WO2005020821A1

WO2005020821A1 - 生体信号モニタ装置

Info

Publication number: WO2005020821A1
Application number: PCT/JP2004/012891
Authority: WO
Inventors: Yoshinobu Watanabe; Hisashi Hagiwara; Yoshinao Tannaka; Takao Suzuki
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.
Priority date: 2003-09-01
Filing date: 2004-08-30
Publication date: 2005-03-10
Also published as: EP1661519A4; US20070032725A1; CN1845707A; EP1661519A1; JPWO2005020821A1; EP1661519B1; JP4676334B2; CN1845707B; US7575551B2

Abstract

体動や振動により動いている生体組織が疑似的に静止しているように観察できる優れた生体信号モニタ装置を提供する。逆補正処理部（１１４）が、移動量検出部（１１３）により検出された生体組織の移動量に基づいてＢモード画像に逆補正を施し、体動により動いている生体組織に対応したＢモード画像を疑似的な静止画像情報として出力し、演算処理部（１１５）が、逆補正処理部（１１４）からの疑似的な静止画像情報に平均化やフィルタ処理等の演算処理を施してランダムノイズ成分を除去する。これにより、生体組織として例えば血管壁の輪郭部分を明瞭に表示できる。

Description

明細書生体信号モニタ装置技術分野

本発明は、医療用の超音波診断装置に関し、特に心拍などの体動による体内組織の移動量の測定、輪郭抽出、血管径の測定、血管壁（顏動脈) の脈管内膜厚み（以下、 I M T (Intima Media Thickness)値と称する）などを非侵襲かつ連続的に測定し、その測定結果を用いて動脈硬化などの診断を行う生体信号モニタ装置に関する。背景技術

従来、超音波診断装置を用いた生体組織や血管壁の境界判定、血管内径値の測定、 I M T値の測定、などを非侵襲かつ連続的に測定する方法としては、標準的な生体組織構造や血管壁構造を前提に、画像データの輝度信号から計測する、 I M T値を求める（例えば、特開 2 0 0 0— 2 7 1 1 1 7号公報（第 3頁、図 1 ) および特許第 2 8 8 9 5 6 8号公報 (第 5頁、図 8 ) 参照）などが知られている。しかし、体動により動いている体内組織を疑似的に静止させて表示する先行技術、また疑似的に静止させた情報を体内組織の構造解析に利用する先行技術は、文献公知発明に係るものでないため、記載すべき先行技術文献情報はない。

上記従来の技術では、生体組織の境界抽出などを実施する際には、ランダムノイズ成分が一定以下に抑えられた静止画像を取得することが必要条件となる。しかし、対象とする生体組織が体動などで動いている場合には、通常の画像用ノイズフィル夕などでランダムノイズ成分を除去しょうとすると、画像解析の対象である生体組織成分もノイズフィルタの影響を受けて輪郭の先鋭度が低下するなどの悪影響が発生し、生体組織の正しい構造解析ができない場合が多かった。

特に、頸動脈を対象とした実際の医療診断時には、対象の血管壁構造を解析する際に画像データの輝度情報を利用しているため、内膜輝度の低い生体などでは、ランダムノイズ成分と内膜組織に対応した信号との輝度差が少なく、生体組織の正しい構造解析が安定的にかつ容易に実施できない、という問題を有していた。発明の開示

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、体動による生体組織の動きを疑似的に静止させる、あるいは生体組織の移動量で逆補正すれば、ライブ画像でありながら、動いている生体組織が疑似的に静止しているように観察でき、また、一般的な画像用ノイズフィル夕を使い、体動により動いている生体組織部分に内在するランダムのノイズ成分を除去でき、ノイズ除去したエコーデータを、再び逆変換して体動により生体組織が移動する状態に戻すことで、体動により移動する生体組織部分に内在するランダムノイズ成分を削減したクリァな Bモード画像を提供できる優れた生体信号モニタ装置を提供することにある。

前記の目的を達成するため、本発明に係る第 1の生体信号モニタ装置は、生体内に超音波パルスを送信し、生体組織からの超音波エコーを受信し電気信号に変換する超音波送受信手段と、超音波送受信手段により得られた生体組織からの超音波ェコ一信号の位相を解析し、心拍による体動あるいは振動による生体組織の移動量を検出する移動量検出手段と、移動量検出手段により検出された生体組織の移動量に基づいて超音波画像信号補正する補正手段と、補正手段により補正された画像を表示する表示手段とを備えたものである。

この構成により、生体組織の移動量を超音波画像に逆補正して、表示画像上、体動や各種の振動により動いている生体組織が疑似的に静止しているように観察できる優れた生体信号モニタ装置を提供することが可能となる。

また、本発明に係る第 1の生体信号モニタ装置は、超音波エコー信号に加算平均およびフィル夕処理を施すことでランダムノイズ成分を低減した疑似静止画像情報を生成する生成手段を備えたものである。

この構成により、体動の影響を受けずに常に一定部位からの情報となることを利用して、加算平均や各種のフィルタ処理を施すことで、ランダムノイズ成分を低減した疑似静止画像情報を生成できる優れた生体信号モニタ装置を提供することが可能となる。

また、本発明に係る第 1の生体信号モニタ装置は、フィル夕処理を施した超音波エコー信号を補正し、体動あるいは振動により生体組織が移動する表示状態に戻すものである。

この構成により、体動により移動する生体組織部分に内在するランダムノイズ成分を低減したクリァな Bモード画像を提供できる優れた生体信号モニタ装置を提供することが可能となる。

また、本発明に係る第 1の生体信号モニタ装置は、体動あるいは振動により動いている前記生体組織が疑似的に静止しているように表示できる表示手段を利用して、生体組織構造の境界抽出および内部構造を解析する解析手段を備えたものである。

