(57)【要約】本発明は、生理的ボリュームの固有の物理特性が最初（あるいは以前、それぞれ）のシステム障害(11)の影響を受けていることを考慮して、2つ（またはそれ以上）の連続的なシステム障害 (11, 12)に対するシステム応答(33) から生理的ボリューム容量（EVLVなど）を決定するための装置と手段を提供する。例えば、中心静脈血流に冷たいボーラスを注入することにより、肺血管外水などの、その傍に拡散した生理的ボリュームが冷却される。したがって、2回目に冷たいボーラスが注入さると熱移動のために駆動温度勾配が減少する。最初のボーラス注入と2回目のボーラス注入でのステム応答の差からEVLWを決定することができる。 【選択図】  図３
2013516199.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
血流による通過流領域内を通過する及び／又はその傍に拡散した各生理的ボリュームの少なくとも一つのボリューム容量を決定するための装置であって、
a）各時点で前記通過流領域の上流の第1の位置での前記血流の各循環血液成分に固有の物理特性の少なくとも2つの変化を特徴付けるデータを提供する制御手段と、
b）前記通過流領域の下流の第2の位置での前記血流中の前記の固有の物理特性を測定するためのセンサ手段と、
c）前記センサ手段からの測定値を読み取るための入力チャネル及び経時的に該測定値を保存するための保存手段とを具備する評価手段と、
を備え、
前記評価手段は、前記少なくとも1つのボリューム容量と前記測定値によって表される前記第2の位置での前記の固有の物理特性の経時変化との間の非線形関係を利用して、前記変化を特徴づける前記データ及び前記測定値から前記少なくとも1つのボリューム容量を計算するように構成されており、前記非線形相関は、
前記生理的ボリュームと前記通過流領域における以前の循環血液成分との間に生じる熱および/または量の交換に起因する前記生理的ボリュームの固有の物理特性の変化と、
前記生理的ボリュームと前記通過流領域における以前の循環血液成分との間で生じる熱および/または量の交換に対する、前記生理的ボリュームと前記通過流領域における次の循環血液成分の間に生じる熱および/または量の移動の差と
をモデルする
ことを特徴とする装置。
【請求項２】
前記少なくとも1つのボリューム容量は、肺血管外水分量（EVLW）、胸腔内血液容量（ITBV）と心拡張末期容量（GEDV）のうちの少なくとも1つを含む、請求項1に記載の装置。
【請求項３】
前記制御手段は、前記各循環血液成分の前記固有の物理特性の前記変化の各タイミングと各ボリューム容量を検出するための検出手段を含む、請求項１又は２に記載の装置。
【請求項４】
前記装置は、前記各循環血液成分の前記固有の物理特性の前記変化を課すための付加手段を備え、前記制御手段は前記付加手段をアクティブに制御するように構成された、請求項１〜３のいずれか一項に記載の装置。
【請求項５】
前記付加手段は注入手段を含む、請求項4に記載の装置。
【請求項６】
前記付加手段は加熱手段および冷却手段の少なくとも一方を含む、請求項4に記載の装置。
【請求項７】
前記非線型相関は以下の関係を含み、
【数３】
2013516199.tif 000005
Xは前記の前記第1の位置での前記固有の物理特性、tは時間、 g(τ1, τ2)は前記非線形相関を記述する関数である、請求項１〜６のいずれか一項に記載の装置。
【請求項８】
前記g(τ1, τ2)は前記第1の位置での固有の物理特性と前記第2の位置で測定されたシステム応答の相互関係を用いて導出される、請求項7に記載の装置。 
【請求項９】
前記g(τ1, τ2)は直交関数系で表される、請求項7に記載の装置。
【請求項１０】
前記g(τ1, τ2)は直交関数を用いて導出される、請求項9に記載の装置。
【請求項１１】
前記制御手段は前記影響手段を積極的に制御するように構成されている、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１２】
前記固有の物理特性は温度であり、前記センサ手段は温度センサを備える、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１３】
それぞれの循環血液成分の前記固有の物理特性の複数の変化に基づいて、進行中の前記少なくとも一つのボリューム容量を決定するように構成されている、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１４】
