JP6345689B2 - 患者の体内の関心領域における血流状況をモニタリングするシステムと方法 - Google Patents

Description

本発明は、一般に医療機器の分野にあり、血流のパラメータをモニタリングするシステムと方法に関する。

脳への脳血流をモニタリングすることは、脳灌流が損なわれるおそれのある状況では極めて重要である。これは、外傷性脳損傷、脳卒中をこうむり、または全身麻酔下にある患者の灌流が減少する危険性がある状況を含む。

例えば、ＵＳ８，２７７，３８５は、脳の血流力学の状態と機能状態を評価する方法と装置を記載している。この技術は、頭蓋内圧の非侵襲的測定、脳の電気的活動の評価、および脳血流の測定と、近赤外線分光法またはその他の光学的方法を用いた頭蓋内血管中の容量変化の測定、レオエンセファログラフィーまたはその他の電気的方法を用いた頭蓋内血管中の容量変化の測定、および脳波検査を用いた脳の電気的活動の測定とも含む。この目的のため、被験者の頸静脈中の血液容量の変化を測定し；被験者の１以上の頭蓋内血管中の血液容量の変化を測定し；１以上の頸静脈の容量変化に対する１以上の頭蓋内血管の容量変化の割合を特定し、この割合の変化は被験者の頭蓋内圧の変化とは逆に対応している。

本発明は、脳や腎臓などの関心領域の状況をモニタリングし、脳／腎臓の灌流の妥当性と自己調節機能の障害についての情報を得るための新規な技術を提供する。これは、脳／腎臓への血流と、流れが損なわれていない他の組織での血流または血圧の測定との間を連続的に比較することで実行される。

より具体的には、本発明は、いくつかの血流シグナルの間の関係を示すデータを測定して表示することができるモニタリングシステムを提供する。このモニタリングシステムは：関心領域である第１の領域における第１の血流を検出するとともに、この関心領域以外の組織領域である第２の領域における第２の血流を検出する検出システムと；この検出システムに（信号／データ通信で）接続可能であり、検出システムに、第１および第２の領域においてほぼ同時に測定し、第１および第２の血流をそれぞれ示す第１および第２の測定データを記録させるように作用する制御ユーティリティーとを具える。制御ユーティリティーは、関心領域において自己調節が損なわれているかいないかを示す、第１および第２の測定データの間の関係を特徴づける所定の関数を計算するように予めプログラムされている。

自己調整とは、血圧が一定の範囲内で変化する間に、（脳または腎臓への）血流を一定に保つメカニズムである。血流の変化と血圧（主に平均動脈圧）の変化との間の関係を測定することで、自己調節の状態で、特に一定の血圧範囲内での自己調節機能が損なわれているかいないかを判定することができる。もし測定値の間に相関性がある場合、またはこれらの測定値が特定の位相関係を有する場合、この血圧範囲内での自己調整は損なわれている。

関心領域以外の組織領域である第２の領域は、通常、血流が血圧に対して直線的に、または既知の関数で変化する組織の領域が選択される。

本発明は、脳または腎臓における関心領域の状況のモニタリングを目的とする。したがって、本書で脳に関して用いられる記載は、同じ装置と方法を使用して腎臓にも適用できることに留意すべきである。

いくつかの実施例では、第１および第２の測定データ間の関係を特徴づける所定の関数は、相関関数である。例えば、この関数の関係は：第１の測定データと第２の測定データの間の、移動相関係数、位相遅延、または相互相関のうちの少なくとも１つである。

第２のデータが検出される脳以外の組織領域は、血流が血圧に直線的に従属するような組織領域を選択することができる。

いくつかの実施例では、検出システムは、第１および第２のセンサユニットを具えており、第１の脳血流と、脳以外の組織領域における第２の血流とを、それぞれ非侵襲的に検出する。いくつかの他の実施例では、検出システムは、脳以外および脳の両方の脈管構造を測定するための単一のセンサを具える。

この検出システムは、侵襲性および／または非侵襲性の血流測定用に構成することができる。

本発明の別の広い態様によると、血流測定システムに用いる制御ユニットが提供され、当該制御ユニットが：患者の身体の関心領域およびこの関心領域以外の身体の組織領域から同時に測定した血流パラメータに対応する、第１および第２の測定データを受信するデータ入力ユーティリティーと；第１および第２の測定データを処理して、第１の測定データと第２の測定データの間の関係を特徴づける所定の関数を特定し、関心領域における血流状況を表しているこの関係を示す出力データを生成するように構成されたプロセッサユーティリティーとを具える。

