WO2022255471A1 - 超音波測定器および超音波測定方法 - Google Patents

Abstract

エラーの発生を低減し、より簡便な操作で生体の状態を測定することができる超音波測定器および超音波測定方法を提供する。超音波測定器（１）は、生体内の構造物に向けて超音波を発信する超音波素子（６１ａ～６１ｄ）の配列を有するプローブ（１０）と、構造物からの反射波に基づいて構造物の状態を測定する測定部（８６）とを備える。プローブ（１０）は生体に接触するプローブヘッド（４０）を有し、プローブヘッド（４０）は、生体に接触させたときに生体の頭部側に配置される第１の端部（４５）と、生体の恥骨側に配置される第２の端部（４６）とを有し、プローブヘッドを側面から見たときに第１の端部（４５）から第２の端部（４６）に向かって薄くなるように傾斜する凸型の曲面（Ｃ１）を有する。実施形態に係る超音波測定方法では、超音波素子から超音波を発信するステップと、生体内の構造物からの反射波に基づいて構造物の状態を測定するステップとを含む。

Description

超音波測定器および超音波測定方法

　本発明は超音波測定器および超音波測定方法に関し、詳細には超音波を用いた測定により生体内の内臓や組織等の構造物の状態を測定する超音波測定器および超音波測定方法に関する。

　従来から、人体等の生体の内部に向けて超音波を発信し、その反射波である超音波エコーを受信することにより、生体内の内臓や病変組織等の構造物の状態を測定する超音波測定器が知られている。例えば、超音波測定器は、膀胱の大きさを測定して膀胱内の蓄尿量を測定する尿量測定器として用いることもできる。

　多くの人が、排尿の調節機構を支配する神経や脳の病気や損傷のために膀胱内に尿が溜まったことを感じることができない（尿意がない）症状を抱えている。このような人々が、超音波測定器を自宅で簡単に使用することができれば、その生活の質を高めることができる。こうした背景から、可搬性が高く、簡易に位置決めをすることができる超音波測定器が特許文献１に提案されている。この超音波測定器では、超音波Ａモードを用いて一次元情報を取得することにより、プローブの角度を把握しながら蓄尿量を測定することができる。

　超音波Ａモードでは、通常、超音波測定器を移動して測定に適した位置を決めるために蓄尿量を測定する。次いで、超音波測定器を腹部の決められた位置付近を移動して蓄尿量を測定する。例えば、特許文献１は、超音波測定器が垂直方向に押し当てられた状態で膀胱の近傍部分を体の正中線に沿って超音波測定器を往復させることで蓄尿量を測定する方法を開示している。超音波測定器を恥骨部分から臍方向に滑らせながら移動させる往路においては、蓄尿量が暫定的に最大値と特定される位置のスキャンがなされる。その後、臍方向の逆方向である恥骨方向に滑らせながら移動させる復路においては、往路で特定した位置に超音波測定器を誘導し、その位置でさらに複数回の測定を行って最大値の標準偏差で尿量を測定する。

国際公開第２０２０／１００９４２号

　本発明者らが鋭意検討した結果、超音波測定器を移動させる量を低減して生体内の内臓や組織等の状態を測定することの重要性を見出し、本発明に至った。

　本発明は従来の問題に鑑みなされたものであって、エラーの発生を低減し、測定精度及び再現性を向上させ、より簡便な操作で生体の状態を測定することができ、更に座位において尿量測定可能な超音波測定器および超音波測定方法を提供することにある。

　上記の課題を解決するために、実施形態に記載された超音波測定器は、
　生体内の構造物に向けて超音波を発信する超音波素子の配列を有するプローブと、
　前記構造物からの反射波に基づいて前記構造物の状態を測定する測定部と
　を備えた超音波測定器であって、
　前記プローブは生体に接触するプローブヘッドを有し、前記プローブヘッドは、前記生体に接触させたときに前記生体の頭部側に配置される第１の端部と、前記生体の恥骨側に配置される第２の端部とを有し、前記プローブヘッドを側面から見たときに前記第１の端部から前記第２の端部に向かって薄くなるように傾斜する凸型の曲面を有する。

　ここで、前記曲面は所定の曲率半径の弧を含むものとすることができる。

　また、前記曲率半径は１００ｍｍから２００ｍｍとすることができる。

　また、前記プローブヘッドの内壁のうち、前記超音波素子の配列が装着される面は前記曲面に沿って傾斜が付けられていてもよい。

　また、前記プローブヘッドの内壁のうち、前記超音波素子の配列が装着される部分の厚みは０ｍｍより大きく２ｍｍ未満とすることができる。

　また、前記超音波測定器は尿量測定器であり、前記構造物の状態は膀胱の尿量であってもよい。

　実施形態に記載された超音波測定方法は、生体内に向けて超音波を発信する超音波素子の配列を有するプローブを備えた超音波測定器を用いた超音波測定方法であって、前記プローブは生体に接触するプローブヘッドを有し、前記プローブヘッドは、前記生体に接触させたときに前記生体の頭部側に配置される第１の端部と、前記生体の恥骨側に配置される第２の端部とを有し、前記プローブヘッドを側面から見たときに前記第１の端部から前記第２の端部に向かって薄くなるように傾斜する凸型の曲面を有し、
　前記曲面を、前記第１の端部から前記第２の端部までが前記生体の表面と接触するように、前記生体の表面に接触させるステップと、
　前記超音波素子から超音波を発信するステップと、
　前記生体内の構造物からの反射波に基づいて前記構造物の状態を測定するステップと
　を含む。

