JP3909710B2 - 心室容積測定装置及び心室容積測定方法 - Google Patents
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Description
しかしながら、これらの方法は、測定に非常に長時間を要し、心室容積を直接的に測定する方法ではなく、信頼性に乏しいという問題が存在した。また測定装置が高価であるといった問題も存在した。
コンダクタンスカテーテル(2)に前記の高周波微弱電流を流すことで、心室内には腔内血液を媒体とする三次元的な電場が形成され、この電場の変化、則ちコンダクタンス(インピーダンスの逆数)の変化が各セグメント21s2(21s3あるいは21s4)両端の電極(22d2),(22d3)間、(22d3),(22d4)間あるいは(22d4),(22d5)間の電圧変化として計測される。
このようなコンダクタンスカテーテル法に用いられるコンダクタンスカテーテルとしては、例えば、特許文献1及び2に開示されたものが知られている。
従来、並列コンダクタンスは、高張食塩水投与法などにより測定されていたが、より手軽に並列コンダクタンスを測定することができる方法として、例えば、特許文献3及び4には、カテーテル両端の電極間に、例えば20KHzと2KHzのように、異なる二つの周波数を供給して、血液と心筋の電気伝導度周波数特性の差異を利用して心筋などに由来する並列コンダクタンスを測定する方法が提案されている。
従来のコンダクタンスカテーテルを用いた心室容積の測定方法においては、交流分離のために狭帯域バンドパスアナログフィルタと実効値算出のアナログ回路を用いていた。しかしながら、経年変化によって、一致させていた交流発生装置とフィルタの周波数に変化が生じて、実効値を変動させてしまい、長期間安定して心室容積を測定することができなかった。また回路構成が複雑になるという問題が存在した。
請求項2に係る発明は、前記コンダクタンスカテーテルの前記複数のセグメントのうちの一つには、一つの血液伝導度測定用電極が配置されていることを特徴とする請求項1に記載の心室容積測定装置に関する。
請求項3に係る発明は、前記血液伝導度測定用電極と、血液伝導度測定用電極の近傍に位置する電極間の電圧変化を標本化して標本値を得る標本化手段と、前記標本値から実効値を算出する実効値算出手段と、を備え、上記電源部は、前記血液伝導度測定用電極と、前記血液伝導度測定用電極の近傍に位置する電極間に二つの異なる周波数で微弱電流を供給できるように構成され、前記二つの異なる周波数は、一方の周波数が他方の周波数のn倍(但し、nは2以上の整数である。)となるように設定され、前記二つの異なる周波数で供給される微弱電流は同期化されており、前記標本化手段は、前記一方の周波数で供給される微弱電流の最大値及び最小値と同期する一方の周波数の2倍の周波数を利用して電極間の電圧変化を標本化し、前記実効値算出手段は、他方の周波数で供給される微弱電流が負の値から正の値に移行する時点より2n個の標本値を用いて、偶数番目の標本値の和と奇数番目の標本値の和との差を一方の周波数の実効値とし、1番目からn番目までの標本値の和とn+1番目から2n番目までの標本値の和との差を他方の周波数の実効値とし、前記一方の周波数の実効値又は他方の周波数の実効値から血液伝導度が算出されることを特徴とする請求項2に記載の心室容積測定装置に関する。
請求項5に係る発明は、前記電圧計測用電極間の電圧変化を標本化して標本値を得る標本化手段と、前記標本値から実効値を算出する実効値算出手段と、を備え、上記電源部は、前記電圧印加用電極間に二つの異なる周波数で微弱電流を供給できるように構成され、前記二つの異なる周波数は、一方の周波数が他方の周波数のn倍(但し、nは2以上の整数である。)となるように設定され、前記二つの異なる周波数で供給される微弱電流は同期化されており、前記標本化手段は、前記一方の周波数で供給される微弱電流の最大値及び最小値と同期する一方の周波数の2倍の周波数を利用して電極間の電圧変化を標本化し、前記実効値算出手段は、他方の周波数で供給される微弱電流が負の値から正の値に移行する時点より2n個の標本値を用いて、偶数番目の標本値の和と奇数番目の標本値の和との差を一方の周波数の実効値とし、1番目からn番目までの標本値の和とn+1番目から2n番目までの標本値の和との差を他方の周波数の実効値とし、前記一方の周波数の実効値又は他方の周波数の実効値から血液伝導度が算出されることを特徴とする請求項4に記載の心室容積測定装置に関する。
