JP2007195662A - 生体内管状体の内腔径測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】血管内腔径ｄを正確に測定することができる血管内腔径測定装置を提供する。
【解決手段】血管内皮機能検査装置（血管内腔径測定装置）３０では、超音波プローブ１２から超音波を放射したときの動脈血管２０からの反射信号ＳＲが検出されると、その反射信号ＳＲに含まれる血管２０の管壁からの２群の反射波信号ＳＲ１およびＳＲ２に対応する、反射信号ＳＲのうちの２群の反射信号波ＳＲ１およびＳＲ２の間の間隔に基づいて血管内腔径ｄを算出する内腔径算出手段１００が備えられている。反射信号ＳＲには微細な強弱の振幅がすべて含まれており、超音波断面画像を表示させるための包絡線処理により消されてしまうような微細な動脈血管の内膜からの２群の反射波の間の間隔に基づいて血管内腔径ｄが算出されるため、上記内腔径算出手段１００により血管内腔径ｄが正確に測定される。
【選択図】 図４

Description

本発明は、生体の一部の皮膚上に配置された超音波プローブの放射面から超音波を放射することによりその生体の皮膚下の管状体、たとえば動脈、静脈、リンパ管等の生体内管状体の内腔径を測定する装置に関するものである。

たとえば特許文献１に記載されているように、生体内管状体の１つである動脈の血管径測定装置が提案されている。たとえば、反応性充血時における血管径の増加率などで代表される内皮機能が動脈硬化の進行度と密接に関係することを利用して、動脈硬化症を早期に発見するなどのために、非侵襲で簡便な動脈径測定方法が求められているからである。
特開２００３−１８０６９０号公報

上記特許文献１に記載された血管径測定装置によれば、超音波プローブが被検者の上腕部に装着され、その超音波プローブから皮膚内に超音波が発射されたときに皮膚下の血管から反射された超音波反射信号から超音波断面画像が生成され、その超音波断面画像の濃淡を示す信号から血管を構成する血管壁の位置が決定され、それら血管壁間の間隔から血管径が測定される。上記内皮機能を利用した動脈硬化の評価値としては、たとえば、安静時の血管画像と前腕が阻血解放された後の血管画像とが採取されるとともに、安静時の血管径ｄに対する拡張時の血管径ｄmax の増加率或いは％ＦＭＤ値（＝１００×（ｄmax −ｄ）／ｄ）が算出され、動脈硬化の評価に用いられる。

ところで、上記のような血管径測定装置においては、僅かな径変化に基づいて動脈硬化の評価が行われるため、血管径の正確な測定が求められる。しかしながら、上記従来の血管径測定装置においては、超音波断面画像を形成する濃淡を示す信号に基づいて血管径が測定されるものであり、その濃淡を示す信号は、たとえば超音波の反射波を検波し且つ２乗化して信号パワーを示す信号に変換し、その信号パワーを包絡線処理して平滑化することにより滑らかに変化する平滑化信号に変換し、その平滑化信号の大きさを段階的な濃淡に変換することにより濃淡信号が生成される。このような濃淡信号はそのまま画面上で走査されることにより超音波断面画像が表示される利点がある。

しかし、血管径の測定に用いるに際して、前記濃淡信号は、血管壁の境界すなわち異なるインピーダンスの超音波伝播媒質の境界からの反射から所定の時間帯の信号を一様な濃淡として表す性質があるため、上記のように濃淡信号の血管壁を示す濃度に対応する部分の間の間隔から血管壁が求められると、血管画像の中心部の黒色領域の径が内腔径として測定されるので、血管径が小さく算出される傾向があり、正確な血管径が得られなかった。このような課題は、動脈に限らず、皮膚下に存在する静脈やリンパ管等の生体内管状体についても同様である。

本発明は以上の事情を背景として為されたもので、その目的とするところは、皮膚下の管状体の内腔径を正確に測定することができる生体内管状体の内腔径測定装置を提供することにある。

上記目的を達成するための請求項１に係る発明の要旨とするところは、生体の皮膚上の超音波プローブから超音波を放射することによりその皮膚下の管状体の内腔径を測定する生体内管状体の内腔径測定装置であって、(a) 前記超音波プローブから超音波を放射したときの前記管状体からの反射信号を検出する反射信号検出手段と、(b) 前記管状体からの反射信号に含まれる、前記管状体の管壁からの２群の反射波の間の間隔に基づいて前記管状体の内腔径を算出する内腔径算出手段とを、含むことを特徴とする。

また、請求項２に係る発明の要旨とするところは、前記請求項１に係る発明において、(a) 前記管状体からの２群の反射波を含む反射信号が検波された信号から各波形のピークの大きさおよびそのピークの時間位置で示されるピークタイム信号を生成するピークタイム信号生成手段を備え、(b) 前記内腔径算出手段は、そのピークタイム信号生成手段により生成された前記ピークタイム信号のうちの前記２群の反射波に対応する２群のピークタイム信号波形の間の間隔に基づいて前記管状体の内腔径を算出するものであることを特徴とする。

また、請求項３に係る発明の要旨とするところは、前記請求項２に係る発明において、(a) 前記ピークタイム信号のうちの前記２群の反射波に対応する２群のピークタイム信号波形の間の間隔を計測するための計測位置をそれぞれ決定する計測位置決定手段を含み、(b) 前記内腔径算出手段は、その計測位置決定手段により決定された計測位置の間の距離に基づいて前記管状体の内腔径を算出するものであることを特徴とする。

また、請求項４に係る発明の要旨とするところは、前記請求項３に係る発明において、前記計測位置決定手段は、前記ピークタイム信号のうちの前記２群の反射波に対応する２群のピークタイム信号波形の間の間隔として、その２群のピークタイム信号波形のうちの一方の群のピークタイム信号波形の終期に位置する波列の終端部と他方の群のピークタイム信号波形の始期に位置する波列の始端部とを、計測位置として決定するものであることを特徴とする。

また、請求項５に係る発明の要旨とするところは、前記請求項２乃至４のいずれかに係る発明において、前記２群のピークタイム信号波形を含む前記ピークタイム信号を画像表示装置上に表示させる表示手段を含むことにあることを特徴とする。

また、請求項６に係る発明の要旨とするところは、前記請求項５に係る発明において、(a) 前記管状体からの反射信号に基づいて前記生体の皮膚下の断面画像を生成する超音波断面画像生成手段を含み、(b) 前記表示手段は、前記ピークタイム信号の波形と前記断面画像とを、そのピークタイム信号の波形の時間軸とその断面画像の深さ方向とが平行となるように、前記画像表示装置上に並列的に表示させるものであることを特徴とする。

また、請求項７に係る発明の要旨とするところは、前記請求項６に係る発明において、前記表示手段は、前記ピークタイム信号に含まれる２群のピークタイム信号波形の間隔寸法が前記断面画像に示される管壁の内腔径と同じ寸法となり且つ前記画像表示装置において相互に同じ位置となるように表示させるものであることを特徴とする。

また、請求項８に係る発明の要旨とするところは、前記請求項１に係る発明において、(a) 前記反射信号検出手段により検出された前記管状体からの反射信号に含まれる、前記管状体の管壁からの２群の反射波の間の間隔を計測するための計測位置をそれぞれ決定する計測位置決定手段を含み、(b) 前記内腔径算出手段は、その計測位置決定手段により決定された計測位置の間の距離に基づいて前記管状体内腔径を算出するものであることを特徴とする。

また、請求項９に係る発明の要旨とするところは、前記請求項８に係る発明において、前記計測位置決定手段は、前記管状体からの反射信号のうちの前記２群の反射波の間隔として、その２群の反射波のうちの一方の群の終期に位置する波列の終端部と他方の群の始期に位置する波列の始端部とを、計測位置として決定するものであることを特徴とする。

また、請求項１０に係る発明の要旨とするところは、前記請求項８または９に係る発明において、前記反射信号の波形を画像表示装置上に表示させる表示手段を含むことを特徴とする。

また、請求項１１に係る発明の要旨とするところは、前記請求項１０に係る発明において、(a) 前記管状体からの反射信号に基づいて前記生体の皮膚下の断面画像を生成する超音波断面画像生成手段を含み、(b) 前記表示手段は、前記反射信号の波形と前記断面画像とを、その反射信号の波形の時間軸とその断面画像の深さ方向とが平行となるように、前記画像表示装置上に並列的に表示させるものであることを特徴とする。