また、前記の目的を達成するため、本発明に係る第 2の生体信号モニ夕装置は、生体内に超音波パルスを送信し、生体組織からの超音波ェコ一を受信し電気信号に変換する超音波送受信手段と、超音波送受信手段により得られた生体組織からの超音波エコー信号の位相を解析し、心拍による体動あるいは振動による生体組織の移動量を検出する移動量検出手段と、移動量検出手段を利用して、生体組織構造の境界抽出および内部構造を解析する解析手段とを備えたものである。

また、本発明に係る第 1および第 2の生体信号モニタ装置は、解析手段により得られた生体組織の境界位置の値と近接する複数ケ所で求められる境界位置の値とにフィルタ処理を施すフィルタ処理手段を備えたものである。

この構成により、スムーズな境界分割を実現できる優れた生体信号モ二夕装置を提供することが可能となる。

また、本発明に係る第 1および第 2の生体信号モニタ装置は、解析手段により得られた生体組織の境界位置の結果を所定のサイクル（例えば、心拍サイクル）以上前の境界位置の結果と比較して、それぞれの境界位置のデータを平均処理する誤差低減手段を備えたものである。

この構成により、ノイズ混入による境界位置検出の誤差を低減できる優れた生体信号モニタ装置を提供することが可能となる。

また、本発明に係る第 1および第 2の生体信号モニタ装置は、移動量検出手段により検出された生体組織の移動量を所定のサイクル（例えば、心拍サイクル）以上前の移動量検出結果と比較して、生体組織の境界抽出の安定（一定）度合いを判断する判断手段を備えたものである。

また、本発明に係る第 1および第 2の生体信号モニタ装置は、解析手段により得られた境界抽出の結果から、表示画像上でモニタ対象部位を明確にするために、モニタ対象外の画像を除去、あるいはそれぞれの輝度または色合いを変える手段を備えたものである。

また、本発明に係る第 1および第 2の生体信号モニタ装置は、観測対象を血管壁とした場合に、心拍による拍動成分を疑似的に静止された状態、かつランダムノイズ成分が除去された状態の画像が得られることを血管組織の構造分析に利用して血管内径値を求める手段を備えたものである。

この場合、複数箇所の血管内径値を求める手段を備えることが好ましい。

また、複数箇所の超音波プローブ表面と観測される血管壁との距離情報に基づいて、血管内径値を角度補正する手段を備えることが好ましい。また、動量検出手段により検出された生体組織の移動量を所定のサイクル（例えば、心拍サイクル）以上前の移動量検出結果と比較して、血管内径値計測の安定（一定）度合いを判断する手段を備えることが好ましい。

また、得られた血管内径値と心拍による血管壁の移動量とに基づいて、血管内径値の変化状態を算出する手段を備えることが好ましい。

また、本発明に係る第 1および第 2の生体信号モニタ装置は、観測対象を頡動脈とした場合に、心拍による拍動成分を疑似的に静止された状態で、かつランダムノィズ成分が除去された状態の画像が得られること、または体動および振動による生体組織の移動量を検出することを顏動脈の構造分析に利用して、動脈硬化の指標の一つである脈管内膜厚み（ I M T ) 値を求める手段を備えたものである。

この場合、同時に 2ケ所以上の I M T値を算出する手段を備えることが好ましい。

また、複数ケ所から得られた最大の I M T値の観測場所を、血管の長軸断面の超音波画像上に表示する手段を備えることが好ましい。また、超音波プローブと観測される血管壁との距離（深さ）情報に基づいて、 I M T値を角度補正する手段を備えることが好ましい。

また、移動量検出手段により検出された生体組織の移動量を所定のサィクル（例えば、心拍サイクル）以上前の移動量検出結果と比較して、 I M T値計測の安定（一定）度合いを判断する手段を備えることが好ましい。

また、近接する複数ケ所で求められる I M T値を比較して、 I M T値計測の安定（一定）度合いを判断する手段を備えることが好ましい。また、得られた I M T値と心拍による血管壁の移動量に基づいて、 I M T値の変化状態を算出する手段を備えることが好ましい。

また、得られた I M T値と心拍による血管壁の移動量に基づいて I M T値の変化状態を算出する手段と、算出された変化量に基づいて、内膜から中膜に至る I M T計測対象部位の硬さ値を算出する手段を備えることが好ましい。

また、前記の目的を達成するため、本発明に係る第 3の生体信号モニ夕装置は、生体内に超音波パルスを送信し、生体組織からの超音波ェコ一を受信し電気信号に変換する超音波送受信手段と、超音波送受信手段により得られた生体組織からの超音波エコー信号の位相を解析し、心拍による体動による生体組織の移動量を算出する移動量検出手段と、特定期間における生体組織の移動量に基づいて、生体組織の硬さ値を算出する算出手段と、算出された硬さ値に基づいて色分けして硬さ値情報を 2 次元表示する表示手段と、表示された硬さ値情報を、前記生体組織の移動量に基づいて、ライブ状態の Bモード画像に合致するように伸縮表示させる手段とを備えたものである。

本発明によれば、体動による生体組織の動きを疑似的に静止させる、あるいは生体組織の移動量で逆補正すれば、ライブ画像でありながら、動いている生体組織が疑似的に静止しているように観察でき、また、一般的な画像用ノイズフィルタを使い、体動により動いている生体組織部分に内在するランダムのノイズ成分を除去でき、ノイズ除去したエコーデータを、再び逆変換して体動により生体組織が移動する状態に戻すことで、体動により移動する生体組織部分に内在するランダムノイズ成分を削減したクリァな Bモード画像を提供できる優れた生体信号モニタ装置を提供することが可能となる、という格別な効果を奏する。図面の簡単な説明

図 1は、本発明の第 1の実施の形態に係る生体信号モニタ装置の一構成例を示すプロック図である。

図 2は、本発明の第 1の実施の形態に係る生体信号モニタ装置における心拍により血管壁が移動する状態におけるエコー輝度値を示す図である。

図 3は、本発明の第 1の実施の形態に係る生体信号モニタ装置における心拍により血管壁が不明瞭な輪郭となった状態における Bモード画像 (通常の画像）の表示画面を示す図である。

