JP2003245280A - 血管内皮機能検査方法 - Google Patents
血管内皮機能検査方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 超音波診断装置で取得した画像を解析し検査
の迅速化、再現性の向上を図った血管内皮機能測定方法
の提供。 【解決手段】 超音波診断画像を取得する計測系、その
取得超音波画像を処理・計算する画像処理・計算系、超
音波プローブを保持・移動・回転するナビゲーション系
で構成する血管内皮機能検査装置において、超音波プロ
ーブを検査対象血管部位に手動で移動し、超音波画像を
取得し前記画像処理・計算系で取得画像を処理し、対象
血管の血管中心と画像の中心が一致するように超音波プ
ローブを導く第１段階、第１段階の取得画像を起点に画
像取得／処理・計算及び超音波プローブの移動で構成す
る一連の操作を繰返し、対象血管の血管中心と超音波プ
ローブが平行になるよう導く第２段階及び同様の一連の
操作で超音波プローブを対象血管の血管中心上へ導く第
３段階を経て取得の超音波画像から血管径を計算する第
４段階で構成する血管内皮機能検査方法。
の迅速化、再現性の向上を図った血管内皮機能測定方法
の提供。 【解決手段】 超音波診断画像を取得する計測系、その
取得超音波画像を処理・計算する画像処理・計算系、超
音波プローブを保持・移動・回転するナビゲーション系
で構成する血管内皮機能検査装置において、超音波プロ
ーブを検査対象血管部位に手動で移動し、超音波画像を
取得し前記画像処理・計算系で取得画像を処理し、対象
血管の血管中心と画像の中心が一致するように超音波プ
ローブを導く第１段階、第１段階の取得画像を起点に画
像取得／処理・計算及び超音波プローブの移動で構成す
る一連の操作を繰返し、対象血管の血管中心と超音波プ
ローブが平行になるよう導く第２段階及び同様の一連の
操作で超音波プローブを対象血管の血管中心上へ導く第
３段階を経て取得の超音波画像から血管径を計算する第
４段階で構成する血管内皮機能検査方法。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は血管内皮機能測定シ
ステムに関するもので、特にロボットアームによる位置
決めと画像処理を組み合わせた測定方法に関する。
ステムに関するもので、特にロボットアームによる位置
決めと画像処理を組み合わせた測定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】日本人の３大死因の内、脳梗塞、心筋梗
塞の主要因である動脈硬化は、食生活の欧米化に伴い増
加してきている。そこで動脈硬化症を早期に発見するた
めの非侵襲で簡便な検査法が必要とされている。
塞の主要因である動脈硬化は、食生活の欧米化に伴い増
加してきている。そこで動脈硬化症を早期に発見するた
めの非侵襲で簡便な検査法が必要とされている。
【０００３】現在、このような検査法として血管内皮機
能検査がある。この方法は、血管壁の最も内側の細胞層
である血管拡張物質を放出し血管の拡大収縮を調節する
血管内皮の機能を測定し、安静時に対する反応性充血時
の血管径の増加率を拡張度とし動脈硬化の指標としてい
る。橋本ら（臨床医（１９９８）：２４（５）７８９−
７９１）によると動脈硬化の進行度が低い被検者で拡張
度約１０％、重度に進行している被検者で約２％に低下
することが報告されている。
能検査がある。この方法は、血管壁の最も内側の細胞層
である血管拡張物質を放出し血管の拡大収縮を調節する
血管内皮の機能を測定し、安静時に対する反応性充血時
の血管径の増加率を拡張度とし動脈硬化の指標としてい
る。橋本ら（臨床医（１９９８）：２４（５）７８９−
７９１）によると動脈硬化の進行度が低い被検者で拡張
度約１０％、重度に進行している被検者で約２％に低下
することが報告されている。
【０００４】この血管径の計測は、医師が被検者の上腕
部に超音波プローブを押し当て、適切な血管長軸画像を
保存し、後に目視により血管壁を認識する方法で血管径
を算出している。
部に超音波プローブを押し当て、適切な血管長軸画像を
保存し、後に目視により血管壁を認識する方法で血管径
を算出している。
【０００５】また、Ｆａｎら（ＩＥＥＥ ＴＲＡＮＳＡ
ＣＴＩＯＮ ＯＮ ＭＥＤＩＣＡＬＩＭＡＧＩＮＧ：Ｖ
ｏｌ．１９，Ｎｏ．６， Ｊｕｎｅ ２０００， ｐ６
２１−６３１）は医師が取得した画像を処理して血管径
を算出している。
ＣＴＩＯＮ ＯＮ ＭＥＤＩＣＡＬＩＭＡＧＩＮＧ：Ｖ
ｏｌ．１９，Ｎｏ．６， Ｊｕｎｅ ２０００， ｐ６
２１−６３１）は医師が取得した画像を処理して血管径