　ここで、前記第１の端部の近傍を支点として前記超音波測定器を頭部側に傾斜させるステップをさらに含み、
　前記測定するステップは、前記超音波測定器を傾斜させている間に前記構造物の状態を測定するものとすることができる。

　また、前記曲面を前記生体の表面に接触させた状態で前記超音波測定器を平行移動させるステップをさらに含み、
　前記測定するステップは、前記超音波測定器の平行移動中に前記構造物の状態を測定し、前記測定の結果に基づいて前記生体の表面において前記傾斜させるステップを開始する位置を判定するステップを含むものとすることができる。

　また、前記位置を判定するステップにおいて前記位置が判定されたときの超音波測定器の角度を判定するステップをさらに含み、
　前記測定するステップは、判定された前記角度に応じて、前記超音波測定器を傾斜させて測定される前記構造物の状態の値を補正するものとすることができる。

　また、前記超音波測定器は尿量測定器であり、前記構造物の状態は膀胱の尿量であり、前記接触させるステップは、前記第１の端部が前記生体の頭部側に位置し、前記第２の端部が前記生体の恥骨側に位置するように前記曲面を前記生体の表面に接触させるものとすることができる。

　本発明によれば、プローブのプローブヘッドは第１の端部から第２の端部に向かって傾斜する凸型の曲面を有する。したがって、その曲面によりプローブを生体の表面に当接しやすくなり、測定の再現性を向上させることができる。また、一方の端部を支点として傾斜させたときの傾斜角度を大きくして生体の表面近くでの構造物の状態を精度よく測定することができる。

　また、超音波測定器を決められた位置で傾斜させて詳細な測定を行うため、より簡便な操作で生体の状態を測定することができる。
　さらに、測定の際に超音波測定器を移動させる量が小さくなるので、座位において生体の状態を測定することが可能となる。

本実施形態の超音波測定器の外観を示す図である。 超音波測定器の使用状態例を示す図である。 （ａ）はプローブ１０のプローブヘッドの内側を図２のＺ軸負方向に向かって見た図、（ｂ）はプローブヘッドの外側をＺ軸正方向に向かってみた図、（ｃ）はプローブヘッドのIIIc-IIIc断面図、（ｄ）はプローブヘッドのIIId－IIId断面図である。 図３（ｃ）に示すプローブヘッドのIIIc-IIIc断面図をより詳細に示す図である。 図４とは別の実施形態に係るプローブヘッドのIIIc-IIIc断面図の例を示す図である。 プローブに装着される超音波素子の配置を示す。 超音波素子が送信および受信する超音波の方向を示す図である。 超音波測定器の機能構成を示すブロック図である。 各超音波素子にて受信される反射波の波形の概略図である。 一実施形態に係る超音波測定器における処理手順を示すフローチャートである。 超音波測定器の使用態様を示す図である。 （ａ）は超音波測定器の使用態様を示す図、（ｂ）はディスプレイに表示される画像の例を示す図である。 （ａ）は超音波測定器の使用態様を示す図、（ｂ）はディスプレイに表示される画像の例を示す図である。 ディスプレイに表示される画像の例を示す図である。 実施例に係る超音波測定器を用いた蓄尿量の測定結果を示すグラフである。 比較例に係る超音波測定器を用いた蓄尿量の測定結果を示すグラフである。 実施例に係る超音波測定器を用いた蓄尿量の測定結果を示すグラフである。 （ａ）は測定結果の平均値と推定尿量値とを比較したグラフ、（ｂ）は測定におけるエラー発生率を示すグラフ、（ｃ）は平均測定時間を示すグラフである。 （ａ）は測定結果の平均値と推定尿量値とを比較したグラフ、（ｂ）は平均測定時間を示すグラフである。 一実施形態に係る位置決め処理の手順を示すフローチャートである。 図４および図５とは別の実施形態に係るプローブヘッドのIIIc-IIIc断面図の例を示す図である。

　以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。以下の実施形態において、超音波測定器を尿量測定器として用いる例について説明している。尿量測定器は構造物の状態として膀胱の尿量を測定するが、本発明は胆嚢に含まれる胆汁量の測定、腸内の大便量の測定など、生体内の種々の構造物に含まれる水分量を測定する装置に適用することも可能である。

　（第１実施形態）
　図１は、本実施形態に係る超音波測定器１の外観を示す図であり、図２は超音波測定器１の使用状態例を示す図である。本実施形態の超音波測定器１は、プローブ１０が本体部２の一端に設けられ、本体部２には、さらにディスプレイ３とボタン４とスピーカ５と通信Ｉ／Ｆ（インタフェース）６とが設けられて構成されている。なお、説明のために、本明細書では、本体部２のディスプレイ３が設けられている側の面を「表示面」という。この超音波測定器１は、超音波Ａモードで測定を行うことができる。

　本実施形態の超音波測定器１は尿量測定器として用いられる。超音波測定器１は、図２に示すように、ユーザ（測定者：被測定者と同一人または測定を行う介助者）によって、表示面が被測定者の顔に向かうように本体部２が把持される。超音波測定器１は略直方体に形成されており、その被測定者の下腹部表面Ｓ１に当接する端部（近位端）側に先細り形状のプローブ１０を向けて使用する。プローブ１０は、被測定者が仰向けで横たわった状態（仰臥位）で恥骨部分に、下腹部表面Ｓ１に対して垂直に、又は垂直からわずかに足方向（Ｙ軸負方向）に傾けて押し当てられる。