血流による通過流領域内を通過する及び／又はその傍に拡散した各生理的ボリュームの少なくとも1つのボリューム容量を決定するための方法であって、
（i）前記通過流領域の上流の第1の位置で前記血流の各循環血液成分の固有の物理特性の少なくとも2つの連続する変化を特徴づけるデータを提供するステップと、
（ii）前記通過流領域の前記血流の下流における前記物理的変数を示す測定値を読み取るステップと、
(iii) 前記測定値を経時的に保存するステップとを備え、
さらに、前記少なくとも1つのボリューム容量と前記測定値によって表される前記第2の位置での前記固有の物理特性の経時変化との間の非線形相関を使用して、前記変化を特徴づけるデータと前記測定値とから前記少なくとも1つのボリューム容量を計算する工程を備え、前記非線形相関は、
前記生理的ボリュームと前記通過流領域における以前の循環血液成分との間に生じる熱および/または量の交換に起因する前記生理的ボリュームの固有の物理特性の変化と、
前記生理的ボリュームと前記通過流領域における前記以前の循環血液成分との間で生じる熱および/または量の交換に対する、前記生理的ボリュームと前記通過流領域における次の循環血液成分との間に生じる熱および/または量の移動の差と、をモデルすることを特徴とする方法。
【請求項１５】
前記少なくとも1つのボリューム容量は、肺血管外水分量（EVLW）、胸腔内血液容量（ITBV）と心拡張末期容量（GEDV）のうちの少なくとも1つを含む、請求項14に記載の方法。
【請求項１６】
前記非線型相関は以下の関係を含み、
【数４】
2013516199.tif 000006
ここでXは前記第1の位置での前記固有の物理特性、tは時間、g(τ1,τ2)は前記非線形相関を記述する関数である、請求項14又は15に記載の方法。
【請求項１７】
前記g(τ1,τ2)は前記第1の位置での前記固有の物理特性と前記第2の位置で測定されたシステム応答との相互関係を用いて導出される、請求項16に記載の方法。 
【請求項１８】
前記g(τ1,τ2)は直交関数系で表される、請求項17に記載の方法。
【請求項１９】
前記g(τ1,τ2)は直交関数により決められる、請求項18に記載の方法。
【請求項２０】
前記固有の物理特性とは温度である、請求項14〜19のいずれかに記載の方法。
【請求項２１】
それぞれの循環血液成分の前記固有の物理特性の複数の変化に基づいて、前記少なくとも一つのボリューム容量が繰り返し決定される、請求項14〜20のいずれかに記載の方法。
【請求項２２】
さらに、各循環血液成分の前記固有の物理特性の前記変化を引き起こすステップを備える、請求項14〜21のいずれかに記載の方法。
【請求項２３】
さらに、前記変化を課すために患者へのディスポーザブルな付加手段を適用するステップを備える、請求項22に記載の方法。
【請求項２４】
さらに、前記通過流領域における前記血流の下流での前記物理的変数を測定するステップを含む、請求項14〜23のいずれかに記載の方法。
【請求項２５】
さらに、前記通過流領域における前記血流の下流での前記物理的変数を測定するために患者へのディスポーザブルのセンサ手段を適用するステップを含む、請求項24に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、肺血管外水分量（EVLW）、胸腔内血液容量（ITBV）および心拡張末期容量（GEDV）などの血流による通過流領域内を通過する及び／又はその傍に拡散した各生理的ボリューム（physiological volume）の少なくとも１つのボリューム容量を決定するための装置および方法に関連する。
【背景技術】
【０００２】
このようなボリューム容量は、担当医師が患者の現状を判断し、状態が悪化した場合は適切な対抗措置をとることを可能にするパラメータである。例えば、GEDVは患者の充填状態を評価するために使用され、EVLWは肺水腫の進行を観察するための重要なパラメータである。読みやすさを改善させるために、用語 "生理的ボリューム"もまた生理的ボリューム容量に使用される。すなわち "生理的ボリューム"とは、肺の血管外水および胸郭の血液などの実際の物理的エンティティ、ならびに算出された容量の両方を示す。
【０００３】
