(57)【要約】【課題】血管機能の異常を容易に診断することができる血管機能検査装置を提供する。【解決手段】ずり応力ＳＳ１および壁応力ＷＳの少なくともいずれか一方が、予めそれぞれに設定されているずり応力および壁応力の適正範囲を外れたか否かに基づいて、血管機能の異常を診断する血管機能診断部１２４を備えるので、ずり応力ＳＳ１および壁応力ＷＳを算出することで、血管機能の異常を容易に診断することができる。ずり応力ＳＳ１および壁応力ＷＳの少なくともいずれか一方が適正範囲を外れると、その経時的な変化をさらに逐次監視するなどして、その原因や治療方法、さらには治療の効果等を総合的に診断することができる。また、上記補償機能が失われた場合に動脈硬化が始まるものと考えられており、動脈硬化の早期発見の手段としても利用することができる。【選択図】図１４
2014073401.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ずり応力を算出するずり応力算出部と、
壁応力を算出する壁応力算出部と、
算出された前記ずり応力および壁応力の少なくともいずれか一方が、予めそれぞれに設定されている前記ずり応力および壁応力の適正範囲を外れたか否かに基づいて、血管機能の異常を診断する血管機能診断部と
を、備えることを特徴とする血管機能検査装置。
【請求項２】
算出された前記ずり応力および壁応力の関係を２次元グラフで表示する表示装置を備え、
前記表示装置には前記ずり応力および壁応力の前記適正範囲で囲まれる領域が予め表示されており、
算出された前記ずり応力および壁応力の関係を示す算出結果と前記領域との相対位置が表示されることを特徴とする請求項１の血管機能検査装置。
【請求項３】
前記ずり応力算出部によって算出されたずり応力と前記壁応力算出部によって算出された壁応力とを、逐次記憶する記憶部を備えており、
前記ずり応力および壁応力の算出結果を前記表示装置に表示するに際して、前記記憶部に記憶されている前回以前に算出された前記ずり応力および壁応力の算出情報が区別可能に表示されることを特徴とする請求項２の血管機能検査装置。
【請求項４】
前記ずり応力は、該ずり応力の変化から前記壁応力の変化に至るまでの応答遅れ時間に対応する予め設定された時間を遡った時点を基準時点とし、該基準時点以前の所定区間内における前記ずり応力の積分値、該所定区間内における１心拍当たりの平均ずり応力値、該所定区間内における脈拍に同期した瞬時値の積分値または平均値のいずれかとされることを特徴とする請求項１の血管機能検査装置。
【請求項５】
前記ずり応力は、予め記憶された２次元または３次元のナビエ-ストークス方程式から、血流速度分布に基づいて算出されることを特徴とする請求項１の血管機能検査装置。
【請求項６】
前記壁応力は、血圧、血管径、および壁厚に基づいて算出されることを特徴とする請求項１の血管機能検査装置。
【請求項７】
ずり応力を算出するずり応力算出部と、
壁応力を算出する壁応力算出部と、
算出された前記ずり応力および壁応力の関係を２次元グラフで表示する表示装置とを備え、
前記表示装置には前記ずり応力および壁応力の予めそれぞれに設定されている適正範囲で囲まれる領域が表示されており、
算出された前記ずり応力および壁応力の関係を示す算出結果と前記領域との相対位置が表示されることを特徴とする血管機能検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、医療用の血管機能検査装置に関し、特に例えば超音波センサ等によって測定される各種情報に基づいて、血管機能の状態を診断する検査装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、例えば動脈硬化等の疾患を早期に発見する１つの手段として血管機能の状態を診断する方法が注目されている。例えば、特許文献１の血管力学特性測定装置においては、血管内の血流速度分布を計測し、計測された血流速度分布からずり速度分布、粘性率分布、およびずり応力を算出する技術が開示されている。そして、算出された粘性率分布やずり応力分布を、血管機能の状態を診断する一指標値とすることが提案されている。また、安静にした状態で被験者の血管径（安静時の血管径）を計測し、さらに５分程度前腕部分を阻血して解除した後の血管径を計測し、阻血解除後の血管径の拡張量と安静時の血管径とで算出される血管径増加率ＦＭＤ（＝血管径の拡張量／安静時の血管径×１００％）を血管機能の状態を診断する指標値とすることも知られている。さらには、血管の血管壁厚や血管の壁応力等も血管機能の状態を診断する指標値として使用されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−１６６９７４号公報
【特許文献２】特開２００３−１４４３９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記のように血管機能の状態を診断する指標値として多数提案されているが、血管機能の状態を診断する指標値として最適な指標値は確定されておらず、さらに改良の余地があった。
【０００５】
本発明の目的とするところは、血管機能の状態を診断する血管機能検査装置において、血管機能の状態を診断するに際してその精度をさらに向上させることができる血管機能検査装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
これに対して、発明者等は、血管機能の状態を診断する新たな指標値として、被験者の阻血解除後の拡張される血管の血管径を連続的に測定することで求められる血管の拡張量を血管の壁厚で割った値（＝血管径の拡張量／血管の壁厚）を適用すると、血管機能の状態を従来にも増して精度良く診断することができることを発見した。そして、上記指標値と血管の壁厚を血管径で割った指標値（＝血管の壁厚／血管径）とで、データを整理すると、（血管の壁厚／血管径）が大きくなるに従って、（血管径の拡張量／血管の壁厚）が小さくなる状態が描かれることを発見した。また、血管のずり応力と壁応力とでデータを整理することでも血管機能の状態を精度良く診断することができることを発見した。
【０００７】
すなわち、斯かる目的を達成するために、本発明の要旨とするところは、(a)ずり応力を算出するずり応力算出部と、(b)壁応力を算出する壁応力算出部と、(c)算出された前記ずり応力および壁応力の少なくともいずれか一方が、予めそれぞれに設定されている前記ずり応力および壁応力の適正範囲を外れたか否かに基づいて、血管機能の異常を診断する血管機能診断部とを、備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
このようにすれば、算出された前記ずり応力および壁応力の少なくともいずれか一方が、予めそれぞれに設定されている前記ずり応力および壁応力の適正範囲を外れたか否かに基づいて、血管機能の異常を診断する血管機能診断部を備えるので、ずり応力および壁応力を算出することで、血管機能の異常を容易に診断することができる。血管には、血流の変動や血圧の変動等に拘わらず、ずり応力および壁応力が常に適正範囲に収まるように、補償機能が備えられている。例えば血圧上昇に伴って壁応力が増加すると、壁応力を一定保つために血管壁の厚みが厚くなる。また、例えば血液粘度が上昇してずり応力が増加すると、ずり応力を一定に保つために血管径を膨張させてずり速度を低下させる。このように、ずり応力と壁応力は、血管が本来有する補償機能によって正常範囲に維持されるが、上記補償機能が失われると、上記適正範囲を外れることとなる。したがって、ずり応力および壁応力を算出し、これらが適正範囲を外れたか否かを逐次診断することで、血管が有する上記補償機能が正常に機能しているか否かが正確に診断される。例えば、ずり応力および壁応力の少なくともいずれか一方が適正範囲を外れると、その経時的な変化をさらに逐次監視するなどして、その原因や治療方法、さらには治療の効果等を総合的に診断することができる。
【０００９】
ここで、好適には、算出された前記ずり応力および壁応力の関係を２次元グラフで表示する表示装置を備え、前記表示装置には前記ずり応力および壁応力の前記適正範囲で囲まれる領域が予め表示されており、算出された前記ずり応力および壁応力の関係を示す算出結果と前記領域との相対位置が表示されるものである。このようにすれば、ずり応力および壁応力の算出結果と領域との相対位置が表示されるので、血管機能が正常であるか否かを容易に診断することができる。具体的には、ずり応力および壁応力で示される関係位置が領域内にあると血管機能が正常と診断され、前記関係位置が領域から外れた位置にあると、血管機能に異常が生じたものと容易に診断することができる。
【００１０】
また、好適には、前記ずり応力算出部によって算出されたずり応力と前記壁応力算出部によって算出された壁応力とを、逐次記憶する記憶部を備えており、前記ずり応力と壁応力の算出結果を前記表示装置に表示するに際して、前記記憶部に記憶されている前回以前に算出された前記ずり応力および壁応力の算出情報が区別可能に表示されるものである。このようにすれば、前回以前の算出結果との対比が可能となり、血管機能の経時的な変化を確認することができる。したがって、例えば、ずり応力および壁応力のいずれかが適正範囲を逸脱した場合、その逸脱状態から適正範囲へ復帰する方向へ変化しているか否か等に基づいて、治療方法や治療の効果等も評価することができる。
【００１１】
また、好適には、前記ずり応力は、該ずり応力の変化から前記壁応力の変化に至るまでの応答遅れ時間に対応する予め設定された時間を遡った時点を基準時点とし、該基準時点以前の所定区間内における前記ずり応力の積分値、該所定区間内における１心拍当たりの平均ずり応力値、該所定区間内における脈拍に同期した瞬時値の積分値または平均値のいずれかとされるものである。一般に、血管の内皮の反応は血流変化に瞬時に対応するが、一酸化窒素ＮＯが産生されて内膜に拡散して平滑筋に到達し、平滑筋が弛緩されるまでに応答遅れ時間が発生することが知られている。すなわち、ずり応力の変化から壁応力の変化に至るまでの応答遅れ時間が発生する。したがって、上記応答遅れ時間を見越して、壁応力算出時からその応答遅れ時間分だけ時間を遡った時点を基準時点とし、その基準時点以前の所定区間内における測定時点毎のずり応力に基づいて血管機能を診断する際の代表値とされるずり応力を算出することで、相関関係を有するずり応力と壁応力とに基づいて血管機能を診断することができる。また、血管機能を診断する際の代表値とされるずり応力を、ある時点（例えば前記基準時点）での瞬時値とせず、基準時点を終点として所定区間内における測定時点毎のずり応力に基づいて算出される値とすることで、定常的に血管壁にかかる刺激を考慮したずり応力に基づいて血管機能を診断することができる。
