(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
生物ボディの血管に注入されたトレーサからの可変カウンティングレートの放射を検出することによって、上記ボディの心臓機能の状態を実時間で評価する装置であって、
上記カウンティングレートを連続的に測定するデバイスと、
上記測定されたカウンティングレートの測定値を所定の時間にわたって平均し、測定平均値に対して前記測定値が統計的標準偏差で分布しているデータを生成するデバイスと、
ｆ＝ 0.3とし、Ｎを毎秒のデータ点の数に記録数を乗じた値とし、
Ｃｉをデータ点当たりのカウントとし、
0004355051.tif 000007
ｘ2 を
0004355051.tif 000008
にしたがって決定して、
0004355051.tif 000009
にしたがって、上記カウンティングレートの測定値についての前記測定平均値の逆関数として上記心臓機能の状態についての指標の近似値を決定するデータプロセッサと、
を含んでいることを特徴とする装置。
【請求項２】
上記データプロセッサに接続され、上記近似した指標を読み出すためのデバイスを更に含んでいる請求項１に記載の装置。
【請求項３】
上記ボディの呼吸サイクルの持続時間及び心拍サイクルの持続時間を測定するデバイスと、
上記サイクル持続時間測定デバイスに接続され、読み出しデバイスによる上記近似された駆出率の読み出しを制限するデータ精度デバイスと、
を更に含んでいる請求項２に記載の装置。
【請求項４】
駆出率メータであって、
ハウジングと、
上記ハウジングに取付けられ、患者の血管に注入されたトレーサからの放射を検出し、検出した患者の心臓機能の放射測定値を所定の時間間隔にわたって平均し、測定平均値を求めるデバイスと、
を含み、
上記測定値は、上記測定平均値に対して統計的標準偏差で分布しており、
上記メータは、更に、
ｆ＝ 0.3とし、Ｎを毎秒のデータ点の数に記録数を乗じた値とし、
Ｃｉをデータ点当たりのカウントとし、
0004355051.tif 000010
ｘ2 を
0004355051.tif 000011
にしたがって決定して、
0004355051.tif 000012
にしたがって、上記測定平均値の逆関数として駆出率を計算するデバイス、
を含んでいることを特徴とする駆出率メータ。
【請求項５】
上記計算を、持続時間が上記患者の呼吸サイクルよりは短く、持続時間が上記特性に対する上記患者の心拍サイクルよりは長い時間期間にわたって平均した測定値に制限するデバイスを更に含んでいる請求項４に記載の駆出率メータ。
【請求項６】
上記駆出率を計算するデバイスに接続され、上記駆出率を読み出す読み出しデバイスを更に含んでいる請求項４に記載の駆出率メータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、心臓機能の監視及び評価のような、被試験ボディから発する放射を監視して評価する方法及び装置に関し、詳しく述べれば、患者の心臓の機能の状態を決定するための非侵入性( non-invasive )システム、及び新規な駆出率メータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ゲートされた血液プール容積測定によって心臓機能を監視する放射性核種トレーサ及びγ放射検出器を使用することは、原子核医療の分野においては一般に公知であり、実施されている。心臓機能を監視し、評価するためのこのような非侵入システムは、例えば、1987 年９月15日米国に特許出願された米国特許出願番号07/096,521の一部継続出願である米国特許第5,072,458号、1987年５月７日米国に特許出願された米国特許出願番号07/046,854号の一部継続出願である米国特許第5,007,427号、現在は放棄されている1985年10月８日に米国出願された米国特許出願番号06/785,549号からの分割出願である米国特許第4,920,969号に開示されている。この特許の開示によれば、移動核検出器に生理的監視システムが組合され、一般に駆出率として知られる拡張終期容積に対する心拍容積を測定することによって心臓機能を評価している。駆出率は、非侵入測定手段による心臓状態または心臓機能の最良の標識であると考えられている。
【０００３】
非侵入的に心臓機能を監視して評価するこれらの従来システムによれば、放射検出器のアレイから導出されるサンプル測定により、駆出率が間欠的に読み出される。従って、これらの従来システムからの駆出率の読み出しは、変換されたディジタルフォーマットである。心臓機能を監視して評価するためのこれらの従来システムは、正確なデータ読み出しを得るためには必要であると従来は考えられていたデータ処理及びデータ記憶動作に関連するハードウェアが複雑であったために、使用が制限されることがあった。従って、所望する程度のデータ精度の心臓機能の連続的な実時間評価は、非侵入型の心臓監視システムから入手することができなかった。
