(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被験者の内皮依存性血管作用を決定するためのシステムであって、該システムは、
少なくとも一つの血管に隣接する複数の位置の圧力関連信号を記録するための圧力センサの配列と；
前記圧力関連信号を受け取り、記録し、かつ処理するように構成されている処理ユニットと；
被験者の自律神経系作用を決定するための電子計算機能性とを備え、
前記処理ユニットは、前記圧力関連信号からパラメータを抽出し、かつ前記パラメータを使用して前記少なくとも一つの血管の少なくとも一つの特徴の変化を決定するように構成され、前記変化は内皮機能を表わして成るシステムにおいて、前記パラメータは、動脈拡張の初期段階における動脈の半径の変化に対し感受性がある第一パラメータと、比較的大きい動脈拡張における動脈の半径の変化に対し感受性がある第二パラメータとを含み、かくして内皮依存性血管作用が動脈拡張の広範囲の値にわたって、第一及び第二パラメータのうち一つのみにより得られる場合よりも信頼できるように測定されることを特徴とするシステム。
【請求項２】
前記少なくとも一つの血管を刺激するためのメカニズムを備える請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記少なくとも一つの血管を刺激するための前記メカニズムは、機械的メカニズム、熱的メカニズム、化学的メカニズム、電気的メカニズム、精神的ストレスを発生させるためのメカニズムおよび被験者が身体運動を行うための装置から成る群から選択される請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
被験者の内皮依存性血管作用を決定するためのシステムであって、該システムは、
少なくとも一つの血管に隣接する複数の位置の圧力関連信号を記録するための圧力センサの配列と；
機械的メカニズム、熱的メカニズム、化学的メカニズム、電気的メカニズム、精神的ストレスを発生させるためのメカニズムおよび被験者が身体運動を行うための装置から成る群から選択される前記少なくとも一つの血管を刺激するためのメカニズムと；
前記圧力関連信号を受け取り、記録し、かつ処理するように構成されている処理ユニットとを備え、
前記処理ユニットは、前記圧力関連信号からパラメータを抽出し、かつ前記パラメータを使用して前記少なくとも一つの血管の少なくとも一つの特徴の変化を決定するように構成され、前記変化は内皮機能を表わして成るシステムにおいて、圧力関連信号から抽出されたパラメータは、動脈拡張の初期段階における動脈の半径の変化に対し感受性がある第一パラメータと、比較的大きい動脈拡張における動脈の半径の変化に対し感受性がある第二パラメータとを含み、かくして内皮依存性血管作用が動脈拡張の広範囲の値にわたって、第一及び第二パラメータのうち一つのみにより得られる場合よりも信頼できるように測定されることを特徴とするシステム。
【請求項５】
前記メカニズムは、前記少なくとも一つの血管に外部圧力を加えるように構成されている請求項２または４に記載のシステム。
【請求項６】
前記メカニズムはスフィンゴマノメータを含む請求項５に記載のシステム。
【請求項７】
前記メカニズムは、前記少なくとも一つの血管の温度を変化させるように構成されている請求項２または４に記載のシステム。
【請求項８】
前記メカニズムは、予め定められた温度の流体の浴および流体のカフからなる群から選択される請求項７に記載のシステム。
【請求項９】
前記少なくとも一つの血管は、上腕動脈、撓骨動脈、および頸動脈からなる群から選択される請求項１または４に記載のシステム。
【請求項１０】
前記処理ユニットは、前記圧力関連信号から心拍数変動性を算出し、それによって前記自律神経系作用を決定するように構成されている請求項１または４に記載のシステム。
【請求項１１】
被験者の胸部に接続できるように設計された、少なくとも一つの心電図リードを備える請求項１または４に記載のシステム。
【請求項１２】
前記処理ユニットは、前記少なくとも一つの心電図リードによって感知された心電図信号から心拍数変動性を算出し、それによって前記自律神経系作用を決定するように構成されている請求項１１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記センサは圧電セラミック素子である請求項１または４に記載のシステム。
【請求項１４】
前記センサは膜に基づくセンサである請求項１または４に記載のシステム。
【請求項１５】
前記センサはエレクトレットマイクロホンである請求項１４に記載のシステム。
【請求項１６】
前記パラメータを解析し、前記パラメータの周波数分解を得るためのスペクトルアナライザを含み、前記周波数分解は被験者の内皮依存性血管作用を表わす請求項１または４に記載のシステム。
【請求項１７】
前記パラメータは、前記圧力関連信号の振幅、前記圧力関連信号の幅、前記圧力関連信号の二つのピーク間の経過時間、およびそれらのいかなる変動から成る群から選択される請求項１または４に記載のシステム。
【請求項１８】
前記パラメータは、前記圧力関連信号の振幅、前記圧力関連信号の幅、前記圧力関連信号の二つのピーク間の経過時間、前記心電図信号のピークと前記圧力関連信号のピークの間の経過時間、およびそれらのいかなる変動から成る群から選択される請求項１１に記載のシステム。
【請求項１９】
前記少なくとも一つの血管の前記少なくとも一つの特徴は、前記少なくとも一つの血管の半径および前記少なくとも一つの血管の弾性率から成る群から選択される請求項１または４に記載のシステム。
【請求項２０】
前記第二パラメータは圧力関連信号の振幅である請求項１または４に記載のシステム。
【請求項２１】
前記第一パラメータは圧力関連信号のピークとＥＣＧ信号のピークとの間の経過時間である請求項１または４に記載のシステム。
【請求項２２】
被験者の少なくとも一つの血管に隣接する複数の位置から圧力センサを使用して記録された圧力関連信号を分析する方法であって、
前記圧力関連信号からパラメータを抽出すること；および
前記パラメータを使用して前記少なくとも一つの血管の少なくとも一つの特性の変化を決定し、前記変化が内皮機能を表わすものであること
を含む方法において、圧力関連信号から抽出されたパラメータは、動脈拡張の初期段階における動脈の半径の変化に対し感受性がある第一パラメータと、比較的大きい動脈拡張における動脈の半径の変化に対し感受性がある第二パラメータとを含み、かくして内皮依存性血管作用が初期の動脈の半径の広範囲の値にわたって、第一及び第二パラメータのうち一つのみにより得られる場合よりも信頼できるように測定されることを特徴とする方法。
【請求項２３】
前記パラメータを前記使用することは、あたかも信号の少なくとも一つが刺激された血管に隣接する位置の圧力関連信号を記録することによって得られかつ同じ血管が刺激されない時信号の少なくとも一つが同じ血管に隣接する位置の圧力関連信号を記録することによって得られるように信号を解析することを含む請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
被験者の胸部の心電図信号の心拍数変動性解析を実行することをさらに含む請求項２２に記載の方法。
【請求項２５】
前記心電図信号のピークと前記圧力関連信号のピークとの間の経過時間を決定することを含む請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
前記パラメータは、前記圧力関連信号の振幅、前記圧力関連信号の幅、および前記圧力関連信号の二つのピーク間の経過時間から成る群から選択される請求項２２に記載の方法。
【請求項２７】
前記パラメータは、前記圧力関連信号の振幅、前記圧力関連信号の幅、前記圧力関連信号の二つのピーク間の経過時間、および前記心電図信号のピークと前記圧力関連信号のピークの間の経過時間から成る群から選択される請求項２４に記載の方法。
【請求項２８】
前記少なくとも一つの血管の前記少なくとも一つの特徴は、前記少なくとも一つの血管の半径および前記少なくとも一つの血管の弾性率から成る群から選択される請求項２２に記載の方法。
【請求項２９】
前記パラメータは、
（ａ）第一位置の圧力関連信号を記録することにより得られた第一位置、および
（ｂ）第二位置の圧力関連信号を記録することにより得られた第二位置
の間の経過時間を含む請求項２２に記載の方法。
【請求項３０】
前記刺激することは、正常な血管でＮＯの放出を増加する刺激を伴う請求項２または４に記載のシステム。
【請求項３１】
前記信号を解析することはあたかも前記刺激された血管が正常な血管でＮＯの放出を増加する刺激によって刺激されるようなことである請求項２３に記載の方法。
【請求項３２】
前記動脈拡張の初期段階における動脈の半径の変化に対し感受性がある第一パラメータは、前記圧力関連信号の二つのピークの間の経過時間であり、前記比較的大きい動脈拡張における動脈の半径の変化に対し感受性がある第二パラメータは、前記圧力関連信号の振幅である請求項１または４に記載のシステム。
【請求項３３】
前記動脈拡張の初期段階における動脈の半径の変化に対し感受性がある第一パラメータは、前記圧力関連信号の二つのピークの間の経過時間であり、前記比較的大きい動脈拡張における動脈の半径の変化に対し感受性がある第二パラメータは、前記圧力関連信号の振幅である請求項２２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内皮依存性血管作用（ｅｎｄｏｔｈｅｌｉａｌ  ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ  ｖａｓｏａｃｔｉｖｉｔｙ）の測定に関し、さらに詳しくは、内皮依存性血管作用を決定するための非侵襲的な方法およびシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
血行力学は、血液を心血管系全体に循環させるために心臓がもたらさなければならない力を取り扱う、心血管生理学の中の一区分である。医師に対し、これらの力は、心血管系の異なるポイントで同時に測定された血圧および血流量の一対の値として明示される。
【０００３】
脈管構造内の血液の流れは脈動性を有する。心臓が収縮すると、左心室内に含まれる血液の部分が大動脈内に押し出され、そこから血液は心血管系全体に流れる。血液は非圧縮性流体であるので、血流に対し抵抗を示す脈管構造にそれが押し出されるときに、血圧が発生する。心室の収縮中、動脈圧はその最高値、収縮期レベルまで増加する。心周期の弛緩期（拡張期）に肺からの酸素を含んだ血液が左心室に再び充填され、心室が大動脈弁によって脈管構造から切り離されているときに、脈管構造の血圧はその最下レベルまで低下する。
【０００４】
体表面積によって正規化され、一回拍出量としても知られる、各心拍で送り出される血液の量は、一回拍出係数（ＳＩ）として知られている。血圧の平均値は平均動脈圧（ＭＡＰ）と呼ばれる。ＳＩおよびＭＡＰの値は、幾つかの血行力学的モジュレータすなわち（ｉ）血管内容量、（ｉｉ）変力性、（ｉｉｉ）スターリング効果、および（ｉｖ）血管作用による調節の結果である。
【０００５】
血管内容量とは、脈管構造内を循環する流体の量である。このモジュレータは、例えば脱水症、利尿、脾臓の静脈収縮、心不全または腎不全による容量過負荷、および類似物によって影響されることがあり得る。
【０００６】
変力性とは、心筋が収縮する能力である。ミオサイトは、収縮の強さを変動させることのことのできる唯一の筋細胞である。変力性は、心筋の収縮を増大する運動、ストレス、および医薬品によって、または収縮の強さの低下によって発現される心不全のような心臓病によって影響を受け得る。心筋の収縮性は、変力状態のレベルに瞬時に影響する陽性および陰性変力性によって制御される。変力性の変化は、心室による力および圧力の発生の速度を変化させる。
【０００７】
心臓は、前負荷が増大したときに、収縮の力を増大させる本質的な能力を有する。前負荷は、周知のスターリングの法則を介して、筋節の長さに関連付けられる。
【０００８】
血管作用とは、血管が拡張および収縮する能力を指す。血管作用を通して、身体は個々の器官を通過する血液の流れを制御し、血流の変動に適応し、動脈圧を調整する。
【０００９】
血管の内皮依存性弛緩は、血管の周囲の内皮（血管の最内細胞層）による非プロスラノイド血管拡張物質の放出のせいである。内皮誘導弛緩因子は、血小板凝集中に生成される様々な刺激物質によって放出される、酸化窒素（ＮＯ）であると信じられる。トロンビンおよび血小板生成物の内皮作用は、正常な内皮によって果たされる望ましくない凝固を防止する役割にとって不可欠である。したがって、トロンビンの生成と共にセロトニンおよびＡＤＰの放出を伴う局所的血小板凝集は、ＮＯの大規模の局所的放出を導く。ＮＯは、下にある血管平滑筋に向かって拡散し、その緩和を誘発し、したがって動脈の拡張に寄与する。血管へのＮＯの放出はまた、内皮血管界面における血小板の接着を阻止し、血小板凝集に対する主要なフィードバックを発揮し、よって血管閉塞の差し迫った危険性を排除する。加えて、内皮障壁は血小板誘導血管収縮物質が平滑筋に到達するのを防止する。ＮＯはまた、流動媒介血管作用および増大する交感神経作用（アルファ受容体刺激）のような他の刺激によっても放出し得る。
【００１０】
内皮機能障害としても知られる、内皮依存性血管作用の機能不全は、心血管系疾患の発病の初期事象である。内皮機能障害および冠動脈疾患はまた、超過体重、肥満、高血圧、高コレステロール血症、高脂血症、真性糖尿病、喫煙、およびホモシステインにも関連付けられる。さらに血管内皮は、血栓症に関係する幾つかのプロセスに基本的な役割を果たす。内皮機能障害はまた、血管調節、血小板、および単球接着に対するその影響を通して、アテローム硬化症の発達を促進することもある。
