JP2015047354A - 超音波測定装置及び超音波測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の異なるタイミングにおける眼球径情報を容易に取得することができる超音波測定装置及び超音波測定方法等を提供すること。【解決手段】超音波測定装置１００は、測定時に眼瞼表面に接触するセンサー面２２０と、超音波の送受信を行う超音波トランスデューサーデバイス２１０と、記憶部１５０とを含む。超音波トランスデューサーデバイス２１０は、眼瞼を介して眼球方向に超音波ビームを送信し、超音波ビームの超音波エコーを受信する。記憶部１５０は、複数の異なるタイミングで得られた超音波エコーの受信信号に基づいて得られる眼球径についての眼球径情報を記憶する。【選択図】図１

Description

本発明は、超音波測定装置及び超音波測定方法等に関する。

従来から、超音波を用いて眼球の生体情報、例えば眼軸長や各組織の長さを計測する装置が考案されている。超音波は生体に対して低侵襲であり生体情報の計測に利用されている。

特許文献１には、角膜などに接触させた超音波プローブによって受信した眼組織からの反射エコーに基づいて眼軸長などの眼球生体情報を計測する装置が開示されている。

特開２００８−２７２３０８号公報

しかしながら、従来の装置においては、その装置の設置されている場所で眼球生体情報（角膜厚、胸膜厚、眼軸長、前房深度、水晶体厚、眼圧など）を計測しなくてはならない。このような装置では、通常の生活状態において長期間にわたって眼球生体情報を複数の異なるタイミングで取得して、その変動を把握するのは困難である。緑内障の診断・治療においては、被検者の眼圧の変化を把握することが不可欠であり、通常の生活状態で長期間にわたって眼圧を容易に計測できる装置が求められている。本発明の幾つかの態様によれば、複数の異なるタイミングにおける眼球径情報を容易に取得することができる超音波測定装置及び超音波測定方法等を提供できる。

本発明の一態様は、測定時に眼瞼表面に接触するセンサー面と、超音波の送受信を行う超音波トランスデューサーデバイスと、記憶部とを含み、前記超音波トランスデューサーデバイスは、前記眼瞼を介して眼球方向に超音波ビームを送信し、前記超音波ビームの超音波エコーを受信し、前記記憶部は、複数の異なるタイミングで得られた前記超音波エコーの受信信号に基づいて得られる眼球径についての眼球径情報を記憶する超音波測定装置に関係する。

本発明の一態様によれば、被験者の身体的な負担を軽減しつつ眼球径情報を精度良く取得することができる。さらに取得した眼球径情報を記憶部に記憶することができる。こうすることで、記憶された眼球径情報に基づいて眼圧の時間変化に関する情報を取得することができる。その結果、例えば緑内障の治療において、投薬後または施術後の眼圧の数日にわたる変化、或いは１日の被検者の活動状態（起床、日常活動、就寝など）毎の眼圧変化を容易に把握することなどが可能になる。

また本発明の一態様では、前記眼球径情報は、前記超音波ビームの１つの送信信号に対する前記超音波エコーの第１の受信信号と前記第１の受信信号の後に受信される第２の受信信号との時間差から得られてもよい。

このようにすれば、第１の受信信号と第２の受信信号との時間差を測定し、測定された時間差と眼球内における音速とから眼球径情報を取得することができる。

また本発明の一態様では、処理部を有し、前記処理部は、前記眼球径情報に基づいて眼球径の推定演算処理を行ってもよい。

このようにすれば、処理部は、超音波測定により取得した眼球径情報に基づいて正確な眼球径を推定することができる。

また本発明の一態様では、前記処理部は、前記超音波ビームのビームスキャンを行って、複数のビーム方向についての前記眼球径情報に基づいて前記推定演算処理を行ってもよい。

このようにすれば、処理部は、複数のビーム方向について取得された複数の眼球径値のうちの例えば最大値を真の眼球径値と推定することができる。こうすることで、ビーム方向が眼球中心からずれている場合などでも、眼球径を精度良く推定することができる。

また本発明の一態様では、前記処理部は、前記眼球径情報に基づいて眼圧の推定処理を行ってもよい。

このようにすれば、超音波測定によって得られた眼球径情報に基づいて眼圧を推定することができるから、被験者に身体的な負担を与えずに眼圧に関する情報を取得することができる。

また本発明の一態様では、前記処理部は、被験者が第１の状態である場合に得られた第１の眼球径情報と前記被験者が前記第１の状態とは異なる第２の状態である場合に得られた第２の眼球径情報とに基づいて、前記眼圧の推定処理を行ってもよい。

このようにすれば、超音波測定により例えば被験者が座位及び立位の２つの状態での眼球径情報を取得することで、被験者の眼圧を容易に推定することができる。

また本発明の一態様では、前記処理部は、被験者が第１の状態である場合に実測された第１の眼圧実測値と、前記被験者が前記第１の状態である場合に得られた第１の眼球径情報と、前記被験者が前記第１の状態とは異なる第２の状態である場合に実測された第２の眼圧実測値と、前記被験者が前記第２の状態である場合に得られた第２の眼球径情報と、に基づいて得られた眼球径情報と眼圧との関係から前記眼圧の推定処理を行ってもよい。

このようにすれば、例えば被験者が座位及び立位の２つの状態で眼圧検査と超音波測定とを行い、それぞれの状態での眼圧実測値と眼球径情報に基づいて被験者の眼圧を推定することができる。

また本発明の一態様では、前記処理部は、前記眼圧の推定処理によって推定された眼圧に基づいて、眼圧が正常であるか又は異常であるかに関する報知情報を生成することを特徴とする超音波測定装置。

このようにすれば、眼圧が正常であるか異常であるかをユーザーに的確に知らせることができる。

また本発明の一態様では、前記処理部は、前記記憶部に記憶された前記複数の異なるタイミングで得られた眼球径情報に基づいて前記眼圧の推定処理を行い、推定された眼圧に基づいて眼圧の時間変化に関する報知情報を生成してもよい。

