されてもよい。そのような実施例において、心臓の運動の加速度及び運動はリアルタイムに同時に表示され、心臓のいかなる不規則な運動も検出できるように監視可能である。

本発明の更なる側面、及び本発明の様々な実施例の特徴が後述され、添付の図面に開示される。

以下の説明において、当業者が完全に理解できるように、特定の詳細に言及しているが、本発明を不明瞭にしないために、公知の要素については図示を省略し、説明を詳細には行わない。従って、明細書及び図面は、本発明の範囲を限定するものではなく、単なる例として提示するものである。

加速度のような、心臓の運動の計測は、心臓の状態に対して好適な病識を提供する。心臓の運動は、心臓の弾みにおける変化、及び心臓のサイクルの様々な段階における血液の排出により生じる圧力により発生する。心臓の移動は、これらの圧力のパターン及び大きさを変化させ、診断値をもたらす。

心臓は、強い圧力及び弱い圧力の両者を生ずる。ここで開示される方法及び装置により、心臓のサイクルの収縮及び拡張の段階の両者の計測が可能になる。装置は、患者の心臓のサイクルの等容性の段階（例、心臓の弁が開くに先立った心臓の収縮）を描写する計測を得られるように適用される。等容性収縮は、規模及び期間における排出段階と強い相関関係を示す。心臓の運動を監視することにより得られる好適な診断の結果の例として、等容性の段階における収縮の大規模な圧力と小規模な排出との組み合わさることで、大動脈弁の狭窄の存在の強力な指標となる。

本発明は、患者の心臓の運動を監視するための非侵襲的な方法を提供するものである。本方法は、心臓の運動に応答して動く解剖組織（例えば、気管軟骨や大動脈弓）に対してプローブを設置する工程を備える。プローブは、解剖組織の心臓に誘発された運動に対して通常平行である方向に向かって働く偏向力によって解剖組織に接触するように付勢される。実施例において、プローブは、機械的増幅器によって（加速度計のような）モーションセンサに接続される。機械的増幅器は、プローブの運動を増幅し、モーションセンサに増幅した運動を印加する。

図１は、本発明の実施例における心臓監視装置１０を示す。装置１０は大動脈弓の腕頭領域における心臓の圧力を計測するように構成される。後述するように、装置１０はこれに代えて、気管の甲状軟骨領域のような別の解剖組織の部位における心臓の圧力を計測するように構成されてもよい。

大動脈弓は心臓の圧力を計測するための好適な部位である。この理由として、この部位における計測により、心房の収縮を含む心臓のサイクルの全ての段階についての多くの情報を提供可能であることが挙げられる。大動脈弓における心臓の圧力の計測は、患者が自然な姿勢で横たわっている間に計測可能であるため手術室においても好適である。心臓の運動は、ほとんどの哺乳動物において大動脈弓の腕頭領域の運動を監視することにより計測可能である。

椅子１４に座った患者Ｓの胸の大動脈弓に連結された装置１０を示す。装置１０は、支持板１８によって天井１７に取り付けられた支持装置１６によって搬送される。支持装置１６により、装置１０は患者Ｓの部位に対して容易に操作及び調整可能である。支持装置１６は、手術室や歯科の処置室において使用されるタイプのオーバーヘッドライトを支持するために使用されるものと類似のタイプのオーバーヘッドキャリッジ及び自在軸受け機構から構成可能である。幅広い好適な支持機構が周知であり、従って、ここで詳述するのは差し控えることにする。

装置１０は、患者の解剖組織に適用される心臓の圧力を検出するためにプローブ２０（図１Ａ参照）に連結可能な位置に移動される。解剖組織は、例えば、患者１２の大動脈弓や甲状軟骨から構成されてもよい。図１，１Ａ，及び２は、患者１２の大動脈弓Ａの運動を検出するよう構成される装置１０を示す図である。大動脈弓Ａは、患者の心臓Ｈの運動に応じて移動される。図１Ａは、プローブ２０は、患者の胸骨柄Ｍの右手側の後部であって、心臓の主軸に略平行である、患者の首に対して約４５°の角度における頸部と鎖骨切痕の間に案内されてもよい。支持装置１６は、患者Ｓに対して外側にあり、装置１０が取り付けられているベース（例、板１８）に対する部位にプローブ２０を支持する。

プローブ２０を容易に案内するために、患者の頭部は、右側に回転される。患者は、大動脈弓Ａにプローブ２０が近接する深さに同プローブ２０が前進し、記録が得られるように数回深く息を吸い込むように求められる。通常、これにより、胸骨柄の上端部の下約１．５インチ（約３．７５ｃｍ）以上の深さまでプローブ２０が挿入される。典型的な成人の患者において、プローブ２０は、同プローブ２０が胸骨柄の上端部の下約２インチ（約５ｃｍ）の部位にある場合に大動脈弓の腕頭領域と連動するように固定可能である。プローブ２０は、大動脈弓Ａに近接すると、患者の拍動と共に周期的なパターンで方向２１において移動し始める。プローブ２０の位置は、検出した心臓の運動の増幅を監視する間、心臓の運動の増幅が最大になるまで調整可能である。

プローブ２０は、偏向機構により心臓Ｈに向かって付勢される。偏向機構として様々な手段を採用することが可能であるが、これについては後述する。偏向機構はプローブ２０に沿って方向２１に向かう圧力を連続して作用させることにより、プローブ２０が大動脈弓Ａと連動する状態を維持する。プローブ２０は、大動脈弓Ａの運動に応じて方向２１に移動する。

