JP5568037B2 - 心肺蘇生術モニタリング装置 - Google Patents

Description

この発明は、心肺蘇生術を実施する際などに、救助者等が最適な心臓マッサージ手技を行うことが可能なように手技による効果をモニタリングする心肺蘇生術用モニタリング装置に関するものである。

従来、心肺蘇生術（ＣＰＲ）による肺膨張計測により心肺蘇生術の適否を判定するには、胸郭インピーダンスを用いる手法が採用されている。しかしながら、胸郭インピーダンスを用いた肺膨張計測によっては、血液の酸素化と血流状態が改善したかについては判定できない。

一方、心肺蘇生術の実施中に血液の酸素化をモニタリングするために、ＳｐＯ2を用いる手法が知られている（特許文献１参照）。しかしながら、心肺蘇生術の実施中にはＳｐＯ2計測に有効な脈波を得ることができないため、計測不能となることがある。また、心肺蘇生術に起因する体動が外乱となって正確な計測を行うことが困難である。

また、透過光の直流成分が血液酸素化の情報を持っており、ノイズ混入時の補正に有効であることが知られている（特許文献２参照）。しかしながら、特許文献２においては、ＳｐＯ2測定の際に一時的に発生するノイズ混入に対応する補正を示すのみであり、心肺蘇生術を実施しなければならない状態において脈波が存在しないためにＳｐＯ2が得られないことは想定されていない。

特開２００５−４６６０６号公報 特許第３１１６２５２号明細書

本発明は上記のような心肺蘇生術を実施する際などにおける、心臓マッサージ手技に関する上記のようなモニタ技術の現状に鑑みてなされたもので、その目的は、救助者等が最適な心臓マッサージ手技を行うことが可能なように手技による効果をモニタリングする心肺蘇生術用モニタリング装置を提供することである。

本発明に係る心肺蘇生術モニタリング装置は、少なくとも赤外光を生体に入射させる光源部と、生体を透過した透過光及び／又は反射した反射光を受光する受光手段と、前記受光した光の受光強度における直流成分に対し所定手法を適用して得られた参照用直流成分値と、心肺蘇生術実施時に得られた受光強度における直流成分値との比による評価用の評価対象情報を算出する算出手段と、前記算出手段により算出された評価対象情報に基づき心肺蘇生術の少なくとも適否に関する評価を行う評価手段と、前記評価手段による評価結果に応じて出力を行う出力手段とを具備することを特徴とする。

本発明に係る心肺蘇生術モニタリング装置では、前記光源部は更に、赤色光を生体に入射させ、算出手段は、参照用直流成分値を赤外光及び赤色光の受光強度における直流成分に対し所定手法を適用して得た値を比とした第１の比として求めると共に、心肺蘇生術実施時に得られた赤外光及び赤色光の受光強度におけるそれぞれの直流成分値の比を第２の比として求め、前記第１の比に対し第２の比を比とした第３の比を求めて評価対象情報とすることを特徴とする。

本発明に係る心肺蘇生術用モニタリング装置では、前記心肺蘇生術に関する評価は、血中酸素飽和度の上昇に関する評価であることを特徴とする。

本発明に係る心肺蘇生術モニタリング装置では、光源部は赤外光のみを生体に入射させ、
算出手段は、赤外光の受光強度における直流成分に応じて評価対象情報を算出し、評価手段は、上記算出された評価対象情報に基づき心肺蘇生術による血流増加の評価を行うことを特徴とする。

本発明に係る心肺蘇生術用モニタリング装置は、８０５ｎｍ近傍の赤外光を用いることを特徴とする。

本発明に係る心肺蘇生術モニタリング装置では、算出手段は、所定手法を適用する光の受光強度の直流成分と、心肺蘇生術実施時に得られた受光強度の直流成分とをランバートベールの法則に適用し、ランバートベールの法則を用いた計算により評価対象情報を求めることを特徴とする。

本発明に係る心肺蘇生術モニタリング装置では、前記光源部と受光手段を、一体化して構成したことを特徴とする。

本発明に係る心肺蘇生術用モニタリング装置によれば、生体に入射した赤外光の入射光強度における直流成分と、受光した光の受光強度における直流成分とに基づき、心肺蘇生術実施時の受光強度における直流成分の比を算出し、算出された受光強度における直流成分の比及び／または受光強度の大きさに基づき心肺蘇生術に関する評価を行うので、血液酸素化の情報を持っている受光した光の直流成分を用い、受光強度の大きさによって血中酸素飽和度増減傾向を推定することができ、受光強度における直流成分の比によって血液酸素化の傾向を計測して、救助者等による心臓マッサージ手技が適正に行われるように導くことが可能である。

