JPH04329938A - 血管弾性率測定用プローブ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、血管の径方向へ送波す
る超音波の受信までの時間と脈圧に基づき血管弾性率を
測定する血管弾性率測定用プローブ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】動脈硬化は加齢とともに若年より進行し
、老年期に至って各種疾患を引き起こすが、動脈硬化度
に関する定量的診断技術は未だ確立されておらず、早期
に動脈硬化の進行の程度を把握できる手法の開発が持た
れており、動脈硬化度を高精度に測定できる装置の開発
は極めて重要である。

【０００３】動脈硬化度は血管の硬さ、すなわち血管弾
性率によって評価するのが最も的確な評価法とされてお
り、これまでに種々の血管弾性率が提案されている。生
体下の非摘出血管では、その計測法はいずれも拍動性血
管内圧変化すなわち脈圧に対する血管径の変化率を測定
することが基本となっており、動脈硬化度が進行すれば
同一の脈圧でも拍動性径変化は少なくなり、硬化性変化
を知ることができる。種々ある血管弾性率の中でも、非
摘出血管の動脈硬化度を評価しえるものとしては、下記
の血管弾性率が頻用されている。ひとつは圧力弾性率Ｅ
ｐであり、脈圧をΔＰ、血管径をＤ、拍動性径変化をΔ
Ｄとすると、 Ｅｐ　＝ΔＰ／（ΔＤ／Ｄ）　　……（１）で定義され
ている。圧力弾性率Ｅｐ　は血管壁の材質的硬さのみな
らず、壁の厚みにも存在する弾性率であり、血管自体の
材質的硬さは評価できない。これを評価するには、さら
に血管壁の厚みを測定しヤング率を求める必要がある。 ヤング率が分かれば動脈硬化による硬化性変化が質的変
化あるいは壁厚のいずれに起因するかを明らかにできる
。このような血管壁ヤング率を与える血管弾性率として
従来より増分弾性率が提案されており、増分弾性率Ｅｉ
ｎｃ　は壁厚をｈとして良好な精度で、Ｅｉｎｃ　＝Ｅ
ｐ　・（１−σ２　）／（２ｈ／Ｄ）　　……（２） なる近似式で求められる。ここでσはポアソン比で血管
壁は０．５である。

【０００４】従来より、圧力弾性率Ｅｐ　を求めること
を目的として血管径Ｄ、拍動性径変化ΔＤを超音波を用
いて測定する手段が種々提案されている。

【０００５】例えば、特開平２−１０４３４０号公報で
は、図１２〜図１４に示すように、血管１内に挿入した
超音波プローブ２の先端周囲の対称な位置に配設した超
音波振動子３から周辺の血管壁へ超音波ビームを送波し
、血管内壁、血管外面からの反射波を受信するまでの時
間から上記超音波送受信手段３と上記血管内壁までの距
離χａ，χｃ、血管外面までの距離を求め、この各距離
データから血管径Ｄ（Ｄ＝χａ＋χｃ＋χ　　　　χ：
超音波プローブの径）、拍動性径変化ΔＤ、および、血
管壁厚ｈを求める。

【０００６】また、上記超音波プローブ２の先端面に設
けた圧力センサ４の動きをライトガイドファイバ５で検
出し、この検出値に基づき脈圧ΔＰを算出する。

【０００７】そして、上記（１）、（２）式に上記諸量
を代入し、圧力弾性率Ｅｐ　，増分弾性率Ｅｉｎｃ　を
求め、この圧力弾性率Ｅｐ　，増分弾性率Ｅｉｎｃ　か
ら、血管弾性率を算出する技術、および、図１５に示す
ように、超音波プローブ１の先端周囲に４個の超音波送
受信手段３を設け、血管径Ｄ、拍動性径変化ΔＤ、血管
壁厚ｈを４方向の距離測定により割出す技術が開示され
ている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上記先行技術によれば
、図１６に示すように超音波プローブ２が血管１内の一
方へ偏倚した位置に挿通された場合、例えば、４方向の
距離測定により血管径Ｄなどの諸量を割出そうとしても
、上記超音波プローブ２が血管１の中心に挿通されない
限り正確な測定値を得ることはできず、この諸量に基づ
いて算出した血管弾性率にも誤差が生じやすい。

