WO2011058986A1

WO2011058986A1 - 超音波診断システム

Info

Publication number: WO2011058986A1
Application number: PCT/JP2010/069976
Authority: WO
Inventors: 直人窪田; 憲裕小泉; 洪恩廖; 岳晴浅野; 一仁湯橋; 光石　衛; 真大西; 望月　剛; 一郎佐久間; 門脇　孝
Original assignee: 国立大学法人東京大学; アロカ株式会社
Priority date: 2009-11-10
Filing date: 2010-11-10
Publication date: 2011-05-19
Also published as: US20120215109A1; CN102639062B; EP2499974A1; CN102639062A

Abstract

　メタボリックシンドロームの検診において、超音波を用いて内臓脂肪量を計測する場合に、腹部の表面上に３つの当接位置が定められ、それらにおいてプローブが当接されて生体内における３つの距離が計測される。具体的には、下大動脈の中心点を出発点とする３つの計測経路が設定され、各計測経路上において中心点から体表側の脂肪層表面（皮下層の内面）までの距離が観測される。それらの３つの距離と３つの計測経路によって定義される２つの角度とから内臓脂肪エリア２０のおおよその面積を求めることができ、その面積に基づき指標値が演算される。以上の計測に際しては、望ましくは、プローブ保持器具が利用される。プローブ保持器具は、プローブを選択的に保持する３つの保持部を備える。

Description

超音波診断システム

　本発明は、超音波診断システム（Ultrasonic diagnostic system）に関し、特に、内臓脂肪(Visceral fat)を計測するための超音波診断システムに関する。

　医療の分野において、超音波診断システムが活用されている。超音波診断システムは、一般に、超音波診断装置により構成され、あるいは、超音波診断装置とコンピュータとの組み合わせとして構成される。超音波診断装置は、生体に対して超音波を送波し生体内からの反射波を受波する超音波プローブと、超音波プローブからの受信信号に基づいて画像形成及び各種の計測を行う装置本体と、により構成される。超音波診断によれば、Ｘ線診断において生じる被ばくという問題を回避でき、またＸ線診断のような大掛かりな機構が不要である。そのような利便性から、メタボリックシンドローム（Metabolic syndrome）（すなわち内臓脂肪型肥満）の健診への超音波診断技術の適用が望まれる。

　現在、メタボリックシンドロームの健診では、一般に、腹囲の長さの計測が行われる。腹囲長と内臓脂肪量との間にはある程度の相関が認められるためである。しかし、腹囲長は皮下脂肪（Subcutaneous fat）（筋肉を含む）を含んだ長さ情報でしかなく、腹腔内における内臓脂肪の量あるいはそれが存在する範囲の大きさを直接的に表すものではない。腹部に微弱電流を流し、その電気抵抗から内臓脂肪量を推定する手法も提案されているが、そのような手法の実現には大掛かりな装置が必要となるし、腹部内の構造を十分に反映した結果を得られるものではないので、計測の信頼性を高められない。Ｘ線ＣＴ装置を利用して内臓脂肪量を計測する手法によれば、高精度での計測を実現できるが、そのためには非常に大掛かりなシステムを構築する必要があり、規模やコストの面で問題を指摘できる。更に、被ばくという面での問題を指摘できる。そこで、非侵襲で体内構造を観測できる超音波診断を、メタボリックシンドロームの健診につまり内臓脂肪計測に、適用することが研究されている。

　非特許文献１は、内臓脂肪と心臓血管危険因子との関係を記述した論文である。内臓脂肪量は、その詳細が不明ではあるけれども、超音波画像を利用して計測されているものと推認される。具体的には、同文献の図１に示す腹部の横断面（腰椎を垂直に横切る断面）上において、腰椎から腹部前面側へ放射状に広がる３つの経路が設定され、各経路上において腰椎から皮下脂肪までの距離a,b,cが求められ、更にその平均値((a+b+c)/3)が内臓脂肪量に相当する情報VFD(Visceral fat distance)として演算されているようである。その演算では、隣り合う経路間の角度までは考慮されていない。すなわち、この手法では、一次元の距離情報しか利用されておらず、二次元情報あるいは構造情報は利用されていないものと認められる。この論文には３つの経路を再現性良く設定するための機器も開示されていない。

　特許文献１には、超音波画像上の画像処理により、皮下脂肪の断面面積と腹膜前脂肪の断面面積との比を演算する内蔵脂肪肥満検査装置が開示されている。しかし、この装置は、腹部内の広い範囲を計測対象とするものではないし、再現性を良好にするための計測条件及び計測支援用器具を備えるものでもない。

　特許文献２には、超音波画像上で、肝臓近傍での腹膜前脂肪厚と、臍近傍での腹膜前脂肪厚とを特定し、それらの情報に基づいて内臓脂肪量に依存した内臓脂肪係数を求める内臓脂肪測定装置が開示されている。これは背骨の伸長方向に離れた２点で内臓脂肪を観測するものであり、背骨に直交する断面内の形状や構造を考慮するものではない。

　特許文献３には、超音波プローブ用アタッチメントが開示されている。これは超音波プローブの当接時に脂肪厚が変化してしまうことを防止するものである。但し、それは１つのプローブ保持部しか備えていない。なお、特許文献４には、帯状の紐を備えた近赤外光型の体脂肪測定装置が開示されている。紐には臍位置あわせ部が設けられている。

　メタボリックシンドロームの検査においては、特に、メタボリックシンドロームの集団検診においては、簡易かつ速やかに、しかも信頼性良く、内臓脂肪量に相当する情報を計測することが要請されているが、従来の技術では、必ずしもそのような要請を十分に満たすことができない。

　プローブを体表面上の複数の位置に順番に当接して検査を行う場合において、プローブの位置決め精度を向上し、またプローブの位置決め時の操作性を良好にすることが要請されているが、従来の技術では、必ずしもそのような要請を十分に満たすことができない。

特開２００７－１３５９８０号公報特開２００８－１９４２４０号公報特開２００８－２８４１３６号公報特開２００６－２９６７７０号公報

Yu CHIBA et al.,"Relationship between Visceral Fat and Cardiovascular Disease Risk Factors:The Tanno and Sobetsu Study",Hypertens Res Vol.30,No.3,2007,pp.229-236.