請求項6に係る発明は、前記コンダクタンスカテーテルには圧力センサが設けられていることを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載の心室容積測定装置に関する。
請求項2及び3に記載の発明によれば、心室容積を算出する際に別途血液を採取して血液伝導度を測定する必要がなく、被験動物と計測者等が距離的に離れた場所に居る場合でも心室容積を測定することができる。
請求項4及び5に記載の発明によれば、二電極測定法によって血液伝導度を測定した場合に比べて測定誤差が少なく、より正確な血液伝導度を測定することができるので、より正確な心室容積を測定することが可能となる。
請求項6に記載の発明によれば、被験者或いは被験動物の心室内圧も同時に測定することができ、心臓の機能をより的確に評価することが可能になる。
本発明に係る心室容積測定装置(1)は、コンダクタンスカテーテル(2)と、電源部(3)と、装置本体(4)とからなる。
本発明では、分周回路(33)が設けられており、コンダクタンスカテーテル(2)に供給される微弱電流の周波数を変化させることができ、異なる二つの周波数で心室内のコンダクタンスを測定することができるように構成される。コンダクタンスカテーテル(2)に供給される二つの周波数は、例えば、20KHzと2KHzのように、一方の周波数(以下、f1という場合がある。)が他方の周波数(以下、f2という場合がある。)のn倍(但し、nは2以上の整数である。)となるように調整される。そして、一方の周波数(f1)と他方の周波数(f2)は互いに同期化されて、コンダクタンスカテーテル(2)の両端の電極(22d1,22d6)の間に微弱電流が流される。
即ち、本発明では、異なる二つの周波数で心室内のコンダクタンスを測定することができる。これによって、血液と心筋の電気伝導度周波数特性の差異を利用することで、心筋などに由来する並列コンダクタンスを測定することができる。
具体的には、標本化手段(52)は、前記一方の周波数(f1)で供給される微弱電流の最大値及び最小値と同期する一方の周波数の2倍の周波数を利用して電極間の電圧変化を、コンダクタンス測定セグメント(21s2,22s3,22s4)のそれぞれについて順次、標本化する。
この際、これらの信号は有線によって演算処理部(6)に送信してもよく、また無線によって演算処理部(6)に送信しても構わない。例えば、無線によって送信する場合は、上記の構成において、信号検出部(5)により標本化した複数セグメントの標本値は位置変調パルス(PPM波)に変換されて、複数セグメントの信号は時分割多重化される。複数セグメントの信号を含む変調パルスのパルス列は、送信部で一定の搬送波に載せられて送信される方法などを例示することができる。
無線によって前記信号検出部(5)から出力された各信号を、演算処理部(6)に送信する場合、被験者や被験動物の拘束を解くことができ、普通の生活状態における心室容積を測定することができる。
実効値算出手段(61)は、一定の規則に従って、標本化手段(52)によって標本化されて得られた標本値から、異なる二つの周波数(f1、f2)の実効値をそれぞれ算出する。
具体的には、実効値算出手段(61)は、他方の周波数(f2)で供給される微弱電流が負の値から正の値に移行する時点から、2n個(但し、nは2以上の整数である。)の標本値を用いて、偶数番目の標本値の和と奇数番目の標本値の和との差を一方の周波数(f1)の実効値とする。また、他方の周波数(f2)で供給される微弱電流が負の値から正の値に移行した時点から、2n個の標本値を用いて、1番目からn番目までの標本値の和とn+1番目から2n番目までの標本値の和との差を他方の周波数(f2)の実効値とする。
図2(a)に示されるように、2×10個の標本値を用いて、一方の周波数(f1)の実効値は、偶数番目(2,4,...18,20)の標本値(図2(a)ではB群)の和と奇数番目(1,3,...17,19)の標本値(図2(a)ではA群)の和との差によって算出することができる。
