岡 山 医 誌(1996) 108, 225∼240
動脈圧 波形 の形状変化 に対す る周波数解 析 に よ る検討
岡 山 大 学 医 学 部 麻 酔 ・蘇 生 学 教 室(指 導:平 川 方 久 教 授) 齋 藤 智 彦 (平 成8年3月11日 受 稿) Key words:動 脈 圧 波 形,周 波 数 解 析,フ ー リエ 変 換,自 己 回 帰 モ デ ル 緒 言 観 血 的 動 脈 圧 測 定 法 は,近 年 の 患 者 監 視 モ ニ ター の 進 歩 に 伴 い,心 臓 血 管 系 の 手 術 の み な ら ず,一 般 の 全 身 麻 酔 管 理 や 集 中 治 療 領 域 で の モ ニ ター と し て広 く一 般 的 に 用 い られ て い る1).し か し観 血 的 動 脈 圧 波 形 か ら得 ら れ る 情 報 も短 時 間 で の 急 な 変 化 に 対 応 で き る血 圧 計,心 拍 計 で あ る こ とが 多 く,血 圧 値 の 変 化 以 外 そ の 形 状 変 化 は あ ま り評 価 され て い な い.動 脈 圧 波 形 の 形 状 は,循 環 血 液 量,心 収 縮 力,末 梢 血 管 抵 抗 な ど様 々 な要 因 に よ り変 化 す る2)3)が,こ れ ら の 変 化 に関 して,定 量 的 な パ ラ メー タ で評 価 し た も の は あ ま りみ られ な い.出 血 等 の 原 因 に よ り血 圧 が 低 下 し て くる場 合,血 圧 低 下 よ り も先 に動 脈 圧 波 形 の 形 状 が 変 化 して くる こ とは よ く経 験 され るが,そ の 変 化 を定 量 的 に 評 価 す る こ とが で きれ ば,よ り早 期 に 的 確 な 診 断 が で き る可 能 性 が あ る. 周 期 的 に 変 化 す る 波 形 の 解 析 に は,高 速 フ ー リ エ 変 換(fast Fourier transform,以 下 FFT)4)5)や,自 己 回 帰 モ デ ル(autoregressive model,以 下ARM)6)7)が 使 用 さ れ て お り,最 近 で は 自律 神 経 系 の 変 動 を パ ワ ー スペ ク トル か ら解 析 す る 報 告 が 多 くみ ら れ る8)9)10).しか し, 波形 そ の もの の 周 波 数 解 析 を行 い,構 成 成 分 の 振 幅,位 相 を定 量 化 し た 報 告 は み ら れ な い. 今 回,血 管 拡 張 薬 の 使 用,脱 血 に よ る循 環 血 液 量 の 減 少,吸 入 麻 酔 薬 に よ る深 麻 酔 な ど意 図 的 に血 圧 を 降 下 させ た 状 態 で の 観 血 的 動 脈 圧 波 形 を コン ピ ュ ー タに 取 り込 み,正 常 血 圧 時 との 波 形 の 変 化 を周 波 数 解 析 の 手 法 を用 い て 比 較 検 討 し た.波 形 か ら得 ら れ る 血 圧 等 の1次 パ ラ メ ー タの 他, FFT, ARMに よ る 周 波 数 解 析 を 行 い,波 形 の 形 状 の 変 化 を構 成 周 波 数 成 分 の 振 幅, 位 相 の 変 化 と して 定 量 化 し 比 較 検 討 し た. ま た,こ れ ら 周 波 数 解 析 か ら得 ら れ た振 幅, 位 相 デ ー タ の 変 化 が 実 際 の 波 形 に ど の よ う に 反 映 さ れ る か を,高 速 フ ー リ エ 変 換 の 逆 変 換 (inverse fast Fourier transform,以 下 iFFT)4)11)を 用 い て 波 形 を再 合 成 し,元 の 波 形 と比 較 し た. 対 象 と 方 法 本 研 究 で は,動 物 研 究 と臨 床 研 究 の2つ に分 け て 行 っ た.動 脈 圧 波 形 を コ ン ピュ ー タ上 で解 析 す る手 法 は ど ち ら も同 じ手 法 を 用 い た. 1. 動 物 研 究 対 象 と し てSprague Dawley系 雄 性 ラ ッ ト8 週 齢(体 重260∼340g,日 本 ク レ ア 社 よ り購 入) を用 い た.こ れ を血 圧 を下 げ る処 置 方 法 に よ り 次 の4群 に 分 け た. TNG群:ニ トロ グ リセ リン(以 下TNG) 100∼150μg/kg/min投 与(n=14) SNP群:ニ トロ プ ル シ ドナ ト リウ ム(以 下SNP) 8∼14μg/kg/min投 与 (n=20) HEM群:動 脈 よ り血 液10ml/kgを 脱 血 処 置(n=18) ISO群:イ ソ フル ラ ン3.0%の 深 麻 酔(n= 17) 試 薬 と して は, TNGは ミ リス ロ ー ル 注 射 液(日 本 化 薬), SNPはMR7S1(丸 石 製 薬 よ り治 験 薬 の 提 供 を 受 け た),イ ソ フ ル ラ ン は フ ォ ー レ 225ン(日 本 ダ イ ナ ボ ッ ト)を 用 い た. ラ ッ トは,酸 素1l/min,イ ソ フ ル ラ ン3.0% を5分 間 吸 入 させ 麻 酔 を 導 入 し た 後,マ ス ク に て イ ソ フ ル ラ ン2∼3%で 維 持 を行 い 気 管 切 開 を施 行 した.気 管 内 に14Gカ ニ ュ ー ラ を 挿 入,シ ナ ノ 製 作 所 製Respirator Model SN-480-7 に 接 続,酸 素1l/min,イ ソ フ ル ラ ン2.0%,換 気 量10∼12ml/kg,呼 吸 回数60∼70回/minの 設 定 で 人 工 呼 吸 を行 っ た.続 い て 外 腸 骨 動 脈,外 腸 骨 静 脈 をそ れ ぞ れ カ ッ トダ ウ ン し22G血 管 内 留 置 針 を挿 入 した.こ れ ら留 置 針 に は,加 圧 バ ッ ク に て ヘ パ リ ン加 生 理 食 塩 水 を 満 た し た 圧 トラ ン ス ジ ュ ー サ を接 続 し,動 脈 側 は 観 血 的 動 脈 圧 の 測 定 な ら び に 採 血 路 と し,静 脈 側 は 薬 剤 投 与 の 輪 液 路 と した.そ の 他 の モ ニ ター と して 心 電 図 と直 腸 体 温 計 を使 用 し た.こ れ ら の 処 置 が 終 了 した 後,イ ソ フ ル ラ ン濃 度 を1.2%に 設 定 し, 10分 間 以 上 の安 定 時 間 をお い た 後,動 脈 圧 波 形 記 録 を行 い,こ れ を コン トロー ル と し た. 続 い て,収 縮 期 血 圧 が70∼90mmHgと な る よ うに 各 群 そ れ ぞ れ の 処 置 を行 い,安 定 した とこ ろ で 適 宣 デ ー タ を記 録 し た. コ ン ト ロ ー ル 時 の 収 縮 期 血 圧 が110∼140 mmHg,処 置 後 の 収 縮 期 血 圧 が70∼90mmHgの ペ ア をデ ー タ と して 採 用 し,各 パ ラ メー タ の 計 算,解 析 に 使 用 し た.