(57)【要約】      （修正有）【課題】計測対象の血管位置の相対的な位置ずれに対処することができる新たな技術の提供。【解決手段】超音波計測装置１は、血管ＢＶに向けた超音波の送受信を行うための複数の送受信部１０と、血管ＢＶの移動を検出する移動検出部２３と、移動検出部２３の検出結果に基づいて、血管ＢＶに係る血管機能の計測に用いる送受信部１０を判別する判別部２５と、を備える。移動検出部２３は、送受信部１０による受信信号を用いて血管ＢＶの移動を検出することとしてもよい。また、送受信部１０の姿勢を検知する姿勢検知部１２０を備えることとして、移動検出部２３が姿勢検知部１２０の検知結果を用いて血管ＢＶの移動を検出することとしてもよい。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
血管に対して超音波の送受信を行うための複数の送受信部と、
前記血管の移動を検出する移動検出部と、
前記移動検出部の検出結果に基づいて、前記血管に係る血管機能の計測に用いる送受信部を前記複数の送受信部の中から判別する判別部と、
を備えた超音波計測装置。
【請求項２】
前記移動検出部は、前記送受信部による受信信号を用いて、前記血管の移動を検出する、
請求項１に記載の超音波計測装置。
【請求項３】
前記送受信部の姿勢を検知する姿勢検知部を更に備え、
前記移動検出部は、前記姿勢検知部の検知結果を用いて、前記血管の移動を検出する、
請求項１に記載の超音波計測装置。
【請求項４】
前記移動検出部は、前記送受信部による受信信号を用いて所与のタイミングにおける前記血管の位置を判断し、当該タイミング以降の前記血管の移動を、前記姿勢検知センサーの検知結果を用いて検出する、
請求項３に記載の超音波計測装置。
【請求項５】
前記血管は動脈である、
請求項１〜４の何れか一項に記載の超音波計測装置。
【請求項６】
血管に対して超音波の送受信を行うための複数の送受信部を備えた超音波計測装置の制御方法であって、
前記血管の移動を検出することと、
前記移動の検出結果に基づいて、前記血管に係る血管機能の計測に用いる送受信部を前記複数の送受信部の中から判別することと、
を含む制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波計測装置等に関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波計測装置により生体情報を計測する一例として、血管に超音波を照射（送信）し、その反射波を受信した受信信号から当該血管の壁厚や血管径を計測するといった血管機能の計測が行われている。血管機能の計測においては、送受信部である超音波プローブを被検者の皮膚面（体表面）に接触させて計測するのが通常である。
【０００３】
超音波計測装置の従来例として、特許文献１には、複数方向から超音波送受信することで試料の歪特性を計測する装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−１７３０３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、血管は、体動や血管周囲の組織の変位に応じて移動することが知られている。例えば、首をひねることで頸動脈の位置がずれるし、手首をひねることで橈骨動脈の位置がずれる。また、体を動かさずとも、筋肉の収縮によって血管位置が移動する場合もある。また逆に、血管位置は変化しないが、体動につられて皮膚が引っ張られて移動する場合もある。
【０００６】
従って、血管機能の継続的な計測を行うために、超音波プローブを皮膚面の特定位置に固定した場合、体動等の影響で、超音波プローブが固定された皮膚面上の位置と、計測対象の血管位置とが相対的にずれる可能性がある。そこで、継続的な計測の間、被検者は体を動かしたり、筋肉を収縮させたりしないように、安静かつ一定の姿勢でいる必要がある。しかし、安静かつ一定の姿勢を保つのは数分程度が限界と思われ、１時間や数日間といった長時間にわたる継続的な計測を行う上で問題となっていた。
【０００７】
本発明は、上記事情に鑑みて考案されたものであり、その目的とするところは、継続的な超音波計測を行う上で問題となる、計測対象の血管位置の相対的な位置ずれに対処することができる新たな技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するための第１の発明は、血管に対して超音波の送受信を行うための複数の送受信部と、前記血管の移動を検出する移動検出部と、前記移動検出部の検出結果に基づいて、前記血管に係る血管機能の計測に用いる送受信部を前記複数の送受信部の中から判別する判別部と、を備えた超音波計測装置である。