本発明のさらなる他の広い態様によると、血流状況のモニタリングに使用する方法が提供され、当該方法が：
患者の身体の関心領域およびこの関心領域以外の身体の組織領域から同時に測定した血流パラメータに対応する、第１および第２の測定データを提供するステップと；
第１および第２の測定データを処理して、第１の測定データと第２の測定データの間の関係を特徴づける所定の関数を特定し、関心領域における血流状況を表しているこの関係を示す出力データを生成するステップと；
を具えることを特徴とする。

図１は、患者の身体の測定領域に対して配置された動作位置にある本発明のモニタリングシステムの概要を示す。 図２は、本発明のモニタリングシステムの動作を示すブロック図である。 図３は、１つのセンサユニットを用いた本発明のモニタリングシステムの動作原理の概要を示す。 図４は、レーザドップラープローブを具える検出システムを使用した、本発明の特定の非限定的な実施例にかかるモニタリングシステムを示す。 図５は、本発明のモニタリングシステムのさらなる他の実施例を示し、検出システムが、光の超音波タグ付けを使用した非侵襲的測定用に構成されている。 図６は、本発明のモニタリングシステムを用いて実行した測定例を示す。

本発明のモニタリングシステム１０の概要を例示する図１について言及する。図示するように、モニタリングシステム１０は、組織内の血流についての情報を収集するように構成され、かつこのように動作可能に設けられている。モニタリングシステム１０は、（関心領域の第１の血流を構成する）脳の血流と、（関心領域以外の第２の血流である）脳以外の組織領域の血流とを検出するように構成され動作可能な検出システム１１０；および検出システム１１０に接続可能な制御ユーティリティー１００を具える。

検出システム１１０は、侵襲および／または非侵襲的な血流測定用に構成された、必要な数のセンサユニットを具える。この非限定的な図１の実施例では、４つのセンサユニット１１２Ａ、１１２Ｂ、１２０、１３０が示されており、このうちの２つを、１つは脳の測定用に、もう１つは脳以外の他の組織領域の測定用に選択することができる。また、この非限定的な実施例では、制御ユーティリティー１００とセンサユニットとの間の接続は有線であるが、本発明の原理はこの実施例に限定されず、既知の適切な無線接続（ＲＦ、ＩＲ、音響など）も同様に利用することができ、この場合は検出システム１１０と制御ユニット１００が、適切な通信／フォーマット・ユーティリティーを具えることを理解すべきである。

図２にブロック図で示すように、制御ユニット１００は、典型例では、とりわけ、データ入力／出力ユーティリティー１００Ａ、メモリ１００Ｂ、プロセッサ１００Ｃ、および可能であればディスプレイ１００Ｄなどのメインユーティリティーを有するコンピュータシステムである。血流検出システムからの、第１および第２の測定データ片ＭＤ_１およびＭＤ_２を含む測定データが、受信され、分析されて、データ分析の結果と、可能であれば測定データ自体も、ディスプレイ１００Ｄのグラフィック・ユーザインターフェイスに表示することができる。

図１に戻ると、この実施例では、検出システム１１０が、（脳領域Ｒ_１を構成する）人間の頭部に適用されて、脳の血流を表すデータ（第１の測定データ）の収集および測定を可能にする１以上の血流センサ１１２Ａおよび／または１１２Ｂと；（脳領域Ｒ_１以外の組織領域Ｒ_２を構成する）身体の他の領域／組織に適用されて、この領域の血流（第２の測定データ）を測定する１以上のその他のプローブ／センサ・ユニット１２０および／または１３０とを具える。例えば、センサ１２０は上腕に、センサ１３０は下肢に適用される。２以上のセンサを頭部（脳領域）または身体の他の領域に適用することができ；または下記にさらに例示するように、すべての流れの測定に単一のセンサユニットを使用してもよいことを理解すべきである。

脳領域以外の領域Ｒ_２の組織は、測定した患者の血流と血圧（平均の収縮または拡張）の間に線形の関数を示すような、または血圧変化と測定した血流の変化の間に線形の関数を示すような組織を選択することが好ましい。これが血圧指標を提供する。

