JPH03128039A - 心拍出量測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、病院等の医療施設における検査室、手術室、
ＩＣＵ等において心機能検査並びに循環動態の把握に用
いられる心拍出量測定装置に関する。

［従来の技術］ 従来、心機能検査のために右心カテーテル法によって心
拍出量を測定するには指示薬希釈法が用いられており、
この指示薬希釈法には熱拡散から心拍出量を求める熱希
釈法、色素の拡散による照度の変化から心拍出量を求め
る色素希釈法等がある。ここでは熱希釈法について説明
する。

右心カテーテル法では、頚静脈、大腿静脈、肘帯静脈等
よりカテーテルが導管され、上大静脈あるいは下人静脈
、右心房、右心室を経て、その先端が肺動脈中に位置す
るように留置される。カテーテルには右心房に位置する
ように吐出口と、肺動脈に位置するようにサーミスタが
配置されている。いま、吐出口より、血液温度より高温
もしくは低温の液体が右心房に注入されると、液体は右
心房、右心室において拡散され、希釈される。

この希釈された液体の温度を肺動脈中に位置したサーミ
スタによって検知し、その温度の希釈曲線（時間に対す
る温度変化の図）を得て、その曲線の面積等からスチュ
ワート・ハミルトン法による下記式（１）によって心拍
出量を算出する。

ここで、 ＣＯ：心拍出量、Ｓｌ：注入液体の比重Ｃ１：注入液体
の比熱、 ■ｌ：注入液体量 Ｔｌ：注入液体の温度、Ｔ、：血液の温度Ｓゎ：血液の
比重、Ｃゎ：血液の比熱 ５　ｏ００△Ｔｂ　ｄｔ：熱希釈曲線の面積である。

また、熱希釈法により求めた心拍出量と熱式流量測定に
より求めた連続的な血流速度とから連続的に心拍出量の
計測が行なえる心拍出量測定装置もある（例えば、特開
昭６１−１２５３２９号公報参照）。

［本発明が解決しようとする課題］ 上記従来例では、例えば、熱希釈法あるいは指示薬希釈
法を用いた心拍出量測定装置は、測定が間欠的であり連
続的な心拍出量の計測には使用できず、また頻繁に測定
しようとすると注入する液体の総量が増え、被験者の負
担が増大すると共に、操作による感染の危険性も増大す
るという欠点がある。

また、特開昭６１−１２５３２９号にて開示した連続的
に心拍出量の計測が行なえる心拍出量測定装置において
は、血流速の絶対値を計測しなければならないこと、並
びに血流速の絶対値の測定において必ずしも理論式通り
にプローブ出力が変化せず、測定誤差を生じるという欠
点があった。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、上述の課題を解決することを目的として成さ
れたもので、上述の課題を解決する一手段として以下の
構成を備える。

即ち、血液の温度を検出する血液温度検出手段と、一定
電流により加温が行なわれ血流によって冷却されて平衡
状態に達した温度を検出する平衡温度検出手段と、指示
薬液を注入して心拍出量を測定する心拍出量測定手段と
を備える。

［作用］ 以上の構成において、計測時並びに校正時の中枢部の体
温（肺動脈中での血液温度）、加温が行なわれ血流によ
り冷却され平衡状態に達したときの平衡温度、及び心拍
出量が得られ、血流速の変化を温度変化として検出しそ
の温度変化情報から直接心拍出量の変化を求め、実験的
にプローブ出力に合わせた関数、パラメータによって演
算することにより、血流速の絶対値を計測せずに連続的
に心拍出量の測定が行なえるようにしたものである。

［実施例］ 以下、添付図面を参照して本発明に係る好適な一実施例
を詳細に説明する。

第１図は本発明に係る一実施例である、心拍出量測定装
置のブロック図である。

第１図において、１は心拍出量測定装置の本体であり、
外部に交換自在型の心拍出量測定用カテーテル２及び７
を接続する。カテーテル２は、熱希釈法に基づく指示薬
注入用及び指示薬温度検出用カテーテルであり、内部に
は指示薬温度を検出する感温素子３、及び前記感温素子
の特性のバラツキを補正する補正抵抗器４から成る指示
薬検温プローブ回路１５を備える。そして、この指示薬
検肩プローブ回路１５はコネクタ５及び６を介して心拍
出量測定装置本体の計測部２０の注入液温度計測回路２
４に電気的に接続され、心拍出量測定の際は心臓の右心
房に位置する。

