(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
胎盤から胎児へと向かう静脈の血流速度と、前記胎児から前記胎盤へと向かう動脈の血流速度を測定する測定手段と、
前記測定手段の測定した前記静脈の血流速度と前記動脈の血流速度とに基づいて、エネルギー変化量を演算する演算手段と、
前記エネルギー変化量に基づいて、前記胎児の分娩時期を予測する判断手段と、を有することを特徴とする検査装置。
【請求項２】
前記測定手段は、前記動脈と前記静脈の血流に対して超音波を照射し、ドプラ効果に基づいて前記血流速度を検出する超音波プローブを有することを特徴とする請求項１に記載の検査装置。
【請求項３】
前記判断手段は、前記演算手段が演算したエネルギー変化量が、その平均値に対して２倍以上に変化したときは、前記分娩時期が到来したと判断することを特徴とする請求項１又は２に記載の検査装置。
【請求項４】
前記判断手段は、前記演算手段が演算したエネルギー変化量が周期的に上下を繰り返したときは、分娩が進行していると判断することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の検査装置。
【請求項５】
前記判断手段は、前記エネルギー変化量に基づいて、正常妊娠、子宮内胎児発育遅延妊娠、妊娠高血圧症候群のいずれかであることを判断することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、胎児の分娩時期を精度良く予測できる検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
周産期管理における胎児評価法は多岐にわたる。その中でも超音波を用いた検査は、母体や胎児に対して非侵襲的であり、得られる情報量が比較的多いため、胎児心拍数モニタリングとならび胎児評価の中心となっている。ここで、胎児の臍帯血流速度を測定して行う胎児評価は、超音波断層装置を用いて行うUmbilical Artery Resistance Index (以下ＵＡ−ＲＩと表記)等に代表されるように、特異度が高い反面,敏感度が低いことから、僅かな例を除き日常診断に用いられることは比較的少ない。又、カラー・パルスドップラー装置を使って、母体両側の子宮動脈血流波形計測をおこない、子宮への血液の流れ具合を測定して、胎児の発育具合を調べる試みもあるが、一般的でない。
【０００３】
これに対し非特許文献１、２には、流体力学を応用して、臍帯動静脈両端の血流エネルギーの変化量を測定することで、正常妊娠、子宮内胎児発育遅延妊娠、妊娠高血圧症候群を判別できる手法が開示されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】日野勝彦、宗像正寛「臍帯動静脈血流エネルギー測定による胎児評価の可能性」、福島県立病院医学研究誌第１７巻、平成１３年
【非特許文献２】日野勝彦、宗像正寛「臍帯動静脈血流エネルギー測定による胎児評価の可能性（第２報）（胎盤内血管構築モデル及び臍帯血管内皮細胞の長短軸比による）」、福島県立病院医学研究誌第１８巻、平成１４年
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
非特許文献１、２の技術は、生体検査では通常用いられることがなかった流体力学を適用することで、従来とは異なる視点で胎児の状態を判別できる画期的なものである。本発明者は、非特許文献１、２の技術について鋭意研究を重ね、新たな知見にて分娩時期を予測できる技術を見出した。
【０００６】
