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JP3121845B2 - 末梢動脈モニタリング機器 - Google Patents

末梢動脈モニタリング機器

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JP3121845B2
JP3121845B2 JP02411901A JP41190190A JP3121845B2 JP 3121845 B2 JP3121845 B2 JP 3121845B2 JP 02411901 A JP02411901 A JP 02411901A JP 41190190 A JP41190190 A JP 41190190A JP 3121845 B2 JP3121845 B2 JP 3121845B2
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cuff
pressure
volume
arterial
air
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Critikon Inc
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Publication date
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    • A61B5/022—Measuring pressure in heart or blood vessels by applying pressure to close blood vessels, e.g. against the skin; Ophthalmodynamometers
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  • Measuring Volume Flow (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の分野】 本発明は、末梢血管系に関する情報を提
供するモニタリング機器、特に、動脈の容積、断面積、
およびコンプライアンスに関する医学的診断情報を提供
する上記機器の使用に関する。
【０００２】
【従来技術】 動脈硬化および高血圧の医学的症状は、早
期診断と治療を必要とする潜在的に衰弱性でかつ生命に
脅威を与える症状である。これらの症状は、動脈血流量
および速度の変化、さらに、血圧変化に対する動脈組織
の応答によって特徴付けられる。これらの動脈特徴に関
与している生理学的低下を本文では動脈コンプライアン
ス、これらの症状の変化に反応する血管系の能力とい
う。身体の動脈壁には、この壁に拡張し収縮する能力を
付与するコラーゲンおよび部分的にこの拡張および収縮
をコントロールする筋肉組織が含まれている。血管系コ
ンプライアンスには、変化する状況に対する動脈壁中コ
ラーゲンおよび筋肉の応答が含まれている。さらに、動
脈硬化の状況は、動脈壁に沿って脂肪質が堆積されるこ
とによっても特徴づけられる。これらの物質は動脈を閉
塞させ、血圧の変化状況に応答する動脈壁の能力を阻害
することができる。動脈硬化に特徴的な脂肪質はしたが
って動脈コンプライアンスを支配するもうひとつの因子
である。故に、高血圧および動脈硬化の医学的状況を診
断しまたは治療する際に動脈容積およびコンプライアン
スを分析的に把握できることが望ましい。
【０００３】患者の動脈容積およびコンプライアンスを
把握することは、麻酔をかける際にも利点がある。患者
に投与される麻酔剤の量は、術時の患者の生理学的反応
を消失させるためにちょうど十分なものとすべきであ
る。不十分な量の麻酔剤が投与されると、術前において
患者に挿管する際に心血管系は反射的に反応するであろ
う。この反応は、動脈容積およびコンプライアンスをモ
ニタリングし、かつ、挿管時におけるこれらの特徴の如
何なる低下も見落とさないことによって検出できる。心
血管反応は最初の術時切開の時点で検出でき、この時点
で動脈コンプライアンスまたは容積の低下によって麻酔
剤が不十分であることが再度認識される。したがって、
手術を受ける患者は、麻酔科医および外科医による動脈
容積およびコンプライアンスのモニタリングによって恩
恵を受けるであろう。
【０００４】動脈容積およびコンプライアンスの重要性
は、先行技術で認められてきた。William T.Linkに発行
された米国特許第３，９０３，８７２号、第４，５６
５，０２０号、第４，６５１，７４７号、第４，７１
２，５６３号を含む一連の特許の中で、動脈容積および
コンプライアンスの測定値を計算する方法および機器が
記載されている。これらの特許で記載されたリンク（Li
nk）の方法は、一連の標準的オシロメータによる血圧測
定値を得ることを含んでいる。患者の実際の血圧パルス
内の時間ｔで測定されたカフ圧力パルスｄＰを適用カフ
圧力の関数とする一次導関数を次に計算し、動脈容積変
化ΔＶを推論的に求める。リンクが示しているように、
この一次導関数は動脈容積変化ΔＶに対応している。こ