【００１１】
総コレステロールの濃度の上昇および低濃度リポタンパクコレステロールは、冠動脈性心疾患の有無に関係なく、内皮機能障害に関連付けられることを、幾つかの研究が実証している。［Ｒｏｂｅｒｔ  Ａ．Ｖｏｇｅｌ、「Ｃｏｒｏｎａｒｙ  ｒｉｓｋ  ｆａｃｔｏｒｓ，Ｅｎｄｏｔｈｅｌｉａｌ  ｆｕｎｃｔｉｏｎ，ａｎｄ  ａｔｈｅｒｏｓｃｌｅｒｏｓｉｓ：Ａ  ｒｅｖｉｅｗ」、Ｃｌｉｎ．Ｃａｒｄｉｏｌ  １９９７、２０：４２６−４３２；Ｒｏｂｅｒｔ  Ａ．Ｖｏｇｅｌら、「Ｃｈａｎｇｅｓ  ｉｎ  ｆｌｏｗ−ｍｅｄｉａｔｅｄ  ｂｒａｃｈｉａｌ  ａｒｔｅｒｙ  ｖａｓｏａｃｔｉｖｉｔｙ  ｗｉｔｈ  ｌｏｗｅｒｉｎｇ  ｏｆ  ｄｅｓｉｒａｂｌｅ  ｃｈｏｌｅｓｔｅｒｏｌ  ｌｅｖｅｌｓ  ｉｎ  ｈｅａｌｔｈｙ  ｍｉｄｄｌｅ  ａｇｅｄ  ｍｅｎ」、Ｔｈｅ  Ａｍｅｒｉｃａｎ  ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  ｃａｒｄｉｏｌｏｇｙ  １９９６、７７；Ｋｅｎｓｕｋｅ  Ｅｇａｓｈｉｒａら、「Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ  ｉｎ  ｓｅｒｕｍ  ｃｈｏｌｅｓｔｅｒｏｌ  ｗｉｔｈ  ｐｒａｖａｓｔａｔｉｎ  ｉｍｐｒｏｖｅｓ  ｅｎｄｏｔｈｅｌｉｍ  ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ  ｃｏｒｏｎａｒｙ  ｖａｓｏｍｏｔｉｏｎ  ｉｎ  ｐａｔｉｅｎｔｓ  ｗｉｔｈ  ｈｙｐｅｒｃｈｏｌｅｓｔｅｒｏｌｅｍｉａ」、Ｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ  １９９４、８９  Ｎｏ  ６］。さらに、高密度リポタンパクコレステロールの濃度低下、および総リポタンパクコレステロール対高密度リポタンパクコレステロールの比率の上昇も、内皮機能障害に関連付けられた。
【００１２】
喫煙は内皮機能を大いに損傷する［Ｒｏｂｅｒｔ  Ｗ．Ｓｔａｄｌｅｒら、「Ｍｅａｓｕｒｍｅｎｔ  ｏｆ  ｔｈｅ  ｔｉｍｅ  ｃｏｕｒｓｅ  ｏｆ  ｐｅｒｉｐｈｅｒａｌ  ｖａｓｏａｃｔｉｖｉｔｙ：ｒｅｓｕｌｔｓ  ｉｎ  ｃｉｇａｒｅｔｔｅ  ｓｍｏｋｅｒｓ」、Ａｔｈｅｒｏｓｃｌｅｒｏｓｉｓ  １９９８  １３８：１９７−２０５；Ｄａｖｉｄ  Ｓ．Ｃｅｌｅｒｍａｊｅｒら、「Ｃｉｇａｒｅｔｔｅ  ｓｍｏｋｉｎｇ  ｉｓ  ａｓｓｏｃｉａｔｅｄ  ｗｉｔｈ  ｄｏｓｅ−ｒｅｌａｔｅｄ  ａｎｄ  ｐｏｔｅｎｔｉａｌｌｙ  ｒｅｖｅｒｓｉｂｌｅ  ｉｍｐａｉｒｍｅｎｔ  ｏｆ  ｅｎｄｏｔｈｅｌｉｕｍ−ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ  ｄｉｌａｔｉｏｎ  ｉｎ  ｈｅａｌｔｈｙ  ｙｏｕｎｇ  ａｄｕｌｔｓ」、Ｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ  １９９３、８８、Ｎｏ  ５、ｐａｒｔ  １］。内皮機能は、能動および受動喫煙者の両方で、用量依存的に低下した。喫煙の停止は、内皮機能の改善に関連付けられた。
【００１３】
内皮機能障害は、他の冠動脈危険因子が存在するか否かに関わらず、約４０歳以上の男性および約５５歳以降の女性で増加している。年齢による内皮機能疾患の特定の原因はまだ不明である。エストロゲンは、年齢に関係する内皮機能の性差に関連付けられる主要な因子であるように思われる。
【００１４】
内皮機能に影響する他の因子として、高血圧［Ｐｅｒｔｉｃｏｎｅ  Ｆら、「Ｐｒｏｇｎｏｓｔｉｃ  ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅ  ｏｆ  ｅｎｄｏｔｈｅｌｉａｌ  ｄｙｓｆｕｎｃｔｉｏｎ  ｉｎ  ｈｙｐｅｒｔｅｎｓｉｖｅ  ｐａｔｉｅｎｔｓ」、Ｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ  ２００１、１０４：１９１−１９６］、糖尿病［Ｃｏｓｅｎｔｉｎｏ  Ｆら、「Ｅｎｄｏｔｈｅｌｉａｌ  ｄｙｓｆｕｎｃｔｉｏｎ  ｉｎ  ｄｉａｂｅｔｅｓ  ｍｅｌｌｉｔｕｓ」、Ｊ  Ｃａｒｄｉｏｖａｓｃ  Ｐｈａｒｍａｃｏｌ、１９９８、３２：５４−６１；Ｃｏｓｅｎｔｉｎｏ  Ｆら、「Ｈｉｇｈ  ｇｌｕｃｏｓｅ  ｃａｕｓｅｓ  ｕｐｒｅｇｕｌａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｃｙｃｌｏｏｘｙｇｅｎａｓｅ−２  ａｎｄ  ａｌｔｅｒｓ  ｐｒｏｓｔａｎｏｉｄ  ｐｒｏｆｉｌｅ  ｉｎ  ｈｕｍａｎ  ｅｎｄｏｔｈｅｌｉａｌ  ｃｅｌｌｓ．Ｒｏｌｅ  ｏｆ  ｐｒｏｔｅｉｎ  ｋｉｎａｓｅ  Ｃ  ａｎｄ  ｒｅａｃｔｉｖｅ  ｏｘｙｇｅｎ  ｓｐｅｃｉｅｓ」、Ｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ  ２００３、１０７：１０１７−１０２３］、ダイエットおよび身体運動［Ｂｒｅｎｄｌｅ  Ｄら、「Ｅｆｆｅｃｔｓ  ｏｆ  ｅｘｅｒｃｉｓｅ  ｒｅｈａｂｉｌｉｔａｔｉｏｎ  ｏｎ  ｅｎｄｏｔｈｅｌｉａｌ  ｒｅａｃｔｉｖｉｔｙ  ｉｎ  ｏｌｄｅｒ  ｐａｔｉｅｎｔｓ  ｗｉｔｈ  ｐｅｒｉｐｈｅｒａｌ  ａｒｔｅｒｉａｌ  ｄｉｓｅａｓｅ」、Ａｍ  Ｊ  Ｃａｒｄｉｏｌ  ２００１、８７：３２４−３２９］が挙げられる。
【００１５】
内皮機能障害に関連付けられるあらゆる種類の様々な疾患、内皮異常の性質、および血管作用に対する潜在的治療の効果はまだ確定されていない。それにも拘わらず、動脈内皮機能の測定は、内皮機能障害関連疾患を早期段階で診断するために、例えばアテローム硬化症を狭窄前の段階で診断評価するために、最も重要である［Ｖａｎｈｏｕｔｔｅ．Ｐ．Ｍ．、「Ｅｎｄｏｔｈｅｌｉａｌ  ｄｙｓｆｕｎｃｔｉｏｎ  ａｎｄ  ａｔｈｅｒｏｓｃｌｅｒｏｓｉｓ」、Ｅｕｒ  Ｈｅａｒｔ  Ｊ、１９９７：１８（ｓｕｐ  Ｅ）Ｅ１９−Ｅ２９；Ｒｏｂｅｒｔ  Ａ．Ｖｏｇｅｌ、１９９７、前出；Ｍａｒｙ  Ｃ．Ｃｏｒｒｅｔｔｉら、「Ｇｕｉｄｅｌｉｎｅｓ  ｆｏｒ  ｔｈｅ  ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ  ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ  ｏｆ  ｅｎｄｏｔｈｅｌｉａｌ−ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ  ｆｌｏｗ−ｍｅｄｉａｔｅｄ  ｖａｓｏｄｉｌａｔａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｔｈｅ  ｂｒａｃｈｉａｌ  Ａｒｔｅｒｙ」、ＪＡＣＣ  ２００２、３９：２５７−６５；Ｗｉｄｌａｎｓｋｙ  ＭＥ、Ｇｏｋｅｅ  Ｎ、Ｋｅａｎｅｙ  ＪＦ  Ｊｒ、Ｖｉｔａ  ＪＡ、Ｊ、「Ｔｈｅ  ｃｌｉｎｉｃａｌ  ｉｍｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ  ｏｆ  ｅｎｄｏｔｈｅｌｉａｌ  ｄｙｓｆｕｎｃｔｉｏｎ」、Ｊ  Ａｍ  Ｃｏｌｌ  Ｃａｒｄｉｏｌ  ２００３、４２：１１４９−６０］。
【００１６】
ＮＯの正常な放出は、動脈硬化症のみならず、血栓症のような他の主要な因子をも防止および／または減弱する［Ｒｏｂｉｎｓｏｎ  Ｊｏａｎｎｉｄｅｓら、「Ｎｉｔｒｉｃ  ｏｘｉｄｅ  ｉｓ  ｒｅｓｐｏｎｓｉｂｌｅ  ｆｏｒ  ｆｌｏｗ−ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ  ｄｉｌａｔａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｈｕｍａｎ  ｐｅｒｉｐｈｅｒａｌ  ｃｏｎｄｕｉｔ  ａｒｔｅｒｉｅｓ  ｉｎ  ｖｉｖｏ」、Ｃｉｒｃ．１９９５、９１：１３１１−１２；Ｉａｎ  Ｂ．Ｗｉｌｋｓｏｎら、「Ｎｉｔｒｉｃ  ｏｘｉｄｅ  ｒｅｇｕｌａｔｅｓ  ｌｏｃａｌ  ａｒｔｅｒｉａｌ  ｄｉｓｔｅｎｓｉｂｉｌｉｔｙ  ｉｎ−ｖｉｖｏ」、Ｃｉｒｃ．２００２、１０５：２１３−２１７］。
【００１７】
冠動脈の内皮機能障害が内皮上腕、撓骨、および頸動脈機能障害を随伴することを、多くの研究は実証してきた［Ｃｏｒｒｅｔｔｉら、２００２、前出；Ｔｏｄ  Ｊ．Ａｎｄｅｒｓｏｎら、「Ｃｌｏｓｅ  ｒｅｌａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｅｎｄｏｔｈｅｌｉａｌ  ｆｕｎｃｔｉｏｎ  ｉｎ  ｔｈｅ  ｈｕｍａｎ  ｃｏｒｏｎａｒｙ  ａｎｄ  ｐｅｒｉｐｈｅｒａｌ  ｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎｓ」、ＪＡＣＣ  １９９５、２６：１２３５−４１；Ｄａｖｉｄ  Ｓ．Ｃｅｌｅｒｍａｊｅｒら、「Ｅｎｄｏｔｈｅｌｉｕｍ−ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ  ｄｉｌａｔｉｏｎ  ｉｎ  ｔｈｅ  ｓｙｓｔｅｍｉｃ  ａｒｔｅｒｉｅｓ  ｏｆ  ａｓｙｍｐｔｏｍａｔｉｃ  ｓｕｂｊｅｃｔｓ  ｒｅｌａｔｅｓ  ｔｏ  ｃｏｒｏｎａｒｙ  ｒｉｓｋ  ｆａｃｔｏｒｓ  ａｎｄ  ｔｈｅｉｒ  ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ」、ＪＡＣＣ  １９９４、２４：１４６８−７４；Ｓｏｒｅｎｓｅｎ  ＫＥら、「Ａｔｈｅｒｏｓｃｌｅｒｏｓｉｓ  ｉｎ  ｔｈｅ  ｈｕｍａｎ  ｂｒａｃｈｉａｌ  ａｒｔｅｒｙ」、ＪＡＣＣ  １９９７、２９：３１８−２２］。さらに、冠動脈疾患は大動脈および頸動脈のアテローム硬化症に関係することが明らかになった［Ｋｈｏｕｒｙ  Ｚら、「Ｒｅｌａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｃｏｒｏｎａｒｙ  ａｒｔｅｒｙ  ｄｉｓｅａｓｅ  ｔｏ  ａｔｈｅｒｏｓｃｌｅｒｏｔｈｉｃ  ｄｉｓｅａｓｅ  ｉｎ  ａｏｒｔａ，ｃａｒｏｔｉｄ，ａｎｄ  ｆｅｍｏｒａｌ  ａｒｔｅｒｉｅｓ  ｅｖａｌｕａｔｅｄ  ｂｙ  ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ」、Ａｍ  Ｊ  Ｃａｒｄｉｏｌ  １９９７、８０：１４２９−１４３３］。
【００１８】
冠動脈における内皮依存性血管反応性（ＥＤＶ）の評価は、薬理学的または機械的刺激による末梢血管の直径の変化の測定によって実行することができる。
【００１９】
血管の内径を測定するための一つの方法は、血管内カテーテルおよびそれに装着された超音波トランスデューサアレイを有する、血管内超音波装置による。血管内カテーテルは、関心のある動脈内に直接挿入され、それによって内径が決定される。
【００２０】
そのような装置は非常に侵襲性が高く、高価であり、かつ操作するのに費用の高い技術的専門知識を必要とする。
【００２１】
血管の血管内直径を測定するための別の公知の装置は、長尺の可撓性シースとシースより長いカテーテルとを有する。シースは、血管内直径より小さい外径を有する。カテーテルの近端はシースの近端から外方に延び、カテーテルから延びるセンサの位置に正比例する測定目盛を含む。シースが血管内に挿入され、カテーテルがシースに対して内方に移動すると、血管内直径を測定目盛から直接読み取ることができる。
【００２２】
しかし、この装置は、単純でありかつ高価ではないが、依然として非常に侵襲性が高く、かつ血管作用を決定する目的のために必要な精度を欠く。
【００２３】
高分解能の非侵襲性超音波システムによる、動脈直径の測定用の非侵襲的方法も当業界で公知である。一つのそのような方法では、医師は超音波トランスデューサを操作して、上腕動脈の適切な超音波画像を、その動脈の直径を測定するために得る。しかしこの方法は時間がかかり、かつ測定中にトランスデューサを安定的に保持するために、高度に訓練された医師または技師を必要とする。
【００２４】
別のそのような方法では、超音波撮像プローブを走査するロボットアームを有する自動測定システムが使用される。システムは超音波撮像プローブを適切な位置まで自動的にナビゲートし、手動測定に比較して改善された再現性で、上腕動脈の直径の変化を測定する。
【００２５】
しかし、この手順は非常にコストがかかり、高度に熟練した人員および設備を必要とし、それによって大規模の高リスク集団での内皮機能障害の評価における標準的臨床手順となる能力を欠く。
【００２６】
自律神経系（ＡＮＳ）は、心血管機能の制御に主要な役割を果たす。心拍数、心臓の興奮性および収縮性は、絶えず副交感−交感神経バランスの影響下にある。副交感神経および交換神経線維は洞房結節を神経支配する。副交感神経の影響は抑制性である一方、交感神経の影響は興奮性である。洞房結節への副交感神経繊維は、末梢神経受容体（圧受容体、化学受容体、心臓、肺、および気道受容体）からの抑制性および興奮性の入力によって駆動される。洞結節における心拍数の行動適応的影響は、心臓迷走神経ニューロンへの上髄入力によって仲介される。心臓の交感神経性の神経支配の起点は、脊髄のＴ２−Ｔ５セグメントおよび頸神経節の節前繊維シナプスに位置する。
【００２７】
正常な心機能は、心臓への交感神経系および副交感神経系の流出量の複合的バランスによって調整される。このバランスは不整脈への感受性にも関与する。迷走神経作用は保護的役割を持つ一方、交感神経作用は心室細動の閾値を低下させる。心拍数を含め、正常な心機能は、心臓への交感神経系および副交感神経系の流量の変動によって調整される。これらの変動は、心拍数および動脈圧の拍動毎の可変性を誘発する。したがって、心血管変量の瞬時変動の解析は、無傷生体における自律性調節に関する貴重な情報を供給する。