本発明は、かかる従来技術の課題に鑑みてなされたものであり、従来技術では推定が難しかった分娩時期を精度良く予測できる検査装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の検査装置は、
胎盤から胎児へと向かう静脈の血流速度と、前記胎児から前記胎盤へと向かう動脈の血流速度を測定する測定手段と、
前記測定手段の測定した前記静脈の血流速度と前記動脈の血流速度とに基づいて、エネルギー変化量を演算する演算手段と、
前記エネルギー変化量に基づいて、前記胎児の分娩時期を予測する判断手段と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、前記演算手段が、前記測定手段の測定した前記動脈の血流速度と前記静脈の血流速度とに基づいてエネルギー変化量を演算するので、その結果に基づいて分娩時期を精度良く予測できる。
【０００９】
更に前記測定手段は、前記動脈と前記静脈の血流に対して超音波を照射し、ドプラ効果に基づいて前記血流速度を検出する超音波プローブを有するので、簡便で非侵襲的な検査であるから母体及び胎児の保護を図れる。
【００１０】
更に前記判断手段は、前記演算手段が演算したエネルギー変化量が、その平均値に対して２倍以上（好ましくは３倍以上）に変化したときは、前記分娩時期が到来したと判断することができる。尚、「分娩時期」とは、ここでは分娩第１期（開口期）をいうものとする。分娩第１期（開口期）は、潜伏期と活動期に分けることができる。潜伏期は子宮頚管の短縮が起こり、子宮口の開大が始まる分娩初期段階である。潜伏期の長さは、種々の因子の影響を受けて変わりやすく一定しない。また妊婦本人に自覚できないことも多いことから、分娩第１期が到来したことを客観的に判断する手法が望まれていた。これに対し、本発明により求めたエネルギー変化量を用いれば、定量的に分娩第１期が到来したと判断でき、速やかに入院などの措置が執れる。これにより、分娩施設入院前の早期破水、及び分娩施設への緊急搬送中における分娩設備が不足した救急車等内での危険分娩などを回避でき、妊婦の精神的な負担が軽減され、また産科医師や看護師などの対応スケジュールを立てやすくなり、分娩施設側の負担も抑えることができる。
【００１１】
更に前記判断手段は、前記演算手段が演算したエネルギー変化量が周期的に上下を繰り返したときは、分娩が進行していると判断することができる。尚、「分娩が進行している」とは、ここでは分娩第１期から分娩第２期（娩出期）へと移行することをいうものとする。例えば、分娩が始まった後にエネルギー変化量が増加しない場合には、胎児は酸素負債が過剰になりすぎて酸素負債の解消を行えず、胎児機能不全に陥っている可能性があるため、必要に応じて緊急帝王切開などの処置を執ることも可能になる。
【００１２】
更に、前記判断手段は、前記エネルギー変化量に基づいて、正常妊娠、子宮内胎児発育遅延妊娠、妊娠高血圧症候群のいずれかであることを判断することができる。その判断手法は、非特許文献１，２に詳細に示されている。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本実施の形態の検査装置を、胎児胎盤循環器系と共に示す図である。
【図２】図１の胎児胎盤循環器系を模式化した回路図である。
【図３】血管内の血流の微小時間ｄｔ後における速度変化を示す図である。
【図４】血管の微小部分に働く力の関係を示す図である。
【図５】血管の微小部分に重力が作用する状態を説明するための図である。
