JP2000516122A - トランスジューサを自動的に設置するための装置および方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、所定容積の組織内の所望する血管を探すための装置および方法である。この装置および方法は、組織の上に位置決めするようになっている複数のトランスジューサ（１５０）を含む。これらトランスジューサの各々は駆動されると各トランスジューサの下方に位置する血管内の血流を表示する出力信号を発生する。複数の出力信号を発生するようトランスジューサを選択的に駆動すると共に、所望する血管の上に位置するトランスジューサに対応する、最大の振幅を有する出力信号を決定するように、複数の出力信号を比較するための制御手段（７０）が設けられる。

Description

【発明の詳細な説明】 トランスジューサを自動的に設置するための装置および方法 発明の技術分野 本発明は、一般的には医療装置に関し、より詳細には、皮膚のある領域にわた って複数のトランスジューサを走査することにより、患者の体内の特定の欠陥を 自動的に探すための装置および方法に関する。 背景技術 血流の測定は緊急の状況、例えば戦場または事故現場では特に重要である。か かる状況で血流を測定するためにいくつかの技術を利用できる。かかる技術の１ つとして、血管の上にある皮膚の表面に載せられたトランスジューサから出力さ れる信号を測定する技術がある。この技術は１９９６年７月３０日にビルコマー ソン氏に付与された「回折ドップラートランスジューサ」を発明の名称とする、 米国特許第5,540,230号および１９９６年２月６日にビルコマーソン氏に付与さ れた「回折ドップラートランスジューサ」を発明の名称とする、米国特許第5,48 8,953号に記載されている。また、１９９４年ＩＥＥＥ国際超音波工学シンポジ ウムの議事録１６７７〜１６８２ページのデビッド・ビルコマーソン氏による「 角度から独立した速度測定のための回折トランスジューサ」を題名とする論文も 参考とされたい。 血流を測定するかかる技術では、最初にユーザーが測定のための血管、例えば 頚動脈、上腕動脈、橈骨動脈を探さなければならない。しかしながら血管の所定 位置で微弱な信号が発生された場合、得られる測定値は信頼できない。従って、 最も強力な信号を発生する血管の位置を測定することが極めて望ましい。 図１は、最も強力な信号に関連する血管１５の位置が決定されるまで、皮膚１ ９の表面上のいくつかの位置１１〜１８にわたってトランスジューサ（図示せず ）を走査することにより、マニュアルで血管を探す従来 の方法を示す。しかしながら、この方法は緊急性のある状況では困難であり、時 間がかかり、また戦場のような状況では危険となり得るので、マニュアルによる 走査は実用的でない。従って本発明の目的は、最も強力な信号に関連した血管の 位置を測定するよう、皮膚の所定領域にわたって複数のトランスジューサを走査 し、位置が決定された血管を通過する血液の流量を測定することにより、血管を 迅速かつ自動的に探すための改善された装置および方法を提供することにより、 かかる欠点を実質的に克服または解消することにある。 発明の開示 所定容積の組織内にある所望する血管を探すための装置および方法を開示する 。この装置および方法は、組織の上に位置決めするようになっている複数のトラ ンスジューサを含む。トランスジューサの各々は駆動されると各トランスジュー サの下方に位置する血管内の血流を表示する出力信号を発生する。複数の出力信 号を発生するようトランスジューサを選択的に駆動すると共に、所望する血管の 上に位置するトランスジューサに対応する、最大の振幅を有する出力信号を決定 するように、複数の出力信号を比較するための制御手段が設けられる。 図面の簡単な説明 添付図面に示された本発明の好ましい実施例の次のより詳細な説明から、本発 明の上記およびそれ以外の目的、特徴および利点が明らかとなろう。 図１は、血管を探すための従来の方法の略図である。 図２は、本発明の装置の略図である。 図３は、可撓性材料に固定された、図２に示されたトランスジューサのアレイ の平面図である。 図４は、本発明の逐次走査方法の略図である。 図５は、本発明の逐次２分割方法の略図である。 図６は、本発明のハイブリッド方法の略図である。 発明を実施するための最良の態様 図２を参照すると、本発明はトランスジューサのアレイ１５０を含み、これら トランスジューサはスイッチングネットワーク６０に結合され、制御システム７ ０によって駆動される。 特にアレイ１５０は８個のトランスジューサ１５２〜１６６を有し、これらト ランスジューサは血管上の皮膚の表面にトランスジューサを設置することにより 、血管の種々の特性を測定するタイプのものである。