(57)【要約】【課題】医療装置における透析患者への血管アクセスの異常を、医療装置の移動する液体に存在する圧力波の中から患者の脈拍に起因する圧力波を監視して判断する必要があり、特に、脈拍が変化した時に血液ポンプなどが発生する圧力波との分離が困難であった。【解決手段】透析している血液の圧力波をＦＦＴ解析することにより、脈拍に起因する周波数成分とポンプなどに起因する周波数成分を分離し、脈拍に起因する周波数成分の強度のレベルを判定して血管アクセスの異常を検出する。【選択図】  図５
2005027801.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
血管アクセスを経由して患者の血管に結合され、前記血管へ液体を移動をさせるために圧力を加える機械装置を有する医療装置における血管アクセス監視方法において、前記液体の圧力を測定し、測定された前記圧力の一定時間のデータを周波数解析して各周波数成分から構成されるスペクトルを検出し、前記スペクトルから前記機械装置に起因する周波数成分を除去することにより、前記患者の脈拍に起因する周波数成分を特定し、前記患者の脈拍に起因する周波数成分の強度のレベルを判定することにより前記血管アクセスの異常を監視することを特徴とする血管アクセス監視方法。
【請求項２】
前記血管アクセスを取り付ける前に、前記液体の圧力を測定し、測定された前記圧力の一定時間のデータを周波数解析して得られる前記機械装置に起因する周波数成分を検出して、前記スペクトルから前記機械装置に起因する周波数成分を除去する請求項１に記載の血管アクセス監視方法。
【請求項３】
血管アクセスを経由して患者の血管に結合され、前記血管へ液体を移動をさせるために圧力を加える機械装置を有する医療装置における血管アクセス監視方法において、前記機械装置を構成するポンプの回転周波数を基準周波数を中心にして一定周波数幅だけ変化するように回転させながら、前記液体の圧力を測定し、測定された前記圧力の一定時間のデータを周波数解析して前記患者の脈拍に起因する周波数成分から構成されるスペクトルを検出し、前記患者の脈拍に起因する周波数成分の強度のレベルを判定することにより前記血管アクセスの異常を監視することを特徴とする血管アクセス監視方法。
【請求項４】
血管アクセスを経由して患者の血管に結合され、前記血管へ液体を移動をさせるために圧力を加える機械装置を有する医療装置における血管アクセス監視方法において、前記液体の圧力を測定し、測定された前記圧力の一定時間のデータを周波数解析して各周波数成分から構成されるスペクトルを検出し、前記スペクトルを第１のスペクトルとして記録し、さらに所定時間を経て前記スペクトルを第２のスペクトルとして記録し、前記第１のスペクトルの周波数成分と前記第２のスペクトルの周波数成分との差をとり、その残余の周波数成分の強度のレベルを判定することにより前記血管アクセスの異常を監視することを特徴とする血管アクセス監視方法。
【請求項５】
前記液体の圧力を動脈側の液体で測定する、又は前記液体の圧力を静脈側の液体で測定する請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の血管アクセス監視方法。
【請求項６】
血管アクセスを経由して患者の血管に結合され、前記血管へ液体を移動をさせるために圧力を加える機械装置を有する医療装置において、前記液体の圧力を測定する圧力検出手段と、測定された前記圧力の一定時間のデータを周波数解析して各周波数成分から構成されるスペクトルを検出する周波数解析手段と、前記スペクトルから前記機械装置に起因する周波数成分を除去する除去手段と、前記患者の脈拍に起因する周波数成分の強度のレベルを測定して血管アクセスの異常を判定する判定手段とからなる血管アクセス監視回路を備えたことを特徴とする医療装置。
【請求項７】
前記除去手段が、前記血管アクセスを取り付ける前に、前記液体の圧力を測定し、測定された前記圧力の一定時間のデータを周波数解析して得られる前記機械装置に起因する周波数成分を前記スペクトルの周波数成分から除去する手段である請求項６に記載の医療装置。
【請求項８】
血管アクセスを経由して患者の血管に結合され、前記血管へ液体を移動をさせるために圧力を加える機械装置を有する医療装置において、前記液体の圧力を測定する圧力検出手段と、測定された前記圧力の一定時間のデータを周波数解析して各周波数成分から構成されるスペクトルを検出する周波数解析手段と、前記スペクトルを第１のスペクトルとして記録する第１の記憶手段と、さらに所定時間を経て前記スペクトルを第２のスペクトルとして記録する第２の記憶手段と、前記第１のスペクトルの周波数成分と前記第２のスペクトルの周波数成分との差をとり、その残余の周波数成分の強度のレベルを判定する判定手段とからなる血管アクセス監視回路を備えたことを特徴とする医療装置。
【請求項９】
前記判定手段が異常を判定したときに警報を発する血管アクセス警報回路を備えた請求項６乃至請求項８のいずれかに記載の医療装置。
【請求項１０】
前記液体の圧力を動脈側の液体で測定する、又は前記液体の圧力を静脈側の液体で測定する請求項６乃至請求項９のいずれかに記載の医療装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、透析装置、人工心肺装置、輸液ポンプなどの医療装置における患者への血管アクセスの監視方法およびそれを応用した医療装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
