JPH09500029A - 患者の循環充満状態を測定する方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 例えば、胸腔内の熱体積（ITTV）と肺動脈の熱体積(PTV)を求め、完全拡張終期の心臓体積（GEDV）を式、 により求める、熱希釈により、患者の循環充満状態、特に拡張終期の心臓体積（GEDV），胸腔内の血液体積（ITBV），肺動脈の血液体積（PBV），溢血性の肺水体積（EVLW）および／または完全心臓機能指数(CFI)を測定する方法と装置。心臓の充満状態に対して特有なこれ等のパラメータおよび種に特有な特性値（a，a′，b，b′）によって残りの体積を計算できる。

Description

【発明の詳細な説明】 患者の循環充満状態を測定する方法 この発明は、患者の循環充満状態、特に完全拡張終期の心臓時間体積（global enenddiastolischen Herzzeitvolumen）GEDV，胸腔内の血液体積（intrahorakal en Blutvolumen）ITBV，肺動脈の血液体積（pulmonalen Blutvolumen）PBV，外 部溢血性の肺水体積（extravasalen Lungenwasservolumen）EVLWおよび／または 完全な心臓機能指数（globalen Herzfunktionsindex）CFIを測定する方法に関し 、この方法では、熱希釈によって胸腔内の熱体積（intrathorakale Thermovolum en）ITTVおよび肺動脈の熱体積（pulmonale Thermovolumen）PTVを求める。 集中医療診断と重症患者の扱いでは、心臓時間体積（Herzzeitvolumen）C.O. 心臓時間体積C.O．を熱希釈法により、そして循環充満度のパラメータとして よび肺動脈の毛細管閉塞圧力 PCWP を測定できる血管挿入カテーテルの使用は広 く普及している。これに対しては、“Strategy in Bedside Hemodynamic Monito ring”J．F.Dhainaut and D．Payen編、Springer-Verlag，1991年、第28〜35頁 のD．Payen“Physiological Determination of Hemo- dynamic Parameters”を 参照。 大気圧に対する内部血管圧力 CVPと PCWP の測定には、これ等の量が循環する 体積に確実に関連しないと言う重大な難点がある。更に、循環充満圧力と見なさ れる値 CVPと PCWP は体積変化に余り敏感に反応しない。これに対しては、F．R ．Lewis and U．J．Pfeiffer“Practical Applications of Fiberoptics in Cri tical Care Monitoring"，Springer-Verlag，1990年，第25〜31頁のU．J．Pfeif fer等による“Sensitivity of Central Venous Pressure，..."を参照。 これ等の知識から RVEDV値を測定することが紹介されているが、この値は４つ の心室の一つの充満体積に関する解明しか与えていない。更に、RVEDV 値の測定 には非常に大きな変動幅がある。これに対してはJ．F．Dhainaut and D．Payen による“Strategy in Bedside Hemodynamic Monitoring"，Springer-Verlag，19 90年，第 25 頁以降の J．F．Dhainaut 等による“Validity and Clinical Appl ications of Fast Response Thermistor for Right Ventricular Ejection Frac tion Monitoring”を参照。 心臓時間体積C.O．および循環充満体積を測定する特異な方法は所謂熱染料技 術である。この技術は色素希釈（Farbstoffdilution）DD と熱希釈（Thermo-dil ution）TDの組み合わせであり、循環充満の特異なパラメータとして胸腔内の血 液体積 ITBV を提供する。この値は右心房の拡張終期の体積 RAEDVと右主室の拡 張終期の体積 RVED，肺中の血液体積（肺動脈の血液体積）PBV および左心房の 拡張終期の体積 LAEDVと左主室の拡張終期の体積 LVEDVを含む。更に、この方法 は溢血性の血管水量 EVLW も求まると言う利点がある。これに対してはU．J．Pf eiffer“Practical Applications of Fiberoptics in Critical Care Monitorin g"，Springer-Verlag，1990年，第115頁以降のU．