カテーテル７は、血液の温度を検出したり、定電流源回
路２３からの一定電流によって加温され血流によって冷
却される感温素子の温度（以下、平衡温度と呼ぶ）を検
出する血液温度・平衡温度検出用カテーテルであり、内
部には右心房、及び右心室で熱希釈された血液温度を検
出するサーミスタ８と前記サーミスタの特性を補正する
補正抵抗器９から成る血液検温プローブ回路１６、そし
て熱式流量測定法により血流速変化を平衡温度として検
出、するサーミスタ１０（好ましくは自己加温型サーミ
スタ）から成る平衡温度検温プローブ回路１７を備える
。

血液検温プローブ回路１６及び平衡温度検温プローブ回
路１７は、コネクタ１１及び１２を介して、それぞれ心
拍出量測定装置本体の計測部２０の血液温度計測回路２
５と平衡温度計測回路２６に電気的に接続され、心拍出
量測定の際は肺動脈に位置し、中枢部の体温を血液温度
信号として検出する。尚、上述したカテーテル２とカテ
ーテル７は、それぞれ外観上一体したものとして製造さ
れる。

次に、実施例である心拍出量測定装置の動作を第１図を
参照して説明する。

心拍出量測定装置１は、機能の面から以下の如く分けら
れる。即ち、カテーテル２及び７を介して各種温度計測
を実行する計測部２０と、計測部２０で計測した測定デ
ータ等を光学的手段により伝送するオプトアイソレーシ
ョン通信回路３５と、オプトアイソレーション通信回路
３５を介して入力した測定データに基づいて熱希釈法に
より間欠的に、あるいは平衡温度測定により連続的に心
拍出量を演算し出力するメインＣＰＵ部４０と、前記メ
インＣＰＵ部４０が演算して求めた心拍出量値を表示す
る表示器５１、そして前記各部に直流電源を供給する電
源部６０とに分けられる。

計測部２０において、注入液温度計測回路２４はカテー
テル２の開口部から右心房に吐出する指示薬温度を検出
し、その温度に対応する電圧信号を出力する。また、血
液温度計測回路２５は肺動脈において血液温度を検出し
て、対応する電圧信号を出力し、平衡温度計測回路２６
は、例えば自己加温型のサーミスタに加えた熱量と周囲
の血液の流速によって奪われる熱量との関係から平衡温
度を検出し、対応する電圧信号を出力する。

メインＣＰＵ４４はローカルＣＰＵ３０に対して、ＲＯ
Ｍ４５に格納された、例えば第３図に示すプログラムに
従い前記各計測回路（注入液温度計測回路２４、血液温
度計測回路２５、平衡温度計測回路２６）に計測の実行
を指示し、計測動作を制御する信号を送る。ＲＡＭ４６
には制御に必要なデータを一時的に格納する。これらの
信号は、後述する伝送形式にてオプトアイソレーション
通信回路を介して伝えられる。また、ローカルＣＰＵ３
０は前記各計測回路からの計測データを選択するために
、アナログスイッチ２７に選択信号を送る。その結果、
各計測回路からの計測データはアナログスイッチを介し
てＡ／Ｄ変換器２８に達し、そこでデジタルデータに変
換された後ローカルＣＰＵ３０に取り込まれる。そして
、ローカルＣＰＵ３０は、ＲＯＭ２９に格納されたプロ
グラムに従い、自己の有するシリアル通信機能により受
信データをシリアルデータとしてオプトアイソレーショ
ン通信回路３５に送る。