れらの計算値からプロットした曲線は、リンクによって
経壁圧の関数Ｖ／Ｐとして容積変化曲線に変換される。
次いで、この曲線はさらに微分されコンプライアンス曲
線ΔＶ／ΔＰを得る。
【０００５】米国特許第４，６６４，１２６号、第４，
６９７，５９６号、第４，６９９，１５１号、第４，６
９９，１５２号を含む第２群の特許の中で、リンクはこ
のような解析を、各カフパルスのピーク対ピーク値およ
び患者の拡張期圧および収縮期圧を用いてその患者自身
の容積曲線およびコンプライアンス曲線を計算する方法
に拡張している。すなわち、動脈圧力パルス情報から動
脈容積および圧力情報を推論的に求めて、さらにこの容
積および圧力曲線を用いて収縮期、拡張期および平均動
脈圧を求める。このリンクの方法では、圧力パルス測定
において血圧カフの膨張時にパルスデータをとるランプ
アップ法を利用している。しかしながら、圧力パルス測
定において現在好適とされているのは、収縮期圧を超え
る圧力レベルから血圧カフを段階的に収縮させて下降性
圧力段階、すわなち、血圧カフの膨張時に測定値を得る
方法である。さらに、リンクの方法は、動脈曲線を作図
に形成する点で推論的なものである。
【０００６】 なお、収縮期圧を超える圧力レベルから血
圧カフを段階的に収縮させて下降性圧力段階に測定値を
得る方法については、 Maynard Ramsey,IIIに発行された
米国特許第４，３４９，０３４号および４，３６０，０
２９号に記載されている。
【０００７】血管系コンプライアンスの測定に関する最
新の提案は、「ハートセーフ・プロダクト・コンセプト
（Hartsafe Product Concept）」として知られている。
この手順においては、患者のふくらはぎに圧力カフを結
び付け膨張させる。カフ圧力が７０ｍｍＨｇのレベルに
達したときに、このカフに１ｍｌの空気を注入すること
によって校正段階を開始する。このシステムでは、この
定量化した注入の結果生じる圧の変化を測定し、この変
化に基づいて校正係数を計算するものである。カフ拡張
を継続し、最小容積パルスシグナルまたは２２５ｍｍＨ
ｇの最大圧力値が達成されるまで容積パルスシグナルを
記録する。次に本システムは収縮シークエンス段階を開
始する。１０ｍｍＨｇの各圧力低下段階において、容積
パルスシグナルを記録する。この一連の工程を最小圧力
レベルに達するまで継続し、最小圧力レベルに達した時
点においてデータ取得を完了する。次いで、各１０ｍｍ
Ｈｇのカフ圧力低下における容積パルスおよびカフ圧力
シグナル、および先に記憶した校正シグナルを用いて
「シグナル調整」を行う。容積−圧力曲線、ピークコン
プライアンス、および他のパラメータが、この「シグナ
ル調整」によって得られる。「ハートセーフ」手法は、
リンクの手法に比べてより直接的な動脈容積の測定値で
あると考えられ、この手法においては、動脈容積は動脈
圧力パルスとの関連に基づき計算される。その理由は、
カフ容積の既知の変化に対するシステム反応の実際の測
定が「ハートセーフ」の校正段階時において行われるか
らである。しかしながら、この「ハートセーフ」手法は
単一回の校正容積の測定を行うのみでパルスシグナルに
より容積―圧力曲線を推論的に計算するものであるの
で、そのようなコンピュータ計算に用いる実際のデータ
は、リンク等の従来法と同様に推論的であるように考え
られる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】 動脈容積および動脈容
積の変化の直接的な測定に基づいて動脈容積およびコン
プライアンス情報が提供されることが望ましい。さら
に、このような容積測定データの取得時において、シス
テムの校正を単一回の容積測定により行うのではなく連
続的に再校正すること、または、最初の測定において極
めて正確な容積測定データを得ることによって校正の必
要性を完全に不要のものとすることがさらに望ましいで
あろう。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明の動脈容積の測定
を実行するための機器は、膨張可能なカフ（１０）と、
上記カフに接続された、カフをある圧力レベルまで膨張
し、このカフを段階的に収縮してカフ内の圧力レベルを
段階的に低下させる手段（５０,５２）と、上記カフ内
の圧力レベルを検出する手段（Ｐ T ）と、上記カフを膨
張および段階的に収縮する手段に連結された、カフから
空気を定量可能に排出する手段（６６,５８）と、上記
カフの収縮時にカフから段階的に排出された空気の容積
の変化および上記検出されたカフ圧力レベルの変化の関
数として動脈容積を決定する手段（１４）とを備えたも
のである。
【００１０】麻酔科医、外科医、または診断医に有用な
動脈容積に関する情報を表示したものは、経壁圧（ｍｍ
Ｈｇ）の関数として動脈容積（ｃｃ）または面積（ｍｍ
2 ）を表した曲線である。この曲線の正の圧力側の一定
の点においてこの容積または面積は有効動脈半径値Ｒに
よって表される。任意の点におけるこの曲線の傾きｄ Ｖ
／ｄＰは動脈コンプライアンスを示し、ｄＶ／ｄＰを経
壁圧の関数としてプロットしたものは動脈コンプライア
ンス曲線を示す。