群 間 の 比 較 に は 分 散 分 析 お よ びStudent-Newman-Keuls testを,群 内 で の 処 置 前 後 の 比 較 に はpairedt-testを 用 い, 危 険 率0.05以 下 を有 意 差 あ り と した. 2. 臨 床 研 究 岡 山 大 学 医 学 部 附 属 病 院 で1992年10月 よ り 1993年9月 に 施 行 さ れ た ニ ト ロプ ル シ ドナ ト リ ウ ム 注 射 剤MR7S1とTNGと の 低 血 圧 麻 酔 におけ る 比較 臨 床 試 験12)を行 っ た患 者16名 を対 象 と し た.患 者 はASA1な い し2の 予 定 手 術 患 者 で,年 齢 は30∼59歳,手 術 は 開 胸 ・開 腹 を 除 く 低 血 圧 麻 酔 が適 応 と さ れ る 症 例 で,肝 ・腎 ・心 機 能 に 異常 が 無 く,貧 血 な ど の 合 併 症 の 無 い 者 に 限 っ た.な お,患 者 に は 治 験 お よ び 低 血 圧 麻 酔 下 に 血 圧 の デ ー タ を と る こ との 了 承 を得 た. 血 管 拡 張 薬 と してTNGを 投 与 し た群(7名, tng群)と, SNPを 投 与 し た群(9名, snp群) に 分 け 以 下 の 実 験 を 行 っ た. A B 図1 動 脈圧 波 形 な らび に微 分 波 形 の 各測 定 項 目 A. 動 脈 圧 波 形 B. 動 脈 圧1次 微 分 波 形(dP/dt) 図 中 の各 測 定 項 目の略 号 は 以 下 の とお り
SBP: systolic blood pressure
DBP: diastolic blood pressure
S-S time: systolic-systolic
time
D-S time: diastolic-systolic
time
S-D time: systolic-diastolic
time
PP: peak positive dP/dt
PN: peak negative dP/dt
PN-PP time: peak negative-peak positive
time
PP-PN time: peak positive-peak negative
time
麻 酔 前 投 薬 と し て は,ヒ ドロ キ シ ジ ン25mgお よ び ア トロ ピ ン0.3∼0.5mgを 入 室1時 間 前 に 筋 注 した.麻 酔 導 入 は ミダ ゾ ラ ム0.06mg/kgを 静 脈 内 投 与 した 後,酸 素3l/min,亜 酸 化 窒 素3l/ min,イ ソ フ ル ラ ン3.0%に て 緩 徐 導 入 を行 い, ベ ク ロニ ウ ム あ る い はパ ン クロニ ウム0.08∼0.10 mg/kgを 投 与 し て 気 管 内 挿 管 を行 っ た.橈 骨 動 脈 に22G血 管 内 留 置 針 を挿 入 し,動 脈 圧 波 形 の モ ニ タ ー,記 録 を行 っ た.挿 管 後 は.酸 素2l/min, 亜 酸 化 窒 素2l/min,イ ソ フ ル ラ ン1.2∼1.5% 濃 度 と し て 麻 酔 を維 持 し, 1回 換 気 量8∼10ml/ kg,呼 吸 回 数8∼10回/minで 調 節 呼 吸 と し た. 筋 弛 緩 薬 と し て ベ ク ロ ニ ウ ム,パ ン ク ロ ニ ウム を適 宜 使 用 し た.麻 酔 導 入 よ りデ ー タ 記 録 ま で の 間,輸 液 は 乳 酸 リ ン ゲ ル 液, 5%ブ ドウ糖 加動 脈圧 波形 の形 状変 化 に対 す る周 波数解 析 に よ る検 討
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乳 酸 リン ゲ ル 液,ヒ ドロ キ シ エ チ ル デ ンプ ン 液 を用 い,カ テ コ ラ ミンや 他 の 血 管 作 動 薬 は使 用 しな か っ た. 図2 複 数 波形 にお け るパ ワー スペ ク トルの 取 り扱 い 図は フー リエ 変換 に よ るパ ワー スペ ク トル.心 拍 数 約360の 動 物 研 究 の結 果 を例 と して示 した.各 周 波 数 成分 の取 り扱 い は,図 に 示 す よ うに0.5∼3Hzを 呼吸 周 波 数 成分 と し,心 拍 基本 周 波 数 の 倍数 高調 波 は, 各 々 の スペ ク トル を 中心 と して心 拍 周 波数 の4分 の1ず つ の 範 囲 を合 わせ た もの を成 分 と した.AB
図3 逆 フー リエ 変 換(iFFT)に よ る再 合 成 波 形 と誤差 率 A. 測定 した動 脈圧 波形 B. も との動 脈圧 波 形 とiFFTに よ る再合 成波 形 の 合成 図 観 察 した動 脈 圧 波 形 と拡 張 期 血圧 を結 ぶ 図 形面 積(図 中x)と,も との波 形 と再合 成 波形 の 差分 の 図形 の 面 積(図 中y)の 比率 を誤 差率 と した. 低 血 圧 麻 酔 を開 始 す る前 の 安 定 時 を コ ン トロ ー ル と し,デ ー タ を記 録 した.続 い て 吸 入 麻 酔 薬 濃度 を一 定 と し,指 定 し た 血 管 拡 張 薬 を投 与 す る こ と で平 均 血 圧 が70mmHg前 後 に な る よ う に 適 宜 投 与 量 を 調 節 しデ ー タ を 記 録 した.こ の ペ ア の デ ー タ を 計 算,解 析 に 使 用 し た.群 間 の 比 較 に はStudent t-test,群 内 で の 処 置 前 後 の 比 較 に はpaired t-testを 用 い,危 険 率0.05以 下 を 有 意 差 あ り と し た.3. 動 脈 圧 波 形 の 解 析 方 法 動 脈 圧 波 形 の 記 録 は,動 脈 ラ イ ン に 接 続 した 圧 トラ ン シュ ジューサ の 出 力 をHewlett Packard 社 製 患 者 監 視 モ ニ タ ー78342A (動物 研 究)あ る い はM1106A (臨床 研 究)に 接 続 し,そ の ア ナ ロ グ 出 力 をTEAC社 製 デ ー タ レ コー ダDR-F 1に 入 力 し, A-D変 換 と フ ロ ッ ピー デ ィ ス クへ の 記 録 を 行 っ た.患 者 監 視 モ ニ タ ー か ら の 出 力 は100mmHg/V, A-D変 換 の 入 力 レ ン ジは2.5V, A-D変 換 の 精 度 は14bit,サ ン プ リ ン グ 周 波 数 は 1,000Hz,サ ン プ リ ン グ 点 数 は51,200と し た.こ の デ ー タ を パ ー ソナ ル コ ン ピュー タで 読 み 込 み, パ ラ メ ー タ の 計 算,周 波 数 解 析 を行 っ た11)13). 