(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の分節カフプレチスモグラフィを実施して、対象者の身体の或る部分でベースラインの動脈コンプライアンス曲線及び/又はベースラインの圧力-面積(P-A)曲線を作成すること、ここで、カフ圧は第１のピークカフ圧まで増加させ、直ぐに第１のピークカフ圧から減少させる；
第２の分節カフプレチスモグラフィを実施して、充血動脈コンプライアンス曲線及び/又は充血P-A曲線を作成すること、ここで、カフ圧は第２のピークレベルまで増加させ、第２のピークカフ圧で所定期間維持し、その後第２のピークカフ圧から減少させる；及び
ベースラインの動脈コンプライアンス曲線と充血動脈コンプライアンス曲線との間の差を両動脈コンプライアンス曲線間の面積として、及び/又はベースラインのP-A曲線と充血P-A曲線との間の差を両P-A曲線間の面積として算出すること
を含んでなり、第１及び第２のプレチスモグラフィがカフにおける容積変化を測定する低周波計量ポンプを用いて行われる、対象者における反応性充血の検出を補助するデータを取得する方法。
【請求項２】
第１のピークカフ圧が150〜180mmHgの範囲にある請求項１に記載の方法。
【請求項３】
第２のピークカフ圧が対象者の収縮期圧を超える圧力である請求項１に記載の方法。
【請求項４】
第２のピークカフ圧が150〜180mmHgの範囲にある請求項３に記載の方法。
【請求項５】
所定期間が約２〜10分間である請求項１に記載の方法。
【請求項６】
所定期間が約５分間である請求項５に記載の方法。
【請求項７】
対象者の収縮期血圧が第１の分節カフプレチスモグラフィの間に決定される請求項１に記載の方法。
【請求項８】
カフコンプライアンス曲線が第１の分節カフプレチスモグラフィ及び第２の分節カフプレチスモグラフィの間に非線形回帰法を用いて作成される請求項１に記載の方法。
【請求項９】
膨張可能なカフ；
カフの膨張及び収縮用低周波計量ポンプ；
カフ内圧測定用圧トランスデューサ；及び
非線形回帰を用いてカフコンプライアンス曲線を算出する手段；
カフの膨張及び収縮プロセスの間の動脈コンプライアンス曲線及びP-A曲線を
算出する手段、及び
第１の動脈コンプライアンス曲線下面積と第２の動脈コンプライアンス曲線下
面積との間の差及び第１の圧力-面積(P-A)曲線下面積と第２のP-A曲線下面積と
の間の差を算出する手段
を備えるコンピュータ
を備える装置。
【請求項１０】
増幅器を更に備える請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
データをバンドパスフィルタリングする手段を更に備える請求項９に記載の装置。
【請求項１２】
(ａ)医学的処置を受けた後の対象者から、請求項１に記載の方法によりデータを取得すること；及び
(ｂ)工程(ａ)で得たデータを、医学的処置を受ける前に前記対象者から請求項１に記載の方法により予め取得していたデータと比較すること
を含んでなる、対象者における医学的処置の効力を決定する方法。
【請求項１３】
医学的処置がED-関連疾患の治療的処置である請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
医学的処置がスタチン治療である請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
医学的処置が麻酔処置である請求項１２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願
本願は、2009年６月２日出願の米国仮特許出願第61/213,369号(その全体が参照により本明細書中に組み込まれる)の優先権を主張する。
技術分野
本技術は、概して医療機器及び診断法に関し、より詳細には分節(segmental)容積プレチスモグラフィ及びオシロメトリで反応性充血及び内皮機能不全を測定する方法及び機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
背景
内皮機能不全(ED)は、心発作及び卒中のような血管事象の予想において予後的に有意義であることが示されている。これは、アテローム性動脈硬化症の発症において鍵となる事象であり、臨床上明白な血管病理より数年先行する。EDは、種々の疾患プロセス、例えば高血圧、アテローム性動脈硬化症、心血管疾患(心疾患及び卒中)、心房細動、うっ血性心不全、末梢血管疾患、敗血性ショック、高コレステロール血症、Ｉ型及びII型糖尿病、勃起不全、リウマチ性関節炎、HIV、肝疾患(硬変、Ｂ型及びＣ型肝炎、非アルコール性脂肪肝炎、脂肪肝疾患)、子癇前症、環境因子(例えば、喫煙、高血糖インデックスの炭水化物の摂取、座っていることの多いライフスタイル及び肥満)に起因し得る。EDはまた、Ｃ反応性タンパク質の上昇(アテローム性動脈硬化症を導く)を伴う低グレードの慢性炎症の状態と関連付けられる。
【０００３】
EDは、リスク因子の改変：運動、体重減少、禁煙、スタチン薬の使用、β遮断、高血圧及び高コレステロール血症の治療、トランス脂肪摂取の減少を伴う食餌改善、糖尿病の抑制により改善することができる。したがって、EDの早期検出により、ED-関連疾患の早期診断及び治療だけでなく、ED自体の治療も可能になり得る。
