WO1988002233A1 - Apparatus for recording intracranial pressure - Google Patents

Description

明 細 頭蓋 内圧 の 記録装 置 技 術 分 野

本 発 明 は 、 超 音波 を 利 用 し て 頭 蓋 内 圧 を 記 録 す る 記 録 装 置 に 係 わ り 、 特 に 頭 蓋 内 圧 の 変 化 を 頭蓋外 よ り 非侵襲 的 か つ 安全 に 記録 す る の に 好 適 な 記 録装 置 に 関 す る 。

背 景 技 術

被検生 体 の 頭蓋腔 の 容積 は 、 健康 な 正 常 時 に お い て は 各 被 検生 体 固有 の 一 定 の 容積 を 保 有 し て い る が 、 た と え ば脳腫瘍 ， 血腫等 の 病変 や そ の 他 頭蓋 内 の 疾患 が発生 す る と 増加 し 、 そ の 増加 量 が 正常 時 の 約 1 0 % 以 上 に な る と 頭 蓋 内 圧 が 上 昇 し て 頭蓋 内 圧亢 進 が 引 き 起 さ れ、 各 種 の 病態 が発生 す る と い わ れ て い る 。 こ れ ら 各 種 の 病態像 の 解 明 及 び 的 確 な 治 療方 法 の 決 定 に は 、 頭蓋 内 圧亢 進 の 病 理 的 な 解 明 を 必 要 と す る が、 現 状 で は 、 そ の 解 明 の 手段 お よ び 方法 に つ い て 各方面 で 研究 さ れ て い る に も か か わ ら ず充 分 と は い え な い 。 し 力、 し 解 明 上 も っ と も 重 要 に な る 手 段 の 1 つ は 頭蓋 内 圧 の 変化 状 態 （ 頭蓋 内 圧 波形 ） の 測定 で あ り 、 こ の た め 従来 か ら 多 種 の 頭蓋 内 圧 の 測定 が 研究 さ れ か つ 試 み ら れ て い る 。 た と え ば水 を 封 入 し た ラ' テ ッ ク ス · ノ ル 一 ン を 頭蓋 内 の 硬膜上 も し く は 脳室 内 に 挿 入 し 、 ノ ル ー ン 内 の 水 圧 を 測定 す る こ と に よ り 頭 蓋 内 圧及 び 圧波形 を 得 る ラ テ ッ ク ス ' バ ル ー ン 法、 頭蓋骨 を 一部開孔 し 骨窓を 作 っ て 硬膜 を 露出 さ せ、 そ の 硬膜上 に ス ト レ イ ン ゲー ジ を 接触 さ せ て 頭蓋 内圧 の 変化を 、 ス ト レ イ ン ゲー ジ に 接続 し た 勖ひ ずみ 計 の ひ ず み量 の 変化量 に お き かえ 測定 す る E D P 測定法 な ど が あ る 。 し か し 、 こ れ ら の 方法 に よ る 頭蓋 内圧波形 の 測 定 は 、 い ず れ も 頭 蓋 を 侵襲す る 方法 で あ る た め 、 必然的 に 開頭手術を 伴 い 、 セ ン サ 一 を 頭蓋 内 に 設置 し て お か な け れ ば な ら な い た め 、 感染 の 危険性や入院 して 安静 に し て い る 必要 な ど が あ り 患者 の 健康状態 の 維持及び 社会的 , 経済的負 担 の 大 き さ 等 の 面 で 問題が あ る 。

—方、 非侵襲的 な 安全 な 方法 と し て 電気的共振画路を ィ ン ダ ク タ お よ び キ ヤ パ シ タ で 構成 し 、 頭蓋内圧 に よ つ て 変位 す る べ 口 一 ま た は ダ イ ャ フ ラ ム に よ り 一方 の 値 を 変化 さ せて 共振周波数 を 変化 さ せ、 こ れ を 頭皮上か ら 測定す る テ レ メ ト リ ー 方式 が あ る 。 し か し 本方式 も 圧縮 媒 体 と し て 空気を 使用 す る た め 、 こ れ が頭皮 · 頭蓋骨間 に あ る 場合 に ば温度 の 影響を 受 け や す く 、 ま た 測定の 目 盛 り 假別 に 必要で あ り 精度 も 実用 的 な 段階 に は ほ ど 遠 い 実状で あ る 。 こ の よ う に従来 は頭蓋 内 圧を 非侵 tt的 に 、 か つ 脳 内 に 悪影響を 与 え る こ と な く 、 信頼度が高 く し か も 簡便 に 測定で き る 装置 は 提供 さ れて お ら ず、 そ の 実 現 が待望 さ れて い た 。

前記 の 如 く 従来 の 頭蓋内 圧及 び 圧波形 の 測定 ば、 頭蓋 内 圧亢進 の 解 明及び 治療上最 も 重要 な 手段 の 1 つ で あ り な 力 ら ほ と ん ど 頭蓋 を 侵 襲 す る 方法 で 行 わ れ る た め 、 測 定 時 に お け る 安全 性及 び 信頼 性 を 満 足 し 、 か つ 患 者 の 社 会 的 、 経済的 負 担 が小 さ い 方法 と そ の 装 置 を 得 る こ と 力 で き ず 、 一方、 非 侵 II的 な 方法 に よ る 測 定 に お い て も 精 度 ， 価格 と も 実用 段階 に 至 っ て お ら ず 、 目 下各 方面 に お い て 研 究 お よ び 開 発 が進 め ら れ て い る 状態 で あ る 。

本 発 明 は 前記従来 技術 の 問題点 を 解消 せ ん と す る も の で あ っ て 、 頭蓋 内 圧波形 を 頭蓋 外 よ り 非侵襲 的 に 脳 内 部 に 悪影 響 を 与 え る こ と な く 、 安 全 か つ 高 い 信頼度 で 簡 便 に 測定記録 で き る 装 置 を 提供 す る こ と を 百 的 と す る 。

