JPS62501269A - 外部ル−トにより心臓血管系の特性を決定する方法および装置、ならびにこれらの心臓病理学への応用 - 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】 外部ルートにより心臓血管系の特性を決定する方法および装置、ならびにこれら の心臓病理学への応用 多くの心臓血管系の病気にＪ３いては、患者に施すべき処置およびその処置の展 １ｉｉｆｆを決定するために、その患者のヘモダイナミック・４ノイクル（ｈａ ｅｍｏｄｙｎａｍｉｃ　ｃｙｃｌｅ）を知る位置にあることは石川である。患者 のへ七ダイナミック状態の臨床評価はしばしば誤診とイｒるがら、重大な場合、 とくに様械により１ｍ液を新鮮イｒ空気でβ化する（ｍｅｃｈａｎｉｃａｌｌｙ 　ｖａｎ口ｆａｔｅｄ）場合には、心臓にカテーテルを入れること（ｃａｒｄｉ ａｃ　ｃａｔｈｅｔｃｒｉｚａｔｉｏｎ）を実行することになり、それにより治 療の展開を迅速に点検ザることか可能にされる。したがって、愚者の心臓の流ヱ を、とくにいわゆる［ザーモダイリューション（ｔｈｅｒｍ。

ｄ　ｉ　ｔｕｔ　１ｏｎｌ　Ｊ法により、制御するために束中治療部にＪプ（ブ る使用が増加している。

この方法では血流についての瞬時情報や、左心室の血流についての瞬時情報が１ ９られず、静脈および交感神経系の調子（ｖｅｎｏｕｓ　ａｎｄ　ｓｙｍｐａｔ ｈｅｔｉｃ　ｔｏｎｉｃｉｔｉＱｓ）が同時に、かつ予見できないようにして変 ることがあるから、それは非常に嘆かわしいことである。一方、カテーテルを入 れるような構台方法は危険がないことが知られている。

本発明は心臓の流ω、血流の流れる速さ、とくに大動脈内での血流の流れる速さ 、心臓収縮の初期における加速疫のような重要な特性を瞬時に知ることを可能に する新規な方法を提供するらのである。したがって、非常に迅速に干渉すること が可能になる。これはある種の患者、どくに機械により血液を新鮮な空気で浄化 され（ｍｅｃｈａ−ｎｉｃａｌｌｙ　Ｖ（！ｎｔｉｌａｔＧｄ）　、重い病気に かかっている患者に対しては決定的である。

本発明に従って、血管の横断面を決定し、血管のほぼ横方向の横断面と患者の体 表面の一部の間の距離を決定し、内部一定時間間隔（１ｎｓｉｄｅ　ｒｅｇｕｌ ａｒ　１ｎｔｅｒｖａｌｓ　ｏｒ日ｍｅ）が光年１された超音波バーストであり 、血管と患者の体表面の部分の間の距離に対応する時間間隔で前記バーストのド ツプラーエコーが集められ、順次束められたエコーが指向性ドツプラー信号に変 換され、前記指向性ドツプラー信号がデジタル信号に変換され、２のべきである デジタル信号の数が持続時間の短い順次標本化時間内に交互に２つのバッフ７メ モリに格納され、各前記標本化Ｉｒ、）間間隔に対応する周波数のスペクトラム および振幅を設定するために、一方および他方のバッファメモリから順次取出さ れたデジタル信号がフーリエ変換により交互に実時間で処理され、平均周波数 Σ（Ａ２・「） が計算され、それにより時間の関数としてカーブを得、そのカーブの各周期が心 臓収縮の映像であることを特徴どするドツプラー効果を用いて、外部ルートによ り心臓血管系の特性を決定する方法が１７られる。

