(57)【要約】  超音波センサが、血管内の血流を検出するために身体に取り付けられる。センサから信号は、ＣＰＲの実施中、例えばフロー速度及びフロー拍動性のようなフローの尺度を生成するために処理される。フロー尺度は、ＣＰＲの間、望ましいフロー特性と比較され、結果は、介護者がＣＰＲを実施するのをガイドするための可聴の命令を生成するために使用される。フロー尺度は、ＣＰＲをガイドするために、圧迫力又は深さ、胸部インピーダンス、血圧及びＥＣＧデータのような、他の検出された生理学的パラメータと一緒に使用されることができる。
2009515631.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＣＰＲの実施について介護者に指導するためのシステムであって、
身体に取り付け可能であって、血管内の血流を表す血流信号を生成する超音波トランスデューサアセンブリと、
ＣＰＲの実施中、前記血流信号に応じてフロー特性を決定するプロセッサと、
前記プロセッサに結合され、前記フロー特性の決定に応じて介護者がＣＰＲを実施するのを支援する、ユーザインタフェースと、
を有するシステム。
【請求項２】
接着手段、弾性手段、面テープ手段又は機械的手段の少なくとも１つによって前記超音波トランスデューサアセンブリを身体に取り付ける手段を更に有する、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記超音波トランスデューサアセンブリは、身体に超音波を送信するトランスデューサ及び前記送信された超音波に応じて返ってくるエコーを受信するトランスデューサを有する、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記送信された超音波に応じて返ってくるエコーを受信する複数の受信トランスデューサ素子を更に有する、請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
各受信トランスデューサ素子のアパーチャが、送信トランスデューサ素子のアパーチャと重なる、請求項４に記載のシステム。
【請求項６】
前記超音波トランスデューサアセンブリは、厚さ寸法を示し、
前記送信及び受信トランスデューサ素子は、傾けられており、小さい厚さ寸法を提供するように前記アセンブリの前記厚さ寸法において互いにオフセットされている、請求項５に記載のシステム。
【請求項７】
前記トランスデューサ素子の１又は複数が、前記トランスデューサ素子によって放出される超音波エネルギーを広がらせる手段を有する、請求項４に記載のシステム。
【請求項８】
トランスデューサ素子の対を更に有し、各対は、送信素子及び対応する受信素子を有するとともに、少なくとも一対の前記受信素子によって行の特定の位置に対向する血管からの血流信号を受信するために該行に並べられる、請求項３に記載のシステム。
【請求項９】
前記プロセッサは、流れる血液から返ってくるエコー信号から動き特性を決定するように動作するドップラープロセッサを更に有する、請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
前記プロセッサが、ドップラーパワー信号を生成する、請求項９に記載のシステム。
【請求項１１】
前記プロセッサが、ドップラー速度信号を生成する、請求項９に記載のシステム。
【請求項１２】
前記プロセッサが、ドップラー信号の周期性を表す信号を生成する、請求項９に記載のシステム。
【請求項１３】
前記ユーザインタフェースは、より速く、より遅く、より強く又はより弱くＣＰＲ圧迫を加えるように介護者に指導するフィードバック装置を更に有する、請求項１に記載のシステム。
【請求項１４】
前記プロセッサに結合され、加えられるＣＰＲ圧迫に応じて圧迫信号を生成するように動作するＣＰＲセンサを更に有し、
前記プロセッサは、ＣＰＲの効果を評価するために前記決定されたフロー特性及び前記圧迫信号を利用する、請求項１に記載のシステム。
【請求項１５】
前記プロセッサに結合され、ＥＣＧ信号を生成するように動作するＥＣＧ電極を更に有し、
前記プロセッサが、ＣＰＲの実施を支援するために前記決定されたフロー特性及び前記ＥＣＧ信号を利用する、請求項１に記載のシステム。
【請求項１６】
前記ＥＣＧ電極に結合される除細動器を更に有する、請求項１５に記載のシステム。
【請求項１７】
前記除細動器が、ショックは勧められないと決定したのち、前記ユーザインタフェースは、介護者がＣＰＲを実施するのを支援するように動作する、請求項１６に記載のシステム。
【請求項１８】
前記プロセッサに結合され、胸部インピーダンス信号を生成するように動作する胸部電極を更に有し、
前記プロセッサが、ＣＰＲの実施を支援するために前記決定されたフロー特性及び前記胸部インピーダンス信号を利用する、請求項１に記載のシステム。
【請求項１９】
前記ユーザインタフェースが、可聴の命令を用いて、介護者がＣＰＲを実施するのを支援するスピーカを有する、請求項１に記載のシステム。
【請求項２０】
前記ユーザインタフェースが、視覚的情報を用いて、介護者がＣＰＲを実施するのを支援するディスプレイを有する、請求項１に記載のシステム。
【請求項２１】
前記ユーザインタフェースが、ＣＰＲ圧迫のために所望のレートで周期信号を生成する手段を更に有する、請求項１に記載のシステム。
【請求項２２】
前記超音波トランスデューサアセンブリが、身体に超音波を送信し、前記送信された超音波に応じて返ってくるエコーを受信するＰＷモードで動作される少なくとも１つのトランスデューサを有する、請求項１に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して、心臓蘇生法の分野に関し、より具体的には、血管の血流を測定することによる心肺蘇生法（ＣＰＲ）の実施のガイダンスに関する。
