JP2015160108A - 超音波測定装置及び超音波測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】超音波測定における動脈と静脈を識別するための技術の実現。【解決手段】血管に向けて送信した超音波の反射波の受信信号を用いて血管直上走査線を検出し、当該走査線の受信信号に基づいて、血管の前壁及び後壁とおぼしき深さ位置の候補を検出する。次いで、当該候補の中から前壁及び後壁の血管前後壁対を絞り込み、絞り込んだ血管前後壁対を１つの血管とみなして血管毎に動脈／静脈の判定を行い、動脈と判定した血管を対象として血管機能需情報の測定を行う。動脈／静脈の判定は、血管の収縮時間と拡張時間との相対関係に基づいて行う。【選択図】図２

Description

本発明は、超音波を用いた測定を行う超音波測定装置等に関する。

超音波測定装置により生体情報を測定する一例として、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：血管の内膜中膜複合体厚）を測定することもその１つである。ＩＭＴ等に係る測定では、頸動脈を見つけ測定ポイントを適切に設定しなければならない。通常は、オペレーターが、超音波プローブを頸部に当て、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探し出し、探し出した頸動脈を測定ポイントとして手動で設定する。

従来、このような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、受信した反射波の振幅情報を処理することによって得られる生体組織からの反射波信号強度と、受信した反射波の位相情報を処理することによって得られる生体組織の移動速度とを用いて、血管壁を自動的に検出する方法が開示されている。具体的には、「血管内の血流領域における反射波信号の強度は、血管壁における反射波信号の強度に比べると非常に小さくなる」という第１の知見と、「反射波信号の位相情報から算出される移動速度は、血流領域では速く、血管壁では遅くなる」という第２の知見とに基づいて、血管壁と血流領域との境界を検出する。

特開２００８−１７３１７７号公報

しかし、特許文献１に開示されている検出方法では、血管を検出することはできても、当該血管が動脈であるか静脈であるかの判断はできない。一般に、動脈は拍動を伴い、静脈は拍動を伴わないはずであるから、脈動の有無で動脈と静脈とを識別できると安易に考えてしまいがちである。しかし、内頸動脈など、比較的心臓に近い血管部位では、右心房の圧が伝わることにより静脈であっても拍動を伴う場合がある。そのため、脈動の有無だけでは正確な識別は困難である。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、動脈と静脈を識別するための超音波測定技術の実現である。

上記課題を解決する第１の発明は、血管に向けた超音波の送信及び反射波の受信を制御する送受信制御部と、前記反射波の受信信号に基づいて、前記血管の収縮時間及び拡張時間を算出する収縮拡張時間算出部と、前記収縮時間と前記拡張時間との相対関係を用いて、前記血管の種別を判別する種別判別部と、を備えた超音波測定装置である。

また、他の発明として、血管に向けた超音波の送信及び反射波の受信を制御することと、前記反射波の受信信号に基づいて、前記血管の収縮時間及び拡張時間を算出することと、前記収縮時間と前記拡張時間との相対関係を用いて、前記血管の種別を判別することと、を含む超音波測定方法を構成しても良い。

この第１の発明等によれば、血管の収縮時間と拡張時間との相対関係を用いて、血管の種別を判別することができる。つまり、例えば内頸静脈等の拍動を伴う静脈であっても、動脈と静脈と識別して血管の種別を適切に判別することが可能となる。

また、第２の発明として、第１の発明の超音波測定装置であって、前記種別判別部は、前記収縮時間と前記拡張時間との比を用いて、前記血管の種別を判別する、超音波測定装置を構成しても良い。

この第２の発明によれば、血管の種別の判別を、血管の収縮時間と拡張時間との比を用いて行うことができる。動脈と静脈とでは、拡張時の血管径の変化度合いが大きく異なる特徴がある。つまり、拡張時間に大きな差が生じることから、血管の拡張時間と収縮時間との比によって、血管の種別を判別することができる。

また、第３の発明として、第１又は第２の発明の超音波測定装置であって、前記種別判別部は、前記血管の種別として、動脈及び静脈を判別する、超音波測定装置を構成しても良い。

この第３の発明によれば、血管の種別として、動脈及び静脈を判別することができる。

また、第４の発明として、第１〜第３の何れかの発明の超音波測定装置であって、前記種別判別部は、少なくとも、前記血管が動脈である場合に前記収縮時間と前記拡張時間との比がとり得る条件を用いて、前記血管が動脈であることを判別する、超音波測定装置を構成しても良い。

この第４の発明によれば、血管が動脈であることを判別できる。

また、第５の発明として、第１〜第４の何れかの発明の超音波測定装置であって、前記種別判別部は、少なくとも、前記血管が静脈である場合に前記収縮時間と前記拡張時間との比がとり得る条件を用いて、前記血管が静脈であることを判別する、超音波測定装置を構成しても良い。

