JP3392482B2

JP3392482B2 - 心機能検査システム

Info

Publication number: JP3392482B2
Application number: JP27683593A
Authority: JP
Inventors: 一浩飯沼
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1993-11-05
Filing date: 1993-11-05
Publication date: 2003-03-31
Anticipated expiration: 2018-03-31
Also published as: JPH07124162A; US5450850A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、医学診断、とくに心
臓のポンプ機能（心機能）の検査、診断、モニタに好適
な心機能検査システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】人間などの被検体の体の中で、心臓は全
身に血液を送り出すポンプの役割を果し、最も重要な臓
器の一つである。近年の心臓病の予防や治療において、
心臓のポンプ機能（以下、「心機能」という）を総合的
に評価することは必須の要件となっている。

【０００３】心機能は、心内圧、心容積、駆出流量及び
それらの時間変化を表す量によって、総合的に評価され
るものである。従来、それらのパラメータを個別に得る
手法については、いくつか試みられている。しかし、心
機能を総合的に評価するためには、適宜なモダリティを
使って収集した検査データに基づいて、上述した個々の
パラメータを解析し、その解析結果を人為的に総合的に
検討し、診断を下すしか方法が無いのが現状である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来の心機能検査にお
いては、まず、検査データを収集するモダリティとし
て、患者に負担のかかる（すなわち、侵襲性の高い）も
のが多用されることが多かった。このため、検査に対す
る患者の不安感や精神的なハードルが高く、気軽に的確
な検査を受けるという雰囲気は生れ難いのみならず、検
査者にとっても、患者への侵襲についての配慮や操作上
の問題など、検査の際の負担も相当に大きかった。

【０００５】また、心機能の総合的評価の面において
も、多数のパラメータを個々に解析せねばならず、その
一部は自動的に解析できるものの、全部のパラメータを
得るまでには多くの時間と手間を費やさねばならなかっ
た。とくに、複数のモダリティを使った場合には、とく
にその傾向が強かった。さらに、個々のパラメータの解
析には、多くの人手が介在することも多く、しかも必ず
しも心機能の総合評価に好適な形態で解析結果が集まる
とは限らず、総合的評価を下すまでの期間が長くなると
いう問題もあった。

【０００６】この発明は、上述した従来の現状に鑑みて
なされたもので、患者に極力負担をかけずに（つまり、
無侵襲に）、しかも簡単に且つ短時間の内に、心機能の
総合評価に必要な検査データを計測し、この検査データ
に基づいて、心機能の総合的な評価、診断、モニタリン
グに有効な態様のパラメータを得ることができる心機能
検査システムを提供することを、目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成させるた
め、この発明に係る心機能検査システムは図１に示すよ
うに、超音波パルスの反射波情報を用いて心臓の心室か
ら大動脈への駆出血流量を測定する駆出量測定手段と、
超音波パルスの反射波情報を用いて上記大動脈又は太い
動脈の血管径を測定する血管径測定手段と、血圧の最高
値及び最低値の内の少なくとも一方を入力する血圧入力
手段と、駆出量測定手段及び血管径測定手段の測定値並
びに血圧入力手段の入力値に基づいて心機能を表すパラ
メータを得るパラメータ取得手段とを備えたことを要部
とする。

【０００８】とくに、心臓の左心室の駆出率を測定する
駆出率測定手段を付加し、上述の駆出量測定手段、血管
径測定手段及び駆出率測定手段の測定値並びに血圧入力
手段の入力値に基づいて心機能を表すパラメータを得る
パラメータ取得手段とを備えたことを要部とする。

【０００９】好適な態様では、前記パラメータ取得手段
は、前記パラメータを演算するパラメータ演算手段と、
このパラメータ演算手段により演算されたパラメータを
表示するパラメータ表示手段とを備えた。

【００１０】前記パラメータには、大動脈又は太い動脈
の血圧の時間変化データ、左心室の容積の時間変化デー
タ、大動脈又は太い動脈の血圧と前記左心室の容積との
時間変化データ、左心室の仕事量、さらには心電図のＲ
波の出現時刻から大動脈又は太い動脈の圧の立上がり時
刻までの時間に対する立上がり圧の比などが含まれる。

【００１１】別の好適な態様では、心臓の心電図情報を
測定する心電図測定手段を設けるとともに、前記パラメ
ータ表示手段は前記パラメータ演算手段、駆出量測定手
段及び心電図測定手段による演算値及び測定値の時間経
過状況を、当該心電図測定手段の測定波形に基づいて心
時相を一致させた状態で同時に表示する手段である。

【００１２】また、別の好適な態様では、心臓の心電図
情報を測定する心電図測定手段を設けるとともに、前記
パラメータ表示手段は前記駆出量測定手段、パラメータ
演算手段及び心電図測定手段による測定値及び演算値の
時間経過状況を、当該心電図測定手段の測定波形に基づ
いて心時相を一致させた状態で同時に表示する手段であ
る。

【００１３】さらに、前記超音波パルスを送受する経食
道超音波プローブを用いることもできる。このプローブ
は好適には、同時に駆動される２組のトランスデューサ
を備え、前記駆出量測定手段は上記一方の組のトランス
デューサから得られた超音波パルスの反射波情報を用い
るとともに、前記血管径測定手段は上記他方の組のトラ
ンスデューサから得られた超音波パルスの反射波情報を
用いることができる。

【００１４】さらに、この発明に係る心機能検査システ
ムでは、超音波パルスの反射波情報を用いて大動脈又は
太い動脈の血管径を測定する血管径測定手段と、血圧の
最高値及び最低値を入力する血圧入力手段と、上記血管
径測定手段の測定値並びに血圧入力手段の入力値に基づ
いて大動脈圧又は血圧の絶対値の時間変化に関わるパラ
メータを求め出力するパラメータ取得手段とを備えるこ
ともできる。

【００１５】さらにまた、この発明に係る心機能検査シ
ステムでは、超音波パルスの反射波情報を用いて心室か
ら大動脈への駆出血流量を測定する駆出量測定手段と、
超音波パルスの反射波情報を用いて左心室の駆出率を測
定する駆出率測定手段と、上記駆出量測定手段及び駆出
率測定手段の測定値を用いて得られた情報から心容積の
絶対値及びその時間変化に関わるパラメータを求めて出
力するパラメータ取得手段とを備えることもできる。