波 形 か ら 直 接 得 ら れ る1次 パ ラ メー タ と し て は,収 縮 期 血 圧(SBP),拡 張 期 血 圧(DBP), 心 拍 数(HR),収 縮 期-収 縮 期 間 隔(S-S time), 収 縮 期-拡 張 期 間 隔(S-D time),拡 張 期-収 縮 期 間 隔(D-S time),動 脈 圧 微 分 波 形(dP/dt)か ら は,収 縮 期 変 化 率 の 最 大 値(PP),拡 張 期 変 化 率 の 最 大 値(PN), PPか らPNま で の 時 間 間 隔(PP-PN time), PNか らPPま で の 時 間 間 隔(PN-PP time)を 求 め,そ れ ぞ れ の 平 均 値, 変 動 系 数 を 求 め た(図1). 周 波 数 解 析 で は,呼 吸 性 の 変 動 成 分 を 含 む 複 数 波 形 と,拡 張 期-拡 張 期 の 一 心 拍 分 の 波 形 と の2種 類 の 波 形 を対 象 にFFT, ARMに よ り周 波 数 成 分 を求 め た.一 心 拍 分 の 波 形 か らのFFT に よ る解 析 で は,パ ワ ー ス ペ ク トル の 値 の み で な く位 相 変 化 も計 算 した.一 心 拍 分 の 波 形 か ら のARMに よ る解 析 は 動 物 研 究 で行 っ た. 解 析 に は,パ ー ソナ ル コ ン ピ ュ ー タ と し て IBM-PC/AT互 換 機 を使 用 し, OSは, Microsoft 社 製Windowsを 使 用,解 析 プ ロ グ ラ ム は, Microsoft社 製Visual C++Ver. 2.0を 使 用 し
て 自作 し た. プ ロ グ ラ ム に 関 して は,動 脈 圧 微 分 波 形 は, 計 測 デ ー タ1 msec毎 の 差 分 を4 msecの 移 動 平 均 に よ り平 滑 化 した.周 波 数 解 析 に使 用 したFFT はSande-Tukey4), ARMは 赤 池6)7)14)のア ル ゴ リズム に従 っ た.複 数 波 形 解 析 では, FFTは8,192 点, ARMは2,048点 で 回 帰 次 数 は 動 物 研 究 で は 128,臨 床 研 究 で は512を 使 用 し, FFTと 同 じ 0.122Hzか らの パ ワ ー を 求 め た .こ れ ら複 数 波 形 か ら の デ ー タ は 図2の よ う に,呼 吸 周 波 数 成 分,心 拍 基 本 周 波 数 の 高 調 波 成 分 を分 離 し,こ れ らの 全 体 に 占 め る パ ワ ー の 割 合(%)を そ れ ぞ れ 算 出 し た.一 心 拍 分 の 波 形 解 析 で は,拡 張 期-拡 張 期 の デ ー タ を 直 線 補 間,移 動 平 均 を と り256点 に し た 後, FFTは256点, ARMは256 点 で 回 帰 次 数 は32, 64, 128の3種 類 と し,パ ワ ー の 全 体 に 占 め る割 合 を 算 出 す る と と もに, FFT で は 位 相 デ ー タ も計 算 した.位 相 は0∼360度 の 範 囲 で 扱 っ た. 波 形 の 再 合 成 は,ま ず 一 心 拍 分 の 波 形 のFFT に よ る解 析 の 結 果 を実 成 分,虚 成 分,周 波 数 を 軸 とす る3次 元 で 表 示 し た.次 に 各 々 の 周 波 数 成 分 の振 幅 と位 相 の 結 果 か らiFFT 256点 で 逆 変 換 し,も との 波 形 と重 ね 合 わ せ る こ とで 比 較 し た11).比 較 に は波 形 の 面 積 と,再 合 成 した 波 形 と 元 の 波 形 の 差 分 面 積 の 比 率 を使 用 し た(図3). 再 合 成 に 必 要 な 高 調 波 の 次 数 と振 幅,位 相 を 変 化 させ る こ と に よ る 波 形 の 変 化 に つ い て も検 討 し た. 結 果 1. 動 物 研 究 動 脈 圧 波 形 か らの1次 パ ラ メ ー タ を表1に 示 す.群 間 に お い て コ ン トロー ル のSBP,お よ び, 処 置 後 のSBPに は 有 意 差 は み られ なか っ た. SBP, DBPと も変 動 係 数 は, ISO群 で 減 少 し, SNP群, HEM群 で 増 加 し た. DBPはISO群 で 他 よ り低 い 値 を示 し た. S-Stime, D-Stimeは HEM群 以 外 で 増 加 し, S-Dtimeは い ず れ の群 も増 加 した.動 脈 圧 微 分 波 形 か らの1次 パ ラ メ ー タ を表2に 示 す. PP, PNは い ず れ の 群 も減 少 した が, HEM群 で は他 の群 に 比 べ 低 下 が 著 しか っ た.ま た, HEM群 で はPPの 変 動 係 数 が 増 加 し た. ISO群 で は 逆 にPPの 変 動 係 数 が 減 少 し た. 複 数 波 形 か ら の 周 波 数 解 析 結 果 を 表3に,一 心 拍 波 形 か らの 結 果 を 図4に 示 す.呼 吸 周 波 数 成 分 の 割 合 はHEM群 で 有 意 に 増 加, ISO群 で は 有 意 に 減 少 し た.心 拍 基 本 周 波 数 成 分 の 割 合 は 各 群 と もに増 加 した.血 圧 の下 降 につ れ てTNG 群, SNP群, HEM群 と も に パ ワ ー の 絶 対 値 は 減 少 す る に もか か わ らず, ISO群 で は,処 置 前
動 脈圧 波形 の 形状 変化 に対 す る周波数 解析 に よる検討
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表1 動 物 研 究 に お け る動 脈 圧 波 形 か らの1次 パ ラ メー タ 値 は群 内 での 平均 値 ±標 準 偏差 を示 す. *:処 置 前後 で有 意 差 あ り(p<0.05) a, b:同 じアル フ ァベ ッ トを含 まな い群 間 で有 意 差 あ り(p<0.05) 各測 定項 目の 下段 のCVは 各 々 の個 体 内 での そ の項 目の変 動 係数 を示 す. 測定 項 目の略 号 は次 の とお り.S-S time: systolic-systolic time, S-D time: systolic-diastolic time, D-S time: diastolic-systolic time 表 中の群 は以 下 の とお り. TNG:ニ トロ グ リセ リン処 置 群, SNP:ニ トロ プ ル シ ドナ トリウム 処 置群, HEM:脱 血 処 置群, ISO:イ ソ フル ラ ン高 濃度 処 置群 表2 動 物 研 究 に お け る 動 脈 圧 微 分 波 形 か ら の1次 パ ラ メ ー タ 値 は群 内 での平 均値 ±標 準偏 差 を示 す. *:処 置前 後 で有意 差 あ り(p<0.05) a, b, c:同じ アル フ ァベ ッ トを含 まな い群 間 で有 意 差 あ り(p<0.05) 各 測定 項 目の下 段 のCVは 各 々 の個 体 内 での そ の項 目の変 動 係数 を示 す. 測定項 目の 略号 は次 の とお り.