この第５の発明によれば、血管が静脈であることを判別できる。

また、第６の発明として、第１〜第５の何れかの発明の超音波測定装置であって、前記反射波の受信信号を用いて、前記血管の前壁及び後壁を検出する前後壁検出部、を更に備え、前記収縮拡張時間算出部は、前記前壁及び前記後壁の時間的変化から前記血管の収縮期及び拡張期を判定して、前記収縮時間及び前記拡張時間を算出する、超音波測定装置を構成しても良い。

この第６の発明によれば、血管の前壁及び後壁の時間的変化から血管の収縮期及び拡張期を判定し、収縮時間及び拡張時間が算出される。

また、第７の発明として、第１〜第６の何れかの発明の超音波測定装置であって、前記収縮拡張時間算出部は、少なくとも一心拍期間以上の前記受信信号を用いて、前記収縮時間及び前記拡張時間を算出する、超音波測定装置を構成しても良い。

この第７の発明によれば、少なくとも一心拍期間以上の受信信号を用いて、収縮時間及び拡張時間が算出される。血管は、一心拍期間を単位として収縮及び拡張を繰り返す。このため、少なくとも１心拍期間における収縮時間及び拡張時間を算出することができれば、血管の種別の正しい判別を行うことができる。

超音波測定装置のシステム構成図。 超音波測定装置の主たる処理のフローチャート。 超音波測定の説明図。 超音波信号の反射波の受信信号の一例。 血管直上走査線の検出の説明図。 血管前後壁対の絞り込みの説明図。 血管径の変化波形例。 血管径と変径速度との波形例。 拡張収縮時間比率の一例。 超音波測定装置の機能構成図。 記憶部の構成図。 血管前後壁対データのデータ構成図。 血管直上走査線の検出処理のフローチャート。 血管壁深さ位置候補の検出処理のフローチャート。 血管前後壁対の絞り込み処理のフローチャート。 動脈判定処理のフローチャート。

［全体構成］
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、超音波を用いて被検体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のうち、動脈５と静脈６とを自動的に識別し、生体情報の一つとして、動脈５のＩＭＴ（Intima Media Thickness：血管の内膜中膜複合体厚）といった血管機能情報を測定する。勿論、ＩＭＴ以外にも、血管径や、血管径から血圧を測定するといった他の血管機能情報を測定することとしても良い。

超音波測定装置１０は、タッチパネル１２と、キーボード１４と、超音波プローブ（探触子）１６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等の装置各部と信号送受信可能に接続されている。

制御基板３１には、ＣＰＵ（Central Processing Unit）や、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、各種集積回路の他、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、ＣＰＵ３２等が記憶媒体３３に記憶されている制御プログラムを実行することにより、超音波測定をはじめとして、動脈５と静脈６の識別、識別された動脈５を対象とした血管機能情報の測定、測定結果の画像表示制御といった本実施形態に係る各種機能を実現する。

具体的には、超音波測定装置１０は、処理装置３０の制御により、超音波プローブ１６から被検体２へ超音波ビームを送信・照射し、その反射波を受信する。そして、反射波の受信信号を増幅・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の反射波データを生成することができる。反射波データには、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これに含まれる。超音波を用いた測定は、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。

また、超音波測定装置１０は、基準となる反射波データに関心領域（トラッキングポイント）を設定し、当該関心領域を異なるフレーム間で追跡することで変位を算出する、いわゆる「トラッキング」を行うことができる。

［概要］
先ず、血管機能情報の測定に至るまでの過程についての概要を説明する。図２は、超音波測定装置１０が行う主たる処理の流れを示すフローチャートである。超音波プローブ１６は、オペレーターにより、被検体２の頸動脈に向けて当てられているものとする。

超音波測定装置１０は、先ず、動脈／静脈の区別にかかわらず、血管の直上にある超音波振動子（走査線ともいえる）を検出する（ステップＳ２）。これを、「血管直上走査線」と呼ぶ。なお、ここでいう“直上”は、文字通りの血管中心の真上位置を含むのは勿論であるが、目的とする血管機能情報を測定するのに不足ない範囲で直上位置からの径方向への多少のズレを許容する意味である。また、“直上”や“真上”とは、必ずしも鉛直方向逆向き（重力反対方向）の意味ではなく、超音波プローブ１６を扱うオペレーターにとって、体表面のうちの血管の“直上”或いは“真上”に超音波プローブ１６を当てるという操作上の意味（取扱説明書的な意味）での“直上”や“真上”である。