【００２８】
過去２０年にわたって、一般的に心電図（ＥＣＧ）信号、および特に心拍数変動性（ＨＲＶ）の解析を使用して、ＡＮＳの挙動が数量化されてきた［Ｍａｌｉｋら、「Ｇｕｉｄｅｌｉｎｅｓ．Ｈｅａｒｔ  ｒａｔｅ  Ｖａｒｉａｂｉｌｉｔｙ」、Ｅｕｒ  Ｈｅａｒｔ  Ｊ  １９９６、１７：３５４−３８１］。ＨＲＶの約５分の記録は、冠動脈疾患の存在の可能性を検知するのに十分であることが明らかになった［Ｐａｒａｔｉら、「Ｓｐｅｃｔｒａｌ  ａｎａｌｙｓｉｓ  ｏｆ  ｂｌｏｏｄ  ｐｒｅｓｓｕｒｅ  ａｎｄ  ｈｅａｒｔ  ｒａｔｅ  ｖａｒｉａｂｉｌｉｔｙ  ｉｎ  ｅｖａｌｕａｔｉｎｇ  ｃａｒｄｉｏｖａｓｃｕｌａｒ  ｒｅｇｕｌａｔｉｏｎ．Ａ  ｃｒｉｔｉｃａｌ  ａｐｐｒａｉｓａｌ」、Ｈｙｐｅｒｔｅｎｓｉｏｎ  １９９５、２５（６）：１２７６−８６；Ｈａｙａｎｏ  Ｊら、「Ｄｅｃｒｅａｓｅｄ  ｍａｇｎｉｔｕｄｅ  ｏｆ  ｈｅａｒｔ  ｒａｔｅ  ｓｐｅｃｔｒａｌ  ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ  ｉｎ  ｃｏｒｏｎａｒｙ  ａｒｔｅｒｙ  ｄｉｓｅａｓｅ  ａｎｄ  ｉｔｓ  ｒｅｌａｔｉｏｎ  ｔｏ  ａｎｇｉｏｇｒａｐｈｉｃ  ｓｅｖｅｒｉｔｙ」、Ｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ  １９９０、８１（４）：１２１７−２４］。
【００２９】
したがって、単純で、費用効率がよく、非侵襲的な、内皮の異常機能を決定するための方法およびシステムの必要性は幅広く認識されており、かつそれを持つことは非常に有利であろう。
【発明の開示】
【００３０】
本発明の一態様では、被験者の内皮依存性血管作用を決定する方法であって、少なくとも一つの血管に隣接する複数の位置の圧力関連信号を記録すること、圧力関連信号から少なくとも一つのパラメータを抽出すること、および少なくとも一つのパラメータを使用して少なくとも一つの血管の少なくとも一つの特性の変化を決定し、変化が内皮機能を表わすものであり、それによって被験者の内皮依存性血管作用を決定することを含む方法を提供する。
【００３１】
下述する本発明の好適な実施形態におけるさらなる特徴によると、該方法は、被験者の自律神経系作用を決定することをさらに含む。
【００３２】
記載した好適な実施形態のさらなる特徴によると、自律神経系作用の決定は、圧力関連信号の心拍数変動性解析による。
【００３３】
記載した好適な実施形態のさらなる特徴によると、自律神経系作用の決定は、被験者の胸部の心電図信号を記録すること、および心電図信号の心拍数変動性解析を実行し、それによって自律神経系作用を決定することを含む。
【００３４】
記載した好適な実施形態のさらなる特徴によると、該方法は、前駆出期間および弁動脈期間を決定することをさらに含む。
【００３５】
記載した好適な実施形態のさらなる特徴によると、弁動脈期間の弁は大動脈弁であり、弁動脈期間の動脈は頸動脈である。
【００３６】
記載した好適な実施形態のさらなる特徴によると、前駆出期間および弁動脈期間の決定は、心電図信号のピークと圧力関連信号のピークとの間の経過時間を決定することを含む。
【００３７】
記載した好適な実施形態のさらなる特徴によると、心電図信号のピークはＱＲＳピークを含む。
【００３８】
記載した好適な実施形態のさらなる特徴によると、該方法は、少なくとも一つの血管を刺激することをさらに含む。
【００３９】
記載した好適な実施形態のさらなる特徴によると、少なくとも一つの血管を刺激することは、機械的刺激、熱的刺激、化学的刺激、電気的刺激、精神的ストレス刺激、および身体運動刺激から成る群から選択された手順によって達成される。
【００４０】
記載した好適な実施形態のさらなる特徴によると、少なくとも一つの血管を刺激することは、少なくとも一つの血管に外部圧力を加えることによる。
【００４１】
記載した好適な実施形態のさらなる特徴によると、少なくとも一つの血管を刺激することは、少なくとも一つの血管の温度を低下することによる。
【００４２】
記載した好適な実施形態のさらなる特徴によると、該方法は、相関関数を得るために内皮機能および自律神経系作用を相関させること、および該相関関数を使用して被験者の内皮依存性血管作用を予備的に決定することをさらに含む。
【００４３】
記載した好適な実施形態のさらなる特徴によると、圧力関連信号の記録は、圧電セラミック素子による。
【００４４】
記載した好適な実施形態のさらなる特徴によると、圧力関連信号の記録は、膜に基づくセンサによる。
【００４５】
記載した好適な実施形態のさらなる特徴によると、膜に基づくセンサはエレクトレットマイクロホン（ｅｌｅｃｔｒａｔｅ  ｍｉｃｒｏｐｈｏｎｅ）である。
【００４６】
記載した好適な実施形態のさらなる特徴によると、少なくとも一つのパラメータの抽出は、（ａ）第一位置の記録された圧力関連信号を走査して、第一ピークを検出すること、（ｂ）第二位置の記録された圧力関連信号を走査して、第一ピークに対応する第二ピークを検出すること、（ｃ）第一ピークと第二ピークとの間の経過時間を測定すること、および（ｄ）ステップ（ａ）〜（ｃ）を少なくとも一回繰り返すことを含む。
【００４７】
本発明の別の態様では、被験者の内皮依存性血管作用を決定するためのシステムにおいて、該システムは、少なくとも一つの血管に隣接する複数の位置の圧力関連信号を記録するためのセンサの配列と、圧力関連信号を受け取り、記録し、かつ処理するように動作可能な処理ユニットとを備え、該処理ユニットは、圧力関連信号から少なくとも一つのパラメータを抽出し、かつ少なくとも一つのパラメータを使用して少なくとも一つの血管の少なくとも一つの特徴の変化を決定するように設計およびプログラムされ、該変化は内皮機能を表わして成るシステムを提供する。
【００４８】
下述する本発明の好適な実施形態のさらなる特徴によると、該システムは、被験者の自律神経系作用を決定するための電子計算機能性をさらに備える。
【００４９】
記載した好適な実施形態のさらなる特徴によると、処理ユニットは、圧力関連信号から心拍数変動性を算出し、それによって自律神経系作用を決定するように動作可能である。
【００５０】
記載した好適な実施形態のさらなる特徴によると、システムは、被験者の胸部に接続できるように設計された、少なくとも一つの心電図リードをさらに備える。
【００５１】
記載した好適な実施形態のさらなる特徴によると、処理ユニットは、少なくとも一つの心電図リードによって感知された心電図信号から心拍数変動性を算出し、それによって自律神経系作用を決定するように動作可能である。
【００５２】
記載した好適な実施形態のさらなる特徴によると、システムは、少なくとも一つのパラメータを解析し、少なくとも一つのパラメータの周波数分解を得るためのスペクトルアナライザをさらに備え、周波数分解は被験者の内皮依存性血管作用を表わす。
【００５３】
記載した好適な実施形態のさらなる特徴によると、システムは、少なくとも一つの血管を刺激するためのメカニズムをさらに備える。
【００５４】
記載した好適な実施形態のさらなる特徴によると、少なくとも一つの血管を刺激するためのメカニズムは、機械的メカニズム、熱的メカニズム、電気的メカニズム、および精神的ストレスを発生させるためのメカニズムから成る群から選択される。
【００５５】
記載した好適な実施形態のさらなる特徴によると、該メカニズムは、少なくとも一つの血管に外部圧力を加えるように動作可能である。
【００５６】
記載した好適な実施形態のさらなる特徴によると、該メカニズムはスフィンゴマノメータを含む。
【００５７】
記載した好適な実施形態のさらなる特徴によると、該メカニズムは、少なくとも一つの血管の温度を低下するように動作可能である。
【００５８】
記載した好適な実施形態のさらなる特徴によると、該メカニズムは、予め定められた温度の流体の浴またはカフである。
【００５９】
記載した好適な実施形態のさらなる特徴によると、センサは圧電セラミック素子である。
【００６０】
記載した好適な実施形態のさらなる特徴によると、センサは膜に基づくセンサである。
【００６１】
記載した好適な実施形態のさらなる特徴によると、センサはエレクトレットマイクロホンである。
【００６２】
記載した好適な実施形態のさらなる特徴によると、該方法は、少なくとも一つのパラメータの周波数分解を得ること、および被験者の内皮依存性血管作用を決定するために周波数分解を使用することをさらに含む。
【００６３】
記載した好適な実施形態のさらなる特徴によると、少なくとも一つのパラメータは、圧力関連信号の振幅、圧力関連信号の幅、および圧力関連信号の二つのピーク間の経過時間から成る群から選択される。
【００６４】
記載した好適な実施形態のさらなる特徴によると、該方法は、振幅の周波数分解を得ること、および被験者の内皮依存性血管作用を決定するために周波数分解を使用することをさらに含む。
【００６５】
記載した好適な実施形態のさらなる特徴によると、該方法は、幅の周波数分解を得ること、および被験者の内皮依存性血管作用を決定するために周波数分解を使用することをさらに含む。
【００６６】
記載した好適な実施形態のさらなる特徴によると、該方法は、経過時間の周波数分解を得ること、および被験者の内皮依存性血管作用を決定するために周波数分解を使用することをさらに含む。
【００６７】
記載した好適な実施形態のさらなる特徴によると、少なくとも一つの血管の少なくとも一つの特徴は、少なくとも一つの血管の半径および少なくとも一つの血管の弾性率から成る群から選択される。
【００６８】
本発明のさらに別の態様では、被験者の内皮依存性血管作用を決定するための方法であって、（ａ）少なくとも一つの血管に第一刺激を与えること、（ｂ）少なくとも一つの血管の脈波速度を測定すること、（ｃ）被験者の自律神経系作用を決定すること、（ｄ）指数を有する相関関数を得るために脈波速度および自律神経系作用を相関させること、および（ｅ）指数が予め定められた値を持つ場合、（ｉ）少なくとも一つの血管に第二刺激を与え、かつ（ｉｉ）ステップ（ｂ）〜（ｃ）を繰り返し、それによって被験者の内皮依存性血管作用を決定すること、を含む方法を提供する。
【００６９】
下述する本発明の好適な実施形態のさらなる特徴によると、ステップ（ｅ）は、少なくとも一つの追加的血管に第二刺激を加えること、および少なくとも一つの追加的血管に対しステップ（ｂ）〜（ｃ）を繰り返すことをさらに含む。
【００７０】
記載した好適な実施形態のさらなる特徴によると、第一および第二刺激は、機械的刺激、熱的刺激、化学的刺激、電気的刺激、精神的ストレス刺激、および身体運動刺激から成る群から各々独立して選択される。
【００７１】
記載した好適な実施形態のさらなる特徴によると、刺激は外部圧力を含む。
【００７２】
記載した好適な実施形態のさらなる特徴によると、刺激は温度低下を含む。
【００７３】
記載した好適な実施形態のさらなる特徴によると、脈波速度の測定は、圧電セラミック素子を使用して圧力関連信号を記録することによる。
【００７４】
記載した好適な実施形態のさらなる特徴によると、脈波速度の測定は、膜に基づくセンサを使用して圧力関連信号を記録することによる。
【００７５】
記載した好適な実施形態のさらなる特徴によると、少なくとも一つの血管は、上腕動脈、撓骨動脈、および頸動脈から成る群から選択される。
【００７６】
本発明は、先行技術の技法をはるかに超える特性を享受する、内皮依存性血管作用を評価するための方法およびシステムを提供することによって、現在公知の構成の欠点に対処することに成功している。
【００７７】
特に別の定義がない限り、本書で使用する全ての技術的および科学的用語は、本発明が属する技術分野の通常の熟練者が一般的に理解するのと同じ意味を有する。本書に記載するのと同様または同等の方法および材料を、本発明の実施または試験に使用することができるが、適切な方法および材料を下述する。競合する場合、定義を含め本特許明細書が支配する。加えて、材料、方法、および実施例は単なる例証であって、限定を意図するものではない。
【００７８】
本発明の方法およびシステムの実現は、選択されたタスクまたはステップを手動で、自動的に、またはそれらの組合わせにより、実行または完遂することを含む。さらに、本発明の方法およびシステムの好適な実施形態の実際の計装および設備では、幾つかの選択されたステップは、ハードウェアによって、または任意のオペレーティングシステムまたは任意のファームウェア上のソフトウェアによって、またはそれらの組合せによって実現することができる。例えば、ハードウェアとしては、本発明の選択されたステップは、チップまたは回路として実現することができる。ソフトウェアとしては、本発明の選択されたステップは、任意の適切なオペレーティングシステムを使用して実行される複数のソフトウェア命令として実現することができる。いずれの場合も、本発明の方法およびシステムの選択されたステップは、複数の命令を実行するためのコンピューティングプラットフォームのような、データプロセッサによって実行されると記載することができる。
【００７９】
図面の簡単な記述
本発明を本書では、単なる実施例として、添付の図面に関連して説明する。今、特に図面の詳細について関連して、図示する細部は例であって、本発明の好適な実施形態の例証説明を目的としているにすぎず、発明の原理および概念的側面の最も有用かつ分かり易い記述であると信じられるものを提供するために提示することを強調しておく。これに関し、発明の構造上の詳細を発明の基本的理解に必要である以上に詳しく示そうとはせず、図面に照らした記述は、本発明の幾つかの形態をいかに実際に具現することができるかを、当業者に明らかにする。
