JP2015013099A - 超音波測定装置および超音波測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】より少ない処理負荷でプローブ走査範囲内から血管位置を判定する。
【解決手段】超音波測定では、血管は拍動に伴って常に動くので血管の前壁と後壁を含む走査線上の反射信号の信号強度変化は、血管以外の生体組織のそれにくらべて大きくなる。よって、超音波振動子別に、隣接する２フレーム分の反射波信号が得られる都度、深さ別に信号強度差を算出し、全深さの信号強度差の合計を超音波振動子別に所定時間分積算する。信号強度差の積算値を現わすヒストグラムのピーク値を検索し、ピーク値に対応する超音波振動子を「血管直上にある超音波振動子」として判定する。
【選択図】図４

Description

本発明は、超音波測定により生体内組織を測定する超音波測定装置等に関する。

超音波測定装置により体内の生体情報を測定することで、血管機能の評価や血管疾患の判断が行われている。
例えば、動脈硬化の指標となる頸動脈のＩＭＴ（Intima Media Thickness：内膜中膜複合体厚）を計測することもその１つである。頸動脈の測定では頸動脈を見つけ、測定ポイントを適切に決定しなければならない。通常は、オペレーターが医学的知識に基づいて目的とする頸動脈のおおよその位置に超音波プローブを当て、モニターに表示されるＢモード画像を見ながら測定対象とする頸動脈を詳細に探し出し、探し出した頸動脈を計測ポイントとして手動で設定する。

こうした一連の測定操作を速やかに実行し且つ適切に頸動脈を見つけるには熟練を要するとされてきたが、近年、測定操作を補助する機能が考案されるようになった。例えば、特許文献１には、超音波ビームの反射波の受信信号強度を利用して自動で血管を検出する方法が開示されている。

特開２００２−１１００８号公報

特許文献１に開示されている検出方法では、血管壁からの反射波が最も強いことを前提として血管位置を特定している。しかし、実際には周辺組織など血管以外の組織からも強い反射波を受信する場合がある。また、フォーカスの設定値などによって各深さでの受信強度が変化する場合もある。そのため、一概に反射波の強度のみで血管を特定することは難しい。

また、一般的な画像認識の原理を用いて血管を検出する方法として、テンプレートマッチングやオプティカルフローなどなどが挙げられるが、何れもアルゴリズムが複雑な上、処理負荷も大きいため、小型な装置でしかも短時間に血管を検出しようとする場合には向かない。

具体的には、テンプレートマッチングを用いる検出方法では、予め血管断面のＢモード画像などのテンプレート画像を用意しておいて、プローブ走査範囲の画像において最もマッチングする位置を探索する。しかし、フォーカスやプローブの角度などの測定条件によって超音波画像の見え方が異なる場合が多く、血管断面がきれいな円形で映し出されるとは限らない。さらには、それらの見え方や血管の大きさなどの個人差を考慮すると、テンプレートマッチングを用いて血管を自動検出する処理は、えてして複雑で演算負荷が大きくなってしまう傾向にある。

オプティカルフローは、時間的に連続した複数の画像間の相対的な動きによって生じる物体の動きベクトルを求めて、画像の中から動きのある物体を検出する方法である。拍動による血管壁の移動量が、プローブ走査範囲中で最も大きいと考えれば、オプティカルフローを用いて血管の位置を検出することができる。しかし、動きベクトルを求めるにはブロックマッチングや輝度勾配の拘束方程式を用いた勾配法などを用いる必要があり、やはり複雑で演算負荷が大きくなってしまう傾向にある。

複雑で演算負荷が大きいと、必然的に高速なＣＰＵや専用の信号処理回路を必要とするためどうしても装置が大型化しやすく、高価な装置になる。

本発明は、こうした事情を鑑みて、プローブ走査範囲内から血管位置を判定することをより簡単に実現する手法の実現を目的として考案されたものである。

以上の課題を解決するための第１の発明は、生体内組織に対して超音波を照射する制御を行う照射制御部と、前記超音波の反射波信号を受信する受信部と、前記反射波信号に含まれる信号の時間的変化に基づいて、前記生体内組織中の血管の位置を判定する血管位置判定部と、を備えた超音波測定装置である。

別形態として、生体内組織に対して超音波を照射することと、前記超音波の反射波信号を受信することと、前記反射波信号に含まれる信号の時間的変化に基づいて、前記生体内組織中の血管の位置を判定することと、を含む超音波測定方法を構成することができる。

第１の発明及びその別形態によれば、照射範囲の反射波信号の時間的変化を求めることができる。血管とそれ以外の生体組織との動きに着目すれば、血管は拍動に伴って大きく動くが、生体組織の動きは血管に比べて小さい。
よって、照射範囲において、大きな時間的変化を検出している部分に血管が存在すると推測することできる。逆に、小さい時間的変化しか検出できない部分は、血管以外であると推測できる。つまり、血管位置を判定することができる。しかも、判定に係る主たる処理は反射波信号の時間的変化の算出であり、従来の方法に比べて簡単に実現することができる。

