JPH10509629A - 脳血流量ｃｂｆ、および脳内血液量ｉｃｂｖを決定するための方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 脳血流量および脳内血液量を決定するための方法および装置を開示する。２重試薬の前もって規定された量を血流中に注入後、血流中の指示薬の希釈により生じる希釈曲線を、動脈および静脈について測定し、そしてプロットする。体温とは異なる温度の色素溶液を、２重指示薬として使用する。ヒートオアコールドはり、高い拡散性指示薬成分を形成し、そして色素（好ましくはインドシアニングリーン(ICG)）は、血管内指示薬成分を形成する。脳血流量(CBF)は、血液と脳組織の間の高い拡散性指示薬成分(サーム)の分布係数λ_thermと、脳を通る高い拡散性指示薬成分(サーム)の平均通過時間mtt_thermの商から計算される。脳内血液量(ICVB)は、脳内血液量(BCF)と血管内指示薬成分(ICG)の平均通過時間mtt_ICGの積から計算される。

Description

【発明の詳細な説明】 脳血流量CBF、および脳内血液量ICBVを決定するための方法および装置 常に脳を流れる十分な血流量は、正常な脳機能にとって不可逆的で不可欠であ るばかりでなく、心臓循環器系機能を損なう状況で、人が生きていくために根本 的に必要である。脳血流量の短期間の中断でさえも、取り返しのつかない損傷を 生じる。それは、命を落とすか、または最も深刻である不完全な回復となるかの どちらかである。 医学において、脳血流量をモニターすることは、無意識の患者（例えば、一般 的な麻酔中の患者、または人工呼吸用装置を付けた集中治療中の患者）の場合、 特別な問題が生じる。このような患者の場合、痛みを無くすために脳機能も抑制 しなければならず、従って脳血流量がどの程度十分であるか間接的に判断し得な い。その問題は、脳疾患（例えば、最も深刻な脳震盪および脳腫瘍）をこうむる 患者にとって特に深刻である。 そのような場合、一方では、脳が腫脹する傾向にあるので、血流量が妨げられ 得る。他方では、脳の代謝要求からの脳血流量の切断が起こり得るので、血管の 拡張に伴って脳の腫脹が生じ得る。その上、一方の場合では、脳血流量の増加の ために治療上の処置を始めなければならない。他方の場合では、脳血流量の減少 をめざすべきである。 それゆえ、簡単な方法、特に脳血流量および脳内血液量を測定するために、ベ ットの側で使用し得る方法を見つけることだけでなく、脳血流量を増進または減 少させるために、新しく開発された薬剤を試験する場合、有効性と投薬割合を簡 単にモニタする方法も提案することが、望ましい。 今までのところでは、比較的費用のかかる方法だけが、患者の脳血流量を測定 するのに利用されている。概して、それらは、異質のガスを指示薬として使用す る、指示薬希釈方法である。長い間使用されてきた技術(Kety-Schmid technique )において、笑気またはアルゴンで血液および脳を飽和させ、それにより各ガス を人工呼吸用装置の空気中に満たす。分析の方法は、動脈血液および脳静脈血液 のいくつかの血液サンプルによって行われ、そのために、第一に動脈のカテーテ ル、そして第二に「頚静脈球」中のカテーテルを必要とする。後者は、頭蓋基底 まで頚部静脈（内頚静脈）の方向に逆行して挿入される。 異なる方法では、水溶液中のボーラスとして注入した放射能標識したキセノン を使用する。この技術で、ガス表示は、頭蓋外の検出器による。それらに関連す るコストのために、ならびにそれらに必要な装置のために、それら両方の方法は 、手術中または集中治療中の患者に、科学的な目的のために行われ得る；それら は、臨床の日常的な仕事には適していない。Kety-Schmid方法において、広範囲 にわたる実験分析を通して加工処理しなければならないので、血液サンプルは、 その結果を数時間後に利用し得る。高いコストとは別に、キセノン技術の主な不 利な点は、患者と職員の両方が関連する放射能に曝されることである。 Journal of Applied Physiology、第64巻、nr 3、1988年3月、1210-1216頁、B 復」から、心拍血液量および血管外の熱肺容量を決定することは、公知である。 