　本発明の目的は、超音波を使って内臓脂肪量に相当する情報を精度良く計測できる超音波診断システムを提供することにある。

　本発明の他の目的は、生体の断面上において複数の内臓脂肪計測経路を再現性良く設定できる超音波診断システムを提供することにある。

　本発明の他の目的は、メタボリックシンドロームの集団検診に適する、簡易な構成でありながら信頼性ある計測結果を得られる超音波診断システムを提供することにある。

　本発明の他の目的は、生体表面上におけるプローブの位置決め精度及び位置決め再現性を向上できる超音波診断システムを提供することにある。

　本発明の他の目的は、生体表面上におけるプローブの位置決め時の操作性を向上できる超音波診断システムを提供することにある。

　本発明の他の目的は、体軸方向に伸長する基準組織の探索を簡便に行えると共に、良好な計測状況を構築できる超音波診断システムを提供することにある。

　本願の請求の範囲における各請求項に記載された発明は上記に記載した目的の内のいずれか１つを実現することに向けられたものである。

　望ましくは、超音波診断システムが、生体に当接され、超音波の送受波を行って受信信号を出力する超音波プローブと、前記受信信号に基づいて超音波画像を形成する画像形成部と、前記生体の断面上において放射状に設定される複数の計測経路を含んだ複数の超音波画像を用いて、前記各計測経路上において、深い位置にある基準部位と浅い位置にある所定の境界面との間の距離を計測する距離計測部と、前記複数の計測経路の相対的な位置関係及び前記複数の計測経路上で計測された複数の距離に基づいて、内臓脂肪量との相関性が認められる指標値を演算する指標値演算部と、前記指標値を出力する出力部と、を含む。

　上記構成によれば、生体内において内臓脂肪が存在する可能性がある範囲が複数の計測経路上における複数の距離として特定される。そして、複数の計測経路の相対的な位置関係（望ましくは交差角度）と、複数の距離と、に基づいて、内臓脂肪量に相関性が認められる指標値が演算される。従来法である腹囲長計測方法では、皮下脂肪及び筋肉の厚さまで計測対象に含まれてしまうが、上記構成によれば、皮下脂肪層等を除外しつつ、内臓脂肪が存在する可能性がある範囲を特定し、それを指標値演算の基礎とすることができる。より詳しくは、本願に開示された方法によれば、複数の計測経路上において複数の距離が計測されるから、内蔵脂肪の二次元的な広がりあるいはサイズを考慮できる。それ故、指標値の信頼性を高めることができる。内蔵脂肪の計測に当たってＸ線ＣＴ装置を利用した場合には、被ばくという問題が生じるし、大掛かりな機構が必要となるが、上記構成によれば、非侵襲で迅速に指標値を計測できるので、医療上の高い有用性が認められる。所定の境界面は、内臓脂肪が存在するエリアを取り囲む境界面である。望ましくは、所定の境界面は、内臓脂肪が存在しない皮下層の内面であり、具体的には、筋肉層の内面あるいは皮下脂肪層の内面である。

　計測経路の個数は２つ以上であり、望ましくは、３つである。３つの計測経路を設定すれば、内臓脂肪が存在する可能性がある範囲の広がりのみならず、それについての大凡の形状（あるいは右側の形態と左側の形態の差）まで考慮することが可能となる。４つ以上の計測経路を設定してもよい。距離計測は、自動的に実行され、あるいは、マニュアルで実行され、あるいは、半自動的に実行される。マニュアル実行の場合、ユーザーの負担を考慮するならば、３つの計測経路を設定するのが望ましい。複数の計測経路が体内深部において相互に交わるように複数の計測経路を設定するのが望ましい。内臓脂肪が存在する可能性がある範囲あるいは体腔の形状は大凡、楕円形状であるから、その中央付近に基準部位を設定し、そこから放射状に広がる複数の計測経路を設定するのが特に望ましい。複数の計測経路上での距離計測を実現するために、生体表面上における複数の当接位置にプローブが段階的にあるいは同時に当接される。望ましくは、表示される複数の超音波画像には、それぞれ、計測経路を表すラインが含まれ、各ライン上において基準部位と所定の境界面とをユーザーにより指定するための入力手段が設けられる。

　望ましくは、前記基準部位は血管であり、前記各計測経路に対応した各超音波画像が断層画像として表示され、前記各断層画像上において前記血管と前記所定の境界面との間の距離が計測される。断層画像を表示すれば所定の境界面を視覚的に特定するのが容易となる。また、血管の特定も容易となる。血管の特定を超音波ドプラ法を用いて自動的に行ってもよい。望ましくは、前記血管は拍動する下大動脈である。そのような拍動する血管は、断層画像上において極めて認識しやすいものであり、それを基準として各計測経路を設定すれば、マニュアル計測であっても計測の信頼性を向上できる。