このようにすれば、眼圧の時間変化に関する情報をユーザーに的確に知らせることができる。こうすることで、眼圧の数日にわたる変化、或いは１日の被検者の活動状態毎の眼圧変化を容易に把握することなどが可能になる。

また本発明の一態様では、前記センサー面と前記超音波トランスデューサーデバイスとを有するセンサー部を支持する支持部を含み、前記センサー面は、前記支持部によって前記眼瞼表面に接触して支持されてもよい。

このようにすれば、センサー部が眼瞼表面に安定して接触することができるから、超音波トランスデューサーデバイスは、眼瞼を介して眼球方向に超音波ビームを送信し、超音波エコーを受信することができる。

本発明の他の態様は、超音波測定装置による測定方法であって、眼瞼を介して眼球方向に超音波ビームを送信し、前記超音波ビームの１つの送信信号に対する超音波エコーの第１の受信信号と前記第１の受信信号の後に受信される第２の受信信号との時間差から眼球径についての情報である眼球径情報を取得し、前記眼球径情報に基づいて眼圧を推定する超音波測定方法に関係する。

本発明の他の態様によれば、超音波測定によって被験者の身体的な負担を軽減しつつ眼球径情報を取得し、取得した眼球径情報に基づいて眼圧を推定することができる。その結果、眼圧の数日にわたる変化、或いは１日の被検者の活動状態毎の眼圧変化を容易に把握することなどが可能になる。

また本発明の他の態様では、前記超音波ビームのビームスキャンを行って、複数のビーム方向についての前記眼球径情報に基づいて眼圧を推定してもよい。

このようにすれば、ビーム方向が眼球中心からずれている場合などでも、眼球径を精度良く推定することができる。

また本発明の他の態様では、被験者が第１の状態である場合に得られた第１の眼球径情報及び第１の眼圧実測値と、前記被験者が前記第１の状態とは異なる第２の状態である場合に得られた第２の眼球径情報及び第２の眼圧実測値とに基づいて、眼球径情報と眼圧との関係を特定し、特定された前記関係から眼圧を推定してもよい。

このようにすれば、例えば被験者が座位及び立位の２つの状態で眼圧検査と超音波測定とを行い、それぞれの状態での眼圧実測値と眼球径情報に基づいて被験者の眼圧を推定することができる。

超音波測定装置の基本的な構成例。 センサー部の構成例。 超音波測定装置の具体的な構成例。 超音波測定装置による眼球径の測定を説明する図。 眼圧と眼球径の変動との関係の一例。 超音波測定装置による眼圧の推定を説明する図。 図７（Ａ）、図７（Ｂ）、図７（Ｃ）は、超音波トランスデューサー素子の構成例。 超音波トランスデューサーデバイスの第１の構成例。 図９（Ａ）、図９（Ｂ）は、超音波トランスデューサーデバイスの第１の構成例によるビームスキャンを説明する図。 真の眼球径の推定を説明する図。 超音波トランスデューサーデバイスの第２の構成例。 超音波トランスデューサーデバイスの第２の構成例によるビームスキャンを説明する図。 眼球径の推定演算処理のフローチャートの一例。 眼球径情報と眼圧との関係を特定する処理のフローチャートの一例。 眼圧の推定処理のフローチャートの一例。

以下、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお以下に説明する本実施形態は特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではなく、本実施形態で説明される構成の全てが本発明の解決手段として必須であるとは限らない。

１．超音波測定装置
図１に、本実施形態の超音波測定装置１００の基本的な構成例を示す。本実施形態の超音波測定装置１００は、センサー部２００、送受信制御部１３０、処理部１４０、記憶部１５０及び報知部１６０を含む。センサー部２００は、超音波トランスデューサーデバイス２１０、センサー面２２０、送信部１１０及び受信部１２０を含む。なお、本実施形態の超音波測定装置１００は図１の構成に限定されず、その構成要素の一部を省略したり、他の構成要素に置き換えたり、他の構成要素を追加するなどの種々の変形実施が可能である。

超音波トランスデューサーデバイス２１０は、眼瞼（目蓋）を介して眼球方向に超音波ビームを送信し、超音波ビームが対象物により反射されたものである超音波エコーを受信する。超音波トランスデューサーデバイス２１０は、超音波トランスデューサー素子を有する。超音波トランスデューサー素子は、電気信号である送信信号を超音波に変換し、また対象物（被検体）からの超音波エコーを電気信号に変換する。超音波トランスデューサー素子は、例えば薄膜圧電型超音波トランスデューサー素子やバルク圧電型超音波トランスデューサー素子であってもよいし、或いは容量性微細加工超音波トランスデューサー素子（ＣＭＵＴ：Capacitive Micromachined Ultrasonic Transducer）であってもよい。

センサー面２２０は、センサー部２００が有する外面のうちの測定時に眼瞼表面に接触する面である。具体的には、例えば超音波トランスデューサーデバイス２１０を被おう保護膜の表面であってもよいし、或いは音響レンズなど超音波を伝搬する部材の表面などであってもよい。センサー面２２０は、眼瞼表面に塗布されたジェルを介して眼瞼表面に接触してもよい。

送信部１１０は、超音波ビームの送信処理を行う。具体的には、送信部１１０が送受信制御部１３０の制御に基づいてパルス信号を生成・増幅し、超音波トランスデューサーデバイス２１０に対して電気信号である送信信号（駆動信号）を出力する。超音波トランスデューサーデバイス２１０は電気信号である送信信号を超音波に変換して、超音波を送信する。送信部１１０は、例えばパルス発生器、増幅器などで構成することができる。なお、送信部１１０の少なくとも一部をセンサー部２００の外部（例えば送受信制御部１３０と一体）に設けてもよい。送信信号は、例えば正弦波パルス、又は矩形波パルス、又は三角波パルスなどであってもよい。また、１周期分のパルスに限定されず、例えば１／２周期分のパルス、又は３／２周期分のパルス、或いは２周期分のパルスなどであってもよい。