【図６】妊婦Ａに仰臥位安静の体位をとらせた上で本実施の形態の検査装置を用いて超音波測定を行い、その結果得られたエネルギー変化量を縦軸に取り、妊娠週数を横軸にとって示すグラフである。
【図７】妊婦Ｂに仰臥位安静の体位をとらせた上で本実施の形態の検査装置を用いて超音波測定を行い、その結果得られたエネルギー変化量を縦軸に取り、妊娠週数を横軸にとって示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図面を参照して、本実施の形態について説明する。図１は、本実施の形態の検査装置を、胎児胎盤循環器系と共に示す図である。胎児の酸素供給は胎盤に依存しており、酸素が有効に利用される為には、血流シャントの存在が必要になる。図１において、胎盤ＰＬで酸素化された胎児血液は、臍帯静脈ＵＣＶを介して胎児内へと進入し、更に静脈管ＡＶから下大静脈ＵＶを介して胎児の心臓ＨＴの右房ＲＡに入り、卵円孔ＥＨを経て左房ＬＡに流入し、左室ＬＲを経て、不図示の大動脈を通って胎児の脳や上半身或いは下半身へと運ばれる。
【００１５】
一方、酸素含有量の低い胎児血液は、大静脈から心臓ＨＴの右房ＲＡに入り、右室ＲＲを経て大動脈ＡＲを通り、臍帯動脈ＵＣＡを介して胎児外へと排出され、胎盤ＰＬへと戻るようになっている。
【００１６】
胎盤ＰＬは、胎児成分である絨毛が、母体成分である絨毛間腔に浮いた状態の臓器である。ここでは、母体胎児間の物質交換が行われるだけでなく、ホルモンや酵素を始め多くの物質が生産される。また胎盤ＰＬは免疫的バリアとしての役割をも担っている。つまり、臍帯動脈ＵＣＡを介して流れる胎児血液は、胎盤ＰＬ内で所定のエネルギー消費が行われるものと解釈できる。
【００１７】
本実施の形態にかかる検査装置は、超音波プローブＳＷＰと、超音波プローブＳＷＰに接続された装置本体ＤＢと,結果を表示するモニタＭＮとを有する。装置本体ＤＢはパソコン等を用いることができる。超音波プローブＳＷＰは複数の圧電振動子を有し、これら複数の圧電振動子は、装置本体ＤＢが有する送受信部から供給される駆動信号に基づき超音波ＳＷを発生する。また、超音波プローブＳＷＰが有する複数の圧電振動子は、臍帯静脈ＵＣＶ及び臍帯動脈ＵＣＡ内を流れる胎児血流からの反射波を受信して電気信号に変換する。かかる電気信号は、装置本体ＤＢに入力され、その内部の演算部にて後述するように演算された後、判断部にて判断される。判断結果は、モニタＭＮに表示される。超音波プローブと演算部とで演算手段を構成し、判断部が判断手段を構成する。
【００１８】
超音波プローブＳＷＰを、母体の外部から臍帯静脈ＵＣＶ（実線位置:図２の検査面（１））又は臍帯動脈ＵＣＡ（点線位置:図２の検査面（２））に対向するように配置して、パルス状の超音波ＳＷを発振させると、出射された超音波ＳＷは、臍帯静脈ＵＣＶ又は臍帯動脈ＵＣＡ内で移動している胎児血流で反射され、反射波信号として超音波プローブＳＷＰが有する複数の圧電振動子にて受信される。このとき、反射波信号がドプラ効果により、胎児血流の超音波送信方向に対する速度成分に依存して周波数偏移を受けるので、これを装置本体ＤＢ内の演算手段で演算することで、それぞれ血流速度を求めることができる。このような超音波プローブＳＷＰは、例えば特開２０１４−２０７９７９号公報に記載されているものを用いることができるが、それに限られない。
【００１９】
図２は、図１の胎児胎盤循環器系を模式化した回路図である。図２において、胎児心臓ＨＴから脈動流として送出された血液は、臍帯動脈ＵＣＡを介して胎盤ＰＬへと送られ、ここで物質交換が行われることでエネルギーを損失した血液は定常流となり、臍帯静脈ＵＣＶを介して胎児心臓ＨＴへと戻り、そして胎児心臓ＨＴの拍動により再び脈動流として送出されるようになっている。本発明者は、図２の閉回路に基づいて、胎児胎盤循環器系においても自然法則に従うエネルギー変換が行われており、よって流体力学を応用できるのではないかと思い至ったのである。
