JP2014111209A - Blood vessel diameter measurement device and blood vessel diameter measurement method - Google Patents

Blood vessel diameter measurement device and blood vessel diameter measurement method Download PDF

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PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a blood vessel diameter measurement device capable of correctly measuring the diameter of a blood vessel.SOLUTION: The blood vessel diameter measurement device includes a control circuit for calculating the outer diameter and the inner diameter of a blood vessel on the basis of arrival times from the sending of ultrasonic waves from three ultrasonic arrays 11 to the arrival of the ultrasonic waves at the ultrasonic arrays 11 after reflection against a blood vessel. The control circuit includes: a signal delay circuit for controlling the sending angles of the ultrasonic waves so as to allow the ultrasonic waves to pass the center of the vessel; a reception measurement unit for measuring a first arrival time of a first reflection wave that is reflected against a blood vessel and arrives at the ultrasonic array 11 first and a second arrival time of a second reflection wave that arrives at the ultrasonic array 11 after a predetermined time elapse from the first arrival time; an outer diameter calculation unit for calculating the outer diameter R of a blood vessel on the basis of the first arrival times of the three first reflection waves; and an inner diameter calculation unit for calculating the inner diameter r of a blood vessel on the basis of the second arrival times of the three second reflection waves.

Description

本発明は、超音波を用いて生体内の血管の径を測定する血管径測定装置に関する。   The present invention relates to a blood vessel diameter measuring device that measures the diameter of a blood vessel in a living body using ultrasonic waves.

従来、超音波を用いて生体内の血管の径を測定する測定装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。
この特許文献1の測定装置では、血管の軸方向と交差する方向に第1アレイ及び第2アレイが設けられた超音波プローブを備える。各アレイは、それぞれ複数の超音波素子を有する。そして、各アレイにおいて、複数の超音波素子は、超音波を互いに平行となるように血管に発信し、血管で反射された超音波を受信している。これにより、超音波の発信から受信までの時間を計測して、この時間に基づいて血管の径を算出している。
2. Description of the Related Art Conventionally, a measuring apparatus that measures the diameter of a blood vessel in a living body using ultrasonic waves is known (see, for example, Patent Document 1).
The measurement apparatus of Patent Document 1 includes an ultrasonic probe in which a first array and a second array are provided in a direction that intersects the axial direction of a blood vessel. Each array has a plurality of ultrasonic elements. In each array, the plurality of ultrasonic elements transmit ultrasonic waves to the blood vessels so as to be parallel to each other, and receive ultrasonic waves reflected by the blood vessels. Thereby, the time from the transmission of the ultrasonic wave to the reception is measured, and the diameter of the blood vessel is calculated based on this time.

特許第4441664号公報Japanese Patent No. 4444164

ところで、超音波素子から超音波が血管の壁面に対して直交方向に発信される場合には、血管の壁面で反射される超音波の強度は低下することがなく、超音波素子は反射された超音波を正確に受信できる。しかしながら、特許文献1のような測定装置では、超音波が互いに平行となるように血管の壁面に発信されるため、血管の中心を通る超音波以外は、血管の壁面に対して直交せずに発信されることとなる。このため、血管の壁面に対して直交せずに発信された超音波は、血管の壁面で反射される超音波の強度が低下し、超音波素子は反射された超音波を正確に受信できない。これにより、正確な血管の径を測定できないおそれがある。
また、血管壁の肉厚部分が薄い場合や血管が収縮している場合には、反射された超音波が血管の内壁または外壁のいずれで反射されたものか判別できないため、正確な血管の径を算出できないおそれがある。
By the way, when the ultrasonic wave is transmitted from the ultrasonic element in a direction orthogonal to the wall surface of the blood vessel, the intensity of the ultrasonic wave reflected on the wall surface of the blood vessel does not decrease, and the ultrasonic element is reflected. Ultrasonic waves can be received accurately. However, in a measuring apparatus such as Patent Document 1, since ultrasonic waves are transmitted to the wall surface of the blood vessel so that they are parallel to each other, the ultrasonic waves passing through the center of the blood vessel are not orthogonal to the wall surface of the blood vessel. It will be sent. For this reason, the ultrasonic wave transmitted without being orthogonal to the wall surface of the blood vessel has a reduced intensity of the ultrasonic wave reflected by the wall surface of the blood vessel, and the ultrasonic element cannot receive the reflected ultrasonic wave accurately. Thereby, there is a possibility that an accurate blood vessel diameter cannot be measured.
In addition, when the vessel wall is thin or the vessel is contracted, it is impossible to determine whether the reflected ultrasound is reflected by the inner wall or the outer wall of the blood vessel. May not be calculated.

本発明の目的は、正確な血管の径を測定できる血管径測定装置を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a blood vessel diameter measuring apparatus capable of measuring an accurate blood vessel diameter.

本発明の血管径測定装置は、生体に接触するプローブに設けられた少なくとも3つの超音波アレイと、前記超音波アレイから超音波が発信されてから前記生体内の血管で反射して前記超音波アレイに到達するまでの到達時間に基づいて前記血管の外径及び内径を算出する制御回路と、を備え、前記超音波アレイは、複数の超音波素子が走査方向に沿って一方向に配設されたライン状アレイ構造を有し、前記制御回路は、前記少なくとも3つの超音波アレイのそれぞれに対応して、前記複数の超音波素子の各々が超音波を発信するタイミングを前記走査方向に対して順に遅延させることで、前記超音波アレイから発信される超音波が前記血管の中心を通過するように超音波の前記走査方向に対する発信角度を制御
する発信角度制御部と、前記発信された超音波が前記血管で反射されて、最も早く前記超音波アレイに到達する第1反射波の第1到達時間を測定する第1反射波測定部と、前記第1到達時間を基準として設定される所定時間の範囲内に前記超音波アレイに到達した第2反射波の第2到達時間を測定する第2反射波測定部と、を備え、更に、前記少なくとも3つの超音波アレイのそれぞれに対応して測定された少なくとも3つの前記第1到達時間に基づいて前記血管の外径を算出する外径算出部と、前記少なくとも3つの超音波アレイのそれぞれに対応して測定された少なくとも3つの前記第2到達時間に基づいて前記血管の内径を算出する内径算出部と、を備えることを特徴とする。
The blood vessel diameter measuring apparatus according to the present invention includes at least three ultrasonic arrays provided on a probe that contacts a living body, and the ultrasonic waves reflected from the blood vessels in the living body after ultrasonic waves are transmitted from the ultrasonic array. A control circuit that calculates an outer diameter and an inner diameter of the blood vessel based on an arrival time until it reaches the array, and the ultrasonic array includes a plurality of ultrasonic elements arranged in one direction along a scanning direction. The control circuit has a timing corresponding to each of the at least three ultrasonic arrays, the timing at which each of the plurality of ultrasonic elements emits an ultrasonic wave in the scanning direction. The transmission angle control unit for controlling the transmission angle of the ultrasonic wave with respect to the scanning direction so that the ultrasonic wave transmitted from the ultrasonic array passes through the center of the blood vessel. The first reflected wave measuring unit that measures the first arrival time of the first reflected wave that is reflected by the blood vessel and reaches the ultrasonic array earliest, and the first arrival time is set as a reference And a second reflected wave measuring unit that measures a second arrival time of the second reflected wave that has reached the ultrasonic array within a predetermined time range, and each of the at least three ultrasonic arrays. An outer diameter calculator that calculates an outer diameter of the blood vessel based on at least three first arrival times measured in correspondence, and at least three measured in correspondence with each of the at least three ultrasonic arrays. An inner diameter calculating unit that calculates an inner diameter of the blood vessel based on the second arrival time.

本発明によれば、超音波が血管の中心を通過するように、超音波の発信角度を制御する発信角度制御部を備えるので、血管の壁面に対して直交する方向に確実に超音波を発信させることができ、前述した従来のような反射波の強度の低下を防止することができ、確実に反射波を受信できる。
また、超音波の発信後、受信するまでの時間が最短となる第1反射波の第1到達時間を測定する第1反射波測定部、及び第1到達時間を基準として設定される所定時間の範囲内に超音波アレイに到達した第2反射波の第2到達時間を測定する第2反射波測定部を備える。ここで、第1反射波は、超音波アレイから最も近い位置の血管の外壁で反射した超音波である。そして、「所定時間の範囲内に超音波アレイに到達した第2反射波」とは、第1反射波の次に血管の内壁で反射する反射波を受信すると予測される時間を経過した後から超音波アレイから最も遠い血管の外壁で反射した反射波を受信すると予測される時間までの範囲内に超音波アレイに到達した反射波である。
これによれば、例えば、第1反射波の次に血管の内壁で反射する反射波、及び超音波アレイから最も遠い血管の外壁で反射した反射波を受信することを除くことができ、第1反射波、及び所定時間後に到達した第2反射波を確実に区別して受信することが可能となる。従って、超音波の血管での所望の反射位置をより正確に検出することができる。
そして、外径算出部は、第1反射波の第1到達時間から検出された少なくとも3つの反射位置の座標に基づいて、血管の外径を正確に算出できる。また、内径算出部は、第2反射波の第2到達時間から検出された少なくとも3つの反射位置の座標に基づいて、血管の内径を正確に算出できる。
According to the present invention, since the transmission angle control unit that controls the transmission angle of the ultrasonic wave is provided so that the ultrasonic wave passes through the center of the blood vessel, the ultrasonic wave is reliably transmitted in a direction orthogonal to the wall surface of the blood vessel. Therefore, it is possible to prevent a decrease in the intensity of the reflected wave as in the prior art, and to receive the reflected wave reliably.
In addition, the first reflected wave measuring unit that measures the first arrival time of the first reflected wave that takes the shortest time to receive after the transmission of the ultrasonic wave, and the predetermined time set with reference to the first arrival time A second reflected wave measuring unit that measures the second arrival time of the second reflected wave that has reached the ultrasonic array within the range is provided. Here, the first reflected wave is an ultrasonic wave reflected by the outer wall of the blood vessel closest to the ultrasonic array. And, “the second reflected wave that has reached the ultrasonic array within a predetermined time range” means that after a time predicted to receive the reflected wave reflected on the inner wall of the blood vessel next to the first reflected wave, has elapsed. This is a reflected wave that reaches the ultrasonic array within a range up to a time predicted to receive a reflected wave reflected by the outer wall of the blood vessel farthest from the ultrasonic array.
According to this, for example, it is possible to exclude receiving a reflected wave reflected on the inner wall of the blood vessel next to the first reflected wave and a reflected wave reflected on the outer wall of the blood vessel farthest from the ultrasonic array. It is possible to reliably distinguish and receive the reflected wave and the second reflected wave that arrives after a predetermined time. Therefore, a desired reflection position in the ultrasonic blood vessel can be detected more accurately.
The outer diameter calculation unit can accurately calculate the outer diameter of the blood vessel based on the coordinates of at least three reflection positions detected from the first arrival time of the first reflected wave. The inner diameter calculation unit can accurately calculate the inner diameter of the blood vessel based on the coordinates of at least three reflection positions detected from the second arrival time of the second reflected wave.

本発明の血管径測定装置では、前記制御回路は、前記少なくとも3つの超音波アレイのうちの2つの前記超音波アレイのそれぞれに対応して、前記発信角度制御部により前記発信角度を変えて前記超音波アレイから発信された複数の超音波のうち、前記血管で反射されて最も遅く前記超音波アレイに到達する最遅到達反射波が計測された超音波の前記発信角度を得て、前記2つの前記超音波アレイのそれぞれに対応して得られた2つの前記最遅到達反射波が計測された超音波の前記発信角度に基づいて、前記血管の中心位置を推定する中心位置推定部を備えることが好ましい。   In the blood vessel diameter measuring device of the present invention, the control circuit changes the transmission angle by the transmission angle control unit corresponding to each of two of the at least three ultrasonic arrays. Among the plurality of ultrasonic waves transmitted from the ultrasonic array, obtain the transmission angle of the ultrasonic wave that is measured by the latest arrival reflected wave that is reflected by the blood vessel and reaches the ultrasonic array latest, and the 2 A central position estimating unit for estimating the central position of the blood vessel based on the transmission angle of the ultrasonic waves obtained by measuring the two latest arrival reflected waves obtained corresponding to each of the two ultrasonic arrays It is preferable.

本発明によれば、中心位置推定部は、少なくとも2つの超音波アレイから発信された超音波が最も遅く超音波アレイに到達する少なくとも2つの最遅到達反射波が計測された際の超音波の各発信角度に基づいて、血管の中心位置を推定するので、3つの超音波アレイを用いて中心位置を推定する場合と比べると、処理速度を向上させることができる。   According to the present invention, the center position estimation unit detects ultrasonic waves when at least two latest arrival reflected waves at which the ultrasonic waves transmitted from the at least two ultrasonic arrays reach the ultrasonic array are measured at the latest. Since the central position of the blood vessel is estimated based on each transmission angle, the processing speed can be improved as compared with the case where the central position is estimated using three ultrasonic arrays.

本発明の血管径測定装置では、前記第2反射波測定部は、前記第1反射波から前記第2反射波までの間に反射波の未振幅期間が少なくとも1つあるか否かを判定することが好ましい。   In the blood vessel diameter measuring device according to the present invention, the second reflected wave measuring unit determines whether or not there is at least one non-amplitude period of the reflected wave between the first reflected wave and the second reflected wave. It is preferable.

本発明によれば、第2反射波測定部は第1反射波から第2反射波までの間に未振幅期間が少なくとも1つあるか否かを判定するので、例えば、第1反射波と第2反射波とが連続しているような反射波を検出することができる。これによれば、第2反射波測定部は、反射波が連続していることを検出すると、未振幅期間を検出するまで、超音波を発信して反射波を測定するようにすれば、第1反射波の反射位置、及び第2反射波の反射位置を明確に特定することができ、血管の径の正確な測定をすることができる。   According to the present invention, the second reflected wave measuring unit determines whether there is at least one non-amplitude period between the first reflected wave and the second reflected wave. A reflected wave that is continuous with two reflected waves can be detected. According to this, when the second reflected wave measuring unit detects that the reflected wave is continuous, the ultrasonic wave is transmitted and the reflected wave is measured until the non-amplitude period is detected. The reflection position of the first reflected wave and the reflection position of the second reflected wave can be clearly specified, and the diameter of the blood vessel can be accurately measured.