酸素飽和度による血液吸光係数の変化は、赤色領域が最も大きく、８００ｎｍ以上の赤外領域では小さい。特に８０５ｎｍ近傍では、酸素飽和度によらず吸光係数が一定となる。図８に血液の吸光特性を示す。本発明に係る心肺蘇生術用モニタリング装置によれば、８０５ｎｍ近傍（例えば８０５ｎｍを中心として５ｎｍ増減した範囲）の赤外光を用いるので、血液の赤外光吸光係数ＥＩを一定とすることができ、赤外光のみを用いた血流増減傾向の正確な計測が可能となる。また、８０５ｎｍ近傍にかぎらず、８００ｎｍ以上の赤外領域であれば、ＥＩをほぼ一定とみなし、血流増減傾向を知ることが可能である。

本発明に係る心肺蘇生術モニタリング装置における第一の実施形態の構成を示すブロック図。 本発明に係る心肺蘇生術モニタリング装置における実施形態によって、ランバートベールの法則を適用する原理を説明するための図。 本発明に係る心肺蘇生術モニタリング装置における実施形態によって、ランバートベールの法則を適用する原理を説明するための図。 本発明に係る心肺蘇生術モニタリング装置における第一の実施形態の動作を説明するためのフローチャート。 本発明に係る心肺蘇生術モニタリング装置における第二の実施形態の構成を示すブロック図。 本発明に係る心肺蘇生術モニタリング装置における第二の実施形態の動作を説明するためのフローチャート。 心肺蘇生術中の血液酸素飽和度、血流および各信号の時間的推移を示す図。 血液の吸光特性を示す図。

以下添付図面を参照して、本発明に係る心肺蘇生術用モニタリング装置の実施形態を説明する。各図において同一の構成要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。図１に、本発明に係る心肺蘇生術用モニタリング装置の実施形態を示す。この装置には、少なくとも赤外光を生体に入射させる光源部１０が備えられている。光源部１０には、赤色光を射出する発光ダイオード１１と、赤外光を射出する発光ダイオード１２が設けられる。赤色光の波長を、例えば６６０ｎｍとすることができ、赤外光の波長を、例えば９００ｎｍ、８０５ｎｍ或いは８０５ｎｍを中心として５ｎｍ増減した範囲とすることができる。

発光ダイオード１１、１２には、駆動回路１３が接続されている。駆動回路１３は発光ダイオード１１、１２に例えば交互に電流を流して発光を生じさせる。生体（測定部位）２０を介して発光ダイオード１１、１２と対向する側には、受光手段３０を構成するフォトダイオード３１が設けられる。フォトダイオード３１は、赤色光及び赤外光を受光し、光電変換により対応する電圧の受光信号に変換して、増幅器３２へ送る。ここで、光源部１０と受光手段３０とはパルスオキシメータのプローブとして一体的に構成されても良い。さらに、増幅器３２によって増幅された信号はマルチプレクサ（ＭＰＸ）３３へ送られ、赤色光の受光信号のうち直流成分Ｒが信号線３４を介して、赤外光の受光信号のうち直流成分Ｉが信号線３５を介して算出手段４０へ送られる。

算出手段４０には評価手段５０が接続されており、これらをコンピュータにより構成することができ、この場合にはディジタル化された直流成分を用いる。算出手段４０は、光の入射光強度における直流成分と、受光した光の受光強度における直流成分とに基づき、心肺蘇生術実施時の受光強度における直流成分の比を算出するものである。

生体（測定部位）２０に入射した入射光と、受光した光（すなわち、生体内を透過した光及び/又は生体内で反射した光）については、図２に示すように生体（測定部位）２０は、動脈血と静脈血とその他の組織に分かれており、赤色光の入射光強度Ｒｉに対し受光強度Ｒｏとなり、赤外光の入射光強度Ｉｉに対し受光強度Ｉｏとなる。

便宜上、上記動脈血と静脈血とその他の組織を一体と考えた図３の場合においても、赤色光の入射光強度Ｒｉに対し受光強度Ｒｏとなり、赤外光の入射光強度Ｉｉに対し受光強度Ｉｏである。このようにして、ランバートベールの法則を適用する。

