(57)【要約】【課題】肢部分の動脈容積における変化の計測システムおよび記憶媒体の提供。【解決手段】医療診断デバイスは、血流の増加に応じる動脈の能力を評価するために診断を行う。医療診断デバイスは、ベースライン期間中および刺激後の容積脈波の成分脈波（初期収縮期成分等）の振幅または他の部分を使用して、ベースライン期間中の肢部分の動脈容積に対する刺激後の期間中の肢部分の動脈容積の相対的変化を決定する。一態様において、診断システムは、肢部分のベースライン動脈容積を決定するためのベースライン期間中に検出される、肢部分の検出容積脈波の成分脈波の振幅を決定する。【選択図】図３
2015097932.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
明細書に記載された発明。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
本願は、米国仮特許出願第６１／１７７，３４１号（名称「Ｓｙｓｔｅｍ  Ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄ  Ｏｆ  Ｍｅａｓｕｒｉｎｇ  Ｃｈａｎｇｅｓ  Ｉｎ  Ａｒｔｅｒｉａｌ  Ｖｏｌｕｍｅ  Ｏｆ  Ａ  Ｌｉｍｂ  Ｓｅｇｍｅｎｔ」、２００９年５月１２日出願）の米国特許法第１１９条第（ｅ）項の利益および優先権を主張し、この出願は、その全体が本明細書に参照により援用される。
【０００２】
（発明の分野）
本発明は、概して、肢部分の動脈容積における変化の評価に関する。
【背景技術】
【０００３】
循環器疾患は、罹患および死亡の主要な原因である。循環器疾患の初期段階は、血流の増加に応じて拡張する動脈の能力を評価することにより診断することができる。血流の増加に応じた動脈拡張の程度は、循環器疾患の重症度に関連する。
【０００４】
内皮細胞は、血管の最内上皮を構成し、動脈系の主要な血管拡張物質である酸化窒素を産生する。血流の増加は、内皮細胞の表面のせん断応力を増加させ、リン酸化および酸化窒素の活性化、ならびに酸化窒素の産生の増加をもたらす信号伝達経路を開始する。強力な血管拡張物質として作用するだけでなく、内皮由来酸化窒素は、低密度リポプロテイン吸収、血管壁への白血球の粘着、血管平滑筋増殖、ならびに血小板粘着および凝集を含む、アテローム性動脈硬化症の発症における開始段階の多くを阻害する。
【０００５】
上腕動脈流依存性拡張は、患者における内皮由来酸化窒素のバイオアベイラビリティの尺度として役立ち、導管動脈の内皮機能不全を非侵襲的に検出するための大規模臨床試験において広範囲に使用されている。
【０００６】
内皮機能を評価するために、いくつかの侵襲的および非侵襲的な技術が開発されている。冠状動脈内または上腕動脈内への血管作用薬の注入を含む侵襲的技術は、内皮機能不全の検出において最も正確であると考えられている。その極めて侵襲的な性質から、そのような技術の使用は制限され、いくつかの非侵襲的技術の開発へとつながった。上腕動脈の超音波画像診断は、血管運動反応の評価に最も一般的に使用されている非侵襲的技術である。例えば、参照によりその全内容が本明細書に組み込まれる、非特許文献１を参照されたい。この技術は、腕の５分間のカフ閉塞による動脈拡張の誘導前または後の、継続心電図（ＥＫＧ）ゲート２次元超音波画像診断を利用する。超音波画像診断技術は、ほとんどの場合、（１）血管拡張薬の投与により誘導された上腕動脈の直径の変化、および（２）肢周囲でカフを膨張させることによる上腕動脈の閉塞に続く流量依存性拡張の評価に使用される。カフが解除されると、血流が内皮上にせん断応力をもたらし、一方これが動脈拡張を誘導する血管拡張物質を生成する。健常な人の上腕動脈の直径の増加は、内皮機能不全に罹患した患者における増加より高い。しかしながら、健常な人においても、動脈拡張の大きさは、超音波画像診断技術により確実に決定されるには不十分である。超音波画像診断技術を用いて意味のあるデータを得るには、訓練され熟達した操作者が不可欠である。この困難性により、超音波画像診断技術による動脈拡張の試験は、専門の血管系研究施設に制限されている。
【０００７】
既存の技術のほとんどは、内皮に伝達される刺激の量を定量化せず、また、上腕動脈の一時的閉塞により誘導される低酸素血に応じた血液細胞によって輸送および放出される酸化窒素等の他の酸化窒素源を考慮していない。これらの因子は、流量依存性拡張の量に大きく影響し、したがってそのような因子を考慮しない機器で得られた試験結果に追加的な変動性をもたらす可能性があることが示されている。
【０００８】
参照によりその全内容が本明細書に組み込まれる（Ｒａｉｎｓらに対する）特許文献１には、圧力カフを使用して測定された血圧に基づき動脈容積の変化を決定することにより、内皮機能不全を評価する方法が記載されている。圧力カフは、動脈がその正常状態に戻るまで、動脈閉塞後約１０分間拡張期血圧近くに保持される。この時間中に測定された圧力を使用して、患者の内皮機能が決定される。肢に対する長期間のカフ圧力の印加は、循環に影響し、一方これは測定値に影響する。
【０００９】
参照によりその全内容が本明細書に組み込まれる（Ｄａｆｎｉに対する）特許文献２には、動脈拡張および内皮機能を評価する方法が記載されており、導管動脈の断面積を監視するために、四肢動脈の断面積の相対的変化が生体インピーダンス技術を使用して評価される。生体インピーダンスの測定は、実行が困難である。生体インピーダンス測定は、患者の皮膚に対する電気の印加を含むため、そのような測定は、皮膚への刺激に起因して、患者による耐性が低い。さらに、測定された信号は大きく変動する。
【００１０】
参照によりその全内容が本明細書に組み込まれる、（Ｓａｔｏｈらに対する）特許文献３および（Ｓａｔｏｈらに対する）特許文献４には、それぞれ、４次導関数およびｎ次導関数を使用して血圧の測定脈波から成分を抽出するための方法および装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】米国特許第６，１５２，８８１号明細書
【特許文献２】米国特許第７，３９０，３０３号明細書
【特許文献３】米国特許第７，０７４，１９３号明細書
【特許文献４】米国特許第７，２９１，１１３号明細書
【非特許文献】
【００１２】
【非特許文献１】Ｍａｒｙ  Ｃ．Ｃｏｒｒｅｔｔｉ  ｅｔ  ａｌ．，Ｊ．Ａｍ．Ｃａｌｌ．Ｃａｒｄｉｏｌ．２００２；３９：２５７−２６５
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
安価で、実行が容易で、非侵襲的で、患者による耐性が十分であり、血流の増加に応じる動脈の能力の目安を提供するシステムおよび方法が、臨床上必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
方法および診断システムは、哺乳動物の肢部分の動脈容積の変化の評価を提供する。一態様において、診断システムは、肢部分のベースライン動脈容積を決定するためのベースライン期間中に検出される、肢部分の検出容積脈波の成分脈波の振幅を決定する。診断システムは、ある期間の肢部分の動脈容積の変化を誘導するために哺乳動物に刺激が印加された後の期間中に検出された、肢部分の検出容積脈波の成分脈波の振幅を決定する。診断システムは、ベースラインおよび刺激後の検出容積脈波の成分脈波の振幅から、ベースライン期間中の肢部分の動脈容積に対する刺激後の期間中の肢部分の動脈容積の相対的変化を決定する。
【００１５】
別の態様において、診断システムは、ベースラインおよび刺激後の容積脈波の成分脈波の振幅を比較することにより、動脈容積の相対的変化を決定する。
【００１６】
別の態様において、成分脈波は、初期収縮期成分である。別の態様において、診断システムは、ベースライン期間中の容積脈波の初期収縮期成分の最大振幅と、刺激後の容積脈波の初期収縮期成分の最大振幅とを比較することにより、動脈容積の相対的変化を決定する。
【００１７】
別の態様において、診断システムは、ベースライン期間中の肢部分の検出容積脈波を検出するために、肢部分を監視し、刺激後期間中の肢部分の検出容積脈波を検出するために、肢部分を監視する。
本発明は、例えば以下の項目を提供する。
（項目１）
哺乳動物の肢部分の動脈容積の変化を評価する方法であって、該方法は、
肢部分のベースライン動脈容積を決定するために、ベースライン期間中に検出される該肢部分の検出容積脈波の成分脈波の振幅を決定するステップと、
ある期間の該肢部分の該動脈容積の変化を誘導するために該哺乳動物に刺激が印加された後の期間中に検出された、該肢部分の検出容積脈波の成分脈波の振幅を決定するステップと、
該ベースライン中および該刺激後の該検出容積脈波の該成分脈波の振幅から、該ベースライン期間中の該肢部分の動脈容積に対する該刺激後の期間中の該肢部分の動脈容積の相対的変化を決定するステップと