【００１２】
また、好適には、前記ずり応力は、予め記憶された２次元または３次元のナビエ-ストークス方程式から、血流速度分布に基づいて算出されるものである。このようにすれば、正確なずり応力が算出され、実用的な血管機能検査装置を提供することができる。
【００１３】
また、好適には、前記壁応力は、血圧、血管径、および血管の壁厚に基づいて算出されるものである。このようにすれば、上記血圧、血管径、および血管の壁厚を測定することで、正確な壁応力が算出され、実用的な血管機能検査装置を提供することができる。
【００１４】
また、好適には、(a)ずり応力を算出するずり応力算出部と、(b)壁応力を算出する壁応力算出部と、(c)算出された前記ずり応力および壁応力の関係を２次元グラフで表示する表示装置とを備え、(d)前記表示装置には前記ずり応力および壁応力の予めそれぞれに設定されている適正範囲で囲まれる領域が表示されており、(e)算出された前記ずり応力および壁応力の関係を示す算出結果と前記領域との相対位置が表示されるものである。このようにすれば、算出されたずり応力と壁応力との関係と領域との相対位置が表示装置に表示されるので、その相対位置に基づいて、血管機能が正常であるか否かを容易に診断することができる。具体的には、ずり応力および壁応力で示される関係位置が領域内にあると血管機能が正常と診断され、前記関係位置が領域から外れた位置にあると、血管機能に異常が生じたものと容易に診断することができる。
【００１５】
また、好適には、(a)前記超音波を前記血管に向けて放射する超音波プローブは、複数個の超音波発振子が直線的に前記血管の長手方向に配列された長手方向超音波アレイ探触子と、複数個の超音波発振子が直線的に前記血管の長手方向とは直交して配列された直交方向超音波アレイ探触子とを備えており、(b)前記長手方向超音波アレイ探触子からの超音波により前記血管内の血流速度を測定し、前記直交方向超音波アレイ探触子からの超音波により前記血管径および血管壁厚を測定する。このようにすれば、実用化されている超音波プローブを用いて、上記血流速度の測定、上記血管径の測定、および上記血管壁厚の測定を並行して行うことができる。例えば、上記長手方向超音波アレイ探触子と上記直交方向超音波アレイ探触子とを極めて短いサイクルで交互に作動させることにより、上記血流速度の測定、上記血管径の測定、および血管壁厚の測定とを並行して行うことができる。
【００１６】
また、好適には、（ａ）前記超音波を前記血管に向けて放射する超音波プローブは、複数個の超音波発振子が直線的に前記血管の長手方向に配列された長手方向超音波アレイ探触子を備えており、（ｂ）前記長手方向超音波アレイ探触子に、前記血管内の血流速度を測定するための作動、前記血管径を測定するための作動、並びに前記血管の血管壁厚を測定するための作動を時間経過に従って交互に行わせる。このようにすれば、実用化されている超音波プローブを用いて、上記血流速度の測定、上記血管径の測定、および上記血管壁厚の測定を並行して行うことができる。例えば、上記長手方向超音波アレイ探触子に、上記血管内の血流速度を測定するための作動、上記血管径を測定するための作動、並びに上記血管壁厚を測定するための作動を極めて短いサイクルで交互に行わせる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施例である血管機能検査装置の全体的な構成を表した図である。
【図２】図１の血管機能検査装置に用いられる超音波プローブの血管に対する姿勢を表すためのｘｙｚ軸直交座標軸を説明する図である。
【図３】図２の超音波プローブから超音波が放射される計測対象である血管の多層膜構成を説明するための拡大図である。
【図４】図２の超音波プローブからの超音波で測定される阻血解除後の血管径（内皮径）の変化を例示したタイムチャートである。
【図５】図１の血管機能検査装置に備えられた制御機能の要部を説明する機能ブロック線図である。
【図６】血管機能検査装置によって測定される血管の拡張量を壁厚で割った値（機能指標値）と、公知であるＦＭＤ（＝拡張量／安静時の血管径×１００％）との関係を示す図である。
【図７】血管機能検査装置によって測定される血管の壁厚と血管径との関係を示す図である。
【図８】血管機能検査装置によって測定される機能指標値（拡張量／壁厚）と器質指標値（壁厚／血管径）との関係を示す図である。
【図９】ＦＭＤ（拡張量／安静時の血管径×１００％）と器質指標値（壁厚／血管径）との関係を示す図である。
【図１０】血管機能検査装置によって測定される機能・器質指標値と年齢との関係を示す図である。
【図１１】ＦＭＤ（拡張量／安静時の血管径×１００％）と年齢との関係を示す図である。
【図１２】血管機能検査装置によって測定される機能指標値（拡張量／壁厚）と年齢との関係を示す図である。
【図１３】血管機能検査装置（電子制御装置）の制御作動の要部すなわち血管阻血解除後の拡張量に基づいて機能指標値および器質指標値を算出し、上記指標値に基づいて血管機能を診断する制御作動を説明するためのフローチャートである。
【図１４】本発明の他の実施例である血管機能検査装置に備えられた制御機能の要部を説明する機能ブロック線図である。
【図１５】図１４の血管機能検査装置に備えられた血流速度分布測定部により測定される血流速度分布のイメージ図である。
【図１６】図１４の血管機能検査装置に備えられた血流速度分布測定部により測定される血流速度分布を算出する式に用いられる符号を説明するための図である。
【図１７】図１４の血管機能検査装置に備えられた血液粘度分布算出部により算出される血液粘度分布のイメージ図である。
【図１８】図２の超音波プローブからの超音波で血流速度分布が測定された血管内の空間が仮想的に細分化された複数のサブ領域に分割された状態を例示した図である。
【図１９】図１４の血管機能検査装置に備えられたずり速度分布算出部により算出される血液ずり速度分布のイメージ図である。
【図２０】図１４の血管機能検査装置に備えられたずり応力分布算出部により算出される血液ずり応力分布のイメージ図である。
【図２１】健常者を計測した場合における、ずり速度と粘度との関係を表す図である。
【図２２】健常者を計測した場合における、血管の血管径と血管壁の厚さとの関係を表す図である。
【図２３】図１４のモニタ表示装置に表示されるずり応力と壁応力の関係を示す２次元グラフの一例である。
【図２４】図１４の血管機能検査装置（電子制御装置）の制御作動の要部、すなわち、ずり応力と壁応力とに基づいて血管機能の異常を診断する制御作動を説明するためのフローチャートである。
【図２５】所定の指標値をずり応力で標準化した場合のデータの変化を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施例を図面を参照しつつ詳細に説明する。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。
【実施例１】
【００１９】
図１は、センサ保持器１０に保持されたハイブリッドプローブユニット１２を用いて、生体１４の上腕１６の皮膚１８の上からその皮膚１８直下に位置する血管２０内の血流速度分布およびその血管２０の血管径および壁厚を測定すると共に、カフ２１を用いて血圧を測定する血管機能検査装置２２の全体的な構成を表した図である。
【００２０】
ハイブリッドプローブユニット１２は、血管２０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センサとして機能するものであって、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とを一平面上すなわち平坦な探触面２７に有して成るＨ型の超音波プローブ２４と、その超音波プローブ２４を位置決めするための多軸駆動装置（位置決め装置）２６とを備えている。それら第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）ａ１〜ａｎ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。
【００２１】
図２は、本実施例で用いられるｘ0ｙ0ｚ0軸直交座標軸を説明するためのものであり、第１短軸用超音波アレイ探触子Ａの長手方向と平行でその第１短軸用超音波アレイ探触子Ａの直下に位置し血管２０又はその付近を通る方向をｚ0軸とし、長軸用超音波アレイ探触子Ｃの長手方向と平行でｚ0軸と直交する方向をｘ0軸とし、第１短軸用超音波アレイ探触子Ａの長手方向と長軸用超音波アレイ探触子Ｃの長手方向との交点を通り且つ前記ｘ0軸方向およびｚ0軸方向に直交する方向をｙ0軸とする。超音波プローブ２４は、多軸駆動装置２６によりｚ0軸方向に並進、および、ｙ0軸およびｚ0軸まわりに回動させられるようになっている。
【００２２】
図３に示すように、たとえば上腕動脈である血管２０は、内膜Ｌ１、中膜Ｌ２、外膜Ｌ３から成る３層構造を備えている。超音波の反射は音響インピーダンスの異なる部分で発生することから、実際は血管内腔の血液と内膜Ｌ１の境界面、および中膜Ｌ２と外膜Ｌ３との境界面が白く表示され、組織が白黒の班で表示される。また、画像中において、血液と内膜Ｌ１との境界面が表示され、その距離を血管径ｄ１として計測する。
【００２３】
図１に戻って、血管機能検査装置２２は、ＲＡＭの一時記憶機能を利用しつつ予めＲＯＭに記憶されたプログラムに従って入力信号を処理するＣＰＵを有する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２８と、モニタ画面表示装置（表示装置）３０と、超音波駆動制御回路３２と、３軸駆動モータ制御回路３４とを備えている。上記電子制御装置２８によって超音波駆動制御回路３２から駆動信号が供給されてハイブリッドプローブユニット１２の超音波プローブ２４の第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から超音波が放射され、その第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および長軸用超音波アレイ探触子Ｃにより検知された超音波反射信号を受けて、超音波信号処理部におい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１８下の超音波画像が発生させられモニタ画面表示装置３０に表示させることができる。なお、電子制御装置２８では、超音波信号処理部において超音波反射信号を受けて、後述する血管径ｄ１、血管２０の壁厚ｔ、血流速分布ＤＳ等を測定し、血管機能の状態を診断する際の後述する指標値を算出すると共に、上記指標値に基づいて血管機能の状態を診断する機能を有している。
