(57)【要約】システム(10)は、第1のグループ(12)の非侵襲性圧力測定装置を使用して第1および第2の圧力測定から圧力波形を獲得することによって左心室内圧波形を得る。セレクター(70および72)は各々第1および第2の圧力波形のセグメント形態を各々選択する。各セグメントは、心周期の異なる間隔に関連する。次いで、シフター(74)は、第1および第2セグメントの各々の出現の相対時間を示す量だけセグメントを時間シフトする。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
左心室内圧波形を非侵襲的に構築するための方法であって、
第1の非侵襲性圧力測定から第1の圧力波形を得る段階と、
第2の非侵襲性圧力測定から第2の圧力波形を得る段階と、
第1の圧力波形から、心周期の第1の間隔に関連する第1のセグメントを選択する段階と、
第2の圧力波形から、心周期の第2の間隔に関連する第2のセグメントを選択する段階と、
第1および第2の該セグメントの各々の出現の相対時間を示す量だけ第1および第2の該セグメントをお互いに対して時間シフトする段階と
を含む方法。
【請求項２】
第1の圧力波形を得る段階が心房内圧を示す信号を得る段階を含む、請求項1記載の方法。
【請求項３】
左心房の圧力波形を示す信号を得る段階が、心尖拍動図からある形状の信号を得る段階と、早期拡張期圧に基づいて該信号の振幅を調節する段階とを含む、請求項2記載の方法。
【請求項４】
第2の圧力波形を得る段階が、心房内圧を示す信号を得る段階を含む、請求項1記載の方法。
【請求項５】
第1のセグメントを選択する段階が、心周期の第1の間隔を示す事象の発生を判定する段階を含む、請求項1記載の方法。
【請求項６】
事象の発生を判定する段階が、心臓弁の活動を示す信号を検出する段階を含む、請求項5記載の方法。
【請求項７】
僧帽弁および大動脈弁からなる群より心臓弁を選択する段階をさらに含む、請求項6記載の方法。
【請求項８】
心臓弁の活動を示す信号を検出する段階が、前記の心臓弁の開いた状態と該心臓弁の閉じた状態の間の遷移を示す信号を検出する段階を含む、請求項6記載の方法。
【請求項９】
心臓弁の活動を示す信号を検出する段階が、弁の活動を示す音響信号を検出する段階を含む、請求項6記載の方法。
【請求項１０】
心臓弁の活動を示す信号を検出する段階が弁の活動を示すサインを検出する段階を含み、サインが電気的サインおよび機械的サインからなる群より選択される、請求項6記載の方法。
【請求項１１】
第1のセグメントおよび第2のセグメントを互いに対して時間シフトする段階が、第1の該セグメントの終点を第2の該セグメントの開始点に接続する段階を含む、請求項1記載の方法。
【請求項１２】
終点を開始点に接続する段階が、終点と開始点を接続するラインを規定する段階を含む、請求項11記載の方法。
【請求項１３】
第1の圧力波形を非侵襲的に得るための第1の振幅センサーと、
第2の圧力波形を非侵襲的に得るための第2の振幅センサーと、
心周期における事象の発生時期を検出するための事象センサーと、
第1および第2の振幅センサー並びに事象センサーと連絡しており、第1および第2の波形の各々からセグメントを選択し、事象の発生時期に基づいてセグメントを接続するように構成されているプロセッサーと
を備える、左心室内圧波形を非侵襲的に構築するシステム。
【請求項１４】
振幅サンサーが心房内圧センサーを備える、請求項13記載のシステム。
【請求項１５】
心房内圧センサーが、心房内圧獲得装置と連絡している心尖拍動計を含む、請求項14記載のシステム。
【請求項１６】
第2の振幅センサーが動脈圧センサーを備える、請求項13記載のシステム。
【請求項１７】
事象検出装置が、心電計および心音計からなる群より選択される、請求項13記載のシステム。
【請求項１８】
第1の心収縮期に対応する第1の信号部分を第1の信号から選択する段階と、
第2の心収縮期に対応する第2の信号部分を第2の信号から選択する段階と、
第1の信号部分と第2の信号部分の時間的な関係を求める段階と、
時間的な関係に一致する第1および第2の該信号部分を時間シフトする段階と
を含む、左心室内圧波形を非侵襲的に得る方法。
【請求項１９】
