(57)【要約】血管が通常の表面気圧よりも上である潜函病について検査されている人の血管へ音響信号を伝搬し血管から音響信号を受信するトランスデューサと、血管の減圧中に血管中に自然に生ずる気泡の存在を決定するようトランスデューサからの受信された音響信号を解析することにより潜函病の発現を決定する制御器とを有する超音波装置である。
2005529673.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
潜函病について検査されている人の血管へ音響信号を送信し血管から音響信号を受信する音響トランスデューサと、
前記トランスデューサに結合され、前記血管内の自由な自然に生ずる気泡を検出するよう前記血管からの戻り音響信号を解析することにより潜函病の発現を判定するようプログラムされたプロセッサとを有する、
超音波装置。
【請求項２】
前記プロセッサは、超音波造影剤検出技術によって前記戻り音響信号中の変化／共鳴を解析する、請求項１記載の超音波装置。
【請求項３】
前記トランスデューサ及び前記プロセッサは、前記装置がポールペン程度の寸法であるよう、小型である、請求項２記載の超音波装置。
【請求項４】
前記トランスデューサ及び前記プロセッサは、前記装置が懐中電灯程度の寸法であるよう、小型である、請求項２記載の超音波装置。
【請求項５】
前記プロセッサはハンドヘルド型コンピュータであり、線を介して前記トランスデューサに結合される、請求項２記載の超音波装置。
【請求項６】
前記トランスデューサは、前記トランスデューサがボールペン程度の寸法であるよう、小型であり、前記プロセッサは、前記トランスデューサにワイヤレスに結合されたハンドヘルド型又はラップトップ型コンピュータである、請求項２記載の超音波装置。
【請求項７】
前記トランスデューサは、人の鼠径部、腕、首、又は膝の裏に固定されるよう小型である、請求項６記載の超音波装置。
【請求項８】
前記トランスデューサは、人の体へ連続波音響信号を送信し及び人の体から連続波音響信号を受信し、前記プロセッサは、受信された連続波音響信号に基づいてドップラ技術により人の体の中の血管の位置を決定するよう更にプログラムされる、請求項１記載の超音波装置。
【請求項９】
通常の表面大気圧よりも上で血管へ音響信号を伝搬させ血管から音響信号を受信するトランスデューサと、
前記血管の減圧中に前記血管中に自然に生ずる気泡の存在を判定するよう前記トランスデューサから音響信号を受信する制御器とを有する、
超音波装置。
【請求項１０】
前記自然に生ずる気泡は水中のダイバーによって呼吸された気体からなり、請求項９記載の超音波装置。
【請求項１１】
前記気体は、酸素と、窒素、ヘリウム、水素、アルゴン、ネオン、又は水中のダイバーによって呼吸されるべき他の気体のうちの少なくとも１つとの混合気体である、請求項１０記載の超音波装置。
【請求項１２】
前記制御器は、受信された音響信号に基づいて、気泡の音響的な検出を組織又は血液細胞等の他の源から生ずる受信された音響信号に優先して行う音響信号処理技術により自然に生ずる気泡の存在を決定する、請求項１１記載の超音波装置。
【請求項１３】
前記トランスデューサは、人の中の血管の位置を決定するドップラ技術を行うよう、人の体へ連続波音響信号を伝搬し人の体から連続波音響信号を受信する、請求項９記載の超音波装置。
【請求項１４】
前記制御器は、音場中の音響圧力に従って共鳴又は変化する気泡を検出するよう最適化された超音波造影剤検出技術によって前記受信された音響信号を解析することにより、自然に生ずる気泡の存在を判定する、請求項９記載の超音波装置。
【請求項１５】
単一の超音波トランスデューサのビームを体を横切るよう向けることにより潜函病について検査されるべき人の体の中の血管の位置を決定する段階と、
前記超音波トランスデューサを体に固定する段階と、
前記固定された超音波トランスデューサのビームを前記位置が決定された血管に向かうよう照準を合わせる段階と、
水中にいる間に前記体へ超音波信号を伝搬し超音波信号を受信する段階と、
前記体が水中で上昇している間に前記血管中に自然に生ずる気泡を検出する段階と、
前記血管中に自然に生ずる気泡に基づいて前記人の中での潜函病の発現を判定する段階とを有する、方法。
【請求項１６】
前記気泡を検出するよう前記位置が決定された血管から受信される超音波信号中の変化／共鳴を音響圧力に従って解析する段階を更に有する、請求項１５記載の方法。
【請求項１７】
人が水中にいる間に酸素と、窒素、ヘリウム、水素、アルゴン、ネオン、又は水中のダイバーによって呼吸されるべき他の気体のうちの少なくとも１つとの混合気体を呼吸し、自然に生ずる気泡は前記気体からなる気泡である、請求項１６記載の方法。
【請求項１８】
前記超音波信号中の変化／共鳴は、最適化された超音波造影剤検出技術によって解析される、請求項１７記載の方法。
【請求項１９】
体の中へ連続波超音波信号を伝搬し受信し、前記血管の位置を決定するよう前記受信された連続波信号をドップラ技術により解析する段階を更に有する、請求項１５記載の方法。
【請求項２０】
連続波音響信号を含む音響信号を潜函病について検査されている人の血液プール領域へ送信し血液プール領域から受信する音響トランスデューサと、