経肺熱希釈法はITBV、GEDVとEVLWまたは、より正確にはEVLWの近似値を表す血管外熱容量（これは、以下同等と考える）を決定するための最新の技術で構成されている。このような技術を装備した生体情報モニタは、重篤な患者の循環系の状態をモニタリングするために、現在、病院で一般的に使用されている。当業者には周知のように、生体情報モニタは経肺熱希釈法と動脈圧波形解析法および/または他の測定アプローチを組み合わせることができる。
【０００４】
上記パラメータの1つまたは複数を決定するためのこのような技術を実施する経肺熱希釈法と生体情報モニタは、とりわけ米国特許第5,526,817号に記載されている。
【０００５】
一般的に、熱希釈法を採用した生体情報モニタは、関心のある生理的ボリュームの第1の位置の上流で血流の循環する血液成分に課せられる温度変化を特徴付けるデータを提供するための制御手段、関心のある生理的ボリュームの第2の位置の下流で前記血流の温度を測定するセンサ手段、センサ手段からの測定値を読み取るための入力チャネルを持つ評価手段、時間をかけて前記の測定値を保存するための保存手段で構成されている。評価手段は、課された変化と測定値を特徴付けるデータから関心のある生理的ボリュームを計算する。
【０００６】
経時的にボリューム容量変化を監視するために、測定を繰り返すことができる。さらに測定は米国特許第6,394,961号および米国特許第6,537,230号に記載されているように、測定の精度を向上させるために、異なる温度変化を繰り返し課すことが可能である。
【０００７】
通常、冷たいボーラス（bolus: 急速静注(薬)）の注入は循環する血液成分に温度変化を課すために使用されるが、米国特許第6,736,782号は、血流への熱パルスを発することができるカテーテルアセンブリの使用を開示している。
【０００８】
熱希釈法の代替法として、あるいはそれと組み合わせて、希釈法は循環する血液成分の温度以外の固有の物理特性（例えば、導電性や光学特性）の変化を課すために、色素や塩溶液のような指示薬を注入して使用することも可能である。
【０００９】
従来の希釈法はこのようにボーラスの注入や熱パルスにより引き起こされる障害に対するシステム応答の分析に基づいている。先行技術から公知の従来の希釈アルゴリズムでは、線形システム応答が前提である。すなわち、関心のある生理的ボリューム容量と測定した固有の物理特性の間の線形相関が使用される。
【００１０】
従来の希釈法は一般的に孤立した一時点で生理的ボリューム容量を適正に算出するが、これらは短期間に測定を繰り返す場合は不正確になることが示されてきた。特に、これらは準連続的な各ボリューム容量の監視には適していないことが明らかである。
【発明の概要】
【００１１】
したがって希釈測定を十分な精度で繰り返すことができるように時間間隔を減らすことが、本発明の目的である。さらに、肺血管外水分量（EVLW）、胸腔内血液容量（ITBV）および心拡張末期容量（GEDV）などの、血流による通過流領域内を通過する及び／又はその傍に拡散した各種生理的ボリューム容量の精度と信頼性を高めることが本発明の目的である。
【００１２】
本発明の一態様によれば、上記目的を達成するために、血流による通過流領域内を通過する及び／又はその傍に拡散した各種生理的ボリュームの少なくとも一つのボリューム容量を決定するための装置が提供され、該装置は、
a）関心のある生理的ボリュームの上流の第1の位置で最初の血流の循環血液成分に固有の物理特性の変化を示すデータ、ならびに前記の最初の時点より遅い2番目の時点で第1の位置の血流の2番目の循環血液成分に固有の物理特性の2番目の変化を特徴付けるデータを提供する制御手段と、
b）通過流領域の下流の第2の位置で血流の固有の物理特性を測定するためのセンサ手段と、
c）センサ手段からの測定値を読み取るための入力チャネル及び経時的に得た該測定値を保存するための保存手段からなる評価手段と、を備えており、
前記評価手段は、最初の変化を特徴付けるデータ、2番目の変化を特徴付けるデータ、ならびに前記測定値から前記少なくとも1つのボリューム容量を計算するように構成されており、ここで、該評価手段は、該少なくとも1つのボリューム容量と前記測定値によって表される2か所目での固有の物理特性の経時変化との間の非線形関係を利用するように構成されている。ここで、前記非線形相関は、
-生理的ボリュームと前記通過流領域における最初の循環血液成分の間に生じる熱および/または量の交換に起因する該生理的ボリュームに固有の物理特性の変化、および
-生理的ボリュームと前記通過流領域における前記最初の循環血液成分の間に生じる熱および/または量の交換に対する、該生理的ボリュームと前記通過流領域における2番目の循環血液成分との間に生じる熱および/または量の移動の差、