【００１６】

【作用】超音波パルスの反射波情報を用いて心室から大
動脈への駆出血流量が測定され、また超音波パルスの反
射波情報を用いて大動脈又は太い動脈の血管径が測定さ
れる。さらに、血圧の最高値及び最低値の内の少なくと
も一方が入力される。また場合によっては駆出率も測定
される。これらのデータを基礎にして、心機能を表すパ
ラメータ（例えば、大動脈又は太い動脈の血圧の時間変
化データ、左心室の容積の時間変化データ、大動脈又は
太い動脈の血圧と前記左心室の容積との時間変化デー
タ、左心室の仕事量、さらには心電図のＲ波の出現時刻
から大動脈又は太い動脈の圧の立上がり時刻までの時間
に対する立上がり圧の比など）が演算され、それらのパ
ラメータが、例えば横軸に時間軸を設定し且つ心時相を
一致させた状態で表示される。

【００１７】このように、最初に、心機能を表すパラメ
ータの一部を成す、必要最小限の基礎データが無侵襲の
状態で取得される。そして、基礎データを使って、その
他の心機能を表すパラメータが演算される。演算された
パラメータの内、所望の複数のものが心時相を一致させ
て表示されるなど、心機能の総合評価に都合の良い形で
提供される。

【００１８】さらに、同時駆動可能な２組のトランスデ
ューサを備えた経食道超音波プローブを使うことで、基
礎データである駆出量及び血管径を同時に測定でき、デ
ータ処理も容易になる。

【００１９】一方、別の態様では、血管径と最高及び最
低の血圧値とから大動脈圧又は血圧の絶対値の時間変化
が求められるし、また駆出流量と駆出率とから心拍出量
の絶対値及びその時間変化が求められる。これにより、
心機能を表すパラメータを一層、多角的に演算し、表示
することができ、検査機能が充実する。

【００２０】

【実施例】以下、この発明の一実施例に係る、超音波パ
ルス信号を用いた超音波心機能検査システムを図２〜図
１４に基づいて説明する。なお、この実施例は心機能に
関わる各種の情報を求めるものであるが、その情報は、
直接測定される基礎データで表される情報と基礎データ
を使って演算（推定）されるパラメータにより表される
情報とから成るものとする。

【００２１】図２に示す超音波心機能検査システムは、
基本クロック信号（例えば４０ＭＨｚ）を発生するクロ
ック発生器１１を備え、その基本クロック信号をレート
パルス発生器１２に供給するようになっている。レート
パルス発生器１２は基本クロック信号に基づいて、例え
ば５ｋＨｚのレートパルスを発生し、そのレートパルス
を次段の送信遅延回路１３に供給する。送信遅延回路１
３は、レートパルスを図示しない遅延制御信号に応じた
遅延時間パターンに応じて遅延して、後述する振動子数
に対応した複数チャンネルの遅延パルス信号を生成し、
これらのパルス信号を次段の励振パルス発生器１４に送
る。この励振パルス発生器１４は、複数の遅延パルス信
号に対応した高圧の励振パルスを生成する複数のパルサ
を備えている。このため、各励振パルスも指令された遅
延時間を有している。

【００２２】励振パルス発生器１４の出力端は、信号ラ
イン１５を介して超音波プローブ１６に接続されてい
る。超音波プローブ１６は本実施例では、複数の圧電ト
ランスデューサを配列したアレイ形のセクタ電子プロー
ブである。圧電トランスデューサの各々に励振パルスが
印加されると超音波パルスが送波され、被検体Ｐからの
反射超音波パルスが受波されると、その超音波パルスが
電気パルスのエコー信号に変換される。

【００２３】超音波プローブ１６はまた、図示の如く信
号ライン２１を介してプリアンプ２２に接続されてい
る。このプリアンプ２２は、トランスデューサ数に応じ
た複数個の増幅回路を内蔵し、超音波プローブ１６から
送られてくるエコー信号を振幅増幅する。この増幅され
たエコー信号は次段の受信遅延加算回路２３に送られる
ようになっており、受信遅延加算回路２３で、指令され
た遅延時間パターンにより遅延・加算される。制御回路
２４は送受信の遅延時間パターンを制御可能になってい
る。

【００２４】受信遅延加算回路２３の出力は、Ｂモード
像の画像信号を得る検波回路２６を介してＤＳＣ（デジ
タルスキャンコンバータ）２７に接続されている。この
ＤＳＣ２７には、後述する心機能を表す基礎データ及び
その基礎データから推定演算された各種のパラメータを
表すデータが入力するようになっている。ＤＳＣ２７
は、入力データを、指令された表示フォーマットのフレ
ーム画像データに変換する。このＤＳＣ２７で変換され
た画像データは所定時間毎にＤ／Ａ変換器２８を介して
呼び出され、ＴＶモニタ２９にて表示されるようになっ
ている。

【００２５】上記受信遅延加算回路２３の出力端はま
た、ミキサ３４、ローパルスフィルタ３５及びＡ／Ｄ変
換器３６を介してＭＴＩフィルタ３７に接続されてい
る。この内、ミキサ３４及びローパルスフィルタ３５は
位相検波を行うものである。ミキサ３４は、参照信号発
生器３８から供給される参照信号（例えば２．５ＭＨ
ｚ）と受信遅延加算回路２３の出力信号との乗算を行
う。この乗算された信号は次段のローパルスフィルタ３
５を通してフィルタリングされた後、Ａ／Ｄ変換器３６
でデジタル量に変換される。ミキサ３４からＭＴＩフィ
ルタ３７までの回路は、エコー信号から血流ドプラ信号
の順逆の方向を決めるため、実際には２系統から成る。
また、上記参照信号発生器３８は、クロック発生器１１
からの基本クロック信号を受けて、位相が正確に９０°
異なる２つの参照信号を形成し、ミキサ２４に供給す
る。

【００２６】ＭＴＩフィルタ３７は、例えば心筋などの
動きの遅い部位からの反射波成分を除去するフィルタで
ある。このＭＴＩフィルタ３７の出力端は、ドプラ偏移
周波数ｆdを計算するドプラ演算部３９を介して駆出流
量演算部４０に接続されている。このため、ドプラ演算
部３９で演算されたドプラ偏移周波数ｆdは駆出流量演
算部４０に送られる。