【００１１】本発明の原理に従えば、患者の動脈容積お
よびコンプライアンスはこの形式で表され、かつそれに
対応してＲの経時的値が計算されディスプレイされる。
このデータのディスプレイは、麻酔科医に対して患者の
動脈およびコンプライアンス特徴に関する情報を提供
し、かつ、動脈容積に経時的に起こる変化に関する情報
を提供する。これによって麻酔科医は、手術過程におけ
る挿管または切開に対する如何なる心血管系の反応をも
検出できるようになるであろう。それによって、患者に
対し麻酔剤を正確に運搬することが促進される。
【００１２】上述のディスプレイはさらに、ある一定の
経壁圧において動脈コンプライアンスｄＶ／ｄＰを診断
またはモニタリングを受ける患者のために提供すること
によって増強される。ｄＶ／ｄＰの最大値はピーク動脈
コンプライアンスと言われ、同様にこの情報から確認す
ることができる。臨床医にとって有用であるようなこの
情報のもうひとつのディスプレイは、モニタリング機器
の血圧カフを装着する四肢の周囲に関する動脈容量Ｒを
示すことになる。
【００１３】本発明の別の側面によれば、このディスプ
レイフォーマットを変化させることで、あらゆる手術侵
襲が開始される前に患者の動脈容積のディスプレイが表
示できることである。これに対応して、手術侵襲の進行
にともない動脈容積データを同時にディスプレイするこ
とができる。このデータを比較することによって麻酔科
医は手術時において身体刺激に対する心血管系の反応情
報を得る。
【００１４】本発明の別の側面によれば、動脈断面積お
よびコンプライアンスを測定する機器が提供され、本機
器では、身体末梢部の圧力カフが動脈血管を閉塞する圧
力レベルまで拡張される。次に、カフを収縮させ、圧力
低下レベルに対応して圧力測定値を調べる。収縮時にお
いて排除される空気は、排除される空気の容積を求める
ための手段によってカフから排除される。この手段は、
例えば、既知の特性を 有する開口またはトランスファー
容積、または流量測定機器から校正される。圧力測定を
行う各点において、カフから排除される空気の容積は詳
細に既知であるか、または、即座に得られる容積測定校
正に基づいて計算される。したがって、本機器によって
行われる動脈容積およびコンプライアンスを求める際に
は、従来の「ハートセーフ」手法のように先の事前校正
段階に基づく唯一の校正係数の使用に依存する必要性は
全くない。
【００１５】本発明によれば、圧力カフから空気が除去
されるので、振動圧力ピークおよび圧力関数としてのカ
フ容積の変化がカフ圧力のある範囲にわたって記録され
る。この情報から振動容積が計算される。カフ圧力の範
囲における振動容積測定値および収縮期および拡張期圧
レベルの従来の測定に付いての知識から、患者の動脈容
積およびコンプライアンス曲線が再校正される。したが
って、血圧、および経壁圧および／または時間に関連す
る動脈容積、断面積、およびコンプライアンスに関する
正確でかつ完全な情報が医師に提供されモニタリングお
よび診断が行われる。
【００１６】
【好適な実施形態の説明】 図１に関して最初に述べる
と、本発明の原理にしたがい構成された末梢動脈モニタ
リング機器は、患者の脚部に利用した状態で示されてい
る。本機器には、患者の大腿部を巻いている長さｌを有
する従来の血圧カフ１０が含まれている。このカフ１０
は身体の如何なる末梢部位にも適用できしかも従来はほ
とんど上腕に適用されているが、大腿部は動脈硬化等を
引き起こす閉塞性物質の堆積が最初に顕現するところで
あるので一部の手順においては大腿部を利用するのが好
適である。他の用途では、上腕または指がカフの適用に
好適部位とされる場合がある。カフ１０は、チューブ１
２によってモニターおよびプロセッサー１４に接続され
る。モニターおよびプロセッサー１４は、血圧測定を含
む血管系測定の実施において機器を始動させかつ調整す
るためのいくつかのコントロールを有している。モニタ
ーおよびプロセッサーは、また、動脈容積測定時におい
て採取されたデータを、数字でまたは好適には図２ａお
よび図２ｂに示したようにグラフ形態のいづれかでディ
スプレイするディスプレイ１６を含んでいる。さらに、
モニターおよびプロセッサーは、患者の動脈容積および
コンプライアンス決定につながる測定を行っている間の
カフ１０の拡張および収縮をコントロールするコントロ
ール付き空気送入装置を装備している。
【００１７】図２ａおよび図２ｂは、これらの測定値を
介して得られた情報をディスプレイするためのいくつか
の好適な手法を例示したものである。図２ａのディスプ
レイの上部には、動脈容積（または面積）対経壁圧のグ
ラフによるディスプレイがなされる。末梢体部位におけ
る動脈には血液が潅流しているので、動脈が拡張すると
その容積は曲線２０の右側部によって示したように増加
する。曲線２０の右側部の高さは、また、血管に血液が
充満したときの動脈血管Ｒの有効半径を示している。曲
線２０の傾きｄＶ／ｄＰは動脈コンプライアンスを示し
ており、ｄＶ／ｄＰが最大値を示す点は、一般にピーク
動脈コンプライアンスと言われている。したがって、図
２ａの上のグラフは医師に対し、カフが固定された脚部
における動脈容積、コンプライアンス、および有効動脈