【０００４】
トレーサ及びγ放射検出器を使用して心臓機能を決定するためにボディを監視することに加えて、治療用放射性核種、特に前立腺がん及び乳がん内への埋め込み、並びに、心臓血管疾患における脂肪及びプラークの除去に使用されるシードのような他のボディの測定及び試験についても同じような状況が存在する。一例では、埋め込まれるＩ-125シードが、非対称性に関して試験される。これらのシードボディの非対称性、即ち同一の程度は、重要な情報である。これらの情報を発生させる従来システムは複雑であり、公知の従来技術システムによって正確な読み出しを得ることは困難である。
【０００５】
【発明の要旨】
従って、本発明の重要な目的は、被試験ボディの監視及び評価を、非侵入手法で、連続的に実時間で遂行する方法及び装置を提供することである。
【０００６】
本発明のさらなる目的は、患者の心臓の状態の指標または標識として駆出率を読み出すことによって、心臓機能の監視及び評価を連続的に実時間で遂行する方法及び装置を提供することである。
【０００７】
本発明の更に別の目的は、治療用放射性核種を監視して評価し、非対称性のようなそれらの特性を決定する方法及び装置を提供することである。
【０００８】
本発明の別の目的は、意図した効果を呈する新規な駆出率メータを提供することである。
【０００９】
本発明によれば、周期的に、即ち時間と共に変化するボディの特性または状態について、ボディの機能を実時間で監視する。特別な場合として、患者の血液流内にこの目的で導入された放射性トレーサから放出されるγ放射を検出することによって、患者の心臓機能を駆出率について実時間で監視する。前述した先行特許に開示されているようにして患者に取付けることができる検出器の信号出力は、検出された放射に関連するカウンティングレートの連続測定値（より一般的には、所定時間間隔中の時間的に離間したイベントの出現と呼ばれている）を与える。複数のこのようなカウンティングレート測定値が平均されて正規カウンティングレート値が求められる。関連する測定値は、統計的特性に従ってそれから逸脱する。従って、これらの正規、または平均カウンティングレート測定値は、近似駆出率値の逆関数を構成し、これは本発明の重要な発見に従ってデータ精度目的を達成するために、新規な数学的アルゴリズムまたはデータ処理プログラムによって所望の程度の精度で計算することができる。
【００１０】
本発明の他の発見によれば、連続した、実時間測定から入手した近似駆出率の計算は、精度の限界を有している。これらの限界は、患者の呼吸サイクルの持続時間及び心拍サイクルの持続時間のような患者から得たデータ入力から確立することができる。計算動作を 0.5秒のような制限された時間間隔以内に遂行し、８秒のようなより長い時間期間にわたって平均すると、駆出率計算の精度が更に改善される。駆出率の計算を正確な範囲内に制限し、制限用の警報または警告を確立する機能も設けることができる。
【００１１】
別の特別な場合として、植え込み／治療のためのＩ-125シードの非対称性は、さまざまな角度配向及び時間でシードボディを試験し、新規なアルゴリズムを使用して計算することによって決定される。
【００１２】
本発明の以上の目的、特色、及び長所、並びにその他は、以下の添付図面に基づく詳細な説明から明白になるであろう。
【００１３】
【実施例】
図１Ａに、被試験ボディ１を監視するための本発明の新規な方法及び装置をブロック図で示す。ボディ１は、人の心臓その他の部分であることも、または治療用放射性核種または周期的に変化する他の要素、部材、または材料であることができる。ボディは、時間と共に変化する、またはボディの向きの変化（例えば、回転または角位置、従って時間）に起因して変化するγ線のような放射の形状の検出可能なエネルギを放出する。ボディ１から放出されるエネルギを検出するのに適する検出器２はエネルギを検出し、ブロック３はエネルギの測定値を決定する。もしエネルギがγ線であれば、データ点当たりの（例えば、 32 データ点／秒）、そして時間の周期（例えば、８秒）中のカウントが検出される。このデータは、ブロック４において普通の装置によって記録される。ブロック４内のデータはコンピュータ５へ供給され、本発明の新規なアルゴリズムに従ってＣＰＵ５ａ内で処理される。コンピュータ５の出力は、ディスプレイ６及びプリンタ７へ供給され、またコンピュータ５のメモリ内に格納される。
【００１４】
以下の式は、本発明のアルゴリズムを構成しており、測定された値を被試験ボディの特定の特性に関係付けるものである。
【００１５】
0004355051.tif 000002
ここに、ｆ＝１−Ｂであり、Ｂは測定された特性に対する背景放射である。ｘ2 は、以下の式に従ってデータ点の数及びカウント／データ点から計算された値である。
【００１６】
0004355051.tif 000003
但し、Ｎは毎秒のデータ点の数に秒数を乗じた値に等しく、Ｃiはデータ点当たりのカウントに等しく、
0004355051.tif 000004