J．Pfeiffer等の“A Fiberopt ics-Based System..."を参照。 しかし、熱染料法には、かなり高価な色素の注入を必要とす、注入能力のある 色素溶解液が色素の光感度と熱感度のため注入毎に必ず、つまり日々少なくとも 一度調合する必要があると言う難点がある。更に、色素はアレルギーないしは過 敏症的な反応を引き起こす。 この方法で使用する繊維光学サーミスタ・カテーテルはただ一度だけ使用する 製品としては非常に高価である。更に、付属する測定装置は色素濃度を測定する 反射光度計を使用するためかなり経費がかかる。 その外、繊維光学色素測定は光学測定での問題、例えば測定カテーテルの光学 的な目の被覆、測定カテーテルの移動等によって影響を受ける。最後に繊維光学 サーミスタ・カテーテルの寸法が大きいので熱染料希釈測定は動脈内でのみ大腿 で可能である。更に、測定カテーテルの今まで使用されている大きさは子供や幼 児の測定を完全に排除している。 この発明の根底となる課題は、色素希釈を使用しないで、循環充満状態を熱希 釈によってのみ求めることのできる、冒頭に述べた種類の方法を提示することに ある。 上記の課題は、この発明により、請求の範囲第１項に提示する構成によって解 決されている。 この発明による方法の特に有利な構成と実施態様は請求の範囲第２項から第１ ３項までの内容である。 従って、この発明による方法は熱希釈曲線から最大混合体積でなくより小さい 混合体積の和を表す一つのパラメータを誘導することに基礎を置いている。この 体積は実質上拡張終期の心臓体積に相当する。それ故、対応するパラメータは単 純化された完全拡張終期の心臓体積（GEDV）と呼ばれる。この GEDV は、例えば 全混合体積 ITTV と最大混合体積 PTVの差から、あるいは出現時間 AT の関数と して得られる。熱希釈曲線と種に特有な関係を評価した他の結果に関連して、循 環系を判断する他のパラメータが得られる。 この発明による方法を実行する装置およびこの種の装置の特に有利な構成およ び形態は請求の範囲第１４項から第２３項の内容である。 以下では、付属する図面に基づき、周知の熱染料法およびこの発明の方法とこ の発明の装置の特に有利な実施例をより詳しく説明する。ここに示すのは、 第１図、熱染料法を実行する市販の測定装置の模式図、 第２図、従来の技術による求めるべき種々の値の模式図、 第３図、所望の体積値を求めるために使用する希釈曲線、特に熱希釈曲線の特 性曲線、および 第４図、この発明により求めるべき種々の値の模式図、 である。 実際には、熱染料法の場合、冷却されたインドシアニングリーン溶液を患者の 中心静脈系に注射する。色素インドシアニングリーンは直ちに血漿蛋白質と結合 するので、この色素は少なくとも最初の心臓と肺を通過する間、血管系に残って いる（内部血管マーカー）。導入された冷気は先ず色素に似て、右心室から肺に 入る。しかし、そこでこの冷気は熱拡散により肺動脈毛細管を取り囲む組織にも 進入する。従って、この冷気は肺の内部血管および外部血管の中に分布する（所 謂外部血管マーカー）。肺の体積がより大きいので、肺からこの冷気は色素に比 べて左の心室に遅れて流入する。色素と熱希釈曲線は動脈系の繊維光学サーミス タ・カテーテルによって動脈で大腿により検出される（これに関して第２図参 照）。 動脈熱希釈曲線 TD から、心臓時間体積 C.O._TDart，出現時間 AT，平均通過 時間 MTD_TDart および指数関数降下時間 DST_TDart が計算される。動脈色素希釈 曲線 DD からは時間パラメータ MTT_DDart と DST_DDart のみが定まる。これ等の 曲線は付属する図面の第３図に示してある。 心臓時間体積 C.O．を計算するためには、標準シュチュワート・ハミルト公式 （Stewart-Hamilton 公式）が熱希釈に合わせて使用される。 人間の心肺系は、第２図に模式的に示すように、指示薬希釈に関して個々の混 合体積の直列回路である。指示薬によって貫通される全体積は心臓時間体積 C.O .と平均通過時間 MTTの積により計算される。最大混合室の体積は C.O．と DST の積によって与えられる。 動脈熱希釈曲線から、胸腔内血液体積 ITBV と肺動脈の血液体積 PBVが計算で きる。何故なら、肺が注入物の冷気に対して最大の混合体積となるからである。 つまり、 ITTV＝C.O._TDart x MTT_TDart PTV ＝C.O._TDart x DST_TDart 動脈色素希釈曲線から、胸腔内血液体積 ITBV および肺動脈の血液体積 PBVが 計算できる。何故なら、色素に対して最大混合体積は肺動脈の組織系内にあるか らである。