一般に、検出システム１１０は、連続して血流を測定可能な、侵襲的または非侵襲的な既知の適切な種類の血流センサを使用することができる。本発明のシステムに使用可能な非侵襲的センサは、例えばＵＳ８，１４３，６０５およびＵＳ８，３３６，３９１に記載された例のように、光の超音波タグ付けの原理に基づくことが可能である。これらは両方とも譲受人である本出願人に譲渡され、この内容は特定の実施例に関して、参照により本明細書に組み込まれる。より具体的には、このような検出システムは、関心領域に１以上の音響タグ付けビームを照射する音響ユニットと、関心領域の少なくとも一部に所定の範囲の周波数の１以上の電磁放射のビームを照射するとともに、関心領域の電磁放射反応を検出する光学ユニットとを含む。この放射反応は、少なくとも血流パラメータを表す音響放射によりタグ付けされた電磁放射を含む。いくつかの実施例では、レーザドップラー原理に基づく検出システムを使用することができる。

図２に示すように、制御ユニット１００は、検出システムから（例えば各センサから）第１および第２の測定データＭＤ_１およびＭＤ_２を受信して、脳からの信号を収集するフローセンサ（１１２Ａ、１１２Ｂ、またはこの両方）で測定したデータＭＤ_１と、その他の脳以外の領域からの信号を収集するフローセンサ（１２０、１３０、またはこの両方）で測定したデータＭＤ_２との間の関数関係、Ｒ＝ｆ（ＭＤ_１，ＭＤ_２）を計算する。例えば、このような関数関係は、移動相関係数、位相遅延、または相互相関の形態であるが、これらの関数だけに制限されない。計算結果は、関数として、または独立した指標として表示することができる。

図３を参照すると、検出システム１１０が、脳以外と脳の両方の脈管構造を測定するのに用いる単一の血流センサ１１４を具えている、本発明の実施例が示されている。センサ１１４は、脳外の組織２０２と脳組織２０１の領域の測定に独立して適用されるよう構成され実施可能であり、こうして測定された第１および第２のデータは独立して分析される。制御ユニット（ここに図示せず）は、検出システム１１０から第１および第２の測定データを受信し、脳（領域２０１）で測定したデータと、その他の脳以外の領域（領域２０２）で測定したデータとの間の関数関係を計算する。例えば、このような関数関係は、移動相関係数、位相遅延、相互相関の形態であるが、これらの関数だけに制限されない。計算結果は、関数として、または独立した指標として表示することができる。検出システム１１０は、一方が脳外の組織を、もう一方が脳組織の脈管構造を測定するような、脳に設置された２つの個別の検出ユニットを具えてもよいことに留意されたい。

例として、図４は複合式の検出システム１１０をより詳細に示す。ここで、検出システムは、一の検出システムに組み合わせた２つのレーザドップラー・プローブ／センサのユニット２１０と２１２を具える。プローブ２１０は、脳組織に挿入されて脳の血流変化を測定し、プローブ２１２は皮膚の血流変化を測定するように構成されている。プローブ２１０と２１２は、それぞれ独立した測定データＭＤ_１とＭＤ_２を提供する。

図５は、検出システム１１０の異なる構成を示し、これは上記の光の超音波タグ付けを利用した非侵襲的測定に基づく。この実施例では、検出システム１１０は、照明アセンブリ１４０と、少なくとも１つの感知アセンブリ１４２および可能な追加の感知アセンブリ（例えば１４２’）と、音響モジュール１４４とを具える。照明アセンブリと感知アセンブリと音響モジュールとの構成と動作は、譲受人である本出願人に譲渡された上記ＵＳ８，１４３，６０５の記載のように実施してもよく、音響ポートに対する１以上の光出力ポートと光入力ポートの適切な配置が選択される。超音波３０５が、音響モジュールの出力ポートから放射される。光子３０２が、照明アセンブリ１４０から放出され、脳外組織２０２を通って伝搬し、ここで光子の少なくとも一部は超音波３０５と相互作用して、音響放射の周波数によりタグ付けされ、タグ付けされた光子とタグ付けされていない光子が感知アセンブリ１４２に到達する。感知アセンブリの出力を示すデータは、制御ユーティリティーで受信され、この制御ユーティリティーは、感知したタグ付けされた光子を分析して、領域２０２の血流についての情報を生成し、ＭＤ_２を提供するように予めプログラムされている。同様に、光子３０３が脳組織２０１に照射され、ここで（少なくとも一部の）光子は超音波３０５と相互作用して、光子は照射された領域から戻って感知アセンブリ１４２’に到達する。制御ユーティリティーは、タグ付けされた光子３０３を示すデータを分析して、脳の領域２０１の血流についての情報を提供し、ＭＤ_１を提供する。

