JPWO2013124946A1 - Biological blood vessel diameter continuous measurement device - Google Patents
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Abstract
体動が発生しても血管径の連続測定が可能な生体の血管径連続測定装置を提供する。超音波反射信号に基づいて繰り返し生成された短軸画像間における複数の特徴点Pの周囲の特徴点領域Rの変位がパターンマッチングにより逐次求められ、それら複数の特徴点領域Rの変位から血管12の径変化量が逐次算出され、その血管12の径変化量に基づいて血管径の時系列的変化が測定されるので、体動などによる超音波センサのずれに影響され難い短軸画像から生体の血管の径の時系列的変化が得られる。A biological blood vessel diameter continuous measuring device capable of continuously measuring a blood vessel diameter even when body motion occurs. Displacement of the feature point region R around the plurality of feature points P between the short-axis images repeatedly generated based on the ultrasonic reflection signal is sequentially obtained by pattern matching, and the blood vessel 12 is obtained from the displacement of the plurality of feature point regions R. The diameter change amount of the blood vessel is sequentially calculated, and the time-series change of the blood vessel diameter is measured based on the diameter change amount of the blood vessel 12, so that the living body can be detected from the short-axis image that is not easily affected by the displacement of the ultrasonic sensor due to body movement or the like. A time-series change in the diameter of the blood vessel is obtained.
Description
本発明は、生体に超音波センサを接触させてその生体内に位置する血管の血管径を連続的に測定する生体の血管径連続測定装置に関するものである。 The present invention relates to a living body blood vessel diameter continuous measuring apparatus that continuously measures the blood vessel diameter of a blood vessel located in a living body by bringing an ultrasonic sensor into contact with the living body.
生体に超音波センサを接触させてそれから超音波放射信号を発信し、その生体内の血管の血管径、内腔径などの血管径を連続的に測定することが行われている。この血管径の測定は、血管と他の組織との伝播速度差によりそれらの境界から反射される超音波反射信号間の時間差処理、或いはその反射信号から合成される超音波画像上における距離測定などにより実行される。 An ultrasonic sensor is brought into contact with a living body, an ultrasonic radiation signal is transmitted from the ultrasonic sensor, and blood vessel diameters such as a blood vessel diameter and a lumen diameter in the living body are continuously measured. The measurement of the diameter of the blood vessel is a time difference process between ultrasonic reflected signals reflected from the boundary due to a difference in propagation speed between the blood vessel and other tissues, or a distance measurement on an ultrasonic image synthesized from the reflected signal, etc. It is executed by.
上記生体内に位置する血管径の測定を正確に行なうためには、生体たとえば皮膚上に接触させた超音波センサに対して血管の相対移動を防止する必要があるため、その生体の一部たとえば上肢を所定の姿勢で固定できる載置台あるいは上肢保持装置が用いられる。たとえば、特許文献1に示す血管内皮機能検査装置の上肢保持装置がそれである。
In order to accurately measure the diameter of the blood vessel located in the living body, it is necessary to prevent relative movement of the blood vessel with respect to the ultrasonic sensor brought into contact with the living body, for example, the skin. A mounting table or an upper limb holding device that can fix the upper limb in a predetermined posture is used. For example, the upper limb holding device shown in
ところで、上記のような血管径の連続測定においては、一般に、血管の長手方向に沿って位置させた超音波アレイを用いて得られた、検波後の血管からの超音波反射信号のピーク値を結ぶ包絡線信号であるAモード波形あるいは超音波反射信号を明暗として表わしたBモード画像が用いられ、そのAモード波形のピーク値又はその立上りの位置間あるいはBモード画像における血管のエッジ位置間が示す時間差と音速とに基づいて血管径が逐次計測される。血管の超音波の反射点が線状である長軸断面での測定は、血管の超音波の反射点が点状である短軸断面の測定に対して、計測可能な点が多くとれるためである。しかし、安定に測定できる状態が保持できる前記上肢保持装置のような生体の一部を固定する装置を用いたとしても、被測定者の体動が発生したりすると、超音波センサと血管との相対位置にずれが発生し、少なくとも血管径の連続測定が不可能となる区間が発生する。仮に、超音波センサの位置を血管に対して自動的に位置制御を行なったとしても、体動発生時点から正常位置への復帰までは計測が不可能となる。 By the way, in the continuous measurement of the blood vessel diameter as described above, in general, the peak value of the ultrasonic reflection signal from the blood vessel after detection obtained using an ultrasonic array positioned along the longitudinal direction of the blood vessel is used. A B-mode image representing an A-mode waveform or an ultrasonic reflection signal, which is an envelope signal to be connected, is used as light and dark, and the peak value of the A-mode waveform or the rising position or the edge position of the blood vessel in the B-mode image The blood vessel diameter is sequentially measured based on the time difference and the sound speed. Measurements with a long-axis cross-section where the ultrasound reflection point of the blood vessel is linear are more measurable compared to measurements with a short-axis cross-section where the ultrasound reflection point of the blood vessel is dotted. is there. However, even if a device that fixes a part of the living body such as the upper limb holding device that can maintain a stable measurement state is used, if the body movement of the measurement subject occurs, the ultrasonic sensor and the blood vessel There is a shift in the relative position, and at least a section in which continuous measurement of the blood vessel diameter is impossible occurs. Even if the position of the ultrasonic sensor is automatically controlled with respect to the blood vessel, measurement cannot be performed from the time when the body motion occurs to the return to the normal position.
本発明は以上の事情を背景としてなされたものであり、その目的とするところは、血管に対する超音波センサのずれが発生しても血管径の連続測定が可能な生体の血管径連続測定装置を提供することにある。 The present invention has been made against the background of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a biological blood vessel diameter continuous measuring apparatus capable of continuously measuring a blood vessel diameter even when an ultrasonic sensor is displaced with respect to the blood vessel. It is to provide.