プレチスモグラフィは、身体の或る器官その他の部分に存在するか又はそこを通過する血流量を測定する非侵襲的技法である。分節容積プレチスモグラフィは、体肢に沿って種々のレベルに配置した空気式カフ中に標準容積の空気を注入することによって実施される。肢のカフ下区域での容積変化は、トランスデューサにより検出される脈動性圧力に変換され、その後圧脈輪郭として表示される。分節容積プレチスモグラフィは、血圧を測定するために一般的に使用されてきた。これはまた、腕及び脚における血餅について検査するためにも使用され得る。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
要約
対象者において反応性充血を測定する方法を開示する。この方法は、第１の分節カフプレチスモグラフィを実施して、対象者の身体の或る部分でベースラインの動脈コンプライアンス曲線及び/又はベースラインの圧力-面積(P-A)曲線を作成すること、ここで、カフ圧は第１のピークカフ圧まで増加させ、直ぐに第１のピークカフ圧から減少させる；第２の分節カフプレチスモグラフィを実施して、充血動脈コンプライアンス曲線及び/又は充血P-A曲線を作成すること、ここで、カフ圧は第２のピークレベルまで増加させ、第２のピークカフ圧で所定期間維持し、その後第２のピークカフ圧から減少させる；及びベースラインの動脈コンプライアンス曲線と充血動脈コンプライアンス曲線との間の差を両動脈コンプライアンス曲線間の面積として、及び/又はベースラインのP-A曲線と充血P-A曲線との間の差を両P-A曲線間の面積として算出することを含む。
【０００５】
１つの実施形態において、この方法は、算出工程の結果に基づいて対象者における内皮機能不全(ED)のレベルを決定することを更に含む。
別の１つの実施形態において、この方法は、算出工程の結果に基づいてED-関連疾患のリスクを決定することを更に含む。
【０００６】
対象者において内皮機能不全(ED)を決定する方法もまた開示する。この方法は、(ａ)対象者の身体の或る部分の周囲でカフを膨張させ、第１のカフ圧に達した後直ぐにカフを収縮させ、膨張プロセス及び収縮プロセスの間にカフにおける容積及び圧力変化を測定すること；(ｂ)工程(ａ)の測定に基づいて第１の曲線を作成すること；(ｃ)２回目として、対象者の身体の該部分の周囲でカフを膨張させ、第２のカフ圧で所定期間膨張を維持し、カフを収縮させ、膨張プロセス及び収縮プロセスの間にカフにおける容積及び圧力変化を測定すること；(ｄ)工程(ｃ)の測定に基づいて第２の曲線を作成すること；(ｅ)第１の曲線下面積と第２の曲線下面積との差を決定すること、ここで、第１の曲線及び第２の曲線は動脈コンプライアンス曲線又は圧力-面積(P-A)曲線である；及び(ｆ)工程(ｅ)で測定した差に基づいてEDのレベル又はED-関連疾患のリスクを決定することを含む。
【０００７】
対象者において医学的処置の効力をモニタリングする方法もまた開示する。この方法は、上記の方法を使用して対象者における反応性充血の第１の測定を実施すること、上記の方法を使用して対象者における反応性充血の第２の測定を実施すること、及び第１の測定結果と第２の測定結果とを比較することを含む。
或る実施形態では、医療的処置はED-関連疾患の治療的処置又は麻酔処置である。
【０００８】
また、膨張可能なカフ、カフの膨張及び収縮用計量ポンプ、カフ内圧測定用圧トランスデューサ及びコンピュータを備える装置も開示する。コンピュータは、非線形回帰を用いてカフコンプライアンス曲線を算出する手段、カフの膨張及び収縮プロセスの間の動脈コンプライアンス曲線及びP-A曲線を算出する手段；及び第１の動脈コンプライアンス曲線下面積と第２の動脈コンプライアンス曲線下面積との間の差及び第１の圧力-面積(P-A)曲線下面積と第２のP-A曲線下面積との間の差を算出する手段を備える。
【０００９】
図面の説明
詳細な説明は下記の図面に言及する。図面では、同じ番号は同じ要素を指称する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、動脈コンプライアンス、面積及び末梢動脈流量を測定するシステムの１つの実施形態を説明するブロック図である。
【図２】図２は、動脈コンプライアンス、面積及び末梢動脈流量を測定する方法の１つの実施形態を説明するフローチャートである。
【図３】図３は、動脈コンプライアンス、面積及び末梢動脈流量を測定するシステム及び方法の１つの実施形態を用いて収集したデータを説明するグラフである。
【図４】図４は、動脈コンプライアンス、面積及び末梢動脈流量を測定するシステム及び方法の１つの実施形態を用いて収集しフィルタリングしたデータを説明するグラフである。
【図５】図５は、動脈コンプライアンス、面積及び末梢動脈流量を測定するシステム及び方法の１つの実施形態を用いて算出したカフコンプライアンスを説明するグラフを含む。
【図６】図６は、動脈コンプライアンス、面積及び末梢動脈流量を測定するシステム及び方法の１つの実施形態を用いて算出したカフコンプライアンスを説明するグラフである。
【図７】図７は、動脈コンプライアンス、面積及び末梢動脈流量を測定するシステム及び方法の１つの実施形態を用いて適用した計測を説明するグラフである。 .