第２の発明は、前記血管位置判定部が、前記時間的変化の積算結果が所定の高変化条件を満たす位置に基づいて、前記血管の位置を判定する、第１の発明の超音波測定装置である。

血管とそれ以外の生体組織の動きに着目すれば、血管は拍動に伴い必ず動くので時間的変化の積算結果は血管以外の生体組織のそれに比べてはるかに多くなる。よって、第２の発明によれば、血管位置の判定確度を高めることができる。

また、第３の発明は、更に前記血管位置判定部が、前記時間的変化の発生が所定の周期条件を満たす位置に基づいて、前記血管の位置を判定する、第１又は第２の発明の超音波測定装置である。

血管の動きに伴う時間的変化は拍動と高い相関のある周期性を有する。よって、第３の発明によれば、血管位置を更に的確に識別することが可能であり判定確度をより一層高めることができる。

第４の発明は、前記血管位置判定部が、生体表面上の同一位置における深さ方向の信号の時間的変化を当該同一位置における時間的変化として統計処理することで、前記血管上の生体表面の位置を判定する第１位置判定部を有する、第１〜第３の何れかの発明の超音波測定装置である。

更に第５の発明は、前記第１位置判定部が、前記血管上の生体表面の位置において、前記血管の前壁部の位置の時間的変化と後壁部の位置の時間的変化とを当該表面位置における時間的変化として合算して統計処理する、第４の発明の超音波測定装置である。

第４及び第５の発明によれば、血管上の生体表面の位置を判定することができる。特に、生体表面上の同一位置における深さ方向の信号の時間的変化を当該同一位置における時間的変化として統計処理するため、血管上の生体表面の位置をより適切かつ高速に求めることができる。

第６の発明は、前記第１位置判定部は、生体表面上の同一位置における深さ方向の信号を、前記受信部での受信タイミングが異なる当該信号の組み合わせで自己相関演算した相関値を、当該同一位置における時間的変化を示す値とする、第４の発明の超音波測定装置である。

この第６の発明によれば、生体表面上のある位置における深さ方向の信号を受信タイミングが異なる信号の組み合わせで自己相関演算することで、当該位置における時間的変化をします値を得ることができる。

第７の発明は、前記血管位置判定部が、前記第１位置判定部で判定された判定位置における深さ方向の各位置での信号の時間的変化に基づいて、前記血管の深さ位置を判定する第２の位置判定部を有する、第４〜第６の何れかの発明の超音波測定装置である。

第７の発明によれば、血管直上にあると判定された生体表面位置における血管の深さ位置を更に判定することができる。

なお、適切な判定精度を得るために、第８の発明として、前記血管位置判定部が、２０回／秒以上のサンプリング速度で前記時間的変化を判定する、第１〜第７の何れかの発明の超音波測定装置を構成することができる。

超音波測定装置のシステム構成例を示す図。 超音波プローブを被検体の表面に当て超音波測定している状態を示す血管の短軸方向断面図。 血管直上における反射波信号の例を示す図。 連続する２フレーム間における信号強度の変化の統計処理について説明するための概念図。 信号強度の変化の周期性に基づく血管位置の判定の原理について説明するための概念図。 血管の深さ位置を判定する方法の概念図。 超音波測定装置の機能構成例を示すブロック図。 超音波測定装置における処理の流れを説明するためのフローチャート。 血管の深さ位置を判定する方法の変形例の概念図。 血管直上位置を判定する別の例を説明するための図。

図１は、本実施形態における超音波測定装置１０のシステム構成例を示す図である。超音波測定装置１０は、超音波の反射波を測定することにより被検体２の生体情報を測定する装置である。本実施形態では、血管４の位置を自動的に判定し、生体情報の１つとしてＩＭＴ（Intima Media Thickness：血管の内膜中膜複合体厚）を算出する。

超音波測定装置１０は、測定結果や操作情報を画像表示するための手段及び操作入力のための手段を兼ねるタッチパネル１２と、操作入力をするためのキーボード１４と、超音波プローブ１６（深触子）と、処理装置３０とを備える。処理装置３０には、制御基板３１が搭載されており、タッチパネル１２，キーボード１４，超音波プローブ１６などの装置各部と信号送受可能に接続されている。

制御基板３１には、ＣＰＵ３２や、ＡＳＩＣ（application specific integrated circuit）、各種ＬＳＩ（Large Scale Integration）の他、ＩＣメモリーやハードディスク等による記憶媒体３３と、外部装置とのデータ通信を実現する通信ＩＣ３４とが搭載されている。処理装置３０は、記憶媒体３３に記憶されている測定プログラムをＣＰＵ３２等が実行することにより本実施形態に係る各種機能を実現する。