オプトアイソレーション通信回路３５は、計測部２０と
メインＣＰＵ部４０間のデータの送受信を電気的に完全
に絶縁した状態で行ない、計測部２０側及びメインＣＰ
Ｕ４０側それぞれに、フォトダイオード回路及びフォト
トランジスタ回路から成る光送受信回路３６．３７と、
前記光送受信回路を互いに電気的に絶縁させ、両者の信
号伝達媒体となる光フアイバグラス３８とで構成される
。従って、計測部２０の電圧信号とメインＣＰＵ部４０
の電圧信号との電気的接続は完全に遮断され、被験者人
体とメインＣＰＵ側とは如何なる閉ループも形成される
ことがないので、安全な計測が行なえる。

次に、メインＣＰＵ部４０の動作を説明する。

オプトアイソレーション通信回路３５からのシリアルデ
ータは、メインＣＰＵ４４にて受信される。心拍出量校
正手段４１は、心拍出量の校正が熱希釈法によって行な
われる場合を例にとると、冷却された、あるいは暖めら
れた注入液の注入によって生じる血液の温度変化を計測
する前記血液温度計測回路２５から、熱希釈された血液
温度に関する信号をメインＣＰＵ４４から受は取る。同
時に心拍出量校正手段４１は、スチュワート・ハミルト
ンの式（１）に基づいて注入液温度、注入液比熱、注入
液比重、血液比重、血液比熱、及び熱希釈された血液温
度から熱希釈心拍出量を演算し、結果を校正時心拍出量
信号として校正時信号記憶手段４２に出力する。尚、重
篤な患者で熱希釈法による指示薬の注入が行なえない場
合には、サムホイールスイッチやデジタルスイッチ等の
設定スイッチ、並びにキーボードより成る心拍出量入力
手段５０により相応の心拍出量の値が入力され、校正時
の心拍出量値として校正時信号記憶手段４２に出力する
という方法を採る。

校正時信号記憶手段４２は、熱希釈法による心拍出量値
、あるいは前記心拍出量入力手段５ｏによって入力され
た心拍出量値を校正時心拍出量として記憶保持すると共
に、血液温度計測回路２５からの血液温度信号と平衡温
度計測回路２６からの平衡温度信号を、それぞれ校正時
血液温度、校正時平衡温度として保持記憶する。そして
、連続心拍出量演算手段４３から要求があった場合、記
憶保持したデータを出力する。

連続心拍出量演算手段４３は、前記校正時信号記憶手段
４２が記憶保持している校正時心拍出量、校正時血液温
度、校正時平衡温度、並びに計測時の血液温度、計測時
の平衡温度とから、以下の（２）式に基づいて連続心拍
出量を演算する。

ＣＯ＝ＣＯＣＡＬ　Ｘ （（Ｔｔｕ　　ＫｉＴＢ　−ＴＢＣＡＬ））　／　Ｔｔ
ＣＡＬ）’ハ　（２）ここで、 ＣＯ：心拍出量、ＣＯＣＡＬ二校正時の心拍出量Ｔｔ、
：計測時の平衡温度、ＴＢ：血液温度ＴＢｃＡ＋−：校
正時の血液温度、Ｋ：温度補正定数ＴｔＣＡＬ：校正時
の平衡温度、Ａ：定数上記（２）式より、校正時からの
血液温度変化に伴う平衡温度変化の補正も成されている
ことがわかる。従って、血流速の絶対値を計測しなくて
も、連続的に高精度な心拍出量の測定が可能となる。

そこで、上記（２）式を得る過程を一連の関連式を参照
しながら説明する。

心拍出量は、−船釣に、 Ｃ０＝Ｓ−■　　　　　　　・・・・・・・・・・・・
（３）但し、ＣＯ：心拍出量、Ｓ：血管断面積Ｖ：血流
速 にて表現され、また血流速と平衡温度とは実験的に以下
のように定めることができる。

１ｏｇＴｔ　　＝Ａ　・　１ｏｇｖ＋Ｂ　　　　　　（
４）但し、Ｔ、：平衡温度、Ａ、Ｂ：定数 上記（３）、（４）式より、校正時の心拍出量をＣＯＣ
ＡＬ　、同じく校正時の平衡温度をＴｔＣＡＬとした場
合、次の関係式が得られる。