本発明の血管径測定装置では、前記外径算出部は、前記少なくとも3つの超音波アレイのそれぞれに対応して算出された少なくとも3点の前記第1反射波の前記血管における反射位置の座標に基づいて前記血管の中心座標を算出し、前記内径算出部は、前記少なくとも3つの超音波アレイのそれぞれに対応して算出された少なくとも3点の前記第2反射波の前記血管における反射位置の座標に基づいて前記血管の中心座標を算出し、前記制御回路は、前記外径算出部により算出された前記血管の中心座標と前記内径算出部により算出された前記血管の中心座標との間のずれ量が所定の閾値を超えているか否かを判定し、前記閾値を超えている場合には、警告を出力する警告出力部を備えることが好ましい。   In the blood vessel diameter measuring device according to the present invention, the outer diameter calculation unit may calculate the coordinates of the reflection positions in the blood vessel of the at least three first reflected waves calculated corresponding to each of the at least three ultrasonic arrays. The center coordinate of the blood vessel is calculated based on the coordinates, and the inner diameter calculation unit coordinates the reflection position in the blood vessel of the at least three second reflected waves calculated corresponding to each of the at least three ultrasonic arrays. And calculating the center coordinate of the blood vessel based on the difference between the center coordinate of the blood vessel calculated by the outer diameter calculation unit and the center coordinate of the blood vessel calculated by the inner diameter calculation unit. It is preferable to provide a warning output unit that determines whether or not the amount exceeds a predetermined threshold and outputs a warning when the amount exceeds the threshold.

ところで、血管が収縮したり、またプローブを生体に密着しすぎて血管の形状が円形状となっていない場合には、外径算出部で算出した中心座標と、内径算出部で算出した中心座標とが異なるおそれがある。
そこで、本発明によれば、各中心座標のずれ量を所定の閾値と比較する警告出力部を備え、この警告出力部は、ずれ量が閾値を超えている場合には警告を出力する。これによれば、例えば、利用者が警告を受けた後に、プローブを検査対象位置に再度取り付け直しなどしてから再測定して、各中心座標のずれ量が閾値より小さくなるまで行うことで、より正確な血管の中心座標を求めることができ、正確な血管の径の測定が可能となる。
By the way, if the blood vessel contracts or the probe is too close to the living body and the shape of the blood vessel is not circular, the center coordinates calculated by the outer diameter calculation unit and the center coordinates calculated by the inner diameter calculation unit May be different.
Therefore, according to the present invention, a warning output unit that compares the deviation amount of each center coordinate with a predetermined threshold value is provided, and this warning output unit outputs a warning when the deviation amount exceeds the threshold value. According to this, for example, after the user receives a warning, re-measurement after re-attaching the probe to the inspection target position, etc., until the deviation amount of each center coordinate becomes smaller than the threshold value, More accurate blood vessel center coordinates can be obtained, and the blood vessel diameter can be accurately measured.

本発明の血管径測定装置では、前記制御回路は、前記少なくとも3つの超音波アレイのうちの2つの前記超音波アレイのそれぞれに対応して、前記発信角度制御部により前記発信角度を変えて前記超音波アレイから発信された複数の超音波のうち、前記血管で反射されて最も遅く前記超音波アレイに到達する最遅到達反射波が計測された超音波の前記発信角度を得て、前記2つの前記超音波アレイのそれぞれに対応して得られた2つの前記最遅到達反射波が計測された超音波の前記発信角度に基づいて、前記血管の中心位置を推定する中心位置推定部と、前記中心位置推定部で推定された前記血管の中心推定位置と、前記外径算出部で算出された前記血管の中心座標及び前記内径算出部で算出された前記血管の中心座標とのずれ量が所定の閾値を超えているか否かを判定し、少なくとも一方のずれ量が前記閾値を超えている場合には、警告を出力する警告出力部とを備えることが好ましい。   In the blood vessel diameter measuring device of the present invention, the control circuit changes the transmission angle by the transmission angle control unit corresponding to each of two of the at least three ultrasonic arrays. Among the plurality of ultrasonic waves transmitted from the ultrasonic array, obtain the transmission angle of the ultrasonic wave that is measured by the latest arrival reflected wave that is reflected by the blood vessel and reaches the ultrasonic array latest, and the 2 A center position estimating unit for estimating the center position of the blood vessel based on the transmission angle of the ultrasonic waves obtained by measuring the two latest arrival reflected waves obtained corresponding to each of the two ultrasonic arrays; A deviation amount between the center estimated position of the blood vessel estimated by the center position estimating unit, the center coordinates of the blood vessel calculated by the outer diameter calculating unit, and the center coordinates of the blood vessel calculated by the inner diameter calculating unit. Predetermined threshold Determines whether exceeds, when at least one of the displacement amount exceeds the threshold value, it is preferable and a warning output unit that outputs a warning.

本発明によれば、警告出力部は、推定された血管の中心推定位置と、外径算出部及び内径算出部で算出される中心座標とのずれ量を比較し、ずれ量が閾値を超えている場合には警告を出力する。この場合には前述と同様に、プローブを取り付け直して、再測定することで、より正確な血管の中心座標を求めることができ、正確な血管の径の測定が可能となる。   According to the present invention, the warning output unit compares a deviation amount between the estimated center position of the blood vessel and the center coordinates calculated by the outer diameter calculation unit and the inner diameter calculation unit, and the deviation amount exceeds the threshold value. If it is, a warning is output. In this case, as described above, by reattaching the probe and performing re-measurement, it is possible to obtain a more accurate blood vessel center coordinate and to accurately measure the blood vessel diameter.

本発明に係る本実施形態の血管径測定装置の外観を示す図。The figure which shows the external appearance of the blood vessel diameter measuring apparatus of this embodiment which concerns on this invention. 前記実施形態のプローブの概略構成を示す平面図。The top view which shows schematic structure of the probe of the said embodiment. 前記実施形態の超音波アレイを拡大した拡大平面図、及びその断面図。The enlarged plan view which expanded the ultrasonic array of the said embodiment, and its sectional drawing. 前記実施形態の各超音波素子に入力する駆動信号を、△tだけ順に遅延させて、入力した際の超音波の発信角度を示す図。The figure which shows the transmission angle of the ultrasonic wave at the time of delaying the drive signal input into each ultrasonic element of the said embodiment by (DELTA) t in order, and inputting. 前記実施形態の超音波アレイのスキャンエリアを示す図。The figure which shows the scan area of the ultrasonic array of the said embodiment. 前記実施形態の血管径測定装置の概略構成を示すブロック図。The block diagram which shows schematic structure of the blood vessel diameter measuring apparatus of the said embodiment. 前記実施形態の超音波アレイから発信された超音波の反射波を示す図。The figure which shows the reflected wave of the ultrasonic wave transmitted from the ultrasonic array of the said embodiment. 前記実施形態の各超音波アレイから血管の中心位置を通る超音波を模式的に示す図。The figure which shows typically the ultrasonic wave which passes along the center position of the blood vessel from each ultrasonic array of the said embodiment. 前記実施形態の測定制御部の概略構成を示すブロック図。The block diagram which shows schematic structure of the measurement control part of the said embodiment. 前記実施形態の血管径測定装置の測定処理を示すフローチャート。The flowchart which shows the measurement process of the blood vessel diameter measuring apparatus of the said embodiment.

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する   Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

[1.血管径測定装置の概略構成]
図1は、本実施形態の血管径測定装置1の外観を示す図である。
血管径測定装置1は、図1に示すように、装置本体2と、装置本体2を人体などの生体に装着するためのバンド3とを備える。そして、この血管径測定装置1は、装置本体2の裏面に対して生体を接触させた状態で、バンド3を締めることで生体に装着されて、生体内の血管の外径及び内径を測定する。
[1. Schematic configuration of blood vessel diameter measuring device]
FIG. 1 is a diagram showing an appearance of a blood vessel diameter measuring apparatus 1 according to this embodiment.
As shown in FIG. 1, the blood vessel diameter measuring device 1 includes a device main body 2 and a band 3 for attaching the device main body 2 to a living body such as a human body. The blood vessel diameter measuring device 1 is attached to the living body by tightening the band 3 in a state where the living body is in contact with the back surface of the apparatus main body 2, and measures the outer diameter and inner diameter of the blood vessel in the living body. .

[2.装置本体の構成]
装置本体2は、図1に示すように、直方体状の筐体21を備え、装置本体2の裏面側には、センサー窓22が形成され、このセンサー窓22には、生体に密着されるプローブ23が設けられている。また、装置本体2には、プローブ23の他、制御回路4(図6参照)が設けられている。
プローブ23は、上述したように、血管径測定装置1により生体内の血管の外径及び内径を測定する際に、生体に密着される。
また、装置本体2の表面側には、特に図示を省略したが、血管径測定装置1を操作する操作部や測定結果を表示する表示部などが設けられている。
[2. Configuration of main unit]
As shown in FIG. 1, the apparatus main body 2 includes a rectangular parallelepiped casing 21, and a sensor window 22 is formed on the back side of the apparatus main body 2. 23 is provided. In addition to the probe 23, the apparatus body 2 is provided with a control circuit 4 (see FIG. 6).
As described above, the probe 23 is in close contact with the living body when the blood vessel diameter measuring apparatus 1 measures the outer diameter and inner diameter of the blood vessel in the living body.
Further, although not shown in the drawings, an operation unit for operating the blood vessel diameter measuring device 1 and a display unit for displaying measurement results are provided on the surface side of the apparatus body 2.

[2−1.プローブの構成]
図2は、本実施形態のプローブ23の概略構成を示す平面図である。
プローブ23は、図2に示すように、シリコン(Si)などで形成された矩形状の基板10を備える。この基板10には、平面中心位置を通って、基板10の長辺(バンド3の基端側が取り付けられていない側の辺)に沿う方向に3つの超音波アレイ11(11A,11B,11C)が設けられる。この超音波アレイ11は、複数の超音波素子12を備え、これら複数の超音波素子12を走査方向Aに沿う一方向に配設したライン状アレイ構造(1次元アレイ構造)を有している。そして、血管径の測定の際、プローブ23は、各超音波素子12の配設方向が血管の軸方向に直交するように生体に密着される。
[2-1. Probe Configuration]
FIG. 2 is a plan view showing a schematic configuration of the probe 23 of the present embodiment.
As shown in FIG. 2, the probe 23 includes a rectangular substrate 10 made of silicon (Si) or the like. Three ultrasonic arrays 11 (11A, 11B, and 11C) pass in the direction along the long side of the substrate 10 (the side on which the base end side of the band 3 is not attached) through the center position of the substrate 10. Is provided. The ultrasonic array 11 includes a plurality of ultrasonic elements 12 and has a linear array structure (one-dimensional array structure) in which the plurality of ultrasonic elements 12 are arranged in one direction along the scanning direction A. . When measuring the blood vessel diameter, the probe 23 is brought into close contact with the living body so that the arrangement direction of each ultrasonic element 12 is orthogonal to the axial direction of the blood vessel.

図3は、超音波アレイ11を拡大した拡大平面図(図3(A))、及び拡大断面図(図3(B))である。
超音波アレイ11を構成する超音波素子12は、ダイアフラム13と、ダイアフラム13上に形成される圧電体14とを備える。なお、ダイアフラム13及び圧電体14の構成の説明については後述する。
ここで、基板10には、長辺に沿う方向に平面視円形状の複数の開口部101が形成される。また、基板10には、支持膜15が積層されて、開口部101が支持膜15により閉塞されている。
FIG. 3 is an enlarged plan view (FIG. 3A) and an enlarged sectional view (FIG. 3B) in which the ultrasonic array 11 is enlarged.
The ultrasonic element 12 constituting the ultrasonic array 11 includes a diaphragm 13 and a piezoelectric body 14 formed on the diaphragm 13. The configuration of the diaphragm 13 and the piezoelectric body 14 will be described later.
Here, a plurality of openings 101 having a circular shape in plan view are formed in the substrate 10 in a direction along the long side. In addition, a support film 15 is laminated on the substrate 10, and the opening 101 is closed by the support film 15.

支持膜15は、例えばSiO膜とZrO層との2層構造により構成される。ここで、SiO層は、基板10がSi基板である場合、基板表面を熱酸化処理することで成膜することができる。また、ZrO層は、SiO層上に例えばスパッタリングなどの手法により成膜される。 The support film 15 is configured by a two-layer structure of, for example, a SiO 2 film and a ZrO 2 layer. Here, when the substrate 10 is a Si substrate, the SiO 2 layer can be formed by thermally oxidizing the surface of the substrate. The ZrO 2 layer is formed on the SiO 2 layer by a technique such as sputtering.

ダイアフラム13は、支持膜15のうち、開口部101を閉塞する領域により構成される。そして、ダイアフラム13は、開口部101から、超音波素子12の超音波出力方向(図3(B)中、紙面下方向)の空間に対して露出している。   The diaphragm 13 is constituted by a region of the support film 15 that closes the opening 101. The diaphragm 13 is exposed from the opening 101 to the space in the ultrasonic output direction of the ultrasonic element 12 (the lower direction in FIG. 3B).

圧電体14は、支持膜15の上層に積層される下部電極141と、下部電極141上に形成される圧電膜142と、圧電膜142上に形成される上部電極143とを備える。
下部電極141には、図3(A)に示すように、支持膜15上で走査方向Aに対して直交する方向に沿って延出する下部電極線141Aが接続されている。この下部電極線141Aは、各超音波素子12に対して、それぞれ独立して設けられている。
上部電極143には、支持膜15上の走査方向Aに沿って延出する上部電極線143Aが接続されている。この上部電極線143Aは、1つの超音波アレイ11において共通電極線となる。すなわち、上部電極線143Aは、図3に示すように、隣り合う超音波素子12の上部電極143に接続されており、端部において、例えばGNDに接続されている。これにより、各超音波素子12の上部電極143がアースされることになる。
The piezoelectric body 14 includes a lower electrode 141 stacked on the upper layer of the support film 15, a piezoelectric film 142 formed on the lower electrode 141, and an upper electrode 143 formed on the piezoelectric film 142.
As shown in FIG. 3A, the lower electrode 141A is connected to the lower electrode 141A that extends along the direction orthogonal to the scanning direction A on the support film 15. The lower electrode line 141A is provided independently for each ultrasonic element 12.
An upper electrode line 143 </ b> A extending along the scanning direction A on the support film 15 is connected to the upper electrode 143. The upper electrode line 143A is a common electrode line in one ultrasonic array 11. That is, the upper electrode line 143A is connected to the upper electrode 143 of the adjacent ultrasonic element 12, as shown in FIG. 3, and is connected to, for example, GND at the end. As a result, the upper electrode 143 of each ultrasonic element 12 is grounded.