具体的には、処理装置３０の制御により、超音波測定装置１０は超音波プローブ１６から被検体２へ超音波パルスを発信・照射し、その反射波を受信する。そして受信した反射波を増幅・信号処理することにより、被検体２の生体内構造の位置情報や経時変化などを判定することができる。反射波信号には、いわゆるＡモード、Ｂモード、Ｍモード、カラードップラーの各モードの画像が含まれる。勿論、これら以外の形式のデータでもよい。超音波を用いた測定（サンプリング）は所定周期で繰り返し実行される。測定単位を「フレーム」と呼称する。本実施形態のサンプリングは２０ｆｐｓ（Frames Per Second）以上で行われる。

また、超音波測定装置１０は、基準となる反射波信号に関心領域（トラッキングポイント）を設定することで、各関心領域を異なるフレーム間で追跡し変位を算出する、いわゆる「トラッキング処理」を行うことができる。

そして、超音波測定装置１０は、超音波測定により得られる反射波信号に基づいてプローブ走査範囲における血管位置の判定と、判定された位置の血管について超音波測定を実行してＩＭＴを算出することができる。

［原理の説明］
さて、生体組織の動きに着目すると、血管は心臓の拍動に伴い周期的に大きく動くが、血管の周りにある他の生体組織の動きは血管に比べてずっと小さい。本実施形態では、この知見に基づいて血管位置の判定を行う。

先ず、第１の位置判定として血管直上となる生体表面の位置を判定する。
図２は、超音波プローブ１６を被検体２の体表面に当てて超音波測定している状態を簡略的に示す図であり、血管４の短軸方向の断面で示した図である。超音波プローブ１６には、複数の超音波振動子１８が内蔵されている。図２の例では、一つ一つの超音波振動子１８からは１本の超音波ビームが図の上から下に向けて照射される。超音波振動子１８が覆う範囲がプローブ走査範囲Ａｓとなる。なお、超音波振動子１８は、図２に向かって奥行方向にも複数列配設された、すなわち、平面状に配設された構成であってもよいし、図２に向かって奥行方向には１列のみで左右方向にのみ配列された列状の構成であってもよい。

図２（２）に示すように、血管は心臓の拍動により等方的に収縮拡張を繰り返す。しかし、超音波ビームのビーム方向に直交する面ほど強い反射波を受信できるが、ビーム方向と平行に近いほど反射波を受信し難い。そのため、超音波測定では、図２（１）に示すように、血管４の前壁４ｆ及び後壁４ｒからの反射波は強く検出されるが、横壁４ｓからの反射波は弱くなる。言い換えれば、プローブ走査範囲Ａｓに血管４が有れば、その直上にある超音波振動子１８の位置における反射波信号には、前壁と後壁に係る強い反射波が現れることになる。

なお、説明の簡明化および理解の容易化のため、血管４の直上の位置を判定することを、血管４の直上の位置の超音波振動子１８を判定することとして説明する。
また、反射波信号の受信は、それぞれの超音波振動子１８が個別で行うが、超音波振動子１８それぞれの受信信号から信号位相差の算出や受信ビームの形成処理等を行うため、複数の超音波振動子１８それぞれが反射波信号を受信する必要がある。しかし、説明の簡明化および理解の容易化のため、強い反射波を含む反射波信号の位置を判定することを、強い反射波を含む反射波信号を受信した超音波振動子１８を判定することとして説明する。すなわち、「超音波振動子の位置」の判定を、適宜「超音波振動子」の判定として説明する。

図３は、血管直上にある超音波振動子１８の位置における反射波信号の例を示す図である。図３（１）は第１フレームにおける測定結果を示す「深さ−信号強度グラフ」であり、図３（２）は第２フレームにおける測定結果を示す「深さ−信号強度グラフ」である。図３（３）は第１フレームと第２フレームとの間の「深さ−信号強度グラフ」の差分を示す「フレーム間信号強度差グラフ」である。

前述のように、血管４があればその前壁と後壁に係る強い反射波が検出される。図３（１）及び図３（２）においても、体表面近くの反射波群よりも深い位置に明確に識別できる２つの強い反射波のピークが現れている。そして、第１フレームと第２フレームとの間で深さ毎の信号強度差を求めると、図３（３）のグラフが得られ、フレーム間で血管の前壁及び後壁の動きが明確となる。

図３（３）のグラフから明らかなように、血管以外の生体組織もわずかながらも拍動等の影響で動いているので多少の信号強度差が生じるが、血管（より具体的には血管の前壁や後壁）ほど大きな値が検出されることはない。ましてや、血管直上にない超音波振動子１８における反射波信号の信号強度差グラフではこうしたピークは見られない。つまり、拍動に伴う血管の動きは２フレーム間における信号強度の変化に現れるといえる。

本実施形態では、血管の動きに相応しい信号強度の変化が測定されたからといって直ちにその超音波振動子１８が血管直上にあるとは見なさず、信号強度の変化を統計処理するとともに、信号強度変化の周期性に基づいて最終的な判定を行う。