【００２７】この駆出流量演算部４０では、セクタ走査
の各走査線に対して体表から同一距離、すなわちレート
パルスの時刻から所定時間毎のドプラ偏移周波数ｆdの
値を用いて、左心室から大動脈に駆出される流量を演算
するようになっている。具体的には、特開昭６２−２６
０５１号記載の如く、胸部体表に超音波プローブ１６を
当て、左室流出路の断面内に複数の超音波ビームを送波
し、超音波ビームに直交するラインと超音波ビームとの
交点における反射波のドプラ信号から流量を測定し（超
音波パルスドプラ法）、これにより得られた複数点の血
流速（ドプラ偏移周波数）に円環断面積を乗じて加算す
る心拍流測定法を用いる。この測定法を用いることによ
り、例えば１６．７msec毎に、毎秒６０点の瞬時拍出量
（駆出流量）Ｑ［l/min］がリアルタイムに演算され
る。

【００２８】この駆出流量演算部４０の演算データは、
データ解析部４１に供給されるようになっている。

【００２９】一方、Ａ／Ｄ変換器３６が変換した位相検
波出力は、動き検出部４５にも供給されるようになって
いる。この動き検出部４５は、例えば特開昭６２−２６
６０４０号記載のように構成されるもので、振幅検波回
路、位相検出回路、位相差回路、位相距離変換回路、サ
ンプル点指定回路、及び複合器などを備えている。この
動き検出部４５のサンプル点指定回路には、キーボー
ド、マウスなどの入力器４６を介して初期サンプル点を
指定するマーカー信号が供給される。これにより超音波
プローブ１６を介して超音波パルスを大動脈又は太い動
脈（例えば上腕動脈など）（以下、「大動脈など」と呼
ぶ）との間で送受波したことによる血管の横断面像（動
きの断面像）で、血管の中心を通る超音波ビームが血管
壁と交わる２点をサンプル点とし、その位置及びその時
間変化が自動的に追跡され、２つのサンプル点の時間変
化データＸ１，Ｘ２がリアルタイムに演算される。

【００３０】この動き検出部４５で演算された２つのサ
ンプル点の位置データＸ１，Ｘ２は逐一、次段の血管径
演算部４７に送られる。この血管径演算部４７は、それ
らの位置データＸ１，Ｘ２から、「Ｘ２−Ｘ１」として
血管径をリアルタイムに自動演算するようになってい
る。

【００３１】超音波ビームによるサンプリングは十分速
く行うことが可能であり、例えば上述した瞬時心拍出量
演算と同一の、１６．７msec間隔で血管径を演算するこ
とは容易であり、時間的にほぼ連続曲線として描くこと
が可能なデータが得られる。上述した動き検出部４５
は、超音波反射波の位相情報でサンプル点を追跡するた
め、波長の数分の１（例えば５ＭＨｚでは波長が０．３
mm）、即ち数十μｍ〜数百μｍの精度で演算できる。こ
の演算結果は、データ解析部４１に送られるようになっ
ている。

【００３２】上記Ｂモード像の検波回路２６の出力側に
は、駆出率演算部５０も併設されている。この駆出率演
算部５０にはまた、心電計５１からのＥＣＧ信号が供給
されるようになっている。これにより、駆出率演算部５
０では、超音波パルスによる左心室の短軸像又は短軸断
面の画像データから求めた拡張時及び収縮時の短軸長さ
Ｒｓ及びＲｄに基づいて、駆出率ＥＦが、

【数１】ＥＦ＝（Ｒｓ−Ｒｄ）／Ｒｓの式からスポット的な値として演算される。駆出率ＥＦ
は、拡張末期の心容積に対する１回拍出量ＳＶの比であ
るが、便宜的には上述のように短軸比を演算することで
も、再現性の高い駆出率ＥＦを容易に得ることができ
る。この駆出率ＥＦのスポット・データは、データ解析
部４１に供給される。

【００３３】上記心電計５１が出力するＥＣＧ信号は、
後述するデータ処理及び表示における時相合わせのため
に、データ解析部４１にも送られる。

【００３４】なお、上記駆出流量演算部４０、血管径演
算部４７及び駆出率演算部５０は制御回路２４の制御下
におかれ、オペレータの計測手順に従って演算部４０、
４７、５０のオン、オフが制御されるようになってい
る。例えば、駆出率は最初の時期に一回（一時）だけ動
作させることで用が足りる場合が殆どであるから、駆出
率計測のときは、駆出流量演算部４０及び血管径演算部
４７の動作にはオフとされる。また、駆出流量演算部４
０及び血管径演算部４７は駆出流量及び血管径の計測時
にのみ各々、オン状態に設定される。

【００３５】さらに、この実施例の検査システムは、最
高血圧及び最低血圧に対する無侵襲の計測手段としてカ
フを使った血圧計５２を装備しており、その計測結果
（最高血圧ＰH1及び最低血圧ＰL1）を手入力で入力器４
６を介してデータ解析器４１に与えるようになってい
る。なお、血圧計としては圧カテーテルを用いることも
できる。

【００３６】さらに、データ解析部４１はコンピュータ
を有し、後述する手順にしたがって、入力する心機能の
基礎データの時相合わせ及びその表示処理並びに心機能
のパラメータの演算及び表示処理を担うものである。こ
のデータ解析部４１の解析データは、ＤＳＣ２７を介し
てＴＶモニタ２９に表示されるとともに、必要に応じて
レコーダ５３にも記録可能になっている。

【００３７】続いて、本実施例の動作をデータ解析部４
１の処理を中心に、その態様別に説明する。

【００３８】最初に、心機能評価のために基礎データの
収集及びそれらの表示を図３〜図６に基づいて説明す
る。

【００３９】患者の血圧をカフによる血圧計５２で計測
し、その計測値を入力させる場合、データ解析部４１で
は図３に示す手順のプログラムが起動する。すなわち、
入力器４６を介して手入力された最高血圧ＰH1及び最低
血圧ＰL1のデータを読み込み（ステップ６０）、そのデ
ータをメモリの所定領域に記憶する（ステップ６１）。

