(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
身体部分を覆う被験体の皮膚の選択領域に適用するためのプローブであって、前記選択領域は拍動性動脈血量の変化を測定するための測定部位として働き、
前記測定部位で前記被験体の皮膚の前記選択領域に適用するためのベースと、
前記ベースが前記測定部位に適用されたときに前記測定部位の前記被験体の皮膚に静圧を加えるために前記ベースによって担持された加圧子と、
前記ベースが前記測定部位に適用されたときに前記測定部位の拍動性動脈血量の変化を感知するために前記加圧子によって担持されたセンサと、
を備え、
前記加圧子は、前記ベースが前記測定部位に適用されたときに、前記測定部位の動脈の壁の張力を部分的に解放するが動脈を閉塞しない十分な大きさの静圧を前記測定部位に加えるように設計され、前記加圧子は、下に存する静脈を効果的に押しつぶしかつ前記測定部位の周囲の組織を介して前記測定部位に対する自由な静脈還流を可能にする一方で局所的な静脈血流を動脈スループットに制限するのに十分な外部逆圧を加えることによって、前記測定部位の静脈の膨張および血液の鬱滞を実質的に防止するように構成され、前記加圧子は、前記被験体の局所的静脈圧より高くかつ前記被験体の拡張期の血圧よりわずかに低い静圧を、前記測定部位に加える、
プローブ。
【請求項２】
前記加圧子は前記被験体の皮膚の比較的限定された領域に前記静圧を加えるように構成され、前記領域は前記測定部位におけるそれぞれの身体部分の表面周辺の比較的小さい部分を占め、それによって前記測定部位の周囲の広い領域の非限定通路を介して前記測定部位からの自由な静脈還流が可能になる、請求項１に記載のプローブ。
【請求項３】
前記加圧子は、前記測定部位に前記静圧を加えるための流体チャンバと外部流体源とを備えている、請求項１に記載のプローブ。
【請求項４】
前記プローブによって加えられる圧力のレベルが下に存する組織の機械的特性によって実質的に影響されないように、前記加圧子は、ラプラスの法則を利用するように構成された少なくとも一つの弾性壁を持ち前記測定部位に前記静圧を加えるための自給流体を含む流体チャンバを備える、請求項１に記載のプローブ。
【請求項５】
前記加圧子は、前記測定部位に前記静圧を加えるためのばねを中に含むチャンバを備える、請求項１に記載のプローブ。
【請求項６】
前記測定部位に前記静圧を加えるための前記ばねは、それが圧縮されたときにそれによって生成される実効圧力が下に存する組織の機械的特性のために圧縮された長さの比較的小さい変動によって実質的に影響されないように、比較的大きい非圧縮長さである、請求項５に記載のプローブ。
【請求項７】
前記加圧子は、前記測定部位に前記静圧を加えるための弾性エラストマ材料を備える、前記請求項１に記載のプローブ。
【請求項８】
前記測定部位に前記静圧を加えるための前記弾性エラストマ材料は、それが圧縮されたときにそれによって生成される実効圧力が下に存する組織の機械的特性のために圧縮された長さの比較的小さい変動によって実質的に影響されないように、比較的大きい非圧縮長さである、請求項７に記載のプローブ。
【請求項９】
前記ベースが比較的非伸縮性の材料のものであり、前記加圧子およびセンサをその中心に担持する、請求項１に記載のプローブ。
【請求項１０】
前記ベースは、前記加圧子およびセンサに面するその表面に、前記ベースを前記測定部位で前記被験体の皮膚に接着するための接着剤層を含む、請求項１に記載のプローブ。
【請求項１１】
前記プローブは、血中酸素飽和度を感知するための光センサを含む、請求項１に記載のプローブ。
【請求項１２】
前記プローブは、前記被験体の心電計（ＥＣＧ）信号のような電位を感知するための電極をも含む、請求項１１に記載のプローブ。
【請求項１３】
前記プローブは、前記被験体の心電計（ＥＣＧ）信号のような電位を感知するための電極をも含む、請求項１に記載のプローブ。
【請求項１４】
前記プローブは、前記被験体の音響信号を感知するための音響センサをも含む、請求項１に記載のプローブ。
【請求項１５】
前記プローブは、前記被験体の音響信号を感知するための音響センサをも含む、請求項１１に記載のプローブ。
【請求項１６】
前記測定部位に適用するときに、前記プローブの前記ベースにクランプ力を加え、前記被験体の前記測定部位の反対側の各身体部分に反力を加えるためのクランプ装置と組み合わされる、請求項１に記載のプローブ。
【請求項１７】
被験体の医学的状態または生理学的状態の変化を検出し指示するための装置であって、
前記被験体の皮膚の測定部位に適用し、その部位の拍動性動脈血量の測定された変化に対応する出力を生成するための請求項１に記載のプローブと、
前記測定された変化を利用して、前記被験体の医学的状態または生理学的状態の変化を検出し指示するデータプロセッサシステムと、
を備えた装置。
【請求項１８】
前記データプロセッサシステムは拍動性動脈血量の前記測定された変化を利用して、前記被験体の末梢動脈緊張を指示する、請求項１７に記載の装置。
【請求項１９】
前記データプロセッサシステムは拍動性動脈血量の前記測定された変化を利用して、前記被験体の全身性血圧の変化を指示する、請求項１７に記載の装置。
【請求項２０】
前記データプロセッサシステムは前記測定された変化を利用して、前記被験体の脈拍数を指示する、請求項１７に記載の装置。
【請求項２１】
前記データプロセッサシステムは拍動性動脈血量の前記測定された変化を利用して、前記測定部位の血管緊張レベルを示す、請求項１７に記載の装置。
【請求項２２】
前記センサは光センサであり、前記データプロセッサシステムは拍動性動脈血量の前記測定された変化を利用して、血液の酸素飽和度の測定値を生成する、請求項１７に記載の装置。
【請求項２３】
前記装置は、前記被験体の皮膚の一つの追加測定部位に適用しかつその部位の拍動性動脈血量の変化を測定するための請求項１に記載の少なくとも一つの追加プローブをさらに備え、前記データプロセッサシステムは、前記被験体の医学的状態または生理学的状態の変化を検出し指示するために、前記プローブの両方の測定された変化を利用する、請求項１７に記載の装置。
【請求項２４】
前記プローブは、血管床が様々なレベルの自律神経系の活動または応答を有する測定部位に適用するように構成される、請求項２３に記載の装置。
【請求項２５】
前記プローブは、血管床がそれぞれ主として導管（伝導性）動脈および微小循環血管床から成る測定部位に適用するように構成される、請求項２３に記載の装置。
【請求項２６】
前記プローブは、血管床の拍動性血液量がそれぞれ自律神経系の活動または全身性血圧のレベルによって著しく影響される測定部位に適用するように構成される、請求項２３に記載の装置。
【請求項２７】
前記プローブは、血管床の拍動性血液量がそれぞれ自律神経系の活動または全身性血圧のレベルによって著しく影響される測定部位に適用するように構成され、前記データプロセッサシステムは前記プローブの出力を比較して、前記被験体の医学的状態または生理学的状態の変化を指示する、請求項２３に記載の装置。
【請求項２８】
前記プローブは、血管床の拍動性血液量が自律神経系の活動によって不均等に影響される測定部位に適用するように構成され、前記データプロセッサシステムは前記プローブの出力を比較して、前記被験体の医学的状態または生理学的状態の変化を指示する、請求項２３に記載の装置。
【請求項２９】
前記プローブは、血管床の拍動性血液量がそれぞれ自律神経系の活動の不均等なレベルによって著しく影響される測定部位に適用するように構成され、前記データプロセッサシステムは前記プローブの出力を比較して、前記被験体の医学的状態または生理学的状態の変化を指示する、請求項２３に記載の装置。
【請求項３０】