【図８】図８は、動脈面積を測定するシステム及び方法の１つの実施形態を用いて適用した計測を説明するグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
詳細な説明
ここでは、動脈コンプライアンスを測定し、経壁圧の全範囲にわたって動脈血容積流量波形及び圧力-面積曲線のようなその他の測定量を作成する方法、システム及び機器を説明する。これら測定量は、反応性充血を測定するため、内皮機能不全その他の心血管疾患及び子癇前症のような種々の病気(ailment)を検出、測定及びモニタリングするため、並びに麻酔の有効性又は効力をモニタリングするために使用することができる。
【００１２】
実施形態には、数学関数により較正したカフプレチスモグラフィが含まれる。プレチスモグラフは、器官又は肢に存在するか又はそこを通過する血液量の変化から生じる該器官又は肢のサイズ変動を決定し記録する装置である。較正は、非線形数学関数と計量ポンプの出力とを組み合わせるプロセスで達成される。実施形態は、分節容積プレチスモグラフィの概念とオシロメトリの概念を組み合わせて、経壁圧の全範囲にわたる動脈コンプライアンスの実測を提供する。分節容積プレチスモグラフィは、体肢に沿って種々のレベルに配置した空気式カフ中に標準容積の空気を注入することにより実施される技法である。肢のカフ下区域での容積変化は、トランスデューサにより検出される脈動性圧力に変換され、その後圧脈輪郭として表示される。オシロメトリは、動脈、特に四肢の動脈における脈動の変化を測定するために使用されるプロセスである。実施形態はまた、経壁圧の全範囲にわたって、圧力-面積曲線及び動脈血容積流量波形を作成する。経壁圧は、心室壁又は血管壁を横切る圧力である。経壁圧は、腔内圧力(すなわち心室内又は血管内の圧力)−腔外圧力(すなわち心室外又は血管外の圧力)として算出する。
【００１３】
実施形態は、内皮における機能異常の早期尺度である内皮機能不全及び反応性充血を測定するために使用される。内皮は、動脈壁の最内側層であり、平坦な内皮細胞の薄層から作られる。内皮機能不全(ED)は、心血管リスク因子に対する十分に確立された応答であり、アテローム性動脈硬化症(これは斑発現に至る)の発症に先行する。EDが生じると、一酸化窒素分泌の程度が減少し、動脈血管拡張もまた減少する。これら変化は、本明細書に記載の方法及び機器を用いて測定することができる反応性充血の減少を導く。
【００１４】
EDは血管の健康全体の予測因子である。したがって、EDは心血管疾患の早期指標である。実際、EDは、心筋梗塞、卒中、突然死及び心不全のような心血管事象に有意で直接に相関することが示されている。EDの程度を測定することで、本明細書に記載の実施形態は、心血管事象及び疾患を高度に予測することができる。臨床的には、EDは、新規のII型糖尿病の発生及びメタボリック症候群のII型糖尿病への進展を予測することができる。EDはまた末梢血管疾患及び慢性腎不全に関連し、妊娠女性における子癇前症を予測することが示されている。子癇前症は、既知の治療法が存在しない妊娠後期に発症する重篤な医学的状態である。子癇前症は、高血圧及びタンパク尿(尿中のタンパク質)によって特徴付けられる。子癇前症は、失明、腎不全、肝不全、胎盤剥離、痙攣及びHELLP症候群(溶血性貧血(Hemolytic)、肝酵素上昇(Elevated Liver enzymes)、低血小板(Low Platelets)の三つ組)に至り得る。子癇前症は全ての妊娠症例の10％もにおいて発生し、母子両方に対して致命的であり得る。EDは、子癇前症の早期警戒サインであることが示されている。
【００１５】
加えて、食餌療法、運動、体重減少、禁煙、糖尿病管理及び薬剤(例えば、スタチン及び種々の脂質低下医薬)によるリスク因子の処置でのED減退が、介入研究によって示されている。結果として、本明細書に記載の実施形態はまた、ED-関連疾患(例えば、心血管疾患)を有する患者において、進行をモニタリングし、処置及び療法をガイドする手段として使用し得る。
例えば、内皮機能不全(ED)の測定が臨床的に有益かつ効果的である２つの異なる集団が存在する。一方の集団は、心血管疾患(CVD)のリスクがある無症候性患者からなる。他方の集団は、医学療法がなされている既知のCVDを有する患者である。CVDのリスクがある患者において、EDの測定は、進行性心疾患の早期サインとして役立ち得る。既知のCVDについて投薬を受けているリスク患者において、EDの測定はまた、進行をモニタリングし、処置をガイドすることができる。
【００１６】