他方の周波数(f2)の実効値は、2×10個の標本値を用いて、1番目から10番目までの標本値(図2(b)ではC群)の和と、11番目から20番目までの標本値(図2(a)ではD群)の和との差によって算出することができる。
また本発明に係る心室容積測定装置は、異なる二つの周波数を供給することができるので、心室容積を算出する際の補正値である並列コンダクタンスを、特別な操作を必要とせず、しかも、より正確な並列コンダクタンスを測定することができる。
測定にあたっては、まず、コンダクタンスカテーテル(2)を心臓の心室内に導入する。その場合、麻酔をかけて開胸し、コンダクタンスカテーテル(2)を心臓にセットする。
上記のようにセットし装置を起動させると、コンダクタンスカテーテル(2)では心室容積信号であるコンダクタンス信号が発生し、この信号は、信号検出部(5)によって標本化されて標本値が得られるとともに、この標本値は演算処理部(6)に送られて、異なる二つの周波数に対応した実効値が算出される。
さらに、演算処理部(6)において、異なる二つの周波数に対応した実効値から並列コンダクタンスが算出されるとともに、コンダクタンス測定セグメント間のコンダクタンスの変化から、心室容積が算出される。
図3は、心内心電図を測定することができるように構成された心室容積測定装置(1)の概略構成を示す図である。尚、説明に必要の無い部分は省略している。
図3に示す心室容積測定装置(1)では、段落番号[0018]で述べた信号検出部(5)の一部として心内心電図信号用のサンプルホールド回路付き差動増幅器(51d)が設けられている。心内心電図信号用のサンプルホールド回路付き差動増幅器(51d)は、コンダクタンスカテーテル(2)の二つの電極(22d1,22d5)に接続される。サンプルホールド回路に保存された信号は、標本化手段(52)で標本化されたあと、演算処理部(6)に送信されて所定の処理が施される。具体的には、心電図算出手段(63)は、他方の周波数(f2)で供給される微弱電流が負の値から正の値に移行する時点から、2n個(但し、nは2以上の整数である。)の標本値を用いて、すべての標本値の和を心電図の信号とする。
血液伝導度を測定する方法としては、二電極測定法と四電極測定法を例示することができる。
図4は二電極測定法で血液伝導度を測定することができる心室容積測定装置(1)の一部概略説明図である。尚、説明に必要の無い部分は省略している。
電源部(3)には、高周波発振子(32)と、分周回路(33)とがある。高周波発振子(32)からの電力供給で、コンダクタンスカテーテル(2)に設けられた血液伝導度測定用電極(70)とこの電極の近傍に位置する電極(22d3)の間には、任意の高周波の微弱電流が流される。また、分周回路(33)が設けられているので、電流印加用電極(70,22d3)に供給される微弱電流の周波数を変化させることができる。この回路としては段落番号[0017]で記述した回路を流用することができる。即ち、血液伝導度測定用電極(70)とこの電極の近傍に位置する電極(22d3)の間には、コンダクタンスカテーテル(2)の両端の電極(22d1,22d6)の間に流される二つの周波数(f1,f2)の微弱電流と同様の二つの周波数(f1及びf2)の電流が同期して流される。心室容積測定と血液伝導度測定は、時分割により一方の測定の間は他方の電流を停止して測定が行われる。
図4に示す心室容積測定装置(1)では、血液伝導度測定用電極(70)が複数のセグメント(21s1〜21s5)のうちの一つのセグメントに設けられている。また段落番号[0018]で述べた信号検出部(5)の一部として血液伝導度信号用としてサンプルホールド回路付き差動増幅器(51e)が設けられている。
血液伝導度信号用のサンプルホールド回路付き差動増幅器(51e)は、血液伝導度測定用電極(70)とこの電極の近傍に位置する電極(図では22d3)に接続される。サンプルホールド回路に保存された信号は、段落番号[0019]で述べた標本化と同様に標本化手段(52)で標本化される。即ち、標本化手段(52)は、前記一方の周波数(f1)で供給される微弱電流の最大値及び最小値と同期する一方の周波数の2倍の周波数を利用して電極間の電圧変化を、セグメント(21s6)ついて、標本化する。
