(57)【要約】心臓の健康測定のためにハードウェアおよびソフトウェア方法論を記載する。対象についてさまざまに取得される血行動態波形が、重複隆起にわたる二つのドメインにおいて二つのドメインで固有周波数を計算し、または近似するために分析される。固有周波数は、対象の心臓の健康状態と相関するメトリックス/尺度を提供する。システムは、状態を監視する、および/または診断するために使用されうる。模範的な使用には、不整脈、熱障害、心房細動、動脈瘤、血管狭窄または大動脈弁機能障害の存在、および弁置換術、および/またはうっ血性心不全の進行を監視するための必要性を識別（診断）することが、そのような任意の状態についての毎日のテストに関連して入院のための緊急な必要性を識別することと共に含まれる。
2015506740.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象の血行動態波形を取得および解析するためのシステムであって、
光スキャナであり、血行動態波形に対応する信号を捕捉するように適合されるスキャナ、および
有線または無線接続によってスキャナに接続される少なくとも一つのコンピュータプロセッサ
を含み、コンピュータプロセッサは、血行動態波形のために信号を受け取り、信号を用いて重複隆起を定め、波形のために重複隆起のそれぞれの側の第一および第二固有周波数（ω1、ω2）を計算し、および固有周波数の結果に対応する信号を出力するように適合される、システム。
【請求項２】
対象の血行動態波形を取得および解析するためのシステムであって、
超音波スキャナであり、血行動態波形に対応する信号を捕捉するように適合されるスキャナ、および
有線または無線接続によってスキャナに接続される少なくとも一つのコンピュータプロセッサ
を含み、コンピュータプロセッサは、血行動態波形のために信号を受け取り、信号を用いて重複隆起を定め、波形のために重複隆起のそれぞれの側の第一および第二固有周波数（ω1、ω2）を計算し、および固有周波数の結果に対応する信号を出力するように適合される、システム。
【請求項３】
対象の血行動態波形を取得および解析するためのシステムであって、
トノメリックスキャナであり、血行動態波形に対応する信号を捕捉するように適合されるスキャナ、および
有線または無線接続によって、スキャナに接続される少なくとも一つのコンピュータプロセッサ
を含み、コンピュータプロセッサは、血行動態波形のために信号を受け取り、信号を用いて重複隆起を定め、波形のために重複隆起のそれぞれの側の第一および第二固有周波数（ω1、ω2）を計算し、および固有周波数の結果に対応する信号を出力するように適合される、システム。
【請求項４】
対象の血行動態波形を取得および解析するためのシステムであって、
マイクロ波スキャナであり、血行動態波形に対応する信号を捕捉するように適合されるスキャナ、および
有線または無線接続によってスキャナに接続される少なくとも一つのコンピュータプロセッサ
を含み、コンピュータプロセッサは、血行動態波形のために信号を受け取り、信号を用いて重複隆起を定め、波形のために重複隆起のそれぞれの側の第一および第二固有周波数（ω1、ω2）を計算し、および固有周波数の結果に対応する信号を出力するように適合されるシステム。
【請求項５】
プロセッサはさらに、血行動態波形のために瞬時周波数曲線を計算するように適合され、および重複隆起は瞬時周波数曲線から定められる、請求項1-4のいずれかのシステム。
【請求項６】
プロセッサはさらに、血行動態波形のために二次導関数波形を計算し、および重複隆起が二次導関数波形からのものであると定めるように適合される、請求項1-4のいずれかのシステム。
【請求項７】
結果には、ω1、ω2およびΔωが含まれる、請求項1-4のいずれかのシステム。
【請求項８】
結果には、対象の健康状態の指標が含まれる、請求項1-4のいずれかのシステム。
【請求項９】
指標は入院のためのアラート（警告）である、請求項8のいずれかのシステム。
【請求項１０】
コンピュータ読み取り可能媒体であり、そこにおいて命令が保存されており、実行されたとき、一以上のプロセッサに、
血行動態波形に対応する入力信号を受け取らせ、
入力信号を使用して重複隆起を定めさせ、
波形のために重複隆起のそれぞれの側の第一および第二固有周波数を計算させ、および
固有周波数に対応する信号を出力させる、媒体。
【請求項１１】
信号を解析するコンピュータ履行方法であって、次の、
対象のために血行動態波形データを入力することであり、波形には重複隆起が含まれること、
分析用に信号を第一および第二セクションに分かつために波形において重複隆起の位置を定めること、
第一および第二固有周波数（ω1、ω2）を定めることによって波の第一および第二セクションの各々を分析することであり、そこでは、各固有周波数は瞬時周波数曲線のすべての周波数のために最も高いエネルギーを伴う周波数の位置または近くであること、および
解析の結果を出力すること
を含む、方法。
【請求項１２】
結果には、ω1、ω2およびΔωが含まれる、請求項11のコンピュータ履行方法。
【請求項１３】
結果には、対象の健康状態の指標が含まれる、請求項11のコンピュータ履行方法。
【請求項１４】
対象はヒト対象である、請求項13のコンピュータ履行方法。
【請求項１５】
指標は心房細動の診断である、請求項14のコンピュータ履行方法。
【請求項１６】
指標は心不全の診断である、請求項14のコンピュータ履行方法。
【請求項１７】
指標は大動脈弁機能障害の診断である、請求項14のコンピュータ履行方法。
【請求項１８】
指標は動脈疾患の診断である、請求項14のコンピュータ履行方法。
【請求項１９】
動脈疾患は、動脈瘤、狭窄症および高血圧症から選ばれる、請求項18のコンピュータ履行方法。
【請求項２０】
指標は不整脈の診断である、請求項14のコンピュータ履行方法。
【請求項２１】
指標は入院のためのアラートである、請求項14のコンピュータ履行方法。
【請求項２２】
波形は、動脈圧力波、壁面変位波およびフローまたは速度波から選ばれる、請求項11のコンピュータ履行方法。
【請求項２３】
対象を監視するために定期的に繰り返される、請求項11のコンピュータ履行方法。
【請求項２４】
さらに、対象のために少なくとも一つのω1、ω2およびΔωを、対象のために少なくとも一つのω1、ω2およびΔωの歴史的結果と比較することを含む、請求項23のコンピュータ履行方法。
【請求項２５】
さらに、対象のために少なくとも一つのω1、ω2およびΔωを、ω1、ω2およびΔωの非対象の値と比較することを含む、請求項11のコンピュータ履行方法。