また、請求項１２に係る発明の要旨とするところは、前記請求項１１に係る発明において、前記表示手段は、前記反射信号に含まれる２群の反射波の間隔寸法が前記断面画像に示される管壁の内腔径と同じ寸法となり且つ前記画像表示装置において相互に同じ位置となるように表示させるものであることを特徴とする。

また、請求項１３に係る発明の要旨とするところは、前記請求項１乃至１２のいずれかに係る発明において、前記管状体は、前記生体内の動脈、静脈、リンパ管のいずれかであることを特徴とする。

請求項１に係る発明の生体内管状体の内腔径測定装置によれば、前記超音波プローブから超音波を放射したときの前記管状体からの反射信号が検出されると、その反射信号に含まれる、その管状体の管壁からの２群の反射波の間の間隔に基づいて管状体の内腔径が直接的に算出される。このように、微細な強弱の振幅がすべて含まれて重要な時間情報が残されており、上記超音波断面画像を表示させるための包絡線処理により消されてしまうような微細な２群の反射波の間の間隔に基づいて管状体の内腔径が算出されるため、その管状体内腔径が正確に測定される。

また、請求項２に係る発明の生体内管状体の内腔径測定装置によれば、(a) 前記管状体からの２群の反射波を含む反射信号が検波された信号から各波形のピークの大きさおよびそのピークの時間位置で示されるピークタイム信号を生成するピークタイム信号生成手段を備え、(b) 前記内腔径算出手段は、そのピークタイム信号生成手段により生成された前記ピークタイム信号のうちの前記２群の波形に対応する２群のピークタイム信号波形の間の間隔に基づいて前記管状体の内腔径を算出するものであることから、その管状体の内腔径が正確に測定される。また、上記ピークタイム信号は各波形のピークの値およびそのピークの時間位置で示されることから、サンプリングされた時間離散系の反射信号に比較してデータ量が数分の１に減少し、メモリやハードディスクの容量を軽減でき、信号処理負荷も軽減される。

また、請求項３に係る発明の生体内管状体の内腔径測定装置によれば、(a) 前記ピークタイム信号のうちの前記２群の波形に対応する２群のピークタイム信号波形に含まれる、前記ピークタイム信号波形の間の間隔を計測するための計測位置をそれぞれ決定する計測位置決定手段を含み、(b) 前記内腔径算出手段は、その計測位置決定手段により決定された計測位置の間の距離に基づいて前記管状体の内腔径を算出するものであることから、計測位置決定手段によって決定された２群のピークタイム信号波形に含まれる計測位置間の間隔に基づいて前記管状体の内腔径が算出されるので、その管状体の内腔径が一層正確に測定される。

また、請求項４に係る発明の生体内管状体の内腔径測定装置によれば、前記計測位置決定手段は、前記ピークタイム信号のうちの前記２群の波形に対応する２群のピークタイム信号波形の間の間隔として、その２群のピークタイム信号波形のうちの一方の群のピークタイム信号波形の終期に位置する波列の終端部と他方の群のピークタイム信号波形の始期に位置する波列の始端部とを、計測位置として決定するものであることから、内腔径算出手段は、それら一方の群のピークタイム信号波形の終期に位置する波列の終端部と他方の群のピークタイム信号波形の始期に位置する波列の始端部との間隔に基づいて前記管状体の内腔径を算出するので、その管状体の内皮を考慮した管状体の内腔径が一層正確に測定される。

また、請求項５に係る発明の生体内管状体の内腔径測定装置によれば、表示手段によって前記ピークタイム信号の波形が画像表示装置上に表示されるので、画像表示装置上において管状体の内腔径を視認することができる。

また、請求項６に係る発明の生体内管状体の内腔径測定装置によれば、前記管状体からの反射信号に基づいて前記生体の皮膚下の断面画像を生成する超音波断面画像生成手段が含まれ、前記表示手段によって、前記ピークタイム信号の波形と前記断面画像とが、そのピークタイム信号の波形の時間軸とその断面画像の深さ方向と平行となるように、並列的に表示されるので、前記画像表示装置上において、前記ピークタイム信号の波形が超音波断面画像と並列的に対比させた状態で管状体の内腔径を視認することができる。

また、請求項７に係る発明の生体内管状体の内腔径測定装置によれば、前記表示手段は、前記ピークタイム信号に含まれる２群のピークタイム信号波形の間隔寸法が前記断面画像に示される管壁の内腔径と同じ寸法となり且つ前記画像表示装置において相互に同じ位置となるように表示させるものであることから、前記画像表示装置上において、前記ピークタイム信号の２群のピークタイム信号波形の間隔が超音波断面画像の内腔と同じ高さ且つ同じ寸法で並列的に対比させた状態で管状体の内腔径を一層容易に視認することができる。

また、請求項８に係る発明の生体内管状体の内腔径測定装置によれば、(a) 前記反射信号検出手段により検出された前記管状体からの反射信号に含まれる、前記管状体の管壁からの２群の反射波の間の間隔を計測するための計測位置をそれぞれ決定する計測位置決定手段を含み、(b) 前記内腔径算出手段は、その計測位置決定手段により決定された計測位置の間の距離に基づいて前記管状体内腔径を算出するものであることから、計測位置決定手段によって決定された２群の反射波に含まれる計測位置間の間隔に基づいて前記管状体の内腔径が算出されるので、その管状体の内腔径が一層正確に測定される。

また、請求項９に係る発明の生体内管状体の内腔径測定装置によれば、前記計測位置決定手段は、前記管状体からの反射信号のうちの前記２群の反射波の間隔として、その２群の反射波のうちの一方の群の終期に位置する波列の終端部と他方の群の始期に位置する波列の始端部とを、計測位置として決定するものであることから、内腔径算出手段は、それら一方の群の反射波の終期に位置する波列の終端部と他方の群の反射波の始期に位置する波列の始端部との間隔に基づいて前記管状体の内腔径を算出するので、その管状体の内皮を考慮した管状体の内腔径が一層正確に測定される。

また、請求項１０に係る発明の生体内管状体の内腔径測定装置によれば、表示手段によって前記反射信号の波形が画像表示装置上に表示されるので、画像表示装置上において管状体の内腔径を視認することができる。

また、請求項１１に係る発明の生体内管状体の内腔径測定装置によれば、前記管状体からの反射信号に基づいて前記生体の皮膚下の断面画像を生成する超音波断面画像生成手段が含まれ、前記表示手段により、前記反射信号の波形と前記断面画像とが、その反射波の波形の時間軸とその断面画像の深さ方向とが平行となるように、画像表示装置上に並列的に表示されるので、前記画像表示装置上において、前記ピークタイム信号の波形が超音波断面画像と並列的に対比させた状態で管状体の内腔径を視認することができる。

また、請求項１２に係る発明の生体内管状体の内腔径測定装置によれば、前記表示手段は、前記反射信号の２群の反射波の間隔寸法が前記断面画像に示される管壁の内腔径と同じ寸法となり且つ前記画像表示装置において同じ位置となるように表示させるものであることから、前記画像表示装置上において、前記反射信号の２群の反射波の間隔が超音波断面画像の内腔と同じ高さ且つ同じ寸法で並列的に対比させた状態で管状体の内腔径を一層容易に視認することができる。

また、請求項１３に係る発明の生体内管状体の内腔径測定装置によれば、前記管状体は、前記生体内の動脈、静脈、リンパ管のいずれかであることから、その動脈の内皮を考慮して動脈内腔径が正確に得られ、静脈或いはリンパ管の内腔径も正確に得られる。

以下、本発明の好適な実施の形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。図１は、本発明の一実施例のセンサ保持装置１０に保持された超音波プローブ（超音波探触子）１２を用いて被検出体である生体１４の上腕１６の皮膚１８の上からその皮膚１８直下に位置する動脈血管２０の横断面画像（短軸画像）或いは縦断面画像（長軸画像）を表示する血管画像表示装置２２を備えた血管内皮機能検査装置３０を説明する正面図である。この血管内皮機能検査装置３０は、血管内皮機能を評価するために虚血反応性充血後のＦＭＤ（血流依存性血管拡張反応）を表す血管径の変化率（％）を求めるときには、前腕に巻回されたカフ７４の圧迫によって一定時間の間阻血された後、そのカフ７４の解放によって阻血が終了させられた以後の血管径の変化を求めるように構成されているので、生体内管状体の内腔径測定装置としても機能する。