を含む、方法。
（項目２）
動脈容積の相対的変化を決定するステップは、前記ベースライン中および前記刺激後の容積脈波の前記成分脈波の振幅を比較するステップを含む、項目１に記載の方法。
（項目３）
前記成分脈波は、初期収縮期成分である、項目１に記載の方法。
（項目４）
動脈容積の相対的変化を決定するステップは、前記ベースライン期間中の前記容積脈波の初期収縮期成分の最大振幅と、前記刺激後の該容積脈波の初期収縮期成分の最大振幅とを比較するステップを含む、項目３に記載の方法。
（項目５）
前記ベースライン期間中の前記肢部分の前記検出容積脈波を記録するために、該肢部分を監視するステップと、
刺激後期間の期間中の該肢部分の検出容積脈波を記録するために、該肢部分を監視するステップと
をさらに含む、項目１に記載の方法。
（項目６）
前記成分脈波は、初期収縮期成分である、項目５に記載の方法。
（項目７）
前記刺激を前記哺乳動物に適用し、ある期間の前記肢部分の動脈容積の変化を誘導するステップをさらに含む、項目５に記載の方法。
（項目８）
前記刺激は、前記肢部分の動脈容積の変化を誘導するための機械的刺激、熱的刺激、化学的刺激、電気的刺激、神経学的刺激、精神的刺激もしくは運動刺激、またはこれらの任意の組み合わせを含む、項目７に記載の方法。
（項目９）
前記刺激を適用するステップは、カフの膨張圧力を解除した後に前記肢部分の動脈容積の変化を誘導するために十分な期間、収縮を超える圧力まで該肢部分上に配置された該カフを膨張させるステップを含む、項目７に記載の方法。
（項目１０）
複数の試験対象間の肢虚血の度合を標準化するために、前記カフに対して遠位の前記肢の中の血中酸素を監視するステップと、
該複数の試験対象間の該肢虚血の標準化された度合に応じて、特定患者における刺激の量を定量化するステップと
をさらに含む、項目９に記載の方法。
（項目１１）
前記カフの前記膨張圧力の解除後に、主要体動脈を通る血流速度を測定するステップと、
該測定された血流速度に基づいて、該主要体動脈へのせん断応力を介して送達される刺激の量を評価するステップと
をさらに含む、項目９に記載の方法。
（項目１２）
前記肢部分の動脈容積の相対的変化を決定するステップは、前記容積脈波の前記成分脈波の振幅の圧力値、および血液速度および低酸素血値を使用するステップを含む、項目９に記載の方法。
（項目１３）
前記ベースライン中および前記刺激後に前記肢部分を監視するステップは、各々、
肢の平均動脈圧における外部圧力を該肢部分に順次印加するステップと、
該肢部分の容積脈波を検出するステップと
を含む、項目５に記載の方法。
（項目１４）
前記ベースライン中および前記刺激後に前記肢部分を監視するステップは、各々、
印加された外部圧力に応じて前記容積脈波を生成するために、動脈を通る血流を可能とする圧力レベルの外部圧力を該肢部分に印加するステップを含む、項目５に記載の方法。（項目１５）
前記外部圧力を印加するステップは、
近収縮と近拡張との間で該外部圧力を徐々に変化させるステップと、
該外部圧力が収縮と拡張との間にある間に、前記容積脈波を検出するステップと
を含む、項目１４の方法。
（項目１６）
前記外部圧力を印加するステップは、
最初に収縮近くの圧力における該外部圧力を印加するステップと、
拡張近くの圧力まで該外部圧力を徐々に低下させるステップと
を含む、項目１４に記載の方法。
（項目１７）
前記外部圧力を印加するステップは、
最初に拡張近くの圧力における該外部圧力を印加するステップと、
収縮近くの圧力まで徐々に増加させるステップと
を含む、項目１４に記載の方法。
（項目１８）
前記外部圧力を印加するステップは、高レベルと低レベルとの間で該外部圧力を循環させるステップを含み、前記容積脈波の成分脈波の前記振幅を決定するステップは、該外部圧力が該高レベルにある間に該決定するステップを含む、項目１４に記載の方法。
（項目１９）
前記高レベルは、平均動脈圧近くであり、前記低レベルは、静脈圧を下回る、項目１８に記載の方法。
（項目２０）
前記高レベルは、拡張期圧を下回り、前記低レベルは、静脈圧を下回る、項目１８に記載の方法。
（項目２１）
容積脈波の初期収縮期成分の振幅を決定するステップは、
該容積脈波における変曲点の発生を決定するステップと、
該変曲点の発生の時間を決定するステップと、
該時間における検出容積脈波に対する圧力値を決定するステップと、
該容積脈波の開始時の圧力値を決定するステップと、
該容積脈波の該初期収縮期成分の該振幅を、該圧力値の間の差として評価するステップと
を含む、項目３に記載の方法。
（項目２２）
容積脈波の初期収縮期成分の振幅を決定するステップは、
該検出容積脈波の４次導関数を計算するステップと、
該４次導関数が第３のゼロ交差に達する時間を決定するステップと、
該時間における該検出容積脈波に対する圧力値を決定するステップと、
該容積脈波の開始時の圧力値を決定するステップと、
該容積脈波の該初期収縮期成分の該振幅を、該圧力値の間の差として評価するステップと
を含む、項目３に記載の方法。
（項目２３）
前記容積脈波の開始時の前記圧力値を決定するステップは、心臓の拡張期に対応する該脈波の最小値を決定するステップを含む、項目２２に記載の方法。
（項目２４）
前記肢の動脈容積の相対的変化を決定するステップは、
前記ベースライン期間中の平均脈波振幅を計算するステップと、
刺激後期間中の脈波振幅の曲線適合を生成するステップと、
適合された曲線の最大値を計算するステップと、
該刺激後期間の開始と、該適合された曲線の該最大値の時間との間の時間を決定するステップと、
該ベースラインから該適合された曲線の該最大値までの相対的振幅変化を決定するステップと、
該ベースラインから該適合された曲線の該最大値までの該相対的振幅変化、および該ベースライン期間中の該平均脈波振幅から、動脈容積の相対的変化を決定するステップと
を含む、項目１に記載の方法。
（項目２５）
前記ベースライン中の平均脈波振幅を計算するステップは、
該ベースライン期間にわたる複数の膨張／収縮循環のうちの各膨張／収縮循環に対して、平均脈波振幅を決定するステップと、
該複数の膨張／収縮循環の該平均脈波振幅から、該ベースライン中の平均脈波振幅を計算するステップと
を含む、項目２４に記載の方法。
（項目２６）
脈波振幅の曲線適合を生成するステップは、刺激後脈波振幅を適合するための４次多項式を生成するステップを含む、項目２４に記載の方法。
（項目２７）
前記肢の動脈容積の相対的変化を決定するステップは、前記刺激の終了から、測定振幅がベースライン振幅に戻る時点までの期間、前記適合された曲線の下の面積を積分するステップをさらに含む、項目２４に記載の方法。
（項目２８）
哺乳動物の肢部分の動脈容積の変化を評価する診断システムであって、
ベースライン期間中の肢部分の容積脈波を検出する、および動脈容積の刺激後の変化の期間中の該肢部分の容積脈波を検出するセンサと、
センサに連結されるプロセッサであって、該肢部分のベースライン動脈容積を決定するために、ある期間の該肢部分の動脈容積の変化を誘導するために該哺乳動物に刺激が印加された後の期間中に検出された、該肢部分の検出容積脈波の成分脈波の振幅を決定するために、ならびに、ベースラインにおけるおよび該刺激後の該検出容積脈波の該成分脈波の該振幅から、該ベースライン期間中の該肢の該動脈容積に対する該刺激後の期間中の該肢部分の動脈容積の相対的変化を決定するために、該ベースライン期間中に検出された該肢部分の検出容積脈波の成分脈波の振幅を決定する、プロセッサと
を備える、診断システム。
（項目２９）
動脈容積の相対的変化を決定する前記プロセッサは、ベースラインにおけるおよび前記刺激後の前記容積脈波の成分脈波の振幅を比較することを含む、項目２８に記載の診断システム。
（項目３０）
前記成分脈波は、初期収縮期成分である、項目２８に記載の診断システム。
（項目３１）
前記プロセッサは、前記ベースライン期間中の前記容積脈波の前記初期収縮期成分の最大振幅と、前記刺激後の該容積脈波の該初期収縮期成分の最大振幅とを比較することによって、動脈容積の相対的変化を決定する、項目３０に記載の診断システム。
（項目３２）
前記肢部分内の動脈を閉塞するために該肢部分に圧力を印加するための、および、該動脈内の血流を可能にして前記プロセッサからの制御信号に応じて前記ある期間の該肢部分の動脈容積の変化を誘導するように、該肢部分に対する該圧力を解除するための、前記センサおよび該プロセッサに連結される圧力カフをさらに備える、項目２８に記載の診断システム。
（項目３３）
ある期間の前記肢部分の動脈容積の変化を誘導するように、前記哺乳動物に刺激を印加するために、前記センサおよび前記プロセッサに連結される圧力カフをさらに備える、項目２８に記載の診断システム。