【０００９】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
で、血管内のどの位置に超音波プローブがあっても、血
管径を正確に測定し、精度良く血管弾性率を求めること
のできる血管弾性率測定用プローブ装置を提供すること
を目的としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明による血管弾性率
測定用プローブ装置は、血管に挿入する超音波プローブ
の周囲の少なくとも３箇所の各々が異なる方向へ指向す
る超音波送受信手段と、上記超音波プローブに配置して
脈圧を検出する脈圧検出手段と、上記各超音波送受信手
段から送波された超音波ビームの反射波を受信するまで
の時間に基づき血管径を正弦法則を用いて算出する血管
径算出手段と、上記脈圧と上記血管径とに基づき血管弾
性率を算出する血管弾性率算出手段とを備えるものであ
る。

【００１１】

【作用】上記構成において、血管に挿入した超音波プロ
ーブの周囲の少なくとも３箇所の超音波送受信手段から
上記血管の壁面方向へ超音波を送波すると、血管径算出
手段では上記超音波の上記血管からの反射波を受信する
までの時間から血管径を正弦法則を用いて算出する。

【００１２】そして、上記超音波プローブに配置した脈
圧検出手段で検出した脈と上記血管径とに基づき、血管
弾性率算出手段で血管弾性率を算出する。

【００１３】

【実施例】以下、図面に基づいて本発明の実施例を説明
する。

【００１４】図１〜図５は本発明の第板実施例を示し、
図１は、血管弾性率測定用プローブ装置の機能ブロック
図、図２は血管に超音波プローブを挿入した状態の正面
図、図３は血管弾性率測定用プローブ装置の構成図、図
４は図２の左正面図、図５は血管径の算出状態を示す概
念図である。

【００１５】（構成）血管弾性率測定用プローブ装置は
、超音波プローブ１１と観測装置１２とからなり、この
超音波プローブ１１の先端面に、脈圧検出手段の一例で
ダイヤフラムなどからなる圧力センサ１３が設けられて
いる。

【００１６】また、上記超音波プローブ１１の先端部１
１ａの外周に、超音波送受信手段の一例である３個の超
音波振動子１４が各々異なる指向方向（θ１　，θ２　
，θ３　）を有して取付けられており、この各超音波振
動子１４が信号線１５を介して上記観測装置１２に接続
されている。

【００１７】さらに、上記圧力センサ１３の動きがライ
トファイバケーブルなどの伝達手段１６を介して上記観
測装置１２に伝達される。

【００１８】図１に示すように、上記観測装置１２が、
上記各超音波プローブ１１に接続する送受信回路２１と
、この各送受信回路２１の出力を入力する血管壁検出部
２２と、この血管壁検出部２２の出力を入力する距離算
出部２３と、この各距離算出部２３の出力を入力する血
管径算出部２４と、上記圧力センサ１３に接続する脈圧
算出部２５、上記各回路２１、各算出部２２、２３、２
４を制御する制御回路２６、および上記血管径算出部２
４の出力を入力する血管弾性率算出部２７で構成されて
いる。

【００１９】なお、図２の符号２８は血管壁である。

【００２０】（作用）次に上記構成による実施例の作用
について説明する。

【００２１】観測装置１２に設けた各送受信回路２１か
ら出力する励振パルスにより各超音波振動子１４から血
管壁２８の三方向へ向けて超音波ビームを送波する。

【００２２】すると、この超音波ビームの上記血管壁２
８からの反射波が上記各超音波振動子１４で受波され、
信号線１５を介して上記送受信回路２１に出力される。

【００２３】そして、血管壁検出部２２で上記送受信回
路２１に入力された反射波の受信波形に基づき血管壁２
８ａからの反射波を検出し、距離算出部２３で超音波が
送波されてから上記血管壁検出部２２で算出した血管壁
２８からの反射波を受信するまでの時間に基づき、上記
超音波振動子１４の表面から上記血管壁２８の各点Ａ，
Ｂ，Ｃまでの距離を算出するとともに、この値に超音波
プローブ１１の中心０から上記超音波振動子１４までの
長さを加算して、この超音波プローブ１１の中心から血
管壁２８の各点Ａ，Ｂ，Ｃまでの長さＬ０Ａ，Ｌ０Ｂ，
Ｌ０Ｃを求める。