　蓄尿量の測定は、プローブ１０の平行移動を行う位置決めモード、およびプローブ１０を傾斜させて測定を行う測定モードの２種類のモードで行う。位置決めモードでは、プローブ１０が押し当てられた状態で膀胱の近傍部分を体の正中線に沿って超音波測定器１を平行移動させることで、測定モードにおける測定を行うための位置決めが行われる。位置決めにおいては、蓄尿量が暫定的に最大値（暫定最大値ともいう）と特定される位置（ピーク位置ともいう）のスキャンがなされる。その後、測定モードに移り、超音波測定器１のプローブと反対側の端部（遠位端）を頭部方向（図２ではＹ軸正方向）に倒しながら、改めて蓄尿量の測定を行って蓄尿量の最大値を決定する。尚、測定モードではプローブを傾斜させずに畜尿量の測定を行ってもよい。

　これにより、本実施形態の超音波測定器では、適切な測定位置を決めて測定を行うことができる。また、専門的な知識がなくても正確な蓄尿量の測定が可能であり、患者自身または患者以外のユーザが容易に取り扱いできる。

　プローブ１０は、超音波の送受信を行って、受信した超音波エコーに応じた受信信号を本体部２に供給する。すなわち、プローブ１０のプローブヘッドに取り付けられた超音波素子の各々が超音波を発信し、かつ各超音波素子が反射波である超音波エコーを受信する。

　ここで、膀胱は、骨盤内にあるので、その解剖構造に基づいて特徴的な拡張をする。膀胱底部は骨盤底部の組織に密着して動きが束縛されており、尿の蓄積に伴う膀胱拡張は、比較的可動性のある小腸を押し退けながら、主として図２のＹ方向に拡がっていくものであることがＭＲＩ測定により確認されている。本実施形態に係る超音波測定器１では、この拡張方向に沿って４つの超音波素子が一定間隔に配列されている。

　次に、図３および図４を参照し、プローブ１０のプローブヘッドの形状について説明する。図３（ａ）はプローブ１０のプローブヘッドの内側を図２のＺ軸負方向に向かって見た図である。図３（ｂ）はプローブヘッドの外側をＺ軸正方向に向かってみた図である。図３（ｃ）はプローブヘッドのIIIc-IIIc断面図、図３（ｄ）はプローブヘッドのIIId-IIId断面図である。また、図４は図３（ｃ）に示すプローブヘッドのIIIc-IIIc断面図をより詳細に示す。プローブヘッド４０は、生体に接触させたときに頭部側に配置される第１の端部４５と、恥骨側に配置される第２の端部４６とを有する。また、プローブヘッド４０は、図４に示すようにプローブヘッド４０を側面から見たときに第１の端部４５から第２の端部４６に向かって薄くなるように傾斜する凸型の曲面Ｃ１を有する。従って、プローブヘッド４０は、超音波測定器１の長手方向の軸線Ｌに対して非対称になるように形成されている。

　曲面Ｃ１は所定の曲率半径の弧を含んでもよい。この場合、曲面Ｃ１は、超音波測定器１の長手方向の軸線Ｌが平面Ｓ２に垂直になるように超音波測定器１を平面Ｓ２に当接させたとき、第１の端部４５が当接するように形成され得る。この場合、曲面Ｃ１は、当接する位置が所定の曲率半径を有する円と平面Ｓ２との接点と等しくなる。

　曲面Ｃ１の曲率半径は、１００ｍｍから２００ｍｍであることが好ましい。より好ましくは、曲率半径は１４０ｍｍまたはその近傍の値とした場合に、曲面の下腹部表面へ密着する度合いを高めると共に、傾斜させやすい角度であり、後述するように蓄尿量が少ない場合でも正確に尿量を測定することができる。図４に示す例では、第１の端部４５から第２の端部４６へ向かう方向の幅Ｗは３６．６ｍｍである。また、第１の端部４５から第２の端部４６までの全体に亘って曲率半径が１４０ｍｍの曲面を有する。
　一実施形態において、第１の端部４５および第２の端部４６の角に丸みを付けることとしてもよい。特に、後述するように測定モードにおいて第１の端部４５を支点として超音波測定器１を傾斜させるため、第１の端部４５の角に、上記所定の曲率半径よりも小さな曲率半径を有する丸みを付けることが好ましい。

　プローブヘッド４０の内壁には、４つの超音波素子の配列が装着される凹部４１～４４が形成されている。凹部４１～４４において、超音波素子が装着される面は、プローブヘッド４０の外壁の曲面Ｃ１に沿って傾斜が付けられている。図４に示す例では、凹部４１，４２および４３の各々の面と、平面Ｓ２との間の角度θ₄₁，θ₄₂およびθ₄₃は、それぞれ、１６°、１２°および７°である。また、凹部４４と平面Ｓ２との間の角度は０°である。このように、プローブヘッド４０の内壁に、プローブ１０の外側の曲面Ｃ１に沿って傾斜を付けることで、各超音波素子の装着部分におけるプローブヘッド４０の薄肉化を図ることができる。また、各超音波素子の出射角が適切に補正され、曲面Ｃ１の法線方向に超音波を発信することができる。

