JP6484787B2 - 診断支援装置及びコンピュータプログラム - Google Patents

Description

本発明は、血管の閉塞に関する診断を支援するための診断支援装置、診断支援方法、及びコンピュータプログラムに関する。

肺高血圧症の原因には肺動脈閉塞と心室中隔欠損とがあり、これらを弁別することが臨床上重要である。従来の弁別方法は、肺高血圧症の患者（被験者）の心臓にカテーテルを挿入して右心室の血液サンプルを抽出し、血中酸素濃度を測定することにより、医師が心室中隔欠損の有無を判断し、心室中隔欠損でなければ肺動脈閉塞と判断していた。また、非特許文献１には、心エコー検査と肺血圧抵抗（Pulmonary Vascular Resistance:PVR）の測定値とを用いて、肺高血圧症を評価する方法が記載されている。

キンバリー・B・ウレット(Kimberly B. Ulett)、トーマス・H・マーウィック(Thomas H. Marwick)著、"Incorporation of Pulmonary Vascular Resistance Measurement into Standard Echocardiography:Implications for Assessment of Pulmonary"、エコカーディオグラフィー：ア・ジャーナル・オブ・ＣＶウルトラサウンド・アンド・アライド・テック(ECHOCARDIOGRAPHY: A Jrnl. of CV Ultrasound & Allied Tech.)、ブラックウェル・パブリッシング・インコーポレーテッド(Blackwell Publishing, Inc.)、２００７年、第２４巻(Vol.24)、第１０号(No.10)、ｐ．１０２０−１０２２

上述した従来の方法では、血管の閉塞を正確に評価することはできない。

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、その主たる目的は、上記課題を解決することができる診断支援装置、診断支援方法、及びコンピュータプログラムを提供することにある。

上述した課題を解決するために、本発明の一の態様の診断支援装置は、被験者の血圧脈波の位相を反映する第１位相情報を取得する第１位相情報取得部と、前記被験者の血流速の位相を反映する第２位相情報を取得する第２位相情報取得部と、前記第１位相情報取得部によって取得された前記第１位相情報と、前記第２位相情報取得部によって取得された前記第２位相情報とによって得られる前記血圧脈波と前記血流速との位相差に基づき、血管の閉塞に関する診断支援情報を生成する生成部と、前記生成部によって生成された前記診断支援情報を出力する出力部と、を備える。

この態様において、前記第１位相情報取得部及び前記第２位相情報取得部は、前記被験者の血管の同一箇所において前記第１位相情報及び前記第２位相情報を取得するように構成されていてもよい。

上記態様において、前記第１位相情報取得部は、前記被験者の血管の一の箇所における前記第１位相情報を取得するように構成されており、前記第２位相情報取得部は、前記一の箇所とは異なる箇所であって、且つ、前記一の箇所からの距離が１ｍ未満の箇所における前記第２位相情報を取得するように構成されていてもよい。

上記態様において、前記第１位相情報取得部は、所定期間において前記被験者の血圧脈波を連続測定することによって得られた測定値を前記第１位相情報として取得するように構成されており、前記第２位相情報取得部は、前記所定期間において前記被験者の血流速を連続測定することによって得られた測定値を前記第２位相情報として取得するように構成されていてもよい。

上記態様において、前記診断支援装置は、前記被験者の血管に挿入されるカテーテルと、前記カテーテルの先端に取り付けられ、前記血管の内部に配置される圧力センサと、前記カテーテルの先端に取り付けられ、前記血管の内部に配置される流速センサと、をさらに備え、前記第１位相情報取得部は、前記圧力センサによる前記被験者の血圧脈波の測定値を取得するように構成されており、前記第２位相情報取得部は、前記流速センサによる前記被験者の血流速の測定値を取得するように構成されていてもよい。

上記態様において、前記第１位相情報取得部は、前記被験者の血管壁の拡張収縮の位相を反映した情報を前記第１位相情報として取得するように構成されており、前記第２位相情報取得部は、前記被験者の心臓の拍出速度の位相を反映した情報を前記第２位相情報として取得するように構成されていてもよい。

上記態様において、前記第１位相情報取得部は、前記被験者の血管壁の拡張収縮の位相を反映した情報を前記第１位相情報として取得するように構成されており、前記第２位相情報取得部は、前記被験者の心室の拡張収縮の位相を反映した情報を前記第２位相情報として取得するように構成されていてもよい。

上記態様において、前記第１位相情報取得部は、前記被験者の血管壁の動画像に基づいて、前記第１位相情報を取得するように構成されており、前記第２位相情報取得部は、前記被験者の心臓の動画像に基づいて、前記第２位相情報を取得するように構成されていてもよい。

上記態様において、前記第１位相情報取得部は、超音波測定により得られた前記被験者の血管壁の動画像に基づいて、前記第１位相情報を取得するように構成されており、前記第２位相情報取得部は、超音波測定により得られた前記被験者の心臓の動画像に基づいて、前記第２位相情報を取得するように構成されていてもよい。

上記態様において、前記生成部は、前記血管の閉塞度を示す前記診断支援情報を生成するように構成されていてもよい。

上記態様において、前記第１位相情報取得部は、肺動脈における血圧脈波の位相を反映する前記第１位相情報を取得するように構成されており、前記第２位相情報取得部は、肺動脈における血流速の位相を反映する前記第２位相情報を取得するように構成されており、前記生成部は、肺動脈閉塞に関する前記診断支援情報を生成するように構成されていてもよい。

本発明の一の態様のコンピュータプログラムは、血管の閉塞に関する診断支援をコンピュータが行うためのコンピュータプログラムであって、被験者の血圧脈波の位相を反映する第１位相情報を取得するステップと、前記被験者の血流速の位相を反映する第２位相情報を取得するステップと、取得された前記第１位相情報と、取得された前記第２位相情報とによって得られる前記血圧脈波と前記血流速との位相差に基づき、血管の閉塞に関する診断支援情報を生成するステップと、生成された前記診断支援情報を出力するステップと、を前記コンピュータに実行させる。