【請求項２６】
対象のための結果は記録される、請求項11のコンピュータ履行方法。
【請求項２７】
波形データはセンサから入力され、および方法は対象を走査することを含む、請求項11のコンピュータ履行方法。
【請求項２８】
センサは、超音波、マイクロ波、光およびトノメリックセンサから選ばれるタイプである、請求項26のコンピュータ履行方法。
【請求項２９】
さらに、血行動態波形のために瞬時周波数曲線を計算することを含み、およびそこでは重複隆起は瞬時周波数曲線から定まる、請求項11のコンピュータ履行方法。
【請求項３０】
さらに、血行動態波形のために二次導関数波形を計算することを含み、およびそこでは重複隆起は二次導関数波形から定まる、請求項11のコンピュータ履行方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願．本出願は、2011年12月22日付け出願の米国仮特許出願シリアル番号第61/579456号、2012年10月22日付け出願の第61/717008号、2012年12月20日付け出願の第61/739880号の利益を主張し、それらの各々をここに参照することによりそのまま組み込む。
【０００２】
分野．この出願は血行動態波形解析に関する。
【０００３】
背景
【０００４】
心血管疾患（CVDs）は米国において毎年死者の3名の約1名についての根本的な原因である。同様に、米国成人の約34％は、一以上のタイプのCVDを患っている。2010年に、CVDsの直接的および間接的な合計費用はおよそ5030億ドルであった。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
間違いなく、CVDsを診断および監視するための新しい方法および装置を開発することが急務である。診断は早期介入および治療を可能にする。監視は、行動療法および緊急入院、病的状態および/または死の必然性につながる急性事象の予測/回避のそれぞれに有用なツールである。これらの必要性（ニーズ）を満たすための新しい方法および装置は、有利には医学的合併症を減らし、そして患者（受動体）の快適性を高めるために非侵襲的測定法を採用する。理想的には、それらはまた、家庭環境において医療関係者および対象体により取り扱いが簡単なものでもある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
概略
【０００７】
本発明に関する実施形態には、装置およびシステム（例は、ここに参照されるセンサーハードウェアおよびコンピュータプロセッサおよび他の補助/支援エレクトロニクスおよび種々のハウジング要素の追加が含まれ）および方法であり、前述の必要性の若干またはすべてを満たすもの（それを実行するためのハードウェアおよびソフトウェアを含めて）が含まれる。そのような方法および装置は血行動態波形の解析のために適応している。
【０００８】
この波形は心臓の拍動ポンピング機構に由来する。血液のポンピングはコンプライアントな（しなやかな）大動脈および血管網へ圧力およびフロー波（流動波、flow waves）を送る。心臓によって生成された圧力およびフロー波は、コンプライアントな動脈の脈管構造において伝播する。これらの波は、動脈系に存在する様々な反射部位で反射される。この圧力および結果としての拡張波の強度および拍動性は、波が小血管に入り、そして最終的には毛細血管床に消えるにつれて低下する。そのため、波動力学は、上行、下行、および腹部大動脈などのような大血管の血行動態を支配する。
【０００９】
これらの波は、心臓、血管系および/または心臓および脈管構造のカップリングの健康または病気状態に関する情報を伝える。結果として、これらの波から情報を抽出することは、非常に重要な健康または病気状態についての決定を行う機会を提供する。
【００１０】
健康な心臓は、そのポンプ特性（心拍出量、一回拍出量）および脈管系の波動力学の間の微妙なバランスに基づいて動作する。この微妙なバランスは、たとえば、高血圧、心不全、または2型糖尿病などのような加齢、喫煙、または疾患状態のために損なわれることがある。ここでは、解析デバイス、システム、および方法は、診断、または重症度に関してそのような条件の格付けおよび/または対象の状態の監視を可能にする。
【００１１】
本主題のデバイス、システム、および方法は、異なる齢での、および種々の疾患状態の下での心臓および大動脈の間の損なわれたバランスの検出を可能にするインデックス/メトリック（指数/計量）を提供するために瞬時/固有周波数理論（instantaneous/intrinsic frequency theory）に基づいて波形のコンピュータ分析を採用する。デバイス、システム、および方法は、様々な検出および監視用途のために、圧力波、壁（面）変位波（wall displacement wave）または速度/フロー波（velocity/flow wave）（概して：血行動態波）の頻度を評価すること（evaluating_frequencies）を伴う。血行動態波形の固有〔または優位（ドミナント）〕周波数（振動数）は、好ましくは二以上の時間的領域（時間ドメイン）にわたり定められる。
【００１２】
これらのドメインのうちの少なくとも二つは、心周期を通した大動脈圧のグラフにおいて明らかなように、大動脈弁の閉鎖の前および後に対応する。このグラフは、任意の波形において小さなディップ（「インサイジャー」または「重複隆起（重拍切痕）」）を表示する。さらに、重複隆起を検出するデバイス、システム、方法が提供され、それらは特に、弁機能不全、そしてそれゆえに、弁の制限された閉鎖を患う対象に関連して有用である。
【００１３】
血行動態波形の固有周波数（また、随意に優位周波数とも呼ばれる）は、特定の時間間隔の瞬時周波数（瞬間度数）（a specific time interval the instantaneous frequency）においてすべての周波数の中で最も高いエネルギー（または出力）を伴う周波数に対応する。本主題のデバイス、システムおよび方法には、これらの値を直接計算するための手段が含まれる。それらにはまた、以下に詳しく述べるように優位周波数（固有周波数）を推定する手段が含まれる。
【００１４】