受信部１２０は、超音波エコーの受信処理を行う。具体的には、超音波トランスデューサーデバイス２１０が被検体（対象物）からの超音波エコーを電気信号に変換して、受信部１２０に対して出力する。受信部１２０は、超音波トランスデューサーデバイス２１０からの電気信号である受信信号（アナログ信号）に対して増幅、検波、Ａ／Ｄ変換、位相合わせなどの受信処理を行い、受信処理後の信号である受信信号（デジタルデータ）を送受信制御部１３０に対して出力する。受信部１２０は、例えば低雑音増幅器、電圧制御アッテネーター、プログラマブルゲインアンプ、ローパスフィルター、Ａ／Ｄコンバーターなどで構成することができる。なお、受信部１２０の少なくとも一部をセンサー部２００の外部（例えば送受信制御部１３０と一体）に設けてもよい。

送受信制御部１３０は、処理部１４０の制御処理に基づいて送信部１１０及び受信部１２０による送受信処理を制御する。具体的には、例えば送信期間と受信期間との切り換え制御、或いは送信部１１０が出力する送信信号のタイミングを制御して超音波ビームのビームスキャン制御、或いは受信部１２０のゲイン制御などを行う。

処理部１４０は、超音波エコーの受信信号に基づいて、複数の異なるタイミング（時刻）における眼球径についての情報である眼球径情報を取得する処理を行う。眼球径情報は、超音波ビームの１つの送信信号に対する超音波エコーの第１の受信信号と第１の受信信号の後に受信される第２の受信信号との時間差から得られる。具体的には、眼球径情報は、センサー面２２０が接触する眼瞼に近い強膜からの超音波エコーに対応する第１の受信信号と眼瞼から遠い強膜からの超音波エコーに対応する第２の受信信号との時間差から得られる眼球径（眼球の直径）に関する情報である。眼球径情報は、眼球径の値（長さ）そのものでなくてもよく、例えば眼瞼に近い強膜からの超音波エコー（第１の受信信号）と眼瞼から遠い強膜からの超音波エコー（第２の受信信号）との時間差であってもよいし、或いは超音波エコーの受信信号の振幅波形（Ａモード波形）であってもよい。

なお、上記の「複数の異なるタイミング」の時間間隔は、第１の受信信号と第２の受信信号との時間差よりも長い時間である。

また処理部１４０は、超音波測定により取得した眼球径情報に基づいて眼球径の推定演算処理を行う。具体的には、処理部１４０は、超音波ビームのビームスキャンを行って、複数のビーム方向についての眼球径情報に基づいて眼球径の推定演算処理を行う。こうすることで、眼球径を精度良く推定することができる。眼球径の推定演算処理の詳細については、後述する。

また処理部１４０は、推定した眼球径情報に基づいて眼圧の推定処理を行う。具体的には、処理部１４０は、被験者が座位（広義には第１の状態）である場合に得られた第１の眼球径情報及び第１の眼圧実測値と、被験者が立位（広義には第２の状態）である場合に得られた第２の眼球径情報及び第２の眼圧実測値と、に基づいて得られた眼球径情報と眼圧との関係（関係式）から眼圧の推定処理を行う。眼球径情報と眼圧との関係が特定されれば、処理部１４０は、超音波測定により取得された眼球径情報から眼圧を推定することができる。眼圧の推定処理の詳細については、後述する。

眼球径情報と眼圧との関係を求める処理は、処理部１４０が行ってもよいし、眼圧実測値を実測する装置（例えば眼圧計）が行ってもよい。或いは、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）などが行ってもよい。

また処理部１４０は、眼圧の推定処理によって推定された眼圧に基づいて、眼圧が正常であるか又は異常であるかに関する報知情報を生成する。また、記憶部１５０に記憶された複数の異なるタイミングで得られた眼球径情報（例えば時系列の眼球径情報）に基づいて眼圧の推定処理を行い、推定された眼圧に基づいて眼圧の時間変化（時系列変化）に関する報知情報を生成する。生成された報知情報は、報知部１６０によりユーザーに対して報知される。こうすることで、被験者の眼圧の時間的変化を的確に把握することが可能になる。

記憶部１５０は、例えばＤＲＡＭなどの記憶装置で構成され、受信信号や眼球径情報などを記憶する。また、記憶部１５０は、フラッシュメモリーなどの不揮発性記憶装置をさらに含み、過去に測定した眼球径情報、即ち複数の異なるタイミングで得られた眼球径情報などを記憶する。処理部１４０は、記憶部１５０に記憶された複数の異なるタイミングにおける眼球径情報に基づいて眼圧の推定処理を行い、推定された眼圧に基づいて眼圧の時間変化に関する報知情報を生成することができる。

報知部１６０は、例えばディスプレイ（表示装置）、或いはスピーカー等であって、処理部１４０からの報知情報をユーザーに対して報知する。ディスプレイは、例えば液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ等であって、処理部１４０からの報知情報を含む表示用画像データを表示する。報知部１６０は、例えばビープ音を発生するビーパー、又は発光・点滅するＬＥＤ、又は振動するバイブレーターなどであってもよい。報知情報は、眼圧の正常又は異常に関する情報や眼圧の時間変化に関する情報などのほか、ユーザーに対して必要な操作を指示するための情報を含んでもよい。

図２に、本実施形態のセンサー部２００の構成例を示す。センサー部２００は、超音波トランスデューサーデバイス２１０、センサー面２２０、保護膜２３０、ベース基板２４０、フレキシブル基板２５０、送信部１１０及び受信部１２０を含む。なお、本実施形態のセンサー部２００は図２の構成に限定されず、その構成要素の一部を省略したり、他の構成要素に置き換えたり、他の構成要素を追加するなどの種々の変形実施が可能である。例えば、送信部１１０及び受信部１２０のいずれか一方又は両方の少なくとも一部をセンサー部２００の外部に設けてもよい。