前記プローブは、相互に既知の距離にある二つまたはそれ以上の測定部位に適用するように構成され、前記データプロセッサシステムはパルス伝播速度を指示するために前記プローブの出力を利用する、請求項２３に記載の装置。
【請求項３１】
前記プローブの少なくとも一つは被験体の心電計（ＥＣＧ）信号を感知するための電極を含み、前記データプロセッサシステムは拍動性動脈血量の前記測定された変化、及び前記ＥＣＧ信号を利用して、パルス通過時間および／またはパルス伝播速度を決定する、請求項２３に記載の装置。
【請求項３２】
前記測定部位における拍動性動脈血量の変化を感知するための感知モダリティが、前記加圧子内の圧力変化である、請求項１に記載のプローブ。
【請求項３３】
前記測定部位における拍動性動脈血量の変化を感知するために複数の異なるセンサが使用される、請求項１に記載のプローブ。
【請求項３４】
前記加圧子によって加えられる圧力は前記センサの領域を超える領域に広がり、感知領域の上に存する圧力場の実効境界を延長して、前記測定部位における静脈の膨張および血液の鬱滞を実質的に防止し、十分な外部逆圧を加えることによって拡張される圧力場の実効境界は、下に存する静脈を効果的に押しつぶし、かつ前記測定部位の周囲の組織を介して前記測定部位に対する自由な静脈還流を可能にする一方で局所的な静脈血流を動脈スループットに制限する、請求項１に記載のプローブ。
【請求項３５】
睡眠／覚醒検出器をさらに含み、前記データプロセッサシステムは前記測定された変化を利用して、前記被験体の睡眠／覚醒状態を指示する、請求項１７に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、哺乳類被験体の生理学的状態またはその変化を監視するため、または被験体の様々な医学的状態を検出するために、被験体の身体の選択された領域に適用するためのプローブに関する。本発明はまた、そのようなプローブを利用する装置にも関し、かつ様々な医学的状態または生理学的状態を検出するためにそのようなプローブを利用する方法にも関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明は、参照によって本書にその内容を組み込む米国特許第６３１９２０５号、第６３２２５１５号、第６４６１３０５号、および第６４８８６３３号、ならびに他国に出願した対応する特許および出願に記載されるように、末梢動脈緊張の変化を監視することによって被験体の医学的状態または生理学的状態を非侵襲的に検出するのに特に有用である。以下ではこれらを上述した特許および出願と呼ぶ。したがって、本発明を以下では、上述した特許および出願に関連して記載するが、本発明の様々な特徴は他のプローブにも、かつ他の種類の医学的状態または生理学的状態の検出にも、有利に使用できることは理解されるであろう。
【０００３】
上述した特許および出願は、特に、被験体の身体部分の末端たとえば指（指またはつま先）における拍動性動脈血量の変化によって現れる、末梢動脈緊張の変化を監視することによって、被験体の医学的状態または生理学的状態を非侵襲的に検出するための様々なプローブ、構成、方法、および装置を開示している。そこに記載されているそのようなプローブによって検出される医学的状態は、心筋虚血、睡眠時無呼吸、および他の睡眠時呼吸障害状態、内皮機能不全（ＥＤ）、および睡眠障害のみならず、精神的ストレス、交感神経系反応性、血圧、ＲＥＭ段階睡眠、身体的、薬理学的、または精神的作用因子またはストレス因子に対する応答のような特定の生理学的状態をも含む。
【０００４】
一般的に、上述した特許および出願に記載のプローブは、被験体の最末端を含む身体部分（例えば指またはつま先）の遠端を受容するための少なくとも一つの区画を、区画が一端で閉鎖されかつ他端で開放されるように画定する筺体と、区画内に受容された後で身体部分の予め定められた状態を感知するためのセンサとを含む。そこに記載された好適な実施形態は、被験体の指またはつま先の末梢動脈緊張を監視するのに特に有用であり、その目的のために、最末端を含む被験体の指の遠端の周りに略均等に静圧場を加えるための加圧手段を含む。圧力場は、静脈脈管の膨張を実質的に防止し、加圧場内の静脈の血液の鬱滞を実質的に防止し、制御されない静脈の指の遠端への逆流および逆行性衝撃波の伝播を実質的に防止し、かつ心臓の高さまたはそれより低い位置にあるときの指の遠端の動脈の壁の張力を部分的に解放するが動脈を閉塞しない十分な予め定められた大きさである。
【０００５】
静脈の鬱血および静脈の膨張の防止は、誘発静脈細動脈反射性血管収縮の発生を防止することを意図する。制御されない静脈の指の遠端への逆流および逆行性衝撃波伝播の防止、および動脈壁の張力の部分的解放は、静脈血量の変化から分離され、かつ測定方法のアーチファクトによる困惑させる誘発反射性変化から分離される動脈パルス信号の最適測定に貢献する。したがって、上述した特許および出願に記載のプローブセンサは、動脈緊張に関連する瞬間的な血流の拍動性変化によるその中の血液量の変化に関連する被験体の指（または他の身体部分）の遠端の変化を感知するように、最適に構成された。
【０００６】
より広い範囲の身体部位で測定を行なうことを可能にするプローブを提供することが非常に望ましい。そのようなプローブは、例えば末梢動脈緊張が異なる生理学的制御メカニズムによって支配されることが知られている部位の生理学的変化を比較することによって、広範囲の生理学的状態の非侵襲性決定を容易にするために使用することができる。そのような知識は、例えば反射性間接動脈緊張変化と、心臓拍出量の低下または他の変化の機械的血行力学的結果による動脈拍動性振幅の変化との間の区別を可能にすることができる。
【０００７】
より広い範囲の身体部位における末梢動脈緊張の測定を容易にすることによって得られる利点に加えて、静脈血変化から効果的に分離される拍動性動脈信号を記録する能力は、パルス酸素測定の方法による血液の酸素飽和度の非侵襲性測定にとって重要な利点をもたらす。該当する重要な例として、そのようなプローブを表在性動脈を覆う測定部位に適用する場合があり、そこでは、血中酸素のレベルは、大部分が微小血管の動脈および静脈血管から成る血管床を覆う部位から導出される測定値より正確に、実際の全身動脈の酸素化レベルを表わすことができる。同一プローブからの動脈血の飽和レベルおよび末梢動脈の拍動性血液量変化の複合同時測定は、さらに大きい診断上の利点をもたらすであろう。
【０００８】
さらに、そのようなプローブは、例えば指装着プローブの場合のように、被験体がよく耐えられる、あるいは結果的に被験体が装置を外す可能性が低い身体場所で使用することができる。そのようなプローブはまた、乳児、幼児、精神障害のある被験体、または指またはつま先の構造的または機能的疾患を持つ被験体の測定にも有用であろう。
【発明の開示】
【０００９】
本発明の目的は、事実上どんな身体部位でも測定を行なうことを可能にし、それによって上述した利点の多くをもたらすプローブを提供することである。本発明の別の目的は、そのようなプローブと共に使用するための装置を提供することである。さらなる目的は、様々な医学的状態または生理学的状態を検出するために、そのようなプローブを使用する方法を提供することである。
【００１０】
本発明の一態様では、身体部分を覆う被験体の皮膚の選択領域であって、拍動性動脈血量の変化を測定するための部位として役立つ選択領域に適用するためのプローブにおいて、測定部位の被験体の皮膚の選択領域に適用するためのベースと、ベースが測定部位に適用されたときに測定部位の被験体の皮膚に静圧を加えるためにベースによって担持された加圧子と、ベースが測定部位に適用されたときに測定部位の拍動性動脈血量の変化を感知するために加圧子によって担持されたセンサとを備えており、加圧子はベースが測定部位に適用されたときに測定部位の動脈血管の壁の張力を部分的に解放するが動脈を閉塞しない十分な大きさの静圧を測定部位に加えるように設計され、加圧子は、下に存する静脈を効果的に押しつぶしかつ測定部位の周囲の組織を介して測定部位に対する自由な静脈還流を可能にする一方で局所的な静脈血流を動脈スループットに制限するのに十分な外部逆圧を加えることによって、測定部位の静脈の膨張および血液の鬱滞を実質的に防止するように構成されて成る、プローブを提供する。