圧電膜142は、例えばPZT(ジルコン酸チタン酸鉛:lead zirconate titanate)を膜状に成膜することで形成される。なお、本実施形態では、圧電膜142としてPZTを用いるが、電圧を印加することで、面内方向に収縮することが可能な素材であれば、いかなる素材を用いてもよく、例えばチタン酸鉛(PbTiO)、ジルコン酸鉛(PbZrO)、チタン酸鉛ランタン((Pb、La)TiO)などを用いてもよい。 The piezoelectric film 142 is formed, for example, by forming PZT (lead zirconate titanate) into a film shape. In this embodiment, PZT is used as the piezoelectric film 142. However, any material can be used as long as it can be contracted in the in-plane direction by applying a voltage, for example, lead titanate. (PbTiO 3 ), lead zirconate (PbZrO 3 ), lead lanthanum titanate ((Pb, La) TiO 3 ), or the like may be used.

このような超音波素子12では、下部電極141と、上部電極143とに電圧を印加することで、圧電膜142が面内方向に伸縮する。このとき、圧電膜142の一方の面は、下部電極141を介して支持膜15に接合されるが、他方の面には、上部電極143が形成されるものの、この上部電極143上には他の層が積層形成されないため、圧電膜142の支持膜15側が伸縮しにくく、上部電極143側が伸縮し易くなる。このため、圧電膜142に電圧を印加すると、開口部101側に凸となる撓みが生じ、ダイアフラム13を撓ませる。したがって、圧電膜142に交流電圧を印加することで、ダイアフラム13が膜厚方向に対して振動し、このダイアフラム13の振動により超音波が発信される。
また、超音波素子12で超音波を受信する場合、超音波がダイアフラム13に入力されると、ダイアフラム13が膜厚方向に振動する。超音波素子12では、このダイアフラム13の振動により、圧電膜142の下部電極141側の面と上部電極143側の面とで電位差が発生し、上部電極143および下部電極141から圧電膜142の変位量に応じた受信信号(電流)が出力される。
In such an ultrasonic element 12, the piezoelectric film 142 expands and contracts in the in-plane direction by applying a voltage to the lower electrode 141 and the upper electrode 143. At this time, one surface of the piezoelectric film 142 is joined to the support film 15 via the lower electrode 141, but the upper electrode 143 is formed on the other surface, but the other surface is on the upper electrode 143. Therefore, the support film 15 side of the piezoelectric film 142 is not easily expanded and contracted, and the upper electrode 143 side is easily expanded and contracted. For this reason, when a voltage is applied to the piezoelectric film 142, a convex bend is generated on the opening 101 side, and the diaphragm 13 is bent. Therefore, when an AC voltage is applied to the piezoelectric film 142, the diaphragm 13 vibrates in the film thickness direction, and ultrasonic waves are transmitted by the vibration of the diaphragm 13.
When receiving ultrasonic waves with the ultrasonic element 12, when the ultrasonic waves are input to the diaphragm 13, the diaphragm 13 vibrates in the film thickness direction. In the ultrasonic element 12, the vibration of the diaphragm 13 causes a potential difference between the surface on the lower electrode 141 side and the surface on the upper electrode 143 side of the piezoelectric film 142, and the displacement of the piezoelectric film 142 from the upper electrode 143 and the lower electrode 141. A reception signal (current) corresponding to the amount is output.

図4は、各超音波素子12A〜12Dに入力する駆動信号を、△tだけ順に遅延させて、入力した際の超音波の発信方向(発信角度)を示す図である。
本実施形態における超音波素子12が走査方向Aに沿って複数配置される超音波アレイ11では、各超音波素子12から超音波を発信させるタイミングを遅延させてずらすことで、所望の方向に超音波の平面波を発信することが可能となる。
各超音波素子12から超音波を発信させると、これらの超音波が互いに強めあう合成波面Wが形成されて伝搬される。ここで、図4に示すように、配設間隔がdに設定された各超音波素子12A〜12Dへ入力する駆動信号を△tだけ遅延させると、先に駆動信号が入力された超音波素子12から発信される超音波の波面と、後に駆動信号が入力された超音波素子12から発信される波面とで、位相が異なるため、合成波面Wが走査方向Aに対して傾斜して伝搬される。
FIG. 4 is a diagram illustrating the transmission direction (transmission angle) of ultrasonic waves when the drive signals input to the ultrasonic elements 12A to 12D are sequentially delayed by Δt and input.
In the ultrasonic array 11 in which a plurality of ultrasonic elements 12 are arranged along the scanning direction A in the present embodiment, the timing of transmitting ultrasonic waves from each ultrasonic element 12 is delayed and shifted so that the ultrasonic elements 12 are superposed in a desired direction. It becomes possible to transmit a plane wave of a sound wave.
When an ultrasonic wave is transmitted from each ultrasonic element 12, a synthetic wavefront W in which these ultrasonic waves strengthen each other is formed and propagated. Here, as shown in FIG. 4, when the drive signal input to each of the ultrasonic elements 12A to 12D whose arrangement interval is set to d is delayed by Δt, the ultrasonic element to which the drive signal has been input first is delayed. Since the phase of the wavefront of the ultrasonic wave transmitted from 12 and the wavefront transmitted from the ultrasonic element 12 to which the drive signal is input later are different, the composite wavefront W is propagated with an inclination with respect to the scanning direction A. The

この時、合成波面Wの伝搬方向と、走査方向Aに直交する方向との発信角度をθs、音速をcとすると、次式(1)の関係が成立する   At this time, if the transmission angle between the propagation direction of the combined wavefront W and the direction orthogonal to the scanning direction A is θs and the sound speed is c, the relationship of the following equation (1) is established.

図5は、1つの超音波アレイ11のスキャンエリアSareaを示す図である。
超音波アレイ11は、上述のように、各超音波素子12に入力する駆動信号のタイミングを遅延させることで、超音波の発信角度を変化させることができる。ここで、超音波アレイ11は、ライン状アレイ構造(1次元アレイ構造)を有しているため、超音波の発信角度は、図5に示すように、走査方向Aを通り、基板10に対して直交するスキャン面Sに制限され、スキャン面Sに対して交差する方向に発信角度を変化させることはできない。これにより、超音波アレイ11のスキャンエリアSareaは、走査方向Aを通り、基板10に対して直交するスキャン面S内に形成される。そして、血管がスキャンエリアSareaを通過するように、プローブ23を生体に密着させておけば、超音波アレイ11からスキャンエリアSareaに超音波を発信させて、血管で反射された超音波を受信することで、血管とスキャンエリアSareaとの交点を検出することが可能となる。
FIG. 5 is a diagram showing a scan area Sarea of one ultrasonic array 11.
As described above, the ultrasonic array 11 can change the transmission angle of the ultrasonic wave by delaying the timing of the drive signal input to each ultrasonic element 12. Here, since the ultrasonic array 11 has a linear array structure (one-dimensional array structure), the transmission angle of the ultrasonic wave passes through the scanning direction A as shown in FIG. Therefore, the transmission angle cannot be changed in a direction intersecting with the scan plane S. As a result, the scan area Sarea of the ultrasonic array 11 is formed in the scan plane S that passes through the scanning direction A and is orthogonal to the substrate 10. If the probe 23 is in close contact with the living body so that the blood vessel passes through the scan area Sarea, the ultrasonic wave is transmitted from the ultrasonic array 11 to the scan area Sarea and the ultrasonic wave reflected by the blood vessel is received. This makes it possible to detect the intersection between the blood vessel and the scan area Sarea.

[2−2.制御回路の構成]
図6は、本実施形態の血管径測定装置1の概略構成を示すブロック図である。
制御回路4は、超音波アレイ切替回路41と、受発信切替回路42と、超音波モード切替制御部43と、超音波信号発信回路44と、信号遅延回路45(発信角度制御部)と、受信計測部46(第1反射波測定部、第2反射波測定部)と、遅延時間計算部47と、記憶部48と、測定制御部49とを備える。
[2-2. Configuration of control circuit]
FIG. 6 is a block diagram showing a schematic configuration of the blood vessel diameter measuring apparatus 1 of the present embodiment.
The control circuit 4 includes an ultrasonic array switching circuit 41, a transmission / reception switching circuit 42, an ultrasonic mode switching control unit 43, an ultrasonic signal transmission circuit 44, a signal delay circuit 45 (transmission angle control unit), and reception. A measurement unit 46 (first reflected wave measurement unit, second reflected wave measurement unit), a delay time calculation unit 47, a storage unit 48, and a measurement control unit 49 are provided.

超音波アレイ切替回路41は、プローブ23に設けられる3つの超音波アレイ11のうち、駆動させる超音波アレイ11を切り替えるスイッチング回路である。
本実施形態の血管径測定装置1では、1つの超音波アレイ11から超音波の受発信が実施されている間、他の超音波アレイ11への駆動信号の出力、および他の超音波アレイ11からの受信信号の受信は実施しない。これにより、駆動対象となった超音波アレイ11では、他の超音波アレイ11から発信された超音波を受信してしまい、ノイズが検出される不都合や、駆動対象以外の超音波アレイ11から受信信号が検出されてしまう不都合を回避できる。
この超音波アレイ切替回路41は、例えば、各超音波アレイ11の下部電極線141Aおよび上部電極線143Aに接続される端子群を備え、測定制御部49から入力されるアレイを選択する旨の切替制御信号に基づいて、切替制御信号に基づいた超音波アレイ11に対応した端子群と、受発信切替回路42とを接続する。また、駆動させない超音波アレイ11に対応した端子群は、例えば、下部電極線141Aおよび上部電極線143Aの双方をGNDに接続するなどすることで、駆動させない構成としてもよい。
The ultrasonic array switching circuit 41 is a switching circuit that switches the ultrasonic array 11 to be driven among the three ultrasonic arrays 11 provided in the probe 23.
In the blood vessel diameter measuring apparatus 1 of the present embodiment, while ultrasonic waves are being transmitted / received from one ultrasonic array 11, output of drive signals to other ultrasonic arrays 11 and other ultrasonic arrays 11 are performed. The reception signal from is not received. As a result, the ultrasonic array 11 to be driven receives the ultrasonic waves transmitted from the other ultrasonic arrays 11, and the inconvenience of detecting noise or reception from the ultrasonic array 11 other than the drive target. The inconvenience that a signal is detected can be avoided.
The ultrasonic array switching circuit 41 includes, for example, a terminal group connected to the lower electrode line 141A and the upper electrode line 143A of each ultrasonic array 11, and switches to select an array input from the measurement control unit 49. Based on the control signal, the terminal group corresponding to the ultrasonic array 11 based on the switching control signal and the transmission / reception switching circuit 42 are connected. The terminal group corresponding to the ultrasonic array 11 that is not driven may be configured not to be driven by connecting both the lower electrode line 141A and the upper electrode line 143A to GND, for example.

受発信切替回路42は、超音波モード切替制御部43から入力されるモード切替信号に基づいて、接続状態を切り替えるスイッチング回路である。
具体的には、超音波モード切替制御部43から超音波発信モードに切り替える旨の制御信号が入力された場合、受発信切替回路42は、信号遅延回路45から入力された駆動信号を、超音波アレイ切替回路41に出力可能な接続状態に切り替わる。一方、受発信切替回路42は、超音波モード切替制御部43から超音波受信モードに切り替える旨の制御信号が入力された場合、超音波アレイ切替回路41から入力される受信信号を受信計測部46に出力可能な接続状態に切り替わる。
The transmission / reception switching circuit 42 is a switching circuit that switches a connection state based on a mode switching signal input from the ultrasonic mode switching control unit 43.
Specifically, when a control signal for switching to the ultrasonic transmission mode is input from the ultrasonic mode switching control unit 43, the reception / transmission switching circuit 42 converts the drive signal input from the signal delay circuit 45 into the ultrasonic wave. The connection is switched to a connection state that can be output to the array switching circuit 41. On the other hand, the reception / transmission switching circuit 42 receives the reception signal input from the ultrasonic array switching circuit 41 when the control signal for switching to the ultrasonic reception mode is input from the ultrasonic mode switching control unit 43. Switch to a connection state that can output.

超音波モード切替制御部43は、超音波アレイ11から超音波を発信させる超音波発信モードと、超音波アレイ11にて超音波を受信させる超音波受信モードとを切り替える。
具体的には、超音波モード切替制御部43は、測定制御部49から血管の径の測定を開始する旨の制御信号が入力されると、まず、超音波発信モードに切り替える処理を実施する。この処理では、超音波モード切替制御部43は、受発信切替回路42に、発信モードに切り替える旨の制御信号を出力し、超音波信号発信回路44から駆動信号を出力させる旨の制御信号を出力する。
また、超音波モード切替制御部43は、図示しない計時部(タイマー)により計測される時間を認識し、超音波発信モードから所定の発信時間経過後に、超音波受信モードに切り替える処理を実施する。ここで発信時間は、超音波アレイ11から例えば1〜2周波数のバースト波が発信される時間程度に設定されていればよい。受信モードでは、超音波モード切替制御部43は、受発信切替回路42に受信モードに切り替える旨の制御信号を出力して、受発信切替回路42を、超音波アレイ11から入力される受信信号を受信計測部46に入力可能な接続状態にスイッチングさせる。
なお、超音波モード切替制御部43は、上記処理を例えば予め設定された回数実施する。この回数は、超音波の発信角度の設定数により適宜設定される回数であり、例えば、図5に示すように、超音波の発信角度を5段階に切り替えて血管の中心位置を推定する場合、5回上記の処理を繰り返す。
The ultrasonic mode switching control unit 43 switches between an ultrasonic transmission mode in which ultrasonic waves are transmitted from the ultrasonic array 11 and an ultrasonic reception mode in which ultrasonic waves are received by the ultrasonic array 11.
Specifically, when a control signal for starting measurement of the diameter of the blood vessel is input from the measurement control unit 49, the ultrasonic mode switching control unit 43 first performs processing for switching to the ultrasonic wave transmission mode. In this process, the ultrasonic mode switching control unit 43 outputs a control signal for switching to the transmission mode to the transmission / reception switching circuit 42 and outputs a control signal for outputting a drive signal from the ultrasonic signal transmission circuit 44. To do.
The ultrasonic mode switching control unit 43 recognizes the time measured by a timer (not shown) and performs a process of switching from the ultrasonic transmission mode to the ultrasonic reception mode after a predetermined transmission time has elapsed. Here, the transmission time should just be set to about the time when the burst wave of 1-2 frequency is transmitted from the ultrasonic array 11, for example. In the reception mode, the ultrasonic mode switching control unit 43 outputs a control signal for switching to the reception / transmission switching circuit 42 to the reception mode, and the reception / transmission switching circuit 42 receives the reception signal input from the ultrasonic array 11. The reception measuring unit 46 is switched to a connectable state.
The ultrasonic mode switching control unit 43 performs the above process, for example, a preset number of times. This number of times is appropriately set according to the set number of ultrasonic transmission angles.For example, as shown in FIG. 5, when the ultrasonic transmission angle is switched to five stages to estimate the center position of the blood vessel, Repeat the above process 5 times.