１つの実施形態では、本明細書に記載の方法及び機器は、スタチンを投与されている患者において、進行をモニタリングし、処置及び療法をガイドするために使用される。現在、医師はスタチンを処方するが、EDの減少(スタチン療法がどのように働いているかの重要な要素)に対する効果を測定するための確立した方法を有していない。反応性充血をEDの指標として使用して、本明細書に記載の方法及び機器は、EDの改善におけるスタチン薬並びにリスク因子改変(すなわち、体重減少、血糖抑制、禁煙など)の効力を測定するために使用し得る。これら方法は、反応性充血を測定し、異なる処置ステージの患者における充血レベルを比較することを含む。スタチン処置のような医薬処置の効力を決定する場合、反応性充血の第１の測定は、好ましくは、処置開始前に行われる測定である一方、その後の測定は、スタチン処置の経過中に行われる。測定頻度は、医療ケア提供者が決定し得る。医療ケア提供者は、測定の結果に基づいて処置レジメンを更に改変し得る。
【００１７】
本明細書に記載の実施形態を用いて正確な動脈流量波形を測定することが可能であることは、外科手術、緊急搬送及び外来患者の健康管理という状況において有益であり得る。本明細書に記載の実施形態を用いる動脈流量波形モニタリングは、単純な血圧モニタリングを超える更なる有益性を提供する。例えば、血液量減少性ショックの患者は最も早期のステージ(代償ステージと呼ばれる)で次の身体的徴候を提示する：心拍上昇、末梢血管収縮及び心拍出量減少。(本明細書に記載の実施形態により提供されるもののような)正確な動脈流量波形測定は任意の経壁圧で得ることができ、心拍及び血管緊張の正確な定期的モニタリングに加え、経時的心拍出量変化の非侵襲的リアルタイム測定を提供する。
【００１８】
本明細書に記載の実施形態は、ED及び反応性充血(一時的に遮断された血流の回復に起因する、或る身体部分への血流量の増加)を測定する。実施形態は、これら測定を、オシロメトリ及び分節容積プレチスモグラフィの基本原理を組み合わせ、カフコンプライアンスの非線形方程式を適用することにより行う。カフコンプライアンスは、血圧カフの所与の圧力変化に伴って生じる容積変化の量である。この関係は、以前の研究で非線形関係であることが証明されている。しかし、この非線形関係は、カフごとにも、カフが肢にどのように配置されるかに依存しても変化する。先の特許、米国特許第6,309,359号(「'359特許」；参照により本明細書に組み込まれる)もまた、末梢動脈の管腔面積を非侵襲的に測定するためにオシロメトリ及び分節容積プレチスモグラフィの基本原理を組み合わせた。しかし、'359特許に記載の方法及び装置は、カフコンプライアンス曲線を作成するために非線形数学方程式を適用も使用もせず、代わりに、単に、実際のカフ圧に最も密接に対応するカフ圧を用いる。'359特許の方法及び装置はまた、動脈サイクルの周波数より有意に高い周波数で動作する高周波ポンプを必要とするものを含む種々の機材を使用する。更に、'359特許により使用される各データ点は、膨張(圧力上昇)の間及び収縮(圧力減少)の間とは対照的に、カフ圧が下降するにつれて得られる。
【００１９】
ここで、図１に言及すると、動脈コンプライアンス測定用システム100の実施形態を説明するブロック図が示されている。システム100は、血圧カフ、メーター、ポンプ、本明細書に記載のデータ収集に必要なハードウェア及び/又はソフトウェアを備える。システム100の実施形態は、血圧カフ102、計量ポンプ104、圧トランスデューサ106、増幅器108及びコンピュータ110を備える。血圧カフ102は、血圧が測定され得るように、従来通りに膨張して肢に圧力を印加する標準的な血圧カフ102であり得る。血圧カフ102は、代表的には、患者上腕の周囲に配置される。しかし、この機器は、成人、子供又は動物に関して、肢の任意の部分の周囲に配置して使用し得る。血圧カフ102のサイズは、各々の場合で意図する使用に関して設定され得る。計量ポンプ104は、或る容積の空気で血圧カフ102を膨張させるために使用されるポンプ及びカフの膨張レベル(カフ102中に注入される空気の容積(例えば、リットル/分))を測定するためのメーターを備える。１つの実施形態では、ポンプ104は低周波ポンプである。圧トランスデューサ106は、カフ中で圧力を測定することによって肢の動脈における脈動圧を検出する。圧トランスデューサ106は、増幅器108に入力される脈動性圧力を示すシグナルを生成する。増幅器108は、脈動圧シグナルを増幅し、増幅シグナルをコンピュータ110に入力する。
【００２０】
コンピュータ110は、増幅シグナルのアナログ・デジタル(A/D)変換を行い、必要に応じて、シグナルを加工して必要なデータを収集し、本明細書に記載の方法(数学方程式を計算及び適用し、種々の曲線、グラフその他の表示を作成することを含む)を実行し得る。コンピュータ110は、(例えば、１以上のコンピュータプログラムとして)指令を記憶してこれら機能を実行するプロセッサ及びメモリを備える汎用コンピュータであってもよいし、そのようにプログラムされた特定目的のコンピュータであってもよい。したがって、コンピュータ110に備えられるソフトウェアは、１以上のデータ収集及び数学プログラムを含み得、本方法で使用する非線形数学関数を導出(develop)し、バンドパスフィルタリングその他のフィルタリングを行い、必要に応じてシグナルプロセシングを行い、数学的変換、例えば曲線下面積の測定のため及び圧力-面積曲線の導出用の動脈コンプライアンス曲線の数値積分のための変換を行うことができる。或いは、コンピュータ110に代えて又は加えて、システム100は、これら機能の幾つかを実行する回路(別個のA/Dコンバータ、バンドパスフィルタ及びその他の特化した回路を含む)を備え得る。