【００２０】
本発明者は、胎児胎盤循環器系を流れる血液の微小部分を、ニュートンの第２法則で表せないか検討した。図３に示すように血管の微小部分をとったとき、ある位置ｓでの血液の時刻tの速度をＶ(ｓ,ｔ)とすると、それから距離ｄｓだけ離れた位置での時刻（ｔ＋dt）後の速度は、Ｖ(ｓ＋ｖdt,t＋dt)となる。従って、微小時間dtにおける血液の速度変化ｄＶは、以下のようになる。
ｄＶ＝Ｖ(s＋ｖdt,t＋ｄｔ)−Ｖ(ｓ,ｔ)      （１）
【００２１】
（１）式をテーラー展開して、１次量までとると、
ｄＶ＝(∂Ｖ／∂ｔ)ｄｔ＋(dＶ／ds)Ｖdt      （２）
となるから,血管の微小部分における速度変化、すなわち流れの方向の加速度は，以下の式で表せる。
ｄＶ／ｄｔ＝∂Ｖ／∂ｔ＋Ｖ(∂Ｖ／∂ｓ)      （３）
【００２２】
一方、血管の微小部分に働く力としては、体積力と面積力とがあり、後者は圧力ｐと剪断応力ｒとからなっている。従って微小部分全体に働く力としては以下のものがあり、これらは図４に示すように流れの方向と一致している。但し、ｄＡは微小部分の断面積であり、ｄｌは血管内周長さであり、ρは血液の密度であり、Ｋは外力とする。
圧力ｐ：pdA−｛p＋(∂p／∂s)dｓ｝dA
せん断応力ｒ:τdｓdｌ
体積力：ρｄAdsＫ
【００２３】
ここで、血管の微小部分にニュートンの第２法則(運動方程式)を適用すると、（３）式を用いて以下のようになる。
pdA−｛p＋(∂p／∂s)dｓ｝dA＋ρｄAdsＫ−τdｓdｌ
＝ρｄAds｛（∂Ｖ／∂ｔ）＋Ｖ(∂Ｖ／∂ｓ)｝          （４）
【００２４】
（４）式を整理して、以下の（５）式を得る。（５）式が運動方程式の一般形である。
∂Ｖ／∂ｔ＋Ｖ(∂Ｖ／∂ｓ)＝−（１／ρ）（∂ｐ／∂ｓ)＋Ｋ−（τ／ｐ）（ｄｌ／ｄＡ）      （５）
【００２５】
体積力が重力であるとすると、図５に示す座標系で下方向を重力加速度方向としたとき、以下の式が成立する。但し、ｇは重力加速度、θは血管の重力加速度方向に対する傾き角、ｄｙは重力加速度方向の距離、ｄｓは血管に沿った方向の距離である。
Ｋ＝−ｇｓｉｎθ＝−ｇ（ｄｙ／ｄｓ）      （５）
【００２６】
よって、（５）式の運動方程式は以下のように表せる。
∂Ｖ／∂ｔ＋Ｖ(∂Ｖ／∂ｓ)＝−（１／ρ）（∂ｐ／∂ｓ)−ｇ（ｄｙ／ｄｓ）−（τ／ｐ）（ｄｌ／ｄＡ）      （６）
【００２７】
これを流線に沿って単位面積につき、図２の検査面（１）から検査面（２）まで積分すると、以下の式を得る。
∫(∂Ｖ／∂ｓ)ｄｓ＋（1／2）（Ｖ22−Ｖ12）＋（１／ρ）（p1−p2）＋ｇ（ｙ2−y1）＋∫（τ／ρ）（dl／ｄＡ）ｄｓ＝０      （７）
【００２８】
（７）式の各項は、以下の意味を持つ。
第１項∫(∂Ｖ／∂ｓ)ｄｓ：脈動加速度による慣性エネルギー損失量
第２項（1／2）（Ｖ22−Ｖ12）：運動エネルギー損失量
第３項（１／ρ）（p1−p2）：圧力エネルギー損失量
第４項ｇ（ｙ2−y1）：位置エネルギー損失量
第５項∫（τ／ρ）（dl／ｄＡ）ｄｓ：剪断応力に起因する粘性損失によるエネルギー損失量
【００２９】
ここで、胎児胎盤循環器系に流体力学を適用するために、レイノルズ数を5000以下、周波数パラメータを0.1以下と設定すると、脈動によるエネルギー損失量の変化は１０％以下であり、また位置エネルギーと単位体積あたりの密度は検査面（１），（２）で同じであるとみなせるから、（７）式は以下のようになる。