をモデルする。
【００１３】
言い換えれば、本発明は、生理的ボリュームの固有の物理特性が最初（あるいは以前、それぞれ）のシステム障害の影響を受けていることを考慮して、2つ（またはそれ以上）の連続的なシステム障害に対するシステム応答から生理的ボリューム容量を決定する。例えば、中心静脈血流に冷却ボーラスを注入することにより、肺血管外水などの流れ通る生物的ボリュームが冷却される。したがって、2回目に冷却ボーラスが注入されると熱移動のために駆動温度勾配が減少する。最初のボーラス注入と2回目のボーラス注入でのシステム応答の差からEVLWを決定することができる。
【００１４】
好ましい実施の形態によれば、制御手段は、前記の最初の変化のタイミングと量および前記の2回目の変化のタイミングと量を検出するための手段を含む。例えば検出手段はボーラスの温度を決めるための温度センサと、それぞれのボーラス注入のタイミングを決定するための圧力スイッチまたはそれに類するものを含むことができる。
【００１５】
別の有利な実施の形態によれば、装置は、注入手段、加熱手段および/または冷却手段などの最初の変化や2回目の変化を課すための付加手段を備え、制御手段は付加手段を活発に制御するように適応されている。
【００１６】
本発明の別の態様によれば、上記目的は、血流による通過流領域内を通過する及び／又はその傍に拡散した少なくとも一種類の生理的ボリュームを決定するための評価方法を提供することにより達成される。この方法は
（i）通過流領域の上流位置で血流の循環血液成分の物理的変数の変化を特徴づけるデータを提供する工程と、
（ii）最初の時点より後の2番目の時点で、第1の位置での血流の循環する2番目の血液成分の固有の物理特性の2番目の変化を特徴付けるデータを提供する工程と、
（iii）通過流領域の血流下流における物理変数を示す測定値を読み取る工程と、さらに
（iv）経時的に測定値を保存する工程を備える。
【００１７】
この方法は、さらに最初の変化を特徴付けるデータ、2回目の変化を特徴づけるデータ、および前記測定値から前記少なくとも一つのボリューム容量を計算する工程を備える。そこにおいて、前記測定値によって表される少なくとも一つのボリューム容量と固有の物理特性の経時変化の間には非線形相関が使用される。前記非線形相関は、
-生理的ボリュームと通過流領域における最初の循環血液成分との間に生じる熱および/または量の交換に起因する前記生理的ボリュームに固有の物理特性の変化、および
-該生理的ボリュームと該通過流領域における該最初の循環血液成分との間に生じる熱および/または量の交換に対する、該生理的ボリュームと該通過流領域における2番目の循環血液成分との間に生じる熱および/または量の移動の差、
をモデルする。
【００１８】
このコンテキストでは、課された変化を特徴付けるデータを提供することは、各変化のタイミングと量を検出した各データ結果の読み取り、あるいは各変化を課すために付加付加手段をアクティブにコントロールするための各データの読み取り、あるいはその両方を含む。
【００１９】
本発明の有利な実施の形態では、少なくとも1つのボリューム容量は、肺血管外水分量（EVLW）、胸腔内血液容量ITBVと心拡張末期容量（GEDV）のうちの少なくとも1つを含む。
【００２０】
前記の最初の変化は通常、第1の位置で血流の最初の循環血液成分に課せられた固有の物理特性の変化となり、前記2番目の変化は通常、第1の位置で血流の2番目の循環血液成分に課せられた固有の物理特性の変化であるが、本発明はまた血流中で生じる各物理特性の任意の変化に基づいて行える利点がある。
【００２１】
有利には非線形相関の実施は次に基づく：
Y（t）が通過流領域の下流の第2の位置で測定した固有の生理特性（システム応答）であり、
f (t-τ1) は、時刻τ1で第1の位置での固有の物理特性の課された最初の変化に（仮説的に）応答する関数であり（例えば、ディラック関数など）、
f (t-τ2) が、時刻τ2で第1の位置での固有の物理特性の課された2番目の変化に応答する仮説的線形関数であり（例えば、ディラック関数など）、
g (t-(τ2-τ1)) が、生理的ボリュームと通過流領域の最初の循環血液成分の間で生じる熱および／または量の交換による生理的ボリュームの固有の物理特性が変化しなかった場合に予想される、実際の（非線形）システム応答と仮説の（線形）システム応答の差を示す場合は、
以下の式が適応される。
