JP6276067B2 - 電気的インピーダンス測定装置 - Google Patents
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Description
この発明は、ＥＩＴ（Electrical Impedance Tomography）などと称される電気的インピーダンス測定装置に関するものである。
従来、ＥＩＴにおいては、胸部のインピーダンス分布を断層画像として連続表示すること、また、この断層画像に代えて或いは断層画像と共にインピーダンス変動波形を表示することが行われている。ＡＲＤＳ（急性呼吸急迫症候群）などの呼吸気障害に対する人工呼吸療法においては、ＥＩＴ画像による診断が行われている。
上記ＥＩＴにおいては、断面画像の肺領域をいくつかに区分して（ＲＯＩ：Region of Interest）、全領域のインピーダンスの積分値に対する区分領域の積分値の割合を波形や数値により表示する手法が知られている（特許文献１参照）。
上記ＥＩＴ画像は、肺の含気状態を示すものである。ＡＲＤＳなどの治療においては、含気が腹側だけでなく背側にまで広がっていることが状態の良さを示す指標とされている。しかしながら、上記の特許文献１に記載されているようにして求めた、全領域のインピーダンスの積分値に対する区分領域の積分値の割合によっては、腹側から背側における含気の広がりを直観的に把握しにくいものであった。また、ＥＩＴにおける断層画像やインピーダンス変動波形によっても、腹側から背側における含気の広がりについて把握が困難である。このため、腹側から背側における含気の広がりを過伸展の状態について適切に把握し得る電気的インピーダンス測定装置が求められている。
本発明は上記のような電気的インピーダンス測定装置に対する要望に応えんとしてなされたもので、その目的は、腹側から背側における含気の広がりを適切に把握し得る構成を備える電気的インピーダンス測定装置を提供することである。
本発明に係る電気的インピーダンス測定装置は、生体の胸部周囲に貼着された複数の電極と、前記電極のいずれかに電流を印加すると共に他の電極によって電位を測定する処理を、電流を印加する電極を変更しながら全電極について行う電位測定手段と、前記印加された電流と前記電位測定手段により得られた電位に基づき、胸部断面領域をメッシュ化した各メッシュのインピーダンスを求めるインピーダンス取得手段と、前記胸部断面領域に腹側から背側までを含む１以上の区分領域を設定してこの区分領域におけるインピーダンス分布のヒストグラムを求めるヒストグラム生成手段と、前記ヒストグラムの振幅を対応する色により置き換えた色インピーダンス分布図を作成する作成手段とを具備することを特徴とする。
本発明に係る電気的インピーダンス測定装置では、ヒストグラム生成手段は、正規化したヒストグラムを求め、作成手段は前記正規化したヒストグラムの振幅を対応する色により置き換えた色インピーダンス分布図を作成することを特徴とする。
本発明に係る電気的インピーダンス測定装置では、色インピーダンス分布図を表示する表示制御手段を具備することを特徴とする。
本発明に係る電気的インピーダンス測定装置では、表示制御手段は、更に、インピーダンス分布のヒストグラムを表示することを特徴とすることを特徴とする。
本発明に係る電気的インピーダンス測定装置では、表示制御手段は、色インピーダンス分布図を時間軸方向に並べて表示することを特徴とする。
本発明に係る電気的インピーダンス測定装置では、ヒストグラム生成手段は、肺野を左右に二区分した区分領域を設定して区分領域におけるインピーダンス分布のヒストグラムを求め、作成手段は、前記インピーダンス分布のヒストグラムの振幅を対応する色により置き換えた色インピーダンス分布図を作成することを特徴とする。
本発明に係る電気的インピーダンス測定装置では、区分領域におけるインピーダンス分布の重心を求める重心算出手段を具備し、表示制御手段は前記重心を表示することを特徴とする。