前記トランスデューサに結合され、受信された連続波音響信号に基づきドップラ技術により体の中の血液プール領域の位置を決定し、前記血液プール領域の位置を決定している間、断続的に、前記位置が決定された血液プール領域中の自由な自然に生ずる気泡の推定量を与えるよう前記位置が決定された血液プール領域からの戻り音響信号を解析することにより潜函病の発現を決定するようプログラムされたプロセッサとを有する、
超音波装置。
【請求項２１】
前記自然に生ずる気泡は、水中にいる人によって呼吸された気体からなり、前記気体は、酸素と、窒素、ヘリウム、水素、アルゴン、ネオン、又は水中のダイバーによって呼吸されるべき他の気体のうちの少なくとも１つとの混合気体である、請求項２０記載の超音波装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、血流中の自然に生ずる気泡を検出する装置及び方法に関連する。特に、本発明は、体が圧縮された気圧に留まった後に周囲の圧力があまりにも急速に低下したときに体の組織及び体液中に気泡が放出される状況において潜函病を検出する超音波装置に関連する。
【背景技術】
【０００２】
減圧症又は「ベンド（the  bends）」としても知られる潜函病（ケイソン病：Caisson's  disease）は、体が圧縮された気圧に留まった後に周囲の圧力があまりにも急速に低下したときに体の組織及び体液中に気泡が放出されることによって生じ、神経痛や麻痺、呼吸困難、そしてしばしば失神といった症状を伴う、致命的な疾患となる場合がありうる。潜函病が発現する一例としては、水中にいるダイバー（例えばスキューバダイバー）の体内があり、なぜならば水中にいるダイバーは通常の表面大気圧を上回る圧縮された気体を呼吸しており、ダイバーが上昇するとき、周囲の圧力が低下するにつれて、ダイバーの組織や血流といった体液中に気泡が形成されえ、潜函病を引き起こしうるからである。
【０００３】
水中のダイバーについては、一般的に、生理学的な過程は以下のように説明できる。ダイバーが、一般的には圧縮された空気（酸素）及び窒素の混合物である約８０％の窒素からなる気体を呼吸するとき、ダイバーが水中に潜ると（下降すると）ダイバーの血流中に窒素が溶ける。ダイバーが水中により深く潜ると、呼吸した空気の圧力は高まる。時間を経て、血液や他の体液中に溶ける窒素の量は、窒素の量が、呼吸した気体中の窒素の部分圧力との均衡状態に達するまで高まる。ダイバーの血流中に溶けた窒素の通常の部分圧力よりも高いために、呼吸した窒素（気体）の圧力があまりにも急速に低下すると、ダイバーの血流中に溶けた窒素の濃度は、溶けた窒素を気泡の形成の形で血流中の溶液から出させうる。呼吸した気体の圧力は、例えば急速な上昇中は、あまりにも急速に低下しうる。これらの気泡は、一般的には小さいが、気泡は、溶液から出ると、成長することができ、ある時点で血液循環系の中の毛細血管を閉塞させるのに十分な大きさに達することがあり、それにより広汎性塞栓形成（即ち減圧症又は潜函病）を生じさせうる。
【０００４】
潜函病の最初の徴候（症状）は、ダイバーが水面に上がった直後に生ずることがあり、関節痛、時には皮膚の発疹、また時には脳中枢神経系の影響によって特徴を示すことができる。一般的には、この病気に対する唯一の処置は、病気を発症したダイバーを高圧室に入れ、ダイバーが再びより高い圧力下に置かれるようにすることである。より高い圧力は、気体を血流中の溶液に戻し、次に、気体が血流中の気泡の形で溶液から突然に再び導き出されないよう（出てこないよう）、圧力は長い時間に亘って非常にゆっくりと解放されうる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
減圧症を発症した人を高圧室に入れることは、病気を発症した人に生じうる永久的な損傷を回避するために重要である。しかしながら、減圧症は、非常に軽い徴候を有することがあり、又は全く症状なしに生ずることがある。場合によっては、ダイバーは、減圧症によって生じた関節痛と、筋を違えたこと、関節を違えたこと、又は関節炎といった他の原因によって生じた関節痛とを区別することができないことがある。更に、再加圧は、ダイバーがいかなる症状を感じ始めるまで又は認識し始めるまでに既に行われているべきであるため、一般的には症状が明らかとなる頃には、制御された減圧を行うには遅すぎるかもしれない。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
従って、血流中に自然に生ずる気泡を検出する必要がある。本発明は、血流中に自然に生ずる気泡を実際的に効率的に検出しうる。特に、本発明は、潜函病を検出しうる。例えば、本発明の装置は、スキューバダイバー中の潜函病を検出すること及び／又は上昇している水中のダイバー中の潜函病の発現を検出しうる。
【０００７】
本発明は、血管へ音響信号を伝搬させ血管から音響信号を受信するトランスデューサと、減圧症により血管中に自然に生ずる気泡の存在を判定／監視するようトランスデューサから音響信号を受信する制御器とを有する、ハンドヘルド式又は携帯型超音波装置によって達成されうる。