【００２４】
ここで、モニタ画面表示装置３０は、第１短軸用超音波アレイ探触子Ａによる超音波画像と、第２短軸用超音波アレイ探触子Ｂによる超音波画像と、長軸用超音波アレイ探触子Ｃによる超音波画像とを、それぞれ所定の画像表示領域に表示することができる。さらには、それらの画像表示領域は、皮膚１８からの深さ寸法を示す共通の縦軸を備えたものである。
【００２５】
また、モニタ画面表示装置３０は、血流依存性血管拡張反応の評価に際して、血管阻血状態からの解除時後の血管径ｄ１の経時的な変化量すなわち血管径ｄ１の経時的な拡張量Ｒを時系列的に表示する。
【００２６】
また、上述のように血流依存性血管拡張反応の評価および血管２０の超音波画像が生成されるに際して、超音波プローブ２４は、血管２０に対して所定の計測位置となるよう電子制御装置２８によって３軸駆動モータ制御回路３４から駆動信号を供給された多軸駆動装置２６が駆動することにより位置決めさせられる。上記所定の計測位置とは、上記第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２０に対して直交する位置、且つ、長軸用超音波アレイ探触子Ｃが血管２０に対して平行となる位置である。
【００２７】
センサ保持器１０は、三次元空間内の所望の位置すなわち所定の計測位置において生体１４の上腕１６の皮膚１８の上からその皮膚１８直下に位置する血管２０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１２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１２の超音波プローブ２４の端面と皮膚１８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。
【００２８】
上記センサ保持器１０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３６と、前記ハイブリッドプローブユニット１２が固定されるユニット固定具３８と、マグネット台３６およびユニット固定具３８に一端が固定され且つ球状に形成された先端部４２を備えた連結部材４４、４５と、それら連結部材４４、４５を介して、マグネット台３６とユニット固定具３８とを相対移動可能に連結し支持する自在アーム４０とを備えている。上記自在アーム４０は、相互に回動可能に連結された２つのリンク４６、４７と、そのリンク４６、４７の一端にて前記各先端部４２に所定の抵抗が付勢されつつその先端部４２に対して回曲可能に嵌め入れられた嵌合穴４８をそれぞれ有する回曲関節部５０、５１と、各リンク４６、４７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５２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５４とを、有する。
【００２９】
多軸駆動装置２６は、ｚ0軸回動アクチュエータにより超音波プローブ２４のｚ0軸まわりの回動位置を位置決めするためにユニット固定具３８に固定されるｚ0軸回動（ヨーイング）機構と、ｚ0軸回動アクチュエータによって超音波プローブ２４のｚ0軸方向の並進位置を位置決めするためのｚ0軸並進機構と、ｙ0軸アクチュエータにより超音波プローブ２４のｙ0軸まわりの回動位置を位置決めするためのｙ0軸回動機構とから構成されている。
【００３０】
図１において、超音波駆動制御回路３２は、電子制御装置２８からの指令に従って、たとえば上記第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ａ１乃至ａｎ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ａ１乃至ａ１５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２０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２８へ入力させる。
【００３１】
電子制御装置２８は、上記反射波に基づいて画像を合成し、皮膚１８下における血管２０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、モニタ画面表示装置（画像表示装置）３０にそれぞれ表示させる。また、その画像から、血管２０の外膜Ｌ３の直径である外膜径ｄ２或いは内皮１１１の直径である血管径（内皮径）ｄ１などが測定される。また、血管内皮機能を評価するために、カフ２１によって阻血を実施し、阻血解除後の血管２０の血管径ｄ１の拡張量（変化量）Ｒ（＝ｄ１−ｄa）（但し、ｄaは安静時の血管径ｄ１）が連続的に測定される。なお、阻血は被験者が安静に保たれた状態から所定時間（例えば５分程度）実施され、阻血解除後に所定時間（例えば１２０秒程度）の間の反応性充血時の拡張血管における血管径ｄ１が測定される。
【００３２】
図４は、阻血解除後の血管径(内皮径)ｄ１の変化を例示したタイムチャートである。図４では、ｔ１時点が阻血解除時を表しており、ｔ２時点から血管径ｄ１が拡張し始め、ｔ３時点で血管径ｄ１がその最大値ｄmaxに達していることが示されている。従って、電子制御装置２８が算出する血管径ｄ１の拡張量Ｒは、ｔ３時点で最大になる。
【００３３】
電子制御装置２８は、上記反射波に基づいて画像を合成し、皮膚１８下における血管２０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、モニタ画面表示装置（画像表示装置）３０にそれぞれ表示させることができる。また、その画像から、血管２０の外膜Ｌ３の直径である外膜径ｄ２および内皮１１１の直径である内皮径（血管径）ｄ１等を測定し、上記より、血管２０の血管壁の厚さである壁厚ｔ（＝（ｄ２−ｄ１）／２）を算出させる。
【００３４】
図５は、血管機能検査装置２２に備えられた制御機能の要部を説明する機能ブロック線図である。図５に示すように、超音波駆動制御回路３２は、エコー受信部としてのエコー受信部７２を備えており、電子制御装置２８は、血管径ｄ１を測定するための血管径測定部８０と、血管２０の壁厚ｔを測定するための血管壁厚測定部８４と、血管阻血解除後の血管径ｄ１の変化量（拡張量）を連続的に測定する血管拡張量測定部８２と、後述する血管機能を診断する指標値を算出する血管機能指標値算出部８６と、血管機能指標値算出部８６によって算出される指標値に基づいて血管機能の状態を診断する血管機能診断部８８と、表示制御部としての表示制御部９０と、血管２０の阻血を制御するカフ圧制御部９４（血圧測定部９４）とを備えている。
【００３５】
エコー受信部７２は、超音波プローブ２４からの超音波ビームの反射波を受信して電子制御装置２８に供給する。例えば、エコー受信部７２は、第１短軸用超音波アレイ探触子Ａからの超音波ビームの反射波を受信して血管径測定部８０や血管壁厚測定部８４へ入力させる。
【００３６】
血管径測定部８０は、エコー受信部７２から供給される第１短軸用超音波アレイ探触子Ａからの超音波ビームの反射波に基づいて血管画像を合成し、合成された血管画像から、図３に示す皮膚１８下における血管２０の外膜径ｄ２および内皮１１１の血管径（内皮径）ｄ１を測定する。
【００３７】
血管径測定部８０は、血管２０をカフ２１によって所定時間の間（例えば５分程度）だけ阻血させ、その阻血解除後において図４に示されるように変化する拡張血管における血管径ｄ１を連続的に測定する。そして、血管拡張量測定部８２は、上記阻血解除時からの血管径ｄ1の測定により、その阻血解除後の血管２０の血管径変化量、具体的には前記血管径ｄ１の拡張量Ｒ（＝ｄ１−ｄa）を測定する（但し、ｄaは安静時の血管径ｄ１）。なお、血管２０の阻血は、カフ圧制御部９４によって制御され、圧力制御弁２９を用いてカフ２１の圧力が制御される。具体的には、阻血時においてカフ２１内の空気圧を血管２０の血流を停止させる程度の圧力に制御すると共に、阻血解除時にはカフ２１の空気が瞬時に排出されるように圧力制御弁２９が制御される。
【００３８】
血管壁厚測定部８４は、エコー受信部７２から供給される第１短軸用超音波アレイ探触子Ａからの超音波ビームの反射波に基づいて血管画像を合成し、合成された血管画像に基づいて測定される図３に示す皮膚１８下における血管２０の外膜径ｄ２および内皮１１１の血管径（内皮径）ｄ１に基づいて、血管２０の壁厚ｔを測定する。ここで、血管２０の壁厚ｔは、図３に示すように外膜径ｄ２と内皮径ｄ１との寸法差ｔ（＝（ｄ２−ｄ１）／２）で算出される。なお、血管壁厚測定部８４は、血管径測定部８０と同様に連続的に壁厚ｔを測定することもでき、所定時間における壁厚ｔを測定することもできる。
【００３９】
血管機能指標値算出部８６は、例えば血管径測定部８０により測定された阻血解除後における血管２０の血管径ｄ１の拡張量Ｒを血管壁厚測定部８４によって測定された壁厚ｔで割った値Ｘ１（＝拡張量Ｒ／壁厚ｔ）を血管機能を診断する機能指標値Ｘ１として出力する。なお、拡張量Ｒは、例えば阻血解除後における拡張量Ｒの最大値Ｒmax(＝ｄmax−ｄa)を代表値とし、壁厚ｔは、例えば血管２０の拡張量Ｒが最大値Ｒmaxである時点での壁厚ｔを代表値とし、上記各代表値に基づいて機能指標値Ｘ１が算出される。
【００４０】
図６は、血管２０の拡張量Ｒを壁厚ｔで割った機能指標値Ｘ１と、公知であるＦＭＤ（＝拡張量Ｒ／安静時の血管径ｄa×１００％）との関係を示している。図６に示されるように、機能指標値Ｘ１（＝拡張量Ｒ／壁厚ｔ）とＦＭＤとは相関関係にあることがわかる。なお、ＦＭＤを実施すると、血管径ｄ１が膨らむのは一酸化窒素ＮＯの産生による平滑筋の弛緩であるが、血管２０の内皮細胞で産生された一酸化酸素ＮＯは、内膜内を拡散して平滑筋に到達することから、壁厚ｔが拡散時間を決める要因の１つと考えられている。また、一酸化窒素ＮＯに応答する平滑筋の量を決定する因子でもあることから、機能指標値Ｘ１とＦＭＤとは所定の相関関係があると考えられる。したがって、機能指標値Ｘ１は、前記公知であるＦＭＤの代替指標値としても機能することとなる。
【００４１】