超音波信号発信回路44は、発信モードにおいて、超音波モード切替制御部43から駆動信号を出力させる旨の制御信号が入力されると、超音波アレイ11の超音波素子12を駆動させるための駆動信号(駆動電圧)を信号遅延回路45に出力する。   In the transmission mode, the ultrasonic signal transmission circuit 44 is driven to drive the ultrasonic elements 12 of the ultrasonic array 11 when a control signal for outputting a drive signal is input from the ultrasonic mode switching control unit 43. A signal (drive voltage) is output to the signal delay circuit 45.

信号遅延回路45は、超音波信号発信回路44から、各超音波素子12に対する駆動信号が入力されると、その駆動信号を遅延させて受発信切替回路42に出力する。
ここで、信号遅延回路45は、遅延時間計算部47から入力される遅延設定信号に基づいて、各超音波素子12を駆動させるための駆動信号を△tずつ遅延させた遅延済駆動信号を受発信切替回路42に出力する。
When a drive signal for each ultrasonic element 12 is input from the ultrasonic signal transmission circuit 44 from the ultrasonic signal transmission circuit 44, the signal delay circuit 45 delays the drive signal and outputs it to the transmission / reception switching circuit 42.
Here, the signal delay circuit 45 receives the delayed drive signal obtained by delaying the drive signal for driving each ultrasonic element 12 by Δt based on the delay setting signal input from the delay time calculation unit 47. Output to the transmission switching circuit 42.

図7は、超音波アレイ11から発信された超音波の反射波を示す図である。
図8は、各超音波アレイ11から血管の中心位置を通る超音波を模式的に示す図である。
受信計測部46は、計時部にて計測される時間を監視し、超音波が受信されまでの時間を計測する。
具体的には、受信計測部46は、超音波モード切替制御部43が発信モードに切り替える処理を実施したタイミング、すなわち、超音波モード切替制御部43により計時部でカウントされる時間がリセットされてからの時間を監視する。そして、受信計測部46は、超音波モード切替制御部43が受信モードに切り替える処理を実施し、超音波アレイ11で受信された反射超音波に応じた受信信号が受発信切替回路42から受信計測部46に入力されると、その入力されたタイミングでの時間(TOFデータ:Time Of Flightデータ)を取得し、TOFデータを測定制御部49に入力する。
FIG. 7 is a diagram showing reflected waves of ultrasonic waves transmitted from the ultrasonic array 11.
FIG. 8 is a diagram schematically showing ultrasonic waves passing from the respective ultrasonic arrays 11 through the central position of the blood vessel.
The reception measuring unit 46 monitors the time measured by the time measuring unit and measures the time until the ultrasonic wave is received.
Specifically, the reception measurement unit 46 resets the timing at which the ultrasonic mode switching control unit 43 performs the process of switching to the transmission mode, that is, the time counted by the time measuring unit by the ultrasonic mode switching control unit 43 is reset. Monitor the time from. The reception measurement unit 46 performs a process in which the ultrasonic mode switching control unit 43 switches to the reception mode, and a reception signal corresponding to the reflected ultrasonic wave received by the ultrasonic array 11 is received and measured from the transmission / reception switching circuit 42. When input to the unit 46, the time at the input timing (TOF data: Time Of Flight data) is acquired, and the TOF data is input to the measurement control unit 49.

受信計測部46は、2つの超音波アレイ11から発信角度毎(例えば、図5に示す発信角度θ1〜θ5)に発信されて血管で反射した反射波の受信信号のうち、入力が最後に終了した受信信号の2つのTOFデータを取得する。この受信計測部46への入力が最後に終了した受信信号は、超音波アレイ11から最も遠い反射位置での反射波の受信信号である。
また、受信計測部46は、図7に示すように、この受信信号における発信角度で発信された超音波の反射波の第1波(本発明に係る第1反射波)の受信信号が入力された時点t1(本発明に係る第1到達時間)、及び反射波の第3波(本発明に係る第2反射波)の受信信号が入力された時点t3(本発明に係る第2到達時間)のTOFデータを取得する。加えて、後述する中心位置推定部491で算出される残りの超音波アレイ11からの発信角度θsに基づいて発信された超音波の反射波の第1波及び第3波のTOFデータを取得する。
The reception measurement unit 46 finishes inputting the last of the reception signals of the reflected waves transmitted from the two ultrasonic arrays 11 at each transmission angle (for example, transmission angles θ1 to θ5 shown in FIG. 5) and reflected by the blood vessel. Two TOF data of the received signal is acquired. The reception signal for which the input to the reception measurement unit 46 is finished last is a reception signal of the reflected wave at the reflection position farthest from the ultrasonic array 11.
Further, as shown in FIG. 7, the reception measurement unit 46 receives a reception signal of the first reflected wave of the ultrasonic wave transmitted at the transmission angle in the received signal (the first reflected wave according to the present invention). Time point t1 (first arrival time according to the present invention) and time point t3 (second arrival time according to the present invention) when the received signal of the third reflected wave (second reflected wave according to the present invention) is input. The TOF data is acquired. In addition, the TOF data of the first wave and the third wave of the reflected wave of the ultrasonic wave transmitted based on the transmission angle θs from the remaining ultrasonic array 11 calculated by the center position estimation unit 491 described later is acquired. .

ここで、受信計測部46は、受信信号を受信するパターンとしては、図7に示す波形1〜波形4のパターンがある。図7では、図示の都合上、血管が円形状となっているものを示している。
例えば、波形1では、血管の内壁及び外壁での反射波が理想的に取得できているのに対し、波形2では、血管が収縮するなどにより楕円形状等に変形したことが原因で、第3波と第4波とが連続した反射波となっている。また、波形3では、血管の肉厚部分が極めて薄いことなどが原因で、第1波及び第2波が連続し、第3波及び第4波が連続した反射波となっている。波形4では、波形2や波形3の場合に比べて血管がかなり収縮し、血管の肉厚部分が極めて薄くなっていることが原因で、第1波から第4波が連続した反射波となっている。
このため、受信計測部46は、特に、波形1及び波形2のパターンにおいて、第3波の受信信号を第2波及び第4波の受信信号と区別して受信する必要がある。そこで、第3波の反射波の受信信号が入力された時点t3が以下の式(2)の所定時間Tの範囲内の条件を満たしていれば、第2波及び第4波の受信信号を受信することがなく、第3波の受信信号のみを受信することが可能となる。
Here, the reception measuring unit 46 has patterns of waveform 1 to waveform 4 shown in FIG. In FIG. 7, for convenience of illustration, the blood vessel is shown in a circular shape.
For example, in the waveform 1, the reflected wave on the inner wall and the outer wall of the blood vessel can be ideally obtained, whereas in the waveform 2, the third wave is caused by the deformation of the blood vessel into an elliptical shape or the like due to contraction or the like. The wave and the fourth wave are continuous reflected waves. In the waveform 3, the first wave and the second wave are continuous, and the third wave and the fourth wave are continuous reflected waves due to the extremely thin portion of the blood vessel. The waveform 4 is a reflected wave in which the first wave to the fourth wave are continuous because the blood vessel is contracted considerably compared to the case of the waveform 2 and the waveform 3 and the thick part of the blood vessel is extremely thin. ing.
Therefore, it is necessary for the reception measurement unit 46 to receive the third-wave reception signal separately from the second-wave and fourth-wave reception signals, particularly in the waveform 1 and waveform 2 patterns. Therefore, if the time t3 when the received signal of the third reflected wave is input satisfies the condition within the range of the predetermined time T in the following equation (2), the received signals of the second and fourth waves are Only the third wave reception signal can be received without reception.

ここで、Rは血管の外径、cは音速である。また、Lは血管の肉厚寸法であり、血管の内径をrとすると、L=(R−r)/2で求められる。一般的に、内径rは1(mm)、外径Rは3(mm)であるため、肉厚寸法Lは1(mm)である。そして、音速cは1530(m/s)であるので、これらを上述の式(2)へ代入すると、1300(ns)<
T<3920(ns)の関係が成り立つ。
Here, R is the outer diameter of the blood vessel, and c is the speed of sound. L is the thickness dimension of the blood vessel, and it is obtained by L = (R−r) / 2 where r is the inner diameter of the blood vessel. Generally, since the inner diameter r is 1 (mm) and the outer diameter R is 3 (mm), the wall thickness L is 1 (mm). Since the speed of sound c is 1530 (m / s), if these are substituted into the above equation (2), 1300 (ns) <
The relationship of T <3920 (ns) is established.

また、受信計測部46は、図7に示す第1波の受信信号を受信してから、第3波の受信信号までの間に未振幅期間が1つあるか否かを検出する。すなわち、受信計測部46は、第1波の受信信号を受信して、第3波の受信信号を受信するまで間における未振幅期間の有無を検出して、未振幅期間が少なくとも1つあればノイズ等の影響が無いと判断する。一方、受信計測部46は、未振幅期間が無い場合には、ノイズ等の影響が有る判断して、測定制御部49に再測定信号を入力し、測定制御部49から超音波モード切替制御部43に制御信号を入力させる。
例えば、図7の波形1のパターンでは、第1波の受信信号を受信してから未振幅期間を経て第2波、さらに未振幅期間を経て第3波、さらに未振幅期間を経て第4波の受信信号を受信するので、未振幅期間が3箇所ある。また、図7の波形2のパターンでは、第1波の受信信号を受信してから未振幅期間を経て第2波、さらに未振幅期間を経て第3波の受信信号を受信するので、未振幅期間が2箇所ある。図7の波形3のパターンでは、第1波の受信信号を受信してから未振幅期間を経て第3波の受信信号を受信するので、未振幅期間が1箇所ある。ところが、図7の波形4のパターンでは、第1波の受信信号を受信してから、反射波が連続しており、受信信号を受信し続けるため、未振幅期間が存在せず、ノイズの影響が有ると判断する。
The reception measurement unit 46 detects whether or not there is one non-amplitude period from the reception of the first wave reception signal shown in FIG. 7 to the reception of the third wave reception signal. That is, the reception measurement unit 46 detects the presence or absence of an unamplitude period between the reception of the first wave reception signal and the reception of the third wave reception signal, and if there is at least one unamplitude period Judge that there is no influence of noise. On the other hand, if there is no unamplitude period, the reception measurement unit 46 determines that there is an influence of noise or the like, inputs a remeasurement signal to the measurement control unit 49, and receives an ultrasonic mode switching control unit from the measurement control unit 49. The control signal is input to 43.
For example, in the waveform 1 pattern of FIG. 7, after receiving the first wave reception signal, the second wave passes through the non-amplitude period, the third wave passes through the non-amplitude period, and the fourth wave passes through the non-amplitude period. Therefore, there are three non-amplitude periods. In the waveform 2 pattern of FIG. 7, since the second wave is received through the non-amplitude period after receiving the first wave reception signal, and the third wave reception signal is received through the non-amplitude period. There are two periods. In the pattern of the waveform 3 in FIG. 7, since the received signal of the third wave is received through the non-amplitude period after receiving the received signal of the first wave, there is one unamplified period. However, in the pattern of the waveform 4 in FIG. 7, since the reflected wave is continuous after the reception signal of the first wave is received and the reception signal is continuously received, there is no non-amplitude period, and the influence of noise. It is judged that there is.

遅延時間計算部47は、測定制御部49から入力される発信角度データに基づいて、各超音波素子12の駆動遅延時間を算出する。
ここで、この発信角度データは、記憶部48に予め記憶されているデータであり、例えば、本実施形態では、図5に示すように、θs=θ1〜θ5の5つの発信角度データが予め記憶されている構成を例示する。なお、6個以上の発信角度データが記憶され、より細かく発信角度を変化可能な構成などとしてもよい。
そして、遅延時間計算部47は、入力された発信角度データθsと、予め設定されている超音波素子12の素子ピッチdと、音速cとを用いて、上記式(1)に基づいて、遅延時間△tを算出し、遅延設定信号として信号遅延回路45に出力する。
The delay time calculation unit 47 calculates the drive delay time of each ultrasonic element 12 based on the transmission angle data input from the measurement control unit 49.
Here, the transmission angle data is data stored in advance in the storage unit 48. For example, in the present embodiment, as shown in FIG. 5, five transmission angle data of θs = θ1 to θ5 are stored in advance. The structure which is made is illustrated. Note that six or more transmission angle data may be stored, and the transmission angle may be changed more finely.
Then, the delay time calculation unit 47 uses the input transmission angle data θs, the preset element pitch d of the ultrasonic element 12, and the sound velocity c based on the above equation (1). Time Δt is calculated and output to the signal delay circuit 45 as a delay setting signal.