PP: peak positive dP/dt, PN: peak negative dP/dt, PP-PN time: peak positive-peak negative time, PN-PP time: peak negative-peak positive time 表 中の群 は 以下 の とお り. TNG:ニ トログ リセ リン処 置 群, SNP:ニ トロ プ ル シ ドナ トリウム 処 置群, HEM:脱 血 処 置群, IS0:イ ソ フル ラ ン高 濃度 処 置郡 表3 動 物 研 究 に お け る 周 波 数 解 析 に よ る パ ワ ー ス ペ ク ト ル 値は パ ワーの 全体 に 占め る割 合(%)の 平 均値 ±標 準偏 差 を示 す. FFT:サ ン プ リン グ1kHz, 8,192点 の フー リエ変 換 に よ るパ ワー スペ ク トル. ARM: 2,048点 の 自己回 帰 モ デル に よ るパ ワ-ス ペ ク トル.回 帰 次 数 は128.計 算 す る周 波 数 はFFTと 同 じ範囲 と した. *:処 置 前後 で有 意 差 あ り(p<0.05) a, b. c:同 じア ル フ ァベ ッ トを含 まな い群 間 で有 意 差 あ り(p<0.05) 表中 の群 は以 下 の とお り. TNG:ニ トロ グ リセ リン処 置 群, SNP:ニ トロ プ ル シ ドナ トリウム 処 置群, HEM:脱 血処 置 群, ISO:イ ソ フル ラ ン高 濃度 処 置 群
28.7±0.8,処 置 後26.7±0.7(×105mmHg2/ Hz)と ほ ぼ 同 じ値 を示 し た.第2次 高 調 波 成 分 は 各 群 減 少 す る が, HEM群 が, SNP群, TNG 群 よ り減 少 率 が 大 きか っ た.血 管 拡 張 薬 使 用 の SNP群, TNG群 は, HEM群, ISO群 に 比 べ よ り多 くの 高 調 波 成 分 を含 ん で い た. 位 相 の 変 化 は,基 本 周 波 数 では, SNP群, TNG 群 で 位 相 角 が 増 加 し, HEM群 で 位 相 角 は 著 し く減 少, ISO群 で は 変 化 は な か つ た.第2次 高 調 波 で は, SNP群, TNG群 で は 変 化 な く, HEM 群, ISO群 で位 相 角 は 減 少 し た.第3次 高 調 波 で はHEM群 で 有 意 な低 下,第4次 高 調 波 で は SNP群 を 除 き増 加 し た. A B 図4 動 物 研 究 に お け る1心 拍 分 の 波 形 の フ ー リエ 変 換 結 果 A. パ ワ ー スペ ク トル 値 は 各 スペ ク トル が 全 体 に 占 め る 割 合(%) B. 位 相 単 位 はdegree. 0∼360° の 範 囲 で 扱 っ た. A, Bと も左 か ら,心 拍 基 本 周 波 数,第2次 高 調 波,第3次 高 調 波 ,第4次 高 調 波 の 順 に 表 示 し た. グ ラ フ は 平 均 値 ± 標 準 偏 差 で 示 し た . 図 中 の 群 は 以 下 の と お り. TNG:ニ ト ロ グ リ セ リ ン処 置 群, SNP:ニ ト ロ プ ル シ ドナ ト リ ウ ム 処 置 群, HEM:脱 血 処 置 群 ISO:イ ソ フ ル ラ ン 高 濃 度 処 置 群 FFTとARMに よ る 解 析 の 比 較 を 図5に 示 す.一 心 拍 分 の 波 形 に 対 す るARM解 析 で は, 回 帰 次 数 が 増 え る と高 調 波 成 分 の ピ ー ク の 割 合 が 大 き くな り,第2次,第3次 高 調 波 の 変 化 が 大 き く見 られ た.ま た,個 体 間 の ば らつ きが 大 き く な り,標 準 偏 差 も大 き くな っ た.全 体 の 変 化 と して は, ARM256点 に 対 して 回 帰 次 数64の
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場 合 にFFTと ほ ぼ 同 じ結 果 を示 し,標 準 偏 差 も最 小 と な っ た. 2. 臨 床 研 究 2群 間 で年 齢,体 重 に 有 意 差 は み られ な っ た. 動 脈 圧 波 計 か らの1次 パ ラ メー タ を 表4に 示 す. 群 間 に お い て コ ン トロー ル の 平 均 動 脈 圧,お よ び低 血 圧 麻 酔 時 の 平 均 動 脈 圧 に は 有 意 差 は み ら れ な か っ た.心 拍 数 はsnp群 が 有 意 に 多 か っ た. SBPの 変 動 係 数 は両 群 と も低 血 圧 時 に 増 加 した. 動脈 圧 微 分 波 形 か らの1次 パ ラ メー タ を 表5に 示 す. PPは, tng群 で は 有 意 に 減 少 し た が, snp 群 で は 変 化 が な か っ た. PPの 変 動 係 数 は 両 群 と もに 増 加 し た.そ の 他, PP-PN timeは 両 群 と も 減 少 す る が, tng群 で よ り大 き く減 少 し た. PN-PP timeはtng群 で 有 意 に 増 加 した. 複 数 波 形 か らの 周 波 数 解 析 結 果 を 表6に,一 心 拍 波 形 か ら の 結 果 を 図6に 示 す.呼 吸 周 波 数 成 分 は 両 群 と も増 加 し, tng群 の 増 加 が よ り大 きか っ た.心 拍 基 本 周 波 数 成 分 は ず れ も減 少, 第2次 高 調 波 成 分 は い ず れ も増 加 す るが, tng群 の 変 化 が よ り大 き か っ た.第3次, 4次 高 調 波 成 分 の 割 合 はtng群 で有 意 に 増 加, snp群 で増 加 傾 向 に あ っ た. AB 図5 フ ー リエ 変 換(FFT)と 自 己 回 帰 モ デ ル(ARM)に よ る パ ワ ー ス ペ ク トル の 比 較 A.コ ン トロ ー ル 群 B.低 血 圧 群 図 は1心 拍 分 の 動 脈 圧 波 形 のFFTお よ びARMに よ る パ ワ ー ス ペ ク トル の 比 較 を 示 す. イ ソ フ ル ラ ン 高 濃 度 処 置 に よ る 動 物 研 究 を例 と し て 示 す. FFT, ARMと も に デ ー タ 点 数 は256で, ARMは 回 帰 次 数 を32, 64, 128の3種 類 と し た. 縦 軸 の 値 は パ ワ ー ス ペ ク トル が 全 体 に 占 め る 割 合(%)と し,平 均 値 ± 標 準 偏 差 で 示 し た. 図 中 の 群 は 以 下 の と お り. FFT:フ ー リ エ 変 換, ARM32:自 己 回 帰 モ デ ル,回 帰 次 数32 ARM64:自 己 回 帰 モ デ ル,回 帰 次 数64, ARM128:自 己 回 帰 モ デ ル,回 帰 次 数128 ARMに よ る 複 数 波 形 の 解 析 で は,観 察 区 間 の 両 端 の 連 続 性 に よ りFFTと 似 た 結 果 を 示 す もの,基 本 周 波 数 よ り低 い 成 分 の 多 い もの,第 2次 高 調 波 が 主 と な る もの な ど,同 じ回 帰 次 数 で も様 々 な 結 果 を示 した. 