(57)【要約】【課題】母親の腹部に付着された１つまたは複数の超音波トランスデューサ（２４）を使用する連続的な非侵襲的胎児心拍数測定を提供すること。【解決手段】各超音波トランスデューサ（２４）は、ある信号強度を有する超音波ビーム（２６）を生成する。この信号強度は、超音波トランスデューサ（２４）に印加された励振電圧によって決定される。励振電圧調整デバイス（３６）は、超音波ビームの強度を選択的に制御するために、励振電圧発生器（３２）と超音波トランスデューサ（２４）の間に位置決めされる。ユーザ入力デバイス（４４）によって、オペレータは、胎児心拍数モニタ（１０）の表示深度を変化させるように超音波信号強度を制御することができる。【選択図】図２
2011131053.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
胎児の心拍数を調べるための装置において、
ある信号強度を有する超音波ビーム（２６）を生成し、反射した超音波信号を受信する少なくとも１つの超音波トランスデューサ（２４）と、
前記超音波トランスデューサ（２４）に励振電圧を供給する励振電圧発生器（３２）と、
前記超音波トランスデューサ（２４）に供給される前記励振電圧を変更するために、前記励振電圧発生器（３２）と前記超音波トランスデューサ（２４）の間に置かれた励振電圧調整デバイス（３６）であって、前記超音波ビーム（２６）の前記信号強度が前記励振電圧に関連付けられるようにする、励振電圧調整デバイス（３６）と、
を備える装置。
【請求項２】
前記励振電圧を変更するために、前記励振電圧調整デバイス（３６）に連結され、前記励振電圧調整デバイス（３６）を制御するコントローラ（３８）をさらに備える、請求項１記載の装置。
【請求項３】
前記コントローラ（３８）に結合された手動入力デバイス（４４）をさらに備え、前記手動入力デバイス（４４）によりユーザが前記励振電圧を選択的に変更できることを特徴とする請求項２記載の装置。
【請求項４】
前記コントローラ（３８）に結合されたパワーレベルディスプレイ（５０）をさらに備え、前記超音波ビーム（２６）の前記信号強度が前記パワーレベルディスプレイ（５０）上に表示されることを特徴とする請求項２記載の装置。
【請求項５】
前記励振電圧調整デバイス（３６）が、前記励振電圧発生器（３２）からの前記励振電圧を選択的に増幅する増幅器（５６）を含むことを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項６】
前記励振電圧調整デバイス（３６）が、前記励振電圧発生器（３２）から受け取った前記励振電圧を選択的に減少させるように動作可能な電圧分圧器（６０）を含むことを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項７】
胎児心拍数を監視する方法において、
妊娠中の患者（１２）の腹部上に少なくとも１つの超音波トランスデューサ（２４）を配置する工程と、
励振電圧発生器（３２）を動作させて励振電圧を供給する工程と、
励振電圧調整デバイス（３６）において前記励振電圧を受け取る工程と、
前記励振電圧を選択的に変更するために前記励振電圧調整デバイス（３６）の動作特性を変更する工程と、
前記変更された励振電圧を前記超音波トランスデューサ（２４）に供給する工程であって、前記超音波トランスデューサ（２４）は、前記変更された励振電圧に関連付けられた信号強度の超音波ビーム（２６）を発生する、工程と
を含む方法。
【請求項８】
前記励振電圧を変更するために、前記励振電圧調整デバイス（３６）に連結されたコントローラ（３８）から制御信号を生成する工程をさらに含むことを特徴とする請求項７記載の方法。
【請求項９】
前記超音波ビーム（２６）の前記信号強度を表示する工程をさらに含むことを特徴とする請求項８記載の方法。
【請求項１０】
前記コントローラが、前記超音波トランスデューサ（２４）からの反射された超音波ビームを受け取り、前記受け取った超音波信号に基づいて前記励振電圧を自動的に調整することを特徴とする請求項８記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、一般に、被験者の心拍数を調べるための方法および装置に関する。より詳細には、本開示は、特に胎児の拍間時間（beat-to-beat）(以下、「拍毎」）の心拍数を調べるための方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
胎児の監視（すなわち、妊娠中および分娩時の胎児の状態の監視）は通常、子宮の活動および胎児の拍毎の心拍数を監視することを含む。胎児心拍数は、胎児が十分な酸素を供給されているかどうかの指標であり、好ましくは拍毎に算出する。