時間的に互いに離れている心室内の第1および第2の圧力を示す第1のデータおよび第2のデータを獲得する非侵襲性バログラフと、
心周期において事象の発生を示す第3のデータを得るための非侵襲性事象検出装置と、
第1、第2および第3のデータを収容し、第1および第2の該データを第3の該データに基づいて組み合わせて、そこから心室内圧波形を構築するように構成されているデータプロセッサーと
を含む、心室内圧波形を非侵襲的に作製するためのシステム。
【請求項２０】
データプロセッサーが、第1のデータを第2のデータに基づいて時間的にシフトするように構成されているシフト過程を含む、請求項19記載のシステム。
【請求項２１】
データプロセッサーが、対応する圧力を第1および第2のデータに割り当てるように構成されている較正過程をさらに含む、請求項20記載のシステム。
【請求項２２】
非侵襲性バログラフが心房バログラフを備える、請求項19記載のシステム。
【請求項２３】
心房バログラフが心尖拍動計を含む、請求項22記載のシステム。
【請求項２４】
非侵襲性バログラフが動脈バログラフを備える、請求項19記載のシステム。
【請求項２５】
非侵襲性事象検出装置が、心音図、静脈の脈拍獲得装置、および心尖バログラフからなる群より選択される、請求項19記載のシステム。
【請求項２６】
非侵襲性事象検出装置が静脈の脈拍獲得装置を備える、請求項19記載のシステム。
【請求項２７】
非侵襲性事象検出装置が心尖拍動計を備える、請求項19記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発明の分野
本発明は医療用診断装置に関し、特には心臓内の圧力を測定するための装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
背景
心臓の左心室内の圧力は心疾患を治療する際の重要なパラメーターである。しかし、その圧力の測定は、左心室内にプローブを挿入しなければならないことによって妨害されている。このような侵襲的な測定は費用と時間がかかり、患者に危険である可能性がある。結果として、左心室内の圧力は、その重要性にもかかわらず、直接測定されることはほとんどない。
【０００３】
心周期の限定された部分において左心室内圧を非侵襲的に測定するシステムが存在する。例えば、駆出期において、大動脈弁疾患が存在しない場合には、左心室内圧は動脈圧に相当する。開いている僧帽弁によって特徴付けられる心周期部分の間では、左心室内圧は、(僧帽弁が正常である範囲において)左心房内圧と実質的に同じである。また、この左心室内圧は、内容が参照として本明細書に組み入れられている、McIntyre、米国特許第5,291,895号に記載されている装置および方法を使用することによって非侵襲的に測定することができるPCWP(肺動脈楔入圧)に関連する。
【発明の開示】
【０００４】
概要
本発明は、2つまたはそれ以上の非侵襲性診断装置の出力からセグメントを抽出するためのソフトウェアを提供し、その各々は、心周期の少なくとも一部分の左心室内圧を示すデータを提供する。本明細書において使用する、左心室内圧を示すデータは絶対的および相対的な圧力データ並びに圧力波形の外形を示すデータを含む。本発明のソフトウェアは、次いで抽出されたセグメントを時間シフトし、左心室内圧波形を示す連続した曲線を描く。
【０００５】
本発明の1つの実施において、左心室内圧波形は、第1の非侵襲性圧力測定から第1の圧力波形および第2の非侵襲性圧力測定から第2の圧力波形を得ることによって集成される。次いで、第1および第2のセグメントが第1および第2の波形からそれぞれ選択される。これらのセグメントは、心周期の第1および第2の間隔に関連する。次いで、第1および第2のセグメントは、第1および第2のセグメントの各々の発生の相対時間を示す量だけ互いに対して時間シフトされる。
【０００６】
本明細書において使用する「圧力測定」は、先に規定するように、絶対的および相対的な圧力データ並びに圧力波形の外形を示すまたは記録するデータを意味する圧力を示すデータ収集をいう。
【０００７】