【背景技術】
【０００２】
緊急時及び手術プロシージャの間、患者の血流の状態の評価は、問題の診断及びその問題に対する適当な治療の決定の両方にとってきわめて重要である。患者の心臓パルスの存在は、一般に、患者の頸部を触診し、患者の頸動脈ボリュームの変化による触知可能な圧力変化を検知することによって検出される。心臓の心室が、鼓動の間に収縮すると、圧力波が、患者の末梢循環系の全体に送り出される。頸動脈波の波形は、心収縮期に血液の心室駆出によって上昇し、心臓からの圧力波が最大に達するとピークになる。頸動脈波は、圧力が、頸動脈波の終わりに向けて落ちてくると、再び落ちる。
【０００３】
患者の検出可能な心臓パルスの欠如は、心停止の強いインジケータである。心停止は、患者の心臓が生命を維持するための血流を与えることができない致命的な病状である。心停止の間、心臓の電気活動は、無秩序であり（心室細動）、あまりに速く（心室頻拍）、存在せず（心静止）、又は血流を与えることなく正常な又は遅い心拍数（無脈性電気活動）で秩序化されうる。
【０００４】
検出可能なパルスのない患者に提供されるべき治療の形式は、患者の心臓条件の評価に部分的に依存する。例えば、介護者は、非同期の又は急速な電気活動を止めて、潅流リズムが戻ることを可能にするために、心室細動（ＶＦ）又は心室頻拍（ＶＴ）を経験している患者に除細動ショックを適用することができる。外部除細動は、特に、患者の胸部の表面上に配置される電極を通じて患者の心臓に強い電気ショックを適用することによって提供される。患者が、検出可能なパルスに欠如しており、心静止又は無脈性電気活動（ＰＥＡ）を経験している場合、除細動が適用されることはできず、介護者が、患者に血流を生じさせる心肺蘇生法（ＣＰＲ）を実施することができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
患者に除細動又はＣＰＲのような治療を施す前に、介護者は、患者が心停止にあることを最初に確認しなければならない。一般に、外部除細動は、意識がなく、無呼吸であり、脈拍がなく、心室細動（ＶＦ）又は心室頻拍（ＶＴ）にある患者にとってのみ適切である。医療ガイドラインは、患者の心臓パルスの有無が、１０秒以内に決定されるべきであると示している。例えば、心肺蘇生法（ＣＰＲ）について米国心臓協会プロトコルは、医療関係者が、５秒乃至１０秒以内に患者のパルスを評価することを要求する。パルスの欠乏は、外部胸部圧迫の開始の目安である。パルスの評価は、意識がある人については簡単に見えるが、基本的な生命維持評価シーケンスのうちもっとも頻繁に失敗する要素であり、これは、例えば経験の不足、貧弱な目印、又はパルスを見つけ又は見つけないことのエラーのような、さまざまな理由に帰すことができる。正確にパルスの有無を検出することの失敗は、患者にＣＰＲ又は除細動治療を与えるとき又は与えないときのいずれにおいても、患者の逆の処置にいたるであろう。
【０００６】
心電図（ＥＣＧ）信号は、通常、除細動ショックが適用されるべきか否かを決定するために使用される。しかしながら、救助者が遭遇する見込みのある特定のリズムは、例えば無脈性電気活動のように、ＥＣＧ信号だけによって決定されることができない。これらのリズムの診断は、ＥＣＧ信号によって示されるような心筋の電気活動にもかかわらず、潅流の欠如の証拠をサポートすることを必要とする。
【０００７】
こうして、救助者が患者に治療を提供すべきか否かを迅速に決定するために、拍動流が患者の動脈にあるかどうか正しく決定するために、患者のパルス、血流量、及び可能性としてＥＣＧ信号を、迅速に且つ容易に解析することが可能である一体化されたシステムを開発する必要がある。
【０００８】
この必要性は、米国特許第６，５７５，９１４号明細書（Ｒｏｃｋ他）に記述されるシステムが設計される対象である救助者の場合のように、救助者が、訓練されていない及び／又は不慣れな人間である状況又はシステムにおいては差し迫ったものがある。前記第６，５７５，９１４号明細書は、本発明と同じ譲受人に譲渡されており、その明細書の内容全体は、参照によってここに盛り込まれるものとする。前記第６，５７５，９１４号特許明細書は、除細動を意識のない患者に適用すべきか否かを決定するために、ほとんど又は全く医療訓練を受けていない最初に対応する介護者によって使用されることができる自動化された体外除細動器（ＡＥＤ）（以下、ＡＥＤ及び半自動化された体外除細動器（ＳＡＥＤ）は、ともにＡＥＤと呼ばれる）を開示している。
【０００９】
ＲｏｃｋによるＡＥＤは、除細動が患者に適当であるかどうか（すなわちパルスがあるか否か）又はＣＰＲのような治療の別の形式が適当であるかどうかを決定するために、除細動器、ドップラー超音波信号を送受信するためのセンサパッド、ＥＣＧ信号を得るための２つのセンサパッド並びにドップラー及びＥＣＧ信号を受け取り評価するプロセッサを有する。ドップラーパッドは、頸動脈波を検知するために頸動脈上の患者皮膚に固着される。頸動脈波は、拍動血流の十分さの重要なインジケータである。具体的には、ＲｏｃｋのＡＥＤのプロセッサは、検出可能なパルスがあるかどうかを決定するためにドップラー信号を解析し、「電気ショック付与可能なリズム（shockable rhythm）」があるかどうかを決定するためにＥＣＧ信号を解析する。前記第６，５７５，９１４号の図７及び対応する記述である明細書コラム６、ライン６０乃至コラム７、ライン５２を参照されたい。ＲｏｃｋによるＡＥＤのプロセッサによる検出可能なパルスの決定は、受信されたドップラー信号を、受信されたドップラー信号に統計学的に適当な閾値と、比較することによって行われる。これらの２つの別の解析の結果に基づいて、プロセッサは、除細動を勧めるべきか否かを決定する。