本発明によれば、血管の閉塞を正確に評価することが可能となる。

実施の形態１に係る診断支援装置の構成を示す模式図。 データ処理部の構成を示すブロック図。 肺動脈の構成を模式的に示す図。 血管閉塞評価処理の手順を示すフローチャート。 血圧脈波及び血流速の位相角と血管の閉塞度との関係を示すグラフ。 診断支援情報の表示画面例を示す図。 実験モデルの構成を示す図。 両端を開放した場合の分岐手前の評価点における圧力及び流速の数値演算結果を示すグラフ。 両端を開放した場合の分岐後の一方の評価点における圧力及び流速の数値演算結果を示すグラフ。 両端を開放した場合の分岐後の他方の評価点における圧力及び流速の数値演算結果を示すグラフ。 両端を開放した場合の分岐手前の評価点における圧力及び流速の実測値を示すグラフ。 両端を開放した場合の分岐後の一方の評価点における圧力及び流速の実測値を示すグラフ。 両端を開放した場合の分岐後の他方の評価点における圧力及び流速の実測値を示すグラフ。 一端を閉塞し、他端を開放した場合の分岐手前の評価点における圧力及び流速の数値演算結果を示すグラフ。 一端を閉塞し、他端を開放した場合の分岐後の一方の評価点における圧力及び流速の数値演算結果を示すグラフ。 一端を閉塞し、他端を開放した場合の分岐後の他方の評価点における圧力及び流速の数値演算結果を示すグラフ。 一端を閉塞し、他端を開放した場合の分岐手前の評価点における圧力及び流速の実測値を示すグラフ。 一端を閉塞し、他端を開放した場合の分岐後の一方の評価点における圧力及び流速の実測値を示すグラフ。 一端を閉塞し、他端を開放した場合の分岐後の他方の評価点における圧力及び流速の実測値を示すグラフ。 実施の形態２に係る診断支援装置及びその周辺の構成を示す模式図。 実施の形態２に係る診断支援装置の構成を示すブロック図。 血管閉塞評価処理の手順を示すフローチャート。

以下、本発明の好ましい実施の形態を、図面を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
＜診断支援装置の構成＞
図１は、実施の形態１に係る診断支援装置の構成を示す模式図である。図１に示すように、診断支援装置１００は、カテーテル１０と、圧力センサ１１と、流速センサ１２と、信号処理部２０と、データ処理部３０とを備えている。

カテーテル１０の先端に、小型の圧力センサ１１及び流速センサ１２が取り付けられている。カテーテル１０は、被験者の肺大動脈に経皮的に挿入される。圧力センサ１１及び流速センサ１２は、信号処理部２０に接続されている。圧力センサ１１は、肺大動脈における血圧脈波を測定し、測定値を信号処理部２０に出力する。流速センサ１２は、肺大動脈における血流速を測定し、測定値を信号処理部２０に出力する。圧力センサ１１と流速センサ１２とは、圧力脈波と血流速とをそれぞれ同時に測定する。

信号処理部２０は、データ処理部３０に接続されている。信号処理部２０は、圧力センサ１１及び流速センサ１２の出力信号を処理し、デジタル信号としてデータ処理部３０に出力する。

図２は、データ処理部３０の構成を示すブロック図である。データ処理部３０は、コンピュータ３によって実現される。図２に示すように、コンピュータ３は、本体３１と、入力部３２と、表示部３３とを備えている。本体３１は、ＣＰＵ３１１、ＲＯＭ３１２、ＲＡＭ３１３、ハードディスク３１４、入出力インタフェース３１５、及び画像出力インタフェース３１６を備えており、ＣＰＵ３１１、ＲＯＭ３１２、ＲＡＭ３１３、ハードディスク３１４、入出力インタフェース３１５、及び画像出力インタフェース３１６は、バスによって接続されている。

ＣＰＵ(Central Processing Unit)３１１は、ＲＡＭ３１３にロードされたコンピュータプログラムを実行することが可能である。診断支援用のコンピュータプログラム３１０をＣＰＵ３１１が実行することにより、コンピュータ３がデータ処理部３０として機能する。

コンピュータプログラム３１０は、肺動脈の血管閉塞度を演算し、診断支援情報を出力するためのものである。

ＲＯＭ(Read Only Memory)３１２には、ＣＰＵ３１１に実行されるコンピュータプログラム及びこれに用いるデータ等が記録されている。

ＲＡＭ(Random Access Memory)３１３は、ハードディスク３１４に記録されているコンピュータプログラム３１０の読み出しに用いられる。また、ＣＰＵ３１１がコンピュータプログラムを実行するときに、ＣＰＵ３１１の作業領域として利用される。

ハードディスク３１４は、オペレーティングシステム及びアプリケーションプログラム等、ＣＰＵ３１１に実行させるための種々のコンピュータプログラム及び当該コンピュータプログラムの実行に用いられるデータがインストールされている。コンピュータプログラム３１０も、このハードディスク３１４にインストールされている。

入出力インタフェース３１５は、例えばUSB，IEEE1394，又はRS-232C等のシリアルインタフェース、SCSI，IDE，又は IEEE1284等のパラレルインタフェース等から構成されている。入出力インタフェース３１５には、キーボード及びマウスからなる入力部３２が接続されており、ユーザが当該入力部３２を使用することにより、コンピュータ３にデータを入力することが可能である。また、入出力インタフェース３１５には、信号処理部２０が接続されている。