血管アクセスを経由して患者の血管に液体を移動或いは循環させる医療装置として透析装置や人工心肺装置或いは輸液ポンプなどが知られている。例えば、透析装置を例に取れば、血管アクセスを経由して患者の血管に結合され、前記血管へ移動する液体とは血液のことで、一度体外へ移動した血液を透析装置を使って血液中の老廃物を除去して、濾過した血液を再び体内に戻して血液を循環させるシステムになっている。また、輸液ポンプであれば、血管アクセスを経由して患者の血管に結合され、前記血管へ移動する液体とは液体の薬や栄養液などに相当し、薬や栄養液が血管アクセスを介して患者の体内に注入するシステムになっている。
【０００３】
ここで、透析装置について詳細に説明する。まず、血管カニューレ（針）を血管に挿入して血管アクセスを実現し、血管アクセスを介して血液ポンプの駆動によって患者の体内から導き出された液体、即ち血液がダイアライザーを通過することで、ダイアライザー内に配設された中空糸の外側を流れる透析液と中空糸の内側を流れる血液との浸透圧差や限外濾過によって、血液中の老廃物や水分が除去されて浄化される。そして、透析治療は、一般的に４〜５時間の長時間に亘って行われ、この治療期間中に透析患者は、睡眠をとったり、テレビをみたり、読書をしたりして過ごしている。
【０００４】
しかし、睡眠中に寝返りを打ったりするために血管カニューレ（針）が脱落するなどの重大な事故が発生する恐れがある。例えば、静脈側の針が抜けると血液が流出しつづける恐れがあり、一方、動脈側の針が抜けると空気が血管に流入する危険があり、どちらにしても患者の安全にとって重大な問題となる。そのため、動脈側は気泡検出器で気泡を検出し、動脈側の針の脱落を検出するような対策をとっている。また、血管カニューレの脱落だけでなく、血管チューブの捩れによる透析される血液の循環不良などの問題が発生することがある。
【０００５】
そこで、特許文献１において透析のための針の脱落を検知するための方法が開示されている。この方法によれば、心臓が発生する圧力波を透析される血液を介して圧力センサで検出し、その圧力波が検出されない場合は、針が脱落したとするものである。この方法で問題となるのは、透析される血液中に印可される圧力波は心臓、即ち脈拍に起因する圧力波だけでなく、血液ポンプなどに起因する圧力波も混在しており、どのようにして脈拍に起因する圧力波だけ選別するかが課題となっている。特許文献１の方法によれば、心臓が発生する圧力波と血液ポンプが発生する圧力波の周波数が異なるために帯域フィルタなどを利用して心臓に起因する圧力波のみを抽出するという手段を取っている。
【０００６】
【特許文献１】
特表平１１−５１３２７０号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、患者の心臓の圧力波の周波数、即ち、脈拍数は一定したものではなく、患者の様態が悪化したときなど脈拍数は変化する。そして、血液ポンプの回転周波数と脈拍数が相当接近したり、或いは重なった時など、血液ポンプに起因する周波数だけでなく、脈拍数に起因する周波数を前述したフィルタで一緒に除去する結果になって、透析における血管アクセスのための針の脱落を検出することが不可能になる不具合がある。
【０００８】
本発明は上述のような事情から成されたものであり、本発明の目的は、患者の様態が悪化して脈拍数などが大きく変化して、脈拍に起因する圧力波の周波数と医療装置の血液ポンプなどに起因する圧力波との周波数が重なっても、医療装置における血管アクセスを確実に監視できる方法を提供し、さらに当該方法を用いた医療装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、血管アクセスを経由して患者の血管に結合され、前記血管へ液体を移動をさせるために圧力を加える機械装置を有する医療装置における血管アクセス監視方法に関するものであり、本発明の上記目的は、前記液体の圧力を測定し、測定された前記圧力の一定時間のデータを周波数解析して各周波数成分から構成されるスペクトルを検出し、前記スペクトルから前記機械装置に起因する周波数成分を除去することにより、前記患者の脈拍に起因する周波数成分を特定し、前記患者の脈拍に起因する周波数成分の強度のレベルを判定することにより前記血管アクセスの異常を監視することによって達成される。
【００１０】
また、本発明の上記目的は、前記機械装置を構成するポンプの回転周波数を基準周波数を中心にして一定周波数幅だけ変化するように回転させながら、前記液体の圧力を測定し、測定された前記圧力の一定時間のデータを周波数解析して前記患者の脈拍に起因する周波数成分から構成されるスペクトルを検出し、前記患者の脈拍に起因する周波数成分の強度のレベルを判定することにより前記血管アクセスの異常を監視することによって達成される。
【００１１】
また、本発明の上記目的は、前記液体の圧力を測定し、測定された前記圧力の一定時間のデータを周波数解析して各周波数成分から構成されるスペクトルを検出し、前記スペクトルを第１のスペクトルとして記録し、さらに所定時間を経て前記スペクトルを第２のスペクトルとして記録し、前記第１のスペクトルの周波数成分と前記第２のスペクトルの周波数成分との差をとり、その残余の周波数成分の強度のレベルを判定することにより前記血管アクセスの異常を監視することによって達成される。