【００４０】また、駆出率ＥＦを計測するには、心臓の
短軸像のＢモード像を得るように超音波プローブ１６を
体表に押し当てて超音波パルスを送受波させるととも
に、制御回路２４から駆出率演算部５０を作動させる。
これにより、駆出率演算部５０からは前述した如く短軸
像から簡便的に、しかし十分に使用に耐える駆出率ＥＦ
が供給される。これに伴って、データ解析部４１では、
図４に示す手順のプログラムが起動する。つまり、供給
された駆出率ＥＦを読み込み（ステップ７１）、そのデ
ータをメモリの所定領域に記憶する（ステップ７２）。

【００４１】さらに、血管径としての大動脈径Ｌと駆出
流量Ｑとを計測し、表示する。この場合、データ解析部
４１では図５に示す手順がプログラムが起動する。制御
回路２４は血管径演算部４７を作動させた後、胸部体表
に押し当てられた超音波プローブ１６を介して超音波パ
ルスを送受波させる。これにより、前述した如く、血管
径演算部４７ではほぼリアルタイムに大動脈の直径Ｌが
演算され、その直径データがデータ解析部４１に供給さ
れる。データ解析部４１では、複数心拍の間、供給され
る直径Ｌを、心電計５１から供給されるＥＣＧ信号と共
に読み込み（ステップ８１）、その読み込みデータをメ
モリの所定領域に記憶する（ステップ８２）。

【００４２】次いで、制御回路２４から指令により駆出
流量演算部４０を作動させた後、超音波プローブ１９を
介して超音波パルスを送受波させる。これにより、前述
した如く、駆出流量演算部４０ではほぼリアルタイムに
駆出流量（瞬時拍出量）Ｑ［l/min］が演算され、その
駆出流量データがデータ解析部４１に供給される。デー
タ解析部４１では、複数心拍の間、供給される駆出流量
Ｑを、心電計５１から供給されるＥＣＧ信号と共に読み
込み（ステップ８３）、その読み込みデータをメモリの
所定領域に記憶する（ステップ８４）。

【００４３】次いで、上記複数心拍分の大動脈の径Ｌ及
び駆出流量Ｑを平均化し、１心拍分又は複数心拍分の径
Ｌ及び流量Ｑのデータを求める（ステップ８５）。次い
で、ステップ８１及び８３で一緒に読み込んだＥＣＧ信
号による心電図波形の時相を合わせた大動脈径Ｌ、駆出
流量Ｑ及び心電図データを形成し、そのデータをＤＳＣ
２７及びレコーダ５３に出力する（ステップ８６）。こ
れにより、図６に示す如く、大動脈径Ｌ、駆出流量Ｑ及
び心電図が時相を揃えた状態で、時間軸を横軸として同
時に１心拍分又は複数心拍分、表示される。

【００４４】図６は１心拍分を示すもので、同図（ａ）
は大動脈径Ｌの時間変化に伴う拡大波形を、同図（ｂ）
は駆出流量Ｑの波形を各々示す。この駆出流量波形によ
れば、左心室に血液が充満している状態で収縮すると、
左心室の圧力が上昇する。この圧力が時刻ＴA（開放開
始時刻）で大動脈圧を越えると、大動脈弁が開いて血液
が心室から大動脈へ駆出される。心室が時刻ＴB（閉鎖
時刻）で収縮期から拡張期に移行すると、大動脈弁が閉
じ、多少の逆流を伴いながら駆出血流が零になる。

【００４５】続いて、上述の如く収集した基礎データに
基づいて、心機能評価のためのパラメータを演算・表示
する動作を説明する。

【００４６】図６（ａ）に示すように大動脈の径を表示
させることはできるが、心機能を評価する上で、大動脈
圧が重要なパラメータである。生理学上の研究によれ
ば、この圧の変化分は血管径の変化分に比例することが
分かっている。このため、大動脈圧をＰ、最高血圧をＰ
H、最低血圧をＰL、大動脈の血管径をＬ、その血管径の
最大値をＬH、最小値をＬLとすれば、変化分が比例する
ことから以下の式が成り立つ。

【００４７】

【数２】

【００４８】（１）式より、

【数３】となる。ＬH、ＬLは大動脈径の計測値から定められる。

【００４９】通常、カフによる血圧計５２の計測値（最
大血圧ＰH1、最低血圧ＰL1）の内、最大血圧ＰH1はその
真の値ＰHより少し大きく、最低血圧ＰL1はその真の値
ＰLより少し小さくなる。このため、（２）式は補正係
数α1、β1を用いて、

【数４】と書かれる。ここで、α1、β1は５％以下の小さな値で
あり、

【数５】とすれば、（３）式は、

【数６】となり、αの値を１〜５％の間の適当な値に選べば、
（５）式から大動脈圧Ｐが求まる。

【００５０】αの値は小さいので、α＝０、即ち（２）
式でＰH、ＰLを夫々、ＰH1、ＰL1で置き換えた式、

【数７】でも近似的には十分実用可能である。

【００５１】この大動脈圧Ｐを演算・表示する場合、デ
ータ解析部４１では図７記載の手順に対応したプログラ
ムが起動する。つまり、図５のステップ８１〜８５の処
理で既に入力していた駆出流量Ｑのデータ及び大動脈径
Ｌのデータを夫々読み出す（ステップ９１、９２）。次
いで、大動脈径Ｌのデータの中から、その最大値をＬH
及び最小値をＬLを決める（ステップ９３）。さらに、
図３の処理で既に入力していた最大血圧ＰH1及び最低血
圧ＰL1を読み出した（ステップ９４）後、上記式（３）
に基づいて大動脈圧Ｐを演算する（ステップ９５）。こ
のとき、補正係数α1、β1は予め適宜な値に設定されて
いる。なお、ステップ９４における演算は上述した
（５）式又は（６）式に拠る演算に置き換え、近似計算
することもできる。

【００５２】最後に、ＥＣＧ信号による心電図波形の時
相を合わせた大動脈圧Ｐ、駆出流量Ｑ及び心電図データ
を形成し、そのデータをＤＳＣ２７及びレコーダ５３に
出力する（ステップ９６）。これにより、図８に示す如
く、大動脈圧Ｐ、駆出流量Ｑ及び心電図が時相を揃えた
状態で、時間軸を横軸として同時に１心拍分又は複数心
拍分、表示される。