また、血管機能指標値算出部８６は、壁厚ｔを血管径ｄ１で割った値Ｘ２を血管機能を評価する器質指標値Ｘ２（壁厚ｔ／血管径ｄ１）として出力する。なお、血管径ｄ１は、例えば阻血解除後において拡張量Ｒが最大値Ｒmaxであるときの血管径ｄ１すなわち最大血管径ｄmaxを代表値とし、壁厚ｔも同様に、例えば血管２０の拡張量Ｒが最大値Ｒmaxである時点での壁厚ｔを代表値として、上記各代表値に基づいて器質指標値Ｘ２が算出される。図７は、血管２０の壁厚ｔと血管径ｄ１との関係を示す図である。図７に示されるように、壁厚ｔと血管径ｄ１とは略比例することが知られている。従って、血管径ｄ１と壁厚ｔとの関係は、正常状態であれば図７に示すような比例関係となるが、例えば高血圧や腎障害などでは血管２０の肥厚が進み、上記関係から逸脱することとなる。従って、血管機能に異常が生じると、壁厚ｔ／血管径ｄ１の関係が正常範囲から外れてくると予想される。なお、血管径ｄ１は男性の方が女性よりも大きい傾向があるが、器質指標値Ｘ２（壁厚ｔ／血管径ｄ１）では、この性差をなくすことができる。
【００４２】
そこで、上述した拡張量Ｒ／壁厚ｔで示される機能指標値Ｘ１、および壁厚ｔ／血管径ｄ１で示される器質指標値Ｘ２を、それぞれ機能変化指標値、器質変化指標値とし、上記指標値を２軸でデータ整理すると、図８に示されるように、器質指標値Ｘ２（＝壁厚ｔ／血管径ｄ１）が大きくなるに従って、機能指標値Ｘ１（＝拡張量Ｒ／壁厚ｔ）が小さくなる状態が描かれる。上記のように機能指標値Ｘ１が小さい値となるのは、血管径ｄ１の増加量に比べて、壁厚ｔの増加量の方が大きいためである。なお、図８の縦軸を公知であるＦＭＤ（＝拡張量Ｒ／安静時の血管径ｄa×１００％）に変更すると、図９のようになる。図９に示すように、図８のグラフに比べても不鮮明なグラフとなる。例えば、図９に示すように、（壁厚ｔ／血管径ｄ１）が大きいときに、（拡張量Ｒ／血管径ｄ１）が大きい値となっている。このことからも、血管２０の機能変化、器質変化の状態を表すグラフとして、図８のような機能指標値Ｘ１（拡張量Ｒ／壁厚ｔ）と器質指標値Ｘ２（壁厚ｔ／血管径ｄ１）との関係図は、上述したような傾向が見られることからも血管機能の状態を診断する有効な指標値となる。
【００４３】
また、血管機能指標値算出部８６は、上記機能変化（拡張量Ｒ／壁厚ｔ）と器質変化（壁厚ｔ／血管径ｄ１）との関係から、両者をあわせた機能・器質指標値として、機能指標値Ｘ１を器質指標値Ｘ２で割った機能・器質指標値Ｘ３［＝指標値Ｘ１（拡張量Ｒ／壁厚ｔ）／指標値Ｘ２（壁厚ｔ／血管径ｄ１）］を算出する。上記機能・器質指標値Ｘ３は、器質変化に対する機能変化であり、（拡張量Ｒ／壁厚ｔ）の低下は機能・器質指標値Ｘ３の低下に繋がる。さらに器質変化（壁厚ｔ／血管径ｄ１）が加味されることで、機能指標値Ｘ１に比べても機能・器質指標値Ｘ３はさらに低下することとなる。なお、機能・器質指標値Ｘ３において、分母を逆数の（血管径ｄ１／壁厚ｔ）とすると、ＦＭＤ（拡張量Ｒ／血管径ｄ１×１００％）と一致する。この場合、図９に示したように、壁肥厚が起こると、ＦＭＤが改善される方向に動くため、データにバラツキの要因を含むこととなる。
【００４４】
図１０〜図１２は、上記各指標値を被験者の年齢で整理したものである。ここで、図１０が、機能・器質指標値Ｘ３［＝（拡張量Ｒ／壁厚ｔ）／（壁厚ｔ／血管径ｄ１）］と年齢との関係を示しており、図１１がＦＭＤ（拡張量Ｒ／血管径ｄ１×１００％）と年齢との関係を示しており、図１２が機能指標値Ｘ１（拡張量Ｒ／壁厚ｔ）と年齢との関係を示している。なお、上記各図の各データは、同じ測定データに基づいて各指標値を算出してグラフ化しているものである。また、図１０〜図１２のデータおいて、内部が塗りつぶされているものは健常者から測定されたデータであり、内部が塗りつぶされていないものは、心血管疾患、高血圧、糖尿病、高脂血症のいずれか或いは合併を持つ被験者から測定されたデータである。図１０〜図１２のいずれもからわかるように、年齢の増加に伴って、指標値の低下（血管機能の低下）が見られる。
【００４５】
図１１に示すＦＭＤと年齢との関係を見ると、上記何れかの疾病を有する被験者（内部が塗りつぶされていない三角で示す）は、比較的ＦＭＤが低い値に集中するものの、例えば被験者Ａ、Ｂ、Ｃにあっては、疾病を有する他の被験者と乖離した状態となっている。すなわち健常者（内部が塗りつぶされている三角で示す）との区別が付きにくい状態となっている。これに対して、図１１のグラフにおいて、縦軸を機能指標値Ｘ１（拡張量Ｒ／壁厚ｔ）に変更した場合、図１２に示すようになる。図１２では、図１１に比べても上記被験者Ａ、Ｂ、Ｃと他の疾病を有する被験者との乖離が小さくなっている。さらに、図１０で示す機能・器質指標値Ｘ３と年齢との関係で見ると、被験者Ａ、Ｂ、Ｃは、図１２に比べてもさらに疾病を有する他の被験者（内部が塗りつぶされていない四角で示す）との乖離がなくなっている。特に、被験者Ａ、Ｂにあっては、他の疾病を有する被験者との乖離状態が大きく改善され、被験者Ａ、Ｂは疾病を有する被験者群と変わらなくなる。これより、機能指標値Ｘ１および機能・器質指標値Ｘ３によってデータを整理することで、従来のＦＭＤと比べてもデータのバラツキが小さくなるので、健常者と疾病を有する被験者との区別がし易くなるなど、血管機能の状態が従来に比べても評価し易くなる。
【００４６】
図５に戻り、血管機能診断部８８は、例えば図８の関係や図１０並びに図１２の関係に基づいて血管機能の状態を診断する。例えば図８の関係によれば、（壁厚ｔ／血管径ｄ１）が大きくなるに従って、（拡張量Ｒ／壁厚ｔ）は小さくなる傾向にあるので、実験的に求められる予め設定される上記傾向の範囲内にあるか否か、さらには上記範囲内から外れている場合には、その範囲からの外れ方や範囲からの乖離量等に基づいて血管機能の状態が診断される。また、図１０より、例えば実験等によって予め設定されている年齢に対する基準値よりも機能・器質指標値Ｘ３が低いか否か等など、機能・器質指標値Ｘ３に基づいて血管機能の状態が診断される。
【００４７】
表示制御部９０は、図８に示す機能指標値Ｘ１と器質指標値Ｘ２との関係を示す２次元グラフをモニタ画面表示装置３０に表示させる。また、予め実験的に設定されている適正範囲も同時に表示されることで、血管機能の状態がさらに診断しやすくなる。このとき、例えば記憶部９２に前回測定時のデータを予め記憶させておき、前回測定時の関係を併せて表示させることで、前回測定時からの血管機能の変化を確認することが可能となる。これより、例えば血管機能の回復度合いや現在の治療方法が正しいか否か等を視覚的に確認することができる。
【００４８】
図１３は、血管機能検査装置２２（電子制御装置２８）の制御作動の要部、すなわち血管阻血解除後の拡張量Ｒに基づいて機能指標値Ｘ１、器質指標値Ｘ２並びに機能・器質指標値Ｘ３を算出し、上記各指標値に基づいて血管機能を診断する制御作動を説明するためのフローチャートである。
【００４９】
まず、血管径測定部８０に対応するステップＳＡ１（以下、ステップを省略する）において、被験者安静時での血管径ｄaが阻血前に予め測定される。次いで、カフ圧制御部９４に対応するＳＡ２では、安静状態からカフ圧を増加させることで、血管２０の阻血が所定時間だけ実施される。なお、血管２０の阻血は例えば５分程度実施される。そして、血管２０が阻血された状態で所定時間経過すると、カフ圧制御部９４に対応するＳＡ３において、カフ２１内の空気が排出されることで、血管２０の阻血が解除される。血管径測定部８０および血管壁厚測定部８４に対応するＳＡ４では、阻血解除と同時に血管径ｄ１および壁厚ｔの測定が連続的に実施される。なお、上記測定は、例えば予め設定されている所定時間（例えば６０秒程度）だけ実施される。そして、血管機能指標値算出部８６に対応するＳＡ５において、所定時間測定された血管径ｄ１のうちの最大値ｄmaxと安静時の血管径ｄaとの差で算出される血管拡張量の最大値Ｒmax（＝ｄmax−ｄa）が算出される。血管機能指標値算出部８６に対応するＳＡ６では、ＳＡ５で算出された血管拡張量の最大値Ｒmaxに基づいて機能指標値Ｘ１（＝最大値Ｒmax/壁厚ｔ）が算出される。さらに、器質指標値Ｘ２（＝壁厚ｔ/血管径ｄ１）が算出され、算出された機能指標値Ｘ１および器質指標値Ｘ２に基づいて、機能・器質指標値Ｘ３（＝Ｘ１/Ｘ２）が算出される。なお、このときの壁厚ｔの代表値として、例えば血管拡張量Ｒの最大値Ｒmaxが算出されたときに測定される壁厚ｔが使用される。血管機能診断部８８に相当するＳＡ７では、算出された各指標値（Ｘ１〜Ｘ３）に基づいて予め設定されている適正範囲との比較等から血管機能が診断される。このとき、表示制御部９０に対応するＳＡ８において、機能指標値Ｘ１と器質指標値Ｘ２との関係が２次元グラフでモニタ画面表示装置３０に表示されることで、血管機能の状態が視覚的に確認可能となる。
【００５０】
上述のように、本実施例によれば、血管の阻血解除後において、血管径測定部８０によって連続的に測定される血管径ｄ１の拡張量Ｒを血管壁厚測定部８４によって測定される壁厚ｔで割った値を（拡張量Ｒ／壁厚ｔ）、血管機能を診断する機能指標値Ｘ１とするため、血管機能の状態を従来にも増して精度良く診断することができる。例えば、従来では阻血解除後の血管の拡張量Ｒを血管径ｄ１で割った指標値（ＦＭＤ：拡張量Ｒ／血管径ｄ１×１００％）に基づいて血管機能の状態が診断されていたが、従来の指標値（ＦＭＤ）に比べて本発明の機能指標値は、血管機能の変化に対する変化が大きいため、血管機能の状態を診断するのにさらに好適となる。なお、上記は血管径ｄ１の変化量に比べて壁厚ｔの変化量の方がさらに大きいので、血管機能の変化が反映されやすいためである。
【００５１】
また、本実施例によれば、血管機能指標値算出部８６は、壁厚ｔを血管径ｄ１で割った器質指標値Ｘ２をさらに算出し、機能指標値Ｘ１と器質指標値Ｘ２との関係に基づいて血管機能が診断されるものである。このようにすれば、器質指標値Ｘ２が大きくなるに従って、機能指標値Ｘ１が小さくなる傾向があるため、上記傾向に基づいて血管機能の状態を精度良く診断することができる。例えば、測定結果が上記傾向から外れるなどした場合、その外れ方や外れ度合い等から血管機能の異常が診断される。
【００５２】
また、本実施例によれば、血管機能指標値算出部８６は、機能指標値Ｘ１を器質指標値Ｘ２で割った値をさらに機能・器質指標値Ｘ３として算出し、その機能・器質指標値Ｘ３に基づいて血管機能が診断されるものである。このようにすれば、上記機能・器質指標値Ｘ３が算出されることで、データのバラツキがさらに抑えられて血管機能の状態をさらに精度良く診断することができる。