しかし、ここでの実施形態において定められるように、血行動態波の形状だけ（キャリブレーションされていない波形）が波形の各部分のための固有/優位周波数を定めるために必要とされる。血行動態波（血行動態波群）の大きさは必要とされない。そのようなものとして、超音波、心エコー検査、心マイクロ波のような非侵襲的なハードウェアおよび方法論を測定のために使用することができる。さらに、測定システムの較正の必要性が回避される。このように、トノメリック（tonomeric）タイプセンサのハードウェアはまた、光学的および他のセンサデバイスであるので容易に採用され--これらのいずれのタイプのスキャナも、対象のデバイス、システム、および方法のために血行動態波形入力信号を提供するのに使用することができる。
【００１５】
しかしながら、ハードウェアが構成され、急性セッティングにおいては（プライマリケアの医師または専門家を伴うかどうかにかかわらず）、対象の方法論に従ってソフトウェアを動かすシステムは心房（性）細動（結果）または大動脈弁機能障害（不全）および外科的介入の必要性を検出するために使用することができる。あるいはまた、そのような装置は、高血圧のために投薬すること、またはうっ血性心不全（CHF）を監視することに関連する長期ケアの一部として（家庭内で日常的にまたはプライマリケアの医師により定期的に）モニタリングするために用いることができる。血行動態波形状態における変化を観察することにより、実施形態はまた、入院に先行するまたはそれを必要とする事象のタイプを予測することに有用でありうる。
【００１６】
また、ここでのデバイス、システム、および方法のバリエーションは、所定の波形の固有周波数が決定され、様々な他のアプリケーションを可能にする。これらには、拡張機能障害、心房細動、低心拍出量、大動脈弁閉鎖不全を判断すること、または一回拍出量、冠動脈疾患のリスク、冠動脈ステント留置後の再狭窄の予測（すべての圧力または血管壁の変位波形を介して）を近似すること、または速度波形介して僧帽弁逆流を判断することが含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
ここで提供する図面は、例および実施形態を例示し、そして場合によっては、明確にするために誇張および/または抽象化した若干の構成要素および特長と共に、概略的であり、および必ずしも縮尺で描かれていない。描かれた実施形態からの変形が考えられる。したがって、態様および図面中の要素の描写は、請求の範囲を制限することを意図するものではなく、このような意図が明確に記載されているときはその限りでない。
【図１】1Aおよび1Bは、ヒト循環系における心臓および大動脈の動的結合を図式的に示す。
【図２】2Aおよび2Bは、ここに記載したシステムの例示的な実施形態を示す。
【図３】3Aおよび3Bは、二体の若年成体の圧力波形およびそれらの計算されたIF値を示す。
【図４】4A-4Cは、三体の30-40年齢の成体の圧力波形およびそれらの計算されたIF値を示す。
【図５】5Aおよび5Bは、加齢成体および重症心不全を有する他のもののそれぞれの圧力波形を、それらの計算されたIF値と共に示す。
【図６】6Aは血行動態波形IFにおいて傾向をプロットし、6Bは、6AのIF値の違いをプロットする。
【図７】対象のIF値に関連付けられる可能性のある診断を提示する表である。
【図８】ここでの種々の方法オプションを示すプロセスフローチャートである。
【図９】9Aおよび9Bは、上行大動脈および伏在動脈の間の圧力波およびフロー波のそれぞれにおいて輪郭における特徴的な変化を示す。
【図１０】10Aはモデル化された圧力波形の一例であり、10Bはそれに関連する瞬時波形周波数を示す。
【図１１】11Aは対象の圧力波形の一例であり、その重複隆起は圧力波形から容易には区別可能でなく、11Bは波形の二次導関数を示す。
【図１２】12A-12Cは、定量化されたモデルの血行動態解析を示すパネルである。
【図１３】13A-13Cは、定量化されたモデルの血行動態解析を示すパネルである。
【図１４】14A-14Cは三つのブラインド試験例の圧力波形を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
詳細な記述
【００１９】
種々の例示的な実施形態を以下に説明する。言及は、これらの例に対して非制限的な意味で行われる。それらは、より一層広く適用可能な態様の発明の態様を例示するために提供される。記載された実施形態に対して種々の変形がなされてよく、および等価物がそれらの真の精神および範囲から離れることなく置換されうる。さらに、多くの修飾は、ここに作成された請求の範囲の目的（群、複数の意）、精神または範囲に対して特定の状況、材料、物質の組成、プロセス、プロセス行為（群）またはステップ（群）を適応させるために行うことができる。
【００２０】
そして、本発明の主題は、人体において健康な心臓・大動脈システムが、心臓のポンプ特性および大動脈（動脈）波動力学の間の精密なカップリング（結合）を表しているという事実に基づく。この最適なカップリングは、動脈疾患（例は、動脈硬化、加齢、高血圧）、心疾患（例は、心不全、冠動脈疾患）または他のマイナスの寄与（例は、喫煙）によって損なわれてしまう。
【００２１】
図1Aは、収縮期において結合された心臓・大動脈システム10を、大動脈弁開放（図示せず）および心臓12によって大動脈14中に圧送される血液と共に示す。そういうものとして、心臓および大動脈は、大動脈弁の閉鎖の前に結合された動的システムを構築する。図1Bに示すように、拡張期の間の弁閉鎖後に、心臓および大動脈システムは、第二のシステム状態10'において切り離される。大動脈波は各状態において含まれ、心臓動力学、動脈ネットワーク力学および心臓・大動脈カップリングについての情報を含む。
【００２２】
さらに詳細にここで記述するように、分析によるそのような情報の抽出は、固有（瞬時）周波数に基づいており、そして次のもののためのデバイス、システム、および方法を含む。すなわち、
圧力波形とは異なるCVDsの診断、
圧力波形からのCVDの重症度の評価、
壁の変位波形とは異なるCVDの診断、
壁の変位波形からのCVDの重症度の評価、
流動波形とは異なるCVDsの診断、
流動波形からCVDの重症度の評価、
圧力、壁の変位、および/または流動波形の組合せとは異なるCVDsの診断、および
圧力、壁の変位および/または流動波形のCVD形態の組合せの重症度の評価である。
データ分析の伝統的な方法は、定常および線形であるデータの仮定に基づく。フーリエ解析は、まさに典型的で、そしてしばしば使用される方法である。しかし、定常性および線形性の仮定は、動脈波のために保持されないことが知られている。それでも、スパースタイム-周波数表示（Sparse Time-Frequency Representation）（STFR）の新しい方法は、上記のこと、さらに他の方法および目標を達成するためにここに適用することができるように開発されている。
