(57)【要約】  方法は、血圧を連続して非侵襲的に直接測定することを対象とし、血流調節バルーン及びセンサアレイを有する較正測定装置を提供することを含む。本方法は、センサアレイを、軟部組織に隣接することによって動脈に接続された皮膚部分の表面に非侵襲的に配置することと、血流調節バルーンを調節された量の圧力で膨張させることとをさらに含む。血流調節バルーンの膨張に反応して、動脈の形状及び力の変化が、心拍サイクル中に、センサアレイを介して検出される。変化は、動脈からの、又は隣接する軟部組織内の時空間信号に対応する。時空間信号は、血圧パラメータを決定するために、コントローラを介して、測定及び処理される。
2021518179.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
血圧を連続して非侵襲的に直接測定するための方法であって、
血流調節バルーンとセンサアレイとを有する較正測定装置を提供することと、
前記センサアレイを、軟部組織に隣接することによって動脈に接続された表面皮膚部分に非侵襲的に配置することと、
前記血流調節バルーンを調節された量の圧力で膨張させることと、
前記血流調節バルーンの前記膨張に反応して、前記センサアレイを介して、前記動脈からの、又は前記隣接する軟部組織内の時空間信号に対応する、心拍サイクル中の動脈のサイズ及び形状の変化を検出することと、
コントローラを介して、血圧パラメータを決定するために前記時空間信号を測定及び処理することと
を含む、方法。
【請求項２】
前記センサアレイを介して前記動脈のサイズ及び形状の変化を検出することが、前記皮膚表面部分の変形又は前記皮膚表面部分内及び前記皮膚表面部分上の力のうちの少なくとも１つを決定することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記変形又は前記力のうちの少なくとも１つを、前記センサアレイに含まれる触覚センサのアレイを用いて測定することをさらに含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記変形又は前記力のうちの少なくとも１つを、光学系を用いて測定することをさらに含む、請求項２に記載の方法。
【請求項５】
前記変形又は前記力のうちの少なくとも１つを、前記センサアレイに含まれるレトログラフィックセンサを用いて測定することをさらに含む、請求項２に記載の方法。
【請求項６】
前記動脈のサイズ及び形状の前記変化を皮膚表面の高さの変化に基づいて決定することをさらに含み、前記センサアレイが前記皮膚表面と直接接触している、請求項２に記載の方法。
【請求項７】
前記コントローラを介して、収縮期血圧及び拡張期血圧を推測するために２つ以上の位置及び時刻における前記皮膚表面の高さを比較することをさらに含む、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記動脈のサイズ及び形状の前記変化を前記動脈の超音波に基づいて決定することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記血流調節バルーンを前記表面皮膚部分と直接接触させて配置することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記較正測定装置にストラップ、ストラップ調節バルーン及びストラップ力センサを設けることと、
前記ストラップを前記動脈を含む肢上に、前記ストラップ調節バルーン及び前記ストラップ力センサが前記表面皮膚部分の異なる領域と接触するように配置することと、
前記表面皮膚部分と前記ストラップとの間に加えられる前記力を変更するために前記ストラップ調節バルーンを膨張させることによって前記較正測定装置を微調整することと
をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
血圧を連続して非侵襲的に直接測定するための較正測定装置であって、
ストラップと、
前記ストラップの内面に結合された血流調節バルーンであって、調節された量の圧力により、動脈からの時空間信号が、静脈及びリンパの循環又は前記動脈を含む肢の他の動脈の流れを損なわずに分離される膨張状態を有する、血流調節バルーンと、
血圧を非侵襲的に監視するために前記血流調節バルーンの内面に取り付けられるセンサアレイであって、心拍サイクル中に、前記血流調節バルーンが前記膨張状態にあるときに、前記動脈からの時空間信号に対応する、前記動脈のサイズ及び形状の変化を検出する、センサアレイと
を含む、較正測定装置。
【請求項１２】
前記ストラップが取り外し可能に取り付けられている、請求項１１に記載の較正測定装置。
【請求項１３】
前記ストラップに取り付けられた剛性支持体をさらに含み、前記血流調節バルーンが前記剛性支持体上に取り付けられている、請求項１１に記載の較正測定装置。
【請求項１４】
前記血流調節バルーンと異なる領域で前記ストラップの前記内面に結合されたストラップ調節バルーンをさらに含み、前記ストラップ調節バルーンが前記肢の皮膚表面と前記ストラップとの間に加えられる力が微調整される膨張状態を有する、請求項１１に記載の較正測定装置。
【請求項１５】