（項目３４）
カフの膨張圧力の解除後に前記肢部分の動脈容積の変化を誘導するために十分な期間、該肢部分への印加のために収縮を超える圧力まで膨張させることにより、前記哺乳動物に対して刺激を印加するように、前記センサおよび前記プロセッサに連結される圧力カフをさらに備える、項目２８に記載の診断システム。
（項目３５）
複数の試験対象間の肢虚血の度合を標準化するために、前記カフに対して遠位の前記肢を監視するように前記プロセッサに連結される血中酸素センサをさらに備え、
該プロセッサは、該複数の試験対象間の肢虚血の標準化された度合に応じて、特定患者における刺激の量を定量化する、項目３４に記載の診断システム。
（項目３６）
前記カフの前記膨張圧力の解除後に、前記肢の主要体動脈を通る血流速度を測定するために前記プロセッサに連結されるドップラーセンサをさらに備え、
該プロセッサは、該測定された血流速度に基づいて、該主要体動脈へのせん断応力を介して送達される刺激の量を評価する、項目３４に記載の診断システム。
（項目３７）
前記プロセッサは、前記容積脈波の前記成分脈波の振幅の圧力値、ならびに血液速度および低酸素血値を使用して、前記肢部分の動脈容積の相対的変化を決定する、項目３４に記載の診断システム。
（項目３８）
前記プロセッサは、肢の平均動脈圧における外部圧力を前記肢部分に順次印加するように前記カフを制御し、前記ベースライン中および前記刺激後の該肢部分の容積脈波を検出するように前記センサを制御する、項目３４に記載の診断システム。
（項目３９）
前記プロセッサは、前記ベースライン中および前記刺激後に印加された外部圧力に応じて前記容積脈波を生成するために、動脈を通る血流を可能とする圧力レベルにおいて外部圧力を前記肢部分に印加するように前記カフを制御する、項目３４に記載の診断システム。
（項目４０）
前記プロセッサは、近収縮と近拡張との間で徐々に変動する外部圧力として、前記肢部分に該外部圧力を印加するように前記カフを制御し、該プロセッサは、該外部圧力が収縮と拡張との間にある間に前記容積脈波を検出するように前記センサを制御する、項目３９に記載の診断システム。
（項目４１）
前記プロセッサは、収縮近くの圧力において前記肢部分に外部圧力を印加し、該圧力を拡張近くまで徐々に低下させるように前記カフを制御する、項目３９に記載の診断システム。
（項目４２）
前記プロセッサは、拡張近くの圧力において前記肢部分に外部圧力を印加し、該圧力を収縮近くまで徐々に低下させるように前記カフを制御する、項目３９に記載の診断システム。
（項目４３）
前記プロセッサは、高レベルと低レベルとの間において前記肢部分に前記外部圧力を印加するように前記カフを制御し、
該プロセッサは、該外部圧力が該高レベルにある間に検出された前記容積脈波の成分脈波の前記振幅を決定する、項目３９に記載の診断システム。
（項目４４）
前記高レベルは、平均動脈圧近くであり、前記低レベルは、静脈圧を下回る、項目３９に記載の診断システム。
（項目４５）
前記高レベルは、拡張期圧を下回り、前記低レベルは、静脈圧を下回る、項目３９に記載の診断システム。
（項目４６）
前記プロセッサは、前記容積脈波における変曲点の発生を決定し、該変曲点の発生の時間を決定することと、該時間における該容積脈波に対する圧力値を決定することと、該容積脈波の開始時の圧力値を決定することと、該容積脈波の前記初期収縮期成分の前記振幅を該圧力値の間の差として評価して、該容積脈波の初期収縮期成分の該振幅を決定することとを行う、項目３０に記載の診断システム。
（項目４７）
前記プロセッサは、前記検出容積脈波の４次導関数を演算することと、該４次導関数が第３のゼロ交差に達する時間を決定することと、該時間における検出容積波に対する圧力値を決定することと、該容積脈波の開始時の圧力値を決定することと、該容積脈波の前記初期収縮期成分の前記振幅を、該圧力値の間の差として評価して該容積脈波の該初期収縮期成分の該振幅を決定することとを行う、項目３０に記載の診断システム。
（項目４８）
前記プロセッサは、前記哺乳動物の心臓の拡張期に対応する脈波の最小値を決定して、前記容積脈波の開始時の前記圧力値を決定する、項目４７に記載の診断システム。
（項目４９）
前記プロセッサは、前記ベースライン期間中の平均脈波振幅を計算することと、刺激後期間中の脈波振幅の曲線適合を生成することと、該適合された曲線の最大値を計算することと、該刺激後期間の開始と該適合された曲線の最大値の時間との間の時間を決定することと、該ベースラインから該適合された曲線の該最大値までの相対的振幅変化を決定することと、該ベースラインから該適合された曲線の該最大値までの該相対的振幅変化、および該ベースライン期間中の該平均脈波振幅から動脈容積の相対的変化を決定して、前記肢の動脈容積の相対的変化を決定することとを行う、項目２８に記載の診断システム。
（項目５０）
前記プロセッサは、前記ベースライン期間にわたる複数の膨張／収縮循環うちの各膨張／収縮循環に対して平均脈波振幅を決定し、該複数の膨張／収縮循環のうちの該平均脈波振幅から、該ベースライン中の平均脈波振幅を計算して、該ベースライン中の平均脈波振幅を計算する、項目４９に記載の診断システム。
（項目５１）
前記プロセッサは、前記刺激後脈波振幅に適合するための４次多項式を生成して、脈波振幅の曲線適合を生成する、項目４９に記載の診断システム。
（項目５２）
前記プロセッサは、前記刺激の終了から測定振幅がベースライン振幅に戻る時点までの期間、前記適合された曲線の下の面積を積分して、前記肢の動脈容積の相対的変化を決定する、項目４９に記載の診断システム。
（項目５３）
１つ以上のプロセッサによって実行されると、該プロセッサに哺乳動物の肢部分の動脈容積の変化を評価するプロセスを実行させる命令が符号化された機械可読媒体であって、該プロセスは、
肢部分のベースライン動脈容積を決定するために、ベースライン期間中に検出された、該肢部分の検出容積脈波の成分脈波の振幅を決定するステップと、
ある期間の該肢部分の動脈容積の変化を誘導するために、該哺乳動物に刺激が印加された後の期間中に検出された、該肢部分の検出容積脈波の成分脈波の振幅を決定するステップと、
ベースライン期間におけるおよび該刺激後の該検出容積脈波の該成分脈波の該振幅から、該ベースライン期間中の該肢部分の該動脈容積に対する前記刺激後の期間中の該肢部分の動脈容積の相対的変化を決定するステップと
を含む、機械可読媒体。
（項目５４）
動脈容積の相対的変化を決定するための前記命令は、ベースラインと前記刺激後との容積脈波の前記成分脈波の振幅を比較するための命令を含む、項目５３に記載の命令が符号化された機械可読媒体。
（項目５５）
前記成分脈波は、初期収縮期成分である、項目５３に記載の命令が符号化された機械可読媒体。
（項目５６）
動脈容積の相対的変化を決定するための前記命令は、前記ベースライン期間中の前記容積脈波の前記初期収縮期成分の最大振幅と、前記刺激後の該容積脈波の該初期収縮期成分の最大振幅とを比較するための命令を含む、項目５３に記載の命令が符号化された機械可読媒体。
（項目５７）
前記ベースライン期間中の前記肢部分の前記検出容積脈波を記録するために、該肢部分を監視するための命令と、刺激後期間の期間中の該肢部分の該検出容積脈波を記録するために、該肢部分を監視するための命令とをさらに備える、項目５３に記載の命令が符号化された機械可読媒体。
（項目５８）
前記成分脈波は、初期収縮期成分である、項目５７に記載の命令が符号化された機械可読媒体。
【００１８】
明細書中に記載される特徴および利点は、全てを網羅するわけではなく、具体的には、図面、明細書および特許請求の範囲を鑑みて、多くの追加的特徴および利点が当業者に明らかとなる。さらに、明細書中で使用される言葉は、原則的には、読み易さおよび説明を目的として選択されており、本発明の主題を線引きするまたは制限するために選択されていない可能性があることを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、本発明による診断システムを示す絵図である。
【図２】図２は、図１の診断システムを説明するブロック図である。
【図３】図３は、図１の診断システムの動脈容積変化評価の動作を説明するフローチャートである。
【図４】図４は、図３のベースライン試験および分析中、ならびに刺激後試験および分析中に肢に印加される圧力を示すタイミング図であり、閉塞が刺激を提供している。
【図５】図５は、図４のベースラン期間および刺激後期間中に測定された脈波の初期収縮期成分の振幅を示すタイミング図である。
【図６】図６は、一部の実施形態において測定された腕の部分の脈波の初期収縮期成分の振幅の正規化された増加と、上腕動脈の超音波画像診断により測定された上腕動脈の直径の増加との間の相関を示すグラフである。