（1／2）（Ｖ22−Ｖ12）＝（１／ρ）（p1−p2）＋∫（τ／ρ）（dl／ｄＡ）ｄｓ      （８）
【００３０】
更に、臍帯動脈の流入エネルギーをE1、臍帯静脈の流出エネルギーをE2とすると、
胎盤におけるエネルギー変化量（ｋｃａｌ／ｋｇ）＝Ｅ1−Ｅ2＝（Ａ／２ｇ）×（Ｖ22−Ｖ12）
胎盤におけるエネルギー変化率＝（Ｅ1−Ｅ2）／Ｅ1
と表せる。ここで、
Ａ：１／Ｊ＝仕事の熱当量
ｇ：重力加速度
Ｖ1：臍帯動脈における血流の平均速度
Ｖ2：臍帯静脈における血流の平均速度
である。以上の演算は、装置本体ＤＢの演算部で行える。
【００３１】
一方、胎児の子宮内での状態を評価する際に一般的に用いる血流インデックスであるＵＡ−ＲＩ（Resistance Index）の値を、ｆ（ＵＡ−ＲＩ）とすると、以下の式で表せる
ｆ（ＵＡ−ＲＩ）＝（Ｓ−Ｄ）／Ｓ      （９）
但し、
収縮期最高血流速度：Ｓ（ｍ／ｓｅｃ）
拡張期末期血流速度：Ｄ（ｍ／ｓｅｃ）
収縮期血液密度:ＭＳ（Ｋｇ／ｍ3）
拡張期末期血流速度:ＭＤ（Ｋｇ／ｍ3）
である。
【００３２】
血液密度は０でなく且つ収縮期も拡張末期もＭＳ≒ＭＤとして密度変化を無視すれば、（９）式の右辺の分母と分子に、収縮期血液密度：ＭＳと拡張末期血流速度：ＭＤを乗じて、
ｆ（ＵＡ−ＲＩ）＝（Ｓ×ＭＳ−Ｄ×ＭＤ）／（Ｓ×ＭＳ）      （１０）
を得る。
【００３３】
（１０）式の両辺に、（Ｓ×ＭＳ）を乗じても等価であるから、以下の式を得る。
（Ｓ×ＭＳ）×ｆ（ＵＡ−ＲＩ）＝（Ｓ×ＭＳ−Ｄ×ＭＤ）      （１１）
但し（Ｓ×ＭＳ）≠０
【００３４】
ここで、（１１）式の右辺は測定点における血液単位体積当たりの運動量の変化を表すことから、左辺は胎児心臓が血液単位体積に与える運動量を表す。これに対し、本発明で用いるエネルギー変化量は（８）式で与えられるものであり、（８）式の右辺第１項は、臍帯動脈から臍帯静脈までの圧力勾配によるエネルギー変化量であり、右辺第２項は、臍帯動脈から臍帯静脈までの血液粘性と血管内皮細胞の間で生じるせん断応力によるエネルギー変化量を表している。
【００３５】
よって、（８）式の右辺第１項は胎児の心機能の評価に用いることが出来、特に右辺第２項は胎盤のエネルギー変換器としての評価につながると考えられる。ＵＡ−ＲＩに関する（９）式から得られる運動量と、本発明で用いたエネルギー変化量とは、微分と積分の関係にあるといえる。すなわち検査面における運動量の変化を血液流入検査面である臍帯動脈から、血液流出検査面である臍帯静脈まで積分するとそれが全体のエネルギー変化量となる。
【００３６】
従来のＵＡ−ＲＩによる評価では測定点が１点であり、胎盤におけるエネルギー消費量の変動については評価外であった。本発明者は、鋭意研究の結果、分娩に当たり子宮が収縮することに伴って胎児に酸素負債が生じ、これを補うために胎盤において大きなエネルギー消費活動が行われるのではないかと考えた。実際に、臍帯動脈と臍帯静脈の血流測定を行ってみると、妊娠の安定期ではエネルギー変化量はほぼ一定で安定しているものの、分娩の直前で急激に上昇することが分かった。かかる事象から本発明者は、超音波プローブＳＷＰを用いて、検査面（１）、（２）における血流速度Ｖ1、Ｖ2を測定することで、装置本体ＤＢの演算手段が胎盤におけるエネルギー変化量及びエネルギー変化率を演算し、その値に基づいて分娩時期を精度良く判断することができる本発明に思い至ったのである。かかる判断は、装置本体ＤＢの判断部で行うことができる。