Y(t) = f (t-τ1) + f (t-x2) + g (t-(τ2-τ1))
【００２２】
上記はさらに一般的な実施の形態の特殊なカスケードモデルであり、有利にはここでのシステムの応答がボルテラ級数によって記述される：
【数１】
2013516199.tif 000003
ここで第1の位置での固有の物理特性の（課された）変化は X(t) =δ(t- τ1) + δ\och(t- τ2)、δはディラック関数でありY0は一定のオフセット（例えば体温T0でのベースライン）。
第1の位置での固有の物理特性X（t）の変化がガウス型白色雑音により表される場合、上記の積分級数はウィナー級数になる。しかし、有利には任意の固有の物理特性Xのために、非線形相関は次の関係式が得られる。
【数２】
2013516199.tif 000004
【００２３】
有利には、ウィナー級数が適応可能であると仮定すると、第1の位置での固有の物理特性X(t）と第2の位置のシステム応答Y(t) の相互関係を使用してg(τ1, τ2)を導出できる。そこで、もし<引数>が引数の平均値でσ2が分散であるならば、積分カーネルは
Y0= <Y(t)>
f(τ ) = 1/σ2 <Y(t)X(t-τ)>
および
g(τ1,τ2) = 1/(σ2)2 <Y(t)X(t-τ1)X(t-τ2)> - 1/(2σ2) Υ0δ(τ1-τ2) 
となる。
【００２４】
特に好ましい実施の形態では、g(τ1, τ2)は直交関数系で表され、したがってg(τ1,τ2) は一目瞭然である。例えばKorenberg, MJ et al. (1988), Ann. Biomed. Eng. 16, 201-214 および Korenberg, MJ (1989), Biol. Cybern. 60, 267-276を参照。
【００２５】
本発明の特に好ましい実施の形態では、物理的な変数は温度である。この場合、センサ手段は温度センサを含む。
【００２６】
当業者が理解するように、本発明では血液成分の物理特性に課される変化は2つのみに限定されていない。代わりに、本発明はそれぞれの血液成分に複数の変化を課すことができる。例えば、ペルチェ素子、加熱コイルあるいは類似したものを使用して、（正または負の）熱パルスを繰り返し発するために適合したカテーテルを使用すると、準連続した生理的ボリュームを決定するために本発明を実施することができる。
【００２７】
本発明はまた、より一般的に、血流による通過流領域内を通過した及び／又はその傍を流れた各種生理的ボリュームの少なくとも一種類のボリューム容量を決定するための装置を提供するものであり、該装置は、
a）各時点で通過流領域の上流の第1の位置での血流の各血液成分に固有の物理特性の複数の変化を特徴付けるデータを提供する制御手段と、
b）通過流領域の下流の第2の位置で血流の固有の物理的性質を測定するためのセンサ手段と、
c）センサ手段からの測定値を読み取るための入力チャネル及び経時的に該測定値を保存するための保存手段を具備する評価手段と
を備え、前記評価手段は、少なくとも1つのボリューム容量と測定値によって表される第2の位置での固有の物理特性の経時変化との間の非線形関相関を使用して、複数の変化を特徴づけるデータと前記測定値とから前記少なくとも1つのボリューム容量を計算するように構成される。
ここでの非線形相関は、
-生理的ボリュームと通過流領域における以前の循環血液成分との間に生じる熱および/または量の交換に起因する生理的ボリュームに固有の物理特性の変化、および
-該生理的ボリュームと該通過流領域における該以前の循環血液成分との間に生じる熱および/または量の交換に対する、該生理的ボリュームと該通過流領域における次の循環血液成分との間に生じる熱および/または量の移動の差、
をモデルする。
【００２８】
同様に本発明は、血流による通過流領域内を流れる各種生理的ボリュームの少なくとも一種類のボリューム容量を決定するためのより一般的な評価方法も提供し、これは
（i）通過流領域の上流の第1の位置で血流の各血液成分に固有の物理特性の逐次変化を特徴づけるデータを提供する工程、
（ii）通過流領域の血流下流における物理的変数を示す測定値を読み取る工程、
（iv）経時的に測定値を保存する工程を備え、
ここでこの方法は、さらに複数の変化を特徴づけるデータと少なくとも1つのボリューム容量の測定値からの計算工程を含み、これは少なくとも1つのボリューム容量と測定値によって表される第2の位置での固有の物理特性の経時変化との間の非線形相関を使用する。ここで、非線形相関は、