上記超音波プローブ１２は、血管径センサとしても機能するものであって、たとえば圧電セラミックスから構成された多数個の超音波振動子が一列に配列されることにより構成された１列または互いに平行な２列の超音波アレイ２４ａを含む先端部２４が、３軸駆動機構２６を介してプローブ本体２８に備えられている。

血管内皮機能検査装置３０は、所謂マイクロコンピュータから構成された電子制御装置３２と、モニタ用の画像表示装置３４と、入力操作装置であるキーボード３６およびマウス３７、超音波駆動制御回路３８とを備えており、電子制御装置３２は、超音波駆動制御回路３８から駆動信号を供給して超音波プローブ１２の先端部２４にある超音波アレイ２４ａから超音波を放射させ、その先端部２４の超音波アレイ２４ａにより検知された超音波反射信号ＳＲを受けてその超音波反射信号ＳＲの処理を行うことによって、皮膚１８下の超音波断面画像を発生させ、画像表示装置３４に表示させる。先端部２４の下端面が、超音波を放射する放射面Ｓに対応している。また、電子制御装置３２は、血管２０の横断面画像（短軸画像）を生成させるに際しては、上記超音波アレイ２４ａを血管２０に対して直交する位置となるように３軸位置決め機構２６を駆動することによりに位置決めさせ、血管２０の縦断面画像（長軸画像）を生成させるに際しては、上記超音波アレイ２４ａを血管２０に対して平行となるように３軸位置決め機構２６に位置決めさせる。

上記超音波駆動制御回路３８は、電子制御装置３２からの指令に従って、上記超音波アレイ２４ａを構成する一列に配列された多数個の超音波振動子（圧電セラミックス）のうち、その端から、一定数の超音波振動子群毎に所定の位相差を付与しつつ１０ＭＨｚ程度の周波数で同時駆動するビームフォーミング駆動することにより超音波振動子の配列方向において収束性の超音波ビームを血管２０に向かって順次放射させ、その放射毎の反射波を受信して電子制御装置３２へ入力させる。また、上記超音波アレイ２４ａの放射面には、その超音波振動子の配列方向に直交する方向に超音波ビームを収束させるための音響レンズが設けられている。

電子制御装置３２は、上記超音波アレイ２４ａにより検出された反射波に基づいて超音波断面画像を合成し、皮膚１８下における血管２０の横断面画像（短軸画像）を生成させ、或いは血管２０の縦断面画像（長軸画像）を生成させて、画像表示装置３４に表示させる。また、その画像から、血管２０の内径或いは内腔径（内膜径）が算出される。また、血管内皮機能を評価するために、虚血反応性充血後のＦＭＤ（血流依存性血管拡張反応）を表す血管の内皮径（内膜径）の変化率（％）［＝１００×（ｄmax −ｄ）／ｄ］（但し、ｄは安静時の血管内腔径、ｄmax は阻血解放後の最大血管内腔径）を算出する。また、上記血管内腔径が検出されると、血管２０の正確な流通断面積が算出され、たとえば超音波ドプラー装置により検出される血流速度を用いて正確な血流量が算出され得る。

上記超音波プローブ１２は、三次元空間内の所望の位置すなわち所定の位置において被検出体である生体１４の上腕１６の皮膚１８の上からその皮膚１８直下に位置する血管２０を変形させない程度に軽く接触させる状態でセンサ保持装置１０に所望の姿勢で保持されるようになっている。上記超音波プローブ１２の先端部２４の端面と皮膚１８との間には、通常、超音波の減衰、境界面における反射や散乱を抑制して超音波断面画像を明瞭とするためのよく知られたゼリー７５等のカップリング剤が介在させられる。このゼリー７５は、たとえば寒天等の高い割合で水を含むゲル状の吸水性高分子であって、空気よりは固有インピーダンス（＝音速×密度）が十分に高く大きく超音波送受信信号の減衰を抑制するものである。また、そのゼリー７５に換えて、水を樹脂製袋内に閉じ込めた水袋、オリーブ油、グリセリン等が用いられ得る。

上記センサ保持装置１０は、机、台座等に位置固定に設けられ、垂直な回動軸心Ｃ方向に形成された嵌合穴４０を備えた基台４２と、その嵌合穴４０内に相対回転可能に嵌合された嵌合軸４４を備え、基台４２に対して垂直な回動軸心Ｃまわりに回動可能に設けられた回動部材４６と、その回動部材４６に固定された第１固定リンク４８ａを含む４つのリンク４８ａ乃至４８ｄから成る第１リンク機構４８と、第１リンク機構４８の先端部に固定された第１固定リンク５０ａとして含む４つのリンク５０ａ乃至５０ｄから成る第２リンク機構５０と、この第２リンク機構５０の先端部において固定されて超音波プローブ１２を回曲自在に連結してそれを支持する自在継手５２と、操作レバー５４の非操作によって前記自在継手５２の回曲を常時固定し、操作レバー５４の操作にしたがって常時固定されていた回曲を許容すなわち固定状態を解放するストッパ装置５６とを備えている。

上記第１リンク機構４８は、互いに平行な１対の第１固定リンク４８ａおよび第１可動リンク４８ｂと、平行４辺形を構成するようにそれら１対の第１固定リンク４８ａおよび第１可動リンク４８ｂの両端部にそれぞれ回動可能に連結された互いに平行な１対の第１回動リンク４８ｃおよび４８ｄとを備え、その第１可動リンク４８ｂが前記回動軸心Ｃを含む面内で移動するように第１固定リンク４８ａが前記回動部材４６に固定されている。そして、この第１リンク機構４８には、上記第１可動リンク４８ｂに負荷される荷重に抗する方向成分の推力を発生させる第１付勢装置として機能する第１コイルスプリング４９が設けられている。この第１コイルスプリング４９は、第１回動リンク４８ｃと第１固定リンク４８ａとの連結点と、第１回動リンク４８ｄと第１可動リンク４８ｂとの連結点との間に張設されており、この第１コイルスプリング４９により発生させられている第１可動リンク４８ｂを上方へ引き上げる方向のモーメントと、第１可動リンク４８ｂに負荷される荷重により発生させられている第１可動リンク４８ｂを下方へ引き下げる方向のモーメントとが略相殺されるようになっている。

上記第２リンク機構５０は、互いに平行な１対の第２回動リンク５０ｃおよび５０ｄと、平行４辺形を構成するようにそれら一対の第２回動リンク５０ｃおよび５０ｄの両端部にそれぞれ回動可能に連結された１対の第２固定リンク５０ａおよび第２可動リンク５０ｂとを備え、その第２可動リンク５０ｂが前記回動軸心Ｃを含む面内で移動するようにその第２固定リンク５０ａが第１可動リンク４８ｂに略直交する姿勢で固定されている。そして、この第２リンク機構５０には、第２可動リンク５０ｂに負荷される荷重に抗する方向成分の推力を発生させる第２付勢装置として機能する第２コイルスプリング５１が設けられている。この第２コイルスプリング５１は、第２回動リンク５０ｃと第２固定リンク５０ａとの連結点と、第２回動リンク５０ｄと第１可動リンク５０ｂとの連結点との間に張設されており、この第２コイルスプリング５１により発生させられている第２可動リンク５０ｂを上方へ引き上げる方向のモーメントと、第２可動リンク５０ｂに負荷される荷重により発生させられている第２可動リンク５０ｂを下方へ引き下げる方向のモーメントとが略相殺されるようになっている。このような第１コイルスプリング４９および第２コイルスプリング５１の相殺作用により、超音波プローブ１２が三次元空間内の所望の位置に停止するか或いはゆっくりと下降する程度に保持され、血管２０を変形させない程度で超音波プローブ１２の先端部２４がゼリー７５等のカップリング剤を介して面接触状態で軽く密着させられるようになっている。

上記自在継手５２は、図２に拡大して示すように、基端部が第２可動リンク５０ｂに固定され且つ球状に形成された先端部５８を備えた第１連結部材５２ａと、その第１連結部材５２ａの球状の先端部５８が摺動可能に嵌め入れられた嵌合穴６０を備え、その球状の先端部５８の球心Ｂまわりに相対回曲可能に連結された第２連結部材５２ｂとを備え、超音波プローブ１２が所望の姿勢で保持されるようになっている。

前記ストッパ装置５６は、第２連結部材５２ｂに設けられた一対の案内穴６２、６４によって球状の先端部５８に対して接近離隔可能に案内された操作レバー５４と、その操作レバー５４を球状の先端部５８に対して押圧する押圧スプリング６６とを備え、常時は、操作レバー５４の非操作状態ではその操作レバー５４が押圧スプリング６６によって球状の先端部５８に対して押圧されることにより前記自在継手５２の回曲が阻止されて常時固定されるが、その操作レバー５４が押圧スプリング６６の付勢力に抗して操作されることによりその操作レバー５４が球状の先端部５８から離隔されると、前記自在継手５２の固定が解放され、その回曲が許容されるようになっている。