【００２１】
システム100の構成要素(例えば、計量ポンプ104、圧トランスデューサ106、増幅器108及びコンピュータ110)は、図１で破線で示されるように、血圧カフ102に接続された単一ハウジング内に収容されていてもよい。
本明細書に記載の方法の実施形態は、血圧カフ102の膨張及び収縮の両方の間にデータを取得/収集する。実施形態では、既知容積の空気が、血圧カフ102中に、０mmHgから患者の収縮期血圧(すなわち、心臓が収縮し血液を動脈中に拍出するときの動脈中の圧力に対応する圧)より有意に高いが患者にとって不快過ぎない圧力(例えば、およそ180mmHg)まで各増分で注入される。既知の容積変化(dV)の各々に対して、各圧力変化(dP)が圧力上昇全体にわたり測定される。図３は、膨張プロセスの間に収集したデータのチャートである。
【００２２】
幾つかの実施形態では、膨張の間に得られた上記データ(既知の容積変化の各々について測定した圧力変化)を使用して、(dV/dP)カフ 対 平均カフ圧の曲線(「平均カフ圧曲線」)を導出する。ここで、dVは容積変化であり、dPは圧力変化であり、(dV/dP)カフはカフコンプライアンスであり、これはカフ圧と共に非線形的に変化する。
上記で得られたデータを平均カフ圧曲線にプロットする。このデータについて非線形回帰を実施し、任意のカフ圧で(dV/dP)カフを得ることができる方程式を導出する。１つの実施形態では、非線形回帰は、逆二次多項関数を用いて実施する。このような関数を用いて決定係数の導出に成功している。
【００２３】
他の実施形態では、血圧カフの収縮(平均カフ圧曲線の下降部分)の間、種々の追加データが得られ、追加の機能が実行される。１つの実施形態では、バンドパスフィルタリング法(すなわち、種々の周波数でのバンドパスフィルタリングによりその他のデータを除去して所望の圧力データを決定する)を使用して、収縮期血圧、拡張期血圧及び平均動脈圧(すなわち、単一の心サイクルの間の(すなわち、所与の動脈圧波形の１サイクルにわたる)平均血圧)をオシロメトリを介して取得し得る。別の１つの実施形態では、各カフ圧で生じる圧パルスの大きさ(dP)動脈を提供するため、バンドパスフィルタリングを使用する。
【００２４】
その後、任意の経壁圧での動脈コンプライアンス(dV/dP)動脈(これは動脈平滑筋活動及び結果としての内皮機能不全の尺度を提供する)は、下記の方程式により得ることができる：
【数１】
0005689116.tif 000002
【００２５】
方程式１を用いて曲線を作成する。方程式１から得られる曲線の積分により、圧力-面積(P-A)曲線が得られる。(注記：容積を有効カフ長で除すると、全ての容積測定量を面積測定量に変換することができる)。下記の方程式２を用いて、全てのコンプライアンス測定量を正規化することができる。ここで、再び、有効カフ長で除することにより、全ての容積測定量を面積測定量に変換することができる。
【数２】
0005689116.tif 000003
V0は患者のベース容積である。動脈コンプライアンスを患者のベース容積で除することで、動脈コンプライアンスを正規化する。上記のプロセスを使用して、種々の測定を行い得る。
【００２６】
１つの実施形態では、このプロセスは、任意の経壁圧で(dV/dP)動脈値を取得し、元の圧力下降波形を微分して(dP/dt)動脈である波形を取得し、(dP/dt)動脈に(dV/dP)動脈を乗じて正確な流量波形を取得することにより正確な動脈流量波形を導出するために使用する。この結果が正確な動脈流量波形(dV/dt)動脈である。
別の１つの実施形態では、このプロセスは、上記のようにベースラインの動脈コンプライアンス曲線及び圧力-面積曲線を取得し、患者の収縮期圧より上で所与の期間血圧カフを保持し(充血を誘導し)、第２(すなわち、充血)のコンプライアンス曲線及び圧力-面積曲線を取得し、ベースライン曲線と充血曲線との間の差を算出することにより内皮機能不全を測定するために使用する。２つの曲線間の差は内皮機能不全の程度を表す。
【００２７】