【００５３】
つぎに、本発明の他の実施例である血管機能検査装置９５を説明する。なお、以下の説明において前述の実施例と共通する部分には同一の符号を付して説明を省略する。
【実施例２】
【００５４】
図１において前記電子制御装置２８は、上述の機能に加えて、長軸用超音波アレイ探触子Ｃから経皮的に生体１４内の血管２０に向けて超音波を入射させて、その超音波により非侵襲的に血流速度分布ＤＳを測定する。そして、その血流速度分布ＤＳから血管２０内の血液の粘度分布ＤＶおよびずり速度分布ＤＳＲを算出し、更に粘度分布ＤＶおよびずり速度分布ＤＳＲに基づいてずり応力分布ＤＳＳを算出する。
【００５５】
また、電子制御装置２８は、上腕に巻き掛けられているカフ２１を用いてオシロメトリック法により血圧値を測定する。すなわち、たとえば、圧力センサ２３により検出されるカフ２１の圧力を、ポンプ２５および圧力制御弁２９を用いて、先ず被測定者の収縮期血圧(最高血圧値) よりも高い止血圧まで昇圧させた後に所定の降圧速度で徐々に降圧させ、このカフ２１による圧力降下過程において、心拍に同期して発生する圧力振動波すなわち脈波を抽出し、その脈波振幅を結ぶ包絡線の変曲点すなわち脈波振幅の差分の最大値に対応するカフ２１の圧力を最高血圧値ＳＢＰおよび最低血圧値ＤＢＰとして決定する。また、脈波振幅の最大値を示す圧力を平均血圧値ＭＢＰとして決定する。
【００５６】
図１４は、本発明の他の実施例である血管機能検査装置９５に備えられた制御機能の要部を説明する機能ブロック線図である。なお、機械的な構成は前述の実施例と同様であるため、その説明を省略する。また、血管径測定部８０および血管壁厚測定部８４においてもその機能は前述の実施例と基本的には同様であるため、その説明を省略する。
【００５７】
エコー受信部７２は、超音波プローブ２４からの超音波ビームの反射波を受信して電子制御装置２８に供給する。例えば、エコー受信部７２は、第１短軸用超音波アレイ探触子Ａからの超音波ビームの反射波を受信して血管径測定部８０や血管壁厚測定部８４へ入力させる。また、エコー受信部７２は、長軸用超音波アレイ探触子Ｃからの超音波ビームの反射波を受信して血流速度分布測定部１００へ入力させる。
【００５８】
血流速度分布測定部１００は、超音波プローブ２４の長軸用超音波アレイ探触子Ｃで受信された超音波散乱波（反射波）を用いて断層像を作成して血管２０位置を同定すると同時に、２次元断層面内の２次元速度ベクトル分布を求める。本実施例では、その求められる速度ベクトル分布は２次元でも３次元でも構わないが、簡潔な処理を行うため、２次元速度ベクトル分布を求めることとし、血流速度分布測定部１００は、その２次元速度ベクトル分布を血流速度分布ＤＳとする。ある瞬間の血流速度分布ＤＳを例示すれば、その血流速度分布ＤＳは、図１５のイメージ図に示す実線L01のようになる。ここで、その２次元速度ベクトル分布または３次元速度ベクトル分布は、例えば、ある時間間隔をおいて時間的に連続する超音波断層像または３次元ボリューム像を２枚用いて、血球の移動量を相関法により求め、その移動量を２枚の像の時間間隔で除することにより求めることができる。また、別の例として、血流速度分布測定部１００は、よく知られたカラードプラ法と同様の方法で２次元速度ベクトルの１速度成分である超音波放射方向の速度成分を求め、それに直交するもう一方の速度成分を、予め記憶している下記式（１）で表される流体力学における非圧縮条件を用いて求めて、完全な２次元速度ベクトル分布を求めることもできる。このようにして、血流速度分布測定部１００は、経皮的に生体１４内の血管２０に向けて超音波を入射させて非侵襲的に血流速度分布ＤＳを測定する。確認的に述べるが、血流速度分布測定部１００が血流速度分布ＤＳを測定する際には、それに先立って、超音波プローブ２４は血管２０に対して前記所定の計測位置となるよう位置決めさせられる。なお、図１６に示すように、下記式（１）の「ｘ」は超音波ビーム軸に直交する方向の位置を表し、「ｙ」は超音波ビーム軸方向（超音波放射方向）の位置を表す。また、「ｕ」はｘ方向の速度成分を表し、「ｖ」は上記超音波ビーム軸方向の速度成分すなわちｙ方向の速度成分を表す。
【数１】
2014073401.tif 000003
【００５９】
血流速度分布測定手段１００は、血流速度分布ＤＳの測定を、所望のある時点で瞬間的に行うことができ、また、時間経過に従って連続的に行うこともできる。
【００６０】
血液粘度分布算出部１０２は、下記式（２）及び式（３）で表される予め記憶された２次元のナビエ-ストークス方程式から、血流速度分布測定部１００により測定された血流速度分布ＤＳに基づいて計測対象の血管２０内の血液の粘度分布（血液粘度分布）ＤＶを算出する。ある瞬間の血液粘度分布ＤＶを例示すれば、血液の持つ非ニュートン特性のために、その血液粘度分布ＤＶは、図１７のイメージ図に示す実線L02のようになる。また、血液粘度分布算出部１０２は、血液の粘度μを定量的に把握できるようにするため、血液粘度分布ＤＶから血液の粘度μの平均値を算出する。なお、前記血流速度分布ＤＳが３次元速度ベクトル分布である場合には、ナビエ-ストークス方程式は３次元のものが粘度分布ＤＶの算出に用いられる。
【数２】
2014073401.tif 000004
【数３】
2014073401.tif 000005
【数４】
2014073401.tif 000006
【数５】
2014073401.tif 000007
【数６】
2014073401.tif 000008
【００６１】
ここで、上記式（２）と式（３）のｘ，ｙ，ｕ，ｖは前記式（１）のものと同じであり、「ｔ」は時間、「ｐ」は圧力、「ρ」は血液の密度、「ν」は動粘度（「動粘性率」ともいう）を表している。また、動粘度νは、血液の粘度（「粘性率」ともいう）を「μ」とすれば、上記式（４）で算出される。また、動粘度νは、上記式（２）及び上記式（３）からそれらの式に含まれる圧力「ｐ」の項を微分演算により消去して導出された上記式（５）によって得ることができる。その式（５）の「ξ」は渦度で、上記式（６）で算出され、その式（６）から判るように速度ベクトル成分のみから定義される。
【００６２】
血液粘度分布算出部１０２は、血流速度分布ＤＳに基づいて血液の粘度分布ＤＶを算出する際には、血液が非圧縮性であると仮定し、図１８に示すように血管２０内の空間を仮想的に細分化された複数のサブ領域１３０に分割し、その１つのサブ領域１３０内では血液の密度ρおよび粘度μが一定であるとして、そのサブ領域１３０毎に前記ナビエ-ストークス方程式を適用する。そして、サブ領域１３０毎に算出した血液粘度μを統合することにより、血液粘度分布ＤＶを算出する。
【００６３】
ずり速度分布算出部１０４は、血流速度分布測定部１００により測定された血流速度分布ＤＳに基づいて計測対象の血管２０内の血液のずり速度分布（血液ずり速度分布）ＤＳＲを算出する。具体的には、ずり速度分布算出部１０４は、血流速度分布ＤＳ（２次元速度ベクトル分布）に基づいて２次元のひずみ速度テンソルを求め、前記２次元速度ベクトルの方向を接線方向とする流線に垂直な方向を血管２０の法線方向として近似し、このように近似した血管２０の法線方向を基軸として、前記２次元のひずみ速度成分を回転座標変換すること（図１６の矢印AR1参照）により得られるせん断成分ｅxy0をずり速度SRとして抽出して、血液ずり速度分布ＤＳＲを算出する。ある瞬間の血液ずり速度分布ＤＳＲを例示すれば、その血液ずり速度分布ＤＳＲは、図１９のイメージ図に示す実線L03のようになる。そして、ずり速度分布算出部１０４は、血液のずり速度（血液ずり速度）SRを定量的に把握できるようにするため、血液ずり速度分布ＤＳＲから血液ずり速度SRの平均値を算出する。なお、上記せん断成分ｅxy0は下記式（７）で表され、下記式（７）はずり速度分布算出部１０４に予め記憶されている。また、前記血流速度分布ＤＳが３次元速度ベクトル分布である場合には、前記ひずみ速度テンソルは３次元のものが血液ずり速度分布ＤＳＲの算出に用いられる。また、下記式（７）のｘ0，ｙ0，ｕ0，ｖ0は前記式（１）におけるｘ，ｙ，ｕ，ｖを回転座標変換したものであり（図１６の矢印AR1参照）、図２及び図１６に示すように、ｙ0軸は血管壁の法線方向に一致し、ｘ0軸は血管２０の長手（長軸）方向に一致する。そして、ｙ軸は超音波ビーム軸方向に一致し、ｘ軸は超音波ビーム軸の直交方向に一致する。また、ｕ0はｘ0方向の速度成分を表し、ｖ0はｙ0方向の速度成分を表す。
【数７】
2014073401.tif 000009
【００６４】
ずり速度分布算出部１０４は、血流速度分布ＤＳに基づいて血液ずり速度分布ＤＳＲを算出する際には、血液粘度分布ＤＶの算出の場合と同様に、図１８に示すように血管２０内の空間を仮想的に細分化された複数のサブ領域１３０に分割し、そのサブ領域１３０毎に前記式（７）を適用し、サブ領域１３０毎の血液ずり速度SRとしてのせん断成分ｅxyを算出する。そして、サブ領域１３０毎に算出した血液ずり速度SR（ｅxy）を統合することにより、血液ずり速度分布ＤＳＲを算出する。
【００６５】
ずり応力分布演算部１０６は、下記式（８）で表されるニュートン粘性法則式を予め記憶しており、そのニュートン粘性法則式から、前記血液粘度分布ＤＶと血液ずり速度分布ＤＳＲとに基づいて血液のずり応力分布（血液ずり応力分布）ＤＳＳを算出する。その血液ずり応力分布ＤＳＳの算出に際し、上記血液粘度分布ＤＶに替えて前記血液粘度μの平均値が用いられても差し支えない。ある瞬間の血液ずり応力分布ＤＳＳを例示すれば、その血液ずり応力分布ＤＳＳは、図２０のイメージ図に示す実線L04のようになる。そして、ずり応力分布演算部１０６は、血液のずり応力分布（血液ずり応力）ＤＳＳを定量的に把握できるようにするため、血液ずり応力分布ＤＳＳから各測定時点での血液ずり応力の平均値ＳＳ（以下、ずり応力ＳＳと記載する）を算出する。
【００６６】
さらに、ずり応力分布演算部１０６は、各測定時点でのずり応力ＳＳに基づいて血管機能を診断する際に代表値とされるずり応力ＳＳ１を算出する。ずり応力ＳＳの代表値ＳＳ１（ずり応力ＳＳ１）は、ずり応力ＳＳの変化に伴って発生する後述する壁応力ＷＳの変化に至るまでの応答遅れ時間に対応する予め設定された時間を遡った時点を基準時点として算出される。すなわち、壁応力算出時から予め設定された応答遅れ時間を遡った時点を基準時点としてずり応力ＳＳ１が算出される。上記は、ＦＭＤにおいて阻血解放直後、大きな血流増大が起こり、徐々に減少するが、その際に血管の内皮の反応は血流変化に対して瞬時に対応するが、その際に一酸化窒素ＮＯが産生され、内膜に拡散して平滑筋に到達し、その平滑筋が弛緩されるまでには遅れが生じることが確認されているため、上記遅れを考慮した応答遅れ時間を設定したものである。すなわち、基準時点において算出されるずり応力ＳＳ１は、その基準時点より応答遅れ時間経過後に算出される壁応力ＷＳと相関関係にあり、上記ずり応力ＳＳ１と壁応力ＷＳとが代表値とされることで、血管機能の診断が正確となる。なお、上記応答遅れ時間は、実験的には、例えば２０乃至３０秒程度、或いは２０心拍乃至３０心拍に相当する時間程度とされる。