【００１２】
また、本発明は、血管アクセスを経由して患者の血管に結合され、前記血管へ液体を移動をさせるために圧力を加える機械装置を有する医療装置に関するものであり、本発明の上記目的は、前記液体の圧力を測定する圧力検出手段と、測定された前記圧力の一定時間のデータを周波数解析して各周波数成分から構成されるスペクトルを検出する周波数解析手段と、前記スペクトルから前記機械装置に起因する周波数成分を除去する除去手段と、前記患者の脈拍に起因する周波数成分の強度のレベルを測定して血管アクセスの異常を判定する判定手段とからなる血管アクセス監視回路を備えたことによって達成される。
【００１３】
また、本発明の上記目的は、前記液体の圧力を測定する圧力検出手段と、測定された前記圧力の一定時間のデータを周波数解析して各周波数成分から構成されるスペクトルを検出する周波数解析手段と、前記スペクトルを第１のスペクトルとして記録する第１の記憶手段と、さらに所定時間を経て前記スペクトルを第２のスペクトルとして記録する第２の記憶手段と、前記第１のスペクトルの周波数成分と前記第２のスペクトルの周波数成分との差をとり、その残余の周波数成分の強度のレベルを判定する判定手段とからなる血管アクセス監視回路を備えたことによって達成される。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明は、医療装置において、移動する液体に印可される圧力波の中に、液体を移動させるためのポンプなどに起因する圧力波の他に、患者の脈拍に同期した血圧による圧力波が混在しているので、脈拍による圧力波のみを特定する必要がある。次に、当該脈拍に起因する圧力波の強さを測定して、その強さが異常に小さい値である場合、或いは、当該脈拍に起因する圧力波が存在しない場合は、患者への血管アクセスに異常があるとの判断を下す。つまり、当該圧力波の強さは患者の血圧値に比例するものなので、低血圧とは比較にならにほど圧力波の強さが弱まった場合は、低血圧によるのもではなくて患者の血管アクセスの針が脱落したり、血管チューブが捩れて液体が移動しないなどの原因によるものと考えられる。これが本発明の基本的な考えである。
【００１５】
本発明の一番のポイントは、医療装置と患者との間を移動している液体の脈拍に起因する微弱な圧力波を、従来のように帯域フィルタなどを用いずにフーリエ変換、特に高速フーリエ変換（以下ＦＦＴと記す）などの周波数解析を用いて分離することにある。従来の帯域フィルタなどを用いて脈拍による圧力波を分離しようとすると、血液循環ポンプなどに起因する圧力波と脈拍による圧力波との周期が接近したり、両圧力波が重なると分離できなくなる不具合があるが、本発明を用いればその不具合を回避できるという優れた効果が期待できる。また、ＦＦＴ解析は繰り返し発生するものに反応するので、患者体動などの不定期の動きにはＦＦＴ解析は反応しないので、帯域フィルタの方法に比べ、不定期な動きに強いという効果も期待できる。
【００１６】
本発明では、医療装置と患者との間を移動している液体に印可される圧力波を周波数解析によって、各周波数成分から構成されるスペクトルを検出し、脈拍による周波数成分と血液ポンプなどによる周波数成分を分離することである。
【００１７】
まず、本発明を医療装置の一例である透析装置に適用した場合の本発明の原理について図１、図２、図３および図４を参照して説明する。上述したように、透析装置においては、移動する液体とは患者の血液が相当する。図１は、透析装置の構成図を示しており、図２は透析装置を循環する血液の動脈側圧力波形および静脈側圧力波形を示している。また、図３（Ａ）および図３（Ｂ）は、透析装置を循環する血液の動脈側圧力波形および静脈側圧力波形のＦＦＴ解析後のそれぞれのスペクトルについて示している。図４は、血管カニューレが取り付けられた状態の動脈側のスペクトルと血管カニューレが脱落した場合のスペクトルを重ねて表示した図である。
【００１８】
図１において、血管アクセスを介して移動する液体は、老廃物を含んだ透析前の血液、或いは透析後の血液ということになる。このような透析装置において、透析される患者の血液は、患者の動脈側血管に挿入された動脈カニューレ１から、血液チューブ２および動脈側ドリップチャンバ４を経由して、ダイアライザ６へ送られる。ダイアライザ６において、患者の血液に含まれる老廃物などが濾過され、老廃物が取り除かれた患者の血液は静脈側ドリップチャンバ８に送られ、さらに静脈側の血液チューブ２を介し、静脈側カニューレ１０から患者の血管へと戻される。この血液の循環は血液ポンプ３によって強制的に行われている。血液の老廃物はダイアライザ６で透析液の方に移行し、老廃物を含んだ透析液は透析液チューブ１３を伝わって輸送される。
【００１９】
ここで、体外循環血液回路を循環する血液に加わる圧としては、血液ポンプ３による圧が一番大きく、また、図示しない透析液循環ポンプによる圧および患者の脈拍による圧が重畳して存在する。体外循環血液回路を循環する血液に印可されるこれらの圧力を測定する圧力検出手段として動脈側圧力センサ５と静脈側圧力センサ９が設置されている。