前記血流調節バルーン及び前記ストラップ調節バルーンと異なる領域で前記ストラップの前記内面に結合されたストラップ力センサをさらに含み、前記ストラップ力センサが、前記血流調節バルーン及び前記ストラップ調節バルーンの少なくとも１つが前記それぞれの膨張状態にあるときに、前記肢の皮膚表面と前記ストラップとの間に加えられた前記力を検出する、請求項１２に記載の較正測定装置。
【請求項１６】
前記センサアレイが触覚センサのアレイを含む、請求項１１に記載の較正測定装置。
【請求項１７】
前記センサアレイが、１つ以上の抵抗素子、圧電素子、又は容量性素子を含む、請求項１１に記載の較正測定装置。
【請求項１８】
動脈の血圧を連続して非侵襲的に直接測定するための方法であって、
肢上に取り付けるためのストラップを有する較正測定装置を提供することであって、前記ストラップがその内面に血流調節バルーン、ストラップ調節バルーン、及びストラップ力センサを搭載しており、前記血流調節バルーンがその内面にセンサアレイを搭載していることと、
前記ストラップを肢上に、前記センサアレイが動脈上の皮膚表面と非侵襲的に接触するように配置することと、
前記血流調節バルーンを、静脈及びリンパの循環又は前記動脈を含む前記肢の他の動脈の流れを損なわずに調節された量の圧力で膨張させることと、
前記血流調節バルーンの膨張に反応して、前記センサアレイを介して、前記動脈からの時空間信号に対応する、心拍サイクル中の前記動脈のサイズ及び形状の変化を検出することと、
前記ストラップと前記肢の前記皮膚表面との間に張力を加えるために前記ストラップ調節バルーンを調節された量の圧力で膨張させることと、
前記センサアレイ及び前記ストラップ力センサによる検出に基づき、前記時空間信号の検出を増強するために前記血流調節バルーン又は前記ストラップ調節バルーンの少なくとも１つによって加えられる圧力を微調整することと、
コントローラを介して、血圧パラメータを決定するために前記時空間信号を測定及び処理することと
を含む、方法。
【請求項１９】
前記動脈のサイズ及び形状の前記変化の前記検出が、前記皮膚表面の変形又は前記皮膚表面内及び前記皮膚表面上の力のうちの少なくとも１つを測定することを含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
超音波に基づいて前記動脈のサイズ及び形状の前記変化並びに前記動脈に隣接する軟部組織の変化を決定することをさらに含む、請求項１８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
政府支援
本発明は、国立衛生研究所（ＮＩＨ）から受けた助成金第１  Ｕ０１  ＥＢ０１８８２３００１Ａ１号の下での政府の支援を得てなされた。政府は本発明に一定の権利を有する。
【０００２】
関連出願の相互参照
本出願は、２０１８年６月１３日に出願された米国仮特許出願第６２／６８４７２６号、及び２０１８年４月３日に出願された米国仮特許出願第６２／６５２１８０号の優先権を主張し、各出願は参照によりその全体が本明細書に組み入れられる。
【０００３】
本発明は、一般的に、動脈圧の非侵襲的推定及び連続監視に関し、より具体的には、動脈圧を直接測定及び監視するための皮膚表面の変位及び力の使用に関する。
【発明の概要】
【０００４】
本開示の一態様によれば、方法は、血圧を連続して非侵襲的に直接測定することを対象とし、血流調節バルーン及びセンサアレイを有する較正測定装置を提供することを含む。本方法は、センサアレイを、軟部組織に隣接することによって動脈に接続された皮膚部分の表面に非侵襲的に配置することと、血流調節バルーンを調節された量の圧力で膨張させることとをさらに含む。血流調節バルーンの膨張又は収縮に反応して、動脈のサイズ及び形状と、動脈が周囲組織に加える力とに変化が起こる。ゆえに、心拍サイクル中に、センサアレイを介して検出される皮膚とセンサアレイとの間の接触に変化が起こる。動脈の形状及び動脈の力の変化は、動脈からの時空間信号に対応する。時空間信号は、血圧パラメータを決定するために、プロセッサを介して、測定及び処理される。
【０００５】
本開示の別の態様によれば、較正測定装置は、血圧を連続して非侵襲的に直接測定することを対象とする。本較正測定装置は、ストラップと、ストラップに結合された血流調節バルーンであって、調節された量の圧力により、動脈からの時空間信号が、静脈及びリンパの循環又は肢の他の動脈の流れを損なわずに分離される膨張状態を有する血流調節バルーンとを含む。本較正測定装置は、血圧を非侵襲的に直接測定及び監視するために血流調節バルーンの表面にセンサアレイをさらに含む。センサアレイは、心拍サイクル中に、血流調節バルーンが膨張状態にあるときに動脈の形状及び力の変化を検出する。変化は動脈からの時空間信号に対応する。
【０００６】
場合により、本開示の上記の態様では、センサアレイは、血流調節バルーンの外面に取り付けられた塗装面、構造化光又は光学マーカを有するゲル膜に基づいて実装される。しかしながら、本開示の別の例示的な態様では、センサアレイは塗装面に基づいて実装され、光学マーカ又は構造化光パターンが血流調節バルーンの材料の内面又は外面にある。さらに、本開示の別の例示的な態様では、センサアレイは、皮膚表面に直接投影された光学マーカ又は構造化光パターンに基づいて実装される。