【００１０】
除細動が勧められない場合、除細動器は、ＣＰＲが患者に実施されるべきであると勧めることができる。除細動器が医療専門家によって動作させられている場合、医療専門家は、一般に、適当な態様でＣＰＲを実施する。しかしながら、自動化された除細動器は、医療訓練されていない素人によって動作されうるので、除細動器は、ＣＰＲの適当な適用について素人の救助者を指導することができることが望ましい。ＣＰＲ指導は、米国特許第６，１２５，２９９号（Groenke他）、米国特許第６，３５１，６７１号（Myklebust他）及び米国特許第６，３０６，１０７号（Myklebust他）明細書に記載されるように、除細動器に組み込まれることができる。前記第６，１２５，２９９号及び前記第６，３５１，６７１号明細書は共に、胸部圧迫が適用される患者胸部に配置される力センサを記載している。力センサは、除細動器に接続され、胸部圧迫の適用される力を検知するとともに、除細動器の可聴プロンプトを使用して、「より強く」、「より弱く」、「より速く」又は「よりゆっくり」押すように救助者に指導する。前記第６，３０６，１０７号明細書は、力センサの代わりに、胸部圧迫の力ではなく胸部圧迫の深さを検知する加速度計を有する圧迫パッドを記載している。この方法は、ＣＰＲガイドラインが、適用される力ではなくむしろ圧迫の深さに方向付けられているので、好ましい。適用される力は、ＣＰＲ圧迫に対する異なる胸部抵抗により必ずしも圧迫深さと相関しない。これらの技法は、それらの定量化能力が、肺を膨らませしぼませることによって血液に少なくとも部分的に酸素を送り込む胸部の圧迫を測定することに方向付けられるので、ＣＰＲ指導にとって効果的である。これらの技法は、少なくともいくらかの血液循環を引き起こしているＣＰＲの他の意図される効果を測定しない。心筋へ血流を導くことは、心臓の電気活動を増やすことができ、それによって除細動ショックが正常な心臓リズムを回復させる可能性を高めることができる。脳に血流を導くことは、非可逆的な脳損傷が心停止によって引き起こされるまでの時間を長くすることができる。従って、ＣＰＲ測定システムが、肺の膨張及び収縮に加えて脳への血流の尺度を提供することが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の原理によれば、超音波トランスデューサが、頸動脈上に取り付けられ、ＣＰＲの実施中、頸動脈中の血液運動の速度を検知するために使用される。血流の１又は複数の尺度は、ＣＰＲの実施のガイダンスにおいて使用される超音波信号のドップラー処理から形成される。いくつかの図示される例において、血流尺度は、ＣＰＲの効果的な適用を決定しガイドするために、例えば胸部圧迫の力若しくは深さ、胸部インピーダンス又はＥＣＧデータのような他の尺度と一緒に使用される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１を最初に参照して、本発明の原理により構成される超音波センサストリップ１０が示されている。センサストリップ１０は、トランスデューサ対１−５の行を含む。任意の数のトランスデューサが、所与のセンサストリップにおいて使用されることができ、その数は、概して４乃至６個のレンジにあるトランスデューサ数である。トランスデューサ素子の各対は、連続波（ＣＷ）超音波モードでの動作を可能にする送信素子（Ｔ１、Ｔ２等）及び受信素子（Ｒ１、Ｒ２等）を有する。送信素子が、送信波を送信している間、対応する受信素子は、送信に応じて返ってくるエコーを受信する。この例において、トランスデューサ素子は、フォーカスされておらず、１．５−２ｃｍの深さ及び０．５−４ｃｍのレンジでクロスオーバーを伴って個別にコリメートされる。送信及び受信ビームのアパーチャは、クロスオーバー上で重なっており、それによって、送信トランスデューサ素子によって生成されるエコーは、対応する受信トランスデューサ素子によって受信される。パルス波（ＰＷ）超音波動作の場合、逐次に送信し受信する単一の素子のみが必要とされる。トランスデューサは、ストリップが貼り付けられる皮膚表面の形状に適合するように曲がることができる可撓性マトリックス１２に封入される。図示される例におけるトランスデューサは、１−２ｍｍの距離隔てられており、それによってマトリックス内のトランスデューサの行は、曲げられることができる。マトリックス１２は、トランスデューサのアライメントを保持し、身体からの電気絶縁を提供し、例えばシリコン又はＲＴＶラバーからなりうる。トランスデューサ素子に結合される電気導体のケーブル１８が、後述するようにマトリックス１２から延びている。ケーブル１８は、センサストリップ１０が監視装置とともに動作する該監視装置に接続するコネクタにおいて終端する。トランスデューサのマトリックスは、センサストリップを身体に付着させる基板１４によって覆われる。センサストリップは、輪ゴム、ネックレス又はベルクロ（登録商標）ストラップによって身体に取り付けられることができる。図示される例において、基板は、その皮膚接触表面上に接着材１６を有する接着テープ、又は他の自然の若しくはポリマーの材料である。トランスデューサのマトリックスの皮膚と接触する表面は、マトリックス１２と身体との間の良好な音響結合を提供する材料によって覆われる。この音響材料は、接着材１６が、例えば接着性の電極ゲル材料のように所望の音響特性を有する場合、接着材１６と同じ材料であってもよい。音響材料は、代替例として、ヒドロゲル材料、接着パッチ、又は他の固体材料を含むことができる。