【００２３】
STFR法が採用され、それは、それが非線形データ解析のために適切であり、それがノイズの摂動の影響を受けにくく、より重要なことには、それが信号のいくつかの本質的な物理的特性を維持するからである。一般的STFR問題は次のように規定される。すなわち、以下のようである。
【数１】
2015506740.tif 000003
対象のデバイス、システム、および方法では、簡略化および修飾化したバージョンのSTFRが最小化によって採用されてよい。すなわち、以下のようである。
【数２】
2015506740.tif 000004
ここで、T0は、重複隆起のどちらかの側の二つのドメインにおいて固有の/優位な周波数（IF）値（ω1、ω2）を決定するためには、大動脈弁閉鎖（すなわち、チャートにした重複隆起）の時間である。 
【００２４】
さらに、IF値を近似することができ、そしてさらに対象の実施形態の精神および範囲内に入ることがあることは認識されるべきである。一例では、IF値は、式（1）の方法の瞬時周波数
2015506740.tif 000005
のグラフを用いて近似される。たとえば、ω1およびω2をそれ自体近似するために使用することができる可能性のある指標には、次の
2015506740.tif 000006
移行（transition）前の一定期間（大動脈弁が開放されるとき）にわたり
2015506740.tif 000007
を平均することによってω１を近似する
2015506740.tif 000008
、
2015506740.tif 000009
移行後の一定期間（大動脈弁が閉鎖されるとき）にわたり
2015506740.tif 000010
を平均することによってω２を近似する
2015506740.tif 000011
、
2015506740.tif 000012
移行前（大動脈弁が開放されるとき）の
2015506740.tif 000013
曲線の最大および最小値を平均することによってω１を近似する
2015506740.tif 000014
、
2015506740.tif 000015
移行後（大動脈弁が閉鎖されるとき）の
2015506740.tif 000016
曲線の最大および最小値を平均することによってω２を近似する
2015506740.tif 000017
、
2015506740.tif 000018
移行前（大動脈弁が開放されるとき）の
2015506740.tif 000019
曲線の極大の一つを誤用近似する（approximating abusing）
2015506740.tif 000020
、
2015506740.tif 000021
移行前（大動脈弁が開放されるとき）の
2015506740.tif 000022
曲線の極小の一つを用いてω１を近似する
2015506740.tif 000023
、
2015506740.tif 000024
移行後（大動脈弁が閉鎖されるとき）の
2015506740.tif 000025
曲線の極大の一つを誤用近似する
2015506740.tif 000026
、
2015506740.tif 000027
移行後（大動脈弁が閉鎖されるとき）の
2015506740.tif 000028
曲線の極小の一つを用いてω１を近似する
2015506740.tif 000029
が含まれる。
同様に、他の既知の時間-周波数分析、たとえば、経験的モード分解（EMD）方法〔Huang（ファン）へのUSPN6738734を参照、その全体を参照によりここに組み込む〕およびWavelet（ウェーブレット）法などのようなものによってIFを計算し、または近似することが可能である。
【００２５】
明らかなように、IF値を直接計算し、またはそれらを近似するために任意の/すべてのこのような計算のいずれも、コンピュータプロセッサの使用を要求する。以下でさらに説明するように、図3A-5Bは、圧力波形を例示し、それについてω1、ω2のIF値が計算されている。これらの計算は、印刷され刊行された圧力波形データおよび一般的コンピュータプロセッサで処理されたこのようなデータからコンピュータスキャンされた値を採用した。
【００２６】
図2Aおよび2Bは、そのような波形情報を取得し、および/またはそれを処理することが可能な例示的なシステムを示す。同じものに基づくIFの結果は、医師の評価のためにリアルタイムで生産および/または表示し、および/または医師または他の分析のモニタリングまたはその後の評価のためにログ（記録）することができる。代わりに、IF結果に基づく診断は、医学的に、または特別にかのいずれかでも訓練を受けてないユーザ（例は、家庭用または一般診療医師の場合のようなもの）のために、表示され、アラームがトリガーされるなどが可能である。それにかかわらず、「リアルタイム」が上記の関連で何を意味するかは、概して、それが算出およびデータ提示のためのデータ取得時点から約1秒以下を要することを意味し、より一層多くの場合、そのようなアクションは、遅らせることなく、本質的である。いずれの場合においても、対象の実施形態におけるリアルタイム活性は、そのような量のデータおよび計算の操作に関係し、それはタスクが実用的な人間の能力をはるかに超え、それによってコンピュータのプロセッサの使用が必要とされ。
【００２７】
いずれにしても、図2Aは概略的に、コンピュータベースのシステム100を示し、そこではスキャナ110には、血行動態波形測定値を取得するために信号112を送信および受信するためのオンボード電子機器が含まれる。そのような目的のために、マイクロ波センサ〔少なくとも血管変位（血管排出量）を測定するため〕および/または超音波センサ（いずれかまたは双方の血管膨張および血流速度/フローを測定するため）の使用がよく知られている。適切な公に利用可能なハードウェアの例には、GE LOGIQ Book Portable Ultrasound Machine（GE LOGIQブックポータブル超音波マシン）で採用されるものが含まれ、その技術は難なく対象デバイス、システム、および方法に適合される。適切なマイクロ波センサ技術は、Fletcher（フレッチャー）、RR、およびS Kulkarni（クルカルニ）の「Clip-on wireless wearable microwave sensor for ambulatory cardiac monitoring（歩行可能心臓モニタリングのためのクリップオンワイヤレスウェアラブルマイクロ波センサ）」、IEEE、2010．365-369．Web（ウェブ）．2012年2月3日に記述される。