【図７】図７は、図４の閉塞の解除後の血流および収縮期圧を示すタイミング図である。
【図８】図８ａおよび８ｂは、それぞれ、肢の血管の閉塞前の図４の１回の膨張／収縮循環中、および閉塞後の図４の１回の循環中の測定カフ圧力振動を示す、拡大図としてのタイミング図である。
【図９】図９は、図３のベースライン試験および分析中、ならびに刺激後試験および分析中に肢に印加される圧力を示すタイミング図であり、ニトログリセリンの経口投与が刺激を提供している。
【図１０】図１０は、図９のベースライン期間、刺激期間および刺激後期間中に測定された脈波の初期収縮期成分の振幅を示すタイミング図である。
【図１１】図１１は、図３の動脈容積変化評価の動作の一実施形態を示すフローチャートである。
【図１２】図１２は、図３および１１の動脈容積変化評価の振幅を決定する動作の一実施形態を示すフローチャートである。
【図１３】図１３は、健常な人の測定脈波を示すタイミング図である。
【図１４】図１４は、循環器疾患に罹患した患者の測定脈波を示すタイミング図である。
【図１５】図１５は、図３および１１の動作のうちの動脈容積の変化を決定する動作の一実施形態を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
ここで、本発明の好ましい実施形態を、図を参照しながら説明するが、図中、同様の参照番号は、同一または機能的に類似した要素を示す。また、図中、各参照番号の最も左の桁は、参照番号が最初に使用された図に対応する。
【００２１】
図１は、本発明による診断システム１００を示す絵図である。診断システム１００は、診断デバイス１０２、診断コンピュータ１０４、カフ１０６、ドップラートランスデューサ１０８、および酸素飽和（ＳｔＯ２）センサ１１０を備える。
【００２２】
本明細書で使用される場合、容積脈波は、動脈の収縮期圧と拡張期圧との間の血圧の振動である。診断システム１００は、容積脈波を検出し、検出脈波に基づいて肢部分の動脈容積変化を評価するために診断を行う。一部の実施形態において、容積脈波は、複数の成分脈波の重ね合わせで形成される合成脈波を含む。成分脈波は部分的に重複し、動脈脈波の形状または輪郭は、成分脈波の重ね合わせによって形成される。成分脈波は、例えば、入射収縮期波（初期収縮期波とも呼ばれる）、反射波（後期収縮期波とも呼ばれる）、およびその他の波を含み得る。診断システム１００は、刺激後の肢部分の動脈容積の変化を監視する手法として、動脈容積脈波の成分の振幅を測定する。全動脈容積脈波の振幅を測定するほうが容易となり得るが、試験手順の間、成分脈波のタイミングがずれ、脈波の形状を変化させる。一部の実施形態において、診断システム１００は、肢部分の動脈容積の変化を評価するために、容積脈波の生理学的に重要な成分（成分脈波等）の振幅を測定する。診断システム１００は、動脈容積変化の評価のための診断に、検出容積脈波の任意の成分脈波もしくはその一部（例えば、最大値、変曲点、もしくは成分脈波の固定時間での振幅）、容積脈波の任意の部分（例えば、最大値、変曲点、もしくは容積脈波の固定時間での振幅）、またはそれらの組み合わせを使用し得る。例示的な例として、診断システム１００の動作は、本明細書において初期収縮期波に関して説明される。
【００２３】
使用中、カフ１０６は、カフ１０６が膨張したときにカフ１０６が肢１２０の部分を締め付けるように、肢１２０の周囲に配置される。本明細書に記載の肢部分の動脈容積の変化の測定は、肢１２０の単一の動脈のみの変化を測定しているのではなく、締め付けられている肢１２０の部分における実質的に全ての動脈の容積変化を測定していることが当業者に理解される。容積変化測定およびその生理学は、単一の動脈に対して説明されるが、本発明は、単一の動脈に限定されず、容積変化測定は、測定されている肢の部分における全てまたは実質的に全ての動脈の測定であることが、当業者には認識される。肢１２０は、任意の肢またはその指であってもよいが、単純のために、肢１２０は、腕として説明され、評価されている動脈は、上腕動脈として説明される。一部の実施形態において、肢１２０は足であり、動脈は大腿動脈である。診断システム１００は、人間に対する使用に関して説明されるが、本発明はそのように限定されない。診断システム１００は、他の動物に対しても使用可能である。
【００２４】
診断コンピュータ１０４は、診断デバイス１０２に制御信号を提供し、診断デバイス１０２から情報および検出データを受信する。
【００２５】
診断デバイス１０２は、カフ１０６の管１１２を介して、カフ１０６に対し空気を提供し、およびカフ１０６から空気を放出させる。診断デバイス１０２は、管１１２内の空気圧を制御、検出および監視し得る。一部の実施形態において、カフ１０６、管１１２、および空気圧モジュール２０２内で、空気以外のガス、または液体、例えば、水が使用されてもよい（図２を参照されたい）。一部の実施形態において、カフは、電気的に制御されるエラストマーまたは機械的に制御される材料であってもよい。
【００２６】
診断システム１００は、本明細書において、閉塞の解除後に動脈１２２内に血液が流入する際の内皮の刺激として、カフ１０６を介して肢１２０に圧力を印加して動脈１２２を閉塞するように説明されるが、他の形式の刺激が提供されてもよい。様々な実施形態において、内皮の刺激は、肢部分の動脈容積の変化を誘導するための機械的刺激、熱的刺激、化学的刺激、電気的刺激、神経学的刺激、精神的刺激もしくは運動による刺激、またはこれらの任意の組み合わせを含む。刺激は周知であり、そのいくつかは、動脈の壁の内側を覆う内皮細胞による酸化窒素の形成を誘導する。一部の実施形態において、内皮への刺激はまた、過渡的および局所的に血流および動脈壁でのせん断応力を増加させる任意の手法で伝達されてもよい。例えば、これは、主要動脈内に乱流を形成するように超音波を印加することによって達成され得る。化学的刺激は、例えば、ニトログリセロールの経口投与、またはアセチルコリンの上腕動脈内への注入等、血管拡張剤であってもよい。
【００２７】
診断デバイス１０２は、ドップラートランスデューサ１０８および酸素飽和（ＳｔＯ２）センサ１１０に制御信号を提供し、それらから測定信号を受信する。ドップラートランスデューサ１０８および酸素飽和（ＳｔＯ２）センサ１１０は、一部の実施形態において、肢部分の動脈の過渡的閉塞等の血管拡張刺激の量を定量化する目的で使用される。
【００２８】
ドップラートランスデューサ１０８は、ドップラープロセスを使用して、動脈１２２における血流速度を測定するために、肢１２０内の動脈１２２に隣接した肢１２０の上に、かつカフ１０６から遠位または近位に配置される。ドップラートランスデューサ１０８は、導管動脈における血流速度を測定するように設計された任意の従来のドップラートランスデューサであってよい。一部の実施形態において、診断システム１００は、ドップラートランスデューサ１０８を含まない。
【００２９】
酸素飽和（ＳｔＯ２）センサ１１０は、組織内のヘモグロビンが酸素で飽和する程度を決定するために肢の組織内の酸素レベルを測定するように、肢１２０上のカフ１０６から遠位に配置される。酸素飽和（ＳｔＯ２）センサ１１０は、任意の従来のＳｔＯ２センサであってよい。一部の実施形態において、診断システム１００は、酸素飽和（ＳｔＯ２）センサ１１０を含まない。
【００３０】
ドップラートランスデューサ１０８および酸素飽和センサ１１０は、本明細書において、閉塞による刺激の量を定量化するための装置として説明されるが、血管拡張刺激の量を定量化する他の装置が提供されてもよい。
【００３１】
診断コンピュータ１０４は、本明細書において、診断システム１００の制御、計算、および分析を実行するように説明されるが、本発明はそのようには限定されない。診断デバイス１０２は、本明細書において診断コンピュータ１０４によって実行されるように説明される動作のいずれかまたは全てを実行するための、プロセッサまたはマイクロコントローラを含んでもよい。
【００３２】
診断コンピュータ１０４は、本明細書において、血液診断デバイス１０２に対して局所的であるように説明されるが、診断コンピュータ１０４は、インターネット、無線、または地上通信線等の、通信線、システム、またはネットワークを介して診断デバイス１０２に連結されてもよい。例えば、診断デバイス１０２の動作は患者の近くで行うことができ、一方で診断コンピュータ１０４は遠隔でデータを処理することができる。
【００３３】
図２は、診断デバイス１０２を示すブロック図である。診断デバイス１０２は、空気圧モジュール２０２、圧力検出器２０４、ドップラートランスデューサシステム２０６、酸素飽和（ＳｔＯ２）センサシステム２０８、およびインターフェース２１０を備える。空気圧モジュール２０２は、診断コンピュータ１０４からの制御信号に応じて、カフ１０６内の圧力を制御する。空気圧モジュール２０２は、空気を圧縮するためのポンプ２２２（例えば、空気ポンプ）、圧縮空気を貯蔵するための貯蔵部２２４、および、管１１２を介したカフ１０６への空気の放出を制御するための圧力コントローラ２２６を備える。