単一の感知アセンブリは、脳外の組織と脳の組織の両方を通って伝搬する光子を感知可能であり、感知したタグ付けされた信号の分析は、２つの組織領域に属するものに分けることができることに留意すべきである。これは、上記ＵＳ８，１４３，６０５に記載されているように、感知した光信号と生成された超音波信号との相互相関を計算し、超音波信号の生成から異なる遅延時間でこの信号の振幅を分析することで達成される。

特に図示していないが、本発明での使用に適した検出システム１１０は、異なる種類の血流検出技術を用いてもよく、例えば検出技術に基づいて、レーザドップラープローブと光の超音波タグ付けとを組み合わせてもよいことに留意されたい。

図６は、本発明のモニタリングシステムによる測定の表示例を示す。データＭＤ_１およびＭＤ_２は、時間の関数として表示されている。グラフＧ_１（ダイヤ形）は、一のセンサで収集されたデータＭＤ_１を表し、グラフＧ_２（正方形）はデータＭＤ_２を表し、グラフＧ_３（三角形）は（ＭＤ_１とＭＤ_２との間の関係Ｒの関数ｆを構成する）移動相関係数を表す。

この例では、移動相関係数は：各測定データＭＤ_１およびＭＤ_２を１０秒間隔で平均化し；３００秒ごとにＭＤ_１とＭＤ_２の間の相関係数（ｒ）を計算して、例えば三角形などでディスプレイ上に表示し；相関係数が、各計算の間に１０秒のステップを有する移動相関として計算する、ことにより計算される。図６において、１６：０４と（破線Ｌで示した）１６：２４との間では相関係数が１に近く、したがって自己調節が損なわれていることを表しており、一方で１６：２４以降の測定時間では相関係数が１より低く、この測定時間においては自己調節が損なわれていないことを表している。この資料のデータは、自己調節が損なわれている状態と損なわれていない状態との間の移行を示す閾値で変化しており、連続して表示することで、手術時に、自己調節機能の変化に関する連続的な情報を提供することができる。

Claims (14)