本発明は、上記方法を実施する装置にも拡張される。

この装置は、それの実現のために、非常に短い期間に限られた数の機能のみを果 ずために用いられるそれの部品の特殊性を与えられて小型および低価格で実現で き、可能な装置の超小型化により、外部集中治療部においてもこの装置を使用す ることが可能にされる。更に、この装置により与えられるほとんどの情報は直接 読出し、たとえば陰極線管のスクリーン上で直接読出しで１′！！−ることがで き、しかも処置の特徴を示す時または患者の状態が急変する時に可能なグラフの 記録を可能にする。

本発明の第２の面に従って、この装置は一定時間間隔で超音波バーストを発射し 、ドツプラーエコーを受けるトランスデユーサと、指向性ドツプラー信号を得る ための指向性回路と、この指向性ドツプラー回路に接続されるアナログ−デジタ ル変換器と、このアナログ−デジタル変換器に接続され、指向性ドツプラー信号 のいくつかの重要な映像である点を交互に受ける２つのバッファメモリと、それ ら２つのバッファメモリに接続され、２つの各バッファメモリに各時刻に格納さ れた重要な点のそれぞれ半分を示−ｔ−ｔＶ幅および周波数のスペクトラムを形 成するために、前記２つのバッファメモリに格納されている点を示ずデータを逐 次処理づ”る計算器と、スペクトラムの振幅特性および周波数特性を格納する第 １の記憶装置と、この第１の記＋？１装置に接続され、少なくとも、のδｉ算を 行ない、その計算の結果を表示装置へ送るコンビ」−タとを隔える。

本発明のとくに重要な用途は、とくに上行大動脈（ａｓｃｅｎｄｉｎｇ　ａｏｒ ｔａ）における、心臓血管系の特性の確率である。本発明のこの第３の面に従っ て、上行大動脈の心臓血管系の特性を決定するために、把柄（ｍａｎｕｂｒｉｕ ｍ）の背後におｔノる胸骨上窓（５ｕｐｒａｓｔｅｒｎａ　ｌ　ｆｏｓｓａ　） 内にトランスデユーサが配置され、Ｓ状弁（ｓｉｇｍｏｉｄ　ｖａｌｖｅ）に近 い上行大！ＦＪＪ脈の断面を嵌りるために下方に向けられる。

本発明の他の種々の特徴は以下の詳しい説明から一層明らかになるであろう。

本発明の目的の一実施例が添附図面にＪト限定的な例で示されている。

第１図は、本発明の目的である、心臓血管系の開時性を決定するための方法を実 施するＳ！Ｈのブロック図、第２図は解剖図の一例、第３図はドツプラー信号を 得るための２つのカーブを示し、第４図は本発明の方法に係る処置の段階を示す 線図、第５図は第３図に概略示されているドツプラー信号からフーリエ変換によ り１ｒ？られたスペクトラムを概略的に示し、第６図は本発明に従って実時間で 得た心臓血管系の開時性を示すカーブ、第７図は本発明に従って得た三次元表現 を示すカーブ、第８′図は第６図のカーブから本発明に従って冑だ三次元表現を 示し、第９．９Ｏ図は第３図に関連して定められる標本化期間中における血管内 の血球の速さを示すベクトル表現である。

第１．２図において、１は信号バーストを発射し、ドツプラー信号を受けるトラ ンスデユーサを示す。受けたドツプラー１９号はゲート２を通って処理回路３へ 与えられ、指向性ドツプラー信号を形成する。その指向性ドツプラー信号は全て 正で、たとえばＯ〜７ＫＨ２の間で構成される。

トランスデユーサ１とゲー］−２および回路３で構成された組立体は、最初にド ツプラー標本を１１１６ために第３図に示すように調整される。これは、引続く 時間間隔Ｔ。

■　・・・Ｔ　、たとえば１Ｏ−４Ｓ内に高周波パルスのバーストがまず発りＪ される。たとえば、時間主の間に４ＭＨ２で発射される。

ドツプラー信号、ずなわら、送波された周波数と受波した周波数の差がなるべく 可聴周波数、たとえば上記のようにＯ〜７　Ｋ　ｌ−１ｚ　、て・構成された指 向性周波数であるように、血球の１既知のだいたいの速さ、心臓収縮中には上行 大動脈内で全体としてＯ〜１５０ｃｍ／ｓ、をに１還に入れることによりパルス のバーストの周波数が選択される。