この効果に対して、一方でヒートオアコールドの２重指示薬、および他方では色 素指示薬（それらの量は、正確に知っていなければならない）は、血流に注入さ れる。その後、指示薬希釈曲線を測定し、そして実質的に曲線の下部領域を決定 する。その曲線の下部領域の指示薬量比は、絶対単位（例えば、１分当たりミリ リットル）で血流量を実質的に明らかにする。 ヒートオアコールド指示薬は、血流量「心拍血液量」の決定に役立つ。血管外 の熱肺容量は、心拍血液量および平均通過時間の積から決定されるので、血管内 の肺容量は差し引かれ、そこでヒートオアコールド指示薬と色素指示薬の平均通 過時間の差を与える。 脳血流量および脳内血液量を決定するための方法および装置を設計することが 、本発明の目的であり、それは、起こり得る身体の損傷を最小にすると同時に、 それら変数を簡単で、素早く、かつ正確に決定することを提供する。 この目的は、請求項１の特徴の前提部に従い、請求項１に記載の特徴による方 法で達成され、それは、請求項８の特徴の前提部に従い、請求項８の特徴による 装置により達成される。発展し、かつ好適な実施態様は、独立クレームに述べら れる。 本発明は、注入温度が体温と異なる色素溶液を用いる、２重指示薬の希釈方法 を使用する。そこで、ヒートオアコールドは、結果として血管内指示薬成分を構 成する、高い拡散性指示薬成分および色素（好ましくはインドシアニングリーン ICG）になる。２つの指示薬成分の異なる輸送過程は、脳の血流量だけでなく、 脳内血液量を決定する可能性を提供する。 脳血流量CBFは、脳を通るヒートオアコールドの平均通過時間mtt_thermから決 定されるので、次の関係が適用される： ここで、因子λ_thermは、脳組織と血液の間のヒートオアコールド指示薬の分布 係数である。それは、自然数で表され、脳血流量を決定するための他の方法によ る１回限りの比較測定により経験的に決定され得るか、または脳の物質の特別な 熱容量の方法で計算され得るかのどちらかである。 脳内血液量ICBVは、CBFと血管内色素指示薬ICGの平均通過時間mtt_ICGの積から 計算される。 ２重の指示薬の投与は、各カテーテルを通り、好ましくは大動脈を通るボーラス の注入による。さらに、動脈および脳静脈の指示薬希釈曲線を測定する。これは 、大腿骨の動脈を通って、大動脈に配置され、そして頚部内静脈を通って、頚静 脈球に配置される、結合した光ファイバサーミスタカテーテルにより、行われる 。 平均の通過時間mtt_ICG、mtt_thermは、２つの各指示薬成分の脳を通る輸送関数 g_therm(t)またはg_ICG(t)から決定され得る。一般的な関係は、以下のコンボリュ ーション積分によって表されるその関係を用いて輸送関数g(t)、動脈指示薬曲線 a(t)および脳内静脈指示薬曲線v(t)に適用する： 平均の通過時間は、輸送関数の最初のモーメントに対応する： この場合、動脈および静脈指示薬希釈曲線が、測定シグナルとして存在する場合 、そこでは輸送関数は、a(t)およびv(t)の「デコンボリューション」によって決 定されなければならない。これはモデル関数を用いない方法で行われ得る。しか し、数値的にモデル関数を適用することがより望ましい。輸送関数の基本形が、 既知で、そして関数（例えば、対数正規分布）によって記載可能な場合、測定さ れる曲線a(t)および曲線v(t)のペアに関して、各輸送関数のパラメータ（特に平 均通過時間）は、反復する非線形調和方法によって決定され得る。この場合、測 定された脳静脈濃度と輸送関数を用いた動脈曲線のコンボリューション結果との 間の差を、輸送関数g(t)のパラメータの反復する変化により最小二乗法に従い最 小にする： 対数正規分布は、血管内色素輸送関数を記載し得ることを証明した。ゆえに、脳 を通る２重の指示薬希釈の場合、続いて最初の点は、g(t)に関して選択され得る ： ここで述べた形式（対数正規分布を表す通常の方法とは幾分異なる）において、 その関数は、平均通過時間mttおよび比較分散σが、直接的に分布のパラメータ を構成するような方法で示される。 