【００１３】
図２ａは、トランスデューサ１−５の例の側面図である。この例において、トランスデューサ素子のトップ送信表面６が丸くされていることが分かる。この例において、トランスデューサ素子は、２５ｍｍの曲率半径でカーブされている。送信表面を丸くすることは、放出される超音波を広がらせ、それによって身体のより大きな領域に超音波を当てるようにし、対象血管に超音波が当てられる見込みを増やすともに、トランスデューサ素子間のいかなるデッドゾーンも防ぐ。トランスデューサの形状を丸くすることに代わるものとして、レンズが、放出される超音波を広がらせるために、平坦な放出表面上において使用されることができる。
【００１４】
図２ｂは、トランスデューサ１−５になされる電気的接続を示している。皮膚に面するトランスデューサ素子の送信表面は、安全のためにグラウンド接続される電極２２によって覆われる。個別の電極２２が、個別の素子上に形成されることができ、個別の素子は、ケーブル１８を通してコネクタ２０に電気的に接続されることができる。代替として、電極２２は、トランスデューサ素子のグループ又は全てをカバーする薄膜又は他の可撓性の導電材料の連続的なシートであってもよい。皮膚表面から離れた側に面する素子の側面は、それらの上に信号電極２４を有する。ケーブル１８の導体は、送信（駆動）信号を提供し、トランスデューサ素子から受け取られたエコー信号を返すために、これらの電極２４に接続される。図２ｃは、信号導体の接続の一例を示すトランスデューサ素子の平面図である。この例において、送信素子Ｔ１−Ｔ５のすべては、一緒に動作させられ、ケーブルの１つの導体１８ａに電気的に接続される。受信素子Ｒ１−Ｒ５は、別個に動作させられ、ケーブルの個別の導体１８ｂに接続される。この構成は、送信素子の全てが同じ送信波によって同時に駆動されることを可能にし、受信されるエコーは、受信素子Ｒ１−Ｒ５の別個の受信位置において受信される。図２ｄは、信号リード接続の別の例であり、この例において、送信素子Ｔ１−Ｔ５の全ては、導体１８ａ上の送信信号によって同時に駆動され、受信素子Ｒ１−Ｒ５のすべては、一緒に電気的に結合され、並行して動作させられる。受信素子Ｒ１−Ｒ５の全てによってそれらの個々の位置において受信されたエコー信号の全ては、同じ導体１８ｂ上で合わせられ、伝えられる。図２ｅは、各々の送信素子及び各々の受信素子が個別に動作させられることができる構成の例である。各々の送信素子Ｔ１−Ｔ５は、それ自身の信号導体１８ａに結合され、各々の受信素子Ｒ１−Ｒ５は、それ自身の信号導体１８ｂに結合される。この例は、センサストリップが電池駆動装置によって動作させられる場合、いかなるときもただ１つの送信素子が駆動され、ただ１つの受信チャネルが必要とされることにより電池パワーを節約するので、好適でありうる。
【００１５】
図３ａは、トランスデューサ対のトランスデューサ素子が改善された信号受信のためにマトリックス１２内にどのように配置されうるかの一例を示している。ドップラー超音波信号は、角度依存である。超音波ビームの方向と血流方向との間の角度が９０°であるとき、ドップラー信号は最小であり、血流の方向が直接的にトランスデューサに向かう又は離れるときに最も強くなる。身体内の７ｍｍの平均深さにある頸動脈３２のような皮膚表面３０に近い血管は、皮膚表面とほぼ平行であるので、皮膚表面３０に垂直に超音波を送信するトランスデューサの向きは、血流方向に対して約９０°の入射角を有する。この直交する向きの可能性を低減するために、トランスデューサ素子は、図３ａに示されるように浅い角度で傾けられる。送信素子Ｔが図示されるように傾けられる場合、図３ｂに示されるように、鈍角Ｌが、波の進行方向３６と血流方向３４との間に形成されることが分かる。図３ｂにおいて、トランスデューサ素子Ｔ及びＲは、図３ａに見られるより大きい厚みのマトリックスではなく、より小さい厚みＴｈのマトリックス１２によって、それらが所望の向きに維持されることを可能にするように、互いにオフセットされ、それによってセンサストリップの厚みを低減する。
【００１６】
図３ａ及び図３ｂの例において、素子の傾斜は、トランスデューサの行の長さディメンションに対し横方向にビーム方向を曲げて、トランスデューサが効果的にセンサストリップの脇のほうを向くようにする。これは、センサストリップ１０が、図４ｂに示されるように、頸動脈３２のような血管をまたいで配置されるとき、良好に機能する。血管をまたいで（血管に直交して）センサストリップ１０を配置することは、超音波を目に見えない血管と交差させる最大の機会を素人ユーザに提供する。こうして、送信トランスデューサ素子のアパーチャは、頸動脈３２内の血流方向に向かう又は離れるほうを向く。センサストリップが、図４ｂに示されるように配置されるとき、最も強いドップラー信号が、頸動脈３２上に配置されるトランスデューサ対Ｔ３−Ｒ３によって検出され、その一方、他のトランスデューサ対は、血管上にない。前記第６，５７５，９１４号の図４に示されるＲｏｃｋシステムにおいて、トランスデューサの行は、概して、血管の長さと平行に並べられる。この配置の利点は、複数のトランスデューサが血管上に配置されるので、信号が、複数のトランスデューサ素子によって受信され、信号対雑音比を高めることである。不利な点は、ユーザが血管の位置の判断を誤り、隠れた血管上ではなく隠れた血管と平行にトランスデューサを配置してしまう場合、ほとんど又は全く信号が受け取られないことである。図３ａ、図３ｂ及び図４ｂの例は、素人ユーザの場合の成功の見込みを改善する。
【００１７】