次に、血管直上走査線での反射波データから、血管壁とおぼしき深さ位置の候補を検出する（ステップＳ４）。この段階で検出されるのは、血管の前壁（皮膚側に面した血管壁）や後壁（前壁と反対側の血管壁）と思われる部位であるが、まだ血管とは確定されておらず、深さ位置候補の中には血管以外の生体部位も含まれている可能性がある。そこで、超音波測定装置１０は、検出された深さ位置の候補の中から、血管の前壁及び後壁の対を絞り込む（ステップＳ６）。絞り込まれた深さ位置の候補の対を「血管前後壁対」と呼ぶ。

次いで、超音波測定装置１０は、絞り込んだ血管前後壁対毎に動脈判定を行って、当該血管前後壁対が動脈に該当するか否かを判定する（ステップＳ８）。そして、動脈５と判定された血管前後壁対を測定対象として血管機能測定を行い（ステップＳ１０）、測定結果をタッチパネル１２に表示させる（ステップＳ１２）。血管機能測定の内容は、ＩＭＴに限らず、その他の内容でも良く、適宜公知技術を用いることができる。

［原理］
それぞれのステップの詳細について説明する。先ず、血管直上走査線の検出ステップ（図２のステップＳ２）について説明する。血管直上走査線の検出は、生体組織の動きに着目し、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の動きに比べて小さいという知見に基づいて血管位置の判定を行う。

図３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３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かって照射される。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、図面に向かって奥行き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良いし、図面に向かって奥行き方向には一列のみで左右方向のみに配列された列状の構成であっても良い。

血管４は、振動の拍動（拡張／収縮）により概ね等方的に拡大／収縮を繰り返す。従って、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。しかし、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、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があれば、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４ｆと後壁４ｒに係る強い反射波が現れることになる。

図４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の受信信号の一例を示す図である。図４（１）は、測定周期の第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４（２）は、その次の第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４（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。

上述のように、血管４があれば、その前壁と後壁とに係る強い反射波が検出される。図４（１），（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に信号強度差を求めると、図４（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４（３）のグラフから明らかなように、血管以外の生体組織も僅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）ほど大きな値は検出されない。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振動強度差グラフではこのようなピークは見られない。つまり、拍動に伴う血管の動きは、時間差をおいた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みなさず、信号強度の変化を統計処理して決定する。

図５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図である。図５（１）は、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５（２）は、連続する２フレーム間での各超音波振動子１８における信号強度変化を複数回算出して積算したヒストグラムである。ここで注意する点は、図４（３）のグラフの横軸が深さ方向であり、１つの超音波振動子１８が受信した結果に基づくグラフであるのに対して、図５（２）のグラフの横軸は、超音波振動子１８の配列順（いわば走査方向であり、被検者２の生体表面に沿った方向）であることである。

具体的に説明する。図５（２）のヒストグラムは、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１８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分（例えば、少なくとも心周期の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、当該同一位置一点に積算してまとめる（合計する）統計処理をした結果である。

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１８の合計よりも、血管上にある超音波振動子１８の合計のほうが、大きな値を示す。しかも、血管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、すなわち血管直上走査線と判定する。図５の例では、超音波振動子Ｔｒ１がこれに該当する。

次に、血管壁深さ位置候補の検出ステップ（図２のステップＳ４）について説明する。図６は、血管壁深さ位置候補の検出の原理を説明するための図である。図６（１）は、血管部のＢモード画像、図６（２）は、血管直上走査線における反射波の受信信号の信号強度グラフ、図６（３）は、信号強度の変化をより分かり易くスムージングしたグラフである。

先ず、所定の血管壁相当信号レベルＰｗ１以上の信号強度を得たピークを抽出する。但し、血管の前壁及び後壁からは、血管壁相当信号レベルＰｗ１以上の強い反射波が得られるが、その周辺組織からも同様に強い反射波が得られる場合もあり得るため、信号強度グラフには、複数のピーク（図６では、５つのピークＤ１〜Ｄ５）が出現する場合がある。そこで、血管壁としての確からしさに基づいて、ピークの絞り込みをする。

絞り込みにおいては、先ず、複数のピークから、最低基準深度Ｌｄより浅い位置のピークを除外する。最低基準深度Ｌｄは、測定対象とするのに適当なサイズの血管が存在し得る浅さの限界であって、少なくとも真皮より深い値とする。図６の例では、ピークＤ１の深さが最低基準深度Ｌｄ未満なので、血管壁深さ位置候補から除外されることになる。

次に、血管内腔の反射波の信号強度が周辺組織に比べて極めて低いという知見に基づいて絞り込みを行う。すなわち、血管壁深さ位置候補とされる信号強度のピークを前壁／後壁のペアと見立てて暫定的に組み合わせる。そして、各組み合わせ間の信号強度を統計処理して平均値或いは中央値を算出する。そして、「統計処理値が所定の血管内腔相当信号レベルＰｗ２未満である組み合わせ」且つ「組み合わされたピーク間に他のピークが存在しない組み合わせ」となる血管前後壁対相当条件を満たす組み合わせを抽出し、これを“前後壁対”とする。