【００１１】
後述する本発明の好適な実施形態では、加圧子は被験体の皮膚の比較的限定された領域に静圧を加えるように構成され、該領域は測定部位におけるそれぞれの身体部分の表面周辺の比較的小さい部分を占め、それによって測定部位の周囲の広範囲の非限定通路を介して測定部位からの自由な静脈還流が可能になる。
【００１２】
加圧子は、被験体の局所静脈圧より高くかつ被験体の拡張期の血圧よりわずかに低い静圧を、測定部位に加えることが好ましい。
【００１３】
本発明の幾つかの実施形態を例として以下で記載する。一実施形態では、加圧子は流体チャンバと、測定部位に圧力を加えかつその後圧力を測定するための外部流体源とを備える。別の実施形態では、加圧子は、ラプラスの法則を利用するように構成された少なくとも一つの弾性壁を持ち、プローブによって加えられる圧力のレベルが下に存する組織の機械的特性によって実質的に影響されないように測定部位に静圧を加えるための自給式流体を含む流体チャンバを含む。さらなる実施形態では、加圧子は測定部位に静圧を加えるために中にばねを含むチャンバを備え、さらに別の実施形態では、加圧子は、測定部位に静圧を加えるためのスポンジゴムまたは類似物のような弾性エラストマ材料を備える。
【００１４】
本発明の別の態様では、被験体の皮膚の測定部位に適用するためおよびそこでの拍動性動脈血量の測定変化に対応する出力を生成するための上記のプローブと、測定変化を利用して被験体の医学的状態または生理学的状態を検出し指示するためのデータプロセッサシステムとを備えた、被験体の医学的状態を検出し指示するための装置を提供する。
【００１５】
記載した幾つかの実施形態のさらなる特長によると、装置はさらに、被験体の皮膚の少なくとも一つの追加測定部位に適用するため、およびそこでの拍動性動脈血量の変化を測定するために、上述したような少なくとも一つの追加プローブを備え、データプロセッサシステムは、被験体の医学的状態または生理学的状態を検出し指示するための両方プローブの測定変化を利用する。
【００１６】
下でさらに詳しく記載するように、そのようなプローブは、血管床が様々なレベルの自律神経系の活動を有する測定部位、または血管床が主として導管または伝導性動脈から成る測定部位、または血管床の拍動性血液量がそれぞれ自律神経系の活動および全身血圧のレベル等によって著しく影響される測定部位に適用するように構成することができる。
【００１７】
さらに記載する好適な実施形態では、プローブは、被験体の心電計（ＥＣＧ）信号のような生体電位を感知するための電極を含むことができ、データプロセッサは、拍動性動脈血量の測定変化およびＥＣＧ信号を利用して、パルス通過時間（ＰＴＴ）またはパルス伝播速度を決定する。他の生理学的パラメータのセンサを生体電位センサに取って代えることもできる。下でさらに詳しく記載するように、そのような情報は、被験体の医学的状態を検出し指示するのにも極めて有用になり得る。
【００１８】
本発明のさらに別の態様では、被験体の様々な医学的状態を検出し指示するために、上述したプローブを使用する方法および装置を提供する。
【００１９】
指（およびつま先）プローブとの比較
従来、基本的に純粋な動脈の拍動性血液量測定を分離するための動脈パルス信号測定方法の実際の適用は、身体の末端すなわち指またはつま先を取り込む部位に限定されてきた。これは、測定部位の動脈の壁の張力を部分的に解放するが動脈を閉塞しない所要静圧を測定部位に適用するために、そのようなプローブが測定対象の身体領域の周囲全体にわたって周方向に適用されるという事実による。したがって、全周圧迫帯は本質的に、加圧部位の遠位に静脈膨張および静脈鬱血を誘発する。
【００２０】
そのような静脈膨張および静脈鬱血は、血管床のどの部分も事実上圧力場の遠位にならないように、測定部位の遠位表面全体が最先端まで均一な圧力場内に閉じ込められた場合にだけ防止することができる。上に引用した特許および出願に記載されたプローブは一般的に、静脈鬱血および静脈膨張の発生を防止し、かつしたがって抑制されない遠位静脈の鬱血および膨張の不利な結果を回避するために、加えられる圧力場が体肢の末端まで達し、実際その先にまで達することを確実にするように構成された。
【００２１】
対照的に、本発明に従って構成されるプローブは、有害な静脈鬱血効果を引き起こすことなく、体表面の事実上どの位置からでも動脈パルス信号およびそれらの変化を測定することができる。これは、プローブが測定部位を完全に取り囲むことなく任意の体表面に適切な圧力場を加えるように構成することによって達成される。そのような状況下では、静脈還流が測定点または領域を取り囲む代替的な完全非制約通路を介して自由に発生することができ、したがって体肢の末端まで遠位方向に伸びる圧力場を加える必要性が回避されるので、遠位静脈鬱血は回避される。実際の測定部位では、伝達される拍動性動脈スループットを除いて血管が押しつぶされた状態に維持されるように、圧力が加えられる。
【００２２】
さらに、中心測定領域を超える領域に広がる均等加圧の領域の拡大は、感知領域の上に存する圧力場の実効境界を延長し、さらに測定部位を逆行性静脈衝撃波信号および類似物から保護する追加的利益をもたらす。
【００２３】
加えて、そのようなプローブは事実上どの身体部位にでも適用するように構成できるので、そのようなプローブは、上述したように、かつ下でさらに詳しく述べるように、複数の異なる身体部位で測定を同時に行ない、被験体の様々な医学的状態または生理学的状態を指示または検出するのに有用なかなりの追加情報を提供することが可能である。
【００２４】
本発明のさらなる特長および利点は、以下の記述から明らかになるであろう。
【００２５】
図面の簡単な記述
本発明をここで、単なる例として、添付の図面を参照しながら説明する。
図１ａおよび１ｂは加圧子が加圧を促進するためおよび拍動性動脈血量の変化を測定するための流体の外部供給源を有する流体チャンバを含む、本発明に従って構成されたプローブの一形態をそれぞれ示す略平面図および略側面図であり、図１ｃは、拍動性動脈血量の変化を測定するために被験体の皮膚に適用されたプローブを示す、図１ｂに対応する図である。
図２ａ、２ｂ、および２ｃは例えば公開された米国特許出願第２００２／００７２６８１Ａ１号にさらに詳しく記載されているように、ラプラスの法則を利用するように構成された少なくとも一つの弾性壁を有する流体チャンバによって圧力が加えられる、本発明に従って構成された別のプローブを示す、図１ａ、１ｂ、および１ｃにそれぞれ対応する略図である。
図３ａ、３ｂ、および３ｃは加圧子が静圧を加えるためのばねを含む、本発明に従って構成された第三のプローブを示す、図１ａ、１ｂ、および１ｃにそれぞれ対応する略図である。
図４ａ、４ｂ、および４ｃは加圧子が静圧を加えるための弾性スポンジ材を含む、本発明に従って構成された第四のプローブを示す、図１ａ、１ｂ、および１ｃにそれぞれ対応する略図である。
図５ａ、５ｂ、および５ｃは図４ａ、４ｂ、および４ｃのプローブの構造およびプローブにおけるＥＣＧ電極の包含をさらに詳しく示す、図４ａ、４ｂ、および４ｃにそれぞれ対応する略図である。
図６は被験体の皮膚の表面の限定領域にプローブを固定する一方法を図式的に示す。
図７は被験体の皮膚の制限領域にプローブを固定する別の方法を図式的に示す。
図８は本発明に従って構成された、被験体の医学的状態または生理学的状態を検出または指示するための複数のプローブの測定を利用する装置の一形態を示すブロック図である。