【００２０】
動脈側圧力センサ５で得られた循環する血液の動脈側の圧力データは、人工透析装置の制御回路１１に送られる。ポンプ制御回路１２は、制御回路１１からの指示による回転周波数に基づき血液ポンプ３を運転したり、また、血液ポンプ３の回転周波数などを検出して、検出した回転周波数を制御回路１１へと送信する機能を有する。
【００２１】
図２は、動脈側圧力センサ５および静脈側圧力センサ９によって観測される循環する血液の圧力波形のデータで、図２の負側に出力されているデータが動脈側圧力センサ５の出力データで、図２の正側に出力されているデータが静脈側圧力センサ９の出力データである。
【００２２】
図３は、これらの圧力波形データをＦＦＴ解析したスペクトルの図である。図３（Ａ）が動脈側の圧力波形データのＦＦＴ解析後のスペクトルの図であり、図３（Ｂ）が静脈側の圧力波形データのＦＦＴ解析後のスペクトルの図である。つまり、図２の圧力波形データには、図３（Ａ）および図３（Ｂ）のようなスペクトルのデータが含まれており、圧力波形データをＦＦＴ解析すると図３（Ａ），図３（Ｂ）のようなスペクトルの図が得られるということである。これが、本発明のポイントであり、図２の圧力波形データからは全く見えないような脈拍に起因する周波数成分をＦＦＴ解析することにより図３（Ａ）および図３（Ｂ）のような周波数成分から構成されるスペクトルを得ることができるのである。
【００２３】
図４は、血管カニューレが取り付けられた状態の動脈側の周波数スペクトルと血管カニューレが脱落した場合のスペクトルを重ねて表示した図である。ここで、注目すべきは血管カニューレが脱落した場合、脈拍に起因する周波数成分のみが消失することにある。この特徴を利用して、血管カニューレの脱落を検知することができる。
【００２４】
しかし、ここで問題となるのは、ポンプ類の機械装置に起因する周波数成分と脈拍に起因する周波数成分とが混在する状態で、いかにして脈拍に起因する周波数成分のみを抽出することができるかが課題となる。
【００２５】
例えば、図３（Ｂ）の静脈側のスペクトルには、脈拍に起因する周波数ｆｍの周波数成分の他に、血液ポンプ３に起因する周波数ｆ０の周波数成分および透析液循環ポンプに起因する周波数ｆ１の周波数成分が混在している。さらに、ポンプの基本周波数ｆ０、ｆ１の整数倍の周波数２ｆ０、３ｆ０、２ｆ１などのポンプに起因する周波数成分も混在している。よって、いかにして混在している周波数成分から脈拍に起因する周波数成分だけを特定するかが課題である。
【００２６】
本発明では、循環血液中の混在した周波数成分から血液に印可されるポンプなどの機械装置の圧力に起因する周波数成分を特定する方法がいくつかある。
【００２７】
まず、第１の方法は、動脈カニューレ１および静脈カニューレ１０などの血管アクセスを取り付ける前に、血液ポンプ３や透析液循環ポンプなどの機械装置を運転すれば、血液ポンプ３や透析液循環ポンプに起因する圧力波の周波数成分だけを検出できる。なお、このとき得られた機械装置に起因する周波数成分のスペクトルのデータは、透析装置の機械装置を取り替えたり、或いは経年変化を起こさない期間内であれば、一度当該データを採取して制御回路の記憶手段などに記憶させておけば、透析毎に当該データを新たに採取する必要はない。
【００２８】
第２の方法としては、動脈カニューレ１や静脈カニューレ１０を取り付けて透析を実行している状態で、血液ポンプ３や透析液循環ポンプを患者の透析条件に適した基準周波数を中心に患者に負担をかけない範囲で一定幅の周波数変動をさせて当該ポンプを回転させる。ＦＦＴ解析は繰り返し同じ周波数に現れる周波数成分を検出し、周波数が常時変化する周波数成分は検出できないという特性を利用する。よって、当該ポンプを一定幅で周波数変動させて運転させれば、ＦＦＴ解析手段５によって当該ポンプに起因する圧力波の周波数成分は検出されず、患者の脈拍に起因する圧力波の周波数成分がＦＦＴ解析手段５の出力として現れることになる。なお、ポンプの回転周波数を一定幅で変動させる場合、一定周期で、特に、ＦＦＴのサンプリング周期と同期して変動させると、同期させないで変動させた場合に比較して、ポンプに起因した周波数成分を、より良く除去できる効果がある。
【００２９】
第３の方法は、第１の方法および第２の方法とは原理が異なり、血液ポンプなどの機械装置に起因する周波数成分も脈拍に起因する周波数成分も短時間に急激に変化しないことを利用して、短時間に急激に変化する周波数成分があれば、その変化は血管アクセスの異常、即ち血管カニューレの脱落によって引起こされたものであると考えられる。つまり、血管カニューレの脱落があると、脈拍に起因する周波数成分が急激に消滅する特性を利用したものである。具体的には、ＦＦＴ解析された周波数成分から構成されるスペクトルをある時間における第１のスペクトルとして記録し、さらに、短時間経過後、例えば、１秒後くらい後に、ＦＦＴ解析されたスペクトルを第２のスペクトルとして記録する。
【００３０】
そして、第１のスペクトルと第２のスペクトルを比較して、具体的には、第１のスペクトルを構成する各周波数成分と第２のスペクトルを構成する各周波数成分の差を取る。血管カニューレの脱落が無ければ、第１のスペクトルと第２のスペクトルにほとんど差が無いので、全ての周波数成分も残存しないはずである。しかし、血管カニューレの脱落があると、脈拍に起因した周波数成分に関し、第１のスペクトルには当該周波数成分は存在するが、第２のスペクトルには存在しないので、差をとると、脈拍に起因した周波数成分が残ることになる。