【００２８】
スキャナの他のタイプも同様に使用することができる。これらには、トノメリック（tonomeric）および光学ユニットが含まれる。前者の場合、トノメリックセンサには、血行動態波形に基づく圧または壁変位に対応する電子信号を生成する力または圧力感知トランスデューサー（変換器）が含まれる。光学スキャナは、血行動態波形に相関する信号を生成するのに様々な任意の技術を具体化することができる。一実施形態では、光学スキャナには、赤外線（IR）ダイオード（群）および壁変位波形を測定するために適切なセンサ（群）が含まれうる。別の実施形態では、スキャナはカメラとして動作する。その場合、〔フラットベッドスキャナ形式であろうと、典型的なスタンドアロンディジアル（digial）カメラ形式であろうと、またはiPAD等のベゼルに組み込まれ）、そのようなデバイスは、印刷または他の方法で表示された血行動態波形を捕捉し、およびそれをCCD、CMOS等を採用するデジタル表現に変換することができる。次に、コンピュータプログラムで、たとえば、UN-SCAN-IT Graph Digitizer（グラフデジタイザ）などのようなものは、分析のためにコンピュータプロセッサによって受信される血行動態捕捉波形を表す信号を生成するために採用することができる。
【００２９】
スキャナ110は、示されるように座った、または立ったままの患者（受動体）90をスキャンニングするために手で保持することができる。またはスキャナのハードウェアは、横たわっている患者をスキャンニングするためにCアームまたはトンネルに組み込むことができる。
【００３０】
ハンドヘルドスキャナ（ハンディースキャナ）は、有利には、壁ソケット（コンセント）への接続を回避するように電池駆動であってよい。ハンドヘルドまたは組み込まれたか、またはより一層大きなユニティにおいてであるかにかかわらず、スキャナ110は、無線（示されるように）または有線通信（示さない）によって、汎用コンピュータ120で、随意に、それぞれ実行され、および結果を通信するためのディスプレイ122を含むものとインターフェースすることができる。そうでない場合には、オンボード処理および/またはディスプレイハードウェアは、センサハウジングそれ自体に関連して提供されてもよい。そのようなオプションは、これらが自宅で、移動中などに、患者/対象によって使用することができるように、ハンドヘルドまたは半ポータブルデバイスのために特に有用でありうる。
【００３１】
注目すべきことに、すべてのハードウェアは一つの場所に配置することができる。あるいはまた、コンピュータシステムは、「クラウド」系オプションにおけるような遠隔位置に配置することができる。また、システムは、センサ手段を伴わないコンピュータおよびそのプログラミングからなってもよい。その場合には、システムは、光スキャナまたは、画像または他の（既に利用可能な）測定マシン（例は、前述のGEスキャナなど）によって生産された波形の他の電子捕獲のための他のカメラ手段を含むことができる。
【００３２】
さらに別のオプションとして、図2Bはポータブルシステム100'を示す。それには、一体型ディスプレイ122を有するタブレットスタイルのコンピュータデバイス124（例は、iPAD）が含まれる。トノメリックまたは光学スキャナセンサプローブ110'は、バス126および有線接続128を介してコンピュータ124に接続されて示される。しかし、スキャナは（どのようなタイプでも）、無線でも前の例のように同様に接続されてもよい。代わりに、血行動態波形を捕捉するのに採用されるスキャナは、デバイスに一体化されたカメラ110''であってもよい。
【００３３】
血行動態波形をどのように取得するかにかかわらず、所定の波形0が二つのIF値を生成する対象の方法において分析される。図3Aにつき、これらは（正確にまたはおおよそで）、第一セクション/ドメイン１のためにω1およびω2に対応し、そこでは、心臓および大動脈は結合されたシステム10にあり、そしてシステム10'単独での大動脈のために第二セクション/ドメイン2がある。これらのドメインは、示されるように、重複隆起（DN）によって分けられ/描写される。
【００３４】
図3Aはまた、波形の圧力測定のスケールを示す。しかし、上に注釈したように、波形のスケールは重要ではなく--単にその形状に過ぎない。より一層注目すべきことは、図3A-5Bから定まるω1およびω2の値である。
【００３５】
したがって、図3Aおよび3Bは、二体の若い成体の圧力波形およびそれらの計算されたIF値を示す。心臓+大動脈システムおよび動脈波ダイナミクス（波動力学）がそれらの最適な状態にある（または最適に近い）とき、それらのデータは、若い健康な成体からのものである。IF値は互いに接近する。図4A-4Cは、三体の30-40年齢のオールド（高齢）成体の圧力波形およびそれらの計算されたIF値を示す。心臓+大動脈システムおよび動脈波ダイナミクスの最適な状態から離れているとき、増加した大動脈リジディティ（剛性）のための可能性が高く、データは成体からのものである。これらの例では、IF値はさらに、図3Aおよび3Bからのものより分離される。図5Aおよび5Bは、重症心不全を有する加齢成体および他のものの圧力波形を、それぞれ、それらの計算されたIF値と共に示す。IF値の差がかなり大きい。
【００３６】
図6Aは、計算されたIFにおいて、第一および第二の波形ドメインについてのプロットされた傾向を示す。たとえ、限られたデータセットがあっても、ω1は比較的一定に留まるか、または年齢と共に増加するかのどちらかであり、その一方で、ω2は年齢と共に減少することは明らかである。それゆえ、図6Bのプロットでは、IF値の差が示され、差は年齢と共に増加する。
【００３７】
同様に、様々な対象およびそれらの関連する波形値のために既知の条件の観察に基づいて、データベースを開発し、そしてIF値および心臓の健康/CVD条件の間の相関を提案することが可能である。このような努力は、図7の表に示される。ここで、相対的な（>または<）ω1、ω2およびΔω値は、種々の可能な状態を示しているようにテーブルにまとめられた。適切な研究力に裏付けられ、そのようなテーブルは、システム100/100'からのIF分析出力を解釈する医師への援助として提供することができる。代わりに、テーブルのためのリレーションズ/ロジックは、医師のフィードバック/解釈と独立した判断を提供するためにそのようなシステムをプログラミングすることで埋め込むことができる。