【００６７】
また、上記基準時点において算出される代表値とされるずり応力ＳＳ１は、その基準時点までの所定区間内における測定時点毎のずり応力ＳＳの積分値、基準時点以前の所定区間内における１心拍あたりの平均ずり応力値、基準時点までの所定区間内における脈拍に同期した瞬時値の積分値または平均値のいずれかとされる。すなわち、上記基準時点よりもさらに遡った所定区間内で測定時点毎に算出されるずり応力ＳＳに基づいて代表値とされるずり応力ＳＳ１が算出される。なお、上記所定区間は、例えば前記基準時点から遡って２０心拍程度の期間すなわち基準時点を終点として２０心拍程度の期間に設定される。上記のように、代表値となるずり応力ＳＳ１を、ある時点（具体的には基準時点）での瞬時値とせず、所定区間内に逐次算出されるずり応力ＳＳに基づいて算出することとしたのは、定常的に血管壁にかかる刺激を考慮したずり応力ＳＳが、血管機能を診断する際に好適であるためである。
【数８】
2014073401.tif 000010
【００６８】
ずり応力分布演算部１０６は、前記血液粘度分布ＤＶと血液ずり速度分布ＤＳＲとに基づいて血液ずり応力分布ＤＳＳを算出する際には、血液粘度分布ＤＶや血液ずり速度分布ＤＳＲの算出の場合と同様に、図１８に示すように血管２０内の空間を仮想的に細分化された複数のサブ領域１３０に分割し、前記ニュートン粘性法則式に従い、そのサブ領域１３０毎に得られた血液粘度μと血液ずり速度との乗算により、サブ領域１３０毎に血液ずり応力を算出する。そして、サブ領域１３０毎に算出した血液ずり応力を統合することにより、血液ずり応力分布ＤＳＳを算出する。なお、前述の図１５、図１７、図１９、および図２０は何れもイメージ図であって実際の分布図とは必ずしも一致しない。また、図１９および図２０は、それらの図の座標系において、血流速度分布ＤＳの差分結果である血液ずり速度分布ＤＳＲの絶対値に基づき表されている。
【００６９】
血圧測定部９５は、上腕に巻き掛けられているカフ２１の空気圧を制御することによりオシロメトリック法によって血圧値を測定する。血圧測定部９５は、カフ２１の圧迫圧力の緩やかな変化過程においてカフ２１の圧力振動として得られた脈波の大きさの変化に基づいてよく知られたオシロメトリック法により患者の最高血圧値ＳＢＰ、最低血圧値ＤＢＰをそれぞれ測定する。上記オシロメトリック法では、たとえばカフ２１の圧力降下過程において、心拍に同期して発生する圧力振動波すなわち脈波を抽出し、その脈波振幅を結ぶ包絡線の変曲点すなわち脈波振幅の差分の最大値に対応するカフ２１の圧力を最高血圧値ＳＢＰおよび最低血圧値ＤＢＰとして決定する。また、その脈波振幅が最大値となったときのカフ２１の圧力を平均血圧値ＭＢＰとして決定する。
【００７０】
壁応力演算部１２２は、下記式（９）で表される予め定められる壁応力の関係式を記憶しており、その壁応力の関係式から血管径測定部８０で測定された血管径（内皮径）ｄ１、血管壁厚測定部８４で算出された血管２０の壁厚ｔ、および血圧測定部９５で測定された血圧値に基づいて、血管２０の血管壁に作用する壁応力ＷＳを算出する。ここで、壁応力ＷＳの算出に際して、本実施例では最低血圧値ＤＢＰを代表値とし、最低血圧値ＤＢＰ時点すなわち拡張期末期時点で測定される血管径ｄ１および壁厚ｔに基づいて壁応力ＷＳが算出される。なお、上記拡張期末期時点では血管径ｄ１が最小値となることから、所定の期間の間に前記血管径測定部８０によって連続的に測定される血管径ｄ１が最小値となった時点が拡張期末期時点となる。
【数９】
2014073401.tif 000011
【００７１】
血管機能診断部１２４は、壁応力算出部９８によって算出された壁応力ＷＳおよびずり応力算出部９６によって算出されたずり応力の代表値ＳＳ１（ずり応力ＳＳ１）に基づいて、壁応力ＷＳおよびずり応力ＳＳ１の少なくともいずれか一方が、予めそれぞれに設定されている適正範囲を外れたか否かを判定する。ずり応力および壁応力は、それぞれ血管機能を診断するうえで有効な指標値とされており、互いに密接な関係となっている。例えば、ずり応力ＳＳ１は血管２０内の流量の増減やヘマトクリットや蛋白量によって変化し、ずり応力ＳＳ１が大きくなってくると、血管細胞から産生される一酸化窒素NOが増えて血管２０が拡張し、ずり応力ＳＳ１が低減するように補償機能が機能する。一方、血管２０が拡張すると式（９）からもわかるように、壁応力ＷＳが増加する。そして、壁応力ＷＳを緩和するために、血管２０の壁厚ｔが増加し、ずり応力ＳＳおよび壁横領ＷＳが平衡したところで、両者の数値は適正範囲内になるが、過渡的には、壁応力が大きくなって、適正範囲を逸脱する状態となる。また、酸化ストレスなどでNOが不活性化される状態となると、血管２０の拡張が抑制されるので、ずり応力ＳＳ１が高いままの状態となる。この場合、末梢血管抵抗も高く、血圧上昇が起こることで、血管２０が拡張される。この状態でも、壁応力ＳＳ１は高くなるので、適応反応（補償機能）として壁厚ｔが厚くなる。このときの過渡的な状態では、ずり応力ＳＳ１、壁応力ＷＳ共に高い状態となる。なお、上記過渡的な変化は非常に遅いものであり、例えば数週間或いは数ヶ月程度のスパンで平衡状態となる。したがって、ずり応力ＳＳ１および壁応力ＷＳの変化を逐次算出し、その算出結果に基づいて適正範囲からの逸脱幅などの逸脱状態や逸脱状態からの回復時間（日数）などの回復状態等を監視し、判断基準値と比較することで、血管機能の状態が評価され、例えば、動脈硬化の早期発見の手段としても利用できる。
【００７２】
血管機能診断部１２４は、算出された壁応力ＷＳが予め設定されている壁応力の適正範囲である上限値ＷＳhi乃至最小値ＷＳloの範囲内にあるか否かを判定する。さらに、血管機能診断部１２４は、算出されたずり応力ＳＳ１が予め設定されているずり応力の適正範囲である上限値ＳＳhi乃至ＳＳloの範囲内にあるか否かを判定する。そして、壁応力ＷＳが壁応力の適正範囲内にあると共に、ずり応力ＳＳ１がずり応力の適正範囲にある場合、血管機能診断部１２４は、血管機能が正常に機能するものと診断する。一方、壁応力ＷＳおよびずり応力ＳＳ１の少なくともいずれか一方でも適正範囲を外れたとき、血管機能診断部１２４は、血管機能に異常が発生したものと診断する。
【００７３】
なお、一度の計測によってずり応力ＳＳ１および壁応力ＷＳの少なくとも一方が適正範囲を逸脱しただけでは、血管機能に異常が発生した原因やそれに対する治療方針を確定することは困難である。しかしながら、ずり応力ＳＳ１および壁応力ＷＳの変化を逐次算出して比較することで、異常が発生した原因や治療方針、治療の効果等を診断することができる。例えばずり応力ＳＳ１が適正範囲を逸脱した場合の適正範囲への回復状態や回復速度、さらには、それに対応する壁応力ＷＳの変化等から総合的に異常が発生した原因や治療方針（治療時にあってはその効果）を診断する。
【００７４】
ここで、壁応力ＷＳおよびずり応力ＳＳ１の適正範囲は、予め実験的に求められる。例えば、健常者複数人に対して複数回の壁応力ＷＳおよびずり応力ＳＳ１の測定を実施し、その平均値を基準壁応力ＷＳaveおよび基準ずり応力ＳＳaveとする。そして、基準壁応力ＷＳaveおよび基準ずり応力ＳＳaveに対して、例えば＋１０％の値を適正範囲の上限値（ＷＳhi、ＳＳhi）、−１０％の値を適正範囲の下限値（ＷＳlo、ＳＳlo）として設定する。
【００７５】
図２１は、健常者を計測した場合における、ずり速度ＳＲと粘度μとの関係を表している。また、実線は、図に示す複数個の計測点に基づいて近似した双曲線である。このずり速度ＳＲと粘度μとの積によってずり応力が算出される。ここで、上記双曲線においては、どの点においてもずり応力が一定になっており、この双曲線で表されるずり応力が上述した基準ずり応力ＳＳaveに相当する。
【００７６】
図２２は、健常者を計測した場合における、血管２０の血管径ｄ１と壁厚ｔとの関係を表している。また、実線は、図に示す複数個の計測点に基づいて一次の関数で近似した近似線である。上記近似線やそのときの血圧（たとえば最低血圧値ＤＢＰ）に基づいて、基準壁応力ＳＳaveが設定される。
【００７７】
また、適正範囲を設定するその他の方法として、例えば複数の被験者を対象として、壁応力ＷＳおよびずり応力ＳＳ１の計測を実施し、それら被験者の健康状態を考慮して総合的に設定することもできる。また、適正範囲は、例えば年齢や性別等に応じて変更されても構わない。
【００７８】
表示制御部１２６は、算出されたずり応力ＳＳ１と壁応力ＷＳとを、２次元グラフでモニタ画面表示装置３０において、数値表示またはグラフによる表示が行われる。例えば、図２３に示すように横軸をずり応力ＳＳ１（代表値）とし、縦軸を壁応力ＷＳとした２次元グラフで算出結果を表示する。また、２次元グラフには、一点鎖線で示すずり応力の適正範囲の上限値ＳＳhiおよび下限値ＳＳloが表示され、二点鎖線で示す壁応力の適正範囲の上限値ＷＳhiおよび下限値ＷＳloが表示されている。そして、一点鎖線および二点鎖線で囲まれる領域Ｓ、すなわち、ずり応力および壁応力の適正範囲で囲まれる領域Ｓが健常者の適正範囲として表示される。したがって、算出されたずり応力ＳＳ１および壁応力ＷＳで示される関係位置が上記領域Ｓ内にある場合、血管機能は正常と診断される。一方、ずり応力ＳＳ１および壁応力ＷＳのいずれか一方が適正範囲から外れる場合、上記関係位置が領域Ｓから外れるので、血管機能に異常が生じたものと診断される。上記より、算出結果と上記領域Ｓとの相対位置が表示されるので、血管機能診断部１２４の診断結果がモニタ画面表示装置３０を介して容易に判断可能となる。
【００７９】
また、表示制御部１２６は、被験者毎の算出結果（ずり応力ＳＳ１および壁応力ＷＳ）を逐次記憶する記憶部としての記憶部１２８を備えており、前回以前の被験者毎の算出結果を記憶している。そして、表示制御部１２６は、前回以前の算出結果を今回の算出結果と同時に表示する。このとき、図２３に示すように、前回以前の算出結果と今回の算出結果とを区別可能となるように、例えばそれぞれ異なる形状のマークで表示する。また、算出結果の経時的な変化が確認できるように、算出結果の順番に従って矢印を表示することもできる。また、測定結果が多い場合、測定日から１ヶ月前までの測定結果、１ヶ月前から２ヶ月前までの測定結果、それ以前の測定結果等に区分して、異なる形状のマークで表示することもできる。