図１は、本発明の好適な実施形態に係る、内皮依存性血管作用を決定する非侵襲的方法のフローチャート図である。
図２は、ほぼ一定のヤング率を想定して、動脈の半径の変化の関数としての圧力関連信号の二つのピーク間の経過時間の相対的変化の理論的推定を示す。
図３は、本発明の好適な実施形態に係る、被験者の内皮依存性血管作用を決定する別の方法のフローチャート図である。
図４は、本発明の好適な実施形態に係る、被験者の内皮依存性血管作用を決定するためのシステムの略図である。
図５は、本発明の好適な実施形態に係る、圧力関連信号を感知し伝送するためのトランスデューサの略図である。
図６は、約１Ｈｚの入力信号に対するトランスデューサの応答を示す。
図７は、本発明の好適な実施形態に係る、データ解析手順のフローチャート図である。
図８ａ〜ｃは、図７の手順の代表的グラフ出力である。
図９ａ〜ｅは、本発明の好適な実施形態に係る、複合刺激を含む比較検査の出力を示す。
図１０ａ〜ｃは、本発明の好適な実施形態に係る、熱的刺激試験で検査した一被験者の経過時間、標準偏差、および心拍変動性の相対的変化を示す。
図１１ａ〜ｂは、ニトログリセリンによる治療中の経過時間および内皮依存性血管反応性の測定に対する横臥姿勢の影響を示す。
図１２ａ〜ｃは、ＵＳ測定によって正常な内皮機能を有すると診断された、被験者の仰臥位中の経過時間（図１２ａ）、標準偏差（図１２ｂ）、および振幅（図１２ｃ）を示す。
図１３ａ〜ｃは、ＵＳ測定によって正常な内皮機能を有すると診断された、被験者の座位中の経過時間（図１３ａ）、標準偏差（図１３ｂ）、および振幅（図１３ｃ）を示す。
図１４ａ〜ｃは、ＵＳ測定によって正常な内皮機能を有すると診断された、別の被験者の座位中の経過時間（図１４ａ）、標準偏差（図１４ｂ）、および振幅（図１４ｃ）を示す。
図１５ａ〜ｃは、ＵＳ測定によって異常な内皮機能を有すると診断された、被験者の座位中の経過時間（図１５ａ）、標準偏差（図１５ｂ）、および振幅（図１５ｃ）を示す。
図１６ａ〜ｃは、ＵＳ測定によって正常な内皮機能を有すると診断された、被験者の仰臥位中の経過時間（図１６ａ）、標準偏差（図１６ｂ）、および振幅（図１６ｃ）を示す。
図１７ａ〜ｈは、正常な自律神経系作用および内皮機能障害を有する被験者（１７ａ、１７ｃ、１７ｅ、および１７ｇ）、ならびに異常な自律神経系作用および正常な上腕内皮機能を有する被験者（１７ｂ、１７ｄ、１７ｆ、および１７ｈ）の心拍数変動性解析の結果を示す。
図１８ａ〜ｃは、寒冷昇圧試験中の二つの経過時間パラメータ（図１８ａ）、三つの振幅パラメータ（図１８ｂ）、および心拍数（図１８ｃ）の変化を示す。
【発明を実施するための最良の形態】
【００８０】
本発明は、内皮機能障害関連疾患の早期段階の診断に使用することのできる、内皮依存性血管作用を決定するための非侵襲的方法およびシステムである。特に本発明は、大集団を集団検診して診断し、内皮および冠動脈機能障害の様々な段階および組合せの被験者を区別するために使用することができる。例えば、本発明は、心血管系疾患、アテローム硬化症および類似物の病因を診断するために使用することができる。
【００８１】
本発明に従って被験者の内皮依存性血管作用を決定するための方法およびシステムの原理および操作は、図面および随伴する説明により、いっそう良く理解することができる。
【００８２】
本発明の少なくとも一つの実施形態を詳細に説明する前に、本発明は、その適用が、以下の説明に記載しあるいは図面に示す構成要素の構造および配列の詳細に限定されないことを理解されたい。発明は、他の実施形態が可能であり、あるいは様々な方法で実施または実行することができる。また、本書で使用する言葉使いおよび用語は、説明を目的とするものであって、限定とみなすべきではないことを理解されたい。
【００８３】
弾性導管内の流体の脈動流は、導管と流体との間の摩擦力および垂直力の上昇を伴う。そのような流動は、支配的周辺エネルギ伝搬、つまり弾性導管の壁に沿ったエネルギ伝搬によって特徴付けられる。導管内を伝搬する脈圧の速度は、導管の壁の弾性および幾何学的特性によってだけでなく、流体の物理的特性によっても決定される。
【００８４】
動脈において、心室駆出によって発生する脈圧の速度は、Ｍｏｅｎｓ−Ｋｏｒｔｅｗｅｇモデルを使用して算出することができ、それによると、脈波速度ｃの二乗は、血液の密度および動脈の機械的コンプライアンスによって除算された動脈の面積に等しい。圧力に対する断面積の導関数と定義される機械的コンプライアンスは、優れた近似として２Ｒ／（Ｅｈ）である。ここでＲは動脈の半径であり、ｈは動脈の壁の厚さであり、Ｅはヤング率である。したがって、脈波速度、一般的にＭｏｅｎｓ−Ｋｏｒｔｅｗｅｇ方程式として知られる次式によって与えられる。
【数１】
0004615315.tif 000002
ここでρは血液の密度である。
【００８５】
本発明は、血管作用を決定する目的のために、脈波速度と動脈壁の幾何学的特性および弾性特性との間の関係を利用する。
【００８６】
今、図面を参照すると、図１は、本発明の一態様に係る、被験者の内皮依存性血管作用を決定するための非侵襲的方法１０のフローチャート図である。
【００８７】
ブロック１２によって指定された、方法１０の第一ステップで、一つまたはそれ以上の血管に隣接する幾つかの位置の圧力関連信号が記録される。圧力関連信号は一般的に電気信号であり、例えば圧電セラミック素子、またはエレクトレットマイクロホンのような、しかしそれに限らず、膜に基づくセンサを使用して記録される。以下で、および後に続く実施例の節で、さらに詳述しかつ例示するように、これらの圧力関連信号は血液の脈波速度に関連し、したがって、動脈壁の幾何学的特性および弾性特性を特徴付けるために使用することができる。
【００８８】
ブロック１４によって指定された、方法１０の第二ステップで、少なくとも一つのパラメータが圧力関連信号から抽出される。抽出されるパラメータの代表的例として、信号の振幅、その幅、および／または二つの圧力関連信号のピーク間の経過時間が挙げられるが、それに限定されない。
【００８９】
振幅パラメータは、予め定められた零レベルより上の信号の高さと定義することが好ましい。
【００９０】
幅パラメータは、等しい高さの二点間または同一信号の二つの変曲点間の距離と定義することが好ましい。
【００９１】
経過時間パラメータは、同一血管の二つの位置または異なる血管付近の二つの位置の記録された信号の二つのピーク間の経過時間と定義することが好ましい。経過時間パラメータは脈波速度に直接関連する。さらに詳しくは、二つの位置間の脈波の経過時間ｔおよびその移動距離Ｌが分かると、除算（Ｌ／ｔ）または微分（ｄＬ／ｄｔ）によって、脈波速度を算出することができる。
【００９２】
上記パラメータのいずれも、相関法、ピーク検出、数学的当てはめ（例えば多項式当てはめ）、周波数分解（例えばフーリエ変換）、データ折返し、および類似物のような、ただしそれらに限らず、当業界で周知の適切な方法によって、信号から抽出することができる。本発明の好適な実施形態では、抽出は、各タイプのパラメータに対し、複数の値を得るように複数回実行され、その後それら複数の値を平均することができる。
【００９３】
ブロック１６によって指定される、方法１０の第三ステップでは、パラメータを使用して、一つまたはそれ以上の血管特性、例えばその幾何学的または弾性特性の変化が決定される。そのような変化は血管の内皮機能を特徴付ける。
【００９４】
例えば、動脈の拡張段階中に増加する動脈壁におけるコラーゲン繊維の補充のため、経過時間パラメータは、動脈拡張の初期段階における動脈の半径の変化に対し感受性があり、振幅パラメータは比較的大きい動脈拡張における動脈の半径の変化に対し感受性がある。したがって、経過時間パラメータおよび振幅パラメータの賢明な使用は、広範囲の値の動脈の半径の変化の正確かつ信頼できる測定を可能にする。
【００９５】
半径の変化は、発明の現在の好適な実施形態では好ましい血管特性であるが、他の血管特性、例えば弾性率は除外されない。
【００９６】
小さい半径の場合、血管の弾性率は、優れた近似として、一定量である。他方、大きい半径の場合、弾性率は半径に依存するようになり［Ａｒｍｅｎｔａｎｏ  Ｒ．Ｌら、「Ａｒｔｅｒｉａｌ  ｗａｌｌ  ｍｅｃｈａｎｉｃｓ  ｉｎ  ｃｏｎｓｃｉｏｕｓ  ｄｏｇｓ−ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ  ｏｆ  ｖｉｓｃｏｕｓ，ｉｎｔｅｒｎａｌ，ａｎｄ  ｅｌａｓｔｉｃ  ｍｏｄｕｌｉ  ｔｏ  ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚｅ  ａｏｒｔｉｃ  ｗａｌｌ  ｂｅｈａｖｉｏｒ」、Ｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ  １９９５、７６：４６８−７８］、経過時間パラメータを使用して決定することができる。
【００９７】
一般的に、血管の半径、厚さ、および弾性は、上記方程式１から直接導出される次式によって相互に関連付けられる。
【数２】
0004615315.tif 000003
ここで下付き添え字「０」および「２」は、血管の異なる状態（例えば弛緩および収縮）における値を表わす。方程式２の結果、動脈の半径が増加すると、脈波速度は低下する。経過時間に関しては、脈波速度の低下は、信号の二つのピークの間の経過時間の増分として現われる。
【００９８】
図２は、ほぼ一定のヤング率を想定して、動脈の半径の変化の関数としての圧力関連信号の二つのピーク間の経過時間の相対的変化の理論的推定を示す。図２中の異なる線は、異なる実効血流距離Ｌに対応する。計算は、文献から取った典型的な初期の半径および弾性率を使用して実行した。
【００９９】
したがって、上記パラメータの測定は血管の幾何学的特性および弾性特性に関係付けられ、したがって内皮依存性血管作用の決定を可能にすることは、理解されるであろう。
【０１００】
ＮＯは、動脈圧変動性に対し緩衝作用を有することが知られている。動脈圧の急変は剪断応力を変化させ、こうしてＮＯの発生および放出を変更する。変化するＮＯレベルに反応して、その後の血管拡張または血管収縮が発生し、それは次に血管抵抗を再調整して動脈圧変動性を低減する。ＮＯは急速に作用する。つまり、それは内皮から下にある血管平滑筋細胞に拡散し、そこで数秒以内に血管弛緩を引き起こす。こうして、ＮＯは動脈圧反射より急速に血圧の調節に作用することができる。［Ｐｅｒｓｓｏｎ  ＰＢ．、「Ｓｐｅｃｔｒａｌ  ａｎａｌｙｓｉｓ  ｏｆ  ｃａｒｄｉｏｖａｓｃｕｌａｒ  ｔｉｍｅ  ｓｅｒｉｅｓ」、Ａｍ  Ｊ  Ｐｈｙｓｉｏｌ、２７３：Ｒ１２０１−Ｒ１２１０、１９９７］。例えば、ＮＯ抑制後、０．２Ｈｚを超える範囲の電力が著しく増加し、ＮＯがこれらの周波数における血圧の変動性を干渉していることを示唆することがラットで明らかになった［Ｎａｆｚ  Ｂら、「Ｅｎｄｏｇｅｎｏｕｓ  ｎｉｔｒｉｃ  ｏｘｉｄｅ  ｂｕｆｆｅｒｓ  ｂｌｏｏｄ  ｐｒｅｓｓｕｒｅ  ｖａｒｉａｂｉｌｉｔｙ  ｂｅｔｗｅｅｎ  ０．２  ａｎｄ  ０．６  Ｈｚ  ｉｎ  ｔｈｅ  ｃｏｎｓｃｉｏｕｓ  ｒａｔ」、Ａｍ  Ｊ  Ｐｈｙｓｉｏｌ  ２７２：Ｈ６３２−Ｈ６３７、１９９７］。
【０１０１】
加えて、マウスで、ＮＯ機能の回復後、血圧および心拍数変動性が改善した（Ｐｅｌａｔ  Ｍ．ら、「Ｒｏｓｕｖａｓｔａｔｉｎ  ｄｅｃｒｅａｓｅｓ  ｃａｖｅｏｌｉｎ−１  ａｎｄ  ｉｍｐｒｏｖｅｓ  ｎｉｔｒｉｃ  ｏｘｉｄｅ−ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ  ｈｅａｒｔ  ｒａｔｅ  ａｎｄ  ｂｌｏｏｄ  ｐｒｅｓｓｕｒｅ  ｖａｒｉａｂｉｌｉｔｙ  ｉｎ  ａｐｏｌｉｐｏｐｒｏｔｅｉｎ  Ｅ−／−ｍｉｃｅ  ｉｎ  ｖｉｖｏ」、Ｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ  １０７：２４８０−２４８６、２００３）。
【０１０２】
したがって、上記パラメータは、上記生理学的メカニズムに感受性がある他の可観測を得る目的のために、さらに解析することができる。スペクトル解析、変調解析、および類似物をはじめ、それに限らず、多くの解析手順が本発明によって考慮される。
【０１０３】
再び図１を参照すると、本発明の好適な実施形態では、該方法は図１でブロック１７によって指定される任意選択的ステップをさらに含み、そこで一つまたはそれ以上のパラメータから、例えばスペクトル解析を実行することによって、周波数分解が得られる。得られた周波数分解は、被験者の内皮依存性血管作用を決定するために使用することができる。例えば、周波数分解が例えば約０．１５Ｈｚを超える高い周波数範囲に高い電力を含む場合、内皮機能障害を決定することができる。代替的に、低い周波数範囲（例えば約０．１２Ｈｚ未満、約０．０８Ｈｚ未満、または０．０６Ｈｚ未満）の電力低下時に、内皮機能障害を診断することができる。内皮機能障害を持つ被験者の場合、高い周波数範囲の電力のそのような増分の後に、経過時間および振幅パラメータの変動性の増加が続くことがあり得る。
【０１０４】
本発明を実践に移しているときに、被験者の自律神経系作用を特徴付ける、ブロック１８で指定した追加ステップによって、上記手順を改善することができることが、明らかになった。一般的に心拍数変動性と呼ばれる心拍数の変化は、自律神経系の活動の変化の直接的な結果であることが知られている。したがって、本発明の好適な実施形態では、自律神経系の特徴付けは心拍数変動性の解析によって行われる。
【０１０５】