図４は、連続する２フレーム間における信号強度の変化の統計処理について説明するための概念図である。図４（１）は、各超音波振動子１８における反射波の信号強度を輝度に変換した画像すなわちＢモード画像である。図４（２）は、連続する２フレーム間での各超音波振動子における信号強度変化を積算したヒストグラムである。ここで注意する点は、図３（３）の横軸が深さ方向であるのに対して、図４（２）の横軸は超音波振動子の配列順であることである。すなわち、図３（３）は、１つの超音波振動子が受信した結果に基づくグラフである。例えば、この超音波振動子が「Ｔｒ１」であるとする。図３（３）の各深さでの値（信号強度差）を積算した値が、図４（２）の「Ｔｒ１」における値（積算信号強度変化）となる。

具体的に説明する。ヒストグラムは、連続する２フレーム分の超音波測定が行われる都度、超音波振動子毎に、全ての深さにおける信号強度差の合計を算出することを繰り返し、当該信号強度差の合計を所定時間分（例えば、少なくとも心周期１〜数拍分。数秒程度。）積算することで得られる。
換言すれば、生体表面上の同一位置における深さ方向での信号の時間的変化を当該同一位置における時間的変化として積算する統計処理をした結果である。より具体的には、血管上の生体表面の位置において、血管の前壁部の位置の時間的変化と後壁部の位置の時間的変化とを当該表面位置における時間的変化として合算して統計処理する。

連続する２フレーム分の超音波測定から得られる信号強度差の合計は、血管上にない超音波振動子の合計よりも血管上にある超音波振動子の合計の方が、大きな値を示す。しかも、血管４の中心の直上にある超音波振動子１８ほど大きな値を示す。当然、信号強度差の合計を積算したヒストグラムの縦軸の値、すなわち積算信号強度差にもそれは現れる。
よって、ヒストグラムの縦軸の値が所定の高変化条件を満たした超音波振動子１８を「血管直上にある超音波振動子」と判定することができる。より具体的には、ヒストグラムの縦軸の値のピークに対応する超音波振動子１８を「血管直上にある超音波振動子」と判定する。図４の例では、超音波振動子「Ｔｒ１」が該当する。

本実施形態では、こうした統計処理を経て判定された超音波振動子について更に信号強度変化の周期性の観点から「血管直上にある超音波振動子」としての妥当性を判断する。

図５は、信号強度の変化の周期性に基づく血管位置の判定の原理について説明するための概念図である。図５（１）は心周期２拍分の血管径の時間変化を示すグラフである。図５（２）は、当該グラフにおける各点間（ｔ１〜ｔ２，ｔ２〜ｔ３，…）におけるフレーム間信号強度差グラフの概略図であって、前壁及び後壁に該当する部分の信号強度差ピークを分かり易く示した図である。なお、図５（２）の破線で描画された２重円は、内円が心拡張期の血管、外円が心収縮期の血管を示している。

統計処理により判定された超音波振動子（図４の例ではＴｒ１）について、判定の過程で既に得られている複数のフレーム間信号強度差グラフ（図３（３））から、フレーム間の信号強度変化の周期を推定する。

先に述べたように、統計処理のために少なくとも心周期１〜数拍分、数秒程度の超音波測定が連続的に行われる。そして、超音波測定のフレームレートは２０フレーム／秒であり、既に得られている複数のフレーム間信号強度差グラフに現れている前壁及び後壁部分の信号強度差は、血管が拍動に伴い拡張／縮小する血管壁部の移動速度に相当する。

そこで、既に得られている複数のフレーム間信号強度差グラフ毎に、各深さの信号強度差の合計を算出し、合計のピークが得られるフレーム間信号強度差グラフを検索する。図５の例では、「ｔ２〜ｔ３」と「ｔ６〜ｔ７」におけるフレーム間信号強度差グラフで、ピークが得られる。そして、「ｔ２」と「ｔ６」間の時間差から、ピーク間の周期（Cpeak）を求める。このピーク間周期（Cpeak）が、心周期と近似していれば拍動に伴う血管の動きを捉えたものであると確証を持つことができる。

よって、本実施形態では、図４で示した統計処理により選択された超音波振動子のうち、ピーク間周期（Cpeak）が心周期に近似しているものを最終的に「血管直上にある超音波振動子」と判定する。これで、血管上の生体表面の位置を判定する第１の位置判定が完了したことになる。

血管上の生体表面の位置を判定したならば、血管の深さを判定する第２の位置判定を行う。
図６は、血管の深さ位置を判定する方法の概念図である。図４で示した統計処理により判定された超音波振動子（Ｔｒ１）についての超音波測定結果（図３（１）（２）に相当）から、血管の前壁及び後壁に相当する信号強度のピークを検索することで血管軸の深さ（Ｈｃ）を特定する。