　プローブヘッド４０の内壁のうち、超音波素子の配列が装着される部分の厚みＴは０ｍｍより大きく２ｍｍ未満とすることができる。

　図５は、プローブヘッドのIIIc-IIIc断面図の別の例を示す。プローブヘッド５０の第１の端部４５から第２の端部４６へ向かう方向の幅Ｗは３６．６ｍｍであり、曲面Ｃ２の曲率半径は１００ｍｍである。超音波素子の配列が装着される凹部５１，５２および５３の各々の面と、平面Ｓ２との間の角度θ₅₁，θ₅₂およびθ₅₃は、それぞれ、１４°、１０°および６°である。また、凹部５４の面と、平面Ｓ２との間の角度は、０°である。

　図６は、プローブ１０に装着される超音波素子の配置を示す。プローブ１０には、複数（図６中では４個）の超音波素子６１ａ～６１ｄを直線上に一列に並べて設けたプローブ１０が備えられている。４個の超音波素子は異なるプローブチャネルｃｈ１、ｃｈ２、ｃｈ３およびｃｈ４に対応する。この超音波素子６１ａ～６１ｄは、プローブ１０を下腹部表面Ｓ１に当接させる際に、超音波素子６１ａが恥骨側に配置され、超音波素子６１ｄが頭部側に配置される。図７は、超音波素子が送信および受信する超音波の方向を示す。図７において、Ｐは恥骨、Ｂは膀胱を示す。また、被測定者の頭部はＹ軸正方向に位置する。上述したように、プローブヘッド４０の内壁は、プローブ１０の外側の曲面Ｃ１に沿って傾斜が付けられているため、超音波素子６１ａ～６１ｄは概ね曲面Ｃ１に沿って配列される。図７に示す例では、超音波素子６１ｄから出力される超音波は軸線Ｌと平行に発信され、超音波素子１６ａ～６１ｃから出力される超音波は軸線Lに対し角度をつけながら発信されることで、プローブ全体としては膀胱Ｂに向かって広がる扇状に超音波が発信される。

　次に、図８を参照し、超音波測定器１の機能構成を説明する。超音波測定器１は、プローブ１０と、制御部８０とから主に構成されている。制御部８０は、超音波制御部８１と、アナログ・デジタル（Ａ／Ｄ）変換部８２と、入力制御部８３と、ジャイロセンサ８４と、記憶部８５と、測定部８６と、音声処理部８７と、表示処理部８８と、通信処理部８９と、を備えている。超音波制御部８１は、超音波素子６１ａ～６１ｄによる超音波およびその反射波の送受信を制御する。Ａ／Ｄ変換部８２は、アナログ信号である超音波の反射波をデジタル信号に変換する。入力制御部８３は、ユーザによるボタン４の操作に応じて入力データを入力する。ジャイロセンサ８４は、超音波測定器１の角度の変化を角速度として検知し、電気信号で出力する。記憶部８５は、蓄尿量の値や蓄尿量の計算式の係数等の種々のデータを記憶する。測定部８６は、デジタル変換された反射波データや他の種々のデータに基づいて蓄尿量に関する種々の演算を行う。音声処理部８７は、測定部８６で演算された演算データに基づいてスピーカ５から音声を出力する。表示処理部８８は、演算データに基づいて画像をディスプレイ３に表示する。通信処理部８９は通信Ｉ／Ｆ６を介して外部機器との通信を行う。

　超音波制御部８１は、超音波素子６１ａ～６１ｄにおける超音波を所定の周期毎に発信する発信制御を行う他に、超音波素子６１ａ～６１ｄで受信した反射波を増幅する受信制御をも行うものである。この反射波は、Ａ／Ｄ変換部８２でデジタル信号に変換された後に測定部８６および記憶部８５に入力される。

　入力制御部８３は、排尿すべき尿量として決められる尿量の閾値を含む、蓄尿量に関する種々のデータ等をボタン４の操作によって入力し得る。これらの入力データは、測定部８６を介して記憶部８５に記憶され得る。なお、尿量の閾値は、予め記憶部８５に記憶させるものであってもよい。

　ジャイロセンサ８４で測定される超音波測定器１の傾きの角度は、超音波素子６１ａ～６１ｄで超音波を受信した直後に測定され、測定部８６を介して記憶部８５に入力される。

　測定部８６は、尿量測定部８６ａと、判定部８６ｂと、測定終了判定部ｅとを含む。尿量測定部８６ａは、反射波データに基づいて膀胱内の蓄尿量を測定周期毎に算出する。判定部８６ｂは尿量測定に関わる判定処理を行うものであり、算出された蓄尿量の最大値を判定する最大値判定部８６ｃと、超音波測定器１を傾斜させるための位置を判定する位置判定部８６ｄとを含む。測定終了判定部８６ｅは、測定モードにおける測定が終了したかどうかを判定する。

　音声処理部８７はスピーカ５からアラームを発信することで、被測定者等に報知するものである。アラームは、超音波素子６１ａ～６１ｄから発信された超音波が、恥骨に当たるために超音波による尿量データを受信できない場合や、超音波素子６１ａ～６１ｄと下腹部表面Ｓ１との間に生じた空気の隙間によって、超音波の送受信が充分になされない場合、測定された蓄尿量が設定値を超えている場合、位置合わせの際などに出力され得る。

　表示処理部８８は、尿量測定部８６ａで算出された尿量や尿量測定に関する種々のデータをディスプレイ３に表示するものである。また、通信処理部８９は、尿量測定部８６ａで算出された尿量や尿量測定に関する種々のデータを外部機器に出力するものである。この場合、超音波測定器１と外部機器との接続は、有線、無線を問わない。