図３は、本実施例の超音波プローブ１２の先端部２４に設けられた超音波アレイ２４ａと、超音波駆動制御回路３８と、電子制御装置３２とを含む電気的構成を詳しく示す図である。図３において、超音波駆動制御回路３８は、電子制御装置３２からの指令に従って超音波振動子Ｅの配列方向に直交する方向に位置する血管２０に向かって収束性の超音波ビームを順次放射させるために、超音波アレイ２４ａを構成するために血管２０と交差する方向に沿って一列に配列された多数個の超音波振動子（圧電セラミックス）Ｅのうち、その端から１個づつずれて順次、たとえば１６〜３２個程度の一定数（１群）の超音波振動子Ｅの群毎に所定の位相差が付与された１０ＭＨｚ程度の周波数の１周期の振動が出力されるように、ビームフォーミング回路７０からの指令に従ってパルサー７２から各超音波振動子Ｅへ１周期の超音波パルスを発生させるための駆動信号を供給させる。そのビームフォーミング駆動することにより発生させられた超音波の放射毎に、音響インピーダンスが急変する管壁の境界面からの反射波が超音波アレイ２４ａにより受信され、その受信信号はマルチプレクサ７４、放射された超音波の回り込みを阻止するための切換スイッチ７６、ゲイン調整および信号増幅機能を有するＴＧＣ付レシーバ７８、超音波反射信号の周波数すなわち１０ＭＨｚの信号を選択的に通過させるためのバンドパスフィルタ８０、Ａ／Ｄ変換器８２、ビームフォーミング回路７０を通して、電子制御装置３２へ供給される。パルサー７２、切換スイッチ７６、ＴＧＣ付レシーバ７８、バンドパスフィルタ８０、Ａ／Ｄ変換器８２は、図示されていないが、上記ビームフォーミングのために位相差が付与された超音波を発射する超音波のチャンネル数（一定数の超音波振動子）に相当する複数セットが設けられる。上記ビームフォーミング回路７０では、バッファ機能および演算機能が備えられており、受信信号に関しては、各超音波振動子Ｅにより受信された各反射信号が処理され、超音波を発射した１群の超音波振動子Ｅの中央に位置する一個の超音波振動子Ｅで受けた信号の如くの反射信号が順次発生させられる。電子制御装置３２は、超音波の反射波を表す反射信号ＳＲを処理し、処理結果を画像表示装置３４に表示させる。

図４は、上記電子制御装置３２の制御機能の要部を説明する機能ブロック線図である。反射信号検出手段９０は、前記超音波アレイ２４ａにより受信された一連の反射信号ＳＲのうち、血管２０の中心付近を通る反射波を検出し、所定の記憶装置に読み込ませる。この反射信号ＳＲは、たとえば１００ＭＨｚのサンプリング周期でデジタル信号化されたものであり、たとえば図５の反射信号（ＲＦ信号）の画像に示されるデータポイントから構成される波形を示すものである。図５に示す反射波形の１周期は超音波の放射波の１０ＭＨｚに対応している。図５では、１群の反射波形ＳＲ１しか示されていないが、血管２０の中心付近を通る反射波には、その血管２０の管壁から反射された２群の反射波ＳＲ１およびＳＲ２が含まれ、それら反射波ＳＲ１およびＳＲ２の相互間隔或いは反射波の振幅の最大のものが用いられる。

超音波断面画像生成手段９２は、よく知られているように、たとえば、その超音波の反射波信号を検波し且つ２乗化して信号パワーに対応する信号に変換し、その信号パワーを包絡線処理して平滑化することにより滑らかに変化する平滑化信号に変換し、その平滑化信号の大きさを段階的な濃淡に変換することにより濃淡信号を生成し、その濃淡により示される二次元の超音波断面画像ＭＧを生成する。

検波手段９４は、上記図５に示される反射信号ＳＲのうちの負の部分を正とする検波処理（全波整流処理）を実行し、図６に示されるように、反射信号ＳＲの絶対値波形を示す信号に変換する。ピークタイム信号生成手段９６は、上記検波された反射信号ＳＲの波形のピークの大きさ（ピーク値）およびそのピークの時間位置を示すデータポイントで示されるピークタイム信号ＳＰを生成する。図７はそのピークタイム信号ＳＰを示しており、図６の検波後の反射信号ＳＲに比較してデータポイントの数が１／５以下とされている。このピークタイム信号ＳＰの上ピークは上記データポイントで示され、下ピークは上ピークの間に位置であって基線上に位置している。この図７の波形はそれらのピークを連絡する包絡線によって示されるものでもよい。

計測位置決定手段９８は、上記ピークタイム信号ＳＰに含まれる、血管２０の血管壁に対応する２群の波形に対応する２群のピークタイム信号波形の間の間隔として、その２群のピークタイム信号波形のうちの一方の群のピークタイム信号波形の終期に位置する波列の終点と他方の群のピークタイム信号波形の始期に位置する波列の始点とを、計測位置Ａ１およびＡ２として決定する。図７では、皮膚に近い側の血管壁からの第１の群のピークタイム信号波形が示されており、その終期に位置する波列の終点である計測位置Ａ１が示されている。

内腔径算出手段１００は、上記計測位置決定手段９８により決定されたピークタイム信号ＳＰ中の計測位置Ａ１と計測位置Ａ２との間の時間間隔ｔを算出し、予め記憶された関係（ｄ＝ｔ×Ｖ）からその時間間隔に基づいて、１拍中の所定のタイミングたとえば最低血圧時の血管２０の内腔径ｄを、たとえば１拍毎に逐次繰り返し算出する。その関係においてＶは生体中の音速であり、たとえば１５３０ｍ／ｓｅｃが用いられる。なお、１拍中の最高血圧時のタイミングで血管２０の内腔径ｄが測定されるようにしてもよい。

内皮機能評価値算出手段１０２は、血管内皮機能を評価するための評価値としての％ＦＭＤを、予め記憶された関係［＝１００×（ｄmax −ｄ）／ｄ］（但し、ｄは安静時の血管内腔径、ｄmax は阻血解放後の最大血管内腔径）から、上記内腔径算出手段１００により算出された血管内腔径ｄおよび最大血管内腔径ｄmax に基づいて算出する。

表示手段１０４は、上記内腔径算出手段１００により算出された内腔径ｄ、その内腔径ｄに対応する波形上の範囲と共に、その内腔径ｄの算出に用いられた前記ピークタイム信号ＳＰの２群のピークタイム信号波形を、画像表示装置３４上に表示させる。すなわち、図８乃至図１２のいずれかの表示例に示すように、表示手段１０４は、内腔径ｄの算出に用いられたピークタイム信号ＳＰの２群のピークタイム信号波形と、超音波断面画像生成手段９２により生成された二次元の超音波断面画像ＭＧとを、相互に対比可能に並列的に画像表示装置３４上に表示させる。また、表示手段１０４は、内腔径算出手段１００により算出された内腔径ｄの阻血解放後の経時的変化を示すトレンドグラフと、内皮機能評価値算出手段１０２によって算出された血管内皮機能を評価するための評価値である％ＦＭＤを、たとえば図１３に示すように画像表示装置３４の画面上の所定の表示場所において表示させる。

図８の画像表示装置３４における画面の表示例では、超音波断面画像生成手段９２によって生成された濃淡により示される二次元の超音波断面画像ＭＧが画面の左側に、ピークタイム信号生成手段９６により生成され、血管２０の血管壁に対応する２群の波形に対応する２群のピークタイム信号波形ＳＷ１およびＳＷ２を含むピークタイム信号ＳＰのピーク値の包絡線で示す波形が画面の右側に、対比可能に並列的に表示されている。上記画面において、超音波断面画像ＭＧは上下方向が皮膚からの深さ方向に対応するように表示され、ピークタイム信号ＳＰの波形はその時間軸すなわち距離軸が上下方向となるようにすなわち上記深さ方向と平行となるように表示されるとともに、超音波断面画像ＭＧには内腔径ｄの算出に用いられた反射信号ＳＲの経路Ｌが、ピークタイム信号ＳＰの波形には上記時間軸に相当する基線Ｍがそれぞれ表示される。また、上記ピークタイム信号ＳＰに含まれる２群のピークタイム信号波形ＳＷ１およびＳＷ２には計測位置決定手段９８により決定された計測位置Ａ１およびＡ２が表示されるとともに、内腔径算出手段１００により算出された血管２０の内腔径ｄが、上記２群のピークタイム信号波形ＳＷ１およびＳＷ２の間に、矢印の長さで示す距離と数値とでそれぞれ表示されている。また、上記超音波断面画像ＭＧ内の血管２０に対応する位置には、上記内腔径ｄが表示されている。また、上記超音波断面画像ＭＧは、所謂Ｂモード画像と称される白黒の濃淡画像であり、その中の血管２０の内部には、内腔径ｄの位置を示す矢印が表示される