【００３８】
いずれにしても、図8は、一般的および具体的な処理を例示するコンピュータプログラムフローチャート200の一例であり、それは主題の方法に従って遂行することができる。202では、血行動態波形データは電子形式で取得され、および/または入力される。204では、波形デート（date）は、随意に重複隆起の位置でセグメント化される。これは、以下でさらに議論されるようにプロセスであり、またはIF値が計算される206に対し固有であることができる。コンピュータプロセスは次いで、医師の評価のためにω1、ω2およびΔωの出力（グラフィック表示、プリントアウトなどによる）と共に終了することができる。そうでなければ208でのコンピュータプログラムは、質問し、およびIF値を健康の値特性のデータベースと比較することができ、この比較に基づいて、210で、プログラムは、CVDの診断を与え、および関連するリスクを評定することができる。あるいは、またはさらに、212で、このプロセスは、現在のIF値を、患者について歴史的なIF値を含むデータベースと、その後CVDリスク因子および/または214での疾患の進行の決定と比較するように続行することができる。そのような任意の評価に続いて、216では、プログラムは関連した治療、予防策略などを提案することができ、--心臓事象の発症が検出された場合、緊急入院を促すことが含まれる。
【００３９】
入力または取得される波形に関して、それは選定された動脈部位のいずれかで採ることができる。図9Aおよび9Bは、上行大動脈および伏在動脈の間の圧力波およびフロー波において輪郭における特徴的な変化をそれぞれ示す。任意の場所でのいずれかのタイプの波を使用することができる。しかし、時には、対応する疾患に関連した位置に近い（例は、心疾患のために心臓の近くで）測定を行うことが有利な場合がある。
【００４０】
図10Aは大動脈のコンピュータによる計算モデルからの圧力波形の一例である。コンピュータによる計算モデルは生理学的に関連した。これらの方法ならびにモデルの物理パラメータは、Pahlevan（パフレバン）NM、Gharib（ガリブ）M.の「Aortic wave dynamics and its influence on left ventricular workload（大動脈波のダイナミクスおよび左心室の仕事量への影響）」、PLoS ONE. 2011；6：e23106に記載され、その全体が参照によりここに組み込まれ、そして以下に更に解説する。しかしながら、本議論に関連して、図10Bは図10Aの波形から算出された瞬時波形周波数3を例示する。顕著なことに、ドメイン1および2のそれぞれにおいて瞬時周波数は二つのレンジバンドAおよびBでの特定の支配的な周波数の周辺で振動している。システムIF値はこれらのバンド内に含まれる。上述するように、IF値は、算出され、またはこれらのバンド内で評価することができる。
【００４１】
さらに、上記で触れたように、瞬時周波数波形の形状は、重複隆起（DN）の位置を決定するために採用することができ、そこでは、波形が振動レンジを示されるように変える。重複隆起を識別するための別のアプローチは、図11Aおよび11Bに関連して提示される。図11Aでは、波形0は対象のために提供され、そのものの重複隆起は圧力波から容易に区別されない（重度の弁疾患を有する患者は通常、このカテゴリーに入る）。このように、大動脈弁閉鎖の目立った兆候はほんの少ししかない。しかし、元の波形0の二次導関数プロッティング4（a second derivative plotting 4）は、重複隆起を示す鋭いピークを産生する。いずれかのアプローチによってDNを見つけることはフローチャート要素204内のサブプロセスを構成することができる。
【実施例】
【００４２】
例
【００４３】
様々な追加の例がここに提供される。例の第一のセットを、図12A-12Cおよび13A-13Cに関連して提示し、それらは、対象のIF値の基礎の増強（underpinnings）を関連付ける。図14A-14Cに関連して提示する例の第二のセットは、盲検試験の対象であり、そこでは、診断は、そうでなければ、医師がテストしていた患者について試みられた。
【００４４】
モデルの例
【００４５】
最初の例に関して、これらは、大動脈のコンピュータによる計算モデルに対する作業を表す。コンピュータによる計算モデルの全容は上記に引用したようなものである。そのように構成されると、シミュレーションが、E1からE7までラベルされた大動脈剛性の異なるレベルについて行われ、そこでは、E1は30年齢の健康な個体の大動脈剛性である。他のすべては、Eiの倍数因子であり、すなわち、E2=1.25E1、E3=1.5E1、E4=1.75E1、E5=2E1、E6=2.5E1、およびE7=3E1としてのものである。各Eiでは、シミュレーションが完了し、八つの心拍数〔70.5、75、89.5、100、120、136.4、150、および187.5の分あたりの拍（bpm）〕について計算された圧力波形が提供された。100、70および70bpmでのE1-E3についての圧力波形を図13A-13Cにおいてそれぞれ示す。固有振動数はまた、示されるような結果を有する式（2）を用いてコンピュータにより計算した。
【００４６】
上述したように、IF値は瞬時周波数から推定することができるか、または計算することができる。ここでは、この例において、それらは各パルス（bpm）レートでの各剛性について算出された。そのようなものの結果を図13A-13CにおいてE1-E3について表示する。
【００４７】
また、上述するように、仮説であり、若い、健康な個体から得られたデータに基づいて、IF値（すなわち、ω1およびω2が）等価であるとき、最適な心臓のカップリングが（最適な健康の指標として）存在する。真である場合、図13A-13Bにおいて、ω1およびω2プロットの交差（インターセクション）は生成されるべきであり、そして最適な心拍数と等価でなければならない。この範囲は各グラフ全体の縦のバンドにおいて表現される。
【００４８】
最も興味深いのは、この仮説の結果が別の視点から到達したモデルに関連して提示された別の結果と正確に一致していることである。すなわち、Pahlevanらにおいて、モデルに対する最適の心拍数は、左心室（LV）拍動性負荷（pulsatile load）を最小化したときのものであると主張した。図13A-13Bにおいて示すコンピュータの使用によって計算的に決定された最小拍動電力も、ω1-ω2の交差によって予測されるように同じレートで起こる。そのようなものとして、追加の確証は心臓血管の健康の指標としてのIFの使用のために提供される（ω1およびω2の間のゼロ差の記述された最適条件に関する）。