記憶部48は、例えばメモリーやハードディスクなどの記録媒体を備えて構成され、受信計測部46や遅延時間計算部47や測定制御部49での処理に必要な各種データ及びプログラムを適宜読み出し可能に記憶する。
具体的には、各種データとして、プローブ23における超音波アレイ11の位置データ、発信角度データθs、TOFデータなどが挙げられる。また、各種プログラムとして、詳しくは後述するが、測定制御部49にて実行され、TOFデータに基づいて血管の中心位置を推定する中心位置推定プログラム、TOFデータに基づいて血管の反射位置の6点の座標位置を算出する反射位置座標算出プログラム、反射位置の3点の座標位置から血管の外径及び血管の中心座標を算出する外径算出プログラム、反射位置の3点の座標位置から血管の内径及び血管の中心座標を算出する内径算出プログラム、2つの血管の中心座標を比較して警告を報知する警告出力プログラムなどが挙げられる。
The storage unit 48 includes a recording medium such as a memory or a hard disk, and stores various data and programs necessary for processing in the reception measurement unit 46, the delay time calculation unit 47, and the measurement control unit 49 so that they can be read out appropriately. To do.
Specifically, examples of the various data include position data of the ultrasonic array 11 in the probe 23, transmission angle data θs, and TOF data. As various programs, which will be described in detail later, a center position estimation program that is executed by the measurement control unit 49 and estimates the center position of the blood vessel based on the TOF data, and six points of the blood vessel reflection position based on the TOF data. Reflection position coordinate calculation program for calculating the coordinate position of the blood vessel, outer diameter calculation program for calculating the outer diameter of the blood vessel and the central coordinates of the blood vessel from the three coordinate positions of the reflection position, and the inner diameter of the blood vessel from the three coordinate positions of the reflection position And an inner diameter calculation program for calculating the center coordinates of the blood vessel, a warning output program for comparing the center coordinates of the two blood vessels, and informing a warning.

図9は、測定制御部49の概略構成を示すブロック図である。
測定制御部49は、例えば、CPU(Central Processing Unit)等を備えて構成され、記憶部48に記憶されたプログラムを実行する。すなわち、測定制御部49は、記憶部48に記憶されたプログラム及びデータを処理することにより、各種機能を実現する。このような測定制御部49は、血管の径を測定する際には、当該プログラムを処理することにより、図9に示すように、中心位置推定部491、反射位置座標算出部492と、外径算出部493と、内径算出部494と、警告出力部495とを機能として実現する。
FIG. 9 is a block diagram illustrating a schematic configuration of the measurement control unit 49.
The measurement control unit 49 includes, for example, a CPU (Central Processing Unit) and the like, and executes a program stored in the storage unit 48. That is, the measurement control unit 49 realizes various functions by processing the program and data stored in the storage unit 48. Such a measurement control unit 49, when measuring the diameter of the blood vessel, processes the program to obtain a center position estimation unit 491, a reflection position coordinate calculation unit 492, an outer diameter, as shown in FIG. The calculation unit 493, the inner diameter calculation unit 494, and the warning output unit 495 are realized as functions.

中心位置推定部491は、入力された超音波アレイ11から最も遠い反射位置での反射波の2つのTOFデータ、及び最も近い反射位置での反射波の2つのTOFデータに基づいて、発信角度データθsを参照して、血管の中心位置を推定し、これを中心推定位置とする。
そして、中心位置推定部491は、既に駆動された2つの超音波アレイ11以外の残りの超音波アレイ11から中心推定位置に対して、超音波を発信するように発信角度θsを算出して、この発信角度データθsを遅延時間計算部47に入力する。
The center position estimation unit 491 transmits the transmission angle data based on the two TOF data of the reflected wave at the reflection position farthest from the ultrasonic array 11 and the two TOF data of the reflected wave at the closest reflection position. With reference to θs, the center position of the blood vessel is estimated, and this is set as the center estimated position.
Then, the center position estimation unit 491 calculates a transmission angle θs so as to transmit ultrasonic waves from the remaining ultrasonic arrays 11 other than the already driven two ultrasonic arrays 11 to the center estimated position, The transmission angle data θs is input to the delay time calculation unit 47.

反射位置座標算出部492は、入力された第1波及び第3波のTOFデータに基づいて、超音波アレイ11から反射位置の6点(図8のA1、A2、B1、B2、C1、C2)までの距離を算出する。そして、記憶部48に記憶された発信角度データに基づいて、超音波アレイ11Bの位置を原点とし、超音波アレイ11の配設間隔をPとして、6点の座標位置を以下の式(3)〜(8)を用いて算出する。   The reflection position coordinate calculation unit 492 generates six reflection positions (A1, A2, B1, B2, C1, C2 in FIG. 8) from the ultrasonic array 11 based on the input first-wave and third-wave TOF data. ) Is calculated. Based on the transmission angle data stored in the storage unit 48, the position of the ultrasonic array 11B is set as the origin, the arrangement interval of the ultrasonic array 11 is set as P, and the coordinate positions of the six points are expressed by the following equation (3). It calculates using-(8).











外径算出部493は、6点の反射位置のうち、A1,B1,C1の座標位置に基づいて、以下の式(9)を用いて血管の外径Rを算出するとともに、中心座標O(x,y)を算出する。   The outer diameter calculation unit 493 calculates the outer diameter R of the blood vessel using the following equation (9) based on the coordinate positions of A1, B1, and C1 among the six reflection positions, and the center coordinate O ( x, y) is calculated.

内径算出部494は、6点の反射位置のうち、A2,B2,C2の座標位置に基づいて、以下の式(10)を用いて血管の内径rを算出するとともに、中心座標O(x,y)を算出する。   The inner diameter calculation unit 494 calculates the inner diameter r of the blood vessel using the following equation (10) based on the coordinate positions of A2, B2, and C2 among the six reflection positions, and the center coordinates O (x, y) is calculated.

警告出力部495は、外径算出部493及び内径算出部494で算出された2つの中心座標のずれ量を所定の閾値と比較する。そして、警告出力部495は、ずれ量が閾値を超えている場合には利用者にプローブ23を再度、検査対象位置に付け直す旨の警告を装置本体2の図示しない表示部に報知する。
また、警告出力部495は、外径算出部493及び内径算出部494で算出された2つの中心座標と、中心位置推定部491で推定された血管の中心推定位置とのずれ量を比較する。そして、ずれ量が閾値を超えている場合には、利用者にプローブ23を再度、検査対象位置に付け直す旨の警告を装置本体2の図示しない表示部に報知する。
The warning output unit 495 compares the deviation amount of the two center coordinates calculated by the outer diameter calculation unit 493 and the inner diameter calculation unit 494 with a predetermined threshold value. The warning output unit 495 notifies the user of a warning to the effect that the probe 23 is to be attached again to the inspection target position on the display unit (not shown) of the apparatus main body 2 when the deviation amount exceeds the threshold value.
Further, the warning output unit 495 compares the amount of deviation between the two center coordinates calculated by the outer diameter calculation unit 493 and the inner diameter calculation unit 494 and the estimated center position of the blood vessel estimated by the center position estimation unit 491. When the deviation amount exceeds the threshold value, a warning to the user that the probe 23 is to be reattached to the inspection target position is notified to a display unit (not shown) of the apparatus main body 2.

[3.血管径測定装置の測定処理]
次に、血管径測定装置1の測定処理について、図10に示すフローチャートを参照して説明する。
まず、血管径測定装置1のプローブ23を生体の例えば腕等の検査対象位置に密着させて、バンドを締め付けて装置本体2を検査対象位置に固定する。
そして、利用者が図示しない操作部を操作することで入力信号が入力されると、血管径測定装置1は、血管の径の測定を開始する。
[3. Measurement process of blood vessel diameter measuring device]
Next, the measurement process of the blood vessel diameter measuring apparatus 1 will be described with reference to the flowchart shown in FIG.
First, the probe 23 of the blood vessel diameter measuring apparatus 1 is brought into close contact with a test target position such as an arm of a living body, and the apparatus body 2 is fixed to the test target position by tightening the band.
Then, when an input signal is input by the user operating an operation unit (not shown), the blood vessel diameter measuring device 1 starts measuring the diameter of the blood vessel.

次に、測定制御部49は、2つの超音波アレイ11を駆動可能に切り替える処理を実施する。ここでは、測定制御部49は、2つの超音波アレイ11を駆動可能に切り替える旨の切替制御信号を超音波アレイ切替回路41に出力する。   Next, the measurement control unit 49 performs processing for switching the two ultrasonic arrays 11 to be drivable. Here, the measurement control unit 49 outputs a switching control signal for switching the two ultrasonic arrays 11 to be drivable to the ultrasonic array switching circuit 41.

そして、測定制御部49は、超音波発信モードにおける各種処理を実施する(ステップS1)。
この超音波発信モードでは、測定制御部49は、記憶部48から発信角度データθsを読み込み、遅延時間計算部47に出力する。ここでは、まず、発信角度データθ1を読み込み、遅延時間計算部47に出力する。これにより、遅延時間計算部47は、式(1)に基づいて、遅延時間△tを算出し、遅延設定信号として信号遅延回路45に出力する。
And the measurement control part 49 implements the various processes in ultrasonic transmission mode (step S1).
In this ultrasonic transmission mode, the measurement control unit 49 reads the transmission angle data θs from the storage unit 48 and outputs it to the delay time calculation unit 47. Here, first, the transmission angle data θ <b> 1 is read and output to the delay time calculation unit 47. Thereby, the delay time calculation unit 47 calculates the delay time Δt based on the equation (1), and outputs it to the signal delay circuit 45 as a delay setting signal.

また、測定制御部49は、超音波モード切替制御部43に測定制御部49から超音波発信モードに切り替える旨の制御信号を入力すると、超音波信号発信回路44は、2つの超音波アレイ11の各超音波素子12に出力するための駆動信号(駆動パルス)が信号遅延回路45に出力される。この信号遅延回路45では、上記のように、遅延時間計算部47から遅延設定信号が入力されている。このため、各駆動信号は、遅延設定信号に基づいた遅延時間だけ遅延させて受発信切替回路42に出力される。
そして、受発信切替回路42は、信号遅延回路45から入力される駆動信号を超音波アレイ切替回路41に出力する。
In addition, when the measurement control unit 49 inputs a control signal for switching to the ultrasonic transmission mode from the measurement control unit 49 to the ultrasonic mode switching control unit 43, the ultrasonic signal transmission circuit 44 causes the two ultrasonic arrays 11. A drive signal (drive pulse) to be output to each ultrasonic element 12 is output to the signal delay circuit 45. In the signal delay circuit 45, the delay setting signal is input from the delay time calculation unit 47 as described above. Therefore, each drive signal is output to the transmission / reception switching circuit 42 after being delayed by a delay time based on the delay setting signal.
The transmission / reception switching circuit 42 outputs the drive signal input from the signal delay circuit 45 to the ultrasonic array switching circuit 41.

また、受発信切替回路42は、上記のように、超音波モード切替制御部43から入力される制御信号により、信号遅延回路45から入力される駆動信号を超音波アレイ切替回路41に出力する状態にスイッチングされている。このため、信号遅延回路45から出力された遅延済駆動信号は、超音波アレイ切替回路41を介して、2つの超音波アレイ11の各超音波素子12に出力される。
以上により、2つの超音波アレイ11から、発信角度データθ1に対応した発信角度で超音波が出力される。以上の処理を発信角度データθ2〜θ5についても行うことで、2つの超音波アレイ11から各発信角度データθ1〜θ5に対応した発信角度で超音波が出力される。
In addition, the transmission / reception switching circuit 42 outputs the drive signal input from the signal delay circuit 45 to the ultrasonic array switching circuit 41 in accordance with the control signal input from the ultrasonic mode switching control unit 43 as described above. Has been switched to. Therefore, the delayed drive signal output from the signal delay circuit 45 is output to the ultrasonic elements 12 of the two ultrasonic arrays 11 via the ultrasonic array switching circuit 41.
As described above, ultrasonic waves are output from the two ultrasonic arrays 11 at a transmission angle corresponding to the transmission angle data θ1. By performing the above processing for the transmission angle data θ2 to θ5, ultrasonic waves are output from the two ultrasonic arrays 11 at transmission angles corresponding to the transmission angle data θ1 to θ5.

また、受信計測部46は、超音波モード切替制御部43が受信モードに切り替える処理を実施し、超音波アレイ11で受信された反射超音波に応じた受信信号が受発信切替回路42から受信計測部46に入力されると、その入力されたタイミングでの時間を取得する。そして、超音波モード切替制御部43は、例えば1〜2周期のバースト波が出力される時間後に、超音波受信モードの各種処理を実施する(ステップS2)。   In addition, the reception measurement unit 46 performs a process in which the ultrasonic mode switching control unit 43 switches to the reception mode, and a reception signal corresponding to the reflected ultrasonic wave received by the ultrasonic array 11 is received and measured from the transmission / reception switching circuit 42. When input to the unit 46, the time at the input timing is acquired. Then, the ultrasonic mode switching control unit 43 performs various processes in the ultrasonic reception mode, for example, after a time during which burst waves having one or two cycles are output (step S2).

ステップS2の超音波受信モードでは、超音波モード切替制御部43は、受発信切替回路42に超音波アレイ切替回路41から入力される受信信号を受信計測部46に出力する旨の制御信号を出力する。
これにより、超音波アレイ11で超音波が受信されて、受信信号が超音波アレイ切替回路41から受発信切替回路42に入力されると、この受信信号は受信計測部46に出力される。
受信計測部46は、計時部にてカウントされる時間を監視し、超音波が発信されたタイミングから、受信信号が入力されるタイミングまでの時間であるTOFデータを取得し測定制御部49に出力する。そして、測定制御部49は、入力されたTOFデータを適宜読み出し可能に記憶部48に記憶する。
ここでの記憶部48に記憶されるTOFデータは、上述したように、2つの超音波アレイ11から発信角度毎(例えば、図5に示す発信角度θ1〜θ5)に発信されて血管で反射した反射波の受信信号のうち、入力が最後に終了した受信信号の2つのTOFデータ、及び最も早く反射した反射波の受信信号の2つのTOFデータである。
In the ultrasonic reception mode in step S2, the ultrasonic mode switching control unit 43 outputs a control signal indicating that the reception signal input from the ultrasonic array switching circuit 41 is output to the reception / transmission switching circuit 42 to the reception measurement unit 46. To do.
As a result, when an ultrasonic wave is received by the ultrasonic array 11 and a reception signal is input from the ultrasonic array switching circuit 41 to the transmission / reception switching circuit 42, this reception signal is output to the reception measurement unit 46.
The reception measurement unit 46 monitors the time counted by the time measurement unit, acquires TOF data that is the time from the timing at which the ultrasonic wave is transmitted to the timing at which the reception signal is input, and outputs the TOF data to the measurement control unit 49. To do. And the measurement control part 49 memorize | stores the input TOF data in the memory | storage part 48 so that reading is possible suitably.
As described above, the TOF data stored in the storage unit 48 is transmitted from the two ultrasonic arrays 11 at each transmission angle (for example, transmission angles θ1 to θ5 shown in FIG. 5) and reflected by the blood vessel. Among the received signals of the reflected wave, there are two TOF data of the received signal that has been input last, and two TOF data of the received signal of the reflected wave that is reflected earliest.