【００５３】さらに、心機能を解析するための別のパラ
メータについて説明する。駆出流量と同様な意味で心機
能評価のための重要なパラメータに左心室容積（心容
積）がある。この心容積Ｖは駆出流量Ｑと駆出率ＥＦか
ら求められる。

【００５４】駆出率ＥＦは、拡張終期の心容積に対する
１回拍出量ＳＶの比で表される。すなわち、

【数８】ＥＦ＝ＳＶ／ＶM……（７）ここで、ＶMは拡張終期の心容積である。駆出流量（瞬
時拍出量）をＱ［l/min］とすれば、１心拍における駆
出容積、すなわち１回拍出量ＳＶは、

【数９】となる。心容積Ｖは拡張終期の心容積ＶMから駆出血流
量を差し引いたものであから、

【数１０】となる。（９）式に（７），（８）式を代入すると、

【数１１】となり、心容積Ｖが求まる。

【００５５】この心容積Ｖを演算・表示する場合、デー
タ解析部４１では図９記載の手順に対応したプログラム
が起動する。つまり、既に入力していた１心拍分の駆出
流量Ｑのデータ（平均値でも可）を読み出す（ステップ
１０１）。さらに、図４の処理で既に入力していた駆出
率ＥＦのデータを読み出す（ステップ１０２）。次い
で、式（１０）に基づいて心容積Ｖを演算する（ステッ
プ１０３）。そして、ＥＣＧ信号による心電図波形の時
相を合わせた大動脈圧Ｐ、心容積Ｖ及び心電図データを
形成し、そのデータをＤＳＣ２７及びレコーダ５３に出
力する（ステップ１０４）。これにより、図１０に示す
如く、大動脈圧Ｐ、心容積Ｖ及び心電図が時相を揃えた
状態で、時間軸を横軸として同時に１心拍分又は複数心
拍分、表示される。

【００５６】図１０（ｂ）示すように、大動脈弁が開放
する時刻ＴAで、心室から血液が流出して心容積が減少
する。大動脈弁が時刻ＴBで閉鎖して心臓が拡張し始め
ると、心容積Ｖはそれに伴って徐々に増大し、拡張終期
に最大値ＶMに達する。

【００５７】さらに、心機能解析のための別の情報（パ
ラメータ）として、大動脈圧Ｐと心容積Ｖの関係（大動
脈圧−容積曲線）を演算できる。大動脈弁が正常であっ
て、十分開放しているときには、心内圧と大動脈圧はほ
ぼ等しいから、大動脈圧Ｐを心内圧として代用できる。

【００５８】この大動脈圧−容積曲線を推定する場合、
データ解析部４１では図１１記載の処理が実行される。
この処理によれば、１心拍分の大動脈圧Ｐ及び心容積Ｖ
のデータが各々、メモリからワークエリアに読み出され
る（ステップ１１１、１１２）。この大動脈圧Ｐ及び心
容積Ｖは前述した図９、１０で処理された値を流用でき
る。次いで、読み出したＰ，Ｖのデータに基づいて大動
脈圧−容積の曲線のデータを生成する（ステップ１１
３）。次いで、生成した大動脈圧−容積の曲線のデータ
を例えばＤＳＣ２７に出力する（ステップ１１４）。こ
れにより、図１２に示す如く、大動脈圧Ｐ−容積Ｖの曲
線がグラフ表示され、代替的に左室の心内圧の変化を推
定できる。

【００５９】このＰ−Ｖ曲線から分かるように、心室容
積は拡張終期には最大値ＶMをとり、心内圧（左室圧）
は左心房からの流入血流が極く低い値であり、図１２で
は零にしてある。収縮が始まると、大動脈弁が開放する
まで容積一定のまま心内圧が上昇し、大動脈弁の開放
後、心内圧はさらに上昇するが、心室から血流が流出し
て心容積は減少する。収縮終期には心内圧も減少してき
て、大動脈弁が閉鎖する。この期間「ＴA〜ＴB」が大動
脈径、駆出流量の測定結果から大動脈圧Ｐ−容積Ｖ曲線
が求められる部分である（図では実線で示してある）。
拡張期に移行すると大動脈弁が閉鎖し、心内圧は急に低
下するから、心室内に血液が流入し、心容積ＶはＶMま
で増加する。

【００６０】さらに、別のパラメータとしての仕事量に
ついて説明する。心室が１心拍の間に外部に対して成す
仕事量Ｗ（即ち、血流を全身に送るための仕事量）は、
図１２に示される「圧−容積」曲線の面積で表される。
つまり、

【数１２】となる。（１０）式からdV＝−Ｑdtを代入すると、

【数１３】で表される。

【００６１】この仕事量Ｗに対して、データ解析部４１
では図１３記載の処理が実行される。まず、前述した図
１１の処理で演算された大動脈圧Ｐ−容積Ｖの曲線デー
タがメモリからワークエリアに読み出される（ステップ
１２１）。次いで、仕事量Ｗが前記式（１１）又は（１
２）に基づいて演算され、数値データとして表示・記録
される（ステップ１２２、１２３）。

【００６２】この表示・記録の処理として、具体的に
は、術中における患者の状態のモニタや患者の病状の悪
化、回復の様子を調べるために、この仕事量Ｗ又はこれ
に心拍数を掛けた値が時間に対してプロットされ、グラ
フ表示される。

【００６３】さらに、心機能評価に有用な指標として左
室圧最大上昇速度「peakdP/dt」がある。心室の収縮開
始後、急に心室圧が上昇するが、「peakdP/dt」はその
上昇時における圧上昇の最大速度を表す。このパラメー
タ「peakdP/dt」は、

【数１４】として近似的に求めることができる。ここで、図１０
（ａ）に示す如く、ＴRは心電図におけるＲ波の出現時
刻であり、ＴAは大動脈弁が開放し始める時刻であり、
ＴR〜ＴAが前駆出期間である。ＰLは最低血圧である。

【００６４】この左室圧最大上昇速度「peakdP/dt」は
データ解析部４１にて、図１４の処理を介して演算・表
示される。まず、既に格納されている最低血圧ＰL及び
大動脈圧Ｐのデータが読み出される（ステップ１３１、
１３２）。そして、大動脈圧Ｐのデータから大動脈弁の
開放開始時刻ＴAが決定される（ステップ１３３）。さ
らに、心電図の波形データが読み出され、Ｒ波の出現時
刻ＴRが決定される（ステップ１３４）。これらの準備
が整うと、データ解析部４１は左室圧最大上昇速度「pe
akdP/dt」を演算し、表示・記録する（ステップ１３
５、１３６）。