半径に関する情報を提供する。
【００１８】図２ａのディスプレイには、動脈容積対経
壁圧グラフの下に、有効動脈半径Ｒの経時的変化が示さ
れる。このパラメーターは麻酔科医がモニターし、術時
における体反応に関する情報を提供する。図面に例示し
たＲ対時間の曲線２２は、２３によって示された時点以
外では実質的に平坦であると見なされる。Ｒ値における
この減少は、例えば、挿管または切開のようなある物理
的侵襲が患者に対して行われた時点と一致する。この患
者がこの時点で十分に麻酔されていなかったならば、心
血管系は身体動脈を収縮させることによって反応し、動
脈血管の有効半径は低下するであろう。したがって、曲
線２２のＲ値における低下は、麻酔科医に対して当患者
が十分に麻酔されていなかったこと、さらに患者を楽に
することおよび安全のために麻酔剤が必要であることを
示唆するであろう。
【００１９】図２ｂは、麻酔科医にとって役に立つ動脈
容積およびコンプライアンス情報のもうひとつのディス
プレイを示すものである。このディスプレイでは、麻酔
剤投与前の容積対圧力情報が表示される。患者の平常動
脈容積のこの曲線は、Ｖ／Ｐinit. 、すなわち、モニタ
ーおよびプロセッサーによって決定される初期曲線と呼
ばれる。麻酔剤投与の進行にともない、患者の心血管系
は、動脈血管を収縮させたりまたは拡張させたりして反
応するであろう。現在の容積対圧力曲線は周期的に計算
され初期曲線と対応させて表示される。現在の曲線を図
２ｂではＶ／Ｐcurr. と表示する。したがって、図２ｂ
のディスプレイは麻酔科医に対し現在の動脈容積および
コンプライアンスと麻酔剤投与前の患者の平常時動脈容
積およびコンプライアンスの連続比較を提供する。
【００２０】図３ａおよび図３ｂは、モニターおよびプ
ロセッサー１４によって測定されたパラメーターを示す
動脈の断面図を例示したものである。Ｒ値は、図３ａに
示したように動脈３０の半径である。カフは、カフが巻
いている脚部部位における動脈血管を包囲するので、Ｒ
値はある特定の動脈の半径ではなくして、実際にはカフ
１０内の動脈全ての半径の総和である。したがって、本
機器は、カフ内の動脈血管全てについての有効半径であ
るＲ値を提供する。
【００２１】動脈３０は、動脈壁３２によって境界を明
確にされる。動脈壁は主に２種の物質、コラーゲンおよ
び平滑筋組織で構成されている。コラーゲンは、動脈に
対して可とう性、すなわち、伸展し変形する能力を付与
する。このゴム状特性は動脈コンプライアンスに対する
ひとつの寄与因子であり、かつ、動脈の能動的特性であ
る。筋組織は神経によってコントロールされ、身体神経
組織のコントロール下に動脈の伸展性と変形性を付与す
る。この伸展性および変形性は、動脈の活発な特徴であ
る、これらはまた、動脈コンプライアンスにおけるひと
つの因子でもある。動脈容積およびコンプライアンス
は、また、動脈内壁への脂肪質の堆積による動脈硬化す
なわち動脈の硬化の症例においても影響を受ける。この
状況を図３ｂに示した。この図では、物質の堆積は動脈
壁を覆う３４で示されている。動脈筋収縮または血圧変
化の影響下で伸展しまたは収縮する動脈の能力は、この
脂肪質の内層によって悪影響を受け、これは、こうした
動作を歪めることができる。この物質は動脈の内部容積
部位を占拠するので、有効血管半径Ｒ’は、これらの物
質の存在によって減少する。
【００２２】１本の動脈または動脈群のＲ値が既知であ
れば、この位置における動脈の断面積の計算は式Ａ＝π
Ｒ2 を実行することによって行うことができる。動脈面
積のこの計算から、動脈容積Ｖは、有効面積Ａを包囲す
るカフ１０の長さｌをこの面積に掛け合わせることによ
って計算できる。したがって、Ｖを測定することでＲそ
の他の値が求められるであろう。
【００２３】図４は、従来の「ハートセーフ・プロダク
ト・コンセプト」に基づく動脈容積およびコンプライア
ンスを測定するための配置を示したものである。図４
は、血圧カフ１０を巻き付けた体脚部４０を断面で示し
たものである。脚の皮膚線は４１で示してある。脚の断
面は、脚の中央の骨４２および脚を通過する動脈４４を
示している。動脈４４は、カフが適用され膨張する前
の、血液の送入時において拡張している状態の動脈を示
したものである。カフが最大圧力まで膨張した後におい
て、４４’で示したように動脈が閉塞されるであろう。
カフ１０は、空気送入チューブ１２によってポンプ５０
に接続される。ポンプ５０は、測定サイクル開始点にお
いてカフ１０に空気を送入する。図４の配置は、空気送
入装置に接続される校正チェンバー５４を含めることに
よって上述の「ハートセーフ・プロダクト・コンセプ
ト」のプロセスを行うように変形されている。上記で説
明したように、膨張サイクルの開始時において、ポンプ
５０を停止し、空気１ｍｌがカフの空気送入装置に注入
される。これは、ピストン５６をチェンバー５４内で右
に動かして空気１ｍｌをチェンバーから排除することに
よって達成される。空気送入装置の全要素が実質的にコ
ンプライアントでないとすれば、この空気１ｍｌ容積は
脚４０を１ｍｌ分だけ圧縮することになる。脚内部の全
ての組織および構造が本来実質的に液体でありそれゆえ