ＧＯ＝ＣＯｃＡ＋−１Ｔｔ　／　ＴｔＣＡＬ）”Ａ（５
）一方、校正時からの血液温度変化に伴う平衡温度変化
の補正は、次式により行なう。

Ｔｔ　＝Ｔｔ、　−に−（ＴＢ　−ＴＢｃＡＬ）　　　
　　（６）但し、ＴｔＲ：計測時の平衡温度 ＴＢ：血液温度、Ｋ：温度補正定数 ＴＢｃＡＬ：校正時の血液温度 よって、（５）式に対して（６）式の温度補正を行なう
と、連続心拍出量の演算式である（２）式が得られる。

第２図は、流速に対する平衡温度の関係を示しており、
従来の理論式、 ここで、■ｃ：電流値、ｖｏ：出力電位Ｔゎ：血液温度
、Ｋ：定数 であり、Ｔｂは一定 から得られる特性曲線、及び（２）式を導入するための
基本式で実験的に定めた（４）式から得られる特性曲線
、並びに実測データ（図中の黒丸印）を示しており、実
験的に定めた式の方が実測値に良く一致していることが
わかる。

電源部６０では、電源トランス６１が外部からの交流電
源を降圧し、それを直流電源回路６２に供給する。直流
電源回路は、電源トランスがらの交流出力電圧を平滑し
、且つ安定化した直流電圧に変換し、Ｄ　Ｃ／Ｄ　Ｃコ
ンバータ回路６３には計測部２０用直流電圧を、メイン
ＣＰＵ部にはメインＣＰＵ部用の直流電圧をそれぞれ供
給する。

ここで、本実施例の心拍出量測定装置における連続心拍
出量の測定処理手順について、第３図に示すフローチャ
ートを参照して説明する。

連続心拍出量の測定を開始するにあたり、ステップＳ１
で心拍出量の校正が必要か否かの判定が行なわれる。校
正が必要とあらばステップＳ２で校正の方法を選択し、
ステップＳ３にて指示薬希釈法による心拍出量の測定を
する。

一方、校正が必要と判断されても指示薬希釈法が実行で
きない場合は、ステップＳ９にて心拍出量入力手段を用
いて相応の心拍出量をマニュアル操作にて入力する。

次に、ステップＳ４では血液温度計測回路にて血液温度
を測定し、続くステップＳ５では平衡温度計測回路にて
平衡温度を測定する。以上の測定結果を心拍出量の校正
値、血液温度の校正値、平衡温度の校正値として、ステ
ップＳ６．Ｓ７゜Ｓ８で校正時信号記憶手段に記憶保持
し、校正の処理を終了する。

前記ステップＳＬで校正が不要と判断されれば、直ちに
ステップＳ１０の血液温度計測回路での血液温度の測定
、及びステップＳｌｌの平衡温度計測回路での平衡温度
の測定に入る。これらの測定結果をもとにステップＳ１
２で連続心拍出量の演算が行なわれ、次のステップＳ１
３で演算結果が連続心拍出量として表示器に表示される
。

以上説明した如く、本実施例によれば、交換自在な用途
の異なるカテーテルを用意して、一方で熱希釈法に基づ
き指示薬温度（注入液温度）を、他方で血液温度及び平
衡温度をそれぞれ校正時、計測時に測定し、得られた値
を電気信号に変換して電気的な演算によって連続的な心
拍出量を求めることができるという効果がある。

また、血流速の変化を温度変化として検出し、その温度
変化情報から直接心拍出量の変化を求め、実験的にプロ
ーブ出力に合わせた関数、パラメータによって演算する
ので、血流速の絶対値を計測せずに連続的に心拍出量の
測定が行なえ、しかも測定精度の向上も図れるという効
果がある。

さらに、被験者に対する熱希釈法による指示薬の注入が
行なえない場合、心拍出量をマニュアル入力でき、また
、人体に直接的に関わる計測部と電気的な演算を実行す
るメインＣＰＵ部とが電気的に遮断されているので、測
定に対する被験者の負担軽減、及び感染の危険性の減少
が図れ、安全な計測が行なえるという効果がある。