ここで、図２に言及すると、動脈コンプライアンスを測定する方法200を説明するフローチャートである。カフ膨張の間にベースラインデータを収集する(ブロック202)。カフ膨張の間に収集したベースラインデータのグラフについては図３を参照。ベースラインデータ収集202には、カフ102の膨張の間に計量ポンプ104及び圧トランスデューサ106を用いて、ポンプ中への空気容積注入及びカフ圧をそれぞれ測定することが含まれ得る。ベースラインデータ収集202には、更に、患者又は対象者の末梢肢の周囲にカフ102を配置し、カフを０mmHgから開始することが含まれ得る。カフ圧変化を記録しながら、既知容積の空気がカフ102中に注入され得る。ベースラインデータ収集202は、例えばコンピュータ110上で実行されるデータ収集ソフトウェアプログラムを使用して、達成され得る。データ収集プログラムは、圧トランスデューサ106及び/又は計量ポンプ104からの(例えば、A/Dコンバータを介してデジタルに変換され、及び/又はその他のシグナルプロセシングを受けた)入力を受容し得る。例えばAcknowledgeTMのような種々のデータ収集プログラムを使用し得る。ベースラインデータ収集202は、所与の平均カフ圧でカフコンプライアンスを取得する。ここで、平均カフ圧は、(既知容積の空気注入後のカフ圧＋該既知容積の空気注入前のカフ圧)/２に等しい。上記のように、カフの容積膨張は、対象者の収縮期圧より有意に高いが対象者にとって不快すぎない圧力(例えば、およそ180mmHg)まで継続される。
【００２８】
ベースラインカフコンプライアンス方程式/式が作成される(ブロック204)。上記のように、これは非線形回帰を用いて達成され得る。実施形態では、ベースラインカフコンプライアンス式の作成は、カフ膨張が完了するや否や始めることができる。カフコンプライアンスを表す数学方程式は、(ｉ)平均カフ圧(ｘ) 対 カフコンプライアンス(ｙ)をプロットし、上記のような非線形回帰を行うことにより導出し得る。ベースラインカフコンプライアンス方程式/式は、コンピュータ110上で実行される数学ソフトウェアプログラム204を使用して作成し得る。数学プログラムは、データ収集プログラムからの入力を受容し得、例えば逆二次多項関数を用いて、例えば非線形回帰を行い得る。例えばSigmaPlotTMのような種々のデータ収集プログラムを使用し得る。
続けて図２に言及すると、上記のカフ収縮の間に追加のベースラインデータを収集する(ブロック206)。追加のベースラインデータ収集206は、例えばデータ収集プログラムを用いて実行し得る。この追加のベースラインデータ収集206を行った後、バンドパスフィルタリング並びに動脈コンプライアンス曲線、P-A曲線及び動脈流量波形の導出を行う(ブロック208)。
【００２９】
ベースライン曲線及び波形を導出するために、カフ圧が患者収縮期圧を超え、上記の測定を行った直後に、カフ中の圧力を開放する。換言すれば、カフ圧は患者収縮期圧を超えるように上昇させ、直後に開放する。反応性充血曲線及び波形(下記参照)を導出するために、カフ圧は内皮反応を誘引するに十分な期間保持し、上記の測定を行う。ここに記載の実施形態では、期間は、患者の平滑筋組織の全体的弛緩を達成するに必要な時間である。平滑筋組織の弛緩は、代表的には、正確な反応性充血の測定を達成するために必要である。１つの実施形態では、カフ圧は１〜10分間保持する。別の１つの実施形態では、カフ圧は２〜５分間保持する。更に別の１つの実施形態では、カフ圧は約５分間保持する。カフ圧をより長く保持することができればできるほど、患者の平滑筋組織が弛緩し、正確な反応性充血測定が行われることを試験者はより確信する。カフ圧保持に関する通常の制限因子は、患者快適さである；カフ圧をより長く保持すればするほど、より不快になり、究極的にはこの処置が苦痛になる。高齢、病気の又は衰弱した患者は、若い健康な患者より短い時間しか耐えられない傾向にある。
【００３０】
ベースラインデータを上記のように作成後、基本的には、短期間の患者充血後に上記ステップを繰り返すことによって充血データを作成し得る。充血データはカフ膨張の間に収集する(ブロック210)。充血データは、再びカフを０mmHgから始め上記のようにカフを膨張させることによって収集し得る。収集210には、カフ102の膨張の間に計量ポンプ104及び圧トランスデューサ106を使用して、それぞれポンプ中への空気容積注入及びカフ圧を測定することが含まれ得る。再び、カフ圧変化を記録しながら既知容積の空気をカフ102中に注入し得る。
【００３１】
続けて図２に言及すると、充血カフコンプライアンス数学方程式を作成する(ブロック212)。再び、充血カフコンプライアンス数学方程式は、上記のように作成し得る。カフ収縮の間に追加の充血データを収集する(ブロック214)。この追加データを収集後、バンドパスフィルタリング並びに充血に関しての動脈コンプライアンス曲線、P-A曲線及び動脈流量波形の導出を行う(ブロック216)。状態を検出し患者をモニタリングするためのメトリクス(metrics)を算出する(ブロック218)。このメトリクス計測は、例えば、(ａ)ベースラインデータ及び充血データの種々の曲線を比較すること、(ｂ)曲線間の差を曲線間の面積として算出すること、及び、例えば(ｃ)算出した面積に基づいてEDのレベル(又は、例えば、子癇前症その他の疾患の存在など)を決定することを含み得る。例えば、このようなメトリクスは、例えばEDの存在を示す出力を提供し得る。
【００３２】
１つの実施形態では、208で作成した動脈コンプライアンスの正常(ベースライン)曲線と216で作成した動脈コンプライアンスの充血曲線との間の変化を、所与の経壁圧で算出する。