を算出している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、橋本ら
の方法では、適切な画像を取得するのは困難で時間がか
かる上に、血管壁の認識を目視で行っているため、再現
性が悪いという問題点がある。また、Ｆａｎらの方法で
は、同一被検者においても医師が選んだ画像に大きく左
右されることが報告されている。
の方法では、適切な画像を取得するのは困難で時間がか
かる上に、血管壁の認識を目視で行っているため、再現
性が悪いという問題点がある。また、Ｆａｎらの方法で
は、同一被検者においても医師が選んだ画像に大きく左
右されることが報告されている。
【０００７】本発明は、上記問題点を解決し、ロボット
アームによる位置決め及び画像処理を組合わせた血管内
皮機能測定方法を提供し検査の迅速化、再現性の向上を
目的としている。
アームによる位置決め及び画像処理を組合わせた血管内
皮機能測定方法を提供し検査の迅速化、再現性の向上を
目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】このため、本発明では下
記の（１）〜（９）の構成により課題の解決を図ってい
る。
記の（１）〜（９）の構成により課題の解決を図ってい
る。
【０００９】（１）超音波診断装置及びそれに付随する
超音波プローブを備えて超音波診断画像を取得する計測
系、コンピュータ及び画像処理ボードを備えて前記計測
系で取得した超音波診断画像を処理・計算する画像処理
・計算系並びに、前記超音波プローブを保持し移動・回
転するロボットアームを備えたナビゲーション系から構
成する血管内皮機能検査装置において、前記超音波プロ
ーブを血管内機能検査対象部位に手動で移動した後、超
音波画像を取得し前記画像処理・計算系で該取得画像を
処理し、対象とする血管の血管中心を画像の中心が一致
する位置へと超音波プローブを導くように計算・制御す
る第１段階、前記第１段階で取得した画像を起点に画像
取得、画像処理・計算及び前記ロボットアームの駆動と
で構成する一連の操作を繰り返し、対象とする血管の血
管中心と超音波プローブが平行になる位置へ導く第２段
階、前記第２段階で取得した画像を起点に画像取得、画
像処理・計算及び前記ロボットアームの駆動とで構成す
る一連の操作を繰り返し、前記超音波プローブを対象と
する血管の血管中心上へ導く第３段階、前記第３段階終
了後に取得した超音波画像から血管を計算する第４段階
とで構成する血管内皮機能検査方法。
超音波プローブを備えて超音波診断画像を取得する計測
系、コンピュータ及び画像処理ボードを備えて前記計測
系で取得した超音波診断画像を処理・計算する画像処理
・計算系並びに、前記超音波プローブを保持し移動・回
転するロボットアームを備えたナビゲーション系から構
成する血管内皮機能検査装置において、前記超音波プロ
ーブを血管内機能検査対象部位に手動で移動した後、超
音波画像を取得し前記画像処理・計算系で該取得画像を
処理し、対象とする血管の血管中心を画像の中心が一致
する位置へと超音波プローブを導くように計算・制御す
る第１段階、前記第１段階で取得した画像を起点に画像
取得、画像処理・計算及び前記ロボットアームの駆動と
で構成する一連の操作を繰り返し、対象とする血管の血
管中心と超音波プローブが平行になる位置へ導く第２段
階、前記第２段階で取得した画像を起点に画像取得、画
像処理・計算及び前記ロボットアームの駆動とで構成す
る一連の操作を繰り返し、前記超音波プローブを対象と
する血管の血管中心上へ導く第３段階、前記第３段階終
了後に取得した超音波画像から血管を計算する第４段階
とで構成する血管内皮機能検査方法。
【００１０】（２）超音波診断画像のカラードップラー
信号領域の重心を前記血管中心として認識することを特
徴とする（１）記載の血管内皮機能検査方法。
信号領域の重心を前記血管中心として認識することを特
徴とする（１）記載の血管内皮機能検査方法。
【００１１】（３）取得した超音波診断画像をＸ軸方向
に所定の幅を抽出し、該幅のＸ軸に垂直方向に輝度値の
累計である画像エネルギー勾配を検索し、画像エネルギ
ーが極大値を示す点を基準にして血管壁と血管内腔との
境界として決定し、決定された２つの境界間の距離を血
管径とすることを特徴とする（１）記載の血管内皮機能
検査方法。
に所定の幅を抽出し、該幅のＸ軸に垂直方向に輝度値の
累計である画像エネルギー勾配を検索し、画像エネルギ
ーが極大値を示す点を基準にして血管壁と血管内腔との
境界として決定し、決定された２つの境界間の距離を血
管径とすることを特徴とする（１）記載の血管内皮機能
検査方法。
【００１２】（４）前記ロボットアームは並進２自由度
