(57)【要約】【解決手段】人体に流体を注入するシステムであって、第１流体の供給源と、第１流体よりも有毒ではない第２流体の供給源と、第１流体の供給源及び第２流体の供給源に作動接続された少なくとも１つの加圧システムと、加圧システムに作動接続された少なくとも１つのコントローラと、コントローラと通信接続された少なくとも１つの第１センサとを含んでいる。第１センサは、管外漏出を示す組織内の流体レベルについて検出された変化の信号を、コントローラに送信する。コントローラは、第１流体を人体に注入し、第２流体を注入する前の投与フェーズで、第１センサを用いて第１流体の管外漏出が起こっているか否かを判定する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
人体に流体を注入するシステムであって、
第１流体の供給源と、
第１流体よりも有毒ではない第２流体の供給源と、
第１流体の供給源及び第２流体の供給源に作動接続された少なくとも１つの加圧システムと、
加圧システムに作動接続された少なくとも１つのコントローラと、
コントローラと通信接続された少なくとも１つの第１センサとを備えており、
第１センサは、管外漏出を示す組織内の流体レベルについて検出された変化の信号を、コントローラに送信し、コントローラは、第１流体を人体に注入して、第２流体を注入する前の投与フェーズで、第１センサを用いて第１流体の管外漏出が起こっているか否かを判定するように構成されているシステム。
【請求項２】
コントローラにプログラムされた第２流体の注入の少なくとも１つのフェーズの少なくとも１つのパラメータに近づくように、コントローラは、人体に第１流体を注入する、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
第１流体のフローレートは、投与フェーズの間に変化する、請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
第１流体には、サリンが含まれる、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
第２流体には、撮像処置に関連して使用される造影剤が含まれる、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
第２流体には、治療剤が含まれる、請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
加圧システムは、少なくとも第１駆動部材と第２駆動部材とを含むインジェクタを含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
第１流体の供給源は、内部に摺動自在にプランジャが配置された第１シリンジであり、第２流体の供給源は、内部に摺動自在にプランジャが配置された第２シリンジであり、インジェクタは、第１シリンジをインジェクタに装着するように構成された第１インターフェイスと、第２シリンジをインジェクタに装着するように構成された第２インターフェイスとを含んでおり、第１駆動部材は、第１シリンジのプランジャと協動するように構成されており、第２駆動部材は、第２シリンジのプランジャと協動するように構成されている、請求項６に記載のシステム。
【請求項９】
第１センサは、少なくとも１本の送信アンテナと、少なくとも１本の受信アンテナとを含んでおり、送信アンテナは、人体の第１体積に、約３００ＭＨｚから約３０ＧＨｚの周波数範囲の電磁エネルギを送信するように構成されており、受信アンテナは、その結果生じる信号を受信するように構成されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
上記のその結果生じる信号は、人体の第１体積の誘電率の変化に比例する、請求項９に記載のシステム。
【請求項１１】
コントローラと通信接続する少なくとも１つの第２センサを更に含んでおり、第２センサは、管外漏出を示す組織内の流体レベルについて検出された変化の信号を、コントローラに送信するように構成されており、第２センサは、第１センサとは異なる方法で動作する、請求項１に記載のシステム。
【請求項１２】
人体に流体を注入する方法であって、
第１流体の供給源を与える工程と、
第１流体よりも毒性のない第２流体の供給源を与える工程と、
第１流体の供給源及び第２流体の供給源と作動接続する少なくとも１つの加圧システムを与える工程と、
加圧システムと作動接続する少なくとも１つのコントローラを与える工程と、
人体と作動接続する少なくとも第１センサを配置する工程と、
管外漏出を示す組織内の流体レベルについて検出された変化の信号をコントローラに送信するように構成された第１センサを、コントローラと通信接続する工程と、
投与フェーズにて人体に第１流体を注入する工程と、
投与フェーズの間に、第１センサを用いて第１流体の管外漏出が起こっているか否かを判定する工程と、
第１センサで検出された管外漏出をコントローラに伝える工程とを含んでいる方法。
【請求項１３】
投与フェーズにて第１流体を注入している間に、第１センサで管外漏出が検出されない場合に、人体に第２流体を注入する工程を更に含んでいる、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
コントローラにプログラムされた第２流体の注入の少なくとも１つのフェーズの少なくとも１つのパラメータに近づくように、コントローラが、人体に第１流体を注入する、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
第１流体のフローレートは、投与フェーズの間に変化する、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