【０００９】
また、他の発明として、血管に対して超音波の送受信を行うための複数の送受信部を備えた超音波計測装置の制御方法であって、前記血管の移動を検出することと、前記移動の検出結果に基づいて、前記血管に係る血管機能の計測に用いる送受信部を前記複数の送受信部の中から判別することと、を含む制御方法を構成することとしてもよい。
【００１０】
第１の発明等によれば、複数の送受信部を備えた超音波計測装置において、計測対象の血管の移動が検出される。そして、血管の移動の検出結果に基づいて、超音波計測に用いる送受信部が判別される。よって、超音波計測に使用している送受信部が設けられた位置と、血管位置との相対位置関係がずれたとしても、超音波計測に適した別の送受信部を判別することが可能となる。結果、判別された送受信部に切り替えることで、計測対象である同一血管に対する継続的な超音波計測を行うことができる。
【００１１】
第２の発明は、第１の発明において、前記移動検出部が、前記送受信部による受信信号を用いて、前記血管の移動を検出する超音波計測装置である。
【００１２】
第２の発明によれば、血管の移動の検出を、送受信部による受信信号を用いて実現することができる。
【００１３】
第３の発明は、第１の発明において、前記送受信部の姿勢を検知する姿勢検知部を更に備え、前記移動検出部が、前記姿勢検知センサーの検知結果を用いて、前記血管の移動を検出する超音波計測装置である。
【００１４】
第３の発明によれば、送受信部の姿勢を姿勢検知部が検知することができ、その検知結果を用いて血管の移動を検出することができる。継続的な超音波計測においては、送受信部は皮膚面上の固定位置に設けられる。よって、送受信部の姿勢を検出することで、被検者の体動を検出し、間接的に血管の移動を検出することができる。
【００１５】
また、この第３の発明においては、前記移動検出部が、前記送受信部による受信信号を用いて所与のタイミングにおける前記血管の位置を判断し、当該タイミング以降の前記血管の移動を、前記姿勢検知部の検知結果を用いて検出するように、第４の発明を構成することとしてもよい。
【００１６】
上述の第１〜第４の何れかの発明において、前記血管を動脈とする第５の発明を構成してもよいことは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】超音波計測装置の全体構成を説明するための図。
【図２】超音波計測装置の機能構成例を示すブロック図。
【図３】超音波測定の状態を説明するための図。
【図４】姿勢検出部の検出座標系を説明するための図。
【図５】仰臥位において使用者が頸部を回転させた場合の例を示す図。
【図６】頸部の回転角度（首振り角度）と頸動脈の移動量とを示す図。
【図７】計測処理の流れを示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明を適用した実施形態の一例について説明するが、本発明を適用可能な形態が以下の実施形態に限定されるものではない。
【００１９】
図１は、本実施形態の超音波計測装置１の全体構成を説明するための図である。超音波計測装置１は、超音波を用いて、被検者である使用者Ｕの生体情報を計測する装置である。本実施形態では、生体情報の１つとして動脈である血管ＢＶに係る血圧や、血管径、ＩＭＴ（Intima Media Thickness：血管の内膜中膜複合体厚）といった血管機能を計測する。本実施形態では、頸動脈を計測対象の血管ＢＶとして説明するが、橈骨動脈などの他の動脈を計測対象の血管ＢＶとしてもよいことは勿論である。
【００２０】
超音波計測装置１は、プローブ部１００と本体装置ＭＢとがケーブルＣで接続されて構成される。プローブ部１００は、図１（２）に示すように、複数の送受信部１０を有し、全体として軽量な薄板状に構成されており、皮膚面に使用可能な接着剤（例えばシリコーン系接着剤）や当該接着剤を使用したテープ等によって使用者Ｕの体表面（皮膚面）に貼付して使用される。隣接する送受信部１０間は、例えば薄膜樹脂等の可撓性を有する部材で接続されたいわばヒンジ構造を構成しており、使用者Ｕの体表面の形状に沿った角度に曲げて配置することができる。
【００２１】
本実施形態では、プローブ部１００は、使用者Ｕにとって右側の送受信部１０Ｒと、中央の送受信部１０Ｃと、左側の送受信部１０Ｌとの３つの送受信部１０を有することとする。そして、中央の送受信部１０Ｃには、プローブ部１００の姿勢を検出する姿勢検出部１２０が設けられている。姿勢検出部１２０は、例えば加速度センサーで構成することができ、更にジャイロセンサーを備えることとしてもよい。