前述の第１の位置判定と、第２の位置判定とを行うことで、プローブ走査範囲Ａｓにおける血管の位置（２次元位置）が特定されたことになる。

［機能構成の説明］
次に、本実施形態を実現するための機能構成について説明する。
図７は、本実施形態の超音波測定装置１０の機能構成例を示すブロック図である。超音波測定装置１０は、操作入力部１００と、送信部１０２と、受信部１０４と、処理部２００と、画像表示部３６０と、記憶部５００とを備える。

操作入力部１００は、オペレーターによる各種操作入力を受け付け、操作入力に応じた操作入力信号を処理部２００へ出力する。ボタンスイッチやレバースイッチ、ダイヤルスイッチ、トラックパッド、マウス、などにより実現できる。図１のタッチパネル１２やキーボード１４がこれに該当する。

超音波プローブ１６は、公知の超音波プローブを用いて構成され、送信部１０２は、パルス電圧に基づいて超音波を照射する。また、受信部１０４は、送信部１０２によって照射された超音波が被検体２の生体内で反射した反射波信号を受信し、電気信号に変換して出力する。

処理部２００は、例えば、ＣＰＵやＧＰＵ等のマイクロプロセッサーや、ＡＳＩＣ、ＩＣメモリーなどの電子部品によって実現される。そして、処理部２００は、各機能部との間でデータの入出力制御を行い、所定のプログラムや各種データに基づいて各種の演算処理を実行して、血管位置を判定し、被検体２の生体情報を算出する。図１の処理装置３０及び制御基板３１がこれに該当する。

本実施形態では、処理部２００は、超音波測定制御部２１０と、心拍測定部２２０と、血管位置判定部２３０と、生体情報算出部２４０と、画像生成部２６０とを有する。

超音波測定制御部２１０は、照射制御部２１２と、送受信制御部２１４と、受信合成部２１６とを有し、超音波測定を統合的に制御する。本実施形態でのサンプリングレートは２０回／秒以上のサンプリング速度とし、その一例として２０ｆｐｓで測定するものとする。

照射制御部２１２は、超音波プローブ１６から発信する超音波パルスのタイミングを制御し、送信制御信号を送受信制御部２１４へ出力する。

送受信制御部２１４は、照射制御部２１２からの送信制御信号に従ってパルス電圧を発生させて送信部１０２へ出力する。その際、送信遅延処理を行って各超音波振動子へのパルス電圧の出力タイミングの調整を行うことができる。また、送受信制御部２１４は、受信部１０４から出力された反射波信号の増幅やフィルター処理を行って、その結果を受信合成部２１６へ出力することができる。

受信合成部２１６は、必要に応じて遅延処理等を行っていわゆる受信信号のフォーカスに係る処理等を実行して反射波信号を生成する。

心拍測定部２２０は、心周期拍動を測定する。本実施形態では、反射波信号のピークを検索することで心周期拍動を測定するものとするが、外部の血圧測定装置に接続して外部の血圧計測装置から取得した血圧の変動から心周期拍動を測定するとしても良い。

血管位置判定部２３０は、反射波信号に含まれる照射範囲の各部の信号の時間的変化に基づいて生体内組織中の血管の位置を判定する。具体的には、反射波信号の信号強度の時間的変化の積算結果に基づいて血管の位置を判定して、判定結果を報知する。より具体的には、周期基準判定部２３２と、第１位置判定部２３４と、第２位置判定部２３６と、報知制御部２３８とを有する。

周期基準判定部２３２は、反射波信号の信号強度の時間的変化の発生周期を推定し、当該周期が所定の周期条件（例えば、心拍測定部２２０で測定される心周期に近似することを示す条件）を満たす位置に基づいて血管の位置を判定する（図５参照）。

第１位置判定部２３４は、血管の直上の生体表面の位置を判定する。本実施形態では、血管上の生体表面の位置において、血管の前壁部の位置の時間的変化と後壁部の位置の時間的変化とを当該表面位置における時間的変化として合算して統計処理する（図３〜図４参照）。

より具体的には、第１位置判定部２３４は、（１）超音波振動子のフレーム間信号強度差を全深さについて求める処理、（２）全深さのフレーム間信号強度差の合計を超音波振動子別に所定時間積算したヒストグラムを作成する処理、（３）ヒストグラムのピーク値を検索し、検索されたピーク値に対応する超音波振動子を選出する処理、を実行する。

第２位置判定部２３６は、第１位置判定部２３４で判定された判定位置における深さ方向の各位置での信号の時間的変化に基づいて血管の深さ位置を判定する（図６参照）。

報知制御部２３８は、第１位置判定部２３４及び第２位置判定部２３６による判定結果を報知する制御を行う。具体的には、第１位置判定部２３４により選出された超音波振動子に対応する位置を、画像表示部３６０に表示させる制御を行う。第１位置判定部２３４により選出された超音波振動子に対応する位置は生体表面（皮膚面）の位置であり、血管の直上位置である。従って、当該位置を表示することで、血管直上の位置を報知することができる。また、第２位置判定部２３６により判定された深さ位置を画像表示部３６０に表示させる制御を行う。これにより、血管の深さ位置を報知することができる。なお、「報知」は、表示に限らず、音声出力や、所定の通知信号の出力等でもよい。