【００３４】
圧力検出器２０４は、管１１２を介してカフ１０６内の圧力を感知する圧力センサ２３０を制御するための、圧力センサ電子機器システム２２８を備える。圧力センサ２３０は、動脈１２２における脈波から生じるカフ１０６内の圧力振動を検出する。一部の実施形態において、圧力センサ２３０は、カフ１０６内または管１１２内に配置される。一部の実施形態において、圧力センサ２３０は、反射フォトプレチスモグラフィーセンサ等のプレチスモグラフィーセンサである。
【００３５】
インターフェース２１０は、診断コンピュータ１０４と空気圧モジュール２０２、圧力検出器２０４、ドップラートランスデューサシステム２０６、および酸素飽和（ＳｔＯ２）センサシステム２０８との間で制御信号および情報信号を通信する。インターフェース２１０は、本明細書に記載の動作のいずれかまたは全てを実行するためのプロセッサまたはマイクロコントローラを含んでもよい。
【００３６】
ドップラートランスデューサシステム２０６は、動脈１２２における血流速度を測定するためにドップラートランスデューサ１０８と通信する。一部の実施形態において、診断コンピュータ１０４は、せん断応力によって動脈１２２に伝達される刺激の量を評価するために、ドップラートランスデューサシステム２０６に、カフ圧力が解除された後の動脈１２２を通る血流速度を測定するように命令する。
【００３７】
一部の実施形態において、診断コンピュータ１０４は、血液速度の試験データを含んでもよく、そのような試験データを使用して患者における閉塞後刺激の量を定量化してもよい。診断コンピュータ１０４は、本明細書に記載の肢部分の動脈容積の変化の評価の一部として、このデータを使用してもよい。
【００３８】
酸素飽和（ＳｔＯ２）センサシステム２０８は、酸素飽和（ＳｔＯ２）センサ１１０と通信して、組織の血液中のヘモグロビンが酸素で飽和している程度を決定するために組織内の酸素レベルを測定する。
【００３９】
一部の実施形態において、診断コンピュータ１０４は、酸素飽和の試験データを含んでもよく、そのような試験データを使用して、試験対象間の肢虚血の度合を標準化して、特定患者における閉塞後刺激の量を定量化してもよい。診断コンピュータ１０４は、本明細書に記載の肢部分の動脈容積の変化の評価の一部として、このデータを使用してもよい。
【００４０】
図３は、診断システム１００の動脈容積変化評価の動作を説明するフローチャートである。診断システム１００を操作する前に、カフ１０６を患者の肢１２０（例えば、腕）の周りに設置する。キーボード（図示せず）上でのキーストローク、またはカーソルの移動およびマウス（図示せず）による画面ボタンの選択等の、任意の周知の様式での診断コンピュータ１０４上での入力によって試験を開始する。診断コマンドの開始に応じて、診断コンピュータ１０４は、肢１２０の部分の動脈容積の変化を評価する。診断コンピュータ１０４は、ベースライン期間４０２（以下の図４を参照されたい）中にベースライン試験および分析を実行する（ブロック３０２）。一部の実施形態において、診断システム１００は、患者に刺激が印加されないベースライン期間中に、肢１２０の部分の容積脈波を検出および分析する。一部の実施形態において、容積脈波の分析は、肢１２０の部分のベースライン動脈容積を計算するために、検出容積脈波の振幅を決定することを含む。ベースライン試験の一実施形態を、図４と併せて以下で説明する。
【００４１】
刺激期間４０４（以下の図４を参照されたい）中に、肢１２０の部分の動脈容積の変化の期間を誘導するために、刺激が患者に印加される（ブロック３０４）。一部の実施形態において、診断コンピュータ１０４は、空気圧モジュール２０２に、動脈１２２を閉塞するために十分なレベルまでカフ１０６を圧縮するよう命令する。一部の実施形態において、カフ１０６は、カフ圧力の解除後に肢１２０の部分の動脈容積の変化を誘導するために十分な期間、収縮を超える圧力まで膨張させられる。
【００４２】
診断コンピュータ１０４は、刺激後期間４０６（以下の図４を参照されたい）中に、刺激後試験および分析を実行する（ブロック３０６）。一部の実施形態において、診断システム１００は、刺激の印加の開始または終了後の所定の時間等、刺激後の肢１２０の部分の容積脈波を検出および分析する。一部の実施形態において、容積脈波の分析は、肢１２０の部分の刺激後動脈容積を計算するために、検出容積脈波の初期収縮期成分の振幅を決定することを含む。刺激後試験の一実施形態を、図４と併せて以下で説明する。ブロック３０２および３０６の分析は、試験とは別個に、後の時点で行われてもよい。
【００４３】
診断コンピュータ１０４は、動脈容積変化評価を実行する（ブロック３０８）。一部の実施形態において、診断コンピュータ１０４は、ベースラインにおけるおよび刺激後の容積脈波の初期収縮期成分の振幅から、ベースライン期間４０２（図４を参照されたい）中の肢１２０の動脈容積に対する、刺激後期間４０６（図４を参照されたい）中の肢１２０の動脈容積の相対的変化を計算する。動脈容積変化評価の一実施形態を、図１５と併せて以下で説明する。
【００４４】
一部の実施形態において、低酸素血（または酸素飽和）のレベルの評価が、動脈容積変化評価（ブロック３０８）に含まれてもよく、また試験手順に適合する任意の方法によって達成され得る（例えば、カフ１０６が動脈の閉塞に使用される場合、低酸素血の非拍動測定に基づいて）。一部の実施形態において、閉塞後血液速度または血液せん断応力の評価は、動脈容積変化評価（ブロック３０８）に含まれてもよく、また試験手順に適合する任意の方法によって達成され得る（例えば、ドップラー測定に基づいて）。
【００４５】
図４は、図３のベースライン試験および分析（ブロック３０２）中、ならびに刺激後試験および分析（ブロック３０６）中に肢１２０に印加される圧力を示すタイミング図であり、閉塞が刺激を提供している。図４において説明される手順の前に、肢に印加される個人に適した圧力を選択するために、患者の血圧が測定される。血圧測定中、診断システム１００は、収縮期、拡張期、および平均動脈圧を決定するが、これは従来の様式で行われてもよい。血圧測定が行われると、患者の足に印加される個人に適した圧力が、拡張期、または収縮期、または平均動脈圧のパーセンテージとして決定される。また、この圧力は、患者の血圧に基づく式に従って決定され得る。例えば、患者の足に印加される圧力は、患者の拡張期圧−１０ｍｍＨｇとして計算され得る。各患者に印加される圧力の標準化は、血圧が異なる患者間の試験データの比較を可能にする。
【００４６】
例示的な例として、ベースライン期間４０２中（例えば、１５０秒）、診断デバイス１０２は、上腕動脈１２２の安静時動脈容積脈波を測定するが、これは、上腕動脈１２２の安静時の直径を示すものである。ベースライン期間４０２中、診断システム１００は、診断デバイス１０２に、カフ１０６の一連の急速膨張４１２および収縮４１４を行い、圧力センサ２３０からのデータを収集するように命令する（明確化のために、１０回の膨張４１２および１０回の収縮４１４のみが示されているが、他の回数が使用されてもよい。明確化のために、１回の膨張／収縮循環のみが標示されている。）。各周期において、カフは、収縮期動脈圧未満等の圧力まで急速に膨張４１２させられ、所定時間（例えば、４秒から６秒）膨張４１６が維持され、次いで所定時間（例えば、４秒から１０秒）収縮４１８が維持される。一部の実施形態において、診断コンピュータ１０４は、膨張４１６の時間、および測定値に基づいて脈拍数を動的に決定することができる。カフ１０６が膨張４１６している間、診断デバイス１０２は、複数の圧力振動（または容積脈波）を検出する。
【００４７】
ベースライン期間４０２の後、診断デバイス１０２は、収縮期圧を越える圧力（例えば、収縮期圧＋５０ｍｍＨｇ）までカフ１０６を膨張させて、閉塞期間４０３（例えば、約３００秒）の間、動脈１２２を一時的に閉塞する。閉塞と同時に、酸素飽和（ＳｔＯ２）センサ電子機器２０８は、閉塞しているカフに対して遠位の肢における低酸素血のレベルを監視するように、酸素飽和（ＳｔＯ２）センサ１１０を制御する。
【００４８】
その後、診断デバイス１０２は、カフ１０６を急速に収縮させ（例えば、静脈圧を下回る圧力、例えば、１０ｍｍＨｇ未満まで）、刺激期間４０４中に肢１２０内に血流を急速に流入させる。カフ１０６の圧力解除は、動脈１２２内の血流の急速な増加を形成し、これは、上腕動脈１２２の内皮上にせん断応力を生成する。せん断応力は内皮細胞を刺激して酸化窒素（ＮＯ）を産生させ、これが動脈１２２を拡張させる。
【００４９】