【００３１】
ここで、周波数成分の強度のレベルを判断の要素に含めるのは、第１のスペクトルと第２のスペクトルが、ノイズや医療装置の性能の関係で、完全に同じことはありえないので、それらに影響されずに確実に判断できるようにするためである。つまり、ノイズなどで引起こされる周波数成分の差は非常に小さいが、血管カニューレの脱落によって引起こされる脈拍に起因した周波数成分の強度の変化は、それらに比較して大きいので血管カニューレの脱落を確実に判断できる。
【００３２】
以上説明した基本的な考えに基づいて、本発明の基本的実施手順について説明する。
【００３３】
第１のステップとして、体外循環回路中を循環している血液に印可される圧力波をＦＦＴ解析して、脈拍や血液ポンプなどに起因する圧力波が混在している全ての周波数成分のスペクトルを測定する。
【００３４】
第２のステップでは、脈拍以外の血液ポンプや透析液循環ポンプなどの循環する液体の圧力に影響を及ぼす機械装置に起因する圧力波の周波数成分を特定する。なお、機械装置に起因する圧力波の周波数成分を特定する方法として数種類の方法がある。
【００３５】
第３ステップは、第１ステップで得られた全てが混在した周波数成分から構成されるスペクトルから第２ステップで得られた機械装置に起因する周波数成分のスペクトルを除去すれば、残りの周波数成分は、患者の脈拍に起因した周波数成分として特定できる。
【００３６】
第４ステップでは、第３ステップで得られた脈拍に起因する周波数成分の強度に着目し、その強度と血管アクセスの異常を判定する基準値とを比較して基準値より小さい場合血管アクセスの異常と判定する。
【００３７】
以上が、本発明の基本的な実施手順であるが、以下、図面に基づいて本発明の好適な実施例について詳細に説明する。
【００３８】
図５は、本発明の実施例である血管アクセス監視回路の構成を示す図である。血管アクセス監視回路はハードウエアでもソフトウエアでも実現可能であるが、制御回路１１はマイコンによって構成されいるケースが多く、血管アクセス監視回路も当該マイコンを使用してソフトで対応することにより構成可能で、新たにハードを追加する必要がなく、本発明は経済的にも効果がある。
【００３９】
まず、圧力検出手段である動脈側圧力センサ５で得られた循環する血液の圧力波形データを入力とするように周波数解析手段３０が配されている。周波数解析手段３０は、マイコンなどを用いてプログラムなどのソフトウエアで実現することも可能であるし、或いは、ＦＦＴ解析専用ＩＣなどのハードウエアで実現することも可能である。ＩＣを用いると装置コストなどで不利であるが、解析スピードが速いことやマイコンのＣＰＵなどに負担をかけないなどの長所がある。ＦＦＴ解析をソフトで処理する場合には、本発明の実施のためにハード的な追加要素はなく、装置コストや装置の外形での不利な要素は発生しない。
【００４０】
なお、ＦＦＴ解析する一定時間（時間区間）を設定する必要があるので、周波数解析手段３０には、ＦＦＴ解析する一定時間を設定できる機能がある。例えば、図２において、０から５秒の一定時間にＦＦＴをかけるなどと設定する。区間が長ければ長いほどＦＦＴ解析をかける圧力波の繰り返しが数多く入ることになる。
【００４１】
周波数解析手段３０の出力には、記憶手段３１が接続されている。記憶手段３１は、動脈側圧力センサ５で検出した圧力波データから周波数解析手段３０でＦＦＴ解析した血液ポンプ３や透析循環ポンプなどの機械装置に起因する周波数成分と脈拍に起因する周波数成分が混在しているスペクトルが記憶される。記憶手段３１の内容は透析中は常時最新のデータに入れ替えられる。なお、記憶手段３１は周波数解析手段３０の出力データを一時記憶させるものなので、記憶手段３１は周波数解析手段３０の中に備えつけられても良い。
【００４２】
ここで重要なことは、機械装置に起因する周波数成分と脈拍に起因する周波数成分とが重なっても、両周波数成分が加算された形のスペクトルとして記憶手段３１には記憶されていることである。よって、加算された形の周波数成分から機械装置に起因する周波数成分を除去できれば、残りの脈拍に起因する周波数成分だけを取り出すことができる。複数の周波数成分が重なった時、特定の周波数成分だけを取り出すことは従来の技術では不可能であったものである。なお、周波数成分が重なった場合の実施例ついては、後で図６を用いて詳細に説明する。
【００４３】
一方、除去手段は、記憶手段３２と減算手段３３から構成される。記憶手段３２には、動脈側カニューレ１や静脈側カニューレ１０を血管に取り付ける前に、即ち、血管アクセスを取り付ける前に、動脈側圧力センサ５で検出した圧力波データからＦＦＴ解析手段３０でＦＦＴ解析した血液ポンプ３や透析循環ポンプなどの機械装置のみに起因する周波数成分のスペクトルだけが記憶される。
【００４４】
記憶手段３２には透析の開始前に動脈側カニューレ１や静脈側カニューレ１０を取り付ける前に、一度測定した機械装置のみに起因する周波数成分のスペクトルのデータを記憶されており、透析中は、このデータを利用すれば良い。なお、上述したように、一度測定されて得られた機械装置に起因する周波数成分のスペクトルのデータは、透析装置の機械装置を取り替えたり、或いは経年変化を起こさない期間内であれば、一度当該データを採取して記憶手段３２に記憶させておけば、透析毎に当該データを新たに採取する必要はない。