【００３７】
以下、本発明者が行った検査結果を説明する。図６は、妊婦Ａに仰臥位安静の体位をとらせた上で本実施の形態の検査装置を用いて超音波測定を行い、その結果得られたエネルギー変化量を縦軸に取り、妊娠週数を横軸にとって示すグラフであるが、変極点ＣＰから横軸の目盛りが変わっている。尚、図において、＄＄Ｗ＆Ｄとは＄＄週＆日目を表している（図７においても同じ）。
【００３８】
図６の検査結果によれば、３９週６日目まではエネルギー変化量は５〜１５Ｋｃａｌ／ｋｇの範囲（平均値約１０Ｋｃａｌ／ｋｇ）で安定していた。しかしながら、変極点ＣＰである３９週７日目にエネルギー変化量が３８Ｋｃａｌ／ｋｇと急激に増大し、このとき妊婦Ａは腹緊を感じた。エネルギー変化量の急激な上昇より、妊婦Ａに関して分娩時期が到来したと判断できたので、出産のため入院を行った。その後、適宜超音波測定を行って求めたエネルギー変化量は、直近の値に対して±５７％〜７６％の振れ幅で上下動を繰り返しており、これは胎児の酸素負債が十分に解消されていることを示していた。これにより妊婦Ａにおいては正常な分娩が可能であることが分かり、スムーズに胎児娩出に至ったものである。
【００３９】
図７は、妊婦Ｂに仰臥位安静の体位をとらせた上で本実施の形態の検査装置を用いて超音波測定を行い、その結果得られたエネルギー変化量を縦軸に取り、妊娠週数を横軸にとって示すグラフであるが、変極点ＣＰから横軸の目盛りが変わっている。
【００４０】
図７の検査結果によれば、３８週０日目まではエネルギー変化量は１．６〜３Ｋｃａｌ／ｋｇの範囲（平均値約２．５Ｋｃａｌ／ｋｇ）で安定していた。しかしながら、変極点ＣＰである４０週６日目にエネルギー変化量が１０Ｋｃａｌ／ｋｇと急激に増大し、このとき妊婦Ｂは腹緊を感じた。エネルギー変化量の急激な上昇、妊婦Ｂに関して分娩時期が到来したと判断できたので、出産のため入院を行った。その後、適宜超音波測定を行って求めたエネルギー変化量は、直近の値に対して±６７％〜８８％の振れ幅で上下動を繰り返しており、これは胎児の酸素負債が十分に解消されていることを示していた。これにより妊婦Ｂにおいては正常な分娩が可能であることが分かり、スムーズに胎児娩出に至ったものである。
【００４１】
本発明は、以上の実施の形態に限られない。例えば、臍帯静脈ＵＣＶ及び臍帯動脈ＵＣＡ内を流れる胎児血流を、超音波を用いて測定しているが、これに限られることはない。又、本発明の検査装置によれば、エネルギー変化量を用いることで、例えば非特許文献１，２に詳細に示されている手法に従い、正常妊娠、子宮内胎児発育遅延妊娠、妊娠高血圧症候群のいずれかであることを判断することもできる。
【符号の説明】
【００４２】
ＡＲ            大動脈
ＡＶ            静脈管
ＤＢ            装置本体
ＥＨ            卵円孔
ＨＴ            胎児心臓
ＬＡ            左房
ＬＲ            左室
ＭＮ            モニタ
ＰＬ            胎盤
ＲＡ            右房
ＲＲ            右室
ＳＷ            超音波
ＳＷＰ            超音波プローブ
ＵＣＡ            臍帯動脈
ＵＣＶ            臍帯静脈
ＵＶ            下大静脈
【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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