発 明 の 開 示

本発 明 は 、 パ ル サ ー に 接続 さ れ 、 多 重 反 射 し た 干渉 反 射波 の 頭蓋 内 エ コ ー を 受 信 す る 探触 子 と 、 そ の 受信 し た エ コ ー を 増幅 す る レ シ ー ノ と 、 増幅 さ れ た 前記 エ コ ー の う ち 、 心 拍 に 連動 す る 所定 の エ コ ー の 時間幅 で ゲ ー ト を か け そ の ゲ ー ト 内 波 形 を 出 力 す る ゲ ー ト 回 路 と 、 該 出 力 波 形 の ピ ー ク 値 を 連続 的 に 記 録 す る 記 録 装 置 と を 備 え た こ と を 特徴 と す る 。

本 発 明 の 上記 し た 特徵 は 、 本願 発 明 者等 に よ っ て 確認 さ れ た 頭蓋 内 圧 と 硬膜 の 厚 さ と の 相 関 関 係 を 利 用 し 、 硬 膜 の 厚 さ の 変化 を 記 録 す る こ と に よ り 前記 相 関 関 係 か ら 頭蓋 内 圧 の 変化 を 得 る こ と が で き る 関 係 を 利 用 し た も の で あ る 。

硬膜 の 厚 さ の 変化 は 頭蓋 内 圧 波形 を 求 め る こ と に よ り 捉 え ら れ る か ら 、 頭蓋 内 圧波形 を 連続 的 に 記 録 す る こ と に よ り 硬膜 の 厚 さ の 変化 が記録 さ れ、 頭蓋 内圧 の 変化 状 態 を 知 る こ と がで き る 。

前記頭蓋内圧波形 の 記録 は、 た と え ばパ ル サ 一 の 内部 ト リ ガ ー の よ う な 比較的橾返 し 周波数 の 高 い 、 任意 の ト リ ガ ー パ ル ス を ト リ ガー信号 と し て 、 パ ル ザ 一 に 接続 さ れ、 被検生体 の 頭蓋外に 設置 し て い る 探触子 に 該パ ル サ 一 に て 、 送信パ ル ス を 発信す る 。 前記採触子 で は 、 前記 パ ル サ 一 よ り 送信 さ れ た送信パ ル ス を 超音波パ ル ス に 変 換 し 頭蓋 内 に 入射 す る 。 こ の 場合、 前記探触子 は 前記超 音波パ ル ス の 波 連長が、 頭蓋内 の硬膜及 び ク モ 膜等 の 薄 膜状組織 の 約 2 倍以上 に な る よ う な 超音波パ ル ス を 発す る よ う に 選定 さ れ て い る 。 超音波が頭蓋内 に 入射 さ れ る と 、 入 射 波 は 頭 蓋 内 の 頭 蓋骨 ， 硬 膜 等 の 各 組織境 界 面

( 音響的境界面 ） で 多 重反射 し 、 こ の 多 重反射波 ば透過 損 失お よ び 反射損 失 を 受 け な が ら 多 重反射波同志 で 干渉 し 合 い 、 そ の 干渉反射波 の エ コ ー が探触子 に 受信 さ れ る 。 受信 さ れ た エ コ ー は レ シ ー バ 一 に 送 ら れ増幅 さ れ た の ち ゲ ー ト 回 路 に 送 ら れ る 。 一方、 ゲー ト 回路.に は 前記 ト リ ガ ノ ル ス が送 ら れ、 そ の ノ ル ス を ト リ ガ信号 と し て 該ノ、。 ル ス の 立上が り よ り 任意の 時間遅延 し た 心拍 に 違勣す る 所定 の エ コ ー の 時間幅で 前記 レ シ ー バ 一 を 介 し て 送 ら れ た 受信 ヱ コ 一 に 前記干渉反射波を 含む よ う に ゲ 一 ト を か け ゲー ト 内 波形 を 出力 す る 。 こ の 出 力 波形 は ピ ー ク 検出 器 に 送 ら れ、 ビ ー ク 検出 器 に 送 ら れ た 波 は、 そ の ピ ー ク 値が ザ ン プ ル ホ ー ル ド さ れ て 、 記 籙計 に 連続的 に 記錄 さ れ る 。

こ の よ う に 本 発 明 は 、 頭 蓋 内 圧波 形 の 記 録 を 頭蓋外 よ り 連続 的 に 行 え る 記 録装置 と し た も の で あ る 力、 ら 、 該 記 錄 を 非 侵 II 的 に 脳 内 部 に 悪影響 を お よ ぼ す こ と な く 、 安 全 か つ 高 信 頼度 で し か も 簡便 に 記 錄 す る こ と が で き る 。 そ し て こ の 頭蓋 内 圧 波形 の 測定記録 は 、 後述 す る 本 発 明 の 実施 例 に お い て さ ら に 説 明 す る 頭蓋 内 圧波 形 ， 硬膜 の 厚 さ の 変 化 お よ び 頭蓋 内 圧 の 変化 の 相 関 関係 よ り 頭蓋 内 圧 の 変 化 状態 を 診療情 報 と し て 提供 す る 。