つまり、 ITBV ＝ C.O._TDart x MT_TDDart PBV ＝ C.O._TDart x DST_DDart 溢血性の肺水体積 EVLW は文献の調査により肺内の溢血性冷気伝播体積 ETVに 等しい。EVLW は ETVにより二つの方法で計算できる。つまり、 EVLW ＝ ETV_MTT ＝ ITTV − ITBV および EVLW ＝ ETV_DST ＝ PTV − PBV 熱染料法の市販の測定装置が第１図に示してある。この種の測定装置は、例え ばジーメンス社、Siemens AG，Erlangenによって記号 COLD Z-021として販売さ れている。他の詳細に関しては、付属データシートを参照されたい。第１図に示 すように、全体の測定装置は、前記 COLD Z-021系の外に、熱希釈注入装置２， 温度センサ３，肺動脈カテーテル４，分配器５，光学モジュール６および大腿動 脈繊維光学サーミスタ・カテーテル７を有する。 通常、患者には肺動脈カテーテルと大腿動脈繊維光学サーミスタ・カテーテル が導入される。冷却された色素溶液は手か注入装置で注入される。その後、キー を押して測定装置で測定が始まる。注入の間には、注入物温度センサによって注 入物の温度が測定される。測定装置は患者の動脈に挿入され閉じた繊維光学サー ミスタ・カテーテルによって色素希釈曲線と熱希釈曲線を記録する。上に説明し た式に基づき、C.O.，ITTV，PTV，ITBV，PBV，ETV_MMTおよびETV_DSTの値が求まる 。値ETV_DSTを求めるには誤差検出が使用される。ETV_MMTとETV_DSTが所定の限界内 で一致してない場合には、検出器が出力を与える。 この発明による方法では、熱染料法とは逆に、色素希釈測定を行わず所望の値 をただ熱希釈によって求める。 冷えた液体を注入する前に、基礎血液温度の時間変化を測定する。これから、 最小自乗誤差法で熱希釈曲線のベースラインが外挿される。この代わりに、ベー スラインの変化は測定の終わりにに対してもベースライン測定にも一緒に使用さ れる。 このベースライン測定は誤差補正に、例えば雑音誤差を補正するために使用さ れ、これには、体調整過程、熱等のような生理的に起因する変動からの影響およ び注入装置の不正確を排除する必要がある。 この評価は装置のヘッド圧によって開始するのなく、注入流量センサの出力信 号を解析して自動的に行われる。この出力信号の時間変化から注入の存在および 測定目的に必要な一様性が診断される。流量センサとしては、注入温度センサが 注入装置が停止している時、温めるように構成されている場合、この注入温度セ ンサも使用できる。これは、周囲の温度、例えば室温あるいは体温に温度を一致 させることによって、あるいは測定の流れによってセンサを昇温して行われる。 これに対して、センサは熱容量が少なく、十分再現性があり、できる限り短い反 応時間を有し、注入時に先ず指数関数的に降下し、注入を止めた後には指数関数 的に上昇する信号を出力する。 平均貫通時間 MTTを正確に測定するためには、注入時点を正確に求める必要が ある。 検査者は通常 10mlの冷却されたグルコース溶液からなる指示薬の注入を規則 正しく実行できることを前提とする。注入装置を使用する場合、いずれにしても 規則正しい注入が保証される。注入の間に表示される注入温度曲線をその形状に 関して調べる。曲線が不規則に経過する場合、つまり曲線が例えば二つまたはそ れ以上の最小値を有する場合、測定を行う。正しい注入の判定基準が満たされて いる場合、注入の間の注入温度の時間経過から注入の開始点と終了点および温度 最小値が求まる。センサの構造が適正であれば、温度経過は注入開始時点で始ま る指数関数的な温度降下から温度の最小値と、注入の最終時点で始まる指数的な 温度上昇で構成される。この場合、温度降下の時定数は流速とセンサの構造に依 存する。従って、注入の期間を求めることのできる二つの時点が与えられる。 現実に実現不可能な顆粒注入が理論的に仮定されているので、注入の開始時点 と終了時点から正しい注入時点、つまり平均貫通時間 MTTを評価する開始時点を 形成する。これは、例えば第一近似で注入の開始時点と終了時点の間の中間にあ る。次いで、上に説明したそれ自体公知の方法でこれからC.O.，ITTV および PT Vの値が計算される。 心臓の完全拡張終期の体積 GEDV_TDart は、得られた動脈の熱希釈曲線から心 臓の充満状態に対する特異な新しいパラメータとして以下の式から求まる。つま り、 GEDV_TDart ＝ ITTV_TDart − PTV_TDart 心臓の完全拡張終期の体積 GEDV_{AT TDart} は、以下の式によって求まる。