　望ましくは、前記複数の断層画像は、前記断面に直交し且つ前記下大動脈上において相互にクロスする複数の走査面に対応するものである。望ましくは、前記生体の断面は、前記生体が有する腹部における横断面であり、前記複数の走査面の内で中央走査面は前記腹部に存在する臍を避けた位置に形成される。

　望ましくは、前記複数の走査面は、中央走査面、右側走査面及び左側走査面を含み、前記右側走査面及び前記左側走査面は、前記中央走査面の右側及び左側において前記中央走査面に対して実質的に同一の傾斜角度をもって設定される。望ましくは、前記複数の計測経路は中央経路、右側経路及び左側経路を含み、前記指標値演算部は、前記中央経路上の距離と、前記右側経路上の距離と、前記中央経路と前記右側経路との間の右側角度と、に基づいて、前記中央経路と前記右側経路とに挟まれる右側部分の右側部分面積を求める手段と、前記中央経路上の距離と、前記左側経路上の距離と、前記中央経路と前記左側経路との間の左側角度と、に基づいて、前記中央経路と前記左側経路とに挟まれる左側部分の左側部分面積を求める手段と、前記右側部分面積及び前記左側部分面積を少なくとも用いて前記指標値を演算する手段と、を含む。

　演算された面積値をそのまま指標値として出力するようにしてもよいし、生体の各位置においてそのような面積値を演算して体積値を求め、それを指標値として出力するようにしてもよい。面積演算及び体積演算の手法としては各種の手法が考えられる。いずれにしても放射状の複数の計測経路上において複数の距離を求め、生体内における二次元形状情報を基礎として指標値が演算されるのが望ましい。

　望ましくは、超音波診断システムがプローブ保持器具を含む。望ましくは、プローブ保持器具は、腹部に当接されるプローブを収容する複数の保持部と、前記複数の保持部を前記腹部に固定する固定手段と、を含み、前記複数の保持部は、使用時において、前記腹部の左右方向に並び、且つ、それぞれ前期基準部位の方へプローブの送受波面を向けさせる角度をもって設けられる。

　上記構成によれば、複数の保持部が所定の位置関係をもって設けられており、使用者は、それらに対して順番にプローブをセットして、各位置において超音波診断を遂行できる。これによれば、プローブを迅速かつ正確に位置決めできるから、使用者の負担を軽減でき、また計測の再現性を良好にできる。基準部位は、例えば体内深部に位置する血管であり、そこに走査面が通過するようにプローブの姿勢が調整される。特に、傾斜角度が調整される。複数の保持部にそれぞれプローブが差し込まれた状態では、一般に、電子走査方向が互いに平行となり、走査面の煽り角度だけが調整される。電子走査方向と基準部位としての血管の走行方向とが平行な関係にあれば、複数の走査面を血管中心軸上で交差させることが可能となる。保持部の個数は、計測目的に応じて定められ、内臓脂肪の計測に際しては例えば３つの保持部が設置される。勿論、２つあるいは４つ以上の保持部を設けるようにしてもよい。固定手段は、腹部の全部を取り囲むものであるのが望ましいが、他のものを利用することも勿論可能である。

　望ましくは、前記各保持部はそこに収容されたプローブの煽り運動を許容する変形性を有する。各保持部が弾性変形材料で構成されるのが望ましい。各保持部内に隙間を設けてプローブの運動を許容するようにしてもよい。使用者が手でプローブを保持していなくてもプローブが脱落しないように構成するのが望ましい。望ましくは走査面の位置決めは超音波画像を見ながら使用者によって行われる。

　望ましくは、前記プローブは１Ｄアレイ振動子を含み、前記各保持部は前記１Ｄアレイ振動子の素子配列方向が生体の体軸方向と平行になるように前記プローブを保持する。望ましくは、前記各保持部は、前記プローブの送受波面を生体側へ露出させる開口部と、前記プローブを取り囲んで保持する空洞構造と、を有する。

　望ましくは、前記複数の保持部は、中央保持部、右側保持具及び左側保持具を含み、前記中央保持部に対して前記右側保持部及び前記左側保持部が傾斜してそれらの保持部全体として扇状に広がり、使用時における前記中央保持部に対する前記右側保持部及び左側保持部の傾斜角度が３０度～５０度の間に設定される。望ましくは、前記固定手段は、前記胴部に巻かれるベルト状の部材である。望ましくは、臍に対して位置合わせされるマーカーが設けられる。

本発明に係る計測方法を説明するための図であり、特に、指標値を演算するための３つの計測経路を示す図である。３つの計測経路に対応した３つの断層画像上における距離計測を説明するための図である。３つの距離に基づく面積演算を説明するための図である。面積演算における具体的な演算例を示す概念図である。右側の部分面積と左側の部分面積の演算例を説明するための図である。テーブルを利用した面積演算方法を説明するための図である。計測経路上における自動的な距離演算を説明するための図である。内臓脂肪量に相関がある指標値を演算する機能を備えた超音波診断システムを示す図である。図８に示した装置の動作例を示すフローチャートである。体表面上における複数の位置にプローブを固定する際に用いられる器具を説明するための斜視図である。図１０に示した器具の断面図である。図１０に示した器具の全体構成を説明するための図である。