上行大動脈のレベルにおいて心臓血管系の諸待竹を決定づるために、第２（−４ に示すように行なう。第２図において、４は左心室を示し、５はＳ状弁、６は上 行大動脈を示づ。

」−待人動脈の上流側部分にお（〕る加速度、速さＪ３よび流量の特性をとくに 決定するために、トランスデユーサ１が胸骨工高７のレベル、ずなわら、患者の 把柄８の後ろに当てられ、ヘッド１ａの軸線がｔよぼ垂直で、軸線９で示すよう に■を向き、かつ軸線９がＳ状弁の近くの」二行人動脈の部分の横断面１０とほ ぼ同心状であるように、トランスデユーサ１のヘッド１ａが維持される。

その他に、エコーグラフ観測にＪ：る検査の前に各患者について解Ｒ１学的研究 を行ない、横断面１０を胸骨工高７の約６ｃｍの所に置くことができるようにし 、同様に横断面１０のレベルにおｔ−Ｊる大動脈部分が表により通常知られ、ま たはエコーグラフ観測により容易に決定される。

横断面１０の位置が正しく選択されると、周期ｔ１を設定する。その周期は周期 ｔの間に発射された高周波パルスのパースｉ−の終りから、ドツプラー丁コーを 受けることを可能にするゲート２が聞かれる時までの経過時間である。

実際には、横断面１０を４虞づる例にＪ３いては、周期ｔ１はたとえば６０〜８ ０μ５ｉＸ−あり、グー１−２ｉまそれからたとえば１〜３μｓの周！ｉｌｌ　 ｔ２の間開がれたままである。第３図に承りように、周期ｔ２はドツプラー周波 数標本化期間を表づ。

実際に、上記数（「１指示を４慮に入れると、エコーを認めなければならないレ ベルがトランスデユーサ１のヘッド１ａの送−受波部から４．５〜６ｃｍの距離 にある「、テに、横断面１０の直径は約３　ｃ　ｍ、厚さＬｔｏ、７５〜２．２ ５ｍｍである。

回路３からの指向性ドツプラー信８は、２つのバッフ７メセリ１２．１３へ交互 にロードするようになっているア犬ログーデジタル変換器１１へ送られる。それ らのバッフアメｔす１２．１３は処理計算冴１４へ接続される。第４図に概略示 されているように、バッフ７メモリ交互にディスチャージさせられる。

上記の数値例の場合には、各バッファメモリ１２゜１３が２のべきである整数個 の点を逐次受（〕るようにして〕〕〕アナログーデジタが行なわれる。各メモリ は、５ｍｓの時間の逐次標本化スペースに対応するドツプラー信号のデジタル映 像を形成する１２８個の点を受ける。

処理計Ｃ）器１４は計Ｑプログラム１４ａを含む。このプログラムは５ｍｓのサ ンプリング間隔で逐次一方あるいは他方のメモリから交互に受けとるデータをフ ーリエ変換する。

第５図は５　ｍ　Ｓの時間の各スペースの間に処理３１睦器１４が６４種類の周 波数値Ｆと６４種類の振幅値Ａのスペクトラムを設定することを示寸。

５　ｍ　Ｓの時間の各スペースの間にこのようにしてＳ１算された周波数値と振 幅値は、コンピュータ１６〈第１図）にＩシ続されている振幅Ｊ３よび周波数メ モリ１５に格納される。その］コンビコータ６は、以下に説明りる例において（ ，１，２種類の計蜂を行なうように指定され、その結果としてそれらの種類の計 算のみを行なうためにｈ″へ成さｒした特定の装置の態様をとる。そうすること によりコンビコータ１Ｇは小型で、比較的安価にすることがでさる。