図 4は、本発明の第 1の実施の形態に係る生体信号モニタ装置における心拍の影響を受けずに血管壁が静止している状態におけるエコー輝度値を示す図である。

図 5は、本発明の第 1の実施の形態に係る生体信号モニタ装置における心拍の影響を受けずに血管壁が明瞭な輪郭となった状態における Bモード画像（擬似的な静止画像）の表示画面を示す図である。

図 6は、本発明の第 6の実施の形態に係る生体信号モニタ装置における心拍による血管壁の移動状態を示す図である。

図 7は、本発明の第 6の実施の形態に係る生体信号モニタ装置における血管壁の収縮期での Bモード画像と硬さ値表示領域の表示画面を示す図である。

図 8は、本発明の第 6の実施の形態に係る生体信号モニタ装置における血管壁の拡張期での Bモード画像と硬さ値表示領域が不一致状態にある表示画面を示す図である。

図 9は、本発明の第 6の実施の形態に係る生体信号モニタ装置における拡張期であっても Bモード画像と硬さ値表示領域が合致状態にある表示画面を示す図である。

図 1 0は、本発明の第 2の実施の形態に係る生体信号モニタ装置における生体組織の体動により境界が不明瞭である状態の説明図

図 1 1は、本発明の第 2の実施の形態に係る生体信号モニタ装置における生体組織の体動が除去され境界が明瞭な状態の説明図である。図 1 2は、本発明の第 3の実施の形態に係る生体信号モニタ装置における複数の境界検出を実施する事で関心領域を切り分ける状態の説明図である。

図 1 3は、本発明の第 2の実施の形態に係る生体信号モニタ装置における複数箇所で得られた境界位置をフィルタ処理する状態の説明図である。

図 1 4は、本発明の第 4の実施の形態に係る生体信号モニタ装置における I M T値を確度捕正する説明図である。

図 1 5は、本発明の第 5の実施の形態に係る生体信号モニタ装置における I M T値を求めるための境界検出の説明図である。

図 1 6は、本発明の第 5の実施の形態に係る生体信号モニタ装置における心拍による I M T値の変化状態の説明図である。

図 1 7は、本発明の第 3の実施の形態に係る生体信号モニタ装置における移動軌跡との比較により測定の安定性を判断している状態の説明図である。

図 1 8は、本発明の第 1の実施の形態に係る生体信号モニタ装置における疑似静止画像を逆補正することでクリァな Bモード画像を生成することを説明するための図である。

図 1 9は、本発明の第 4の実施の形態に係る生体信号モニタ装置における境界検出により血管内径値を求める状態の説明図である。

図 2 0は、本発明の第 4の実施の形態に係る生体信号モニタ装置における心拍による血管内径値の変化状態の説明図である。発明を実施するための最良の形態

以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施の形態では、頸動脈を観察する場合を例に挙げて説明する。

(第 1の実施の形態）

以下、本発明の第 1の実施の形態について、図 1から図 5、および図 1 8を参照しながら説明する。

図 1は、本発明の第 1の実施の形態に係る生体信号モニタ装置の一構成例を示すブロック図である。

超音波プロ一ブ 1 0 1で受信されたエコー信号は、受信部 1 1 0と遅延合成部 1 1 1を経由して、移動量検出部 1 1 3に伝達される。この移動量検出部 1 1 3は、生体組織が拍動により移動する量を位相トラツキング法で検出する。次に、 Bモード処理部 1 1 2からの画像情報に対し移動検出部 1 1 3で得られた移動量の分だけが補正手段である逆補正処理部 1 1 4で相殺され（逆補正され）、ライブ画像でありながら、体動成分が静止している疑似的な静止画像が生成される。更に、演算処理部 1 1 5でランダムノイズが除去され、表示部 1 1 6でモニタに表示される。

図 2は、図 1に示す走査線 1 0 6の位置で得られる受信信号のエコー輝度値 1 0 7 (図 1 ) が心拍サイクルにより変動する様子を示す図である。このエコー輝度値 1 0 7の境界（段差）部の変化から、血管壁の輪郭部分が移動する様子を示すことができる。つまり、心電図（以下、 E C Gと略称する）波形 2 0 0で示される心拍サイクルの中で、血管断面は拡張期 2 0 1と収縮期 2 0 2を繰り返し、その血管壁は境界移動量 2 0 3に示す区域の移動を繰り返す。このように変動しているため、血管壁の構造解析を行う際にライブ画像を使用するのは不向きである。また、一般的なランダムノイズ成分を削除するフィルタ機能も境界移動量 2 0 3の区域では有効ではない。図 3は、この時の Bモード画像（通常の画像） 3 0 0上で、血管壁 3 0 1 , 3 0 2の移動状態を示しており、血管壁が不明瞭な輪郭 3 0 3、 3 0 4となっていることが判る。特に、粥種 (ァテローム） 3 0 5などの構造解析にはライブ画像が不向きなことが判る。

しかしながら、本実施の形態では、図 4に示すように、 E C G波形 4 0 0で示される心拍サイクルで、血管断面は拡張期 4 0 1と収縮期 4 0 2を繰り返すが、血管組織の移動量が算出できているので、逆補正処理部 1 1 4において、その移動量で逆補正すれば変動補正量 4 0 3が動き成分として除去されるので、エコー輝度値 4 0 7は心拍サイクルにより変化せず、ライブ画像でありながら、体動成分が静止している疑似的な静止画像が生成される。図 5は、この時の Bモード画像（擬似的な静止画像） 5 0 0上で、血管壁 5 0 1、 5 0 2が静止している状態を示しており、血管壁が明瞭な輪郭 5 0 3、 5 0 4となっていることが判る。特に、粥種（ァテローム） 5 0 5などの構造解析には、ライブ画像でありながら、静止画同然の安定した画像が得られていることが判る。また、体動の影響を受けずに常に一定部位からの情報となることを利用して、加算平均や各種のフィル夕処理を施すことで、疑似静止画像情報からランダムノイズ成分を削減する事も可能となる。