心拍数変動性は、二つ以上の方法で決定することができる。したがって、一実施形態では、心拍数変動性は圧力関連信号から決定される。例えば圧力関連信号は、好ましくは均等に分布するセグメントに分割することができ、各セグメントでは、平均心拍数がその後のピーク時間の減算によって計算される。次いで心拍数変動性は、各セグメントの心拍の標準偏差として定義される。本発明の好適な実施形態では、各セグメントの典型的な期間は５秒から１５秒の間である。
【０１０６】
別の実施形態では、心拍数変動性は様々な測定によって得られ、それは例えば心電図測定、または被験者の胸部の電気信号を記録するためのいずれかの他の手順とすることができる。心拍数変動性を決定するための公知の装置は、連続して一般的に２４時間心拍数の心電図記録を行なうための記録装置であるホルターモニタである。
【０１０７】
心電図信号から心拍数変動性を決定するための多くの方法が、当業者で周知である。例えば、心拍数変動性は、心電図信号から一連の心臓Ｒ−Ｒ区間を抽出することによって決定することができる。心電図信号はとりわけ、いわゆるＰ波、Ｔ波、およびＱＲＳ群を含み、ＱＲＳ群はＱ波、Ｒ波、およびＳ波を含む。Ｒ−Ｒ区間は心電図信号の二つの連続するＲ波間の経過時間である。Ｒピークについて二つの公知の定義が存在する。つまり（ｉ）ＱＲＳ群における最高（絶対値）ピーク、および（ｉｉ）ＱＲＳ群における最初の正のピーク、である。本書で詳述する全ての実施形態において、心臓Ｒ−Ｒ区間を抽出するときに、上記定義のいずれかを使用することができることを理解されたい。心臓Ｒ−Ｒ区間を心電図信号から抽出する手順は当業者に周知であり、手動または自動どちらでも、例えば、一実施形態では信号を発生する医療装置に関連するデータプロセッサによって、実行することができる。
【０１０８】
ひとたび抽出されると、心臓Ｒ−Ｒ区間は、心拍数変動性を決定するために解析される。これは、例えば、心臓Ｒ−Ｒ区間の周波数分解を得ること（例えばフーリエ変換、ウェーブレット変換、自己回帰法、最大エントロピ、および類似物）によって、またはシーケンシャルデータベースを解析するためのいずれかの他のアルゴリズムによって、行なうことができる。
【０１０９】
一般的に、心拍数変動性解析は、正常拍動区間の標準偏差（ＳＤＮＮ）、低周波電力（ＬＦ）、高周波電力（ＨＦ）、超低周電力、およびこれらのパラメータの任意の組合せ（例えば比率）のような、ただしそれらに限らず、幾つかの特徴付けパラメータの計算を含む。
【０１１０】
ＳＤＮＮはスペクトル解析の全電力の平方根に等しく、副交感神経作用を示す。例えば副交感神経作用が低減している冠動脈疾患患者では、ＳＤＮＮは小さい。
【０１１１】
超低、低、および高周波数範囲の周波数分解は、異なる生理学的メカニズムに関連付けられる。一般的に約０．０４Ｈｚにピークがある超低周波数範囲は、主に体温調節に関連付けられ、約０．１２Ｈｚにピークがある低周波数範囲は、圧受容体の弛緩に関係し、約０．３Ｈｚにピークがある高周波数範囲は、呼吸周期に関係する。
【０１１２】
したがって、ＬＦパラメータは副交感神経および交感神経作用の両方を示し、ＨＦパラメータは副交感神経作用を反映し、ＬＦ／ＨＦ比は一般的に交感神経−迷走神経バランスの指標として使用される。冠動脈閉塞のため心機能が低下する場合、低下する迷走神経作用が最初に減弱される。したがって迷走神経作用は、冠動脈の障害を特徴付けるための指標として役立てることができる。
【０１１３】
本発明の好適な実施形態では、心拍数変動性解析は、自律神経系の作用および血管機能の可能な障害の十分な指標を得るために、内皮機能のベースライン中に、短い期間に一般的に約３分から約５分間、実行される。
【０１１４】
本書で使用する用語「約」とは、±１０％を指す。
【０１１５】
上述の通り、血管の内皮機能は、局所的血小板凝集、トロンビンの生成、ならびにセロトニンおよびＡＤＰの放出に起因する、ＮＯの放出によって影響される。特定の条件および刺激にさらされたときの血管の反応は、ＮＯの放出速度の指標として役立てることができる。この目的のために、Ｖｉｔａ  ＪＡら、「Ｐａｔｉｅｎｔｓ  ｗｉｔｈ  ｅｖｉｄｅｎｃｅ  ｏｆ  ｃｏｒｏｎａｒｙ  ｅｎｄｏｔｈｅｌｉａｌ  ｄｙｓｆｕｎｃｔｉｏｎ  ａｓ  ａｓｓｅｓｓｅｄ  ｂｙ  ａｃｅｔｙｌｃｈｏｌｉｎｅ  ｉｎｆｕｓｉｏｎ  ｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｅ  ｍａｒｋｅｄ  ｉｎｃｒｅａｓｅ  ｉｎ  ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ  ｔｏ  ｃｏｎｓｔｒｉｃｔｏｒ  ｅｆｆｅｃｔｓ  ｏｆ  ｃａｔｅｃｈｏｌａｍｉｎｅｓ」、Ｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ  １９９２、８５：１３９０−１３９７；Ｄｅａｎｆｉｅｌｄ  ＪＥら、「Ｓｉｌｅｎｔ  ｍｙｏｃａｒｄｉａｌ  ｉｓｃｈｅｍｉａ  ｄｕｅ  ｔｏ  ｍｅｎｔａｌ  ｓｔｒｅｓｓ」、Ｌａｎｃｅｔ  １９８４、２：１００１−１００５；Ｇａｇｅ  ＪＥら、「Ｖａｓｏｃｏｎｓｔｒｉｃｔｉｏｎ  ｏｆ  ｓｔｅｎｏｔｉｃ  ｃｏｒｏｎａｒｙ  ａｒｔｅｒｉｅｓ  ｄｕｒｉｎｇ  ｄｙｎａｍｉｃ  ｅｘｅｒｃｉｓｅ  ｉｎ  ｐａｔｉｅｎｔｓ  ｗｉｔｈ  ｃｌａｓｓｉｃ  ａｎｇｉｎａ  ｐｅｃｔｏｒｉｓ：Ｒｅｖｅｒｓｉｂｉｌｉｔｙ  ｂｙ  ｎｉｔｒｏｇｌｙｃｅｒｉｎ」、Ｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ  １９８６、７３：８６５−８７６；Ｇｏｒｄｏｎ  ＪＢら、「Ａｔｈｅｒｏｓｃｌｅｒｏｓｉｓ  ａｎｄ  ｅｎｄｏｔｈｅｌｉａｌ  ｆｕｎｃｔｉｏｎ  ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ  ｔｈｅ  ｃｏｒｏｎａｒｙ  ｒｅｓｐｏｎｓｅ  ｔｏ  ｅｘｅｒｃｉｓｅ」、Ｊ  Ｃｌｉｎ  Ｉｎｖｅｓｔ  １９８９、８３：１９４６−１９５２；Ｎａｂｅｌ  ＥＧら、「Ｄｉｌａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｎｏｒｍａｌ  ａｎｄ  ｃｏｎｓｔｒｉｃｔｉｏｎ  ｏｆ  ａｔｈｅｒｏｓｃｌｅｒｏｔｈｉｃ  ｃｏｒｏｎａｒｙ  ａｒｔｅｒｉｅｓ  ｃａｕｓｅｄ  ｂｙ  ｃｏｌｄ  ｐｒｅｓｓｏｒ  ｔｅｓｔ」、Ｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ  １９８８、７７：４３−５２；Ｚｅｉｈｅｒ  ＡＭら、「Ｃｏｒｏｎａｒｙ  ｖａｓｏｍｏｔｉｏｎ  ｉｎ  ｒｅｓｐｏｎｓｅ  ｔｏ  ｓｙｍｐａｔｈｅｔｉｃ  ｓｔｉｍｕｌａｔｉｏｎ  ｉｎ  ｈｕｍａｎｓ：Ｉｍｐｏｒｔａｎｃｅ  ｏｆ  ｔｈｅ  ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ  ｉｎｔｅｇｒｉｔｙ  ｏｆ  ｔｈｅ  ｅｎｄｏｔｈｅｌｉｕｍ」、ＪＡＣＣ  １９８９、１４：１１８１−９０；Ａｎｄｅｒｓｏｎ  ＥＡら、「Ｆｌｏｗ−ｍｅｄｉａｔｅｄ  ａｎｄ  ｒｅｆｌｅｘ  ｃｈａｎｇｅｓ  ｉｎ  ｌａｒｇｅ  ｐｅｒｉｐｈｅｒａｌ  ａｒｔｅｒｙ  ｔｏｎｅ  ｉｎ  ｈｕｍａｎｓ」、Ｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ  １９８９、７９：９３−１００；およびＣｏｒｒｅｔｔｉ  ＭＣら、「Ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｃｏｌｄ  ｐｒｅｓｓｕｒｅ  ａｎｄ  ｆｌｏｗ−ｍｅｄｉａｔｅｄ  ｂｒａｃｈｉａｌ  ａｒｔｅｒｙ  ｄｉａｍｅｔｅｒ  ｒｅｓｐｏｎｓｅｓ  ｗｉｔｈ  ｔｈｅ  ｐｒｅｓｅｎｃｅ  ｏｆ  ｃｏｒｏｎａｒｙ  ａｒｔｅｒｙ  ｄｉｓｅａｓｅ」、Ａｍ  Ｊ  Ｃａｒｄｉｏｌ  １９９５、７５：７８３−７８７を参照されたい。
【０１１６】
したがって、一酸化窒素の正常な放出および内皮機能を間接的に示す流量（充血）および動脈の直径の増加は、動脈の短い閉塞（数分）および再開通の後に現れる。
【０１１７】
運動および冷気への暴露のような心筋虚血の刺激は、アドレナリン作用性刺激および循環するカテコールアミンの増加に関連付けられる。そのような刺激は初期冠動脈アテローム硬化症の患者における心筋灌流の絶対的低下および心外膜収縮に関連付けられてきた。
【０１１８】
交感神経系刺激（例えば寒冷昇圧試験）による正常および収縮硬化性冠動脈の拡張は、内皮依存性拡張剤アセチルコリンへの反応を反映する。そのような刺激は、末端循環停止によって生じる収縮を超えさえする、大きい末梢血管の収縮を引き起こし得る。したがって、内皮機能が低下した末端および冠動脈は、カテコールアミンの収縮剤効果に対する感受性の増加に関連付けられる。
【０１１９】
したがって、本発明の好適な実施形態では、方法１０は、上記測定の前に血管を刺激する、任意選択的ステップをさらに含む。血管への適切な刺激は、測定の精度をかなり向上することができることは、理解されるであろう。例えば、正常な血管でＮＯの放出を増加する刺激後に血管特性を決定することによって、医師または看護師は、特定の刺激に対する血管の反応レベルに関する情報を得ることができる。
【０１２０】
血管作用に関して血管の反応を生成できる刺激であることを前提として、多くの型の刺激が考慮される。代表例として機械的刺激、熱的刺激、化学的刺激、電気的刺激、および類似物が挙げられるが、それらに限定されない。
【０１２１】
機械的刺激は例えば、内部の血流を一時的に閉塞するように、例えばスフィンゴマノメータを使用して血管に加えられる外部圧力とすることができる。上述の通り、そのような閉塞に対する正常な血管の反応は、ＮＯの放出および内皮機能の増加であり、それは、上で詳述した通り、血管特性および／または心拍数変動性の測定によって検出することができる。熱的刺激は例えば、血管収縮を誘発する、一般的に約５〜１０℃までの劇的な温度低下とすることができる。化学的刺激は非侵襲性であることが好ましく、血管の生理学的状態を変化させることのできる血管作用剤とすることができる。化学的刺激の代表例はニトログリセリンである。
【０１２２】
使用する刺激の型は、（ｉ）決定しようとする血管、（ｉｉ）被験者の総合的病状、および（ｉｉｉ）被験者が内皮機能障害を患っている確率、によって決めることが好ましい。刺激の型の他の選択ルールも考えられる。
【０１２３】
決定プロトコルの代表例を図３のフローチャート図に示す。したがって、決定プロトコルは二つの段階を含むことが好ましく、ブロック２２〜２３によって指定される第一段階では、血管特性および心拍数変動性が第一刺激の下で決定され、それによって予備診断が得られる。予備診断は、例えば異なる測定間の相関関数を使用して、特徴付けることができる。さらに詳しくは、決定プロトコルの第一段階は、内皮依存性血管作用のレベルおよび自律神経系作用のレベルの両方を予備決定することを可能にする。第一段階の結果に基づいて、二値指数（Ｖ、Ａ）を使用して、被験者が内皮機能障害を患っている確率の予備特徴付けを得ることができる。ここで「Ｖ」は内皮依存性血管作用のレベルを表わし、「Ａ」は自律神経系作用のレベルを表わす。被験者の二値指数に応じて、医師または看護師は、プロトコルを終了するか（ブロック２４）、それとも他の型の刺激により、かつ／または被験者の身体の別の位置で、追加決定段階を実行するか（ブロック２６）を決定することができる。次いで、最終診断を得るために、追加決定段階を使用することが好ましい（ブロック２８）。
【０１２４】
代表例として、決定プロトコルの第一段階が、被験者の上腕および撓骨動脈における機械的刺激の下で実行され、かつ、第一段階の後で、（ｉ）被験者の内皮依存性血管作用が正常か異常か、および（ｉｉ）被験者の自律神経系作用が正常か異常か、を区分することが可能であると仮定する。そうすると、それぞれの二値指数は四つの組合せ、すなわち（Ｖ＝「正常」、Ａ＝「正常」）、（Ｖ＝「異常」、Ａ＝「正常」）、（Ｖ＝「正常」、Ａ＝「異常」）、および（Ｖ＝「異常」、Ａ＝「異常」）のうちの一つを持つことができる。通常の当業熟練者は、第一組合せおよび第四組合せがそれぞれ、内皮機能障害を患っている最低および最高の確率をそれぞれ特徴付けることを理解されるであろう。
【０１２５】
（Ｖ＝「正常」、Ａ＝「正常」）以外の組合せによって特徴付けられる被験者は、決定プロトコルの追加段階を受けることが好ましく、それは例えば、被験者の上腕、撓骨および／または頸動脈に熱的刺激が加えられる熱的段階（例えば寒冷昇圧試験）とすることができる。
【０１２６】
本発明の好適な実施形態では、決定プロトコルの熱的段階は、圧力関連信号の記録と同時に、心拍数変動性の連続的測定（例えば一つまたはそれ以上の心電図リードを使用する）を含むこともできる。一般的に、この段階は温度管理室内で実行され、そこで被験者は検査中に一連の様々な温度にさらされる。例えば、低温にさらされる期間の後に、被験者の体温が正常値まで増加する回復期間が続く、予め定められた期間の交互シーケンスに被験者をさらすことができる。典型的な温度範囲は、低温期間が０〜１５℃であり、回復期間が２２〜２７℃である。様々な温度への暴露は、略一定温度を予め定められた期間維持することのできる、任意の熱的メカニズムによって行なうことができる。代表例として、所望の温度の液体の浴、および所望の温度状態であって、被験者の外部器官を取り囲むことのできる熱的装置が挙げられるが、それらに限らない。そのような熱的装置は、流体を含むカフの形をとることができる。
【０１２７】