本発明に係る電気的インピーダンス測定では、区分領域において経時変化するインピーダンス分布の重心を繋いだ重心変位曲線を作成する曲線作成手段を具備し、表示制御手段は、前記重心変位曲線を表示することを特徴とする。
本発明に係る電気的インピーダンス測定装置では、重心算出手段は、更に、肺野を左右に二区分した区分領域を設定して区分領域におけるインピーダンス分布の重心を求め、表示制御手段は、前記重心を表示することを特徴とする。
本発明に係る電気的インピーダンス測定装置では、曲線作成手段は、肺野を左右に二区分した区分領域を設定して区分領域において経時変化するインピーダンス分布の重心を繋いだ重心変位曲線を求め、表示制御手段は、前記重心変位曲線を表示することを特徴とする。
本発明に係る電気的インピーダンス測定装置によれば、胸部断面領域に腹側から背側までを含む１以上の区分領域を設定してこの区分領域におけるインピーダンス分布のヒストグラムを求め、前記ヒストグラムの振幅を対応する色により置き換えた色インピーダンス分布図を作成し、色インピーダンス分布図をトレンド表示するので、胸部断面領域の腹側から背側までを含む１以上の区分領域におけるインピーダンス分布のヒストグラムを色によって直感的に把握することができ、腹側から背側における含気の広がりを適切に把握し得るものである。
以下添付図面を参照して、本発明に係る電気的インピーダンス測定装置の実施形態を説明する。各図において同一の構成要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。図１には、本発明に係る電気的インピーダンス測定装置の実施形態の構成図が示されている。電気的インピーダンス測定装置は、複数の電極１１１〜１１ｎと、電位測定手段である電位測定部２０と、コンピュータ部３０とを主な構成要素としている。
複数の電極１１１〜１１ｎは、生体の胸部周囲に貼着されるものであり、例えば同一の高さに等間隔で必要な数が用いられる。電位測定部２０には、電流印加部２１、測定部２２、電極選択部２３、制御部２４が備えられる。電流印加部２１は、制御部２４の制御に基づいて、電極選択部２３を介して接続される電極ペアに電流を印加するものである。測定部２２は、制御部２４の制御に基づいて電極ペアに生じる電位を測定するものである。
電極選択部２３は、制御部２４の制御に従って、電流を印加する最初の電極ペアと電流印加部２１とを接続し、電流印加部２１と接続されていない電極ペアと測定部２２を接続し、この状態で電位測定が行われるようにする。これにより電位測定が行われる。次に、測定部２２に接続する電極ペアを代えて電位測定が行われるようにし、これにより電位測定が行われる。以下、電流を印加する最初の電極ペア以外の全ての電極ペアを順次に測定部２２を接続し、電位測定が行われる。
次に、電極選択部２３は、制御部２４の制御に従って、電流を印加する第二番目の電極ペアと電流印加部２１とを接続し、電流印加部２１と接続されていない電極ペアと測定部２２を接続し、この状態で電位測定が行われるようにする。これにより電位測定が行われる。以下、電流を印加する第二番目の電極ペア以外の全ての電極ペアを順次に測定部２２を接続し、電位測定が行われる。次に電流を印加する第三番目の電極ペアを選択し、上記と同様に電位測定が行われる。以下同様に、全ての電極１１１〜１１ｎについて、電流を印加する電極ペアとして順次選択し、電流を印加する電極ペア以外の全ての電極ペアを順次に測定部２２を接続し、電位測定が行われる。
コンピュータ部３０には、ＣＰＵとメモリを有する演算部としての制御装置３１と、制御装置３１に接続された入力部３２及び表示部３３とを有している。入力部３２からはコマンドや各種の情報が入力される。表示部３３には、ＥＩＴ画像、各種の波形、数値や文字など各種の表示情報が表示される。