【０００８】
より特定的には、自然に生ずる気体は、窒素、ヘリウム、水素、アルゴン、及び／又は、ネオン等の自由な気泡である。更に、血管は大気圧よりも上の圧力であり、制御器は、スキューバダイバーの減圧中又は減圧後に血管中に自然に生ずる気泡の存在を判定／監視する。
【０００９】
更に、音響信号を受信する制御器は、ダイバーによる上昇中に水中のダイバーの中に自然に生ずる気泡の形成を監視する。より特定的には、制御器は、組織又は血球といった他の源から生ずる音響信号よりも優先的に、気泡の音響検出に特定的な信号処理技術を用いる。
【００１０】
更に、本発明は、血管が通常の表面大気圧よりも上である潜函病について検査されている患者の血管へ音響信号を伝搬し血管から音響信号を受信するトランスデューサと、血管の減圧中に血管中に自然に生ずる気泡の存在を決定するようトランスデューサから受信される音響信号を解析することにより潜函病の発現を判定する制御器とを有する超音波装置によって達成されうる。
【００１１】
本発明の利点については、添付の図面と共に以下の実施例の説明から明らかとなり、より容易に認められるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
ここで、添付の図面に図示された本発明の実施例について詳述する。全ての図面を通じて、同様の参照番号は同様の要素を指す。以下、図を参照することにより本発明を説明するために実施例について説明する。
【００１３】
医用診断超音波撮像の分野では、近年の進歩により、血流中のいかなる寸法のカプセル封入された微小気泡（microbubble）又は気泡の感度のよい検出及び撮像も可能となった（造影剤撮像法）。一般的には空気又は他の気体を含むカプセル封入された微小気泡から構成される心臓超音波造影剤といった超音波造影剤（ＵＣＡ）は、血流に導入されえ、ＵＣＡを検出するために調査され最適化されるいかなる数の検出技術によっても優先的に撮像されうる（以下詳述する）。特に、ＵＣＡは、体の組織に優先して画面上に検出され表示されうる。潜函病の気泡の典型的な寸法範囲にありうるＵＣＡの検出を特に目的としたＵＣＡ検出技術が既に開発されているか、開発途中でありうる。例えば、血液循環系における最小の毛細血管は、直径が約７ミクロンであり得る。従って、潜函病の場合の一般的な気泡は、直径が７ミクロン以下でありうる。
【００１４】
本発明は、血流中に自然に生ずるマイクロバブルの存在を検出することにより潜函病を検出するために、超音波造影剤（ＵＣＡ）検出技術を用いるよう設計され最適化された装置である。特に、本発明は、水中のダイバーの血流中に自然に生ずる窒素気泡を検出するためにＵＣＡ検出技術を使用しうる。医用超音波の分野ではＵＣＡを検出するのにいくつかの技術が知られている。いかなる従来の又は将来のＵＣＡ検出技術も、以下のように本発明の装置において最適化され使用されうる。潜函病を生じさせる一般的な気体で充填された気泡は、２又は３メガヘルツ（ＭＨｚ）以上の範囲の共鳴周波数を有するであろう寸法を有する。一般的なＵＣＡ検出技術はまた、１乃至１０メガヘルツの範囲の共鳴周波数で動作する。更に、以下詳述するように、いくつかのＵＣＡ検出技術は、組織に対して血流中の微小気泡の検出を向上するよう最適化されており、これは有利には潜函病を検出するのに使用されうる。更に、潜函病による気泡は、気泡が、肺毛細血管の典型的な寸法である７ミクロンの寸法に達するまでは、より小さい寸法で存在する可能性が高い。気泡は、何らかの種類の空洞化の核から形成される。いったん気泡が存在すると、気泡は、気体がかなり素早く血流へ溶け出し、気泡内へ溶け込む界面を与える。従って、ＵＣＡ検出技術は、血流中の自由に又は自然に生ずる微小気泡、例えば水中のダイバーの場合に潜函病を引き起こす微小気泡を検出するの非常によく適している。
【００１５】
典型的なＵＣＡ検出技術は、ある種の殻又は被覆の中にカプセル封入された重い気体からなる柔軟なカプセル封入された微小気泡を検出する。例えば、殻は、気体が入った、薄い生物分解可能なポリマー被覆、脂質被覆、人間のアルブミン、シアノアクリラート、糖、又は他の化学式を使って形成したものでありうる。気体をカプセル封入した殻は、気体が血流中に拡散することを防止する。
【００１６】
カプセル封入された微小気泡を検出するための１つの技術は、第２高調波を用いるものであり、これは微小気泡造影剤の高調波応答性質を用いるものである。超音波パルス（信号、エネルギー）が基本超音波周波数Ｆ０で送信されるとき、線形散乱及び伝搬から生ずる受信された応答は、同じ周波数Ｆ０で発生する。受信された（エコーした）超音波パルスはまた、第２高調波の非線形の伝搬から生ずるＦ０の２倍又は約２倍の第２高調波成分、即ち２×Ｆ０、を含む。受信側のフィルタは、第２高調波信号を優先的に検出する。造影剤気泡は、やはり第２高調波応答を与えうる組織よりも高いレベル（振幅）の第２高調波成分を有するため、検出されうる。第２高調波技術は、組織に対する、又は組織反射体の存在下での造影剤気泡の検出を改善するが、一方で、技術は、造影剤気泡の優先的な検出を約８デシベルだけ改善する。
【００１７】