【０００３】
破水前に胎児心拍数を表す信号を得るために、非侵襲的監視技術を使用しなければならない。最も広く採用されている測定技術は、動いている胎児の心臓によって反射される超音波信号のドップラーシフトを測定することを含む。
【０００４】
既知の超音波検出技術によれば、超音波トランスデューサは、妊婦の腹部外側に配置され、送信された超音波が胎児の心臓に当たるように配向される。反射された超音波は、同じまたは異なる超音波トランスデューサによって受信される。反射された超音波のドップラーシフトは、心臓の動いている部分、たとえば心臓弁および心臓壁の速度に直接に関連する。
【０００５】
ドップラー超音波は広く一般に受け入れられている胎児心拍数の監視方法であるが、超音波胎児心拍数監視にはいくつかの短所がある。これらの短所の１つは、母親が肥満している場合、母親の皮膚表面から胎児の心臓までの距離が胎児心拍数モニタの監視深度より長い場合があるので、超音波胎児モニタのトランスデューサでは胎児の胎児心拍数を監視できないことがあることである。あるいは、検知深度を増加させるためにより大量の超音波エネルギーを使用する超音波胎児心拍数モニタは、正常または低体重の患者を、普通必要とされ得る超音波エネルギーより高い超音波エネルギーにさらす。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第７４７０２３２号公報
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本開示は、胎児の拍毎心拍数を調べるための方法および装置に関する。開示されている実施形態では、妊娠中の患者の腹部に付着されたまたは取り付けられた１つまたは複数の超音波トランスデューサを使用する連続的な非侵襲的胎児心拍数測定が行われる。各超音波トランスデューサは超音波ビームを生成し、この超音波ビームは、胎児の心臓によって反射され、超音波トランスデューサのうちの１つまたは複数によって受信される。この受信された信号に基づいて、胎児心拍数モニタは胎児の心拍数を生成する。
【０００８】
本開示の胎児心拍数モニタは、標準的な励振電圧を生成する励振電圧発生器を含む。この励振電圧発生器からの励振電圧は、励振電圧調整デバイスによって受け取られる。次に、励振電圧調整デバイスは、励振電圧調整デバイスの動作を制御するコントローラに接続される。
【０００９】
胎児心拍数モニタの動作中、励振電圧はまず超音波トランスデューサに印加される。トランスデューサのそれぞれからの超音波ビームの信号強度は、励振電圧に直接に関連する。
【００１０】
超音波ビームの強度が胎児心拍数を検出するのに不十分な場合、ユーザは、超音波ビームの強度を増加させる必要があることを示すユーザ入力デバイスを動作させることができる。胎児心拍数モニタのコントローラは、このような信号を入力デバイスから受け取ると、励振電圧を増加させる信号を励振電圧デバイスに提供する。
【００１１】
励振電圧が励振電圧調整デバイスによって増加されると、超音波トランスデューサからの超音波ビームの強度が増加し、それによって、胎児心拍数モニタの表示深度（ｄｅｐｔｈ  ｏｆ  ｖｉｅｗｉｎｇ）を増加させる。コントローラは、超音波トランスデューサからの現在の信号強度を最大レベルと比較してオペレータに視覚的に示すようにパワーレベルディスプレイを動作させる。
【００１２】
ユーザは、胎児心拍数が検出されるまで、超音波ビームの信号強度を増加させ続けることができる。胎児心拍数が検出されると、心拍数が表示され、ユーザは信号強度を現在のレベルで維持することができる。このようにして、超音波ビームの信号強度は、各患者が胎児心拍数を検出するために必要な超音波レベルのみを受けるように、個々の患者に合わせて最適化される。
【００１３】
本発明の種々の他の特徴、目的、および利点は、図面と共に以下の説明から明らかにされるであろう。
【００１４】
図面は、本開示を実施するための、現時点で考えられる最良の形態を示す。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】胎児心拍数モニタを利用している妊娠中の患者を示す図である。
【図２】本開示の超音波パワー制御システムの概略図である。
【図３】励振電圧調整デバイスの一実施形態を示す図である。
【図４】励振電圧調整デバイスの第２の実施形態を示す図である。
【図５】超音波ビームのパワーレベルのグラフィックディスプレイである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図１は、妊娠中の患者１２の胎児の心拍数を監視するために使用できる胎児心拍数モニタ１０を示す。胎児心拍数モニタ１０は例示的な一形態で図１に示されているが、胎児心拍数モニタ１０は他の多数の形態を取っても本開示の範囲内で動作できることを理解されたい。