顎及び頭部台２３が、装置１０のハウジング２４上に設けられる。顎及び頭部台２３は、プローブ２０が患者の大動脈弓の腕頭領域に対して固定されると、患者の顎、及び患者の頭蓋骨の土台に接触するように調整される。患者は、装置１０がプローブ２０の運動を監視する間、顎及び頭部台２３に対して頭部を乗せてもよい。

図２は、傾斜可能な台２６上の、頭部が右側に向いた患者Ｓに対して使用中の装置１０を示す。プローブ２０は、患者Ｓの大動脈弓に固定される。顎及び頭部台２３（図２には示さず）は、患者Ｓに対して装置１０が移動することを防止するために使用される。台２６は傾斜されて、患者の頭部は僅かに下方に向かって傾斜している。これにより、プローブ２０と患者の大動脈弓との間が好適に連結され続けるように促進され、血液の循環に影響を与える患者の脚部における鬱血が防止もされる。図２に示す姿勢により、腹部の組織が患者の横隔膜を押圧する。これにより、続いて胸部組織が押圧され、大動脈弓が胸骨柄の上端部に接近する。従って、プローブ２０による接近が容易なものとなる。図２に示すように患者を仰向けにすることは、背中が下になるため様々な手術室の設定に対して好適である。図示のように患者の頭部は右向きでなければならない。

肺の抵抗が心臓の運動に影響を与え得る。従って、肺の抵抗が、心臓の能力を決定するために装置１０の使用に対して計測されなければならない。装置１０により得られる計測を解釈する際に、肺の抵抗を考慮に入れてもよい。肺の抵抗は、装置１０により検出される移動を監視する間に、患者に非常に速く呼吸するように求めることにより試験可能である。患者の呼吸に応じた移動の幅が大きいほど、肺の抵抗が高く測定される。移動は電気的に検出及び記録可能であり、装置１０に設けられるディスプレイ上において観察可能である。

図３及び４は、患者Ｓの甲状軟骨の、心臓に誘発された動きを監視するよう構成された装置１０を示す。患者Ｓは、上部に上がったフットレスト２９上に足を載せてシート２８に座っている。この姿勢により、腹部は幾分圧力を受ける。患者が別の姿勢にある場合に甲状軟骨の動きを計測してもよく。図２に示すように、例えば、患者は、甲状軟骨の動きが監視される間、傾斜可能な台上に頭部を下に向けた状態にあってもよい。ハウジング２４の上部は、患者の顎と平行となるように調整される。図１に示すプローブ２０は、プローブ２０Ａと代えられている。プローブ２０Ａは、患者の甲状切痕Ｎにおいて、患者の甲状軟骨Ｔの上端部に係合する。プローブ２０Ａは、患者の甲状軟骨の上部に対して、後述するバネやその他の偏向機構により下方に付勢される。

装置１０が患者の甲状軟骨の動きを監視する間、患者の顎先は、ハウジング２４上のＵ字型の顎先台３０上に載置される。顎先台３０は、患者の大動脈弓の動きを監視するために使用される場合において、顎及び頭部台２３の使用の際に邪魔にならないように取り外し可能である。図示の実施例において、板３１は、顎台３０の反対側に枢動可能に連結される。調整ネジ３２が板３１のスロット３３を介してハウジング２４のネジ穴に螺入される。顎先台３０は、患者の顎先と接触するように調整可能である。ネジ３２を締めることにより、顎先台３０が移動不能に保持される。ネジ３２は、顎先台３０を取り外すために取り外されてもよい。

図３において、患者の頭部は胸部及び脚部に向かって屈曲される。脚部は患者の腹部における圧力を高めるために身体に近接するよう持ち上げられる。患者の甲状軟骨の運動は、図２に示すように傾斜した台上における頭部が下向きの患者１２においても計測可能である。

図４Ａ，４Ｂ，及び４Ｃに示すように、プローブ２０Ａは、患者の甲状軟骨の上端部と係合可能な突出部３４を有する。突出部３４は、好適に、患者の甲状切痕Ｎ上の中心に突出部４４Ａを保持することを補助する、傾斜した、或いは丸みを帯びた側面部３４Ａ及び３４Ｂを有する。図示の実施例において、突出部３４は、僅かに下方に角をなすように傾斜している。プローブ２０Ａは、患者の甲状軟骨の側面部に隣接する患者の首と係合する腕部３６Ａ及び３６Ｂから構成されてもよい。腕部３６Ａ及び３６Ｂは、患者の左右に走る甲状軟骨上の中心にプローブ２０Ａを保持することを補助する。腕部３６Ａ及び３６Ｂは、弾性を備えてもよい。腕部３６Ａ及び３６Ｂ、並びに突出部３４は、患者が楽になるように、また、患者の肌の炎症を防止するように、エラストマー材料によりコーティングされてもよい。プローブ２０Ａは、患者の甲状軟骨の上端部と係合可能なように別の構成を備えてもよい。

装置１０は、大動脈弓か甲状軟骨のいずれにおいても心臓の運動を計測するよう構成されるものと開示されているが、本発明による装置は、これらのうちいずれか一方のみにおいて、或いはその他の好適な解剖学上の部位において心臓の運動を計測するように特に構成されてもよい。