　Ａ／Ｄ変換部８２および測定部８６はＣＰＵで構成することができる。記憶部８５はＲＡＭ等の揮発性記憶装置やＲＯＭ等の不揮発性記憶装置で構成することができる。超音波制御部８１は超音波制御回路で構成することができるし、ＣＰＵで構成することもできる。

　次に、本実施形態で用いられる蓄尿量の算出方法について説明する。本実施形態では、超音波素子６１ａ～６１ｄから発信された超音波は、組織間の境界において反射されるため、超音波素子６１ａ～６１ｄから膀胱に向けて発信された超音波は膀胱の前壁と後壁とで反射し、この反射波が超音波素子６１ａ～６１ｄで受信される。そして、この反射波に基づいて、以下に説明する超音波Ａモードによる演算をすることで、蓄尿量が算出される。

　図９は、各超音波素子６１ａ～６１ｄにて受信される反射波の波形の概略図であり、縦軸を反射強度、横軸を発信からの時間とした図である。図において、ｔ１は膀胱の前壁からの反射波を検知したときの時間、ｔ２は膀胱の後壁からの反射波を検知したときの時間を示す。ｉ番目の超音波素子にて受信した波形のうち後壁からの反射波のピーク強度をＰｉ、前壁および後壁からの反射強度のピーク間距離をＤｉとすると、膀胱内の蓄尿量ＥＵは、以下の式（１）、（２）に基づいて算出することができる。

　ＰＤ＝ΣＰｉ×Ｄｉ　　　　　　　　　　（１）
　ＥＵ＝ＰＤ×Ｒ　　　　　　　　　　　　（２）
　ここで、Ｐｉ、Ｄｉのｉは、複数の超音波素子６１ａ～６１ｄに付された番号を意味しており、ここでは１から４までの整数となっている。また、ＰＤは、各超音波素子６１ａ～６１ｄで受信される反射波の反射強度Ｐｉとピーク間の距離Ｄｉとの積をｉ＝１～４につき加算することにより得られる平均指標値を示す。ＥＵは、算出される蓄尿量である。Ｒは解剖構造に基づく個人差や測定中の姿勢に対応して定められる係数を示す。したがって、この平均指標値ＰＤおよび蓄尿量ＥＵは、超音波素子６１ａ～６１ｄで超音波の送受信をする毎に算出される。

　次に、図１０から図１４を参照し、本実施形態に係る超音波測定方法の流れについて説明する。図１０は超音波測定器における処理手順を示すフローチャートである。まず、超音波測定器１の電源を投入し、恥骨の上部に超音波測定器１を当接させる（Ｓ１０１）。ここで、図１１に示すようにプローブ１０の第１の端部から第２の端部までが下腹部表面Ｓ１と接触するように、超音波測定器１を足方向（Ｙ軸負方向）にわずかに傾ける。

　次いで、超音波測定器１のプローブ１０は、超音波素子から超音波を発信し、膀胱からの反射波を受信する。尿量測定部８６ａは、反射波のデータに基づいて、式（１）、（２）を計算する（Ｓ１０２）。本実施形態において、尿量測定部８６ａは複数回の計算を繰り返し、蓄尿量の移動平均を測定データとする。測定データは記憶部８５に記憶されるとともに判定部８６ｂに渡される。また、測定部８６は測定された測定データを表示処理部８８に渡す。表示処理部８８は、測定データに基づいて蓄尿量を示す画像をディスプレイ３に表示させる。

　次いで、図１１の矢印で示すように、超音波測定器１を頭部方向（Ｙ軸正方向）に滑らせるように平行移動させる。尿量測定部８６ａは平行移動中に蓄尿量の計算を継続し、測定データに応じてディスプレイ３に表示する画像を切り替える（Ｓ１０３）。

　ユーザはディスプレイ３に表示される蓄尿量の画像を見ながら超音波測定器１を正中線上で平行移動し、蓄尿量が最大になるよう超音波測定器１の位置を調整することができる。蓄尿量が最大値を過ぎた場合は、図１２（ａ）の矢印で示すように足方向（Ｙ軸負方向）に移動する。図１２（ｂ）は、ディスプレイ３に表示される画像の例を示す。同図に示す画像は縦方向に増減するレベル表示１２１を構成している。レベル表示１２１は蓄尿量に対応して表示され、例えば１つのレベルを１００ｍLの尿量とすることができる。配列された矩形の数は、ステップＳ１０３において画像を切り替えることで増減される。ユーザはこの画像を見ながら動的に変化するレベル表示１２１の変化をリアルタイムで確認することで、レベル表示１２１が最も高くなる位置を探すことができる。ステップＳ１０２およびＳ１０３の処理は、ピーク位置が見つかるまで繰り返される（Ｓ１０４においてＮｏ）。尚、目が不自由なユーザへの対応として、ディスプレイ３に表示されるレベル表示１２１に加え、尿量のレベルに応じて音階を変えたピー音をスピーカ５から出力してユーザにレベルを知らせてもよい。

　蓄尿量が最大値となる超音波測定器１の位置を判定した場合（Ｓ１０４においてＹｅｓ）、ユーザは詳細な測定を指示するためにボタン４を押下する。位置判定部８６ｄはボタン４が押下されたときの位置を、蓄尿量のピーク位置と判定する。