超音波トランスデューサーデバイス２１０及びセンサー面２２０については、既に説明したので、ここでは詳細な説明を省略する。

超音波トランスデューサーデバイス２１０、送信部１１０及び受信部１２０は、ベース基板２４０の一方の面に設けられる。保護膜２３０は、超音波トランスデューサーデバイス２１０、送信部１１０及び受信部１２０を保護する部材であって、例えばシリコーン系樹脂で形成される。超音波トランスデューサーデバイス２１０と送信部１１０及び受信部１２０とは、フレキシブル基板２５０によって電気的に接続される。

センサー部２００は、支持部１７０により眼瞼表面に接触して支持される。支持部１７０は、例えば金属又は樹脂などの弾性を有する材料で形成することができる。センサー部２００は、配線１８０によって送受信制御部１３０と電気的に接続される。

図３に、本実施形態の超音波測定装置１００の具体的な構成例を示す。図３に示す超音波測定装置１００によれば、例えば眼鏡型のフレームに支持部１７０を設け、支持部１７０によりセンサー部２００を下瞼に確実に接触させることができる。こうすることで、被験者に与える身体的な負担を軽減しつつ、超音波測定を行うことが可能になる。なお、図３には右眼部分を示しているが、左眼部分についても同様に、フレームに支持部１７０を設けてセンサー部２００を下瞼に確実に接触させることができる。なお、フレームは、図３に示す眼鏡型に限定されず、他の形態であってもよい。

送受信制御部１３０は、例えば眼鏡型のフレームのテンプル（つる）部分に設けられる。センサー部２００と送受信制御部１３０とは、フレームに沿って設けられる配線１８０によって電気的に接続される。また、送受信制御部１３０は、ケーブル１９０によって処理部１４０に電気的に接続される。処理部１４０、記憶部１５０及び報知部１６０（ディスプレイ）は、超音波測定装置本体１０１に設けられる。

なお、送受信制御部１３０と処理部１４０との接続は、ケーブル１９０によらずに、例えば非接触電力供給（無接点電力供給）により電力供給とデータ通信とを行ってもよい。或いは、データ通信については近距離無線通信を用いることもできる。

センサー部２００を眼瞼に接触させる手段としては、上述した眼鏡型のフレームのほかに、アイマスク型、或いは直接眼瞼に貼り付ける方法などであってもよい。また、センサー部２００を接触させる部位は、上瞼であってもよいし、他の部位であってもよい。

２．眼球径の測定及び眼圧の推定
図４は、本実施形態の超音波測定装置１００による眼球径（広義には眼球径情報）の測定を説明する図である。図４に示すように、センサー部２００は下瞼表面に接触している。センサー部２００が有する超音波トランスデューサーデバイス２１０から眼球方向に超音波ビームＵＢが送信され、下瞼に近い強膜からの超音波エコーＵＥ１及び下瞼から遠い強膜からの超音波エコーＵＥ２が超音波トランスデューサーデバイス２１０により受信される。

超音波エコーＵＥ１に対応する第１の受信信号と超音波エコーＵＥ２に対応する第２の受信信号との時間差は、下瞼に近い強膜と下瞼から遠い強膜との距離に比例するから、第１の受信信号と第２の受信信号との時間差を測定することで、眼球径に関する情報を得ることができる。例えば、眼球内における超音波の音速をｖとし、第１の受信信号と第２の受信信号との時間差をｔｄとした場合には、眼球径ＤはＤ＝ｖ×ｔｄで与えられる。

図５に、豚眼による実験から得られた眼圧と眼球径の変動との関係の一例を示す。図５から分かるように、眼球径の変動は眼圧の１次関数で表される。従って、眼球径が分かれば眼圧を推定することができる。

図６は、本実施形態の超音波測定装置１００による眼圧の推定を説明する図である。眼球径Ｄは眼圧Ｐの１次関数で表されるから、次式が成り立つ。

Ｄ＝ａ×Ｐ＋ｂ （１）
ここでａ、ｂは眼球径Ｄと眼圧Ｐとの関係を特定するパラメーターである。眼球径Ｄと眼圧Ｐとの関係は被験者によって異なるから、被験者ごとにパラメーターａ、ｂを決める必要がある。本実施形態の超音波測定装置１００によれば、以下のようにしてパラメーターａ、ｂを決めることができる。

座っている状態（座位）での眼圧と立っている状態（立位）での眼圧とは異なることが知られている。そこで被験者が座位の状態（第１の状態）である場合に、超音波測定により第１の眼球径Ｄ１を取得し、また眼圧検査により第１の眼圧実測値Ｐ１を取得する。さらに被験者が立位の状態（第２の状態）である場合に、超音波測定により第２の眼球径Ｄ２を取得し、また眼圧検査により第２の眼圧実測値Ｐ２を取得する。

式（１）から次式が成り立つ。

Ｄ１＝ａ×Ｐ１＋ｂ （２）
Ｄ２＝ａ×Ｐ２＋ｂ （３）
従って、式（２）、（３）からパラメーターａ、ｂを求めることができる。

このように本実施形態の超音波測定装置１００によれば、被験者が座位の状態及び立位の状態で眼球径を測定し、さらに眼圧検査による眼圧実測値を入力することにより、眼球径と眼圧との関係（具体的にはパラメーター値ａ、ｂ）を被験者ごとに特定することができる。そして特定されたパラメーター値ａ、ｂを用いて、超音波測定により取得した眼球径から眼圧を推定することができる。

なお、眼球径情報と眼圧との関係（パラメーター値）を求める処理は、上述したように処理部１４０が行ってもよいし、或いは、眼圧実測値を実測する装置（例えば眼圧計）、又はパーソナルコンピュータ（ＰＣ）などが行ってもよい。

３．超音波トランスデューサー素子
図７（Ａ）、図７（Ｂ）、図７（Ｃ）に、本実施形態の超音波測定装置１００に用いられる超音波トランスデューサー素子１０の構成例を示す。超音波トランスデューサー素子１０は、振動膜（メンブレン、支持部材）５０と圧電素子部とを有する。圧電素子部は、第１電極層（下部電極）２１、圧電体層（圧電体膜）３０、第２電極層（上部電極）２２を有する。なお、本実施形態の超音波トランスデューサー素子１０は図７（Ａ）、図７（Ｂ）、図７（Ｃ）の構成に限定されず、その構成要素の一部を省略したり、他の構成要素に置き換えたり、他の構成要素を追加するなどの種々の変形実施が可能である。