図９の画像表示装置３４における画面の表示例では、図８と同様に、超音波断面画像生成手段９２によって生成された濃淡により示される二次元の超音波断面画像ＭＧと、ピークタイム信号生成手段９６により生成されたピークタイム信号ＳＰとが、両者が示す内腔寸法が同じ寸法となり且つ表示画面上において同じ高さ位置となるように、画像表示装置３４の画面に並列的に表示され、血管２０の内腔径ｄが２群のピークタイム信号波形ＳＷ１およびＳＷ２の間に矢印の長さで示す距離と数値とによりそれぞれ表示されている。また、それに加えて、上記ピークタイム信号ＳＰの基礎となる反射信号ＳＲの経路（破線）Ｌが超音波断面画像ＭＧ内に示されるとともに、ピークタイム信号ＳＰの基線Ｍが示されている。本表示例では、そのピークタイム信号ＳＰの基線Ｍは、生体中の音速Ｖを用いて時間軸から距離軸に変換されるとともに、上記超音波断面画像ＭＧ内の反射信号ＳＲの経路Ｌ上の位置と一致するように表示されているので、画面左側の超音波断面画像ＭＧ内の血管２０の位置と、画面右側のピークタイム信号ＳＰに含まれる２群のピークタイム信号波形ＳＷ１およびＳＷ２や、それら２群のピークタイム信号波形ＳＷ１およびＳＷ２の間の内腔径ｄを示す矢印の位置とが１対１に対応づけられている。超音波断面画像ＭＧにおいて血管２０内に示される円弧は内皮を示しており、内皮間の内腔径ｄが測定されていることが明らかに示されている。超音波断面画像ＭＧにおいて上側の内皮は明確に表示されないが、ピークタイム信号ＳＰのピークタイム信号波形ＳＷ１には、内皮に対応する小波列として把握されており、ピークタイム信号ＳＰを用いることによって、正確に内腔径ｄが測定される。なお、本表示例の超音波断面画像ＭＧはＢモード画像（生画像）から白黒反転して模式（記号）化された表示例を示しているが、図８に示すように、反射信号が強いほど白色に表示されるＢモード画像すなわち二次元の超音波断面画像がそのままで表示されてもよい。

図１０の画像表示装置３４における画面の表示例では、図９に示す表示例と同様の表示に加えて、上記ピークタイム信号ＳＰの基礎となる反射信号ＳＲの経路（破線）Ｌに平行な経路Ｌ’が超音波断面画像ＭＧ内に示されるとともに、その経路Ｌ’におけるピークタイム信号ＳＰ’およびその基線Ｍ’が示されている。血管２０の中心からずれた経路Ｌ’の反射波に対応するピークタイム信号ＳＰ’のピークタイム信号波形ＳＷ１では、内皮に対応する小波列が独立した形状とはならず、ピークタイム信号波形ＳＷ１の一部としてしか認識されないので、内腔径ｄ’がずれて測定される。本実施例では、２群のピークタイム信号波ＳＷ１およびＳＷ２の間隔が狭い方の内腔径ｄが測定されたことが確認されるので、測定の精度が一層高められる。

図１１の画像表示装置３４における画面の表示例では、図９の表示例と同様の表示が行われるが、ピークタイム信号ＳＰが表示される右側の画面の右側において、内腔径ｄの長さを示す矢印に変えて、画面を見易くするために、ピークタイム信号ＳＰの内腔径ｄの長さに対応する部分の線の太さおよび／または表示色を他の部分から変更することにより内腔径ｄの長さを示す表示が設けられている。

図１２の画像表示装置３４における画面の表示例では、血管２０が細く、超音波断面画像ＭＧ内において小さく表示される場合を示している。この場合には、ピークタイム信号ＳＰの基線Ｍの距離をその血管２０の径に対応させると、ピークタイム信号ＳＰも小さく表示されて見にくくなるので、ピークタイム信号ＳＰは図１１の場合と同様の大きさで超音波断面画像ＭＧ内の血管２０に対して相対的に拡大して表示されている。

図１４は、前記電子制御装置３２の制御作動の要部を説明するフローチャートである。図１４において、前記反射信号検出手段９０に対応するステップ（以下、ステップを省略する）Ｓ１では、前記超音波アレイ２４ａにより受信された一連の反射信号ＳＲのうち、血管２０の中心付近を通るたとえば図５に示す反射波が検出され、所定の記憶装置に読み込まれる。次いで、前記超音波断面画像生成手段９２に対応するＳ２では、上記反射波信号が検波され且つ２乗化して信号パワーに対応する信号に変換され、その信号パワーが包絡線処理して平滑化することにより滑らかに変化する平滑化信号に変換され、その平滑化信号の大きさを段階的な濃淡に変換することにより濃淡信号が生成され、その濃淡により示される二次元の超音波断面画像ＭＧが生成される。

次に、前記検波手段９４に対応するＳ３では、上記図５に示される反射信号ＳＲのうちの負の部分を正とする検波処理が実行され、図６に示されるような反射信号ＳＲの絶対値波形を示す信号に変換される。次いで、前記ピークタイム信号生成手段９６に対応するＳ４では、上記検波された反射信号ＳＲの波形のピークの大きさ（ピーク値）およびそのピークの時間位置を示すデータポイントで示される図７に示すピークタイム信号ＳＰが生成される。

前記計測位置決定手段９８に対応するＳ５では、上記ピークタイム信号ＳＰに含まれる、血管２０の血管壁に対応する２群の波形に対応する２群のピークタイム信号波形の間の間隔として、その２群のピークタイム信号波形のうちの第１群のピークタイム信号波形ＳＷ１の終期に位置する小波列と第２群のピークタイム信号波形ＳＷ２の始期に位置する小波列とが、たとえば、それらの振幅がピークタイム信号波形ＳＷ１またはＳＷ２の主峰とは別の山（ピーク値）を成すことに基づいて識別され、それら第１群のピークタイム信号波形ＳＷ１の終期に位置する小波列の終点と第２群のピークタイム信号波形ＳＷ２の始期に位置する小波列の始点とが、計測位置Ａ１およびＡ２としてそれぞれ決定される。たとえば、第１の群のピークタイム信号波形ＳＷ１の小波列のうちの所定値を越えた振幅のうち皮膚から遠い側の振幅が計測位置Ａ１と決定され、第２の群のピークタイム信号波形ＳＷ２の小波列のうちの所定値を越えた振幅のうち皮膚に近い側の振幅がＡ２として決定される。

前記内腔径算出手段１００に対応するＳ６では、上記計測位置Ａ１およびＡ２の間の時間間隔ｔが算出され、予め記憶された関係（ｄ＝ｔ×Ｖ）からその時間間隔ｔに基づいて血管２０の内腔径ｄが繰り返し算出される。

そして、前記表示手段１０４に対応するＳ７では、上記内腔径ｄ、その内腔径ｄに対応するピークタイム信号ＳＰの波形上の範囲（距離）と共に、その内腔径ｄの算出に用いられた前記ピークタイム信号ＳＰの２群のピークタイム信号波形ＳＷ１およびＳＷ２等が、画像表示装置３４上に表示される。すなわち、図８乃至図１２のいずれかの表示例に示すように、内腔径ｄ、その算出に用いられたピークタイム信号ＳＰの２群のピークタイム信号波形ＳＷ１およびＳＷ２と、超音波断面画像生成手段９２（Ｓ２）により生成された二次元の超音波断面画像ＭＧとが、相互に対比可能に並列的に画像表示装置３４上に表示される。