及び回転１自由度で制御することを特徴とする（１）記
載の血管内皮機能検方法。
及び回転１自由度で制御することを特徴とする（１）記
載の血管内皮機能検方法。
【００１３】（５）前記第１段階において前記ロボット
アームをＸ軸方向に移動・制御することを特徴とする
（１）記載の血管内皮機能検査方法。
アームをＸ軸方向に移動・制御することを特徴とする
（１）記載の血管内皮機能検査方法。
【００１４】（６）前記第２段階において前記ロボット
アームをＺ軸方向に回転・制御することを特徴とする
（１）記載の血管内皮機能検査方法。
アームをＺ軸方向に回転・制御することを特徴とする
（１）記載の血管内皮機能検査方法。
【００１５】（７）前記第３段階において前記ロボット
アームをＸ軸方向に移動・制御することを特徴とする
（１）記載の血管内皮機能検査方法。
アームをＸ軸方向に移動・制御することを特徴とする
（１）記載の血管内皮機能検査方法。
【００１６】（８）前記第２段階あるいは前記第３段階
の一連の操作中に取得した任意の超音波画像をＸ軸方向
に所定の幅で分割し、分割した領域毎に血管径を算出
し、その血管径のメディアン値を求め、そのメディアン
値を中心に所定値の範囲内にある血管径の数を求め、そ
の数を前記領域数で割った値をスコア値とし、一連の操
作で得られた各画像のスコア値を比較し、スコア値が極
大値を有する画像に相当する超音波プローブの位置を該
段階における最適位置として判定することを特徴とする
（１）記載の血管内皮機能検査方法。
の一連の操作中に取得した任意の超音波画像をＸ軸方向
に所定の幅で分割し、分割した領域毎に血管径を算出
し、その血管径のメディアン値を求め、そのメディアン
値を中心に所定値の範囲内にある血管径の数を求め、そ
の数を前記領域数で割った値をスコア値とし、一連の操
作で得られた各画像のスコア値を比較し、スコア値が極
大値を有する画像に相当する超音波プローブの位置を該
段階における最適位置として判定することを特徴とする
（１）記載の血管内皮機能検査方法。
【００１７】（９）血管拡張反応発生後の経時変化をリ
アルタイムで追跡できるようにしたことを特徴とする
（１）記載の血管内皮機能検査方法。
アルタイムで追跡できるようにしたことを特徴とする
（１）記載の血管内皮機能検査方法。
【００１８】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を実施
例に基づき図面を参照して詳細に説明する。
例に基づき図面を参照して詳細に説明する。
【００１９】図１は血管内皮機能自動測定システムの概
略構成を示しており、計測系、画像処理・計算系及びナ
ビゲーション系の３つのサブシステムで構成している。
計測系は超音波画像診断装置、それに付属の超音波プロ
ーブなどで構成し超音波画像を取得する。画像処理・計
算系はコンピュータ、画像処理ボードなどで構成してお
り、計測系で取得した画像を処理しそれに基づいて後述
のロボットアームを駆動するモータの制御値を計算す
る。ナビゲーション系は上記超音波プローブを保持し、
その超音波プローブの走査及び位置決めを行なうロッボ
ットアームで構成している。
略構成を示しており、計測系、画像処理・計算系及びナ
ビゲーション系の３つのサブシステムで構成している。
計測系は超音波画像診断装置、それに付属の超音波プロ
ーブなどで構成し超音波画像を取得する。画像処理・計
算系はコンピュータ、画像処理ボードなどで構成してお
り、計測系で取得した画像を処理しそれに基づいて後述
のロボットアームを駆動するモータの制御値を計算す
る。ナビゲーション系は上記超音波プローブを保持し、
その超音波プローブの走査及び位置決めを行なうロッボ
ットアームで構成している。
【００２０】図２にロボットアームの構成を模式的に示
す。後述する血管径の計測に用いる超音波画像を取得す
るため、超音波プローブを走査し、最適位置に保持でき
るように、ロボットアームは表１に示す２つの回転自由
度及び２つの並進自由度を有している。即ち、ロッボト
アームは測定対象となる被検部（腕）へと超音波プロー
ブの位置を粗調整する手動のＹ軸回転自由度（−４５度
〜＋４５度）、超音波画像の中心と血管中心を合わせる
自動のＺ軸並進自由度及び測定に供する最適画像が得ら
れる位置まで超音波プローブを案内する自動のＸ軸並進
自由度及び自動のＺ軸回転自由度で構成する４自由度の
範囲内でその動きが制御される。Ｘ軸並進自由度及びＺ
軸並進自由度の範囲は自動走査を超音波画像のサイズ４
０ｍｍ内で行なうためそれぞれ−２０ｍｍ〜＋２０ｍｍ
と設定し、それに対応してＺ軸回転自由度の範囲を７０
度〜１１０度と設定した。取得する画像のピクセルの大