本発明者等は、上記事情を背景として種々検討を重ねた結果、超音波センサと血管との相対位置がずれて長軸画像が得られなかったとしても断面画像内に得られる血管短軸画像において、オプティカルフロー解析を用いてその画像中の特徴点をパターンマッチングにて追跡するとその特徴点の移動量を一拍毎に計測でき、その特徴点の移動量から血管径の変化量を逐次求めることができることを見いだした。本発明はこの知見に基づいて為されたものである。 The present inventors have made various studies on the background of the above circumstances, and as a result, even when the relative position between the ultrasonic sensor and the blood vessel is shifted and a long-axis image cannot be obtained, the blood vessel short-axis image obtained in the cross-sectional image is obtained. If the feature points in the image are tracked by pattern matching using optical flow analysis, the amount of movement of the feature points can be measured for each beat, and the change amount of the blood vessel diameter is sequentially obtained from the amount of movement of the feature points. I found that I could do it. The present invention has been made based on this finding.
すなわち、上記目的を達成するための請求項1に係る発明の生体の血管径連続測定装置は、(a) 生体に超音波センサを接触させて該生体内の血管の血管径を連続的に測定する生体の血管径連続測定装置であって、(b) 前記超音波センサにより検出された超音波反射信号に基づいて前記血管の短軸画像を繰り返し生成する短軸画像生成部と、(c) 該短軸画像生成部により繰り返し生成された短軸画像間における複数の特徴点領域の変位を、該特徴点領域のパターンと一致する領域を検出するパターンマッチングを用いてそれぞれ逐次算出する変位算出部と、(d)該変位算出部により算出された前記特徴点領域の血管径方向成分の変位から前記血管の径変位量を算出する血管径変位量算出部と、(e)該血管径変位量算出部により算出された前記血管の径変位量に基づいて血管径の時系列的変化を測定する血管径測定部とを、含むことを特徴とする。 In other words, the living body blood vessel diameter continuous measuring apparatus according to the first aspect of the invention for achieving the above object comprises: (a) continuously measuring the blood vessel diameter of a blood vessel in the living body by bringing the ultrasonic sensor into contact with the living body; (B) a short-axis image generating unit that repeatedly generates a short-axis image of the blood vessel based on an ultrasonic reflection signal detected by the ultrasonic sensor; Displacement calculation unit for sequentially calculating displacement of a plurality of feature point areas between short axis images repeatedly generated by the short axis image generation unit using pattern matching for detecting an area that matches the pattern of the feature point area And (d) a blood vessel diameter displacement amount calculation unit that calculates a displacement amount of the blood vessel from a displacement of a blood vessel radial direction component of the feature point region calculated by the displacement calculation unit, and (e) the blood vessel diameter displacement amount The diameter change of the blood vessel calculated by the calculation unit The vascular diameter measuring unit for measuring time-series change of blood vessel diameter on the basis of the amount, characterized in that it comprises.
本発明の生体の血管径連続測定装置によれば、超音波反射信号に基づいて繰り返し生成された短軸画像間における複数の特徴点領域の変位がパターンマッチングにより逐次求められ、それら複数の特徴点領域の血管径方向成分の変位から前記血管の径変位量が逐次算出され、その血管の径変位量に基づいて血管径の時系列的変化が測定される。このため、体動などによる超音波センサのずれに影響され難い短軸画像から生体の血管の径の時系列的変化が得られる。 According to the biological blood vessel diameter continuous measurement apparatus of the present invention, displacements of a plurality of feature point regions between short-axis images repeatedly generated based on an ultrasonic reflection signal are sequentially obtained by pattern matching, and the plurality of feature points The blood vessel diameter displacement amount is sequentially calculated from the displacement of the blood vessel radial direction component of the region, and the time-series change of the blood vessel diameter is measured based on the blood vessel radial displacement amount. For this reason, a time-series change in the diameter of the blood vessel of the living body can be obtained from a short-axis image that is not easily affected by the displacement of the ultrasonic sensor due to body movement or the like.
ここで、好適には、逐次求められることで脈動を示す前記血管の径変位量を微分することで周期的に拡張末期を示す拡張末期心拍同期信号を発生する拡張末期タイミング信号発生部を、含む。このため、たとえば、血管径変位量算出部は、該変位算出部により算出された前記特徴点領域の変位のうち上記拡張末期心拍同期信号に同期した血管径方向成分の変位から前記血管の径変位量を算出し、血管径測定部は、上記拡張末期心拍同期信号に同期して1拍毎の径変化量を決定し、その1拍毎の径変化量から前記血管径を時系列的に決定する。このため、拡張末期タイミング信号としてECG信号を検出する心電誘導信号検出装置を用いることが不要となる利点がある。 Here, preferably, it includes an end-diastolic timing signal generator that generates an end-diastolic heartbeat synchronization signal that periodically indicates the end diastole by differentiating the radial displacement amount of the blood vessel that exhibits pulsation by being sequentially obtained. . Therefore, for example, the blood vessel diameter displacement amount calculation unit calculates the diameter displacement of the blood vessel from the displacement of the blood vessel radial direction component synchronized with the end-diastolic heartbeat synchronization signal among the displacement of the feature point region calculated by the displacement calculation unit. The blood vessel diameter measuring unit determines a diameter change amount for each beat in synchronization with the end-diastolic heartbeat synchronization signal, and determines the blood vessel diameter in time series from the diameter change amount for each beat. To do. Therefore, there is an advantage that it is not necessary to use an electrocardiographic signal detection device that detects an ECG signal as the end diastole timing signal.