カフ収縮と同時に、ドップラートランスデューサ電子機器２０６は、ドップラートランスデューサ１０８が血液速度を測定する所定時間（例えば、１０〜１８０秒）の間、データを収集するようにドップラートランスデューサ１０８を制御する。
【００５０】
刺激後期間４０６の後、診断システム１００は、診断デバイス１０２に、カフ１０６の急速な膨張４２２および収縮４２４を行い、所定時間（例えば、１〜１０分）ベースライン期間４０２に対するものと同様の様式で圧力センサ２３０からデータを収集するよう命令する。（明確化のために、１４回の膨張４２２および１４回の収縮４２４のみが示されているが、他の回数が使用されてもよい。明確化のために、１回の膨張／収縮循環のみが標示されている。）各シリーズにおいて、カフは急速にある圧力まで膨張し、所定時間（例えば、４〜６秒）膨張が維持され（４２６）、次いで収縮する（４２８）。一部の実施形態において、診断コンピュータ１０４は、膨張４２６の時間、および測定値に基づいて検出される脈拍数を動的に決定することができる。この期間中、診断コンピュータ１０４は、肢部分の動脈容積の変化の動態を監視する（最大値まで脈波振幅が徐々に増加し、次いで脈波振幅が徐々に減少して安静状態に戻る）。
【００５１】
図５は、図４のベースラン期間４０２および刺激後期間４０６中に測定された脈波の初期収縮期成分の振幅を示すタイミング図である。
【００５２】
図６は、一部の実施形態において測定された腕の部分の容積脈波の初期収縮期成分の振幅の正規化された増加と、上腕動脈の超音波画像診断により測定された上腕動脈の直径の増加との間の相関を示すグラフである。グラフにおける各データ点は、異なる患者に対応する。両方の方法における刺激は、収縮期圧を超える圧力までのカフの膨張による、上腕動脈の５分間の閉塞である。本発明により得られた試験結果の正規化は、診断システム１００が肢部分における実質的に全ての動脈の容積の変化を評価し、一方超音波画像診断は、主要動脈のみを可視化するという事実を説明するものである。
【００５３】
図７は、刺激期間４０４中の図４の閉塞の解除後の血流および収縮期圧を示すタイミング図である。線７０１は、血流の急速な増加に続く正常流への減少を示す。線７０２は、閉塞後の収縮期圧の一時的な降下を示す。
【００５４】
図８ａおよび８ｂは、肢１２０の血管の閉塞前（図８ａ）の１回の膨張／収縮循環中、および閉塞後（図８ｂ）の１回の周期中の、肢１２０の測定カフ圧力振動を示す、拡大図としてのタイミング図である。カフ圧力シーケンスの間、上腕動脈の脈拍に起因するカフ圧力の振動に関するデータが収集される。振動振幅（または脈波の振幅）の変化は、上腕動脈の半径の変化に関連し、図８ｂは、閉塞後の脈波振幅が、閉塞前の脈波振幅よりも大きいことを示している。
【００５５】
一部の実施形態において、動脈容積脈波は、肢１２０の部分に印加される外部圧力を使用して検出される。一部の実施形態において、外部から印加される圧力は、近収縮と近拡張との間で徐々に変動する。一部の実施形態において、外部圧力は、まず収縮近くの圧力で外部圧力を印加し、拡張近くの圧力まで外部圧力を徐々に低下させることにより印加される。一部の実施形態において、外部圧力は、まず拡張近くの圧力で外部圧力を印加し、振動が検出され得る速度で収縮近くの圧力まで徐々に増加させ、次いで圧力を急速に低下させることにより印加される。
【００５６】
一部の実施形態において、図４および９に示されるように、印加される外部圧力は、外部圧力が高レベルにある間に動脈容積脈波が決定されるように、高レベルと低レベルとの間で循環される。一部の実施形態において、高レベルは、拡張期圧を下回り、低レベルは、静脈圧を下回る。
【００５７】
一部の実施形態において、高レベル４１６または４２６は、任意の周期において１０秒以下の間維持される。一部の実施形態において、低レベル４１８または４２８は、任意の周期において少なくとも４秒の間維持される。一部の実施形態において、測定は、少なくとも１回の心臓周期にわたり行われる。
【００５８】
図９は、図３のベースライン試験および分析（ブロック３０２）中、ならびに刺激後試験および分析（ブロック３０６）中の肢１２０に印加される圧力を示すタイミング図であり、ニトログリセリンの経口投与が刺激を提供している。閉塞期間４０３が存在しないため、診断システム１００は、膨張状態４２６を伴う一連の急速な膨張４２２および収縮４２４を生成し、ベースライン期間４０２、刺激期間４０４および刺激後期間４０６中の容積脈波を測定する。
【００５９】
図１０は、図９のベースラン期間４０２、刺激期間４０４および刺激後期間４０６中に測定された脈波の初期収縮期成分の振幅を示すタイミング図である。
【００６０】
図１１は、動脈容積変化評価（図３のブロック３０８）の動作の一実施形態を示すフローチャートである。ユーザからの診断コマンドの開始に応じて、診断コンピュータ１０４は、肢１２０の部分の動脈容積の変化を評価する。診断デバイス１０２は、図４〜８（または刺激に依存して図９〜１０）と併せて上述したように、ベースライン期間４０２中に肢の部分の容積脈波を検出する（ブロック１１０２）。一部の実施形態において、診断コンピュータ１０４は、空気圧モジュール２０２に、圧力検出器２０４が肢１２０の部分の容積脈波を検出するために十分なレベルまでカフ１０６を圧縮するよう命令する。
【００６１】
診断デバイス１０２は、検出容積脈波の初期収縮期成分の振幅を決定する（ブロック１１０４）。一部の実施形態において、診断コンピュータ１０４は、圧力検出器２０４に、肢１２０の部分の容積脈波を検出するよう命令する。診断コンピュータ１０４は、検出容積脈波の波形を分析し、ベースライン期間中の容積脈波の関連した振幅を決定する。一実施形態において、脈波の関連した振幅は、脈波の最大圧力と最小圧力との差である。一部の実施形態において、関連した振幅は、初期収縮期成分の振幅である。ブロック１１０４の振幅を決定するための一実施形態を、図１２と併せて以下で説明する。（ブロック１１０２および１１０４は、図３のブロック３０２に使用されてもよい。）
診断デバイス１０２は、ある期間の肢１２０の部分の動脈容積の変化を誘導するために、刺激期間４０２中に刺激を印加する（ブロック１１０６）。一部の実施形態において、診断コンピュータ１０４は、空気圧モジュール２０２に、動脈１２２を閉塞するために十分なレベルまでカフ１０６を圧縮するよう命令する。（ブロック１１０６は、図３のブロック３０６に使用されてもよく、刺激の他の例は、図１および図９〜１０と併せて上で説明されている。）
診断デバイス１０２は、図４〜８と併せて上で説明されたように、肢部分の動脈容積の変化を検出するために、刺激後期間４０６中に肢１２０の部分の容積脈波を検出する（ブロック１１０８）。一部の実施形態において、診断コンピュータ１０４は、空気圧モジュール２０２に、圧力検出器２０４が肢１２０の部分の容積脈波を検出するために十分なレベルまでカフ１０６を圧縮するよう命令する。
【００６２】
診断デバイス１０２は、刺激後の検出容積脈波の初期収縮期成分の振幅を決定する（ブロック１１１０）。一部の実施形態において、診断コンピュータ１０４は、圧力検出器２０４に、肢１２０の部分の容積脈波を検出するよう命令する。診断コンピュータ１０４は、検出容積脈波の波形を分析し、ベースライン期間中の容積脈波の関連した振幅を決定する。一実施形態において、脈波の関連した振幅は、脈波の最大圧力と最小圧力との差である。一部の実施形態において、関連した振幅は、初期収縮期成分の振幅である。ブロック１１１０の振幅を決定するための一実施形態を、図１２と併せて以下で説明する。（ブロック１１０８および１１１０は、図３のブロック３０６に使用されてもよい。）
診断デバイス１０２は、動脈容積変化評価を実行する（ブロック１１１２）。一部の実施形態において、診断コンピュータ１０４は、ベースラインおよび刺激後の容積脈波の初期収縮期成分の振幅から、ベースライン期間４０２中の肢１２０の動脈容積に対する、刺激後期間４０６中の肢部分１２０の動脈容積の相対的変化を計算する。一部の実施形態において、診断コンピュータ１０４は、ベースライン（フロック１１０４）および刺激後（ブロック１１０６）の容積脈波の初期収縮期成分の振幅を比較することにより、相対的変化を計算する。（ブロック１１１２は、図３のブロック３０８に使用されてもよい。）動脈容積変化表の一実施形態を、図１５と併せて以下で説明する。
【００６３】