生体情報算出部２４０は、血管位置判定部２３０にて血管の直上にあると判定された超音波振動子（受信部１０４）の反射波信号に基づいて目的とする生体情報を算出する。本実施形態ではＩＭＴを算出する。生体情報の算出方法は、公知技術を適宜利用可能である。例えば、内腔内膜境界と中外膜境界を判定して、これらの境界間の距離からＩＭＴを算出する。なお、算出する生体情報の種類は、適宜追加・変更可能である。例えば、血管径を算出し、スティフネスパラメーターβを用いた血圧算出式から血圧を算出するとしてもよい。その場合、図１で示した構成に適宜他の測定装置（例えば、血圧計など）を追加することができる。

画像生成部２６０は、超音波測定や、生体情報測定に必要な各種操作画面や測定結果を表示するための画像を生成し画像表示部３６０へ出力する。

画像表示部３６０は、画像生成部２６０から入力される画像データを表示する。図１のタッチパネル１２がこれに該当する。

記憶部５００は、ＩＣメモリーやハードディスク、光学ディスクなどの記憶媒体により実現され、各種プログラムや、処理部２００の演算過程のデータなどの各種データを記憶する。図１では、処理装置３０の制御基板３１に搭載されている記憶媒体３３がこれに該当する。なお、処理部２００と記憶部５００の接続は、装置内の内部バス回路による接続に限らず、ＬＡＮ（Local Area Network）やインターネットなどの通信回線で実現しても良い。その場合、記憶部５００は超音波測定装置１０とは別の外部記憶装置により実現されるとしてもよい。

記憶部５００は、測定プログラム５０１と、反射波信号５１０と、フレーム間信号強度差データ５１２と、統計処理データ５１４と、ピーク周期データ５１８と、血管位置データ５２０と、生体情報測定結果５３０とを記憶する。

処理部２００は、測定プログラム５０１を読み出して実行することにより、超音波測定制御部２１０や、心拍測定部２２０、血管位置判定部２３０、生体情報算出部２４０、画像生成部２６０等の機能を実現する。なお、これらの機能部を電子回路等のハードウェアで実現する場合には、当該機能を実現させるためのプログラムの一部を省略することができる。例えば、血管位置判定部２３０をＬＳＩ等で実現するならば、血管位置判定部２３０の機能を実現させるための血管位置判定プログラム５０２を省略できる。

反射波信号５１０は、超音波測定により得られた反射波信号のデータであって、超音波測定制御部２１０によってフレーム毎に生成される。例えば、１つの反射波信号５１０には、超音波振動子の識別情報（Ｔｒ）と測定されたフレーム識別情報（ｆｒ）とが対応づけて格納される。図３（１）、図３（２）のグラフのデータに相当する。

フレーム間信号強度差データ５１２は、同じ超音波振動子の異なるフレーム間における深さ別の信号強度差のデータであって、例えば、連続する２フレーム分の超音波測定が完了する毎に各超音波振動子について生成される。図３（３）のグラフのデータに相当する。１つのフレーム間信号強度差データ５１２は、対応する超音波振動子の識別情報（Ｔｒ）と、比較に使用されたフレームを識別するための２つのフレーム識別情報（ｆｒ１，ｆｒ２）とが対応づけて格納されている。

統計処理データ５１４は、所定期間分の反射波信号の信号強度変化の統計処理データであって、所定期間分の超音波測定が完了すると作成される。図４（２）のヒストグラムのデータに相当する。

ピーク周期データ５１８は、超音波振動子の識別情報（Ｔｒ）と対応づけて、フレーム間信号強度の推定周期（Ｃｐｅａｋ）を格納する。

血管位置データ５２０は、血管上の生体表面の位置情報に相当する超音波振動子の識別情報（Ｔｒ）と対応づけて、血管の深さ位置（Ｈｃ）を格納する。
生体情報測定結果５３０は、算出された生体情報を時系列に格納する。

なお、記憶部５００は、これら以外にも、各種フラグ、計時用のカウンター値など、血管位置の判定並びに生体情報の算出に必要なデータを適宜記憶することができる。

［処理の流れの説明］
次に、超音波測定装置１０の動作について説明する。
図８は、超音波測定装置１０の血管位置判定並びに生体情報算出に係る処理の流れを説明するためのフローチャートである。
処理部２００は、先ず所定のサンプリング周期での超音波測定を開始する（ステップＳ２）。サンプリング周期、すなわちフレームレートは２０ｆｐｓ以上とすると好適である。以降、記憶部５００に逐次、反射波信号５１０が記憶される。