図９は、下でさらに詳しく記載するように、静脈鬱血が実質的にない動脈血量の変化の測定を事実上被験体の身体のどの位置でも実行することができることを実証する二つのトレースを含む。
図１０は上のトレースに、最小限の圧力場に加圧された指に適応されたプローブからの出力信号を示し、下のトレースに、掌に装着され拡張期付近の圧力場に加圧されたプローブからの出力信号を示す。
図１１ａ、１１ｂ、および１１ｃは光センサを含む本発明に従って構成されたさらなるプローブを示す、図１ａ、１ｂ、および１ｂにそれぞれ対応する略図であり、図１１ｄおよび１１ｅは、光センサの構成をさらに詳しく示すそれぞれ平面図および側面図である。
図１２は図１１ａ〜１１ｅのプローブの測定を利用するように本発明に従って構成された装置を示すブロック図である。
図１３ａおよび１３ｂはＥＣＧ電極をも含むプローブを示す、それぞれ図１１ｄおよび１１ｅに対応する平面図および側面図である。
図１４は図１３ａおよび１３ｂのプローブの測定を利用するように本発明に従って構成された装置を示すブロック図である。
図１５は一方は掌に適用され、他方は指に適用され、反射性事象に対し異なる短期応答を有する被験体の身体の二つの異なる場所の拍動性動脈血量の変化を検出するように、本発明に従って構成された二つのプローブを使用する方法を示す。
図１６は本発明に従って構成された、３０分の睡眠期間中に被験体の身体の異なる部分（指および掌）に適用された二つのプローブの出力を示す。
図１７および１８は本発明に従って構成され、血管床が自律神経系の刺激に対して異なる反応性を有する被験体の身体の異なる部分（前額部および手）に適用された二つのプローブの出力を示す。
図１９は本発明に従って構成され、橈骨動脈または骨質領域を覆う他の主要な表在性動脈に適用されたプローブの出力を示す。
図２０は本発明に従って構成され、手および橈骨動脈にそれぞれ適用された二つのプローブの出力を示す。
【００２６】
上述した図面および以下の記載は、主に、本発明の概念的態様、および現在好適な実施形態とみなされるものを含め、可能な様々な実施形態の理解を容易にする目的のために提示するものであることを理解されたい。明瞭かつ簡潔にするために、当業者が通常の技術および設計を使用して、記載する発明を理解しかつ実施することを可能にするために必要である以上の詳細を提示しようとは試みない。さらに、記載する実施形態は単なる例であって、本発明は本書に記載する以外の形態および適用例で実施することが可能であることを理解されたい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
先に示した通り、本発明に従って構成されたボディプローブは、拍動性動脈血量の変化を測定するために、プローブを被験体の身体の指またはつま先のような末端に制約することなく、被験体の皮膚のほとんどどんな選択領域にも適用することができる。プローブは、測定部位の被験体の皮膚の選択領域に適用するためのベースと、選択部位の被験者の皮膚に静圧を適用するためにベースによって担持される加圧子と、測定部位の拍動性動脈血量の変化を感知するために加圧子によって担持されるセンサとを含む。本発明では、加圧子は、測定部位における動脈の壁の張力を部分的に解放するが動脈を閉塞しない大きさの静圧を測定部位に加える。加圧子は、下に存する静脈を効果的に押しつぶし、測定部位に対して測定部位の周囲の組織を介する自由静脈還流を可能にしながら局所的静脈血流を動脈スループットに制限するのに十分な外部逆圧を加えることによって、測定部位の静脈の膨張および血液の鬱滞を実質的に防止するように構成される。後者は、記載する好適な実施形態では、被験体の皮膚の比較的制限された領域に静圧を加えることによって達成される。該領域は測定部位におけるそれぞれの身体部分の表面周辺の比較的小さい部分を占め、それによって測定部位の周囲の広い領域の非制約通路を介して測定部位からの自由な静脈還流が可能になる。
【００２８】
図面は、本発明の上述した特長に従って構成された多数のプローブを示す。
【００２９】
図１ａ〜１ｃに示され、そこで一般的に１０で表わされたプローブは、非伸縮性材料のベース１１と、ベースの中心にある加圧子１２と、加圧子の中心にあり、それぞれの測定部位における拍動性動脈血量の変化を感知するためのセンサ１３とを含む。加圧子１２およびセンサ１３に面し、被験体の皮膚に接触させるベース１１の表面は、ベースを測定部位で被験体の皮膚に接着するための接着剤層１４を含む。
【００３０】
前述の通り、加圧子１２は、血管壁の張力を解放しながら同時に静脈の膨張および鬱血を防止することによって、適切なレベルの静圧を加えて動脈の拍動性圧力測定を向上する。したがって、加圧子は、測定部位におけるそれぞれの身体部分の表面周辺の比較的小さい部分を占める、被験体の皮膚の比較的制限された領域に適用されるので、測定部位に加えられる静圧は、測定部位の周囲の広い領域の非限定通路を介して測定部位からの自由な静脈還流を可能にする。
【００３１】
図１ａ〜１ｃに示したプローブ１０では、加圧子１２は、管１６を介して加圧流体（例えば空気）の供給源に接続された流体チャンバ１５と、加圧子のセンサ１３を担持する側とは反対側にある剛性キャップ１７とを含む。したがって、ベース１１が接着面１４によって測定部位で被験体の皮膚にしっかりと接着されたときに、加圧子１２は管１６を介して加圧され、上述した通り適切な圧力を測定部位に加えることができ、静脈の膨張および鬱血の影響なく、センサ１３が拍動性動脈血量の変化を感知することを可能にする。上述した加圧空気圧システム内で生じる実際の容積変化を測定することができ、したがって前出願（外国出願〔ＩＬ〕１１８９７６、１９９６年７月３０日、その図５参照）に記載したような静脈の膨張および鬱血の影響なく、拍動性動脈血量の変化を測定するための独立した信号として役立てることができる。
【００３２】
センサ１３は、上に引用した特許および出願（その中身を参照によって本書に組み込む）に記載されたもののいずれかのような、任意の型のセンサとすることができる。
機械的摂動、容積変化、圧力変化、光学的濃度変化、または表面反射率変化を検出するための任意の型のセンサ、レーザドップラ装置、または他の流量計装置、電磁変化、ホール効果変化、ひずみゲージ装置、圧電素子等とすることができる。
【００３３】
プローブ１０のみならず後述する通り本発明に従って構成される他のプローブによっても検出可能な様々な医学的状態または生理学的状態は、心筋虚血、睡眠時無呼吸、呼吸低下、上気道抵抗症候群、内皮機能不全（ＥＤ）、および睡眠障害のみならず、精神的ストレス、交感神経系反応性、血圧、ＲＥＭ段階睡眠、身体的、薬理学的薬剤、または精神的作用因子またはストレス因子に対する応答のような特定の生理学的状態、または上に引用した特許および出願（その中身を参照によって本書に組み込む）に記載された医学的状態または生理学的状態のいずれをも含む。図１１ａ〜１４に関連して後述するように、特に重要な利点は、本発明がパルス酸素測定プローブで実現されるときに得られる。
【００３４】
図２ａ〜２ｃは、本発明に従って構成され、そこで一般的に２０で表わされた別のプローブを示し、それもまた、測定部位で被験体の皮膚の選択領域に適用するためのベース２１と、ベースによって担持され、測定部位で被験者の皮膚に静圧を加えるための加圧子２２と、加圧子の中心に担持され、測定部位における拍動性動脈血量の変化を感知するためのセンサ２３と、ベース２１を測定部位で被験体の皮膚に接着するための接着剤層２４とを含む。しかし、この場合、加圧子２２は、ラプラスの法則を利用するために構成された少なくとも一つの弾性壁を持つ流体チャンバを含む。したがって、例えば上に引用した米国特許第６４６１３０５号に記載される通り、ラプラスの法則の適切な実現は、下にある組織の特性に関係なく、外部弾性膜に対し一定の予め定められた圧力を生じることができる。そのような装置に使用する前の流体量の長期保存は、例えば我々の係属中の公開された米国特許出願第２００２／００７２６８１Ａ１号に記載されているように、内部エアサック（包装用バブル）を破断することによって、または容積占有プラスチックフォーマを変形することによって、または双安定容積占有要素を使用することによって達成することができる。
