JP6509901B2 - 中心腔潅流計算 - Google Patents

Description

患者における中心腔（例えば、胸郭）の潅流及びこの潅流における変化は、患者の心血管状態を評価するのに非常に有益な情報である。

中心腔の潅流を定量化するための多数の試みが行われた。

しかしながら、中心腔の潅流を定量化する既存のシステム及び方法は、非効率的で、扱いにくく、及び／又は侵襲的である。例えば、胸部電気インピーダンス法は、患者においてストラップ／ケーブルと共に、追加のセンサの配置を必要とする。ドップラー血流測定法も、中心腔の潅流を定量化するために使用されることができるが、連続的な測定を提供せず、装置として大きく、高価であり、臨床医による手動の使用を必要とする。潅流及び心拍出量情報を算出するため、中央静脈圧（ＣＶＰ）測定を使用することもできるが、これは侵襲的カテーテルの使用を含む。

例示的な実施形態は、患者の潅流をモニタする方法を含む。この方法は、第１の電極を介して、上記患者の胸部にわたり印加される電圧のインジケーションを受信するステップと、第２の電極を介して、上記印加される電圧から生じる上記患者の胸部にわたる電流の測定を受信するステップと、上記印加される電圧及び上記測定される電流に基づき、インピーダンスベースの呼吸レート波形を生成するステップと、上記患者の鼓動に対する上記呼吸レート波形のフーリエ変換を生成するステップと、上記フーリエ変換において心臓アーチファクトを分離するステップと、上記分離された心臓アーチファクトに基づき、上記患者の胸腔の潅流を示す潅流波形を生成するステップとを有する。

例示的な実施形態は、患者の潅流をモニタするシステムも含む。このシステムは、上記患者の胸部にわたり電圧を印加する第１の電極と、上記印加される電圧から生じる上記患者の胸部にわたる電流を測定する第２の電極と、上記印加される電圧及び上記測定される電流に基づき、インピーダンスベースの呼吸レート波形を生成し、上記患者の鼓動に対する上記呼吸レート波形のフーリエ変換を生成し、上記フーリエ変換において心臓アーチファクトを分離し、及び上記分離された心臓アーチファクトに基づき、上記患者の胸腔の潅流を示す潅流波形を生成するプロセッサとを有する。

例示的な実施形態は更に、プロセッサにより実行可能な一セットの命令を含む非一時的コンピュータ可読ストレージ媒体を含む。この一セットの命令が、プロセッサにより実行されるとき、上記プロセッサに、第１の電極を介して、上記患者の胸部にわたり印加される電圧のインジケーションを受信するステップと、第２の電極を介して、上記印加される電圧から生じる上記患者の胸部にわたる電流の測定を受信するステップと、上記印加される電圧及び上記測定される電流に基づき、インピーダンスベースの呼吸レート波形を生成するステップと、上記患者の鼓動に対する上記呼吸レート波形のフーリエ変換を生成するステップと、上記フーリエ変換において心臓アーチファクトを分離するステップと、上記分離された心臓アーチファクトに基づき、上記患者の胸腔の潅流を示す潅流波形を生成するステップとを含む処理を実行させる。

本発明の例示的な実施形態によるシステムの概略的な様子を示す図である。 本発明の例示的な実施形態による方法のフローダイアグラムを示す図である。 患者の例示的なインピーダンスベースの呼吸レート波形のグラフを示す図である。 図３の呼吸レート波形の例示的なフーリエ変換を示す図である。 図４のフーリエ変換を介して特定される心臓アーチファクトに基づかれる例示的な潅流波形のグラフを示す図である。

例示的な実施形態が、以下の説明及び添付の図面を参照して更に理解されることができる。図面において、同様な要素は、同じ参照番号で参照される。例示的な実施形態は、患者の心血管状態を評価するシステム及び方法に関する。特に、例示的な実施形態は、患者の心血管状態を決定するため、患者の中心腔の潅流を定量化することを表す。例示的な実施形態は、電極を用いて患者の呼吸レートを決定することを図示及び説明するが、本発明のシステム及び方法は例えば、呼吸レートを決定する他のデバイスを利用することができる点を当業者であれば理解されるであろう。