また、好適には、前記超音波センサは前記血管に直交するように配置される短軸用超音波アレイ探触子と該血管に平行な方向に配置される長軸用超音波アレイ探触子と、前記長軸用超音波アレイ探触子からの超音波反射信号に基づいて長軸での血管径を逐次算出する長軸血管径算出部とを含み、前記短軸画像生成部は、該短軸用超音波アレイ探触子により検出された超音波反射信号に基づいて前記血管の短軸画像を繰り返し生成するものであり、前記血管径測定部は、該長軸血管径算出部により算出された血管径の時系列的変化を血管径測定値として用いるが、該血管径の時系列的変化が得られない空白区間がある場合またはすべてが空白区間の場合には、前記血管径変位量算出部により前記短軸画像中の特徴点領域の血管径方向成分の変位から算出された前記血管の径変位量を用いて該空白区間内の血管径の時系列的変化を生成するので、体動などによる長軸用超音波アレイ探触子のずれにより血管を見失った場合でも、時系列的に連続した血管の径変化量を測定できる。 Preferably, the ultrasonic sensor is a short-axis ultrasonic array probe arranged so as to be orthogonal to the blood vessel, and a long-axis ultrasonic array probe arranged in a direction parallel to the blood vessel. And a long-axis blood vessel diameter calculating unit that sequentially calculates a blood vessel diameter on the long axis based on an ultrasonic reflection signal from the ultrasonic array probe for long axes, and the short-axis image generating unit includes: The short-axis image of the blood vessel is repeatedly generated based on the ultrasonic reflection signal detected by the short-axis ultrasonic array probe, and the blood vessel diameter measuring unit is calculated by the long-axis blood vessel diameter calculating unit When the measured time-series change of the blood vessel diameter is used as the blood vessel diameter measurement value, and there is a blank section in which the time-series change of the blood vessel diameter cannot be obtained or when all are blank sections, the blood vessel diameter displacement amount Displacement of blood vessel radial direction component of feature point region in short axis image by calculation unit Since the time-series change of the blood vessel diameter in the blank section is generated using the calculated diameter displacement amount of the blood vessel, the blood vessel is lost due to the displacement of the long-axis ultrasonic array probe due to body movement or the like. Even in this case, it is possible to measure the diameter change amount of the blood vessel continuously in time series.
また、好適には、前記長軸用超音波アレイ探触子からの超音波反射信号に基づいて該超音波反射信号の検波波形のピーク値を結ぶ包絡線信号であるAモード波形を生成するAモード波形生成部を含み、前記長軸血管径算出部は、該Aモード波形生成部から生成されたAモード波形が示すピーク波形間の時間差から長軸での血管径を逐次算出するものである。このようにすれば、長軸画像から血管径を測定する場合に比較して最小計測単位が1画素とならないため、長軸での血管径の測定精度が高められる。 Preferably, an A mode waveform that is an envelope signal connecting the peak values of the detection waveform of the ultrasonic reflection signal is generated based on the ultrasonic reflection signal from the long axis ultrasonic array probe. Including a mode waveform generation unit, wherein the long axis blood vessel diameter calculation unit sequentially calculates the blood vessel diameter in the long axis from the time difference between the peak waveforms indicated by the A mode waveform generated from the A mode waveform generation unit. . In this way, since the minimum measurement unit is not one pixel as compared with the case where the blood vessel diameter is measured from the long-axis image, the measurement accuracy of the blood vessel diameter on the long axis is improved.
また、好適には、前記長軸血管径算出部は、該Aモード波形生成部から生成されたAモード波形が示すピーク波形間の時間差のうち、前記拡張末期タイミング信号発生部からの拡張末期心拍同期信号に同期した時間差から長軸での血管径を逐次算出するものである。このようにすれば、長軸での血管径の算出のために、拡張末期タイミング信号としてECG信号を検出する心電誘導信号検出装置を用いることが不要となる利点がある。 Preferably, the long-axis blood vessel diameter calculating unit is configured to detect an end-diastolic heart rate from the end-diastolic timing signal generating unit out of a time difference between peak waveforms indicated by the A-mode waveform generated from the A-mode waveform generating unit. The blood vessel diameter on the long axis is sequentially calculated from the time difference synchronized with the synchronization signal. This has the advantage that it is not necessary to use an electrocardiographic induction signal detection device that detects an ECG signal as the end-diastolic timing signal in order to calculate the blood vessel diameter along the long axis.
また、好適には、前記血管径変位量算出部は、オプティカルフロー解析を用いて、前記短軸画像生成部により繰り返し生成された短軸画像間における複数の特徴点領域の変位を、該特徴点領域のパターンと一致する領域を検出することによりそれぞれ逐次算出するものである。このようにすれば、オプティカルフロー解析が用いられるので、高い精度で速度ベクトルが得られ、得られる特徴点間の変位の精度が高められる。 Preferably, the blood vessel diameter displacement amount calculation unit uses optical flow analysis to calculate displacements of a plurality of feature point regions between the short axis images repeatedly generated by the short axis image generation unit. Each is calculated sequentially by detecting an area that matches the pattern of the area. In this way, since optical flow analysis is used, a velocity vector can be obtained with high accuracy, and the accuracy of displacement between the obtained feature points can be improved.
以下、本発明の一実施例を図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の実施例において図は適宜簡略化或いは変形されており、各部の寸法比および形状等は必ずしも正確に描かれていない。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the following embodiments, the drawings are appropriately simplified or modified, and the dimensional ratios, shapes, and the like of the respective parts are not necessarily drawn accurately.