【００３５】
図３ａ〜３ｃは、本発明に従って構成された、一般的に３０で表わされる別のプローブを示す。それもまた、被験体の皮膚の選択領域に適用するためのベース３１と、測定部位で被験者の皮膚に静圧を加えるための加圧子３２と、測定部位における拍動性動脈血量の変化を感知するためのセンサ３３と、ベースを測定部位で被験体の皮膚に接着するための接着剤層３４とを含む。しかし、この場合、加圧子３２は、センサ３３によって感知される測定部位に、血管壁の張力を解放し、それによって同時に上述したように静脈の膨張および鬱血を防止しながら動脈の拍動性圧力の測定を改善するのに適した圧力を加えるために、筺体から突出するばねの一端にセンサ３３を担持した剛性筺体内にコイルばね３５を含む。
【００３６】
加圧子３２のばね３５は、圧縮されたときにそれによって生成される実効圧力が、下に存する組織の機械的特性のために、圧縮された長さの比較的小さい変動によって実質的に影響されないように、非圧縮状態で比較的大きい長さであることが好ましい。これは、圧縮された状態でばね３５の実質的な部分が筺体３６内に収容される場合には、特にそうである。
【００３７】
図４ａ〜４ｃは、そこで一般的に４０で表わされる、図３ａ〜３ｃの場合と同様の構成のプローブを示すが、それは図３ａ〜３ｃのばね荷重機構の代わりに、スポンジ材のような弾性材料の円柱体を含む。したがって、図４ａ〜４ｃの場合、加圧子４２が、図３ａ〜３ｃの剛性筺体３６に対応する剛性筺体４６内に、図３ａ〜３ｃのばね３５の代わりにエラストマスポンジ材のような弾性エラストマ材料の円柱体４５を含むことを除いては、図４ａ〜４ｃのプローブもまた、図３ａ〜３ｃの要素３１〜３４にそれぞれ対応するベース４１、加圧子４２、センサ４３、および接着剤コーティング４４を含む。プローブ４０内の弾性エラストマ材料４５もまた、圧縮されたときにそれによって生じる実効圧力が、下に存する組織の機械的特性のために、圧縮された長さの比較的小さい変動によって実質的に影響されないように、比較的大きい非圧縮長さとすべきである。前の例と同様に、これは、圧縮された状態で弾性円柱体４５の実質的な部分が剛性筺体４６内に収容される場合には、特にそうである。
【００３８】
図５ａ〜５ｃは、そこで一般的に５０で表わされる、図４ａ〜４ｃの場合と同様の構成のプローブを示すが、それもまた、下面に接着剤層５４を被覆されたベース５１と、上面を剛性キャップ５６で被覆された弾性またはスポンジ材の柱状体５５の形の加圧子５２と、測定部位で被験体の皮膚と接触するために弾性柱状体５５の下面から突出するセンサとを含む。プローブ５０では、センサは、測定部位における拍動性動脈血量の変化を光学的に感知するために光送信器５３ａおよび光受信器５３ｂを含む光センサである。
【００３９】
図５ａ〜５ｂに示したプローブ５０はさらに、センサ５３ａ、５３ｂによる拍動性動脈血量の変化の測定と同時に、心電計（ＥＣＧ）信号を感知するためのＥＣＧ電極５７を含む。感知されたＥＣＧ信号は、動脈血量測定と一緒に使用して、例えばパルス伝播速度の測定値を生成することによって、被験体の医学的状態または生理学的状態を検出または指示することができる。
【００４０】
図６は、プローブを被験体の皮膚の限定領域（例えば被験体の手首）にプローブを固定するために、プローブベースの下面に塗布された接着剤コーティングの代わりに、またはそれと一緒に使用することができる、クランプ構成を示す。該限定領域は、測定部位におけるそれぞれの身体部分（手首）の表面周辺の比較的小さい部分を占める。そのような構成は、測定部位の周囲の広い領域の非限定通路を介して測定部位からの自由な静脈還流を可能にする。
【００４１】
図６で、プローブは一般的に６０で表わされる。それは、ベース（例えば１１）の下面に接着剤コーティング（例えば１４）があるか無いかに関わらず、上述した構成のいずれかとすることができる。図６で一般的に６１で表わされた、使用するクランプは、例えばばね荷重キャリパとすることができる。それは、身体部分（例えば手首）のその位置で被験体の皮膚にそれを押し付けるためにプローブ６０のベースと係合可能な一つの脚６２と、それぞれの身体部分に反力を加えるために被験体の身体部分の反対側で圧力パッド６４と係合可能な第二脚６３と、身体部分との第三接触点で別の圧力パッド６５と係合可能な第三脚６６とを含み、それによってそれぞれの身体部分に三点クランプ構成を形成する。
【００４２】
脚６２によってプローブ６０のベースに加えられる圧力は、プローブの加圧子部分（例えば図１ａ〜１ｃの加圧子１２）によって発生する圧力と合わせて、通常の静脈圧より高いが拡張期動脈血圧より低いことが好ましく、それによって測定部位におけるセンサ（例えば図１ａ〜１ｃの１２）による拍動性動脈圧力測定が改善される。したがって、身体部分（例えば手首）に加えられる圧力は身体部分の周辺全体に対して拡張されていないので、このようなクランプ構成は測定部位の周囲の組織を介して測定部位（すなわち、センサが占める）に対する自由な静脈還流を可能にし、それによって測定部位の静脈の膨張および血液の鬱滞を防止する。
【００４３】
図７は、そこに一般的に３０で表わされたプローブを身体部分（例えば手首）に固定するための、わずかに異なるクランプ構成を示す。図７に示されたクランプ構成は、それぞれの身体部分（例えば手首）を取り囲む、一般的に７１で表わされた、ばね荷重ブレスレットである。ブレスレット７１もまた、身体部分の片側でセンサ７０に適切な圧力を加えるための一つの脚７２と、身体部分の反対側で圧力パッド７４に反力を加えるための別の脚７３と、身体部分の第三点でさらなる圧力パッド７５に圧力を加えるためのさらなる脚７５とを含み、それによってブレスレットの三点装着を達成する。他の全てに関しては、図７に示されたばね荷重ブレスレット７１は、図６に関連して上述したのと同様に動作し、血管壁の張力を解放しながら同時に静脈の膨張および鬱血を防止することによって、プローブ７０による動脈の拍動性圧力測定を向上する。
【００４４】
前に示した通り、本発明に従って構成された新規のプローブの重要な利点は、被験体の身体の様々な場所で拍動性動脈血量の変化を測定するために、そのような様々な場所で複数のそのようなプローブを使用することができることである。様々な測定部位におけるそのような測定は、被験体の様々な医学的状態を検出し指示するために有用なさらなる情報を提供することができる。
【００４５】
例えば、複数の体表面プローブを使用して、手の動脈−静脈シャント豊富な掌の表面または足の裏の表面、およびシャントの少ない対応する動脈−静脈表面を有するこれらの手足の他の部分との同時比較測定値を得ることができる。動脈−静脈豊富な部位はより大きい自律神経制御を持つので、そのような比較は自律神経系の活動の強度を強調するのに役立てることができる。二つまたはそれ以上のそのようなプローブを使用する本発明のさらなる適用については、特に図１０〜１６に関連して後述する。
【００４６】