図４ａは、本発明の原理により構成されるバイタルサインモニタ及び治療システムのブロック図である。中央処理及び制御ユニット１６０は、システムのさまざまな機能及び構成要素を制御し、バイタルサインデータを処理する。中央処理及び制御ユニット１６０は、監視されているバイタルサイン及びシステムによって実行される処置に適当な処理及び制御アルゴリズムを実行する。中央処理及び制御ユニットは、ワイヤード又はワイヤレスＬＡＮ接続又はブルートゥース接続によって他の装置と接続されうる。中央処理及び制御ユニット１６０及びシステムの他の電子構成要素は、バッテリ、ＡＣライン、電源並びに他の電力管理及び制御機能を含みうる電源サブシステム１６２によって電力供給される。臨床医は、例えばディスプレイ、オーディオ入出力、キーパッド、及びプリンタのような素子を含みうるユーザインタフェース１６４によって、システムと対話する。患者のＥＣＧは、インピーダンス、呼吸及び不整脈解析のような機能を実施することができるＥＣＧ及び処理サブシステム１６６によって監視され、処理される。システムは、例えばＳＰＯ２、ＥＴＣＯ２、ＩＢＰ  ＮＩＢＰのような他のバイタルサイン測定及び処理のための素子１６８を有する。システムは、例えばペーシング及び除細動、高電圧システム及び患者絶縁のような治療機能１７０を有する。ＣＰＲの性能は、以下により詳しく述べるようなＣＰＲ測定サブシステム１８０によって測定される。
【００１８】
図４ｂは、本発明の原理によるＣＰＲの実施をガイドするのを支援するためにセンサストリップ１０を使用するバイタルサインモニタ及び治療システムの一部をブロック図の形で示している。図４ｂのセンサストリップ１０は、図２ｃに示されるように共通に接続される送信素子Ｔ１−Ｔ５及び別の出力を有する受信素子Ｒ１−Ｒ５とワイヤ接続される。センサストリップ１０は、図に示される以下の素子を有する、治療機能１７０の１つである除細動器１１０に接続される。送信発生器４０は、センサストリップの送信素子のための送信波形を生成する。送信波形は、３−７ＭＨｚのレンジの公称周波数を示し、この例において、血管超音波のアプリケーションの場合に一般的である５ＭＨｚの公称周波数を有する。送信波形は、増幅器４２によって増幅され、送信トランスデューサ素子Ｔ１−Ｔ５に与えられる。受信トランスデューサ素子Ｒ１−Ｒ５は、受信トランスデューサ素子のうちの１つによって受信された信号をその出力に結合するマルチプレクサ４４に結合される。選択された受信信号は、低雑音増幅器４６によって増幅され、ラジオ周波数バンドパスフィルタ４８によってフィルタリングされる。受信信号は、送信波形を基準とする基準信号によって直交駆動されるミキサ５２及び５４によってベースバンドにミキシングされる。復調された直交信号は、図面においてＩ及びＱと分類され、ドップラーフローベクトルの直交検出された成分を含む。Ｉ及びＱ信号は、ローパスフィルタ５６及び５８によってフィルタリングされ、そののち、ＤＣ（静止組織）成分及び血管壁からの成分を排除してフロー速度成分を通すサンプフィルタ又はウォールフィルタ６２及び６４によってフィルタリングされる。フィルタリングされた直交成分は、ドップラーフィルタ６６及び６８によってフィルタリングされ、ドップラー信号をデジタル化するデュアルアナログデジタル変換器７０の２つの入力部に与えられる。ドップラー信号は、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）プロセッサ７２によってドップラースペクトルに変換される。ドップラー信号についてのＦＦＴ処理は、例えばOppenheim及びSchaferによる「Discrete-Time Signal Processing 」（Prentice Hall,1989）に記載されるさまざまな異なる実現によって当分野において良く知られている。一般的な実現において、ドップラーサンプルの連続する重なり合うシーケンスは、ゼロで埋められるスライディングサンプルウィンドウレジスタにロードされるとともに、ゼロ（ＤＣ）に中心をおかれ、送信間隔レートによって決定されるドップラーサンプリング周波数の±１／２で境界付けられる、ドップラースペクトログラムのドップラー周波数信号ｆＤを生成するように処理される。ＦＦＴプロセッサによって処理されない場合、ドップラー信号の振幅は、パワードップラー出力信号を生成するために検出器７４によって検出される。
【００１９】
パワードップラー信号は、ＣＰＲ測定サブシステム１８０に含まれる解析モジュール１００に結合され、解析モジュール１００は、さまざまなやり方でドップラー信号を解析することができる。一例において、マルチプレクサ４４は、２００４年６月２９日に出願され現在国際特許出願ＩＢ２００５／０５２１２７として出願されている米国特許第６０／５８３，９６６号明細書に記載されるように、１０ミリ秒ごとに異なる受信トランスデューサ素子からの信号を選択する。この特許明細書の内容は、参照によってここに盛り込まれるものとする。このポーリングシーケンスは、図６ａに示されている。第１のマルチプレクサは、素子Ｔ１からの送信信号に応じる素子Ｒ１からの信号をまず選択する。この第１のサンプリング期間の後、マルチプレクサは、素子Ｔ２からの送信信号に応じる素子Ｒ２からの信号を選択する。マルチプレクサは、素子Ｔ３、Ｔ４及びＴ５からの信号を選択することによって続行し、図６ａの時間ｔ６に示されるようにシーケンスを繰り返す。この間に、解析モジュール１００は、例えば予め決められた雑音レベルのような所与のしきい値を超える強いパワードップラー信号を探す。有効なパワードップラー信号は、所与の信号対雑音比だけ閾値を越えるものとして認識される。この例において、ＣＰＲが患者に実施される間、除細動器システムは、パワードップラー信号をサンプリングしている。救助者が、患者の胸部を圧迫すると、血液量が、心臓から強制排出され、圧力波が血管系に出て、概して頸動脈に拍動血流をもたらす。この血流の発現は、ポーリングシーケンスの間に検出され、解析モジュールによって有効なパワードップラー信号として認識されると、マルチプレクサは、ポーリングを止めて、有効なドップラー信号を連続的にシステムに結合させる。この例において、有効なドップラー信号は、頸動脈の直ぐ上にある受信トランスデューサ素子Ｒ３によって、検出される。受信素子Ｒ３からの信号は、図６ｂにおいて時間ｔ１２に始まるＴ３／Ｒ３期間によって示されるように、連続的にシステムによってサンプリングされる。有効な信号のドップラー周波数ｆＤは、フロー速度を示し、ピーク信号は、ＣＰＲによって引き起こされる最大瞬間フローレートを示す。