-生理的ボリュームと通過流領域における以前の循環血液成分との間に生じる熱および/または量の交換に起因する生理的ボリュームに固有の物理特性の変化、および
-該生理的ボリュームと該通過流領域における該以前の循環血液成分との間に生じる熱および/または量の交換に対する、該生理的ボリュームと該通過流領域らおける次の循環血液成分との間に生じる熱および/または量の移動の差、
をモデルする。
【００２９】
さらに、第1の位置で血流の各血液成分の固有の物理特性の前記の変化は、通常、各循環血液成分に課せられた固有の物理特性の変化であるが、本発明はまた血流中で生じる各物理特性の任意の変化に基づいて行える利点がある。
【００３０】
一般に、本出願で記述されるあらゆる実施の形態やオプションは、特に、適用の実条件に応じて有利となり得る。また、一実施形態の構成要件は、技術的に可能な限り、また別の方法で示されない限り、先行技術から本来公知の構成要件と同様に、別の実施形態の構成要件と組み合わせられてもよい。
【００３１】
本発明をさらに詳細に説明する。添付図面は、本発明の特徴の理解を深めるために役立つ概略図である。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の有利な実施の形態のセットアップの例を示す図。
【図２】2つの温度変化が課された第1の位置（上流）での局所血液温度と、第2の位置（下流）での仮説の各血液温度結果のグラフ。
【図３】2つの温度変化が課されている第1の位置（上流）での局所血液温度と相対するベースの血液温度の差、また第2の位置（下流）での実際および仮説の血液温度結果の両方を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
図1に本発明の好適な実施の形態が示されている。その中で、関心のある生理的ボリュームは患者4の肺血管外水6、すなわちEVLWのボリューム容量が決定される。患者4の血流は肺循環3の肺血管外水6と熱接触している。肺循環は、このように上記の意味で、血流による通過流領域3と見なされる。
【００３４】
中心静脈カテーテルアセンブリ7は上大静脈1で患者4の血流の局所血液の温度変化を課すために提供される。すなわち通過流領域3の上流の第1の位置1である。中心静脈カテーテルアセンブリ7は、局所血液の温度変化を課すための付加手段 8を装備している。これらの付加手段 8には、加熱または冷却エレメント（例えば加熱コイルやペルチェ素子）と同様に冷却（あるいは加熱）ボーラスの注入を含むことができる。ボーラス注入手段を使用すると、注入ボーラスの温度検出のための温度センサが有利に提供される。ボーラス注入のタイミングは、圧力スイッチ等によって検出可能である。自動化注入が装備されていると、注入を開始および/または終了する制御信号のタイミングが生体情報モニタ9により記録され、これはまた評価手段を備える。電気加熱または冷却手段が装備されている場合は、熱パルス発光（または冷却）は各電力と電力供給のタイミングにより特徴付けられる。
【００３５】
生体情報モニタ9は付加手段 8を制御するためのチャネル14を備える。したがって本実施の形態では、生体情報モニタ9もまた、制御手段を備える。
【００３６】
中心静脈カテーテルアセンブリ7は、圧力測定、薬剤注入、血液サンプル回収、光プローブ等のための追加ポートと内腔13を備えることができる。
【００３７】
動脈カテーテルアセンブリ15は大腿動脈2、すなわち通過流領域3の下流の第2の位置2で経時的に局所血液温度を測定するために提供されている。この目的のために、動脈カテーテルアセンブリ15はサーミスタ16のようなセンサ手段を備える。動脈カテーテルアセンブリ15は、圧力測定、血液サンプル回収、光プローブ等のための追加ポートと内腔17を備えることができる。
【００３８】
生体情報モニタ9は、サーミスタ16からの測定値を読み取るための入力チャネル18を備える。
【００３９】
生体情報モニタ9はさらに、EVLWと測定値によって表される第2の位置2での血液温度の経時変化の間の非線形相関を用いてEVLWを計算するように適合したマイコンを備える。EVLWの結果は、ディスプレイ19に表示される。
【００４０】
非線形相関は、肺血管外水6と通過流領域3における以前の循環血液成分との間で生じる熱交換による該肺血管外水6の温度変化をモデルし、かつ、該肺血管外水6と該通過流領域3における該以前の循環血液成分との間で生じる熱交換に対する、該肺血管外水6と該通過通流領域3における次の循環血液成分との間で生じる熱移動の差をモデルする。このような非線形相関の一例を図2と図3を組み合わせて説明する。