第1の圧力波形は左心房内圧を示す信号であってもまたは動脈圧を示す信号であってもよい。信号が左心房内圧を示す場合には、本発明の方法は、心尖拍動図からある形状の波形を得る段階と、非侵襲的に測定された拡張期圧に基づいてある振幅の波形を調節する段階とを含んでもよい。
【０００８】
第1セグメントを選択する段階は、心周期の第1の間隔を示す事象の発生を判定する段階を含んでもよい。好適に選択された事象は、心臓弁、例えば、僧帽弁または大動脈弁の活動である。容易に検出可能な事象は、例えば、僧帽弁または大動脈弁が開いた状態と閉じた状態を移行する遷移である。このような事象は、弁の活動を示す音響信号を検出することによって、弁の活動を示す電気的サインを検出することによってまたは弁の活動を示す機械的サインを検出することによって同定することができる。
【０００９】
詳細な説明
本発明によるシステムは左心室内圧波形のセグメントをつなぎ合わせることによって完全な心周期にわたって左心室内圧波形を合成し、その各々は心周期の限られた部分の左心室内圧波形を提供する。望ましい波形の構成セグメント、そのようなセグメントを時間シフトするのに必要なデータおよび構成セグメントを較正するのに必要なデータは、非侵襲性診断装置の収集から得られる。
【００１０】
図1は、2つの群の診断装置を有するシステム10を示す。第1の群12は、心臓血管系の一部に存在する圧力波形を示す信号を提供する非侵襲性圧力測定装置を含む。このような装置は、総称して本明細書において「バログラフ（barograph）」と言われ、それらが作製する圧力波形は、総称して「バログラムbarogram）」と言われる。第2の群14は、心周期における特定の事象の発生を検出する非侵襲性診断装置を含む。これらの装置は、総称して「事象検出装置」と言われる。圧力を示すデータを提供すること以外に、第1の群12の1つまたは複数の非侵襲性圧力測定装置の出力はまた、心周期における特定の事象の発生を示すデータを提供することができることが理解される。
【００１１】
バログラムおよび事象検出装置の出力はソフトウェアシステム16に提供され、ソフトウェアシステムの機能は、バログラムの一部を選択し、そのような部分を同期化して心周期全体における左心室内圧を代表する1つの連続曲線を形成することである。このように合成された曲線は、本明細書において、「LVバログラム」と言われる。
【００１２】
第1の群12の1つのバログラフは、患者の動脈系と非侵襲的に連絡している(すなわち、任意の非侵襲性手段によって)動脈バログラフ18であってもよい。動脈バログラフ18は、時間関数として動脈圧を示す波形(図2に示してあり、以降「動脈バログラム」と言われる)を形成する。大動脈弁が閉じている心周期部分では、動脈バログラムの対応する部分は左心室内圧と密接には関連していない。しかし、心周期の駆出期28では、大動脈弁は開いており、左心室と大動脈は(大動脈弁に異常がない場合)互いに流体連絡している。結果として、心周期のそのような部分では、動脈バログラムはLVバログラムに相当する。
【００１３】
図2に示すように、動脈バログラム20は、従って、左心室内圧と同じ(大動脈弁に異常がない場合)第1の部分22のセットおよび左心室内圧の測定に関係のない第2の部分24のセットを含む。第1の部分22は各々、大動脈弁が開いている時間間隔に相当する。第2の部分24は各々、大動脈弁が閉じている時間間隔に相当する。LVバログラムを合成する際に使用するためには、従って、第2の部分24を破棄し、第1の部分22だけを保持するように動脈バログラム20をさらに処理する必要がある。これには、動脈バログラム20の第1と第2の部分22、24の境界を確認する必要がある。
【００１４】
図3は、心臓血管系の健康状態が良好な患者について、左心室に挿入したカテーテルで直接測定して得られたLVバログラムを26に重ねた典型的な動脈バログラム20を示す。典型的な第1の部分22は、心周期の駆出期28のLVバログラム26に重なる。典型的な第2の部分24は、LVバログラム26からかなり外れている。動脈バログラム20の第1の部分22に関連する間隔は、この間隔において、左心室が動脈系に血液を拍出しているので、「拍出間隔」と言われる。
【００１５】