図1は、本発明の一実施例である生体の血管径連続測定装置10の全体を示す図である。図2は、図1の血管径連続測定装置10の全体的な構成、すなわちセンサ保持器22、それに保持されたハイブリッドプローブユニット24、および電子制御装置38の制御機能を主に説明する図である。この血管径連続測定装置10は、上肢11に皮膚上に超音波センサとして機能するハイブリッドプローブユニット24を配置して皮膚下の動脈などの血管12の血管径、内膜厚を連続的に測定するものであり、ベッド14上に仰臥になった被測定者(生体)16の側方へ突き出した上肢11が載置され測定テーブル20上に設置されて、血管内皮機能検査装置としても機能する。上記血管径連続測定装置10は、センサ保持器22に保持されたハイブリッドプローブユニット24を用いて上肢11の皮膚26の上からその皮膚26直下に位置する血管12の横断面画像(短軸画像)或いは縦断面画像(長軸画像)を測定する。
FIG. 1 is a diagram showing an entire living body blood vessel diameter continuous measuring apparatus 10 according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a diagram for mainly explaining the overall configuration of the blood vessel diameter continuous measurement apparatus 10 of FIG. 1, that is, the control functions of the
ハイブリッドプローブユニット24は、血管12に関連する生体情報すなわち血管パラメータを検出するための超音波センサとして機能するものであって、図3に示すように互いに平行な2列の第1短軸用超音波アレイ探触子Aおよび第2短軸用超音波アレイ探触子Bとそれらの長手方向中央部を連結する長軸用超音波アレイ探触子Cとを一平面すなわち平坦な探触面上に有して成るH型の超音波プローブ32と、その超音波プローブ32を位置決めするための多軸駆動装置(位置決め装置)34とを備えている。図3は、超音波プローブ32と血管12の関係を示す図である。上記第1短軸用超音波アレイ探触子A、第2短軸用超音波アレイ探触子B、および長軸用超音波アレイ探触子Cは、たとえば圧電セラミックスから構成された多数個の超音波振動子(超音波発振子)が直線的に配列されることにより長手状にそれぞれ構成されている。
The
図2に示す、血管径連続測定装置10は、所謂マイクロコンピュータから構成された電子制御装置38と、画像表示装置40と、H型の超音波プローブ32の各探触子A、B、Cとに駆動信号を供給し、超音波プローブ32で検出された超音波反射信号を出力する超音波受信送信回路42と、駆動モータ制御回路44とを備えている。上記電子制御装置38によって超音波受信送信回路42から駆動信号が供給されると、ハイブリッドプローブユニット24の超音波プローブ32の各探触子A、B、Cから超音波が放射される。ついで、その各探触子A、B、Cにより検知された超音波反射信号を受けてその超音波反射信号の処理が行われることによって、皮膚26下の超音波画像が発生させられ画像表示装置40に図4に示すように表示されるとともに、連続測定された血管径の変化が図5に示すように表示される。FMD(血流依存性血管拡張反応)の評価に際しては、血管径としては血管12の内膜の径(内口径)が用いられる。
A blood vessel diameter continuous measuring apparatus 10 shown in FIG. 2 includes an
画像表示装置40は、図4に示すように、第1短軸用超音波アレイ探触子Aによる超音波画像を表示する第1短軸画像表示領域S1と、第2短軸用超音波アレイ探触子Bによる超音波画像を表示する第2短軸画像表示領域S2と、長軸用超音波アレイ探触子Cによる超音波画像を表示する長軸画像表示領域S3とを有している。第1短軸画像表示領域S1および第2短軸画像表示領域S2および長軸画像表示領域S3は、皮膚26からの深さ寸法を示す共通の縦軸を備えたものである。血管12の超音波画像が生成されるに際して、超音波プローブ32は、血管12に対して所定の位置となるよう電子制御装置38によって駆動モータ制御回路44から駆動信号を供給された多軸駆動装置34が駆動することにより位置決めさせられる。上記所定の位置とは、図3に示すように第1短軸用超音波アレイ探触子Aおよび第2短軸用超音波アレイ探触子Bが血管12に対して直交する位置し、長軸用超音波アレイ探触子Cが血管12に対して平行且つ真上となる位置である。
As shown in FIG. 4, the
センサ保持器22(図2)は、三次元空間内の所望の位置すなわち所定の位置において生体16の上腕36の皮膚26の上からその皮膚26直下に位置する血管12を変形させない程度に軽く接触させる状態でハイブリッドプローブユニット24を所望の姿勢で保持する。上記ハイブリッドプローブユニット24の超音波プローブ32の端面と皮膚26との間には、通常、超音波の減衰、境界面における反射や散乱を抑制して超音波画像を明瞭とするためのよく知られたゼリー(超音波ゼリー)等のカップリング剤が介在させられる。このゼリーは、たとえば寒天等の高い割合で水を含むゲル状の吸水性高分子であって、空気よりは固有インピーダンス(=音速×密度)が十分に高く大きく超音波送受信信号の減衰を抑制するものである。また、そのゼリーに換えて、水を樹脂製袋内に閉じ込めた水袋、オリーブ油、グリセリン等が用いられ得る。
The sensor holder 22 (FIG. 2) makes a light contact so as not to deform the
上記センサ保持器22は、たとえば磁気的吸着力により机、台座等に固定されるマグネット台48と、前記ハイブリッドプローブユニット24が固定されるユニット固定具50と、マグネット台48およびユニット固定具50に一端が固定され且つ球状に形成された先端部52を備えた連結部材54、56と、それら連結部材54、56を介して、マグネット台48とユニット固定具50とを相対移動可能に連結し支持する自在アーム58とを備えている。上記自在アーム58は、相互に回動可能に連結された2つのリンク60、62と、そのリンク60、62の一端にて前記各先端部52に所定の抵抗が付勢されつつその先端部52に対して回曲可能に嵌め入れられた勘合穴64をそれぞれ有する回曲関節部66、68と、各リンク60、62の他端にてその他端を相互に相対回動可能に連結し且
つその連結箇所を貫設するねじ穴に螺合されたおねじ付き固定ノブ70が締め付けられることで得られる締着力により相対回動不能にされる回動関節部72とを、有する。The
血管パラメータの測定に際しては、図2において、超音波駆動制御部80は、電子制御装置38からの指令に従って、たとえば第1短軸用超音波アレイ探触子Aを構成する一列に配列された多数個の超音波振動子のうち、その端の超音波振動子a1ら、一定数の超音波振動子群たとえば15個の毎に所定の位相差を付与しつつ10MHz程度の周波数で同時駆動するビームフォーミング駆動することにより超音波振動子の配列方向において収束性の超音波ビームを血管12に向かって順次放射させ、超音波振動子を1個ずつずらしながらその超音波ビームをスキャン(走査)させたときの放射毎の反射波を受信して電子制御装置38へ入力させる。また、上記第1短軸用超音波アレイ探触子Aの放射面には、その超音波振動子の配列方向に直交する方向に超音波ビームを収束させるための図示しない音響レンズが設けられている。上記のようなビームフォーミング駆動および音響レンズによって収束性とされた超音波ビームには、超音波振動子の配列方向に対して直交する方向に長手状の収束断面が形成される。この収束断面の長手方向は、平面視において超音波振動子の配列方向、およびビームの放射方向に対して、それぞれ直交する方向である。電子制御装置38は、上記反射波に基づいて画像を合成し、皮膚26下における血管12の横断面画像(短軸画像)、あるいは縦断面画像(長軸画像)を生成させて、画像表示装置40に表示させる。When measuring blood vessel parameters, in FIG. 2, the ultrasonic
