JP6224081B2 - パルスオキシメトリ信号を用いて血圧を監視するための方法 - Google Patents

Description

本発明は、概して、患者の血圧を監視するためのデバイスに関する。より詳細には、本発明は、延長時間に亘って患者の血圧を連続的に又は間欠的に監視するデバイスに関する。本発明は、他を排除するわけではないが、オキシメータを定期的に較正して血圧を途切れなく示し、オキシメータパルスを、日常的手段（血圧計カフや動脈内カテーテル）によって測定される血圧の信頼できる代用とするためのシステム及び方法として特に有用である。

医療施設では、患者の血圧を連続的に監視する能力が非常に重要となる状況が多くある。例えば、手術室での外科手技中には、血圧を連続的に監視する能力が最も重要となりうる。そのような状況において、患者の血圧の傾向的変化を検出する能力は、悪い結果を回避するのに役立ちうる。また、現在習慣的に採用されている方法によって血圧測定値を直接得るために他の活動を間欠的に中断するための要件は、実現するのが困難又は面倒となりうる。

血圧の測定は典型的に、大動脈を含む患者の体肢の周囲に加圧カフを位置付けることによって血圧計を用いて行われる。人間の場合、カフは通常腕に載置される。カフを適切に載置した後、カフにより腕に圧力をかけて動脈を閉塞させる。そしてこのカフの圧力を徐々に低下させ変換して、まず、血液の乱流が始まる圧力を読み取り、次に、乱流が消える点での圧力を読み取る。収縮期圧は乱流が開始する点であり、拡張期圧は乱流が終了する点である。収縮期圧及び拡張期圧を共に計測することによって、一般的に患者の血圧測定値と称されるものが得られる。患者の血圧を測定するために聴診器を使用するときには、コロトコフ音を聴診して収縮期圧及び拡張期圧を特定する。監視するという観点では、正確な収縮期圧が最も重要である。

上述の血圧測定値に加えて、心周期の発生及びそれによる血液の流れをオキシメータによって検出できることもよく知られている。オキシメータは、酸素値に応じて強度が変化する光電信号を信号発生源の領域に亘って血液パルスとして用いることで機能する。重要なのは、酸素値の大きさが各パルスに対して固有なことであり、これらの値を患者の収縮期及び拡張期の血圧に直接関連付けることである。

上記に鑑み、本発明の目的は、血中酸素値を連続的に測定することにより患者の血圧を監視し、また、各心周期におけるパルス酸素値を患者の収縮期圧及び拡張期圧と相関付けるためのシステムを提供することである。本発明の他の目的は、ある時点において且つ延長時間に亘り血中酸素値を連続的に測定することにより患者の血圧を監視するためのシステムを提供することである。本発明の更に他の目的は、容易に使用でき且つ比較的低コストの、血圧を連続的に監視するためのシステム及び方法を提供することである。

患者の血圧を連続的に監視するためのシステムは、血圧測定デバイス（例えば血圧計）の使用を、血中酸素値を監視するためのデバイス（例えばオキシメータ）の使用と組み合わせたものである。この組み合わせにおいて、血圧計を使用してオキシメータからの信号（パルス波形態）を較正した後、その較正された信号を使用して血圧を連続的に又は非連続的に測定することができる。本発明に関して想定できるように、これらの指標は、信号の他の較正が必要となる前の所定の時間間隔に亘って監視される。典型的に較正は、血圧計（あるいは、まれに動脈内パルス測定）を用いて実現される。

背景として、オキシメータパルスが、血圧計による血圧の測定値と反比例の関係にあることは理解されたい。この関係において、収縮期のカフでの血圧は、少量の乱流が発生し始める点であり、これはオキシメータにおいて検出可能な流れを生み出さないため、オキシメータパルスに対してゼロ圧力を表すことになる。カフの圧力が漸次的に低下するが、カフを通過する血流が増加すると、オキシメータを介してパルスが最初に検出される点に達する。この検出がパルスオキシメータの拡張期圧を表し、この点と、血圧計によって前もって決定された拡張期圧との間の水銀柱ミリメートルでの圧力に等しい値を有する。血圧計によって決定された拡張期圧は、完全に進展したオキシメータパルス振幅を伴うはずであり、血圧計によって決定された収縮期圧により較正する必要がある。