第１流体には、サリンが含まれる、請求項１２に記載の方法。
【請求項１７】
第２流体には、撮像処置に関連して使用される造影剤が含まれる、請求項１２に記載の方法。
【請求項１８】
第２流体には、治療剤が含まれる、請求項１２に記載の方法。
【請求項１９】
加圧システムは、少なくとも第１駆動部材と第２駆動部材とを含むインジェクタを含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項２０】
第１流体の供給源は、内部に摺動自在にプランジャが配置された第１シリンジであり、第２流体の供給源は、内部に摺動自在にプランジャが配置された第２シリンジであり、インジェクタは、第１シリンジをインジェクタに装着するように構成された第１インターフェイスと、第２シリンジをインジェクタに装着するように構成された第２インターフェイスとを含んでおり、第１駆動部材は、第１シリンジのプランジャと協動するように構成されており、第２駆動部材は、第２シリンジのプランジャと協動するように構成されている、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
第１センサは、少なくとも１本の送信アンテナと、少なくとも１本の受信アンテナとを含んでおり、送信アンテナは、人体の第１体積に、約３００ＭＨｚから約３０ＧＨｚの周波数範囲の電磁エネルギを送信するように構成されており、受信アンテナは、その結果生じる信号を受信するように構成されている、請求項１２に記載の方法。
【請求項２２】
上記のその結果生じる信号は、人体の第１体積の誘電率の変化に比例する、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
人体と作動接続する少なくとも１つの第２センサを配置する工程と、第２センサをコントローラと通信接続する工程とを更に含んでおり。第２センサは、管外漏出を示す組織内の流体レベルについて検出された変化の信号を、コントローラに送信するように構成されており、第２センサは、第１センサと異なる方法で動作する、請求項１２に記載の方法。
【請求項２４】
投与フェーズで管外漏出が検出された場合、人体の注入場所を再度定める工程を更に含んでいる、請求項１２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して、組織内の増加した流体レベルを検出する装置、システム及び方法に関しており、より詳細には、管外漏出(extravasation)に関係して組織内にて増加した流体レベルを検出し、この検出に応じて動力付インジェクタを制御する装置、システム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
以下に述べる情報は、本明細書で開示される発明と、当該発明が使用されるであろう典型的な環境とについて、読者の理解を助けるために提供されている。本明細書で使用される用語は、本明細書で明確に宣言されない限り、任意の狭い解釈に限定することを意図していない。本明細書で説明される文献は、本発明、又は本発明の背景の理解を促進するだろう。それら文献の全ての開示は、引用を以て本明細書の記載の一部となる。
【０００３】
組織内での流体レベルの上昇は、人体に流体を導入した結果として、例えば、注入処置の間に起こり得る。その点に関係して、多くの医療診断行為及び治療行為では、医師又はその他の人物が、患者に、特に患者の血管に流体を注入する。そして、近年、血管造影、コンピュータ断層撮影、超音波及びＮＭＲ/ＭＲＩなどの処置にて、造影剤を加圧して注入するインジェクタ作動シリンジ(injector-actuated syringes)や動力付インジェクタが多数開発されてきた。これらの加圧インジェクタはまた、治療薬の供給にも使用できる。
【０００４】
管外漏出又は浸潤(infiltration)では、造影剤や治療薬のような注入流体が、血管自体ではなく血管の周囲の組織に、不慮に浸出し、又は漏れてしまう。例えば、脆弱な血管系の破裂若しくは切開によって、弁疾患によって、不適切な針の配置に起因して、又は、患者が動くことで、入れられている針が対象の血管から引き出されるか血管の壁を針が貫通し、管外漏出は起こり得る。現代の幾つかの処置における注入圧力及び/又はレートの高さは、管外漏出のリスクを増大させる。コンピュータ断層撮影では、例えば、造影剤の流入レートは、０.１乃至１０ｍｌ/ｓの範囲にされる。
【０００５】
管外漏出は、患者に深刻な被害をもたらす。この点に関して、造影剤や化学療法薬のようなある種の注入流体は、組織に有害であり得る。それ故に、流体を注入する際に、管外漏出をできるだけ早く検出し、その検出に基づいて注入を中止することは、非常に重要である。
【０００６】
管外漏出を検出する幾つかの技術は公知である。管外漏出を検出する簡便で非常に有用な２つの手法は、訓練された医療提供者(health care provider)によって、注入場所の付近にて患者を触診することと、注入場所の付近を単純に目視で観察することである。触診手法では、医療提供者は、管外漏出の結果として起こる注入場所の近くの組織の腫れを手で検出する。観察手法でも、管外漏出の結果として起こる注入場所の近くの皮膚の腫れを直接観察することは、時には可能である。
【０００７】