血流量の異なる速度を有する２つの血管内区画が存在することが可能である。 この場合、輸送関数は、２つの正規分布の和で表され得るので、αは、分布関数 因子を構成する： ヒートオアコールド指示薬成分のための輸送過程は、いくつかのセクションに 分割され得る： １．動脈血管系を通る内側への輸送（主に血管内）、２．微小循環のレベルでの 「高い拡散性」指示薬ヒートオアコールドの平衡化、３．静脈血管系を通るヒー トオアコールドの外部への輸送。各場合において、各セクションのための輸送方 法は、輸送関数g_art(t)、g_mikro(t)、g_ven(t)によって記載され得る；次いで全 体の輸送方法は、３つの輸送関数のコンボリューションから生じる。 それにより、演算子「*」は、コンボリューション積分に対応する。コンボリュ ーションは相互変換できるので、g_art(t)およびg_ven(t)は、血管内輸送関数とし て要約できる。しかし、これは、色素曲線のデコンボリューションにより決定さ れ得る血管内輸送関数と等しい。それゆえ、以下に適用する： このようにして、g_therm(t)の決定は、限定されたＳＮ比でさえより好ましく起 こり得る。なぜなら、単に、既知のg_ICG(t)の場合、g_mikro(t)のパラメータが色 素曲線のデコンボリューションによって決定されなければならないからである。 微小循環レベルの平衡化は、ほぼ理想的な混合方法としてみなされる。それゆえ 、輸送関数のために指数関数が取り決められる： 概して、灰白質および白質という、血液供給の異なる速度を有する脳に２つの 区画があることが観測されている。従ってそれらの全輸送関数は、２つの指数関 数の和として表され得、そこで、再びαは、分布因子である： 以下、方法および装置は、以下の図で示す方法で示される： 図１は、カテーテルの配置の概略の測定装置一式を示す。 図２は、代表的な動脈および脳静脈の色素希釈曲線を示す。 図３は、代表的な動脈および脳静脈の熱希釈曲線を示す。 測定装置一式は、２つの測定センサを含み、それらはそれぞれ評価目的でコン ピュータと連結されている光ファイバサーミスタカテーテルに接続されている。 第１の光ファイバサーミスタカテーテルは、各挿入装置で大腿骨の動脈に挿入さ れ、動脈に配置される。第２の光ファイバサーミスタカテーテルは、内頚静脈の 逆行したカテーテル法により到達し、頚静脈に配置される。 静脈にボーラスを挿入後、例えば、十分な指示薬量（例えば、0.3〜0.5ml/kg 氷冷溶液中0.2〜0.4mg/kg ICG）の大静脈カテーテルCVCによって、結果として得 られた指示薬希釈曲線は、光ファイバサーミスタカテーテルの手段によって測定 し、そしてコンピュータによって記録する。測定は、少なくとも５分間の時間周 期で行うべきである。測定の間、図２および図３に示された指示薬希釈曲線を得 る、すなわち、右心房へのコールド色素ボーラス(25mg)の注入に続き、代表的に 動脈（三角形）、脳静脈（白丸）色素希釈曲線を示す、図２に従う色素希釈曲線 である；右心房へのコールド色素溶液ボーラス(0.4ml/kg 3℃)の注入に続き、代 表的な動脈（三角形）、脳静脈（白丸）熱希釈曲線を示す図３に従う熱希釈曲線 である。 指示薬希釈曲線の評価の間、何よりもまず、色素希釈曲線から血管内輸送関数 g_ICG(t)の計算を行う。そのために、図２に従う記録された動脈色素希釈曲線a(t )および脳静脈色素希釈曲線v(t)の値を、式(5)に代入する。g(t)のモデル関数と して、式(6)からの式、または２つの区画を考慮に入れる場合、式(7)から変形さ れる式に代入する。ここで、平均通過時間mttおよび比較分散σのパラメータは 、測定される脳静脈指示薬曲線v(t)と測定される動脈指示薬曲線a(t)のコンボリ ューション結果との間の差を、式(5)に従って最小にする。その後、平均の通過 時間mtt_ICGおよび色素輸送関数g_ICG(t)は、既知となる。さらに比較分散σは、 ここでは評価されない。 図２による動脈色素曲線を、この方法で得られる色素輸送関数g_ICG(t)でコン ボリューションする場合、図２による脳静脈色素曲線に非常に正確に合う曲線は 、 実線によって示される。 