例えば、図６（３）では、ピークＤ４を前壁とし、ピークＤ５を後壁と見立てた組み合わせでは、両ピーク間の信号強度の統計処理値が血管内腔相当信号レベルＰｗ２を超えるので、当該組み合わせは除外される。また、ピークＤ３を前壁とし、ピークＤ５を後壁と見立てた組み合わせや、ピークＤ２を前壁とし、ピークＤ４を後壁と見立てた組み合わせなどでは、ピーク間に他のピークが存在するので、これらの組み合わせも除外される。一方、ピークＤ３を前壁とし、ピークＤ４を後壁と見立てた組み合わせでは、上記の条件を満たすので、“前後壁対”とされる・

なお、絞り込みの方法としては、血管壁が周辺組織よりも動きがあることに着目し、フレーム間の信号強度差のピーク位置の１心周期中の変位から判定することもできるであろう。しかし、この絞り込み方法では、例えば血管４と周辺組織との位置関係で血管の前壁又は後壁の何れかの位置があまり移動しない状況にあっては正しく血管前後壁対を絞り込むことができない。しかし、本実施形態の絞り込みであれば、そうした状況にあっても確実に血管前後壁対を識別することができる。

次に、動脈判定ステップ（図２のステップＳ８）について説明する。図７は、およそ心周期１拍分の血管径の変化波形である。図７（１）が動脈血管径の波形であり、図７（２）が静脈血管径の波形である。

動脈の血管壁は、心臓から流れてくる拍動性の血流と血圧に耐え得るように伸縮性と弾性に富んだ構造をしている。そのため、心臓の拍動に応じて、心収縮期（Ｔｓ）から急激に血管径が拡大して膨らみ、心拡張期（Ｔｄ）からは緩やかに血管径が収縮して元の太さに戻る。よって、動脈血管径のグラフは、心収縮期（Ｔｓ）の直後は血管径が急激に増加するのでグラフは急に立ち上がる（例えば、図７（１）中の破線で囲んだ部分）。一方、心拡張期（Ｔｄ）以降は血管径が緩やかに減少するのでグラフはなだらかに下降する。このように、動脈の場合には、血管径が太くなる方向の変化度合いは、細くなる方向の変化度合いに比べて大きく、また、その差が顕著である。

これに対して、静脈の血管壁（静脈壁）は、動脈の血管壁（動脈壁）に比べて薄くて弾性に乏しい。また、静脈壁にかかる血圧は動脈壁にかかる血圧よりも低い。従って、静脈の場合には、血管径が拡大する方向のグラフの立ち上がり（図７（２）中の破線で囲んだ部分）の変化度合いと、血管径が収縮する方向であるグラフの下降の変化度合いとを比較すると、動脈ほどの差が現れない。

本実施形態では、この動脈と静脈の拍動に伴う血管径の変化度合いの違いを、動脈判定に用いる。具体的には、血管前後壁対とされた血管壁（前壁及び後壁）の位置を関心領域に設定し、各関心領域を異なるフレーム間において追跡するトラッキング機能を用いて、単位時間あたりの変位量から血管壁の変位速度を求めて、前壁及び後壁の間隔の時間変化、すなわち血管径の変化速度（以降、「変径速度」と呼ぶ）を算出する。

図８は、およそ心周期３拍分における血管径の変化波形、及び、この血管径の変化に対応する変径速度の波形である。図８（１），（２）が動脈の波形であり、図８（３），（４）が静脈の波形である。ここで、変径速度は、血管径が拡大する方向への変化を「正（＋）」、収縮する方向への変化を「負（−）」としている。

血管は、心周期を単位として周期的に拡張及び収縮を繰り返す。つまり、１心拍期間において、血管径が拡大して膨らむ拡張期と、血管径が収縮して縮む収縮期とに分けられる。拡張期であるか収縮期であるかは、血管径の変径速度から判断する。すなわち、変径速度が「正」ならば拡張期とし、変径速度が「負」ならば収縮期とする。注意点は、心臓の収縮ではなく、血管の収縮を基準に拡張期と収縮期を定義する。

図７に示したように、動脈と静脈とでは、血管径が拡大する方向の変化度合いに大きな違いがある。すなわち、動脈では、血管径が急激に増加して膨らむため、拡大方向の変化度合いが大きく、静脈では、血管径の増加は緩やかであり、拡大方向の変化度合いは動脈に比較して小さい。この差は、拡張期の時間の長さの違いとして現れる。