図１２は、動脈容積変化評価（図３のブロック３０８および図１１のブロック１１１２）の振幅を決定する動作の一実施形態を示すフローチャートである。診断コンピュータ１０４は、検出容積脈波の４次導関数を計算する（ブロック１２０２）ことにより、容積脈波の初期収縮期成分の振幅を決定する。診断コンピュータ１０４は、４次導関数が三回目にゼロラインに交差する時間を決定する（ブロック１２０４）。（以下の図１３の第３のゼロライン交差１３２２および以下の図１４の第３のゼロライン交差１４２２。）一部の実施形態において、診断コンピュータ１０４は、代替として、検出容積脈波の２次導関数を決定してもよい。一部の実施形態において、診断コンピュータ１０４は、代替として、容積脈波における変曲点を決定し、変曲点の発生の時間を使用してもよい。一部の実施形態において、診断コンピュータ１０４は、代替として、容積脈波のフーリエ変換を使用して、脈成分脈波のピークの発生の時間を決定してもよい。
【００６４】
診断コンピュータ１０４は、その時間の検出容積脈波に対する圧力値を決定する（ブロック１２０６）。診断コンピュータ１０４は、容積脈波の開始時の圧力値を決定する（ブロック１２０８）。一部の実施形態において、診断コンピュータ１０４は、脈波の拡張期成分の間の最小値を決定することにより、容積脈波の開始時の圧力値を決定する。診断コンピュータ１０４は、容積脈波の初期収縮期成分の振幅を、圧力値の間の差として評価する（ブロック１２１０）。
【００６５】
一部の実施形態において、診断コンピュータ１０４は、ブロック１２０２において、他の次元の導関数を演算するか、または導関数を演算しなくてもよいが、代替として、他の方法により脈波の初期収縮期成分のピークに対応する変曲点を決定してもよい。他の実施形態において、診断コンピュータ１０４は、動脈容積脈波の最大振幅を決定してもよい。
【００６６】
図１３は、健常な人の測定脈波を示すタイミング図である。脈波１３００は、初期収縮期成分１３０２および後期収縮期成分１３０４を含む。（脈波１３００は、図示されていない他の成分脈波を含み得る。）初期収縮期成分１３０２は、脈波１３００において変曲点１３１０を形成する。後期収縮期成分１３０４の振幅およびタイミングにより、脈波１３００の最大値は、初期収縮期成分１３１０のピークと一致する。線１３２０は、脈波１３００の４次導関数であり、第３のゼロライン交差点１３２２を含む。交差点１３２２は、初期収縮期成分の時間および振幅１３１２を決定するために使用される。
【００６７】
刺激後期間中、動脈容積脈波の形状は、脈波１３５０に変化する。脈波１３５０は、初期収縮期成分１３５２および後期収縮期成分１３５４を含む。（脈波１３５０は、図示されていない他の成分脈波を含み得る。）初期収縮期成分１３５２は、脈波１３５０において変曲点１３６０を形成する。刺激後期間中、後期収縮期成分１３５２の振幅およびタイミングは若干変化し、脈波１３５０の最大１３６６は初期収縮期成分１３６０のピークに一致しなくなる。さらに、初期収縮期成分１３５２の振幅１３６２および脈波１３５０の最大値１３６６の振幅（距離１３６２＋距離１３６４）は、若干異なる。
【００６８】
図１４は、循環器疾患に罹患した患者の測定脈波を示すタイミング図である。脈波１４００は、初期収縮期成分１４０２および後期収縮期成分１４０４を含む。（脈波１４００は、図示されていない他の成分脈波を含み得る。）初期収縮期成分１４０２は、脈波１４００において変曲点１４１０を形成する。後期収縮期成分１４０４の振幅およびタイミングにより、脈波１４００の最大値は、初期収縮期成分１４１０のピークと一致する。線１４２０は、脈波１４００の４次導関数であり、第３のゼロライン交差点１４２２を含む。交差点１４２２は、初期収縮期成分の時間および振幅１４１２を決定するために使用される。
【００６９】
刺激後期間中、動脈容積脈波の形状は、脈波１４５０に変化する。脈波１４５０は、初期収縮期成分１４５２および後期収縮期成分１４５４を含む。（脈波１４５０は、図示されていない他の成分脈波を含み得る。）初期収縮期成分１４５２は、脈波１４５０において変曲点１４６０を形成する。刺激後期間中、後期収縮期成分の振幅およびタイミングは大きく変化し、脈波１４５０の最大値１４６６は初期収縮期成分１４６０のピークに一致しなくなる。初期収縮期成分１４５２の振幅１４６２および脈波１４５０の最大値１４６６の振幅（距離１４６２＋距離１４６４）は、大きく異なる。
【００７０】
診断システム１００は、図１３〜１４の脈波特性の差を使用して、動脈インデックス（例えば、増大インデックス）を演算し患者の循環器系の状態を評価してもよい。
【００７１】
図１５は、図３および１１の動作のうちの動脈容積の変化を決定する動作の一実施形態を示すフローチャートである。診断コンピュータ１０４は、測定期間にわたり各膨張／収縮循環当たりの平均脈波振幅を決定し、図５と併せて上で説明されたグラフ等のグラフを得る。
【００７２】
診断コンピュータ１０４は、ベースライン４０２中に測定された脈波の初期収縮期成分の計算された平均振幅の平均（ＡＶＧｂａｓｅｌｉｎｅ）を計算する（ブロック１５０２）。刺激後期間４０６に対しては、診断コンピュータ１０４は、例えば、４次多項式を使用して、刺激後４０６中に測定された脈波の初期収縮期成分の刺激後データにフィットする曲線を計算する（ブロック１５０４）。診断コンピュータ１０４は、刺激後データの適合された曲線の最大値（ＭＡＸａｆｔｅｒ）を計算する（ブロック１５０６）。診断コンピュータ１０４は、閉塞（または他の刺激）の終了から刺激後データの適合された曲線の最大値までの時間を計算する（ブロック１５０８）。診断コンピュータ１０４は、ベースラインから刺激後データの適合された曲線の最大値までの相対的振幅変化を計算する（ブロック１５１０）。
【００７３】
診断コンピュータ１０４は、以下のように動脈容積の相対的変化ΔＶを計算する（ブロック１５１２）。
【００７４】
ΔＶ＝［（ＭＡＸａｆｔｅｒ−ＡＶＧｂａｓｅｌｉｎｅ）／ＡＶＧｂａｓｅｌｉｎｅ］
診断コンピュータ１０４は、以下のように動脈半径の相対的変化を計算する（ブロック１５１２）。
【００７５】
ΔＲ＝［（ΔＶ＋１）１／２−１］
半径の相対的変化ΔＲは、以下のように定義される。
【００７６】
ΔＲ＝［（Ｒａｆｔｅｒ−Ｒｂａｓｅｌｉｎｅ）／Ｒｂａｓｅｌｉｎｅ］
ここで、Ｒａｆｔｅｒは、動脈の最大刺激後半径であり、Ｒｂａｓｅｌｉｎｅは、ベースラインでの動脈半径である。
【００７７】
一部の実施形態において、診断コンピュータ１０４は、ブロック１５０６の適合された曲線の最大値の決定に加えて、またはその代替として、刺激後データの適合された曲線の下の面積を演算してもよい。一部の実施形態において、診断コンピュータ１０４は、刺激が終了する時間から、測定振幅がベースラインまたは試験終了に戻る時間まで、ブロック１５０４の適合された多項式関数を積分することにより、曲線の下の面積を決定する。一部の実施形態において、診断コンピュータ１０４は、ブロック１５０４の適合された曲線を、測定振幅がベースラインに戻る時間まで外挿する。一部の実施形態において、診断コンピュータ１０４は、ブロック１５０４の適合された曲線から他のパラメータ（例えば、半値幅）を演算し、動脈容積の相対的変化を計算する。
【００７８】
診断コンピュータ１０４は、生データおよび処理済データのいずれかまたは全てを、ディスプレイ、紙または当業者に周知の他の様式で医者または治験担当者に提供してもよい。一部の実施形態において、診断コンピュータ１０４は、１）刺激に応じて拡張する動脈の能力の反映としての、刺激後の肢部分の動脈容積の相対的％変化（例えば、５分間のカフ閉塞後、動脈容積波５７％変化した）；２）刺激後の動脈の半径の演算された相対的最大％変化；動脈容積の最大変化までの時間（例えば、７２秒）；４）曲線下の面積；および５）動脈の硬さの指標としての脈波特性（初期後期収縮期波および後期収縮期波のピーク間の時間差、増大インデックス等）等の処理済データを医者に提供する。一部の実施形態において、診断コンピュータ１０４は、各膨張／収縮循環における検出容積脈波等の生データを医者に提供する。
【００７９】
診断システム１００は、１つのカフ１０６を含むように説明されているが、他の数のカフ１０６が使用されてもよい。一部の実施形態において、診断システム１００は、２つのカフ１０６を含む。一方のカフ１０６は、肢１２０上に配置されて動脈１２２を閉塞し、他方のカフ１０６は、カフ１０６に対して遠位の肢１２０上に配置されて圧力振動を検出する。あるいは、一方のカフ１０６は、肢１２０上に配置されて動脈１２２内の圧力を検出し、他方のカフ１０６は、第１のカフ１０６に対して遠位の肢１２０上に配置されて動脈１２２を閉塞する。
【００８０】
本明細書における「一部の実施形態」という言及は、実施形態に関連して説明される具体的な特徴、構造、または特性が、本発明の少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味する。本明細書中の様々な場所での「一部の実施形態において」という語句の出現は、必ずしも全てが同じ実施形態を指すとは限らない。
【００８１】