　ここで、詳細な測定を開始するため、スピーカ５から「測定を開始します」といった音声案内を出力することとしてもよい。

　次いで、位置判定部８６ｄはジャイロセンサ８４から超音波測定器１の位置および角度に関する情報を取得する（Ｓ１０５）。次いで、位置判定部８６ｄは取得された角度に関する情報に基づいて、係数Ｒを補正する。ユーザは、図１３（ａ）に示すように、超音波測定器１を、プローブ１０の第１の端部４５を支点として、Ｘ軸の周りに頭部方向（Ｙ軸正方向）に向かって弧を描くように超音波測定器１を傾斜させる。尿量測定部８６ａは傾斜に応じて変化する蓄尿量の計算を継続する（Ｓ１０６）。尿量測定部８６ａは超音波測定器１を傾斜させている間に複数回の計算を繰り返し、蓄尿量の移動平均を測定データとする。

　本実施形態において、尿量測定部８６ａは蓄尿量を計算する際に、ステップＳ１０５において取得され補正された係数Ｒの値を式（２）に適用する。このようにして、判定された超音波測定器１の角度に応じて、超音波測定器１の傾斜中に測定される蓄尿量の値を補正する処理が行われる。図１３（ｂ）は、ステップＳ１０６においてディスプレイ３に表示される画像の例を示す。同図に示す例では、蓄尿量の演算の進行状況を、左から右に向かって延びるバー１３１の長さによって示している。進行状況の表示は、測定値に応じて行うことができる。例えば、測定値が小さくなるにつれて、バー１３１が延びるように表示することとしてもよい。あるいは、進行状況の表示は、測定時間に応じて行うことができる。
　測定モードでは、１つの目安として、超音波測定器１の角度をＺ軸に対して３０～４０°傾斜させる。また、時間を１～５秒くらいかけて超音波測定器１を傾斜させる。尚、超音波測定器１が所定の角度まで傾斜されたとき、スピーカ５からピー音を出力して測定の終了をユーザに知らせてもよい。

　最後に、尿量測定部８６ａは、継続して行われた蓄尿量の最大値を結果としてディスプレイ３に表示させる（Ｓ１０７）。図１４は、ステップＳ１０７で表示される蓄尿量レベルの表示の例を示す。同図の右側に示すように、蓄尿量は数値１４１で表示し得る。また、蓄尿量は左から右に向かって縦に長くなる４つのレベル表示１４２によって表示することとしてもよい。図１４では第３のレベル、すなわち、膀胱許容量の半分以上であるが、限界ではないことを示している。尚、図１４に示す表示に加えて、尿量をスピーカ５から音声で通知してもよい。

　蓄尿量の測定においては、恥骨裏の部分の測定が重要であり、特に尿量が少ないときにこの部分の測定精度を高めることが望ましい。本実施形態に係る測定方法では、図１３（ａ）に示すように、第１の端部４５の近傍を支点として弧を描くように超音波測定器１を傾斜させる。したがって、傾斜角度が大きくなると、第２の端部４６が下腹部表面Ｓ１から離れ、端部４５近傍の超音波素子６１ｄのみが超音波の送受信を行う。このとき、超音波素子６１ｄから発信される超音波が恥骨裏へ回り込むことができる。超音波素子６１ｄのみによる測定は、特に尿量が少ないとき有効である。

　また、本実施形態によれば、超音波測定器１の平行移動と一方向への傾斜動作のみによって測定が可能となる。また、超音波測定器１を傾斜させることにより尿量測定が可能となるので、超音波測定器1のＹ軸方向への移動量も小さくすることができる。このため、座位での蓄尿量の測定も可能となる。

　また、測定モードにおいて超音波測定器１を傾斜させる際に支点を固定するため、操作の簡略化と測定時間の短縮が可能となる。また、測定の再現性が高くなり、エラーの発生も低減することができる。

　さらに、実際の蓄尿量の測定では超音波測定器１を平行移動するために被測定者にジェルを塗布する必要があるが、本実施形態によれば超音波測定器１の移動範囲が狭くなり、ジェルの塗布面積を小さくすることができる。結果として、超音波測定器１を利用するユーザのQOLが向上する。

　次に、本発明の実施例について説明する。

　本実施例に係る超音波測定器は、曲率半径が１４０ｍｍの曲面を有するプローブを使用した。比較例として、プローブヘッドの先端が平坦な形状を有する超音波測定器を使用した。

　（実施例１）
　図１５は、本実施例に係る超音波測定器を用いて仰臥位で蓄尿量を測定した結果をプロットしたグラフである。このグラフにおいて、縦は算出された蓄尿量の測定値（ｍＬ）であり、横軸は測定値の算出後に計測された排尿量（ｍＬ）である。図１６は、比較例に係る超音波測定器の精度を検証した結果をプロットしたグラフである。図１５および１６において、算出された測定値が実線に近いほど精度が高いことを意味する。また、破線は±（１５％＋２０ｍＬ）の誤差範囲を示す。２つの図を比較すると、図１５に示す本実施例に係る超音波測定器の測定値がより実線に近い位置に集まっており、精度が高いことが分かる。
　図１７は、本実施例に係る超音波測定器を用いて座位で蓄尿量を測定した結果をプロットしたグラフである。図において、四角形の点が測定値を示す。座位における蓄尿量の測定値は１５％＋２０ｍＬの誤差範囲内に収まっていることが分かる。また、比較例に係る超音波測定器を用いて座位で蓄尿量を測定した結果は、エラーやノイズが多く明らかに精度の低いものであった。