管外漏出が起こったならば重大な危害を起こし得る流体を注入することを含むような処置にでは、/カテーテルを通じて比較的害のない流体を最初に注入して、比較的害のないその流体が管外漏出を起こすか否かを調べることができる。例えば、引用を以て本明細書の一部となる米国特許公開公報第２００２/０１８３６１３号は、自動注入装置を用いたコンピュータ断層撮影の注入の間、造影剤の管外漏出を防止する方法を開示している。その方法は、造影剤の注入に先立って、サリンのような吸収性の注入液を用いて、管外漏出がないことを確認する工程を含んでいる。その自動注入装置は、人が物理的に介入せずとも２つの注入液の間で切替えを行えるコンピュータ制御のインジェクタヘッドを含んでいる。その方法の間、オペレータが最初に、カテーテルのような経皮的な器具の遠位端を血管内に配置して、カテーテルの内腔と血管の間で流体接続(fluid communication)が確立される。その後、インジェクタは、カテーテルの内腔を通じてサリンを注入するように指示される。その後、そのサリンが管外漏出したか否かについて、(触診/観察で)確認される。管外漏出がないことが確認されると、インジェクタは、造影剤を注入するように指示される。サリン注入の間に管外漏出が起こったことが確認される場合、血管内にカテーテルを再度配置し、サリンを注入し、サリンの管外漏出が起こったことを確認するプロセス工程が繰り返される。
【０００８】
触診及び観察に加えて、管外漏出を検出する自動化された多数の方法が存在しており、これらの方法では、検出すると、警告状態を自動的に引き起こすことがなされてもよい。
【０００９】
この点に関して、プレチスモグラフによる(plethysmographic)幾つかの検出技術が利用できる。例えば、水銀ストレインゲージのプレチスモグラフは、患者の手足の断面で静脈流がもたらした堆積変化を測定する。エアカフ(air cuff)又は容積脈拍(pulse volume)レコーダのプレチスモグラフは、記録カフ(recording cuff)内の圧力の変化を測定する。これらのプレチスモグラフは、操作が煩わしく、体積内の小さい変化に鈍感である。
【００１０】
インピーダンスプレチスモグラフは、皮膚とのガルバニック接触を介して送られる低周波の電磁エネルギを用いて、手足の組織の規定された体積における電気的インピーダンスの変化を測定する。インピーダンスの変化を通じた管外漏出の検出は、例えば、米国特許第５,９６４,７０３号及び第５,９４７,９１０号に開示されており、これら特許は、引用を以て本明細書の一部となる。この方法では、注入場所の付近における基準測定値に対したあるレベルのインピーダンス変化が、管外漏出として解釈される。インピーダンスの変化は、管外漏出の間に起こる。それは、患者の組織内の注入流体が、組織の体積と組織の電気的インピーダンス特性の両方を変化させることによる。インピーダンスプレチスモグラフにおける電極の使用は、しかしながら、不安定性を起こし得る。例えば、インピーダンスプレチスモグラフの電極と患者の皮膚の間の電気的な(オーム又はガルバニック)接触を適切に維持することは、大抵の場合、非常に困難である。
【００１１】
フォトプレチスモグラフ(photo-plethysmographs)は、毛細血管の血液の光散乱特性を測定して、組織内の管外漏出した流体の存在を検出する。フォトプレチスモグラフの例は、米国特許第４,８７７,０３４号に記載されており、この特許は、引用を以て本明細書の一部となる。しかしながら、光は組織に非常に吸収されることから、フォトプレチスモグラフの感度は、概して、組織の上から１/４インチに限定される。しかし、多くの管外漏出は、１/４インチよりも深いところで起こる。さらに、注入媒体が、フォトプレチスモグラフセンサから離れた裂け目の空間に流れて、検出できなくなることもある。
【００１２】
多くの管外漏出検出装置は、温度差を測定して、管外漏出が起こったか否かを決定する。例えば、米国特許第４,６４７,２８１号は、管外漏出を皮下温度検出して警告をすることを開示している。この管外漏出検出方法では、アンテナと高周波放射計とが、人体から自然に放射される高周波を測定することで、流体が注入される場所の皮下組織の温度を瞬時に測定する。アルゴリズムは、組織と注入された流体の間の温度差を測定し、その差を所定の閾値と比較する。アラームプロセッサは、その比較を用いて、警告状態を決定する。
【００１３】
加えて、引用を以て本明細書の一部となる米国特許第５,３４４,１４１号は、高周波管外漏出検出システムを開示しており、このシステムは、再使用可能な高周波アンテナと、注入場所を覆う患者の皮膚に高周波アンテナを着脱自在に固定するための使い捨ての装着エレメントとを用いている。その装着エレメントは、患者の皮膚に密接に接触するようにアンテナを保持して、それらの間の高周波伝送を最適にする一方で、周囲のノイズ信号かたアンテナを遮蔽する。引用を以て本明細書の一部となる米国特許第５,９５４,６６８号も、高周波アンテナを使用して組織の温度を検出し、管外漏出を検出することを開示している。高周波エネルギを用いた温度変化と放射率の測定は瞬時の検出をもたらすが、温度の差違は、実際の測定では非常に小さいことが多い。
【００１４】
引用を以て本明細書の一部となる米国特許公開公報第２００３/００３６６７４号及び第２００３/００３６７１３号と、ＰＣＴ国際公開公報第ＷＯ/２００３/００９７５３号、第ＷＯ/２００３/００９７５２号及び第ＷＯ/２００５/０４３１００号とは、本発明の譲受人に譲渡されており、組織内に高周波エネルギを動的に伝送することで、(管外漏出で起こったものも含めて)流体レベルの上昇を検出するのに適切な送受信アンテナエレメント、検出方法、及び処理アルゴリズムを開示している。このようなアンテナエレメントを組み込んだセンサの研究によって、例えば、約３００ＭＨｚから約３０ＧＨｚの範囲(好ましくは、約１ＧＨｚから約１０ＧＨｚの範囲、より好ましくは、約３ＧＨｚから約５ＧＨｚの範囲)の周波数の電磁エネルギが組織内に良好に進入することが分かっている。このような電磁エネルギは、皮下組織内に発せされて、結果として起こる信号が測定される。上述の周波数範囲の電磁エネルギは、皮膚を通過して伝送し、例えば、脂肪内を伝送又は伝搬することが知られている。脂肪層を通って良好に伝送することは、管外漏出の多くが脂肪層内で起こるので、管外漏出の検出には有益である。