尚、カテーテル２とカテーテル７を外観上一体したもの
として製造することなく、カテーテル２の指示薬注入機
構部のみをカテーテル７に一体して設け、指示液検温プ
ローブ回路は独立した構成にして指示薬注入用タンクに
挿入するようにしてもよい。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれば、血流速の絶対値
を計測することなく連続的に、しかも高精度で心拍出量
を測定できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る一実施例である心拍出量測定装置
のブロック図、 第２図は流速に対する平衡温度の関係を示す図、 第３図は本実施例に係る心拍出量測定装置の連続心拍出
量の測定処理手順を示すフローチャー１・である。 図中、１・・・心拍出量測定装置、２・・・指示薬注入
用及び指示薬温度検出用カテーテル、３・・・感温素子
、４，９・・・補正抵抗器、５，６，１１．１２・・・
コネクタ、７・・・血液温度・平衡温度検出用カテーテ
ル、８，１０・・・サーミスタ、１５・・・指示薬検温
プローブ回路、１６・・・血液検温プローブ回路、１７
・・・平衡温度検温プローブ回路、２０・・・計測部、
２１．２２・・・定電圧回路、２３・・・定電流源回路
、２４・・・注入液温度計測回路、２５・・・血液温度
計測回路、２６・・・平衡温度計測回路、２７・・・ア
ナログスイッチ、２８・・・Ａ／Ｄ変換器、２９゜４５
・・・ＲＯＭ、３０・・・ローカルＣＰＵ、３１゜４６
・・・ＲＡＭ、３５・・・オプトアイソレーション通信
回路、３６．．３７・・・光送受信回路、３８・・・光
フアイバグラス、４０・・・メインＣＰＵ部、４１・・
・心拍出量校正手段、４２・・・校正時信号記憶手段、
４３・・・連続心拍出量演算手段、４４・・・メインＣ
ＰＵ、５０・・・心拍出量入力手段、５１・・・表示器
、６０・・・電源部、６１・・・電源トランス、６２・
・・直流電源回路、６３・・・Ｄ　Ｃ／Ｄ　Ｃコンバー
タ回路である。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）血液の温度を検出する血液温度検出手段と、一定
   電流により加温が行なわれ血流によつて冷却されて平衡
   状態に達した温度を検出する平衡温度検出手段と、指示
   薬液を注入して心拍出量を測定する心拍出量測定手段と
   を備え、校正時における血液温度、平衡温度および心拍
   出量を測定し、以降の測定には新たにそのときの血液温
   度、平衡温度を求め、前記校正時に求めた少なくとも３
   つの測定値と合わせて連続心拍出量を算出することを特
   徴とする心拍出量測定装置。
2. （２）連続心拍出量を次式に従つて算出することを特徴
   とする請求項第１項に記載の心拍出量測定装置。 ＣＯ＝ＣＯ＿Ｃ＿Ａ＿Ｌ× （（Ｔｔ＿Ｒ−Ｋ・（ＴＢ−ＴＢ＿Ｃ＿Ａ＿Ｌ））／Ｔ
   ｔ＿Ｃ＿Ａ＿Ｌ）＾１＾／＾Ａここで、 ＣＯ：心拍出量、ＣＯ＿Ｃ＿Ａ＿Ｌ：校正時の心拍出量
   Ｔｔ＿Ｒ：計測時の平衡温度 ＴＢ：計測時の血液温度 ＴＢ＿Ｃ＿Ａ＿Ｌ：校正時の血液温度、Ｋ：温度補正定
   数Ｔｔ＿Ｃ＿Ａ＿Ｌ：校正時の平衡温度、Ａ：定数
3. （３）心拍出量測定手段は血液温度計測手段と熱希釈法
   心拍出量演算手段とから成ることを特徴とする請求項第
   １項に記載の心拍出量測定装置。
4. （４）校正時の心拍出量は、測定によらず操作者による
   設定が可能であることを特徴とする請求項第２項に記載
   の心拍出量測定装置。