位 相 の 変 化 は,基 本 周 波 数 で は 両 群 と も位 相 角 が 増 加 した が,第2次 高 調 波 で はtng群 の 増 加 が 有 意 だ っ た.第3次 高 調 波 以 上 で は 有 意 な 変 化 は み ら れ な か っ た.3. iFFTに よ る波 形 の再 合 成 図7にiFFTに よ る波 形 再 合 成 の 結 果 を示 す. 心 拍 基 本 周 波 数 の 第4次 高 調 波 ま で の 再 合 成 で 誤 差 率 は2%以 下,第5次 高 調 波 ま で で1%以 下 と な っ た. 考 察 1. 波 形 変 化 動 物 研 究 に お い て,血 圧 を降 下 させ た 時 の 波 形 変 化 を概 括 す る と,そ れ ぞ れ の 特 徴 は 次 の よ うに な る. 脱 血 に よ り循 環 血 液 量 が 減 少 した 場 合 は,全 体 と して は 呼 吸 に よ る変 動 が 増 加 し,一 波 形 毎 の脈 圧 は 減 少 し, SBP, DBPの 変 動 は 大 き くな る.ま た, dP/dtはSBPと と もに 減 少 し,い わ ば 丸 い 小 さ な 波 形 が,呼 吸 の 大 き な う ね りの 上 に 重 ね 合 わ さ れ た 形 と な る.こ れ は,周 波 数 解 析 に お い て は,複 数 波 形 の 解 析 で 呼 吸 周 波 数 お よ び そ の 第2次 高 調 波 と い っ た 呼 吸 周 波 数 成 分 が 心 拍 基 本 周 波 数 に 比 べ て 大 き くな る こ と と, 心 拍 周 波 数 の す べ て の 高 調 波 成 分,特 に 第3次 以 上 の 成 分 の 減 少 に よ り表 現 され る. Perelら に よ れ ば, SBPの 変 動systolic pressure variation
(SPV)の 観 察 に お い て も呼 吸 に よ る変 動 が 大 き くな り,循 環 血 液 量 の 評 価 に な る15)16)と報 告 さ れ て い るが,人 工 呼 吸 下 で 呼 吸 回 数 が 一 定 の 場 合, SPVに 比 べ 周 波 数 解 析 に よ る 結 果 の 方 が 呼 吸 周 波 数 成 分 を 定 量 化 で き る め,よ り有 用 で あ る と思 わ れ る. 表4 臨床 研 究 に お け る動 脈 圧 波形 か らの1次 パ ラ メー タ 値 は 群 内 で の 平 均 値 ± 標 準 偏 差 を 示 す. *: 処 置 前 後 で 有 意 差 あ り(p<0 .05) ☆: 群 間 で 有 意 差 あ り(p<0.05) 各 測 定 項 目の 下 段 のCVは 各 々 の 個 体 内 で の そ の 項 目 の 変 動 係 数 を示 す. 測 定 項 目 の 略 号 は 以 下 の と お り.
S-S time: systolic-systolic time, S-D time: systolic-diastolic time, D-Stime: diastolic-systolic time 表 中 の 群 は 以 下 の と お り. tng:ニ トロ グ リ セ リ ン 処 置 群, snp:ニ ト ロ プ ル シ ドナ ト リ ウ ム 処 置 群 吸 入 麻 酔 薬 に よ る 深 麻 酔 に お い て,全 体 と し て 波 形 間 の ば ら つ きは 減 少,波 形 毎 の 脈 圧 は保 た れ た ま ま均 一 に 波 形 の 形 が 揃 う よ う に な り, 平 均 血 圧 の み が 低 下 し た 形 と な る.い わ ば き れ い に 同 一 波 形 が 繰 り返 さ れ た 形 と な る.イ ソ フ ル ラ ン3.0%の 濃 度 で は,体 血 管 の 拡 張 の他,心 収 縮 力 の 抑 制 お よ び,自 律 神 経 系 の 抑 制 も強 く10)17),波形 間 で の ば らつ きが 減 少 す る もの と考 え られ る.こ れ は,周 波 数 解 析 に お い て 呼 吸 周 波 数 成 分 の 減 少,心 拍 基 本 周 波 数 成 分 の 割 合 の 増 加 に 反 映 さ れ て お り,脈 圧 が 変 化 しな い こ と は,心 拍 基 本 周 波 数 の パ ワ ー の 絶 対 値 が 変 化 し て い な い こ とに 反 映 され て い る と思 わ れ る.ま
動 脈圧 波 形 の形状 変化 に 対す る周波数 解析 に よ る検 討
233
表5 臨床 研 究 にお け る動脈 圧 微 分 波 形 か らの1次 パ ラ メー タ 値 は 群 内 で の 平 均 値 ± 標 準 偏 差 を 示 す. *:処 置 前 後 で 有 意 差 あ り(p<0.05) ☆:群 間 で 有 意 差 あ り(p<0.05) 各 測 定 項 目 の 下 段 のCVは 各 々 の 個 体 内 で の そ の 項 目 の 変 動 係 数 を 示 す. 測 定 項 目 の 略 号 は 以 下 の とお り.PP: peak positive dP/dt, PN: peak negative dP/dt,
PP-PN time: peak positive-peak negative time, PN-PP time: peak negative-peak positive time 表 中 の 群 は 以 下 の と お り. tng:ニ トロ グ リセ リン 処 置 群, snp:ニ トロ プ ル シ ドナ ト リ ウ ム 処 置 群 表6 臨 床研 究 にお け る周 波数 解 析 か ら得 られ るパ ワー スペ ク トル 値 は パ ワ ー の 全 体 に 占 め る 割 合(%)の 平 均 値 ± 標 準 偏 差 を 示 す. FFT:サ ン プ リ ン グ1kHz, 8,192点 の フ ー リ エ 変 換 に よ る パ ワ ー ス ペ ク トル ARM: 2,048点 の 自 己 回 帰 モ デ ル に よ る パ ワ ー スペ ク トル.回 帰 次 数 は512.計 算 す る 周 波 数 はFFTと 同 じ 範 囲 と し た. *:処 置 前 後 で 有 意 差 あ り(p<0 .05) ☆:群 間 で 有 意 差 あ り(p<0.05) 表 中 の 群 は 以 下 の とお り. tng:ニ ト ロ グ リセ リ ン処 置 群, snp:ニ ト ロ プ ル シ ドナ ト リ ウ ム 処 置 群