電子制御装置38には、超音波受信送信回路42に一定の周期で駆動指令を繰り返し出力する超音波制御部80と、超音波受信送信回路42からの超音波反射信号を検波処理する検波処理部82と、長軸用超音波アレイ探触子Cからの超音波反射信号の検波波形のピーク値を結ぶ包絡線信号であるAモード波形を生成するAモード信号処理部84と、Aモード信号処理部84により生成されたAモード波形に血管壁位置に対応して表れるピーク波形間の時間差から長軸血管径を算出する長軸血管径算出部86と、Bモード信号処理部として機能し、超音波反射信号に基づいて前記血管12の短軸画像を繰り返し生成する短軸画像生成部88と、その短軸画像生成部88により繰り返し生成された短軸画像間における複数の特徴点Pを含む特徴点領域Pの変位を、オプティカルフロー解析を用いてその特徴点領域Rのパターンと一致する領域を検出するパターンマッチングを用いてそれぞれ逐次算出する短軸画像血管断面のオプティカルフローによる変位算出部90と、その変位算出部90により算出された前記特徴点領域Rの変位のうち血管径方向成分の変位から血管12の径変位量を算出する血管径変位量算出部92と、その血管径変位量算出部92により算出された血管12の径変位量と長軸血管径算出部86により算出された長軸血管径とに基づいて、血管径補完情報である短軸画像に由来する補完用血管径を算出する血管径補完情報処理部94と、常時は、長軸血管径算出部86により算出された長軸血管径の時系列的変化を血管径測定値として用いるが、図6に示すように体動による超音波センサの移動によって血管12を見失って追従不可能となり図7に示すように長軸血管径の時系列的変化が得られない空白区間が形成される場合には、血管径補完情報処理部94により生成された補完用血管径を上記空白区間の血管径として用いて血管径の時系列的変化を生成(測定)し、記録する血管径測定部96と、その血管径測定部96により測定された血管径(絶対値)の時系列的変化を画像表示装置40に図5に示すように表示させる表示制御部98と、第1短軸用超音波アレイ探触子Aおよび第2短軸用超音波アレイ探触子Bが血管12と直交し且つ長軸用超音波アレイ探触子Cが血管12の真上でそれと平行となるように、たとえば表示制御部98で表示される図4に示す短軸画像および長軸画像に基づいて制御する駆動モータ制御部100とを、機能的に備えている。
The
変位算出部90において短軸画像間における特徴点領域R間の変位を導くオプティカルフロー解析では、各速度ベクトルの血管断面中心方向の成分は血管壁の拍動や拡大、縮小減少による移動を示している。このうち対峙する(たとえば血管壁の近位、遠位)のベクトル成分の差が血管径の変化量となる。ある時点の血管径にこの変化量を積算していくと、拍動による変化と拡大、縮小減少による変化が加わった血管径の経時的変化として計測される。図9の実線は、脈拍に同期して脈動する血管径の変化量を示し、破線は上記拡張末期のタイミングで特定された径変化量を示している。この破線が、前記空白区間の血管径の変化量として用いられる。
In the optical flow analysis for deriving the displacement between the feature point regions R between the short axis images in the
電子制御装置38の機能に含まれる拡張末期タイミング発生部102は、変位算出部90により算出される、図9の実線の血管径の変化量を微分することで拡張末期のスパイク状の拡張末期タイミング信号Mを拡張末期心拍同期信号として生成する。図10は、図9の実線に示される血管径の変化量の微分波形を示している。この拡張末期タイミング信号Mは、ECG信号のR波と同様に、明瞭に表れるので信頼性があり、容易に利用され得る。
The end-diastolic
この拡張末期タイミング信号Mは、長軸血管径算出部86において長軸血管径算出の基礎となる、Aモード信号処理部84により生成されたAモード波形のピーク波形間の周期的に脈動する時間差のうちから拡張末期の時間差を取り出す拡張末期タイミング信号として用いられ、取り出された時間差から長軸血管径が算出される。また、血管径変位量算出部92は、変位算出部90により算出された特徴点領域Rの変位のうち上記拡張末期タイミング信号Mに同期した変位から血管12の径変化量を算出するので、血管径測定部96では、上記心拍同期信号に同期して1拍毎の径変化量が決定され、その1拍毎の径変化量から血管径が時系列的に決定され、記憶される。このため、拡張末期タイミング信号としてECG信号を検出する心電誘導信号検出装置を用いることが不要となる。
This end-diastolic timing signal M is a periodical pulsation time difference between the peak waveforms of the A-mode waveform generated by the A-mode
電子制御装置38では、上述のようにして得られた血管径連続測定値から、たとえば血管内皮機能を評価するために、腕に巻回された図示しない圧迫帯を用いて阻血虚血反応性充血後のFMD(血流依存性血管拡張反応)を表す血管径の変化率(%)[=100×(dmax −d)/d](但し、dは安静時の血管径、dmax は阻血解放後の最大血管径)を算出する。
In the
図11は、電子制御装置38の制御作動の要部を説明するフローチャートである。図11のステップS1( 以下、ステップを省略する)では、圧迫帯による阻血前から阻血後の一定時間経過後までの区間内の超音波反射信号が読み込まれる。ついで、Aモード信号処理部84に対応するS2では、長軸用超音波アレイ探触子Cからの超音波反射信号の検波波形のピーク値を結ぶ包絡線信号であるAモード波形が生成される。長軸血管径算出部86に対応するS3では、S2により生成されたAモード波形に血管壁位置に対応して表れるピーク波形間の時間差から長軸血管径が算出される。次に、短軸画像生成部88に対応するS4では、
Bモード信号処理が実行され、短軸用超音波アレイ探触子AあるいはBからの超音波反射信号に基づいて血管の短軸画像が繰り返し生成される。そして、変位算出部90に対応するS5では、S4により繰り返し生成された複数の短軸画像間における複数の特徴点領域Rの変位が、その特徴点領域Rのパターンと一致する領域を検出するパターンマッチングを用いてそれぞれ逐次算出される。ついで、血管径変位量算出部92に対応するS6では、S5により算出された特徴点領域Rの変位のうちの血管径方向成分の変位から血管12の径変位量が算出される。また、血管径補完情報処理部94に対応するS7では、そのS6により算出された血管12の径変位量とS3により算出された長軸血管径とに基づいて、血管径補完情報である短軸画像に由来する補完用血管径が算出される。そして、血管径測定部96に対応するS8では、常には、S3により算出された長軸血管径の時系列的変化を血管径測定値として用いるが、図6に示すように体動による超音波センサの移動によって血管を見失って追従不可能となり図7に示すように長軸血管径の時系列的変化が得られない空白区間が形成される場合には、S7により生成された補完用血管径を上記空白区間の血管径として用いて血管径の時系列的変化が生成(測定)され、記録される。FIG. 11 is a flowchart for explaining a main part of the control operation of the
B-mode signal processing is executed, and a short-axis image of the blood vessel is repeatedly generated based on the ultrasonic reflection signal from the short-axis ultrasonic array probe A or B. In S5 corresponding to the
上述のように、本実施例の生体の血管径連続測定装置10によれば、超音波反射信号に基づいて繰り返し生成された短軸画像間における複数の特徴点Pの周囲の特徴点領域Rの変位がパターンマッチングにより逐次求められ、それら複数の特徴点領域Rの変位から血管12の径変化量が逐次算出され、その血管12の径変化量に基づいて血管径の時系列的変化が測定されるので、体動などによる超音波センサのずれに影響され難い短軸画像から生体の血管の径の時系列的変化が得られる。