きさは０．０５ｍｍまで拡大できるので自動のＸ軸並進
自由度、Ｚ軸並進自由度の空間分解能はその１／２０の
０．００２ｍｍに設定した。それに対応するＺ軸回転自
由度の分解能は０．１度に設定した。
す。後述する血管径の計測に用いる超音波画像を取得す
るため、超音波プローブを走査し、最適位置に保持でき
るように、ロボットアームは表１に示す２つの回転自由
度及び２つの並進自由度を有している。即ち、ロッボト
アームは測定対象となる被検部（腕）へと超音波プロー
ブの位置を粗調整する手動のＹ軸回転自由度（−４５度
〜＋４５度）、超音波画像の中心と血管中心を合わせる
自動のＺ軸並進自由度及び測定に供する最適画像が得ら
れる位置まで超音波プローブを案内する自動のＸ軸並進
自由度及び自動のＺ軸回転自由度で構成する４自由度の
範囲内でその動きが制御される。Ｘ軸並進自由度及びＺ
軸並進自由度の範囲は自動走査を超音波画像のサイズ４
０ｍｍ内で行なうためそれぞれ−２０ｍｍ〜＋２０ｍｍ
と設定し、それに対応してＺ軸回転自由度の範囲を７０
度〜１１０度と設定した。取得する画像のピクセルの大
きさは０．０５ｍｍまで拡大できるので自動のＸ軸並進
自由度、Ｚ軸並進自由度の空間分解能はその１／２０の
０．００２ｍｍに設定した。それに対応するＺ軸回転自
由度の分解能は０．１度に設定した。
【００２１】表１に示した各自由度の範囲は一例であっ
てこの範囲に限定されるものではない。
てこの範囲に限定されるものではない。
【００２２】
【表１】
なお、このロボットアームには６軸力覚センサが備えら
れており、超音波プローブと被検体である上腕部との接
触圧を計測し常に一定の状態を保つようにしている。
れており、超音波プローブと被検体である上腕部との接
触圧を計測し常に一定の状態を保つようにしている。
【００２３】次に取得した画像をコンピュータで画像処
理し血管径を算出する手順を述べる。
理し血管径を算出する手順を述べる。
【００２４】血管長軸断面の超音波画像の上下にある血
管壁と血管内腔との２つの境界の距離を血管径として算
出する。しかしながら、画像に示される血管壁は長軸方
向に濃淡が不規則に変化しているので、その境界の抽出
を通常のエッジ検出アルゴリズムで処理しても再現性の
ある結果が得られないことがわかっている。そこで、本
願では、血管壁像が直線に近いゆるやかな曲線を呈する
ことに着目し、一定の幅のある複数の線分を血管壁に近
似する方法を用いた（線分手法）。この方法では図３に
示すように、Ｘ軸方向のある線分幅ｄ内の画素の輝度値
累計を画像エネルギーとし、血管内腔中心から血管壁の
方向に向かって画像エネルギー勾配を検索していき、閾
値に達した位置を血管壁と血管内腔の境界とした。この
図ではＹ座標の１００及び２００近辺に認められる２つ
の画像エネルギーのピークを境界としている。線分手法
を用いて血管超音波画像を処理した結果を図４に示す。
管壁と血管内腔との２つの境界の距離を血管径として算
出する。しかしながら、画像に示される血管壁は長軸方
向に濃淡が不規則に変化しているので、その境界の抽出
を通常のエッジ検出アルゴリズムで処理しても再現性の
ある結果が得られないことがわかっている。そこで、本
願では、血管壁像が直線に近いゆるやかな曲線を呈する
ことに着目し、一定の幅のある複数の線分を血管壁に近
似する方法を用いた（線分手法）。この方法では図３に
示すように、Ｘ軸方向のある線分幅ｄ内の画素の輝度値
累計を画像エネルギーとし、血管内腔中心から血管壁の
方向に向かって画像エネルギー勾配を検索していき、閾
値に達した位置を血管壁と血管内腔の境界とした。この
図ではＹ座標の１００及び２００近辺に認められる２つ
の画像エネルギーのピークを境界としている。線分手法
を用いて血管超音波画像を処理した結果を図４に示す。
【００２５】図４の上部に示した□内の数字はＸ軸方向
の○囲み数字１〜１０の各領域の血管径を画像のピクセ
ル数に換算した値で、６４近辺を中心に分布している。
場合によっては、明らかに誤認と思われる、かけ離れた
値が認められられることもあるので、それに左右されな
いように、メディアン値を血管径として用いることと
し、図４の例ではその値は図の下部に示した６５とな
る。
の○囲み数字１〜１０の各領域の血管径を画像のピクセ
ル数に換算した値で、６４近辺を中心に分布している。
場合によっては、明らかに誤認と思われる、かけ離れた
値が認められられることもあるので、それに左右されな
いように、メディアン値を血管径として用いることと
し、図４の例ではその値は図の下部に示した６５とな
る。
【００２６】血管径計測に適した血管壁が鮮明な血管長
軸画像を取得するには、超音波プローブと血管とが適切
な位置関係になければならない。そのために、上述の設