図５は、本発明の実施例による心臓の運動の測定装置１０を詳細に示す。ハンドル３８がハウジング２４上に設けられる。装置１０は、ハンドル３８を操作することにより所望の部位に案内可能である。ハウジング２４は、ボールジョイント３９により支持装置１６に連結される。従って、ハウジング２４は所望に応じて傾斜可能である。ボールジョイント３９は、支持装置１６に対して所望の位置にハウジング２４を固定するための止めネジ３９Ａを有する。

ディスプレイ４０がハウジング２４上、或いはその他の好適な位置に設けられる。ディスプレイ４０は、装置１０の状況に関する情報同様、装置１０により計測されるような患者の心臓の運動に関する情報も表示可能である。例えば、ディスプレイ４０は、時間の関数として患者の心臓の動きを示す波形を表示可能である。ディスプレイ４０は、同ディスプレイ４０に表示される波形を有する動きの規模、或いは振幅を表示する運動規模表示ディスプレイ４２を備えてもよい。

装置１０は、コンピュータ４４に接続されてもよい。コンピュータ４４は、ラップトップコンピュータ、パソコン、或いはコンピュータネットワークにより構成可能である。コンピュータ４４は、装置１０からデータを受信する。データは、心臓の運動を示すデータであってもその他のデータを含んでもよい。データはコンピュータ４４により、保存され、操作され、表示され、或いは処理される。

図示の実施例において、プローブ２０（或いは２０Ａ）は、ハウジング２４から突出するレバー５０の一端部上に取り付けられる。装置１０は、詳細に後述するバネのような偏向手段を含む。偏向手段は、患者の大動脈弓や患者の組織のその他の部位に向かってプローブを付勢し、これによりプローブ２０と患者の組織との好適な連結を維持する。プローブ２０は、患者の腕頭領域における大動脈弓に対して、レバー５０の強力な枢動運動による支持により正確に固定される。

装置１０は、レバー５０の動きを検出するセンサを備える。患者の心臓の運動は、患者の（心臓に直接つながる）大動脈弓に伝達される。大動脈弓の運動は、プローブ２０によりレバー５０に伝達される。従って、レバー５０の計測された運動は、患者の心臓の運動との直接的な相関関係を示す。装置１０は、詳細に後述するように、これらの運動及び／又はこれらの運動により生じる値を記録し、処理し、及び／又は表示する。

図６及び７に示すように、顎及び頭部台２３は、一対の腕部５５を備え、それぞれ一端がシャフト５７に枢動可能に固定される。シャフト５７は、ハウジング２４に枢動可能に固定される。図示の実施例において、シャフト５７は、スリーブ５９を通過する。反対側において、自由端６０と各腕部５５は、ピボット６１によりパッド６２に連結される。パッド６２は、顎及び頭部台２３が使用中の場合に患者上に載置される。

シャフト５７及び腕部５５をハウジング２４に対して枢動させることにより、顎及び頭部台２３は、図６に示すような腕部５５がハウジング２４上に位置する非作動位置と、図７に示すような腕部５５及びこれらのパッド６７が、ハウジング３２のレバー５０が突出する端部を越えて突出する動作位置との間を移動可能である。図１に、動作位置にある顎及び頭部台２３を示す。

患者の甲状軟骨の動きの計測を所望する場合に、ハンドル３８を操作してプローブ２０Ａを患者の甲状軟骨の上端部と接触するように移動させた後、顎及び頭部台２３は非作動位置に移動され、顎先台３０は、ハウジング２４上に取り付けられ、患者にフィットするよう調整される。プローブ２０Ａが患者の甲状軟骨に正しく固定されたことは、レバー５０の視認可能な律動的な枢動により示される。顎先台３０を取り外し、顎及び頭部台２３を図７に示す作動位置に枢動させることにより、また、プローブ２０Ａをプローブ２０に代えることにより、装置１０が患者の大動脈弓に固定されるよう準備される。

図示の実施例において、プローブ２０，２０Ａは、レバー５０の末端部６９に取り付けられる。レバー５０は、枢動可能にハウジング２４内に取り付けられた支持部材７０によって支持される。図１８に、支持部材７０の各端部は、同支持部材７０の一端部上のピン７２とハウジング２４内に支持されるネジ７４内のソケット７３との間に形成される軸支持体７１内に軸受け（journalled）される。プローブ（例、２０，２０Ａ）は、患者の心臓の運動の結果生じる、患者の組織の関係する部位の運動により取り外される。これらの運動により、レバー５０及び支持部材７０は、支持部材７０の長尺状をなす軸を中心として枢動する。

図８Ａに示す加速度計８０は、Ｕ字型ブラケット８１に固定される。止めネジ８２がブラケット８１を取り外し可能に固定するよう設けられる。従って、加速度計８０は、レバー５０に沿った所望の位置に固定される。即ち、レバー５０に沿った加速度計８０の位置は、ネジ８２を緩め、ブラケット８１をレバー５０に沿った所望の位置に摺動することにより調整可能である。レバー５０は、プローブ２０又は２０Ａが連結される、同レバー５０の末端部６９のいかなる運動も機械的に増幅するものといえる。増幅の量は、加速度計をレバー５０に沿った所望の位置に摺動させることにより調整可能である。この調整により、別々の加速度計が同じ加速度に対して異なった電気的信号を出力する傾向にあることを補正可能なものとなる。加速度計８０は、レバー５０の末端部６９が一定の加速度により移動する場合に所望の信号を出力するような位置にレバー５０に沿って取り付け可能である。