かかるトランスジューサの 一例は、米国特許第5,488,953号および米国特許第5,540,230号の双方に記載され ている。しかしながら、非回折ドップラートランスジューサだけでなく、血管と 共に使用される他のトランスジューサ、例えばＰＯ₂タイプのトランスジューサ も、本発明の範囲内に含まれると理解すべきである。更に、これらトランスジュ ーサ１５２〜１６６は皮膚の表面に直接載せられるので、各トランスジューサ１ ５２〜１６６は一般に、皮膚の表面に接触できるよう、少なくとも１つの平らな 表面を有していなければならない。 図３に示された実施例を参照すると、これら８個のトランスジューサ１５２〜 １６６は、可撓性材料５０、例えば絆創膏、長い包帯もしくはバンドエイドに固 定されるように示されている。皮膚の表面の所定位置に保持できるような材料で あることを条件に、トランスジューサ１５２〜１６６は任意の材料、すなわち基 体に固定できると理解すべきである。 これらトランスジューサ１５２〜１６６は真っすぐな形状に配置されており、 所定の走査領域にわたって走査するために、所定の距離にわたって材料５０上に 均一に離間している。トランスジューサ１５２〜１６６の各々の間の間隔は変え ることができると理解すべきである。更に、使用されるトランスジューサの数を 変えたり、また現在あるトランスジューサ１５２〜１６６の間の間隔を変えるこ とにより、走査領域の全体の大きさ（１５２〜１６６の間の距離）を増減できる 。最後に、これらトランスジューサ１５２〜１６６は他の形状、例えばマトリッ クス形状に配置できると理解すべきである。 アレイ内のトランスジューサ１５２〜１６６の寸法および間隔は、血 流を測定すべき血管に応じて決まる。当業者に知られているように、測定すべき 血管とトランスジューサとがほぼ同じサイズである時に最良の信号対ノイズ比が 得られる。血管位置に対する目印が容易に判る場合に、アレイの幅はトランスジ ューサのうちの１つがほぼ血管上に位置するような大きさとすべきである。血管 の概略的な位置が良好に定められる際には、一部の血管に対してはアレイの幅を 大きくする必要はない。 血管に対する目印が判らず、また同じように解剖学的目印に対する所望する血 管の位置がかなりの程度ばらついている場合、アレイを血管の上にほぼ設置する ことを保証するにはアレイを十分大きくしなければならない。トランスジューサ の寸法およびアレイの全幅に関する知識に基づき、トランスジューサの数および その設置を決定する。 図２および３を参照すると、アレイ１５０のトランスジューサ１５２〜１６６ の各々は、入力フィード線３４〜４１および出力フィード線４２〜４９を介し、 スイッチングネットワーク６０に結合されている。スイッチングネットワーク６ ０は制御ライン１７４を横断して発生された選択信号に応答し、所定の１つのト ランスジューサ１５２〜１６６を駆動ライン１７０および信号ライン１７２に選 択的に結合する。本発明のスイッチングネットワーク６０は、当業者に知られて いる任意のスイッチング手段、例えば機械式スイッチング装置または電気式スイ ッチングデバイスから構成できる。一部の構成では、出力フィード線４２〜４９ および入力フィード線３４〜４１は、パルスエコータイプの時間スイッチングが 実施されている場合には同じフィード線を使用できるし、また他の同様な技術を 利用できる。 本発明に係わるスイッチングネットワーク６０は駆動ライン１７０、信号ライ ン１７２および制御ライン１７４を介して制御システム７０に結合されている。 一般にこの制御システムは、従来のソーティングルーチンを通るようにアレイ１ ５０のトランスジューサ１５２〜１６６の各々を逐次走査し、トランスジューサ １５２〜１６６によって発生される信号を比較するようになっている。制御シス テム７０は次に、最も強力 な信号を発生するトランスジューサを駆動し、このトランスジューサは選択した 血管を通る血液の流量を測定する。本発明の範囲内には、トランスジューサ１５ ２〜１６６を駆動し、トランスジューサ１５２〜１６６によって発生される信号 を比較するための任意の手段が含まれると理解すべきである。更に、当業者に知 られている任意のソーティングルーチンを使用できる。 図４を参照すると、ここには逐次走査方法８０が示されている。Ｎ個のトラン スジューサのアレイを設ける（ボックス８２内に示されている）。次に、制御シ ステム７０はアレイの第１トランスジューサを選択し、これを駆動する（それぞ れボックス８４および８６に示されている）。次に、メモリにトランスジューサ によって発生された信号の振幅、すなわち強度を記録する（ボックス８８に示さ れている）。 アレイの他のトランスジューサの各々に対して、ステップの次の組を実行する （ボックス９０および１０４に示されている）。