図１に示されるように、本開示の例示的な実施形態によるシステム１００は、患者の中心腔の潅流を測定する。システム１００は、プロセッサ１０２、ユーザインタフェース１０４、ディスプレイ１０６及びメモリ１０８を有する。システム１００は、第１の電極１１０及び第２の電極１１２も有する。各電極は、プロセッサ１０２に（直接又は間接的に）接続される。その結果、第１の電極１１０により印加される電圧及び第２の電極１１２により測定される電流が、プロセッサ１０２を介して検出され、及びモニタされることができる。第１及び第２の電極１１０、１１２は、患者の胸部に付けられることができ、ユーザインタフェース１０４を介して制御されることができる。このインタフェースは、例えばキーボード、マウス及び／又はディスプレイ１０６におけるタッチディスプレイといった入力デバイスを含むことができる。第１の電極１１０は、胸部にわたり小さな高周波電圧を印加するＥＫＧ電極とすることができ、第２の電極１１２は、胸部にわたり結果として生じる電流を測定する第２のＥＫＧ電極とすることができる。インピーダンスベースの呼吸レート測定は、胸部インピーダンスが、空気の吸気及び呼気と共に変化するという事実に基づかれる。空気は、不良導体であるので、空気が肺に入るにつれて、胸郭はより導電性でなくなる。これは、空気が呼気されるにつれて、胸部にわたりインピーダンスが増加されることにより反映される。一旦電圧が印加され、胸部にわたり結果として生じる電流が測定されると、プロセッサ１０２は、胸部にわたる電圧を結果として生じる電流で割ることによりインピーダンスを算出する。第１及び第２の電極１１０、１１２はそれぞれ、連続して電圧を印加し、結果として生じる電流を測定することができる。その結果、プロセッサ１０２は、患者の連続的な呼吸レートを決定する。基本インピーダンスは、数百オームのオーダーであり、これは比較的安定している。呼吸インピーダンスは例えば、約２オームである。しかしながら、別の検出可能な振動インピーダンスは、血液が、胸郭の中及び外へと心臓により汲み出されることによりもたらされる。このインピーダンス変化は、０．５オームのオーダーである。このインピーダンスは特に、肺が呼気後空にされるとき、観察可能である。この情報は、中心腔に入る血液の量を推定するために用いられることができる。

特に、プロセッサ１０２は、連続的な呼吸波形を取り、新しい時間領域にわたりそれを再サンプリングする。これに関して、心臓はクロックであり、任意の２つの鼓動の間の距離は均等である。鼓動に関する情報は、関連付けられるＥＫＧにより集められる。その後呼吸信号が、この新しい鼓動ベースの時間領域にわたり補間される。この点で、プロセッサ１０２は、患者の呼吸レート波形のフーリエ変換を行う。ｘ軸は、１／ｓではなく、１／鼓動である。結果は、インピーダンスにより測定される心臓アーチファクトを強調する変換である。例えば、このインピーダンスは、胸郭の中及び外へ汲み出される血液によりもたらされる胸部にわたるインピーダンスである。プロセッサ１０２はその後、心臓アーチファクトを分離し、胸郭の中及び外へ汲み出される血液の量を表す波形を生成するため、心臓アーチファクトのフーリエ逆変換を行う。この新しい信号は、補間を介して元の時間へと、再サンプリングされる。結果として生じる波形の振幅における変化が、胸腔の潅流を決定するために分析されることができる。これは、患者の血行力学的状態のアイデアを臨床医に与える。結果として生じる潅流波形は、ディスプレイ１０６に表示されることができる。連続的な呼吸レートといった任意の関連付けられるデータ及びフーリエ変換に伴い結果として生じる潅流波形は、メモリ１０８に格納されることができる点を理解されたい。