図９は、図８の血管径の変径速度の波形から得られる、１心拍期間当たりの拡張期の時間の長さ（拡張時間）と収縮期の時間の長さ（収縮時間）との比率を示す棒グラフである。図９（１）は、動脈のグラフであり、図９（２）は、静脈のグラフである。

図９に示すように、心周期１拍分の期間における拡張時間と収縮時間との割合には、顕著な差が見られる。つまり、動脈では、血管径が拡大する方向への変化度合いは収縮する方向への変化度合いに比較して大きい（速い）ため、拡張時間に比較して収縮時間のほうが長く、２倍〜３倍程度、例えば約２．３倍となっている。一方、静脈では、血管径の拡大する方向への変化度合いと収縮する方向への変化度合いとがほぼ同じであるため、拡張時間と収縮時間とはほぼ同じとなっている。

このことにより、本実施形態では、１心拍期間における血管径の収縮時間に対する拡張時間の比率（＝収縮時間／拡張時間）を、拡張収縮時間比率として定義する。そして、この拡張収縮時間比率から、血管が動脈であるか静脈であるかを判定する。図９（１）において一例を示した、動脈における拡張収縮時間比率である「約２．３」は、想定する被検者の年齢や性別、既往歴等によって多少の違いはあるが、ほぼ同程度の値になるため、この「約２．３」より低い値、例えば「２．０」を、動脈である場合に拡張収縮時間比率が取り得る条件の閾値とし、拡張収縮時間比率がこの閾値以上ならば動脈と判定し、閾値未満ならば静脈と判定することとする。なお、閾値の設定は適宜変更することができる。静脈の拡張収縮時間比率が「１．０」に近い値になることから、例えば閾値を「１．５」程度とし、拡張収縮時間比率がこの閾値以上ならば動脈と判定し、閾値未満ならば静脈と判定することとしてもよい。

［機能構成］
図１０は、超音波測定装置１０の機能構成図である。図１０に示すように、超音波測定装置１０は、超音波送受信部１１０と、操作入力部１２０と、表示部１３０と、処理部２００と、記憶部３００とを備えて構成される。

超音波送受信部１１０は、処理部２００から出力されるパルス電圧で超音波を発信する。そして、発信した超音波の反射波を受信して反射波信号に変換し、処理部２００へ出力する。図１では、超音波プローブ１６がこれに該当する。

操作入力部１２０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に出力する。この操作入力部１２０は、ボタンスイッチやタッチパネル、各種センサー等の入力装置によって実現される。図１では、タッチパネル１２やキーボード１４がこれに該当する。

表示部１３０は、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）等の表示装置によって実現され、処理部２００からの表示信号に基づく各種表示を行う。図１では、タッチパネル１２がこれに該当する。

処理部２００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やＧＰＵ（Graphics Processing Unit）等のマイクロプロセッサー、ＡＳＩＣ（特定用途向け集積回路：Application Specific Integrated Circuit）、ＩＣ（Integrated Circuit）メモリー等の電子部品によって実現され、記憶部３００に記憶されたプログラムやデータ、操作入力部１１０からの操作信号等に基づいて各種演算処理を実行して、超音波測定装置１０の動作を制御する。図１では、制御基板３１に搭載されたＣＰＵ３２等がこれに該当する。また、処理部２００は、超音波測定制御部２１０と、血管直上走査線検出部２２０と、血管壁深さ位置候補検出部２３０と、前後壁検出部２４０と、種別判別部２６０と、血管機能測定制御部２７０とを有する。

超音波測定制御部２１０は、駆動制御部２１２と、送受信制御部２１４と、受信合成部２１６と、トラッキング部２１８とを有し、超音波送受信部１１０における超音波の送受信を制御する。

駆動制御部２１２は、超音波送受信部１１０からの超音波パルスの送信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、駆動制御部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超音波送受信部１１０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、超音波送受信部１１０から入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。

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各種処理を実行して、反射波データ３２０を生成する。

図１１に示すように、反射波データ３２０は、フレーム毎に生成される。１つの反射波データ３２０は、該当する測定フレームＩＤ３２２と、走査線ＩＤ３２４それぞれに対応する深さ−信号強度データ３２６とを格納している。

トラッキング部２１８は、反射波データ（反射波信号）に基づいて関心領域の位置を超音波測定のフレーム間で追跡するいわゆるトラッキングに係る処理を行う。例えば、基準となる反射波データ（例えば、Ｂモード画像）に関心領域（トラッキングポイント）を設定するための処理、各関心領域を異なるフレーム間で追跡する処理、関心領域毎の変位を算出する処理を行うことができる。いわゆる公知のエコートラッキングや位相差トラッキング等の機能が実現される。