【００２４】その後、血管径算出部２４で、上記各長さ
Ｌ０Ａ，Ｌ０Ｂ，Ｌ０Ｃに基づき正弦法則を利用して上
記血管壁２８の血管径Ｄ、拍動性径変化Ｄ、壁厚Ｄを算
出する。

【００２５】すなわち、図５に示すように、上記各超音
波振動子１４の挾み角θ１　，θ２　，θ３　が予め定
められているため、余弦法則により、三角形ＡＢＣの各
変の長さＡＢ，ＢＣ，ＣＡ，および、挾み角θＡ　，θ
Ｂ　，θｃ　を求め、次いで、この長さＡＢ，ＢＣ，Ｃ
Ａ，挾み角θＡ　，θＢ　，θｃ　に基づき正弦法則か
ら上記三角形ＡＢＣの外接面、すなわち、血管断面の直
径Ｄを下式から求める。

【００２６】

【００２７】この測定を上記血管壁２８の内壁、外壁に
対して行い、血管壁２８の血管径Ｄ（内径と外径）、拍
動性径変化ΔＤ、壁厚ｈを算出する。

【００２８】一方、脈圧算出部２５では、圧力センサ１
３の血管内圧に応じた変動をライトファイバケーブルな
どの伝達手段１６を介して入力し、この血管内圧の変動
から脈圧ΔＰを算出する。

【００２９】そして、血管弾性率算出部２７で、上記血
管径Ｄ、拍動性径変化ΔＤ、壁圧ｈ、および、脈圧ΔＰ
を前記（１），（２）に代入して圧力弾性率Ｅｐ　、増
分弾性率Ｅｉｎｃ　を求め、この各弾性率Ｅｐ　、Ｅｉ
ｎｃ　に基づき血管弾性率を算出する。

【００３０】この実施例によれば、超音波プローブ１１
が血管壁２８内のどの位置に挿通されていても、血管径
Ｄを正確に求めることが可能となり、血管弾性率を測定
する精度が向上する。

【００３１】（第二実施例）図６〜図１１は本発明の第
二実施例を示し、図６は超音波プローブの要部展開図、
図７は図６のＶＩＩ−ＶＩＩ　断面図、図８は血管弾性
率測定用プローブ装置の構成図、図９は血管に超音波プ
ローブを挿入した状態の正面図、図１０は血管弾性率測
定用プローブ装置の機能ブロック図、図１１はメカニカ
ルラジアルスキャン方式の超音波プローブの（ａ）は側
面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は背面図である。

【００３２】この実施例では、超音波プローブ３１を構
成する本体部分を、複数の内部導体３３を高分子圧電体
３４で被覆して形成したものである。

【００３３】すなわち、まず、所定間隔ごとに配置した
複数の内部導体３３の周囲に高分子圧電体３４を配置し
、この内部導体３３、高分子圧電体３４が一体となるよ
うに、フラケットケーブル状に形成する。

【００３４】次いで、フラケットケーブル状に形成した
上記高分子圧電体３４の一方の端部の片面側に金、銅な
どの導体３５を蒸着し、この導体３５に信号線３６を接
続する。なお、この端部が超音波振動子３７の集合部を
構成する。

【００３５】その後、上記高分子圧電体３４を上記導体
３５が外側に露呈するようにして円筒状に形成し、内部
圧力センサ１３とライトファイバケーブルなどの伝達手
段（図示せず）を設けて、超音波プローブ３１を形成す
る。

【００３６】血管壁２８に上記超音波プローブ３１を挿
入した後、上記複数の内部導体３３の中から３群を選択
し、この選択した内部導体３３と導体３５との間に、観
測装置３８に設けた送受信回路３９から励振パルスを印
加する。

【００３７】すると、この内部導体３３と導体３５とに
挾まれた高分子圧電体３４から超音波が放射される。

【００３８】そして、上記超音波の上記血管壁２８から
の反射波を上記送受信回路３９で受信し、境界検出部４
０で血管壁２８の境界（内壁、あるいは、外壁）を検出
する。