【００１５】
管外漏出を検出し、防止する改善された装置、システム及び方法を開発することが望まれている。
【発明の開示】
【００１６】
ある態様では、本発明は、人体に流体を注入するシステムをもたらすものであり、そのシステムは、第１流体の供給源と、第１流体よりも有毒ではない第２流体の供給源と、第１流体の供給源及び第２流体の供給源に作動接続(operative connection)された少なくとも１つの加圧システムと、加圧システムに作動接続された少なくとも１つのコントローラと、コントローラと通信接続された少なくとも１つの第１センサとを備えている。第１センサは、管外漏出を示す組織内の流体レベルについて検出された変化の信号を、コントローラに送信するように構成されている。コントローラは、第１流体を人体に注入し、第２流体を注入する前の投与フェーズで、第１センサを用いて第１流体の管外漏出が起こっているか否かを判定する。
【００１７】
コントローラは、例えば、コントローラにプログラムされた第２流体の注入の少なくとも１つのフェーズの少なくとも１つのパラメータに近づくように、人体に第１流体を注入する。例えば、第１流体は、引き続いて行われる第２流体の注入の１以上の所定のレートをシミュレートするレートで注入される。第１流体のフローレートもまた、投与フェーズの間に変化させられてもよい。
【００１８】
第１流体は、例えば、サリン、又は相対的に害がなく、良性の若しくは無毒の別の流体であってよい。第２流体は、例えば、撮像処置に関連して使用される造影剤を含んでいてもよい。第２流体は、代替的又は付加的に治療剤を含んでいてもよい。
【００１９】
ある実施例では、加圧システムは、少なくとも第１駆動部材と第２駆動部材とを含んでいるインジェクタを含んでいる。第１流体の供給源は、例えば、内部に摺動自在にプランジャが配置された第１シリンジであってよく、第２流体の供給源は、例えば、内部に摺動自在にプランジャが配置された第２シリンジであってよい。インジェクタは、第１シリンジをインジェクタに装着するように構成された第１インターフェイスと、第２シリンジをインジェクタに装着するように構成された第２インターフェイスとを含んでいてよい。第１駆動部材は、第１シリンジのプランジャと協動するように構成されてよく、第２駆動部材は、第２シリンジのプランジャと協動するように構成されてよい。
【００２０】
第１センサは、例えば、少なくとも１本の送信アンテナと少なくとも１本の受信アンテナとを含んでいてもよい。送信アンテナは、人体の第１体積に、約３００ＭＨｚから約３０ＧＨｚの周波数範囲の電磁エネルギを送信するように構成されてよく、受信アンテナは、その結果生じる信号を受信するように構成されてよい。その結果生じる信号は、人体の第１体積の誘電率の変化に比例し得る。
【００２１】
システムは、コントローラと通信接続する少なくとも第２センサを更に含んでもよい。第２センサは、管外漏出を示す組織内の流体レベルについて検出された検出信号を、コントローラに送信するように構成される。第２センサは、第１センサとは異なる方法で動作するのが好ましい。例えば、第１センサは、組織内の誘電率の変化を検出することで(又は別の方法で)動作し、第２センサは、例えば、体積、温度、伝導率、光透過率(light transmissivity)、インピーダンスなどの変化を検出することで動作する。
【００２２】
別の態様では、本発明は、人体に流体を注入する方法をもたらす。本発明の方法は、第１流体の供給源を与える工程と、第１流体よりも毒性のない第２流体の供給源を与える工程と、第１流体の供給源と第２流体の供給源と作動接続する少なくとも１つの加圧システムを与える工程と、加圧システムと作動接続する少なくとも１つのコントローラを与える工程と、人体と作動接続する少なくとも第１センサを配置する工程と、第１センサをコントローラと通信接続する工程とを含んでおり、第１センサは、管外漏出を示す組織内の流体レベルについて検出された変化の信号を、コントローラに送信するように構成されている。本発明の方法は、投与フェーズにて人体に第１流体を注入する工程と、投与フェーズの間に、センサを用いて第１流体の管外漏出が起こっているか否かを判定する工程と、第１センサで検出された管外漏出をコントローラに伝える工程とを含んでいる。
【００２３】
本発明の方法は、投与フェーズにて第１流体を注入している間に第１センサで管外漏出が検出されない場合に、人体に第２流体を注入する工程を更に含んでもよい。上述のように、コントローラは、例えば、コントローラにプログラムされた第２流体の注入の少なくとも１つのフェーズの少なくとも１つのパラメータに近づくように、人体に第１流体を注入する。上述のように、加圧システムは、少なくとも第１駆動部材と第２駆動部材とを含んでいるインジェクタを含んでいる。
【００２４】
第１センサは、例えば、少なくとも１本の送信アンテナと少なくとも１本の受信アンテナとを含んでいてもよい。送信アンテナは、人体の第１体積に、約３００ＭＨｚから約３０ＧＨｚの周波数範囲の電磁エネルギを送信するように構成されてよく、受信アンテナは、その結果生じる信号を受信するように構成されてよい。その結果生じる信号は、人体の第１体積の誘電率の変化に比例し得る。
【００２５】
本発明の方法は、人体と作動接続する少なくとも１つの第２センサを配置する工程と、第２センサをコントローラと通信接続する工程とを更に含んでよい。第２センサは、管外漏出を示す組織内の流体レベルについて検出された変化の信号を、コントローラに送信するように構成されている。第２センサは、第１センサと異なる方法で動作する。