図８は、一つ、二つ、またはそれ以上のそのようなプローブを利用する装置の主な構成要素を示すブロック図である。図８に示す例では、装置は二つのそのようなプローブ８１、８２を含み、それらは上述した構成のいずれかとすることができる。したがって、各プローブは、より詳しく上述した通り、測定部位で被験体の皮膚の選択領域に適用するためのベースと、ベースに担持され、測定部位で被験者の皮膚に所要の静圧を加えるための加圧子と、測定部位における拍動性動脈血量の変化を感知するためのセンサとを含む。センサの一つ（または両方）がＥＣＧ電極（図５ａ〜５ｃのＥＣＧ電極５７に対応する）を含む場合、装置は、それぞれの測定部位における拍動性動脈血量の変化を測定するためだけではなく、ＥＣＧ信号を生成して例えばパルス通過時間および／またはパルス伝播速度を決定するためにも利用することができる。そのような情報は、被験体の医学的状態または生理学的状態を検出または指示するのにも有用である。後述するように、幾つかの他の生体電位に基づく信号または非生体電位に基づく信号を、図５ａ〜５ｃのＥＣＧ電極の場合について図示した共通プローブから組み合わせて有効に記録することができる。
【００４７】
図８に示すように、プローブ８１、８２からの出力は増幅器およびフィルタ回路８３に加えられ、Ａ／Ｄ回路８４によってデジタルに変換され、ＣＰＵ、記憶装置、表示装置等を有するデータプロセッサシステム８５に入力される。
【００４８】
図８に示されたプローブ８１、８２は、回路８３および８４を介してデータプロセッサ８５にワイヤ接続することができ、あるいは例えばＲＦ、赤外、音響等のようなワイヤレス通信リンクを介してデータプロセッサと通信することができる。後者の場合、それぞれの測定部位における拍動性動脈血量の変化を感知するため、およびそのような測定値をデータプロセッサシステムに送信するためのエネルギ供給装置は、プローブ自体の中に収容され、それによって被験者はデータプロセッサへの取付けから解放される。プローブ８１、８２のいずれかまたは両方がプロセッサ８５にワイヤ接続される場合、後者およびそのサポートシステムは、米国特許第６４６１３０５号に従来記載されているように被験体に装着することができ、したがって被験体に動きの自由がもたらされる。
【００４９】
例えば我々の係属中の公開された米国特許出願第２００３／０００４４２３号および国際公報ＷＯ０１／６４１０１（末梢血管系を監視することによって特定の睡眠状態を非侵襲的に検出するための方法および装置）に記載されているように、挙動記録装置のような睡眠／覚醒検出器をプローブ装置内に、または被験体装着プロセッサ８５およびそのサポートシステム内に組み込むことができる。拍動性動脈血量信号に加えて、他の生理学的パラメータも体表面プローブによって感知することができる。基本的に、体表面から感知できる公知の生理学的パラメータのどれでも、拍動性動脈血量信号と一緒に感知することができる。そのようなパラメータの例として、一般的にパルス酸素計測法として知られる方法によって感知される血中酸素飽和度、呼吸に関連する音のような音、少なくともバイポーラ測定設定を使用する心電図（ＥＣＧ）、脳波図（ＥＥＧ）、筋電図（ＥＭＧ）、眼電図（ＥＯＧ）のような生物学的電位、パルス通過時間（ＰＴＴ）、局所的皮膚温度、電気皮膚反応信号（ＧＳＲ）、および皮膚の表面から感知することができるいずれかの他の公知の生物学的パラメータがある。異なる測定部位から導出される同時測定は、適切な測定のために少なくとも単一の双極子を必要とするＥＣＧ、ＥＯＧ、ＥＭＧ、ＥＥＧ等のような生体電位の測定を容易にすることによって、さらなる有用な情報を提供することができる。示したとおり、皮膚温度、電気皮膚反応、および音響記録のような非生体電位信号は有用な情報をさらに提供することができる。上に列記した信号は、図５ａ〜５ｃにＥＣＧ電極について示した方法で、測定部位で拍動性動脈血量の変化を感知するために使用されるとの同じプローブ装置から導出することができる。
【００５０】
以下の実験は、上述した特許および出願に記載された指（またはつま先）プローブと同様の方法で、上述したプローブを使用して、静脈鬱血アーチファクト無しの動脈パルス信号およびそれらの変化の測定を事実上、体表面のどんな位置からでも導出できることを実証するために行なわれた。
【００５１】
図９は、従前に記載された指プローブを使用して導出された静脈鬱血の鋭敏な影響およびその解消を示す。さらに詳しくは、この図は、上腕で近位カフを交互に１０ｍｍＨｇの圧力まで膨張させ、次いで０ｍｍＨｇまで収縮させたときの二本の隣接する指におけるパルス波振幅の時間的経過を示す。近位カフを１０ｍｍＨｇの圧力まで膨張させる結果、カフの遠位の組織で静脈の膨張が誘発される。上のトレースは、最小外部圧力が加えられたときに指プローブから記録されたパルス波振幅を示す一方、下のトレースは、拡張期の圧力に近い圧力場が二本の最末節指骨の表面全体に加えられたときに、指プローブによって記録されたパルス波振幅を示す。最小限の外部圧力場を持つ指では、適用される静脈の膨張が無い場合に比較して、誘発される静脈膨張の期間がパルス波振幅の実質的な減衰に関連付けられることが明らかである。これとは明確に対照的に、圧力場内にある指からの同時記録は、誘発される静脈膨張によって本質的に影響されない。
【００５２】
図１０は、本発明（例えば図４ａ〜４ｃ）に従って構成され、それぞれ掌（下のトレース）および指（上のトレース）に装着された体表面プローブによって感知されるパルス波振幅の時間的経過が上腕で近位カフを交互に４０ｍｍＨｇの圧力まで膨張させ、次いで０ｍｍＨｇまで収縮させたときに、最小限の外部圧力が加えられる指プローブから記録された時、同様の実験の同様な結果を示す。カフを４０ｍｍＨｇに膨張させると、カフの遠位の組織に静脈膨張が誘発される。上のトレースは、最小外部逆圧環境内の従来の指プローブからのパルス信号である。下のトレースは、局所的測定部位のみに加えられた近拡張期圧力場内の新規の掌装着体表面プローブからのパルス信号である。
【００５３】
図９および１０に示されたどちらの場合も、圧力場が無い状態で、誘発静脈膨張の期間はパルス信号の実質的な減衰に関連付けられる。明確に対照的に、異なるプローブ装置によって生成されるそれぞれの圧力場内の指または掌領域からの同時記録は、両方とも本質的に誘発される静脈膨張に影響されなかった。
【００５４】
この局所的に誘発される信号減衰の鋭敏な影響は、誘発された静脈−動脈血管収縮が時間と共に求心的に伝播する傾向によってさらに複雑化する。
【００５５】
図１１ａ〜１１ｅは、そこで一般的に８０で表わされたプローブを示す。それは図５ａ〜５ｂのプローブ５０と同様であるが、パルス酸素測定を行なうのに特に適している。
【００５６】
パルス酸素測定は、酸素化ヘモグロビンがより多くの赤外光を吸収し、より多くの赤色光を透過させるという特性に基づく。脱酸素化（または還元）ヘモグロビンは反対に挙動し、より多くの赤色光を吸収し、より多くの赤外光を透過させる。約８０５ｍｍの波長における光の吸収または透過は、酸素飽和度によって影響されない（つまり等吸収波長）。
【００５７】
高速で連続的に切り替えられる適切なＬＥＤからの赤色光および赤外光（または等吸収波長）に測定部位を交互に暴露することにより、受光素子を使用して透過（または散乱）光のレベルを測定することができる。両方の各波長でパルス波のそれぞれ高低点の吸収の比較差を算出し、かつ経験的に導出された変換方程式を使用することにより、次いで酸素化されたヘモグロビンの割合を算出することが可能である。
【００５８】
パルス酸素計測を実行する主な方法は次の二通りがある。（ａ）光源および光検出器を組織の両側に配置する透過モード。（ｂ）それらが相互に並んで配置される反射モード。
【００５９】
使用波長は６００〜７５０ｎｍ（赤）および８５０〜１０００ｎｍ（赤外）の範囲内である。典型値は赤が６６０ｎｍ、赤外が９２０または９４０ｎｍ、または６５０ｎｍと８０５ｎｍの組合せである。
【００６０】