装置１０は、レバー５０と一定の加速度を提供するバイブレータとを連結することにより較正（calibrated）されてもよい。レバー５０に沿った加速度計８０の位置は、加速度計５０の出力信号の出力が所望の値になるまで調整されてもよい。

図示の実施例において、レバー５０は、機械的運動増幅器として機能する。支持部材７０は、支点として機能する。レバー５０及び支持部材７０は、プローブ２０又は２０Ａの運動に応じてピボット軸を中心として枢動可能である。ピボット軸はレバー５０の作用部の一端に設けられる。加速度計８０は、作用部に対向するピボット軸の側の、レバー５０の負荷部の一端部に設けられる。ピボット軸はプローブ２０及び加速度計８０の間に設けられる。

レバー５０の負荷部及び作用部の長さが等しくない場合には、加速度計８０が設けられるレバー５０上の点は、プローブ２０がレバー５０に作用する点に対して多かれ少なかれ移動する。負荷部が作用部より長い場合に、レバー５０は、患者の組織の移動に応じたプローブ２０の移動を増幅する。加速度計６４により出力される電気信号は、増幅され、所望な態様に調整される。

調整可能な機械的増幅を行うことにより、器具間の相違を大幅に取り除き、類似の装置１０による治験の異なる中心部位における結果のデータとの比較が可能なものとなる。例えば、レバー５０による機械的増幅は、加速度計による信号出力の電気的増幅のみを行う装置と比較して、信号とノイズとの比率を向上させることに対して有効である。

図１１に示すように、プローブ２０は、一端部に参照符号８５によって示される分岐した端部を有するロッドから構成される。端部８５の腕部８７とネジにより係合する一対のピボットピン８６は、レバー５０の端部６９における対向する長手方向に沿った端部８９に押入される尖端部８８を有する。これにより、プローブ２０はレバー５０に枢動可能に連結される。プローブ２０の長手方向に沿った動きによりレバー５０は枢動する。

図１１及び１２に示すように、プローブ２０は保護ハウジング９０を通過して延びる。ハウジング９０の管状の端部９２は、例えば、端部９２を貫通してハウジング９３の突出部９５に螺合するネジ９４によって、ハウジング９３に着脱自在に取り付けられる。ハウジング９３はハウジング２４に取り付けられる。レバー５０の端部６９は、プローブ２０が連結した、ハウジング９３の突出部９５内に突出する。取り外し可能な保護シース９６は分岐した端部８５の反対側の、プローブ２０の自由端部に取り付けられる。

図１４に示すように、保護ハウジング９０は、下部に開いた端部９８を有し、これを通過してプローブ２０の先端部（即ち、シース９６の先端部）が突出する。丸みを帯びた突出部９９が、シース９６の両側に端部９８上に設けられる。丸みを帯びた突出部９９はプローブ２０の周囲に延びて、同プローブから径方向に離間するリングの一部であってもよい。使用に際して、患者の肌１００は、丸みを帯びた突出部９９にわたって引き延ばされる。患者の大動脈弓の動きは、患者の肌１００を介してプローブ２０の端部に伝達される。反応により、プローブ２０は、矢印１０２に示される方向に往復運動する。

一対の導電体１０４Ａ及び１０４Ｂは、加速度計８０からの電気信号を信号処理回路に伝達する。図示の実施例において、電気信号は、ピボット機構を介して伝達される。ピボット部材により、支持部材７０はハウジング２４内に取り付けられる。図２１は、支持部材７０をより詳細に示す。

支持部材７０は非導電性である管状部材であり、両端部に端部キャップ１０６Ａ及び１０６Ｂが被せられる。支持部材７０からピボットピン７２が突出する。ピボットピン７２はそれぞれ止雌ネジ７４内に枢動可能に受承される。止雌ネジ７４はネジ式保持具１０８とネジにより係合する。ネジ式保持具１０８は更にハウジング２４の壁部１１０とネジにより係合する。

加速度計８０からの導電体１０４は管状のピボット部材７０の内部に沿って導電性を備えた端部キャップ１０６の第１の導電体１０６Ａに延びる。端部キャップ１０６Ａは止雌ネジ７２を介して導電体１１１に対して電気的に接続されて、ピボット部材７０の性能に影響を与えることなくピボット部材を電気的に接続する。導電体１１１は、好適な信号処理回路に信号を伝達するために接続される。同様に、導電体１０４Ｂは、別の導電性端部キャップ１０６Ｂを経由して信号処理回路に接続される。支持部材７０内において、導電体１０４Ａ及び１０４Ｂは、端部キャップ１０６Ｂが接続される管状の導電性シールド１１２の内部に沿って延びる。

装置１０は、信号の動きを示す機構に代えて光学式モーション増幅器から構成される。図１５にこれらは示されている。図示の実施例において、取り付け台１１４はミラー１１４Ａを搬送し、支持部材７０は同取り付け台１１４を搬送する。レーザーからなる光源１１６は、光ビーム１１７をミラー１１４Ａ上に向ける。反射した光ビームは、ミラー１１８及び回転ミラー１１９にて反射され、ディスプレイ４０の一部を形成するディスプレイスクリーン１２０に到達する。スクリーン１２０は、長残光発光スクリーンである。スクリーン１２０上の光ビーム１１７の軌跡は、監視される心臓の機能の運動の波形を示す。