に実質的にコンプライアントでないと仮定されるなら
ば、ピストン排除の効果は、血液１ｍｌをカフの覆いの
中にある血管系から排除することになる。
【００２４】この空気注入の前後において圧測定を行う
ことによって、「ハートセーフ・プロダクト・コンセプ
ト」のプロセスで測定サイクルの開始時における校正係
数が計算される。このポンプは４４’によって示したよ
うにカフを膨張させ完全に動脈血管を閉塞させる。する
と、収縮サイクルが開始する。収縮時において、収縮バ
ルブ５２が開閉し、空気送入装置から徐々に空気を排除
する。各圧力段階において圧力トランスデューサーＰT
によって得られた測定値はカフ圧力レベルに対応して保
存され、収縮サイクルの終了時におけるシグナル調整
（プロセシング）でその後用いられる。
【００２５】図４の配置は、校正チェンバー５４を包含
することによる空気構造、コントロールおよび操作の複
雑性を示すことがわかる。さらに、校正段階は、膨張サ
イクルの開始時においてたった１回のみ行われる。
【００２６】第５図は、本発明の末梢動脈容積およびコ
ンプライアンス測定システムを例示したものであり、本
システムは、こうした構造的および操作の複雑性の必要
性を排除する。図５において、血圧カフ１０は、断面で
示した患者の大腿部６０の周囲に巻かれている。大腿骨
６２は、大腿の中央に示されており、大腿の皮膚線は６
１で示されている。大腿骨動脈は非閉塞状況下において
６４で例示されており、閉塞状況下で６４’で示されて
いる。カフ１０は空気送入チューブ１２によってポンプ
５０、圧力トランスデューサーＰ T 、収縮バルブ５２に
接続されている。予め断面積が決定された開口（オリフ
ィス）６６が、収縮バルブ５２の出口に位置している。
【００２７】操作においては、図５の空気挿入装置は、
クリティコンダイナマップ（Critikon Dinamap）TM８１
００のような段階収縮自動血圧モニターの従来法で操作
される。カフ１０は、ポンプ５０によって収縮期圧を超
える、完全に動脈６４’を閉塞するに十分となる圧力ま
で膨張される。その後、カフ圧力は段階的に下げられ、
カフ圧力および振動パルスは、圧力トランスデューサー
ＰT から記録される。収縮サイクル時における圧力段階
を２種、図６に示す。２段階のカフ圧力は、Ｐ1 および
Ｐ2 であり、さらに、振動パルスは、ＰOSC として示さ
れる。カフ圧力は、およそ８ｍｍＨｇの減少幅で段階的
に低下する。空気送入装置から排除される空気は既知の
大きさの開口６６から除去されるので、各段階間で除去
された空気の容積が気体則ＰＶ＝ｎＲＴ、（式中、Ｐは
圧力、Ｖは容積、ｎはアボガドロ定数、Ｒは気体定数、
およびＴは絶対温度である）から誘導される流量式から
計算できる。開口６６の出口側における圧力は大気圧で
あり、開口６６の収縮バルブ５２側の圧力は収縮バルブ
が開である時のカフ圧力であるので、気体流量は、開口
サイズおよび収縮バルブが開となった時点の知識から計
算できる。収縮バルブが開となっている間の時間を図６
でΔｔとして表した。
【００２８】本発明の実施態様において、空気送入装置
からの空気の流量（ＦＬＯＷ）は下記の式から計算され
る。
【００２９】
【数１】
【００３０】式中、Ｐは開口６６を横切る圧力であり、
数値７６０は規格大気圧の調整係数であり、さらに、γ
は断熱定数である。典型的な収縮サイクルにおける開口
６６を横切る圧力の関数としての１ｃｍ2 開口を通る流
量を、図９においてグラフで示してある。液体の流量を
測定するその他の既知の方法を、同様に用いることがで
きる。例えば、ある実施態様における開口が理論的モデ
ルに適合しないならば、経験的に近似できる。
【００３１】各段階間の流量ＦＬＯＷがわかったら、各
段階低下において除去される空気容積ΔＶ n は下記式か
らコンピュータ計算できる。
【００３２】
【数２】
【００３３】式中、Ａeqは開口の等価面積であり、ＦＬ
ＯＷn は二つの圧力段階間の流量であり、さらにΔｔn
は収縮バルブが前記二つのの圧力段階間で開となってい
る時間である。ＦＬＯＷは先の式から既知であり、開口
の等価面積は既知であり、さらに収縮バルブが開となっ
ている時間はこのバルブが開となっている間作動するデ
ジタルクロックによって測定される。ＦＬＯＷ計算は既
知の開口およびその時の圧力に基づいて各収縮段階につ
いて行われるので、ＦＬＯＷ計算値の再校正または変形
は全く必要でないしまたは要求されてもいない。
【００３４】先のデータから、ΔＶn 値およびそれらが
得られたそれぞれのカフ圧力差の比率が求められ、その
比率は下記の形で表される。
【００３５】
【数３】
【００３６】式中、ΔＰdecrは、それぞれの圧力段階に
おいてＰ1 −Ｐ2 に等しい。この比率およびＰosc の記
録された値から、容積振動Ｖ osc は各段階低下について
下記の式で計算できる。
【００３７】
【数４】
【００３８】各段階低下に用いたＰosc n の値は、ひと
つの段階から次の段階への振動パルス強さの変動が極め
て小さいことにより、Ｐ1 段階、Ｐ2 段階、またはこの
２つの平均における振動パルスの強さとなる。どちらの
手法を用いるにしても、それは、段階値の全範囲に一貫