つま り、 GEDV_{AT TDart} ＝a x AT − VOL_TDart ＋ b ここで、 AT − VOL_TDart ＝ C.O._TDart x AT_TDart であり、 C.O._TDart， 心臓時間体積、 AT_TDart 出現時間、および a，b 種に特有な特性数である。 特性数a，b は他の周知の方法、例えば熱染料法で得られた値 GEDV を各種に 対して求めた値 AT − VOL_TDart と比較して求める。 これ等の特性数は aに対して1.0と 3.0 ml の間にあり、b に対して正規のITB V 値（人間で 900 ml/m² 体表面）の± 20％内にある。 これ等の特性数は人間に対して約 a＝ 2.0で、b＝ -200であり、その場合、 測定量は ml である。 次いで、これ等の値から胸腔内の血液体積 ITBV_TDart が以下の式により求め ることができる。つまり、 ITBV_TDart ＝ a′x GEDV_TDart ＋b′ ここで、a′とb′は同じように種に特有な特性数であり、a′に対して1.0と 2 .0の間で、正規 ITBV 値の± 15％の間にある。人間では、a′＝ 1.22 とb′＝1 09 (n ＝ 89)で、豚では、a′＝ 1.33とb′＝ 13.3 (n= 145)である。この場合 、測定単位は ml である。これ等の値は他の方法で測定された値と比較して値a ，bのように決定される。 このことは、ITBV_TDart と GEDV_TDart の間の種固有な対応があることを一般 的に意味する。この場合、個人的で病的な相違は無視できる。 肺動脈血液体積 PBV_TDart は動脈熱希釈曲線から以下のようになる。つまり、 PBV_TDart ＝ ITBV_TDart ＋ GEDV_TDart 溢血性肺水体積 EVLW_TDは動脈熱希釈曲線から以下の二つの式の一方により求 めることができる。つまり、 EVLW_TD＝ ETV_{MTT TD}＝ ITTV_TD− ITBV_TD および EVLW_TD＝ ETV_{DST TD}＝ PTV_TD − PBV_TD 他の新しいパラメータとして完全心臓機能指数 CFIが以下のように求まる。つ まり、 CFI_TDart ＝ C.O._TDart / GEDV_TDart この発明による方法を実行するため、ただ一つの動脈熱希釈カテーテルが使用 される。このカテーテルは先端に小さな電気絶縁サーミスタが使用され、更に血 液を採取し、動脈の血圧を測定する管腔もある。このカテーテルは橈骨の動脈内 に問題なく挿入できる程度に小さく形成するとよい。 上に説明したこの発明による測定方法は、周知の熱染料方法に比べて相当簡単 な測定技術であるので、コスト的に望ましい。この方法は、経費のかかる技術で なく、特に肺動脈カテーテルをなしで済ませる簡単な方法である。測定カテーテ ルは簡単で、大きさを小さく形成できるので、この方法は指示薬注入用の中心静 脈の通路と同時に温度測定用の動脈通路が可能になるとろのどこにでも使用でき る。 通常、注入は中心静脈カテーテルによって行われ、温度プローブの装着は動脈 橈骨カテーテルによって行われる。 接続する測定・評価装置は、上の式に従って所望の値を求めるために必要な計 算ユニットを有するか、あるいはマイクロプロセッサの形にして適当に形成され るおよび／またはプログラムされるように構成される。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．熱希釈で患者の循環充満状態を測定する方法において、熱希釈曲線から肺の 体積を除いた心室の体積の和を再現するパラメータ GEDV を導くことを特徴とす る方法。 ２．完全拡張終期の心臓体積 GEDV_TDart が式、 GEDV_TDart ＝ ITTV − PTV により差を形成して求まり、ここで ITTV は胸腔内の熱体積で、PTV が肺動脈 の熱体積であることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の方法。 ３．完全拡張終期の心臓体積 GEDVTDart が式、 GEDV_{AT TDart}＝a x AT − VOL_TDart ＋b により求め、ここで、 AT− VOL_TDart＝ C.O._TDart x AT_TDart であって、 C.O._TDart は心臓時間体積、 AT_TDart は出現時間であり、 a，bは種の各々に対して GEDV の値を他の周知の方法で求め、当該種に対 して求めた値 AT − VOL_TDart と比較することによって求まる種特有な特性数で あることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の方法。 ４．人間に対する値a，b は a＝ 2.0および b＝ -200であり、測定単位は mlで あることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の方法。 ５．胸腔内の血液体積 ITBV は式、 ITBV ＝ a′x GEDV ＋ b′ により求まり、ここでa′とb′は種の各々に対して、ITBV の値を他の周知の 方法で求め、当該種に対して求めた GEDV の値と比較して求めた特性数であるこ とを特徴とする請求の範囲第１〜４項のいずれか１項に記載の方法。 ６．人間に対する値 a′，b′は a′＝ 1.22とb′＝ 109となり、豚に対してa′ ＝1.33と b′＝ 13.3になり、ここで測定単位は ml であることを特徴とする請 求の範囲第５項に記載の方法。 ７．肺動脈の血液体積PBVは以下の式、 PBV ＝ ITBV − GEDV により求まることを特徴とする請求の範囲第５項または第６項に記載の方法。 ８．溢血性肺水体積 EVLW は下記の式 EVLW ＝ ITTV − ITBV により求まることを特徴とする請求の範囲第５項または第６項に記載の方法。 ９．溢血性肺水体積 EVLW は下記の式 EVLW ＝ PTV− PDV により求まることを特徴とする請求の範囲第７項に記載の方法。 10．全心臓指数 CFIは以下の式 CFI ＝ C.O./GEDV により求まり、ここで C.0．は心臓時間体積であることを特徴とする請求の範 囲第１〜４項のいずれか１項に記載の方法。 11．冷たい注入溶液を中心静脈の組織に注入し、その時に得られる熱希釈曲線を 評価する熱希釈測定方法では、測定過程が注入物質の流れに応じて開始されるこ とを特徴とする請求の範囲第１〜１０項のいずれか１項に記載の方法。 12．評価の開始時点は注入の初期時点と終了時点から形成されることを特徴とす る請求の範囲第１〜１１項のいずれか１項に記載の方法。 13．基礎血液温度の時間変化を求め、その変化から熱希釈曲線のベースラインを 外挿することを特徴とする請求の範囲第１〜１２項のいずれか１項に記載の方法 。 14．一つの熱希釈注入器、一つの温度センサ、および温度センサの出力信号と他 の測定パラメータが入力し、熱希釈曲線から胸腔内熱体積（ITTV）と肺動脈の熱 体積（PTV）を形成する一つの制御・評価装置を有する熱希釈測定装置を用いて 、請求の範囲第２項の方法を実行する装置において、前記評価装置は形成された ITTV と PTVの値が出力し、その出力値が完全膨張終期の心臓体積（GEDV）とな る差形成ユニットを有することを特徴とする装置。 15．一つの熱希釈注入器、一つの温度センサ、および温度センサの出力値と他の 測定パラメータが入力し、熱希釈曲線から出現時間 AT_TDart と心臓時間体積C.O .TDart を形成する一つの制御・評価装置を有する熱希釈測定装置を用いて請求 の範囲第３項の方法を実行する装置において、 前記評価装置が心臓時間体積 C.O._TDart に出現時間 AT_TDart を掛け合わせ 、結果に特性数 aを乗算して特性数 bを引き算し、結果を完全拡張終期心臓体積 GEDV とする計算ユニットを有し、評価装置に種特有な特性数 a，b のリストを 保管していることを特徴とする装置。 16．評価装置に種特有な特性数 a′，b′のリストを保管し、捕捉した値 a′と 値（GEDV）を乗算し、膨張終期の血液体積 ITBV を形成するために捕捉した値b ′を加算する計算ユニットを備えていることを特徴とする請求の範囲第１４項ま たは第１５項に記載の装置。 17．評価装置は、値（ITBV）と（GEDV）が入力し、出力値が肺動脈の血液体積(P BV)である引き算ユニットを有することを特徴とする請求の範囲第１６項に記載 の装置。 18．評価装置は、値（ITTV）と（ITBV）が入力値として入力し、その出力値が溢 血性の肺水体積（EVLW）を再現する引き算ユニットを有することを特徴とする請 求の範囲第１６項に記載の装置。 19．評価装置は、値(PTV)と(PBV)が入力値として入力し、その出力値が溢血性の 肺水体積（EVLW）を再現する引き算ユニットを有することを特徴とする請求の範 囲第１７項に記載の装置。 20．評価装置は、心臓時間体積（C.0.）と値（GEDV）が入力値として入力し、そ の出力値が完全心臓機能指数を再現する引き算ユニットを有することを特徴とす る請求の範囲第１７項に記載の装置。 21．注入流量センサを備え、測定の開始は出力信号の時間変化を解析して制御さ れることを特徴とする請求の範囲第１〜２０項のいずれか１項に記載の装置。 22．流れセンサとしても使用される注入温度センサは、注入装置が休止している 時に温まるように構成されていることを特徴とする請求の範囲第２１項に記載の 装置。 23．注入温度センサは測定流で温めることによって温まることを特徴とする請求 の範囲第２２項に記載の装置。