続いて、熱希釈曲線からの拡散輸送関数g_therm(t)の計算を行う。この計算を 行うために、図３に従う記録された動脈熱希釈曲線a(t)および脳静脈熱希釈曲線 v(t)の値を、式(5)に代入する。g_ICG(t)を求めるために、式(9)からの結果を代 入し、それによりg_ICG(t)は既に前の計算より既知となる、そしてg_mikro(t)を求 めるために、式(10)からの式、または２つの区画を考慮に入れる場合、式(11)か らの変形された式を、モデル関数として代入する。ここで、平均通過時間mtt_{the rm} の唯一のパラメータは、測定される脳静脈指示薬曲線v(t)と測定される動脈の 指示薬曲線a(t)のコンボリューション結果との間の差を、式(5)に従って最小に するまで、変化させる。その後で、平均通過時間mtt_thermおよび熱輸送関数g_{the rm} (t)も既知となる。 図３による動脈熱希釈曲線が、このようにして得られた熱輸送関数g_therm(t) でコンボリューションされる場合、図３の結果に従う脳静脈熱希釈曲線に非常に 正確に合う曲線は、実線として示される。 脳の血流量および脳内血液量を決定するために、通過時間mtt_thermおよびmtt_{I CG} の得られた値は、式(1)および(2)に代入することだけ必要である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．前もって規定される２重指示薬量を血流へ注入し、そして血流における得ら れる動脈および静脈指示薬希釈曲線の測定後、脳血流量CBFおよび脳内血液量ICB Vを決定する方法であって、それにより、体温とは異なる温度の色素溶液が、２ 重の指示薬として役立ち：そこでヒートオアコールドが、高い拡散性指示薬成分 を構成し、そして色素、好ましくはインドシアニングリーンICG、が血管内指示 薬成分を構成する、脳血流量CBFが、血液と脳組織の間の高い拡散性指示薬成分 サームの拡散係数比λ_thermおよび脳を通る高い拡散性指示薬成分サームの平均 通過時間mtt_thermから計算されることを特徴とし；そして脳内血液量ICBVが、脳 血流量CBFおよび血管内指示薬成分ICGの平均通過時間mtt_ICGの積から計算される ことを特徴とする、方法。 ２．前記平均通過時間mtt_ICGおよびmtt_thermが、前記２つの指示薬の脳を通る輸 送関数g_therm(t)またはg_ICG(t)をそれぞれ決定することを特徴とする方法であっ て、それによって、以下の式に従う該輸送関数の最初のモーメントに該平均通過 時間がほぼ相当し、 そして該輸送関数g(t)が、測定される該動脈指示薬曲線a(t)とコンボリューショ ン積分の前記脳静脈指示薬曲線v(t) のデコンボリューションにより決定される、請求項１に記載の方法。 ３．前記輸送関数g(t)が、反復する非線形調和方法により、測定される前記動脈 指示薬曲線a(t)および前記脳静脈指示薬曲線v(t)から決定されることを特徴とす る方法であって、そこで該輸送関数g(t)の基本的な軌跡を描く前もって規定した モデル関数により、測定される該脳静脈指示薬曲線v(t)と測定される該動脈指示 薬曲線a(t)のコンボリューシュン結果との間の違いが以下に従うように最小にな るまで、 最小二乗法に従い、該モデル関数のパラメータを変化させた、請求項２に記載の 方法。 ４．以下の式における対数正規分布が、 前記血管内色素輸送関数g_ICG(t)のモデル関数として選択されることを特徴とす る方法であって、それにより、変化する該パラメータは、前記色素溶液ICGの平 均通過時間mttによって、および比較分散σによって構成される、請求項３に記 載の方法。 ５．血流量の異なる速度を有する２つの区画のための前記モデル関数が、以下の 式における２つの対数正規分布の和によって、 変形されることを特徴とする、請求項４に記載の方法。 ６．