一連の心肺蘇生術実施中において、
赤色光については、
ＥＲ：組織＋全血液の赤色光の吸光係数， Ｃ：組織＋全血液の濃度に関する係数， Ｄ：組織＋全血液の厚み、
とする。

一連の心肺蘇生術実施中において、
赤外光については、
ＥＩ：組織＋全血液の赤外光の吸光係数， Ｃ：組織＋全血液の濃度に関する係数， Ｄ：組織＋全血液の厚み、
とする。

ランバートベールの法則を適用すると、
Ｉｎ（Ｒｉ／Ｒｏ）＝ＥＲ＊Ｃ＊Ｄ・・・（１式）
Ｉｎ（Ｉｉ／Ｉｏ）＝ＥＩ＊Ｃ＊Ｄ・・・（２式）

Ｃは心肺蘇生術実施前後において一定であるから、心肺蘇生術実施による変化を´（ダッシュ）によって示すと、次の通りになる。
Ｉｎ（Ｒｉ／Ｒｏ´）＝ＥＲ´＊Ｃ＊Ｄ´・・・（３式）
Ｉｎ（Ｉｉ／Ｉｏ´）＝ＥＩ´＊Ｃ＊Ｄ´・・・（４式）

（１式）−（２式）は、
Ｉｎ（Ｒｉ／Ｉｉ）−Ｉｎ（Ｒｏ／Ｉｏ）＝（ＥＲ−ＥＩ）＊Ｃ＊Ｄ・・・（５式）

（３式）−（４式）は、
Ｉｎ（Ｒｉ／Ｉｉ）−Ｉｎ（Ｒｏ´／Ｉｏ´）
＝（ＥＲ´−ＥＩ´）＊Ｃ＊Ｄ´ ・・・（６式）

厚みの変化は、全体厚みに対して無視できるとすると、Ｄ／´Ｄ＝１、またＣも一定であるから、
Ｉｎ（Ｒｏ´／Ｉｏ´）／（Ｒｏ／Ｉｏ）
＝（（ＥＲ−ＥＩ）−（ＥＲ´−ＥＩ´））＊Ｄ＊Ｃ・・・（７式）
対数を戻すと、
（Ｒｏ´／Ｉｏ´）／（Ｒｏ／Ｉｏ）
＝Ｅｘｐ（（（ＥＲ−ＥＩ）−（ＥＲ´−ＥＩ´））＊Ｄ＊Ｃ）・・・（８式）

算出手段４０は、上記の計算結果を評価手段５０へ送る。心肺蘇生術による加圧実施中であり、´（ダッシュ）が付いた信号が得られているか、加圧が実施されておらず、´（ダッシュ）が付かない信号が得られているかについては、算出手段４０に接続された例えば力センサ４１（例えば、加圧実施部位に配置）の出力を参照して判定することができる。評価手段５０は、算出された受光強度における直流成分の比及び／または受光強度の大きさに基づき心肺蘇生術に関する評価を行うものであり、この実施形態においては、次の考察に基づき評価する。

組織の吸光係数は、心肺蘇生術実施前後において一定であるから、ＥＲとＥＩは血液の吸光係数を反映している。血液酸素飽和度が上昇すると、赤色光の吸光係数ＥＲは減少し、赤外光の吸光係数ＥＩは上昇する。（ただし、ＥＲの減少に比べＥＩの上昇は小さい。）すると、（８式）によって、血液酸素飽和度が上昇すると、Ｅｘｐ（（（ＥＲ−ＥＩ）−（ＥＲ´−ＥＩ´））の項は大きくなることが分かり、故に、（８式）の左辺である（Ｒｏ´／Ｉｏ´）／（Ｒｏ／Ｉｏ）が大きくなる。

そこで、評価手段５０は、図４に示すフローチャートに基づき動作する。まず、心肺蘇生術実施状態の過去の（Ｒｏ／Ｉｏ）を用いて初期の参照情報を作成し（Ｓ１０）、受光強度における直流成分の比である（Ｒｏ´／Ｉｏ´）を取り込み（Ｓ１１）、上記ステップＳ１０において作成された参照情報を取り出し、評価対象情報（Ｒｏ´／Ｉｏ´）／（Ｒｏ／Ｉｏ）を作成し（Ｓ１２）、この評価対象情報が増加傾向であるかを判定する（Ｓ１３）。ＮＯとなると、「心臓マッサージに改善の余地あり」のメッセージ情報を出力手段である表示装置６０へ送って表示させる（Ｓ１４）。