定された自由度内でロボットアームを数段階に渉って操
作しその都度取得した画像から上述した方法で血管径を
計算しその結果を基に、超音波プローブは粗調整から微
調整を経て最適位置へ動かされる。以下、その位置決め
のための調整方法について述べる。
軸画像を取得するには、超音波プローブと血管とが適切
な位置関係になければならない。そのために、上述の設
定された自由度内でロボットアームを数段階に渉って操
作しその都度取得した画像から上述した方法で血管径を
計算しその結果を基に、超音波プローブは粗調整から微
調整を経て最適位置へ動かされる。以下、その位置決め
のための調整方法について述べる。
【００２７】図５のケース１は血管中心線上に超音波プ
ローブがあり、適切な位置に置かれていることを示して
いる。この場合、正確な血管径Ｄ0が算出される。ケー
ス２のように超音波プローブが血管の中心線に対してあ
る角度回転した位置にある場合は中心線と一致した部分
のみ血管径が正確な値Ｄ0となり、一致した部分から離
れるほど正確な径よりも小さな値を示している。ケース
３は超音波プローブが血管の中心線と平行ではあるが、
位置がずれている場合で、算出される血管径Ｄ 1は正確
な血管径Ｄ0よりも小さい。このことから、超音波プロ
ーブが血管の中心線上にある時にのみ、算出される血管
径が最も大きな値Ｄ0となり正確な径として採用可能で
ある。
ローブがあり、適切な位置に置かれていることを示して
いる。この場合、正確な血管径Ｄ0が算出される。ケー
ス２のように超音波プローブが血管の中心線に対してあ
る角度回転した位置にある場合は中心線と一致した部分
のみ血管径が正確な値Ｄ0となり、一致した部分から離
れるほど正確な径よりも小さな値を示している。ケース
３は超音波プローブが血管の中心線と平行ではあるが、
位置がずれている場合で、算出される血管径Ｄ 1は正確
な血管径Ｄ0よりも小さい。このことから、超音波プロ
ーブが血管の中心線上にある時にのみ、算出される血管
径が最も大きな値Ｄ0となり正確な径として採用可能で
ある。
【００２８】超音波プローブは図６に示す（ａ）、
（ｂ）及び（ｃ）の３段階のナビゲーション操作を経て
ケース１に示す最適位置へと導かれる。
（ｂ）及び（ｃ）の３段階のナビゲーション操作を経て
ケース１に示す最適位置へと導かれる。
【００２９】先ず、超音波プローブを手動で操作し、血
管短軸画像（すなわち血管の中心軸に垂直な血管断面
像）が得られる位置へ導く。目的とする画像を得た後、
図６（ａ）に示すように血管中心が画像の中央に一致す
るように超音波プローブをＸ軸方向に自動でナビゲーシ
ョン操作する。ここでは、血流存在領域であるカラード
ップラ−信号領域の重心を血管中心として認識してい
る。
管短軸画像（すなわち血管の中心軸に垂直な血管断面
像）が得られる位置へ導く。目的とする画像を得た後、
図６（ａ）に示すように血管中心が画像の中央に一致す
るように超音波プローブをＸ軸方向に自動でナビゲーシ
ョン操作する。ここでは、血流存在領域であるカラード
ップラ−信号領域の重心を血管中心として認識してい
る。
【００３０】血管中心を画像の中央に一致させた後、図
６（ｂ）に示すようにＺ軸を回転中心として自動でロボ
ットアーム、即ち超音波プローブを所定の角度づつ回転
させてそれぞれの位置における画像を取得する。取得し
た画像を処理した後、判定を行い、計測に最も適した状
態の血管長軸画像（すなわち血管の中心軸に平行な血管
像）が得られる位置を決定する。
６（ｂ）に示すようにＺ軸を回転中心として自動でロボ
ットアーム、即ち超音波プローブを所定の角度づつ回転
させてそれぞれの位置における画像を取得する。取得し
た画像を処理した後、判定を行い、計測に最も適した状
態の血管長軸画像（すなわち血管の中心軸に平行な血管
像）が得られる位置を決定する。
【００３１】最適かどうかの判定は、図５のケース２及
びケース３で説明したように、超音波プローブが血管の
中心線からずれた場合に血管径が正確な径よりも小さく
算出されることに着目して行った。取得した画像を基
に、以下に定義する超音波プローブの各回転角度におけ
るスコア値を算出しその極大値を示す角度が最適位置と
なる。
びケース３で説明したように、超音波プローブが血管の
中心線からずれた場合に血管径が正確な径よりも小さく
算出されることに着目して行った。取得した画像を基
に、以下に定義する超音波プローブの各回転角度におけ
るスコア値を算出しその極大値を示す角度が最適位置と
なる。
【００３２】スコア値（％） ＝ ｎ／Ｎ＊１００
上記の式において、ｎはある回転角度における代表血管
径（ピクセル）±１ピクセル内にある血管径の数であ