【０００７】
本開示の別の例示的な態様によれば、センサアレイが、塗装面及び着色光を有するゲル膜の助けを借りた測光ステレオによる変形感知に基づいて実装される。場合により、別の例示的な態様は、個別の力センサ又は変位センサに基づいて実装されたセンサアレイを対象とする。具体的には、センサアレイは、抵抗素子、圧電素子、又は容量性素子などの個別の力センサ又は変形センサを組み立てることによって実装される。
【０００８】
場合により、本開示の上記の態様の１つ以上では、ゲル膜が血流調節バルーンの外面に取り付けられる。しかしながら、本開示の別の例示的な態様では、ゲル膜は、血流調節バルーンの材料の内面又は外面の塗装面又は構造化光パターンで置き換えられる。
【０００９】
さらに別の代替の例示的な実施態様によれば、センサが機械的な台に結合され、（例えば卓上型装置において）取付力を変化させるために使用される。この実施態様では、血流調節バルーンを使用する代わりに、取付力は、力センサ及び／又は変位センサと結合された機械的な台の助けを借りて調整される。
【００１０】
接触状態をさらに調節するために、血流調節バルーンは、（１）（ゲル膜あり又はなしの）対象物との接触部分にかかる力の空間平均値の直接的尺度を提供する圧力センサ、（２）接触状態を能動的に変更する（形状変化や力の変化）ために使用されるエアポンプ、並びに（３）接触状態及び接触状態の経時的変化に対するある程度の調節を、特に圧力センサからのフィードバックとともに提供するコントローラと一緒に付加される。血流調節バルーンを充填する空気以外のゲルその他の流体が、それぞれの測定タスクに基づいて任意で考慮されてもよい。
【００１１】
本開示のさらに別の態様によれば、方法は、動脈内の血圧を連続して非侵襲的に直接測定することを対象とする。本方法は、肢上に取り付けるためのストラップを有する較正測定装置を提供することであって、ストラップがその内面に血流調節バルーン、ストラップ調節バルーン、及びストラップ力センサを搭載していること、を含む。血流調節バルーンは、その内面にセンサアレイを搭載している。本方法は、ストラップを肢上に、センサアレイが動脈上の皮膚表面と非侵襲的に接触するように配置することと、血流調節バルーンを、静脈及びリンパの循環又は肢の他の動脈の流れを損なわずに調節された量の圧力で膨張させることとをさらに含む。本方法は、血流調節バルーンの膨張に反応して、センサアレイを介して、動脈からの時空間信号に対応する、心拍サイクル中の動脈の形状及び力の変化を検出することをさらに含む。ストラップ調節バルーンは、ストラップと皮膚表面との間に力を加えるために調節された量の圧力で膨らまされる。センサアレイ及びストラップ力センサによる検出に基づき、動脈からの時空間信号の検出を増強するために、血流調節バルーン又はストラップ調節バルーンの少なくとも１つによって微調整圧力が加えられる。時空間信号は、血圧パラメータを決定するために、プロセッサを介して、測定及び処理される。
【００１２】
本開示のその他の態様は、以下にその簡単な説明が示される図面を参照してなされる様々な実施態様の詳細な説明を考察すれば、当業者には明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】血管壁の曲率の変化を示す概略図である。
【図２】本開示の一実施態様による、較正測定装置の構成要素を示す断面図である。
【図３Ａ】生の空間情報、処理された空間情報、及び高さ画像を含む、時空間信号及び血圧マーカに関連したデータの第１の部分を示す図である。
【図３Ｂ】様々な信号のプロットを含む、図３Ａの時空間信号及び血圧マーカに関連したデータの第２の部分を示す図である。
【図３Ｃ】グループマーカのプロットを含む、図３Ａの時空間信号及び血圧マーカに関連したデータの第３の部分を示す図である。
【図３Ｄ】様々な信号の値を含む、図３Ａの時空間信号及び血圧マーカに関連したデータの第４の部分を示す図である。
【図４Ａ】本開示の別の実施態様による、カメラを含む較正測定装置の構成要素を示す断面図である。
【図４Ｂ】発光ダイオード（ＬＥＤ）調節器を有する図４Ａの較正測定装置のカメラセットアップを示す図である。
【図４Ｃ】図４Ａの較正測定装置の卓上型を示す斜視図である。
【図４Ｄ】図４Ａの較正測定装置の装着型を示す斜視図である。
【図５Ａ】本開示の別の実施態様による、光学マーカを含む較正測定装置の構成要素を示す断面図である。
【図５Ｂ】図５Ａの較正測定装置の卓上型を示す斜視図である。
【図５Ｃ】図５Ａの較正測定装置の装着型を示す斜視図である。
【図６Ａ】本開示の別の実施態様による、圧電センサを含む較正測定装置の構成要素を示す断面図である。
【図６Ｂ】バルーンの下面に取り付けられた図５Ａの較正測定装置の圧電センサを示す斜視図である。
【図６Ｃ】手首に取り付けられた図５Ａの較正測定装置を示す斜視図である。
【図７Ａ】ウサギモデルを用いた動物実験を示す斜視図である。
【図７Ｂ】ブタモデルの実験用セットアップを示す拡大斜視図である。