画像出力インタフェース３１６は、ＬＣＤ(Liquid Crystal Display)またはＣＲＴ(Cathode Ray Tube)等で構成された表示部３３に接続されており、ＣＰＵ３１１から与えられた画像データに応じた映像信号を表示部３３に出力するようになっている。表示部３３は、入力された映像信号にしたがって、画像（画面）を表示する。

＜血管の閉塞に関する評価の原理＞
以下、診断支援装置１００による血管の閉塞に関する評価原理について説明する。

血管脈波の伝搬において、脈波圧力変動をｐ（ｔ）、血流速変動をｕ（ｔ）、両者の比をインピーダンスｚとすると、次式が成り立つ。

インピーダンスｚは圧力と流速変動の評価点、即ち、血圧脈波及び血流速の測定位置から、血流方向下流側の閉塞状況に関する条件であり、管路末端の境界条件が含まれる。

管路末端が無反射端の場合、次式が成り立つ。

ここで、ρは血液の密度、ｃは脈波の伝搬速度を表す。

無反射端の場合、インピーダンスｚは実数である。血管に閉塞のない健常者では、血管が末梢に向かって細分化されていき、粘性による血管壁と血液との摩擦によって反射波が戻ってこない。したがって、閉塞が生じていない血管については、境界条件が無反射に近くなる。

一方、末端が完全に閉塞した管路では、圧力波及び流速変動の両方が端部で反射して上流側に伝わる。かかる閉塞した血管では、閉塞により血流がなくなり、さらに閉塞部での反射により局所的に逆流が生じる。評価点から末端までの距離をＬとすると、インピーダンスｚは次式で表される。

ここで、ωは角速度を表す。脈波の周波数をｆ［Ｈｚ］とすると、ω＝２πｆの関係にある。完全閉塞の場合、インピーダンスｚは純虚数となる。

健常者、即ち管路が無反射端の場合、インピーダンスｚは実数であり、血圧脈波と血流速変動とは同位相、即ち位相差が０度となる。完全閉塞の場合、インピーダンスｚは純虚数であり、血圧脈波と血流速変動とには９０度の位相差が生じる。一部閉塞の場合、閉塞の程度に応じて０度と９０度との間の値を取る。

以上より、血管の同一点（評価点）で脈波圧力変動ｐ（ｔ）と血流速変動ｕ（ｔ）とを同時測定し、両者の位相差を調べることで、評価点より血流方向下流側の血管の閉塞状況を評価することができる。なお、位相特性がそろった計測器により、脈波圧力変動ｐ（ｔ）の計測器と、血流速変動ｕ（ｔ）とを測定することが好ましい。

＜診断支援装置の動作＞
本診断支援装置を使用する場合、医師が被験者の内頸静脈から肺動脈にカテーテル１０を挿入する。カテーテル１０の先端が位置する部位における血圧脈波が圧力センサ１１によって検出され、同一部位における血流速が流速センサ１２によって検出される。

医師は、肺動脈の閉塞を評価したい部位に応じて、カテーテル１０を挿入する位置、即ち、圧力センサ１１及び流速センサ１２を配置する評価点を選択することができる。図３は、肺動脈の構成を模式的に示す図である。肺動脈は、心臓に繋がる主肺動脈から血流方向下流側に向かって、右肺動脈と左肺動脈とに分岐し、さらに右肺動脈が上葉肺動脈と中葉肺動脈と下葉肺動脈とに分岐し、左肺動脈が上葉肺動脈と下葉肺動脈とに分岐する。

上述したように、評価点から血流方向下流側の閉塞状況を評価することができる。したがって、医師は、肺動脈全体を評価したい場合には、主肺動脈中の評価点４０を選択すればよく、肺全体を評価したい場合には、主肺動脈中の評価点４０を選択すればよく、右肺全体を評価したい場合には、右肺動脈中の評価点４１を選択すればよく、左肺全体を評価したい場合には、左肺動脈中の評価点４２を選択すればよく、右上葉、右中葉、右下葉の何れかを評価したい場合には、右肺の上葉肺動脈中の評価点４３、中葉肺動脈中の評価点４４、下葉肺動脈中の評価点４５の何れかを選択すればよく、左上葉、左下葉の何れかを評価したい場合には、左肺の上葉肺動脈中の評価点４６、下葉肺動脈中の評価点４７の何れかを選択すればよい。

圧力センサ１１は、所定期間（例えば、１分間）の血圧脈波を連続測定し、測定信号を出力する。流速センサ１２は、圧力センサ１１と同一期間の血流速を連続測定し、測定信号を出力する。信号処理部２０は、測定信号のノイズを除去し、Ａ／Ｄ変換を行って、血圧脈波及び血流速の時系列データを出力する。

図４は、データ処理部３０における血管閉塞評価処理の手順を示すフローチャートである。

ＣＰＵ３１１は、信号処理部２０から出力された血圧脈波データを第１位相情報として取得し（ステップＳ１０１）、血流速データを第２位相情報として取得する（ステップＳ１０２）。

次に、ＣＰＵ３１１は、血圧脈波データから血圧脈波の位相を抽出し、血流速データから血流速の位相を抽出する（ステップＳ１０３）。この処理では、フーリエ変換、ヒルベルト変換等の公知の周波数解析手法を用いることができる。

次に、ＣＰＵ３１１は、血圧脈波と血流速との位相差を算出する（ステップＳ１０４）。

次に、ＣＰＵ３１１は、位相差から血管の閉塞度の推定値を診断支援情報として生成する（ステップＳ１０５）。

図５は、血圧脈波及び血流速の位相角と血管の閉塞度との関係を示すグラフである。図５に示すように、位相差と閉塞度とは一対一に対応する。この対応関係は、予めハードディスク３１４に記憶されている。この場合、ステップＳ１０５では、ＣＰＵ３１１が、ハードディスク３１４に記憶された対応関係のデータを参照し、位相差から血管の閉塞度を推定する。