構造的に、本発明のシステムは、測定サイクル中に患者の動脈の拡張期血圧及び収縮期血圧を定期的に測定するユニットを備える。具体的には、収縮期圧を測定サイクルの開始点において測定し、拡張期圧を測定サイクルの終了点において測定する。これは関連技術において良く知られている幾つかの方法（例えば血圧計）のうち任意のものにより行なわれる。典型的に、このとき膨張可能カフを患者の腕の周りに位置付け、そしてそれを膨張させて患者の動脈を閉塞するためのカフの初期圧力を設定する。その後、制御値を選択的に演算することによりカフの圧力を解放して血液が動脈内を流れるのを可能にする。そのような演算において、収縮期圧及び拡張期圧の測定（すなわち測定値）を得ることができることは良く知られている。

システムには、患者の心血管系における血中酸素量を検出するデバイス（例えばオキシメータ）も備えられる。重要なのは、オキシメータによって測定される各パルスが、そのパルスの時点での血中酸素値を示す固有の振幅を有することである。しかしながら、血圧を測定するユニット（例えば血圧計）とは異なり、血圧パルスを検出するデバイス（例えばオキシメータ）は連続的に動作させることができる。

本発明のシステムには、光電オキシメータユニットにより検出されたパルス振幅値を血圧計により得られた血圧測定値のカフでの決定値と相関付けるために、コンピュータが設けられる。その後、コンピュータによって設定される相関を用いて、パルス振幅の変化を続いて検出し、これらの振幅をそれぞれ、収縮期圧及び拡張期圧における対応する変化の指標として特定する。そのような相関付けは、測定サイクルに続く延長時間間隔中も続けられる。本発明に関して想定できるように、延長時間間隔は１５分から数時間まで任意の範囲内とすることができる。この延長時間間隔中、モニタを組み込んで、オキシメータにより検出されたパルス振幅と相関付けてコンピュータによって得られる収縮期圧の指標を記録し、収縮期圧を視覚的表示として提示することができる。血液酸素値に大幅な変化がある場合は、デバイスの再較正を自動的に要求するようにする。

上記において暗示したように、システムの較正には基本的に、オキシメータにより検出されるパルス応答を血圧計により得られる血圧測定値と適合させる必要がある。一旦較正が完了すると、オキシメータのみで血圧のインジケータとして使用できる。その後の較正は、定期的に、あるいは、必要と考えられる時にいつでも行うことができる。較正の実行はおそらく経時的な側面から最も良く理解されよう。

最初に、血圧計及びオキシメータの両方を患者上に適切に位置付ける必要がある。具体的には、血圧計を患者の上腕に位置付け、オキシメータを同じ腕の指に位置付ける。そして腕の動脈が閉塞してその腕への血流が止まるまで、血圧計のカフを膨張させる。この初期設定により血圧測定値（血圧計）がなくなりパルス応答（オキシメータ）もなくなる。

システムの実際の較正は、腕の動脈内で血液が乱流し始めるまでカフの圧力を低下させた時点である時間“ｔ_０”において開始する。この時点“ｔ_０”において患者の収縮期圧“ｐ_{ｓｙｓｔｏｌｉｃ}”を示す最初のコロトコフ音が聞こえる。その後、カフの圧力を時間“ｔ_１”において第１のパルス値“Ｖ_１”がオキシメータによって検出されるまで更に低下させる。なお、“Ｖ_１”はパルスオキシメータによって判定できる最小の圧力パルス振幅である（すなわち、オキシメータによって検出可能な圧力差分の最小限度を表す）。更に、時間“ｔ_１”においてＶ_１が検出されるときに、血圧計からの血圧測定値“ｐ_１”も取られる。“ｐ_１”の値を用いて、時間“ｔ_０”において測定された収縮期圧“ｐ_{ｓｙｓｔｏｌｉｃ}”から時間“ｔ_１”において測定された血圧“ｐ_１”までの血圧の最初の低下“Δ_１”を決めることができる（すなわち、Δ_１＝ｐ_{ｓｙｓｔｏｌｉｃ}−ｐ_１）。この点において、“ｐ_{ｓｙｓｔｏｌｉｃ}”が血圧低下“Δ_１”の値によって“ｐ_１”に関連付けられることに注意されたい。そのため、Δ_１は、最終的に（すなわち、Ｖ_１を圧力測定基準に変換させた後）Ｖ_１を補正するのに使用される補償ファクタである。