【００６５】以上のように、この実施例では最初に、基
礎データの一部を成す最高血圧ＰH、最低血圧ＰLをスポ
ットデータとして収集した後、大動脈径Ｌ及び駆出流量
Ｑをリアルタイムに収集して表示する（図６参照）。そ
の後、大動脈圧Ｐ、心容積Ｖ、左室圧−左室容積曲線、
仕事量Ｗ、及び左室圧最大上昇速度「peakdP/dt」の
内、所望のパラメータを選択し、表示させることができ
る。

【００６６】このように、超音波パルス法を主体として
無侵襲に心機能情報を収集できるから、患者に侵襲に伴
う無用な負担を掛けることが無い。これにより、検査を
受け易い環境を提供できる。また、これに伴い、オペレ
ータの操作も容易化される。さらに、診断に最適な態様
で心機能情報を表示するから、心機能を総合的に評価し
易くなり、診断精度が向上し、また評価に要する時間を
短縮させることができる。

【００６７】また、図８及び図１０での心機能パラメー
タの表示にあっては、大動脈圧Ｐ、駆出流量Ｑ、心容積
Ｖなどの時間変化曲線が、心電図波形を基準にして、心
時相が対応して表示されている。このように時相を一致
させることにより、基礎データやパラメータの複数個を
時間軸上で対比観察できる。

【００６８】この実施例では、基礎データそのものは別
々に順次取得するが、常に心電計のＥＣＧ信号を同時に
取り込むという手法を採用し、しかも、一般には心拍間
隔が正確に周期的にならないことに配慮して複数心拍の
平均的なデータを採用するとした（図５のステップ８５
の処理参照）。これにより、簡単に時相を一致させるこ
とができるとともに、平均データによる安定した処理が
でき、各心拍毎に異なるような瞬時的変化は測定できな
いが、十分有益な心機能評価となる。

【００６９】なお、複数心拍の平均データを採用しない
構成も必要に応じて、勿論可能であり、心拍毎のデータ
やパラメータの変化を対比させて観察することもでき
る。

【００７０】また、時相を一致させる他の手法として
は、上述した基礎パラメータ（駆出流量Ｑ，大動脈径
Ｌ、心電図）を同時に計測する構成も可能である。この
同時計測は、データ解析部４１による自動処理も簡単
で、刻々、リアルタイムにデータが得られるから、術中
の検査など、臨床的にも有用である。

【００７１】この同時計測に対しては、駆出流量Ｑ及び
大動脈径Ｌ夫々に対応した独立の超音波プローブと、こ
の２つのプローブの検出信号を個別に処理してデータ解
析部に出力する２つの処理回路も可能であるが、以下に
述べる経食道プローブを用いる構成が操作上の面でも、
コスト的にも最も便利である。

【００７２】この経食道プローブを用いた計測を図１
５、１６に基づき説明する。図１５に経食道超音波プロ
ーブ１２０の例を示す。このプローブ１２０は、食道に
挿入可能な導入チューブ１２１を有し、その導入チュー
ブ１２１の途中に屈曲部１２１ａを有する。導入チュー
ブ１２１の先端には、２組のアレイ・トランスデューサ
１２２、１２３が設けられている。

【００７３】この内、第１のアレイ・トランスデューサ
１２２は、導入チューブ１２１の軸方向に垂直な方向に
沿って細長い圧電素子が配列されている。このため、第
１のアレイ・トランスデューサ１２２を介する送受信を
位相制御することにより、導入チューブ１２１の軸に垂
直な面Ａ１−Ａ２での走査が行われる。第２のアレイ・
トランスデューサ１２３は、導入チューブ１２１の軸方
向に沿って同様に、細長い圧電素子が配列されている。
このため、第２のアレイ・トランスデューサ１２２によ
り、導入チューブ１２１の軸と平行な面Ｂ１−Ｂ２での
走査が行われる。結局、第１のアレイ・トランスデュー
サ１２２を介して、軸に垂直な面Ａ１−Ａ２の断層像が
取得可能で、第２のアレイ・トランスデューサ１２３を
介して、軸に平行な面Ｂ１−Ｂ２の断層像が取得可能と
なっている。

【００７４】このように形成された経食道超音波プロー
ブ１２０の使用例を図１６に示す。超音波プローブ１２
０は、食道１３０内の大動脈１３１に対向する位置まで
挿入され、第１のアレイ・トランスデューサ１２２によ
り大動脈１３１の横断面（円弧Ａ1Ａ2参照）を、第２の
アレイ・トランスデューサ１２３により大動脈１３１の
縦断面（円弧Ｂ1Ｂ2参照）を同時に走査することができ
る。なお、符号１３２は気管を示す。

【００７５】この同時走査の各々に拠って、前述した特
開昭６２−２６０５１号及び特開昭６２−２６６０４０
号記載の如く、血管径及び流量が計測される。つまり、
大動脈管１３１の中心軸に垂直な横断面の中心線上の２
点Ｐ、Ｐ′が設定され、第１のアレイ・トランスデュー
サ１２２により、Ｐ−Ｐ′間、すなわち大動脈径が計測
され、第２のアレイ・トランスデューサ１２３により中
心線ＰＰ′上の複数点Ｄ1，Ｄ2，…，Ｄnにおける流速
のビーム方向成分が測定される。中心線ＰＰ′と点Ｄ
1，Ｄ2，…，Ｄnを通る超音波ビームの成す角は自動的
に求められるから、その値を用いてＤ1，Ｄ2，…，Ｄn
の各点の大動脈管１３１の軸方向の流速が求まり、その
流速の夫々に円環の断面積を掛けて加算することにより
流速が計測される。このようにして、同じ中心線ＰＰ′
を含む横断面及び縦断面の直径の変化と流量とが同時に
計測される。この計測値に基づいて前述の方法により種
々の心機能パラメータが計算され、出力・表示される。
このとき、心電図は同時に測定され、前述と同様にパラ
メータ演算及び表示に供される。