再び図４を参照する。次に、ＣＰＵ３１１は、生成した診断支援情報を表示部３３に出力し（ステップＳ１０６）、処理を終了する。

図６は、診断支援情報の表示画面例を示す図である。図６に示すように、表示部３３には、診断支援情報として血管の閉塞度の推定値５１を含む画面５０が表示される。これにより、医師は、被験者の肺動脈の閉塞度の推定値を得ることができ、この推定値を用いて肺高血圧症の診断を行うことができる。また、診断支援装置１００で得られる肺動脈の閉塞状況に関する診断支援情報は、肺高血圧症を生じる疾患である特発性肺高血圧症、慢性肺動脈塞栓症、膠原病、慢性肺線維症の診断に有用である。

＜診断支援装置の性能評価＞
発明者らは、実施の形態１に係る診断支援装置１００の性能を評価するための実験を行った。以下、性能評価実験について説明する。

発明者らは、肺動脈を模した実験モデルを用いて実験を行った。図７は、実験モデルの構成を示す図である。実験モデル６０は、分岐点６３において二股に分かれるシリコンチューブによって構成されている。シリコンチューブは、血管と同様に柔軟性を有する。分岐した先の両端６１，６２では、閉塞したり開放したりすることによって境界条件を変更可能とされている。また、実験モデル６０の管路の分岐側とは反対側の端部６４には、ピストン６５が挿入される。分岐点６３と端部６４との中間位置に置いても管路が分岐しており、分岐先の端部６６がセンサ投入口とされる。実験モデルの大きさは、図示の寸法どおりである（単位はｍｍ）。

実験では、シミュレーションモデルを用いた数値演算と、上記の実験モデルを用いた実測実験とを実施した。シミュレーションモデルでは、実験モデルと同様の構成の管路を数式により表現したシミュレーションモデルをコンピュータで構築し、数値演算を行った。実測実験では、上述した実験モデル６０に粘性のある液体を充填し、ピストン６５によって端部６４側を加振させ、分岐手前の評価点６７１と、分岐後の一方の評価点６７２と、分岐後の他方の評価点６７３とのそれぞれにおいて、圧力及び流速を測定した。数値演算及び実測実験の両方において、「両端を開放した場合」、「一端を閉塞し、他端を開放した場合」のそれぞれの境界条件について、実験を行った

［両端を開放した場合］
開放した端部は、無反射端に相当する。図８Ａは、分岐手前の評価点６７１における圧力及び流速の数値演算結果を示すグラフであり、図８Ｂは、分岐後の一方の評価点６７２における圧力及び流速の数値演算結果を示すグラフであり、図８Ｃは、分岐後の他方の評価点６７３における圧力及び流速の数値演算結果を示すグラフである。各図において、縦軸は正規化した圧力及び流速のレベルを、横軸は時間を示す。

図８Ａ乃至図８Ｃに示すように、圧力の波形と流速の波形は完全に一致し、１つの波形として表れている。つまり、両端を開放した場合、全ての評価点６７１，６７２，６７３において、数値演算された圧力と流速の波形の位相がそろっていた。

図９Ａは、分岐手前の評価点６７１における圧力及び流速の実測値を示すグラフであり、図９Ｂは、分岐後の一方の評価点６７２における圧力及び流速の実測値を示すグラフであり、図９Ｃは、分岐後の他方の評価点６７３における圧力及び流速の実測値を示すグラフである。各図において、縦軸は正規化した圧力及び流速のレベルを、横軸は時間を示す。また、実線は圧力を、破線は流速を示す。

図９Ａに示すように、両端を開放した場合、評価点６７１において、実測された圧力と流速の波形の位相がそろっていた。また、図９Ｂ、図９Ｃに示すように、評価点６７２における実測値、及び評価点６７３における実測値についても、評価点６７１と同様の傾向が見られた。

［一端を閉塞し、他端を開放した場合］
閉塞した端部は、剛壁に相当する。図１０Ａは、分岐手前の評価点６７１における圧力及び流速の数値演算結果を示すグラフであり、図１０Ｂは、分岐後の一方の評価点６７２における圧力及び流速の数値演算結果を示すグラフであり、図１０Ｃは、分岐後の他方の評価点６７３における圧力及び流速の数値演算結果を示すグラフである。各図において、縦軸は正規化した圧力及び流速のレベルを、横軸は時間を示す。また、実線は圧力を、破線は流速を示す。

図１０Ａに示すように、分岐先の一端を閉塞し、他端を開放した場合には、分岐手前の評価点６７１において、数値演算された圧力及び流速の位相が少しずれていた。また、図１０Ｂに示すように、閉塞側の評価点６７２において、数値演算された圧力及び流速の位相差は９０度であった。その一方、図１０Ｃに示すように、開放側の評価点６７３においては、圧力の波形と流速の波形が完全に一致し、１つの波形として表れている。つまり、数値演算された圧力と流速の波形の位相がそろっていた。

図１１Ａは、分岐手前の評価点６７１における圧力及び流速の実測値を示すグラフであり、図１１Ｂは、分岐後の一方の評価点６７２における圧力及び流速の実測値を示すグラフであり、図１１Ｃは、分岐後の他方の評価点６７３における圧力及び流速の実測値を示すグラフである。各図において、縦軸は正規化した圧力及び流速のレベルを、横軸は時間を示す。また、実線は圧力を、破線は流速を示す。

図１１Ａに示すように、分岐先の一端を閉塞し、両端を開放した場合、評価点６７１において、実測された圧力と流速の波形の位相がすこしずれていた。また、図１１Ｂに示すように、閉塞側の評価点６７２における実測値については、圧力及び流速の位相が大きくずれていた。その一方で、図１１Ｃに示すように、開放側の評価点６７３における実測値については、圧力及び流速の位相がそろっていた。