【００４５】
減算手段３３は、記憶手段３１と記憶手段３２を入力として配され、記憶手段３１が記憶している血液ポンプ３や透析循環ポンプなどの機械装置に起因する周波数成分と脈拍に起因する周波数成分が混在している最新のスペクトルから、記憶手段３２の記憶している血液ポンプ３や透析循環ポンプなどの機械装置のみに起因する周波数成分を除去して、脈拍に起因する周波数成分だけを特定する。
【００４６】
血管アクセスの異常を判定する判定手段は、異常判断設定手段３５とレベル検出手段３４とから構成される。異常判断設定手段３５は、脈拍に起因する周波数成分の強度の値、つまり通常の低血圧の血圧値としても低い値である異常判断設定値、例えば、１０ｍｍＨｇに相当するような値に設置されている。そして、減算手段３３から出力された脈拍に起因する周波数成分の強度が、異常判断設定手段３５の示す異常判断設定値とレベル検出手段３４で比較し、脈拍に起因した周波数成分の強度が異常判断設定値より小さい場合は、血管カニューレ脱落などの血管アクセス異常と判定する。以上の説明が血管アクセス監視回路についての説明である。さらに、その結果は、血管アクセス警報回路３６に伝えて警報を発して医療関係者、或いは、複数の人工透析装置を集中管理する中央監視装置のようなものに素早く連絡できる効果がある。
【００４７】
次に、この実施例が特に優れた効果的を発揮する脈拍数と血液ポンプ３などの回転周波数とが同じになり両方の周波数成分が重なってしまった場合の実施例について図６を参照して説明する。つまり、本実施例は従来技術と異なり、患者の脈拍数が血液ポンプ３や透析液循環ポンプの回転周波数と非常に接近したり、或いは重なった時でも、確実に患者の脈拍に起因する周波数成分を特定でき、その周波数成分に基づき血管アクセスの異常を判定できることを以下説明する。
【００４８】
図６は、上記のようなケースにおける本発明の実施例である血管アクセス監視回路の各手段の作用状況を示している。このケースとは、患者の脈拍数に起因する周波数成分の周波数がｆｍで、一方、血液ポンプ３の回転に起因する周波数成分の周波数ｆ０の２倍波が重なったケースである。
【００４９】
まず、記憶手段３２に関しては図５の場合と同じで、動脈側カニューレ１や静脈側カニューレ１０を血管を取り付けないで、即ち、血管アクセスを取り付ける前に、動脈側圧力センサ５で検出した圧力波データからＦＦＴ解析手段３０でＦＦＴ解析した血液ポンプ３や透析循環ポンプなどの血液に印可される圧力の機械装置のみに起因する周波数成分のスペクトルだけを記憶する。
【００５０】
ところが、記憶手段３１では、図６に示すように脈拍に起因する周波数ｆｍの周波数成分と血液ポンプ３の回転に起因する２倍波の２ｆ０の周波数成分が重なっている。従来の方法では、このようなケースにおいて、帯域フィルタなどは、血液ポンプ３に起因する周波数２ｆ０の圧力波と脈拍に起因する周波数ｆｍの圧力波とを一緒に除去してしまい、脈拍に起因する圧力波を特定することができなかった。
【００５１】
しかし、本実施例では、記憶手段３１のスペクトルからポンプなどの機械装置に起因する周波数成分を除去するので、脈拍に起因する周波数成分と機械装置に起因する周波数成分が重なっても、減算手段３３の出力には、図６に示すように脈拍に起因する周波数成分のみを特定することができる。後は、脈拍に起因する周波数成分の強度と異常判断設定手段３５の異常判断設定値と比較して、血管アクセスの異常を判定できる。
【００５２】
つまり、本実施例では、従来の方法では解決できなかった脈拍に起因する圧力波の周波数と血液ポンプなどの機械装置に起因する圧力波の周波数が重なっても確実に血管アクセスの監視を可能にできる効果がある。また、患者が寝返りを打ったりするときに発生する不定期な動きに起因する一時的な圧力波の変動に惑わされることの無い正しい血管アクセスの監視が実現できる。
【００５３】
以上の実施例は、血液ポンプ３や透析循環ポンプに起因する周波数成分と脈拍に起因する周波数成分が混在するスペクトルから血液ポンプ３や透析循環ポンプに起因する周波数成分を除去して、脈拍に起因する周波数成分のみを検出する方法として、血管アクセスを取り付ける前に、血液ポンプ３や透析循環ポンプに起因する周波数成分のみを測定する方法により実現した実施例である。
【００５４】
第２の除去方法の実施例としては、動脈カニューレ１や静脈カニューレ１０を取り付けて透析を実施している状態で、図１において、制御回路１１からポンプ制御回路１２に対して、血液ポンプ３や透析液循環ポンプを患者の透析条件に適した基準周波数を中心に患者に負担をかけない範囲で一定幅の周波数変動をさせて当該ポンプを回転させるような制御指示を出す方法がある。ＦＦＴ解析は、繰り返し同じ周波数に現れる周波数スペクトルのみを出力するので周波数が変化するものはＦＦＴ解析の出力として現れない特性を利用したものである。この場合は、図７に示すように、記憶手段３１には、ポンプ制御回路１２がポンプ類を上述したように回転周波数を変化させて回転させるので、脈拍に起因する周波数スペクトルのみが現れ、脈拍に起因する周波数スペクトルのみを特定できる。よって、記憶手段３１の出力を直接にレベル検出手段３４に入力すれば良い。