血管直上走査線検出部２２０は、血管直上走査線の検出のための演算処理や、各部の制御を行う。すなわち、上述の血管直上走査線の検出ステップに係る制御を行う（図３〜図５参照）。血管直上走査線の検出においては、連続する２フレーム分の超音波測定が行われて反射波データ３２０が生成される毎に、全ての超音波振動子毎に、当該２フレーム間の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、当該信号強度差を、フレーム間信号強度差積算値データ３３０として所定時間分積算する。そして、積算値が所定の高変化条件を満たす超音波振動子（走査線）を、血管直上走査線として検出する。血管直上走査線と検出された走査線ＩＤは、血管直上走査線リスト３４０として記憶される。

血管壁深さ位置候補検出部２３０は、血管直上走査線での反射波の受信信号に基づいて、血管壁と思われる深さ位置を検出する。すなわち、上述の血管壁深さ位置候補の検出ステップに係る制御の一部を行う（図６（１）参照）。血管壁深さ位置候補の検出においては、血管直上走査線毎に、当該走査線の深さ−信号強度データ３２６から、血管壁と思われる深さ位置候補、すなわち信号強度のピークを抽出し、信号強度ピークリスト３５０を生成する。

前後壁検出部２４０は、血管直上走査線での受信信号を用いて、血管の前壁及び後壁を検出する。すなわち、上述の血管前後壁対の絞り込みステップに係る制御の一部を行う（図６参照）。血管の前壁及び後壁の検出においては、信号強度ピークリスト３５０に格納されている信号強度のピーク、すなわち血管壁と思われる深さ位置候補の中から、前壁と仮定するピークと後壁と仮定するピークとの組み合わせを生成し、血管前後壁対候補ピークペアリスト３６０として記憶する。次いで、生成した前壁及び後壁と仮定するピークのペアそれぞれについて、当該ペアのピーク間の信号強度の統計値を算出し、ピーク間信号強度統計値データ３７０として記憶する。そして、ピークのペアそれぞれについて、当該ペアのピーク間の信号強度の統計値が血管前後壁対相当条件を満たすペアを絞り込み、血管の“前後壁対”として検出する。

収縮拡張時間算出部２５０は、前壁及び後壁の間隔の時間的変化を用いて、血管の収縮時間及び拡張時間を算出する。すなわち、上述の動脈判定ステップに係る制御の一部を行う（図7，図８）。縮小時間及び拡張時間の算出においては、血管の前後壁対それぞれについて、前壁及び後壁を関心領域として設定し、所定期間（例えば、心周期の十拍分以上）に亘るトラッキングによって得られる各フレームの変位を取得する。次いで、フレーム毎に、前壁の変位速度Ｖｆと後壁の変位速度Ｖｒとの相対速度Ｖ（＝Ｖｆ−Ｖｒ）を、前壁と後壁の間隔の変位、すなわち血管径の変径速度とし、この変径速度の正負によって、当該フレームが拡張期であるか収縮期であるかを判定する。そして、拡張期としたフレーム数を拡張時間とし、収縮期としたフレーム数を収縮時間とする。

種別判別部２６０は、血管の拡張時間及び収縮時間の相対関係を用いて、血管の動脈／静脈の種別を判別する。すなわち、上述の動脈判定ステップに係る制御の一部を行う（図７〜図９参照）。種別の判定においては、拡張期としたフレーム数と収縮期としたフレーム数の比率（収縮期のフレーム数／拡張期のフレーム数）である拡張収縮時間比率を所定の閾値と比較することで、該当する血管が動脈であるか否かを判定する。

血管機能測定制御部２７０は、種別判別部２６０によって動脈と判定された血管の前壁及び後壁をトラッキング対象として位置測定を継続して、所与の血管機能測定に係る制御を行う。

記憶部３００は、ＲＯＭやＲＡＭ、ハードディスク等の記憶装置によって実現され、処理部２００が超音波測定装置１０を統合的に制御するためのプログラムやデータ等を記憶しているとともに、処理部２００の作業領域として用いられ、処理部２００が実行した演算結果や、操作入力部１２０からの操作データ等が一時的に格納される。図１では、制御基板３１に搭載される記憶媒体３３がこれに該当する。本実施形態では、記憶部３００には、測定プログラム３１０と、反射波データ３２０と、フレーム間信号強度差積算値データ３３０と、血管直上走査線リスト３４０と、信号強度ピークリスト３５０と、血管前後壁対候補ピークペアリスト３６０と、ピーク間信号強度統計値データ３７０と、血管前後壁対データ３８０と、血管機能測定データ３９０とが記憶される。

図１２は、血管前後壁対データ３８０のデータ構成を示す図である。血管前後壁対データ３８０は、血管前後壁対毎に生成され、前壁信号強度ピーク深さ３８１と、後壁信号強度ピーク深さ３８２と、変径速度履歴データ３８３と、動脈判定フラグ３８８とを含む。