ついで、標本化して得られた標本値は、演算処理部(6)に送信されて所定の処理が施される。具体的には、段落番号[0021]で述べた実効値算出手段(61)を流用することができる。即ち、実効値算出手段(61)は、他方の周波数(f2)で供給される微弱電流が負の値から正の値に移行する時点から、2n個(但し、nは2以上の整数である。)の標本値を用いて、偶数番目の標本値の和と奇数番目の標本値の和との差を一方の周波数(f1)の実効値とする。また、他方の周波数(f2)で供給される微弱電流が負の値から正の値に移行した時点から、2n個の標本値を用いて、1番目からn番目までの標本値の和とn+1番目から2n番目までの標本値の和との差を他方の周波数(f2)の実効値とする。
算出された実効値は、容積算出手段(62)に出力され、一方の周波数(f1)の実効値又は他方の周波数(f2)実効値から血液伝導度が算出される。血液伝導度は心室容積の算出に用いられる。
血液伝導度測定用電極(70)が前記複数の電極(22d1〜22d6)のうちの一つの電極の近傍に設けられる理由は、心臓は拍動により容積が刻々と変化するために、血液伝導度測定用電極(70)と前記複数の電極(22d1〜22d6)のうちの一つの電極との距離が離れていると、拍動に伴う容積変化により血液伝導度を測定することができないからである。即ち、血液伝導度測定用電極(70)と前記複数の電極(22d1〜22d6)のうちの一つの電極は、心臓の拍動に伴う心室容積変化による影響を受けないような距離、つまり一方の電極からの測定電流が心室内血液にのみ収束するような距離を隔てて設けられる。
具体的には、例えば、心室径が約6〜12mmの間で拡張、収縮を繰り返す日本白ウサギの場合、血液伝導度測定用電極と前記複数の電極のうちの一つの電極とは、約0.5mmの間隔を隔てて設けられることが好ましい。
図5に示される心室容積測定装置(1)には、血液伝導度測定用電極(71)が、セグメント(21s1〜21s5)のいずれかのセグメントに配置される(図5ではセグメント(21s2)に配置されている。)。
血液伝導度測定用電極(71)は、図5に示されるように、一定間隔で配置された四つの電極(71a〜71d)から構成されており、両端の一対の電極(71a,71d)は電流印加用電極であり、電流印加用電極(71a,71d)の間に位置する一対の電極(71b,71c)は電圧計測用電極である。
電源部(3)には、高周波発振子(32)と、分周回路(33)とがある。高周波発振子(32)からの電力供給で、コンダクタンスカテーテル(2)に設けられた血液伝導度測定用電極(71)の両端の電流印加用電極(71a,71d)の間には、任意の高周波の微弱電流が流される。また、分周回路(33)が設けられているので、電流印加用電極(71a,71d)に供給される微弱電流の周波数を変化させることができる。この回路としては段落番号[0017]で記述した回路を流用することができる。即ち、電流印加用電極(71a,71d)間には、コンダクタンスカテーテル(2)の両端の電極(22d1,22d6)の間に流される二つの周波数(f1,f2)の微弱電流と同様の二つの周波数(f1及びf2)の電流が同期して流される。心室容積測定と血液伝導度測定は、時分割により一方の測定の間は他方の電流を停止して測定が行われる。
また段落番号[0018]で述べた信号検出部(5)の一部として血液伝導度信号用としてサンプルホールド回路付き差動増幅器(51e)が設けられている。
血液伝導度信号用のサンプルホールド回路付き差動増幅器(51e)は、血液伝導度測定用電極(71b,71c)に接続される。サンプルホールド回路に保存された信号は、段落番号[0019]で述べた標本化と同様に標本化手段(52)で標本化される。即ち、標本化手段(52)は、前記一方の周波数(f1)で供給される微弱電流の最大値及び最小値と同期する一方の周波数の2倍の周波数を利用して電極間の電圧変化を標本化する。