他の技術が、微小気泡によって生じた反射の非線形性の捕捉を改善させうる。例えば、パルス反転技術は、当初はアドバンスド・テクノロジー・ラボラトリーズ（Advanced  Technology  Laboratories）に譲渡され、現在はフィリップス・エレクトロニクス・エヌ・エー（Philips  Electronics,  N.  A.）社（本願の譲受人）に譲渡されており、その内容がここに参照として組み入れられる米国特許第５，７０６，８１９号明細書に開示されている。パルス反転技術では、超音波パルス送信は対として多数回発生し、その都度超音波パルスは体の中へ送信され、送信された超音波パルスの波形（位相）は順次に反転される。データセットとして記憶された、受信された（エコーされた）超音波パルスは、続いて受信される超音波パルスと加算され、反転により線形信号を打ち消させる。しかしながら、第２高調波から生ずる非線形信号は打ち消されない。実際、第２高調波信号は、２次であるため足し合わされない傾向がある。パルス反転技術は、造影剤を、第２高調波撮像によって得られるものよりも高い組織比へ改善させうる（即ち、組織の存在下でのＵＣＡの検出を改善する）。
【００１８】
微小気泡によって生ずる反射の比線形性の捕捉を改善する他の技術は、当初はヒューレット・パッカード（Hewlett-Packard）社に譲渡され、現在はフィリップス・エレクトロニクス・エヌ・エー（Philips  Electronics,  N.  A.）社（本願の譲受人）に譲渡されており、その内容がここに参照として組み入れられる米国特許第５，５７７，５０５号明細書に開示されたパワー変調である。パワー変調技術は、パルス反転技術と同様の技術であるが、送信される超音波パルス対の位相を反転させる代わりに、超音波パルス対の振幅が変化される（例えば変調される）点が異なる。システム利得は、受信された超音波パルス対を振幅変化について補償（補正）し、次にシステムは各超音波パルスに対する減算を行い、線形信号を打ち消させ、目標（例えばＵＣＡ）からのいかなる非線形信号も残るようにする。このパワー変調技術はまた、造影剤対組織比（contrast  agent  to  tissue  ratio）を改善させうる（即ち、組織の存在下でＵＣＡの検出を改善させる）。
【００１９】
微小気泡によって生ずる反射の非線形性の捕捉を改善する他の技術は、その内容がここに参照として組み入れられる米国特許第５，６３２，２７７号明細書（シーメンス（Siemens）社）に開示されている。シーメンス社の技術は、パルス反転技術に似ているが、この技術は超音波パルス対又はシーケンスの波形の搬送波位相をそれらが伝送されるにつれて変化させる。システムは受信された超音波パルスを補償移相で処理し、次に減算又は比較を行い、線形信号を打ち消させ、目標（例えばＵＣＡ）からのいかなる非線形信号も残らせる。シーメンス社の技術もまた、造影剤対組織比を改善しうる（即ち、組織の存在下でのＵＣＡの検出を改善する）。
【００２０】
微小気泡によって生じた反射の非線形性の捕捉を改善する他の技術は、その内容がここに参照として組み入れられる米国特許第５，９０２，２４３号明細書（アキュソン（Acuson）社）に開示されている。アキュソン社の技術は、送信された超音波パルス波形の位相又は他の成分を変調し、受信された超音波パルスに対する変更を補償し、次に超音波パルス対に対して比較操作を行うことを含む。アキュソン社の技術もまた、造影剤対組織比を改善しうる（即ち、組織の存在下でのＵＣＡの検出を改善する）。
【００２１】
微小気泡によって生じた反射の非線形性の捕捉を改善する他の技術は、その内容がここに参照として組み入れられる米国特許第５，９８０，４５９号明細書（ゼネラル・エレクトリック（General  Electric）社）に開示されている。ゼネラル・エレクトリック社の技術は、一組の位相符号化された超音波パルスを送信し、受信された超音波パルスに対して位相符号化に対応するフィルタリング技術を用いる。ゼネラル・エレクトリック社の技術もまた、造影剤対組織比を改善しうる（即ち、組織の存在下でのＵＣＡの検出を改善する）。
【００２２】
体の組織中の自然に生ずる微小気泡を検出するために、本発明は、以下説明するような改善された装置及び改善されたＵＣＡ検出技術を提供する。本発明は、体の組織中に自然に生ずる（自由な）微小気泡を検出するためにＵＣＡ検出技術の最適化を提供する。典型的なＵＣＡ検出技術の最適化検出技術は、殻のない自由な気泡を検出するために最適化されえ、なぜならばＵＣＡ検出技術は、モデルとして自由な気泡を用いる数学的、物理的な研究及び分析に基づいて様々な線形的及び非線形的な数学式を用いて既に最適化されているからである。
【００２３】