制御装置３１には、インピーダンス取得手段３４、ヒストグラム生成手段３５、表示制御手段３７、重心算出手段３８、曲線生成手段３９が備えられている。インピーダンス取得手段３４は、上記印加した電流と電位測定手段である電位測定部２０により得られた電位に基づき胸部断面領域をメッシュ化した各メッシュのインピーダンスを求めるものである。即ち、印加した電流と得られた電位とにより、公知の変換テーブルを用いて、胸部断面領域をメッシュ化した各メッシュのインピーダンスを求める。各メッシュは、ＥＩＴ画像のピクセルに対応する。各メッシュをインピーダンスに対応した色に変換した画像をＥＩＴ画像として表示することができる。
ヒストグラム生成手段３５は、上記胸部断面領域に腹側から背側までを含む１以上の区分領域を設定してこの区分領域におけるインピーダンス分布のヒストグラムを求めるものである。図２に示されるように、胸部断面領域の全領域を、一つとした区分領域Ａを設定することができる。また、図３に示されるように、胸部断面領域の全領域について肺野を左右に二区分した区分領域ＡＲ、ＡＬを設定して、腹側から背側の間のインピーダンス分布を詳細に表すこともできる。
区分領域は、複数のメッシュに分けられており、各メッシュには上記インピーダンス取得手段３４によって求められたインピーダンスが対応付けられている。図２の区分領域Ａの全体で例えばｎ×ｍメッシュを含むとすると、ｎ×ｍのメッシュにそれぞれインピーダンス値が割り当てられている。ここに、ｎは身体の一方の脇から他方の脇までに含まれる一行分のメッシュ数であり、ｍは区分領域Ａにおける身体の腹側から背側までに含まれる一列分のメッシュ数である。そこで、このインピーダンス値をＮ（整数）階層に分けて、行方向に階層値を加算し、列方向のインピーダンス分布のヒストグラムを求めることができる。このように、ヒストグラム生成手段は、正規化したヒストグラムを求める。この結果、正規化したヒストグラムを例えば図４（ａ）に示されるように求めることができる。
作成手段３６は、上記正規化したヒストグラムの振幅を対応する色により置き換えた色インピーダンス分布図を作成するものである。例えば、図５に示すように振幅に対応してそれぞれに色を割り当てることができる。つまり、最大の振幅（ＭＡＸ）に対して白を割り当て、振幅が小さくなるに従って順次に赤色に近付き、更に振幅が小さくなるに従って順次に黄色に近付き、更に振幅が小さくなるに従って順次に緑色に近付き、更に更に振幅が小さくなるに従って順次に青色に近付き、更に最小の振幅（ＭＩＮ）に対して紫色を割り当てることができる。
上記の色の割り当てを図４（ａ）のヒストグラムについて行うと、図４（ｂ）に示すようになる。つまり、図４（ａ）のヒストグラムにおいては、中央付近において振幅が大きく、両端に向かうに従って振幅が徐々に小さくなっている。このため、色インピーダンス分布図は、中央付近において最大振幅に対応した白色となり、白色の両端側へ進むと徐々に赤くなり、更に端側へ進むと黄色に近付き、黄色の位置から更に端側へ進むと緑色に近付くように、作成されることになる。電位測定から色インピーダンス分布図の作成までを所定時間間隔において実行すると、時系列に色インピーダンス分布図が作成される。
表示制御手段３７は、上記で作成された色インピーダンス分布図を表示部３３へ表示するものである。色インピーダンス分布図を時間軸方向に並べて表示することができる。上記表示制御手段３７は更に、インピーダンス分布のヒストグラムを表示するように構成しても良い。
制御装置３１に備えられている重心算出手段３８は、インピーダンス分布のヒストグラムに基づき、区分領域におけるインピーダンス分布の重心を求めるものである。ヒストグラムの重心は、ヒストグラムの平均値に等しく、区分領域の各メッシュのインピーダンスの平均値として求めても良い。
インピーダンス分布の重心を求めると、上記の区分領域を一つとした図２の実施形態では、１個の重心（インピーダンス値）が求まり、また、区分領域を二つとした図３の実施形態では、２個の重心（インピーダンス値）が求まる。