【００１７】
図１Ｂに、人の心臓機能を監視するための本発明による方法及び装置を示す。検出器１０のアレイが被試験ボディ（この場合は、人の心臓）に密接して非侵入的に配置されている。検出器１０によって検出されたデータ（放出された放射の毎秒のカウント形状）は、インタフェースデータプロセッサ１４の入力ポート１２へ供給される。データプロセッサ１４内においては、読み出しを駆出率ディスプレイ１６と他のデータ読み出し１８とに供給するためにデータが処理され、連続的に、且つ実時間で計算が遂行される。データプロセッサ１４は電源２０から給電され、それに関連するタイムベース化カウンタ区分２２を有している。検出器アレイ１０からの信号出力は、カウンタ区分２２によって、所定の時間間隔中の検出器の放射カウント出力に基づいてカウンティングレート測定値に変換される。放射は、適当な放射性核種を注入することによって発生される。入力ポート２６を通してデータプロセッサに接続されている発生器２４からのアナログ信号の源は、データプロセッサの連続的な、実時間信号処理動作のための信号ベースを供給する。データプロセッサの動作モードは、入力ポート３０に接続されているイベントスイッチ２８からの入力によって決定される。後述するように、データプロセッサの計算動作は、データプロセッサの入力ポート３４に接続されているサイクル持続時間の源（これもまた後述する）から受信したデータによって決定される確立された精度範囲に制限される。システムには警報３６も設けられている。警報３６は、測定が行われていること、及び読み出しが精度限界を超える状態の下で発生していることを指示することができる。
【００１８】
図２は、図１に概要を示したシステムを実現した駆出率メータ３８の典型的な制御及びディスプレイパネルの例を示している。電源２０に関連しているのは、メータの制御パネル上の電力オン／オフスイッチ２０ａ、及び発光ダイオードのような電源表示灯２０ｂである。図２には、イベントスイッチ２８も示されている。一実施例による検出器アレイは、本明細書に引例として組込んでいる前記米国特許第 5,072,458号に開示されているものであることができ、図２のコネクタソケット１０ａにプラグインされるようになっている主検出器と、より小さいコネクタソケット１０ｂにプラグインされるようになっている補助検出器とを含んでいる。駆出率ディスプレイ１６は、２つのデータ読み出しディスプレイ１８ａ及び１８ｂに接して配置され、検出器から得た実際のカウンティングレート測定値、及び正規または平均カウンティングレート値を表示する。
【００１９】
図１に関連して上述したデータプロセッサ１４は、本発明による計算アルゴリズムまたはプログラムを遂行してディスプレイ１６上に駆出率読み出しを供給する。この読み出しは、以下の式による公知の駆出率（ＥＦ）の定義に一致する。
【００２０】
ＥＦ＝（Ｄ−Ｓ）／（Ｄ−Ｂ）
ここに、Ｄ及びＳはそれぞれ拡張終期及び収縮期カウントであり、Ｂは背景放射カウントである。
【００２１】
検出器アレイ１０は、被検討または被試験心臓から予め選択された毎秒のデータ点の数（好ましくは、 32 データ点／秒）のレートで発する放射を検出し、ある時間期間（好ましくは、８秒）にわたって検出器アレイの合計カウントＮを測定する。データプロセッサは、上述したアルゴリズムに従って心臓（ボディ）の駆出率特性の値を計算するようにプログラムされている。即ち、
【００２２】
0004355051.tif 000005
ここに、特定の例の場合にはｆ＝ 0.3であり、ここに
【００２３】
0004355051.tif 000006
である。
【００２４】
受容可能な程度の精度で駆出率近似値を発生することができる計算動作には若干の制限が存在する。測定は左心室と作動関係に位置決めされている検出器から導出されるから、深呼吸は読み出しデータから不正確な駆出率を発生し得る。従って、駆出率計算が導出されるカウンティングレート測定値の測定期間は、呼吸サイクルよりは短いが、心拍サイクルよりは長い持続時間に制限されるべきである。更に、計算された駆出率を８秒の期間にわたって平均することによって、患者の激しい運動中を除いて、正確な測定結果が得られることが分かった。駆出率近似値の精度は、計算動作を 0.5秒未満の時間間隔以内に得られる測定、即ち 0.5秒より短い間隔で更新される測定に制限することによって更に改善される。
【００２５】
図３Ｂは、本発明による駆出率読み出しをプロットした曲線４２を示すグラフであり、縦軸３９は駆出率を％で、また横軸４０は時間を分で表してある。図３Ａに曲線４４で示す同じような駆出率の図形読み出しは、前記先行特許のような従来システムにより、曲線の当てはめにより得たものである。２つの異なる方法によって得た駆出率曲線４２及び４４は、不安定なアンギナを有する患者の心臓機能を表している。曲線４２と４４とが完全に相関していることは、本発明の駆出率読み出し曲線４２を発生させる方法及び装置が正確であることを証明している。図４Ｂ及び４Ａは、それぞれ本発明の方法及び装置に従って、及び前記先行特許に開示されているシステムによって得た健康な患者の駆出率の読み出しを示すグラフである。この場合も曲線４６及び４８を比較すると心臓機能読み出しが相関していることを示しており、本発明のデータ評価方法及び装置が正確であることを証明している。