1. 関心領域における血流状況のモニタリングに使用するシステムであって、当該システムが：
   患者の身体の関心領域である第１の領域および当該関心領域以外の組織領域である第２の領域での血流を測定し、前記第１の領域および前記第２の領域における血流を表す測定データを生成するように構成され動作可能な単一の血流センサを具える血流の検出システムと；
   前記検出システムと通信し、前記関心領域と当該関心領域以外の組織領域での測定をほぼ同時に実行し、前記測定データを記録し、前記測定データを分析および処理して、前記第１の領域における血流に対応する第１の測定データと前記第２の領域における血流に対応する第２の測定データとを生成し、前記第１の測定データと前記第２の測定データとの間の関数の関係であって、前記関心領域の血流状況を表している関数の関係を特定し、前記関数の関係を示す出力データを生成するように構成され動作可能な制御ユニットと、
   を具えることを特徴とするシステム。
2. 請求項１に記載されたシステムにおいて、前記関数の関係が、前記第１の測定データと前記第２の測定データとの間の相関関数であり、前記関数の関係が自己調節機能の状態を表していることを特徴とするシステム。
3. 請求項１に記載のシステムにおいて、前記関数の関係が：前記第１の測定データと前記第２の測定データとの間の、移動相関係数、位相遅延、または相互相関のうちの少なくとも１つを含むことを特徴とするシステム。
4. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載のシステムにおいて、前記検出システムが、侵襲性、非侵襲性、またはこの両方の種類の血流測定を実行するように構成されていることを特徴とするシステム。
5. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載のシステムにおいて、前記検出システムが、患者の脳または腎臓の領域である前記関心領域における血流測定を実行するように構成されていることを特徴とするシステム。
6. 請求項１乃至５のいずれかに１項に記載のシステムにおいて、前記検出システムが、前記関心領域以外の組織領域での血流測定を実行するように構成され、前記関心領域以外の組織領域が、当該組織領域での血流が血圧にほぼ直線的に従属する組織であるように選択されていることを特徴とするシステム。
7. 関心領域における血流状況をモニタリングするための血流測定システムに用いる制御ユニットであって、当該制御ユニットが：
   患者の身体の関心領域である第１の領域および当該関心領域以外の組織領域である第２の領域でほぼ同時に行われた血流測定に対応する測定データを受信するデータ入力ユーティリティーと；
   前記測定データを処理し、前記第１の領域での血流に対応する第１の測定データと前記第２の領域での血流に対応する第２の測定データとを生成し、前記第１の測定データと前記第２の測定データとの間の関数の関係であって、前記関心領域の血流状況を表している関数の関係を特定し、前記関数の関係を示す出力データを生成するように構成されたプロセッサユーティリティーとを具えることを特徴とする制御ユニット。
8. 関心領域における血流状況のモニタリングに使用する方法であって、当該方法が：
   患者の身体の関心領域である第１の領域および当該関心領域以外の組織領域である第２の領域でほぼ同時に行われた血流測定に対応する測定データを提供するステップと；
   前記測定データを処理して、前記第１の領域および前記第２の領域における血流にそれぞれ対応する第１の測定データと第２の測定データを生成し、前記第１の測定データと前記第２の測定データとの間の関数の関係を特定し、前記関数の関係を示す出力データを生成するステップであって、前記関数の関係が、前記関心領域での血流状況を表している、ステップと、
   を具えることを特徴とする方法。
9. 請求項８に記載の方法において、前記関心領域以外の組織領域は、当該組織領域における血流が、血圧にほぼ直線的に従属する組織であるように選択されることを特徴とする方法。
10. 請求項８または９に記載の方法において、前記関数の関係が、前記第１の測定データと前記第２の測定データとの間の相関係数であることを特徴とする方法。
11. 請求項８乃至１０のいずれか１項に記載の方法において、前記関数の関係が：前記第１の測定データと前記第２の測定データとの間の、移動相関係数、位相遅延、または相互相関のうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする方法。
12. 請求項８乃至１１のいずれか１項に記載の方法において、前記関心領域が、脳の領域または腎臓の領域であることを特徴とする方法。
13. 関心領域における１つの血流状況のモニタリングに使用するシステムであって、当該システムが：
    患者の身体の関心領域である第１の領域での血流を測定し、前記第１の領域における血流に対応する第１の測定データを生成するとともに、前記関心領域以外の組織領域である第２の領域での血流を測定し、前記第２の領域における血流に対応する第２の測定データを生成するように構成され動作可能な単一の血流センサを具える血流の検出システムと；
    前記検出システムと通信し、前記第１および第２の領域での測定をほぼ同時に実行し、前記第１および第２の測定データを記録するように構成された制御ユニットと；を具え、
    前記単一の血流センサが、前記非侵襲かつ直接的な血流の測定用に構成されており、当該血流センサが、前記第１および第２の領域の少なくとも一部に超音波を放射するように構成され動作可能な音響モジュールと、前記超音波が放射された第１および第２の領域を光で照射するように構成され動作可能な照明モジュールと、前記第１および第２の領域の各々から超音波タグ付けされた光を受ける感知モジュールと、を有しており、
    前記制御ユニットが、前記第１および第２の測定データの各々を分析すること、前記第１の測定データと前記第２の測定データとの間の関数の関係であって、前記関心領域における血流状況を表す関数の関係を特定すること、および前記関数の関係を示す出力データを生成すること、を独立して行うように構成され動作可能であることを特徴とするシステム。
14. 請求項１に記載のシステムにおいて、前記単一の血流センサが、前記非侵襲かつ直接的な血流の測定用に構成されており、当該血流センサが、前記第１および第２の領域の少なくとも一部に超音波を放射するように構成され動作可能な音響モジュールと、前記超音波が放射された第１および第２の領域を光で照射するように構成され動作可能な照明モジュールと、前記第１および第２の領域の各々から超音波タグ付けされた光を受ける感知モジュールとを有することを特徴とするシステム。

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