た位 相 の 変 化 は 心 拍 基 本 周 波 数 に は 見 ら れ な い が,第2次 高 調 波 に お い て 出 血 の場 合 と 同 じ く 位 相 角 の 減 少 が み られ る.こ れ は,第3次 以 上 の 高 調 波 成 分 の 減 少 と と も に,収 縮 期 の ピー ク を 中心 に 波 形 が 比 較 的 左 右 均 一 に 変 化 して い る こ とを 反 映 して い る と思 わ れ る. A B 図6 臨 床 研 究 に お け る1心 拍 分 の 波 形 の フ ー リエ 変 換 結 果 A.パ ワ ー ス ペ ク トル 値 は 各 ス ペ ク トル が 全 体 に 占 め る割 合(%) B.位 相 単 位 はdegree. 0∼360° の 範 囲 で 扱 っ た. A, Bと も 左 か ら,心 拍 基 本 周 波 数,第2次 高 調 波,第3次 高 調 波,第4次 高 調 波 の 順 に 示 し た. グ ラ フ は 平 均 値 ± 標 準 偏 差 で 示 し た. 図 中 の 群 は 以 下 の と お り. tng:ニ トロ グ リセ リ ン 処 置 群, snp:ニ ト ロ プ ル シ ドナ ト リ ウ ム 処 置 群 SNP群, TNG群 は 細 か な 差 異 は あ る もの の ほ ぼ 同様 な 変 化 を示 し て い る た め 血 管 拡 張 薬 と し て一 括 す る と,血 管 拡 張 薬 に よ る場 合, SBP, DBPの 変 化 に 関 して は 前 二 者 の 中 間 の 変 化 を と るが, HRの 変 化 す な わ ちS-Stimeの 変 動 が 大 き くな る.こ の 傾 向 はTNG群 で よ り強 い.こ れ はSNPが 動 脈 系 と静 脈 系 に 対 し て,ほ ぼ 同 程 度 の 拡 張 作 用 を 有 す る の に対 し て, TNGが よ り静 脈 系 に 作 用 が 強 く前 負 荷 に 与 え る影 響 が 多 い2)18)19)ため,呼 吸 に よ る静 脈 還 流 へ 影 響 が 生 じ て 心 臓 の 充 満 の 間 隔 に 変 動 が 生 じ るか ら と考 え ら れ る.こ れ ら血 管 拡 張 薬 の 使 用 に よ り,波 形 の 立 ち 上 が りは 比 較 的 急 峻 で な だ らか に 下 降 す る た め 左 右 の 非 対 称 性 が 大 き くな る.こ れ を 反 映 す る 形 で 心 拍 周 波 数 の 第2次 高 調 波 以 上 の 成 分,特 に 第3次 成 分 が 多 くな り,位 相 角 も心 拍
動脈 圧 波形 の 形状 変化 に対 す る周 波数 解析 に よる検討
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基 本 周 波 数 で増 加 し て お り,こ れ は 出 血 に よ る 場 合 の 基 本 周 波 数 位 相 角 減 少 とは 逆 に な っ て い る.A
B
図7 再 合 成 に使 用 す る高調 波 の 次数 と再 合 成 波形 A.使 用 す る高調 波 の 次 数 と誤 差 率 の 変化 B.使 用 す る高調 波 の 次 数 と実 際 の 再 合 成波 形 Aに 代 表 的 な 波 形 の再 合 成 に使 用 す る次数 と,その 誤 差率 の変 化 を グ ラフ に示 す.誤 差率 は 図3に 示 す と お り. Bに 実 際 の再 合 成 波 形 を示 す.上 か ら順 に,基 本 周 波数,第2次 高 調 波,第3次 高 調 波,第4次 高 調 波 まで を使用 して再 現 した波 形 で,最 下段 に 全 成分 を使 用 した波 形 を示 す. 図 中の(数 字)は,誤 差 率 を示 す. 臨 床 研 究 で は 血 圧 の 下 降 と と も に,動 物 研 究 と同 じ く呼 吸 に よ る変 動 が 大 き くな っ た.特 に 静脈 系 へ の 作 用 が 強 い と さ れ るtng群 の 方 が 変 動 は 大 き か っ た. HRは, snp群 の 方 がtng群 よ り有 意 に 多 くな っ た. TNGのHRに 与 え る 影 響 は 報 告 に よ り様 々20)だ が, snp群 は 血 圧 低 下 に 対 し て 反 射 性 にHRが 増 加 し た もの と思 わ れ る. dP/dtに お い て, PP, PNはsnp群 で は 変 化 し な い が, tng群 で は 有 意 な低 下 が み られ る.こ れ は, snp群 で は 動 脈 系 の 拡 張 に よ る後 負 荷 の 減 少 で,血 圧 は 低 下 して も心 拍 出 量 は 維 持 あ る い は 増 加 す る21)ことに よ り,収 縮 早 期 に よ り多 くの 血 流 変 化 が あ る た めPPは 維 持 さ れ る と考 え られ る.こ の た め,波 形 と して は 立 ち上 が り は 比 較 的 急 峻 で な だ ら か に 下 降 す る た め 左 右 の 非 対 称 性 が 大 き くな る.一 方tng群 で は, 前 負 荷 減 少 作 用 で 心 拍 出 量 が 減 少 し,循 環 血 液 量 が 減 少 し た状 態 に 近 い こ とや,胸 腔 内 圧 の 変 化 に よ る1回 毎 の 拍 出 量 の 変 化 がPPの 変 動 系 数 を 増 大 して い る もの と思 わ れ る.ま た, tng群 で は 動 脈 切 痕 が 大 き くな り波 形 と し て は 大 小 二 峰 性 とな っ て い る. TNGは 動 脈 系 に は あ ま り作 用 せ ず, snp群 と 同 じ程 度 の 血 圧 低 下 を き た した 場 合,心 拍 出 量 の 減 少 とそ れ を代 償 す る 動 脈 系 の 緊 張 が 増 加 す る と思 わ れ る.こ れ は 周 波 数 解 析 で 心 拍 周 波 数 の 第2次 高 調 波 成 分 が 大 き く な っ て い るの に 相 当 す る.深 い 動 脈 切 痕 を 持 つ 波 形 の 中 に は,第2次 成 分 の 方 が 大 き く な り, 一 心 拍 周 期 の 中 で2つ の 大 き な ピー クが 存 在 す る も の も み ら れ る.こ の た め,第2次 高 調 波 成 分 が 波 形 の 主 周 波 数 とな っ て,こ の こ とが 次 の 周 波 数 で あ る 第3次 高 調 波 成 分 の 増 加 に 反 映 さ れ て い る と考 え ら れ る. PP-PN timeは 両 群 と も 減 少 して い る が, tng群 の 方 が よ り大 き く減 少 して い る.波 形 と し て は 幅 が 狭 く尖 っ た 形 に な っ て お り,心 臓 か らの 拍 出 が よ り早 期 に 終 了 す る こ と と 関 係 す る.こ の こ と も心 拍 基 本 周 波 数 の 第3次 高 調 波 成 分 が 増 加 して い る こ と と 関係 す る と思 わ れ る.ま た尖 っ て く る こ とは,心 拍 基 本 周 波 数 の 位 相 角 増 加,第2次 高 調 波 の 位 相 角 増 加 と 関 連 し て い る と思 わ れ る. 以 上 か ら,絶 対 的 な循 環 血 液 量 が 減 少 し た場 合,心 拍 基 本 周 波 数 成 分 は 減 少 し,位 相 角 も減 少,呼 吸 性 変 動 成 分 が 増 加,高 調 波 成 分 は 減 少
して丸 い波形 とな る.吸 入 麻酔 薬 に よ る深麻 酔
で は,呼 吸周 波数 成分 の減 少,心 拍周 波数 成分
の増加,心 拍 基本 周 波数 の位 相角 に は変化 は無
く,第2次 高 調波 以上 の成 分 の減 少 が み られ る.