【００７６】なお、上記実施例においては、大動脈など
の径として大動脈自体の径を計測する場合を説明した
が、近似的な措置として、胸部よりもプローブを当て易
い総頸動脈（太い動脈）の径を同様の方法で計測し、そ
の計測値を各種の演算に用いることもできる。

【００７７】また、上記実施例では心機能を表すパラメ
ータとして各種のものを挙げたが、所望のパラメータの
みを選択して演算、表示させることも勿論可能である。

【００７８】さらに、上記実施例の超音波心機能検査シ
ステムでは、超音波送受信の回路部分を共通に使用する
ように構成してシステム全体の小形化、簡素化を図った
が、場合によっては、駆出流量測定、駆出率測定及び血
管径測定に対して、超音波プローブを含めた個別の超音
波送受信回路を設けるようにしてもよい。

【００７９】さらに、駆出率測定の構成としては超音波
パルスを使った構成を説明したが、必要に応じてＸ線や
核医学によるアンギオ像を測定し、アンギオデータに基
づいて駆出率を計測するようにしてもよい。

【００８０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明では、直接
測定される心機能の基礎データ（駆出流量、血管径、血
圧、又は／及び駆出率、又は／及び心電図信号）に基づ
いて各種の心機能を関わるパラメータが推定演算され、
適宜な態様で表示される。これにより、超音波パルス法
を主体とした簡単な測定で体内情報が検出されるため、
無侵襲の状態で検査でき、各種の心機能情報を診断に有
用な、しかも再現性の良い、時々刻々の変化を表した状
態で得ることができる。

【００８１】このように適宜な心機能情報がタイムリー
に得られることで、心疾患患者の病状を正確に把握して
適確な治療を行うことができ。とくに、手術中の患者の
状態を観察するシステムとして威力を発揮できる。また
心機能情報（基礎データ及び演算されるパラメータ）の
値やグラフを記録することで、異なる時相における患者
状態を知ることができる。

【００８２】また、超音波パルス法を使った検出構成に
しているから、従来の超音波診断装置の部分的改良と一
部の機能追加により本システムを構成でき、安価なシス
テムを実現でき、しかも省スペース化を考慮した、極め
て実用性の高いシステムを提供できる。

【００８３】さらに、無侵襲の検査であるから、患者に
検査の不安感を与えることも殆どなく、したがって患者
の精神的な負担が減るとともに、オペレータの操作労力
も著しく軽減されるという効果もある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の典型的な態様の一つを示すクレーム
対応図。

【図２】この発明の一実施例に係る超音波心機能検査シ
ステムのブロック図。

【図３】血圧計に係る手入力の血圧データの取込み例を
示すフローチャート。

【図４】駆出率の取込み例を示すフローチャート。

【図５】駆出流量及び大動脈径の取込み例を示すフロー
チャート。

【図６】大動脈径、駆出流量及び心電図波形の表示例を
示す時間変化グラフ。

【図７】大動脈圧の演算処理例を示すフローチャート。

【図８】大動脈圧、駆出流量及び心電図波形の表示例を
示す時間変化グラフ。

【図９】心容積の演算処理例を示すフローチャート。

【図１０】大動脈圧、心容積及び心電図波形の表示例を
示す時間変化グラフ。

【図１１】大動脈圧−心容積データの演算処理例を示す
フローチャート。

【図１２】左室圧に対する左室容積の２次元グラフ。

【図１３】仕事量の演算処理例を示すフローチャート。

【図１４】左室圧最大上昇速度の演算処理例を示すフロ
ーチャート。

【図１５】経食道超音波プローブの一例を示すプローブ
部分図。

【図１６】経食道超音波プローブの挿入状態での動作を
説明する説明図。

【符号の説明】

１６超音波プローブ２３受信遅延加算回路２６検波回路２７ＤＳＣ２８Ｄ／Ａ変換器２９ＴＶモニタ３４ミキサ３５ローパルスフィルタ３６Ａ／Ｄ変換器３７ＭＴＩフィルタ３９ドプラ演算部４０駆出流量演算部４１データ解析部４５動き検出部４６入力器４７血管径演算部５０駆出率演算部５１心電計５２血圧計５３レコーダ１２０経食道超音波プローブ１２２第１のアレイ・トランスデューサ１２３第２のアレイ・トランスデューサ