最初に制御システム７０はアレ イの次のトランスジューサを選択し、駆動する（それぞれボックス９２および９ ４に示されている）。次のトランスジューサを選択し（ボックス９２）、トラン スジューサを駆動する（ボックス９４）の間で、制御システム７０はアレイ全体 を走査したかどうかをチェックする（ボックス９３）。走査されている場合、制 御システム７０は次にボックス１０６のステップに進む。全アレイが走査されて いない場合、制御システム７０は次のトランスジューサを駆動する（ボックス９ ４）。制御システム７０はメモリに記憶されている信号強度と選択されたトラン スジューサが発生した信号の強度とを比較する（ボックス９８および９９に示さ れている）。選択されたトランスジューサがメモリに記憶されていた信号よりも 強力な信号を発生した場合、そのより強力な信号でメモリを更新し、トランスジ ューサを記録する（ボックス１００に示される）。現在のトランスジューサが発 生する信号の強度のほうがメモリに記録されている信号の強度よりも小さい場合 、メモリに記録されている信号を前方へ送り、次のトランスジューサが発生した 信号と比 較する（ボックス１０２に示されている）。従って、最も強い信号が、方法の終 了点まで前へ送られる。 アレイの最終トランスジューサが走査された後に、制御システム７０は最も強 力な信号を発生したアレイのうちのトランスジューサを選択する（ボックス１０ ６に示されている）。最後に、選択されたトランスジューサが制御システム７０ によって駆動され、所望する血液の流量を測定する（ボックス１０８に示されて いる）。ドップラーパルスが信号対ノイズ比の大きい信号を発生するドップラー トランスジューサを使用する実施例では、かかる逐次走査方法が有効であること が判っている。 例えば、１ｃｍ深さの血管に対し、パルスが血管に到達し、復帰するパルス時 間は約１３マイクロ秒（１．５ｍｍ／マイクロ秒の２ｃｍの往復工程）である。 従って、１個のトランスジューサ当たりの測定およびスイッチングの総時間は、 約３マイクロ秒である。６４個のトランスジューサのアレイを含む実施例では、 全アレイは２ミリ秒以内で測定でき、この時間は血液の流量を一定と見なした場 合、十分短い時間である。従って、測定のための最適なトランスジューサを決定 できる。 しかしながら、スイッチングネットワーク６０が十分には高速でないか、また は最適なトランスジューサを決定するのに少なくとも５０個のパルスが必要とな るほど、測定された信号強度が微弱である場合、逐次走査方法８０は信頼できな い。例えば、６４個のドップラートランスジューサのアレイから成る実施例では 、６４個全てのトランスジューサを走査するのに０．１秒かかる。この時間内に 血流の流量は変化することがあるので、逐次走査方法は信頼できる方法とは言え ない。（心臓収縮時に発生するピークの血流は１０分の１秒よりも短い時間しか 継続せず、１秒当たり約１回のパルスレートで繰り返されることに留意すべきで ある。）更に、全パルス時間（１秒）の間、各トランスジューサを接続できるが 、最適なトランスジューサを決定するのに６４秒の観察時間が必要となる。 本明細書に説明した逐次走査方法８０の他に、この制御システム７０ は逐次アレイ２分割方法を実行する（最大の信号を発生するトランスジューサが 決定されるまで、一連の繰り返しを実行する）ように設計できる。 図５を参照すると、ここには逐次アレイ２分割方法が示されている。まずＮ個 のトランスジューサのアレイを設ける（ボックス１１２に示されている）。次に このアレイを２つの部分に分割する（ボックス１１３に示されている）。Ｎが整 数である場合（Ｎが２で等しく割り切れる場合）、アレイを１〜Ｎ／２個のトラ ンスジューサの第１の半分のアレイと、（（Ｎ／２）＋１）からＮまでのＮ／２ 個のトランスジューサから成る、第２の半分のアレイに分割する（それぞれボッ クス１１４および１１５に示されている）。しかしながら、Ｎが２で等しく割り 切れない場合、アレイを１から（（Ｎ−１）／２）までの（（Ｎ−１）／２）個 のトランスジューサから成る第１の半分のアレイと、（（Ｎ＋１）／２）からＮ までの（（Ｎ＋１）／２）個のトランスジューサから成る半分のアレイとに分割 する。 この２分割ルーチンの終了時に２分割アレイの各々におけるトランスジューサ を全パルス時間の間で同時に走査する（ボックス１１８に示されている）。次に 制御システム７０は、２分割アレイの各々から得られる信号を比較する（ボック ス１２０に示されている）。次に、制御システム７０によって最も強力な信号を 発生する２分割アレイを選択する（ボックス１２２に示されている）。 