して適用される。容積振動Ｖosc および振動パルスＰ
osc をカフ圧力Ｐ cuff の関数として表す曲線を図１０に
示す。
【００３９】収縮サイクルにおけるこれらの容積振動値
を用いて、動脈容量曲線を２段階操作でコンピュータ計
算できる。第１の段階は、Ｖosc n 値および従来法でダ
イナマップ（Dinamap TM）で求めた拡張期圧および収縮
期圧の値についての知識から「再構成（Ｒecon）曲線」
をコンピュータ計算することである。第２の段階は、こ
のカフ内圧力に対する再構成曲線を収縮期圧に対する動
脈経壁圧に座標系変換することによって、動脈容積曲線
をコンピュータ計算することである。再構成（Ｒecon）
曲線をコンピュータ計算する式は、下記の形で表され
る。
【００４０】
【数５】
【００４１】式中、Ｓは収縮期圧、Ｄは拡張期圧であ
り、収縮期圧マイナス拡張期圧の差Ｓ−Ｄは本文でパル
ス圧力と称する。ここで、（Ｐ cuff ＋Ｓ−Ｄ）がＰ
cuff max （Ｐ cuff max は特定の測定に用いられる最大カ
フ圧力である）より大きいとき、下記の式が成り立つこ
とが知られている。
【００４２】
【数６】
【００４３】これは、最大カフ圧力において四肢の動脈
が完全に閉塞されているという知識から得られるもので
ある。再構成曲線の式（数５）は式の両辺において値Ｒ
econn を含むことがわかる。したがって、この式は、ｎ
＝１・・・Ｎ（ここで、１・・・Ｎは収縮段階レベルで
ある）について循環的に解かれる。各点Ｒeconn （Ｐ
cuff）をカフ圧力Ｐ cuff の関数としてグラフにプロット
したものを、先に図１０に示したＶosc 曲線と比較し
て、図１１に点線の曲線Ｒeconとして示す。図１１か
ら、Ｒecon曲線は、収縮期圧Ｐの近辺またはそれ以上の
圧においてＶ osc 曲線に収束するのがわかる。
【００４４】Ｒecon n データ点を用いて、実際にはＲec
on曲線を収縮期圧Ｐsystolicの軸の周りに変換すること
によって、経壁圧Ｐ transmural の関数として動脈容積を
計算できる。この変換を行うための式は下記の形で表さ
れる。
【００４５】
【数７】
【００４６】この変換によって得られる動脈容積曲線
は、図２ａの曲線２０および図２ｂの曲線の一般的形状
である。
【００４７】動脈容積曲線をプロットしかつディスプレ
イするために用いられるデータ点から、図２ａに示すよ
うなディスプレイが容易に作成される。ＲおよびｄＶ／
ｄＰを選択しディスプレイするための標準点はいくつか
の方法で選択できる。例えば平均動脈圧を従来の方法で
コンピュータ計算し、この平均動脈圧値を、Ｒおよびｄ
Ｖ／ｄＰを選択しディスプレイするための圧力として使
用することができる。別の方法では、ｄＶ／ｄＰが最大
すなわちピーク動脈コンプライアンスとなる圧力を、Ｒ
およびｄＶ／ｄＰを選択しディスプレイするための標準
圧力として用いることができる。第３の方法では、医師
は、図２ａの上の曲線の横軸の経壁圧値を、Ｒおよびｄ
Ｖ／ｄＰを選択しディスプレイするための圧力として選
択する。選択された圧力点におけるこの曲線の傾きを計
算して動脈コンプライアンスｄＶ／ｄＰを求めることが
でき、この選択された圧力点における容積曲線の傾きか
らＲ値が得られる。
【００４８】手術時において、本機器は自動的に何度も
始動され、各回ごとにＲ値を見つける。このＲ値を次に
図２ａの下部に示したように時間の関数としてディスプ
レイする。一方、手術開始時において計算された容積曲
線を保存し、図２ｂに示したフォーマットで最新の計算
された曲線で連続的に表示する。
【００４９】このデータから得ることができ臨床医にと
って有用であるもう一つのディスプレイは、術時におけ
る患者の動脈コンプライアンスの経時的変化を示すｄＶ
／ｄＰ対時間のプロットである。患者の心血管系の有効
性を測るために、もう一つのディスプレイは、Ｒ（また
は動脈面積または容積）を四肢の大きさの関数として表
示することである。四肢の大きさは、カフを装着した四
肢の周囲を測定することおよびこの情報をモニターおよ
びプロセッサーに入力することによって得られる。この
四肢の周囲（または計算された四肢の半径または断面
積）のＲ（または動脈面積または容積）に対する比率
は、心血管系の効率を示すものである。
【００５０】図５の開口６６に対する代替手段として、
排出空気の流量を測定するフローメータを用いて、収縮
バルブ５２の出口における流量を直接測定することもで
きる。
【００５１】 別の異なる実施態様は、図７および図８に
示したように既知量のトランスファー容積を用いること
である。トランスファー容積Ｖ tr は、中間排出バルブ
５２ａおよび収縮バルブ５２間の容量測定空間の全体か
らなる。中間排出バルブ５２ａおよび収縮バルブ５２間
には容器５８が設けられ、容器５８の大きさを選択し
て、全トランスファー容積を所望の容積とする。カフ１
０を収縮するために、まず排出バルブ５２ａを先に閉鎖
した後、収縮バルブ５２を閉鎖する。この２つのバルブ
間におけるトランスファー容積Ｖ tr 中の空気はこの時
大気圧７６０ｍｍＨｇとなっている。次に、ポンプ５０
によりカフ１０をカフ圧力Ｐ 1 まで膨張させた後に、排