　（実施例２）
　本実施例に係る超音波測定器と、比較例に係る超音波測定器とを用いて、特定の被測定者について仰臥位で蓄尿量の算出を行った。次いで、被測定者の排尿量を計測した。そして、排尿量の計測値を膀胱に含まれていた尿量の９５％であると仮定し、残尿量を５％測定時に膀胱に含まれていた蓄尿量（排尿量＋残尿量）を推定した。以下、この値を推定尿量値という。

　表１は、本実施例に係る超音波測定器と、比較例に係る超音波測定器を用いて７回蓄尿量を測定した結果の表を示す。表において、測定－ｎ（ｎは自然数）はｎ回目の蓄尿量の測定値を示す。ここで、被測定者の推定尿量値は４４５ｍＬであった。本実施例に係る超音波測定器の場合、７回の測定は全て正常に行われ、蓄尿量との誤差は－７１ｍＬであった。また、計測開始から判定結果表示までの時間の平均（平均計測時間）は９秒であった。

　比較例を用いた計測では７回の測定のうち２回においてエラーが発生した。エラーは、超音波の送受信が充分になされない場合、測定された蓄尿量が設定値を超えている場合等の異常により正常な計測ができなかったことを示している。比較例において、誤差は－８１ｍＬであった。また、平均計測時間は１分であった。

　図１８は、本実施例における測定結果を示すグラフである。図１８（ａ）は、測定結果の平均値と、推定尿量値とを比較したグラフである。図１８（ｂ）は、測定におけるエラーの発生率を示すグラフである。図１８（ｃ）は、平均測定時間を示すグラフである。表１および図１８に示す結果から、本実施例に係る超音波測定器はエラーが起こりにくく、推定尿量値との誤差が小さいことが分かる。また、平均計測時間も比較例よりも短いことが分かる。

　（実施例３）
　表２は、本実施例に係る超音波測定器と、比較例に係る超音波測定器とを用いて、蓄尿量が少ない場合に仰臥位で７回測定を行った結果の表を示す。被測定者の推定尿量値は３１ｍＬであった。

　本実施例の測定は全て正常に行われ、蓄尿量との誤差は５ｍＬであった。また、計測時間の平均は１７秒であった。比較例の測定も全て正常に行われ、蓄尿量との誤差は－４ｍＬであった。また、計測時間の平均は４３秒であった。

　図１９は、本実施例に係る超音波測定器と、比較例に係る超音波測定器を用いて測定した結果を示すグラフである。図１９（ａ）は、測定結果の平均値と、推定尿量値とを比較したグラフである。図１９（ｂ）は、平均測定時間を示すグラフである。表２および図１９に示すように、膀胱に含まれている尿量が少量で超音波エコーが弱い場合においても、本実施例に係る超音波測定器はエラーが起こりにくく、また被測定者の膀胱に含まれていた尿量との誤差が小さいという結果が得られた。

　（第２実施形態）
　上述の実施形態では、測定モードで測定を開始するための位置を、ユーザが決定した。次に、この位置決めを自動的に行う実施形態について説明する。本実施形態に係る超音波測定器の機能構成は図８に示すものであるが、第１実施形態と異なり、位置判定部８６ｄが位置決め処理の機能を実装する点において相違する。

　次に、図１０および図２０を参照し、本実施形態に係る位置決め処理の流れについて説明する。

　図２０は、本実施形態における位置決め処理の手順を示すフローチャートである。図２０に示す処理は図１０に示すピーク位置の判定（Ｓ１０４）に対応する。まず、ステップＳ１０２において記憶された測定値のうちから最大値Ｖｍａｘを取得する（Ｓ２２１）。次いで、最大値Ｖｍａｘと、最新の測定値Ｖとを比較する。比較の結果、Ｖが最大値Ｖｍａｘ以上であれば（Ｓ２２２においてＹｅｓ）、最大値Ｖｍａｘを最新の測定値Ｖに更新する（Ｓ２２４）。そして、ステップＳ１０２の測定から繰り返す。

　他方、ステップＳ２２２において最新の測定値Ｖが最大値Ｖｍａｘより小さい場合（Ｓ２２２においてＮｏ）、最新の測定値Ｖが所定の閾値以下であるか判定する（Ｓ２２４）。本実施形態では、所定の閾値を最大値Ｖｍａｘの０．８倍としている。この判定の結果、最新の測定値Ｖが所定の最大値Ｖｍａｘの０．８倍より大きければ（Ｓ２２４においてＮｏ）、測定値の減少の程度がわずかであることを意味する。この場合、測定値がさらに増大する可能性があるため、現在ピーク位置の近傍に位置しているとの決定を保留にし、ステップＳ１０２の測定から繰り返す。他方、最新の測定値Ｖが最大値Ｖｍａｘの０．８倍以下であれば（Ｓ２２４においてＹｅｓ）、最大値Ｖｍａｘを測定した位置がピーク位置であり、現在はピーク位置の近傍に位置していると判定する。位置判定部８６ｄは現在の位置を、詳細な測定を開始するための位置として決定する。ここで、次に詳細な測定を開始するため、スピーカ５から「測定を開始します」といった音声案内を出力してもよい。その後、処理はステップＳ１０５へ進む。ステップＳ１０５以降の処理は第１実施形態と同様であるため、詳細な説明は省略する。