【００２２】
本体装置ＭＢは、小型の電子機器であり、携帯端末装置の形態を有する。計測中、使用者Ｕは、本体装置ＭＢを携帯して移動することが可能である。本実施形態では、プローブ部１００と本体装置ＭＢとは、有線のケーブルＣで通信接続されることとして説明するが、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）などの無線通信で接続される構成としてもよい。
【００２３】
図２は、超音波計測装置１の機能構成例を示すブロック図である。超音波計測装置１は、プローブ部１００と、姿勢検出部１２０と、本体装置ＭＢとを備える。機能構成上、図２ではプローブ部１００と姿勢検出部１２０とを別体として示しているが、図１（２）に示す通り、物理的には一体とすることができる。
【００２４】
プローブ部１００は、３つの送受信部１０を備える。図３は、１つの送受信部１０に着目した超音波測定の状態を説明するための図である。血管ＢＶの短軸方向の断面で示している。送受信部１０は、処理部２０から出力されるパルス電圧で超音波を発信する。そして、発信した超音波の反射波を受信して電気信号に変換し、処理部２０へ出力する。
【００２５】
送受信部１０には、複数の超音波振動子ＯＡが内蔵されている。１つ１つの超音波振動子ＯＡから１本の超音波ビームが図の上から下に向けて照射（送信）され、使用者Ｕの生体内組織で反射した超音波の反射波を各超音波振動子ＯＡが受信する。超音波は媒質界面で大きく反射する特性があるため、血管ＢＶの壁部で強い反射波が生じる。この反射波を受信した受信信号の強度に基づいて、血管ＢＶの位置を検出することができる。
【００２６】
また、１つの送受信部１０で超音波計測が可能な範囲は、超音波振動子ＯＡによる超音波の送受信範囲である照射可能範囲Ａｓとなる。よって、各送受信部１０（１０Ｒ，１０Ｃ，１０Ｌ）で、照射可能範囲Ａｓが異なる。なお、超音波振動子ＯＡは、図面に向かって奥行方向にも複数列配設された、すなわち、平面状に配設された構成であってもよいし、図面に向かって奥行方向には１列のみで左右方向にのみ配列された列状の構成であってもよい。
【００２７】
本実施形態は、プローブ部１００から見た相対的な血管ＢＶの位置変化、すなわち血管ＢＶの移動を検出し、超音波計測に適した送受信部１０に随時切り替えることを特徴の１つとする。
【００２８】
図２に戻り、本体装置ＭＢは、処理部２０と、記憶部４０と、操作入力部６０と、表示部８０とを備える。
処理部２０は、例えば、ＣＰＵやＧＰＵ（Graphic Processor Unit）等のマイクロプロセッサーや、ＡＳＩＣ、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）、ＩＣ（Integrated Circuit）メモリーなどの電子部品によって実現される。そして、処理部２０は、各機能部との間でデータの入出力制御を行い、所定のプログラムやデータ、操作入力部６０からの操作入力信号、送受信部１０からの信号等に基づいて各種の演算処理を実行して使用者Ｕの生体情報を算出する。
【００２９】
処理部２０は、超音波制御部２１と、移動検出部２３と、判別部２５と、血管機能計測制御部２７とを有する。
【００３０】
超音波制御部２１は、血管ＢＶに向けた超音波の送信および反射波の受信を制御する機能部である。例えば、送受信部１０からの超音波パルスの送信タイミングを制御するパルス電圧を発生させて送受信部１０へ出力する。この際、送信遅延処理を行って各超音波振動子へのパルス電圧の出力タイミングの調整を行うことができる。また、送受信部１０から入力される信号（受信信号）の増幅やフィルター処理等の信号処理を行って、受信信号のデータである反射波データ４０５を生成することができる。また、各超音波振動子が受信した信号について必要に応じて遅延処理等を行っていわゆる受信信号のフォーカスに係る処理等を実行することができる。反射波データ４０５には、いわゆるＡモード、Ｂモード、Ｍモード、カラードップラーの各モードの信号及び画像が含まれる。
【００３１】
移動検出部２３は、使用者Ｕの体表面に設置されたプローブ部１００から見て、計測対象の血管ＢＶの位置が変化したか、すなわち血管ＢＶが移動したかを検出する機能部である。また、判別部２５は、移動検出部２３によって移動が検出された場合に、その検出結果に基づいて今後の超音波計測に適した送受信部１０を判別し、超音波計測に使用する送受信部１０を切り替える機能部である。
移動検出部２３による血管ＢＶの移動検出と、判別部２５による送受信部１０の判別・切り替えとについては、２つの実施例が考えられる。