一方、図 1 8では、疑似的な静止画像の状態でフィル夕処理を施したエコーデータを、再び逆変換して体動により生体組織が移動する状態に戻すことで、体動により移動する生体組織部分に内在するランダムノィズ成分を削減したクリァな Bモード画像を提供できる様子を示している。

£〇0波形1 8 0 0で示される心拍サイクルで、血管断面は拡張期 1 8 0 1と収縮期 1 8 0 2を繰り返す。また、各超音波エコー信号にはランダムノイズが含まれているので、各超音波エコー信号の相関演算などにより各種のフィルタリングが実施されるが、血管壁 1 8 1 0の境界部分は、境界移動量 1 8 1 1に示されるように、生体組織が変動しているために通常のフィルタリングの効果が得られない。このため、各超音波エコー信号の境界移動部分からはランダムノイズが除去されずに、超音波エコー信号 1 8 1 2に示すようなノイズが残ることになる。

この時、血管組織の移動量が算出できていることを利用して、その移動量で逆補正すれば、血管壁 1 8 2 0の変動補正量 1 8 2 1が動き成分として除去されるので、一般的な相関演算などのフィルタリング処理を実施することで、ランダムノイズが除去された超音波エコー信号 1 8 2 2を生成できる。

更に、得られた超音波エコー信号 1 8 2 2を再び逆変換して体動により生体組織が移動する状態に戻すことで、超音波エコー信号 1 8 3 2に示すように、血管壁 1 8 3 0の体動により移動する部分 1 8 3 1からもランダムノイズが除去されたエコー信号が得られる。従って、クリアな状態となった各エコー信号から B断面画像を生成すれば、体動により移動する生体組織部分に内在するランダムノィズ成分を削減したクリアな Bモード画像を提供できる。

本実施の形態はさらに三次元的にも実施可能であり、心臓などの外科手術時に拍動により上下（左右）方向に移動する心筋壁や他の臓器などの境界組織の移動量をリアルタイムに把握することが可能となる。例えば、遠隔手術などの際に、心臓を映し出す C G Dカメラのアームあるいはカメラの出力信号に対して検出された移動量をフィードバックさせて、 C C Dカメラあるいはカメラの出力信号を心筋の動きに同調させて三次元的に動かすことで、モニタに表示される心臓は疑似的に静止しているように見え、患部の観察が非常に容易となる。更に、遠隔でメスなどの手術機器を使用できる環境であれば、 C C Dカメラ同様に遠隔操作ァームに検出された移動量をフィードバックさせて、心筋の動きに同調させて三次元的に動かせば、疑似静止表示されているモニタ画像を見ながら、拍動する心臓に対して静止している臓器を処置する場合と同程度の容易さで手術を実施することも可能となる。

以上のように、本実施の形態によれば、体動による生体組織の動きを疑似的に静止させる、あるいは生体組織の移動量で逆補正すれば、ライブ画像でありながら、動いている生体組織が疑似的に静止しているように観察でき、また、一般的な画像用ノイズフィルタを使い、体動により動いている生体組織部分に内在するランダムのノイズ成分を除去でき、ノイズ除去したエコーデータを、再び逆変換して体動により生体組織が移動する状態に戻すことで、体動により移動する生体組織部分に内在するランダムノイズ成分を削減したクリァな Bモード画像を提供できる優れた生体信号モニタ装置を提供することが可能となる。

(第 2の実施の形態）

次に、本発明の第 2の実施の形態について、図 1 0、図 1 1および図 1 3を参照しながら説明する。図 1 0において、走査線 1 006に着目すると、ライブ画像のエコー輝度値 1 0 07のグラフに示されるように、エコー輝度値 1 007からは生体組織の移動に伴って境界位置も変動するため、境界位置の識別時に誤差を生成する可能性が高く、特に緻密な医療診断が必要な粥種（ァテローム） 100 5を持つ生体の場合では、その部位の内容物の成分などによりエコー輝度値のムラが発生するために超音波エコー信号の輝度値が一様でなく、 Bモード画像 1 000の不明瞭な輪郭 1 003 a、 1 004 aで示すように、血管壁 1 00 1、 1 002の境界位置を正確に判定することが困難であった。

そこで、超音波エコー信号の位相を解析し、心拍などの体動や各種の振動による生体組織の移動量を算出する手段を設けることで、図 1 1に示すように、 Bモード画像 1 1 00を疑似的に静止させることが可能となり、走査線 1 1 06の部分の超音波エコー信号を一心拍分重ね合わせても、エコー輝度値 1 1 07、および明瞭な輪郭 1 1 0 3 b、 1 1 04 bで示すように明瞭に表現される。従って、血管壁 1 1 0 1、 1 1 02 の正しい境界判定を容易に実現することができる。

さらに、演算処理部 1 1 5 (図 1) に、境界判定のための閾値データを記憶するメモリを設けることで、自動的に境界を判定することも可能である。

また、超音波エコー信号の位相を解析し、心拍などの体動や各種の振動による生体組織の移動量を監視していれば、疑似的な静止画を生成しなくとも、生体組織の境界位置が移動する状況が把握できるので、同様に血管壁 1 1 0 1、 1 1 02を容易に求めることも可能である。

また、得られた生体組織の境界位置の値と近接する複数ケ所で求められる境界位置の値を演算処理部 1 1 5 (図 1) でソフト的にフィルタ処理することで、スムーズな境界分割を実現することも可能である。また、フィル夕処理時の閾値を任意の範囲で自動的に変動させて、ェコー輝度値と連結して、データを抽出し、保存することにより、生体組織の境界分割をよりスムーズに行うことができる。