　以下、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明する。

　図１には、生体における腹部の横断面が模式的に示されている。図１は、特に、内臓脂肪量に相関がある指標値を計測及び演算する際の状況を表している。ちなみに、Ｘ方向は背骨方向であり、Ｚ方向は生体の厚み方向であり、Ｙ方向は左右方向である。図１に示した横断面は、足側から頭部側へ視線を設定することによって観察される断面である。

　図１において、符号１０は生体の腹部を示し、腹部１０の下側が背中であり、腹部１０の上側が腹部表面１２である。例えば、生体はベッド上に仰向けで載せられている。腹部１０の内部には皮下脂肪層１４が存在する。この皮下脂肪層１４は皮膚及び筋肉を含む層である。皮下脂肪層１４の内側にも筋肉１６が存在する。さらにその内側には内臓脂肪エリア２０が存在する。内臓脂肪エリア２０は、図１において、ＹＺ面に広がる隙間領域であり、臓器の周囲に存在している。もちろん、人によってその存在割合は異なる。以下に説明する本手法によれば、内臓脂肪量に対してかなりの相関性が認められる特別な指標値を演算することが可能である。なお、皮下脂肪層１４と筋肉１６の２つを含む層として皮下層が定義され得る。図１において、内臓脂肪エリア２０は皮下層の内面（境界面）１６Ａによって囲まれている。

　図１において、符号１８は腰椎を表しており、符号２４は、臓器等の他の組織を表している。ここで注目すべき組織は下大動脈２２である。それは太い動脈であり、超音波画像上において拍動を容易に視認することができるものである。下大動脈２２は、腹部のほぼ中心に位置し、本実施形態では、下大動脈２２が基準組織あるいは基準部位として利用される。

　指標値の計測に際しては、本実施形態において、３つの計測経路３６Ａ，３６Ｂ，３６Ｃが設定される。図１においては、それらが３つのラインとして表されており、それらのラインは下大動脈２２の中心において互いにクロスしている。ちなみに中央の計測経路３６Ａに対して他の２つの計測経路３６Ｂ，３６Ｃが互いに同じ角度だけ傾斜している。その角度は例えば４０度である。もちろん、その角度値が３０度～５０度の範囲内あるいはそれ以外に設定されてもよい。３つの計測経路３６Ａ，３６Ｂ，３６Ｃを放射状に設定するために、３つの当接位置Ａ，Ｂ，Ｃが定められている。

　具体的には、腹部表面１２上には保持器具２６が設けられ、その保持器具２６により３つの当接位置Ａ，Ｂ，Ｃにおいてプローブ３２が順次保持される。保持器具２６は、３つの保持部３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃを有しており、プローブ３２を選択的にいずれかの保持部３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃに差し込んでそれを保持させることが可能である。例えば、図１において、当接位置Ａにプローブ３２が設けられ、具体的には、プローブ３２が保持部３０Ａ内に差し込まれている。その送受波面は腹部表面１２上に密着しており、その状態で超音波の送受波、具体的には超音波ビームの電子走査が実行される。その位置での計測が完了すると、次に、プローブ３２が当接位置Ｂに移動され、そこにおいて同様の超音波計測が実行される。その後、さらに当接位置Ｃにおいて上記同様の超音波計測が実行される。ちなみに、符号２８は保持器具２６のベース部分を表しており、符号３２－２，符号３２－３はそれぞれ差し替え後のプローブを示している。なお、プローブ３２の電子走査方向はＸ方向であり、すなわち図１に示される横断面に直交する方向に電子走査が実行され、当該方向に走査面が形成される。中央の当接位置Ａは、空気層ギャップが生じやすい臍位置を若干避けた位置に設定されており、これによって常に良好な音響伝搬が確保されている。当接位置Ａは下大動脈２２の直上に位置している。

　本実施形態においては、図１に示した内臓脂肪エリア２０の面積に相当する値を測定するために、上述したように３つの計測経路３６Ａ，３６Ｂ，３６Ｃが設定され、各計測経路３６Ａ，３６Ｂ，３６Ｃ上において、下大動脈の中心から生体前面側に存在する境界面１６Ａまでの距離がマニュアルであるいは自動的に計測される。マニュアルでの計測を行う場合の例が図２に示されている。なお、図１において、境界面１６Ａは、筋肉層の内面である。皮下脂肪層１４の内面を基準面として利用することもできる。

　図２において、上述した３つの当接位置Ａ，Ｂ，Ｃに対応して３つの断層画像Ｆａ，Ｆｂ，Ｆｃが示されている。それらの断層画像Ｆａ，Ｆｂ，Ｆｃは３つの走査面上のエコーデータに基づいて形成されたものである。ここで各走査面は超音波ビームの電子走査によって形成される。なお、図２においては、各当接位置に設置されたプローブ３２が概念的に示されている。各断層画像には計測経路を示すラインが表示される。

　ここで、例えば中央の断層画像Ｆａに着目すると、そこにおいて計測経路が符号Ｌａで示されている。距離計測を行う場合、下大動脈の中心Ｏがユーザーにより指定され、また境界面Ｒａの深さ位置に相当する点４０Ａがユーザーにより指定される。それらの２つの点Ｏ，４０Ａは、中心線に相当する計測経路Ｌａ上において指定される。もちろん、そのような経路を自由に傾斜又は偏向させることが可能なように構成してもよい。境界面Ｒａは、一般に、視覚的に容易に特定可能なものであり、また下大動脈の特定も画像上において極めて容易に行える。したがって、距離を高精度で特定できる。これと同様に、当接位置Ｂにおいても、計測経路Ｌｂ上において、下大動脈の中心Ｏと境界面Ｒｂ上の点４０Ｂとがユーザーにより指定され、その結果として、距離ｂが自動的に特定される。同じく、当接位置Ｃにおいても、計測経路Ｌｃ上において、中心点Ｏと境界面Ｒｃ上における点４０Ｃとがユーザーにより特定され、これによって、自動的に距離ｃが演算される。以上のようなプロセスを経ることにより、３つの距離ａ，ｂ，ｃが認識されることになる。