【００５５】
なお、血液ポンプ３や透析液循環ポンプを一定幅の周波数変動をさせる場合に、ＦＦＴのサンプリングに同期して一定周期で変動させると、ポンプ類に起因する周波数成分の除去が、同期させない場合に比べ、より良く除去できる効果がある。
【００５６】
第３の方法の実施例について、図８を参照して説明する。圧力検出手段である動脈側圧力センサ５で透析される血液の圧力を検出し、その圧力データを周波数解析手段３０に送信して周波数解析、本実施例ではＦＦＴ解析する。ＦＦＴ解析された周波数成分から構成されるスペクトルが記憶手段である記憶手段１０２で記憶される。記憶手段１０２で記録されたスペクトルは、さらに、記憶手段である記憶手段１０１に送られ記録され保存される。そして、タイマー１０３の時間制御により、所定時間後に、本実施例では、１秒後に、記憶手段１０１に記録された１秒前のスペクトルは抽出され、減算手段３３に送られる。よって、本実施例では、第１の記憶手段は記憶手段１０１に相当し、第２の記憶手段は記憶手段１０２に相当する。
【００５７】
そして、減算手段３３では、記憶手段１０２の最新のスペクトルと、記憶手段１０１の１秒前のスペクトルとの差をとる。血管カニューレの脱落や血管チューブの捩れなどの異常が無ければ、記憶手段１０２の記録した最新のスペクトルの周波数成分と記憶手段１０１の記録した１秒前のスペクトルの周波数成分とに差はないので、その残余として周波数成分は存在しない。
【００５８】
しかし、血管カニューレの脱落や血管チューブの捩れなどの異常があれば、脈拍に起因した周波数成分が記憶手段１０２の記録した最新のスペクトルには存在せず、一方、記憶手段１０１の記録した１秒前のスペクトルには存在するので、減算手段３３の残余には脈拍に起因した周波数成分が残る。
【００５９】
ただ、前述したように、１秒間の間であっても記憶手段１０２の記録した最新のスペクトルと記憶手段１０１の記録した１秒前のスペクトルとが完全に同じではなくノイズなどによって、各周波数ごとに微少な周波数成分は存在する。このような残余の微少な周波数成分によって血管カニューレの脱落と誤判断しないように、レベル検出手段３４で異常設定値３５で示す異常値と残余の全ての周波数成分の強度とを比較して、一つでも異常値より大きい周波数成分があれば、血管カニューレの脱落などの血管アクセスの異常と判定する。
【００６０】
以上の説明では、測定する循環する血液を動脈側圧力センサ５で測定して動脈側血管アクセスの異常を検出する場合について説明したが、静脈側圧力センサ９で測定した場合でも、図３（Ｂ）に示すスペクトルの図から、図５、図７および図８に示す実施例を用いて同じように静脈側の血管アクセスの異常を監視することができる。
【００６１】
つまり、動脈側圧力センサによって得られた動脈側圧力データからは動脈側の血管アクセス異常、即ち動脈側の血管カニューレの脱落を検出でき、静脈側圧力センサによって得られた静脈側圧力データからは静脈側の血管アクセス異常、即ち静脈側の血管カニューレの脱落を検出できる。よって、本発明は動脈側圧力データおよび静脈側圧力データの両方を具備していないと血管アクセスの異常を検出できないという方法ではないので、動脈側或いは静脈側どちらかの圧力センサがあれば、圧力センサが存在する方の血管アクセスを監視できる有利な点がある。医療装置によっては、圧力センサが片方にしかない場合があるので、そのような場合、本発明の優れた効果にあたる。
【００６２】
また、移動する液体の圧力、透析装置であれば循環する血液の圧力検出手段として、ドリップチャンバに取り付けられた圧力センサを用いた実施例について説明したが、移動する液体の圧力を測定できれば、上述した方法に限らない。例えば、透析装置の中の循環する血液の圧力をどこで測定しても本発明は実施可能である。例えば、血液は血液チューブの中を移動するので、血液チューブは移動する血液の圧力によって膨張したり収縮したりする。よって、その血液チューブの膨張、収縮を測定すれば移動する血液の圧力を測定することと同じ機能を果たすことができる。血液チューブ３の膨張収縮を測定する具体的センサを図９に示す。２０５がチューブ変形測定センサで、移動する血液の圧力変化によって膨張収縮する血液チューブの変形を可変ロッド２１５に伝達して、その変位を変位センサ２１２で検出する機構になっている。その詳細は特開２００２−１８６５９０や特開２００２−１８６６６５に開示されている。
【００６３】
また、移動する血液の圧力を直接測定するのではなく、透析装置ではダイアライザを介して透析液の方に循環する血液の圧力が伝達するので透析液の圧力を測定して、その圧力波に含まれる脈拍に起因する周波数成分を特定して血管アクセスを監視することも可能である。
【００６４】
また、本発明は、透析中の血管アクセスの異常を監視する目的にも使用できるが、その他に透析前に血管カニューレが確実に取り付けられているかを確認するためにも使用できる。その手順は、血管カニューレが患者に取り付けられた状態で、さらにポンプ類の機械装置を停止した状態で、血液の圧力を測定すれば、脈拍に起因した周波数成分が測定できるので、脈拍に起因した周波数成分が存在すれば、血管アクセスが正常と判断できる。この判断を透析装置の運転のインターロックなどに使用して透析装置の安全な運用に活用できる効果もある。