また、図 1 3は、特定サイクル（例えば、心拍サイクル）毎に得られた R〇 I (関心領域）内の境界検出結果を時間順にフレーム（A) 1 3 1 0、フレーム（B) 1 320として示している。実際の診断現場では、生体の体動や呼吸状態、および超音波プローブの固定状態など複数の要因で、血管壁の運動変位のトラッキング情報にノイズが混入し、結果として血管壁の境界検出にもノイズ 1 3 1 3 (または、ノイズ 1 329) の影響が表れる。このノイズの影響を最小限度に押さえるために、位置 f の境界検出位置を K ( f ) と関数定義した場合に、近接する複数ケ所に対して以下の（式 1) .に示すようなフィルタ処理を施す、あるいは所定のサイクル前の結果と比較するために（式 2) に示すようなフィル夕処理を施すことで、フレーム（補正後） 1 30 0のようなノイズの影響を最小限度に押さえた境界検出画像を生成することができる。これらのフィルタ処理は、演算処理部 1 1 5 (図 1) でソフト的に実現できる。

K (1 303) = {K (1 3 1 2) +Κ ( 1 3 1 3) + Κ ( 1 3 14 ) } / 3

Κ ( 1 3 09 ) = {Κ ( 1 32 8) +Κ ( 1 3 29 ) + Κ ( 1 3 30)} / 3

… （式 1)

Κ ( 1 303) ： {Κ (1 3 1 3) +Κ (1 32 3)} ノ 2

Κ ( 1 3 0 9 ) = {Κ (1 3 1 9) +Κ ( 1 32 9)} /2

… （式 2) なお、ここでは簡素化のため、近接する左お 1ケ所ずつの値を用いているが、 2ケ所以上の複数範囲でフィルタ処理を施すことでも、同等以上の効果を得ることができる。また、単純な加算平均によるフィル夕処理を施しているが、フィル夕処理の重みづけや演算式を変更する、および複数のフィルタ処理を複合させることで、同等以上の効果を得ることが可能である。また、境界検出前の血管壁の振幅変位運動量に対して、各種のフィル夕処理を施した後に境界検出を実施しても、同等以上の ¾ 果を得ることが可能である。

以上のように、本実施の形態によれば、超音波エコー信号の位相を解析し、心拍などの体動や各種の振動による生体組織の移動量を監視することで、血管壁を容易に求めることができる。また、近接する複数ケ所で求められる境界位置の値に対してフィル夕処理を施すことで、スム一ズな境界分割を実現することもできる。また、特定サイクル毎に得られた境界検出結果に対してフィルタ処理を施す、あるいは所定のサイクル前の結果と比較することで、ノイズの影響を最小限度に押さえた境界検出画像を生成することができる優れた生体信号モニタ装置を提供することが可能となる。

(第 3の実施の形態）

次に、本発明の第 3の実施の形態について、図 1 7および図 1 2を参照しながら説明する。

本実施の形態は、生体と超音波プローブの位置関係が同じ、生体が呼吸を停止して安定状態を保っているなど、理想的な測定データが得られた場合には、心拍毎の血管壁の移動軌跡が近似することを利用して、 I M T値や血管内径値を計測するための測定自体の安定（一定）度合いを演算処理部 1 1 5 (図 1 ) でソフト的に判断するものである。

図 1 7に示すように、例えば、 E C G波形 1 7 0 0の心拍サイクルに同期した直前サイクルの移動軌跡 1 7 1 0の軌跡に、任意に設定した許容誤差範囲 1 7 1 1を加味した領域範囲と次回の測定サイクルの軌跡を比較して、安定測定時の軌跡 1 7 2 0のように許容誤差範囲 1 7 1 1内に常に収まっている場合には安定な測定であると判断し、非安定時の軌跡 1 7 3 0のように許容誤差範囲から外れる箇所が存在するような場合には非安定な測定であると判断することが可能となる。この情報をリアルタイムに測定者に通知することで、現在の測定結果が信頼できる情報であるかどうかを測定中に判断することが可能となり、その結果、測定時間も短縮できる効果が期待できる。

無論、直前のサイクルとの差分の比較、直前だけでなく過去の複数サィクルから求めた安定軌跡との比較であっても、同様の効果が得られる。また、安定と非安定を区別する閾値を変動させることでも、更なる効果が得られる。また、境界判定には不向きなエコー輝度値から求まる値（例えば、疑似境界判別位置など）について、直前のサイクルで得られた値と現在のサイクルの値と比較することでも、同様な効果が得られる。また、生体の構造的に近接する複数箇所の I M T値は近似した値となることを利用して、近接する複数箇所の I M T値の近似度合を比較するなど、複数の測定安定度合いを判断する機能を組み合わせることで、安定測定と判断する閾値を上げて、測定結果の信頼性を更に高めることも可能となる。

また、図 1 2に示すように、複数の走査線（N本）に対して、第 2の実施の形態と同様の境界検出を実施することで、 R〇 I (関心領域） 1 2 0 2内に存在する血流部 1 2 0 3からの情報と血管壁 1 2 0 4からの情報とを切り分けることが可能となる。そこで、医療診断時に、不要な血流部分からのノィズ成分などを 2次元画像的に削除したり、血流部 1 2 0 3と血管壁 1 2 0 4などの生体組織毎にそれぞれの輝度や色合いを変えるなどの処理を施した画像を生成することが可能となる。

以上のように、本実施の形態によれば、 I M T値や血管内径値を計測するための測定自体の安定（一定）度合いが判断でき、この情報をリアルタイムに測定者に通知することで、現在の測定結果が信頼できる情報であるかどうかを測定中に判断することが可能となり、その結果、測定時間も短縮できる効果が期待できる。