メモリ１５からデータを受りるコンビュータ１６は、第５図に示されている各ス ペクトラムに対して平均周波数の計Ｃ丁を実時間で、すなわち、各スペクトラム が設定されている間に実行ザる。

平均周波数の計算は式に対応ツる、 上記計算の結果により時間の関数で平均周波数のカーブ、すなわら、第２図の横 断面１０にａ５ける各心臓収縮中の血液のとくに加速度および速さの時間的な映 像であるカーブを描くことができる。

このことは、第６図のカーブの各パルス■の前り部分が、心臓収縮の初期に血液 が受ける加速度に対応する。

したがって、前記カーブの前方部分Ｃよ心臓状態の）］常に重要な表示である。

その理由は、上行大動脈中の血液がＳ状弁の近くで受ける加速瓜が心筋の収縮性 の映像だからである。

一方、各パルスＩの表面が心臓収縮中に送り出される血液の♀に対応するから、 コンビコータ１Ｇによりその吊を容易に計９１できる。コンピュータ１Ｇは各パ ルスを積分しなければならないだけひある。

先に説明したように、大動脈の横断面も既知であるから、各心臓収縮中の血液の 流量を知るために、速さにイの横断面をかけた積もコンピュータ１６に」；り容 易に旧（）できる。

第６図のカーブは周波数対時間のカーブであり、このカーブは心臓の引続く収縮 および弛緩を島い開度で定める。弛緩の持続時間も簡単なやり方で決定される。

第１図に示すように、コンビニ２−夕１６により甜すされた開時性を常に表示す るためにコンピュータ１６はスクリーン１７へ通常接続される。

ある長さ、たとえば５〜７秒、の間にオペレータが第６図のカーブの座標をメモ リに格納でき、それからスクリプト害込器１９に」；り第６図のカーブのデータ をプロットできるように、キーボード１８がコンピュータ１６に組合わされる。

そのカーブのデータは上記アバ択された期間中はメモリ内に凍結される。

以−Ｌ説明した手段により、たとえば各心臓周期に対しで、収縮中に送り出され る血液の量と、送り出しの期間と、血液の最高の速さと、血液の最高加速度と、 心臓流量とを知ることを本発明が可能にすることを以上の説明は承り。それらの 結果により心臓血管系の状態について、とくに筋肉の収縮特性についての評価を 形成できるにうにする。

本発明の方法は、三次元グラフの形で１９られ、したがって浮彫りの表現として 示されている結果を光生りることにより、対象とする血管中の血球の速さの差の 決定および視覚化に拡張づることしできる。このために、第７図に示すＪ、うに メモリ１５の振幅スペクトルＪ３よび周波数スペクトルがコンピュータ１６へ転 送されてそれに格納し、後でまとめて処理する。このことは、一連の振幅データ および一連の周波数データが、第５図のカーブから、５ｍｓの各標本化期間の終 りに、第７図にカーブＥ１で示されている第１のスペクトラム包絡線をプロット できるようにする。

５ｍｓの第２の標本化期間のスペクトラムを計算し、そのスペクトラムの包絡線 Ｅ２をプロットするためにコンピュータ１６はプログラムされる。カーブＥ２お よび後のカーブのプロット動作は、第７図に示すように５ｍｓの標本化期間の映 像である一定の間隔だけ時間的にずれている座標で行なわれる。引続くスペクＩ ・ルの包絡線のカーブＥ１．［Ｅ２．・・・［。をプロットするための計算は第 ７図に示すようにして行なわれるから、先行づる包絡線により隠されていない部 分のみが示されている。

このようにして（７られ、第６図の周期Ｔに対応するように第８図に示されてい る三次元表現は、前記周期Ｔの間に示されている３回の収縮中に大動脈壁２０の 間の血球の第９．９ａ図に示されているベクトル速度をこのＪ：うにして振幅軸 に沿って示す。振幅軸Ａに沿う測定値は、灰色スケールでの変化の既知表現で与 えられたデータに対応する。