【図７Ｃ】図７Ｂの実験用セットアップの全体図を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明には様々な改変形態及び代替形態の余地があるが、図面には例として特定の実施態様が示されており、それらを本明細書で詳細に説明する。しかしながら、本発明は開示の特定の形態に限定されることを意図されるものではないことを理解されたい。そうではなく、本発明は、添付の特許請求の範囲によって定義される本発明の趣旨及び範囲内に入るすべての改変形態、均等物、及び代替形態を範囲に含むものである。
【００１５】
本開示は、一般的に、動脈内血圧（ＢＰ）を経時的に推定及び連続監視するための新規の手法、いくつかの方法、及び関連機器構成を対象とする。開示の方法に基づき、収縮期血圧（ＳＢＰ）、平均動脈圧（ＭＡＰ）、及び拡張期血圧（ＤＢＰ）のための直接測定が行われる。より一般的には血圧イメージャ（ＢＰＩ）とも呼ばれる、触覚血圧イメージャ（ＴＢＰＩ）が、経時的に、血圧の呼吸性変動を含む、ＳＢＰ、ＭＡＰ、及びＤＢＰの心拍間の変動性を測定するために使用される。これに基づき、ＴＢＰＩは、白衣高血圧、仮面高血圧、並びに睡眠中及び早朝血圧上昇中の夜間降圧度の減少及びその他の異常なパターンなどの、異常な血圧パターンを特定することができる。ＴＢＰＩは、処置有効性の正確な評価及び治療法のより適切な個別化を容易にし、患者の血圧を下げるのに必要とされる、喫煙及びストレスを低減するためなどの、生活様式の動機付けをさらに特定する。ＴＢＰＩは、心拍数（ＨＲ）、よってＨＲ変動性を、また経時的な異常な心臓リズムを連続して追跡する。ＢＰＩは、呼吸数（ＲＲ）及び異常な呼吸パターンも連続して追跡する。ＴＢＰＩは、心拍間の血圧をさらに追跡し、侵襲的な動脈内血圧監視の非侵襲的な代替手段である。
【００１６】
図１を参照して、概略図に、血圧の変化が血管壁１００の、よって皮膚表面１０２の曲率をどのように変化させるかを示す。血圧は、動脈のサイズ及び形状（例えば直径１０４）との直接的な関係を有し、動脈のサイズ及び形状は、力センサアレイ又は変形センサアレイ１０８の接触面１０６の変形及び接触面１０６にかかる力の空間分布を決定する。センサアレイ１０８は、特に手首の橈骨動脈などの表在動脈１１０の位置で、皮膚表面１０２と接触する。動脈１１０内部の血圧のダイナミクスが接触面プロファイルにおける時空間ダイナミクスを生じさせる。この基本原理は、血圧を連続して推定及び追跡するために使用される。
【００１７】
センサアレイ１０８が表在血管１１０上の皮膚表面１０２の上に取り付けられ、押し付けられた場合、センサアレイ１０８は、空間及び時間にわたる動脈断面の変動を取り込む。血圧は、動脈断面の形状及びサイズとの直接的な関係を有し、動脈断面の形状及びサイズは、皮膚表面１０２とセンサアレイ１０８との中間の接触面プロファイル（変形及び力の空間分布）を決定する。よって、血管内部の血圧のダイナミクスが、非侵襲的に測定できる接触面プロファイルにおける時空間ダイナミクスを生じさせる。
【００１８】
図２を参照すると、ＴＢＰＩは、（１）力感知抵抗器（ＳＦＲ）である、ストラップ力センサ（ＳＦＳ）２０２、（２）ストラップ２００の締め付け調整のためのストラップ調節バルーン２０４、及び（３）剛性支持体２０７に取り付けられた、取付力調整バルーン（ＭＦＡＢ）とも呼ばれる血流調節バルーン２０６を含む柔軟なストラップ２０１を含む例示的な較正測定装置２００の形態である。時空間的接触状態を取り込むために血流調節バルーン２０６と皮膚表面２１０との間にセンサアレイ２０８が介在している。血流調節バルーン２０６はエアポンプ２１２によって作動され、エアポンプ２１２に接続された空気圧センサ２１４が血流調節バルーン２０６のためのセンサとして働く。
【００１９】
場合により、装置２００は、ストラップ力センサ２０２及び／又はセンサアレイ２０８からの信号を受け取るように構成された（プロセッサ及びメモリデバイスを備えた）コントローラ２１７を含む。コントローラ２１７は、さらに場合により、血圧の推定及び監視を含めて、信号を処理して血圧のパラメータを決定するように構成される。コントローラ２１７は、装置２００と一体化され、例えば、ストラップ２０１に取り付けられるか若しくはストラップ２０１内に配置されるか、又は、装置２００から分離した構成要素であり、例えば、装置２００に通信可能に結合された外部装置（コンピュータなど）である。
【００２０】
別の任意選択の構成によれば、装置２００は、血圧の監視と関連付けられた様々なパラメータを表示するためのディスプレイ２１９を含む。ディスプレイ２１９は、場合により、装置２００に取り付けられるか、又は装置２００と一体化される。
【００２１】
別の任意選択の構成によれば、装置２００は、ユーザの携帯電話などの外部装置２２１に通信可能に結合される。ユーザは、携帯電話２２１上のアプリケーションを使用して、例えば、ストラップ調節バルーン２０４及び／又は血流調節バルーン２０６の膨張の調節、監視される動脈のパラメータの受信などを含む、装置２００と関連付けられた１つ以上のタスクを行う。
【００２２】
血流調節バルーン２０６は、基準空気圧（３０〜４０mmHgなど）に初期設定される。次いで、血流調節バルーン２０６及びセンサアレイ２０８は、血流調節バルーン２０６が下の動脈２１６内の血流を調節する間に、センサアレイ２０８がセンサアレイ２０８の中央領域で脈動（心周期にわたる血圧の変動によって生じる時空間的接触状態の変動）を取り込むように、センサアレイ２０８が動脈２１６の上をほぼ中心とするように末梢動脈２１６（手首の橈骨動脈など）の上に配置される。