また、生体の構造的に近接する複数箇所の I M T値は近似した値となることを利用して、近接する複数箇所の I M T値の近似度合を比較するなど、複数の測定安定度合いを判断する機能を組み合わせることで、安定な測定であると判断する閾値を上げて測定結果の信頼性を更に高めることも可能となる。

さらに、境界検出を実施することで、医療診断時に、不要な血流部分からのノイズ成分などを 2次元画像的に削除したり、血流部と血管壁などの生体組織毎にそれぞれの輝度や色合いを変えるなどの処理を施した画像を生成することができる。

従って、以上のような利点を有する優れた生体信号モニタ装置を提供することが可能となる。

(第 4の実施の形態）

次に、本発明の第 4の実施の形態について、図 1 9、図 2 0および図 1 4を参照しながら説明する。

図 1 9に示すように、第 2の実施の形態と同様の境界検出を血管前壁 1 9 0 1と血管後壁 1 9 0 2に対して実施することで、走査線 1 9 0 6 上の境界位置 A t点と A b点の位置を求めることができる。同時に、 A t点と A b点のそれぞれの深さも把握できているので、演算処理部 1 1 5 (図 1 ) で境界位置 A t点と A b点の深さの情報から差分をとることで、血管内径値を容易に求めることも可能である。

また、例えば、リニアアレイ式の超音波送受信手段で開口部を移動することで、走査線 1 9 0 6以外にも同時に複数箇所の血管内径値を求めることも可能である。

更に、図 14は、体動成分が除去された疑似的な静止画像を利用して境界判定した血管壁の位置情報を利用して血管内径値の角度補正ができることを示している。

1400は超音波プローブ、 140 1は走査線（A)、 1402は走査線（B)、点 A bは走査線（A) 140 1上の血管壁の境界位置、点 B b は走査線（B) 1402上の血管壁の境界位置、 013は八1)点と813点との深さ差、 Lは走査線（A) 140 1と走査線（B) 1402との平行距離、 D sは A t点と Ab点との間の距離、つまり角度補正前の内径値である。従って、走査線（A) 140 1で求められる血管内径値 D s に対して角度補正を実施した血管内径値 D cは、以下の（式 3) で求めることができる。

D c =D s X c o s { a t a n (D b/L)} … （式 3 ) 無論、体表に近い側の内膜位置である A t点と B t点との深さ差 D t を使って、更に角度補正の精度を高めることも可能である。

また、第 3の実施の形態と同様に、動量検出部 1 1 3 (図 1) により検出された生体組織の移動量を、所定のサイクル（例えば、心拍サイクル）以上前の移動量検出結果と比較して、血管内径値計測の安定（一定）度合いを判断することも可能である。

更に、図 20に示すように、 E C G波形 200 0の心拍サイクルに同期した血管内径値を一心拍期間以上観測することで、境界移動量 200 3と共に拡張期の内径値 200 1、縮小期の内径値 2002など、血管内径値の変化状態が算出できるので、動脈硬化の診断などに有用な内径変化パラメータを求めることも可能となる。

以上のように、本実施の形態によれば、血管内径値を容易に求めることも可能で、同時に複数箇所の血管内径値を求めることも可能である。更に、血管内径値の角度補正ができ、所定のサイクル（例えば、心拍サィクル）以上前の移動量検出結果と比較して、血管内径値計測の安定（一定）度合いを判断することも可能である。また、心拍サイクルに同期した血管内径値を一心拍期間以上観測することで、血管内径値の変化状態が算出できるので、動脈硬化の診断などに有用な内径変化パラメータを求めることができる優れた生体信号モニタ装置を提供することが可能となる。

(第 5の実施の形態）

次に、本発明の第 5の実施の形態について、図 1 5および図 1 6を参照しながら説明する。

超音波エコー信号の輝度値を利用して I M T値を測定するためには、内膜境界の輝度が中膜境界の輝度よりも低いという標準的な血管壁構造を前提に、二段階の閾値を設定し、内膜部の境界と、中膜部の境界の二箇所の境界位置を求める必要があるが、図 1 5に示す走査線 1 5 0 2上の血管壁である R 1点と R 2点との間に着目すると、受信信号のエコー輝度 1 5 1 0のグラフに示されるように、通常画像のエコー輝度値 1 5 1 0からは、生体組織の移動に伴って E 1点と E 2点部分の境界位置も変動するため、境界位置の識別時に誤差を生成する可能性が高い。逆に、疑似静止画像のエコー輝度 1 5 2 0のグラフに示されるように、生体の移動量が補正された画像では、 S 1点と S 2点部分のように血管壁の輪郭が明瞭に表現されるため、演算処理部 1 1 5 (図 1 ) でソフト的に容易に正しい境界判定を実現することができる。従って、内膜と中膜の距離を求めることで I M T値として提供することができる。

同様に、同時に 2箇所以上の I M T値も求めることができる。また、医療現場では、血管内の最も値の大きい I M T値を診断に使う場合が多いが、複数箇所から算出した I M T値の内、最も大きい値を観測した部位を超音波画像上にモニタ表示したり、数値表示することも可能である。更に、血管画像が体表に平行していないような場合でも、血管内径値と同様な方法で I MT値に角度補正を施すことも可能である。

更に、移動量検出部 1 1 3 (図 1) により検出された生体組織の移動量を、所定のサイクル（例えば、心拍サイクル）以上前の移動量検出結果と比較して、 I MT値計測の安定（一定）度合いを判断したり、近接する複数箇所で求められる I MT値を比較して、 I MT値計測の安定（一定）度合いを判断することも可能である。