図 面 の 簡 単 な 説 明

図 面 は い ず れ も 本 発 明 に 係 る 説 明 図 で 、 第 1 図 は 頭 蓋 内 圧 の 測 定装置 の 一 例 を 示 す 構成図、 第 2 図 は 各 作用 段 階 に お け る 出 力 パ ル ス を 示 す 動 作 説 明 図 、 第 3 図 は 薄膜 反 射理論 の 説 明 図 、 第 4 図 は 薄膜反 射 理 論お よ び 適用 を 検 証 す る た め に 行 っ た 実験 装 置 を 示 す 図 、 第 5 図 は 第 4 図 の 実験装 置 に お け る ァ ク リ ル板 の 底 面反 射波形 を 示 す 図 、 第 6 図 は 第 5 図 と 同 じ で た だ し 隙 間 （ 油 膜厚 さ ） が 0 . 3 删 の と き の 反射波形 を 示 す 図、 第 7 図 は 第 4 図 の 実 験装 置 に よ る 実験値 と 理論 曲 線 と の 比較図、 第 8 図 は 犬 を 使用 し た 実験装置 の ブ ロ ッ ク ダ イ ヤ グ ラ ム 、 第 9 図 は 頭 蓋 内 圧 亢 進前 の 頭 蓋 内 圧波 形 パ タ ー ン を 示 す 図 、 第 1 0 図 な い し 第 1 2図 は 第 8 図 に 示 す 実験 に お い て 異 な る 頭蓋 内 圧亢 進 状 態 に し て 測定 し た 場合 の 各 頭蓋 内 圧波 形 を 示 す 図 で あ る 。 発 明 を 実施す る た め の 最良 の 形態

本発明 の 実施例を第 1 図お よ び 第 2 図 を 参照 し て説明 す る 。 第 1 図 は 装置 の 構成 を 示 す 図、 第 2 図 は各作用 段 階 に お け る 出 力 パ ル ス を示す動作説 明 図 で あ る 。 図 に お い て 1 ば ノ ル ザ 一 で被検生体 M の 頭蓋骨上 に 当 接 さ れ て い る 探触子 2 に 接続 ざれて お り 、 第 2 図 ）に 示 す 内 部 ト リ ガ 一 パ ル ス T の 立上が り と 同 時 に 探触子 2 に 対 し て 第 2 図（b) に 示 す よ う な 送信パ ル ス V i を 発信す る 。

探触子 2 は、 こ の 送信パ ル ス V _t を 超音波パ ル ス に 変 換 し 、 そ の 超音波パ ル ス を 頭蓋 内 に入射す る 。 こ の 場合、 採触子 2 は 、 前記超音波パ ル ス の 波連長が頭蓋内 の 硬膜 及 び ク モ 膜等 の薄膜状組織 の 約 2 倍以上 に な る よ う な 超 音波 パ ル ス を 癸す る よ う に 選定 さ れ て い る 。

頭蓋 内 に 入射 さ れた 超音波パ ル ス は、 頭蓋骨 ， 硬膜等 の 音響的境界面 と な る 各組織境界面で 多 重反射 し 、 同時 に 前記各境界面で 透過損 失 お よ び 反射損 失 を 受 け な が ら 多 重反射波間 で 干渉 し 合 い 、 そ の 干涉反 射波 の エ コ ー が 探触子 2 に 受信 さ れ る 。 3 は レ シ 一 ノ 一 で 、 深触子 2 で 受信 し た 前記干渉反射波 を 舍 む エ コ ー を 増幅 し 、 第 2 図 (c) に 示 す エ コ ー V ₂ を Φ力 す る 。 4 は ゲ ー ト 回 路 で 、 該 回 路 に は レ シ 一 ノ、' ― 3 力、 ら 出 力 さ れ る エ コ ー V ₂ と ノヽ' ル サ ー 1 の 内 部 ト リ ガ 一 パ ル ス T が入力 さ れ、 エ コ ー V _z に ノ、' ル ス T を ト リ ガ 信号 と し て パ ル ス T の 立上が り よ り 任意 の 時間 遅延 し た 心拍 に 連勖す る エ コ ー の诗間幅で 、 レ シ ー バ ー 2 よ り 送 ら れた エ コ ー V ₂ に前記干渉反射波 を 舍 む よ う に ゲ ー ト が 力、 け ら れ、 第 2 図（d) に 示 す よ う な ゲ ー ト 内 波 形 V ₃ を 出 力 す る 。 前 記 心 拍 に 連動 す る ェ コ 一 の 時間幅 は 、 各被検生体 固 有 の も の で そ れ ぞ れ 異 な る が 、 異 な る 範 囲 は か け 離れ た も の と は な ら ず小範囲 に と ど ま り 、 年 令 ， 種别等 に 対応 し た 所定 の 時間幅 に な る 。

5 は ピ ー ク 検 出 器 で 、 ゲ ー ト 内 波形 V ₃ が入力 さ れ そ の ピ ー ク 値 を サ ン プ ル ホ ー ル ド し 、 第 2 図 （e) に 示 す よ う な ピ ー ク 値 V ₄ を 出 力 す る 。 出 力 さ れ た ピ ー ク 値 V ₄ は 記録計 6 に 連続的 に 記録 さ れ る 。 記録 計 6 に 連続的 に 記 録 さ れ た エ コ ー の ピ ー ク 値 V ₄ に よ る 波形 つ ま り 頭 蓋 内 圧波形 は 、 頭 蓋 内 圧 の 変 化 に 応 じ て 相 関 的 に 変 化 す る 硬 膜 の 厚 さ （ ク モ 膜 の 厚 さ を 含 む 以 下同 じ ） の 変化 を 捉 え た も の で 、 こ の 頭 蓋 内 圧波形 を 得 る こ と に よ り 頭蓋 内 圧 の 変化 状態 を 知 る こ と が で き 、 さ ら に 経 時 的 に 測定 す る こ と に よ り 頭蓋 内 圧 の 推移 を 得 る こ と も で き る 。

こ の よ う に 本装 置 に よ る 測定 は 、 頭蓋 内 圧 と 硬膜 の 厚 さ と の 間 に あ る 相 関 関 係 を 利 用 し 、 硬膜 の 厚 さ の 変 化情 報 を 得 る こ と に よ り 頭 蓋 内 圧 の 変 化 を 知 る こ と が で き る よ う に し た も の で あ る 。