　図３には、再び生体の横断面が示されている。計測経路３６Ａ，３６Ｂ，３６Ｃ上に存在する点３８Ａ，３８Ｂ，３８Ｃはそれぞれ送受波面上の中心点を表しており、Ｏは上述したように下大動脈の中心点を表している。符号４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃは上述したプロセスによって指定された境界面上の点である。ここで中央の計測経路３６Ａは本実施形態において垂直に設定されている。それに対する他の２つの計測経路３６Ｂ，３６Ｃの傾斜角度θｂ，θｃは既知であり、例えば傾斜角度θｂ，θｃはいずれも４０度である。これによって２つの三角形を特定する４点が定められたことになる。すなわち、中心点Ｏ，境界点４０Ｂ，境界点４０Ａ，境界点４０Ｃの４つの点によって囲まれる四角形あるいは２つの三角形の二次元形状を特定することが可能となる。そのような各二次元形状のサイズ又は面積と腹腔内における内臓脂肪量とが強い相関関係にあることが本発明者らの実験により明らかになっている。各二次元形状のサイズ又は面積を用いて、内臓脂肪量の大小を示す指標値を演算することが可能となる。

　そのような指標値を得る手法として、関数演算法とテーブル法がある。以下においては、まず、関数演算法を説明する。それは幾何学的な見地（つまり３つの計測経路の相対的な位置関係及び３つの距離）から面積を求めるものである。以下に具体的に説明する。

　２つの三角形の面積Ｓｂ，Ｓｃは、すでに求められている距離ａ，ｂ，ｃと、既知である２つの角度θｂ，θｃと、から容易に求められる。本実施形態においては、このような手法を拡張して、さらに４つの三角形の面積が演算されている。すなわち、部分面積Ｓｂ１，Ｓｂ２，Ｓｃ１，Ｓｃ２が演算されている。

　面積Ｓｂ１は点Ｏ，４０Ｂ，Ｒ１で囲まれる三角形の面積であり、それは角度θｂ１と２つの辺の長さｂ，ｂ１とから演算できる。角度θｂ１は既知の値であり、辺の長さｂ１は本実施形態において辺ｂの長さと同じかそれに所定の係数を掛けたものとして定義される。また、面積Ｓｂ２は３点Ｏ，Ｒ１，Ｒ２で囲まれる三角形の面積であり、それは辺の長さｂ１，ｂ２および角度θｂ２から求められる。θｂ２は既知の値であり、長さｂ２は例えばｂおよびｃから所定の係数を用いて求めることが可能である。これと同様の手法により、部分面積Ｓｃ１および部分面積Ｓｃ２が求められる。部分面積Ｓｃ１はｃとｃ１とθｃ１から演算され、部分面積Ｓｃ２はｃ１とｃ２とθｃ２から求められる。θｃ１とθｃ２が既知であることから、ｃ１およびｃ２を、ｃから、あるいは、ｃおよびｂから、推定するようにすればよい。結局それらの部分面積Ｓｂ，Ｓｃ，Ｓｂ１，Ｓｂ２，Ｓｃ１，Ｓｃ２をあわせた面積Ｓが求められる。面積Ｓがそのまま内臓脂肪量を表す指標値として出力され、あるいは、面積Ｓを換算あるいは補正することにより指標値が求められる。いずれにしても内臓脂肪エリア２０の大小を二次元的な観点から計測することにより、腹囲長の計測（つまり従来法）よりも、より信頼性の高い指標値を得ることが可能となる。

　図４には、以上説明した手法が概念図として表されている。符号５２は演算モジュールを表している。そこでの演算は例えばソフトウェアの機能により実現される。モジュール５２に対しては符号４２～５０で示される各数値ａ，ｂ，ｃ，θｂ，θｃが入力される。また必要に応じて符号５４～符号６０で示されるθｂ１，θｂ２，θｃ１，θｃ２が与えられる。それらのパラメータ値に基づき、符号６２～７２で示されるように、６つの部分面積Ｓｂ～Ｓｃが図示のような関数により演算される。もちろん図示の例は一例であり、いずれにしても計測された３つの距離ａ，ｂ，ｃと既知である２つの角度θｂ，θｃとを用いるのが望ましい。符号７４は６つの部分面積の加算を表している。その加算結果である面積Ｓをそのまま指標値として出力するようにしてもよいし、複数の面積から体積を求め、それを出力することも可能である。また、評価値の演算において体型、年齢、性別等を考慮するようにしてもよい。それが符号７６で示されている。すなわち、加算結果であるＳに対して諸条件に応じた補正を行い、最終的な指標値Ｓ’を求めるようにしてもよい。それが体積Ｖ’であってもよい。体積を求める場合には、生体における複数の位置において面積を求め、それらに基づいて体積を求めるのが望ましい。もちろん、経験則に基づいて面積から体積が換算できるのであれば、そのような換算を実行するようにしてもよい。