【００２０】
マルチプレクサ４４によってもたらされるサンプリングシーケンスは、複数のバリエーションの任意のものを示すことができる。例えば、解析モジュールが、選択された受信素子からのパワードップラー信号の強度の低下を検知する場合、マルチプレクサは、隣接する受信素子におけるより強い信号を見つけようと試みるために、選択された素子の両側の受信素子から信号をサンプリングし始めるように制御されることができる。図６ｂが示すように、時間ｔ１５において、トランスデューサ素子Ｒ２からの信号が、サンプリング期間にサンプリングされ、そののち、次のサンプリング期間中に素子Ｒ４からの信号がサンプリングされる。より強いドップラー信号が、これらのトランスデューサ位置のどちらにも見つからない場合、マルチプレクサは、時間ｔ１７に示されるようにトランスデューサ素子Ｒ３からの信号をサンプリングすることに戻る。複数の処理チャンネルが、所与の装置において利用できる場合、複数のトランスデューサ素子が、同時に監視されることができ、最も強いドップラー信号が解析のために使用される。
【００２１】
速度を検出することに加えて、ドップラー波形の期間は、何回かの心臓圧迫にわたって繰り返されるピーク速度を検出することによって検知される。繰り返しのこのレートの周期性は、ＣＰＲ中の心臓圧迫のレートを示す。この解析の結果として、救助者は、適切にＣＰＲを実施するように可聴的に及び／又は視覚的に指導される。例えば、一般のＣＰＲプロトコルは、１分あたり１００回のレートで１５圧迫を実施するように救助者に求めうる。解析モジュールによって検出される繰り返しのレートが、この所望のレートより低い場合、解析モジュールは、「もっと速く押してください」という言葉による命令を発行するために、音声シンセサイザ１０２又はディスプレイスクリーンに信号を与える。音声シンセサイザは、音声信号を生成し、かかる音声信号は、増幅器１０４によって増幅され、スピーカ１０６に与えられ、スピーカ１０６は、「もっと速く押してください」と可聴的に救助者に指示する。解析モジュールは更に、各々の心臓圧迫によって達せられるべき所望の最小血流速度と、圧迫の間のピーク血流速度を比較する。例えば、一般のピーク速度値は、約１ｍ／ｓｅｃである。解析モジュールによって使用される基準は、この公称レートより小さいことがある。所望の基準速度が、達せられていない場合、解析モジュールは、ユーザインターフェース１６４の音声シンセサイザ及びスピーカを通じて「もっと強く押してください」という命令を発行することができる。ＬＥＤ又はグラフィックディスプレイの行のような視覚的ディスプレイは、絶対又は相対的なフロー信号の強度及び／又は最も強いフロー信号が検出されたトランスデューサセンサの列に沿った位置を視覚的に示すことができる。
【００２２】
ピーク速度及びドップラー波の期間を検出することに加えて、解析モジュールは、本出願人による米国特許出願第６０／６０９，６７６号（２００４年９月１３日出願）及び同第６０／６１３，９９６号（２００４年９月２８日出願）明細書に記載されるように、例えば中間速度、ボリュームフローレート、パルセーションインデックス（拍動指数）及びフローインデックスのような、ＣＰＲ圧迫によって生じる血流の十分さの他の尺度を生成することができる。これらの明細書の内容は、参照によってここに盛り込まれるものとする。
【００２３】
図４ａ及び図４ｂのシステムは、ＣＰＲの効果を判断するために、ドップラーフローセンサと組み合わせて使用されることができる他のセンサを有する。患者胸部に配置され、ＣＰＲ圧迫が適用される圧迫パッド８０が、図４ｂに示されている。圧迫パッドは、米国特許第６，３５１，６７１号明細書に記載される力センサ又は好適には米国特許第６，３０６，１０７号明細書に記載される加速度計を有する。圧迫が、パッド８０に適用されるたびに、信号が生成され、その信号は、増幅器８２によって増幅され、検出器８４によって検出される。検出された胸部圧迫信号は、ドップラーフロー信号から得られる情報と組み合わされて使用される。例えば、圧迫信号の各々の出現は、センサストリップによる有効なドップラーフロー信号の検知と時間的に相関すべきである。このように、圧迫信号は、ドップラー信号の解析を時間的にゲート制御し、又は解析モジュールによって検知される圧迫周期のレートを相関させ確認するために使用されることができる。ＥＣＧ信号は、存在する場合には、時間ゲートとして使用されることもできる。力の振幅又は２階積分された加速度信号は、適用される圧迫の圧迫力又は圧迫深さの尺度であり、「もっと強く押してください」又は「もっと弱く押してください」なるコマンドを発行すべきかどうか決める際に使用されることができる。例えば、低いフロー速度又はボリュームフローレートが、救助者がより強く押すべきことを示しうる一方で、圧迫信号は、救助者がすでに、患者に安全に行われるのと同じくらい強く又は深く押していることを示すことがある。解析モジュールは、この圧迫情報を考慮して、「もっと強く押してください」コマンドを抑えることができる。