以上のように、数値演算結果と実測結果とがよく一致しており、圧力及び流速の位相差によって、下流側の閉塞状況を十分に評価可能であることがわかった。

＜臨床実験＞
複数の被験者の主肺動脈、右肺動脈、及び左肺動脈のそれぞれにおいて、血圧脈波と血流速とを測定し、位相角を調べる実験を行った。実験では、被験者の血圧脈波及び血流速を測定した期間を１０に分割し、分割された各期間で位相角を求めた。

被験者１についての解析結果を下表に示す。左の表は、右肺動脈における血圧脈波と血流速との位相角を示し、中央の表は、主肺動脈における血圧脈波と血流速との位相角を示し、右の表は、左肺動脈における血圧脈波と血流速との位相角を示す。以下において、「番号」とは、分割された期間の番号である。

解析の結果、被験者１については、右肺動脈、主肺動脈、左肺動脈の何れについても、血圧脈波と血流速との位相差がほとんどなかった。したがって、被験者１の肺動脈は正常であり、狭窄はないと推定される。

被験者２についての解析結果を下表に示す。左の表は、右肺動脈における血圧脈波と血流速との位相角を示し、中央の表は、主肺動脈における血圧脈波と血流速との位相角を示し、右の表は、左肺動脈における血圧脈波と血流速との位相角を示す。

解析の結果、被験者２については、右肺動脈における血圧脈波と血流速との位相角が約３２度であり、左肺動脈における血圧脈波と血流速との位相角が約２２度であった。また、主肺動脈における血圧脈波と血流速との位相角はばらつきが大きかった。右肺動脈及び左肺動脈における位相差が大きく、このことから、被験者２の肺動脈はかなり狭窄していると推定される。

被験者３についての解析結果を下表に示す。左の表は、右肺動脈における血圧脈波と血流速との位相角を示し、中央の表は、主肺動脈における血圧脈波と血流速との位相角を示し、右の表は、左肺動脈における血圧脈波と血流速との位相角を示す。

解析の結果、被験者３については、右肺動脈における位相角が約１５度、主肺動脈における位相角が約２１度、左肺動脈における位相角が約２６度であった。このことから、被験者３の肺動脈はかなり狭窄していると推定される。

被験者４についての解析結果を下表に示す。左の表は、右肺動脈における血圧脈波と血流速との位相角を示し、中央の表は、主肺動脈における血圧脈波と血流速との位相角を示し、右の表は、左肺動脈における血圧脈波と血流速との位相角を示す。

解析の結果、被験者４については、右肺動脈における位相角が約５９度であり、主肺動脈における位相角が約５０度であり、左肺動脈における位相角が約６５度であった。それぞれの位相差は非常に大きく、被験者３の肺動脈の閉塞度は非常に高いと推定される。

（実施の形態２）
＜診断支援装置の構成＞
図１２は、実施の形態２に係る診断支援装置及びその周辺の構成を示す模式図である。図１２に示すように、診断支援装置２００は、２つの超音波測定装置３００及び４００のそれぞれと接続される。

超音波測定装置３００及び４００は、医療用の超音波検査装置である。超音波測定装置３００は、超音波プローブ３０１と、データ解析部３０２とを備え、超音波測定装置４００は、超音波プローブ４０１と、データ解析部４０２とを備える。超音波プローブ３０１及び４０１は、被験者の身体に当てて使用される。超音波プローブ３０１及び４０１は、被験者の身体に当接された状態で超音波を発生させ、反射した超音波を受信し、画像データを生成する。画像データは、データ解析部３０２及び４０２に出力され、画像処理が施された後、データ解析部３０２及び４０２に設けられた表示部に動画像として表示される。

図１３は、診断支援装置２００の構成を示すブロック図である。診断支援装置２００は、コンピュータ２０１によって実現される。図１３に示すように、コンピュータ２０１は、本体２１０と、入力部２２０と、表示部２３０とを備えている。本体２１０は、ＣＰＵ２１１、ＲＯＭ２１２、ＲＡＭ２１３、ハードディスク２１４、入出力インタフェース２１５、及び画像出力インタフェース２１６を備えており、ＣＰＵ２１１、ＲＯＭ２１２、ＲＡＭ２１３、ハードディスク２１４、入出力インタフェース２１５、及び画像出力インタフェース２１６は、バスによって接続されている。

ＣＰＵ２１１は、ＲＡＭ２１３にロードされたコンピュータプログラムを実行することが可能である。診断支援用のコンピュータプログラム２４０をＣＰＵ２１１が実行することにより、コンピュータ２０１が診断支援装置２００として機能する。

コンピュータプログラム２４０は、肺動脈の血管閉塞度を演算し、診断支援情報を出力するためのものである。

ＲＯＭ２１２には、ＣＰＵ２１１に実行されるコンピュータプログラム及びこれに用いるデータ等が記録されている。

ＲＡＭ２１３は、ハードディスク２１４に記録されているコンピュータプログラム２４０の読み出しに用いられる。また、ＣＰＵ２１１がコンピュータプログラムを実行するときに、ＣＰＵ２１１の作業領域として利用される。

ハードディスク２１４は、オペレーティングシステム及びアプリケーションプログラム等、ＣＰＵ２１１に実行させるための種々のコンピュータプログラム及び当該コンピュータプログラムの実行に用いられるデータがインストールされている。コンピュータプログラム２４０も、このハードディスク２１４にインストールされている。

入出力インタフェース２１５は、例えばUSB，IEEE1394，又はRS-232C等のシリアルインタフェース、SCSI，IDE，又は IEEE1284等のパラレルインタフェース等から構成されている。入出力インタフェース２１５には、キーボード及びマウスからなる入力部２２０が接続されており、ユーザが当該入力部２２０を使用することにより、コンピュータ２０１にデータを入力することが可能である。また、入出力インタフェース２１５には、超音波測定装置３００及び４００が接続されている。