血 管拡 張 薬 を使 用 した場合,血 圧 値 お よび心 拍
数 の呼 吸 に よ る変 動 が増加 し,収 縮期 と拡 張期
で波形 が非対 称 とな るため 高調 波成 分の増加 と,
心 拍基 本周 波数 での位 相角 の 増加 が み られ る.
また臨床 研 究 か ら,動 静脈 を同程 度拡 張 し心拍
出 量が維 持 され るSNPよ
り,静 脈系 の拡 張が
主 なTNGの
方 が,よ
り高 調 波成分 が 増加 し位
相角 の変 化 も大 きい.
TNGの
よ うな血 管拡 張薬
を用 い る場合,波 形 の変 化 は測 定値 その ものの
変動 と,測 定 値 の時 間 間隔 の変 動 の両方 に現 れ
るため,一 心 拍分 の 解析 の み でな くよ り長時 間
の観 察 も大切 だ と思 わ れ る.こ れ は,複 数波 形
か らの解 析 で心 拍基 本周 波数 の パ ワー スペ ク ト
ル の ピー クが その前 後 の周波 数 に分 散す るこ と
と,よ り高次 数 の高 調波 成分 が 増加 す る ことに
反映 され る と思 われ る.
AB
A-1
A-2
B-1
B-2
図8 周 波数 成 分 の 変化 に よ る再 合 成波 形 の 変化 A.振 幅 成分 の増 減 に よ る波形 の 変 化 B.位 相 成分 の増 減 に よ る波 形 の 変 化 各 図 とも,中 央段 の 太 線 が観 察 され た も との動 脈 圧 波形 を示 す. A-1:基 本 周 波数 の 振 幅 を, -80%か ら+80%ま で20%お きに 変化 させ た再 合 成 波 形. A-2:第2次 高調 波 の 振 幅 を, -80%か ら+80%ま で20%お きに 変化 させ た再 合 成 波 形. B-1:基 本 周 波数 の 位 相角 を, -400か ら+40°ま で10°お きに変 化 させ た 再合 成 波形 . B-2:第2次 高調 波 の位 相 角 を, -400か ら+40°まで10°お きに変 化 させ た再 合 成波 形 .動 脈圧 波 形の 形状 変化 に 対す る周 波数 解析 に よる検討
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2. 周 波 数 解 析 手 法 FFTに よ る 周 波 数 解 析 で は,そ の総 観 察 時 間 が 最 小 周 波 数,デ ー タ採 取 間 隔 が 最 大 周 波 数 を 決 定 す る4).今回 の 解 析 で は 心 拍 基 本 周 波 数 の 高 次 数 の 解 析 も行 っ た が,解 析 の 結 果,心 拍 基 本 周 波数 の 第4次 高 調 波 まで で 実 用 上 は 十 分 と判 断 した.そ の 理 由 と して は,通 常 使 用 す る カ テ ー テ ル を用 い た 圧 導 出 系 の 周 波 数 帯 域 は 上 限 が 20∼40Hz程 度 で あ り22)23),心拍 数 が360回/min 程 度 の ラ ッ トでは 心 拍 基 本 周 波 数 の5倍 で30Hz とな る こ と,今 回 の 周 波 数 解 析 の 結 果 で も心 拍 基 本 周 波数 の 第5次 以 上 の 高 調 波 成 分 は 全 体 の 割 合 と して1%に も満 た な い こ と, iFFTに よ る逆 変 換 で 第3次 ま で で5%未 満,第4次 ま で で2%未 満 の 誤 差 率 しか 示 さ な い こ とに よ る. 特 に 拡 張 期-拡 張 期 で サ ン プ リン グ し た-心 拍 分 の 波 形 の 解 析 の 場 合,観 察 区 間 両 端 で の 不 連 続 性 が 少 な い た め5次 以 上 の 高 調 波 の 成 分 は ほ とん どみ ら れ ず, 4次 ま で の 情 報 で 観 察 波 形 の 99%の 情 報 を含 ん で い る. こ の 結 果 は,元 の 波 形 の 特 徴 は,心 拍 基 本 周 波数 か ら そ の 第4次 高 調 波 まで の4つ の ベ ク ト ル と,観 察 区 間 の 周 波 数,実 成 分 の オ フ セ ッ ト 値 の10個 の値 で 表 す こ とが で き る こ と を示 して い る.呼 吸 周 波 数 成 分 を 別 に 計 測 し て も11個 の 値 を評 価 す れ ば よ い.つ ま り,こ れ ら の11個 の 値 の 変 化 を み る こ とで,細 くな る,丸 くな る と い っ た 波 形 の 変 化 が 表 現 で き る こ とに な る.こ れ らの 波 形 の 周 波 数 ベ ク トル の 変 化 が 実 際 の 波 形 に ど の よ うな 変 化 を お こ す か をiFFTに よ る 逆 変 換 で,基 本 周 波 数,第2次 高 調 波 を順 に 変 化 させ た結 果 を例 と して 図8に 示 す. 一 般 にFFTに よ る 周 波 数 解 析 の 報 告 で は,パ ワ ー に よ る値 の み を 検 討 して い る場 合 が ほ とん ど5)8)9)10)であ り,位 相 情 報 を扱 っ た もの は み られ な い.こ れ は ベ ク トル の 持 つ 情 報 の位 相 成 分 を 利用 し て い な い こ と に な り,例 え ば,第2次 高 調 波 の 位 相 が-20度 と+20度 の2つ の 波 形 を区 別 で き な い.今 回 の 解 析 で は こ れ ら位 相 の 変 化 の み の 波 形 変 化 も検 討 で き る う え,位 相 を 扱 う こ とで 逆 変 換 に よ る再 合 成 が 可 能 に な る メ リッ トは 大 き い.し か し,位 相 を扱 うに は 観 察 波 形 の ど の 部 分 を 周 波 数 解 析 に 用 い る か で そ の 結 果 が 異 な り,正 確 に1波 形 分 を切 り出 し て処 理 す る 必 要 が あ る.今 回 は,波 形 と して 最 も標 準 的 な拡 張 期 か ら拡 張 期 ま で の 波 形 を対 象 に した が, そ の 範 囲 の 決 定 は,微 分 値 を用 い16点 の 移 動 平 均 を と りそ の ゼ ロ 点 を と る周 囲 の 最 小 点 を拡 張 期 位 置 と し た.し か し,な だ らか に 下 降 す る 波 形 の 場 合,位 置 が 決 定 し に くい た め,収 縮 期 の 最 高 点,あ る い は 心 電 図 を同 時 に 記 録 す る こ と でR波 の 位 置 を基 準 と し た 方 が 客 観 的 な デ ー タ を得 られ る可 能 性 が あ る.特 にR波 を 基 準 に す れ ば リア ル タ イ ム で の 波 形 の 切 り出 し も行 いや す く,電 気 活 動 か ら収 縮 活 動 ま で の 時 間 変 化 も 位 相 の 変 化 と し て と ら え られ る可 能 性 が あ る. 一 方, ARMに よ る 解 析 で は 観 察 区 間 よ り長 い 低 周 波 数 域 や,サ ン プ リン グ 間 隔 よ り短 い 高 周 波 数 域 を得 ら れ る な ど,観 察 区 間 か ら の 周 波 数 の 範 囲 を任 意 に 設 定 し推 測 で き る点,回 帰 次 数 を 高 く と る こ とでFFTよ り も ピー ク の 検 出 能 力 が 鋭 くな る等 の 利 点 が あ る.