図７（Ａ）は、基板（シリコン基板）６０に形成された超音波トランスデューサー素子１０の、素子形成面側の基板６０に垂直な方向から見た平面図である。図７（Ｂ）は、図７（Ａ）のＡ−Ａ’に沿った断面を示す断面図である。図７（Ｃ）は、図７（Ａ）のＢ−Ｂ’に沿った断面を示す断面図である。

第１電極層２１は、振動膜５０の上層に例えば金属薄膜で形成される。この第１電極層２１は、図７（Ａ）に示すように素子形成領域の外側へ延長され、隣接する超音波トランスデューサー素子１０に接続される配線であってもよい。

圧電体層３０は、例えばＰＺＴ（ジルコン酸チタン酸鉛）薄膜により形成され、第１電極層２１の少なくとも一部を覆うように設けられる。なお、圧電体層３０の材料は、ＰＺＴに限定されるものではなく、例えばチタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ３）、ジルコン酸鉛（ＰｂＺｒＯ３）、チタン酸鉛ランタン（（Ｐｂ、Ｌａ）ＴｉＯ３）などを用いてもよい。

第２電極層２２は、例えば金属薄膜で形成され、圧電体層３０の少なくとも一部を覆うように設けられる。この第２電極層２２は、図７（Ａ）に示すように素子形成領域の外側へ延長され、隣接する超音波トランスデューサー素子１０に接続される配線であってもよい。

振動膜（メンブレン）５０は、例えばＳｉＯ２薄膜とＺｒＯ２薄膜との２層構造により空洞領域４０を塞ぐように設けられる。この振動膜５０は、圧電体層３０及び第１、第２電極層２１、２２を支持すると共に、圧電体層３０の伸縮に従って振動し、超音波を発生させることができる。

空洞領域４０は、基板６０（シリコン基板）の裏面（素子が形成されない面）側から反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）等によりエッチングすることで形成される。この空洞領域４０の形成によって振動可能になった振動膜５０のサイズによって超音波の共振周波数が決定され、その超音波は圧電体膜３０側（図７（Ａ）において紙面奥から手前方向）に放射される。

超音波トランスデューサー素子１０の下部電極（第１電極）は、第１電極層２１により形成され、上部電極（第２電極）は、第２電極層２２により形成される。具体的には、第１電極層２１のうちの圧電体層３０に覆われた部分が下部電極を形成し、第２電極層２２のうちの圧電体層３０を覆う部分が上部電極を形成する。即ち、圧電体層３０は、下部電極と上部電極に挟まれて設けられる。

圧電体膜３０は、下部電極と上部電極との間、即ち第１電極層２１と第２電極層２２との間に電圧が印加されることで、面内方向に伸縮する。超音波トランスデューサー素子１０は、薄手の圧電素子部と振動膜５０を貼り合わせたモノモルフ（ユニモルフ）構造を用いており、圧電素子部が面内で伸び縮みすると貼り合わせた振動膜５０の寸法はそのままであるため反りが生じる。従って、圧電体膜３０に交流電圧を印加することで、振動膜５０が膜厚方向に対して振動し、この振動膜５０の振動により超音波が放射される。圧電体膜３０に印加される電圧は、例えば１０〜３０Ｖであり、周波数は例えば１〜１０ＭＨｚである。

バルクの超音波トランスデューサー素子の駆動電圧がピークからピークで１００Ｖ程度であるのに対して、図７（Ａ）、図７（Ｂ）、図７（Ｃ）に示すような薄膜圧電型超音波トランスデューサー素子では、駆動電圧をピークからピークで１０〜３０Ｖ程度に小さくすることができる。

４．超音波トランスデューサーデバイス
本実施形態の超音波測定装置１００では、図４で説明したように、下瞼に近い強膜からの超音波エコーＵＥ１に対応する第１の受信信号と下瞼から遠い強膜からの超音波エコーＵＥ２に対応する第２の受信信号との時間差を測定することで眼球径を測定する。超音波トランスデューサーデバイス２１０から送信される超音波ビームＵＢが眼球の中心を通過する場合には、正確に眼球径を測定することができる。しかし実際にはセンサー部２００の位置及び方向を常に一定に保持することは困難であり、従って超音波ビームＵＢを常に眼球の中心方向に送信することは難しい。

そこで、本実施形態の超音波測定装置１００では、処理部１４０が超音波ビームＵＢのビームスキャンを行って、複数のビーム方向についての眼球径情報に基づいて眼球径の推定演算処理を行う。具体的には、処理部１４０は、セクタースキャン（位相走査）或いはリニアスキャンにより超音波ビームＵＢをＸ方向及びＹ方向にスキャンして、複数のビーム方向について眼球径値を取得し、取得された複数の眼球径値のうちの最大値を真の眼球径値と推定する。

図８に、本実施形態の超音波トランスデューサーデバイス２１０の第１の構成例を示す。本構成例の超音波トランスデューサーデバイス２１０は、８×８のマトリックス配置された複数の超音波トランスデューサー素子１０、信号端子ＳＧ１〜ＳＧ６４及び複数のコモン電圧端子ＣＯＭを含む。

信号端子ＳＧ１〜ＳＧ６４は、図８に示すように、超音波トランスデューサーデバイス２１０の各辺に１６個ずつ配置される。複数のコモン電圧端子ＣＯＭは、各コーナー部に４個ずつ配置される。なお、信号端子ＳＧ１〜ＳＧ６４及びコモン電圧端子ＣＯＭの配置は図８に示すものに限定されない。