【００２４】
図４ｂのシステムは、更に、患者胸部に付着されるとともに、除細動ショックを供給するために患者のＥＣＧ信号及び胸部のバイオインピーダンスを検知するために使用される、胸部電極９２、９４を有する。ＥＣＧ及びインピーダンス信号は、ＥＣＧインピーダンスモジュール９６によって処理され、ＣＰＲ指導を支援するために使用されうる解析モジュールに結合される。例えば、前記６，３５１，６７１号明細書に記載されるように、インピーダンス信号は、胸部が圧迫されると変化を示し、圧迫力が緩められると再び変化を示す。これらのインピーダンス変化の出現の時間は、ドップラー信号解析と相関付け又はそれを時間的にゲート制御して、これらの信号の検出及びＣＰＲ指導コマンドの適切さを確認し又は改善するために使用されることができる。
【００２５】
図５は、患者の輪郭を示すとともに、除細動器１１０、頸動脈を横切って頸部上に適切に配置されたセンサストリップ１０、胸部中央の圧迫パッド８０、及び除細動のために通常の位置に配置された電極９２，９４を示している。当業者には明らかであるように、解析モジュールは、ＣＰＲ用の指導コマンドをよりよく生成するために、これらのセンサの全てからの信号を相関させ又は組み合わせることができる。米国特許出願公開第２００３／０１９９９２９号明細書に記載されるように、センサストリップ１０及び上側除細動電極９２を組み合わせて、患者の頸部に配置される１つの電極にすることも可能である。
【００２６】
図７は、ドップラーフローセンサ１０及びＣＰＲ圧迫パッド８０を有する図４に示されるような除細動システムを使用する方法を示している。この例において、除細動器は、ステップ１２０に示されるようにＣＰＲ指導モードをはじめる。除細動器は、ＣＰＲ間隔によって自動的に始まるようにプレセットされることができ、又は除細動器は、ショックが勧められないとき、又はショックが実施されたあと、ＣＰＲモードに入ることもできる。更に、除細動器がＥＣＧ信号を解析した後に自動的にモード変更を行うことができる解析技法が知られている。例えば、ＥＣＧ信号の振幅は、成功した除細動の可能性と相関することが知られている。更に、ＥＣＧコンプレックスの高いレートは、除細動成功と関連させるために示され、ＥＣＧデータのフーリエ変換を実施し、変換されたデータの中間周波数においてこの決定を行う予定である解析が、提案される。こうして、低い振幅及び低いレートＥＣＧ信号は、ＣＰＲを開始し、システムをＣＰＲ指導モードに切り替えさせるための目安とされることができる。この例において、除細動器は、例えば１００Ｈｚである所望のＣＰＲレートで繰り返されるシンプルトーン又はビープでありうるＣＰＲメトロノームを備える。こうして、救助者は、ステップ１２２において、このトーンの繰り返しと救助者の圧迫とを同期させるようにガイドされる。圧迫が適用されると、解析モジュールは、ステップ１２４において圧迫パッドから深さ又は力信号を受け取り、ステップ１２６において頸動脈を通じてセンサストリップ１０から有効なドップラーフロー信号を実質的に同時に受け取る。これらの信号は、ステップ１２８において、血流及びその十分さを決定するために解析モジュールによって解析される。情報が、指導命令が必要であることを示す場合、可聴の及び／又は視覚的な指導命令又は他のフィードバックが、ステップ１３０において発行される。システムは、次の胸部圧迫時のステップ１２４及び１２６の信号を待つことに戻る。
【００２７】
図８は、圧迫信号が、ステップ１２５においてインピーダンス変化信号によって置き換えられることを除いて、図７のものと同一のステップを有する方法を示している。この情報は、ＣＰＲをガイドするための指導命令を発行すべきかどうか決めるためにドップラーフロー信号と一緒に使用される。
【００２８】
図９は、図７及び図８のセンサを組み合わせており、ＣＰＲをガイドする際の決定を行うためにすべての３つのソースからの情報を使用する。この方法は、ステップ１２５のインピーダンス変化信号、ステップ１２４の圧迫信号及びステップ１２６のドップラーフロー信号を使用する。図４の最初の説明に示したように、ドップラーフロー信号は、効果的なＣＰＲをガイドするためにこれらの他の信号なしで使用されることができる。
【００２９】
こうして、超音波フロー情報は、ＣＰＲをガイドするために単独で使用されることができ、又はフロー情報は、ＣＰＲのガイダンスを支援するために、例えば圧迫力又は深さ、患者インピーダンス及びＥＣＧのような、１又は複数の他の生理学的なパラメータと一緒に使用されることができることが分かる。血圧のような他の生理学的なパラメータが、更に又は代替として使用されることができる。
【００３０】
前述したように、前の例のセンサストリップは、患者の頸部の頸動脈上に接着剤で又は機械的に取り付けられる。良好な音響結合が、超音波信号の信頼性のある送受信のために、トランスデューサ素子と皮膚表面との間に確立されることが重要である。これは、概して、トランスデューサ素子と向かい合わせの皮膚表面上に、親水性の接着剤、音響結合ゲル、又はそれらの２つの組み合わせを使用することによって提供される。しかしながら、センサストリップがゆるくなると、音響パスは、分離されることがあり、これは、患者の動き、接着性付着を妨げる皮膚表面上の発汗若しくはほこり、又は接着剤の乾燥によって生じうる。これが生じるとき、問題が補正されることができるように、救助者又は介護者に状況を警告することが望ましい。図１０は、センサストリップの付着が力センサ１５０によって監視される例を示している。この例において、力センサ１５０は、この例では接着ストリップである基板１４と、超音波トランスデューサＴ及びＲを含むマトリックス１２との間に位置する。