前壁信号強度ピーク深さ３８１と、後壁信号強度ピーク深さ３８２は、それぞれ、前壁・後壁とみなされる信号強度のピークの深さ位置であって、動脈判定のためのトラッキング制御における第１の関心領域及び第２の関心領域の座標に相当する。変径速度履歴データ３８３は、１心拍期間毎に生成され、当該心拍期間における前壁変位速度データ３８４と、後壁変位速度データ３８５、血管径変径速度データ３８６と、拡張収縮時間比率３８７とを格納する。前壁変位速度データ３８４及び後壁変位速度データ３８５は、トラッキングによって取得された前壁・後壁それぞれの変位の時系列データである。血管径変径速度データ３８６は、前壁変位速度データ３８４及び後壁変位速度データ３８５から求められる前壁と後壁の間隔の変位、すなわち血管径の変径速度の時系列データである。動脈判定フラグ３８８は、動脈か否かの判定結果を格納するフラグであり、動脈と判定されると「１」が設定される。

［処理の流れ］
次に、血管直上走査線の検出から動脈判定までの各ステップにおける超音波測定装置１０の動作を説明する（図２参照）。

図１３は、血管直上走査線の検出処理の流れを説明するフローチャートである。図１３によれば、血管直上走査線検出部２２０は、超音波送受信部１１０が有する超音波振動子（走査線）毎に、所定フレーム分、超音波ビームを送信し、その反射波を受信する（ステップＳ２０）。これにより、記憶部３００には反射波データ３２０が記憶される。

次いで、反射波データ３２０から、超音波振動子毎に、連続する各フレーム間の全ての深さにおける信号強度差を算出し、これを積算したフレーム間信号強度差積算値データ３３０を算出する（ステップＳ２２）。そして、所定基準値を超えるピークを得た超音波振動子を血管直上走査線と判定し、該当する超音波振動子に対応する走査線ＩＤを血管直上走査線リスト３４０に登録し（ステップＳ２４）、血管直上走査線の検出処理を終了する。

図１４は、血管深さ位置候補の検出処理の流れを説明するフローチャートである。図１４によれば、血管壁深さ位置候補検出部２３０は、血管直上走査線リスト３４０に登録されている血管直上走査線毎に、当該走査線の反射波データ３２０から信号強度が所定の血管壁相当信号レベルＦｗ１（図６（３）参照）を満たす局所的なピークを抽出し、信号強度ピークリスト３５０を生成する（ステップＳ４０）。次いで、当該リストから最低基準深度Ｌｄを下回る信号強度のピークを除外して（ステップＳ４２）、血管深さ位置候補の検出処理を終了する。

図１５は、血管前後壁対の絞り込み処理を説明するフローチャートである。図１５によれば、前後壁検出部２４０は、血管直上走査線リスト３４０に登録されている血管直上走査線毎に、ループＡを実行する（ステップＳ６０〜Ｓ６６）。

ループＡでは、処理対象とする血管直上走査線に対応する信号強度ピークリスト３５０を参照し、登録されているピークでペアを作り、ピーク間距離が所定の想定血管径条件を満たすペアを抽出して、血管前後壁対候補ピークペアリスト３６０を生成する（ステップＳ６０）。ここでいう想定血管径条件とは、測定に適当とされる血管径の大まかな範囲を定めた条件であって、事前の試験等で設定しておくものとする。

次に、血管前後壁対候補ピークペアリスト３６０に登録されているピークのペア毎に、ピーク間平均信号強度を算出し（ステップＳ６２）、当該ピーク間平均信号強度が所定の血管内腔相当信号レベルＰｗ２（図６（３）参照）を超過するペアを血管前後壁対候補ピークペアリスト３６０から除外する（ステップＳ６４）。血管前後壁対候補ピークペアリスト３６０に登録されているピークのうち、ピーク間に他のピークが存在するペアをリストから除外して（ステップＳ６６）、ループＡを終了する。この段階で、血管前後壁対候補ピークペアリスト３６０に残っているピークのペアが処理対象としている血管直上走査線における血管の前壁及び後壁ということになる。

図１６は、動脈判定処理の流れを説明するフローチャートである。図１６によれば、収縮拡張時間算出部２５０は、血管前後壁対候補ピークペアリスト３６０に登録されているピークのペアそれぞれについて、相対的に深さが浅い方のピークの位置を前壁、深さが深い方のピークの位置を後壁とみなして、血管前後壁対とする（ステップＳ８０）。次いで、血管前後壁対それぞれの前壁及び後壁それぞれを関心領域として、各関心領域のトラッキングを、所定時間（心周期の所定拍数分の期間）行う（ステップＳ８２）。

