持続非侵襲性動脈圧測定の履歴

本論文では、持続的非侵襲性血圧測定 (CNAP)の進化についてレビューします。使いやすいが断続的な上腕式機器と、かさばるが持続的な「脈拍計」(脈拍計) との間の歴史的なギャップについて、1835 年にジュール・ハリソンが発表した脈拍測定の最初の試みから説明します。このような脈拍計は過去に影の存在となっていましたが、リーヴァ・ロッチの上腕血圧測定は 100 年以上前に華々しく成功し始めました。最近では、1973 年にヤン・ペナスが導入した CNAP 測定によって、非侵襲性の心拍間血圧を初めて記録できるようになり、Finapres™ デバイスやその後継製品などの製品が販売されました。最近、周術期、重篤な医療、救急医療での患者モニタリング用に CNAP モニタリングの新しい方法が開発されました。これらの医療では、患者に最善のケアを提供するために、血圧を繰り返し、あるいは継続的に測定する必要があります。

19世紀に医学に応用された定量的測定以前は、血行動態活動の診断の可能性は、触診による脈の定性的な感知に限られていました。一部の文化では、中医学（TCM）の脈診やアーユルヴェーダの ドーシャの特定など、敏感な触診は今でも医学の主要な部分を占めています。1816年にルネ・テオフィル・イアサント・ラエンネックが聴診器と聴診法を導入したことで、医療行為は一貫して変化し、定量的な血行動態測定の必要性が高まりました。^[1]

水銀を充填したガラス管で脈の強さを測定できる最初の機器は、1835年にジュール・ハリソンによって開発されました。^[2] ジャン・レオナール・マリー・ポアズイユは、1821年に血圧計の前身となる最初の水銀「ヘモダイナメーター」を発明しました。^[3]

脈拍を連続的にグラフで記録する最初の脈拍計（脈拍計）は、1854年のカール・フォン・フィエロルトの発明です。[4] しかし、より人気があったのは、フランスの生理学者で映画撮影の先駆者であるエティエンヌ＝ジュール・マレー（1863年）が改良した脈拍計でした。^[ 5 ^]マレーの有名な著書「La méthode graphique」（1878年）と写真銃を使った研究は、心臓と血管の心血管運動に関するものでした。^[6]

マレーの血圧計のほかに、オーストリアの サミュエル・フォン・バッシュが開発した装置が注目を集め、1880年にヨーロッパで導入された。手首に置いた液体で満たされた袋で脈拍を検知し、脈が消えるために必要な圧力を水銀マノメーターで測定した。これにより収縮期血圧を初めて測定することが可能になった。^[7] 19世紀後半には、特にイギリス、フランス、ドイツで、他のいくつかの血圧計が開発された。^{[8] [9] [10]}これらの機器は持ち運び可能で、かなり正確で、広く入手可能であったため、医師はベッドサイドで使用していた。

1896年、イタリアのシピオーネ・リヴァ・ロッチは上腕部に装着する最初の水銀血圧計を開発した。 ^{[11]これにより}収縮期血圧の絶対値を測定できるようになった。1905年にロシアのニコライ・セルゲイエフ・コロトコフが特徴音を発見して以来、上腕部法で拡張期血圧の絶対値を測定できるようになった。^[12]

リヴァ・ロッチの研究結果から1年後、レナード・アースキン・ヒルとハロルド・バーナードが初めて麻酔中の血圧モニタリングを報告した。 ^[13]彼らがほぼ同時に発明した装置は、上腕動脈を閉塞するための細い腕輪、小さな自転車型の金属製ポンプ、mmHg単位の金属製マノメーターで構成されていた。^[14]麻酔中の血圧モニタリングに関する最初の報告で、当時すでに一般的に使用されていた脈拍計の使用について言及されていないのは意外に思える。理由の1つは、以前の慣行ではモニタリングの唯一の方法として呼吸の観察に完全に依存していたことであり、エーテルまたはクロロホルムの投与中に脈を触診することさえ良い慣行とは認識されていなかったためである。もう1つの理由は、報告書のタイトル「臨床使用のために考案されたシンプルで正確な形式の脈拍計または動脈圧計」に直接見出すことができる。これは、臨床使用のために装置はシンプルで正確でなければならないことを示唆している。^[要出典]

血圧計が華々しく進歩し始めた一方で、20 世紀に発明された脈拍記録装置はごくわずかでした。もちろん、パルスオキシメーターのような単純な脈波記録装置は例外ですが、血圧測定には使用できません。測定できたとしても、血液量の変化は測定できます。動脈壁の弾性成分は直線ではなく、平滑筋も非弾性部分で構成されているため、これらの体積変化は簡単に圧力に変換できません。^{[引用が必要]}