別の１つの実施形態では、208で作成した動脈コンプライアンスの正常(ベースライン)曲線と216で作成した動脈コンプライアンスの充血曲線との間の変化を、或る範囲の経壁圧にわたって算出することができる。
別の１つの実施形態では、208で作成したP-A正常(ベースライン)曲線と216で作成したP-A反応性充血曲線との間の変化を、所与の経壁圧で算出する。
別の１つの実施形態では、208で作成したP-A正常(ベースライン)曲線と216で作成したP-A反応性充血曲線との間の変化は、或る範囲の経壁圧にわたって算出することができる。
【００３３】
別の１つの実施形態では、正常(ベースライン)曲線及び/又は反応性充血曲線の(任意の所与の経壁圧又は或る範囲の経壁圧での)動脈流量波形を算出して比較する。
別の１つの実施形態では、正常(ベースライン)曲線及び/又は反応性充血曲線の(任意の所与の経壁圧又は或る範囲の経壁圧での)平均流量波形を算出して比較する。
別の１つの実施形態では、コンピュータ110は、カフの膨張及び収縮プロセスの間に動脈コンプライアンス曲線及びP-A曲線を算出する手段、第１の動脈コンプライアンス曲線下面積と第２の動脈コンプライアンス曲線下面積との間の差及び第１の圧力-面積(P-A)曲線下面積と第２のP-A曲線下面積との間の差を算出する手段、及びデータをバンドパスフィルタリングする手段を含む。
【００３４】
これらメトリクス計測の多くは、未だかつて或る経壁圧範囲にわたって行われたことがないという点で有意義である。同様なメトリクス計測を行うその他の機器は、単一のデータ点についてそのようにするに過ぎない。或る範囲の経壁圧にわたってこれらメトリクス計測を行うことにより、より多くのデータを比較し、結果から更なる情報を集めることが可能になる。上記メトリクス計測により、或る圧力範囲にわたって結果を比較することができる。より重要なことには、上記データ曲線の比較により、曲線間の差を面積として算出することが可能になる(図７〜８を参照)。曲線間の面積が小さければ小さいほど、EDの程度は高くなる；換言すれば、面積とEDの量との間に反比例関係が存在する。或る特定の実施形態では、曲線間の差から算出した特定量の面積(例えば、或る面積範囲)が特定のEDレベルに対応するスコア付けシステムが開発される。
【００３５】
図３に言及すると、カフ膨張及び収縮の間のサンプルデータ収集のグラフである。このグラフはカフ圧を経時的に示す。時間に注目することで、所与の時間にわたるカフ圧の変化を決定し、同時期にわたるカフ注入容積の変化と比較することができる(示さず)。このデータを用いて、カフコンプライアンス及び平均カフ圧を算出することができる。
図４に言及すると、バンドパスフィルタリングされて動脈圧パルスを提供する、下降(カフの収縮)の間に取得したサンプルデータのグラフが示されている。バンドパスフィルタリングは、圧トランスデューサから受け取るその他の圧力データを除去して、この例では、動脈圧パルスデータのみを残す。この例では、バンドパスフィルタリングは0.5〜5.0ヘルツで行い得る。
【００３６】
図５に言及すると、圧力上昇(カフの膨張)の間に作成したサンプルのカフコンプライアンス曲線が示されている。このカフコンプライアンス曲線は上記のように作成し得る。
図６に言及すると、上記の非線形回帰を用いて作成した係数を使用して圧力上昇の間に作成したサンプルのカフコンプライアンス曲線が示されている。例えば、逆二次多項関数を用い得る。
下記は、カフコンプライアンスの非線形方程式が上記のように導出されたサンプルの方程式出力である。具体的には、下記の情報は、カフコンプライアンス曲線を導出するために行った(逆二次多項関数を用いる)非線形回帰からのサンプル出力である。
【００３７】
【表１】
0005689116.tif 000004
【００３８】
得られる動脈コンプライアンス 対 経壁圧の曲線(動脈コンプライアンス曲線)を図７及び８に示す。正常面積測定量と充血測定量との間の差分が内皮機能不全の定量的尺度を提供する。例えば、図７は、ベースライン及び充血の動脈コンプライアンス曲線を説明するグラフである。この２つの曲線間の差分/変化は、陰影領域で表示され、内皮機能不全の存在を示す。この陰影領域のサイズは、内皮機能不全の大きさ又はED-関連疾患のリスク/存在(例えば、子癇前症のリスク/存在)に反比例する。
【００３９】
１つの実施形態では、10％以下の差分パーセンテージ(すなわち、(ベースライン動脈コンプライアンス曲線と充血動脈コンプライアンス曲線との間の面積)/(ベースライン動脈コンプライアンス曲線下面積))がED又はED-関連疾患のリスク/存在を示す。別の１つの実施形態では、７％未満の差分パーセンテージがED又はED-関連疾患のリスク/存在を示す。別の１つの実施形態では、4.5％未満の差分パーセンテージがED又はED-関連疾患のリスク/存在を示す。要約すると、ベースライン動脈コンプライアンス曲線と充血動脈コンプライアンス曲線との間の差分面積が小さければ小さいほど、ED又はED-関連疾患のリスク/存在の示度が大きくなる。他の実施形態では、異なる年齢、性別、人種又は地質学的位置の患者集団に異なる閾値が与えられる。他の実施形態では、この面積に基づくEDのスコアリングチャート(異なるEDレベルが異なる陰影領域サイズに対応する)が開発される。