上記と同様にして、コンピュータ１Ｇの主メモリにメ七り１５の６４種類の振幅 および６４種類の周波数の引続くスペクトルのデータを、たとえば１０秒間また はそれ以上の時間だけ凍結するために、コンピュータ１６のキーボード１８を操 作することにより前記三次元グラフが得られる。その復で、延長された時間内に 、たとえば呼吸サイクルに対応する十分な時間にわたって三次元グラフを描くこ とが可能である。これにより、呼吸サイクル中に大動脈循環で発生される妨害を 考慮に入れて、心臓サイクルを観測者が認めることができるようにされる。

本発明は詳しく示し、かつ説明した実施例に限定されるしのではない。というの は、本発明の範囲を逸脱することなしにその実施例を種々変更できるからである 。とくに、以上説明したしのは他の恒・おＪ５び１ｈに他の動脈のＹＪ’ｄ諸特 性全特性全特性めに使用できる。

すｒ’ 国際調査報告 ＰＣＴ／ＦＲ８５１００３５３

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．血管の横断面を決定し、血管のほぼ横方向の横断面と患者の体表面の一部の 間の距離を決定し、内部一定時間間隔（ｉｎｓｉｄｅ　ｒｅｇｕｌａｒ　ｉｎｔ ｅｒｖａｌｓ　ｏｆ　ｔｉｍｅ）が発射された超音波バーストであり、血管の選 択された横断面と患者の体表面の部分の間の距離に対応する瞬間間隔で前記バー ストのドップラーエコーが集められ、順次集められたエコーが指向性ドップラー 信号に変換され、それらの指向性ドップラー信号がデジタル信号に変換され、２ のべきであるデジタル信号の数が持続時間の短い順次標本化時間内に交互に格納 され、各前記標本化時間間隔に対応する周波数のスペクトラムおよび振幅を設定 するために、格納されたデジタル信号がフーリエ変換により交互に実時間で処理 され、平均周波数 Ｆ平均＝Σ（Ａ２・Ｆ）／ΣＡ２ が計算され、それにより時間の関数としてカーブを得、そのカーブの各正の周期 が心臓収縮の映像であることを特徴とするドップラー効果を用いて、外部ルート により心臓血管系の特性を決定する方法。 ２．請求の範囲第１項記載の方法であって、前記平均周波数カーブの点が数秒間 という十分な時間の間メモリに格納され、前記点から得られたカーブがプロット され、血液の量を決定するためにそのカーブの引続く１つおきの表面が積分され 、引続く各収縮期間中に、または他の選択された期間の終りに心臓の流量を得る ために、血液の速さに血管の前記横断面が乗じられ、心臓収縮の映像である血液 の加速度を決定するために、前記交番の前方部分の傾きが読出される方法。 ３．請求の範囲第１項または第２項記載の方法であって、各標本化期間中に得た 引続く振幅スペクトルおよび周波数スペクトルが格納され、引続くスペクトル包 絡線が決定され、引続くスペクトラム包絡線が、ある時間軸に沿って、各スペク トラム包絡線の標本化時間間隔に対応する時間間隔である時間軸に沿ってずらさ れるようにして、かつ新しいスペクトラムの包絡線の見える部分のみが先行する スペクトルの包絡線に関して明らかなままであるようにしてプロットされ、それ により、送り出しの持続時間、送り出しの時間、血液の速さ、血液の加速度およ び検査している血管の部分内の血球の速さの差を示すことにより各収縮に対する 三次元表現を得る方法。 ４．