【００３２】
まず第１実施例は、反射波データ４０５に基づく実施例である。反射波データ４０５によれば、受信信号の信号強度に基づいて血管壁の位置、すなわち血管ＢＶの位置を判定することができる。そこで、移動検出部２３が反射波データ４０５を解析して血管ＢＶの位置を継続的に判定し、時間経過に伴う位置の変化、すなわち血管ＢＶの移動を検出する。判別部２５は、移動検出部２３が判定した血管ＢＶの位置に基づいて、超音波計測に使用する送受信部１０を判別・切り替える。例えば、超音波計測に使用している中央の送受信部１０Ｃの反射波データ４０５から、血管ＢＶが右方へ移動していることが検出され、更に中央の送受信部１０Ｃの照射可能範囲Ａｓの右側限界位置近くに血管ＢＶが位置した場合に、判別部２５が、超音波計測に使用する送受信部１０を、右側の送受信部１０Ｒとして判別・切り替える。なお、３つの送受信部１０はヒンジ構造部分で曲げられて使用者Ｕの頸部に設置されているため、隣接する送受信部１０の照射可能範囲Ａｓが一部重複しており、その重複範囲においては送受信部１０を切り替えても超音波計測を継続して実行できる。
【００３３】
第２実施例は、姿勢検出部１２０を利用する実施例である。姿勢検出部１２０はプローブ部１００の姿勢（より正確には、姿勢検出部１２０と一体に構成された中央の送受信部１０Ｃの姿勢）を検出しているが、そのプローブ部１００は使用者Ｕの頸部の皮膚面に設置されている。そのため、姿勢検出部１２０は、設置部位の姿勢、すなわち頸部の体動を検出することができる。
【００３４】
図面を参照して具体的に説明する。図４は、姿勢検出部１２０の検出座標系を説明するための図である。検出座標系は、頸部の縦方向（頸動脈に沿った方向）をＹ軸、超音波の照射方向（照射面の法線方向）をＺ軸、Ｙ軸及びＺ軸に直交する方向をＸ軸とする直交３軸座標系である。使用者Ｕは、頸部を時計回り方向ＣＷ、及び、反時計回り方向ＣＣＷに回転（首振り）することができる。
【００３５】
図５を参照して、使用者Ｕが仰臥位（仰向けに寝た姿勢）において頸部を回転させた場合の例を説明する。図５（１）は、顔を真上に向けた状態の仰臥位である。このときの重力加速度ｇは、Ｚ軸に沿った方向である。仮に反時計回り方向ＣＣＷに頭部を回転させた場合、頸部も反時計回り方向ＣＣＷに回転することとなり、図５（１）→図５（２）→図５（３）へと変化する。プローブ部１００は、皮膚面上の特定位置に固定されているため、検出座標系が変化する。結果、検出座標系における重力加速度ｇの相対方向が変化する。
【００３６】
図６は、頸部の回転角度（首振り角度）と、左頸動脈の移動量とを測定した実験結果を示す図である。同方向への首振り角度が大きくなるほど、同方向への血管移動量が増加することが分かる。また、この実験結果から、３つの送受信部１０の照射可能範囲Ａｓと、頸動脈の位置とを検証した。具体的には、中央の送受信部１０Ｃの照射可能範囲Ａｓの左右中心を頸動脈が通り、左右の送受信部１０Ｒ，１０Ｌが中央の送受信部１０Ｃを挟んで首振り方向に並ぶように、プローブ部１００を頸部に位置決め（セット）した場合に、各送受信部１０の照射可能範囲Ａｓと、頸動脈の位置との相対関係を検証した。照射可能範囲Ａｓは、隣接する送受信部１０間で一部重複する。その重複範囲を鑑みて、超音波計測に用いる送受信部１０を、首振り角度別に定めた結果、首振り角度が浅い範囲（−３０度〜＋３０度の範囲）では中央の送受信部１０Ｃを用い、−３０度又は＋３０度を超える首振り角度では右の送受信部１０Ｒ又は左の送受信部１０Ｌを用いると好適であることが分かった。
【００３７】
以上の通り、頸部の回転（首振り）という体動によって、血管ＢＶの移動を推定的に検出することができる。よって、移動検出部２３が、姿勢検出部１２０の検出結果を用いて血管ＢＶの移動を検出することができる。また、判別部２５が、姿勢検出部１２０の検出結果を用いて、超音波計測に適した送受信部１０を判別して切り替えることができる。
【００３８】
図２に戻る。血管機能計測制御部２７は、反射波データ４０５を用いて、血管ＢＶに係る血管機能を計測する。例えば、反射波データ４０５のうち、あるフレーム（タイミング）の反射波にトラッキング位置（関心領域）を設定し、異なるフレーム間で関心領域を追跡する、いわゆる「トラッキング」を行うことができる。例えば血管壁の前壁及び後壁の位置をトラッキング位置に指定してトラッキングすることで、血管径およびその変動量を計測することができる。血管径の変動から脈拍数を計測したり、血管径と所与のスティフネスパラメーターとを用いて血圧を推定的に計測するといったことができる。
【００３９】