【００８０】
上記のように、被験者の以前の算出結果を表示すると、ずり応力ＳＳ１および壁応力ＷＳの変化を経時的に確認することができるので、治療方法や治療による効果等を総合的に診断することができる。例えば、ずり応力ＳＳ１および壁応力ＷＳのいずれが適正範囲を逸脱したか、或いはその両方が逸脱したかに応じて、治療方法も異なるため、それらに基づいた治療方法が選択される。また、適正範囲を逸脱したパラメータ（ずり応力ＳＳ１、壁応力ＷＳ）が適正範囲へ復帰する方向へ変化しているか、または復帰せずに留まった状態であるか等に基づいて、治療の効果を確認することができる。また、一方のパラメータ（ずり応力ＳＳ１または壁応力ＷＳ）が適正範囲を逸脱した状態において、他方のパラメータ（壁応力ＷＳまたはずり応力ＳＳ１）の変化等に基づいて治療方法や治療の効果が診断されることもある。これより、ずり応力ＳＳ１および壁応力ＷＳの変化が経時的に表示されることで、血管機能の逸脱状態が逐次監視でき、治療方法の方針や治療の効果を評価することができる。
【００８１】
図２４は、血管機能検査装置９５（電子制御装置２８）の制御作動の要部、すなわち、ずり応力と壁応力とに基づいて血管２０の血管機能の異常を診断する制御作動を説明するためのフローチャートである。
【００８２】
先ず、血圧測定部９５に対応するステップＳＢ１（以下、ステップを省略する）において、カフ２１の加圧による血圧測定が実施される。次いで、血管径測定部８０および血流速度分布測定部１００に対応するＳＢ２では、血管２０の血管径ｄ１、外膜径ｄ２、および血流速度分布ＤＳが所定の期間（例えば６０〜１２０秒程度）だけ連続的に測定されて記憶される。具体的には、超音波プローブ２４の長軸用超音波アレイ探触子Ｃで受信された超音波散乱波（反射波）を用いて断層像を作成して血管２０位置を同定して血管径ｄ１および外膜径ｄ２を測定すると同時に、２次元断層面内の２次元速度ベクトル分布（血流速度分布ＤＳ）が測定されて逐次記憶される。次いで、壁応力演算部１２２に対応するＳＢ３において、壁応力ＷＳが算出される時点である拡張期末期時点が決定される。上記拡張期末期時点は、測定開始から所定時間経過（例えば６０秒以上）した後にＳＢ２において測定された血管径ｄ１が最小値となった時点とされる。なお、測定開始より所定時間経過後の拡張期末期時点に設定されるのは、その拡張期末期時点での壁応力ＷＳに対応するずり応力ＳＳが、拡張期末期時点より遡った血流速度分布ＤＳに基づいて算出されるためである。そして、ＳＢ３によって拡張期末期時点が決定されると、血管径測定部８０および血管壁厚測定部８４に対応するＳＢ４において、ＳＢ３によって決定された拡張期末期時点で測定された血管径ｄ１および外膜径ｄ２が壁応力算出持の代表値として決定されるとともに、その時点での血管径ｄ１および外膜径ｄ２に基づいて、血管２０の壁厚ｔ（＝（ｄ２−ｄ１）／２）が算出される。壁応力演算部１２２に対応するＳＢ５では、上述した予め記憶された関係式、ＳＢ１で測定された最低血圧値ＤＢＰおよびＳＢ４で決定された血管径ｄ１、壁厚ｔに基づいて拡張期末期時点での血管２０の壁応力ＷＳが算出される。なお、上記ＳＢ４およびＳＢ５が壁応力算出部９８の主部に相当する。
【００８３】
また、ずり速度分布算出部１０４および血液粘度分布算出部１０２に対応するＳＢ６では、壁応力ＷＳが算出された時点から２０秒乃至３０秒（または２０乃至３０心拍）遡った時点を基準時点として、予め測定されて記憶されている逐次各測定時点での血流速度分布ＤＳに基づいて、予め記憶されている２次元のナビエストークス方程式から基準時点以前の２０心拍分の区間（言い換えれば、基準時点をさらに遡って２０心拍分の区間、基準時点を終点とした２０心拍分の区間）での各測定時点における血管２０内の粘度分布ＤＳが算出される。さらに、壁応力ＷＳが算出された時点から２０秒から３０秒（または２０乃至３０心拍）遡った時点を基準時点として、予め測定されて記憶されている逐次各測定時点での血流速度分布ＤＳに基づいて、基準時点以前の２０心拍分の区間（基準時点をさらに遡って２０心拍分の区間、基準時点を終点とした２０心拍分の区間）での各測定時点における血管２０内の血液のずり速度分布（血液ずり速度分布）ＤＳＲが算出される。
【００８４】
そして、ずり応力分布演算部１０６に対応するＳＢ７において、算出された基準時点までの２０心拍分の区間での血管２０内の粘度分布ＤＳおよびずり速度分布ＤＳＲに基づいて、２０心拍分の各測定時点におけるずり応力分布ＤＳＳが算出され、算出されたずり応力分布ＤＳＳから基準時点直前の２０心拍分の間の各測定時点における血液ずり応力の平均値ＳＳ（ずり応力ＳＳ）が算出される。さらに、算出された各測定時点までの２０心拍分のずり応力ＳＳから、基準時点以前の所定区間（２０心拍分）内における前記ずり応力の積分値、所定区間内における１心拍当たりの平均ずり応力値、所定区間内における脈拍に同期した瞬時値の積分値または平均値のいずれかが、ずり応力ＳＳの代表値ＳＳ１として算出される。なお、上記ＳＢ２、ＳＢ６、およびＳＢ７がずり応力算出部９６の主部に相当する。
【００８５】
血管機能診断部１２４に対応するＳＢ８では、ＳＢ４およびＳＢ７において算出された壁応力ＷＳおよびずり応力ＳＳ１（代表値）に基づいて、血管２０の血管機能の異常が診断される。具体的には、壁応力ＷＳが予め設定されている適正範囲（ＷＳhi〜ＷＳlo）内にあるか否かが判定されると共に、ずり応力ＳＳ１が予め設定されている適正範囲（ＳＳhi〜ＳＳlo）内にあるか否かが判定される。そして、壁応力ＷＳおよびずり応力ＳＳ１のいずれもが適正範囲内にある場合、血管機能が正常と診断される。一方、壁応力ＷＳおよびずり応力ＳＳ１の少なくともいずれか一方が適正範囲から外れた場合、血管２０の血管機能に異常が生じたものと診断される。
【００８６】
そして、表示制御部１２６に対応するＳＢ９では、ＳＢ８の診断結果がモニタ画像表示装置３０において、メッセージ、数値表示または２次元グラフによる表示が行われ、壁応力ＷＳおよびずり応力ＳＳ１の適正範囲からの逸脱状態が表示される。具体的には、壁応力とずり応力とで示される２次元グラフ上において、壁応力ＷＳおよびずり応力ＳＳ１の予め設定されている適正範囲で囲まれる領域Ｓと、算出された壁応力ＷＳおよびずり応力ＳＳ１との相対位置が表示される。したがって、表示された算出結果が上記領域Ｓ内にある場合、血管機能が正常状態にあると識別される一方、算出結果が領域Ｓを外れる場合、血管機能に異常が発生したもの（健常性が失われたもの）と識別される。さらに、前回以前に測定された測定結果が表示されることで、血管機能の変化が判断可能となる。
【００８７】
上述のように、本実施例によれば、算出されたずり応力ＳＳ１および壁応力ＷＳの少なくともいずれか一方が、予めそれぞれに設定されているずり応力および壁応力の適正範囲を外れたか否かに基づいて、血管機能の異常を診断する血管機能診断部１２４を備えるので、ずり応力ＳＳ１および壁応力ＷＳを算出することで、血管機能の異常を容易に診断することができる。血管２０には、血流の変動や血圧の変動等に拘わらず、ずり応力ＳＳ１および壁応力ＷＳが常に適正範囲に収まるように、補償機能が備えられている。例えば血圧上昇に伴って壁応力ＷＳが増加すると、壁応力ＷＳを一定保つために血管２０の壁厚ｔが厚くなる。また、例えば血液粘度μが上昇してずり応力ＳＳ１が増加すると、ずり応力ＳＳ１を一定に保つために血管径ｄ１を膨張させてずり速度を低下させる。このように、ずり応力ＳＳ１と壁応力ＷＳは、血管２０が本来有する補償機能によって正常範囲に維持されるが、上記補償機能が失われると、上記適正範囲を外れることとなる。したがって、ずり応力ＳＳ１および壁応力ＷＳを算出し、これらが適正範囲を外れたか否かを逐次診断することで、血管２０が有する上記補償機能が正常に機能しているか否かが正確に診断される。例えば、ずり応力ＳＳ１および壁応力ＷＳの少なくともいずれか一方が適正範囲を外れると、その経時的な変化をさらに逐次監視するなどして、その原因や治療方法、さらには治療の効果等を総合的に診断することができる。また、上記補償機能が失われた場合に動脈硬化が始まるものと考えられており、動脈硬化の早期発見の手段としても利用することができる。
【００８８】
また、本実施例によれば、算出されたずり応力ＳＳ１および壁応力ＷＳの関係を２次元グラフで表示するモニタ画像表示装置３０を備え、モニタ画像表示装置３０にはずり応力ＳＳ１および壁応力ＷＳの前記適正範囲で囲まれる領域Ｓが予め表示されており、算出されたずり応力ＳＳ１および壁応力ＷＳの関係を示す算出結果と前記領域Ｓとの相対位置が表示されるものである。このようにすれば、ずり応力ＳＳ１および壁応力ＷＳの算出結果と領域Ｓとの相対位置が表示されるので、血管機能が正常であるか否かを容易に診断することができる。具体的には、算出結果が領域Ｓ内にあると血管機能が正常診断され、算出結果が領域Ｓから外れた位置にあると、血管機能に異常が生じたものと容易に診断することができる。
【００８９】
また、本実施例によれば、ずり応力算出部９６によって算出されたずり応力ＳＳ１と壁応力算出部９８によって算出された壁応力ＷＳとを、逐次記憶する記憶部１２８を備えており、ずり応力ＳＳ１と壁応力ＷＳの算出結果をモニタ画像表示装置３０に表示するに際して、記憶部１２８に記憶されている前回以前に算出されたずり応力ＳＳ１および壁応力ＷＳの算出情報が区別可能に表示されるものである。このようにすれば、前回以前の算出結果との対比が可能となり、血管機能の経時的な変化を確認することができる。したがって、例えば、ずり応力ＳＳ１および壁応力ＷＳのいずれが適正範囲を逸脱した場合、その逸脱状態から適正範囲へ復帰する方向へ変化しているか否か等に基づいて、治療方法や治療の効果等も評価することができる。
【００９０】