上記ステップＳ１２においてＹＥＳとなると、「現在の心臓マッサージが適当」のメッセージ情報を出力手段である表示装置６０へ送って表示させる（Ｓ１５）。ステップＳ１５に続いて今回の（Ｒｏ´／Ｉｏ´）を用いて参照情報を作成して記憶し（Ｓ１６）、ステップＳ１１へ戻る。

参照情報は、今回用いた（Ｒｏ／Ｉｏ）をそのまま参照情報としても良いし、過去Ｎ（整数）回前に得られた（Ｒｏ´／Ｉｏ´）をそのまま参照情報としても良い。また、今回の（Ｒｏ´／Ｉｏ´）から過去Ｎ（整数）回前の（Ｒｏ´／Ｉｏ´）を用いて得られる値（例えば平均値や中間値や最頻値など）を参照情報としても良い。また、心肺蘇生術開始前のＲｏ／Ｉｏを固定の参照情報として用いても良い。図７に心肺蘇生術中の血液酸素飽和度、血流および各信号の時間的推移を示す。心肺蘇生術（心臓マッサージ）前のＲｏとＩｏと、心肺蘇生術（心臓マッサージ）を複数回（例えば３０回）行うことで得られるＲｏ´とＩｏ´とから、血流が増加し、血液酸素飽和度が上昇し、この際、（Ｒｏ´／Ｉｏ´）／（Ｒｏ／Ｉｏ）も上昇することが分かる。なお、Ｒｏ´／Ｉｏ´は、心肺蘇生術（心臓マッサージ）を行う度に得られる値が採用されても良いし、心肺蘇生術（心臓マッサージ）を複数回（例えば３０回）行った際に得られた値（例えば平均値や中間値や最頻値など）が採用されても、もちろん良い。

上記において、出力手段である表示装置６０は、ＬＣＤなどのディスプレイにより文字を表示するものの他、単に光点灯などによりメッセージを出力するもの、音声によりメッセージを出力するもの、或いはこれらの必要な組み合わせによりメッセージを出力するものであり、評価手段５０による評価を示す出力を行うものであればよい。

図５には、第２の実施形態に係る心肺蘇生術用モニタリング装置の構成図が示されている。この実施形態では、光源部１０Ａにおいて赤外光を射出する発光ダイオード１４のみが用いられている。発光ダイオード１４の射出する光波長は、８０５ｎｍとすることができる。また、光源部１０Ａが、８０５ｎｍの波長を選択する構成を採用することもできる。ここで、８０５ｎｍとは、この波長に限定されず、８０５ｎｍ近傍の意味であってもよく、８０５ｎｍを中心として５ｎｍ増減した範囲の赤外光などを用いても良い。

上記の構成は、酸素飽和度の影響をＥＩが受けないようにするためのものである。この構成により、酸素飽和度によるＥＩの変化をＥＲの変化に比べて小さくし、ＥＩを一定と考えることができる。上記構成に加えて、受光手段３０Ａにおいて図１のマルチプレクサ３３は設けない。赤外光の受光信号のうち直流成分Ｉが信号線３５を介して算出手段４０Ａへ送られる。

上記のようにＥＩを一定（ＥＩ´＝ＥＩ）と考えることができる構成であるから、算出手段４０Ａは、（４式）−（２式）を求める。
（４式）−（２式）は、
Ｉｎ（Ｉｉ／Ｉｏ´）−Ｉｎ（Ｉｉ／Ｉｏ）
＝ＥＩ＊Ｃ＊（Ｄ´−Ｄ）・・・（９式）

（９式）を整理すると、
−Ｉｎ（Ｉｏ´／Ｉｏ）＝ＥＩ＊Ｃ＊（Ｄ´−Ｄ）・・・（１０式）
対数を戻すと、
Ｉｏ´／Ｉｏ＝Ｅｘｐ（−ＥＩ＊Ｃ＊（Ｄ´−Ｄ））・・・（１１式）

算出手段４０Ａは、上記（１１式）の計算結果を評価手段５０Ａへ送る。血流が改善して、Ｄ´＞Ｄとなると、（１１式）の右辺が減少する。即ち、（１１式）の左辺である赤外光の受光強度の比（Ｉｏ´／Ｉｏ）が減少する。また、赤外光の受光強度を経時的に計測することによって、血流増減傾向を推定できる。