　図５には基本的な２つの部分面積の演算式が例示されている。符号７８は、部分面積Ｓｂの計算方法を示している。すなわち、１／２・ａｂsinθｂを内容とする計算が実行される。符号８０は、部分面積Ｓｃの計算方法を示している。すなわち、１／２・ａｃsinθｃを内容とする計算が実行される。

　図６に示されるように、入力値としてａ，ｂ，ｃ，θｂ，θｃを与え、出力値としてＳを求めるテーブル８２を利用するようにしてもよい。例えば、多数の被検者からデータを取得し、それらを蓄積することにより、そのようなテーブルを構築することが可能である。

　図７には、距離の自動演算方法が示されている。フレームＦ上には中央ラインとしての計測ラインＬが設定されている。Ｗは探索範囲を表している。例えば探索範囲Ｗの原点からエッジ検出処理を行うことにより境界面Ｒ上のエッジ点４０を特定することが可能である。探索方向は上方であってもよい。超音波ドプラ法を利用して血流部Ｄを抽出し、そのような画像処理の結果を基礎として２つのエッジ点８４，８６を特定し、更にその中間点として中心点Ｏを特定することも可能である。ドプラ情報を利用することなく二値化処理等によって血流部を特定することも可能である。このような自動演算によればユーザーの負担を大幅に軽減できる。この自動演算については、特に集団検診等において実効性が認められる。

　図８には、上述した指標値を演算する機能を備えた超音波診断装置がブロック図として示されている。

　プローブ１８０は本体に対してケーブルを介して接続されるものであり、プローブ１８０は本実施形態において１Ｄアレイ振動子を有している。１Ｄアレイ振動子は直線状あるいは円弧状に配列された複数の振動素子で構成される。アレイ振動子によって超音波ビームが形成される。超音波ビームは電子的に走査される。そのような走査方式として、電子リニア走査、電子セクタ走査、等が知られている。本実施形態においては、円弧状のアレイ振動子が用いられており、いわゆるコンベックス走査が実行されている。ちなみに、単一のプローブ１８０が利用されており、複数の当接位置に対しては段階的に同じプローブが順次当接されることになる。

　送受信部１８２は送信ビームフォーマおよび受信ビームフォーマとして機能するものである。送信時において、送受信部１８２はアレイ振動子に対して複数の送信信号を並列的に供給する。これによってプローブ１８０において送信ビームが形成される。生体内からの反射波はプローブ１８０において受波され、これによって複数の受信信号が送受信部１８２へ出力される。送受信部１８２は受信時において複数の受信信号に対して整相加算処理を実行し、これによって整相加算後の受信信号としてビームデータを出力する。そのビームデータは信号処理部１８４へ与えられる。信号処理部１８４は対数変換器、検波器等を備えている。

　信号処理後のビームデータは画像形成部１８６へ送られる。画像形成部１８６はデジタルスキャンコンバータにより構成されている。それは座標変換機能、補間処理機能を備えるものである。複数のビームデータによりＢモード白黒断層画像が形成される。画像データは表示処理部１８８へ送られる。表示部１９２には断層画像が表示される。

　計測部１９０は、自動的な距離計測を行うモジュールであり、あるいは、手動によって入力された位置に基づく距離演算を行うモジュールである。制御部１９４は図１に示される各構成の動作制御を行っている。制御部１９４はＣＰＵと動作プログラムによって構成されるものである。入力部１９６は操作パネルにより構成され、それは具体的にはキーボードやトラックボールなどを有している。ユーザーは、入力部１９６を利用して位置の指定を行える。

　図９には図８に示した装置の動作が示され、特に、指標値を演算する際の動作が示されている。

　生体がベッド上に仰向けで寝た状態において、腹部に対して保持器具が設置される。そして、Ｓ１０１においてＡポジションにプローブがセットされる。ここでＡポジションは例えば中央位置である。Ｓ１０２では、そのように設置されたプローブを用いて形成された断層画像上において、血管中心点および境界点がユーザーにより入力され、それらの間の距離が計測される。それに先だって、プローブの姿勢をユーザーにより調整し、所望の断面が描かれるようにする。それは中央計測ラインの設定に相当するものである。そのような傾斜運動すなわち煽り運動が許容されるように保持器具が柔らかい材料によって構成されている。

　中央位置において距離計測が完了すると、Ｓ１０３において、プローブがＢポジションにセットされ、Ｓ１０４においてプローブの姿勢および位置の調整が行われた上で、Ｂモード断層画像上において血管中心および境界点がユーザーにより指定される。これによって２番目の距離が計測される。これと同様に、Ｓ１０５においては、Ｃポジションにプローブがセットされ、Ｓ１０６においてはプローブの位置および姿勢が調整された上で、超音波画像上においてユーザーにより血管中心点および境界点が指定される。これによって、３番目の距離が計測される。

　Ｓ１０７においては、３つの距離および予め定められている２つの角度に基づいて、内臓脂肪量に対して高い相関性が認められる指標値が演算される。その演算は内臓脂肪量の推定に相当する。Ｓ１０８においては指標値が表示される。集団検診において単に腹囲長を計測するのではなく、以上のように超音波診断を用いてしかも二次元形状として腹腔内の内臓脂肪存在エリアを推定することにより、メタボリックシンドロームの診断あるいは評価に当たって、より有益な指標値を得ることが可能となる。指標値と内臓脂肪量との相関性をより高めるために、診断に当たっては、性別、体格、その他の情報に基づく補正を行うのが望ましい。そのような補正で利用する係数は経験則あるいは実験則により求められるものである。