次に、測定制御部49の中心位置推定部491は、記憶部48からTOFデータ等を読み出し、血管の中心位置を推定し、これを中心推定位置とする(ステップS3)。そして、中心位置推定部491は、既に駆動された2つの超音波アレイ11以外の残りの超音波アレイ11から中心推定位置に対して、超音波を発信するように発信角度θsを算出して、この発信角度データθsを遅延時間計算部47に入力する。
この後、残りの超音波アレイ11は、この算出された発信角度θsで超音波を発信して、受信計測部46は、超音波の反射波の第1波及び第3波のTOFデータを取得して、測定制御部49に入力する。そして、測定制御部49は、入力されたTOFデータを適宜読み出し可能に記憶部48に記憶する。
Next, the center position estimation unit 491 of the measurement control unit 49 reads the TOF data and the like from the storage unit 48, estimates the center position of the blood vessel, and sets this as the center estimated position (step S3). Then, the center position estimation unit 491 calculates a transmission angle θs so as to transmit ultrasonic waves from the remaining ultrasonic arrays 11 other than the already driven two ultrasonic arrays 11 to the center estimated position, The transmission angle data θs is input to the delay time calculation unit 47.
Thereafter, the remaining ultrasonic array 11 transmits ultrasonic waves at the calculated transmission angle θs, and the reception measurement unit 46 acquires the first and third wave TOF data of the reflected waves of the ultrasonic waves. And input to the measurement control unit 49. And the measurement control part 49 memorize | stores the input TOF data in the memory | storage part 48 so that reading is possible suitably.

受信計測部46は、反射波のうち、第1波の受信信号を受信してから、第3波の受信信号までの間に未振幅期間があるか否かを検出する(ステップS4)。未振幅期間が少なくとも1つあればノイズ等の影響が無いと判断し、次のステップS5の処理を実行する。
一方、受信計測部46は、未振幅期間が無い場合(受信信号を受信し続けるなどの場合)には、ノイズ等の影響が有る判断して、ステップS1に戻り、測定制御部49は、超音波発信モードにおける各種処理を実施する。なお、ステップS1からステップS4の処理を所定回数行っても、未振幅期間が無いと判定されれば、測定制御部49は利用者にプローブ23を取り付け直す旨のエラーを出力する処理をする。
The reception measurement unit 46 detects whether or not there is a non-amplitude period between the reception of the first wave and the reception of the third wave among the reflected waves (step S4). If there is at least one unamplified period, it is determined that there is no influence of noise or the like, and the process of the next step S5 is executed.
On the other hand, if there is no non-amplitude period (such as when receiving a received signal), the reception measurement unit 46 determines that there is an influence of noise or the like, returns to step S1, and the measurement control unit 49 Various processes in the sound wave transmission mode are performed. If it is determined that there is no non-amplitude period even if the processes from step S1 to step S4 are performed a predetermined number of times, the measurement control unit 49 performs a process of outputting an error indicating that the probe 23 is reattached to the user.

次に、測定制御部49の反射位置座標算出部492は、反射位置の座標位置を算出する処理を実施する(ステップS5)。
反射位置座標算出部492は、記憶部48からTOFデータ等を読み出し、図8に示す6点の反射位置A1,A2,B1,B2,C1,C2の座標位置を上述の式(3)〜(8)を用いて算出する。
Next, the reflection position coordinate calculation unit 492 of the measurement control unit 49 performs a process of calculating the coordinate position of the reflection position (step S5).
The reflection position coordinate calculation unit 492 reads the TOF data and the like from the storage unit 48, and determines the coordinate positions of the six reflection positions A1, A2, B1, B2, C1, and C2 shown in FIG. 8).

そして、外径算出部493は、ステップS5で算出した反射位置A1,B1,C1の座標位置、及び上述の式(9)を用いて、血管の外径R及び血管の中心座標O(x,y)を算出する(ステップS6)。
さらに、内径算出部494は、ステップS5で算出した反射位置A2,B2,C2の座標位置、及び上述の式(10)を用いて、血管の内径r及び血管の中心座標O(x,y)を算出する(ステップS7)。
Then, the outer diameter calculation unit 493 uses the coordinate positions of the reflection positions A1, B1, C1 calculated in step S5 and the above equation (9), and the outer diameter R of the blood vessel and the central coordinate O (x, y) is calculated (step S6).
Furthermore, the inner diameter calculation unit 494 uses the coordinate positions of the reflection positions A2, B2, and C2 calculated in step S5 and the above equation (10), and the inner diameter r of the blood vessel and the central coordinate O (x, y) of the blood vessel. Is calculated (step S7).

次に、警告出力部495は、ステップS6、S7で算出した各中心座標Oのずれ量を所定の閾値と比較する(ステップS8)。そして、各中心座標Oのずれ量が所定の閾値よりも大きい場合には利用者にプローブ23を再度、検査対象位置に付け直す旨の警告を報知し(ステップS9)、ステップS1に戻り再測定を開始する。
一方、各中心座標Oのずれ量が所定の閾値より小さい場合には、各中心座標Oと推定中心位置とのずれ量を所定の閾値と比較する(ステップS10)。そして、ずれ量が閾値より小さい場合には血管の径の測定処理を終了する。ところが、当該ずれ量が閾値より大きい場合には、警告出力部495は、ステップS9の警告を報知し、ステップS1に戻り再測定を開始する。
Next, the warning output unit 495 compares the shift amount of each central coordinate O calculated in steps S6 and S7 with a predetermined threshold (step S8). If the deviation amount of each central coordinate O is larger than a predetermined threshold, the user is notified of a warning that the probe 23 is to be reattached to the inspection target position (step S9), and the process returns to step S1 and remeasured. To start.
On the other hand, when the deviation amount of each center coordinate O is smaller than a predetermined threshold value, the deviation amount between each center coordinate O and the estimated center position is compared with a predetermined threshold value (step S10). When the deviation amount is smaller than the threshold value, the blood vessel diameter measurement process is terminated. However, when the deviation amount is larger than the threshold value, the warning output unit 495 notifies the warning in step S9, returns to step S1, and starts remeasurement.

[4.本実施形態の作用効果]
本実施形態では、超音波が血管の中心座標Oを通過するように、超音波の発信角度を制御する信号遅延回路45を備えるので、血管の壁面に対して直交する方向に確実に超音波を発信させることができ、前述した従来のような反射波の強度の低下を防止することができ、確実に反射波を受信できる。
また、超音波の発信後、受信するまでの時間が最短となる第1波から、上記式(2)の所定時間Tの範囲内で到達した反射波を第3波として測定する受信計測部46を備える。すなわち、受信計測部46を備えることで、第1波の次に血管の内壁で反射する第2波及び第4波を除くことができ、第1波、及び所定時間Tの範囲内で受信した第3波を確実に区別して受信することが可能となる。これによれば、第3波の受信信号のTOFデータを正確に取得でき、超音波の血管での反射位置A2,B2,C2の座標を上記式(4)、(6)、(8)を用いて正確に求めることができる。従って、外径算出部493及び内径算出部494により、上記式(9)、(10)を用いて、より正確な血管の外径R、内径r、及び中心座標Oを算出できる。
[4. Effects of this embodiment]
In this embodiment, since the signal delay circuit 45 that controls the transmission angle of the ultrasonic wave is provided so that the ultrasonic wave passes through the central coordinate O of the blood vessel, the ultrasonic wave is reliably transmitted in a direction orthogonal to the wall surface of the blood vessel. It is possible to transmit, prevent a decrease in the intensity of the reflected wave as in the conventional case, and receive the reflected wave reliably.
In addition, a reception measurement unit 46 that measures a reflected wave that has arrived within a predetermined time T of the above formula (2) as a third wave from the first wave that takes the shortest time to receive after transmitting the ultrasonic wave. Is provided. In other words, by providing the reception measurement unit 46, the second wave and the fourth wave reflected by the inner wall of the blood vessel next to the first wave can be excluded, and the first wave and the signal received within the predetermined time T range. It becomes possible to distinguish and receive the third wave. According to this, the TOF data of the received signal of the third wave can be obtained accurately, and the coordinates of the reflection positions A2, B2, and C2 on the ultrasonic blood vessel are expressed by the above equations (4), (6), and (8). It can be obtained accurately by using. Accordingly, the outer diameter calculation unit 493 and the inner diameter calculation unit 494 can calculate the outer diameter R, the inner diameter r, and the center coordinate O of the blood vessel more accurately using the above formulas (9) and (10).

さらに、受信計測部46は第1波から第3波までの間に未振幅期間が少なくとも1つあるか否かを判定するので、例えば、第1波から第3波が連続しているような反射波を検出することができる。従って、反射波が連続波となっている場合には、再測定することで、第1波の反射位置、及び第3波の反射位置を確実に特定することができ、血管の径の正確な測定をすることができる。
また、外径算出部493及び内径算出部494により算出した各中心座標Oのずれ量を所定の閾値と比較する警告出力部495を備え、この警告出力部495は、ずれ量が閾値を超えている場合にはプローブ23を再度取り付け直す旨の警告を出力する。これによれば、利用者がプローブ23を検査対象位置に再度取り付け直した後に、再測定して、各中心座標Oのずれ量が閾値より小さくなることで、より正確な血管の中心座標Oを求めることができ、正確な血管の径の測定が可能となる。
さらに、警告出力部495は、中心位置推定部491により推定された血管の中心推定位置と、外径算出部493及び内径算出部494で算出された中心座標Oとのずれ量を比較し、ずれ量が閾値を超えている場合にはプローブ23を再度取り付け直す旨の警告を出力する。そして、再測定することで、より正確な血管の中心座標を求めることができ、正確な血管の径の測定が可能となる。
Further, since the reception measurement unit 46 determines whether there is at least one non-amplitude period from the first wave to the third wave, for example, the first wave to the third wave are continuous. A reflected wave can be detected. Therefore, when the reflected wave is a continuous wave, the reflection position of the first wave and the reflection position of the third wave can be reliably identified by re-measurement, and the accurate diameter of the blood vessel can be determined. You can make measurements.
In addition, a warning output unit 495 that compares the deviation amount of each central coordinate O calculated by the outer diameter calculation unit 493 and the inner diameter calculation unit 494 with a predetermined threshold is provided, and the warning output unit 495 has a deviation amount exceeding the threshold. If it is, a warning that the probe 23 is to be reattached is output. According to this, after the user reattaches the probe 23 to the inspection target position, the measurement is performed again, and the deviation amount of each central coordinate O becomes smaller than the threshold value, so that the more accurate central coordinate O of the blood vessel can be obtained. Therefore, the blood vessel diameter can be accurately measured.
Further, the warning output unit 495 compares the deviation amount between the center estimated position of the blood vessel estimated by the center position estimating unit 491 and the center coordinates O calculated by the outer diameter calculating unit 493 and the inner diameter calculating unit 494, If the amount exceeds the threshold, a warning that the probe 23 will be reattached is output. By re-measuring, a more accurate blood vessel center coordinate can be obtained, and an accurate blood vessel diameter can be measured.

[実施形態の変形]
なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
前記実施形態では、2つの超音波アレイ11からは発信される超音波の2つの反射波に基づいて、血管の中心位置を推定していたが、3つの超音波アレイ11から発信される超音波の反射波から3つの反射波に基づいて、血管の中心位置を推定してもよい。この場合には、2つの超音波アレイ11を用いて、血管の中心位置を推定する場合に比べて、中心位置を推定する精度をより向上できる。
[Modification of Embodiment]
It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiments, and modifications, improvements, and the like within the scope that can achieve the object of the present invention are included in the present invention.
In the embodiment, the center position of the blood vessel is estimated based on the two reflected waves of the ultrasonic waves transmitted from the two ultrasonic arrays 11, but the ultrasonic waves transmitted from the three ultrasonic arrays 11. The center position of the blood vessel may be estimated based on the three reflected waves. In this case, the accuracy of estimating the center position can be further improved as compared with the case where the center position of the blood vessel is estimated using the two ultrasonic arrays 11.

前記実施形態では、3つの超音波アレイ11を用いた血管径測定装置1を例示したが、これに限定されず、4つ以上の超音波アレイ11を用いてもよい。
前記実施形態では、開口部101として平面視円形状のものを例示したが、これに限定されず、ダイアフラム13の撓みバランスや、圧電体14によるダイアフラム13の振動安定性に応じて、例えば矩形状などその他の形状に形成されてもよい。すなわち、ダイアフラム13の振動時の応力バランスなどを考慮して、超音波素子12の形状を自由に設計することができる。
In the embodiment, the blood vessel diameter measuring apparatus 1 using the three ultrasonic arrays 11 is exemplified, but the present invention is not limited to this, and four or more ultrasonic arrays 11 may be used.
In the above embodiment, the opening 101 has a circular shape in plan view. However, the opening 101 is not limited to this. For example, the opening 101 has a rectangular shape according to the deflection balance of the diaphragm 13 or the vibration stability of the diaphragm 13 by the piezoelectric body 14. It may be formed in other shapes. That is, the shape of the ultrasonic element 12 can be freely designed in consideration of the stress balance during vibration of the diaphragm 13.

前記実施形態では、各超音波アレイ11は、各超音波素子12により超音波の発信および受信の双方を実施し、超音波モード切替制御部43により、超音波発信モードと、超音波受信モードとを切り替える例を示したが、これに限定されず、受信専用の超音波素子及び発信専用の超音波素子を並設する構成としてもよい。   In the embodiment, each ultrasonic array 11 performs both transmission and reception of ultrasonic waves by each ultrasonic element 12, and the ultrasonic mode switching control unit 43 controls the ultrasonic transmission mode, the ultrasonic reception mode, and so on. However, the present invention is not limited to this, and a configuration may be employed in which an ultrasonic element dedicated to reception and an ultrasonic element dedicated to transmission are arranged in parallel.