【００２６】
本発明の方法は、投与フェーズで管外漏出が検出された場合、人体の注入場所を再度定める工程を更に含んでよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
幾つかの実施例では、本発明は、相対的に無毒である、害がない、又は良性の流体(例えば、サリン)を患者に投与する一方で、管外漏出センサで注入場所を監視することによって、注入場所の安定性を決定する閉ループ手法を与える。この投与工程は、第２流体の注入、例えば、治療又は診断の薬のボーラス投与の前になされる。第１流体(例えば、サリン)が、組織内で管外漏出すると分かっても、第１流体は、注入される第２流体よりも毒がなく、管外漏出の結果として合併症(complications)を起こす可能性は少ない。
【００２８】
図１に示すように、本発明の注入システムのある実施例は、ペンシルベニア、インディアノーラにあるメドラッド社から入手できるＳＴＥＬＬＡＮＴ(登録商標)インジェクタのようなインジェクタ(10)を含んでいる。インジェクタ(10)は、２つのシリンジ(30a)(30b)が着脱自在に装着される２つのシリンジインターフェイス(20a)(20b)を含んでいる。２つの駆動部材、即ちピストン(40a)(40b)は、シリンジ(30a)(30b)内に摺動自在に配置されたプランジャ(50a)(50b)と夫々作動接続し、シリンジ(30a)(30b)と流体接続するカテーテル(60)を通じて、患者(100)に向けて流体を加圧し注入する。これらのインジェクタと、インジェクタ用のコントロールシステムと、それらと共に使用されるインジェクタプロトコルとは、例えば、引用を以て本明細書の一部となる米国特許第６,６４３,５３７号、同第６,３３９,７１８号、同第６,９５８,０５３号、及び同第５,４９４,０３６号と、米国特許公開公報第２００４−００６４０４１号及び同第２００５−０１１３７５４号とに説明されている。
【００２９】
図１のシステムは、管外漏出センサ(200)を含んでいる。本発明で使用するのに適したセンサには、米国特許公開公報第２００３/００３６６７４号及び同第２００３/００３６７１３号と、ＰＣＴ国際公開公報第ＷＯ/２００３/００９７５３号、同第ＷＯ/２００３/００９７５２号及び同第ＷＯ/２００５/０４３１００号に開示されている流体レベル/管外漏出センサが含まれるが、これらに限定されない。これらのセンサは、皮下組織に電磁エネルギ(例えば、マイクロ波エネルギ)を動的に送信し、その結果として生じる信号を測定する。
【００３０】
この点に関して、複素誘電率及び透磁率は、皮下組織のような物体を通って電磁波が如何に伝播するかを支配している。複素誘電率は、通常、最も大きな影響を有している。それは、複素誘電率が、組織の種類と使用する流体の間で顕著に変化するからである。様々な組織と使用する多くの流体の複素誘電率は、およそ真空の複素誘電率であり、このパラメータの影響を減少している。しかしながら、水、サリン溶液及び造影剤のような幾つかの流体では、組織とは相当に異なる複素誘電率を有している。血液は少量のイオンを含んでいるが、かなりの体積でも血液の誘電率の値は、通常僅かである。複素誘電率は、一般に以下のように表現される。
□*＝□'−ｊ□''
【００３１】
ここで、□'は、複素数の実部であって、絶縁定数(dielectric constant)として知られており、時折、単に「誘電率」と称される。□''は、複素数の虚部であって、普通、「損失係数」と称されている。比(□''/□')は、「損失正接」として知られている。幾つかの物の複素誘電率は(時には、透磁率も)、幾つかの周波数で、人体組織とは異なっている。米国特許公開公報第２００３/００３６６７４号及び同第２００３/００３６７１３号と、ＰＣＴ国際公開公報第ＷＯ/２００３/００９７５３号、同第ＷＯ/２００３/００９７５２号及び同第ＷＯ/２００５/０４３１００号に開示されているセンサでは、誘電率及び/又は透磁率のこのような差違を用いて、生体組織内の流体と物の検出とレベル監視を行う。これらのセンサの研究によって、例えば、約３００ＭＨｚから約３０ＧＨｚの範囲(好ましくは、約１ＧＨｚから約１０ＧＨｚの範囲、より好ましくは、約３ＧＨｚから約５ＧＨｚの範囲)の周波数の電磁エネルギは、組織内に良好に進入することが分かっている。
【００３２】
図２は、本発明で使用される管外漏出センサ(200)の一実施例の平面図である。管外漏出センサ(200)は、ハウジング(220)と、複数のアンテナエレメント又はセンサエレメント(260a)(260b)(260c)(260d)と、それらに関係した１又は複数のＲＦケーブルアセンブリ(300)とを含んでいる。ハウジング(220)は、例えば、ウレタン及び/又はシリコン材料などの基材から作製され得る。電磁エネルギの漏れを吸収するのに適した強磁性体材料及び/又はその他の材料が、基材に混ぜられてもよい。カルボニルイオンパウダ、例えば、ニュージャージ州、マウントオリーブのＢＡＳＦコーポレーションで生産されているＥＷグレードカルボニルイオンパウダは、この目的に適している。強磁性体パウダは、少なくともアンテナエレメントとケーブルの周囲で基材に混ぜられてもよい。ＥＷグレードカルボニルイオンパウダのような、適切な透磁率(例えば、＞１)を有する強磁性体材料を混合することで、電磁エネルギが迷放射した漏れを吸収できる可撓性のハウジングが生成される。仮に効果的な対応がなされないならば、このような漏れによって、管外漏出センサ(200)の領域における皮膚の触診の結果、又は、管外漏出センサ(200)のその他の移動の結果、アンテナエレメントから伝えられる信号内にアーティファクトが引き起こされる可能性が生じるだろう。移動と触診のアーティファクトに加えて、このような漏れは、皮下の流体の存在に対するセンサ(200)の感度を減少させるだろう。別の基材(例えば、より堅いハウジングを形成する基材)に、強磁性体材料を混ぜてもよいことは明らかである。