目標は、動脈壁の負荷を軽減し、動脈内の圧力と同じ高さの逆圧でこの現象を線形化することです。血液量は、外部から対応する圧力を適用することで一定に保たれます。動脈血量を一定に保つために必要な、継続的に変化する外部圧力は、動脈圧に直接対応します。これは、動脈血圧の瞬間的かつ継続的な測定であり、いわゆる「血管負荷軽減法」の基本原理です。^[要出典]

1942年、ドイツの生理学者リヒャルト・ワーグナーは、血管負荷軽減技術の機械版を用いて橈骨動脈の血圧を測定する機械システムを導入した。この技術では、逆圧によって動脈壁の負荷を軽減する。^[15]

チェコの生理学者ヤン・ペニャスは、1973 年に電気空気圧制御ループを用いて指の血管負荷軽減法を導入しました。制御ループはブロック図に示されています。カフは指に最も適しており、アクセスしやすい部位であるため、指の上に配置されます。カフ内では、赤外線光源 (L) と光検出光電池 (PC) を使用して指の動脈内の血液量が測定されます。プレチスモグラフ信号 (PG) (定数 C1 と比較した光信号) は、指の血液量の電子的測定値です。PG は比例積分微分特性 (PID) を持つ制御ユニットに送られます。PID 信号は定数設定点 (C2) に追加され、増幅されて電気空気圧トランスデューサー (EPT) に送られます。EPT はカフに圧力を生成し、これもまた指の血液量を変化させます。^[16]

制御ループの状態は次のように説明できます。光信号 PG は、カフ内の可変圧力を制御することによってゼロになります。収縮期に指の血液量が増加すると、PID コントローラは制御ポイントを上げます。したがって、カフ圧力は、余分な血液量が絞り出されるまで増加します。一方、拡張期には、指の血液量が減少します。その結果、PID コントローラは制御ポイントを下げます。したがって、カフ圧力は低下し、全体の血液量は一定のままです。血液量、したがって PG は時間の経過とともに一定に保たれるため、カフ圧力と動脈内圧の圧力差はゼロです。動脈内圧はカフ圧力に等しく、マノメータ M で簡単に測定できます。^{[引用が必要]}

ペンズは単一の電子制御ループを使用し、血圧変化の高速追跡とシステムの安定性を実現しました。しかし、血管収縮と血管拡張による動脈径と壁張力の変化により、動脈壁の真の除荷が簡単に失われるため、この単一の制御ループによる長期測定はほぼ不可能でした^[17]そのため、オランダ^{[18] 、 [19] [20] [21] [22]}日本^{[23] [24] [25] [26] [27] [ 28] [29]}オーストラリア^[30]およびオーストリア^{[31] [32] [33]}のグループが、血管除荷のペンズの原理を改良しました。

ペンスの原理を革新的に進化させたのがフィナプレス™で、KHウェッセリングを中心としたオランダのグループによって開発され、1986年に市場に導入されました。^[34]医療市場におけるフィナプレスシステムの後継製品には、フィノメーター、ポルタプレス、ネクスフィンがあります。^[要出典]

1996年からオーストリアの研究グループがこの方法の完全なデジタル化を進めており、その結果、この技術はタスクフォースモニターやCNAPモニター500（CNSystems）のほか、CNAPスマートポッド（Dräger Medical）やLiDCOrapid（LiDCO Ltd.）にも採用されている。^[33]

他の技術では依然として単一の制御ループが使用されていますが、デジタルCNAP技術は同心円状に連動する制御ループに基づいています。これらのループにより、VERIFIアルゴリズムを使用して血管運動緊張の変化を心拍ごとに補正することができます。^[33]

トノメトリーは、橈骨動脈の自動非侵襲的触診のメカニズムを再び説明するため、古い血圧計技術の復活です。安定した血圧信号を得るためには、トノメトリーセンサーを動きやその他の機械的アーティファクトから保護する必要があります。^{[35] [36] [37]}

心臓が動脈に拍出量を送り出すと、血液量が末梢に到達するまでに一定の通過時間がかかります。この脈拍通過時間（PTT）は間接的に血圧に依存します。この状況は血圧変化の非侵襲的検出に使用できます。^[38]

上半身の動脈圧脈拍は、5 つの構成脈拍から構成されています。左室駆出脈拍、この脈拍の反射で第 2 収縮期脈拍と呼ばれ、胸部大動脈と腹部大動脈の直径の不一致から生じます。腸骨動脈で反射されて拡張期脈拍を形成します。さらに 2 つの再反射があり、これらの反射部位間で生じ、通常は動脈硬化度が低く心拍周期が長い被験者にのみ見られます。PDA を使用すると、各心拍の圧力プロファイルを分析して、収縮期、拡張期、平均血圧、およびその他の血行動態パラメータの変化を調べます。^[39] PDA システムは、指への結合圧力が非常に低く、長期間にわたって血圧を追跡します。眼圧計や PTT 法と同様に、測定値は、基準法の絶対血圧で任意に校正できます。市販されている PDA 法の 1 つは、侵襲性動脈ラインと比較して許容できる精度を示しています。^[40]