【００４９】
ブラインドテストの例
【００５０】
心臓の健康の予測値としてIFの値の更なる確証は、図14A-14Cに関連して提示される。記録された圧力波形は提供され、そしてスキャンされ/デジタル化された。次に、対象のSTFR法は、それぞれに適用され、そしてこの特許の可能性がある健康状態のここでの発明者による診断は、データを提供し、そしてIF値を使用することのない独立した診断を行う医師に相談せずに行われた。以下から明らかなように、IF-予測健康状態は患者の状態との良好な一致を与えた。
【００５１】
図14Aに示した波形について、計算されたω1=73.2、ω2=52.3およびΔω=20.9を有する79.4のHRと共に、以下の観察がなされた。すなわち、
ω1は、LV機能障害（重度の異常）を示すHRよりも小さく、
ω2は、軽度の動脈剛性を示す（35-45年齢の雄性または55-65年齢の雌性と一致して）低い指標であり、および
Δωは、低く、良好な心臓-大動脈カップリングを示した。
実際には、患者は、高血圧の病歴を有さない66歳の女性であり、彼女は通常の駆出率をもっていたが、不確定な原因の非典型的（非定型）胸痛を提示した。
【００５２】
図14Aに示した波形について、計算されたω1=121.4、ω2=44およびΔω=77.4を有する97.5のHRと共に、以下の観察が行われた。すなわち、
ω1は、高く、LV機能障害を示し、
ω2は、非常に低く、重度の動脈剛性を示し（60+年齢の雄性と一致）、および
Δωは、非常に高く、重度のアウトオブオプティマム（最適外）なカップリングを示した（重度の動脈剛性および心疾患の指標）。
実際には、患者は重度の冠動脈疾患を有する65年齢の男性であり、彼は25％の駆出率を有する非常に悪いLV機能を有していた。
【００５３】
図14Aに示した波形について、計算されたω1=113、ω2=31.4およびΔω=81.6を有する69.5のHRと共に、以下の観察が行われた。すなわち、
ω1は、特に高はなく、重度のLV機能障害がないことを示し、
ω2は、極めて低く、加齢および動脈疾患を示し（60+年齢の雄性と一致）、および
Δωは、非常に高く、重度の最適外カップリングを示した（動脈および心臓疾患と一致）。
実際には、患者は、冠動脈疾患、心房細動および高血圧症の既往歴を有する71年齢の男性であった。
【００５４】
変動
【００５５】
先に詳細に開示している実施形態に加え、なお多くが、記載されたクラス内で可能であり、そして本発明者らは、これらが本明細書および請求の範囲内に包含されることを意図する。この開示は、例示であることが意図され、そして請求の範囲は、当該技術分野における通常の知識を有する者に予測可能でありうる任意の修飾または代案をカバーすることを意図する。
【００５６】
また、ここでの実施形態に関連して説明された様々な例示的なプロセスは、汎用プロセッサ、デジタル信号プロセッサ（Digital Signal Processor）（DSP）、特定用途向け集積回路（Application Specific Integrated Circuit）（ASIC）、フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（Field Programmable Gate Array）（FPGA）または他のプログラム可能論理デバイス、ディスクリートゲートまたはトランジスタロジック、ディスクリートハードウェアコンポーネント、またはここに説明した機能を実行するように設計された任意の組合せを用いて行うことができる。汎用プロセッサはマイクロプロセッサでもよいが、代わりに、プロセッサは、任意の慣習的なプロセッサ、コントローラ、マイクロコントローラ、または状態機械であってもよい。プロセッサはまた、ユーザインターフェースと通信するユーザ・インターフェース・ポートを有し、およびユーザによって入力されたコマンドを受け取り、電子情報を記憶する少なくとも一つのメモリ（例は、ハードドライブまたは他の同等のストレージ、およびランダムアクセスメモリ）、を有するコンピュータシステムの一部であることができ、プロセッサの制御の下で動作し、そしてユーザ・インターフェース・ポートを介して通信するプログラム、および映像出力フォーマットの任意の種類、例は、VGA、DVI、HDMI、ディスプレイポート（DisplayPort）、または任意の他の形態を介して、その出力を生成するビデオ出力が含まれる。
【００５７】
また、プロセッサは、コンピューティングデバイスの組み合わせ、例は、DSPおよびマイクロプロセッサの組合せ、複数のマイクロプロセッサ、DSPコア、または他のそのような構成と併せて一つまたは複数のマイクロプロセッサとして実行することができる。また、これらのデバイスは、ここに記載されるようにデバイスについての値を選定するために使用されてもよい。カメラは、CMOS、CCDまたは他のデジタル画像キャプチャ技術を用いたものを含め、任意のタイプのデジタルカメラであってもよい。
【００５８】
ここに開示する実施形態に関連して説明した方法またはアルゴリズムのステップは、ハードウェアにおいて、プロセッサによって実行されるソフトウェアモジュールにおいて、またはこれらの二つの組合せにおいて、直接具現化することができる。ソフトウェアモジュールは、ランダムアクセスメモリ（RAM）、フラッシュメモリ、リードオンリーメモリ（Read Only Memory）（ROM）、電気的プログラマブル（Electrically Programmable）ROM（EPROM）、電気的消去可能プログラマブル（Electrically Erasable Programmable）ROM（EEPROM）、レジスタ、ハードディスク、リムーバブルディスク、CD-ROM、または当技術分野で知られている記憶媒体の任意の他の形態に存在することができる。模範的な記憶媒体は、プロセッサが記憶媒体から情報を読み取り、そして記憶媒体に情報を書き込むことができるようにプロセッサに結合される。代替として、記憶媒体はプロセッサと一体であってもよい。プロセッサおよび記憶媒体はASICに存在することができる。 ASICはユーザ端末に存在することができる。代替として、プロセッサおよび記憶媒体はユーザ端末のディスクリートコンポーネントとして存在してもよい。
【００５９】