出バルブ５２ａを開放すると、この圧縮された空気がト
ランスファー容積にトランスファーすることによってカ
フ圧力がＰ tr まで低下する。カフから除去されてトラ
ンスファー容積にトランスファーした加圧空気の容積
は、新 規カフ圧力Ｐ tr およびトンスファー容積Ｖ tr の
既知の容積についての知識から、排出バルブ５２ａを開
く前後におけるトランスファー容積について断熱圧縮の
式ＰＶ γ ＝一定より誘導される下記の式を用いて容易に
コンピュータ計算できる。
【００５２】
【数８】
【００５３】式中、△Ｖc はカフ圧力Ｐtr においてカ
フから除去された空気の容積であり、Ｐtr はｍｍＨｇ
で表される。このトランスファーされる容積は、トラン
スファー容積の変化に対するトランスファー前後のカフ
圧力低下△Ｖtr ／（Ｐ1 −Ｐtr ）と関連を有してお
り、圧力低下に基づき容積振動をコンピュータ計算する
ための係数となる（数９）。
【００５４】
【数９】
【００５５】次に、収縮バルブ５２を開放し、双方のバ
ルブを開の状態とすると、空気はカフの空気挿入装置か
ら排出される。圧力トランスデューサーＰT によりカフ
圧力がＰ 2 に到達するまでモニターし、カフ圧力がＰ 2
に達した時点で中間排出バルブ５２ａを閉鎖する。次に
収縮バルブ５２を閉鎖し、次の段階の圧力低下に備える
ためにトランスファー容積を大気圧で安定化させる。こ
のトランスファー容積方法は、およそ８ｍｍＨｇの圧力
段階低下を使用するダイナマップ（Dinamap ）TM８１０
０のような標準的な血圧モニターにおいて従来から使用
されている総圧力段階Ｐ1 −Ｐ2 を使用できるように有
効に用いられる。したがって、標準的な自動化非侵襲的
血圧モニターによって得られる通常の血圧測定の過程に
おいて、動脈容積およびコンプライアンスを得ることが
できる。
【００５６】なお、本発明の動脈容積の決定方法は非侵
襲的なものであり、医師等の医療従事者に限らず、一般
の人々も使用することができる。この動脈容積の非侵襲
的決定方法に係る発明の具体的実施態様は次のとおりで
ある。 （１）体末梢部（６０）の周囲のカフ（１０）をある圧
力レベルまで膨張させるステップと、 上記カフを段階的
に収縮してカフ内の圧力レベルを段階的に低下させるス
テップと、 上記カフの収縮時にカフ内の圧力を検出する
ステップと、 上記カフの収縮時にカフから段階的に除去
される空気の量を決定するステップと、 上記カフから排
出された空気の容積および上記検出されたカフ圧力の関
数として動脈容積を決定するステップと、を有する動脈
容積の非侵襲的決定方法。 （２） 前記カフの収縮時にカフから段階的に除去される
空気の量を決定するステップは、既知の径の開口を（６
６）を通る空気の流量（ＦＬＯＷ）を測定することを含
む実施態様（１）に記載の方法。（３） 前記カフの収縮時にカフから段階的に除去される
空気の量を決定するステップは、既知の容積の容器（５
８）からトランスファーされる空気の容量（Ｖtr）を測
定することを含む実施態様（１）に記載の方法。（４） 体末梢部（６０）の動脈容積をカフ圧力
（Ｐcurr）の関数として計算するステップをさらに有す
る実施態様（１）に記載の方法。（５） 体末梢部（６０）の動脈容積を経壁圧（Ｐ
transmural）の関数として計算するステップをさらに有
する実施態様（１）に記載の方法。（６） 前記計算ステップは体末梢部（６０）の動脈容積
を収縮期圧（Ｓ）の関数として計算するステップを含む
実施態様（５）に記載の方法。（７） 前記カフの収縮時にカフから段階的に除去される
空気の量および前記検出されたカフ内の圧力レベルの関
数として振動容積（Ｖosc）を計算するステップと、前
記検出されたカフ内の圧力レベルの関数として収縮期圧
（Ｓ）および拡張期圧（Ｄ）を決定するステップと、前
記振動容量、カフ圧力、拡張期圧および収縮期圧の関数
として動脈コンプライアンスをコンピュータ計算するス
テップと、を有する実施態様（１）に記載の方法。
【００５７】また、動脈容積の測定を実行するための機
器に係る発明の具体的実施態様は次のとおりである。（８） 前記動脈容積を決定する手段は、動脈コンプライ
アンスをコンピュータ計算する手段を含む請求項１ない
し請求項９のいずれかに記載の機器。（９） 前記動脈容積を決定する手段は、動脈コンプライ
アンスをコンピュータ計算する手段を含み、前記動脈容
積をディスプレイする手段は、動脈コンプライアンスを
ディスプレイする手段を含む請求項８または請求項９に
記載の機器。
【図面の簡単な説明】
【図１】体の大腿部に装着された本発明の末梢動脈モニ
タリング機器を例示した図である。
【図２】図１の機器による２種の血管情報ディスプレイ
を例示した図である。
【図３】図２の情報ディスプレイに関連させて体末梢四
肢を例示した図である。
【図４】従来の「ハートセーフ」手法による動脈モニタ
リング機器の体四肢との接続を概略的に例示した図であ
る。
【図５】カフ収縮により排気された空気の容積を測定す
るために開口を利用する本発明の末梢動脈モニタリング
機器を概略的に例示した図である。
【図６】カフ収縮により排気された空気の容積を校正す
るために開口を利用した段階的収縮をグラフで示した図