次に、選択された２分割アレイが最大の信号を発生するトランスジューサとな る１つのトランスジューサしか含まなくなるまで、上記２分割方法および走査方 法を実行する。次に、選択したトランスジューサを走査する（ボックス１２６に 示されている）。 比較的多数のトランスジューサを有するアレイに対しては、この逐次２分割方 法１１０は上記逐次走査方法よりもかなり速い。例えば６４個のトランスジュー サを有するアレイは最適トランスジューサを決定するのに、かかる６回の２分割 （２＝６４）を行う。ドップラートランス ジューサを使用した実施例では、この時間は総計１２秒となる（各２分割アレイ に対して１秒かかり、すなわち２分割ごとに２秒×６かかる）。この値は１秒の 全パルス時間の間、６４個のトランスジューサの各々を接続するための逐次走査 方法で必要な６４秒よりもかなり短い。 しかしながら、（３２個のトランスジューサは上記のように信号対ノイズ比を 低減する、血管よりも太いトランスジューサに均等であるので）ある時間で６４ 個のドップラートランスジューサを使つて得られる信号対ノイズ比が低すぎる場 合、逐次走査方法８０と逐次２分割方法１１０の双方の特徴を組み合わせたハイ ブリッド方法を実行するように、制御システム７０を変形できる。 図６を参照すると、ここにはこのハイブリッド方法１３０が示されている。最 初にＮ個のトランスジューサのアレイを設ける（ボックス１３２に示されている ）。次に、制御システム７０は各部分がＮ／Ｍ個のトランスジューサを有するよ うに、アレイをＭ個の部分に分割する（ボックス１３４に示されている）。６４ 個のトランスジューサを有し、Ｍが４に等しい実施例では、アレイを１６個のト ランスジューサから成る４つの部分に分割する。次に、上記逐次走査方法８０に より分割された部分の各々を走査し、アレイのどの部分が最大の信号を発生して いるかを決定する（ボックス１３６に示されている）。次に、制御システム７０ によって最大の信号を発生している部分を選択し（ボックス１３８に示されてい る）、上記逐次２分割方法１１０を実行する（ボックス１３９に示されている） 。選択された部分が１つのトランスジューサしか含まなくなるまで、この方法を 繰り返す（ボックス１４０に示されている）。最後に、残ったトランスジューサ を使って所望する血流の流量を測定する（ボックス１４２に示されている）。 このハイブリッド方法では、逐次２分割方法によりドップラートランスジュー サを使用する実施例と同じ１２秒（４＋２＋２＋２＋２）かかるが、上記逐次走 査方法と比較して信号対ノイズ比が２：１に改善される。その理由は、トランス ジューサの数に比例するノイズ（すなわちト ランスジューサの有効幅）は半分の大きさ（１６：３２）にしかならないからで ある。 上記の説明では、１本のチャンネルしか仮定しなかったが、２本以上のチャン ネルを使用できると理解される。Ｋ本のチャンネルに対し、アレイをＫ個のセグ メントに分割すれば、どの信号セグメントが最も大きいかを判断するのにＫ個の 測定を同時に行うことができる。この方法は回路を増設しなければならず、コス トを増すが、最良のセグメントを探すのに必要な時間を短縮するように使用でき る。例えば、２本のチャンネルを使用する場合、測定時間はわずか半分になり、 またはＫ個のトランスジューサに対しＫ本のチャンネルを使用した場合、１秒よ り短い時間しかかからなくなる。 従って、本発明は、血管を探すのに人が介入することなく、発見された血管を 通過する血流の流量を迅速に測定するための装置および方法を提供するものであ る。例えば本発明は、従来の多数の装置および方法よりもかなり短い時間で測定 すべき血管を探すことができる。 更に本発明は、複数のトランスジューサを含む、血管を通過する血流の流量を 測定する装置および方法を提供する。 更に本発明は、複数のドップラートランスジューサを含む、血管を通過する血 流の流量を測定する装置および方法を提供する。 更に本発明は、強力な信号に関連する血管の位置を自動的に決定し、決定され た位置において血管を通過する血流の流量を測定する装置および方法を提供する 。 更に本発明は、複数のトランスジューサを逐次走査し、トランスジューサの各 々が発生する信号強度を比較することにより血管を自動的に探す装置および方法 を提供する。 最後に本発明は、最大の信号を発生するトランスジューサを決定するよう、ト ランスジューサのアレイに対し、一連の繰り返しを実行することにより、血管の 位置を自動的に決定するための装置および方法を提供する。 以上で、本発明の好ましい実施例を参照して、本発明について図示し、説明し たが、当業者であれば本発明の精神および範囲から逸脱することなく、これら実 施例の形状および細部を変更できることが理解できよう。