更に、一定期間以上にわたって観測を行うことで、例えば、図 1 6の £00波形 1 6 0 0の心拍サイクルに対する対象部位の移動量の大きさ、ピークの遅れ時間などから生体の組織としての硬さ値（弾性率、粘性、組織結合性、等）、 I MT値の変化状態や I MT部の硬さ値なども算出することができる。例えば、図 1 6の E C G波形 1 6 0 0の心拍サイクルに同期した内膜移動量の軌跡 1 6 1 0に示される移動量に対して、中膜移動量の軌跡 1 6 2 0を比較すると、中膜移動量の方が内膜の移動量よりも少ないことが判る。これは、 I MT範囲である内膜から中膜にかけての組織の硬さ値は低い、つまり柔らかいので、心拍による血管内の圧力変化で、（内膜移動量) - (中膜移動量）の軌跡 1 6 3 0に示すように、圧力が高まると I MT値が小さくなることを示している。従って、心拍基準時間（例えば、 R波時）を観測することで、一心拍期間中の変化量と最大値、最小値、または平均値など I MT値の変化状態も把握することができる。

また、心拍基準時間における I MT値の変化状態の観測データから、例えば、以下の（式 4) で表されるように、 I MT計測対象部位の硬さ値（E r) を算出することができる。

E r = (R波時の I MT値） Z ( I MT値変化量） … （式 4 ) 以上のように、本実施の形態によれば、生体の移動量が補正された画像で容易に正しい境界判定を実現することができ、内膜と中膜の距離を求めることで I M T値を算出することができる。また、同時に 2箇所以上の I M T値も同時に求めることができる。また、医療現場では血管内の最も値の大きい I M T値を診断に使う場合が多いので、複数箇所から算出した I M T値の内、最も大きい値を観測した部位を超音波画像上にモニタ表示したり、数値表示することができる。更に、血管画像が体表に平行していないような場合でも、血管内径値と同様な方法で I M T値に角度補正を施すことも可能である。更に、所定のサイクル（例えば、心拍サイクル）以上前の時間変化計測結果と比較して、 I M T値計測の安定（一定）度合いを判断したり、近接する複数箇所で求められる I M T値を比較して、 I M T値計測の安定（一定）度合いを判断することも可能である。その上、心拍基準時間（例えば、 R波時）を観測することで、一心拍期間中の変化量と最大値、最小値、または平均値など I M T 値の変化状態も把握することができる。また、心拍基準時間における I M T値の変化状態の観測デ一夕から、 I M T計測対象部位の硬さ値を算出することができる優れた生体信号モニタ装置を提供することが可能となる。

(第 6の実施の形態）

次に、本発明の第 6の実施の形態について、図 6から図 9を参照しながら説明する。本実施の形態では、特定心拍サイクルで取得した生体組織の移動量から生体組織の硬さ値を Bモード画像上にカラー表示などで重ねて表示する場合について説明する。

図 6に示すように、 E C G波形 6 0 0で示される心拍サイクル（A) と心拍サイクル（B ) のそれぞれで、血管断面は収縮期 6 0 1と拡張期 6 0 2を繰り返す。この収縮期 6 0 3時点での Bモード画像が、図 7に示す収縮期の画像 7 0 0である。図 7において、血管壁 7 0 1と 7 0 2 との間隔が最小になり、心拍サイクル（A) の期間に算出した生体組織の硬さ値情報が、硬さ値表示領域 7 0 3にカラー表示されており、 Bモ ―ド画像 7 0 0と硬さ値情報の位置と大きさが合致している。

しかし、図 8に示すように、血管断面が拡張期 6 0 2の時点では、 B モード画像は拡張期の画像 8 0 0となり、血管壁 8 0 1と 8 0 2との間隔が最大となり、心拍サイクル（A) の期間に算出した生体組織の硬さ値情報を硬さ値表示領域 8 0 3にカラ一表示した場合には、 Bモード画像と硬さ値情報の位置と大きさがズレてしまう。

そこで、心拍サイクル（B ) で取得した生体組織の移動情報に基づいて、心拍サイクル（A) の期間に算出した生体組織の硬さ値情報の表示位置に補正を加えることで、図 9に示すように、 Bモード画像が拡張期の画像 9 0 0となり、血管壁 9 0 1と 9 0 2との間隔が最大となった場合でも、心拍サイクル（A) の期間に算出した生体組織の硬さ値情報の位置と大きさに補正をかけた状態で、硬さ値情報を硬さ値表示領域 9 0 3にカラー表示することで、 Bモード画像と硬さ値情報の位置と大きさが、心拍サイクルによる血管壁の移動状態に係わらず合致する。

なお、当然のことながら、収縮期から拡張期に向かう途中の状態、および拡張期から収縮期に向かう途中の状態のいずれの場合でも、 Bモード画像と硬さ値情報の位置と大きさが心拍サイクルによる血管壁の移動状態に合致する。

以上のように、本実施の形態によれば、生体組織の移動情報に基づいて、生体組織の硬さ値情報の表示位置に補正を加えることで、特定心拍サイクルで取得した生体組織の移動量から生体組織の硬さ値情報を Bモード画像上にカラ一表示などで重ねて表示する場合でも、常に Bモード画像上で体動により移動する生体組織の位置と大きさに合致した場所に硬さ値情報の表示領域を実現できる優れた生体信号モニタ装置を提供することが可能となる。産業上の利用可能性

本発明に係る生体信号モニタ装置は、体動による生体組織の動きを疑似的に静止させる、あるいは生体組織の移動量で逆補正すれば、ライブ画像でありながら、動いている生体組織が疑似的に静止しているように観察でき、また、一般的な画像用ノイズフィルタを使い、体動により動いている生体組織部分に内在するランダムのノイズ成分を除去でき、ノィズ除去したエコーデータを、再び逆変換して体動により生体組織が移動する状態に戻すことで、体動により移動する生体組織部分に内在するランダムノィズ成分を削減したクリアな Bモード画像を提供できるという利点を有し、診断医療等の用途に適用できる。