【００２３】
続いて、ストラップ調節バルーン２０４は、ストラップ力センサ２０２からの読み取り値が特定の値に到達するようなレベルまで膨らまされる。センサアレイ２０８から得られた空間情報に基づき、優勢な脈動領域がロックされる。優勢な脈動領域は、血流調節バルーン２０６及びストラップ力センサ２０２が最適な所定の値に調整されたときに、時間的ダイナミクスが特定の閾値を上回る領域である。ストラップ調節バルーン２０４及びストラップ力センサ２０２は主に、センサアレイ２０８と皮膚表面２１０との最適な接触を確実にするように較正測定装置２００の取り付けを微調整し、被験者間で較正測定装置２００の取り付けを標準化するために使用される。ストラップ力センサ２０２及びストラップ調節バルーン２０４から得られた信号は、血圧の推定及び監視に使用される。
【００２４】
較正測定装置２００の１つの有益な固有の態様が、標的とされる動脈２１６上の主要な測定及び操作領域の、ストラップ２０１下の残りの領域からの効果的な分離である。この分離の達成により、肢の全周にカフを巻く必要がなくなる。較正測定装置２００の固有の設計により、静脈及びリンパの循環又は肢の他の動脈の流れを損なわずに肢上で較正測定装置２００を連続使用することが可能になる。センサアレイ２０８は、血流調節バルーン２０６と皮膚表面２１０との間に位置決めされ、血流調節バルーン２０６が血圧推定段階で膨張及び収縮する際の時空間的接触状態を取り込み、続いて、血圧監視段階で公称圧力を維持する。
【００２５】
図３Ａ〜図３Ｄを参照すると、データは推定時空間信号及び血圧マーカを示している。ＴＢＰＩ取り付けが標準化された後、ＴＢＰＩ（較正測定装置２００など）は、ユーザのＤＢＰ、ＭＡＰ、及びＳＢＰを推定することによって較正される。これは、ＴＢＰＩ自体を使用して達成される。較正プロセスは、ＭＦＡＢの圧力の段階的な増加及び減少を含み、これは圧力掃引と呼ばれる。立ち上がり掃引では、ＭＦＡＢの空気圧が、低い値（〜３０mmHg）から従来の血圧測定の標準速度（２〜４mmHg／秒）で段階的に増加する。立ち上がり掃引は、エアポンプが飽和状態（〜２７０mmHg）になるか、又は測定信号の脈動の振幅が、ある公称値（１８０mmHgなど）に到達するという条件で、特定の閾値を下回って減衰するまで続く。次いで、立ち下がり掃引では、空気圧は減少して低圧（〜３０mmHg）に戻る。これにより、１回の完全な掃引につき２回の血圧の較正及び推定が可能になる。
【００２６】
較正時間を短縮するために、立ち上がり半掃引又は立ち下がり半掃引のどちらかを速くすることができ、較正は遅い方の半分で行われる。掃引からの血圧の推定では、「ＭＦＡＢ圧」と呼ばれるＭＦＡＢの（心周期にわたって平均された）平均圧が、血圧推定のための主要な測定として考察される。下にあるセンサアレイからの時空間信号の異なる特徴が、ＳＢＰ推定又はＭＡＰ推定又はＤＢＰ推定のマーカとして考察される。マーカが特定の閾値に到達するＭＦＡＢ圧が、ＳＢＰ又はＭＡＰ又はＤＢＰにマップされる。血圧推定方法で使用されるマーカは２つのグループに分類される。グループ１のマーカは、皮膚とセンサアレイとの間の接触領域内での心周期にわたる脈動の空間的一致／不一致である。グループ２のマーカは、空間にわたって平均された脈動の振幅である。グループ１とグループ２の両方からのマーカが、任意の半掃引にわたって同時に推定される。最終的な血圧推定の正確さ及びロバスト性を改善するために複数のマーカに基づく血圧推定が組み合わされる。
【００２７】
グループ１のマーカを参照すると、ロックされた脈動領域からの空間情報は、心臓又は血管内の血流の方向（図１のＹ軸など）に関連して近位領域と遠位領域とに分割される。セグメント化の後、脈動の平均高さが近位部分と遠位部分とについて個々に計算される。これら２つの時間信号は事実上、近位圧力波と遠位圧力波とを表す。過去の心周期にわたるこれらの高さの高域フィルタリング及び正規化の後、これらの近位領域と遠位領域との間の類似点及び相違点が血圧マーカとして考察される。これらの血圧マーカの推定が、ＴＢＰＩの有益な固有の適用である。グループ１のマーカは、基本的に圧力波の空間情報に依存する。近位圧力波と遠位圧力波との間の類似点を定量的に測定するために、近位圧力波と遠位圧力波とのドット積が、最近の心周期の期間にわたって計算され、リアルタイムで推定される。マーカは、選択されたドット積（ＳＤＰ）と呼ばれる。ＳＤＰは類似点の定量的尺度であるが、選択されたクロス積（ＳＣＰ）は、正規化された近位圧力波対遠位圧力波のリサージュプロットの下の面積として図式的に表される相違点の１つの尺度である。
【００２８】
相違点を定量的に測定する別の手法が、正規化された近位圧力波と遠位圧力波との選択された瞬時差分（ＳＩＤ）信号を計算し、次いで、１心周期にわたるＳＩＤの高さを血圧マーカとみなすことである。ＳＩＤはまた、動脈内の血流が崩壊し始めるときの動脈内の血流の乱れに起因する高調波を取り込むために、異なる帯域フィルタにも通される。これらの信号は、ＳＦ１、ＳＦ２などと呼ばれ、対応する血圧マーカがＳＩＤと同様に計算される（図２参照）。
【００２９】