マトリックス１２は、所定の位置にしっかり保持されると、皮膚表面３０に力を印加し、図面に示されるように皮膚を僅かに押し下げる。この下方への圧力は、取り付けられた接着ストリップ１４の張力によって加えられる。関係する力は、図１１に別個に示されている。力センサは、接着ストリップ１４の張力Ｔによって加えられる力Ｆ１を測定する。力センサは、重さＷＦＳを有し、超音波トランスデューサ１は、重さＷＵＴを有する。超音波トランスデューサ１は、その上側表面上に力Ｆ１＋ＷＦＳを経験する。皮膚表面３０は、力Ｆ１＋ＷＦＳ＋ＷＵＴを経験する。典型的な実現において、接着ストリップ１４によって加えられる力は、力センサ１５０及び超音波トランスデューサ１の重さＷＦＳ及びＷＵＴより非常に大きい。こうして、力センサ１５０によって生成される力測定Ｆ１は、取り付けメカニズム及び装置の重さによって皮膚に加えられる力の良好な近似である。
【００３１】
力センサは、複数の知られているセンサ技術の任意のものを含むことができる。例えば、力センサは、ラバーの各々の側に埋め込まれ又は設置される電極を有する導電ラバーを含むことができる。力センサは、圧電センサであってもよく、又はひずみゲージであってもよい。ひずみゲージからの信号は、それらが除細動器に結合されるケーブル１８に含まれるワイヤによって伝えられることができる。除細動器におけるプロセッサは、力信号を監視し、それが許容できるレベルを下回る場合、可聴の又は視覚的な警告が発行される。
【００３２】
図１２は、センサストリップ１０の音響的接触を測定するための力センサの使用の別の例を示している。この例において、力センサは、図面に示されるようにトランスデューサ素子の上又はその両側にありうる接着ストリップ１４上又は接着ストリップ１４内のひずみゲージ１５２である。ひずみゲージからの信号は、センサストリップが使用中である間に所望の圧力レベルが維持されることを確実にするために、接着ストリップが患者の皮膚に取り付けられ、監視されるときの接着ストリップの張力を示す。
【００３３】
図１３は、力センサ１５０がトランスデューサ素子Ｔ及びＲに隣り合ってマトリックス１２内に含まれている別の例を示している。この実現の利点は、接触の力が、皮膚表面と接触するトランスデューサの箇所に直接隣接して測定されることである。
【００３４】
力ではなく圧力を測定するセンサが、本発明の構成される装置において使用されることができることが分かるであろう。
【００３５】
トランスデューサの音響パスを監視するための別の方法は、信号処理を通じて音響パスのエアポケットから近距離場反射を測定することである。これらのエアポケットは、強い近距離場エコーとして超音波信号に現れる。しかしながら、これは、受信トランスデューサによってのみ実施されることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の原理によって構成される超音波センサストリップを示す図。
【図２ａ】超音波センサストリップのトランスデューサのさまざまな異なる特性及び構成を示す図。
【図２ｂ】超音波センサストリップのトランスデューサのさまざまな異なる特性及び構成を示す図。
【図２ｃ】超音波センサストリップのトランスデューサのさまざまな異なる特性及び構成を示す図。
【図２ｄ】超音波センサストリップのトランスデューサのさまざまな異なる特性及び構成を示す図。
【図２ｅ】超音波センサストリップのトランスデューサのさまざまな異なる特性及び構成を示す図。
【図３ａ】本発明の原理による超音波センサストリップのトランスデューサの傾斜を示す図。
【図３ｂ】本発明の原理による超音波センサストリップのトランスデューサの傾斜を示す図。
【図４ａ】本発明の原理により構成されるバイタルサインモニタ及び治療システムを示すブロック図。
【図４ｂ】本発明の原理により構成されるパルス検出及びＣＰＲガイダンスを有するバイタルサインモニタ及び治療システムの一部を示すブロック図。
【図５】図４の除細動器システムの電極パッド及びセンサの適用を示す図。
【図６ａ】超音波センサストリップのトランスデューサのシーケンシャルな動作の一例を示す図。
【図６ｂ】超音波センサストリップのトランスデューサのシーケンシャルな動作の一例を示す図。
【図７】ＣＰＲガイダンスのために他の測定されたパラメータと血流検知を組み合わせるプロシージャを示す図。
【図８】ＣＰＲガイダンスのために他の測定されたパラメータと血流検知を組み合わせるプロシージャを示す図。
【図９】ＣＰＲガイダンスのために他の測定されたパラメータと血流検知を組み合わせるプロシージャを示す図。
【図１０】超音波トランスデューサと患者身体との間の音響結合の十分さの目安を提供するために力センサを有する超音波センサストリップの例を示す図。
【図１１】超音波トランスデューサと患者身体との間の音響結合の十分さの目安を提供するために力センサを有する超音波センサストリップの例を示す図。
【図１２】超音波トランスデューサと患者身体との間の音響結合の十分さの目安を提供するために力センサを有する超音波センサストリップの例を示す図。
【図１３】超音波トランスデューサと患者身体との間の音響結合の十分さの目安を提供するために力センサを有する超音波センサストリップの例を示す図。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図２Ｅ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【国際調査報告】
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