標本化して得られた標本値は、演算処理部(6)に送信されて所定の処理が施される。具体的には段落番号[0021]で述べた実効値算出手段(61)を流用することができる。即ち、実効値算出手段(61)は、他方の周波数(f2)で供給される微弱電流が負の値から正の値に移行する時点から、2n個(但し、nは2以上の整数である。)の標本値を用いて、偶数番目の標本値の和と奇数番目の標本値の和との差を一方の周波数(f1)の実効値とする。また、他方の周波数(f2)で供給される微弱電流が負の値から正の値に移行した時点から、2n個の標本値を用いて、1番目からn番目までの標本値の和とn+1番目から2n番目までの標本値の和との差を他方の周波数(f2)の実効値とする。
算出された実効値は、容積算出手段(62)に出力され、一方の周波数(f1)の実効値又は他方の周波数(f2)実効値から血液伝導度が算出される。血液伝導度は心室容積の算出に用いられる。
四つの電極(71a〜71d)の間隔は即ち、電流印加用電極(71a,71d)間は、心臓の拍動に伴う心室容積変化による影響を受けないような距離、つまり測定電流が心室内血液にのみ収束するような距離を隔てて設けられる。例えば四つの電極(91a〜91d)をそれぞれ0.1mmの間隔を隔てて設けることができる。
一方、四電極測定法によって血液伝導度を測定すると、コンダクタンスカテーテル(2)の周囲に血液成分が付着していたとしても、この付着血液成分による影響が測定される血液伝導度に比べて小さく、二電極測定法によって測定した場合に比べて正確な血液伝導度を測定することが可能となる。
図6は、コンダクタンス測定用セグメントを一つ有する心室容積測定装置を用いて、ラットの心室容積を測定した際の測定データである。
ラットの心室容積を測定する際に、コンダクタンスカテーテルの両端の電極には、f1(20KHz、30μA)、f2(2KHz、30μA)の異なる二つの周波数の微弱電流が印加された。
図6の(A)は、コンダクタンスカテーテルへの両端の電極に印加された微弱電流の波形図である。
(B)はコンダクタンス測定用セグメントの両端の電極間で測定された電圧変化である。
(C)は(B)の測定電圧から標本化手段によって得られた標本値から、実効値算出手段によって算出されたf2の実効値を示すグラフである。
(D)は(B)の測定電圧から標本化手段によって得られた標本値から、実効値算出手段によって算出されたf1の実効値を示すグラフである。
(E)は心室内心電図を示すグラフである。
2 コンダクタンスカテーテル
22d1〜22d6 電極
21s1〜21s6 セグメント
3 電源部
31 電池
32 高周波発振子
33 分周回路
4 装置本体
5 信号検出部
51a〜51e サンプルホールド回路付き差動増幅器
52 標本化手段
6 演算処理部
61 実効値算出手段
62 容積算出手段
63 心電図算出手段
70 血液伝導度測定用電極
71a,71d 電流印加用電極
71b,71c 電圧計測用電極
Claims (7)
- 一定間隔で電極が設けられて複数のセグメントが形成され、前記電極のうちの両端の電極間に任意の高周波の微弱電流が流されて両端のセグメントを除く他のセグメント間の電圧変化を測定するコンダクタンスカテーテルと、
前記測定された電圧変化を標本化して標本値を得る標本化手段と、
前記標本値から実効値を算出する実効値算出手段と、
前記コンダクタンスカテーテルに所要の電力を供給する電源部と、を備え、
前記電源部は、前記コンダクタンスカテーテルの両端の電極間に二つの異なる周波数で微弱電流を供給できるように構成され、前記二つの異なる周波数は、一方の周波数が他方の周波数のn倍(但し、nは2以上の整数である。)となるように設定され、前記二つの異なる周波数で供給される微弱電流は同期化されており、
前記標本化手段は、前記一方の周波数で供給される微弱電流の最大値及び最小値と同期する一方の周波数の2倍の周波数を利用して電極間の電圧変化を標本化し、
前記実効値算出手段は、他方の周波数で供給される微弱電流が負の値から正の値に移行する時点より2n個の標本値を用いて、偶数番目の標本値の和と奇数番目の標本値の和との差を一方の周波数の実効値とし、1番目からn番目までの標本値の和とn+1番目から2n番目までの標本値の和との差を他方の周波数の実効値とし、
前記一方の周波数の実効値と他方の周波数の実効値を用いて心室容積が測定されることを特徴とする心室容積測定装置。 - 前記コンダクタンスカテーテルの前記複数のセグメントのうちの一つには、一つの血液伝導度測定用電極が配置されていることを特徴とする請求項1に記載の心室容積測定装置。