気体の殻（カプセル封入）は、必ずしも共鳴周波数の全ての制御因子を与えるわけではない。例えば、室温では液体として存在し、体温で沸点に達する、殻のない実験用のＵＣＡがある。かかる実験用のＵＣＡは、液体として体内に投与され、いったん血流に入ると加熱され蒸気となり、殻のない気泡を形成する。しかしながら、かかる実験用ＵＣＡ中の気体は、潜水に用いる窒素又は他の気体ではない。従って、殻は、ＵＣＡの検出に役立つ気泡の自然共鳴周波数をいくらかいずれかの方向へシフトさせるのに役立ちうるが、共鳴周波数に対する制御因子は、カプセル封入された気泡がその中に入っている流体、カプセル封入の内部の気体、及びカプセル封入された気泡の寸法の特性によってより多く特徴付けられている。特に、殻は、体の中の目標領域へ到達するよう血流中でも引き続き存在しうるカプセル封入された気泡（造影剤）を提供することを目的とする。特に、典型的には、殻は、気泡が肺を通って血流中で存在することを可能とするよう与えられる。例えば、心臓の状態を評価するためにＵＣＡを用いる場合、造影剤は一般的には静脈に注射される。すると、注射された造影剤は心臓へ戻って流れねばならず、次に心臓の右側へ、次に肺を通り、次に心臓の左側へ流れる。
【００２４】
従って、本発明では、ＵＣＡ検出技術は、音場中の音圧に従って共鳴又は変化する気泡を検出するために最適化される。特に、潜函病を検出するために体の中の自由な気泡を検出することは、実質的には、自由な気泡中の気体の種類（例えば窒素）、自由な気泡の寸法、自由な気泡に関連付けられる流体の密度、及び周囲圧力に基づく自由な気泡の圧縮可能性（即ち水中のダイバーが上昇している間）に依存する。特に、本発明は、上述のＵＣＡ検出技術を用いて、血管からの音響信号中の変化／共鳴を音圧に従って解析することにより、ダイバーの水中での上昇中の血管中での自由な自然に生ずる窒素気泡の形成を検出する。
【００２５】
更に、本発明は、血流中に自然に生ずる微小気泡の存在を決定又は検出するために（即ち、殻のない微小気泡を検出するために）超音波を検査する方法で最適化されたＵＣＡ検出技術を用いるよう最適化された装置を提供する。特に、上述のＵＣＡ検出技術を具現化する典型的な超音波撮像装置は、以下のように水中のダイバーの血流中に自然に生ずる微小気泡を検出するのにあまり良く適していない及び／又は最適でないかもしれない。従来の超音波撮像装置は、潜函病を検出するには高価すぎ不必要な多くの機能を有するため、潜函病の検出にあまりよく適しておらず、また、潜函病を検出するのに必要な機能を含んでいないことや、潜函病を検出するのに十分な機能を含んでないことがある。更に、典型的な超音波撮像装置は、大きすぎるため携帯可能でなく、手持ち式ではなく、船上での操作、過酷な気候、及び／又は環境条件（例えば耐水性及び／又は防水性）といった水中ダイビングの場面での使用のために最適化されていない。従って、本発明は、水中での上昇中の体の組織中に自由な気泡の形成についての警告を与えるための、小型化され（例えば、モバイルプロセッサ技術を用いることによる）、強化され、耐水性のある自由気泡検出器を提供する。
【００２６】
図１は、超音波トランスデューサ（プローブ）組立体１２及び微小気泡検出器１４を有する本発明による微小気泡検出システム１０を示す機能ブロック図である。トランスデューサ１２は更に、１つ又はそれ以上のトランスデューサ素子１６ａ乃至１６ｎを有する。トランスデューサ素子１６は、圧電性、方向性、磁気抵抗性、又は他の利用可能なトランスデューサ素子といった従来のトランスデューサ素子でありうる。各トランスデューサ素子１６は、電気を音に変換し、音を電気に変換する超音波トランスデューサである。トランスデューサ素子１６は、電気信号を音へ変換し、音は、例えば人間の体の組織へと伝搬され、内部の体の構造から反射される。トランスデューサ素子１６は、反射された音を電気信号に戻るよう変換し、電気信号は微小気泡検出器１４へ送信される。微小気泡検出器１４は、ユーザに潜函病の発現を知らせる（通知する）ために気泡検出制御器１８によってハードウエア／ソフトウエア中で実施される微小気泡検出技術に従ってトランスデューサ素子１６から受信される電気信号を処理する。例えば、上昇中の水中のダイバーに、微小気泡が形成され始めていることを知らせることができ、これは、ダイバーに対して制御された減圧又は（場合によっては）他の処置を素早く見つけるための重要な早期の警告を与える。
【００２７】
一つの実施例では、電気から音響へ、及び、音響から電気への変換を行うための単一の方向性圧電トランスデューサ素子１６ａが設けられる。単一チャネル超音波送信器２０は、単一の方向圧電トランスデューサ素子１６ａ及び気泡検出制御器１８に結合される。超音波受信器２２は、同じ方向のトランスデューサ素子１６ａ及び気泡検出制御器１８に接続される。他の典型的な実施例では、トランスデューサ１２は、送信及び受信用の２つの方向性圧電トランスデューサ素子１６ａ及び１６ｂを有する。動作上、いずれのトランスデューサ素子１６ａ及び１６ｂも同じ点及び空間に向けられ合焦される。素子１６は、ユーザが検査のために目標とすべき血管の存在を検出しうるよう指向性を与えるよう方向性でありうる。
【００２８】
フェーズドアレイ又は他のアレイトランスデューサといった典型的な超音波トランスデューサは、電気から音響へ、及び、音響から電気への変換を行い、受信された電気信号に基づくリアルタイム撮像に適合する多くのトランスデューサ素子（例えば、６４個乃至２８８個の素子）を有する。従って、本発明では、単一チャネル送信器２０及び受信器２２を有する単方向及び／又は双方向トランスデューサ素子１６は、有利に指向性を与えるとともに、トランスデューサ１２の寸法をかなり小さくし、携帯可能性及び／又はハンドヘルド型システム１０に適合する。もちろん合焦といった追加的な機能を与える対応する送信器／受信器を有するフェーズドアレイトランスデューサもまた、本発明に使用されうる。