前記本装置 に よ る 測定 の 前提 と な っ て い る 頭蓋 内 圧 と 硬膜 の 厚 さ と の 相 関 関 係 を 検証 す る た め 、 生 体 を 使用 し た 下記 の 実験 を 行 っ た 。 被検生体 は 体重約 1 0 kg の 雑種成 犬 で 、 左頭 頂部 に 骨窓 を 作 り 無色透 明 な 塩 化 ビ ニ ー ル 板 を は め て 、 頭蓋 内 圧 の 変化 に よ る 硬膜 内 静脈 の 状態 の 変 化 を 観察 し 、 写真撮 影 し た も の で あ る 。 頭蓋 内 圧 亢進 は 大槽 内生理食塩水注入 に よ っ て 生 じ さ せ、 頭蓋内圧 を 上 昇前 0 隱 H _z O か ら 7 0 0 im H ₂ O ま で 上昇 さ せ た 。 そ の 結 果頭蓋内圧 の 上昇前 は、 硬膜内 静脈 は か な り 鮮 明 で 血流 の 乱れ も な い が、 頭蓋内圧 の 上昇 に 伴 っ て 硬膜内 静脈が 徐 々 に 挟窄 し 、 約 6 0 0 mm H ₂ 0 に お い て 完全 に狭窄 し て 全 く 血 流 が 観 察 さ れ な い 。 一 方 、 頭蓋 内 圧 下降 時 で は 6 0 0 隱 H ₂ 0 以下 に 下が っ て も 硬膜内静脈 は狭窄 し た ま ま の 伏態 で 、 約 2 0 0 腿 H ₂ 0 前後ま で 下降 し た と き 血流 が再開 さ れ る 。 こ の 硬膜内静脈 の 狭窄 現象 の 発生 は、 硬 膜が圧縮 さ れて 厚 さ 力、'薄 く な つ た こ と を 示 し て お り 、 こ の 変化 は頭蓋 内 圧 の 上昇 に 伴 っ て そ の 度合 い が増 し 、 約 6 0 0 諷 H ₂ ひ を 境 に し て そ れ以上 の 上昇 で は ほ と ん ど 変 化 し な い こ と を 示 し雨者 mに 相 関関係 が あ る こ と が立証 さ れ た 。

と こ ろ で前記 の 頭蓋内圧波形 ば、 前記相関関係 を も と に 硬膜 の 厚 さ の 変化を 捉え る こ と に よ り 頭蓋内圧情報を 得 る も の で あ る が、 本装置に お け る 硬膜 の )？ さ の 変化 は 、 以下 に 述べ る 薄膜反射理論 を も と に 測定 し て 捉え る 。 こ れ を 第 3 図に よ り 説明す る 。 音響 イ ン ピ ー ダ ン ス Z , の 媒質 1 及び 音響 イ ン ピ ー ダ ン ス Z ₃ の 媒質 3 の 間 に 音響 イ ン ピ ー ダ ン ス Z _z で 厚 さ £ の 薄膜犹媒質 2 が介在す る も の に 、 超音波が入射す る モ デ ル を 考 え る 。 図中 r t は 媒質 1 か ら 媒質 2 へ 入射 し た 場合 の 反射率、 r ₂ は 媒質 2 か ら 媒質 3 へ入射 し た 場合 の 入射率、 T _t ば媒貧 1 か ら 媒質 2 へ入射 し た 場合 の 往復通過率 で あ る 。 媒質 2 の 前面 で の 反射波 の 音圧 P r。 と 媒 質 内 で の 多 重 反 射 波 の 音 圧 P _{r i} , P r ₂ , P r a , , Ρ r„ の 各 音圧 は そ れ ぞ れ

2 & , 4 i , 6 & , , 2 n の ビ ー ム 路 程 差 力く あ り 、 か つ 境 界面 B 1 で の 往復 透 過 損 失及 び 境界 面 B i , B 2 で の 反射 回 数 に 見 合 っ た 反 射損 失 を 受 け る 。 し た が っ て 媒 質 2 中 で の 超 音 波 の 波 長 を ， 入 射 し た 超 音波 の 音圧 を P 。 と す る と 、 前 記 各 音 圧 は 次式 で 表 さ れ る 。

今 、 媒質 2 の 厚 さ が小 さ く 、 超 音 波 パ ル ス の 波 束 の 約 半 分 以 下 の 場 合 、 す な わ ち 、 P r。， P rい P r ₂ , P r 3 …… , P r„ の 各 々 が 分解 し な い 場 合 、 そ れ ら は 互 い に 干 渉 し 合 い 、 媒質 2 か ら の 反射 波 P r は （1) 式 の 無 限級 数 和 と な り （2) 式 で 表 わ さ れ る 。

2 τι &

(ⁿ' ^l · r₂ ⁿ · T_t · P。 ' e² λ } … （2)

し た が っ て 、 薄膜 状 媒質 2 に お け る 反 射 率 ； ！ · e i は 次 式 で 求 め ら れ る 。 Z₃

re；

I z_z (3)

3 ^{) sin} (—

(3) 式 よ り 、 図示 の よ う な 薄膜状媒質 が 中間 に 介在 し て い る 場合 、 薄膜境界面 か ら の 反 射率 、 薄膜 及 び波 長 λ の 変化 に つ 周 期 的 に変動 し 、 そ の 振幅 は 、 各媒質 の 音響 イ ン ピ 一 ダ ン ス こ よ っ て 定 ま る こ と が わ か る 。