As described above, according to the living body blood vessel diameter continuous measurement apparatus 10 of the present embodiment, the feature point regions R around the plurality of feature points P between the short-axis images repeatedly generated based on the ultrasonic reflection signal are recorded. The displacement is sequentially obtained by pattern matching, the diameter change amount of the
また、本実施例の生体の血管径連続測定装置10によれば、変位算出部90により算出される、図9の実線の血管径方向成分の特徴点Pの変化量を微分することでスパイク状に得られた、拡張末期タイミング信号Mを心拍同期信号として生成する拡張末期タイミング発生部102が設けられているので、たとえば、血管径変位量算出部92は、その変位算出部90により算出された特徴点領域Rの変位のうち上記心拍同期信号に同期した血管径方向成分の変位から血管12の径変化量を算出し、血管径測定部96は、拡張末期タイミング信号Mに同期して1拍毎の径変化量を決定し、その1拍毎の径変化量から前記血管径を時系列的に決定する。このため、拡張末期タイミング信号としてECG信号を検出する心電誘導信号検出装置を用いることが不要となる利点がある。
Further, according to the living body blood vessel diameter continuous measuring apparatus 10 of the present embodiment, a spike shape is obtained by differentiating the amount of change of the feature point P of the blood vessel radial direction component of the solid line in FIG. Since the end-diastolic
また、本実施例の生体の血管径連続測定装置10によれば、ハイブリッドプローブユニット24(超音波センサ)は、血管12に対して直交するように配置される第1短軸用超音波アレイ探触子Aおよび第2短軸用超音波アレイ探触子Bと血管12の直上にそれと平行な方向に配置される長軸用超音波アレイ探触子Cと、長軸用超音波アレイ探触子Cからの超音波反射信号に基づいて長軸での血管径を逐次算出する長軸血管径算出部86を含む。短軸画像生成部88は、その第1短軸用超音波アレイ探触子Aまたは第2短軸用超音波アレイ探触子Bにより検出された超音波反射信号に基づいて前記血管12の短軸画像を繰り返し生成するものである。血管径測定部96は、長軸血管径算出部86により算出された血管径の時系列的変化を血管径測定値として用いるが、その血管径の時系列的変化が得られない空白区間がある場合には、血管径変化量算出部92により短軸画像中の特徴点領域Rの変位のうちの径方向成分の変位から算出された血管12の径変化量を用いてその空白区間内の血管径の時系列的変化を生成する。このため、体動などによる長軸用超音波アレイ探触子Cのずれにより血管12を見失った場合でも、時系列的に連続した血管12の径変化量を測定できる。
Moreover, according to the living body blood vessel diameter continuous measuring apparatus 10 of the present embodiment, the hybrid probe unit 24 (ultrasound sensor) is arranged to be orthogonal to the
また、本実施例の生体の血管径連続測定装置10によれば、長軸用超音波アレイ探触子Cからの超音波反射信号に基づいてその超音波反射信号の検波波形のピーク値を結ぶ包絡線信号であるAモード波形を生成するAモード信号処理部84を含み、長軸血管径算出部86は、そのAモード信号処理部84から生成されたAモード波形が示すピーク波形間の時間差から長軸での血管径を逐次算出するものである。このため、長軸画像から血管径を測定する場合に比較して最小計測単位が1画素とならないため、長軸での血管径の測定精度が高められる。
Further, according to the living body blood vessel diameter continuous measuring apparatus 10 of the present embodiment, the peak value of the detection waveform of the ultrasonic reflection signal is connected based on the ultrasonic reflection signal from the long axis ultrasonic array probe C. An A-mode
また、本実施例の生体の血管径連続測定装置10によれば、長軸血管径算出部86は、Aモード信号処理部84から生成されたAモード波形が示すピーク波形間の時間差のうち、拡張末期タイミング信号発生部102からの拡張末期タイミング信号M(心拍同期振動)に同期した時間差から長軸での血管径を逐次算出するものである。このため、長軸での血管径の算出のために、拡張末期タイミング信号としてECG信号を検出する心電誘導信号検出装置を用いることが不要となる利点がある。
In addition, according to the living body blood vessel diameter continuous measuring apparatus 10 of the present embodiment, the long axis blood vessel
また、本実施例の生体の血管径連続測定装置10によれば、血管径変位量算出部92は、オプティカルフロー解析を用いて、短軸画像生成部88により繰り返し生成された短軸画像間における複数の特徴点領域Rの変位を、その特徴点領域のパターンと一致する領域を検出することによりそれぞれ逐次算出するものであるので、高い精度でフロー推定および速度ベクトルが得られ、得られる特徴点P間の変位の精度が高められる。
In addition, according to the living body blood vessel diameter continuous measurement apparatus 10 of the present embodiment, the blood vessel diameter displacement
次に、本発明の他の実施例について説明する。なお、以下の説明において、前述の実施例と重複する部分については、同一の符号を付してその説明を省略する。 Next, another embodiment of the present invention will be described. In the following description, portions that are the same as those in the above-described embodiment are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
図12は、本発明の他の実施例の電子制御装置38’の制御機能の要部を説明する機能ブロック線図であり、図13はその電子制御装置38’の制御作動の要部を説明するフローチャートである。
FIG. 12 is a functional block diagram for explaining the main part of the control function of the
本実施例の電子制御装置38’は、前述の電子制御装置38と比較して、Aモード信号処理部84、Aモード波形ピーク位置による長軸血管径算出部86、および血管径補完情報処理部94が除去されるとともに、血管径初期値算出部84’が新たに加えられている点で相違し、他は同様に構成されている。以下では、相違点を中心に説明する。
Compared with the
図12において、血管径変位量算出部92は、血管径の相対的変位を逐次算出するが、血管径の絶対値を算出することができない。このため、血管径初期値算出部84’は、前述のAモード波形ピーク位置による長軸血管径算出部86のようにAモード波形ピーク位置間の時間差に基づいて、あるいはAモード信号から生成される長軸画像上に表れる血管壁の間隔に基づいて、たとえば圧迫帯による圧迫前の血管12の血管径の絶対値を算出する。血管径変化測定部96は、その血管径初期値算出部84’により求められた血管径(絶対値)と、血管径変位量算出部92により求められた血管径の相対的変位量とに基づいて、血管径の経時的変化を測定し、記憶するとともに、図5に示すような血管径連続測定値を画像表示装置40に表示させる。