６４個の超音波トランスデューサー素子１０の各素子の一方の電極は、信号端子ＳＧ１〜ＳＧ６４のうちの対応する１つの信号端子に接続される。また、各素子の他方の電極は、図示していない配線によって複数のコモン電圧端子ＣＯＭのいずれかに接続される。送信期間には、送信部１１０からの送信信号が信号端子ＳＧ１〜ＳＧ６４に入力され、受信期間には、６４個の超音波トランスデューサー素子１０からの受信信号が信号端子ＳＧ１〜ＳＧ６４を介して受信部１２０に出力される。このようにすることで、６４個の超音波トランスデューサー素子１０に対してそれぞれ異なる位相の送信信号を入力することができるから、Ｘ方向及びＹ方向のいずれの方向についてもセクタースキャンによるビームスキャンを行うことができる。

図９（Ａ）、図９（Ｂ）は、超音波トランスデューサーデバイス２１０の第１の構成例によるビームスキャンを説明する図である。図９（Ａ）のＡ１、Ａ２に示すように、センサー部２００に設けられた超音波トランスデューサーデバイス２１０は、セクタースキャンにより超音波ビームの出射方向をＹ方向にほぼ±４５°スキャンさせることができる。実際の測定では、ビーム方向の変化は例えば±５〜１０°程度でよい。例えば図９（Ａ）に示すように、超音波ビームをＵＢ１からＵＢ２、そしてＵＢ３へとスキャンさせる。また図示していないが、Ｘ方向についても同様にビーム方向をスキャンさせることができる。

図９（Ｂ）には、仮想的に図９（Ａ）のＰＳの位置から見た場合の超音波ビームのスキャンを示す。本実施形態の超音波測定装置１００によれば、図９（Ｂ）に示すように、例えばＹ方向の角度を１°ずつ変化させてＸ方向にスキャンすることができる。即ち、第１のビームスキャンＳＣ１から第ｎ（ｎは２以上の整数）のビームスキャンＳＣｎまでを行うことで、強膜の所定の範囲にわたって眼球径を取得することができる。

図１０は、図９（Ｂ）に示すビームスキャンＳＣ１〜ＳＣｎによる真の眼球径の推定を説明する図である。図１０は、Ｘ方向の角度に対する眼球径の測定値をビームスキャンＳＣ１〜ＳＣｎのスキャンごとにプロットしたものである。図１０から分かるように、測定された眼球径値のうちの最大値が求める真の眼球径値になる。従って、処理部１４０は、ビームスキャンＳＣ１〜ＳＣｎを行って、スキャンごとに眼球径の測定値を取得し、測定された眼球径値のうちの最大値を真の眼球径値であると推定することができる。

測定された眼球径値の最大値を与える角度がＸ方向又はＹ方向のスキャン範囲の上限又は下限の角度である場合には、スキャン範囲内に眼球の中心を通るビームが含まれていない可能性がある。この場合には、処理部１４０はスキャン範囲を適切な方向にシフトさせることができる。

図１１に、本実施形態の超音波トランスデューサーデバイス２１０の第２の構成例を示す。本構成例の超音波トランスデューサーデバイス２１０は、Ｘ方向にリニアスキャンを行うデバイスＵＤＸとＹ方向にリニアスキャンを行うデバイスＵＤＹとを含む。デバイスＵＤＸは８行１６列のマトリックス配置された複数の超音波トランスデューサー素子１０、信号端子ＳＧＸ１〜ＳＧＸ１６及び複数のコモン電圧端子ＣＯＭを含む。同様に、デバイスＵＤＹは１６行８列のマトリックス配置された複数の超音波トランスデューサー素子１０、信号端子ＳＧＹ１〜ＳＧＹ１６及び複数のコモン電圧端子ＣＯＭを含む。

デバイスＵＤＸの第ｉ（ｉは１≦ｉ≦１６である整数）列の８個の超音波トランスデューサー素子１０の一方の電極は、信号端子ＳＧＸ１〜ＳＧＸ１６のうちの第ｉの信号端子ＳＧＸｉに共通接続される。また、各超音波トランスデューサー素子１０の他方の電極は、コモン電圧端子ＣＯＭに共通接続される。送信期間には、送信部１１０からの送信信号が信号端子ＳＧＸ１〜ＳＧＸ１６に入力され、受信期間には、各列の超音波トランスデューサー素子１０からの受信信号が信号端子ＳＧＸ１〜ＳＧＸ１６を介して受信部１２０に出力される。

デバイスＵＤＹの第ｊ（ｊは１≦ｊ≦１６である整数）行の８個の超音波トランスデューサー素子１０は、信号端子ＳＧＹ１〜ＳＧＹ１６のうちの第ｊの信号端子ＳＧＹｊに共通接続される。また、各超音波トランスデューサー素子１０の他方の電極は、コモン電圧端子ＣＯＭに共通接続される。送信期間には、送信部１１０からの送信信号が信号端子ＳＧＹ１〜ＳＧＹ１６に入力され、受信期間には、各行の超音波トランスデューサー素子１０からの受信信号が信号端子ＳＧＹ１〜ＳＧＹ１６を介して受信部１２０に出力される。

デバイスＵＤＸの信号端子ＳＧＸ１からＳＧＸ１６に向かって順次送信信号を入力することにより、超音波ビームをＸ方向にリニアスキャンすることができる。同様に、デバイスＵＤＹの信号端子ＳＧＹ１からＳＧＹ１６に向かって順次送信信号を入力することにより、超音波ビームをＹ方向にリニアスキャンすることができる。

図１２は、超音波トランスデューサーデバイス２１０の第２の構成例によるビームスキャンを説明する図である。図１２には、図９（Ｂ）と同様に、仮想的に図９（Ａ）のＰＳの位置から見た場合の超音波ビームのスキャンを示す。

図１２に示すように、デバイスＵＤＸを用いてＸ方向にスキャンすることにより、Ｘ方向のスキャン範囲ＳＡＸについて眼球径の測定値を取得することができる。また、デバイスＵＤＹを用いてＹ方向にスキャンすることにより、Ｙ方向のスキャン範囲ＳＡＹについて眼球径の測定値を取得することができる。そして２つのスキャン範囲ＳＡＸ、ＳＡＹにおいて測定された眼球径値のうちの最大値を真の眼球径値であると推定することができる。