また、血管機能計測制御部２７は、血管機能の計測結果を血管機能計測データ４０９として記憶部４０に記憶させ、表示部８０に表示させるための制御を行う。
【００４０】
操作入力部６０は、使用者Ｕによる各種操作入力を受け付け、操作入力に応じた操作入力信号を処理部２０へ出力する。操作入力部６０は、ボタンスイッチやレバースイッチ、ダイヤルスイッチ、タッチパネルなどにより実現できる。
【００４１】
表示部８０は、処理部２０から入力される画像データを表示する。液晶ディスプレイやタッチパネルなどにより実現することができる。
【００４２】
記憶部４０は、ＩＣメモリーやハードディスク、光学ディスクなどの記憶媒体により実現され、各種プログラムや、処理部２０の演算過程のデータなどの各種データを記憶する。処理部２０と記憶部４０の接続は、装置内の内部バス回路による接続に限らず、ＬＡＮ（Local Area Network）やインターネットなどの通信回線で実現しても良い。その場合、記憶部４０は超音波計測装置１とは別の外部記憶装置により実現するとしてもよい。
【００４３】
記憶部４０は、計測プログラム４０１と、反射波データ４０５と、送受信部切替データ４０７と、血管機能計測データ４０９とを記憶する。勿論、これら以外にもフレーム識別情報や、各種フラグ、計時用のカウンター値などを適宜記憶することができる。送受信部切替データ４０７には、各送受信部１０が超音波計測で使用中か否かの識別情報が格納され、更に図６に示したような送受信部１０毎の首振り角度範囲のデータを格納することとしてもよい。
【００４４】
次に、処理部２０が計測プログラム４０１を実行することで実現される超音波計測装置１の計測処理の流れについて説明する。
図７は、本実施形態における超音波計測装置１における計測処理の流れを説明するためのフローチャートである。
同処理にあたって、中央の送受信部１０Ｃの照射可能範囲Ａｓの左右中心を血管ＢＶが通り、血管ＢＶの長手方向に直交するように、中央の送受信部１０Ｃを挟んで左右の送受信部１０Ｒ，１０Ｌを位置決めしてプローブ部１００が設置されていることとする。
【００４５】
操作入力部６０から計測開始などの操作が入力されることで、処理部２０は超音波計測を開始する（ステップＳ１）。開始時は中央の送受信部１０Ｃを用いて超音波計測を実行する。
【００４６】
次いで、移動検出部２３が、測定対象の血管ＢＶの移動を検出した場合（ステップＳ３：ＹＥＳ）、判別部２５が超音波計測に用いる送受信部１０を切り替える必要があるか否かを判定し、必要ありと判断する場合には（ステップＳ５：ＹＥＳ）、切り替え先の送受信部１０を判別する（ステップＳ７）。そして、超音波計測に使用する送受信部１０を切り替える（ステップＳ９）。
【００４７】
血管ＢＶの移動が検出されなかった場合や（ステップＳ３：ＮＯ）、送受信部１０を切り替える必要がないと判断された場合（ステップＳ５：ＮＯ）には、ステップＳ７〜Ｓ９をスキップして、超音波計測を終了するか否かを判定する（ステップＳ１１）。そして、超音波計測を終了するまで（ステップＳ１１：ＮＯ）、ステップＳ３〜Ｓ９の処理を繰り返し実行する。計測処理の終了の操作がなされた場合に（ステップＳ１１：ＹＥＳ）、計測処理を終了する。
【００４８】
以上、本実施形態によれば、超音波計測装置１は、血管ＢＶに向けた超音波の送受信を行う複数の送受信部１０を備える。そして、移動検出部２３が血管ＢＶの移動を検出した場合、超音波計測に使用する送受信部１０を切り替える必要があるか否かを判定し、必要ありと判定された場合に送受信部１０を切り替えて超音波計測を続行する。
従って、超音波計測に使用している送受信部１０が設けられた使用者Ｕの体表面上の位置と、血管ＢＶの位置との相対位置関係がずれたとしても、超音波計測に適した別の送受信部１０を判別・切り替えることができる。
【００４９】
なお、本発明の形態は上記実施形態に限るものではなく、適宜構成要素の追加・省略・変更を施すことができる。例えば、血管ＢＶの移動を検出する実施例として上述の第１実施例を採用する場合には、姿勢検出部１２０を使用しないため、姿勢検出部１２０を省略することができる。
【符号の説明】
【００５０】
Ｕ…使用者、ＢＶ…血管、１…超音波計測装置、１００…プローブ部、１０…送受信部、１２０…姿勢検出部、２０…処理部、２１…超音波制御部、２３…移動検出部、２５…判別部、２７…血管機能計測制御部、４０１…計測プログラム、４０５…反射波データ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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