頭蓋骨上 よ り 超音波を入射 し た 場合 、 第 3 図 に 示 す 媒 質 1 , 媒質 2 , 媒質 3 は 各 々 、 頭蓋骨， 硬膜， ク モ 膜下 腔 （髄液 ） に 相 当 す る 。 し た 力 つ て 、 頭蓋 内圧 の 変化 に 伴 っ て 硬膜 の 厚 さ が変化す れ ば 、 頭蓋骨 と 硬膜 の 境界面 か ら ώ 反射波 の ェ コ ー 问 さ も 変化 す る の で 、 境界面か ら の 反射波 の — 高 さ を 連続測 定す る 事 に よ り 、 頭蓋内 圧波形 が得 れ る る 。

つ ぎ に 前記 膜反射-理論 の 検証 を 行 う た め 、 第 4 図 に _3 よ つ な 実験を 行 つ た 。 厚 さ 5 0 ァ ク リ ル扳 7 と 厚 さ 5 0 m の ボ リ ス チ α — ノレ ブ π フ グ S の 間 に 、 同 じ 葶 さ の

2 校 の シ ク ネ ス ゲ 一 ジ 9 'を は さ み 、 そ の 隙間 に 空気 が 混入 し な い よ う に マ シ ン 油 1 0で油膜 を つ く り 、 油膜 モ デ ル と し た 。

使用 し た プ ロ ー ブ 1 1は 、 5 M H z 分割型 プ α — ブ あ り ア ク リ ル扳 7 に 瞬間接着荊で 固定 し た 。

第 5 図 に ア ク リ ル板 7 の 底面反射波形 （基本波形） を 第 6 図 に = 0 . 3 時 反射波形を示す 。 油膜内多 重反 射波 が互 い に 干渉 し 合 っ て い る た め 、 波 形 が変形 し 全体 良

の 振幅 が変化 し て い る 事 力、' わ 力、 る 。

ノヽ

シ ッ ク ネ ス ゲ ー ジ 9 の 厚 さ を 0.05〜 0.5 麵 の 範 囲 で 変 化 さ せ 、 油膜 の 厚 さ を 代 え て 各 々 の 反 射波 の エ コ ー 高 さ を A ス コ ー プ に て 測定 し た 。 な お 、 基 準 エ コ ー 高 さ は ァ ク リ ル扳 7 の 第 1 底面 エ コ ー の エ コ ー 高 さ と し た 。

第 7 図 に 、 実験 結 果 と （3)式 よ り 求 め た 理 論 曲 線 を 比較 し た も の を 示 す 。 な お 、 ア タ リ ノレ板 7 , マ シ ン 油 10 , ポ リ ス チ ロ ー ル ブ ロ ッ ク 8 の 音 響 ィ ン ピ ー ダ ン ス を 各 々 、 3.21 X 10⁶： 1.3 X 10⁶ , 2.46 X 10⁶ kg / rrf s ec と し 、 マ シ ン 油 10の 音 速 を 1 '400 m / s e c と し て 計箕 し た 。 両 者 は て お り 、 薄膜反 射理論 は 実用 上 問題 が な い 事 が検 証 さ れ た 。

つ ぎ に 前 記 実験 装 置 に お い て 行 つ た 検 証 が、 生体 に 対 し て 適用 で き る か 否 か の 妥 当 性 を 検討 す る た め 犬 を 使用 し て 下 記 の 実験 を 行 つ た 。

実 験 に は 、 体重約 10 kg 前 後 の 雑 種成 犬 を 用 い た 。 2

( / V ) 塩酸 モ ル ヒ ネ を 5 〜 6 筋 肉 注 射 し て 基 礎麻

/ o 酔 の 後 、 チ ア ミ ラ ル ー ソ ジ ゥ ム （ th i amy l a i s od i um) を 100 ~ 15 G rag静 脈 内 投 与 に よ り 導入 麻 酔 を 行 い 、 気 管 内 挿 入管 下 に 腹 臥 位 で 、 頭 部 を 東大脳 研 式 犬用 定 位脳 手術 台 に 固 定 し た 。 必要 に 応 じ て 、 60分前 後 ご と に チ ア ミ ラ ル ー ソ ジ ゥ ム 10〜 15 ni 追加投 与 し て 維持麻 酔 を 施 し 、 自 発 自 然 呼 吸 下 に よ つ て 実験 を 行 っ た 。

実験 装 置 の ブ ロ ッ ク ダ イ ヤ グ ラ ム を 第 8 図 に 示 す 。 図 に お い て 1 5は パ ル サ ー 、 1 6 は レ シ 一バ一で 、 超音波 プ π — ブ 1 7に 電気的信号を 送受す る 装置、 1 8は ゲ — ト 回 路 で 受信波に任意 の 遅延時 間 ， 時間幅 で ゲ ― ト を かけ 、 ゲ ー ト 内波形 を 出 力 す る 回 路、 1 9ば ピ ー ク ア イ ァ ク タ 一 で 、 ゲ一 ト 内 波形 の M A X 値を サ ン プ ノレ ホ ― ノレ す る 装置、 2 0は シ ン ク ロ ス コ ー プ で 、 受信波形 を モ ニ タ 一 す る 装 a 、 2 1 ¾ B D P セ ン サ ー で 、 硬膜外 よ り 頭蓋内圧を 電気信 号 に 変換す る セ ン サ ー、 2 2は呼吸 セ ン サ 一で、 呼吸を 温 度変化 と し て と ら え 、 呼吸変化 を 電気信号に 変 換す る セ ン サ 一、 2 3は血圧 セ ン サ 一 で 、 全 身血圧を モ 二 タ ー す る た め の も の で 、 血圧 を 与 I

^ la に 変換 す る セ ン サ 一、 2 4 は 心電計 で 、 心電波形を 出力 し - ナ' 心電図 の R 波よ り 任意 の 時間遅 ら せ て ト リ ガ 一信号 を 発信 す る