また、処理部２００は超音波測定の開始に伴って心周期拍動の測定とそれに基づく心周期の判定を開始する（ステップＳ４）。

次に、連続する複数フレームの超音波測定の測定ができたならば（ステップＳ６のＹＥＳ）、処理部２００は超音波振動子毎にフレーム間での信号強度差を算出し、記憶部５００にフレーム間信号強度差データ５１２を新たに記憶する（ステップＳ８）。

次に、新たに得たフレーム間信号強度差に基づいて、超音波振動子別にループＡを実行する（ステップＳ１０〜Ｓ２０）。
ループＡでは、処理対象の超音波振動子の全深さにおける新たに算出された信号強度差の合計を算出し（ステップＳ１２）、算出された信号強度差の合計を加算するように統計処理データ５１４すなわちヒストグラム（図４（２）参照）を更新する（ステップＳ１８）。

フレーム間信号強度差の算出とループＡとは、少なくとも心周期１拍〜数拍分に相当する測定が完了するまで繰り返される（ステップＳ３０のＮＯ）。そして所定時間分の測定が完了すると（ステップＳ３０のＹＥＳ）、処理部２００は次に統計処理データ５１４から、血管の直上にある超音波振動子を１次選出する（ステップＳ３２）。具体的には、統計処理データ５１４のヒストグラムの縦軸の値のピーク値を検索し、検索されたピーク値に対応する超音波振動子を、高変化条件を満たす位置に相当するとして選出する。

そして、１次選出された超音波振動子毎に信号強度変化の周期を推定し、ピーク周期データ５１８として記憶する（ステップＳ３４）。次いで、推定された周期に基づいて、ステップＳ４で測定開始された心周期に近似している超音波振動子を２次選出する（ステップＳ３６）。これにより、「血管直上にある超音波振動子」が最終判定され、血管上の生体表面の位置を判定する第１の位置判定がなされたことになる。処理部２００は、当該超音波振動子の識別情報を含む血管位置データ５２０を記憶部５００に記憶させる。また、報知制御部２３８が、ステップＳ３６で選出された超音波振動子に対応する位置、すなわち第１の位置判定により判定された位置を報知出力する制御を行う（ステップＳ３７）。

次に、処理部２００は２次選出された超音波振動子の反射波信号５１０から当該素子の直下にある血管の深さ位置（Ｈｃ）を算出し、対応する血管位置データ５２０に格納する（ステップＳ３８）。また、報知制御部２３８が、算出された深さ位置（Ｈｃ）を報知出力する制御を行う（ステップＳ３９）。なお、ステップＳ３７の報知を、ステップＳ３８で纏めて行うこととしてもよい。

これで生体情報算出に必要な血管の位置の判定が完了したので、処理部２００は２次選出された超音波振動子を用いて生体情報の算出を実行する（ステップＳ４０）。本実施形態ではＩＭＴを算出するので、例えば、２次選出された超音波振動子に対応する反射波信号５１０から血管の前壁及び後壁の境界を検出してＩＭＴを算出する。勿論、算出する生体情報によっては、ここで改めて超音波測定を行うとしてもよい。例えば、血管壁のトラッキング処理を行うなどである。

以上、本実施形態によれば、超音波振動子毎に異なるフレーム間での信号強度の時間的変化のヒストグラムを作成するといった極めて演算負荷の低い簡単な処理で、プローブ走査範囲内から血管の位置を特定することができる。従って、超音波測定装置１０の小型化および低廉化を図ることができる。

なお、本発明を適用可能な形態は上記実施形態に限るものではなく、適宜構成要素の追加・省略・変更を施すことができる。

例えば、第１位置判定部２３４が血管の直上の生体表面の位置を判定する方式として次のような方式を採用することとしてもよい。すなわち、生体表面上の同一位置における深さ方向の信号を、受信タイミングが異なる当該信号の組み合わせで自己相関演算した相関値を各位置において求める（信号強度の変化の統計処理）。そして、相関値が所定の低レベル条件を満たす位置を血管直上位置として判定する。

より具体的には、ある超音波振動子において、タイミングが異なる２つの反射波信号を得る。例えば、図３（１）及び図３（２）に示した２つのフレームの反射波信号を得る。この２つの反射波信号を自己相関演算することで相関値を算出する。これを、各超音波振動子１８について行うことで、信号強度の変化の統計処理を実現する。図１０にその結果の一例を示す。

図１０（１）は、図４（１）に示したＢモード画像と同一の画像であり、図１０（２）は、連続する２フレーム間での各超音波振動子における受信信号（反射波信号）の相関値を示すグラフである。２フレーム間の信号に変化（違い）が無いほど、相関値は高い値となり、変化（違い）があるほど、相関値は低い値となる。血管、特に動脈は心臓の拍動により大きく収縮拡張しているため、相関値は低い値となることが分かる。これを、ある閾値と比較することで、所定の低レベル条件を満たす相関値を判定し、対応する超音波振動子の位置を血管の直上位置として判定することができる。図１０（２）では、ある閾値以下であり、且つ、最小の相関値を取った振動子Ｔｒ１が血管の直上に位置する超音波振動子とされている。また、２フレーム間だけでなく、ある一定の期間に亘って相関値を連続算出（さらには積算）して、所定の低レベル条件を満たす位置を判定することとしてもよい。