　次に図１０乃至図１２を用いて以上のような指標値の計測に用いられる保持器具について詳述する。ただし、このような保持器具は上述した計測以外の用途においても用いることが可能なものである。

　図１０には保持器具１００の要部構成が示されている。符号１００Ａは本体部を表している。その本体部１００Ａはベース１０２を有し、そのベース１０２上には３つの保持部１０４，１０６，１０８が設けられている。各保持部１０４，１０６，１０８はそれぞれ中空の部分１０４Ａ，１０６Ａ，１０８Ａを有しており、それらにはプローブが差し込まれ、それが緩やかに保持される。中空の部分１０４Ａ，１０６Ａ，１０８Ａの水平断面形状は、深さ方向に一様である。但し、それがプローブの外形に沿って変形してもよい。

　本体部１００Ａは例えばゴムなどの柔らかい材料により構成されており、また本体部１００Ａに連なるベルト部１１０もゴムなどによって構成される。ただしベルト部１１０を用いて腹囲長を計測するような場合には、伸縮性のない材料によってそれを構成するのが望ましい。ベルト部１１０を設けることにより腹部周囲を取り囲んだ状態で本体部１００Ａを固定することが可能であり、プローブの保持状態を安定化することが容易となる。また、この構成によれば、被検者を基準とした直交座標系も定義しやすい。また、このような保持器具１００を用いれば、呼吸時において、生体の表面運動と共にプローブを追従運動させることができ、計測上の位置ずれといった問題を軽減でき、さらに計測の再現性を向上することが可能となる。

　上述した指標値の計測にあたっては、３つのプローブポジションが定められているため、図１０に示す本体部１００Ａは３つの保持部１０４，１０６，１０８を備えている。中央の保持部１０４は垂直に起立しており、すなわちＺ方向に伸長した垂直姿勢を有している。それに対して所定角度、具体的には４０度の傾斜角度をもって、２つの他の保持部１０６，１０８が設けられている。それらはＹＺ平面上において傾斜している。本体部１００Ａそれ自体が柔らかい材料で構成されているので、各保持部に挿入されたプローブを傾斜運動をさせることができる。ただし、プローブ自身の運動はＹＺ面内の方向において許容されており、それ以外の方向にプローブを運動させることは制限される。これにより下大動脈のサーチを容易に行うことが可能になるとともに、３つの走査面を下大動脈上において正確にクロスさせることが容易となる。ちなみに、符号１１２は臍マーカーを表しており、その突起部分が臍の位置に合わせられる。これにより計測の再現性および超音波伝搬の良好性を確保することができる。

　図１１には本体部１００Ａの断面が示されている。上述したように３つの保持部１０４，１０６，１０８はそれぞれ中空体であり、それらが放射状に配列されている。図１１において、角度θ１は例えば４０度であり、角度θ２も例えば４０度である。但し、装着時においてそのような適正角度が実現される限りにおいて、原形状態では角度θ１，θ２がより小さな角度であってもよい。中央の保持部１０４は垂直に起立している。中空内部１０４Ａ，１０６Ａ，１０８Ａはプローブの外側をちょうど包み込む形状を有しており、それが保持された状態においては、中空内部における運動自由度及び本体の弾性により、プローブを傾斜させることは可能であるが、プローブが保持部から容易に脱落してしまうことはない。ちなみに符号１１４Ａは上部開口を表しており、符号１１４Ｂは下部開口を表しており、同じく符号１１６Ａは上部開口を表しており、符号１１６Ｂは下部開口を表している。また符号１１８Ａは上部開口を表しており、符号１１８Ｂは下部開口を表している。プローブがセットされた状態においてはその送受波面、具体的には音響レンズ表面が体表面上に密着しているのが望ましく、送受波面と生体表面との間における空気層を排除するために例えばゼリー状の音響カップリング材が用いられる。本体部１００Ａは視認性を確保するため透明な材料で構成されてもよい。

　図１２には保持器具１００の全体が概念的に示されている。上述したように保持器具１００は本体部１００Ａとその両端に連なるベルト部１１０とを含んでおり、ベルト部１１０は生体の胴部周囲に巻き付けられるものである。ベルト部１１０それ自身が伸縮可能であってもよいし、例えば符号１２０で示されるようにその長さを調整可能な機構を備えていてもよい。また長さ調整に際して腹囲長を計測できるようにベルト部１１０上に目盛りを設けるようにしてもよい。本体部１００Ａにはその一方側および他方側の両部側に突起状のマーカー１１２が設けられており、いずれの向きに本体部１００Ａを設置しても臍の位置にそのようなマーカー１１２を合わせることができ、保持器具１２の設置のやり直しといった問題を未然に防止することができる。臍マーカー１１２の採用によりプローブ当接位置を常に所定距離だけ生体中心から一方側へシフトさせることができ、良好な伝搬経路の形成と計測の再現性を両立させることが可能である。そのような位置は下大動脈の上部に相当し、垂直の位置決めも同時に行えるようになっている。

　図１０乃至図１２に示した保持器具は、生体内における深部に存在する基準部位に複数の走査面を互いに交差する状態でセットすることが容易となるため、上述した指標値の演算以外において同じような計測が求められる場合一般に用いることが可能なものである。用途に応じてその弾性や保持作用の程度を調整するようにしてもよい。このような保持器具を用いれば、集団検診において、医師は順番に保持部にプローブを差し込むだけで容易にプローブの位置決めを完了させることができるので、その負担を大幅に軽減することが可能であり、また計測の再現性を極めて良好にできるので、集団検診の効率を高められる。