続いて、血管前後壁対それぞれについて、トラッキングによって得られた前壁及び後壁それぞれの変位の時系列データから、血管径の変径速度の時系列データを算出し（ステップＳ８４）、この変径速度の正負から拡張期／収縮期を判定して、拡張時間及び収縮時間を算出する。次いで、種別変別部２６０が、算出された拡張時間と収縮時間との比である拡張収縮時間比率を算出する（ステップＳ８６）。そして、血管前後壁対のうち、拡張収縮時間比率が所定の閾値以上となる血管前後壁対を、動脈と判定し（ステップＳ８８）、動脈と判定した血管のうちから、血管機能測定の対象とする血管（動脈）を設定し（ステップＳ９０）、動脈判定処理を終了する、

［作用効果］
このように、本実施形態の超音波測定装置１０によれば、超音波プローブ１６の走査範囲の生体組織から動脈を自動的に見つけ出し、当該動脈を対象として血管機能測定を実施することができる。オペレーターは、超音波プローブ１６をだいたい頸動脈の在りそうなところに当てさえすれば良く、測定作業が大幅に省力化され、測定ミスも大幅に減らすことができる。

なお、本発明の適用可能な実施形態は上述の実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能なのは勿論である。

２ 被検体、４ 血管、４ｆ 前壁、４ｓ 横壁、４ｒ 後壁、５ 動脈、６ 静脈、１０ 超音波測手装置、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、１１０ 超音波送受信部、１２０ 操作入力部、１３０ 表示部、２００ 処理部、２１０ 超音波測定制御部、２１２ 駆動制御部、２１４ 送受信制御部、２１６ 受信合成部、２１８ トラッキング部、２２０ 血管直上走査線検出部、２３０ 血管壁深さ位置候補検出部、２４０ 前後壁検出部、２５０ 収縮拡張時間算出部、２６０ 種別判別部、２７０ 血管機能測定制御部、３００ 記憶部、３１０ 測定プログラム、３２０ 反射波データ、３３０ フレーム間信号強度差積算データ、３４０ 血管直上走査線リスト、３５０ 信号強度ピークリスト、３６０ 血管前後壁対候補ピークペアリスト、３７０ ピーク間別平均信号強度データ、３８０ 血管前後壁対データ、３８１ 前壁信号強度ピーク深さ、３８２ 後壁信号強度ピーク深さ、３８３ 変径速度履歴データ、３８４ 前壁変位速度データ、３８５ 後壁変位速度データ、３８６ 変径速度データ、３８７ 拡張収縮時間比率、３８８ 動脈判定フラグ、３９０ 血管機能測定データ

Claims (8)

1. 血管に向けた超音波の送信及び反射波の受信を制御する送受信制御部と、
   前記反射波の受信信号に基づいて、前記血管の収縮時間及び拡張時間を算出する収縮拡張時間算出部と、
   前記収縮時間と前記拡張時間との相対関係を用いて、前記血管の種別を判別する種別判別部と、
   を備えた超音波測定装置。
2. 前記種別判別部は、
   前記収縮時間と前記拡張時間との比を用いて、前記血管の種別を判別する、
   請求項１に記載の超音波測定装置。
3. 前記種別判別部は、前記血管の種別として、動脈及び静脈を判別する、
   請求項１又は２に記載の超音波測定装置。
4. 前記種別判別部は、少なくとも、前記血管が動脈である場合に前記収縮時間と前記拡張時間との比がとり得る条件を用いて、前記血管が動脈であることを判別する、
   請求項１〜３の何れかに記載の超音波測定装置。
5. 前記種別判別部は、少なくとも、前記血管が静脈である場合に前記収縮時間と前記拡張時間との比がとり得る条件を用いて、前記血管が静脈であることを判別する、
   請求項１〜４の何れかに記載の超音波測定装置。
6. 前記反射波の受信信号を用いて、前記血管の前壁及び後壁を検出する前後壁検出部、
   を更に備え、
   前記収縮拡張時間算出部は、前記前壁及び前記後壁の時間的変化から前記血管の収縮期及び拡張期を判定して、前記収縮時間及び前記拡張時間を算出する、
   請求項１〜５の何れかに記載の超音波測定装置。
7. 前記収縮拡張時間算出部は、少なくとも一心拍期間以上の前記受信信号を用いて、前記収縮時間及び前記拡張時間を算出する、
   請求項１〜６の何れかに記載の超音波測定装置。
8. 血管に向けた超音波の送信及び反射波の受信を制御することと、
   前記反射波の受信信号に基づいて、前記血管の収縮時間及び拡張時間を算出することと、
   前記収縮時間と前記拡張時間との相対関係を用いて、前記血管の種別を判別することと、
   を含む超音波測定方法。