第１のパルス値（Ｖ_１）、血圧測定値（ｐ_１）及び血圧の低下（Δ_１）が時間“ｔ_１”において設定されると、カフの圧力を更に低下させる。このカフの圧力の低下は、時間“ｔ_２”においてコロトコフ音が止んで腕の血流が元の状態に戻り完全に回復になったことを示すまで続けられる。時間“ｔ_２”において、患者の拡張期圧“ｐ_{ｄｉａｓｔｏｌｉｃ}”を測定する（すなわちコロトコフ音が止む）。また、オキシメトリパルスが完全に回復したことを示す第２のパルス値“Ｖ_２”が、時間“ｔ_２”においてオキシメータによって検出される。そして、パルス値Ｖ_１とパルス値Ｖ_２との差がパルス差分“Δ_Ｖ”として設定される。

重要なのは、パルス差分“Δ_Ｖ”（Δ_Ｖ＝Ｖ_１−Ｖ_２）が、時間“ｔ_１”における圧力“ｐ_１”から時間“ｔ_２”において測定された“ｐ_{ｄｉａｓｔｏｌｉｃ}”までの低下として血圧計によって測定される圧力差分“Δ_ｐ”に直接対応していることである（すなわち、Ｖ_２−Ｖ_１〜ｐ_１−ｐ_{ｄｉａｓｔｏｌｉｃ}）。言い方を変えると、Δ_ｐはΔ_Ｖに直接対応している。このため、Δ_ｐをΔ_Ｖと比較することによって、Δ_Ｖのパルス測定基準をΔ_ｐの圧力測定基準と相関付けることができる。この対応性に基づき、オキシメータによって測定されるパルス値の単位（酸素度）を血圧計によって測定される圧力の単位（ｍｍＨｇ）に直接変換することができる。

血圧の測定値（すなわちｍｍＨｇ）として同じ尺度で変換されたオキシメータの検出値（すなわちパルス値“Ｖ”）により、以下の関係が特に重要である。まず、時間“ｔ_１”においてオキシメータによって測定されるパルス値“Ｖ_１”は、患者の拡張期圧“ｐ_{ｄｉａｓｔｏｌｉｃ}”と直接対応している。また、患者の収縮期圧“ｐ_{ｓｙｓｔｏｌｉｃ}”は、時間“ｔ_２”においてオキシメータによって測定されるパルス値“Ｖ_２”及び補正ファクタΔ_１と対応している（すなわちｐ_{ｓｙｓｔｏｌｉｃ}＝Ｖ_２＋Δ_１）。この結果、血圧を監視するのに必要となるのがオキシメータのみとなる（すなわちｐ_{ｓｙｓｔｏｌｉｃ}＝Ｖ_２＋Δ_１，ｐ_{ｄｉａｓｔｏｌｉｃ}＝Ｖ_１）。すでに注記したように、較正後、血圧計の使用が必要となるのは、他の較正が必要となる理由のある場合又は予定されている場合のみである。

その構造及び実施に関する本発明の新規な特徴及び発明自体は、添付の説明との関連で取り上げられる添付の図面から最も良く理解されよう。ここで、同様の参照符号は同様の部分を示す。

本発明の演算において使用される構成要素の概略図を示す。 患者の心拍についての代表的な時系列グラフを示す。 本発明の較正及び演算に必要な圧力及びパルス測定のグラフ描写を示す。