曲線生成手段３９は、各区分領域において経時変化する重心を繋いだ曲線である重心変位曲線を作成するものである。表示制御手段３７は、重心変位曲線を表示することが可能である。重心算出手段３８は、肺野を左右に二区分した区分領域を設定して区分領域におけるインピーダンス分布の重心を求め、表示制御手段３７は、上記重心を表示するものであっても良い。
以上のように構成された電気的インピーダンス測定装置において色インピーダンス分布図を表示するときには、例えば図６に示されるフローチャートのように動作するので、これを説明する。まず、複数の電極１１１〜１１ｎが、生体の胸部周囲に貼着され、測定のスタートとなる。ペア電極を選択して電流を印加し、電流を印加していないペア電極から電位を得て、次々に電位を得る電極を変更して電位測定を行い、電流を印加していないペア電極の全てからの電位測定が終了すると、電流を印加するペア電極を変更し、以下同様に電位測定を行う。この様にして全ての電極のペアについて電流印加が行われ、これに対応する電位測定が全て終わるまで測定を続ける。これにより、一連の電位測定を終了する（Ｓ１１）。
次に、印加した電流と測定された電位に基づき公知の変換テーブルを用いてメッシュ毎のインピーダンスを求める（Ｓ１２）。更に、上記のメッシュ毎のインピーダンスを用いて、区分領域毎に、インピーダンス値をＮ（整数）階層に分けて区分領域内における列方向（腹側から背側まで）のインピーダンス分布のヒストグラムを求める（Ｓ１３）。次に区分領域毎に、ヒストグラムの振幅を対応する色により置き換えた色インピーダンス分布図を作成し（Ｓ１４）、作成した色インピーダンス分布図を表示する（Ｓ１５）。
ステップＳ１５における動作において、図２の区分領域Ａと図３の区分領域ＡＲ、ＡＬについて色インピーダンス分布図を時系列にトレンド表示した例を図７に示す。この表示は一画面に行っても良く、また、図２の区分領域Ａと図３の区分領域ＡＲ、ＡＬを選択的に別の一画面に表示しても良い。各領域において図の上側ほどインピーダンスが低く、図の下側ほどインピーダンスが高い。インピーダンスが高いほど含気の多い状態であるから、図の下側が白色乃至赤色であるほど含気が多いと判定できる。このように色インピーダンス分布図のトレンド表示を目視することにより、腹側から背側における含気の広がりを適切に直観的に把握し得るものである。
また、上記電気的インピーダンス測定装置において重心変位曲線を表示するときには、例えば図８に示されるフローチャートのように動作するので、これを説明する。ステップＳ１２までは、色インピーダンス分布図を表示する図６のフローチャートと同様である。ステップＳ１２の次に、全領域におけるメッシュ毎のインピーダンスを用いて、区分領域毎に、インピーダンス分布の重心を求める（Ｓ２１）。次に上記ステップＳ２１において求めた各区分領域の重心を高さ（振幅）としてプロットし、重心を時系列に繋いで曲線である重心変位曲線を作成し（Ｓ２２）、作成した重心変位曲線を表示する（Ｓ２３）。
例えば、ステップＳ２１において、図９のように腹側から背側にかけての一列がっメッシュとすると、一つの区分領域についてインピーダンス分布の重心(黒点で示す)が時系列的に求められる。すると、これらの重心を経時的に繋いで図１０のような重心変位曲線ｌを作成することができる。表示制御手段３７は、上記で作成された重心変位曲線ｌを表示部３３へ表示するものである。このとき、表示制御手段３７は図１０に示すように、重心変位曲線ｌをＥＩＴ画像と共に表示することができる。また、図７においては、重心変位曲線が時間軸方向に一本の線により表示されており、色インピーダンス分布図の時系列方向のトレンド表示と共に表示しても良い。図１０の表示によって、ＥＩＴ画像から胸部における腹側から背側にかけて含気状態を把握でき、且つ重心変位曲線ｌによって腹側から背側にかけてインピーダンスの重心がどのように経時変位しており、含気状態がどのように変動しているかを適切に直観的に把握し得るものである。
２０ 電位測定部
２１ 電流印加部
２２ 測定部
２３ 電極選択部