【００２６】
図５は、本発明の方法を遂行するためにデータプロセッサ１４の動作が制限される典型的なプログラムを示す流れ図である。開始ステップ５０に応答して、ステップ５２、５４、及び５６においてイベント検出器、カウンタ、及びタイマが作動させられる。検出器及びカウンタは測定値を発生し、これらの測定値はステップ５８に示すように平均される。平均された測定データはデータプロセッサ１４へ印加される。データプロセッサ１４は、ステップ６０において、前述した新規なアルゴリズムに基づいて該データに対して連続的に、且つ実時間で統計的解析計算を遂行する。一方、ステップ６２においては、各計算毎の測定入力の持続時間の同時決定が遂行される。これらの計算の出力は、ステップ６４における前述した新規なアルゴリズムに基づく駆出率近似値計算へ供給される。判断ブロック６８によって示されているように、もし計算が時間限界以内に遂行されれば、駆出率の出力はステップ６６における平均ステップへ供給される。その場合だけ、近似駆出率出力がディスプレイ１６に印加される（ステップ７２）。しかしながら、ステップ６４に示す駆出率計算は、計算動作に使用される測定時間が精度限界内にある場合に限って（判断ステップ７０）動作可能にされる。もし測定時間がこれらの限界外にあれば、精度限界警報が作動させられる。判断ブロック６８に示すように、この警報は、規定された限界を超える時間中に計算が遂行されても作動させられる。
【００２７】
本発明の方法及び装置は、特定の監視及び研究目的のために、データプロセッサ１４へ、その入力ポートから付加的なパラメータを導入することを意図している。レコーダ及びデータ記憶装置を含む異なる型のデータ読み出しデバイスを付加することもできる。付加的な入力パラメータは、初期に予測される駆出率のセッティングであることも、または平均されたカウントの一定の割合を背景として差し引くこともできる。
【００２８】
本発明の監視及び評価方法及び装置は、大動脈冠動脈バイパス手術及び脈管形成前後のような介在の検討及び監視のためのその駆出率読み出しに関連する潜在的な応用を有している。投薬の効果及びペースメーカの設置も監視することができる。本発明の監視及び評価動作は、病院または医療処置設備の回復室、救急室、及び種々の特殊医療ユニットにおいても容易に使用することができる。また、前述したように、本発明は放射の放出によって顕示されるボディ特性の試験への応用も有している。
【００２９】
以上の説明は、本発明の原理を示したに過ぎない。更に、当分野に精通していれば多くの変更及び変化を容易に考案できるであろうから、本発明は以上に説明し、図示した正確な構造及び動作に限定されることを望んでおらず、全ての適当な変更及び変化は本発明の範囲内にあることを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【図１Ａ】新規な駆出率メータを含む心臓フラクションを監視するための本発明の方法及び装置の概要ブロック図である。
【図１Ｂ】図１に示すコンピュータ５の周辺の詳細を示すブロック図である。
【図２】本発明による駆出率メータの典型的な制御及びディスプレイパネルの正面図である。
【図３Ａ】従来の技術のシステムを使用して得た駆出率読み出しデータを示すグラフである。
【図３Ｂ】本発明のシステムを使用して得た図３Ａと同じ患者の駆出率読み出しデータを示すグラフである。
【図４Ａ】従来の技術のシステムを使用して得た別の駆出率読み出しデータを示すグラフである。
【図４Ｂ】本発明のシステムを使用して得た図４Ａと同じ患者の駆出率読み出しデータを示すグラフである。
【図５】本発明に関連する典型的なデータ処理プログラムの流れ図である。
【符号の説明】
１  被試験ボディ
２  検出器
３  測定ブロック
４  記録ブロック
５  コンピュータ
６  ディスプレイ
７  プリンタ
１０  検出器アレイ
１２、２６、３０、３４  入力ポート
１４  インタフェースデータプロセッサ
１６  駆出率ディスプレイ
１８  データ読み出し
２０  電源
２２  タイムベース化カウンタ区分
２４  アナログ信号発生器
２８  イベントスイッチ
３２  サイクル持続時間の源
３８  駆出率メータ
【図１Ａ】
0004355051.tif 000013
【図１Ｂ】
0004355051.tif 000014
【図２】
0004355051.tif 000015
【図３Ａ】
0004355051.tif 000016
【図３Ｂ】
0004355051.tif 000017
【図４Ａ】
0004355051.tif 000018
【図４Ｂ】
0004355051.tif 000019
【図５】
0004355051.tif 000020