最初に図１を参照し、患者の血圧を連続的に監視するためのシステムを示し、全体的に符号１０で表す。図示するように、システム１０は、圧力ユニット１４と接続されたコンピュータ１２を含む。圧力ユニット１４には、圧力計１８に直接接続された膨張可能カフ１６が含まれる。あるいは、圧力計１８以外に、同じ目的のために本発明がアネロイド式デバイスを組み込んでもよいことは当業者に理解されよう。いずれの場合も、本発明に関して想定できるように、圧力ユニット１４は、一般的な血圧計又は動脈内カテーテルと機能的に同様であるか類似している。

システム１０にはパルス検出器２０も含まれる。パルス検出器２０は、酸素測定値を得るための、関連技術において良く知られた種類のオキシメータである（以下、パルス検出器２０をオキシメータ２０と称する場合がある）。図１に示すように、センサ２２がオキシメータ２０の一部として組み込まれており、オキシメータ２０はコンピュータ１２に直接接続されている。更に、コンピュータ１２は、視覚的表示２６を含んでもよいモニタ２４に接続されている。

本発明の演算の準備として、膨張可能カフ１６を患者２８に適切に位置付ける。図１において、この位置付けは患者２８の左腕に行うように示されている。また、センサ２２を患者２８の指に位置付ける。これらの接続によって、システム１０は較正及び／又は演算の準備が整う。

説明において、図２は、患者２８の心拍３０についての典型的なグラフを示す。開示の目的のために、心拍３０は、測定サイクル３２を通して延び、測定サイクル３２後は延長時間３４へと延びるように示している。図２及び図３の両方は、測定サイクル３２が時間ｔ_０に開始して時間ｔ_２に終了することを示す。本発明に関して想定できるように、延長時間３４は時間ｔ_２に開始し、２〜３時間続いてもよい。更に、延長時間３４は実際に、連続的な時間間隔を間欠的に幾つか含んでもよい。いずれの場合も、延長時間３４中、各心拍３０のパルスはパルス値“Ｖ”を与え、これはパルス検出器（オキシメータ）２０によって検出される。そしてこれらのパルス値“Ｖ”は、測定サイクル３２中に取られた拡張期圧“ｐ_{ｄｉａｓｔｏｌｉｃ}”及び収縮期圧“ｐ_{ｓｙｓｔｏｌｉｃ}”の血圧測定値と相関付けられる。この点を考慮して、パルス検出器（オキシメータ）２０を較正する必要がある。このような演算のためのシステム１０の較正は、図３を参照して最も良く理解されよう。

図３において、システム１０の較正の説明は、時間的文脈において最も良く理解されよう。まず初めに、患者２８を、図１に示すように実質的にシステム１０と接続する。より具体的には、膨張可能カフ１６及びセンサ２２を、例示的ではあるがシステム１０の構成において患者２８に位置付ける。図示のように、この構成では、測定サイクル３２は時間ｔ_０で開始する。

図３を参照し、較正は、圧力ユニット１４が患者２８の収縮期圧（ｐ_{ｓｙｓｔｏｌｉｃ}）を測定する時間ｔ_０で開始する。ｔ_０後、膨張可能カフ１６により検出されていたカフの圧力を、ｐ_{ｓｙｓｔｏｌｉｃ}から圧力ｐ_１まで低下させる。より具体的には、圧力ｐ_１は、パルス検出器（オキシメータ）２０が最初にパルス値Ｖ_１を検知したときに測定される。これは時間ｔ_１において起こる。なお、ｔ_０からｔ_１までの時間間隔の間、パルス値はパルス検出器（オキシメータ）２０によって検出されない。この点を考慮して、２つの基本的な測定が時間ｔ_１において行われる。一方はパルス値Ｖ_１であり、これはオキシメータ２０によって検出される最も低いパルス値である。他方は初期圧力低下（Δ_１）であり、これはｐ_{ｓｙｓｔｏｌｉｃ}とｐ_１との差（Δ_１＝ｐ_{ｓｙｓｔｏｌｉｃ}−ｐ_１）である。

更に図３を参照し、測定サイクル３２において次に重要な出来事は、圧力ユニット１４が患者２８の拡張期圧（ｐ_{ｄｉａｓｔｏｌｉｃ}）を測定する時間ｔ_２において起こる。時間ｔ_２において、圧力ユニット１４からｐ_{ｄｉａｓｔｏｌｉｃ}の測定値を得ることに加えて、パルス検出器（オキシメータ）２０はパルス値Ｖ_２を得る。特にパルス値Ｖ_２は、オキシメータ２０によって検出される最も高いパルス値であり、心臓周期が再び完全に回復したときに起こる。