したがって、図１１ａ〜１１ｅに示したプローブ８０もまた、下面に接着剤層８４が被覆されたベース８１と、上面が剛性キャップ８６で覆われた弾性またはスポンジ状材料の柱状体８５の形の加圧子８２と、測定部位で被験体の皮膚と接触するために弾性柱状体８５の下面から突出したセンサとを含む。特に図１１ｄおよび１１ｅに示すように、センサは異なる波長の二つの送信器８３ａ、８３ｂ（例えばＬＥＤ）と、被験体の皮膚に押し当てられる不透明な表面８３ｄによって二つのＬＥＤから間隔を置いて配置された受信器８３ｃ（例えば光検出器）とを含む。したがって、二つのＬＥＤを連続的に高速で切り替えることによって、組織占有表面８３ｄによって透過（または散乱）された光のレベルが光検出器８３ｃによって検出され、不透明な表面８３ｄに押し付けられた組織の血中酸素飽和度に関する計算を実行することが可能になる。
【００６１】
図１２は、血中酸素飽和度および拍動性動脈血量の測定値を生成するために光検出器８３ｃの出力を利用するための、一般的に９０で表わされた装置を示すブロック図である。図１２に示すように、光検出器８３ｃは、各々二つのＬＥＤ８３ａ、８３ｂの一つから受け取った光のレベルに対応する二つの出力を生成する。これらの光検出器の出力は、Ａ／Ｄ変換器９３を介してデジタル形式に変換されてＣＰＵ９４に入力される前に、増幅およびろ波のために別個の増幅器／フィルタチャネル９２ａ、９２ｂに入力９１ａ、９１ｂとして加えられる。ＣＰＵ９４は、（例えば経験的に導出された）適切な変換方程式を使用して、ブロック９４によって示されるように血中飽和度、拍動性動脈血量等を計算する。これらの値は次いで、ブロック９６によって示されるように格納および／または表示される。
【００６２】
図１３ａおよび１３ｂは、ＥＣＧ電極のような導電性要素をも含むことを除いては、図１１ａ〜１１ｅのそれと同様のプローブ構成を示す。したがって、図１３ａおよび１３ｂに示すように、そこで一般的に１００で表わされたプローブは、二つの光送信器１０３ａ、１０３ｂと受信器１０３ｃとをも含む。しかし、ここで後者の要素間の空間は、プローブが被験体からのＥＣＧ信号のような電位をも測定することができるようにするために、ＥＣＧ電極１０４のような導電性要素によって占められる。
【００６３】
図１３ａ、１３ｂのブローブ１００の構成は、それ以外では図１１ａ〜１１ｅのプローブ８０と同じである。
【００６４】
図１４は、プローブ１００の出力を処理するための装置を示す。該装置は、図１４の装置が二つのＥＣＧ電極１０４ａ、１０４ｂからの入力をも含むことを除いては、プローブ９０の出力を処理するための図１２の装置と同様である。したがって、図１４に示された他の要素は、図１２の場合と同じ参照番号で識別されており、それぞれ入力９１ｃ、９１ｄとして識別された、ＥＣＧ電極１０４ａからの入力が別のプローブからの入力と一緒に追加されている。
【００６５】
新規の体表面プローブの可能な用途
以下は、上述したプローブ、装置、および方法の可能な適用例の部分的リストである。
１．新規の体表面プローブは、上述した我々の全ての従来の特許および出願で言及した、末梢動脈の拍動性血液量または末梢動脈緊張の測定の全ての用途向けの代替的感知プローブを構成することができる（例えば睡眠‐薬剤関連、運動−ストレス試験関係、内皮機能試験関係、身体的、薬理学的、または精神的薬剤またはストレス因子等に対する応答）。指および掌の同時測定における反射性事象に対する短期応答の一例を図１５に示す。従前に記載されたプローブの代替物としての体表面プローブの適切性は、図１６でさらに増強される。これは、頻繁な無呼吸が発生した３０分の睡眠期間中の時間の関数としての指および掌の動脈パルス振幅の時間的経過を示す。両方の信号で同時に発生する頻繁な周期的信号振幅の低下は、睡眠中のこれらの無呼吸事象の結果である。
【００６６】
２．新規の体表面プローブはまた、手の動脈−静脈シャント豊富な掌の表面および足の裏の表面にも適用可能であり、従前に記載された指プローブほど邪魔にならず、より適用し易く、偶発的または意図的に外れ難く（特に乳児または幼児のような年少の被験体の間で）、指が異常に小さいかもしくは大きい場合、または奇形もしくは変形している場合、あるいは指が小さい年少の子供または指プローブを取り外す傾向のある年少の子供の場合に、より適している。
【００６７】
３．新規の体表面プローブはまた、例えば手の動脈−静脈シャント豊富な掌の表面または足の裏の表面、およびこれらの手足の対応する動脈−静脈シャントの少ない背側面との同時比較測定値を得るために使用することもできる。動脈−静脈豊富な部位はより大きい自律神経制御を持つので、そのような比較は自律神経系の活動の強度を強調するのに役立てることができる。
【００６８】
４．同様に、二つまたはそれ以上のそのような新規の体表面プローブを、自律神経刺激に対する血管床の反応がずっと低い前額と自律神経系の調整がきわめて高い掌の表面のように、身体部位の他の組合せに同時に適用することができる。そのような組合せを使用して、図１７および１８に示す吸息性喘ぎ事象に関連して示すように、掌の表面にだけ影響する反射性間接血管収縮と、両方の部位に影響する心拍数量の低下またはパルス圧の低下による動脈パルス波振幅の減少とを差別化することができる。これを、ワルサルワ操作に関連して図１８に示す。
【００６９】
５．体表面プローブは、橈骨動脈または好ましくは骨質領域の上にある他の主要な表在性動脈、および掌の表面のように末梢動脈血管床に適用して、自律神経系によってより強く影響される末梢動脈部位に比較して自律神経系に比較的影響されない、伝導性または導管動脈挙動の指標を得ることができる。橈骨動脈から導出された記録を図１９に示す。
【００７０】
６．上記の適用例４と同様に、一対の新規の体表面プローブをそれぞれ橈骨動脈または好ましくは骨質領域の上にある他の主要な表在性動脈、および掌の表面のような末梢動脈血管床に適用することができる。プローブ出力の比較により、自律神経系によってより強く影響される末梢動脈部位に比較して、自律神経系に比較的影響されない導管動脈挙動の指標が得られる。そのようなプローブは、上記の適用例２、３、および４に記載したように、より大きい動脈部位および複数の末梢動脈部位で同時に使用することができる。
【００７１】
７．体表面プローブの適用は、ＷＯ０２／３４１０５（被験者の内皮活動を非侵襲的に評価するための方法および装置）にかなり詳細に記載されている通り、内皮機能のレベルを評価して内皮機能不全の診断評価を容易にするために役立てることができる。
【００７２】
この適用例では、内皮機能評価を取り扱う特許に記載された様々なセンサの型の代わりに、新規の体表面プローブセンサを使用することができる。新規の体表面プローブ装置は、そこに記載されている全ての評価を実行するために使用することができる。その使用は、多くの場合、より簡便でもあるかもしれない。
【００７３】
橈骨動脈または好ましくは骨質領域の上にある他のいずれかの主要な表在性動脈における新規の体表面プローブの適用は、内皮機能を評価するのに、あるいは大導管動脈に関して、または微小血管動脈血管に関して、内皮機能不全（ＥＤ）の状態が存在するか否かを決定するのに、特に有用である。
【００７４】
内皮機能の複合評価、または大導管血管および微小血管動脈血管の両方に関して、内皮機能不全（ＥＤ）の状態が存在するか否かの決定は、適切な部位で複数の体表面プローブを使用することによって同時に行なうことができる。内皮機能の複合評価、または大導管血管および微小血管動脈血管の両方に関して、内皮機能不全（ＥＤ）の状態が存在するか否かの決定は、両方の型の血管床の別個の応答の決定を容易にするだけではなく、それらの比較応答の決定を容易にするので、さらに価値あるものになり得る。
【００７５】