第２のミラー１１５Ａは、取り付け台１１５によって支持部材７０に取り付けられる。レーザーからなる第２の光源１２２は、光ビーム１２３をミラー１１５Ａ上に向け、ここから光ビーム１２３は光ダイオードや光トランジスタのような光検出器１２４上に反射される。ミラー１１９を回転させるモータ１２５は、好適なコントローラ１２１（図２０参照）によって光検出器１２４からの電気的信号に反応して制御される。これにより、ミラー１１９の回転は支持部材７０の反復するピボット運動と同期する。

ミラー１２６Ａは光源１２８からのレーザーのような光ビーム１２７を、ディスプレイ４０の一部を形成するスクリーン１２９上に反射する。取り付け台１２６（図１６）はミラー１２６Ａを搬送する。支持部材７０は取り付け台１２６も搬送する。スクリーン１２９は、長残光発光スクリーンである。心臓の機能の運動の大きさは、監視スクリーン１２９により観察可能である。

図１７に示すように、スクリーン１２９を位置検出ダイオードアレイ１３０に代えてもよい。位置検出ダイオードアレイ１３０はビーム１２７のミラー１２６Ａによる偏光を示すデジタル出力信号を形成する。

上述したように、偏向機構により支持部材７０はプローブ２０，２０Ａが患者の組織の一部に対して付勢される方向に枢動する。図示の実施例において、偏向機構は支持部材７０上に取り付けられた滑車１３２から構成される。滑車１３２はコード１３３によって張引バネ１３４の一端と連結される。バネ１３４の反対側の端部はコード１３５と連結し、滑車１３６上に巻き付けられる。滑車１３６はシャフト１３７上に取り付けられ、ハウジング２４の側壁１３８内に軸受けされる。滑車１３６は戻り止めノブ１３９の回転により調整可能であり、支持部材７０上に調整可能な付勢トルクを作用させる。偏向によりプローブ２０，２０Ａは監視される患者に向かって付勢され、これにより、同プローブが患者に固定されるように補助する。ノブ１３９は所望の付勢圧力に対応する位置内に、止めネジ１４０により取り外し可能に固定される。

図２０は、図式的に装置１０によって得られたデータの処理を示す。モーションセンサ８０からの信号はコンピュータシステム４４によって処理される。診断に関する波形やその他の情報は、好適なデータ処理アルゴリズムを実行するデータプロセッサ１５１による信号に由来し、コンピュータディスプレイ１５０上に表示される。同コンピュータディスプレイ１５０は、コンピュータ４４（図１）のディスプレイであってもよい。ディスプレイ１５０は、例えば、運動及び加速度の波形の他、加速度及び運動の波形のうち一方又は両者の振幅をグラフィック及び／又はテキストにより表示する。ＥＣＧの波形のようなその他の波形もディスプレイ１５０上に表示可能である。

電源供給体１５２は装置１０の要素に電源を供給するために連結される。実施例において、電源供給体１５２はコンピュータシステム４４の一部である。電源供給体１５２は電源調節器１５４を介してモーションセンサ８０に電力を供給する。モーションセンサ８０からの出力信号は好適なアナログ信号調節及び増幅回路によって所望の形態に調節され、アナログ−デジタルコンバータ（ＡＤＣ）１５３においてデジタル化される。デジタル化された信号はＵＳＢバスのような好適なデータ通信チャネルによりコンピュータ４４に送信される。図示の実施例において、信号はＵＳＢモジュール１５５，ＵＳＢマルチプレクサ１５６，及びＵＳＢアイソレータ１５７を経由してコンピュータ４４に送信される。

光源１１６，１２２，及び１２８も電源供給体１５２によって電源を供給される。位置検出ダイオードアレイ１３０によって計測されるビーム１２７の偏向は、支持部材７０の角度をなす運動を直接示す運動の波形として（ＵＳＢモジュール１５８を介して）データチャネルを経由してコンピュータ４４に送信される。

図２０において、光源１２８はスクリーン１２９と共に使用されるか、位置検出ダイオードアレイ１３０と共に使用されるため２つ示してある。
ハウジング２４は、デジタルマイクロフォン１６０，デジタルＥＣＧ装置１６１，及びデジタル呼吸ベルト１６２のような付属物を接続するためのソケット１５９を有する。これらの付属物は、図２０に図式的に示され、装置１０が使用中に周知の方法により患者に取り付けられる。

図２０はＵＳＢモジュール１６３，１６４，１６５にそれぞれ接続されたデジタルマイクロフォン１６０，デジタルＥＣＧ装置１６１、及びデジタル呼吸ベルト１６２からの信号を示す。ＵＳＢモジュール１６３，１６４，１６５は、ＵＳＢマルチプレクサシステム１５６及びＵＳＢアイソレータ１５７を介してコンピュータ４４にデータを送信する。図示の実施例において、呼吸ベルト１６２は、アナログの出力信号を生成する。呼吸ベルトの出力は、アナログ−デジタルコンバータ１６６によってデジタル信号のストリームに調整される。