Claims

請求の範囲

1 . 生体内に超音波パルスを送信し、生体組織からの超音波エコーを受信し電気信号に変換する超音波送受信手段と、

前記超音波送受信手段により得られた前記生体組織からの超音波ェコ一信号の位相を解析し、心拍による体動あるいは振動による前記生体組織の移動量を検出する移動量検出手段と、

前記移動量検出手段により検出された生体組織の移動量に基づいて超音波画像信号補正する補正手段と、

前記補正手段により補正された画像を表示する表示手段とを備えた生体信号モニタ装置。

2 . 超音波エコー信号に加算平均およびフィルタ処理を施すことでランダムノイズ成分を低減した疑似静止画像情報を生成する生成手段を備えた請求項 1記載の生体信号モニタ装置。

3 . 前記フィルタ処理を施した超音波エコー信号を補正し、体動あるいは振動により前記生体組織が移動する表示状態に戻す請求項 2記載' の生体信号モニタ装置。

4 . 体動あるいは振動により動いている前記生体組織が疑似的に静止しているように表示できる表示手段を利用して、生体組織構造の境界抽出および内部構造を解析する解析手段を備えた請求項 1記載の生体信号モニタ装置。

5 . 生体内に超音波パルスを送信し、生体組織からの超音波エコーを受信し電気信号に変換する超音波送受信手段と、

前記移動量検出手段を利用して、生体組織構造の境界抽出および内部構造を解析する解析手段とを備えた生体信号モニタ装置。

6 . 前記解析手段により得られた生体組織の境界位置の値と近接する複数ケ所で求められる境界位置の値とにフィルタ処理を施すフィルタ処理手段を備えた請求項 4または 5記載の生体信号モニタ装置。

7 . 前記解析手段により得られた生体組織の境界位置の結果を所定のサイクル以上前の境界位置の結果と比較して、それぞれの境界位置のデータを平均処理する誤差低減手段を備えた請求項 4または 5記載の生体信号モニタ装置。

8 . 前記移動量検出手段により検出された生体組織の移動量を所定のサイクル以上前の移動量検出結果と比較して、生体組織の境界抽出の安定度合いを判断する判断手段を備えた請求項 4または 5記載の生体信号モニタ装置。

9 . 前記解析手段により得られた境界抽出の結果から、表示画像上でモニタ対象部位を明確にするために、モニタ対象外の画像を除去、あるいはそれぞれの輝度または色合いを変える手段を備えた請求項 4または 5記載の生体信号モニタ装置。

1 0 . 観測対象を血管壁とした場合に、心拍による拍動成分を疑似的に静止された状態、かつランダムノイズ成分が除去された状態の画像が得られることを血管組織の構造分析に利用して血管内径値を求める手段を備えた請求項 4または 5記載の生体信号モニタ装置。

1 1 . 複数箇所の血管内径値を求める手段を備えた請求項 1 0記載の生体信号モニタ装置。

1 2 . 複数箇所の超音波プローブ表面と観測される血管壁との距離情報に基づいて、血管内径値を角度補正する手段を備えた請求項 1 1記載の生体信号モニタ装置。

1 3 . 前記移動量検出手段により検出された生体組織の移動量を所定のサイクル以上前の移動量検出結果と比較して、血管内径値計測の安定度合いを判断する手段を備えた請求項 1 0記載の生体信号モニタ装置。

1 4 . 得られた血管内径値と心拍による血管壁の移動量とに基づいて、血管内径値の変化状態を算出する手段を備えた請求項 1 0記載の生体信号モニタ装置。

1 5 . 観測対象を顏動脈とした場合に、心拍による拍動成分を疑似的に静止された状態で、かつランダムノイズ成分が除去された状態の画像が得られること、または体動および振動による前記生体組織の移動量を検出することを顏動脈の構造分析に利用して、動脈硬化の指標の一つである脈管内膜厚み（ I M T ) 値を求める手段を備えた請求項 4または 5記載の生体信号モニタ装置。

16. 同時に 2ケ所以上の I MT値を算出する手段を備えた請求項 1 5記載の生体信号モニタ装置。

17. 複数ケ所から得られた最大の I MT値の観測場所を、血管の長軸断面の超音波画像上に表示する手段を備えた請求項 1 5記載の生体信号モニタ装置。

18. 超音波プローブと観測される血管壁との距離情報に基づいて、 I MT値を角度補正する手段を備えた請求項 1 5記載の生体信号モニタ装置。

19. 前記移動量検出手段により検出された生体組織の移動量を所定のサイクル以上前の移動量検出結果と比較して、 I MT値計測の安定度合いを判断する手段を備えた請求項 1 5記載の生体信号モニタ装置。

20. 近接する複数ケ所で求められる I MT値を比較して、 I MT 値計測の安定度合いを判断する手段を備えた請求項 1 5記載の生体信号モニタ装置。

2 1. 得られた I MT値と心拍による血管壁の移動量に基づいて、 I MT値の変化状態を算出する手段を備えた請求項 1 5記載の生体信号モニタ装置。

22. 得られた I MT値と心拍による血管壁の移動量に基づいて I MT値の変化状態を算出する手段と、算出された変化量に基づいて、内膜から中膜に至る I M T計測対象部位の硬さ値を算出する手段を備えた請求項 1 5記載の生体信号モニタ装置。

2 3 . 生体内に超音波パルスを送信し、生体組織からの超音波ェコ —を受信し電気信号に変換する超音波送受信手段と、

前記超音波送受信手段により得られた前記生体組織からの超音波ェコ一信号の位相を解析し、心拍による体動による生体組織の移動量を算出する移動量検出手段と、

特定期間における前記生体組織の移動量に基づいて、前記生体組織の硬さ値を算出する算出手段と、

算出された硬さ値に基づいて色分けして硬さ値情報を 2次元表示する表示手段と、

表示された硬さ値情報を、前記生体組織の移動量に基づいて、ライブ状態の Bモード画像に合致するように伸縮表示させる手段とを備えた生体信号モニタ装置。