【００１７】
図１の実施形態では、胎児心拍数モニタ１０は、帯１８によって患者の腹部１６に固着された超音波プローブ１４を含む。この超音波プローブ１４は、図１の実施形態では、ケーブル２０によって胎児心拍数モニタ１０に結合されるように示されている。ただし、胎児心拍数モニタ１０は、無線通信技術を使用して超音波プローブ１４と通信できることが企図されている。
【００１８】
胎児心拍数モニタ１０は、典型的には胎児の監視された心拍数を表示するディスプレイ画面２２を含むように図１に示されている。このディスプレイ画面２２は、患者１２から得られた他の監視された信号を表示するように構成することができる。
【００１９】
動作中、胎児心拍数モニタ１０の電源が投入されると、超音波プローブ１４内に含まれた１つまたは複数の超音波トランスデューサはそれぞれ、腹部の皮膚を通過して患者１２に向けられる超音波ビームを生成する。胎児心拍数モニタ１０は、胎児の心臓の拍動を検出するために、超音波プローブ１４内に含まれた同じまたは異なる超音波トランスデューサに返される超音波信号を監視する。胎児心拍数モニタ１０は、超音波プローブ１４から取得されたデータに基づいて胎児心拍数を算出し、この算出された胎児心拍数をディスプレイ２２に既知の方法で表示する。
【００２０】
次に図２を参照して、胎児心拍数モニタ１０の詳細な動作について説明する。図２に示すように、超音波プローブ１４は患者の腹部１６の外面上で位置決めされる。図２に示す実施形態では、超音波プローブ１４は、複数の超音波トランスデューサ２４を含む。各トランスデューサ２４は、超音波ビーム２６を生成するように、さらには胎児の心臓から反射された超音波エネルギーを受信するように動作可能である。本開示の一実施形態では、超音波トランスデューサ２４のそれぞれは、超音波トランスデューサから発する超音波ビーム２６を発生させるために振動する圧電結晶である。圧電結晶の振動は、電圧供給ライン２８を介して圧電結晶に印加される励振電圧によって引き起こされる。
【００２１】
図２に示す実施形態では、超音波トランスデューサ２４のそれぞれは、超音波ビームを送信することも反射された超音波エネルギーを受信することもできるが、超音波プローブ１４は、超音波エネルギーの送受信に別々のトランスデューサを利用することができる。
【００２２】
胎児心拍数モニタ１０の動作中、超音波トランスデューサ２４は超音波ビーム２６を生成し、この超音波ビーム２６は患者の腹部１６を透過し、超音波信号が拍動している胎児の心臓３０によって反射されるまで妊娠中の患者の内部を進む。図２に示すように、腹部１６の外表面から胎児の心臓３０までの距離Ａは、超音波トランスデューサ２４の検出範囲内になければならない。超音波トランスデューサ２４の検出範囲は、超音波ビーム２６の信号強度に直接に関連する。次に、超音波ビーム２６の強度は、電圧供給ライン２８に沿って超音波トランスデューサ２４に印加される励振電圧の電圧レベルに直接に関連する。胎児の心臓３０の位置が超音波トランスデューサ２４の検出範囲の外にある場合、胎児心拍数モニタ１０は胎児の心拍数を検出することはできない。現時点で利用可能な胎児心拍数モニタでは、励振電圧の値は、超音波プローブの検知距離が妊娠中の正常な患者において胎児心拍数を検出するのに十分であるように選択される。
【００２３】
胎児心拍数モニタ１０が肥満患者で使用されるとき、患者の腹部１６から胎児の心臓３０までの距離Ａは、比較的痩せている患者または正常な患者の場合よりもはるかに長くなりうる。
【００２４】
ここで図２を参照すると、本開示の胎児心拍数モニタ１０は、超音波プローブ１４のパワー出力、したがって監視深度がユーザによって選択的に変更できる回路を含む。超音波プローブ１４のパワー出力を選択的に変更することによって、超音波プローブ１４は、患者の腹部１６からのさまざまな距離で胎児心拍数を検出することができる。さらに、本開示の胎児心拍数モニタ１０によって、オペレータは、妊娠中の患者に送達される超音波パワーの量を制御することができる。
【００２５】
図２に示すように、胎児心拍数モニタ１０は、超音波励振電圧発生器３２を含む。励振電圧発生器３２は、超音波トランスデューサ２４に組み込まれた圧電結晶を駆動するために使用される典型的な励振電圧を生成する。励振電圧は、電圧ライン３４に沿って生成される正弦波電圧である。従来の胎児心拍数監視システムでは、電圧ライン３４に沿った励振電圧は、超音波トランスデューサ２４に直接に印加される。従来技術によるこのようなシステムでは、励振電圧レベルは固定され、胎児心拍数モニタのユーザによって変更されることはできない。