図２は、システム１００が、分析のため、患者の潅流を表す波形を生成する例示的な方法を示す。システム１００に関して上述したように、第１及び第２の電極１１０、１１２は、患者の胸部に付けられる。第１及び第２の電極１１０、１１２は、胸部に沿って配置され、当業者に知られた態様でこれに付けられることができる。ステップ２１０において、第１の電極１１０は、患者の胸部にわたり、連続的で小さな高周波電圧を印加する。ステップ２２０において、第２の電極２１０は、印加される電圧から生じる患者の胸部にわたる電流を測定する。印加される電圧及び測定される電流は、プロセッサ１０２によりモニタされることができる。その結果、ステップ２３０において、プロセッサ１０２は、例えば、図３に示されるように、インピーダンスベースの呼吸レート波形を生成する。これは、印加される電圧を結果として生じる電流で割ることから生じる。この呼吸レート波形は、メモリ１０８に格納され、及び／又はディスプレイ１０６に表示されることができる。ステップ２４０において、プロセッサ１０２は、呼吸レート波形を取り、新しい時間領域において、それを再サンプリングする。この場合、心臓がクロックとして機能する。２つの鼓動の間の距離は均等でもよい。その後呼吸信号は、この新しい鼓動ベースの時間領域にわたり補間される。ステップ２５０において、プロセッサ１０２はその後、再サンプリングされた呼吸レート波形のフーリエ変換を行う。ここで、例えば図４において、ｘ軸は、１／ｓではなく、１／鼓動である。特に、フーリエ変換は、各患者の鼓動が互いに等間隔に設置されるよう、時間にわたり伸長及び／又は圧縮されることができる。フーリエ変換において示される信号を正規化するため、ＤＣ要素が除去されることもできることは、当業者であれば理解されるであろう。心臓アーチファクトは、１つの鼓動の周波数での細いスパイクとしてフーリエ変換において示されることができる。

ステップ２６０において、心臓アーチファクトは分離されることができる。これは、例えば、患者の運動及び呼吸から生じる他の不必要な信号を除去する。ステップ２７０において、プロセッサ１０２は、例えば図５に示されるように、胸腔の中及び外へ汲み出される血液の量を表す波形を生成するため、これらの分離された心臓アーチファクトのフーリエ逆変換を行うことができる。ステップ２８０において、フーリエ逆変換は、潅流波形を生成するため、補間を介して元の時間へと再サンプリングされる。この潅流波形は、メモリ１０８に格納され、及び／又はディスプレイ１０６に表示されることができる。患者の心臓状態を決定するため、ステップ２９０において、潅流波形は分析されることができる。潅流波形の振幅における変化は、胸腔において循環される血液の量における変化を示し、患者の体がその血液供給をどのように扱っているか、及び患者の体がどれくらい好適に潅流しているかについての良いインジケーターである。例えば、時間にわたる振幅における減少は、患者がうまく潅流されず、低血圧を起こしている場合があることを示すことができる。従って、潅流波形の分析は、潅流波形の振幅における変化を決定することを含むことができる。例えば、振幅における減少が、所定の閾値を超える、又は所定の範囲の値内にあるとき、プロセッサ１０２は、患者がうまく潅流されておらず、低血圧を経験している場合があることを示す警告をユーザ（例えば、臨床医）に対して生成することができる。この警告は、聴覚的とすることができ、及び／又はディスプレイ１０６に表示されることができる。所定の閾値及び値における所定の範囲は、ユーザインタフェース１０４を介してシステムのユーザにより変化又は更新されることができることは、当業者であれば理解されるであろう。患者の体の血行力学的状態をより好適に理解するため、例えばフォトプレチスモグラフィにより測定される患者の体の末梢部位における血液の量といった他の利用可能な情報と共に、潅流波形が分析されることができる点も当業者であれば理解されるであろう。

潅流波形が、所与の時間期間に関して生成されることができるか、又は第１及び第２の電極１１０、１１２がそれぞれ、電圧を印加し、電流を測定する限り生成される連続的な波形とすることができることは、当業者であれば理解されるであろう。時間のより少ない増加において潅流波形を見ることが可能であるのに有益であるよう、各鼓動は、複数の振幅を含むことができる。例えば、ユーザは、ユーザインタフェース１０４を介して、ウィンドウ又はフレームを選択することが可能でもよい。これは時間のより小さいウィンドウにおける振幅の変化をより良好に表示するため、潅流波形の部分にわたり移動されることができる。

請求項は、ＰＣＴ規則６．２（ｂ）に基づき、参照符号／数字を含むことができる点に留意されたい。しかしながら、請求項は、参照符号／番号に対応する例示的な実施形態に限定されるものと考えられるべきではない。

当業者であれば、上記の例示的な実施形態が、別々のソフトウェア・モジュールとして、ハードウェア及びソフトウェアの組み合わせとしてなどを含む任意の数の態様において実現されることができる点を理解されるであろう。例えば、潅流波形の生成は、コンパイルされるとき、プロセッサで実行されることができるコード行を含むプログラムにより実現されることができる。