【００４１】
図2および図3は、本発明が2つの連続した熱パルスを課す例としての本発明の基本原理を説明する。
【００４２】
図2は、患者4の血流が肺血管外水と熱接触している通過流領域3の第1の位置（例えば上大静脈）1の上流と、通過流領域3の第2の位置（例えば大腿動脈など）2の下流の両方での局所血液温度の経時変化を示す。 このように横軸は時間を縦軸は血液温度を表す。
【００４３】
そこで、第2の位置2での血液温度は単なる仮説であり、以下に説明するように、単に例示することを意図している。最初の温度ピーク11（縦軸と重なっているために見えない）と2番目の温度ピーク12が、短い期間（この例では5秒）で第1の位置1の血流に課される。ピークはそれぞれの熱パルスに対応して示されるが、ここに説明済みの原理が局所冷却（例えば、冷たいボーラス注入またはペルチェ素子などの冷却素子）にも適応され、その場合のピーク11、12とカーブ21、22、23がベースライン10の血液温度で下向きになる
【００４４】
もし2番目のピーク12が生じなかった場合、実線21は第2の位置2で測定された最初のピーク11への仮説のシステム応答を示す。言い換えれば実線21は最初のピーク11に相当する熱パルスの間に放出される熱に起因するシステム全体の応答分を示す。もし1番目のピーク11が生じなかった場合、点線22は第2の位置2で測定された2番目のピーク12への仮説システムの応答を示す。言い換えれば点線22は2番目のピーク12に相当する熱パルスの間に放出される熱に起因しているシステム全体の応答分を示す。そこでは、最初のピーク11に相当する熱パルスからの結果として肺血管外水が加熱されていることが無視されている。なぜなら熱は肺血管外水に移動し、一方、熱パルスによって加熱された血液成分は通過流領域3を循環するためである。
【００４５】
実際には、2番目のピーク12に対応する熱パルスにより加熱された血液成分が通過流領域3を循環する場合、肺血管外水の温度上昇により、熱移動のための駆動温度勾配は、1番目のピーク12に対応する熱パルスにより加熱された血液成分が通過流領域3を循環する場合の駆動温度勾配よりも少ない。結果として、2番目のピーク12に相当する熱パルスの間に放出される熱によるシステム全体の応答分は、むしろ破線23により示される曲線に相当する。特に、破線23で示される2番目の仮説応答は左側にシフトする（すなわち短い時間の方に）。
【００４６】
しかし、心拍出量が変わらないと仮定されているので、点線22で示される曲線下にある面積と破線23で示される曲線の下にある面積は等しい。
【００４７】
図3の点線32は線形システム挙動を想定した仮説システム応答を表す。すなわち点線32は図2の実線21と点線22で示された仮説部分の総和を表す。そこでは、縦軸のスケールは血液温度というよりはむしろ、ベースライン10の血液温度に相対する温度差により変えられた。
【００４８】
破線33は非線形システム挙動を想定した実際のシステム応答を表す。すなわち破線33は図2の実線21と破線23で示された仮説部分の総和を表す。
【００４９】
破線33で示される実際（非線形）のシステム応答と点線32で示される仮説（線形）のシステム応答の差は、肺血管外水6のボリューム容量EVLWを示す。この差は図3の実線34で示されている。
【００５０】
特に、実線34（すなわち曲線の正区間の積分）の下の面積35は肺血管外水量6のボリューム容量EVLWに比例する。
【００５１】
破線33で示される実際（非線形）のシステム応答と点線32で示される仮説（線形）システム応答の間のこの差は、図3の実線34で表され、積分級数（ウィーナー級数またはボルテラ級数）によって記述され、直交化法を利用して決定することができる。
【００５２】
T(t) はt時点での通関流領域3の第2の位置2の下流で測定した温度T、
f (t-τ1) はτ1時点での最初のボーラス注入あるいは最初の熱パルスへの（仮説）応答、
f (t-τ2) はτ2時点での2番目のボーラス注入あるいは2番目のヒートパルスに応答する仮説線形応答、
g (t-(τ2- τ1)) は実際（非線形）のシステム応答と仮説（線形）システム応答の差であり、図3の実線34とすると、
それから次式が上記の例に適応される。
T(t) = f (t-τ1) + f (t-τ2) + g (t-(τ2-τ1))