図２１は心臓の運動の波形の例を示す。湾曲部２０２（実線）は、患者の大動脈弓において検出された運動の一例である。湾曲部２０４（波線）は、患者の甲状軟骨において検出された運動の一例である。図２１において、両波形の振幅は各波形の最大振幅及び最小振幅をそれぞれ＋１及び−１に設定することにより正規化されている。

本発明の実施例による装置において、様々な心臓のパラメータが同時に記録されてもよい。例えば、本発明による装置は後述するもののいくつか又は全てを記録して表示してもよい。
−加速度。
−運動、ＥＣＧ。
−心音図。
−呼吸。

ここで開示される装置の例は、様々な方法において代えてもよい。後述するものは装置を代えた方法の例であるが、これらに限定されるものではない。幅広い種類のセンサのいずれも支持部材７０の動きを計測するために使用可能である。例えば、−支持部材６２に連結可能な小型線形可変抵抗器。
−光学的方法（前述したものを含む）が使用可能。
−加速度計８０の出力を統合可能。
−支持部材７０の角度をなす位置を計測するために接続される回転エンコーダ。
−容量センサを設けてもよい。
−その他。

プローブ２０，２０Ａを患者の組織に対して付勢するために幅広い様々な偏向機構が設けられる。例えば、−レバー５０にトルクを付与するように電磁的機構が設けられてもよい。
−ねじりバネが、支持部材７０と好適なアンカー部位との間において連結されてもよい。
−レバー５０にトルクを付与するように磁気的機構が設けられてもよい。
−プローブ２０に圧力を加えるように電磁的機構が設けられてもよい。
−プローブ２０に圧力をかけるようにバネが同プローブ２０及び好適なアンカー部位との間に連結されてもよい。
−プローブ２０に圧力をかけるように磁気的機構が設けられてもよい。
−その他。

幅広い様々な機構がプローブ２０，２０Ａの運動を機械的に増幅するために設けられてもよい。例えば、−プローブがカムを運動させ、同カムの運動により、モーションセンサによって検出される増幅した動きが生じる。
−プローブは、マルチリンク機械的リンク機構の連結を移動させ、これによりモーションセンサによって検出される増幅した動きが生じる。
−その他のタイプのモーション増幅機械的リンク機構が設けられ、これによりプローブをモーションセンサに接続する。

装置１０からのデ―タは様々な別の方法により処理されて、表示されてもよい。データ処理はコンピュータシステム４４上で実行されるソフトウェアにより制御されてもよい。例えば、−装置１０により検出された波形はいかなる組み合わせでも表示可能である。これにより、臨床医、研究者やその他の監視者は、各波形の特徴における相関関係を監視可能になる。
−異なった波形間における相関関係が計算されてもよい。
−運動、速度、及び／又は加速度の平均値が波形における１つ以上の選択された画面において計算される。

呼吸や患者と装置１０との間の相対的な運動に起因する作為的な結果は、特定されて、取り除かれるかマークされてもよい。
−データはリアルタイムに表示されても、後に表示及び／又は処理するために保存されても、或いは表示及び保存を並行して行ってもよい。

コンピュータシステム４４のようなデータ処理装置は、所望によりハウジング２４内に統合されてもよい。
加速度の波形を解釈するのは困難である。本発明の実施例において、加速度及び運動の波形は同時に表示される。運動の波形は、特に等容性期における加速度の方向が運動から決定され得るため、加速度の波形の解釈において有用である。加速度の方向を知ることにより、左心室の奇異性運動の診断が補助される。これは心筋に損傷があることを示すものである。左心室の奇異性運動は加速度の方向が心臓のサイクルにおいて正常なものと反対である場合に示されるものである。運動及び加速度の波形の形状と大きさにより、左心室壁の弾性の度合いを示すことができる。

上述したように装置１０により、心臓の運動の波形は二つの異なった身体の部位、即ち大動脈弓及び気管から非侵襲的に得られる。ＥＣＧや心音の記録のようなその他の信号が、心臓の運動の各波形と同時に得られる。心臓の運動の波形は、ＥＣＧやフェーズマーカのようなその他の信号を使用して結合させて、１つの波形としてもよい。これにより、身体の一箇所の部位から得られるものより詳細な診断の情報が得られる。これに代えて、心臓処理技術が心臓の運動の２つ（以上）の波形を同期させることに使用可能である。２つの波形は独立して解析可能であり、相互に比較可能であり、更に合成して得られた波形とも比較可能である。合成した波形は、例えば、２つの心臓の運動の波形を加算したり減算したりすることにより得られる。好適には、心臓の運動の波形は結合されるに先立って、振幅及び時間の両者において正規化される。装置１０やコンピュータ４４は１つ以上の波形を表示可能である。

表示や解析のための心臓の運動の波形の正規化は、波形の最大値や最小値が＋１や−１のような規定値を有するように、波形へのオフセットの増幅及び／又は付加により行われる。その他の好適な正規化の方法は、別例において使用可能である。例えば波形は、平均値が０のような所望の値を有するように差し引きされてもよく、続いてその最大値（又は最小値）が例えば＋１（又は−１）のような所望の値を有するように増幅されてもよい。

実施例において、ＥＣＧ波形が心臓の運動を示す波形と共に表示される。通常、ＥＣＧ波形におけるＱＲＳ群は心臓のサイクルの等容性期の開始に先立って短期間に発生する。ＥＣＧ波形と共に心臓の運動の波形を考慮することにより、有用な診断の情報を得られる。