一またはそれよりも多く（一以上）の模範的な実施形態では、説明した機能は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、またはこれらの任意の組み合わせで実現されてもよい。ソフトウェアにおいて実行する場合、機能は、保存され、そして送信されることができ、または一以上の命令、コンピュータ可読媒体上のコードまたは他の情報として解析/計算データ出力が得られる。コンピュータ可読媒体には、コンピュータ記憶媒体および通信媒体の両方が含まれ、ある場所から別の場所へのコンピュータプログラムの転送を容易にする任意の媒体が含まれる。記憶媒体は、コンピュータによってアクセスできる任意の利用可能な媒体であってもよい。たとえば、そして制限はないが、そのようなコンピュータ可読媒体は、RAM、ROM、EEPROM、CD-ROMまたは他の光ディスク記憶、磁気ディスク記憶または他の磁気記憶装置、または命令またはデータ構造の形で望ましいプログラムコードを搬送し、または保存するために使用することができ、およびコンピュータによってアクセスすることができる他の任意の媒体を含むことができる。メモリ記憶は、回転する磁気ハードディスクドライブ、光ディスクドライブ、またはフラッシュメモリベースのストレージ・ドライブまたは他のそのようなソリッドステート、磁気、または光記憶装置であることができる。また、任意の接続は相応にコンピュータ可読媒体と呼ばれる。たとえば、ソフトウェアが、ウェブサイト、サーバ、または同軸ケーブルを使用する他の遠隔ソース、光ファイバケーブル、ツイストペア、デジタルサブスクライバーライン（加入者回線）（DSL）、または無線技術で、たとえば、赤外線、無線通信（ラジオ）、およびマイクロ波のようなものから送信される場合、そのときは、同軸ケーブル、光ファイバケーブル、ツイストペア、DSL、または無線技術で、赤外線、無線通信、およびマイクロ波のようなものが、媒体の定義に含まれる。ディスクおよび、ここで使用されるように、ディスクには、コンパクトディスク（CD）、レーザディスク、光ディスク、デジタル多用途ディスク（DVD）、フロッピーディスクおよびブルーレイディスクが含まれ、そこでは、ディスク（群）は通常データを磁気的に再生し、その一方でディスクはレーザーで光学的にデータを再生する。上記の組合せもコンピュータ可読媒体の範囲内に含まれるべきである。
【００６０】
ここに記載されるように動作はウェブサイト上、またはそれに対して行うことができる。ウェブサイトは、たとえば、クライアントコンピュータにダウンロードされ、またはサーバファームを介して操作されることによって、サーバコンピュータ上で動作し、または局所的に動作することができる。ウェブサイトは、移動（携帯）電話またはPDAを通して、または任意の他のクライアント上でアクセスすることができる。ウェブサイトは、たとえば、任意の形態、例は、MHTML、またはXMLにおいて、そして任意の形態、たとえば、カスケードスタイルシート（「CSS」）またはその他のようなものを介し、HTMLコードを使用することができる。
【００６１】
また、本発明者らは、用語「のための手段」を使うそれらのクレームだけが、アメリカ合衆国法典第35巻第112条、第六段落の下に解釈されることを意図しようとする。さらに、本明細書からの制限は、それらの制限が明白に請求の範囲に含まれるもののほかは、任意の請求項に読み込まれるように意図されない。ここに記載のコンピュータは、任意のコンピュータの一種で、一般的な目的、またはワークステーションなどのいくつかの特定の目的のコンピュータのいずれかであってもよい。プログラムは、Cまたはジャバ（Java）、ブリュー（Brew）または任意の他のプログラミング言語で記述することができる。プログラムは、記憶媒体で、例は、磁気または光、例は、コンピュータのハードドライブ、リムーバブルディスクまたは媒体で、たとえば、メモリスティックまたはSD媒体などのようなもの、または他のリムーバブル媒体に存在することができる。プログラムはまた、ネットワーク上で、たとえば、ローカルマシンに信号を送るサーバまたは他のマシンと共に動かされてもよく、それによりローカルマシンがここに記述された動作を遂行することを可能にする。
【００６２】
また、説明される実施形態の変形の任意の随意の特長が記載され、および独立して、またはここに記載の特長の任意の一以上と組み合わせて請求されうることが考えられる。単数アイテムへの参照には、同じアイテムが複数存在する可能性を含む。より一層具体的には、ここでおよび添付の請求の範囲で使用されるように、単数形の「ある」、「一つの」、「前記」、および「その」には、特に記載のない限り、複数の指示対象を含む。換言すれば、冠詞の使用は上記の説明、ならびに、次の請求の範囲において、対象アイテムの「少なくとも一つ」が考慮に入れられる。さらに、請求の範囲が何らかの随意の要素を除外するように起草されうることに注目される。そのように、この記述は、クレーム要素の反復、または「否定的」制限の使用に関連しての「単に」、「だけ」などのような排他的な用語の使用について先行詞として働くことを意図する。
【００６３】
そのような排他的な用語を使用しない場合、用語「含む」は、請求の範囲において、指定の要素数は、所定の数の要素が請求項に列挙されるか、または特長の追加が請求の範囲に記載の要素の性質を変換するとみなすことができるかどうかのいずれかにかかわらず、任意の追加要素を含めることが許容されるべきである。ここに具体的に定義される場合を除き、ここで用いるすべての技術的および科学的用語は、クレームの有効性を維持しつつ、可能な限り広い一般的に理解される意味を与えられるべきである。
【００６４】
本発明の広がりは、提供された例および/または対象の明細に制限されるものではなく、しかしむしろクレームの文言の範囲によってだけである。言及するすべての参考文献は、参照することによってそのまま組み込まれる。前述した実施形態は理解を明確にする目的で詳細に説明してきたが、一定の修飾が添付の請求の範囲の範囲内で実践されうることが考えられる。したがって、本発明者らは以下のものを請求する。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
2015506740.tif 000050
【図１４Ｃ】
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【国際調査報告】
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