また、本実施例によれば、ずり応力ＳＳ１は、ずり応力ＳＳの変化から壁応力ＷＳの変化に至るまでの応答遅れ時間に対応する予め設定された時間を遡った時点を基準時点とし、その基準時点以前の所定区間内（２０心拍の区間）におけるずり応力ＳＳ１の積分値、所定区間内における１心拍当たりの平均ずり応力値、所定区間内における脈拍に同期した瞬時値の積分値または平均値のいずれかとされるものである。一般に、血管２０の内皮の反応は血流変化に瞬時に対応するが、一酸化窒素ＮＯが産生されて内膜に拡散して平滑筋に到達し、平滑筋が弛緩されるまでに応答遅れ時間が発生することが知られている。すなわち、ずり応力の変化から壁応力の変化に至るまでの応答遅れ時間が発生する。したがって、上記応答遅れ時間を見越して、壁応力算出時からその応答遅れ時間分だけ時間を遡った時点を基準時点とし、その基準時点以前の所定区間内における測定時点毎のずり応力に基づいて血管機能を診断する際の代表値とされるずり応力ＳＳ１を算出することで、相関関係を有するずり応力ＳＳ１および壁応力ＷＳに基づいて血管機能を診断することができる。また、血管機能を診断する際の代表値とされるずり応力ＳＳ１を、ある時点（例えば前記基準時点）での瞬時値とせず、基準時点を終点として所定区間内（２０心拍の区間）における測定時点毎のずり応力ＳＳに基づいて算出される値とすることで、定常的に血管壁にかかる刺激を考慮したずり応力ＳＳ１に基づいて血管機能を診断することができる。
【００９１】
また、本実施例によれば、ずり応力ＳＳは、予め記憶された２次元または３次元のナビエ-ストークス方程式から、血流速度分布ＤＳに基づいて算出されるものである。このようにすれば、正確なずり応力ＳＳが算出され、実用的な血管機能検査装置９５を提供することができる。
【００９２】
また、本実施例によれば、壁応力ＷＳは、最低値血圧ＤＢＰ、血管径ｄ１、および血管２０の壁厚ｔに基づいて算出されるものである。このようにすれば、最低値血圧ＤＢＰ、血管径ｄ１、および壁厚ｔを測定することで、正確な壁応力ＷＳが算出され、実用的な血管機能検査装置９５を提供することができる。
【００９３】
また、本実施例によれば、超音波を血管２０に向けて発射（放射）する超音波プローブ２４は、複数個の超音波発振子が直線的に血管２０の長手方向（ｙ軸方向）に配列された長軸用超音波アレイ探触子Ｃと、複数個の超音波発振子が直線的に血管２０の長手方向とは直交して配列された第１短軸用超音波アレイ探触子Ａ及び第２短軸用超音波アレイ探触子Ｂとを備えている。そして、長軸用超音波アレイ探触子Ｃからの超音波により血流速度分布ＤＳが測定され、第１短軸用超音波アレイ探触子Ａからの超音波により前記血管２０の径変化割合が測定される。従って、実用化されている超音波プローブ２４を用いて、上記血流速度分布ＤＳの測定と上記血管２０の径変化割合の測定とを並行して行うことができる。
【実施例３】
【００９４】
また、前述の実施例において、機能指標値Ｘ１や機能・器質指標値Ｘ３を前述したずり応力ＳＳで標準化することで、さらに指標値による評価を正確なものとすることができる。図２５は、所定の指標値をずり応力ＳＳで標準化した場合のデータの変化示している。例えば実線１上にある「△」で示すデータと、破線２上にある「○」で示すデータとは、指標値の上では同じ値Ａとなるが、上記は、ずり応力ＳＳの差異に伴うものである。したがって、ずり応力ＳＳによって指標値を標準化する、すなわち同一のずり応力ＳＳの状態での指標値に変更することで、データの評価がさらに正確となる。例えば、図２５において、破線２上の「○」で示すデータを、実線１の「△」で示すデータと等しいずり応力ＳＳでの指標値に標準化すると、データが「□」で示す値となる。すなわち、ずり応力ＳＳで標準化することで、指標値Ａから指標値Ｂに変更されることとなる。このように、指標値をずり応力ＳＳで標準化することで、標準化された指標値に基づいてさらに正確な評価が可能となる。
【００９５】
上述のように、本実施例によれば、各指標値がずり応力ＳＳよって標準化されるため、各指標値がさらにずり応力ＳＳによって補正されることで、データのバラツキが抑えられて血管機能の状態の診断精度がさらに向上する。すなわち、ずり応力ＳＳの差異に伴う指標値の変化がなくなることで、指標値による評価がさらに正確となる。
【００９６】
以上、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明したが、これはあくまでも一実施形態であり、本発明はその他の態様においても適用される。
【００９７】
例えば、前述の実施例では、機能指標値Ｘ１、器質指標値Ｘ２、機能・器質指標値Ｘ３を算出するに際して、例えば拡張量Ｒを最大値Ｒmaxを代表値とし、その最大値Ｒmax測定時の血管径ｄ１および壁厚ｔを代表値として上記各指標値を算出したが、必ずしも最大値Ｒmax測定時を基準とする必要はなく、例えば阻血解除後から所定時間内での平均値に基づいて上記各指標値を算出するものであっても構わない。
【００９８】
また、前述の実施例では、壁厚ｔは、血管２０の外膜Ｌ３の外径である外膜径ｄ２および内膜Ｌ１の内径である血管径ｄ１の差（＝（ｄ２−ｄ１）／２）として定義されているが、上記以外にも、壁厚ｔを図３に示す中膜Ｌ２の外径（外膜膜Ｌ３の内径）ｄ３および血管径ｄ１の差（＝（ｄ３−ｄ１）／２）で定義して測定を実施しても構わない。言い換えれば、内膜Ｌ１の厚みと中膜Ｌ２の厚みとの足し合わせた値を壁厚ｔとしても構わない。
【００９９】
また、前述の実施例では、モニタ画像表示装置３０に機能指標値Ｘ１と器質指標値Ｘ２との関係を表示するものとしたが、さらに図１０や図１２に示す機能・器質指標値Ｘ３と年齢との関係および指標値Ｘ１と年齢との関係を表示させることもできる。このとき、被験者の年齢に対応する適正な値を同時に表示することで、その被験者の血管機能の状態を評価することも容易となる。
【０１００】
また、前述の実施例では、ずり応力ＳＳが血管機能診断の一指標値として用いられているが、例えば被験者を固定した場合、血液粘度μに変化がないため、ずり応力ＳＳに代わって、ずり速度ＳＲ（平均値）に基づいて血管機能の異常を診断しても構わない。
【０１０１】
また、前述の実施例では、ずり応力ＳＳが２次元のナビエストークス方程式に基づいて算出されているが、ずり応力ＳＳは、上述した算出方法に限定されず、良く知られた一般的な算術式を用いて算出しても構わない。
【０１０２】
また、前述の実施例では、壁応力ＷＳが血管機能診断の一指標として用いられているが、壁応力ＷＳに代わって、血管２０の壁張力や壁厚ｔと血管径ｄ１との比などの壁応力ＷＳに１対１に関連する壁応力関連値に基づいて血管機能の異常を診断しても構わない。なお、上記パラメータに基づいて血管機能の異常を診断する場合であっても、壁応力ＷＳによる診断と実質的には変わらないので、壁応力ＷＳとはそのような壁応力関連値を含む概念として解釈されるべきである。
【０１０３】
また、前述の実施例では、壁応力ＷＳが算出される時点として、拡張期末期時点を基準としたが、拡張期末期時点（最低血圧時点）に限定されず、収縮期血流最大時点（最高血圧時点）であっても構わない。
【０１０４】
また、前述の実施例では、図２４のフローチャーでは、壁応力ＷＳが算出された後にずり応力ＳＳが算出されているが、実際には略同時に算出されるものであるため、上記順番は矛盾のない範囲において適宜変更される。
【０１０５】
また、前述の実施例では、拡張期末期時点が決定されると、速やかに壁応力算出部９８が実施されるが、拡張期末期時点での血管径ｄ１や壁厚ｔなど壁応力ＷＳの算出に必要となる情報を一時的に記憶し、所定時間経過後に壁応力ＷＳを算出するものであっても構わない。
【０１０６】
また、前述の実施例では、拡張期末期時点を血管径ｄ１が最小値である時点としたが、その他にも脈波を検出し、その脈波の下限のピーク時点を拡張期末期時点とすることもできる。さらにＥＣＧ（心電図）においてＲ波を検出し、その時点を拡張期末期時点とすることもできる。
【０１０７】
なお、上述したのはあくまでも本発明の一実施形態であり、本発明はその趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更、改良を加えた態様で実施することができる。
【符号の説明】
【０１０８】
１０：センサ保持器  １２：ハイブリッドプローブユニット  １４：生体  １６：上腕  １８：皮膚  ２０：血管  ２２、９５：血管機能検査装置  ２３：圧力センサ  ２４：超音波プローブ  ２５：ポンプ  ２６：多軸駆動装置  ２７：探触面  ２８：電子制御装置  ２９：圧力制御弁  ３０：モニタ画面表示装置（表示装置）  ３２：超音波駆動制御回路  ３４：３軸駆動モータ制御回路  ３６：マグネット台  ３８：ユニット固定具  ４２：先端部  ４４：連結部材  ４５：連結部材  ４６：リンク  ４７：リンク  ４８：嵌合穴  ５０：回曲間接部  ５１：回曲間接部  ５２：固定ノブ  ５４：回動間接部  ７２：エコー受信部  ８０：血管径測定部  ８２：血管拡張量測定部  ８４：血管壁厚測定部  ８６：血管機能指標値算出部  ８８、１２４：血管機能診断部  ９０、１２６：表示制御部  ９２、１２８：記憶部  ９４：カフ圧制御部  ９５：血圧測定部  ９６：ずり応力算出部  ９８：壁応力算出部  １００：血流速度分布測定部  １０２：血液粘度分布算出部  １０４：ずり速度分布算出部  １０６：ずり応力分布演算部  １２２：壁応力演算部  １３０：サブ領域
【図１】
2014073401.tif 000012
【図２】
2014073401.tif 000013
【図３】
2014073401.tif 000014
【図４】
2014073401.tif 000015
【図５】
2014073401.tif 000016
【図６】
2014073401.tif 000017
【図７】
2014073401.tif 000018
【図８】
2014073401.tif 000019
【図９】
2014073401.tif 000020
【図１０】
2014073401.tif 000021
【図１１】
2014073401.tif 000022
【図１２】
2014073401.tif 000023
【図１３】
2014073401.tif 000024
【図１４】
2014073401.tif 000025
【図１５】
2014073401.tif 000026
【図１６】
2014073401.tif 000027
【図１７】
2014073401.tif 000028
【図１８】
2014073401.tif 000029
【図１９】
2014073401.tif 000030
【図２０】
2014073401.tif 000031
【図２１】
2014073401.tif 000032
【図２２】
2014073401.tif 000033
【図２３】
2014073401.tif 000034
【図２４】
2014073401.tif 000035
【図２５】
2014073401.tif 000036