大動脈弁の開放および閉鎖は拍出間隔の程度を示す。図2に示す特定の例では、大動脈弁の開放および閉鎖は、それぞれ、圧力の急激な上昇32および重複隆起33の発生に関連している。しかし、心臓血管系の健康状態が不良の患者では、このような特徴は容易に出現しないことがある。このような特徴が出現している場合でも、動脈の弾性および動脈系の他の機械的な特性が、大動脈弁の活動に対する動脈圧の応答の遅れを生じさせることがあるので、大動脈弁が開く瞬間および閉じる瞬間は正確には容易には判定できない。このような遅れは、心電図または心音図における特定の特徴の発生にそれらを関連させることによってある程度は補正することができる。
【００１６】
心臓弁の閉鎖および開放などのある種の事象は、図1に示す診断装置の第2の群14の1つまたは複数の事象検出装置によって検出される。このような事象検出装置は、心周期のある種の主要な事象が発生する瞬間を測定する。次いで、このような瞬間を使用して、動脈バログラム20の第1と第2の部分22、24の境界を同定することができる。
【００１７】
例えば、例示のシステム10において、心音計34を含む事象検出装置は、大動脈弁および僧帽弁が閉じる場合にそれらによって発生される音響的信号を検出する。図3は、心音計34によって提供される代表的な心音図38を、LVバログラム26と同じ時間軸で示す。図3から明らかなように、第1の音響パルス40の開始は僧帽弁の閉鎖を示す。第2の音響パルス42の開始は大動脈弁の閉鎖を示す。静脈の脈拍獲得装置50を含む事象検出装置では、図3の静脈の脈拍52の「V」波は僧帽弁の開放を示す（図の番号は変更されている）。
【００１８】
いくつかの態様において、心房バログラム54は、心周期における特定の事象の発生を同定するために使用することができる。心房バログラフ54が心尖拍動計58を含むような態様では、心尖拍動図のある特徴を使用して心周期における事象の発生を同定することができる。例えば、「O」点すなわち心尖拍動図の最下点を使用して、僧帽弁の開放を示すことができる。図3は、心尖拍動計58によって提供される代表的な心尖拍動図39を、LVバログラム26と同じ時間軸で示す。
【００１９】
または、事象検出装置は心電計44を含んでもよい。このような場合には、事象検出装置は、心電図の選択した特徴を使用して、選択した事象の発生を同定する。図3は、LVバログラム26と同じ時間軸の心電図46を示す。図3から明らかなように、QRS-波48の「R」スパイクは僧帽弁の閉鎖に関連する。大動脈弁の開放は、僧帽弁閉鎖後既知の期間が経過してから生じることが知られており、大動脈圧トレースの上昇行程によっても示される。
【００２０】
上記に示唆されているように、事象検出装置はまた、静脈の脈拍獲得装置50を含んでもよく、その代表的な出力をLVバログラム26と同じ時間軸で図3に示す。静脈の脈拍獲得装置50の出力52は、僧帽弁の開放に関連するピークを有する。僧帽弁の開放は心音図38では容易に識別できないことがあるので、静脈の脈拍獲得装置50のデータが利用できることは、僧帽弁が開く時間を確定する際に有用となりうる。
【００２１】
大動脈弁の閉鎖および拍出期間の終了後、左心室は弛緩し続ける。心尖拍動図の最下点によって示されるいくつかの点において(図3において「O」で示す)、左心室内の圧力は、僧帽弁が開放する点まで低下する。これは充填間隔の始まりであり、その間に僧帽弁が開き、大動脈弁が閉じ、酸素を含ませた血液が左心室に流入する。僧帽弁疾患がない場合には、左心房と左心室は充填間隔中流体連絡している。このため、左心室内圧は、左心房内圧に依存、または左心房内圧と相関している。従って、充填期間中の左心房内圧の非侵襲性測定は心房バログラムを示す情報を提供することができる。
【００２２】
図1を参照すると、一態様において、診断装置の第1の群12はまた、患者の左心房と非侵襲的に連絡している心房バログラフ54を含む。心房バログラム54は、左心房内圧を時間関数として示す「心房バログラム」と以降において言う、左心房内圧波形を提供する。心房バログラフ54は、従って、充填期間中の心室内圧を示す。
【００２３】