上述のように、本実施例の血管内皮機能検査装置（管状体内腔径測定装置）３０によれば、超音波プローブ１２から超音波を放射したときの動脈血管２０からの反射信号ＳＲが検出されると、その反射信号ＳＲに含まれる血管２０の管壁からの２群の反射波信号ＳＲ１およびＳＲ２に対応する、ピークタイム信号ＳＰのうちの２群のピークタイム信号波形ＳＷ１およびＳＷ２の間の間隔に基づいて血管内腔径ｄを算出する内腔径算出手段１００（Ｓ６）が備えられる。このため、反射信号ＳＲおよびそれから変換されたピークタイム信号ＳＰには微細な強弱の振幅がすべて含まれることにより重要な時間情報が残されており、上記超音波断面画像を表示させるための包絡線処理により消されてしまうような微細な動脈血管の内膜からの２群の反射波の間の間隔に基づいて血管内腔径ｄが算出されるため、血管内腔径ｄが正確に測定される。

また、本実施例の血管内皮機能検査装置（管状体内腔径測定装置）３０によれば、(a) 血管２０からの２群の反射波を含む反射信号ＳＲが検波された信号から各波形のピークの大きさおよびそのピークの時間位置で示されるピークタイム信号ＳＰを生成するピークタイム信号生成手段９６（Ｓ４）を備え、(b) 前記内腔径算出手段１００（Ｓ６）は、ピークタイム信号ＳＰのうちの血管２０の管壁からの反射による２群の波形に対応する２群のピークタイム信号波形ＳＷ１およびＳＷ２の間の間隔に基づいて血管内腔径ｄを算出するものであることから、血管内腔径ｄが正確に測定される。また、上記ピークタイム信号ＳＰは各波形のピークの値およびそのピークの時間位置で示されることから、サンプリングされた時間離散系の反射信号ＳＲに比較してデータ量が数分の１に減少し、メモリやハードディスクの容量を軽減でき、信号処理負荷も軽減される。

また、本実施例の血管内皮機能検査装置（管状体内腔径測定装置）３０によれば、(a) ピークタイム信号ＳＰのうちの２群のピークタイム信号波形に含まれる、前記ピークタイム信号波形ＳＷ１およびＳＷ２の間の間隔を計測するための計測位置をそれぞれ決定する計測位置決定手段９８（Ｓ５）を含み、(b) 内腔径算出手段１００（Ｓ６）は、その計測位置決定手段９８により決定された計測位置Ａ１およびＡ２の間の距離に基づいて血管内腔径ｄを算出するものであることから、計測位置決定手段９８によって決定された２群のピークタイム信号波形ＳＷ１およびＳＷ２に含まれる計測位置間の間隔に基づいて血管内腔径ｄが算出されるので、血管内腔径ｄが一層正確に測定される。

また、本実施例の血管内皮機能検査装置（管状体内腔径測定装置）３０によれば、計測位置決定手段９８（Ｓ５）は、ピークタイム信号ＳＰのうちの血管２０の管壁に対応する２群のピークタイム信号波形ＳＷ１およびＳＷ２の間の間隔として、その２群のピークタイム信号波形ＳＷ１およびＳＷ２のうちの第１群のピークタイム信号波形ＳＷ１の終期に位置する小波列の終点Ａ１と第２群のピークタイム信号波形ＳＷ２の始期に位置する小波列の始点Ａ２とを、計測位置として決定するものであることから、内腔径算出手段１００（Ｓ６）は、それら第１群のピークタイム信号波形ＳＷ１の終期に位置する小波列の終点Ａ１と第２群のピークタイム信号波形ＳＷ２の始期に位置する小波列の始点Ａ２との間隔に基づいて血管内腔径ｄを算出するので、血管内皮を考慮した血管内腔径ｄが一層正確に測定される。

また、本実施例の血管内皮機能検査装置（管状体内腔径測定装置）３０によれば、表示手段１０４（Ｓ７）によってピークタイム信号ＳＰの波形が画像表示装置３４上に表示されるので、画像表示装置３４の画面上において血管内腔径ｄを視認することができる。

また、本実施例の血管内皮機能検査装置（管状体内腔径測定装置）３０によれば、動脈２０からの反射信号ＳＲに基づいて生体１４の皮膚下の断面画像ＭＧを生成する超音波断面画像生成手段９２（Ｓ２）が含まれ、表示手段１０４（Ｓ７）によって、ピークタイム信号ＳＰの波形と上記断面画像ＭＧとが、そのピークタイム信号ＳＰの波形の時間軸とその断面画像の深さ方向とが平行なとなるように並列的に表示されるので、画像表示装置３４上において、ピークタイム信号ＳＰの波形が超音波断面画像ＭＧと並列的に対比させた状態で血管内腔径ｄを視認することができる。

また、本実施例の血管内皮機能検査装置（管状体内腔径測定装置）３０によれば、動脈２０からの反射信号ＳＲに基づいて生体１４の皮膚下の断面画像ＭＧを生成する超音波断面画像生成手段９２（Ｓ２）が含まれ、表示手段１０４（Ｓ７）によって、ピークタイム信号ＳＰの波形と上記断面画像ＭＧとが、そのピークタイム信号ＳＰに含まれる２群のピークタイム信号波形ＳＰ１の終点Ａ１およびＳＰ２の始点Ａ２の間隔寸法と断面画像ＭＧに示される管壁の内腔径ｄとが同じ寸法となり且つ前記画像表示装置において相互に同じ位置となるように表示させるものであることから、画像表示装置３４上において、ピークタイム信号ＳＰの２群のピークタイム信号波形ＳＰ１およびＳＰ２の間隔が超音波断面画像ＭＧの内腔と同じ高さ且つ同じ寸法で並列的に対比させた状態で管状体の内腔径ｄを一層容易に視認することができる。

次に、本発明の他の実施例を説明する。なお、実施例間において共通の部分は同一の符号を付して説明を省略する。

図１５は、前記電子制御装置３２の制御機能の要部を説明する機能ブロック線図である。本実施例では、前述の実施例のようにピークタイム信号ＳＰに変換することなく、反射信号ＳＲに含まれる２群の波形ＳＲ１およびＳＲ２から血管内腔径ｄを直接測定する点で相違する。すなわち、図１５において、計測位置決定手段９８は、反射信号検出手段９０により検出されたたとえば図５に示すような反射信号ＳＲに含まれる、血管２０の管壁からの２群の反射信号波ＳＲ１およびＳＲ２の間の間隔として、その２群の反射信号波ＳＲ１およびＳＲ２のうちの第１群の反射信号波ＳＲ１の小波列の終期に位置する終点Ａ１と第２群の反射信号波ＳＲ２の始期に位置する小波列の始点Ａ２とを、たとえば予め設定された位置判定値を振幅が越えた点に基づいて計測位置として決定する。内腔径算出手段１００は、それら第１群の反射信号波ＳＲ１の終期に位置する小波列の終点Ａ１と第２群の反射信号波ＳＲ２の始期に位置する小波列の始点Ａ２との間隔に基づいて血管内腔径ｄを算出する。表示手段１０４は、上記内腔径ｄ、その内腔径ｄに対応する反射信号ＳＲの波形上の範囲（距離）と共に、その内腔径ｄの算出に用いられた反射信号ＳＲの２群の反射信号波ＳＲ１およびＳＲ２等が、画像表示装置３４上に表示される。すなわち、図１６または図１７の表示例に示すように、内腔径ｄ、その算出に用いられた反射信号ＳＲの２群の反射信号波ＳＲ１およびＳＲ２と、超音波断面画像生成手段９２により生成された二次元の超音波断面画像ＭＧとが、相互に対比可能に並列的に画像表示装置３４の画面上に表示される。図１６または図１７の表示例に示される反射信号波形すなわちＲＦ信号におけるデータポイントは１００ＭＨｚでサンプリングされたデータポイントを示している。