２４ 制御部
３０ コンピュータ部
３１ 制御装置
３２ 入力部
３３ 表示部
３４ インピーダンス取得手段
３５ ヒストグラム生成手段
３６ 作成手段
３７ 表示制御手段
３８ 重心算出手段
３９ 曲線生成手段
１１１-１１ｎ 電極
２１ 電流印加部
２２ 測定部
２３ 電極選択部
２４ 制御部
３０ コンピュータ部
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３２ 入力部
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３４ インピーダンス取得手段
３５ ヒストグラム生成手段
３６ 作成手段
３７ 表示制御手段
３８ 重心算出手段
３９ 曲線生成手段
１１１-１１ｎ 電極
Claims (10)
- 生体の胸部周囲に貼着された複数の電極と、
前記電極のいずれかに電流を印加すると共に他の電極によって電位を測定する処理を、電流を印加する電極を変更しながら全電極について行う電位測定手段と、
前記印加された電流と前記電位測定手段により得られた電位に基づき、胸部断面領域をメッシュ化した各メッシュのインピーダンスを求めるインピーダンス取得手段と、
前記胸部断面領域に腹側から背側までを含む１以上の区分領域を設定してこの区分領域におけるインピーダンス分布のヒストグラムを求めるヒストグラム生成手段と、
前記ヒストグラムの振幅を対応する色により置き換えた色インピーダンス分布図を作成する作成手段と、
を具備することを特徴とする電気的インピーダンス測定装置。 - ヒストグラム生成手段は、正規化したヒストグラムを求め、作成手段は前記正規化したヒストグラムの振幅を対応する色により置き換えた色インピーダンス分布図を作成することを特徴とする請求項１に記載の電気インピーダンス測定装置。
- 色インピーダンス分布図を表示する表示制御手段を具備することを特徴とする請求項１または２に記載の電気的インピーダンス測定装置。
- 表示制御手段は、更に、インピーダンス分布のヒストグラムを表示することを特徴とする請求項３に記載の電気的インピーダンス測定装置。
- 表示制御手段は、色インピーダンス分布図を時間軸方向に並べて表示することを特徴とする請求項３または４に記載の電気的インピーダンス測定装置。
- ヒストグラム生成手段は、肺野を左右に二区分した区分領域を設定して区分領域におけるインピーダンス分布のヒストグラムを求め、
作成手段は、前記インピーダンス分布のヒストグラムの振幅を対応する色により置き換えた色インピーダンス分布図を作成する
ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の電気的インピーダンス測定装置。 - 区分領域におけるインピーダンス分布の重心を求める重心算出手段を具備し、
表示制御手段は前記重心を表示する
ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の電気的インピーダンス測定装置。 - 区分領域において経時変化するインピーダンス分布の重心を繋いだ重心変位曲線を作成する曲線作成手段を具備し、
表示制御手段は、前記重心変位曲線を表示すること
を特徴とする請求項1乃至７のいずれか１項に記載の電気的インピーダンス測定装置。 - 重心算出手段は、更に、肺野を左右に二区分した区分領域を設定して区分領域におけるインピーダンス分布の重心を求め、
表示制御手段は、前記重心を表示すること
を特徴とする請求項７または８に記載の電気的インピーダンス測定装置。 - 曲線作成手段は、肺野を左右に二区分した区分領域を設定して区分領域において経時変化するインピーダンス分布の重心を繋いだ重心変位曲線を求め、 表示制御手段は、前記重心変位曲線を表示すること
を特徴とする請求項８または９に記載の電気的インピーダンス測定装置。
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