画像出力インタフェース２１６は、ＬＣＤまたはＣＲＴ等で構成された表示部２３０に接続されており、ＣＰＵ２１１から与えられた画像データに応じた映像信号を表示部２３０に出力するようになっている。表示部２３０は、入力された映像信号にしたがって、画像（画面）を表示する。

＜血管の閉塞に関する評価の原理＞
以下、診断支援装置２００による血管の閉塞に関する評価原理について説明する。

脈波圧力変動ｐ（ｔ）が生じると、血管の半径も変化する。正圧の場合、血管は半径方向に拡張し、負圧の場合、血管は半径方向に収縮する。血管外径の時間変動をｄ（ｔ）とすると、次式が成り立つ。

ここで、Ｅは血管のヤング率、ｈは血管壁の厚さ、ａは血管の半径である。上式からわかるように、脈波圧力変動ｐ（ｔ）と血管外径の時間変動ｄ（ｔ）とは同相の関係にある。このため、脈波圧力変動ｐ（ｔ）に代えて、血管外壁の時間変動ｄ（ｔ）を用いることができる。つまり、血管外壁の時間変動ｄ（ｔ）は、血圧脈波の位相を反映しているといえる。

血流速変動ｕ（ｔ）は、心臓の拍動によって生じる。上述した血圧脈波の伝搬速度ｃは、健常者で１０ｍ／ｓ程度、動脈硬化の患者では１６ｍ／ｓ程度といわれている。ここで、伝搬速度ｃと周波数ｆと波長λとの間には、次式が成り立つ。

拍動の周期は一般的にｆ＝１［Ｈｚ］であり、伝搬速度はｃ＝１０［ｍ／ｓ］程度である。これより、周期が１［Ｈｚ］の脈波の波長は、λ＝１０［ｍ］となる。この結果から、心臓からの距離が１ｍ未満、特に２０ｃｍ未満の位置では、位相差を無視することができ、心臓拍出速度ｖ（ｔ）が、血管の計測点における血流速変動ｕ（ｔ）と同相として扱うことができる。したがって、血流速に代えて、心臓拍出速度ｖ（ｔ）を用いることができる。つまり、心臓拍出速度ｖ（ｔ）は、血流速の位相を反映しているといえる。

以上より、心臓拍出速度ｖ（ｔ）と血管壁の時間変動ｄ（ｔ）との位相差を観測することで、血管壁の時間変動ｄ（ｔ）の計測点より血流方向下流側の血管の閉塞度を評価することができる。つまり、無反射の場合（閉塞がない場合）、心臓拍出速度ｖ（ｔ）と血管壁の時間変動ｄ（ｔ）とは同相となり、完全閉塞の場合、心臓拍出速度ｖ（ｔ）と血管壁の時間変動ｄ（ｔ）との位相差は９０度となる。

また、心臓拍出速度ｖ（ｔ）に代えて、心臓の等価直径の時間変動Ｄ（ｔ）を用いることもできる。この場合、速度は変位を一回微分して求められるので、一般的に次式が成り立つ。

上式からわかるように、速度と変位との間には９０度の位相差が存在する。つまり、心心臓の等価直径の時間変動Ｄ（ｔ）は、血流速の位相を反映しているといえる。以上より、心臓等価直径の時間変動Ｄ（ｔ）と血管壁の時間変動ｄ（ｔ）との位相差を観測することで、血管壁の時間変動ｄ（ｔ）の計測点より血流方向下流側の血管の閉塞度を評価することができる。つまり、無反射の場合（閉塞がない場合）、心臓等価直径の時間変動Ｄ（ｔ）と血管壁の時間変動ｄ（ｔ）との位相差は９０度となり、完全閉塞の場合、心臓等価直径の時間変動Ｄ（ｔ）と血管壁の時間変動ｄ（ｔ）とは同相となる。

＜診断支援装置の動作＞
本診断支援装置を使用する場合、医師が被験者の胸部の２箇所に超音波プローブ３０１及び４０１を当て、心臓と肺動脈とを超音波測定する。心臓の動画像が超音波測定装置３００によって得られ、肺動脈の動画像が超音波測定装置４００によって得られる。

医師は、肺動脈の閉塞を評価したい部位に応じて、超音波プローブ４０１を当てる位置、即ち、血管壁の時間変動の計測位置（以下、「評価点」という）を選択することができる。上述したように、評価点から血流方向下流側の閉塞状況を評価することができる。評価点の選択については、実施の形態１と同様であるので、その説明を省略する。

超音波測定装置３００は、所定期間（例えば、１分間）、心臓の超音波測定を行い、同期間の心臓の動画像を得る。超音波測定装置４００は、超音波測定装置３００と同一期間、肺動脈の超音波測定を行い、同期間の肺動脈の動画像を得る。超音波測定装置３００及び４００のそれぞれは、診断支援装置２００に動画像のデータを出力する。

図１４は、診断支援装置２００における血管閉塞評価処理の手順を示すフローチャートである。

ＣＰＵ２１１は、超音波測定装置３００及び４００のそれぞれから出力された動画像データを受信する（ステップＳ２０１）。

次に、ＣＰＵ２１１は、肺動脈の動画像を解析し、肺動脈の血管壁の時間変動を第１位相情報として取得する（ステップＳ２０２）。ステップＳ２０２の処理では、評価点における血管像の幅を特定し、その幅の時間変動を血管壁の時間変動とすることができる。