In FIG. 12, the blood vessel diameter displacement
図13において、ステップS11では、前述のS1と同様に超音波反射信号が読み込まれる。ついで、血管径初期値算出部84’に対応するS12では、前述のAモード波形ピーク位置による長軸血管径算出部86のようにAモード波形ピーク位置間の時間差に基づいて、あるいはAモード信号から生成される長軸画像上に表れる血管壁の間隔に基づいて、たとえば圧迫帯による圧迫前の血管12の血管径の初期値(絶対値)が算出される。次に、短軸画像生成部88に対応するS13では、前述のS4と同様に短軸画像が繰り返し生成される。続く、変位算出部90に対応するS14では、前述のS5と同様に、特徴点Pの変位が算出され、血管径変位量算出部92に対応するS15では、前述のS6と同様に、血管径の変位量が算出される。ついで、血管径測定部96に対応するS16では、S12で求められた血管12の血管径のの初期値(絶対値)と、S15で求められた血管径の変位量とに基づいて血管径の連続測定値が求められる。そして、表示制御部98に対応するS17では、前述のS9と同様に、血管径の連続測定値が画像表示装置40に表示される。
In FIG. 13, in step S11, an ultrasonic reflection signal is read in the same manner as in S1 described above. Next, in S12 corresponding to the blood vessel diameter initial
本実施例によれば、体動によるずれの影響の殆どない短軸画像から、パターンマッチングを用いたオグテイカルフロー解析により短軸画像内の特徴点領域R間の変位が求められ、その特徴点領域R間の変位から血管径方向成分の血管系変位量が求められ、その血管径変位量と血管径初期値(絶対値)とから、血管12の血管径連続測定値が求められるので、前述の実施例と同様の効果が得られる。
According to the present embodiment, the displacement between the feature point regions R in the short-axis image is obtained from the short-axis image almost free from the influence of the displacement due to the body motion by the angular flow analysis using pattern matching. Since the vascular system displacement amount of the vascular diameter direction component is obtained from the displacement between the point regions R, and the vascular diameter continuous measurement value of the
以上、本発明の一実施例を図面を参照して詳細に説明したが、本発明はこの実施例に限定されるものではなく、別の態様でも実施され得る。 As mentioned above, although one Example of this invention was described in detail with reference to drawings, this invention is not limited to this Example, It can implement in another aspect.
たとえば、前述の実施例では、繰り返し生成される短軸画像間の特徴点領域Rの変位検出をオプティカルフロー解析を行なうことで実現していたが、必ずしもオプティカルフロー解析を用いる必要はなく、短軸画像間の特徴点領域Rの変位をパターンマッチングで求めればよい。 For example, in the above-described embodiment, the displacement detection of the feature point region R between repeatedly generated short-axis images is realized by performing optical flow analysis, but it is not always necessary to use optical flow analysis. What is necessary is just to obtain | require the displacement of the feature point area | region R between images by pattern matching.
また、前述の実施例において、繰り返し生成される短軸画像間の特徴点領域Rの変位をオプティカルフロー解析を用いて求められていたが、拘束直線の交点群のクラスターリングや最小自乗法を用いてフロー推定を行なって短軸画像間の特徴点領域Rの変位が求められてもよい。 In the above-described embodiment, the displacement of the feature point region R between repeatedly generated short-axis images is obtained by using optical flow analysis. However, clustering of intersection groups of constrained straight lines or the method of least squares is used. The displacement of the feature point region R between the short axis images may be obtained by performing flow estimation.
また、前述の実施例では、圧迫帯により圧迫前から圧迫解放後の所定時間経過後までの超音波反射信号が読み込まれた後に演算処理が行なわれて血管12の連続測定値が算出されるというパッチ処理であったが、超音波反射信号が入力される毎に演算処理が実行されるリアルタイム処理であってもよい。
Further, in the above-described embodiment, calculation processing is performed after the ultrasonic reflection signal from before compression until a predetermined time has elapsed after the compression is released by the compression band, and the continuous measurement value of the
また、前述の実施例では、血管径が測定される血管12は皮膚直下に位置していたが、ハイブリッドプローブユニット24を体腔内へ挿入することにより、体腔内の臓器内に位置するものであってもよい。
Further, in the above-described embodiment, the
なお、上述したのはあくまでも一実施形態であり、その他一々例示はしないが、本発明は、その主旨を逸脱しない範囲で当業者の知識に基づいて種々変更、改良を加えた態様で実施することができる。 It should be noted that the above description is merely an embodiment, and other examples are not illustrated. However, the present invention is implemented in variously modified and improved modes based on the knowledge of those skilled in the art without departing from the gist of the present invention. Can do.