り、図４の例では６５±１内の血管径の数は７となる。
そして、Ｎはある回転角度における全て血管径の数で図
４の例では１０となる。従って、この例のスコア値は７
／１０即ち７０％となる。
径（ピクセル）±１ピクセル内にある血管径の数であ
り、図４の例では６５±１内の血管径の数は７となる。
そして、Ｎはある回転角度における全て血管径の数で図
４の例では１０となる。従って、この例のスコア値は７
／１０即ち７０％となる。
【００３３】このようにして得られたスコア値と回転角
度と関係の一例を図７に示す。この例では回転角度１２
度でスコア値が最大となっておりこの角度が最適位置と
判定される。
度と関係の一例を図７に示す。この例では回転角度１２
度でスコア値が最大となっておりこの角度が最適位置と
判定される。
【００３４】図６（ｂ）に示す操作により超音波プロー
ブは血管の中心線に平行な位置へと導かれるが、血管の
中心線上には位置していない場合がある。そのため、図
６（ｃ）に示すように超音波プローブをＸ軸方向に所定
のピッチずつ自動で動かし、それぞれの位置における画
像を取得し図６（ｂ）と同様な手順で超音波プローブの
最適位置を決定する。
ブは血管の中心線に平行な位置へと導かれるが、血管の
中心線上には位置していない場合がある。そのため、図
６（ｃ）に示すように超音波プローブをＸ軸方向に所定
のピッチずつ自動で動かし、それぞれの位置における画
像を取得し図６（ｂ）と同様な手順で超音波プローブの
最適位置を決定する。
【００３５】超音波プローブを０．０５ｍｍのピッチで
動かして得た画像を基に、上述と同様に算出したスコア
値と超音波プローブの基準点からの変位の関係の一例を
図８に示す。この例では基準点から０．０５ｍｍの位置
でスコア値が最大となっており最適位置と判定される。
動かして得た画像を基に、上述と同様に算出したスコア
値と超音波プローブの基準点からの変位の関係の一例を
図８に示す。この例では基準点から０．０５ｍｍの位置
でスコア値が最大となっており最適位置と判定される。
【００３６】以上述べた手順を用いて３人の被検者
（Ａ、Ｂ、Ｃいずれも２０代の健常者）を対象に血管径
計測及びＦＭＤ（Ｆｌｏｗ Ｍｅｄｉａｔｅｄ Ｄｉｌ
ａｔｉｏｎ）計測を行った。以下それぞれ計測方法と得
られた結果を説明する。
（Ａ、Ｂ、Ｃいずれも２０代の健常者）を対象に血管径
計測及びＦＭＤ（Ｆｌｏｗ Ｍｅｄｉａｔｅｄ Ｄｉｌ
ａｔｉｏｎ）計測を行った。以下それぞれ計測方法と得
られた結果を説明する。
【００３７】（血管径計測）上記の計測システムによる
測定結果の再現性を検証するため同一被検査者に対し１
０回の血管径計測を行った。測定の度ごとに超音波プロ
ーブの初期位置と初期角度を変化させた。また被検者Ｂ
に対しては比較のため手動による血管径の計測も行っ
た。１０回の計測から算出した平均血管径（ｍｍ）、平
均スコア値（％）、最大誤差（ｍｍ）及び標準偏差（ｍ
ｍ）を被検者毎の値と手動による計測結果を表２に示
す。
測定結果の再現性を検証するため同一被検査者に対し１
０回の血管径計測を行った。測定の度ごとに超音波プロ
ーブの初期位置と初期角度を変化させた。また被検者Ｂ
に対しては比較のため手動による血管径の計測も行っ
た。１０回の計測から算出した平均血管径（ｍｍ）、平
均スコア値（％）、最大誤差（ｍｍ）及び標準偏差（ｍ
ｍ）を被検者毎の値と手動による計測結果を表２に示
す。
【００３８】
【表２】
この表から自動計測システムでの計測は手動の場合に比
べて最大誤差及び標準偏差が大きく減少しており計測精
度が著しく向上していることがわかる。
べて最大誤差及び標準偏差が大きく減少しており計測精
度が著しく向上していることがわかる。
【００３９】（ＦＭＤ計測）血管内皮機能検査では、ま
ず安静時の血管径ｄを計測してから、下腕部を５分間駆
血した後、その駆血を解除し、血流依存性血管拡張反応
を発生させ最大血管径ｄmaxを測定して、下記で定義す
るＦＭＤ値を算出し動脈硬化の指標としている。
ず安静時の血管径ｄを計測してから、下腕部を５分間駆
血した後、その駆血を解除し、血流依存性血管拡張反応
を発生させ最大血管径ｄmaxを測定して、下記で定義す
るＦＭＤ値を算出し動脈硬化の指標としている。
【００４０】
ＦＭＤ値（％） ＝ （ｄmax−ｄ）＊１００／ｄ
図９には血管拡張反応による自動計測で算出した血管径
の経時変化を手動計測で算出した場合と比較して示し
た。図に示した自動計測ではリアルタイムで結果が得ら
れ全体の所要時間が約２分である。一方、手動計測によ
る結果は熟練者が行なっても約３０分を要している。従
って本発明による自動計測法を用いることにより迅速な
検査が可能となることは明らかである。