グループ２のマーカを参照すると、このグループの最初のマーカは、画像の平均高さ（ＩＡＨ）と呼ばれ、高域フィルタ及び振幅推定器を通される、空間にわたって平均されたセンサアレイから得られた変形又は力の情報を提供する。振幅推定は、最近の心周期の期間にわたって行われる。グループ２のマーカは、圧力波の空間情報に根本的には依存しない。しかしながら、これらのマーカは優勢な脈動領域から導出されるので、マーカはセンサアレイから得られる空間情報を使用する。グループ２のマーカが最大値に到達するＭＦＡＢ圧がＭＡＰにマップされる。マーカが（１つ又は複数の）特定の閾値を上回ったままである空気圧範囲は、ＳＢＰとＤＢＰとの差である動脈内パルス圧（ＰＰ）を示す。よって、立ち下がり半掃引に注目して、マーカが特定の「第１の立ち下がり」閾値を横切るＭＦＡＢ圧がＳＢＰにマップされる。最大値に到達した後、マーカは別の「第２の立ち下がり」閾値を再度横切り、対応するＭＦＡＢ圧がＤＢＰにマップされる。
【００３０】
グループ２のマーカはまた、高域フィルタ及び振幅推定器を通されたＭＦＡＢ圧信号から直接得られる。半掃引にわたって、これらのマーカのいずれかが最大値に到達する平均の、又は低域フィルタリングされたＭＦＡＢ圧がＭＡＰにマップされる。マーカが（１つ又は複数の）特定の閾値を上回ったままである平均ＭＦＡＢ圧の範囲は、動脈内ＰＰを示す。よって、立ち下がり半掃引に注目して、マーカが特定の第１の立ち下がり閾値を横切る平均ＭＦＡＢ圧がＳＢＰにマップされる。最大値に到達した後、マーカは同じか又は異なる第２の立ち下がり閾値を再度横切り、これに対応する平均ＭＦＡＢ圧がＤＢＰにマップされる。グループ２のマーカは高域フィルタリングされたＭＦＡＢ圧から導出され、ＴＢＰＩではＭＦＡＢ圧信号が、従来の血圧カフの場合のように肢の全周囲をカバーする皮膚領域ではなく、軟部組織によって動脈に接続された分離された皮膚部分領域から得られることを除いては、標準的な振動測定法のマーカと同様である。
【００３１】
血圧は、ＴＢＰＩを使用して連続して追跡される。ＴＢＰＩの較正が完了した後、ＭＦＡＢの圧力が増加して、取り込まれた信号の脈動が特定の振幅又は信号対雑音比（ＳＮＲ）に到達するようなレベルに戻る。この条件の下で、ＩＡＨが２点にわたって較正され、較正法から得られるように最大値がＳＢＰにマップされ、最小値がＤＢＰにマップされる。この２点較正は、動作点上の血圧の小変動を特定するのに十分である。動作点が閾値を上回ってシフトする場合、これは、血圧の大きな変化によって、又は線形較正を大部分無効にするアーチファクトに基づいて引き起こされる可能性があり、再較正が行われる。ＩＡＨの代わりに、ＭＦＡＢからの圧力信号も較正され、連続監視に使用される。しかしながら、ＩＡＨは、動き及び材料緩和に関連したアーチファクトに対してより低い感受性を示す。
【００３２】
図４Ａ及び図４Ｂを参照すると、ＴＢＰＩは、センサアレイ３０８が、カメラ３０３によって取り込まれた測光ステレオ効果の助けを借りた変形感知に基づいて実装される別の例示的な較正測定装置３００の形態である。装置３００は、透明な剛性支持体（ガラスなど）３０７上に支持された柔軟なストラップ３０１と、ストラップ力センサ３０２と、ストラップ調節バルーン３０４と、血流調節バルーン３０６とを含む。この実施態様では、センサ表面３０９が皮膚表面３１０と接触し、皮膚表面３１０は、鏡面反射層３１１を作り出す、ブロンズ粉などの顔料を塗布されている。透明な軟らかいシリコーンエラストマー（ゲルなど）が反射層３１１の基板として使用される。ゲルは、ゲルの反射面が皮膚表面３１０に密に接触したままであるようにガラス支持体３０７によって支持される。カメラ３０３は、ガラス支持体３０７の上方のフレーム３１５上に垂直に取り付けられる。
【００３３】
図１に示されるように、ＺＸ平面に沿った血管１１０の曲率はＰｉｎと周囲圧力Ｐｏｕｔとの差とともに変化する。したがって、この実施態様における主要な測定は、接触面３０９のＺＸ平面曲率、及びＹ軸、すなわち血管の長手方向軸に沿ったその変動である。よって、高指向性（〜１５°のビーム角度）の赤及び緑のＬＥＤ３１７、３１９の２つのアレイがＹ軸に沿って配置される。全カメラアセンブリ３２１が、周囲光から光学的に絶縁される。カメラ３０３が光インターフェースからＬＥＤ３１７、３１９の直接反射を取り込むのを回避するために、ＬＥＤ３１７、３１９は低グレージング角に配置される。
【００３４】
図４Ｃを参照すると、較正測定装置３００の卓上型３２１は、５又は６自由度ポジショナ及び調整可能な背部支持体３２３をボールソケット型継ぎ手３２５とともに含む。背部支持体は、ファントム動脈又は動物の体部位又は人間の手首を支持することができる。あらゆる場合に、システムは少なくとも１つの取付力又は取付圧（ＭＰＦ）センサを有する。卓上型実験では、ＭＰＦ感知が、６自由度力センサ又は力感知抵抗器（ＦＳＲ）を用いて行われる。卓上型３２１は、後述する装着型部品３２７などのＴＢＰＩの型をさらに有する。
【００３５】
図４Ｄを参照すると、較正測定装置３００の装着型３２９は、機械視覚カメラ３３１と、力感知抵抗器ＦＳＲからのリード線３３３と、透明なストラップ３３６に包まれたガラス支持体３３５とを含む。透明なストラップ３３６の内側には赤いＬＥＤアレイ３３７があり、エアポンプで作動されるバルーン３３９が主要なＭＰＦセンサと接続されている。装着型３２９には、独立して調整可能な赤及び緑のＬＥＤ調節器３４１、３４３、並びにビデオ画像を取り込むためのＵＳＢ３．０カメラ３４５がさらに含まれる。