このように本実施形態の超音波測定装置１００によれば、超音波ビームをＸ方向及びＹ方向にスキャンして、複数のビーム方向について眼球径値を取得し、取得された複数の眼球径値のうちの最大値を真の眼球径値と推定することができる。こうすることで、ビーム方向が眼球中心からずれている場合やセンサー部２００の位置及び方向が変化した場合でも、眼球径を精度良く推定することができる。

５．眼球径の推定演算処理及び眼圧の推定処理
図１３は、本実施形態の超音波測定装置１００による眼球径の推定演算処理のフローチャートの一例である。図１３に示す処理は、処理部１４０により実行される。図１３のフローでは、例として超音波トランスデューサーデバイス２１０の第１の構成例（図８）を用いて図９（Ｂ）に示すビームスキャンＳＣ１〜ＳＣｎを行う場合について説明する。

最初に、処理部１４０はビームスキャンの番号（インデックス）ｉを初期値１に設定する（ステップＳ１）。次に、処理部１４０は、ビームスキャンＳＣｉを行って、眼球径情報ＤＡｉを取得し（ステップＳ２）、取得した眼球径情報ＤＡｉを記憶部１５０に書き込む（ステップＳ３）。

次に処理部１４０は、ビームスキャンの番号ｉをインクリメントし（ステップＳ４）、ビームスキャンの番号ｉが所定の整数値ｎより大きいか否かを判断する（ステップＳ５）。ここで所定の整数値ｎは、Ｘ方向のビームスキャンの回数である。ビームスキャンの番号ｉが所定の整数値ｎ以下である場合には、ステップＳ２に戻り、処理部１４０は、ビームスキャンＳＣｉを行って、眼球径情報ＤＡｉを取得する処理を繰り返す。

ビームスキャンの番号ｉが所定の整数値ｎより大きい場合には、処理部１４０は、取得した眼球径情報ＤＡ１〜ＤＡｎに基づいて、眼球径の推定演算処理を行う（ステップＳ６）。具体的には、処理部１４０は、ビームスキャンＳＣ１〜ＳＣｎにより取得した眼球径値のうちの最大値を真の眼球径値Ｄであると推定する。そして処理部１４０は、推定した真の眼球径値Ｄを記憶部１５０に書き込む（ステップＳ７）。

図１４は、本実施形態の超音波測定装置１００による眼球径情報と眼圧との関係を特定する処理のフローチャートの一例である。図１４に示す処理は、処理部１４０により実行される。

最初に、処理部１４０は、座位での超音波測定を行って、第１の眼球径値Ｄ１（広義には第１の眼球径情報）を取得する（ステップＳ１１）。次に処理部１４０は、ユーザーに対して、座位での眼圧実測値Ｐ１（第１の眼圧実測値）の入力を促す報知情報を生成し、報知部１６０に出力する（ステップＳ１２）。そして処理部１４０は、入力された第１の眼圧実測値Ｐ１を記憶部１５０に書き込む（ステップＳ１３）。

次に処理部１４０は、立位での超音波測定を行って、第２の眼球径値Ｄ２（広義には第２の眼球径情報）を取得する（ステップＳ１４）。次に処理部１４０は、ユーザーに対して、立位での眼圧実測値Ｐ２（第２の眼圧実測値）の入力を促す報知情報を生成し、報知部１６０に出力する（ステップＳ１５）。そして処理部１４０は、入力された第２の眼圧実測値Ｐ２を記憶部１５０に書き込む（ステップＳ１６）。

次に処理部１４０は、第１の眼球径値Ｄ１、第１の眼圧実測値Ｐ１、第２の眼球径値Ｄ２及び第２の眼圧実測値Ｐ２から、パラメーターａ、ｂを決定する（ステップＳ１７）。具体的には、既に説明した式（２）、式（３）からパラメーターａ、ｂを求める。そして処理部１４０は、決定したパラメーターａ、ｂを記憶部１５０に書き込む（ステップＳ１８）。

図１５は、本実施形態の超音波測定装置１００による眼圧の推定処理のフローチャートの一例である。図１５に示す処理は、処理部１４０により実行される。

最初に処理部１４０は、超音波測定を行って眼球径値Ｄを取得する（ステップＳ２１）。具体的には、例えば図１３に示したフローにより眼球径値Ｄを取得する。次に処理部１４０は、眼球径と眼圧との関係を特定するパラメーターａ、ｂを記憶部１５０から読み出し（ステップＳ２２）、眼圧値Ｐの推定処理を行う（ステップＳ２３）。具体的には、既に説明した式（１）から眼圧値Ｐを求めることができる。

そして処理部１４０は、推定した眼圧値Ｐに基づいて、眼圧が正常であるか又は異常であるかに関する報知情報を生成し、生成された報知情報を報知部１６０に出力する（ステップＳ２４）。正常な眼圧値の範囲は個人差があるので、予め被験者ごとに異なる正常値の範囲を記憶部１５０に記憶しておくことができる。

次に処理部１４０は、ｋ（ｋは２以上の整数）個のタイミング（時刻）における眼球径値Ｄ（ｔ１）、Ｄ（ｔ２）、・・・、Ｄ（ｔｋ）を記憶部１５０から読み出す（ステップＳ２５）。ここで眼球径値Ｄ（ｔ１）は時刻ｔ１に取得された眼球径値であり、Ｄ（ｔ２）〜Ｄ（ｔｋ）は時刻ｔ２〜ｔｋに取得された眼球径値である。

次に処理部１４０は、時系列の眼球径値Ｄ（ｔ１）、Ｄ（ｔ２）、・・・、Ｄ（ｔｋ）に基づいて時系列の眼圧値Ｐ（ｔ１）、Ｐ（ｔ２）、・・・、Ｐ（ｔｋ）を推定する（ステップＳ２６）。具体的には、既に説明した式（１）から各時刻の眼圧値を求めることができる。