【００２９】
システム１０は、ハードウエア及び／又はソフトウエア中で実施されるような従来のＵＣＡ技術を具現化しうる。システム１０は、ハンドヘルド型でありうる。実施例では、システム１０は、ポケット懐中電灯、万年筆、腕時計のサイズまで小型化されるか、費用に容易且つ非常に携帯可能な使用のための他のダイビング機器に組み込まれる。更に、他の実施例では、システム１０がダイバーによって潜水中に連続的に持ち運び（装着）されうるよう、システム１０は耐水性（水密）且つ耐圧性である。
【００３０】
図２は、本発明による例としての微小気泡検出器１４を詳細に示すブロック図である。従来の医用超音波撮像技術を組み込んだ検出器１４は、必ずしも各構成要素を示すものではなく、その代わりに本発明による及び／又は本発明に関連する構成要素が強調されている。微小気泡検出器１４は、体の組織中の自然に生ずる気泡の発現を検出するよう微小気泡検出技術を実行する微小気泡検出制御器３０を有する。例えば、検出制御器３０は、ハードウエア及び／又はソフトウエア中で、自然に生ずる気泡を検出するよう典型的な超音波造影剤撮像技術を実施しうる。特に、制御器３０は、最適化されたＵＣＡ検出技術により音響信号中の変化／共鳴を音圧に従って解析することにより、ダイバーが水中で上昇している間に血管中の自由な自然に生ずる気泡を検出しうる。検出制御器３０は、ハードウエア及び／又はソフトウエア中で、水中のダイバー中で上昇中に形成される微小気泡といった血管中の自然に（自由に）生ずる気泡を検出するよう気泡対組織比を改善させる（即ち、組織の存在下での気泡の検出を改善する）従来の又は将来の最適化されたＵＣＡ検出技術を実施しうる。水中のダイバー中で自然に生ずる微小気泡を検出する場合、検出制御器３０によって実施されるＵＣＡ検出技術は、窒素、又は、スキューバダイビング用の空気−非空気混合物中で用いられる他の非空気気体混合物、例えばヘリウム（ヘリウムと酸素の混合気体（heliox））、水素、アルゴン、ネオン、及び／又は、トライミックス（trimix）を含む微小気泡を検出しうる。例えば、酸素とヘリウムの混合物は、一般的には深いダイビング状況において用いられる。
【００３１】
送信側では、送信波形変調器３２及び送信周波数制御器３４は、微小気泡検出制御器３０の制御下で、送信信号の送信周波数を設定し、夫々の送信された信号線を夫々変調する。例えば、検出制御器３０は、第２高調波、パルス反転、パワー変調、又は他の技術といった体の組織中の自然に生ずる微小気泡を検出するのに用いられる微小気泡検出技術により送信信号を制御する。制御器３０は、周波数制御器３４及び送信波形変調器３２を介して、同じ視線又は同じ角度方向に沿って、制御器３０中で実施される微小気泡検出技術によって要求される送信変調の特性を有する信号を送信しうる。
【００３２】
受信側では、Ａ／Ｄ変換器及びフィルタ４２は、微小気泡検出制御器３０の制御下で、トランスデューサ１２から受信したアナログ信号をディジタル信号へ変換し、受信されたデータから所望の受信帯域外の信号をフィルタするためにディジタルフィルタ（例えばＲＦフィルタ）を使用する。特に、Ａ／Ｄ変換器及びフィルタ４２は、戻ってくる信号のレベルを制御するよう可変利得段を有する前置増幅器及び関心となる周波数範囲を選択するフィルタを提供する。或いは、夫々が送信器２９（送信器及び受信器３８）の一回の発射に対応する順次のサンプルがメモリ４３に格納され、結合操作により結合されるようメモリ４３から自動的に読み出される。結合操作は、算術的な加算、減算、又は、気泡情報を検出制御器３０へ与えるための他の結合技術を含みうる。
【００３３】
第２高調波微小気泡検出技術を使用する場合、高調波フィルタ３６は、第２高調波を優先的にフィルタで取り出し、気泡存在解析のために第２高調波を制御器３０へ与える。或いは、高調波フィルタ３６を、Ａ／Ｄ変換器及びフィルタ４２の前方のアナログフィルタとして使用することが望ましい。従って、本発明は、ダイバーの上昇中に水中のダイバーの血流中に自然に生ずる微小気泡の存在を検出する（即ち、潜函病によって生ずる血流中の微小気泡を検出する）ために非線形気泡検出技術を用いる装置を提供する。
【００３４】
トランスデューサ１２と通信可能な送信器及び受信器３８は、トランスデューサ１２へ電気情報を送信し／からトランスデューサ１２から電気情報を受信する。Ｔ／Ｒスイッチ４０は、送信器及び受信器３０を送信又は受信モードとすることができ、それによりトランスデューサ１２を送信又は受信モードとする。Ｔ／Ｒスイッチ４０は、トランスデューサ１２から受信したアナログ信号をＡ／Ｄ変換器及びフィルタ４２に与える。
【００３５】