心房バログラフ54の一例は、心尖拍動計58と併用使用される、McIntyre米国特許第5,291,895号に記載されているものなどの心房内圧獲得装置56を含む。そこに開示されている種類の心房内圧獲得装置56は、心周期の主要な点における心房内圧の値を提供する。特に、心房内圧獲得装置56はLV前A EDP(心房収縮直前の拡張末期圧)およびLV後A EDP(心房収縮直後の拡張末期圧)を提供する。心尖拍動計58は、心房内圧力波形の相対的な形状を有する心尖拍動図を提供する。従って、心房内圧獲得装置56の圧力絶対値を使用して、心尖拍動図を較正することができる。従って、心尖拍動図および心房内圧獲得装置56によって提供される圧力値を合わせて、心房バログラムを描くのに必要なデータを提供することができる。
【００２４】
動脈バログラム20と同様に、心房バログラムは、左心室内圧を測定するのに有用な第1の部分のセットおよび左心室内圧の測定に関係のない第2の部分のセットを含む。第1の部分は各々、僧帽弁が開いている充填間隔に相当する。第2の部分は各々、僧帽弁が閉じている拍出間隔に相当する。動脈バログラム20と同様に、第2の部分から第1の部分を分離するために心房バログラムをさらに処理する必要がある。動脈バログラム20の場合と同様に、これには、第1のセクションと第2のセクションの境界を確認する必要がある。
【００２５】
図3はまた、左心室に挿入したカテーテルによって直接測定したLVバログラム26と同じ時間軸で重ねた代表的な心房バログラム60を示す。図3から明らかなように、心房バログラム60は、充填間隔中はぴったりとLVバログラム26を辿るが、僧帽弁が閉じるとかなり外れる。
【００２６】
一般に、心房バログラム60の特徴を調査することによって僧帽弁が閉じるかどうかを信頼性高く判定できる可能性はないことがある。さらに、疾患は刺激(弁の活動)に対する不適切な応答(圧力)によって検出されるので、刺激の発生を同定するために応答を使用することは非論理的であると思われる。しかし、動脈バログラム20の第1の部分および第2の部分を分離するために使用した同じ事象検出装置は、心房バログラム60の第1の部分および第2の部分を分離するために使用することができる。
【００２７】
図3に関連して上記に考察するように、僧帽弁の開放は (僧帽弁疾患がない場合)、尖拍動図の最下点すなわち「O」点に基づいて、または静脈の脈拍52に基づいて検出することができる。僧帽弁の閉鎖は心電図の「R」スパイクおよび心音図38の音響パルスに関連している。
【００２８】
心周期はまた、大動脈弁および僧帽弁が共に閉鎖する相対的に短い2つの間隔も含む。これらの間隔は上昇行程間隔および下降行程間隔と言われる。上昇行程間隔は、左心室が収縮を始めて、左心室内圧が左心房内圧を超えると始まる。これによって僧帽弁が閉鎖される。上昇行程間隔は、左心室が収縮を続けて、左心室内に生じる圧力が大動脈内の圧力を超えると終わる。圧力差のしるしのこのような変化が大動脈弁を開放し、それによって上昇行程間隔を終わらせ、拍出間隔を開始させる。下降行程間隔は、左心室が弛緩して、大動脈内の圧力が低下しつつある左心室内圧を超えると始まる。下降行程間隔は、左心室内圧を左心房内圧より低下させるのに十分に左心室が弛緩するまで継続する。圧力差のしるしの変化が僧帽弁を開放し、それによって下降行程間隔を終わらせ、充填間隔を開始させる。
【００２９】
上昇行程間隔および下降行程間隔中、左心室内の体液は循環系の左心室以外の部分から隔離されている。従って、これらの比較的短い間隔の間にある形状の圧力波形を得ることは現在では不可能である。しかし、上昇行程間隔および下降行程間隔は非常に短いので、全ての実用的な目的のために、これらの間隔中のLVバログラム26は、間隔の開始時と終了時の既知の圧力を直線で結ぶことによって描くことができる。
【００３０】
いくつかの場合において、特に上昇行程間隔における圧力波形の微分係数は心臓機能の有用な定量的な指標である。このような状況下では、これらの間隔中の圧力波形を実験的に補正することができる。大動脈弁の閉鎖は、心臓から遠く離れた地点における圧力波を測定することによって検出されるので、このような補正因子が必要とされる場合がある。結果として、大動脈弁の閉鎖と閉鎖の検出との間に時間的遅延が生ずる。この遅延により、上昇行程間隔中に測定された圧力波形の微分係数は本来より小さくなる。このような補正因子は、大多数の患者において直接および間接的に行ったLV測定値を比較し、このような測定値から誘導される統計学を使用して、測定された圧力波形の微分係数を補正することによって実験的に測定することができる。