次に、ＣＰＵ２１１は、心臓の動画像を解析し、心臓の等価直径の時間変動を第２位相情報として取得する（ステップＳ２０３）。ステップＳ２０３の処理では、心臓像の幅を特定し、その幅の時間変動を心臓の等価直径の時間変動とすることができる。また、心臓像における特定の２点を定め、その２点間の距離の時間変動を心臓の等価直径の時間変動とすることもできる。また、肺動脈は右心室に繋がっているため、右心室における特定の２点間の距離の時間変動を心臓の等価直径の時間変動としてもよい。さらに、心臓の右心室以外の部位における特定の２点間の距離の時間変動を心臓の等価直径の時間変動としてもよい。

次に、ＣＰＵ２１１は、肺動脈血管壁の時間変動データから肺動脈の血管壁の時間変動の位相を抽出し、心臓の等価直径の時間変動データから心臓の等価直径の時間変動の位相を抽出する（ステップＳ２０４）。この処理では、フーリエ変換、ヒルベルト変換等の公知の周波数解析手法を用いることができる。

次に、ＣＰＵ２１１は、肺動脈の血管壁の時間変動と心臓の等価直径の時間変動との位相差を算出する（ステップＳ２０５）。

次に、ＣＰＵ２１１は、位相差から血管の閉塞度の推定値を診断支援情報として生成する（ステップＳ２０６）。位相差と閉塞度とは一対一に対応する。この対応関係は、予めハードディスク２１４に記憶されている。この場合、ステップＳ２０６では、ＣＰＵ２１１が、ハードディスク２１４に記憶された対応関係のデータを参照し、位相差から血管の閉塞度を推定する。

次に、ＣＰＵ２１１は、生成した診断支援情報を表示部２３０に出力し（ステップＳ２０７）、処理を終了する。

以上のような構成により、診断支援装置２００では、非侵襲的に肺動脈の閉塞状況を評価することが可能となる。また、診断支援装置２００で得られる肺動脈の閉塞状況に関する診断支援情報は、肺高血圧症を生じる疾患である特発性肺高血圧症、慢性肺動脈塞栓症、膠原病、慢性肺線維症の診断に有用である。

（その他の実施の形態）
上記の実施の形態１及び２においては、肺動脈の閉塞状況を評価する構成について述べたが、これに限定されるものではない。肺動脈以外の血管の閉塞状況を評価することも可能である。この場合、実施の形態１に示した構成の診断支援装置１００では、評価したい血管部位より血流方向上流側に評価点を設定し、その評価点に圧力センサ１１及び流速センサ１２を配置すればよい。また、実施の形態２に示した構成の診断支援装置２００では、超音波測定装置３００によって心臓を超音波測定し、これと同時に、超音波測定装置４００によって評価点における血管を超音波測定すればよい。このようにすることで、閉塞性動脈硬化症、バージャー病、各種膠原病に伴うレイノー症状等の診断を支援することができる。

また、上記の実施の形態１及び２においては、評価点を１点設定する構成について述べたが、これに限定されるものではない。評価点を複数設定してもよい。例えば、超音波測定装置を３台以上、診断支援装置に接続し、１つの超音波測定装置によって心臓の超音波測定を行い、他の複数の超音波測定装置によって複数の評価点それぞれにおける血管の超音波測定を行う構成とすることができる。この結果、一方の評価点においては第１位相情報と第２位相情報との間に位相差があり、その評価点より血流方向下流側の他方の評価点においては位相差がない場合、一方の評価点と他方の評価点との間において閉塞が生じていると推定することができる。つまり、閉塞の位置を推定することができる。

また、上記の実施の形態１及び２においては、第１位相情報として、血圧脈波のデータ及び心臓の等価直径の時間変動のデータを用いる構成について述べたが、これらに限定されるものではない。血圧脈波の位相を反映した情報であれば、上記以外の情報を用いることも可能である。例えば、血圧脈波から位相成分を抽出した位相情報を用いることも可能である。

また、上記の実施の形態１及び２においては、第２位相情報として、血流速のデータ及び血管壁の時間変動のデータを用いる構成について述べたが、これらに限定されるものではない。血流速の位相を反映した情報であれば、上記以外の情報を用いることも可能である。例えば、血流速から位相成分を抽出した位相情報を用いることも可能であるし、心臓拍出速度を測定し、これを用いることも可能である。

また、上記の実施の形態１においては、圧力センサ１１によって血圧脈波を測定する構成について述べたが、これに限定されるものではない。評価点を腕又は脚の血管とする場合、カフを備える血圧計によって血圧脈波を測定する構成とすることも可能である。実施の形態２の構成で、超音波測定装置４００に代えて、カフを備える血圧計によって血圧脈波を測定し、診断支援装置によって、血管壁の時間変動の位相ではなく、血圧脈波の位相を取得するように構成してもよい。

また、上記の実施の形態２においては、超音波測定装置により心臓と血管の動画像を得る構成について述べたが、これに限定されるものではない。超音波測定以外の手段、例えば、Ｘ線による心臓血管造影によって、心臓と血管の動画像を得る構成であってもよい。

また、上記の実施の形態１及び２においては、診断支援情報として、血管の閉塞度の推定値を表示する構成について述べたが、これに限定されるものではない。血圧脈波及び血流速の位相差、又は血管壁の時間変動及び心臓の等価直径の時間変動の位相差から、閉塞の度合いを軽度、中度、重度のように多段階で推定し、推定結果を診断支援情報として表示する構成であってもよい。また、血圧脈波及び血流速の位相差、又は血管壁の時間変動及び心臓の等価直径の時間変動の位相差から、「肺高血圧症であると推定される」、「肺高血圧症でないと推定される」のように、肺高血圧症であるか否かを推定し、その推定結果を診断支援情報として表示する構成としてもよい。また、血圧脈波及び血流速の位相差、又は血管壁の時間変動及び心臓の等価直径の時間変動の位相差を、診断支援情報として表示する構成としてもよい。また、血圧脈波及び血流速の位相差、又は血管壁の時間変動及び心臓の等価直径の時間変動の位相差を把握することができるグラフを診断支援情報として表示する構成としてもよい。例えば、血圧脈波のグラフ及び血流速のグラフを一つの座標空間に重畳表示することで、位相差を把握可能に表示する構成としてもよい。