装置１０は、計算図表を構成することによりコストに対して非常に好適な方法で駆出率を計測可能である。同計測は装置１０を使用して、周知の駆出率の範囲を有する被験者の心臓のサイクルの等容性期、及び駆出期の各期における心臓の運動の大きさに対する値を得る。安静時における健康的な成人の場合において、駆出率はおおよそ６７％であることが周知である。駆出率は患者に運動をさせることにより変化させることができる。更に、心臓に異常のある患者の場合において、安静時における駆出率は６７％とは大きく異なる。被験者の駆出率は、心エコー検査を実施することにより計測されてもよい。被験者は、好適には心エコー検査法により決定される１７％乃至５７％の範囲内の駆出率を有する被験者と同様に、健康な被験者も含む。エラーは弁に異常の兆候がある場合においてはデータを使用しないことにより回避可能である。弁の異常は、等容性期の運動の大きさを示す値が高くならなかったのに対して駆出期において運動の大きさを示す値が高くなった場合に示される。逆もまた然りである。

大動脈弓、甲状軟骨、或いは、これらの部位の両者の運動を計測することにより得られる心臓の運動のデータは、計算図表を構成するために使用可能である。
装置１０は等容性期及び駆出期のそれぞれにおける被験者の心臓の運動の大きさに対する値を計測することにも使用される。計算図表は等容性期及び駆出期における心臓の運動の大きさが駆出率を示すように構成可能である。計算図表に代えて少なくとも等容性期及び駆出期における心臓の運動の大きさに基づいて駆出率を予想する数式を、被験者から得たデータに適用してもよい。計算図表や数式が構成されると、患者の心臓のサイクルの等容性期及び駆出期における心臓の運動の大きさを計測し、同計測した値を計算図表や数式への入力値として使用することにより患者の駆出率が得られる。

ここで開示されるような装置は、心臓の運動を検出するために同時に使用される２つ以上の異なるセンサを備えるよう構成されてもよいものといえる。異なるセンサは加速度センサ及びモーションセンサを含んでもよい。光学式を含む様々なセンサが使用可能である。偏向機構により容易にかつ堅固に固定されるプローブ２０，２０Ａにより、機械的及び光学的な増幅が可能となる。これにより、高利得な電気的増幅及び同高利得な電気的増幅により生じる電気的ノイズの必要性を減少させ、又は回避する。ここで開示される装置は、非常に小さいものの臨床的に重要な心臓の運動、例えば、心室内への消極的な血流による運動を記録することができる。

単純化された装置１０が心臓の問題の検査のために使用されてもよい。実施例において、検査装置は加速度計８０及び関連する電子機器を具備しなくてもよい。このような装置において、ビーム１２７のような光ビームが心臓の運動に応じて偏向される。スクリーンや電子ディスプレイ等上の光ビームの偏向を観察することにより、患者の心臓に関する情報を得ることができる。

要素（例、コンピュータ、ソフトウェア、プロセッサ、アセンブリ、デバイス、回路、連結部材等）を上述したが、特に指示がなければ、要素の開示（「手段」の開示を含む）は、同要素の同等品を含むものと解釈されなければならない。開示された要素の機能を実現するいかなる要素（即ち、機能的に同等であるもの）も含まれる。これらには本発明の実施例において同じ機能を実現するものの開示された構造体とは構成が異なる要素も含まれる。

多くの実施例を上述したが、当業者には、一定の変更、交換、付加、及びその組み合わせが認識されるだろう。従って、以下に添付した請求項は、これらの精神及び範囲内にある限り全てのこのような変更、交換、付加、及びその組み合わせを含むことを意図したものである。

図面には、本発明の好ましい実施形態が開示されている。
座っている患者の大動脈弓の運動を監視するように固定された心臓監視装置の側面図。 図１の心臓監視装置のプローブと患者の大動脈弓との相互作用を示す概略図。 顔を下に向けた姿勢の患者の大動脈弓の運動を監視するように固定された、図１の装置のプローブを示す図。 座っている患者の甲状軟骨の運動を計測するように固定された、図１の装置の側面図。 図３の心臓監視装置のプローブと患者の甲状軟骨との相互作用を示す概略図。 患者の甲状軟骨の運動を計測するための心臓監視装置の取り付けに使用されるプローブを示す平面図。 患者の甲状軟骨の運動を計測するための心臓監視装置の取り付けに使用されるプローブを示す部分断面図。 患者の甲状軟骨の運動を計測するための心臓監視装置の取り付けに使用されるプローブを示す側面図。 図１乃至４に示す装置の斜視図。 顎台、並びに顎及び頭部台を備えた、図１乃至４の装置の部分を示す平面図。 顎台、並びに顎及び頭部台を備えた、図１乃至４の装置の部分を示す平面図。 レバー及び同レバーを枢動可能に支持する枢動可能支持部材の分解図。 図８の８Ａ−８Ａ線に沿った断面図。 大動脈弓に連結するためのレバーの作動部に連結されたプローブを備える、図８に示す装置の要素の側面図。 プローブが甲状軟骨に固定される別のプローブに取り替えられた、図９に対応する図。 図９の装置の正面図。 保護シース及びハウジングを備えた、図１１に示す部分を含む装置の斜視分解図。 図１２の装置の側面図。 患者の肌と接触して固定される、図１１及び１２の装置の大動脈弓のプローブの端部を示す分解図。 機械的装置、及び任意で運動増幅装置を含む、図１乃至４の装置の部分を示す線図。 任意の運動増幅装置の２つの型のうち一方を示す線図。 任意の運動増幅装置の２つの型のうち他方を示す線図。 枢動可能な支持部材の側面図。 図１８の支持部材の一端を支持する枢動軸を示す断面図。 心臓の運動検出装置の一例の要素を示す概略図。 ここで開示される実施例に従った方法及び装置を適用することにより形成可能な型の心臓の動波形の一例を示す図。