- 前記血液伝導度測定用電極と、血液伝導度測定用電極の近傍に位置する電極間の電圧変化を標本化して標本値を得る標本化手段と、
前記標本値から実効値を算出する実効値算出手段と、を備え、
上記電源部は、前記血液伝導度測定用電極と、前記血液伝導度測定用電極の近傍に位置する電極間に二つの異なる周波数で微弱電流を供給できるように構成され、前記二つの異なる周波数は、一方の周波数が他方の周波数のn倍(但し、nは2以上の整数である。)となるように設定され、前記二つの異なる周波数で供給される微弱電流は同期化されており、
前記標本化手段は、前記一方の周波数で供給される微弱電流の最大値及び最小値と同期する一方の周波数の2倍の周波数を利用して電極間の電圧変化を標本化し、
前記実効値算出手段は、他方の周波数で供給される微弱電流が負の値から正の値に移行する時点より2n個の標本値を用いて、偶数番目の標本値の和と奇数番目の標本値の和との差を一方の周波数の実効値とし、1番目からn番目までの標本値の和とn+1番目から2n番目までの標本値の和との差を他方の周波数の実効値とし、
前記一方の周波数の実効値又は他方の周波数の実効値から血液伝導度が算出されることを特徴とする請求項2に記載の心室容積測定装置。 - 前記コンダクタンスカテーテルの前記複数のセグメントのうちの一つには、四つの血液伝導度測定用電極が配置され、
前記四つの血液伝導度測定用電極のうちの両端の電極は電流印加用電極とされ、内部の一対の電極は電圧計測用電極とされてなることを特徴とする請求項1に記載の心室容積測定装置。 - 前記電圧計測用電極間の電圧変化を標本化して標本値を得る標本化手段と、
前記標本値から実効値を算出する実効値算出手段と、を備え、
上記電源部は、前記電圧印加用電極間に二つの異なる周波数で微弱電流を供給できるように構成され、前記二つの異なる周波数は、一方の周波数が他方の周波数のn倍(但し、nは2以上の整数である。)となるように設定され、前記二つの異なる周波数で供給される微弱電流は同期化されており、
前記標本化手段は、前記一方の周波数で供給される微弱電流の最大値及び最小値と同期する一方の周波数の2倍の周波数を利用して電極間の電圧変化を標本化し、
前記実効値算出手段は、他方の周波数で供給される微弱電流が負の値から正の値に移行する時点より2n個の標本値を用いて、偶数番目の標本値の和と奇数番目の標本値の和との差を一方の周波数の実効値とし、1番目からn番目までの標本値の和とn+1番目から2n番目までの標本値の和との差を他方の周波数の実効値とし、
前記一方の周波数の実効値又は他方の周波数の実効値から血液伝導度が算出されることを特徴とする請求項4に記載の心室容積測定装置。 - 前記コンダクタンスカテーテルには圧力センサが設けられていることを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載の心室容積測定装置。
- 一定間隔で電極が設けられて複数のセグメントが形成され、前記電極のうちの両端の電極間に任意の高周波の微弱電流が流されて両端のセグメントを除く他のセグメント間の電圧変化を測定するコンダクタンスカテーテルを用いる心室容積測定方法であって、
前記微弱電流は、一方の周波数が他方の周波数のn倍(但し、nは2以上の整数である。)となるように設定された二つの異なる周波数で供給された微弱電流であって、該微弱電流は同期化されており、
前記一方の周波数で供給された微弱電流の最大値及び最小値と同期する一方の周波数の2倍の周波数を利用して標本化された電極間の電圧変化を標本値とし、
他方の周波数で供給される微弱電流が負の値から正の値に移行する時点より2n個の標本値を用いて、偶数番目の標本値の和と奇数番目の標本値の和との差を一方の周波数の実効値とし、1番目からn番目までの標本値の和とn+1番目から2n番目までの標本値の和との差を他方の周波数の実効値とし、
前記一方の周波数の実効値と他方の周波数の実効値を使用して心室容積を測定することを特徴とする心室容積測定方法。
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