【００２６】
図２に示す実施形態では、励振電圧調整デバイス３６は、励振電圧発生器３２と超音波トランスデューサ２４の間に位置決めされる。励振電圧調整デバイス３６は、ライン３４に沿って励振電圧を受け取り、必要に応じて励振電圧を選択的に増幅または減少させるように動作可能である。励振電圧調整デバイス３６は、制御ライン４０に沿ってコントローラ３８から電圧調整制御信号を受け取る。図示の実施形態では、コントローラ３８は、励振電圧発生器３２からの励振電圧を選択的に増加または減少させるように電圧調整デバイス３６を制御する制御信号をライン４０に沿って生成する。電圧調整デバイス３６からの変更された励振電圧は、電圧供給ライン４２に沿って超音波トランスデューサ２４に提供される。
【００２７】
図２に示す本開示の実施形態では、コントローラ３８は、励振電圧調整デバイス３６への制御ライン４０に沿ってデジタル信号を生成できるマイクロプロセッサである。コントローラ３８はマイクロプロセッサとして示されているが、コントローラ３８は、マイクロコントローラ、ＦＰＧＡ、およびＣＰＬＤであっても本開示の範囲内で動作することができる。図２の実施形態では、ユーザ入力デバイス４４は、臨床医などのユーザが励振電圧調整デバイス３６による励振電圧の変更を制御できるようにコントローラ３８に接続される。本開示の一実施形態では、入力デバイス４４はトラックボールである。コントローラ３８は、入力デバイス４４を形成するトラックボールの動きを検知し、励振電圧の増加または減少のいずれかを行う、励振電圧調整デバイス３６への制御信号を生成する。入力デバイス４４はトラックボールとして企図されているが、入力デバイス４４は、他の種々の形態を取っても本開示の範囲内で動作することができる。一例として、入力デバイス４４は、胎児心拍数モニタ１０のディスプレイ画面の一部として組み込まれた調整可能なダイヤルスライドスイッチまたはタッチスクリーンとすることができる。
【００２８】
前述のように、励振電圧の値は、超音波ビーム２６の信号強度に直接に影響を及ぼす。したがって、表示深度を増加させるために超音波ビーム２６の強度を増加させる必要がある場合、オペレータは、超音波信号の強度を増加させる方向に入力デバイス４４を動かす。コントローラ３８は、励振電圧を増加させるために、ライン４０に沿って励振電圧調整デバイス３６に制御信号を提供する。ユーザは、胎児心拍数が検出されて心拍数表示２２上に表示されるまで、励振電圧の強度を増加させ続けることができる。胎児心拍数が検出されると、臨床医は、励振電圧、したがって超音波信号強度の増加を中止することができる。このようにして、臨床医は、胎児心拍数モニタ１０を介して、胎児心拍数を検出するために必要な超音波信号のみを利用する。
【００２９】
入力デバイス４４は超音波ビームの信号強度を増加させるように作動するので、コントローラ３８は、ライン４８に沿ってパワーレベルディスプレイ５０へのフィードバック信号を生成することができる。パワーレベルディスプレイ５０によって、ユーザは、視覚表示上で超音波ビームの信号強度を視覚的に確認することができる。図５は、一実施形態によるパワーレベルディスプレイ５０を示す。図５の実施形態では、パワーレベルディスプレイ５０は、信号強度の０〜１００％の間に境界を有するバーである。動いているインジケータライン５２は、現在の信号強度を示す。
【００３０】
図２ではパワーレベルディスプレイ５０と心拍数表示２２は別々に示されているが、この２つの表示は、図１に示すように、同じディスプレイ画面上に示すことが可能なことを理解されたい。さらに、図１に示す実施形態では、入力デバイス４４は、心拍数モニタ１０に直接組み込まれるように示されている。加えて、励振電圧調整デバイス３６を制御するように図２に示すコントローラ３８は、別個であってもよいし、コントローラまたは胎児心拍数モニタ１０全体に内蔵されてもよい。
【００３１】
図２に戻ると、コントローラ３８は好ましくは、コントローラ３８が、電圧供給ライン４２上に存在する変更された励振電圧を監視できるようにフィードバックライン５４を含むことができる。フィードバックライン５４を介して、コントローラは、変更された励振電圧を監視し、超音波トランスデューサ２４に供給される励振電圧の最大値を制限することができる。このようにして、コントローラ３８は、妊娠中の患者に供給される超音波信号の最大強度を制限することができる。
【００３２】