出力プロセッサ４４は、出力装置４６へ情報を出力するために微小気泡検出制御器３０から出力された情報を処理する。出力装置４６は、例えば、ユーザに潜函病の発現について視覚的に、可聴に（例えばアラームを介して）、又は振動により警告／注意を与えるよう、ディスプレイ、オーディオ装置、又はシステム１０を振動させる振動機構でありうる。実施例はトランスデューサ１２と微小気泡検出器１４の間の統合されたインタフェースを示しているが、本発明はかかる実施例に限られるものではない。例えば、トランスデューサ１２と微小気泡検出器１４の間の統合されていないインタフェースは以下のように提供されうる。トランスデューサ１２と微小気泡検出器１４は、トランスデューサ１２と微小気泡検出器１４の間で電気信号を交換する従来の線（ケーブル）といった導体素子（図示せず）を介してインタフェース接続しうる。従って、線は、従来のインタフェース接続技術を用いてトランスデューサ１２を微小気泡検出器１４に接続する機構を提供する。ワイヤレス方式といった他の従来のインタフェース技術は、トランスデューサ１２を検出器１４とインタフェース接続しうる。遠隔検出器１４は、例えばハンドヘルド、ラップトップ、又はデスクトップコンピュータ中で実施されうる。統合されていないインタフェースは、水中でリアルタイムに、ダイバーが上昇している間に潜函病の発現を検出するようダイバーによってシステム１０が装着されることを適合しうる。例えばプローブ１２は、ダイバーの皮膚上に、ダイバーの動きによって邪魔されず、例えば鼠径の中の大腿動脈、膝の裏の膝窩動脈といった目標となる血管に向けられる位置に平らに置かれうる。ダイバーはローカルに、又は操作者は遠隔に、例えば水上位置（場合による）において、水中で上昇しているとき又はダイバーが水面に出てからダイバー中の潜函病の発現を検出するようプローブ１２を制御するように、ダイバーにローカルに又はダイバーに対して遠隔に配置された検出器１４とインタフェース接続する。潜函病が検出されると、圧縮室中での制御された減圧といった適切な処置がとられうる。
【００３６】
典型的な実施例で統合された出力装置４４が示されているが、本発明はかかる実施に限られるものではない。他の実施例は、以下のような外部出力装置４４を提供しうる。外部装置４４は、遠隔であり例えばハンドヘルド又はラップトップコンピュータであってもよく、有線又は無線といった従来の通信技術を介してシステム１０と通信しうる。上昇する水中のダイバーの場合、水上又は陸上にいる要員に対して潜函病の発現に関する進んだ警告を与え、その要員が再圧力室の準備を始めることができるようにしてもよい。
【００３７】
他の実施例では、トランスデューサ１２は更に、指向性のナロービーム・トランスデューサ素子１６ｃを有する。トランスデューサ素子１６ｃは、自然に生ずる微小気泡が検出されうる血液プールへと向けられる。微小気泡検出制御器３０は更に、血管の位置を見つけるのに役立つよう連続波（ＣＷ）ドップラを用いた別の動作モードを提供する。送信器及び受信器３８は、ＣＷドップラモードではトランスデューサ素子１６ｃに連続信号を与える。他の実施例では、ＣＷドップラモードでは、更なるトランスデューサ素子１６ｃを提供する代わりに、２つのトランスデューサ素子１６ａ及び１６ｂのうちの一方が使用されうる。
【００３８】
特に、ＣＷドップラ技術は、血管上のトランスデューサ素子１６ｂのビームの位置を見つけるのを支援するために使用されうる。典型的なドップラ技術は、血管中の血流の速度を測定するよう、超音波を体内へ、及び、目標血管へ送信する。超音波は、動いている赤血球に当たって散乱する。赤血球の動きは、反射された超音波に、ドップラシフトによってシフトされた周波特性を与える。ドップラシフトは、音の速度及び血球の速度に関連する。ドップラシフトは、可聴音として測定され、復調され、提示されうる。ドップラシフトは、血管中の血液の動きを測定し／定量化するのに使用されえ、それにより自然に生ずる微小気泡を検出するために適切な目標血管の位置を見つけるのに役立つ。
【００３９】
血管の位置を見つけることは、システム１０が、自然に生ずる微小気泡を検出するための妥当な目標となるのに十分に大きい血液供給を含まない体の組織又は筋肉の領域に呼び掛けするのを防止しうる。例えば、可聴信号を与えるＣＷドップラ技術は、自然に生ずる微小気泡の存在の正確な評価を与えるための重要な血液プールを与える大腿動脈、上腕動脈、又は何らかの他の大血管といった血管の位置を見つけるのに使用されうる。
【００４０】
図３は、本発明による血流中の気泡を検出する方法のフローチャートである。ステップ６０において、操作者は、トランスデューサ１６を検査を受けるダイバーの体に音響的に結合させる。ステップ６２において、システム１０は、ＣＷドップラモードを有し、ステップ６４において操作者はダイバーの体の中の所望の血管といった潜函病の検査のための目標となる体の領域の位置を見つけるためにＣＷドップラモードを使用する。特に、ステップ６２において、ＣＷドップラモードは、所望の血管を決定／位置を見つけるため、及び／又は選択するために、視覚的な信号又は可聴信号といった情報、又は、選択オプションを提供しうる。
【００４１】