【００３３】
管外漏出センサ(200)のハウジング(220)は、例えば、アンテナエレメント(260a-d)の間の開口(224)を規定する。開口(224)によって、管外漏出が起こると皮下流体が蓄積しやすい場所への視覚及び触覚(触診)によるアクセスがもたらされる。故に、開口(224)は、ハウジング(220)内の開口(224)を通じて皮膚を見る又は触診するだけで、流体の存在を確認又は確かめる選択肢を、オペレータに与える。
【００３４】
ケーブル(300)は、例えば、インジェクタ(10)に作動接続されているコントロールシステム(400)に、センサ(200)から信号を与えるのに使用される。当該分野で知られているように、コントロールシステム(400)は、コントロール室(図示せず)内に配置されて、例えば、ＣＴスキャンで使用されるＸ線エネルギからオペレータが守られる。コントロールシステム(400)又はその一部は、追加的又は代替的に、インジェクタ(10)の近くに配置されてもよく、若しくはインジェクタ(10)と一体的にされてもよい。
【００３５】
アンテナ(260a)(260b)は、例えば、第１アンテナ対を構成し、アンテナ(260c)(260d)は、第２アンテナ対を構成する。第１アンテナ対において、アンテナ(260a)は、例えば、第１送信アンテナとして動作し、アンテナ(260b)は、第１受信アンテナとして動作する。第２アンテナ対において、アンテナ(260c)は、例えば、第２送信アンテナとして動作し、アンテナ(260d)は、第２受信アンテナとして動作する。例えば、米国特許公開公報第２００３/００３６６７４号及び同第２００３/００３６７１３号と、ＰＣＴ国際公開公報第ＷＯ/２００３/００９７５３号、同第ＷＯ/２００３/００９７５２号及び同第ＷＯ/２００５/０４３１００号とで説明されているように、第１アンテナ対と第２アンテナ対は、離れて配置されて、患者と接触する。電磁エネルギ(例えば、約３００ＭＨｚから約３０ＧＨｚの周波数範囲)は、第１送信アンテナと第２送信アンテナを用いて、患者の組織に送られる。その結果として生じ、第１受信アンテナから送られる信号と第２受信アンテナから送られる信号とは、コントロールシステム(400)に送られる。それら信号は、コントローラ(400)のプロセッサ(410)(例えば、公知のマイクロプロセッサ)を用いて、基準と比較されて、組織内の誘電率/流体レベルが、時間間隔の間に変化して、管内漏出が示されるか否かが判定される。
【００３６】
１以上のディスプレイ(420)が、１人以上のオペレータの視界内に配置されて、管内漏出センサ(200)から受信した信号(例えば、誘電率の測定値)を表示する。これによって、サリン注入/管外漏出検出投与ステップの間において、また、引き続いて行われる薬の注入の間とにおいて、オペレータの介入が可能とされる。同様に、上述したように、センサ(200)とその他のセンサの開口(224)によって、皮膚の観察及び/又は触診が可能となり、人が管内漏出の有無を確認することができる。
【００３７】
繰り返すと、インジェクタ(10)の制御システム(400)と通信接続するセンサ(200)のような自動化された管外漏出センサを接続することで、閉ループ手法を用いることが可能となり、例えばサリンを投与する一方で自動化されたセンサ(200)をモニタすることで、注入場所の安定性を判定することができる。一般に、組織内の流体レベルの変化を検出するのに適しており、自動化された任意のタイプのセンサが使用可能であって、本発明のシステムと接続される。管外漏出を検出するためのセンサは、例えば、米国特許第Ｒｅ３８,８７９号、同第Ｒｅ３８,６９５号、同第６,７５１,５００号、同第６,４８７,４２８号、同第６,４５９,９３１号、同第６,４２５,８７８号、同第６,４０８,２０４号、同第６,３７５,６２４号、同第５,９６４,７０３号、同第５,９５４,６６８号、同第５,９４７,９１０号、同第５,３３４,１４１号、及び同第４,８７７,０３４号に開示されており、米国公開特許公報第２００４/０２１５０８１号、同第２００４/０１７６６９０号、第２００３/０００４４３３号、第２００３/００３６６７４号、第２００３/００３６７１３号、及び第２００２/０１７３２３号に開示されており、ＰＣＴ国際特許公報第ＷＯ/２００３/００９７５３号、同第ＷＯ/２００３/００９７５２号、及び同第ＷＯ/２００５/０４３１００号に開示されている。これらは、引用を以て本明細書の一部となる。サリン/管外漏出検出投与ステップは、診断、治療又はその他の薬剤のボーラス注入の前にされるのが好ましい。何らかの理由によって、組織内でサリンが管外漏出しても、サリンは、薬剤よりも毒がなく、合併症を起こし難い。
【００３８】
予備的なサリン注入/管外漏出検出投与ステップは、注入プロトコルを用いたサリンの注入を含んでいてもよく、注入プロトコルは、診断、治療、又はその他の薬剤の注入について設定される(例えば、１以上のフェーズを含むことができる)注入プロトコルの１以上のパラメータをシミュレートする。例えば、シリンジ(30a)からのサリンの注入レートは、薬剤の注入レート(例えば、最大注入レート)とほぼ同じである。同様に、サリンの注入レートは、サリン注入/管外漏出検出投与ステップの経過に渡って傾いて、さもなくば変化して、薬剤供給の１以上のフェーズにて、シリンジ(30b)からの薬剤の注入がシミュレートされる。管外漏出センサ(200)から受信したデータの性質に応じて、コントローラ(400)は、例えば、サリン注入/管外漏出検出投与ステップの期間を延長し、又は、そのパラメータ(例えば、注入レート)を変化させる。この点に関して、管外漏出センサ(200)からコントローラ(400)が受信したデータが、管外漏出が起こったか否かについて結論に達しない場合、サリン注入/管外漏出検出投与ステップが延長されてよい。