である。
【図７】カフ収縮により排気された空気の容積を測定す
るためにトランスファー容積を用いる本発明の末梢動脈
モニタリング機器を概略的に例示した図である。
【図８】カフ収縮により排気された空気の容積を校正す
るためにトランスファー容積を利用した段階的収縮をグ
ラフで示した図である。
【図９】開口を横断する流量を圧力に対してグラフで示
した図である。
【図１０】振動圧力をカフ圧力に対してグラフで示した
図である。
【図１１】再構成された振動容積をカフ圧力に対してグ
ラフで示した図である。
【符号の説明】
１０ 血圧カフ １２ 空気チューブ １４ モニターおよびプロセッサー ３０ 動脈 ３２ 動脈壁 ３４ 内層 ４０ 体脚部 ４１ 皮膚線 ４２ 骨 ４４ 動脈 ５０ ポンプ ５２ 収縮バルブ ５２ａ 排出バルブ ５４ 校正チェンバー ５６ ピストン ６０ 大腿部 ６１ 皮膚線 ６２ 大腿骨 ６４および６４ 動脈 ６６ 開口
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭50−33676（ＪＰ，Ａ) 特表 昭62−500425（ＪＰ，Ａ) 特表 昭62−500077（ＪＰ，Ａ) 特表 昭61−502726（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) A61B 5/02 - 5/0295 G01F 1/00,22/02 実用ファイル（ＰＡＴＯＬＩＳ) 特許ファイル（ＰＡＴＯＬＩＳ)

Claims (9)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】膨張可能なカフ（１０）と、 上記カフに接続された、カフをある圧力レベルまで膨張
    し、このカフを段階的に収縮してカフ内の圧力レベルを
    段階的に低下させる手段（５０，５２）と、 上記カフ内の圧力レベルを検出する手段（ＰT ）と、 上記カフを膨張および段階的に収縮する手段に連結され
    た、カフから空気を定量可能に排出する手段（６６，５
    ８）と、 上記カフの収縮時にカフから段階的に排出された空気の
    容積の変化および上記検出されたカフ圧力レベルの変化
    の関数として動脈容積を決定する手段（１４）と、 を備えた動脈容積の測定を実行するための機器。
  2. 【請求項２】前記カフを膨張および段階的に収縮する手
    段（５０，５２）に連結された、カフから空気を定量可
    能に排出する手段が、既知の径の開口（６６）を有する
    請求項１に記載の機器。
  3. 【請求項３】前記カフを膨張および段階的に収縮する手
    段（５０，５２）に連結された、カフから空気を定量可
    能に排出する手段が、前記カフから加圧空気をトランス
    ファーするための既知の容積の容器（５８）を有する請
    求項１に記載の機器。
  4. 【請求項４】前記カフを膨張および段階的に収縮する手
    段（５０，５２）に連結された、カフの収縮時にカフか
    ら除去される空気の容積を測定する手段を備え、これに
    より前記動脈容積決定手段（１４）が校正される請求項
    １ないし請求項３のいずれかに記載の機器。
  5. 【請求項５】前記カフを膨張および段階的に収縮する手
    段（５０，５２）に連結された、カフの収縮時にカフか
    ら段階的に除去される空気の量（ΔＶn ,ΔＶtr）を決
    定するための手段を備えた請求項１ないし請求項４のい
    ずれかに記載の機器。
  6. 【請求項６】前記カフの収縮時におけるカフからの空気
    の段階的低下量（ΔＰdecr，Ｐ1 −Ｐtr）をカフ圧力
    （Ｐcurr）の関数として決定する手段と、 前記決定された空気の段階的低下量に応じて振動容積
    （Ｖosc ）の値をコンピュータ計算する手段と、 前記振動容積の値およびカフ圧力の関数として動脈容積
    をコンピュータ計算する手段とを備えた請求項５に記載
    の機器。
  7. 【請求項７】カフ圧力（Ｐcurr）の関数として収縮期圧
    （Ｓ）および拡張期圧（Ｄ）を決定する手段と、 前記決定された振動容積の値および前記決定された収縮
    期圧および拡張期圧の値からカフ圧力の関数として再構
    成（Ｒecon）曲線をコンピュータ計算する手段と、 前記カフ圧力に関する再構成曲線を収縮期圧の軸につい
    て座標系変換して経壁圧（Ｐtransmural）の関数として
    動脈容積をコンピュータ計算する手段と、を備 えた請求項６に記載の機器。
  8. 【請求項８】動脈容積を圧力の関数としてディスプレイ
    する手段と、 動脈容積を時間の関数としてディスプレイする手段と、 をさらに備えた請求項１ないし請求項７のいずれかに記
    載の機器。
  9. 【請求項９】血流中に物質を導入する前に動脈容積をデ
    ィスプレイする手段と、 血流中に物質を導入した後の動脈容量を比較に基づいて
    ディスプレイする手段とを備えた請求項１ないし請求項
    ８のいずれかに記載の機器。
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