８．新規の体表面プローブはまた、ＢＰの傾向を決定する頑健な手段として、橈骨動脈のような大きい表在性動脈にも適用することができる。所定の大動脈からの拍動性血液量信号の振幅は主として、動脈血圧の関数である。対照的に、広範囲の内径の動脈血管から成る末梢血管床の末梢動脈緊張のレベルは、主として、所定の血管床の抵抗および血圧の関数である。大血管および大血管の下流の末梢部位における拍動性動脈血量の変化を感知することによって、全身系血圧変化および末梢血管抵抗変化の別個の比較貢献を決定することが可能である。
【００７６】
図２０は、後者の適用例の一例を示す。この図は、掌の表面から記録された末梢信号（上のトレース）および橈骨動脈（下のトレース）からの同時記録を示す。大動脈からの記録は、末梢位置から記録されたものより変動がずっと少ないことに注目すべきである。また、それぞれ大動脈と小動脈の信号の傾向は方向性がしばしば相反することも興味深い。これは、心拍出量が安定しているときに、末梢抵抗と血圧との間に存在する相反する関係とも矛盾しない。したがって、これらの部位における複合測定は、被験体の生理学的状態のより完全な理解を提供することができる。
【００７７】
９．新規の体表面プローブはまた、中側頭動脈に適用して脳血流を監視することもできる。
【００７８】
１０．新規の体表面プローブはまた、二つのプローブが大動脈経路に沿って相互に既知の距離で直列に配置されたときに、パルス伝播速度を測定するために使用することもできる。（伝播速度は潜在的な血圧測定の代用であり、コンプライアンスの指標である）。
【００７９】
１１．新規の体表面プローブはまた、拍動性動脈血量変化の結果生じる機械的摂動、容積変化、圧力変化、光学的濃度変化等の時間的経過のみならずそれらの変形をも、従来記載された様々な診断に適用するためだけでなく、バイオフィードバック治療のための入力情報を提供する目的のためにも、測定するために使用することができる。
【００８０】
パルス酸素計測における体表面プローブの利点
新規の体表面プローブをパルス酸素測定法による測定のために使用することにより、特に重要な次の二つの利点がもたらされる。
１）加圧力場は、測定部位における局所的静脈血を物理的に排除する。静脈血の変動が発生することがあり、それらは拍動差測定の原因になることがあるので、これは動脈血の酸素含有量を正確に測定する上で重要な要素である。その結果、より正確な測定が可能である。
【００８１】
組織の光学的濃度は、固体組織、拍動性動脈血量、および一定の基本的に非動脈血量の組合せである。固体組織は定義上一定であり、光吸収に対するそれらの寄与は同様に一定である。対照的に、大部分が静脈血である非拍動性動脈血量はかなり変動し得る。指のように直接動脈−静脈経路がある血管床では、低圧静脈拍動も潜在的に発生し得る。拍動動脈血だけが測定されることを確実にすることによって、この潜在的な誤差源は排除される。
【００８２】
２）新規の体表面プローブは、表在性動脈の真上にある身体部位に配置することができ、したがって動脈源からの直接測定が促進されるので、パルス酸素測定に追加的な利点をもたらすことができる。
【００８３】
一般的にパルス酸素測定は指、つま先、または耳たぶで実行される。これらの測定部位は大部分が微小循環血管床から成り、そこには動脈血管、毛細血管、動静脈血管、および静脈血管を含む血管型が混在している。酸素測定が信号の拍動成分に基づく理由は、そのような部位に動脈血および静脈血が混在していることである。
【００８４】
体表面プローブによって利用可能な身体部位の範囲が広がると、表在性動脈の真上に存する測定部位を選択することが可能である。そのような動脈血管の壁が十分に薄いことを前提として、血液は定義上動脈血であるので、精度の改善を達成することができる。
【００８５】
本発明を幾つかの好適な実施形態および幾つかの好適な適用例に関連して説明したが、これらは単なる例として記載したものであって、本発明の多くの他の変形、変化、および応用ができることは理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００８６】
【図１】図１ａおよび１ｂは加圧子が加圧を促進するためおよび拍動性動脈血量の変化を測定するための流体の外部供給源を有する流体チャンバを含む、本発明に従って構成されたプローブの一形態をそれぞれ示す略平面図および略側面図であり、図１ｃは、拍動性動脈血量の変化を測定するために被験体の皮膚に適用されたプローブを示す、図１ｂに対応する図である。
【図２】本発明に従って構成された別のプローブを示す、図１ａ、１ｂ、および１ｃにそれぞれ対応する略図である。
【図３】図３ａ、３ｂ、および３ｃは加圧子が静圧を加えるためのばねを含む、本発明に従って構成された第三のプローブを示す、図１ａ、１ｂ、および１ｃにそれぞれ対応する略図である。
【図４】図４ａ、４ｂ、および４ｃは加圧子が静圧を加えるための弾性スポンジ材を含む、本発明に従って構成された第四のプローブを示す、図１ａ、１ｂ、および１ｃにそれぞれ対応する略図である。
【図５】図５ａ、５ｂ、および５ｃは図４ａ、４ｂ、および４ｃのプローブの構造およびプローブにおけるＥＣＧ電極の包含をさらに詳しく示す、図４ａ、４ｂ、および４ｃにそれぞれ対応する略図である。
【図６】被験体の皮膚の表面の限定領域にプローブを固定する一方法を図式的に示す。
【図７】被験体の皮膚の制限領域にプローブを固定する別の方法を図式的に示す。
【図８】本発明に従って構成された、被験体の医学的状態または生理学的状態を検出または指示するための複数のプローブの測定を利用する装置の一形態を示すブロック図である。
【図９】静脈鬱血が実質的にない動脈血量の変化の測定を事実上被験体の身体のどの位置でも実行することができることを実証する二つのトレースを含む。
【図１０】上のトレースに、最小限の圧力場に加圧された指に適応されたプローブからの出力信号を示し、下のトレースに、掌に装着され拡張期付近の圧力場に加圧されたプローブからの出力信号を示す。
【図１１】図１１ａ、１１ｂ、および１１ｃは光センサを含む本発明に従って構成されたさらなるプローブを示す、図１ａ、１ｂ、および１ｂにそれぞれ対応する略図であり、図１１ｄおよび１１ｅは、光センサの構成をさらに詳しく示すそれぞれ平面図および側面図である。
【図１２】図１１ａ〜１１ｅのプローブの測定を利用するように本発明に従って構成された装置を示すブロック図である。
【図１３】図１３ａおよび１３ｂはＥＣＧ電極をも含むプローブを示す、それぞれ図１１ｄおよび１１ｅに対応する平面図および側面図である。
【図１４】図１３ａおよび１３ｂのプローブの測定を利用するように本発明に従って構成された装置を示すブロック図である。
【図１５】一方は掌に適用され、他方は指に適用され、反射性事象に対し異なる短期応答を有する被験体の身体の二つの異なる場所の拍動性動脈血量の変化を検出するように、本発明に従って構成された二つのプローブを使用する方法を示す。
【図１６】本発明に従って構成された、３０分の睡眠期間中に被験体の身体の異なる部分（指および掌）に適用された二つのプローブの出力を示す。
【図１７】本発明に従って構成され、血管床が自律神経系の刺激に対して異なる反応性を有する被験体の身体の異なる部分（前額部および手）に適用された二つのプローブの出力を示す。
【図１８】本発明に従って構成され、血管床が自律神経系の刺激に対して異なる反応性を有する被験体の身体の異なる部分（前額部および手）に適用された二つのプローブの出力を示す。
【図１９】本発明に従って構成され、橈骨動脈または骨質領域を覆う他の主要な表在性動脈に適用されたプローブの出力を示す。
【図２０】本発明に従って構成され、手および橈骨動脈にそれぞれ適用された二つのプローブの出力を示す。
【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１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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