図１６および図１７に示す画像表示装置３４の画面の表示例では、図９乃至図１１の表示例と同様に、超音波断面画像生成手段９２によって生成された濃淡により示される二次元の超音波断面画像ＭＧと、反射信号検出手段９０により検出された反射信号ＳＲとが、両者が示す内腔寸法が同じとなるように、画像表示装置３４の画面に並列的に表示され、血管２０の内腔径ｄが２群の反射信号波ＳＲ１およびＳＲ２の間に矢印の長さで示す距離と数値とによりそれぞれ表示されている。また、上記反射信号ＳＲの経路（破線）Ｌが超音波断面画像ＭＧ内に示されるとともに、反射信号ＳＲの基線Ｍが示されている。本表示例では、その反射信号ＳＲの基線Ｍは、生体中の音速Ｖを用いて時間軸から距離軸に変換されるとともに、上記超音波断面画像ＭＧ内の反射信号ＳＲの経路Ｌ上の位置と一致するように表示されているので、画面左側の超音波断面画像ＭＧ内の血管２０の位置と、画面右側の反射信号ＳＲに含まれる２群の反射信号波ＳＲ１およびＳＲ２や、それら２群の反射信号波ＳＲ１およびＳＲ２の間の内腔径ｄを示す矢印の位置とが１対１に対応づけられている。超音波断面画像ＭＧにおいて血管２０内に示される円弧は内皮を示しており、内皮間の内腔径ｄが測定されていることが明らかに示されている。超音波断面画像ＭＧにおいて上側の内皮は明確に表示されないが、反射信号ＳＲに含まれる２群の反射信号波ＳＲ１およびＳＲ２には、内皮からの反射に対応する小波列が連ねられており、反射信号ＳＲを用いることによって、正確に内腔径ｄが測定される。

図１６に示す表示例では、超音波断面画像ＭＧ内の血管２０内には内皮が一対の円弧状曲線で示されているが、図１７に示す表示例では、超音波断面画像ＭＧ内の血管２０内には内皮に対応する円弧状曲線が一カ所しか示されておらず、皮膚側に表示されるべき円弧状曲線が表示されていない。このような場合でも、反射信号ＳＲに含まれる第１群の反射信号波ＳＲ１には、内皮からの反射に対応する小波列が連ねられており、その小破裂の終点と第２群の反射信号波ＳＲ２に含まれる小波列の始点との間隔に基づいて内腔径ｄが算出されたことが、画面の右側に表示される。なお、本表示例の超音波断面画像ＭＧは超音波断面画像から白黒反転して模式（記号）化された表示例を示しているが、図８に示されるように所謂Ｂモード画像と称される、反射信号の強度に比例する濃淡により示される超音波断面画像がそのまま表示されてもよい。

図１８は、本実施例の電子制御装置３２の制御作動の要部を説明するフローチャートである。図１８において、前記反射信号検出手段９０に対応するＳ１１および超音波断面画像生成手段９２に対応するＳ１２では、前述の実施例のＳ１およびＳ２と同様に、超音波アレイ２４ａにより受信された一連の反射信号ＳＲのうち、血管２０の中心付近を通るたとえば図５に示す反射波が検出され、所定の記憶装置に読み込まれるとともに、上記反射信号ＳＲが検波され且つ２乗化して信号パワーに対応する信号に変換され、その信号パワーが包絡線処理して平滑化することにより滑らかに変化する平滑化信号に変換され、その平滑化信号の大きさを段階的な濃淡に変換することにより濃淡信号が生成され、その濃淡により示される二次元の超音波断面画像ＭＧが生成される。この二次元の超音波断面画像ＭＧは所謂Ｂモード画像と称されるものである。

次に、計測位置決定手段９８に対応するＳ１３では、上記反射信号ＳＲに含まれる、血管２０の血管壁に対応する２群の波形に対応する２群の反射信号波ＳＲ１およびＳＲ２の間の間隔として、その２群の反射信号波ＳＲ１およびＳＲ２のうちの第１群の反射信号波ＳＲ１の終期に位置する小波列と第２群の反射信号波ＳＲ２の始期に位置する小波列とが、たとえば、それらの振幅が反射信号波ＳＲ１またはＳＲ２の主峰とは別の山（ピーク値）を成すことに基づいて識別され、それら第１群の反射信号波ＳＲ１の終期に位置する小波列の終点と第２群の反射信号波ＳＲ２の始期に位置する小波列の始点とが、計測位置Ａ１およびＡ２としてそれぞれ決定される。たとえば、第１の群の反射信号波ＳＲ１の小波列のうちの所定値を越えた振幅のうち皮膚から遠い側の振幅が計測位置Ａ１と決定され、第２群の反射信号波ＳＲ２の小波列のうちの所定値を越えた振幅のうち皮膚に近い側の振幅がＡ２として決定される。

前記内腔径算出手段１００に対応するＳ１４では、上記計測位置Ａ１およびＡ２の間の時間間隔ｔが算出され、予め記憶された関係（ｄ＝ｔ×Ｖ）からその時間間隔ｔに基づいて血管２０の内腔径ｄが繰り返し算出される。表示手段１０４に対応するＳ１５では、上記内腔径ｄ、その内腔径ｄに対応する反射信号ＳＲの波形上の範囲（距離）と共に、その内腔径ｄの算出に用いられた反射信号ＳＲの２群の反射信号波ＳＲ１およびＳＲ２等が、画像表示装置３４上に表示される。すなわち、図１６乃至図１７のいずれかの表示例に示すように、内腔径ｄ、その算出に用いられた反射信号ＳＲの２群の反射信号波ＳＲ１およびＳＲ２と、超音波断面画像生成手段９２（Ｓ１２）により生成された二次元の超音波断面画像ＭＧとが、相互に対比可能に並列的に画像表示装置３４上に表示される。

上述のように、本実施例の血管内皮機能検査装置（管状体内腔径測定装置）３０によれば、超音波プローブ１２から超音波を放射したときの動脈血管２０からの反射信号ＳＲが検出されると、その反射信号ＳＲに含まれる血管２０の管壁からの２群の反射波信号ＳＲ１およびＳＲ２に対応する、反射信号ＳＲのうちの２群の反射信号波ＳＲ１およびＳＲ２の間の間隔に基づいて血管内腔径ｄを算出する内腔径算出手段１００（Ｓ１４）が備えられる。このため、反射信号ＳＲには微細な強弱の振幅がすべて含まれており、超音波断面画像を表示させるための包絡線処理により消されてしまうような微細な動脈血管の内膜からの２群の反射波の間の間隔に基づいて血管内腔径ｄが算出されるため、血管内腔径ｄが正確に測定される。

図１９に示す表示例は、図４の実施例と同様に装置によって静脈或いはリンパ管の内腔径が測定された場合のものである。静脈或いはリンパ管は、動脈に比較して管壁が薄く内皮が存在しないため、ピークタイム信号ＳＰに含まれる２群の波形ＳＷ１およびＳＷ２のうち、第１波形ＳＷ１の終端部と第２波形ＳＷ２の始端部の所定値を超える立ち上がり点が計測位置Ａ１およびＡ２として決定され、それら計測位置Ａ１およびＡ２の間の時間間隔ｔが算出され、予め記憶された関係（ｄ＝ｔ×Ｖ）からその時間間隔ｔに基づいて血管２０の内腔径ｄが算出される。図１９の右側部分には、実際には表示されないが、測定精度を示すために、静脈或いはリンパ管の実際の断面画像ＲＧを寸法を対比させて示している。図１９に示されるように、反射点は音響インピーダンスが急変する境界面であるから、その境界面に相当する位置を始点として反射波が所定期間連続するので、必ずしも上記計測位置Ａ１およびＡ２が実際の断面画像ＲＧの内腔の境界には相当しないが、計測位置Ａ１およびＡ２はそれぞれ所定時間遅れて決定されるので、高い測定精度が得られる。

図２０に示す表示例は、図４の実施例と同様に装置によって静脈或いはリンパ管の内腔径が測定された場合であって、上記反射波の連続する期間が長い場合を例示している。このように反射波の連続する期間が長い場合は、超音波断面画像ＭＧの管壁は実際とは相当すれて表示されるが、本実施例のように、ピークタイム信号ＳＰに含まれる２群のピークタイム信号波ＳＷ１およびＳＷ２のうち、第１群のピークタイム信号波ＳＷ１の終端部と第２群のピークタイム信号波ＳＷ２の始端部の所定値を超える立ち上がり点が計測位置Ａ１およびＡ２として決定され、それら計測位置Ａ１およびＡ２の間の時間間隔ｔが算出され、予め記憶された関係（ｄ＝ｔ×Ｖ）からその時間間隔ｔに基づいて血管２０の内腔径ｄが算出される場合は、右側に示す実際の断面画像ＲＧと対比して明らかなように、高い測定精度が維持される。

以上、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明したが、本発明はその他の態様においても適用され得る。