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．所定の容積の組織内の、所望する血管を探すための装置であって、 各トランスジューサが駆動されると、該各トランスジューサの下方に位置する 血管の特性を表示する出力信号を発生するようになっている、所定容積の組織上 に位置するように作動できる複数のトランスジューサと、 複数の出力信号を発生するように、前記トランスジューサを選択的に駆動し、 所望する血管上に位置する前記トランスジューサに対応する最大の振幅を有する 前記出力信号を決定するように前記複数の出力信号を比較するための制御手段と を備えた、所望する血管を探すための装置。 ２．直線状の構成およびマトリックスの構成から成る群から選択された構成と なるように、前記複数のトランスジューサが配置された、請求項１記載の装置。 ３．前記複数のトランスジューサが、少なくとも１つの平らな表面を含む複数 のドップラートランスジューサである、請求項１記載の装置。 ４．血管の特性が血液の流量である、請求項１記載の装置。 ５．前記複数のトランスジューサと前記トランスジューサの各々を前記制御手 段に選択的に結合するための前記制御手段との間に結合されたスイッチングネッ トワークを更に含む、請求項１記載の装置。 ６．駆動ライン、信号ラインおよび制御ラインにより、前記制御手段に前記ス イッチング回路が結合された、請求項５記載の装置。 ７．入力フィード線および出力フィード線により、前記トランスジューサの各 々が前記スイッチング回路に結合された、請求項６記載の装置。 ８．１本のフィード線により、前記トランスジューサの各々が前記スイッチン グ回路に結合された、請求項６記載の装置。 ９．前記スイッチング回路が前記制御ライン上の選択信号に応答し、前記トラ ンスジューサのうちの１つを前記駆動ラインおよび前記信号ラインの双方に結合 する、請求項１記載の装置。 １０．前記制御手段が、前記出力信号を記憶するためのメモリデバイスを更に 含む、請求項１記載の装置。 １１．前記制御手段が、前記トランスジューサを順次選択的に駆動する、請求 項１記載の装置。 １２．前記制御手段が、前記トランスジューサを連続的に半分のトランスジュ ーサのグループに分割し、次に前記半分のトランスジューサのグループの各々を 逐次駆動することにより、前記トランスジューサを選択的に駆動する、請求項１ 記載の装置。 １３．前記制御手段が、前記トランスジューサを所定の数の部分に分割し、次 に、最大の振幅を有する出力信号を発生したトランスジューサの所望する部分が 選択されるように、ある時にトランスジューサの前記部分の各々を逐次駆動する ことにより、前記トランスジューサをまず選択的に駆動し、次に前記制御手段が トランスジューサの前記所望する部分の半分のトランスジューサのグループに連 続的に分割し、次に前記半分のトランスジューサの各々を逐次駆動することによ り、トランスジューサの前記所望する部分を選択的に駆動する、請求項１記載の 装置。 １４．皮膚組織の所定の走査領域内の所望する血管を探すための方法であって 、 走査領域にわたって複数のトランスジューサを位置決めする工程と、 前記トランスジューサに隣接して位置する血管の特性を表示する複数の出力信 号を発生するように、前記トランスジューサを選択的に駆動する工程と、 所望する血管に隣接して位置する前記トランスジューサに対応する最大の振幅 を有する前記出力信号を決定するように、前記複数の出力信号を比較する工程と を備えた、所望する血管をさがすための方法。 １５．所望する血管の前記特性を決定するように、前記比較工程後に所望する 血管に隣接して位置する前記トランスジューサを駆動することを更に含む、請求 項１４記載の方法。 １６．前記トランスジューサの選択的な駆動を逐次実行する、選択的 に１４記載の方法。 １７．最大の振幅を有する出力信号を発生した、前記トランスジューサの４分 の１が選択されるように、ある時に前記トランスジューサの４分の１を逐次駆動 することにより、前記トランスジューサの前記選択的な駆動を実行する、請求項 １４記載の方法。 １８．前記トランスジューサを半分に分割されたトランスジューサのグループ に連続的に分割し、次に前記半分に分割されたトランスジューサの各々を逐次駆 動することにより、前記トランスジューサの選択的な駆動を実行する、請求項１ ４記載の方法。 １９．血管の特性が血液の流量である、請求項１４記載の方法。 ２０．直線状の構成およびマトリックスの構成から成る群から選択された構成 となるように、前記複数のトランスジューサが配置された、請求項１４記載の方 法。 ２１．前記複数のトランスジューサが、少なくとも１つの平らな表面を含む複 数のドップラートランスジューサである、請求項１４記載の方法。