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】心臓の機能を表すパラメータを得るよう
にした心機能検査システムにおいて、超音波パルスの反射波情報を用いて前記心臓の心室から
大動脈への駆出血流量を測定する駆出量測定手段と、超
音波パルスの反射波情報を用いて前記大動脈又は太い動
脈の血管径を測定する血管径測定手段と、血圧の最高値
及び最低値の内の少なくとも一方を入力する血圧入力手
段と、前記駆出量測定手段及び前記血管径測定手段の測
定値並びに前記血圧入力手段の入力値に基づいて前記パ
ラメータを得るパラメータ取得手段とを備えたことを特
徴とする心機能検査システム。
【請求項２】前記パラメータ取得手段は、前記パラメ
ータを演算するパラメータ演算手段と、このパラメータ
演算手段により演算されたパラメータを表示するパラメ
ータ表示手段とを備えたことを特徴とする請求項１記載
の心機能検査システム。
【請求項３】心臓の機能を表すパラメータを得るよう
にした心機能検査システムにおいて、超音波パルスの反射波情報を用いて前記心臓の心室から
大動脈への駆出血流量を測定する駆出量測定手段と、超
音波パルスの反射波情報を用いて前記大動脈又は太い動
脈の血管径を測定する血管径測定手段と、前記心臓の左
心室の駆出率を測定する駆出率測定手段と、血圧の最高
値及び最低値の内の少なくとも一方を入力する血圧入力
手段と、前記駆出量測定手段、前記血管径測定手段及び
前記駆出率測定手段の測定値並びに前記血圧入力手段の
入力値に基づいて前記パラメータを得るパラメータ取得
手段とを備えたことを特徴とする心機能検査システム。
【請求項４】前記パラメータ取得手段は、前記パラメ
ータを演算するパラメータ演算手段と、このパラメータ
演算手段により演算されたパラメータを表示するパラメ
ータ表示手段とを備えたことを特徴とする請求項３記載
の心機能検査システム。
【請求項５】前記駆出率測定手段は、前記超音波パル
スの反射波情報を用いて前記駆出率を測定する手段であ
ることを特徴とした請求項３記載の心機能検査システ
ム。
【請求項６】心臓の機能を表すパラメータを得るよう
にした心機能検査システムにおいて、超音波パルスの反射波情報を用いて前記心臓の心室から
延びる大動脈又は太い動脈の血管径を測定する血管径測
定手段と、血圧の最高値及び最低値の内の少なくとも一
方を入力する血圧入力手段と、前記血管径測定手段の測
定値及び前記血圧入力手段の入力値に基づいて前記大動
脈又は太い動脈の血圧の時間変化データを前記パラメー
タとして演算するパラメータ演算手段と、このパラメー
タ演算手段により演算されたパラメータを表示するパラ
メータ表示手段とを備えたことを特徴とする心機能検査
システム。
【請求項７】前記血圧入力手段は、カフによる血圧計
の読取り値を入力可能な手段であって、前記パラメータ
演算手段は、入力した前記読取り値を補正して前記血圧
の時間変化データを求めるようにしたことを特徴とする
請求項６記載の心機能検査システム。
【請求項８】前記心臓の心電図情報を測定する心電図
測定手段と、前記超音波パルスの反射情報を用いて前記
心室から大動脈への駆出血流量を測定する駆出量測定手
段とを設けるとともに、前記パラメータ表示手段は前記パラメータ演算手段、前
記駆出量測定手段及び前記心電図測定手段による演算値
及び測定値の時間経過状況を、当該心電図測定手段によ
る測定波形に基づいて心時相を一致させた状態で同時に
表示するように構成したことを特徴とした請求項６記載
の心機能検査システム。
【請求項９】心臓の機能を表すパラメータを得るよう
にした心機能検査システムにおいて、超音波パルスの反射波情報を用いて前記心臓の心室から
大動脈への駆出血流量を測定する駆出量測定手段と、前
記心臓の左心室の駆出率を測定する駆出率測定手段と、
前記駆出量測定手段及び前記駆出率測定手段の測定値に
基づいて前記左心室の容積の時間変化データを前記パラ
メータとして演算するパラメータ演算手段と、このパラ
メータ演算手段により演算されたパラメータを表示する
パラメータ表示手段とを備えたことを特徴とする心機能
検査システム。
【請求項１０】前記心臓の心電図情報を測定する心電
図測定手段を設けるとともに、前記パラメータ表示手段
は前記駆出量測定手段、前記パラメータ演算手段及び前
記心電図測定手段による測定値及び演算値の時間経過状
況を、当該心電図測定手段の測定波形に基づいて心時相
を一致させた状態で同時に表示するように構成したこと
を特徴とした請求項１０記載の心機能検査システム。
【請求項１１】前記パラメータは前記大動脈又は太い
動脈の血圧と前記左心室の容積との時間変化データであ
り、前記パラメータ演算手段は前記血管径測定手段、前記駆
出量測定手段、及び前記駆出率測定手段の測定値並びに
前記血圧入力手段の入力値に基づいて前記時間変化デー
タを演算する手段であり、前記パラメータ表示手段は横軸に前記容積をとり且つ縦
軸に前記血圧をとって前記パラメータの演算結果を２次
元表示する手段であることを特徴とした請求項４記載の
心機能検査システム。
【請求項１２】前記パラメータは前記左心室の仕事量
であり、前記パラメータ演算手段は前記血管径測定手
段、前記駆出量測定手段、及び前記駆出率測定手段の測
定値並びに前記血圧入力手段の入力値に基づいて前記仕
事量を演算する手段である請求項４記載の心機能検査シ
ステム。
【請求項１３】心臓の機能を表すパラメータを得るよ
うにした心機能検査システムにおいて、超音波パルスの反射波情報を用いて前記心臓の心室から
延びる大動脈又は太い動脈の血管径を測定する血管径測
定手段と、血圧の最高値及び最低値の内の少なくとも一
方を入力する血圧入力手段と、前記血管径測定手段の測
定値及び前記血圧入力手段の入力値に基づいて心電図の
Ｒ波の出現時刻から前記大動脈又は太い動脈の圧の立上
がり時刻までの時間に対する立上がり圧の比を前記パラ
メータとして演算するパラメータ演算手段と、このパラ
メータ演算手段により演算された結果を表示するパラメ
ータ表示手段とを備えたことを特徴とする心機能検査シ
ステム。
【請求項１４】前記心臓の心電図情報を測定する心電
図測定手段を設けるとともに、前記駆出量測定手段及び
前記血管径測定手段による測定を前記心電図測定手段に
よる測定と同時に行うように構成した請求項１又は３記
載の心機能検査システム。
【請求項１５】前記駆出量測定手段、前記血管径測定
手段、及び前記心電図測定手段による測定値の時間経過
状況を、当該心電図測定手段による測定波形に基づいて
心時相を一致させた状態で同時に表示する基礎データ表
示手段を備えたことを特徴とする請求項１４記載の心機
能検査システム。
【請求項１６】前記超音波パルスを送受する経食道超
音波プローブを用いたことを特徴とする請求項１又は３
記載の心機能検査システム。
【請求項１７】前記経食道超音波プローブは同時に駆
動される２組のトランスデューサを備え、前記駆出量測定手段は前記一方の組のトランスデューサ
から得られた超音波パルスの反射波情報を用いるととも
に、前記血管径測定手段は前記他方の組のトランスデュ
ーサから得られた超音波パルスの反射波情報を用いるよ
うにしたことを特徴とする請求項１６記載の心機能検査
システム。
【請求項１８】前記２組のトランスデューサの走査面
は互いに略直交していることを特徴とした請求項１７記
載の心機能検査システム。
【請求項１９】心臓の機能を表すパラメータを得るよ
うにした心機能検査システムにおいて、超音波パルスの反射波情報を用いて前記心臓の心室から
大動脈への駆出血流量を測定する駆出量測定手段と、超
音波パルスの反射波情報を用いて前記心臓の左心室の駆
出率を測定する駆出率測定手段と、前記駆出量測定手段
及び前記駆出率測定手段の測定値を用いて得られた情報
から前記心臓の心容積の絶対値及び当該心容積の時間変
化を前記パラメータとして求めて出力するパラメータ取
得手段とを備えたことを特徴とする心機能検査システ
ム。