【００３９】位相制御部４１では、上記境界検出部４０
で検出した境界に上記超音波ビームの焦点が合うように
、上記送受信回路３９から内部導体３３の各群へ出力す
る励振パルスの位相差を制御する。

【００４０】そして、上記フォーカス点を順次移動し、
血管壁全体の断層像をＤＳＣ（デジタルスキャンコンバ
ータ）４２にて画像信号に変換した後、モニタ４３に表
示する。　　上記超音波プローブ３１が血管壁２８に対
し、中心より偏倚した位置にある場合、この血管壁２８
の境界（内壁、外壁）に超音波ビームの焦点がくるよう
に内部導体３３の各群の各超音波振動子３７の位相差を
制御し、三角形ＡＢＣの外接円を前記第一実施例と同様
に求めれば、血管弾性率を測定することができる。

【００４１】この実施例によれば、超音波ビーム径を小
さくすることができるので、血管弾性率の測定精度を向
上させることができる。

【００４２】また、血管壁２８の境界に超音波ビームの
焦点を合せる手段は、図１１に示すメカニカルラジアル
スキャン方式の超音波プローブ４１においても実現する
ことができる。

【００４３】この超音波プローブ４１は全体像を作成す
る振動子（単一フォーカス）４１ａの背面にアニュラア
レイ振動子４１ｂを取付けたもので、単一フォーカスの
振動子４１ａで得た像から境界を検出し、この境界に超
音波ビームの焦点を合せるべくアニュラアレイ振動子４
１ｂの位相差を制御し断層像を作成する。

【００４４】そして、ある角度ごとに検出した血管壁２
８の境界点Ａ，Ｂ，Ｃ（図９参照）から三角形ＡＢＣの
外接円を求め、上述と同様の手順で血管弾性率を求める
。

【００４５】このメカニカルラジアルスキャン方式の超
音波プローブ４１によれば、血管弾性率を短時間で計算
することができる。

【００４６】

【発明の効果】以上、説明したように本発明によれば、
血管内のどの位置に超音波プローブがあっても、血管径
を正確に測定し、精度良く血管弾性率を求めることがで
きるなど優れた効果が奏される。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１〜図５は本発明の第一実施例を示し、図１
は血管弾性率測定用卯プローブ装置の機能ブロック図

【
図２】血管に超音波プローブを挿入した状態の正面図

【
図３】血管弾性率測定用プローブ装置の構成図

【図４】
図２の左正面図

【図５】血管径の算出状態を示す概念図

【図６】図６〜
図１１は本発明の第二実施例を示し、図６は超音波プロ
ーブの要部展開図

【図７】図６のＶＩＩ−ＶＩＩ　断面図

【図８】血管弾
性率測定用プローブ装置の構成図

【図９】血管に超音波
プローブを挿入した状態の正面図

【図１０】血管弾性率
測定用プローブ装置の機能ブロック図

【図１１】メカニカルラジアルスキャン方式の超音波プ
ローブの（ａ）は側面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は背
面図

【図１２】図１２以下は従来例を示し、図１２は超音波
プローブの先端部の断面図

【図１３】超音波プローブの先端部の斜視図

【図１４】
図１２のＸＩＶ−ＸＩＶ　断面図

【図１５】他の態様に
よる図１４相当の断面図

【図１６】従来例による概念図

【符号の説明】

１１，３１，４１…超音波プローブ １３…脈圧検出手段 １４，３７，４１Ａ，４１ｂ…超音波送受信手段２４…
血管径算出手段 ２７…血管弾性率算出手段 ２８…血管壁 Ｄ…血管径 ΔＰ…脈圧

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　血管に挿入する超音波プローブの周囲
   の少なくとも３箇所の各々が異なる方向へ指向する超音
   波送受信手段と、上記超音波プローブに配置して脈圧を
   検出する脈圧検出手段と、上記各超音波送受信手段から
   送波された超音波ビームの反射波を受信するまでの時間
   に基づき血管径を正弦法則を用いて算出する血管径算出
   手段と、上記脈圧と上記血管径とに基づき血管弾性率を
   算出する血管弾性率算出手段とを備えることを特徴とす
   る血管弾性率測定用プローブ装置。