【００３６】
図５Ａを参照すると、ＴＢＰＩは、センサアレイ４０８が、皮膚表面４１０と接触する４０８の内面又は外面の（又は、例えば、直接皮膚表面２１０上の）投影された光パターン（ストライプなど）又は光学マーカ（ドットや穴など）を用いた構造化光に基づいて実装される別の例示的な較正測定装置４００の形態である。これらのパターン又はマーカの動きは、図５Ａに示されるのと異なる位置及び向きにも配置され得るカメラ４０３によって取り込まれる。上記の実施態様と同様であるが、必ずしも同一ではないこの実施態様では、センサアレイ４０８は、（センサアレイ４０８の外面である）感知面４０９上又はセンサアレイ４０８の内面上（又は、例えば、直接皮膚表面２１０上）の光学パターン又はマーカの三角測量に基づいて実装される。皮膚表面４１０と接触する表面上又は直接皮膚表面２１０上のパターン又はマーカの画像を取り込むように適切に配置されたカメラからのデータに基づき、Ｚ軸に沿った変形がＸＹ平面内のマーカの動きから取り込まれる。よって、ＺＸ平面の曲率の変化は、カメラ４０３が見た、Ｘ軸のマーカの動きを通して感知される。較正測定装置４００は場合により、本開示に記載されるその他の例示的な較正測定装置のいずれかの１つ以上の構成要素を含む。図５Ｂ及び図５Ｃをさらに参照すると、卓上型４２１及び装着型４２９は、プロジェクタ４４０及び機械視覚カメラ４４１を含む。
【００３７】
図６Ａを参照すると、ＴＢＰＩは、センサアレイ５０８が個別の力センサ又は変位センサ５５０に基づいて実装される別の例示的な較正測定装置５００の形態である。具体的には、センサアレイ５０８は、抵抗素子、圧電素子、又は容量性素子５５０などの個別の力センサ又は変形センサ５５０を組み立てることによって実装される。較正測定装置５００は、記載のその他の例示的な較正測定装置の１つ以上と同様であるが、必ずしも同一ではない。例えば、較正測定装置５００は、剛性支持体５０７上に支持された柔軟なストラップ５０１と、ストラップ力センサ５０２と、ストラップ調節バルーン５０４と、血流調節バルーン５０６とを含む。図６Ｂをさらに参照すると、センサ５５０は、血流調節バルーン５０６の下面に取り付けられている。図６Ｃをさらに参照すると、較正測定装置５００は手首５５１に取り付けられている。
【００３８】
場合により、上記の個別のセンサを、両面に電極として働く銀インクが塗布された、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）などの圧電ポリマーの薄膜で製作することもできる。電極は、皮膚とセンサとの間の電気伝導を回避するために絶縁材料でさらに覆われる。感知素子の厚さは、皮膚との良好な機械的結合を達成するために十分な薄さに保たれる。最も単純な構成では、ただ２つの感知素子が使用され、一方は近位脈動の検出のためのものであり、他方は遠位脈動のためのものである。必要に応じてより複雑なマーカを抽出するために素子の数を増やすことができる。センサからの信号は、シグナルコンディショナを通され、ＴＢＰＩプロセッサに送られる。圧電フィルムセンサからのこれら２つの近位信号及び遠位信号を、ＢＰ推定のための上記のＩＡＨと同等に処理することができる。
【００３９】
図７Ａ〜図７Ｃを参照すると、実験用セットアップ６００は、ウサギモデル（図７Ａ）並びにブタモデル（図７Ｂ及び図７Ｃ）の動物実験を示している。セットアップ６００は、麻酔装置６６０と、背部支持体６６２と、動脈にアクセスするカテーテル６６４と、薬物及び生理食塩水点滴６６６とを含む。セットアップ６００は、（例えばＦＩＳＯ製の）光ファイバ圧力センサの先端に接続された光ファイバ６６８と、６自由度ポジショナの高さ調整コントロール６７０と、ＴＢＰＩの一種６７２と、位置ロック６７４と、（例えばＡＴＩ製の）６自由度力センサ６７６とをさらに含む。セットアップ６００はまた、麻酔ブタ６７８と、麻酔ウサギ６８０と、ＩＣＵ  Ｍｅｄｉｃａｌ製のＴＰＳ６８２と、動物実験用のポジショナに付加された６自由度（Ｚｒｏｔ）６８４も含む。
【００４０】
代替の例示的な実施態様によれば、センサアレイは、動脈壁の動きを直接測定する。例えば、この実施態様では、センサアレイの超音波感知素子が、皮膚表面に対するその圧痕ではなく、標的とされる血管の曲率を直接測定する。この実施態様は場合により、開示の較正測定装置のいずれかの１つ以上の構成要素を、センサアレイ上に少なくとも１つの超音波感知素子を有するという変更を伴って含む。
【００４１】
別の代替の例示的な実施態様によれば、センサが機械的な台に結合され、（例えば卓上型装置において）取付力を変化させるために使用される。この実施態様では、血流調節バルーンを使用する代わりに、取付力は、力センサ及び／又は変位センサと結合された機械的な台の助けを借りて調整される。
【００４２】
よって、開示の実施態様によれば、ＢＰＩにおける皮膚の空間機械的状態が、上記のセンサアレイなどのセンサアレイによって測定される。センサアレイは、例えば、上記のような光学センサ（測光ステレオ又は構造化光など）を含む。他の例では、光学センサの代わりに、又は光学センサに加えて、超音波イメージング及び／又は触覚センサアレイが使用される。センサアレイは動脈の上方に位置決めされ、橈骨動脈が動脈の一例である。