ア ン プ で ま P セ ン サ 一 2 i , 呼吸 セ ン サ ー 2 2 , 血圧 セ ン サ 一 2 3 , 心電計 2 4よ り 送 ら れ て き た 各 fe -a: 増幅す る 装 置、 2 6ば ペ ン レ コ ー ダ で 、 ァ ン 0 つ こ 増幅 さ -れた 心電波形， 呼吸波形 前進血圧波形 > E D P セ ン サ 一 頭 蓋 内圧波彤及び、 ピ ー ク デ ィ テ ク タ 一 出 力 で あ る 逞 音波 頭蓋 内 圧波形 を 連繞記録す る 装 匱 で あ

測 定 ば、 超 曰 波 Vし よ る 頭蓋 内圧 の 他 に 、 E D P セ ン サ 一 2 1に よ る 頭蓋内圧、 全身 血圧 , 心電図 ， 呼吸 を モ ニ タ 一 し た 。 E D P セ ン サ一 1 i»— る 頭蓋 内圧 ば 、 E D P セ ン サ 一 2 1を 右頭'部 に 装着 し 、 硬膜外圧 と し て 測定 し た 。 全 身 血圧 は 、 F¾ 径 2 腿 , 長 さ 約 40 0 諷 カ テ ー テ ル を 右股 動脈よ り 胸 部大動脈 へ 暂置 し 、 力 ァ-一 テ ル先绻型圧力 計 を 用 い て 測定 し た 。 心電図 は 、 四 肢 に 設 置 し た 電 極 よ り 心 電計 に よ っ て 測定 し た 。 呼 吸 モ ニ タ 一 は 、 気管 挿管 チ ユ ー ブ の 先端 に 取付 け た サ ー ミ ス タ ブ ロ ー ブ に よ つ て 測 定 し た 。

超 音波 に よ る 実験 は 以 下 の よ う に 行 っ た 。

第 8 図 に お い て 、 ノ、' ル ザ 一 i 5の ト リ ガ 一 ス ィ ツ チ を 内 部 ト リ ガ 一 に 切 換 え 、 シ ス テ ム 全 体 を ノヽ。 ル サ ー i 5 の 内 部 ト リ ガ 一 で 起 動 し た 。 ト リ ガ ー ノ ノレ ス の 間隔 は 8 5 . 2 s e c , す な わ ち 操 返 し 周 波数 （ P R F ) は 1 1 . 4 k H z と し た 。

5 M H z 分 割型 の プ π — ブ 1 7を 用 い て 、 頭 蓋骨 と 硬膜 の 境界 か ら の 反 射波 に ゲ ー ト を 力、 け 、 ピ ー ク デ ィ テ ク タ 一 1 9に よ り そ の ゲ ー ト 内 波形 の ： vi A X 値 を 測定 し た 。 測定 結 果は 、 心 電図 ， 呼 吸波 形 、 全 身 血圧波形及 び E D P セ ン サ 一 2 1に よ る 頭 蓋 内 圧波 形 と 同 時 に ペ ン レ コ ー ダ ー 2 6 に て 記 録 し た 。

な お 、 頭 蓋 内 圧亢 進 モ デ ル は 、 次 の 3 群 と し た 。

(a) 大槽 内 生 理 食塩水注入群

1 8ゲ ー ジ 金属計 を 用 い て 大 槽穿剌 を 行.い -、 生 理 食塩 水 を 注 入 し て 静水圧 を か け 、 頭蓋 内 圧 を 上 昇 さ せ た 。

(b) C 0 z ガ ス 吸 引 群

ド ラ イ ア イ ス を 気化 さ せ て 作 っ た C 0 ₂ ガ ス を 気 管 挿管 チ ュ ー ブ よ り 吸 引 さ せ 、 頭 蓋 内 圧 を 上 昇 さ せ た 。

(c) 頸部圧 迫群

頸 部圧 迫 を 人工的 に 行 い 、 静脈 う つ 帯 に よ る 頭蓋 内 圧 上 昇 を 生 じ さ せ た 。 音波 に よ る 頭蓋内圧波形 の パ タ ー ン を 第 9 図 に 示す。 使用 し た超音波 プ ロ ー ブ 1 7は、 5 M H z 分割型 プ α — ブ で あ り 、 頭蓋骨上か ら の 測定記録で あ る 。

図 よ り 以下 の こ と が わ か る 。

(1) 心電図， 全 身 血圧波形， E D P セ ン サ ー頭蓋内 圧波 形 ば埕音波頭蓋 内圧波形 ば同 期 し て 拍 動 し て い る 。

(2) 超音 波頭蓋内 圧波形 は 全身血圧波形 と 似 た よ う な 形 を 呈 し 、 そ の ピ ー ク 位置 は 、 E D P セ ン サ ー頭蓋 内圧 波形 の ピ ー ク 位置 と 一致す る 。

(3) 心電図 の ピ ー ク よ り 約 7 Q m s e c 遅 れて全 身 血圧波形 の ピ ー ク は 表わ れ、 超音波及び E D P セ ン サ ー 頭蓋内 圧波形 の ピ ー ク は さ ら に 1 0 m s e c ほ ど遅れて 出 現 す る 。 頭蓋内圧亢進 モ デ ル は 、 ω大槽内 生理食塩水注入群，

(2) C 0 ₂ ガ ス 吸 引 群， （3)頸部圧迫群 の 3 つ と し た が、 各 々 頭蓋内 圧亢進 の メ カ ニ ズ ム が異な る た め 、 頭蓋内 圧波 形 の 変化 の ノ、： タ ー ン も 異 な る 。

以下、 各 々 に つ い て 結果を 示す。

(1) 大撐内 生理食塩水注入群

大樽内 生理食塩水注入群 の 頭蓋 内圧 '波形 の 測定結果 の 例 を 第 1 0図 に 示す 。 E D Ρ セ ン サ 一頭蓋内圧波 ^ は 、 注入開始後、 始 め は锾や か に 、 次 い で 急 に 上昇 し （ A 点 ） 、 注入終了後 し ば ら く M A X レ ベ ルを 保 っ た 後、 B 点 よ り 急速 に 下降 し て 行 く 。 圧波形 の 振幅 は 、 圧の 上昇 に 伴 っ て 大 き く な る o