の経時変化を手動計測で算出した場合と比較して示し
た。図に示した自動計測ではリアルタイムで結果が得ら
れ全体の所要時間が約２分である。一方、手動計測によ
る結果は熟練者が行なっても約３０分を要している。従
って本発明による自動計測法を用いることにより迅速な
検査が可能となることは明らかである。
【００４１】被検者Ａ、Ｂ及びＣそれぞれの安静時血管
径、最大血管径、ＦＭＤ値を表３に示す。
径、最大血管径、ＦＭＤ値を表３に示す。
【００４２】
【表３】
表３の被検者３名中２名のＦＭＤ値が東京大学医学部の
橋本ら（従来の技術の項と同じ文献に記載）が行なった
手動検査における２０代健常者１７名の計測結果の範囲
９．８〜１１．５％にあり、医学的に妥当な結果である
と言える。
橋本ら（従来の技術の項と同じ文献に記載）が行なった
手動検査における２０代健常者１７名の計測結果の範囲
９．８〜１１．５％にあり、医学的に妥当な結果である
と言える。
【００４３】以上述べたことから本発明による血管内皮
機能検査方法を用いれば、従来の方法では実現できなか
った動脈硬化の指標となる血管の拡張度の算出が精度良
くしかも迅速に行なうことができ、食生活の変化などで
ますます増加している動脈硬化症の早期発見が可能とな
った。
機能検査方法を用いれば、従来の方法では実現できなか
った動脈硬化の指標となる血管の拡張度の算出が精度良
くしかも迅速に行なうことができ、食生活の変化などで
ますます増加している動脈硬化症の早期発見が可能とな
った。
【００４４】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、超
音波プローブで取得した画像をコンピュータで解析し、
その結果を基に超音波プローブを保持しているロボット
アームを制御することにより、最適画像を取得し、血管
径の算出が再現性良く且つ迅速にできるようになった。
迅速な血管径の算出手順を用いることにより動脈硬化症
の早期発見が可能となった。
音波プローブで取得した画像をコンピュータで解析し、
その結果を基に超音波プローブを保持しているロボット
アームを制御することにより、最適画像を取得し、血管
径の算出が再現性良く且つ迅速にできるようになった。
迅速な血管径の算出手順を用いることにより動脈硬化症
の早期発見が可能となった。
【図１】 血管内皮機能自動測定システムの概略構成を
示す図
示す図
【図２】 超音波プローブを保持し移動・回転するロボ
ットアームの機能を説明する模式図
ットアームの機能を説明する模式図
【図３】 血管径の算出法を説明するための血管の超音
波画像
波画像
【図４】 画像処理による血管径の算出結果を示す図
【図５】 超音波プローブの位置とそれによって取得さ
れる血管画像を示す模式図
れる血管画像を示す模式図
【図６】 超音波プローブの位置決めの手順を示す模式
図で、（ａ）は血管中心を決めるための方法を示し、
（ｂ）は超音波プローブを血管中心に平行に合わせる方
法を示し、（ｃ）は超音波プローブを血管中心上に置く
方法を示す
図で、（ａ）は血管中心を決めるための方法を示し、
（ｂ）は超音波プローブを血管中心に平行に合わせる方
法を示し、（ｃ）は超音波プローブを血管中心上に置く
方法を示す
【図７】 図６（ｂ）に示す位置決めのために用いる超
音波プローブのＺ軸回りの回転角度とそのスコア値の関
係を示す図
音波プローブのＺ軸回りの回転角度とそのスコア値の関
係を示す図
【図８】 図６（ｃ）に示す位置決めのために用いる超
音波プローブのＸ方向の位置とそのスコア値の関係を示
す図
音波プローブのＸ方向の位置とそのスコア値の関係を示
す図
【図９】 血管拡張反応による血管径の経時変化を示す
図
図
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 吉栖 正生
東京都文京区本郷５−33−11−504
Ｆターム(参考） 4C301 BB13 BB26 DD06 DD21 EE10
EE12 EE14 GA01 GA11 GA20
GD03 GD20 JB23 JB27 JC08
KK02 KK22 KK24
4C601 BB03 BB05 BB09 DD01 EE07
EE10 GA01 GA11 GA17 GA18
GA21 GA22 JB34 JB35 JB36
JB40 JC09 KK02 KK18 KK19
KK28
Claims (9)
- 【請求項１】 超音波診断装置及びそれに付随する超音
波プローブを備えて超音波診断画像を取得する計測系、
コンピュータ及び画像処理ボードを備えて前記計測系で
取得した超音波診断画像を処理・計算する画像処理・計
算系並びに、前記超音波プローブを保持し移動・回転す