次に処理部１４０は、時系列の眼圧値Ｐ（ｔ１）、Ｐ（ｔ２）、・・・、Ｐ（ｔｋ）に基づいて、眼圧の時間変化に関する報知情報を生成し、生成された報知情報を報知部１６０に出力する（ステップＳ２７）。こうすることで、眼圧の時間的変化を的確に把握することが可能になる。

以上説明したように、本実施形態の超音波測定装置１００によれば、被験者の身体的な負担を軽減しつつ複数の異なるタイミングにおける眼球径情報を精度良く取得することができ、さらに取得した眼球径情報を記憶部に記憶することができる。そして記憶された眼球径情報に基づいて眼圧の時間変化に関する情報を容易に取得することができる。その結果、例えば緑内障の治療において、投薬後または施術後の眼圧の数日にわたる、且つ日内の被検者の活動状態（起床、日常活動、就寝など）毎の眼圧変化を把握することができるから、治療効果の向上などが期待できる。

なお、以上のように本実施形態について詳細に説明したが、本発明の新規事項および効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できるであろう。従って、このような変形例はすべて本発明の範囲に含まれるものとする。例えば、明細書又は図面において、少なくとも一度、より広義または同義な異なる用語と共に記載された用語は、明細書又は図面のいかなる箇所においても、その異なる用語に置き換えることができる。また超音波測定装置の構成、動作及び超音波測定方法も本実施形態で説明したものに限定されず、種々の変形実施が可能である。

１０ 超音波トランスデューサー素子、２１ 第１電極層（下部電極）、
２２ 第２電極層（上部電極）、３０ 圧電体膜（圧電体層）、４０ 空洞領域、
４５ 開口部、５０ 振動膜、６０ 基板、
１００ 超音波測定装置、１０１ 超音波測定装置本体、１１０ 送信部、
１２０ 受信部、１３０ 送受信制御部、１４０ 処理部、１５０ 記憶部、
１６０ 報知部、１７０ 支持部、１８０ 配線、１９０ ケーブル、
２００ センサー部、２１０ 超音波トランスデューサーデバイス、
２２０ センサー面、２３０ 保護膜、２４０ ベース基板、
２５０ フレキシブル基板

Claims (13)

1. 測定時に眼瞼表面に接触するセンサー面と、
   超音波の送受信を行う超音波トランスデューサーデバイスと、
   記憶部とを含み、
   前記超音波トランスデューサーデバイスは、前記眼瞼を介して眼球方向に超音波ビームを送信し、前記超音波ビームの超音波エコーを受信し、
   前記記憶部は、複数の異なるタイミングで得られた前記超音波エコーの受信信号に基づいて得られる眼球径についての眼球径情報を記憶することを特徴とする超音波測定装置。
2. 請求項１において、
   前記眼球径情報は、前記超音波ビームの１つの送信信号に対する前記超音波エコーの第１の受信信号と前記第１の受信信号の後に受信される第２の受信信号との時間差から得られることを特徴とする超音波測定装置。
3. 請求項１又は２において、
   処理部を有し、
   前記処理部は、前記眼球径情報に基づいて眼球径の推定演算処理を行うことを特徴とする超音波測定装置。
4. 請求項３において、
   前記処理部は、前記超音波ビームのビームスキャンを行って、複数のビーム方向についての前記眼球径情報に基づいて前記推定演算処理を行うことを特徴とする超音波測定装置。
5. 請求項３又は４において、
   前記処理部は、前記眼球径情報に基づいて眼圧の推定処理を行うことを特徴とする超音波測定装置。
6. 請求項５において、
   前記処理部は、被験者が第１の状態である場合に得られた第１の眼球径情報と前記被験者が前記第１の状態とは異なる第２の状態である場合に得られた第２の眼球径情報とに基づいて、前記眼圧の推定処理を行うことを特徴とする超音波測定装置。
7. 請求項５において、
   前記処理部は、被験者が第１の状態である場合に実測された第１の眼圧実測値と、前記被験者が前記第１の状態である場合に得られた第１の眼球径情報と、前記被験者が前記第１の状態とは異なる第２の状態である場合に実測された第２の眼圧実測値と、前記被験者が前記第２の状態である場合に得られた第２の眼球径情報と、に基づいて得られた眼球径情報と眼圧との関係から前記眼圧の推定処理を行うことを特徴とする超音波測定装置。
8. 請求項５乃至７のいずれかにおいて、
   前記処理部は、前記眼圧の推定処理によって推定された眼圧に基づいて、眼圧が正常であるか又は異常であるかに関する報知情報を生成することを特徴とする超音波測定装置。
9. 請求項５乃至８のいずれかにおいて、
   前記処理部は、前記記憶部に記憶された前記複数の異なるタイミングで得られた眼球径情報に基づいて前記眼圧の推定処理を行い、推定された眼圧に基づいて眼圧の時間変化に関する報知情報を生成することを特徴とする超音波測定装置。
10. 請求項１乃至９のいずれかにおいて、
    前記センサー面と前記超音波トランスデューサーデバイスとを有するセンサー部を支持する支持部を含み、
    前記センサー面は、前記支持部によって前記眼瞼表面に接触して支持されることを特徴とする超音波測定装置。
11. 超音波測定装置による測定方法であって、
    眼瞼を介して眼球方向に超音波ビームを送信し、
    前記超音波ビームの１つの送信信号に対する超音波エコーの第１の受信信号と前記第１の受信信号の後に受信される第２の受信信号との時間差から眼球径についての情報である眼球径情報を取得し、
    前記眼球径情報に基づいて眼圧を推定することを特徴とする超音波測定方法。
12. 請求項１１において、
    前記超音波ビームのビームスキャンを行って、複数のビーム方向についての前記眼球径情報に基づいて眼圧を推定することを特徴とする超音波測定方法。
13. 請求項１２において、
    被験者が第１の状態である場合に得られた第１の眼球径情報及び第１の眼圧実測値と、前記被験者が前記第１の状態とは異なる第２の状態である場合に得られた第２の眼球径情報及び第２の眼圧実測値とに基づいて、眼球径情報と眼圧との関係を特定し、
    特定された前記関係から眼圧を推定することを特徴とする超音波測定方法。

Images