通常の当業熟練者には理解される通り、上記パラメータの多くは、熱的段階中に抽出することができる。例えば、本書でＴ１と呼ぶ経過時間パラメータは、上腕動脈と撓骨動脈との間のパルス経過時間から抽出することができる。本書でＴ２と呼ぶ追加の経過時間パラメータは、心電図リードによって検出されたＱＲＳ群のピークと、頸動脈で記録された圧力関連信号のピークとの間の経過時間を測定することによって、抽出することが好ましい。
【０１２８】
Ｔ２は、二つの生理学的期間、すなわち（ｉ）心臓の電気活動が大動脈弁の開放を導く等容性収縮を引き起こすのに必要な時間である前駆出期間と、（ｉｉ）脈波が大動脈弁から頸動脈の測定位置まで移動するのに必要な時間である弁−頸動脈期間との和である。これらの二つの生理学的期間は、低温にさらされている間、同時に短縮される。通常、温度が増加し始めるときに（例えば上記の交互シーケンスの回復期間中）、前駆出期間の短縮は続く［Ｍｅｚｚａｃａｐｐａ  ＥＳら、「Ｖａｇａｌ  Ｒｅｂｏｕｎｄ  ａｎｄ  ｒｅｃｏｖｅｒｙ  ｆｒｏｍ  ｐｓｙｃｈｏｌｏｇｉｃａｌ  ｓｔｒｅｓｓ」、Ｐｓｙｃｈｏｓｏｍ  Ｍｅｄ  ２００２、６３：６５０−６５７］が、大動脈弁−頸動脈期間は延長し始める。したがって、異なる時間におけるＴ２の値の間の比較を使用して、内皮活動を特徴付けることができる。
【０１２９】
さらに詳しくは、回復期間中にＴ２がその典型的ベースライン値を回復する場合、弁−頸動脈期間の増分は、前述の通り回復期中続く前駆出期間の短縮を補償するので、被験者は正常な内皮活動を有すると診断される。
【０１３０】
本発明の好適な実施形態では、脈波振幅は同じ三つの部位、つまり上腕、撓骨、および頸動脈から得られる。
【０１３１】
この決定プロトコルには多くの利点がある。第一に、熱的刺激は被験者にとってあまり快適ではないので、それは内皮機能障害を患っている可能性の高い被験者にのみ実行される。
【０１３２】
第二に、第二段階は頸動脈の測定をも含み、それによって結果の精度がかなり向上する。理解される通り、頸動脈はたとえ短時間であっても、被験者を危険にさらすことなく、機械的に閉塞することができない。したがって、第二段階は、頸動脈で測定を実行することができるように、熱的刺激を含むことが好ましい。
【０１３３】
第三に、上腕動脈で測定された冷間圧力血管作用は、流動媒介血管作用より密接に、冠動脈疾患の有無と相関することが認められる。したがって、上腕動脈における熱的刺激の使用は、予備結果のさらなる検証に役立つ。
【０１３４】
第四に、上腕動脈のアテローム硬化症は冠動脈疾患と有意に相関するが、頸動脈のアテローム硬化症に対するより強い相関が明らかになった。三つの動脈全てにおける自律神経系作用の決定は追加検証として役立ち、それによって全体的精度が向上する。二つの経路を組み合わせて、第一経路で圧力関連信号を解析して血管特性を決定し、第二経路で心電図信号を解析して心拍数変動性を決定することは、両方の経路から得られる異常結果の解釈精度の向上に貢献する。
【０１３５】
本発明の別の態様では、被験者の内皮依存性血管作用を決定するためのシステム３０を提供する。該システムは、方法１０の選択されたステップを実行するために使用することができる。
【０１３６】
今、再び図面を参照すると、図４はシステム３０の略図であり、この基本的構成では、それは、圧力関連信号を記録するためのセンサ３２の配列を備えている。本発明の好適な実施形態では、センサ３２は圧電セラミック素子、またはエレクトレットマイクロホンのような、ただしそれに限らず、膜に基づくセンサとすることができる。使用中に、センサ３２は、一つまたはそれ以上の血管に隣接する幾つかの位置に配置することが好ましい。
【０１３７】
システム３０は、センサ３２によって感知された圧力関連信号を受け取り、記録し、かつ処理する処理ユニット３４をさらに備える。さらにユニット３４は、上で詳述したように、圧力関連信号からパラメータを抽出し、かつ、血管特性および／または自律神経系作用の変化を決定するためにパラメータを使用するようにプログラムされる。
【０１３８】
本発明の好適な実施形態では、システム３０は、血管を刺激するためのメカニズム３６をさらに備えることができる。メカニズム３６は、上記の型の刺激のいずれかで血管を刺激することができることが好ましく、したがって機械的、熱的、電気的メカニズム、または化学的メカニズムとすることができる。さらに、メカニズム３６は、精神的ストレスを発生させるためのメカニズム、または被験者に身体運動をさせるための装置とすることができる。例えば機械的刺激の場合、メカニズム３６はスフィンゴマノメータを備えることができ、熱的刺激の場合、メカニズム３６は低温室または低温流体の浴として実現することができ、電気的刺激の場合、メカニズム３６は電極を備えることができ、化学的刺激の場合、メカニズム３６は血管作用剤などとすることができる。
【０１３９】
上述の通り、本発明は例えば心拍数変動性解析による自律神経系作用の決定も考慮している。したがって本発明の好適な実施形態では、システム３０は、被験者の胸部の電気信号を感知するために一つまたはそれ以上の心電図リードをさらに備える。この実施形態では、処理ユニット３４（または追加処理ユニット）は、上でさらに詳述した通り、心電図信号感知リード２８から心拍数変動性を計算する。
【０１４０】
後に続く実施例の節でさらに実証するように、本発明は費用効率の良いシステムおよび方法を提供する。個々の被験者のための典型的な検査期間は比較的短く（約５分ないし約３０分）、専門医療スタッフの監督無しに、パラメディカルスタッフによって実行することができる。検査結果は自動的に解析されることが好ましく、したがって一般開業医、心臓専門医、または内科専門医に正確かつ信頼できる情報が迅速に提供される。本発明は、大集団の集団検診および診断に、かつ内皮および冠動脈機能障害の様々な段階および組合せの被験者を区別するために、日常的に使用することができる。
【０１４１】
本特許の存続期間中に、血管付近の信号を記録するための多くの関連技術が開発されることが予想され、圧力関連信号という用語の範囲は、先験的にそのような新しい技術を全て含むつもりである。
【０１４２】
本発明の追加の目的、利点、および新規の特徴は、限定とする意図はない以下の実施例の検討により、通常の当業熟練者には明らかになるであろう。さらに、本書で上述し、かつ請求の範囲に記載する、本発明の様々な実施形態および態様の各々は、以下の実施例で実験的に裏付けられる。
【実施例】
【０１４３】
今、以下の実施例を参照すると、それらは上記の説明と共に、本発明を非限定的に例証するものである。
【０１４４】
実施例１
第一プロトタイプシステム
第一プロトタイプシステムを設計し、作製した。該システムは、（ｉ）研究用に設計され組み立てられたトランスデューサおよび増幅器、（ｉｉ）処理ユニット（デスクトップコンピュータ、ペンティアムＩＶ(登録商標））、（ｉｉｉ）Ｎａｔｉｏｎａｌ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓから購入したＡ／ＤサンプリングカードＤＡＱ  ＮＩ−４８８．２、（ｉｖ）Ｎａｔｉｏｎａｌ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ（商標）から購入したカスタム設計のデータ取得ソフトウェアＬａｂｖｉｅｗ５．１．１（商標）、および（ｖ）Ｍａｔｌａｂ（商標）から購入したカスタム設計のデータ解析ソフトウェア、を含むものであった。
【０１４５】
図５は、トランスデューサ５０の略図である。トランスデューサ５０はエレクトレットマイクロホン５６および聴診器５１を含んでいた。トランスデューサ５０は、皮膚の下を通過する血液の脈波によって生じる、被験者の皮膚の小さい動きを検出することができた。マイクロホン５６は短い導管５８によって聴診器５１に接続され、聴診器５１の膜５２とマイクロホン５６の膜５４との間の通信が可能であった。使用中に、皮膚の下を通過する血液の脈波は膜５２に振動を発生させ、それは導管５８によって膜５４に伝達され、こうしてマイクロホン５６に電気信号が発生する。
【０１４６】
図６は、マイクロホンを物理的に振動させることによって得られる、約１Ｈｚの入力信号に対するトランスデューサ５０の応答を示す。典型的な聴診器は元々、２０Ｈｚを超える周波数を検出するように設計されているが、実際には、トランスデューサ５０の感度範囲はより大きいことに注目されたい。詳しくは、トランスデューサ５０は低周波発振運動を感知することができる。
【０１４７】
データ取得ソフトウェアのサンプリングレートは、１０００Ｈｚとなるように選択された。このサンプリングレートは、二つの連続パルス間の経過時間を算出するのに必要な精度をもたらした。他のサンプリング周波数を試験し、効果が劣ることが明らかになった（より高い周波数はより多くのメモリを必要とし、精度の向上はごくわずかであった）。
【０１４８】
図７は、データ解析手順の詳細なフローチャート図である。したがって、被験者の身体の二つの位置からトランスデューサを使用して記録された生データをデータ取得ソフトウェアからロードし、低域フィルタ（１５Ｈｚ）によってフィルタリングした。データは複数の１０秒セグメントの形であった。各セグメントを走査してそのピークを求めた。
【０１４９】
ピークは零導関数によって定められ、以下の条件が満たされた場合に、計算用に受け入れられた。（ｉ）ピークの値が、平均最大値の７０％と成るように選択された、予め定められた閾値を超えること、および（ｉｉ）ピークと（同じ位置の）その前のピークとの間の間隔が０．２５秒を超えること。
【０１５０】
相関法を使用して、身体の二つの異なる位置からの二つの適切なピーク間の経過時間を測定した。不合理な結果（ノイズ、被験者の動き、計算ミス等に起因する）を排除するために、経過時間の平均値および標準偏差を算出した。標準偏差の受入れ範囲は約１０％であった。全てのセグメントの全てのピークに対し、このプロセスを繰り返した。
【０１５１】
受け入れたピークを、心拍数、心拍数変動性、および標準偏差（図７でそれぞれＨＲ、ＨＲＶ、およびＳＤによって指定する）の算出のために使用した。心拍数は、同じ位置の連続するピーク間の時間と定義した。心拍数変動性は各セグメントの心拍数の標準偏差を算出することによって得た。受け入れた全てのセグメントに対し心拍数変動性を平均し、心拍数変動性の標準偏差を得た。最終ステップで結果のグラフ出力を生成した。
【０１５２】
図８ａ〜ｃは、手順の代表的グラフ出力である。図８ａは、二つのトランスデューサ間の経過時間の相対変化を％指定ＰＷＴ（脈波時間パラメータ）単位で、分単位の時間の関数として示す。各点は約１０秒の平均を表わす。ベースラインの最初の３分間のＰＷＴの平均値が数値で提示されている。鎖線はベースラインの相対平均を表わす。
【０１５３】
図８ｂは、図８ａに表わされた点に対して計算されたＰＷＴの標準偏差の百分率を示す。ベースライン中の高い標準偏差は、被験者の動きまたは雑音の多い記録を表わす。
【０１５４】
図８ｃは、心拍数を時間の関数として示す。各点は約１０秒の平均を表わす。心拍数の数値が提示されている（図８ｃにＨＲとして示される）。
【０１５５】
実施例２
第一プロトタイプシステムを使用する生体内測定
実施例１の第一プロトタイプシステムを使用して、２１人の志願者に生体内試験を実行した。二つのトランスデューサを検査対象の被験者に接続した。第一トランスデューサは手首の撓骨動脈に接続し、第二トランスデューサは腕の近位側の肘から約５〜１０ｃｍ上の上腕動脈に接続した。トランスデューサは、信号対雑音比を改善し、かつ血管の部分閉塞を防止するように、２０ｍｍＨｇの圧力に膨らませたカフにより固定した。虚血（機械的刺激）を実現する目的のために、Ｈｏｋａｎｓｏｎ，ＵＳから購入した追加カフを、第一カフの上に配置した。
【０１５６】
機械的刺激
被験者を、絶食することなく一日の様々な時間に試験した。各被験者は温度管理された室内（１８℃〜２４℃）で座位であった。各被験者の検査は、（ｉ）３分間のベースライン記録（刺激無し）、（ｉｉ）３分間の誘発上腕動脈の虚血（追加カフを使用する）、および（ｉｉｉ）カフの解放後の回復中の５分間の記録、を含んだ。
【０１５７】
熱的刺激
血管収縮は、座位で左手を連続的に記録しながら、右手を冷水（８℃）に浸すことによって誘発した。被験者はまた、右手を室温（２１℃）の水中に浸した弛緩期間も経験した。
【０１５８】
各被験者の検査は、（ｉ）室温の水中での数分間、（ｉｉ）３分間のベースライン記録（室温）、（ｉｉｉ）１分間の血管収縮（冷水）、（ｉｖ）３分間の室温、（ｖ）２分間の血管収縮、（ｖｉ）少なくとも３分間の室温での回復、を含んだ。
【０１５９】
複合刺激
温度、食事、薬剤、検査前の身体運動、および交感神経系の刺激のような幾つかの因子は、血管運動活性に影響を及ぼし得る。上記の試験において、場合によっては、正常な内皮依存性血管反応性を持つと思われる検査を受けた個人が、その後の検査で反応性充血に対し異なる反応をすることが観測された。また、これらの変化は、ベースラインで測定した経過時間パラメータと相関することも分かった。ベースライン中の経過時間パラメータが比較的高い（４０〜４２ｍｓ）とき、反応性充血に対する被験者の応答は弱いかまたは完全に存在しなかった。ベースライン中の経過時間パラメータが低い（２０〜４０ｍｓ）とき、反応性充血に対する被験者の応答は正常であった。これは、システムが最も信頼性の高い結果を生じる「生理学的ウィンドウ」があることを暗示した。
【０１６０】
したがって、検査が「生理学的ウィンドウ」内で実行される確率を高めるように、以下の標準的手順を作成した。（ｉ）被験者は６〜８時間の絶食後に検査した。（ｉｉ）検査は静かな温度管理された室内（１８℃〜２０℃）で実行した。（ｉｉ）３分間の記録後に、交感神経作用を高め、経過時間パラメータを低下し、かつ弛緩を誘発するように、被験者をトランスデューサから切り離し、２分間適度に歩行させ、座位に戻らせた。（ｖ）動脈の完全な回復ができるように、検査の間に１０分の休憩をはさんで、上述したように機械的刺激の下での二回のその後の検査。