測定サイクル３２中、時間ｔ_０、ｔ_１及びｔ_２において入力として得られた演算パラメータを使用して、コンピュータ１２はシステム１０のための演算構成を設定する。詳細には、パルス差分“Δ_Ｖ”（Δ_Ｖ＝Ｖ_１−Ｖ_２）及び圧力差分“Δ_ｐ”（Δ_ｐ＝ｐ_１−ｐ_{ｄｉａｓｔｏｌｉｃ}）がコンピュータ１２によって算出される。パルス差分及び圧力差分（すなわちΔ_Ｖ及びΔ_ｐ）は互いに直接比例しているため、それらの関係をコンピュータ１２によって使用することによって、Δ_Ｖのパルス測定基準をΔ_ｐの圧力測定基準と相関付けることができる。言い換えると、パルス検出器（オキシメータ）２０から得られたパルス値“Ｖ”を、圧力ユニット１４から取られた圧力測定値の等価値として使用できる。従って、システム１０の演算に関して図３に示すように、ｐ_{ｓｙｓｔｏｌｉｃ}をＶ_２＋Δ_１と同等とみなし、ｐ_{ｄｉａｓｔｏｌｉｃ}をＶ_１と同等とみなす。これにより、延長時間３４中、パルス検出器（オキシメータ）２０のみを使用して、モニタ２４上の視覚的表示２６に血圧測定値を供給することができる。

本明細書において示すと共に詳細に開示したパルスオキシメトリ信号を使用して血圧を監視する特定の方法は、本目的を達成すること及び本明細書において先に述べた利点を提供することが完全に可能であるが、それが本発明の現時点において好適な実施例の単なる例示にすぎないこと、また、添付の特許請求の範囲に記載されるもの以外に本明細書において示される構造又は設計の詳細に対していかなる限定も意図されないことは理解されたい。

Claims (3)