【００３９】
様々なモデルやプロトコルを用いて、管外漏出が起こったか否かを判定できる。例えば、バイナリ仮説検出モデル(binary hypothesis detection model)が使用される。ここで、Ｈ0は、イベント(管外漏出)が起こらない場合の仮説状態(hypothesis condition)であって、Ｈ1は、管外漏出が起こる場合の仮説状態である。
【００４０】
【数１】
2009538209.tif 000003
【００４１】
プロセッシングシステムによって、各瞬間にてサンプルが記録されると仮定する。観測値はｒiで表示される。観測値ｒは、２つの仮説の一方の値を有する確率変数である。
【００４２】
このモデルは、管内漏出が起こると、センサの信号の大きさがシフトすることを仮定している。Ｈ1仮説が真である間、このシフトは、定数ｍを保持する。このモデルは、図３に示されている。また、固有の確率分布を有しており、時間に依存した信号変化を取り扱うことも可能である。
【００４３】
関数ｎ(ｔ)は、互いに独立で同一の分布に従う(ｉ.ｉ.ｄ)正規乱数の集合であると仮定されており、その値は、観測の瞬間の各々で異なる。ここで、式(０.１)は、観測された乱数の信号を用いて、以下のように書き直される。
【００４４】
【数２】
2009538209.tif 000004
【００４５】
観測された信号ｒのＮ個のサンプルが得られると仮定する。さらに、ノイズの分布は、ガウス過程としてモデル化でき、その過程は、ゼロ平均(zero mean)(つまり、システムは、センサの読み値から基準値を引く方法を有している)と仮定する。このシナリオは、図４に描かれたように視覚化できる。
【００４６】
さらに、両方の分布において、ノイズ分布が同じであると仮定すると、(１回の観測について)２つの仮説の条件付き確率は、以下のように表現される。
【００４７】
【数３】
2009538209.tif 000005
【００４８】
(図３に示すように)複数回の測定がされる場合、ノイズが統計的に独立していると仮定すると、確率密度は、ガウス確率変数の積として表現される。
【００４９】
【数４】
2009538209.tif 000006
【００５０】
尤度比検定は、式(０.５)及び(０.６)の２つの確率密度の比として定義される。
【００５１】
【数５】
2009538209.tif 000007
【００５２】
式(０.７)の指数を展開して(指数の積は、変数の和となる)、同じ項を約分し、両辺の対数を取ると(尤度感関数の対数を生成する−その対数は、正の関数である)、以下の式に至る。
【００５３】
【数６】
2009538209.tif 000008
【００５４】
閾値は、図４に示すように、２つの分布の間のどこかで設定されてよい。閾値の左のＨ0仮説の確率(閾値の右への曲線の積分−左のクロスハッチ部分)は、管外漏出が実際に起こる場合に、イベントがないことを宣言する確率として確立される(つまり、フォールスアラームの確率−ＰF)。閾値の左のＨ1確率密度関数の領域は、検出確率(ＰD)を規定する。
【００５５】
閾値を加え、左辺にデータ項(Ｒｓの和)を持ってきて、式(０.８)を書き直すと、閾値テストは、以下のように表される。
【００５６】
【数７】
2009538209.tif 000009
【００５７】
式(０.９)の両辺をσ/(ｍ√Ｎ)で割り、上述したように積分を明記し、数値シミュレーションにおいて、相補誤差関数(ｅｒｆｃ)を用いてガウシアンの式の値を求めることを認めると、ＰDとＰFの式を導き出すことができ、一方を他方に対してプロットすることで、受信者動作特性(ＲＯＣｓ)が得られる。
【００５８】
【数８】
2009538209.tif 000010
【００５９】
図５に示すＲＯＣは、ＭＡＴＬＡＢ(登録商標)スクリプトに基づいており、管外漏出イベントは、基準から正方向にシフトすると仮定している。シグマは、図２に示すような「誘電率」センサを用いて集められた臨床観測データに基づいて得た。３つの曲線がプロットされており、観測された信号が３、４、及び５ｄＢを超えると管外漏出が起こると仮定されている。エータ(□)は、０から３まで変化させた。
【００６０】
様々な学習アルゴリズムが、本発明のシステムにて実施されてよい。この点に関して、注入及び検出デバイスの動作履歴が記録されて、例えば、ユーザによって確認されたような、実際の管外漏出の間に生じた信号状態に注意することで、サリンの管外漏出に対して、システムがより敏感にされてもよい。システムは、例えば、より体積が大きいフローレートについて、又は、ユーザによって粘性がより高い造影剤が選択された場合に、異なった検出閾値を適用してもよい。
【００６１】