　以上説明したように、本実施形態によれば、ユーザによるボタン操作を必要とせずに、詳細な測定のための位置を自動的に決定することが可能となる。
　上記の説明および図は例として意図されたものであり、本発明を限定することを意図していない。当業者は、上述した様々な例示的な実施形態の様々な要素の様々な技術的態様を変形し、または組み合わせることができる。
　例えば、図２１は図４および図５とは別の実施形態に係るプローブヘッドのIIIc-IIIc断面図の例を示す。上述の実施形態と異なり、プローブヘッド２１０の内壁には、８つの超音波素子の配列が装着される凹部２１１～２１８が形成されている。また、プローブヘッド２１０の面Ｃ３のうち、凹部２１５～２１８に対応する部分は平面Ｓ２に平行であり、凹部２１１～２１４に対応する部分は曲率半径１４０ｍｍの曲面を有する。上述した実施形態のこのような変形もまた、本発明の範囲内であると考えられる。
　また、上述した測定モードの測定方法では、超音波測定器１を頭部方向に傾斜させて測定したが、これは一例に過ぎない。例えば、図１２に示すように、超音波測定器１を垂直からわずかに足方向に傾けて押し当てた状態で、頭部方向に傾斜させることなく測定を行ってもよい。

１　超音波測定器
２　本体部
３　ディスプレイ
４　ボタン
５　スピーカ
６　通信Ｉ／Ｆ（インタフェース）
１０　プローブ
４０　プローブヘッド
６１ａ、６１ｂ、６１ｃ、６１ｄ　超音波素子
８０　制御部
８１　超音波制御部
８２　Ａ／Ｄ変換部
８３　入力制御部
８４　ジャイロセンサ
８５　記憶部
８６　測定部
８６ａ　尿量測定部
８６ｂ　判定部
８６ｃ　最大値判定部
８６ｄ　位置判定部
８６ｅ　測定終了判定部
８７　音声処理部
８８　表示処理部
８９　通信処理部
１５０　超音波計測器（比較例）
１５１　プローブ（比較例）
１５２　本体部（比較例）

Claims (11)

1. 　生体内の構造物に向けて超音波を発信する超音波素子の配列を有するプローブと、
   　前記構造物からの反射波に基づいて前記構造物の状態を測定する測定部と
   　を備えた超音波測定器であって、
   　前記プローブは生体に接触するプローブヘッドを有し、前記プローブヘッドは、前記生体に接触させたときに前記生体の頭部側に配置される第１の端部と、前記生体の恥骨側に配置される第２の端部とを有し、前記プローブヘッドを側面から見たときに前記第１の端部から前記第２の端部に向かって薄くなるように傾斜する凸型の曲面を有する、超音波測定器。
2. 　前記曲面は所定の曲率半径の弧を含む、請求項１に記載の超音波測定器。
3. 　前記曲率半径は１００ｍｍから２００ｍｍである、請求項２に記載の超音波測定器。
4. 　前記プローブヘッドの内壁のうち、前記超音波素子の配列が装着される面は前記曲面に沿って傾斜が付けられている、請求項１から３のいずれか一項に記載の超音波測定器。
5. 　前記プローブヘッドの内壁のうち、前記超音波素子の配列が装着される部分の厚みは０ｍｍより大きく２ｍｍ未満である、請求項１から４のいずれか一項に記載の超音波測定器。
6. 　前記超音波測定器は尿量測定器であり、前記構造物の状態は膀胱の尿量である、請求項１から５のいずれか一項に記載の超音波測定器。
7. 　生体内に向けて超音波を発信する超音波素子の配列を有するプローブを備えた超音波測定器を用いた超音波測定方法であって、前記プローブは生体に接触するプローブヘッドを有し、前記プローブヘッドは、前記生体に接触させたときに前記生体の頭部側に配置される第１の端部と、前記生体の恥骨側に配置される第２の端部とを有し、前記プローブヘッドを側面から見たときに前記第１の端部から前記第２の端部に向かって薄くなるように傾斜する凸型の曲面を有し、
   　前記曲面を、前記第１の端部から前記第２の端部までが前記生体の表面と接触するように、前記生体の表面に接触させるステップと、
   　前記超音波素子から超音波を発信するステップと、
   　前記生体内の構造物からの反射波に基づいて前記構造物の状態を測定するステップと
   　を含む、超音波測定方法。
8. 　前記第１の端部の近傍を支点として前記超音波測定器を前記頭部側に傾斜させるステップをさらに含み、
   　前記測定するステップは、前記超音波測定器を傾斜させている間に前記構造物の状態を測定する、請求項７に記載の超音波測定方法。
9. 　前記曲面を前記生体の表面に接触させた状態で前記超音波測定器を平行移動させるステップをさらに含み、
   　前記測定するステップは、前記超音波測定器の平行移動中に前記構造物の状態を測定し、前記測定の結果に基づいて前記生体の表面において前記傾斜させるステップを開始する位置を判定するステップを含む、請求項８に記載の超音波測定方法。
10. 　前記位置を判定するステップにおいて前記位置が判定されたときの超音波測定器の角度を判定するステップをさらに含み、
    　前記測定するステップは、判定された前記角度に応じて、前記超音波測定器を傾斜させて測定される前記構造物の状態の値を補正する、請求項９に記載の超音波測定方法。
11. 　前記超音波測定器は尿量測定器であり、前記構造物の状態は膀胱の尿量であり、前記接触させるステップは、前記第１の端部が前記生体の頭部側に位置し、前記第２の端部が前記生体の恥骨側に位置するように前記曲面を前記生体の表面に接触させる、請求項７から１０のいずれか一項に記載の超音波測定方法。

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