たとえば、前述の図１乃至図１４の実施例では、反射信号ＳＲからピーク値おおよびその時間位置を示すデータから成るように変換された図７に示すピークタイム信号ＳＰに含まれる２群のピークタイム信号波形ＳＷ１およびＳＷ２が用いられていたが、図７の破線に示すように、ピークタイム信号ＳＰのピーク値を曲線補完或いは直線補完により連結した包絡線から成るピークタイム信号波形ＳＷ１およびＳＷ２が用いられてもよい。同様に、図１５乃至１９の実施例では、反射信号ＳＲに含まれる２群の反射信号波ＳＲ１およびＳＲ２が用いられていたが、それらのピーク値を連結した包絡線から成る反射信号波ＳＲ１およびＳＲ２が用いられてもよい。

また、前述の図９乃至図１８の実施例では、画像表示装置３４の画面には、超音波断面画像生成手段９２（Ｓ１２）により生成された二次元の超音波断面画像ＭＧが、ピークタイム信号ＳＰ或いは反射信号ＳＲの波形と対比可能に表示されていたが、上記超音波断面画像ＭＧは必ずしも表示されていなくてもよい。

また、前述の実施例では、超音波プローブ１２を保持するために２つのリンク機構４８、５０から構成されたセンサ保持装置１０が用いられていたが、伸縮アーム、ロボットアームなどを備えた他の構成のセンサ保持装置が用いられてもよいし、超音波プローブ１２は腕帯等によって生体１４の上腕等に直接装着されてもよい。また、上記超音波プローブ１２はオペレータの手で保持された状態で使用されてもよい。

なお、上述したのは、あくまでも一実施形態であり、本発明は当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を加えた態様で実施することができる。

本発明の一実施例の血管内皮機能検査装置の構成を概略説明する図である。 図１のセンサ保持装置の先端部において、超音波アレイを保持する自在継手およびストッパ装置の構成を拡大して説明する図である。 図１の実施例において、超音波プローブの先端部に設けられた超音波アレイと超音波駆動制御回路と電子制御装置とを含む電気的構成を詳しく示す図である。 図１の電子制御装置の制御機能の要部を説明する機能ブロック線図である。 図３の反射信号検出手段により検出された反射信号の一部を示す図である。 図３の検波手段により検波された反射信号の一部を示す図である。 図３のピークタイム信号生成手段により生成されたピークタイム信号の一部を示す図である。 図３の表示手段による超音波断面画像ＭＧとピークタイム信号ＳＰとの並列表示例を示す図である。 図３の表示手段による超音波断面画像ＭＧとピークタイム信号ＳＰとの並列表示例を示す図である。 図３の表示手段による超音波断面画像ＭＧとピークタイム信号ＳＰとの並列表示例を示す図である。 図３の表示手段による超音波断面画像ＭＧとピークタイム信号ＳＰとの並列表示例を示す図である。 図３の表示手段による超音波断面画像ＭＧとピークタイム信号ＳＰとの並列表示例を示す図である。 図３の表示手段による、内腔径の変化を示すトレンドグラフおよび血管内皮機能を評価するための評価値である％ＦＭＤの表示例を示す図である。 図１の電子制御装置の制御作動の要部を説明するフローチャートである。 本発明の他の実施例における電子制御装置の制御機能の要部を説明する機能ブロック線図である。 図１５の表示手段による超音波断面画像ＭＧと反射信号ＳＲとの並列表示例を示す図である。 図１５の表示手段による超音波断面画像ＭＧと反射信号ＳＲとの並列表示例を示す図である。 図１５の実施例における電子制御装置の制御作動の要部を説明するフローチャートである。 本発明の他の実施例であって、図４の実施例と同様に装置によって静脈或いはリンパ管の内腔径が測定された場合の表示例を示している。 図１９と同様の実施例であるが、超音波インピーダンスが急変する境界層から反射される反射波の連続する期間が長い場合の表示例を示している。

符号の説明

１２：超音波プローブ
１４：生体
１８：皮膚
３０：血管内皮機能検査装置（生体内管状体の内腔径測定装置）
９０：反射信号検出手段
９２：超音波断面画像生成手段
９６：ピークタイム信号生成手段
９８：計測位置決定手段
１００：内腔径算出手段
１０４：表示手段

Claims (13)

1. 生体の皮膚上の超音波プローブから超音波を放射することにより該皮膚下の管状体の内腔径を測定する生体内管状体の内腔径測定装置であって、
   前記超音波プローブから超音波を放射したときの前記管状体からの反射信号を検出する反射信号検出手段と、
   前記管状体からの反射信号に含まれる、前記管状体の管壁からの２群の反射波の間の間隔に基づいて前記管状体の内腔径を算出する内腔径算出手段とを、含むことを特徴とする生体内管状体の内腔径測定装置。
2. 前記管状体からの２群の反射波を含む反射信号が検波された信号から各波形のピークの大きさおよびそのピークの時間位置で示されるピークタイム信号を生成するピークタイム信号生成手段を備え、
   前記内腔径算出手段は、該ピークタイム信号生成手段により生成された前記ピークタイム信号のうちの前記２群の反射波に対応する２群のピークタイム信号波形の間の間隔に基づいて前記管状体の内腔径を算出するものであることを特徴とする請求項１の生体内管状体の内腔径測定装置。
3. 前記ピークタイム信号のうちの前記２群の反射波に対応する２群のピークタイム信号波形の間の間隔を計測するための計測位置をそれぞれ決定する計測位置決定手段を含み、
   前記内腔径算出手段は、該計測位置決定手段により決定された計測位置の間の距離に基づいて前記管状体の内腔径を算出するものであることを特徴とする請求項２の生体内管状体の内腔径測定装置。
4. 前記計測位置決定手段は、前記ピークタイム信号のうちの前記２群の反射波に対応する２群のピークタイム信号波形の間の間隔として、該２群のピークタイム信号波形のうちの一方の群のピークタイム信号波形の終期に位置する波列の終端部と他方の群のピークタイム信号波形の始期に位置する波列の始端部とを、計測位置として決定するものであることを特徴とする請求項３の生体内管状体の内腔径測定装置。
5. 前記２群のピークタイム信号波形を含むピークタイム信号を画像表示装置上に表示させる表示手段を含むことを特徴とする請求項２乃至４のいずれかの生体内管状体の内腔径測定装置。
6. 前記管状体からの反射信号に基づいて前記生体の皮膚下の断面画像を生成する超音波断面画像生成手段を含み、
   前記表示手段は、前記ピークタイム信号の波形と前記断面画像とを、該ピークタイム信号の波形の時間軸と該断面画像の深さ方向とが平行となるように、前記画像表示装置上に並列的に表示させるものであることを特徴とする請求項５の生体内管状体の内腔径測定装置。
7. 前記表示手段は、前記ピークタイム信号に含まれる２群のピークタイム信号波形の間隔寸法が前記断面画像に示される管壁の内腔径と同じ寸法となり且つ前記画像表示装置において同じ位置となるように表示させるものであることを特徴とする請求項６の生体内管状体の内腔径測定装置。
8. 前記反射信号検出手段により検出された前記管状体からの反射信号に含まれる、前記管状体の管壁からの２群の反射波の間の間隔を計測するための計測位置をそれぞれ決定する計測位置決定手段を含み、
   前記内腔径算出手段は、該計測位置決定手段により決定された計測位置の間の間隔に基づいて前記管状体内腔径を算出するものであることを特徴とする請求項１の生体内管状体の内腔径測定装置。
9. 前記計測位置決定手段は、前記管状体からの反射信号のうちの前記２群の反射波の間隔として、該２群の反射波のうちの一方の群の終期に位置する波列の終端部と他方の群の始期に位置する波列の始端部とを、計測位置として決定するものであることを特徴とする請求項８の生体内管状体の内腔径測定装置。
10. 前記反射信号の波形を画像表示装置上に表示させる表示手段を含むことを特徴とする請求項８または９の生体内管状体の内腔径測定装置。
11. 前記管状体からの反射信号に基づいて前記生体の皮膚下の断面画像を生成する超音波断面画像生成手段を含み、
    前記表示手段は、前記反射信号の波形と前記断面画像とを、該反射信号の波形の時間軸と該断面画像の深さ方向とが平行となるように、前記画像表示装置上に並列的に表示させるものであることを特徴とする請求項１０の生体内管状体の内腔径測定装置。
12. 前記表示手段は、前記反射信号の２群の反射波の間隔寸法が前記断面画像に示される管壁の内腔径と同じ寸法となり且つ前記画像表示装置において同じ位置となるように表示させるものであることを特徴とする請求項１１の生体内管状体の内腔径測定装置。
13. 前記管状体は、前記生体内の動脈、静脈、リンパ管のいずれかであることを特徴とする請求項１乃至１２のいずれかの生体内管状体の内腔径測定装置。
    

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