【０１６１】
このプロトコルの下で、両方の検査が異常な内皮依存性血管反応性を示した場合にのみ、内皮機能障害と診断した。
【０１６２】
比較研究
実施例１の第一プロトタイプシステムによって得られた結果を、高分解能超音波診断装置（ＨＰ  ｓｏｎｏｓ  ５５００）を使用して得た結果と比較した。各被験者は、試験の間に３０分の休憩をはさんで、超音波診断装置を使用する第一検査およびプロトタイプシステムを使用する第二検査を受けた。全被験者は、喫煙やコーヒー無しで８時間の絶食後に検査した。
【０１６３】
各被験者の超音波診断検査は、（ｉ）３分間のベースライン記録、（ｉｉ）３分間の上腕動脈閉塞、および（ｉｉｉ）１０分間の回復と連続記録、を含んだ。
【０１６４】
各被験者に対し、Ｄ１〜Ｄ４と指定した四つの動脈直径を超音波画像からオフラインで算出した。すなわち、Ｄ１はベースライン段階中に開始から１分後に算出し、Ｄ２はベースライン段階中に開始から２分後に算出し、Ｄ３はカフ段階中に収縮の１分後に算出し、Ｄ４はカフ段階中に収縮の１．５分後に算出した。
【０１６５】
ベースライン直径はＤ１とＤ２との平均と定義され、絶対直径変化はベースライン直径からＤ４を減算したものと定義される。詳しくは、
【数３】
0004615315.tif 000004
【数４】
0004615315.tif 000005
であり、ここでＦＭＤは、流動媒介拡張（Ｆｌｏｗ  Ｍｅｄｉａｔｅｄ  Ｄｉｌａｔａｔｉｏｎ）の略語である。典型的なＦＭＤ測定値は、約−６．２％ないし約＋３１．８％である。ＦＭＤ値が＋６％未満であったときに、異常なＦＭＤと規定された。
【０１６６】
各被験者のプロトタイプシステム検査は、上に詳述した複合刺激プロトコルを含んだ。検査の出力を図９ａ〜ｅに示す。図９ａ〜ｂは、異常内皮作用の個人に対して得られた出力の例を示し、図９ｃ〜ｄは正常内皮作用の個人に対して得られた出力の例を示し、図９ｅは、仰臥位でニトログリセリン摂取の結果、動脈直径が増大する間、経過時間が減少する出力の例である。各図は、上に詳述したように、ＰＷＴ、ＰＷＴの標準偏差の百分率、および心拍数を時間の関数として示す（図８ａ〜ｃの記述を参照されたい）。
【０１６７】
図９ａ〜ｅに提示された出力の更なる詳細を、下の表１にまとめる。
【表１】
0004615315.tif 000006
【０１６８】
結果
下の表２〜３は機械的刺激検査で得られた結果を示す。表２は低リスクの被験者に対して得られた結果を示し、表３は高リスクの被験者に対して得られた結果を示す。
【表２】
0004615315.tif 000007
【表３】
0004615315.tif 000008
【０１６９】
表２〜３の結果を下の表４にまとめる。
【表４】
0004615315.tif 000009
【０１７０】
正常な内皮依存性血管反応性の群の平均年齢は３６．７±１２．５歳であり、異常な内皮依存性血管反応性の群は５４．５±１１．５歳（ｐ＜０．０１）であった。ベースラインの平均経過時間は、正常群では３７．２±１２．７ｍｓであり、異常群（ｐ＝０．１）では４４．８±１３．３ｍｓであった。
【０１７１】
図１０ａ〜ｃは、熱刺激試験で検査した一被験者の経過時間、標準偏差、および心拍数変動性の相対変化を示す。
【０１７２】
最初の３分間に、経過時間を測定し、平均を算出した（図１０ａの点線）。右手を冷水に１分間浸けたときに、経過時間（左手で測定した）は、その最下値（〜７０％）に達するまで、ほぼ直線的に低下した。右手を冷水に浸けたときに、心拍数はかなり増加した（図１０ｃ）。右手を冷水から取り出し、室温水に浸けたとき、経過時間は、初期経過時間に達するまで、ほぼ直線的に増加する（回復）。右手を再び冷水に２分間浸けたとき、経過時間は所期ベースラインから最低で〜６０％まで低下し、心拍数は増加した。再び、右手を冷水から取り出し、室温水に入れると、経過時間は再び上昇したが、検査が終了するまで初期ベースラインレベルには達しなかった。
【０１７３】
下の表５は、冷水にさらされた六人の被験者の経過時間の相対変化を示す。
【表５】
0004615315.tif 000010
【０１７４】
表５から分かるように、被験者の手を冷水に浸けたときに、経過時間の低下が見られた。１分間の浸漬に対して２分間の浸漬おける変化は大きくなり、かつ回復時間は長くなることが分かる。
【０１７５】
図１１ａ〜ｂは、経過時間および内皮依存性血管反応性の測定値に対する姿勢の影響を示す。超音波診断検査による比較のために、二名の個人を仰臥位の姿勢で、ニトログリセリンを使用して検査した。これらの二つの検査で、プロトタイプシステムは異常の反応を示したが、超音波診断検査は、ニトログリセリンの摂取に対する充血増加の正常な反応を示した。
【０１７６】
超音波診断検査とプロトタイプシステムとの間の異なる反応に対する考えられる説明を探すために、他の三名の個人を、同一環境で、座位および仰臥位の二つの異なる姿勢で検査した。その結果を下の表６にまとめる。
【表６】
0004615315.tif 000011
【０１７７】
表６から分かるように、これらの場合、仰臥位では反応は陰性であり、座位では正常であった。三名の個人を両方の姿勢で検査した場合、ベースライン中の平均経過時間は、座位より仰臥位で実行した検査の方が高かった。得られた結果は、ベースライン中の経過時間の特定の閾値を越えると、プロトタイプシステムが信頼できる測定を実行する能力が低下することを暗示しているかもしれない。可能性を複合刺激検査でさらに検査した。
【０１７８】
下の表７は、標準プロトコルの作成中に得られた結果をまとめたものである。
【表７】
0004615315.tif 000012
【０１７９】
９件のうちの１件だけが、結果が異なることが分かる。加えて、ベースライン中の経過時間が比較的長かった（＞４０ｍｓ）４件では（検査ａまたはｂ）、結果は異常であったが、経過時間が短い場合（＜４０ｍｓ）、それは２／１４の事例にしか現れないことも分かった。
【０１８０】
下の表８は、ＰＷＴに対する適度の歩行の影響を示す。得られた結果は、短く適度な歩行の努力は、経過時間を短縮することを示す（ｐ＜０．０５）。
【表８】
0004615315.tif 000013
（１）歩行の前後に得られた値の間のｐ＜０．０５
【０１８１】
超音波診断検査とプロトタイプシステム検査との間の比較を、下の表９に示す。
【表９】
0004615315.tif 000014
【０１８２】
示すように、１１名の被験者のうちの１０名において超音波診断検査およびプロトタイプシステム検査は同様の結果であった（ｐ＜０．０２）。結果が正反対になった被験者４の場合、超音波診断検査は、境界線の６％より１．８％高い、７．８％のＦＭＤを示した。
【０１８３】
考察
機械的刺激検査では、二つの群を検査した。一つの群（ｎ＝１０）では、被験者は、内皮機能障害の危険因子をせいぜい一つ持ち、第二群（ｎ＝１１）では、被験者は内皮機能障害の危険因子を少なくとも二つ持っていた。得られた結果は、せいぜい一つの危険因子を持つ群では、１０名の被験者のうち８名が正常な内皮機能を持ち、被験者が少なくとも二つの危険因子を持つ群では、１１名の被験者のうちわずか２名だけが正常に機能する内皮を有していた（ｐ＜０．００２）。異常な内皮依存性の血管反応性を有する群の平均年齢は、正常な内皮依存性の血管反応性を有することが分かった群よりかなり高いことが明らかになった（ｐ＜０．０１）。
【０１８４】
熱的刺激検査では、検査した全ての個人で、経過時間パラメータＰＷＴを左手から連続的に記録した（ｎ＝６）。右手を冷水に１分間浸けたときに、ＰＷＴ値はベースラインにに対しかなり低下し（ｐ＜０．００１）、心拍数は増加した（ＰＷＴの３０％〜４０％の低下）。右手を２分間浸けたときに、１００％のベースラインに対するＰＷＴの低下はかなり大きくなった（ｐ＜２．５Ｅ−６）（ＰＷＴの６０％〜８０％の低下）。手を冷水から引き出した後の回復時間にもかなりの差があった（ｐ＜０．０５）。
【０１８５】
対照と冷水への暴露との間の高い有意差（規模の小さい群であるにも拘らず）は、血管収縮の方向の測定が感受性の高い測定であるという予測に合致しており、Ｍｏｅｎｓ−Ｋｏｒｔｅｗｅｇ方程式に一致する。
【０１８６】
予想外に、仰臥位でプロトタイプシステムおよび超音波診断装置によって得られた結果は、合致しなかった。内皮依存性血管反応機能を二通りの姿勢（座位および仰臥位）で検査した。結果は、座標で得たデータと仰臥位で得たデータとの間の矛盾を示す。これらの結果は、姿勢に対するＰＷＴの依存性をもたらす追加的な物理的因子があることを示す。多くの場合、ベースライン中のＰＷＴの高い値は、その後に反応性充血によるＰＷＴの比較的低い変化が続く。この型の結果は、動脈壁の機械的特性に関連付けられる。
【０１８７】
この目的のために、システムが適切な動作モードを有する「生理学的ウィンドウ」が定義された。初期ＰＷＴ値が比較的高い場合（＞４０ｍｓ）、弛緩前の初期半径も比較的幅広であると推測された。これは、比較的大きい初期半径で仰臥位で得られた結果が、「生理学的ウィンドウ」を超えて実行された測定に基づくことを説明することができる。これに比較して、座位で実行されるほとんどの検査の場合のように、初期ＰＷＴ値が比較的低い場合、検査は「生理学的ウィンドウ」内で実行されたと想定される。データの統計分析は、被験者が異常内皮依存性血管反応性を持つことが分かった場合、被験者が正常内皮依存性血管反応性を持つことが分かった場合に比較して、ベースライン中の平均ＰＷＴが著しく高いことを示す。
【０１８８】
複合刺激検査は、適度な上昇およびアルファ交感神経作用をもたらす検査前の約２分間の適度な歩行が、血管収縮およびＰＷＴの低下を導き、したがって検査を「生理学的ウィンドウ」内で実行することが可能になることを示した。検査前の身体的活動（ランニングまたはジャンプ）を激化すると、反対の効果をもたらし、おそらくβ受容体も活性化し、血管拡張を引きこす。そのような場合、検査が「生理学的ウィンドウ」内で行われる確率は低下する。
【０１８９】
１１名の被験者の研究群に対し、プロトタイプシステムおよび超音波診断によって得られた結果間の比較を実行した。１１名の被験者のうちの１０名で、プロトタイプシステムおよび超音波診断の両方によって決定された診断は両立した（ｐ＜０．０１５）。一事例では、ＵＳ検査は上腕直径の境界線増加よりわずかに高い値を示した（７．８％対６％）が、プロトタイプシステムは、第一検査では「無反応」を示し、第二検査では「弱い反応」を示した。事例のうちの５件で、両方の装置が異常な内皮依存性血管反応性を示し、他の５件で、両方の装置が正常な内皮依存性血管反応性を示した。
【０１９０】
実施例３
第二プロトタイプシステム
第二プロトタイプシステムを設計し、作製した。該システムは、（ｉ）カスタム設計のデータロガー、（ｉｉ）全て低周波で動作し、圧電セラミック素子に基づく、上腕、撓骨、および頸動脈トランスデューサ、（ｉｉｉ）心電図胸部電極、（ｉｖ）標準パーソナルコンピュータ、および（ｖ）データ解析ソフトウェア（実施例１参照）、を含むものであった。
【０１９１】
カスタム設計のデータロガーは、増幅器、ＵＳＢケーブルによりコンピュータに接続された四チャネルＡ／Ｄカード、および小型ＬＣＤモニタを含んだ。
【０１９２】
上腕トランスデューサは、動脈閉塞（機械的刺激）および一致の制御された力によるトランスデューサの取付の両方が可能であるように、デュアルコンパートメント式スフィンゴマノメータカフに取り付けられた、直径約２ｃｍのコイン型トランスデューサであった。デュアルコンパートメント式スフィンゴマノメータカフは、二つの別個のエアコンパートメント、つまり腕トランスデューサに力を加え、こうしてトランスデューサを制御された力で皮膚に結合するための低圧コンパートメント（〜２０ｍｍＨｇ）、および動脈に機械的刺激を加えるための高圧コンパートメント（最高３００ｍｍＨｇ）を含んだ。高圧コンパートメントは、圧力の迅速な解放を容易にする。
【０１９３】
撓骨および頸動脈トランスデューサは、安定化装置に取り付けられて、圧平圧力測定法用に一定の力を加えることを容易にする、ペンシル型トランスデューサであり、撓骨トランスデューサは手首安定化装置に取り付けられ、頸動脈トランスデューサは頚部安定化装置に取り付けられた。
【０１９４】
実施例４
第二プロトタイプシステムを使用する生体内測定
実施例２の第二プロトタイプシステムを使用して、２２人の志願者に生体内試験を実行した。
【０１９５】
機械的刺激
上腕および撓骨トランスデューサを、実施例２で詳述したように、検査対象の被験者に接続した。各被験者について、経過時間パラメータＰＷＴおよび振幅パラメータＰＷＡ（脈波振幅）の二つのパラメータを得た。各被験者の検査は、超音波診断装置を使用する検査をも含んだ（上記の実施例２の詳細を参照されたい）。
【０１９６】
図１２ａ〜ｃは、ＵＳ測定によって正常内皮機能を有すると診断された被験者の仰臥位中の経過時間（図１２ａ）、標準偏差（図１２ｂ）および振幅（図１２ｃ）を示す。上腕動脈を３分間閉塞した。閉塞の再開通（６分）後、経過時間は微細な変化を示しただけであったが、振幅は劇的な変化を示した。ＰＷＴの値は比較的長く、約４５ｍｓであった。
【０１９７】
図１３ａ〜ｃは、ＵＳ測定によって正常内皮機能を有すると診断された被験者の座位中の経過時間（図１３ａ）、標準偏差（図１３ｂ）および振幅（図１３ｃ）を示す。上腕動脈を３分間閉塞した。図示する通り、この場合、経過時間は増加し、振幅はほとんど変化しなかった。ＰＷＴの値は比較的小さく、約１５ｍｓであり、動脈の初期直径が比較的小さかったことを示唆した。
【０１９８】
図１４ａ〜ｃは、ＵＳ測定によって正常内皮機能を有すると診断された被験者の座位中の経過時間（図１４ａ）、標準偏差（図１４ｂ）および振幅（図１４ｃ）を示す。ＰＷＴの値は小さく、約３３ｍｓであり、測定が「生理学的ウィンドウ」内で開始されたことを示唆した。動脈の半径の増分と共に、非線形的な振幅の増分によって特徴付けられる非線形領域が観測された。