超音波頭蓋内 圧 波形 ば、 変化 は大 き く な い が、 注入 開始 後 E D P セ ン サ 一 頭蓋内圧 波形 と 同 様 に A ' 点 を 境 に 急 に 上昇 を 始 め 、 注入終了 後 M A X レ ベ ル を 保 つ た 後 、 B 点 よ り 遅 れ た 点 よ り 下 降 し て 行 く 。 振幅 は 圧 の 変 化 に 追従 し て 変 動 し 、 E D P セ ン サ ー 頭蓋 内 圧 波 形 の 振幅変化 と 良 い 対応 を 示 す。

(2) C 0 ₂ ガ ス 吸 引 群

C 0 , ガ ス 吸 引 群 の 頭蓋 内 圧 測 定結果 の 例 を 第 i i図 に 示 す 。

C 0 ₂ ガ ス 吸 引 開始後 、 E D P セ ン サ ー 頭蓋 内 圧 波 形 は 緩 や か に 上 昇 し 、 吸 引 終 了 後 も 上 舁 を 繞 け た 後 に 非常 に 緩 や か に 下降 し て い る 。 振 幅 は 、 大槽 内 生 理 食 塩 水 注 入 群 と 同 様 に 、 圧 の 上昇 ， 下 降 に 伴 っ て 大小 に 変化 す る 。

超 音 波 頭 蓋 内 圧 波 形 も 、 E D P セ ン サ ー 頭蓋 内 圧 波 形 と 同 様 に 、 C 0 ₂ ガ ス 吸 引 開始 し た 後 に 緩 や か に 上 昇 し 、 吸 引 終了 後 も 上 昇 を 続 け 、 ピ ー ク 値 に 達 し た 後 、 非 常 に 緩 や か に 下降 し て も と の レ べ ル に も ど っ て い る 。 振 幅 も E D P セ ン サ 一 頭蓋 内 圧波 形 の 振 幅 変 化 'に 良 い 対応 を 示 し て い る 。

(3) 頸 部 圧 迫 群

頸 部圧 迫群 の 頭 蓋 内 圧測 定結 果 の 例 を 第 1 2図 に 示 す 。 頸 部 圧 迫 を 開 始 し 、 圧迫 を 強 め る に し た が っ て E D

P セ ン サ ー 頭蓋 内 圧波 形 は 、 鋭敏 に 対応 し て 上昇 し 、 圧 迫 を 锾 め る と 下 降 す る 。 振幅 は 、 前 2 群 と 異 な り 、 圧 が上 昇 す る の に 対 し て 小 さ く な る 。 - 超音波頭蓋内圧波形 は 、 圧迫開始 と 同時 に 急激 に 上 昇 し て M A X レ ベ ル に 到達す る 。 圧迫 を ゆ る め て も 、 し ば ら く M A X レ ベ ル を維持 し 、 E D P セ ン サ 一 頭蓋 内圧波形 が下降 し 始め る C 点 よ り 遅れて 点 よ り 下降 始 め る 。 振幅 は 、 E D P セ ン サ ー 頭蓋内圧浚形 と 同 様 に 圧上昇 に 対 し て 小 さ く な る 。 振幅変化 に つ い て は 、 E D P セ ン サ 一頭蓋 内 圧波形 よ り も 顕著 に 表わ れてい る 。

以上 の 3 つ の 頭蓋内 圧亢進 モ デ ル に よ る 結果を ま と め る と 以下 の よ う な こ と 力、' い え る 。

( I ) 超音波頭蓋 内圧波形 の 振幅変化 は、 E D P セ ン サ 一 頭蓋 内 圧波形 の 振幅 と 非常 に 良 い 対応 を 示す。

( Π ) 頭蓋内 圧 上 昇時 に お い て 、 超音波頭蓋内圧妓形 は E D P セ ン サ ー頭蓋内 圧波形 の 変化 に良 い 対応 を 示 す 。

( I ) 頭蓋 内 圧下降時、 C O z ガ ス 吸 引 群の よ う に 緩や か に 圧が変化す る も の に つ い て 、 逞音波頭蓋内 圧波 形 ば E D P セ ン サ 一頭蓋'内 圧波形 に 良 く 対応 し て い る が、 大槽 内生理食塩水注入群や頸部圧迫群 の よ う に 急激 な 圧変化 を 示す も の に つ い て は、 タ イ ム ラ グ が あ り 、 E D P セ ン サ 一頭蓋内 圧波形が下降開始す る 点 よ り 遅れ て 変化 す る 。

( Π ) , ( M ) に 示 し た よ う な 現象 ば、 皮膚 を 指 で 強 く 押 し 急 に 圧迫を 解除 し た と き の よ う に 、 硬膜 に 圧 力 がか か る と 硬膜 は タ イ ム ラ グ な く 圧力 に 対応 し て 薄 く な る が、 圧 力 が急激 に 減少 し た 場 合 、 硬膜 の 厚 さ の 復 元 が圧力 の 変化 に 追従 で き な い た め で あ り 、 前 記硬 膜内 静脈 の 狭窄実験 に お い て 硬膜 の 厚 さ が頭蓋 内 圧 基 礎値 が約 2 0 0 麵 H ₂ 0 ま で 下降 し て 復 元 が早 ま る 現 象 と よ く 一 致 し て い る 。