本発明のシステムで使用される動作プロトコルの一例では、臨床医は最初に、患者がスキャン/処置室にいる場合に、又は患者がスキャン/処置室に入る前に、静脈へのアクセスを確立する。そして、臨床医は、１以上のユーザインターフェイスを介して、複数の注入オペレーションを設定する。最初のステップは、例えば、サリン又はその他の害のない流体の「テスト」注入であってよい。その後のフェーズは、同定ボーラス(identification bolus)又はタイミングボーラス(timing bolus)(つまり、対照用の小さい体積であって、薬剤に対する患者の応答を具体的に特定する)、ポンププライミングステップ、最後になされる診断又は治療用の剤の十分な診断/治療注入プロトコル(例えば、米国特許第６,６４３,５３７号、同第６,３３９,７１８号、同第６,９５８,０５３号、及び第５,４９４,０３６号と、米国公開特許公報第２００４−００６４０４１号及び同第２００５−０１１３７５４号に説明されているインジェクタとコントロールシステムに関連した複数のフェーズを含んでよい)を含んでよい。臨床医は、(例えば、図２に示すような)管外漏出センサを取り付けて、較正チェックを実行する。オペレータは、その後、離れた所で、又は患者の側で注入システムを装着し、開通性(patency)/準備的管外漏出検出の注入を開始する。オペレータが、注入場所を触診する、及び/又は見る一方で、管外漏出システムは、管外漏出による不測の流体の存在について、ＩＶアクセスの周囲の組織を監視する。上述したように、注入のフローレートは、システムが注入場所をモニタする間、自動又は手動で増減される。
【００６２】
準備的な管外漏出検出投与ステップの間に管外漏出が検出されない場合、インジェクタコントローラ(400)は、インジェクタ(10)を介して第２シリンジ(30b)から薬剤を注入することを始める。管外漏出センサ(200)は、薬剤の注入の間、管外漏出を検出するように動作し続ける。準備的な管外漏出検出投与ステップの間に管外漏出が検出される場合には、処置が中止されてもよい。例えば、新たな注入場所が、その後に定められてもよい。患者が適切に処置された後、準備的な管外漏出検出投与ステップが繰り返される。
【００６３】
組織の体積の誘電率の変化を測定するセンサ(200)を使用する場合、サリン、造影剤、又はその他の薬剤の何れの管外漏出に対しても、センサ(200)の感度は非常に良い。幾つかの自動の管外漏出センサの場合、感度は、例えば、造影剤又はその他の薬剤に対して調整されてもよい。これらの場合、センサ又は測定アルゴリズム/回路構成を調節/調整して、例えば、サリンに対して、センサの感度を良くするのが望ましい。このような調整は、例えば、準備的な管外漏出検出投与ステップに適用されて、センサ及び/又は測定アルゴリズム/回路構成が「戻されて」、その後のステップ又はフェーズで造影剤/薬剤の管外漏出が検出されてもよい。追加で又は代替的に、異なる流体が、準備的な管外漏出検出投与ステップに使用されてもよい。一般に、供給される薬剤よりも有毒でない流体が、準備的な管外漏出検出投与ステップに使用される。また、準備的な管外漏出検出投与ステップにて、サリン(又は、ほぼ有毒でない希釈剤)と薬剤を希釈・混合して使用し、準備的な管外漏出検出投与ステップの間において、管外漏出に対する管外漏出センサの感度を増加させてもよい。
【００６４】
準備的な管外漏出検出投与ステップで使用される生理的に害のない又は有毒でない流体は、信号検出を助ける不活性の粒子やその他の物質のような検出強化剤を含んでいてもよい。有毒でない流体(及びその中にある信号強化要素)は、電磁エネルギ源で照射されて、組織の外の検出器でモニタされてよい。
【００６５】
主たる漏出検出センサ(200)に加えて、１以上の追加の又は二次的な漏出検出センサ(200')が設けられて、独立して別の管外漏出を検出してもよい。漏出検出センサ(200)の信号と同様に、漏出検出センサ(200')の信号は、(例えば、伝走線を介して、又は無線で)コントロールシステム(400)に与えられる。例えば、準備的な管外漏出検出投与ステップでサリンが使用される場合、上述した誘電率センサの感度は、サリンの管外漏出に対して非常に高い。例えば、検出強化剤がサリン又はその他の害のない流体に加えられて、管外漏出に対する第２のセンサ(200')の感度が改善されてもよい(例えば、近赤外(ｎＩＲ)線のような電磁放射を吸収又は散乱する粒子がサリンに加えられてよい)。
【００６６】
説明及び図示されている本発明の様々な実施例と態様は、ＣＴ及びその他の撮像処置(例えば、陽子放出放射断層撮影法(ＰＥＴ)、磁気共鳴撮像法(ＭＲＩ)、磁気共鳴管造影法(ＭＲＡ)、及び超音波法)の間における造影剤の注入に関して、主として提示されているが、当業者であれば、本発明が、その他の種類の用途に加えて、広範な治療及びその他の処置に適用又は適合されてよいこと(特に、放射性医薬品を用いたＰＥＴ及びその他の処置に加えて、有毒な化学療法の癌の薬)を理解するであろう。
【００６７】
上述の説明と添付の図面は、現時点における発明の好ましい実施例に関している。様々な変更、追加及び代替デザインは、上述した教示を踏まえると、本発明の範囲を逸脱することなく、当業者には当然に明らかであろう。本発明の範囲は、上述の説明ではなく、特許請求の範囲によって定めされる。特許請求の範囲と均等な意味及び範囲に入る変更と変化は、特許請求の範囲に含められる。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
本発明、特に現時点において好ましい実施例と代替の実施例、そして、それらの形態は、発明を実施するための最良の形態と添付の図面とを参照することで、良く理解できるであろう。
【図１】図１は、本発明のシステムを図示しており、管外漏出センサは、撮像処置の間に、注入システムのコントローラにフィードバック信号を送る。
【図２】図２は、本発明で使用するのに適した管外漏出センサの平面図である。
【図３】図３は、管外漏出のイベントが、一定のオフセットとして特徴づけられると仮定したバイナリ検出モデルのブロック図である。
【図４】図４は、Ｈ1仮説(管外漏出パルスノイズ)とＨ2仮説(管外漏出なし)の確率密度関数を示す。
【図５】図５は、観測データから得られた図２に示す管外漏出センサの受信者動作特性(ＲＯＣｓ)を示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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