【００３１】
他の場合において、動脈バログラム20はまた、1回拍出量および各拍出によって実施される仕事などの追加の血行力学的パラメーターについての情報も提供することができる。これは、拍出間隔の期間を観察し、期間を1回拍出量に関連させることによって実施することができる。拍出間隔の期間を1回拍出量に関連させる式は医学文献において既知である。
【００３２】
動脈バログラム20の第1の部分22の下の面積は、これらの追加の血行力学的パラメーターについての情報を提供することができる。これは、非侵襲性流動測定法を使用して較正データを得ることによって実施することができる。このような非侵襲性流動測定法には、心エコー検査法(「Congestive Heart Failure」の表題で、2000年3月／4月に発行された雑誌の6巻、2号の9ページに記載されている)、ドップラー測定法(「Doppler Estimation of Cardiac Output: Principles and Pitfalls」の表題で、Echocardiography 1987、353〜374ページに発表されたWilliamsおよびLabovitzによる論文に記載されている)および心拍出の非侵襲性インピーダンス測定(1969年にJournal of Clinical Investigation、48巻、895〜905ページに発表された「Pressure volume studies in man:an evaliation of the duration of the phases of systole」にHanleyおよびAtamerによって記載されている)が挙げられる。このようにして得られた較正データは、その後、第1の部分における動脈バログラム20の積分から1回拍出容量を求めるために使用される。患者の動脈系の特徴は経時的に相対的に一定であるので、積分値の任意の変化は1回拍出量の変化を示す。
【００３３】
ソフトウェアシステム16は、第1の群の診断装置のバログラフに入力が接続されている第1の選択過程70を含む。第1の選択過程70は、充填間隔または拍出間隔においてLVバログラム26に対応する拍出を有する。選択されるべき特定の入力は、バログラムの部分が最後に記載されたものに基づいて制御過程68によって制御される。
【００３４】
同様に、ソフトウェアシステムはまた、第2の群の診断装置の事象検出装置に入力が接続されている第2の選択過程72も含む。第2の選択過程72は、第1と同様に、選択した入力の1つに対応する出力を有する。選択される特定の入力は、第1の選択過程70の出力に依存する。
【００３５】
ソフトウェアシステム16は、さらに、第1および第2の入力を有するシフト過程74を含む。シフト過程74の第1の入力は、第1の選択過程70の出力に接続され、シフト過程74の第2の入力は第2の選択過程72の出力に接続される。シフト過程74の出力は、第2の入力から誘導される量だけ時間シフトした第1の入力である。
【００３６】
シフト過程74の出力は、補間過程76に提供され、補間過程の機能は、拍出間隔および充填間隔の一時的なエンドポイントに基づいた上昇行程間隔および下降行程間隔並びに描かれるLVバログラム26のこれらのエンドポイントにおける値を記載することである。次いで、補間過程76はディスプレイ78に出力を提供し、CRT、帯状記録紙または任意の同様のディスプレイにLVバログラムを表示する。
【００３７】
本発明および本発明の好ましい態様を説明する場合、本発明者が新規であり、特許証によって保証されるものとして主張するものは上記である。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明を実施するためのシステムを示す。
【図２】動脈のバログラムおよび心房のバログラムを示す。
【図３】心周期におけるLV圧を示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
2005517469.tif 000006