以下の詳細な説明のいくつかの部分は、コンピュータメモリ内のデータビットに対する操作のアルゴリズムおよび記号表現に関して示されている。これらのアルゴリズムの記述および表現は、その研究の本質を他の当業者に最も効果的に伝達するためにデータ処理分野の当業者により使用される手段である。本明細書において、また一般的に、アルゴリズムは、所望の結果をもたらす自己無撞着的なステップのシーケンス（命令）と考えられる。ステップは、物理量の物理的操作を必要とするステップである。必須ではないが、通常、これらの量は、保存、伝達、組み合わせ、比較およびその他の操作が可能な電気的、磁気的または光学的信号の形態をとる。原則的には一般的使用のために、これらの信号を、ビット、値、要素、記号、文字、用語、数字等として呼ぶのが便利な場合がある。また、さらに、物理量の物理的操作を必要とするステップのある特定の配列を、一般性を失わずに、モジュールまたはコードデバイスと呼ぶのが便利な場合がある。
【００８２】
しかしながら、これらの、および類似の用語は全て、適切な物理量と関連付けられるべきであり、これらの量に適用される便利な標示でしかない。以下の議論から明らかであると別段に具体的に指定されない限り、説明全体において、「処理する」または「演算する」または「計算する」または「決定する」または「表示する」または「決定する」等の用語を使用した議論は、コンピュータシステムメモリまたはレジスタまたは他のそのような情報ストレージ、伝送もしくは表示デバイス内の物理（電子的）量として表現されるデータを操作および変換する、コンピュータシステム、または類似の電子コンピュータデバイスの動作および処理を指す。
【００８３】
本発明のある特定の態様は、アルゴリズムの形態で本明細書に記載される処理ステップおよび命令を含む。本発明の処理ステップおよび命令は、ソフトウェア、ファームウェアまたはハードウェアとして具現化することができ、ソフトウェアとして具現化される場合、様々なオペレーティングシステムにより使用される異なるプラットフォームにダウンロードする、その上に存在する、およびそこから操作することができることに留意されたい。
【００８４】
本発明はまた、本明細書における動作を実行するための装置に関する。この装置は、必要な用途のために特別設計されてもよく、または、コンピュータ内に保存されたコンピュータプログラムにより選択的に起動または再構成される汎用コンピュータを備えてもよい。そのようなコンピュータプログラムは、コンピュータ可読記憶媒体、例えば、任意の型のディスク、例えば、これらに限定されないが、フロッピー（登録商標）ディスク、光学ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、光磁気ディスク、リードオンリーメモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、磁気もしくは光学カード、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、または、電子命令の保存に好適であり、それぞれコンピュータシステムバスに連結された、任意の型の媒体に保存されてもよい。さらに、明細書において言及されるコンピュータは、単一のプロセッサを含んでもよく、または、増加した演算能力のための複数プロセッサ設計を使用したアーキテクチャであってもよい。
【００８５】
本明細書において示されたアルゴリズムおよびディスプレイは、任意の特定コンピュータまたは他の装置に本質的に関連していない。様々な汎用システムを、本明細書の教示に従うプログラムと使用することができ、または、必要な方法ステップを実行するためのより専門化された装置を構築することが便利となり得る。様々なこれらのシステムに必要な構造は、以下の説明から明確となる。さらに、本発明は、任意の特定のプログラミング言語を参照して説明されていない。本明細書に記載のような本発明の教示を実行するために、様々なプログラミング言語を使用することができ、また、特定の言語に対する以下のいかなる言及も、本発明の使用可能性および最良の形態の開示のために提供されることが理解される。
【００８６】
本明細書において、本発明の具体的実施形態および用途を例示および説明したが、本発明は、本明細書に開示される正確な構造および構成要素に限定されないこと、ならびに、添付の特許請求の範囲において定義されるような本発明の精神および範囲から逸脱することなく、本発明の方法および装置の配列、動作、および詳細に対して様々な修正、変更および変形を行ってもよいことを理解されたい。
【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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【図６】
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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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【図１４】
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【図１５】
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【手続補正書】
【提出日】平成27年3月31日(2015.3.31)
【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】
哺乳動物の肢部分の動脈容積の変化を評価する診断システムであって、
前記診断システムは、
ベースライン期間中の肢部分のベースライン容積脈波と、刺激後期間中の前記肢部分の刺激後容積脈波とを検出するように構成されたセンサであって、前記センサは、肢の個々の指から近位の位置において前記肢部分に動作可能に係合するように構成されており、前記センサは、前記肢部分に関連付けられた膨張可能カフの圧力を感知するように構成された圧力センサを含み、ほぼ収縮期圧を超えて膨張されると、前記膨張可能カフは、前記肢部分の動脈を実質的に閉塞する、センサと、
前記センサに動作可能に連結されるプロセッサであって、前記プロセッサは、前記ベースライン容積脈波の初期収縮期成分の振幅と、前記刺激後容積脈波の初期収縮期成分の振幅とを決定し、前記ベースライン容積脈波の前記初期収縮期成分の前記振幅と、前記刺激後容積脈波の前記初期収縮期成分の前記振幅とを使用して、前記ベースライン期間から前記刺激後期間までの前記肢部分の動脈容積の変化を決定するように構成されており、前記プロセッサは、前記肢のほぼ平均動脈圧において外部圧力を前記肢部分に順次印加するように前記カフを制御するように構成されており、前記外部圧力は、前記ベースライン期間中および前記刺激後期間中に印加される、プロセッサと
を備える、診断システム。
【請求項２】
前記プロセッサは、前記ベースライン容積脈波および前記刺激後容積脈波を生成するために、前記動脈を血液が流れることを可能とする圧力レベルにおいて外部圧力を前記肢部分に印加するように前記カフを制御するように構成されている、請求項１に記載の診断システム。
【請求項３】
前記プロセッサは、近収縮と近拡張との間で徐々に変動する圧力として、前記肢部分に外部圧力を印加するように前記カフを制御するように構成されており、
前記プロセッサは、前記外部圧力が収縮と拡張との間にある間に前記ベースライン容積脈波および前記刺激後容積脈波を検出するように前記センサを制御するように構成されている、請求項１に記載の診断システム。
【請求項４】
前記プロセッサは、収縮近くの圧力において前記肢部分に前記外部圧力を印加し、前記圧力を拡張近くまで徐々に低下させるように前記カフを制御するように構成されている、請求項３に記載の診断システム。
【請求項５】
前記プロセッサは、拡張近くの圧力において前記肢部分に前記外部圧力を印加し、前記圧力を収縮近くまで徐々に増加させるように前記カフを制御するように構成されている、請求項３に記載の診断システム。
【請求項６】
前記プロセッサは、高レベルと低レベルとの間において前記肢部分に印加された外部圧力を循環させるように前記カフを制御するように構成されており、
前記プロセッサは、前記外部圧力が前記高レベルにある間に前記ベースライン容積脈波の前記初期収縮期成分の前記振幅と、前記刺激後容積脈波の前記初期収縮期成分の前記振幅とを決定するように構成されている、請求項１に記載の診断システム。
【請求項７】
前記高レベルは、平均動脈圧近くであり、前記低レベルは、静脈圧を下回る、請求項６に記載の診断システム。
【請求項８】
前記高レベルは、拡張期圧を下回り、前記低レベルは、静脈圧を下回る、請求項６に記載の診断システム。