【０１９９】
図１５ａ〜ｃは、ＵＳ測定によって異常内皮機能を有すると診断された被験者の座位中の経過時間（図１５ａ）、標準偏差（図１５ｂ）および振幅（図１５ｃ）を示す。図示する通り、この場合、経過時間または振幅に変化は観測されず、異常内皮機能を示唆した。ＰＷＴの値は短く、約２４ｍｓであり、測定が上記の「生理学的ウィンドウ」内で実行されたことを示唆した。
【０２００】
化学的刺激
ニトログリセリンによる前処置を受けた三名の被験者に対し、化学的刺激の影響を試験した。
【０２０１】
図１６ａ〜ｃは、ＵＳ測定によって正常内皮機能を有すると診断された被験者のニトログリセリン処置後の仰臥位中の経過時間（図１６ａ）、標準偏差（図１６ｂ）および振幅（図１６ｃ）を示す。図示する通り、この場合、経過時間は低下し、振幅は増加した。ＰＷＴの値は比較的大きく、約４５ｍｓであり、動脈の初期直径が比較的幅広であったことを示唆した。
【０２０２】
下の表１０は、検査対象の全ての被験者の結果をまとめたものである。
【表１０】
0004615315.tif 000015
（＊）ＰＷＴおよびＰＷＡパラメータの両方
スピアマン相関、ｒ＝０．９３、ｐ＜０．００１
【０２０３】
考察
この実施例では、経過時間パラメータに加えて、振幅パラメータを解析手順に含めた。実施例２の考察で述べたように、内皮機能の測定は経過時間パラメータの変化に基づいており、それによって動脈直径の初期半径が十分に小さい「生理学的ウィンドウ」内で測定を実行する必要がある。そのような条件下で、動脈の壁の弾性率は優れた近似として一定であり、脈波速度は半径の逆数に線形依存する（動脈の半径が増加すると、脈波速度が低下する）。
【０２０４】
脈波振幅を解析に加えることにより、「生理学的ウィンドウ」を超えても動脈直径の変化に対する感受性が見られた。振幅パラメータは比較的大きい半径に対して増加し、変化におけるコラーゲンの関与を示唆した。同時に、経過時間パラメータの変化は観測されなかった。他方、初期変形サイズが「生理学的ウィンドウ」内であると考えられたときに、振幅パラメータの変化は観測されなかった。
【０２０５】
実施例５
心電図リードを使用する心拍数変動性の測定
実施例４の内皮機能障害測定の検査を受けた被験者のうちの１２名に、心拍数変動性解析を実行した。１０名の被験者で、心拍数変動性解析は、正常な自律神経系作用およびしたがっておそらく正常冠動脈機能を示した。解析は、被験者の胸部の心電図リードＩＩを使用するベースライン中（機械的刺激を加える前）の３分間の記録に基づく。
【０２０６】
結果を図１７ａ〜ｈに提示する。
【０２０７】
図１７ａ、１７ｃ、１７ｅ、および１７ｇは、正常な心拍数変動性作用および内皮機能障害を持つ被験者の心拍数変動性解析を示す。図１７ｂ、１７ｄ、１７ｆ、および１７ｈは、異常な作用を持つが上腕内皮機能は正常な被験者の心拍数変動性解析を示す。内皮機能または機能障害は、図１７ａ〜ｈには示さない。
【０２０８】
図１７ａ〜ｂは、以下でＢ２Ｂ解析と呼ぶ拍動毎の解析を示す。心拍数変動性作用が正常な被験者と異常な被験者との間の差は、ＳＤＮＮの値によって示され、それは図１７ａでは正常範囲内であり、図１７ｂではかなり低い。上述したように、ＳＤＮＮの値の低下は、副交感神経作用の低下を反映している。加えて、図１７ａでは、図１７ｂに比べて、拍動間の高い変動が示されている。
【０２０９】
図１７ｃ〜ｄは、パワースペクトル密度を示す。正常な被験者（図１７ｃ）に示される０．３Ｈｚ付近の正常なＨＦピークは、図１７ｄには欠如しており、したがって異常な心拍数変動性が示唆される。加えて、図１７ｃでは、図１７ｄに比較してＨＦの値が比較的高く、図１７ｃでは、図１７ｄに比較してＬＦ／ＨＦが低く、したがって図１７ｄの被験者の異常心拍数変動性診断も裏付けられる。
【０２１０】
図１７ｅ〜ｆは、ＲＲＩシリーズの高速フーリエ変換解析を示す。再び、図１７ｅに０．３Ｈｚ付近に示される明瞭なピークは、図１７ｆではほとんど完全に欠如している。
【０２１１】
図１７ｇ〜ｈは、Ｂ２Ｂの関数としての相対発病率（ｍｓ単位で測定）を示す。図１７ｈに示す狭幅のヒストグラムに比較して、図１７ｇには拍動間の区間の比較的広幅のヒストグラムが提示され、図１７ｇの被験者の正常な心拍数変動性および図１７ｈの被験者の異常な心拍数変動性が示唆される。
【０２１２】
実施例６
寒冷昇圧試験
この研究では、冠動脈心疾患の既知の危険因子を持たず、したがって正常な内皮機能を持つと推測される、２４〜３５歳（３０．８±３．８歳）の九名の若い被験者に、寒冷昇圧試験を実行した。
【０２１３】
四つのチャネルが接続された。すなわち、心電図リードＩＩが胸部に接続され、かつ三つのトランスデューサが上腕、撓骨、および頸動脈に接続された。全てのチャネルのサンプルレートは１０００Ｈｚであった。検査は温度管理室（２２℃）で実行された。記録前に、自動スフィンゴマノメータで、血圧を測定した。
【０２１４】
記録プロトコルは、次の熱刺激の期間、すなわち室温で３分、２５℃で４分、５℃で２分、および２５℃で１０分を含んだ。各刺激は、それぞれの温度の水を含む浴に、被験者が右手首を浸けることよって、加えられた。
【０２１５】
各被験者について、次のパラメータ、すなわちＴ１（上腕−撓骨経過時間）、Ｔ２（ＱＲＳ−頸動脈経過時間）、三つの振幅パラメータ（各動脈および心拍数に一つずつ）を抽出した。
【０２１６】
図１８ａ〜ｃは検査結果を示し、ここでプロトコルのステップ間の移行はプロトコルｔ＝３、７、および９分における垂直破線によって示される。
【０２１７】
図１８ａは、ｍｓ単位で測定した二つの経過時間パラメータＴ１（青線）およびＴ２（赤線）の変化を示す。図示するように、回復中にＴ１およびＴ２は両方とも回復し、それらの当初の（ベースライン）値を超えて増加し続け、上で詳述したように、正常な内皮機能を示唆する。
【０２１８】
図１８ｂは、ベースライン値の百分率として測定された、三つの振幅全ての変化を示す。全ての振幅の減分は低温期間中（７＜ｔ＜９分）に観測される。図示するように、頸動脈で測定されたパルスの振幅の減分は、上腕および撓骨動脈で測定された振幅の減分より目立たない。回復中に、全ての振幅は増分を示し、頸動脈で測定されたパルスの振幅の増分はより顕著であり、ベースラインより約５０％高い値に達する。振幅上腕および撓骨動脈で測定されたパルスの振幅の増分はそれほど目立たず、ベースラインより約１０〜２０％下に達する。
【０２１９】
図１８ｃは、ビット／分単位で測定された心拍数を示す。低温期間中（７＜ｔ＜９分）に明らかなピークが観察され、交感神経作用の増加を示唆する。室温から２５℃への）第一移行中に、微小の心拍数の増分も観測された。図１８ｃに示すように、心拍数は、第二回復期間中（９＜ｔ＜１９分）にそのベースライン値を回復した。
【０２２０】
わかりやすいように個別の態様として説明した本発明のいくつかの特徴を１つの態様に組み合わせて提供できることは理解されるだろう。逆に、簡潔に説明するために１つの態様として説明した本発明の様々な特徴を個別に提供するか、一部を適当に組み合わせて提供することもできる。
【０２２１】
本発明をその特定態様に関して説明したが、多くの代替、変更および変形態様が当業者にとって明白であることは明らかである。したがって、特許請求の範囲の精神およびその広い範囲に包含されるそれらの代替、変更および変形態様は、全て本発明に包含されるものとする。本明細書で言及した刊行物、特許および特許出願は全て、具体的かつ個別的な表示の有無にかかわらず、参照により完全な形で本明細書に組み込まれるものとする。また、本願で行う参考文献の引用および記載は、当該参考文献を本発明に対する先行技術として利用できるとの自認ではないと解釈されるものとする。
【図面の簡単な説明】
【０２２２】
【図１】本発明の好適な実施形態に係る、内皮依存性血管作用を決定する非侵襲的方法のフローチャート図である。
【図２】ほぼ一定のヤング率を想定して、動脈の半径の変化の関数としての圧力関連信号の二つのピーク間の経過時間の相対的変化の理論的推定を示す。
【図３】本発明の好適な実施形態に係る、被験者の内皮依存性血管作用を決定する別の方法のフローチャート図である。
【図４】本発明の好適な実施形態に係る、被験者の内皮依存性血管作用を決定するためのシステムの略図である。
【図５】本発明の好適な実施形態に係る、圧力関連信号を感知し伝送するためのトランスデューサの略図である。
【図６】約１Ｈｚの入力信号に対するトランスデューサの応答を示す。
【図７】本発明の好適な実施形態に係る、データ解析手順のフローチャート図である。
【図８】図７の手順の代表的グラフ出力である。
【図９ａ】本発明の好適な実施形態に係る、複合刺激を含む比較検査の出力を示す。
【図９ｂ】本発明の好適な実施形態に係る、複合刺激を含む比較検査の出力を示す。
【図９ｃ】本発明の好適な実施形態に係る、複合刺激を含む比較検査の出力を示す。
【図９ｄ】本発明の好適な実施形態に係る、複合刺激を含む比較検査の出力を示す。
【図９ｅ】本発明の好適な実施形態に係る、複合刺激を含む比較検査の出力を示す。
【図１０】本発明の好適な実施形態に係る、熱的刺激試験で検査した一被験者の経過時間、標準偏差、および心拍変動性の相対的変化を示す。
【図１１ａ】ニトログリセリンによる治療中の経過時間および内皮依存性血管反応性の測定に対する横臥姿勢の影響を示す。
【図１１ｂ】ニトログリセリンによる治療中の経過時間および内皮依存性血管反応性の測定に対する横臥姿勢の影響を示す。
【図１２】ＵＳ測定によって正常な内皮機能を有すると診断された、被験者の仰臥位中の経過時間（図１２ａ）、標準偏差（図１２ｂ）、および振幅（図１２ｃ）を示す。
【図１３】ＵＳ測定によって正常な内皮機能を有すると診断された、被験者の座位中の経過時間（図１３ａ）、標準偏差（図１３ｂ）、および振幅（図１３ｃ）を示す。
【図１４】ＵＳ測定によって正常な内皮機能を有すると診断された、別の被験者の座位中の経過時間（図１４ａ）、標準偏差（図１４ｂ）、および振幅（図１４ｃ）を示す。
【図１５】図１５ａ〜ｃは、ＵＳ測定によって異常な内皮機能を有すると診断された、被験者の座位中の経過時間（図１５ａ）、標準偏差（図１５ｂ）、および振幅（図１５ｃ）を示す。
【図１６】ＵＳ測定によって正常な内皮機能を有すると診断された、被験者の仰臥位中の経過時間（図１６ａ）、標準偏差（図１６ｂ）、および振幅（図１６ｃ）を示す。
【図１７ａ−ｂ】正常な自律神経系作用および内皮機能障害を有する被験者（１７ａ）、ならびに異常な自律神経系作用および正常な上腕内皮機能を有する被験者（１７ｂ）の心拍数変動性解析の結果を示す。
【図１７ｃ−ｄ】正常な自律神経系作用および内皮機能障害を有する被験者（１７ｃ）、ならびに異常な自律神経系作用および正常な上腕内皮機能を有する被験者（１７ｄ）の心拍数変動性解析の結果を示す。
【図１７ｅ−ｆ】正常な自律神経系作用および内皮機能障害を有する被験者（１７ｅ）、ならびに異常な自律神経系作用および正常な上腕内皮機能を有する被験者（１７ｆ）の心拍数変動性解析の結果を示す。
【図１７ｇ−ｈ】正常な自律神経系作用および内皮機能障害を有する被験者（１７ｇ）、ならびに異常な自律神経系作用および正常な上腕内皮機能を有する被験者（１７ｈ）の心拍数変動性解析の結果を示す。
【図１８】寒冷昇圧試験中の二つの経過時間パラメータ（図１８ａ）、三つの振幅パラメータ（図１８ｂ）、および心拍数（図１８ｃ）の変化を示す。
【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９ａ】
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【図９ｂ】
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【図９ｃ】
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【図９ｄ】
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【図９ｅ】
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【図１０】
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【図１１ａ】
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【図１１ｂ】
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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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【図１６】
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【図１７ａ−ｂ】
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【図１７ｃ−ｄ】
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【図１７ｅ−ｆ】
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【図１７ｇ−ｈ】
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【図１８】
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