そこで、評価手段５０Ａは、図６に示すフローチャートに基づき動作する。赤外光の受光強度Ｉｏ´を取り込み（Ｓ２１）、当該心肺蘇生術実施状態の過去のＩｏにより作成された参照情報を取り出し（Ｓ２２）、その比が減少傾向であるかを判定する（Ｓ２３）。ＹＥＳとなると、「現在の心臓マッサージが適当」のメッセージ情報を出力手段である表示装置６０へ送って表示させる（Ｓ２４）。

上記ステップＳ２２においてＮＯとなると、「心臓マッサージに改善の余地あり」のメッセージ情報を出力手段である表示装置６０へ送って表示させる（Ｓ２５）。ステップＳ２５に続いて今回のＩｏ’を用いて参照情報を作成して記憶し（Ｓ２６）、ステップＳ２１へ戻る。

なお、参照情報は、今回のＩｏ´をそのまま次回の参照情報としても良いし、今回のＩｏ´から過去Ｎ（整数）回前のＩｏ´の平均を参照情報としても良いし、心肺蘇生開始前のＩｏ´を固定の参照情報として用いても良い。図７に心肺蘇生術中の血液酸素飽和度、血流および各信号の時間的推移を示す。心肺蘇生術（心臓マッサージ）前のＩｏと、心肺蘇生術（心臓マッサージ）を複数回（例えば３０回）行うことで得られるＩｏ´とから、血流が増加し、血液酸素飽和度は上昇するが、この際、Ｉｏ´／Ｉｏは減少する。

上記第２の実施形態において、赤外光の受光強度のみを用いその経時変化を参照して、または赤外光の受光強度を用いることなく、心臓マッサージの適否を評価しても良い。また、第１の実施形態において、用いた比及び／または受光強度に基づいて、心臓マッサージの適否を評価しても良い。

１０、１０Ａ 光源部
１１、１２ 発光ダイオード
１３ 駆動回路
１４ 発光ダイオード
２０ 生体（測定部位）
３０、３０Ａ 受光手段
３１ フォトダイオード
４０、４０Ａ 算出手段
５０、５０Ａ 評価手段
６０ 表示装置

Claims (7)

1. 少なくとも赤外光を生体に入射させる光源部と、
   生体を透過した透過光及び／又は反射した反射光を受光する受光手段と、
   前記受光した光の受光強度における直流成分に対し所定手法を適用して得られた参照用直流成分値と、心肺蘇生術実施時に得られた受光強度における直流成分値との比による評価用の評価対象情報を算出する算出手段と、
   前記算出手段により算出された評価対象情報に基づき心肺蘇生術の少なくとも適否に関する評価を行う評価手段と、
   前記評価手段による評価結果に応じて出力を行う出力手段と
   を具備することを特徴とする心肺蘇生術モニタリング装置。
2. 前記光源部は更に、赤色光を生体に入射させ、
   算出手段は、参照用直流成分値を赤外光及び赤色光の受光強度における直流成分に対し所定手法を適用して得た値を比とした第１の比として求めると共に、心肺蘇生術実施時に得られた赤外光及び赤色光の受光強度におけるそれぞれの直流成分値の比を第２の比として求め、前記第１の比に対し第２の比を比とした第３の比を求めて評価対象情報とすることを特徴とする請求項１に記載の心肺蘇生術モニタリング装置。
3. 前記心肺蘇生術に関する評価は、血中酸素飽和度の上昇に関する評価であることを特徴とする請求項２に記載の心肺蘇生術モニタリング装置
4. 光源部は赤外光のみを生体に入射させ、
   算出手段は、赤外光の受光強度における直流成分に応じて評価対象情報を算出し、
   評価手段は、上記算出された評価対象情報に基づき心肺蘇生術による血流増加の評価を行うことを特徴とする請求項１に記載の心肺蘇生術モニタリング装置。
5. ８０５ｎｍ近傍の赤外光を用いることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の心肺蘇生術モニタリング装置。
6. 算出手段は、所定手法を適用する光の受光強度の直流成分と、心肺蘇生術実施時に得られた受光強度の直流成分とをランバートベールの法則に適用し、ランバートベールの法則を用いた計算により評価対象情報を求めることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の心肺蘇生術モニタリング装置。
7. 前記光源部と受光手段を、一体化して構成したことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の心肺蘇生術モニタリング装置。