1. 患者の血圧を延長時間期間の間に連続的に監視するためのシステムであって、
   測定サイクル中に患者の第１の位置の患者の動脈の血圧を測定するユニットであって、前記測定サイクルが開始点及び終了点を有し、収縮期圧（ｐ_{ｓｙｓｔｏｌｉｃ}）を前記測定サイクルの前記開始点の時間（ｔ_０）において測定し、拡張期圧（ｐ_{ｄｉａｓｔｏｌｉｃ}）を前記測定サイクルの前記終了点において測定するユニットと、
   前記測定サイクル中に患者の第２の位置の患者の心血管系における血圧パルスを検出するデバイスであって、前記測定サイクルの前記開始点近傍の第１のパルスは、振幅値（Ｖ_１）を有し、振幅値（Ｖ_２）を有する第２のパルスが前記測定サイクル内の前記終了点において検出され、前記測定サイクル中の所定の時間（ｔ_１）において、Ｖ_１が前記検出デバイスによって検出されるとともに第１の圧力（ｐ_１）が同時に前記測定ユニットによって測定され、ｐ_{ｓｙｓｔｏｌｉｃ}とｐ_１との差（Δ_１＝ｐ_{ｓｙｓｔｏｌｉｃ}−ｐ_１）に等しい補正ファクタである初期圧力低下（Δ_１）を、前記時間（ｔ_１）において設定する、デバイスと、
   前記収縮期圧（ｐ_{ｓｙｓｔｏｌｉｃ}）を（Ｖ_２＋Δ_１）と相関付けてそれらの間の相関を設定し、その後、前記相関を使用して、前記測定サイクルに続く前記延長時間期間中において、前記検出デバイスにより検出されたパルス振幅値（Ｖ_２）の変化を、収縮期圧（ｐ_{ｓｙｓｔｏｌｉｃ}）の対応する変化の指標として特定するコンピュータと
   を備えるシステム。
2. 患者の血圧を延長時間期間の間に連続的に監視するための方法であって、
   測定サイクル中にユニットで患者の第１の位置の患者の動脈の血圧を測定する工程であって、収縮期圧（ｐ_{ｓｙｓｔｏｌｉｃ}）を前記測定サイクルの開始点の時間（ｔ_０）において測定し、拡張期圧（ｐ_{ｄｉａｓｔｏｌｉｃ}）を前記測定サイクルの終了点の時間（ｔ_２）において測定する工程と、
   デバイスで患者の第２の位置の患者の心血管系において、それぞれがパルス振幅を有する血圧パルスを検出する工程と、
   前記測定サイクル中の所定の時間（ｔ_１）において、前記デバイスでパルス振幅値（Ｖ_１）を検出するとともに、前記ユニットで同時に圧力（ｐ_１）を検出する工程と、
   コンピュータを使用して、前記所定の時間（ｔ_１）において、ｐ_{ｓｙｓｔｏｌｉｃ}からｐ_１への初期圧力低下（Δ_１）を設定する工程と、
   前記時間（ｔ_２）において、前記デバイスでパルス振幅値（Ｖ_２）を検出する工程と、
   前記コンピュータを使用して、パルス差分（Δ_Ｖ（Δ_Ｖ＝Ｖ_１−Ｖ_２））を圧力差分（Δ_ｐ（Δ_ｐ＝ｐ_１−ｐ_{ｄｉａｓｔｏｌｉｃ}））と直接比較して、Δ_Ｖのパルス測定基準をΔ_ｐの圧力測定基準と相関付け、且つ、前記測定サイクルに続く前記延長時間期間中において、前記デバイスで更にパルス振幅値を検出し、拡張期圧をＶ_１と同等とみなし、収縮期圧を、前記パルス振幅値（Ｖ_２）と前記初期圧力低下（Δ_１）との和と同等とみなし、及び、前記更に検出されたパルス振幅値（Ｖ_２）の変化を、収縮期圧（ｐ_{ｓｙｓｔｏｌｉｃ}）の対応する変化の指標として使用する工程と
   を含む方法。
3. 延長時間期間の間に患者の血圧を連続的に監視するための触知可能なコンピュータ可読媒体に記録されているコンピュータプログラムであって、
   プログラム部を備え、前記プログラム部が実行されると、コンピュータに、
   測定サイクルの開始点の時間（ｔ_０）において、患者の第１の位置の患者の動脈の血圧を測定するユニットを使用して収縮期圧（ｐ_{ｓｙｓｔｏｌｉｃ}）を測定する工程と、
   前記測定サイクル中の所定の時間（ｔ_１）において、患者の第２の位置の患者の心血管系における血圧パルスを検出するデバイスを使用してパルス振幅値（Ｖ_１）を検出するとともに、前記ユニットを使用して同時に圧力（ｐ_１）を検出する工程と、
   前記所定の時間（ｔ_１）において、ｐ_{ｓｙｓｔｏｌｉｃ}からｐ_１への初期圧力低下（Δ_１）を設定する工程と、
   前記測定サイクルの終了点の時間（ｔ_２）において、前記デバイスを使用してパルス振幅値（Ｖ_２）を検出する工程と、
   パルス差分（Δ_Ｖ（Δ_Ｖ＝Ｖ_１−Ｖ_２））を圧力差分（Δ_ｐ（Δ_ｐ＝ｐ_１−ｐ_{ｄｉａｓｔｏｌｉｃ}））と直接比較して、Δ_Ｖのパルス測定基準をΔ_ｐの圧力測定基準と相関付ける工程と、
   前記測定サイクルに続く前記延長時間期間中において、前記デバイスを使用して更にパルス振幅値を検出し、拡張期圧をＶ_１と同等とみなし、収縮期圧を、前記パルス振幅値（Ｖ_２）と前記初期圧力低下（Δ_１）との和と同等とみなし、及び、前記更に検出されたパルス振幅値（Ｖ_２）の変化を、収縮期圧（ｐ_{ｓｙｓｔｏｌｉｃ}）の対応する変化の指標として使用する工程と
   を実行させる、コンピュータプログラム。