前記実施形態において、遅延時間計算部47が、測定制御部49から発信角度データを受け取ることで、各超音波素子12に入力する駆動信号の遅延時間を演算する装置である例、すなわち、遅延時間計算部47がハードウェアとして構成される例を示したが、これに限定されない。例えば、記憶部48に遅延時間計算プログラムが記憶され、測定制御部49によりこの遅延時間計算プログラムが読み出されて実行されることで、各駆動信号に遅延時間を演算する構成としてもよい。
また、前記実施形態では、中心位置推定部491、反射位置座標算出部492、外径算出部493、内径算出部494、及び警告出力部495として、測定制御部49が各種プログラムを読み出し実行することで機能する例を示したが、例えば、中心位置推定部491、反射位置座標算出部492、外径算出部493、内径算出部494、及び警告出力部495が、例えばICなどの集積回路により、ハードウェアとして構成されるものであってもよい。
In the embodiment, an example in which the delay time calculation unit 47 is a device that calculates the delay time of the drive signal input to each ultrasonic element 12 by receiving the transmission angle data from the measurement control unit 49, that is, the delay time. Although the calculation part 47 showed the example comprised as hardware, it is not limited to this. For example, the delay time calculation program may be stored in the storage unit 48, and the delay time calculation program may be read and executed by the measurement control unit 49, so that the delay time is calculated for each drive signal.
In the embodiment, the measurement control unit 49 reads and executes various programs as the center position estimation unit 491, the reflection position coordinate calculation unit 492, the outer diameter calculation unit 493, the inner diameter calculation unit 494, and the warning output unit 495. For example, the center position estimation unit 491, the reflection position coordinate calculation unit 492, the outer diameter calculation unit 493, the inner diameter calculation unit 494, and the warning output unit 495 are formed by an integrated circuit such as an IC, for example. It may be configured as hardware.

1…血管径測定装置、4…制御回路、11…超音波アレイ、12…超音波素子、23…プローブ、45…信号遅延回路(発信角度制御部)、46…受信計測部(第1反射波測定部、第2反射波測定部)、491…中心位置推定部、493…外径算出部、494…内径算出部、495…警告出力部。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Blood vessel diameter measuring apparatus, 4 ... Control circuit, 11 ... Ultrasonic array, 12 ... Ultrasonic element, 23 ... Probe, 45 ... Signal delay circuit (transmission angle control part), 46 ... Reception measurement part (1st reflected wave) Measurement unit, second reflected wave measurement unit), 491 ... center position estimation unit, 493 ... outer diameter calculation unit, 494 ... inner diameter calculation unit, 495 ... warning output unit.

本発明は、超音波を用いて生体内の血管の径を測定する血管径測定装置、及び血管径の測定方法に関する。 The present invention relates to a blood vessel diameter measuring apparatus that measures the diameter of a blood vessel in a living body using ultrasonic waves , and a blood vessel diameter measuring method .

本発明の目的は、正確な血管の径を測定できる血管径測定装置、及び血管径の測定方法を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a blood vessel diameter measuring apparatus and a blood vessel diameter measuring method capable of measuring an accurate blood vessel diameter.

本発明の血管径測定装置は、生体に接触可能なプローブに設けられた超音波アレイと、
前記超音波アレイから超音波が発信されてから前記生体内の血管で反射して前記超音波アレイに到達するまでの到達時間に基づいて前記血管の外径及び内径を算出する制御回路と、を備え、前記超音波アレイは、基板上に複数の超音波素子が走査方向直線に沿って配設されたライン状アレイ構造を有し、前記制御回路は、前記走査方向直線を通り前記基板に直交するスキャン面において、前記超音波アレイから発信される少なくとも3つの超音波が前記血管の中心を通過するように前記少なくとも3つの超音波の前記走査方向直線に対する発信角度を互いに異なる3つの角度に制御する発信角度制御部と、前記発信された少なくとも3つの超音波ごとに前記血管で反射されて、最も早く前記超音波アレイに到達する第1反射波の第1到達時間を測定し、前記第1到達時間を基準として設定される所定時間の範囲内に前記超音波アレイに到達した第2反射波の第2到達時間を測定する受信計測部前記少なくとも3つの超音波のそれぞれに対応して測定された少なくとも3つの前記第1到達時間に基づいて前記血管の外径を算出する外径算出部と、前記少なくとも3つの超音波のそれぞれに対応して測定された少なくとも3つの前記第2到達時間に基づいて前記血管の内径を算出する内径算出部と、を備えることを特徴とする。
The blood vessel diameter measuring apparatus of the present invention includes an ultrasonic array provided on a probe that can contact a living body,
A control circuit that calculates an outer diameter and an inner diameter of the blood vessel based on an arrival time from when the ultrasonic wave is transmitted from the ultrasonic array to the blood vessel in the living body to reach the ultrasonic array. wherein the ultrasound array comprises an arrangement has been linear array structure a plurality of ultrasonic elements along the scan direction line on a substrate, wherein the control circuit is perpendicular to the scanning direction line as said substrate in the scan plane of said at least three ultrasound control to said at least three different three angles outgoing angle with respect to the scanning direction line of the ultrasonic wave to pass through the center of the blood vessel to be transmitted from the ultrasonic array outgoing angle and a control unit, wherein each originating on at least three ultrasonic waves are reflected by the blood vessel, the earliest the first arrival time of the first reflected wave reaches the ultrasonic array to Measured, before Symbol reception measurement unit for measuring a second reflected wave second arrival time of which has reached the ultrasound array within a predetermined time set the first arrival time as a reference, said at least three super an outer diameter calculation unit that calculates the outer diameter of the blood vessel based on at least three of said first arrival time is measured corresponding to each sound wave was measured corresponding to each of said at least three ultrasound An inner diameter calculating unit that calculates an inner diameter of the blood vessel based on at least three second arrival times.

本発明によれば、超音波が血管の中心を通過するように、超音波の発信角度を制御する発信角度制御部を備えるので、血管の壁面に対して直交する方向に確実に超音波を発信させることができ、前述した従来のような反射波の強度の低下を防止することができ、確実に反射波を受信できる。
また、超音波の発信後、受信するまでの時間が最短となる第1反射波の第1到達時間を測定し、さらに、第1到達時間を基準として設定される所定時間の範囲内に超音波アレイに到達した第2反射波の第2到達時間を測定する受信計測部を備える。ここで、第1反射波は、超音波アレイから最も近い位置の血管の外壁で反射した超音波である。そして、「所定時間の範囲内に超音波アレイに到達した第2反射波」とは、第1反射波の次に血管の内壁で反射する反射波を受信すると予測される時間を経過した後から超音波アレイから最も遠い血管の外壁で反射した反射波を受信すると予測される時間までの範囲内に超音波アレイに到達した反射波である。
これによれば、例えば、第1反射波の次に血管の内壁で反射する反射波、及び超音波アレイから最も遠い血管の外壁で反射した反射波を受信することを除くことができ、第1反射波、及び所定時間後に到達した第2反射波を確実に区別して受信することが可能となる。従って、超音波の血管での所望の反射位置をより正確に検出することができる。
そして、外径算出部は、第1反射波の第1到達時間から検出された少なくとも3つの反射位置の座標に基づいて、血管の外径を正確に算出できる。また、内径算出部は、第2反射波の第2到達時間から検出された少なくとも3つの反射位置の座標に基づいて、血管の内径を正確に算出できる。
According to the present invention, since the transmission angle control unit that controls the transmission angle of the ultrasonic wave is provided so that the ultrasonic wave passes through the center of the blood vessel, the ultrasonic wave is reliably transmitted in a direction orthogonal to the wall surface of the blood vessel. Therefore, it is possible to prevent a decrease in the intensity of the reflected wave as in the prior art, and to receive the reflected wave reliably.
Further, the first arrival time of the first reflected wave that takes the shortest time until the reception after the transmission of the ultrasonic wave is measured , and the ultrasonic wave is further within a predetermined time range set based on the first arrival time. A reception measurement unit that measures the second arrival time of the second reflected wave that has reached the array is provided. Here, the first reflected wave is an ultrasonic wave reflected by the outer wall of the blood vessel closest to the ultrasonic array. And, “the second reflected wave that has reached the ultrasonic array within a predetermined time range” means that after a time predicted to receive the reflected wave reflected on the inner wall of the blood vessel next to the first reflected wave, has elapsed. This is a reflected wave that reaches the ultrasonic array within a range up to a time predicted to receive a reflected wave reflected by the outer wall of the blood vessel farthest from the ultrasonic array.
According to this, for example, it is possible to exclude receiving a reflected wave reflected on the inner wall of the blood vessel next to the first reflected wave and a reflected wave reflected on the outer wall of the blood vessel farthest from the ultrasonic array. It is possible to reliably distinguish and receive the reflected wave and the second reflected wave that arrives after a predetermined time. Therefore, a desired reflection position in the ultrasonic blood vessel can be detected more accurately.
The outer diameter calculation unit can accurately calculate the outer diameter of the blood vessel based on the coordinates of at least three reflection positions detected from the first arrival time of the first reflected wave. The inner diameter calculation unit can accurately calculate the inner diameter of the blood vessel based on the coordinates of at least three reflection positions detected from the second arrival time of the second reflected wave.

本発明の血管径測定装置では、前記制御回路は、前記スキャン面において、前記発信角度制御部により予め設定されている複数の発信角度で前記超音波アレイから発信された複数の超音波のうち、前記血管で反射されて最も遅く前記超音波アレイに到達する最遅到達反射波が計測された超音波の前記発信角度を得て、前記最遅到達反射波が計測された超音波の前記発信角度に基づいて、前記血管の中心位置を推定する中心位置推定部を備えることが好ましい。 In the blood vessel diameter measuring device of the present invention, the control circuit includes a plurality of ultrasonic waves transmitted from the ultrasonic array at a plurality of transmission angles set in advance by the transmission angle control unit on the scan surface . to give the outgoing angle of the ultrasonic wave slowest arriving reflected wave is measured to reach a slowest the ultrasound array is reflected by the blood vessel, before Symbol slowest arriving reflected wave the calling of the ultrasonic wave is measured It is preferable to include a center position estimation unit that estimates the center position of the blood vessel based on the angle.

本発明によれば、中心位置推定部は、予め設定された複数の発信角度で発信された複数の超音波のうち、最も遅く超音波アレイに到達する最遅到達反射波が計測された超音波の発信角度に基づいて、血管の中心位置を推定する。これにより全ての超音波アレイを用いて中心位置を推定する場合と比べると、処理速度を向上させることができる。 According to the present invention, the center position estimation unit, among the plurality of ultrasonic wave transmitted by the plurality of outgoing angle set in advance, most late arrival reflected wave it reaches the slowest ultrasonic array is measured ultrasonic based on the outgoing angles of the sound waves to estimate the center position of the blood vessel. Thereby , processing speed can be improved compared with the case where the center position is estimated using all the ultrasonic arrays.

本発明の血管径測定装置では、前記受信計測部は、前記第1反射波から前記第2反射波までの間に反射波の未振幅期間が少なくとも1つあるか否かを判定することが好ましい。 In the blood vessel diameter measuring device of the present invention, it is preferable that the reception measurement unit determines whether or not there is at least one non-amplitude period of the reflected wave from the first reflected wave to the second reflected wave. .

本発明によれば、受信計測部は第1反射波から第2反射波までの間に未振幅期間が少なくとも1つあるか否かを判定するので、例えば、第1反射波と第2反射波とが連続しているような反射波を検出することができる。これによれば、受信計測部は、反射波が連続していることを検出すると、未振幅期間を検出するまで、超音波を発信して反射波を測定するようにすれば、第1反射波の反射位置、及び第2反射波の反射位置を明確に特定することができ、血管の径の正確な測定をすることができる。 According to the present invention, since the reception measurement unit determines whether there is at least one non-amplitude period between the first reflected wave and the second reflected wave, for example, the first reflected wave and the second reflected wave. It is possible to detect a reflected wave that is continuous. According to this, when the reception measurement unit detects that the reflected wave is continuous, the ultrasonic wave is transmitted and the reflected wave is measured until the non-amplitude period is detected. The reflection position of the second reflection wave and the reflection position of the second reflected wave can be clearly specified, and the diameter of the blood vessel can be accurately measured.

本発明の血管径測定装置では、前記外径算出部は、前記少なくとも3つの超音波のそれぞれに対応して算出された少なくとも3点の前記第1反射波の前記血管における反射位置の座標に基づいて前記血管の中心座標を算出し、前記内径算出部は、前記少なくとも3つの超音波のそれぞれに対応して算出された少なくとも3点の前記第2反射波の前記血管における反射位置の座標に基づいて前記血管の中心座標を算出し、前記制御回路は、前記外径算出部により算出された前記血管の中心座標と前記内径算出部により算出された前記血管の中心座標との間のずれ量が所定の閾値を超えているか否かを判定し、前記閾値を超えている場合には、警告を出力する警告出力部を備えることが好ましい。 In the blood vessel diameter measuring apparatus according to the present invention, the outer diameter calculation unit is based on the coordinates of the reflection positions of the at least three first reflected waves calculated corresponding to the at least three ultrasonic waves in the blood vessel. The center coordinate of the blood vessel is calculated, and the inner diameter calculation unit is based on the coordinates of the reflection positions in the blood vessel of the at least three second reflected waves calculated corresponding to each of the at least three ultrasonic waves. The control circuit calculates the center coordinate of the blood vessel, and the control circuit determines a deviation amount between the center coordinate of the blood vessel calculated by the outer diameter calculation unit and the center coordinate of the blood vessel calculated by the inner diameter calculation unit. It is preferable to provide a warning output unit that determines whether or not a predetermined threshold is exceeded and outputs a warning when the threshold is exceeded.