【００４３】
皮膚圧の変化は力センサと結合された外部装置を用いて加えられる。上記のセンサアレイが力センサの一部の例であるが、外部装置は血流調節バルーンを含む。皮膚圧が変化するに従って接触力及び／又は形状の時空間的変動が記録される。収縮期圧及び拡張期圧に対応する特徴的な時空間信号が決定される。特徴的な時空間信号の例には、上記のような上流側と下流側との間の対比又は最大脈動が含まれる。特徴的な時空間信号の決定された値は測定装置を較正するために使用され、較正は、連続した時空間信号を分析することにより血圧を連続して推定するために使用される。連続監視の改善には、振動測定法のための光学センサが有益な結果を提供する。
【００４４】
本開示の１つの例示的な利点によれば、開示の動脈内血圧を監視するための装置及び方法は、標的動脈を閉塞すると同時に、リンパ管、静脈及びその他の動脈を閉塞し、よって、肢（腕など）の血液循環を遮断するために必要とされる侵襲的な肢を包囲する血圧測定用カフ及び高圧を不要にする。例えば、開示のＢＰＩの較正段階中に、橈骨動脈は血流調節バルーンによって閉塞され得るが、尺骨動脈、静脈、及びリンパ管による血液循環は損なわれないままである。
【００４５】
本開示の別の例示的な利点によれば、開示の動脈内血圧を監視するための装置及び方法は、皮膚形状に対する血圧の直接観測に基づいて瞬間的な血圧対時間のトレースを連続して提供する。この連続したトレースは、独立した検証も科学的な批判も行うことができない間接的な経験的相関又は商標登録された専売のアルゴリズムから導出されたモデルに依拠せずに得られる。
【００４６】
本開示のさらに別の例示的な利点によれば、開示の動脈内血圧を監視するための装置及び方法は、心拍ごとの連続した血圧対時間のトレースからのＳＢＰ、ＭＡＰ、及び／又はＤＢＰの直接導出を容易にする。さらなる利点は、開示の装置及び方法が、血圧のより正確な尺度及び心拍間の血圧変動性に関する有益な情報を提供するために、複数の心拍及び呼吸サイクルにわたって血圧を測定することである。さらに別の利点は、開示の装置及び方法が、心拍数、心臓リズム、呼吸数、呼吸パターン及び無呼吸などの臨床的関心対象の追加データを提供することである。
【００４７】
本開示のさらなる利点によれば、動脈内血圧を監視するための装置は、既存の携帯電話と一体化された装着型装置である。高血圧のオンライン／遠隔管理のために低帯域幅のセルラー接続を介して装置と携帯電話との間で瞬時にデータが転送される。
【００４８】
本開示のさらなる利点によれば、開示の動脈内血圧を監視するための装置及び方法は、白衣高血圧、仮面高血圧、睡眠中及び早朝血圧上昇中の夜間降圧度の減少又は血圧の増加を含む、異常な血圧パターンを特定する連続した携帯型の血圧監視を提供する。この監視はさらに、処置有効性の正確な評価及び治療法の個別化の改善を提供し、患者の血圧を下げるために必要とされる（喫煙及びストレスを低減するなど）生活様式の動機付けを特定し、患者とともに検討すべき、患者が処置を順守するのを支援するグラフィカルなフィードバックを提供する。
【００４９】
本開示のその他の利点によれば、開示の装置及び方法は、侵襲的な（動脈内カテーテルを使用した）監視の代替手段として急性期の病院設定で使用するための血圧の２４時間信頼できる心拍間の監視を提供する。加えて、他の利点には、ＢＰＩが場合により既製の部品から任意で構築されることに基づく、価格的な手頃さ、及びＢＰＩが場合により電池式であることに基づく、追加電源が不要であることも含まれる。
【００５０】
開示の装置及び方法はさらに、例えば、採血又はカテーテル挿入を含む、他の目的にも有用である。例えば、そのような例示的な目的のための装置は、柔軟なストラップ、ストラップ力センサ、ストラップ調節バルーン、及び／又は血流調節バルーンを含む。場合により、上記のような光学センサ又はその他の皮膚表面感知素子が、較正測定装置の性能を増強及び改善するために使用される。場合により、さらに、柔軟なストラップ、感知手段（光学、超音波、静電容量に基づく触覚アレイなど）、較正法、及び血圧監視の特定の組み合わせが、動脈位置（橈骨、上腕など）、目的（健康状態の監視、スクリーニング、救急医療など）、及び設定（病院、家庭、装着型など）に応じて最適に実装される。
【００５１】
本発明を、１つ以上の特定の実施態様を参照して説明したが、当業者は、本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく本発明に多くの変更が加えられ得ることを認めるであろう。これらの実施態様及びその自明の変形形態の各々が、本発明の趣旨及び範囲内に入るものとして企図されている。また、本発明の態様によるさらなる実施態様が本明細書に記載される実施態様のいずれかからの任意の数の特徴を組み合わせ得ることも企図されている。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【国際調査報告】
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