前記血管内指示薬組成ICGの前もって決定される前記輸送関数g_ICG(t)のコン ボリューションにより、前記高い拡散性指示薬成分サームの輸送関数g_therm(t) が、一部に含まれることを特徴とする方法であって、該一部は、以下の式におけ る該高い拡散性指示薬成分サームの輸送過程の微小循環g_mikro(t)で記載され、 ここで、該演算子「*」は、コンボリューション積分に対応する；そしてそこで 該微小循環の輸送関数に関して、モデル関数として、以下の式の指数関数が、 該微小循環の平均通過時間mtt_mikroが不定のパラメータとして含まれる関数より 選択される、請求項４に記載の方法。 ７．異なる血流量を有する２つの区画の前記モデル関数が、以下の式における ２つの指数関数の和により変形されることを特徴とする、請求項６に記載の方法 。 ８．２重の指示薬の前もって規定される量の血流への注入後、ならびに血流量に おける得られた動脈および静脈指示薬希釈曲線の測定後、脳血流量CBFおよび脳 内血液量ICBVを決定する装置であって、色素、好ましくは、インドシアニングリ ーンICG、の血管内指示薬成分サームおよびコールドオアヒートの高い拡散性指 示薬成分の希釈曲線の分離測定のために、測定センサとしての結合した光ファイ バサーミスタカテーテルが提供されることを特徴とし；これらの測定センサの１ つを、脳の前の大動脈で配置し、他の測定センサを、脳の後ろの大静脈で配置し 、そして測定センサを、コンピュータに接続し、それが、希釈曲線の測定値から の脳血流量CBFが、血液と脳組織の間の高い拡散性指示薬成分サームの分布係数 λ_therm、および脳を通る高い拡散性指示薬成分サームの平均通過時間mtt_therm の比から計算されるような方法、ならびに、脳内血液量ICBVが、脳血流量CBFと 血管内指示薬成分ICGの平均通過時間mtt_ICGの積から計算されるような方法で制 御される、装置。 ９．前記２つの指示薬の各脳輸送関数g_therm(t)またはg_ICG(t)の平均通過時間mt t_ICGおよびmtt_thermを、前記コンピュータが決定することを特徴とする装置であ って、 それによって、該平均通過時間が、以下の関係に従う該輸送関数の最初のモーメ ントに一般的に対応し、 そして該輸送関数g(t)が、測定される前記動脈指示薬曲線a(t)、およびコンボリ ューション積分の脳静脈指示薬曲線v(t) のデコンボリューションにより決定される、請求項８に記載の装置。 １０．反復する、非線形調和方法により、測定される前記動脈指示薬曲線a(t)お よび前記静脈指示薬曲線v(t)からの輸送関数g(t)を、前記コンピュータが決定す ることを特徴とする装置であって、そこで、該輸送関数g(t)の基本的な軌跡を描 くモデル関数を前もって規定することで、該モデル関数のパラメータは、測定さ れる該脳静脈指示薬曲線v(t)と測定される該動脈指示薬曲線a(t)のコンボリュー ション結果の間の差が、以下の関係に従い最小になるまで、 最小二乗法により変化させる、請求項９に記載の装置。 １１．以下の式における対数正規分布が、 前記血管内色素輸送関数g_ICG(t)のモデル関数として選択されることを特徴とす る装置であって、それにより、変化する該パラメータが、該色素溶液ICGの平均 通過時間mttにより、および比較分布σにより構成される、請求項１０に記載の 装 置。 １２．血流量比の異なる２つの区画の前記モデル関数が、以下の式 における２つの対数正規分布の和で変形されることを特徴とする、請求項１１に 記載の装置。 １３．前記血管内指示薬ICGの以前に決定される輸送関数g_ICG(t)のコンボリュー ションにより、前記の高い拡散性指示薬成分サームの輸送関数g_therm(t)が、一 部に含まれることを特徴とする装置であって、該一部が、以下の式 における該高い拡散性指示薬成分サームの該輸送過程の微小循環g_mikro(t)を描 き、それにより、該演算子「*」が、コンボリューション積分に対応する；そし て、そこで該微小循環の輸送関数が、モデル関数として、以下の式 における指数関数で、該微小循環の平均通過時間mtt_mikroが変化するパラメータ として含まれる関数より選択される、請求項１１に記載の装置。 １４．異なる血流量を有する２つの区画の前記モデル関数が、以下の式 における２つの指数関数の和により変形されることを特徴とする、請求項１３に 記載の装置。