【図１】
2013516199.tif 000007
【図２】
2013516199.tif 000008
【図３】
2013516199.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成24年12月13日(2012.12.13)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
血流による通過流領域内を通過する及び／又はその傍に拡散した各生理的ボリュームの少なくとも一つのボリューム容量を決定するための装置であって、
a）各時点で前記通過流領域の上流の第１の位置での前記血流の各循環血液成分に固有の物理特性の少なくとも２つの変化を特徴付けるデータを提供する制御手段と、
b）前記通過流領域の下流の第２の位置での前記血流中の前記の固有の物理特性を測定するためのセンサ手段と、
c）前記センサ手段からの測定値を読み取るための入力チャネル及び経時的に該測定値を保存するための保存手段とを具備する評価手段と、
を備え、
前記評価手段は、前記少なくとも１つのボリューム容量と前記測定値によって表される前記第２の位置での前記の固有の物理特性の経時変化との間の非線形関係を利用して、前記変化を特徴づける前記データ及び前記測定値から前記少なくとも１つのボリューム容量を計算するように構成されており、前記非線形相関は、
前記生理的ボリュームと前記通過流領域における以前の循環血液成分との間に生じる熱および/または量の交換に起因する前記生理的ボリュームの固有の物理特性の変化と、
前記生理的ボリュームと前記通過流領域における以前の循環血液成分との間で生じる熱および/または量の交換に対する、前記生理的ボリュームと前記通過流領域における次の循環血液成分の間に生じる熱および/または量の移動の差と
をモデルする
ことを特徴とする装置。
【請求項２】
前記少なくとも１つのボリューム容量は、肺血管外水分量（EVLW）、胸腔内血液容量（ITBV）と心拡張末期容量（GEDV）のうちの少なくとも１つを含む、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記制御手段は、前記各循環血液成分の前記固有の物理特性の前記変化の各タイミングと各ボリューム容量を検出するための検出手段を含む、請求項１又は２に記載の装置。
【請求項４】
前記装置は、前記各循環血液成分の前記固有の物理特性の前記変化を課すための付加手段を備え、前記制御手段は前記付加手段をアクティブに制御するように構成された、請求項１〜３のいずれか一項に記載の装置。
【請求項５】
前記付加手段は注入手段を含む、請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記付加手段は加熱手段および冷却手段の少なくとも一方を含む、請求項４に記載の装置。
【請求項７】
前記非線型相関は以下の関係を含み、
【数３】
2013516199.tif 000010
Xは前記の前記第１の位置での前記固有の物理特性、tは時間、 g(τ1, τ2)は前記非線形相関を記述する関数である、請求項１〜６のいずれか一項に記載の装置。
【請求項８】
前記g(τ1, τ2)は前記第１の位置での固有の物理特性と前記第２の位置で測定されたシステム応答の相互関係を用いて導出される、請求項７に記載の装置。 
【請求項９】
前記g(τ1, τ2)は直交関数系で表される、請求項７に記載の装置。
【請求項１０】
前記g(τ1, τ2)は直交関数を用いて導出される、請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
前記制御手段は前記影響手段を積極的に制御するように構成されている、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１２】
前記固有の物理特性は温度であり、前記センサ手段は温度センサを備える、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１３】
それぞれの循環血液成分の前記固有の物理特性の複数の変化に基づいて、進行中の前記少なくとも一つのボリューム容量を決定するように構成されている、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の装置。
【国際調査報告】
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