次に図３を参照すると、励振電圧調整デバイス３６の第１の実施形態が図示されている。この実施形態では、ライン３４に沿って存在する励振電圧は、超音波トランスデューサに送られるべき所望の値より低い。図３に示す電圧調整デバイス３６では、増幅器５６は、ライン３４から励振電圧を受け取り、その電圧を増幅して、次に電圧供給ライン４２に沿って出力する。図３に示す簡略化した実施形態では、可変抵抗５８がコントローラ３８に接続されている。コントローラ３８は、抵抗５８の値を調整して増幅器５６の利得を制御することができる。図３に示す実施形態は単なる概略図であり、多数の異なる形態を取っても本開示の範囲内で動作できることを理解されたい。ただし、図３の実施形態は、励振電圧調整デバイス３６が、電圧供給ライン４２に沿って変更された励振電圧を生成するためにライン３４上の励振電圧を増幅する増幅回路とすることができることを示す。
【００３３】
次に図４を参照すると、電圧調整デバイス３６の一代替実施形態が図示されている。この実施形態では、ライン３４に沿った励振電圧が電圧降下回路６０に送られる。この電圧降下回路６０は、単純な電圧分圧器の半分を形成する可変抵抗６２を含む電圧分圧器である。この可変抵抗６２は、制御ライン４０を介してコントローラ３８に連結される。コントローラ３８は、電圧供給ライン４２に沿って存在する励振電圧を変更するように抵抗６２の値を制御することができる。再び、図４に示す実施形態の回路は、例示のために簡略化されているに過ぎない。ただし、図４に示す電圧調整デバイス３６は、励振電圧を高値から、超音波トランスデューサに供給される所望の値に減少させることを理解されたい。
【００３４】
本開示の一代替実施形態では、コントローラ３８は、超音波プローブ１４から受け取った超音波信号を監視し、この受け取った信号に基づいて励振電圧を増加または減少させるために、ライン４０に沿って制御信号を励振電圧調整デバイス３６に提供することができる。このような例では、コントローラ３８は、受け取った超音波信号の強度を決定し、信号強度が所定の閾値を下回る場合は、コントローラ３８は励振電圧を増加させる。この処理は、受け取った超音波信号が所定の閾値に達するまで継続する。同様に、プローブ１４から受け取った超音波信号が所定の閾値を上回る場合、コントローラ３８は、受け取った信号が所定の閾値に低下するまで励振電圧を自動的に減少させることができる。このような方法で、コントローラ３８は、プローブ１４から受け取ったフィードバック信号に基づいて励振電圧を自動的に制御することができる。胎児心拍数モニタ１０が、オペレータからの具体的な要件に応じてモニタが手動モードまたはサーボモードを切り替えることが可能な、何らかのタイプの入力デバイスを含むことができることが企図されている。
【００３５】
上記の説明から理解できるように、本開示の胎児心拍数モニタ１０によって、オペレータは、胎児心拍数を検出するのに必要な用量の超音波エネルギーのみが患者に供給されるように超音波ビームの信号強度を調整することができる。胎児心拍数モニタ１０が小柄な低体重の患者で利用されるとき、信号強度を著しく減少させることができる。同様に、胎児心拍数モニタが肥満患者で利用されるとき、信号強度を、胎児心拍数を検出するために表示深度を増加させるように大きく増加させることができる。このようにして、本開示の胎児心拍数モニタ１０は、現在利用可能なデバイスと比較して、非常にさまざまな妊娠中の患者で利用することができる。
【００３６】
この明細書では、複数の例を使用して、最良の形態を含む本発明を開示し、さらにいかなる当業者も本発明を製作し使用することができるようにする。本発明の特許性のある範囲は、特許請求の範囲によって定義され、当業者が想到する他の例を含むことができる。このような他の例は、請求項の書字言語と異ならない構造要素を有する場合、または請求項の書字言語とのわずかな違いを有する等価な構造要素を含む場合、請求項の範囲内に含まれるものとする。
【符号の説明】
【００３７】
１０  胎児心拍数モニタ
１２  患者
１４  プローブ
１６  腹部
１８  帯
２０  ケーブル
２２  ディスプレイ画面、心拍数表示
２４  超音波トランスデューサ
２６  ビーム
２８  電圧供給ライン
３０  胎児の心臓
３２  励振電圧発生器
３４  電圧ライン
３６  励振電圧調整デバイス
３８  コントローラ
４０  ライン
４２  電圧供給ライン
４４  ユーザ入力デバイス
４８  ライン
５０  パワーレベルディスプレイ
５２  動いているインジケータライン
５４  フィードバックライン
５６  増幅器
５８  抵抗
６０  電圧降下回路
６２  抵抗
【図１】
2011131053.tif 000003
【図２】
2011131053.tif 000004
【図３】
2011131053.tif 000005
【図４】
2011131053.tif 000006
【図５】
2011131053.tif 000007