【００６５】
以上説明したように、本実施例を用いれば、透析装置において、透析中の患者の血管アクセスの状態を、例えば、血管カニューレの脱落のような患者にとって重大な事故を素早く検知して、事故拡大を防止する対策を素早く講ずることができる。また、血管カニューレの脱落のような重大事故の検知以外にも、血管チューブの捩れなどの透析機能の低下を招くような事故も検知できる効果もある。
【００６６】
特に、本実施例が、従来の透析装置における同じような脈拍に起因する圧力波を感知して血管アクセスを監視する方法より優れているのは、血液ポンプなどの回転周波数と脈拍数が重なった場合などでも、確実に血管アクセスを監視できることである。また、本実施例ではＦＦＴ解析を用いているので、患者の寝返りのような不定期な動きによって発生する透析装置の血液への圧力波による誤動作を防止して患者の血管アクセスを確実に監視できる優れた効果がある。
【００６７】
また、以上の説明では脈拍に起因する圧力波の周波数成分とポンプ類などの機械装置に起因する圧力波の周波数成分の分離するための周波数解析手段としてＦＦＴ解析を用いた場合について説明したが、ＦＦＴ解析以外でもこれら圧力波の周波数を区別することができる周波数解析手段、例えば、通常のフーリエ変換やＭＥＭ法（最大エントロピー法）などを用いて実施できることは言うまでもない。
【００６８】
本発明は、透析装置における血管アクセスの監視だけでなく、輸液ポンプ装置や人工心肺装置のような医療装置一般に適用できる。
【００６９】
以上の説明では、図１０に輸液注入装置に本発明を適用した場合の実施例を示す。輸液注入装置は透析装置などと異なり、血液を循環させるものではなく、また、循環する血液の圧力を測定するものでもない。輸液注入装置の場合は、血管に注入する輸液が血管に移動する液体に相当し、輸液に印可される圧力を圧力検出手段５で検出し、注入ポンプ３００に起因する周波数成分と脈拍に起因する周波数成分が混在するので、脈拍に起因する周波数成分だけを抽出して血管カニューレの脱落などを検出できる。
【００７０】
よって、本発明を用いれば、透析装置、人工心肺装置、輸液注入装置、或いは輸血装置などの医療装置にも適用でき、血管アクセスの異常を監視できる効果が期待できる。
【００７１】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明の医療装置における血圧アクセス監視方法および医療装置によれば、医療装置の液体に印可される圧力の中から患者の脈拍に起因する圧力波の周波数スペクトルの強さを監視することにより、患者や医療関係者に負担をかけることなく、特別な装置の追加もなく、医療装置における血管アクセスの状態を正しく監視でき、患者の安全を確保できるという優れた効果を期待できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】透析装置の特に体外循環回路の構成図である。
【図２】透析装置の循環血液の動脈側圧力波形および静脈側圧力波形を示す図である。
【図３】透析装置の循環血液の動脈側圧力波形および静脈側圧力波形のＦＦＴ解析後のスペクトルを示す図である。
【図４】血管カニューレの脱落した場合と脱落しない場合の動脈側スペクトルを示す図である。
【図５】本発明の実施例である透析装置に適用した場合の血圧アクセス監視回路の構成図である。
【図６】脈拍に起因する周波数成分とポンプ類に起因する周波数成分が重なった場合の血圧アクセス監視回路の作用を示す図である。
【図７】ポンプ類の回転周波数を変化させる方法をとった実施例の血圧アクセス監視回路の構成図である。
【図８】所定時間を挟んだ周波数スペクトル分布の変化から血管アクセスの異常を監視する方法をとった実施例の血圧アクセス監視回路の構成図である。
【図９】液体の圧力を液体の移動に使用するチューブの変形より検出する圧力検出手段の構成を示す図である。
【図１０】本発明を輸液注入装置に適用した場合の構成図である。
【符号の説明】
１    動脈カニューレ
２    血液チューブ
３    血液ポンプ
４    動脈側ドリップチャンバ
５    動脈側圧力センサ
６    ダイアライザ
７    気泡センサ
８    静脈側ドリップチャンバ
９    静脈側圧力センサ
１０  静脈カニューレ
１１  制御回路
１２  ポンプ制御回路
１３  透析液チューブ
３０  周波数解析手段
３１  記憶手段
３２  記憶手段
３３  減算手段
３４  レベル検出手段
３５  異常判断設定手段
３６  血管アクセス警報回路
１０１  記憶手段
１０２  記憶手段
１１０  タイマー
３００  注入ポンプ
【図１】
2005027801.tif 000003
【図２】
2005027801.tif 000004
【図３】
2005027801.tif 000005
【図４】
2005027801.tif 000006
【図５】
2005027801.tif 000007
【図６】
2005027801.tif 000008
【図７】
2005027801.tif 000009
【図８】
2005027801.tif 000010
【図９】
2005027801.tif 000011
【図１０】
2005027801.tif 000012