【００４０】
１つの好適な実施形態では、動脈コンプライアンス曲線における差分は、経壁圧０から最大経壁圧の部分で決定する。
或る特定の実施形態では、患者の正常(ベースライン)動脈コンプライアンス曲線からの一点を、同じ経壁圧値での該患者の充血動脈コンプライアンス曲線からの一点と比較する。１つの好適な実施形態では、動脈コンプライアンス曲線の単一点比較は、経壁圧０から最大経壁圧までの部分で行う。
【００４１】
同様に、図８は、ベースライン及び充血のP-A曲線を説明するグラフである。この２つの曲線間の差分/変化は、陰影領域で表示され、内皮機能不全の存在に反比例する。この陰影領域の面積は、内皮機能不全その他の疾患の大きさ(例えば、子癇前症の存在)に反比例する。１つの実施形態では、10％以下の差分パーセンテージ(すなわち、(ベースライン動脈コンプライアンス曲線と充血動脈コンプライアンス曲線との間の面積)/(ベースライン動脈コンプライアンス曲線下面積))がED又はED-関連疾患のリスク/存在を示す。別の１つの実施形態では、７％未満の差分パーセンテージがED又はED-関連疾患のリスク/存在を示す。別の１つの実施形態では、4.5％未満の差分パーセンテージがED又はED-関連疾患のリスク/存在を示す。要約すると、ベースラインP-A曲線と充血P-A曲線との間の差分面積が小さければ小さいほど、ED又はED-関連疾患のリスク/存在の示度が大きくなる。他の実施形態では、異なる年齢、性別、人種又は地質学的位置の患者集団に異なる閾値が与えられる。他の実施形態では、この面積に基づくEDのスコアリングチャート(異なるEDレベルが異なる陰影領域サイズに対応する)が開発される。
【００４２】
１つの好適な実施形態では、P-A曲線における差分は、経壁圧０から最大経壁圧の部分で決定する。
或る特定の実施形態では、患者の正常(ベースライン)P-A曲線からの一点を、同じ経壁圧値での該患者の充血P-A曲線からの一点と比較する。１つの好適な実施形態では、動脈コンプライアンス曲線の単一点比較は、経壁圧０から最大経壁圧までの部分で行う。
別の１つの実施形態では、任意の所与の経壁圧での実際の流量波形を算出する。実際の流量波形は、カフ圧により血流が許容される任意の経壁圧で算出し得る。
【００４３】
他の実施形態では、EDレベルを、疾患状態の指標又は疾患状態のリスクの指標として使用する。このような疾患状態としては、子癇前症、高血圧、アテローム性動脈硬化、心血管疾患(冠動脈疾患及び卒中を含む)、心房細動、うっ血性心不全、末梢血管疾患、敗血性ショック、高コレステロール血症、Ｉ型及びII型糖尿病、勃起不全、リウマチ性関節炎、HIV及び肝疾患(肝硬変、Ｂ型及びＣ型肝炎、非アルコール性脂肪肝炎、脂肪肝疾患を含む)が挙げられるが、これらに限定されない。
他の実施形態では、分節カフプレチスモグラフィの間に行われた圧力/容積測定量は、EDの測定以外の目的に使用する。例えば、圧力/容積測定量は、圧力波形を微分し、全ての点を非線形カフコンプライアンス関係に数学的重ね合わせをして較正された流量波形を作成することによって、心機能のモニタリングに使用することができる。
【００４４】
本明細書に記載の実施形態によれば、医師は、例えば、反応性充血、ED、ED-関連疾患、心血管状態及び種々の態様の処置の効力を測定すること及びモニタリングすることの両方が可能になる。得られる鍵となるメトリクスには、動脈経壁圧範囲全体にわたる、末梢動脈流量の実際の測定、動脈コンプライアンス及び動脈面積が含まれる。
本明細書に記載の実施形態の重要な利点は、ED-関連疾患の早期診断である。医師は、例えば、反応性充血測定から有益な情報を得ることができる。機器の実施形態は、無症状性として現在分類されている患者を診断し、また疾患を既に診断されている患者における現在及び新規の治療の効力を定量する簡単な方法を提供する点で医師に有益である。本明細書に記載の実施形態の別の１つの有益な点は、EDの治療の有効性をモニタリングできることである。
【００４５】
本明細書に使用する用語及び説明は例示のためだけであり、制限として意味するものではない。当業者は、特許請求の範囲に規定される本発明の精神及び範囲の内で、多くの変形及びその等価物が可能であり、全ての用語は、そうでないと示されていない限り、最も広い可能な意味で理解されるべきであることを認識する。
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図１】
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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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