ま た 観 察 区 間 も2の 累 乗 で な くて も よ い.し か し,計 算 が 複 雑 で あ る 点 や,回 帰 次 数 の 指 定 に よ リ ピー クの 大 き さ が 変 化 す る た め,ピ ー ク値 そ の も の の 比 較 が 難 しい こ と,観 察 波 形 の 形 状 に よ り適 す る 回 帰 次 数 が 異 な る た め,次 数 の 指 定 が 難 し い な どの 欠 点 が あ る4)7).そ の 他,位 相 情 報 が 利 用 で き な い こ とや,逆 変 換 に相 当 す る も の が な く, 検 出 され た ピー クの 変 化 を検 討 す る点 でFFTに 劣 る. 今 回 の 研 究 で は,複 数 波 形 の 処 理 に お い て 観 察 区 間 の 両 端 が 不 連 続 に な っ た場 合, FFTで は, 基 本 周 波 数 の 倍 調 波 の 周 囲 に ピ ー クが 分 散 し, 高 い 周 波 数 まで 小 さ な ピー クが 続 くの に 対 して, ARMで は こ の よ う な 場 合 で も ピー クは 鋭 い が, 観 察 区 間 以 上 の 周 波 数 成 分 を推 定 す る傾 向か ら, 心 拍 周 波 数 以 下 の 成 分 が 増 加 し た り,第2次 高 調 波 が 強 調 さ れ た り と い っ た 変 化 が み られ た. こ れ は,観 察 波 形 毎 に 最 適 な 回 帰 次 数 が 異 な っ て い る こ と を意 味 す る.今 回 の 研 究 で も,心 拍 数 が80前 後 の 臨 床 研 究 と, 300前 後 の 動 物 研 究 で は, 2,048点 の 観 察 区 間 に 対 し 回 帰 次 数512と128 が ほ ぼ 同 じ結 果 を 示 した. 一 心 拍 分 の 波 形 の 処 理 に お い て は , ARMで は観 察 点 数 の1/2∼1/3を 回 帰 次 数 に す る と よ いと さ れ て い る4)が,観 察 点 数256に 対 し て 回 帰 次 数 を32, 64, 128と3種 類 変 え て 解 析 を行 っ た. 一 心 拍 分 の 波 形 の 場 合,両 端 の 連 続 性 が あ る た めFFTとARMと は 同 様 の 変 化 を示 して い る. ARMで 回 帰 次 数64が, FFT解 析256点 の もの とほ ぼ 同一 の ス ペ ク トル 分 布 を 示 して お り,回 帰 次 数 が128に な る と心 拍 周 波 数 よ り も第2次 高 調 波 の ピ ー クが よ り大 き く変 化 して い る.こ の 点 で は,第2次 以 降 の 成 分 の 大 き さ を検 討 す る 場 合,回 帰 次 数 を大 き く したARMの 方 が よ り 鋭 敏 で あ る可 能 性 が あ る. ARMは,未 知 の 周 波 数 の ピー ク を検 出 す る 場 合 に は, FFTよ り有 用 で あ る と され る17)24)が, 今 回 の 研 究 の よ うに,呼 吸 周 波 数 や 心 拍 周 波 数 の 高 調 波 な ど解 析 す べ き 周 波 数 が 決 ま っ て い る 場 合 に は, FFTに よ る解 析 の 方 が よ り有 用 で あ る と思 わ れ る.特 に 臨 床 で の モ ニ ター と して の 利 用 を考 え た 場 合, FFTな ら ば,ほ ぼ リア ル タ イ ム で 計 算 を行 うこ とが 可 能25)で あ り,周 波 数 帯 も限 定 さ れ て い る こ とか ら,ベ ッ ドサ イ ドで の モ ニ ター と して の 使 用 も十 分 可 能 だ と思 われ る. そ の 他,手 術 開 始 前 の 患 者 か らの 波 形 をFFTで 解 析 し,そ の 結 果 に 対 して 出 血 等 の 代 表 的 波 形 成 分 の 変 化 を加 え た も の をiFFTで 逆 変 換 す る こ と で,あ らか じめ 危 険 な状 態 の 波 形 が 合 成 で き,モ ニ タ ー 上 で の 波 形 変 化 か ら よ り早 期 に 危 険 を察 知 で き る 可 能 性 が あ る. 結 論 動 脈 圧 波 形 変 化 の 周 波 数 解 析 に よ る手 法 を血 圧 下 降 時 を例 に と っ て 検 討 し た.呼 吸 数 や 心 拍 数 と い っ た 既 知 の 周 波 数 の 高 調 波 を 解 析 す る場 合, ARMに 比 べ 位 相 情 報 も扱 え るFFTの 方 が 有 用 で あ っ た. 血 圧 下 降 時 の 代 表 的 な 波 形 変 化 は 以 下 の よ う に ま とめ られ る. 1. 出 血 に よ る場 合:呼 吸 周 波 数 成 分 の増 加, 心 拍 周 波 数 の2次 以 上 の 高 調 波 成 分 の 減 少 と, 心 拍 基 本 周 波 数 な ら び に 第2次 高 調 波 の 位 相 角 の 減 少. 2. 深 麻 酔 に よ る場 合:呼 吸 周 波 数 成 分 の減 少,心 拍 基 本 周 波 数 成 分 の 相 対 的 な 増 加,位 相 角 は 心 拍 基 本 周 波 数 で 無 変 化,第2次 高 調 波 で 減 少. 3. 血 管 拡 張 薬 に よ る場 合:呼 吸 周 波 数 成 分 の 増 加,心 拍 周 波 数 の3次 以 上 の 高 調 波 成 分 の 増 加,心 拍 基 本 周 波 数 の 位 相 角 の 増 加. 動 脈 圧 波 形 の 変 化 を 解 析 す る に は, FFTに よ る複 数 波 形 解 析 か ら の 呼 吸 周 波 数 成 分 の 変 化 お よび,一 心 拍 分 の 波 形 の 解 析 か ら心 拍 基 本 周 波 数 の 第4次 高 調 波 ま で の 振 幅 お よ び 位 相 の 変 化 を と ら え る こ とが 重 要 で あ る. 稿 を終 え る に臨 み,終 始 懇 切 な る御 指 導,御 校 閲 を賜 りま した,岡 山大 学 医学 部 麻 酔 ・蘇 生 学教 室 平 川方 久 教 授 に深 謝 致 し ます.ま た,本 研 究 に お いて 御 指 導,御 助 言 をい た だ き ま した 同教 室 太 田 吉夫 先 生 に感 謝 致 す とと もに,教 室 の 皆様 に御 礼 申 し上 げ ます. 文 献 1) 山 崎 陽 之 介,杵 淵 嘉 夫,滝 口 守:直 接 動 脈 圧 測 定(20年 の 臨 床 経 験).臨 床 麻 酔(1995) 19, 1095-1108. 2) Kaplan JA: Cardiac anesthesia third edition. 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動 脈 圧 波形 の 形状 変化 に対 す る周 波数解 析 に よ る検 討
239
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