10:血管径連続測定装置
11:上肢(生体)
12:血管
24:ハイブリッドプローブユニット(超音波センサ)
84:Aモード信号処理部
86:長軸血管径算出部
88:短軸画像生成部
90:変位算出部
92:血管径変位量算出部
96:血管径測定部
102:拡張末期タイミング発生部
A:第1短軸用超音波アレイ探触子
B:第2短軸用超音波アレイ探触子
C:長軸用超音波アレイ探触子10: Continuous blood vessel diameter measuring device 11: Upper limb (living body)
12: Blood vessel 24: Hybrid probe unit (ultrasonic sensor)
84: A-mode signal processing unit 86: Long axis blood vessel diameter calculating unit 88: Short axis image generating unit 90: Displacement calculating unit 92: Blood vessel diameter displacement amount calculating unit 96: Blood vessel diameter measuring unit 102: End diastolic timing generating unit A: First short axis ultrasonic array probe B: second short axis ultrasonic array probe C: long axis ultrasonic array probe
Claims (6)
前記超音波センサにより検出された超音波反射信号に基づいて前記血管の短軸画像を繰り返し生成する短軸画像生成部と、
該短軸画像生成部により繰り返し生成された短軸画像間における複数の特徴点領域の変位を、該特徴点領域のパターンと一致する領域を検出するパターンマッチングを用いてそれぞれ逐次算出する変位算出部と、
該変位算出部により算出された前記特徴点領域の血管径方向成分の変位から前記血管の径変位量を算出する血管径変位量算出部と、
該血管径変位量算出部により算出された前記血管の径変位量に基づいて血管径の時系列的変化を測定する血管径測定部と
を、含むことを特徴とする血管径連続測定装置。A biological blood vessel diameter continuous measuring device for continuously measuring the blood vessel diameter of a blood vessel in the living body by bringing an ultrasonic sensor into contact with the living body,
A short-axis image generation unit that repeatedly generates a short-axis image of the blood vessel based on an ultrasonic reflection signal detected by the ultrasonic sensor;
Displacement calculation unit for sequentially calculating displacement of a plurality of feature point areas between short axis images repeatedly generated by the short axis image generation unit using pattern matching for detecting an area that matches the pattern of the feature point area When,
A blood vessel diameter displacement amount calculation unit that calculates a diameter displacement amount of the blood vessel from a displacement of a blood vessel radial direction component of the feature point region calculated by the displacement calculation unit;
A blood vessel diameter continuous measuring device, comprising: a blood vessel diameter measuring unit that measures a time-series change in blood vessel diameter based on the blood vessel diameter displacement calculated by the blood vessel diameter displacement calculating unit.
前記短軸画像生成部は、該短軸用超音波アレイ探触子により検出された超音波反射信号に基づいて前記血管の短軸画像を繰り返し生成するものであり、
前記血管径測定部は、前記長軸血管径算出部により算出された血管径の時系列的変化を血管径測定値として用いるが、該血管径の時系列的変化が得られない空白区間がある場合またはすべてが空白区間の場合には、前記血管径変位量算出部により前記短軸画像中の特徴点領域の血管径方向成分の変位から算出された前記血管の径変位量を用いて該空白区間内の血管径の時系列的変化を生成する
ことを特徴とする請求項1又は2の血管径連続測定装置。The ultrasonic sensor includes a short-axis ultrasonic array probe arranged so as to be orthogonal to the blood vessel, a long-axis ultrasonic array probe arranged in a direction parallel to the blood vessel, and the long-axis ultrasonic probe. A long-axis blood vessel diameter calculating unit that sequentially calculates a blood vessel diameter in the long axis based on an ultrasonic reflection signal from the ultrasonic array probe;
The short-axis image generation unit repeatedly generates a short-axis image of the blood vessel based on an ultrasonic reflection signal detected by the short-axis ultrasonic array probe,
The blood vessel diameter measurement unit uses a time-series change in the blood vessel diameter calculated by the long-axis blood vessel diameter calculation unit as a blood vessel diameter measurement value, but there is a blank section in which the time-series change in the blood vessel diameter cannot be obtained. In this case, or in the case where all are blank sections, the blank diameter displacement amount calculation unit calculates the blank using the radial displacement amount of the blood vessel calculated from the displacement of the blood vessel radial direction component of the feature point region in the short-axis image. The blood vessel diameter continuous measurement apparatus according to claim 1 or 2, wherein a time-series change of the blood vessel diameter in the section is generated.
前記長軸血管径算出部は、該Aモード波形生成部から生成されたAモード波形が示すピーク波形間の時間差から長軸での血管径を逐次算出するものである
ことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1の血管径連続測定装置。An A-mode waveform generation unit that generates an A-mode waveform that is an envelope signal that connects the peak values of the detection waveform of the ultrasonic reflection signal based on the ultrasonic reflection signal from the long-axis ultrasonic array probe ,
The long axis blood vessel diameter calculating unit sequentially calculates a blood vessel diameter on a long axis from a time difference between peak waveforms indicated by the A mode waveform generated from the A mode waveform generating unit. The blood vessel diameter continuous measurement device according to any one of 1 to 3.
ことを特徴とする請求項3又は4の血管径連続測定装置。The long-axis blood vessel diameter calculating unit is a time difference synchronized with an end-diastolic heartbeat synchronization signal from the end-diastolic timing signal generating unit among time differences between peak waveforms indicated by the A-mode waveform generated from the A-mode waveform generating unit. The blood vessel diameter continuous measuring apparatus according to claim 3 or 4, wherein the blood vessel diameter on the long axis is sequentially calculated from the above.
ことを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1の血管径連続測定装置。The blood vessel diameter displacement amount calculation unit uses optical flow analysis to match the displacement of a plurality of feature point regions between the short axis images repeatedly generated by the short axis image generation unit with the pattern of the feature point regions. The blood vessel diameter continuous measurement device according to any one of claims 1 to 5, wherein the blood vessel diameter is continuously calculated by detecting each region.
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