一定時間間隔で超音波バーストを発射し、ドップラーエコーを受けるトラン スデューサ（１）と、指向性ドップラー信号を得るための指向性回路と、この指 向性ドップラー回路に接続されるアナログーデジタル変換器と、このアナログー デジタル変換器に接続され、指向性ドップラー信号のいくつかの重要な映像の点 を交互に受ける２つのバッファメモリ（１２，１３）と、それら２つのバッフア メモリに接続され、２つの名バッファメモリに各時刻に格納された重要な点のそ れぞれ半分を示す振幅および周波数のスペクトラムを形成するために、前記２つ のバッファメモリに格納されている点を示すデータを逐次処理する計算器（１４ ）と、スペクトラムの振幅特性および周波数特性を格納する第１の記憶装置（１ ５）と、この第１の記憶装置に接続され、少なくとも Ｆ平均＝Σ（Ａ２・Ｆ）／ΣＡ２ の計算を行ない、その計算の結果を表示装置（１７）へ送るコンピュータ（１６ ）とを備え、請求の範囲第１〜３項の１つに記載の方法を実施する装置。 ５．請求の範囲第４項記載の装置であって、コンピュータ（１６）は、約５〜１ ０秒の十分な持続時間中に、平均周波数 Ｆ平均＝Σ（Ａ２・Ｆ）／ΣＡ２ に対応する与えられた数の引続くデータの格納を制御するためのキーボード（１ ８）と、前記計算されたＦ周波数からカーブを描く手段（１９）とを備える装置 。 ６．請求の範囲第４項または第５項記載の装置であって、各２つのメモリ（１２ ，１３）に交互に格納されている点の数に対応している引続く標本化期間中に得 た引続くスペクトルをコンピュータに格納する手段と、引続くスペクトルの包絡 線（Ｅ１，Ｅ２，…Ｅｎ）を決定する手段と、三次元カーブを発生するために引 続く包絡線（Ｅ２，…Ｅｎ）を描く手段とを備える装置。 ７．請求の範囲第４項乃至第６項のいずれかに記載の装置であって、２つのバッ ファメモリへアナログ−デジタル変換器（１１）が接続され、各２つの前記バッ ファメモリは５ｍｓの標本化期間中に引続く１２８個の特徴点を格納する装置。 ８．請求の範囲第４項乃至第７項のいずれかに記載の装置であって、一方のバッ ファメモリおよび他方のバッファメモリから次々に各５ｍｓ受けた１２８個の点 から６４種類の振幅のスペクトラムと６４種類の周波数のスペクトラムを形成す るために、２つのバッファメモリ（１２，１３）に接続されている計算器（１４ ）がドライブされ、それらのスペクトラムから平均周波数Ｆ＝Σ（Ａ２．Ｆ）／ ΣＡ２ が計算される装置。 ９．請求の範囲第４項乃至第８項のいずれかに記載の装置であって、引続く包絡 線（Ｅｌ，Ｅ２，…Ｅｎ）を描くことは５ｍｓごとに行なわれる装置。 １０．請求の範囲第４項乃至第９項のいずれかに記載の装置であって、超音波バ ーストの発射の終りとドップラーエコー（ｔ２）の受波の開始の間に時間（ｔ１ ）の間隔を設定するために、トランスデューサ（１）のヘッド（１ａ）に設定可 能なゲートが設けられる装置。 １１，Ｓ状弁に近い上行大動脈の断面を横切るために下向さにされることにより 、把柄の背後において胸骨上窩に対してトランスデューサが置かれる、上行大動 脈の心臓血管系特性の決定のために請求の範囲第１〜９項の１つに記載の方法お よび装置の応用。 １２．超音波バーストが時間ｔだけ４ＭＨｚで発射され、４ＭＨｚパルスのバー ストが終ってから６０〜８０μｓに等しい瞬間（ｔ１）にドップラーエコーが受 けられるようにゲート（２）が設定される請求の範囲第１１項記載の応用。 １３．１０−４Ｓのオーダーの一定時間中に超音波バーストの発射とドップラー エコーの受波がそれぞれ行なわれる請求の範囲第１１項または第１２項記載の応 用。