るロボットアームを備えたナビゲーション系から構成す
る血管内皮機能検査装置において、 前記超音波プローブを血管内機能検査対象部位に手動で
移動した後、超音波画像を取得し前記画像処理・計算系
で該取得画像を処理し、対象とする血管の血管中心を画
像の中心が一致する位置へと超音波プローブを導くよう
に計算・制御する第１段階、 前記第１段階で取得した画像を起点に画像取得、画像処
理・計算及び前記ロボットアームの駆動とで構成する一
連の操作を繰り返し、対象とする血管の血管中心と超音
波プローブが平行になる位置へ導く第２段階、 前記第２段階で取得した画像を起点に画像取得、画像処
理・計算及び前記ロボットアームの駆動とで構成する一
連の操作を繰り返し、前記超音波プローブを対象とする
血管の血管中心上へ導く第３段階、 前記第３段階終了後に取得した超音波画像から血管径を
計算する第４段階とで構成する血管内皮機能検査方法。 - 【請求項２】 超音波診断画像のカラードップラー信号
領域の重心を前記血管中心として認識することを特徴と
する請求項１記載の血管内皮機能検査方法。 - 【請求項３】 取得した超音波診断画像をＸ軸方向に所
定の幅を抽出し、該幅をＸ軸に垂直方向に輝度値の累計
である画像エネルギー勾配を検索し、画像エネルギーが
極大値を示す点を基準にして血管壁と血管内腔との境界
として決定し、決定された２つの境界の間の距離を血管
径とすることを特徴とする請求項１記載の血管内皮機能
検査方法。 - 【請求項４】 前記ロボットアームは並進２自由度及び
回転１自由度で制御することを特徴とする請求項１記載
の血管内皮機能検方法。 - 【請求項５】 前記第１段階において前記ロボットアー
ムをＸ軸方向に移動・制御することを特徴とする請求項
１記載の血管内皮機能検査方法。 - 【請求項６】 前記第２段階において前記ロボットアー
ムをＺ軸方向に回転・制御することを特徴とする請求項
１記載の血管内皮機能検査方法。 - 【請求項７】 前記第３段階において前記ロボットアー
ムをＸ軸方向に移動・制御することを特徴とする請求項
１記載の血管内皮機能検査方法。 - 【請求項８】 前記第２段階あるいは前記第３段階の一
連の操作中に取得した任意の超音波画像をＸ軸方向に所
定の幅で分割し、分割した領域毎に血管径を算出し、そ
の血管径のメディアン値を求め、そのメディアン値を中
心に所定の範囲内にある血管径の数を求め、その数を前
記領域数で割った値をスコア値とし、一連の操作で得ら
れた一連の画像のスコア値を比較し、スコア値が極大値
を有する画像に相当する超音波プローブの位置を該段階
における最適位置として判定することを特徴とする請求
項１記載の血管内皮機能検査方法。 - 【請求項９】 血管拡張反応発生後の経時変化をリアル
タイムで追跡できるようにしたことを特徴とする請求項
１記載の血管内皮機能検査方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002048057A JP4217023B2 (ja) | 2002-02-25 | 2002-02-25 | 血管内皮計測装置 |
| US10/224,666 US6623431B1 (en) | 2002-02-25 | 2002-08-21 | Examination method of vascular endothelium function |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002048057A JP4217023B2 (ja) | 2002-02-25 | 2002-02-25 | 血管内皮計測装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003245280A true JP2003245280A (ja) | 2003-09-02 |
| JP4217023B2 JP4217023B2 (ja) | 2009-01-28 |
Family
ID=27800014
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002048057A Expired - Fee Related JP4217023B2 (ja) | 2002-02-25 | 2002-02-25 | 血管内皮計測装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6623431B1 (ja) |
| JP (1) | JP4217023B2 (ja) |
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