ま た 、 （3) 式 で 示 さ れ る よ う に 頭 蓋骨 ， 硬膜 の 音響 ィ ン ピ ー ダ ン ス 及 び 硬膜 の 音 速 ， 基 礎厚 さ な ど が 異 な る と 、 硬膜 の 厚 さ と 反射 波 の ヱ コ 一 高 さ の 関係 は 変 わ つ て し ま う 。 こ れ ら の ノ、。 ラ メ 一 タ （ 特 に 音 響 イ ン ピ ー ダ ン ス ） は 個 体 に よ っ て ば ら つ き が あ る 。 し た 力く つ て 本 測定 記 録 で は 頭蓋 内 圧 を 定 量評価 す る こ と は 難 し い が 第 1 6図 〜 第 1 9図 に 示 し た よ う に 、 波形パ タ ー ン を 解折 す る こ と に よ つ て 頭蓋 内 圧 の 状 態 を 推定 す る こ と が で き る 。

上 述 の 如 く 本 装 置 に よ る 頭蓋 内 圧 波 形 の 測 定 記録 は 成犬 を 使 用 し て 行 っ た も の で あ る が 、 こ れ を 人体 に 適 用 す る に 当 た っ て は 頭蓋 や 脳 髄膜 の 形 状 お よ び 大 き さ の 差 を 考慮 す る 必 要 が あ る 。 例 え ば 頭 蓋骨 に つ い て み る と 、 犬 は そ の 頭蓋容積 お よ び 曲 率 と も 小 さ く し 力、 も 内 側 面 に 大 き い 凹 凸 が あ る が 、 人 間 の 場 合 は 頭蓋容積 お よ び 曲 率 と も 大 き く し か も 内 側 面 ω 凹 凸 は き わ め て 小 さ い か ら 、 探触 子 の 当 接 が 容 易 に な る と と も に 超 音 波 の 入 射及 び 反 射 が 円 滑 に 行 わ れ る よ う に な る 。 ま た 硬膜 の 厚 さ お よ び そ の 変 化 量 に つ い て み る と 、 犬 の 場 合 硬膜 の 厚 さ が約 Q . 2 mm で あ る の に 対 し 人 間 の 場合 は - 約 1 . 0 腿 で 、 頭蓋内圧 の 変化 に 伴 う 硬膜 の 厚 さ の 変化 量 ば 同 じ 比率 で 変化 す る と す れ ば約 5 倍 に な る 。 こ れ は本装置 に よ る 頭蓋 1¾ 圧波彤 の 測定記録が、 硬膜 の 厚 さ の 変化量 と 頭蓋 内 圧 と の 栢閬関係を 利用 し て 行 わ れ る も の で あ り 、 人間 の 場合 の 方が そ れ だ け精度よ く 测 定記録す る こ と が で き る こ と を 示 し て い る 。

と こ ろ で 本装置に よ る 測定記録を 人体 に 適用 す る に 当 っ て ば安全性 に 全 く 問題 の な い こ と が前提 と な る 。 こ れ は測定記 錄時 に頭蓋内 に 入射 さ れ る 超音波が、 人 体 に 如何 に 影響 を 及 ぼす か と い う 問題で あ る が、 こ の 問題に 関 し て は 次 の よ う な 報告が さ れ て い る 。 す な わ ち 染色体 に 対 す る 超音波 の 及 ぼす影響 に つ い て ば、 平 均 岀 カ 5 0 0 m Wノ of > ビー ク 出 力 5 0 Wノ crf の 趦音波 を 、 分裂前期 の 人 の 末梢 リ ン パ 球 に 6 0分 間照射 し た が全 く 影響が な く 、 同 様 に 赤血球流血， 培養細胞増殖， 妊娠 中 の 胎 児 に 対す る 影響 に つ い て は、 平 ¾ 出 力 約 6 0 0 m W / し 以下で ば全 く そ の危険性が な ぐ安全 で あ る こ と が 確認 さ れ て い る 。 こ れ に 対 し 本実施例 に お け る 超 音 波 の 平均 出 力 は約 Q . 1 m W oiで あ り 、 人休 に 対す る 影 響 ば な く 適用 に 当 っ て の 安全性 に は 全 く 問題がな い と い え る 。

以上説 明 し た よ う に 本発 明 ば、 探触子 よ り 被検生体 の 頭蓋外 よ り 内 部 に-入 射 し 、 頭蓋内 で 発生す る 多重反 射 し た 干渉反射波 の エ コ ー を 、 連続的 に 記錄 し た 頭蓋 内 圧波形か ら 硬膜 の 厚 さ の 変化を 捉え 、 頭蓋内 圧 と 硬 膜 の 厚 さ と の 間 に 存在 す る 相 関 関係 か ら 頭蓋 内 圧 の 変 化 を 得 る よ う に し た も の で 、 頭蓋 内 圧 の 変化 を 非 侵襄 的 に 脳 内 部 に 悪 影 響 を 与 え る こ と な く 、 安全 か つ 高 い 信頼度 で 、 し か も 簡便 に 測定 記録 す る こ と が で き る 。 さ ら に 上 記記録 を 定期的 に 行 う こ と に よ り 、 病態 に 対 す る 信頼 度 の 高 い 診 断情 報 が得 ら れ る と と も に 、 病変 に 対 す る 予 防 情 報 を 得 る こ と が で き る 等 の 優 れ た 効 果 を 奏 す る 。

Claims

請 求 の 範 囲

1. パ ル サ 一 に 接続 さ れ、 多 重反射 し た 干渉反射波 の 頭蓋内 エ コ ー を 受信す る 探触子 と 、 そ の 受信 し た ェ コ ー を 増幅す る レ シ ー バ と 、 増幅 さ れ た 前記 エ コ ー の う ち 、 心拍 に 連動 す る 所定 の エ コ ー の 時間幅で ゲ - ト を か け そ の ゲ一 ト 内 波形を 出 力 す る ゲ 一 ト 面路 と 、 該出力 波形 の ピ ー ク 値を 連続的 に 記録す る 記録 装置 と を 備え た 頭蓋 内圧 の 記绿装置。