ステップ６２において、システム１０がＣＷドップラモードを有さないか、操作者がＣＷドップラモードを既に行っているとき、ステップ６６において操作者は、視野内の大腿動脈又は膝窩動脈でありうる検査のための体の中の適当な場所の位置を見つけうる。ステップ６６において、操作者は、体の中の微小気泡の形成及び／又は存在を検出するよう（即ち、潜函病の発現を検出するよう）、システム１０に検査シーケンスを開始させる。特に、ステップ６６において、検査シーケンスは、微小気泡検出制御器３０の制御下で送信器及び受信器３８を介してステップ６４又は６６において選択された目標領域へ超音波信号を送信し目標領域から超音波信号を受信することを交互に又は同時に行う。ステップ６６において、微小気泡検出制御器３０は、血流といったダイバーの体の組織中に水中のダイバーによって呼吸された気体（例えば窒素）からなる自由な自然に生ずる微小気泡（要求され／指定される任意の寸法の気泡）が存在するかどうかを判定するよう、体から戻る音響信号を分析するよう、ハードウエア及び／又はソフトウエア中で実施されるように最適化されたＵＣＡ検出技術を実行する。
【００４２】
より特定的には、微小気泡検出器１４がＣＷドップラモードを提供する場合、ステップ６４において、操作者は検出器１４をＣＷドップラモードにし、次にトランスデューサ素子１６がＣＷドップラ技術に従って強い信号を受信し、超音波ビームが血液プール領域に合焦されていることを示しうるまでプローブ１２の向きを調整しうる。次に、操作者は、検出器１４をＣＷドップラ動作モードから造影剤動作モードへ切り換えてもよく、又は、断続的に、検出器１４は、血液プール領域中に存在する微小気泡の量の推定値を与えるようコントラスト検出モードで動作しうる。
【００４３】
ステップ６８において、コントラスト検出モードでは、制御器３０は、パルスの発射、パルスのエコーの受信、ダイバーが水中にいる間に上昇中に気泡を検出するよう最適化されたものを含む水中のダイバーによって呼吸された気体からなる気泡を検出するよう最適化された公知の気泡検出技術のうちのいずれかによるエコーの解析、及び、気泡の存在を表わす信号の決定を制御する。
【００４４】
ステップ７０において、微小気泡検出制御器３０は、体からの受信された音響信号に基づく解析結果を出力する。例えば、気泡の存在は、アラーム（音声又は振動）又は情報の視覚的表示を介して示されうる。更に、気泡の存在は、実施されるＵＣＡ検出技術のうちの１つによって制御器３０によってステップ６８において決定される気泡対組織信号比に基づいて信頼性スコア／尺度として示されうる。信頼性スコアは、例えば産業（例えば医療産業）及び／又は政府規格に従った感度及び／又は特異性に従った所定の目標閾値に基づくものでありうる。
【００４５】
本発明の例としての超音波装置は、２つの指向性圧電トランスデューサ素子１６を介して音響信号を血管へ伝搬し及び血管から受信するトランスデューサ１２と、血管中の自由な自然に生ずる気泡の存在を決定するようトランスデューサ素子１６から音響信号を受信する制御器３０とを有する。特に、血管は大気圧を上回る圧力でありえ、制御器３０は血管の減圧中に血管中に自然に生ずる気泡の存在を決定する。自然に生ずる気泡は大気圧を上回る圧力で（例えば水中で）ダイバーによって呼吸された、例えば窒素気体といった気体からなる。
【００４６】
制御器３０は、トランスデューサ素子１６から発せられる超音波ビーム中の血管の配置を容易とするようＣＷドップラ呼び掛けを行いうる。制御器３０は、自然に生ずる気泡の存在を判定するよう気泡検出技術を行う。特に、制御器３０は、自然に生ずる気泡を検出するよう公知のＵＣＡ検出技術に従って最適化される公知のＵＣＡ検出技術を使用しうる。制御器３０によって使用されるＵＣＡ検出技術は、選択的に気泡信号の測定に達し、組織信号を実質的に排除する。かかるＵＣＡ検出技術は、第２高調波撮像法、パルス反転撮像法、パワー変調撮像法、又は気泡対組織信号比を改善するために示される任意の他の技術を含みうる。制御器３０は、組織信号に対する気泡信号の比率を測定することに基づいて信頼性の指標を与えうる。
【００４７】
本発明によれば、装置１０は、携帯可能に、例えばスーツケース、ノートブック型コンピュータの寸法に構築され、又は、ハンドヘルド式に、例えばボールペンの寸法に構築される。他の実施例では、装置１０は、水中で活動しているダイバーによって連続的に装着されるよう、例えば移動プロセッサ技術を用いて耐水性に且つ小型にされうる。装置１０は、ダイバーの上昇中に気泡が形成されていることに関する可聴、視覚的、又は振動のアラームを与えうる。
【００４８】
本発明の幾つかの実施例について示し説明したが、当業者によれば、特許請求の範囲及びそれらと均等のものにより定義される範囲の本発明の原理及び趣旨を逸脱することなく、実施例の変更がなされうることが認識されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明による血流中の自然に生ずる気泡を検出するシステムを示す機能ブロック図である。
【図２】本発明による微小気泡検出器を示す機能ブロック図である。
【図３】本発明による血流中の気泡を検出する方法を示すフローチャートである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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