本開示の趣旨又は範囲を逸脱することなく、さまざまな修正が、開示される例示的な実施形態及び方法及び変形例に対してなされることができることが、当業者には明らかであろう。従って、斯かる修正及び変更が、添付の請求の範囲及びそれらの均等の範囲内にある限り、本開示は、斯かる修正及び変更を含むことが意図される。

Claims (15)

1. 患者の潅流をモニタする方法において、
   第１の電極を介して、前記患者の胸部にわたり印加される電圧のインジケーションを受信するステップと、
   第２の電極を介して、前記印加される電圧から生じる前記患者の胸部にわたる電流の測定を受信するステップと、
   前記印加される電圧及び前記測定される電流に基づき、インピーダンスベースの呼吸レート波形を生成するステップと、
   前記患者の鼓動をクロックとして用いることにより前記呼吸レート波形の鼓動ベースの時間領域におけるフーリエ変換を生成するステップと、
   前記フーリエ変換において心臓アーチファクトを分離するステップと、
   前記分離された心臓アーチファクトに基づき、前記患者の胸腔の潅流を示す潅流波形を生成するステップとを有する、方法。
2. 前記患者の心臓状態を評価するため、振幅における変化を特定することにより、前記潅流波形を分析するステップを更に有する、請求項１に記載の方法。
3. 前記潅流波形を分析するステップが、前記振幅における減少を特定するステップを含む、請求項２に記載の方法。
4. 前記振幅における減少が、所定の閾値を超えるとき、ユーザに対して警告信号を開始するステップを更に有する、請求項３に記載の方法。
5. 前記警告信号が、聴覚的信号及び視覚的信号のいずれかである、請求項４に記載の方法。
6. 前記フーリエ変換を生成するステップが、ＤＣ要素を除去するステップを含む、請求項１に記載の方法。
7. 前記潅流波形を生成するステップが、前記分離された心臓アーチファクトのフーリエ逆変換を行うステップを含む、請求項１に記載の方法。
8. 前記呼吸レート波形及び前記潅流波形の１つをメモリに格納するステップを更に有する、請求項１に記載の方法。
9. 前記潅流波形をディスプレイに表示するステップを更に有する、請求項１に記載の方法。
10. 所定の時間ウィンドウにおける前記潅流波形の部分を表示するため、前記表示された潅流波形の部分を選択するステップを更に有する、請求項９に記載の方法。
11. 患者の潅流をモニタするシステムであって、
    前記患者の胸部にわたり電圧を印加する第１の電極と、
    前記印加される電圧から生じる前記患者の胸部にわたる電流を測定する第２の電極と、
    前記印加される電圧及び前記測定される電流に基づき、インピーダンスベースの呼吸レート波形を生成し、前記患者の鼓動をクロックとして用いることにより前記呼吸レート波形の鼓動ベースの時間領域におけるフーリエ変換を生成し、前記フーリエ変換において心臓アーチファクトを分離し、及び前記分離された心臓アーチファクトに基づき、前記患者の胸腔の潅流を示す潅流波形を生成するプロセッサとを有する、システム。
12. 前記プロセッサが、前記患者の心臓状態を評価するため、振幅における変化を特定することにより、前記潅流波形を分析する、請求項１１に記載のシステム。
13. 前記プロセッサが、前記振幅における減少を特定することにより、前記潅流波形を分析する、請求項１２に記載のシステム。
14. 前記振幅における減少が、所定の閾値を超えるとき、前記プロセッサが、ユーザに対して警告信号を開始する、請求項１３に記載のシステム。
15. プロセッサにより実行可能な一セットの命令を含む非一時的コンピュータ可読ストレージ媒体であって、前記一セットの命令が、プロセッサにより実行されるとき、前記プロセッサに、
    第１の電極を介して、前記患者の胸部にわたり印加される電圧のインジケーションを受信するステップと、
    第２の電極を介して、前記印加される電圧から生じる前記患者の胸部にわたる電流の測定を受信するステップと、
    前記印加される電圧及び前記測定される電流に基づき、インピーダンスベースの呼吸レート波形を生成するステップと、
    前記患者の鼓動をクロックとして用いることにより前記呼吸レート波形の鼓動ベースの時間領域におけるフーリエ変換を生成するステップと、
    前記フーリエ変換において心臓アーチファクトを分離するステップと、
    前記分離された心臓アーチファクトに基づき、前記患者の胸腔の潅流を示す潅流波形を生成するステップとを含む処理を実行させる、非一時的コンピュータ可読ストレージ媒体。

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