また、上記の実施の形態１及び２においては、表示部３３及び２３０に診断支援情報を表示する構成について述べたが、これに限定されるものではない。プリンタに診断支援情報を印刷することで、出力する構成とすることも可能である。

本発明の診断支援装置、診断支援方法、及びコンピュータプログラムは、血管の閉塞に関する診断を支援するための診断支援装置、診断支援方法、及びコンピュータプログラムとして有用である。

１００，２００ 診断支援装置
１０ カテーテル
１１ 圧力センサ
１２ 流速センサ
２０ 信号処理部
３０ データ処理部
３１０，２４０ コンピュータプログラム
３１１，２１１ ＣＰＵ
３１４，３１４ ハードディスク
３３，２３０ 表示部
３００，４００ 超音波測定装置

Claims (12)

1. 被験者の血圧脈波の位相を反映する第１位相情報を取得する第１位相情報取得部と、
   前記被験者の血流速の位相を反映する第２位相情報を取得する第２位相情報取得部と、
   前記第１位相情報取得部によって取得された前記第１位相情報と、前記第２位相情報取得部によって取得された前記第２位相情報とによって得られる前記血圧脈波と前記血流速との位相差に基づき、血管の閉塞に関する診断支援情報を生成する生成部と、
   前記生成部によって生成された前記診断支援情報を出力する出力部と、
   を備える、
   診断支援装置。
2. 前記第１位相情報取得部及び前記第２位相情報取得部は、前記被験者の血管の同一箇所において前記第１位相情報及び前記第２位相情報を取得するように構成されている、
   請求項１に記載の診断支援装置。
3. 前記第１位相情報取得部は、前記被験者の血管の一の箇所における前記第１位相情報を取得するように構成されており、
   前記第２位相情報取得部は、前記一の箇所とは異なる箇所であって、且つ、前記一の箇所からの距離が１ｍ未満の箇所における前記第２位相情報を取得するように構成されている、
   請求項１に記載の診断支援装置。
4. 前記第１位相情報取得部は、所定期間において前記被験者の血圧脈波を連続測定することによって得られた測定値を前記第１位相情報として取得するように構成されており、
   前記第２位相情報取得部は、前記所定期間において前記被験者の血流速を連続測定することによって得られた測定値を前記第２位相情報として取得するように構成されている、
   請求項１乃至３の何れかに記載の診断支援装置。
5. 前記被験者の血管に挿入されるカテーテルと、
   前記カテーテルの先端に取り付けられ、前記血管の内部に配置される圧力センサと、
   前記カテーテルの先端に取り付けられ、前記血管の内部に配置される流速センサと、
   をさらに備え、
   前記第１位相情報取得部は、前記圧力センサによる前記被験者の血圧脈波の測定値を取得するように構成されており、
   前記第２位相情報取得部は、前記流速センサによる前記被験者の血流速の測定値を取得するように構成されている、
   請求項４に記載の診断支援装置。
6. 前記第１位相情報取得部は、前記被験者の血管壁の拡張収縮の位相を反映した情報を前記第１位相情報として取得するように構成されており、
   前記第２位相情報取得部は、前記被験者の心臓の拍出速度の位相を反映した情報を前記第２位相情報として取得するように構成されている、
   請求項１乃至３の何れかに記載の診断支援装置。
7. 前記第１位相情報取得部は、前記被験者の血管壁の拡張収縮の位相を反映した情報を前記第１位相情報として取得するように構成されており、
   前記第２位相情報取得部は、前記被験者の心室の拡張収縮の位相を反映した情報を前記第２位相情報として取得するように構成されている、
   請求項１乃至３の何れかに記載の診断支援装置。
8. 前記第１位相情報取得部は、前記被験者の血管壁の動画像に基づいて、前記第１位相情報を取得するように構成されており、
   前記第２位相情報取得部は、前記被験者の心臓の動画像に基づいて、前記第２位相情報を取得するように構成されている、
   請求項７に記載の診断支援装置。
9. 前記第１位相情報取得部は、超音波測定により得られた前記被験者の血管壁の動画像に基づいて、前記第１位相情報を取得するように構成されており、
   前記第２位相情報取得部は、超音波測定により得られた前記被験者の心臓の動画像に基づいて、前記第２位相情報を取得するように構成されている、
   請求項８に記載の診断支援装置。
10. 前記生成部は、前記血管の閉塞度を示す前記診断支援情報を生成するように構成されている、
    請求項１乃至９の何れかに記載の診断支援装置。
11. 前記第１位相情報取得部は、肺動脈における血圧脈波の位相を反映する前記第１位相情報を取得するように構成されており、
    前記第２位相情報取得部は、肺動脈における血流速の位相を反映する前記第２位相情報を取得するように構成されており、
    前記生成部は、肺動脈閉塞に関する前記診断支援情報を生成するように構成されている、
    請求項１乃至９の何れかに記載の診断支援装置。
12. 血管の閉塞に関する診断支援をコンピュータが行うためのコンピュータプログラムであって、
    被験者の血圧脈波の位相を反映する第１位相情報を取得するステップと、
    前記被験者の血流速の位相を反映する第２位相情報を取得するステップと、
    取得された前記第１位相情報と、取得された前記第２位相情報とによって得られる前記血圧脈波と前記血流速との位相差に基づき、血管の閉塞に関する診断支援情報を生成するステップと、
    生成された前記診断支援情報を出力するステップと、
    を前記コンピュータに実行させる、
    コンピュータプログラム。

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