本発明の血管径測定装置では、前記制御回路は、前記スキャン面において、前記発信角度制御部により予め設定されている複数の発信角度で前記超音波アレイから発信された複数の超音波のうち、前記血管で反射されて最も遅く前記超音波アレイに到達する最遅到達反射波が計測された超音波の前記発信角度を得て、前記最遅到達反射波が計測された超音波の前記発信角度に基づいて、前記血管の中心位置を推定する中心位置推定部と、前記中心位置推定部で推定された前記血管の中心推定位置と、前記外径算出部で算出された前記血管の中心座標及び前記内径算出部で算出された前記血管の中心座標とのずれ量が所定の閾値を超えているか否かを判定し、少なくとも一方のずれ量が前記閾値を超えている場合には、警告を出力する警告出力部とを備えることが好ましい。
本発明によれば、警告出力部は、推定された血管の中心推定位置と、外径算出部及び内径算出部で算出される中心座標とのずれ量を比較し、ずれ量が閾値を超えている場合には警告を出力する。この場合には前述と同様に、プローブを取り付け直して、再測定することで、より正確な血管の中心座標を求めることができ、正確な血管の径の測定が可能となる。
In the blood vessel diameter measuring device of the present invention, the control circuit includes a plurality of ultrasonic waves transmitted from the ultrasonic array at a plurality of transmission angles set in advance by the transmission angle control unit on the scan surface . to give the outgoing angle of the ultrasonic wave slowest arriving reflected wave is measured to reach a slowest the ultrasound array is reflected by the blood vessel, before Symbol slowest arriving reflected wave the calling of the ultrasonic wave is measured Based on the angle, a center position estimating unit that estimates the center position of the blood vessel, the center estimated position of the blood vessel estimated by the center position estimating unit, and the center coordinates of the blood vessel calculated by the outer diameter calculating unit And whether or not the deviation amount from the central coordinates of the blood vessel calculated by the inner diameter calculation unit exceeds a predetermined threshold value, and if at least one deviation amount exceeds the threshold value, a warning is issued. Warning output to be output It is preferably provided and.
According to the present invention, the warning output unit compares a deviation amount between the estimated center position of the blood vessel and the center coordinates calculated by the outer diameter calculation unit and the inner diameter calculation unit, and the deviation amount exceeds the threshold value. If it is, a warning is output. In this case, as described above, by reattaching the probe and performing re-measurement, it is possible to obtain a more accurate blood vessel center coordinate and to accurately measure the blood vessel diameter.

本発明の血管径の測定方法は、生体に接触可能なプローブに設けられた超音波アレイと、基板上に複数の超音波素子が走査方向直線に沿って配設されたライン状アレイ構造を有する超音波アレイが設けられ、生体に接触可能なプローブを用いて前記生体内の血管の血管径を測定する方法であって、前記走査方向直線を通り前記基板に直交するスキャン面内において、前記超音波アレイから発信される少なくとも3つの超音波が前記血管の中心を通過するように前記少なくとも3つの超音波の前記走査方向直線に対する発信角度を互いに異なる3つの角度に制御して前記少なくとも3つの超音波を発信し、前記発信された少なくとも3つの超音波ごとに前記血管で反射されて、最も早く前記超音波アレイに到達する第1反射波の第1到達時間と、前記第1到達時間を基準として設定される所定時間の範囲内に前記超音波アレイに到達した第2反射波の第2到達時間と、を測定し、前記少なくとも3つの超音波のそれぞれに対応して測定された少なくとも3つの前記第1到達時間に基づいて前記血管の外径を算出し、前記少なくとも3つの超音波のそれぞれに対応して測定された少なくとも3つの前記第2到達時間に基づいて前記血管の内径を算出することを特徴とする。The blood vessel diameter measurement method of the present invention has an ultrasonic array provided on a probe that can contact a living body, and a line array structure in which a plurality of ultrasonic elements are arranged on a substrate along a straight line in the scanning direction. An ultrasonic array is provided, and a method of measuring a blood vessel diameter of a blood vessel in the living body using a probe that can come into contact with the living body, wherein the ultrasound is passed through the scanning direction straight line and orthogonal to the substrate. The transmission angles of the at least three ultrasonic waves with respect to the scanning direction straight line are controlled at three different angles so that at least three ultrasonic waves transmitted from the sound wave array pass through the center of the blood vessel, and the at least three super waves are controlled. A first arrival time of a first reflected wave that is transmitted by a sound wave, is reflected by the blood vessel for each of the transmitted at least three ultrasonic waves, and reaches the ultrasonic array earliest; A second arrival time of the second reflected wave that has reached the ultrasonic array within a predetermined time range set with respect to the first arrival time, and corresponds to each of the at least three ultrasonic waves. The outer diameter of the blood vessel is calculated based on the at least three first arrival times measured in the above, and based on the at least three second arrival times measured corresponding to each of the at least three ultrasonic waves. The inner diameter of the blood vessel is calculated.
本発明では、上述した発明と同様、例えば、第1反射波の次に血管の内壁で反射する反射波、及び超音波アレイから最も遠い血管の外壁で反射した反射波を受信することを除くことができ、第1反射波、及び所定時間後に到達した第2反射波を確実に区別して受信することが可能となる。従って、超音波の血管での所望の反射位置をより正確に検出することができる。これにより、第1到達時間から検出された反射位置座標に基づいた血管の外径、及び第2到達時間から検出された反射位置座標に基づいた血管の内径を正確に算出できる。In the present invention, similar to the above-described invention, for example, the reception of the reflected wave reflected on the inner wall of the blood vessel after the first reflected wave and the reflected wave reflected on the outer wall of the blood vessel farthest from the ultrasonic array is excluded. Thus, the first reflected wave and the second reflected wave that arrives after a predetermined time can be reliably distinguished and received. Therefore, a desired reflection position in the ultrasonic blood vessel can be detected more accurately. Thereby, the outer diameter of the blood vessel based on the reflection position coordinates detected from the first arrival time and the inner diameter of the blood vessel based on the reflection position coordinates detected from the second arrival time can be accurately calculated.
また、本発明の血管径の測定方法において、前記スキャン面内において、前記発信角度制御部により予め設定されている複数の発信角度で前記超音波アレイから複数の超音波を発信し、前記発信された複数の超音波のうち、前記血管で反射されて最も遅く前記超音波アレイに到達する最遅到達反射波が計測された超音波の前記発信角度を得て、前記最遅到達反射波が計測された超音波の前記発信角度に基づいて、前記血管の中心位置を推定することが好ましい。Further, in the blood vessel diameter measuring method of the present invention, a plurality of ultrasonic waves are transmitted from the ultrasonic array at a plurality of transmission angles set in advance by the transmission angle control unit within the scan plane, and transmitted. Among the plurality of ultrasonic waves, the transmission angle of the ultrasonic wave from which the latest reflected wave that is reflected at the blood vessel and reaches the ultrasonic array latest is measured, and the latest reflected wave is measured. It is preferable to estimate the center position of the blood vessel based on the transmission angle of the ultrasonic wave.
これにより、上記発明と同様、迅速に血管の中心位置を推定することができる。Thereby, the center position of the blood vessel can be estimated quickly as in the above-described invention.

Claims (5)

生体に接触するプローブに設けられた少なくとも3つの超音波アレイと、
前記超音波アレイから超音波が発信されてから前記生体内の血管で反射して前記超音波アレイに到達するまでの到達時間に基づいて前記血管の外径及び内径を算出する制御回路と、を備え、
前記超音波アレイは、複数の超音波素子が走査方向に沿って一方向に配設されたライン状アレイ構造を有し、
前記制御回路は、
前記少なくとも3つの超音波アレイのそれぞれに対応して、
前記複数の超音波素子の各々が超音波を発信するタイミングを前記走査方向に対して順に遅延させることで、前記超音波アレイから発信される超音波が前記血管の中心を通過するように超音波の前記走査方向に対する発信角度を制御する発信角度制御部と、
前記発信された超音波が前記血管で反射されて、最も早く前記超音波アレイに到達する第1反射波の第1到達時間を測定する第1反射波測定部と、
前記第1到達時間を基準として設定される所定時間の範囲内に前記超音波アレイに到達した第2反射波の第2到達時間を測定する第2反射波測定部と、を備え、更に、
前記少なくとも3つの超音波アレイのそれぞれに対応して測定された少なくとも3つの前記第1到達時間に基づいて前記血管の外径を算出する外径算出部と、
前記少なくとも3つの超音波アレイのそれぞれに対応して測定された少なくとも3つの前記第2到達時間に基づいて前記血管の内径を算出する内径算出部と、を備える
ことを特徴とする血管径測定装置。
At least three ultrasonic arrays provided on a probe in contact with a living body;
A control circuit that calculates an outer diameter and an inner diameter of the blood vessel based on an arrival time from when the ultrasonic wave is transmitted from the ultrasonic array to the blood vessel in the living body to reach the ultrasonic array. Prepared,
The ultrasonic array has a line array structure in which a plurality of ultrasonic elements are arranged in one direction along a scanning direction,
The control circuit includes:
Corresponding to each of the at least three ultrasound arrays,
The ultrasonic waves are transmitted so that the ultrasonic waves transmitted from the ultrasonic array pass through the center of the blood vessel by sequentially delaying the timing at which the ultrasonic elements transmit ultrasonic waves with respect to the scanning direction. A transmission angle control unit for controlling a transmission angle with respect to the scanning direction;
A first reflected wave measuring unit that measures the first arrival time of the first reflected wave that is transmitted from the blood vessel and is first reflected by the blood vessel and reaches the ultrasonic array;
A second reflected wave measurement unit that measures a second arrival time of the second reflected wave that has reached the ultrasonic array within a predetermined time range set with respect to the first arrival time; and
An outer diameter calculator that calculates an outer diameter of the blood vessel based on at least three first arrival times measured corresponding to each of the at least three ultrasonic arrays;
A blood vessel diameter measuring apparatus comprising: an inner diameter calculating unit that calculates an inner diameter of the blood vessel based on at least three second arrival times measured corresponding to each of the at least three ultrasonic arrays. .
請求項1に記載の血管径測定装置において、
前記制御回路は、
前記少なくとも3つの超音波アレイのうちの2つの前記超音波アレイのそれぞれに対応して、
前記発信角度制御部により前記発信角度を変えて前記超音波アレイから発信された複数の超音波のうち、前記血管で反射されて最も遅く前記超音波アレイに到達する最遅到達反射波が計測された超音波の前記発信角度を得て、
前記2つの前記超音波アレイのそれぞれに対応して得られた2つの前記最遅到達反射波が計測された超音波の前記発信角度に基づいて、前記血管の中心位置を推定する中心位置推定部を備える
ことを特徴とする血管径測定装置。
In the blood vessel diameter measuring device according to claim 1,
The control circuit includes:
Corresponding to each of two of the at least three ultrasound arrays,
Among the plurality of ultrasonic waves transmitted from the ultrasonic array by changing the transmission angle by the transmission angle control unit, the latest arrival reflected wave that is reflected by the blood vessel and reaches the ultrasonic array latest is measured. Obtain the transmission angle of the ultrasonic wave,
A center position estimation unit that estimates the center position of the blood vessel based on the transmission angle of the ultrasonic waves obtained by measuring the two latest arrival reflected waves obtained corresponding to each of the two ultrasonic arrays A blood vessel diameter measuring apparatus comprising:
請求項1または請求項2に記載の血管径測定装置において、
前記第2反射波測定部は、前記第1反射波から前記第2反射波までの間に反射波の未振幅期間が少なくとも1つあるか否かを判定する
ことを特徴とする血管径測定装置。
In the blood vessel diameter measuring apparatus according to claim 1 or 2,
The second reflected wave measuring unit determines whether or not there is at least one non-amplitude period of a reflected wave between the first reflected wave and the second reflected wave. .
請求項1から請求項3のいずれかに記載の血管径測定装置において、
前記外径算出部は、前記少なくとも3つの超音波アレイのそれぞれに対応して算出された少なくとも3点の前記第1反射波の前記血管における反射位置の座標に基づいて前記血管の中心座標を算出し、
前記内径算出部は、前記少なくとも3つの超音波アレイのそれぞれに対応して算出された少なくとも3点の前記第2反射波の前記血管における反射位置の座標に基づいて前記血管の中心座標を算出し、
前記制御回路は、前記外径算出部により算出された前記血管の中心座標と前記内径算出部により算出された前記血管の中心座標との間のずれ量が所定の閾値を超えているか否かを判定し、前記閾値を超えている場合には、警告を出力する警告出力部を備える
ことを特徴とする血管径測定装置。
In the blood vessel diameter measuring device according to any one of claims 1 to 3,
The outer diameter calculation unit calculates the central coordinates of the blood vessel based on the coordinates of the reflection positions of the at least three first reflected waves calculated for each of the at least three ultrasonic arrays in the blood vessel. And
The inner diameter calculation unit calculates the central coordinates of the blood vessel based on the coordinates of the reflection positions of the at least three second reflected waves in the blood vessel calculated corresponding to each of the at least three ultrasonic arrays. ,
The control circuit determines whether a deviation amount between the blood vessel center coordinates calculated by the outer diameter calculation unit and the blood vessel center coordinates calculated by the inner diameter calculation unit exceeds a predetermined threshold value. A blood vessel diameter measuring apparatus comprising: a warning output unit that determines and outputs a warning when the threshold value is exceeded.
請求項4に記載の血管径測定装置において、
前記制御回路は、
前記少なくとも3つの超音波アレイのうちの2つの前記超音波アレイのそれぞれに対応して、
前記発信角度制御部により前記発信角度を変えて前記超音波アレイから発信された複数の超音波のうち、前記血管で反射されて最も遅く前記超音波アレイに到達する最遅到達反射波が計測された超音波の前記発信角度を得て、
前記2つの前記超音波アレイのそれぞれに対応して得られた2つの前記最遅到達反射波が計測された超音波の前記発信角度に基づいて、前記血管の中心位置を推定する中心位置推定部と、
前記中心位置推定部で推定された前記血管の中心推定位置と、前記外径算出部で算出された前記血管の中心座標及び前記内径算出部で算出された前記血管の中心座標とのずれ量が所定の閾値を超えているか否かを判定し、少なくとも一方のずれ量が前記閾値を超えている場合には、警告を出力する警告出力部とを備える
ことを特徴とする血管径測定装置。
In the blood vessel diameter measuring device according to claim 4,
The control circuit includes:
Corresponding to each of two of the at least three ultrasound arrays,
Among the plurality of ultrasonic waves transmitted from the ultrasonic array by changing the transmission angle by the transmission angle control unit, the latest arrival reflected wave that is reflected by the blood vessel and reaches the ultrasonic array latest is measured. Obtain the transmission angle of the ultrasonic wave,
A center position estimation unit that estimates the center position of the blood vessel based on the transmission angle of the ultrasonic waves obtained by measuring the two latest arrival reflected waves obtained corresponding to each of the two ultrasonic arrays When,
A deviation amount between the center estimated position of the blood vessel estimated by the center position estimating unit, the center coordinates of the blood vessel calculated by the outer diameter calculating unit, and the center coordinates of the blood vessel calculated by the inner diameter calculating unit. A blood vessel diameter measuring apparatus comprising: a warning output unit that determines whether or not a predetermined threshold value is exceeded and outputs a warning when at least one deviation amount exceeds the threshold value.
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