例えば、ステップＳ４や、ステップＳ３４〜Ｓ３６を省略した構成とすることができる。ステップＳ３４〜Ｓ３６を省略した場合では、ステップＳ３８ではステップＳ３２で１次選出された超音波振動子について血管の深さ位置を算出すれば良い。また、ステップＳ３８〜Ｓ３９を省略した構成としてもよい。この場合、ステップＳ４０では１次選出された超音波振動子を用いて生体情報を算出すれば良い。

また、上記実施形態では、血管の深さ位置を２次選出された超音波振動子の反射波信号５１０から前壁及び後壁に該当するピークを検索することで決定したが、これに統計的な処理を加えることもできる。
例えば、図９に示すように、ステップＳ３８にて、２次選出された超音波振動子に関する信号強度差（図３（３）に相当）を、深さ位置毎に積算した第２のヒストグラムを作成する。そして、当該第２のヒストグラムのピークを検索する。当然、このピークは前壁と後壁それぞれについて求められるので、これら２つのピークの中間に当たる深さを血管の深さ位置（Ｈｃ）とすればよい。

２…被検体、４…血管、４ｆ…前壁、４ｒ…後壁、４ｓ…横壁、１０…超音波測定装置、１２…タッチパネル、１４…キーボード、１６…超音波プローブ、１８…超音波振動子、３０…処理装置、３１…制御基板、３２…ＣＰＵ、３３…記憶媒体、３４…通信ＩＣ、１００…操作入力部、１０２…送信部、１０４…受信部、２００…処理部、２１０…超音波測定制御部、２１２…照射制御部、２１４…送受信制御部、２１６…受信合成部、２２０…心拍測定部、２３０…血管位置判定部、２３２…周期基準判定部、２３４…第１位置判定部、２３６…第２位置判定部、２３８…報知制御部、２４０…生体情報算出部、２６０…画像生成部、３６０…画像表示部、５００…記憶部、５０１…測定プログラム、５０２…血管位置判定プログラム、５１０…反射波信号、５１２…フレーム間信号強度差データ、５１４…統計処理データ、５１８…ピーク周期データ、５２０…血管位置データ、５３０…生体情報測定結果、Ａｓ…プローブ走査範囲

Claims (9)

1. 生体内組織に対して超音波を照射する制御を行う照射制御部と、
   前記超音波の反射波信号を受信する受信部と、
   前記反射波信号に含まれる信号の時間的変化に基づいて、前記生体内組織中の血管の位置を判定する血管位置判定部と、
   を備えた超音波測定装置。
2. 前記血管位置判定部は、前記時間的変化の積算結果が所定の高変化条件を満たす位置に基づいて、前記血管の位置を判定する、
   請求項１に記載の超音波測定装置。
3. 前記血管位置判定部は、前記時間的変化の発生が所定の周期条件を満たす位置に基づいて、前記血管の位置を判定する、
   請求項１又は２に記載の超音波測定装置。
4. 前記血管位置判定部は、生体表面上の同一位置における深さ方向の信号の時間的変化を当該同一位置における時間的変化として統計処理することで、前記血管上の生体表面の位置を判定する第１位置判定部を有する、
   請求項１〜３の何れか一項に記載の超音波測定装置。
5. 前記第１位置判定部は、前記血管上の生体表面の位置において、前記血管の前壁部の位置の時間的変化と後壁部の位置の時間的変化とを当該表面位置における時間的変化として合算して統計処理する、
   請求項４に記載の超音波測定装置。
6. 前記第１位置判定部は、生体表面上の同一位置における深さ方向の信号を、前記受信部での受信タイミングが異なる当該信号の組み合わせで自己相関演算した相関値を、当該同一位置における時間的変化を示す値とする、
   請求項４に記載の超音波測定装置。
7. 前記血管位置判定部は、前記第１位置判定部で判定された判定位置における深さ方向の各位置での信号の時間的変化に基づいて、前記血管の深さ位置を判定する第２の位置判定部を有する、
   請求項４〜６の何れか一項に記載の超音波測定装置。
8. 前記血管位置判定部は、２０回／秒以上のサンプリング速度で前記時間的変化を判定する、
   請求項１〜７の何れか一項に記載の超音波測定装置。
9. 生体内組織に対して超音波を照射することと、
   前記超音波の反射波信号を受信することと、
   前記反射波信号に含まれる信号の時間的変化に基づいて、前記生体内組織中の血管の位置を判定することと、
   を含む超音波測定方法。