　本実施形態においては生体が横向きの状態において指標値の計測が行われたが、立位の状態において同じような保持器具を使って指標値を計測するようにしてもよい。

Claims

　生体に当接され、超音波の送受波を行って受信信号を出力する超音波プローブと、
　前記受信信号に基づいて超音波画像を形成する画像形成部と、
　前記生体の断面上において放射状に設定される複数の計測経路を含んだ複数の超音波画像を用いて、前記各計測経路上において、深い位置にある基準部位と浅い位置にある所定の境界面との間の距離を計測する距離計測部と、
　前記複数の計測経路の相対的な位置関係及び前記複数の計測経路上で計測された複数の距離に基づいて、内臓脂肪量との相関性が認められる指標値を演算する指標値演算部と、
　前記指標値を出力する出力部と、
　を含むことを特徴とする超音波診断システム。
　請求項１記載のシステムにおいて、
　前記基準部位は血管であり、
　前記各計測経路に対応した各超音波画像が断層画像として表示され、
　前記各断層画像上において前記血管と前記所定の境界面との間の距離が計測される、
　ことを特徴とする超音波診断システム。
　請求項２記載のシステムにおいて、
　前記血管は拍動する下大動脈である、ことを特徴とする超音波診断システム。
　請求項３記載のシステムにおいて、
　前記複数の断層画像は、前記断面に直交し且つ前記下大動脈上において相互にクロスする複数の走査面に対応する、ことを特徴とする超音波診断システム。
　請求項４記載のシステムにおいて、
　前記生体の断面は、前記生体が有する腹部における横断面であり、
　前記複数の走査面の内で中央走査面は前記腹部に存在する臍を避けた位置に形成される、ことを特徴とする超音波診断システム。
　請求項５記載のシステムにおいて、
　前記複数の走査面は、中央走査面、右側走査面及び左側走査面を含み、
　前記右側走査面及び前記左側走査面は、前記中央走査面の右側及び左側において前記中央走査面に対して実質的に同一の傾斜角度をもって設定される、ことを特徴とする超音波診断システム。
　請求項１記載のシステムにおいて、
　前記複数の計測経路は中央経路、右側経路及び左側経路を含み、
　前記指標値演算部は、
　前記中央経路上の距離と、前記右側経路上の距離と、前記中央経路と前記右側経路との間の右側角度と、に基づいて、前記中央経路と前記右側経路とに挟まれる右側部分の右側部分面積を求める手段と、
　前記中央経路上の距離と、前記左側経路上の距離と、前記中央経路と前記左側経路との間の左側角度と、に基づいて、前記中央経路と前記左側経路とに挟まれる左側部分の左側部分面積を求める手段と、
　前記右側部分面積及び前記左側部分面積を少なくとも用いて前記指標値を演算する手段と、
　を含むことを特徴とする超音波診断システム。
　請求項１記載のシステムにおいて、
　前記所定の境界面は、皮下層の内面である、
　ことを特徴とする超音波診断システム。
　請求項１記載のシステムにおいて、
　前記各超音波画像はそれに対応する計測経路を表すラインを含み、
　前記各ライン上において前記基準部位と前記所定の境界面とをユーザーにより指定するための入力手段を含む、
　ことを特徴とする超音波診断システム。
　請求項１記載のシステムにおいて、
　更に、前記生体における腹部の表面上に前記プローブを当接させた状態を維持するためのプローブ保持器具を含む、ことを特徴とする超音波診断システム。
　請求項１０記載のシステムにおいて、
　前記プローブ保持器具は、
　前記腹部に当接されるプローブを収容する複数の保持部と、
　前記複数の保持部を前記腹部に固定する固定手段と、
　を含み、
　前記複数の保持部は、使用時において、左右方向に並び、且つ、それぞれ前記基準部位の方へプローブの送受波面を向けさせる角度をもって設けられた、
　ことを特徴とする超音波診断システム。
　請求項１１記載のシステムにおいて、
　前記各保持部はそこに収容されたプローブの煽り運動を許容する変形性を有する、
　ことを特徴とする超音波診断システム。
　請求項１１記載のシステムにおいて、
　前記プローブは１Ｄアレイ振動子を含み、
　前記各保持部は前記１Ｄアレイ振動子の素子配列方向が生体の体軸方向と平行になるように前記プローブを保持する、
　ことを特徴とする超音波診断システム。
　請求項１１記載のシステムにおいて、
　前記各保持部は、前記プローブの送受波面を生体側へ露出させる開口部と、前記プローブを取り囲んで保持する空洞構造と、を有する、
　ことを特徴とする超音波診断システム。
　請求項１１記載のシステムにおいて、
　前記複数の保持部は、中央保持部、右側保持具及び左側保持具を含み、
　前記中央保持部に対して前記右側保持部及び前記左側保持部が傾斜してそれらの保持部全体として扇状に広がり、
　使用時における前記中央保持部に対する前記右側保持部及び左側保持部の傾斜角度が３０度～５０度の間に設定された、
　ことを特徴とする超音波診断システム。
　請求項１１記載のシステムにおいて、
　前記固定手段は、前記胴部に巻かれるベルト状の部材である、
　ことを特徴とする超音波診断システム。
　請求項１１記載のシステムにおいて、
　臍に対して位置合わせされるマーカーが設けられた、
　ことを特徴とする超音波診断システム。