Claims (27)

1. 患者の皮下の肉体的部位に対して支持されるよう調整されるプローブであって、同プローブは、患者の心臓の運動に応じて、皮下の肉体的部位の心臓に誘発された運動に対して平行である方向に移動可能である、前記プローブと、
   該方向におけるプローブの動きを検出するよう接続されたモーションセンサと、
   皮下の肉体的部位に対して該方向にプローブを付勢するよう連結された偏向機構とを備えることを特徴とする患者の心臓の運動を非侵襲的に監視する装置。
2. 患者の肉体の外部に設けられ、装置が載置される台に対する部位にプローブを保持する支持機構を備えることを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 前記モーションセンサは加速度計から構成されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
4. 加速度計の出力を表示するように連結された加速度ディスプレイを備えることを特徴とする請求項３に記載の装置。
5. 前記プローブ及びモーションセンサの間に連結される機械的モーション増幅器を備えることを特徴とする請求項１に記載の装置。
6. プローブの動きを示すための機械的モーション増幅器に連結される運動ディスプレイを備えることを特徴とする請求項５に記載の装置。
7. 前記機械的モーション増幅器はピボット軸を中心に枢動するように取り付けられるレバーから構成されることを特徴とする請求項５に記載の装置。
8. 前記偏向機構はレバーにトルクを作用させるように連結されたバネから構成されることを特徴とする請求項７に記載の装置。
9. 患者に対してプローブを付勢するようにレバーにトルクを作用させる手段から構成されることを特徴とする請求項７に記載の装置。
10. 前記プローブはピボット軸を中心に枢動するように設けられるレバーの一端に設けられることと、前記モーションセンサはレバー上に設けられることと、ピボット軸は該一端及びモーションセンサの間にあることとを特徴とする請求項１に記載の装置。
11. 前記レバーは装置が載置される台に対して支持部材により支持される部材に枢動可能に連結されることを特徴とする請求項１０に記載の装置。
12. 前記レバーは相互に電気的に絶縁された、離間する導電性ピボットにより装置に枢動可能に取り付けられることと、前記モーションセンサはピボットを通過して延びる電気的接続体を経由して信号処理回路に接続されることとを特徴とする請求項１０に記載の装置。
13. 前記モーションセンサはプローブの運動の機械的増幅の量を変化させるレバーに沿って移動可能であることを特徴とする請求項１０に記載の装置。
14. 前記プローブは装置を患者の大動脈弓に連結するよう調整された、細い長尺状をなす部材から構成されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
15. プローブの自由端はシールドの解放端を通過して延びることを特徴とする請求項１４に記載の装置。
16. プローブの自由端の対向する面上の、シールドによって支持される一対の丸みを帯びた突出部であって、相互に離間するものから構成されることを特徴とする請求項１５に記載の装置。
17. プローブの自由端はシールドによって形成されたリングを介して延びることと、リングはプローブの自由端から径方向に離間していることとを特徴とする請求項１５に記載の装置。
18. 患者の顎及び頭部と係合し、プローブが同患者の大動脈弓の運動を記録するよう連結される間に患者の顎及び頭部を支持する、顎及び頭部台を備えることを特徴とする請求項１４に記載の装置。
19. 前記プローブは患者の甲状切痕上において係合可能な突出部から構成されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
20. 断面において、突出部は相互に傾斜した側面部を有することと、同側面部は下面によって連結されることを特徴とする請求項１９に記載の装置。
21. 弾性を備えた一対の腕部から構成されることと、弾性を備えた腕部の一つは突出部の各側面部上に設けられることとを特徴とする請求項１９に記載の装置。
22. プローブと運動ディスプレイの間に設けられる光学式モーション増幅器及びプローブの運動を示す運動ディスプレイから構成されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
23. 前記光学式モーション増幅器は、支持部材上に取り付けられるミラーと、反射したビームを生成するためにミラー上に光のビームを向けるように設けられた光源とを備えることと、運動ディスプレイは、反射したビームの通路に設けられることとを特徴とする請求項２２に記載の装置。
24. 心臓の運動の大きさを表示する第１の手段と心臓の運動の動きを表示する第２の手段とから構成されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
25. 心電図波形を生成する心電計と、モーションセンサの出力から生成された波形及び心電図波形を保存するメモリとを備えることを特徴とする請求項１に記載の装置。
26. モーションセンサの出力から生成された第１及び第２の波形を組み合わせて、結合したモーション波形を生成する手段から構成されることを特徴とする請求項２５に記載の装置。
27. 患者を支持する台から構成されることと、同台は患者が頭部を下に向けた姿勢になるよう傾斜可能であることとを特徴とする請求項１に記載の装置。

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