(57)【要約】【課題】動脈と静脈を識別するための技術の実現。【解決手段】血管に向けて送信した超音波の反射波の受信信号を用いて、血管直上走査線を検出し、当該走査線の受信信号に基づいて血管の前壁および後壁とおぼしき深さ位置の候補を検出する。次いで、当該候補の中から前壁及び後壁の血管前後壁対を絞り込み、絞り込んだ血管前後壁対を１つの血管とみなして血管毎に動脈／静脈の識別を行い、動脈判定した血管を対象として血管機能情報の測定を行う。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
血管に向けた超音波の送信および反射波の受信を制御する送受信制御部と、
前記反射波の受信信号を用いて、前記血管の前壁および後壁を検出する前後壁検出部と、
前記前壁および後壁の間隔の時間的変化を用いて、前記血管の種別を判別する種別判別部と、
を備えた超音波測定装置。
【請求項２】
前記種別判別部は、前記間隔の拡大方向の時間的変化と、縮小方向の時間的変化とを用いて、前記血管の種別を判別する、
請求項１に記載の超音波測定装置。
【請求項３】
前記種別判別部は、前記拡大方向の時間的変化の極値と、前記縮小方向の時間的変化の極値との比を用いて、前記血管の種別を判別する、
請求項２に記載の超音波測定装置。
【請求項４】
前記種別判別部は、少なくとも、前記血管が動脈である場合の前記比が取り得る条件を用いて、前記血管が動脈であることを判別する、
請求項３に記載の超音波測定装置。
【請求項５】
前記前後壁検出部は、
前記受信信号を用いて、前記血管の前壁候補および後壁候補を検出し、
前記前壁候補および前記後壁候補の対の中から所定条件を満たす対を、前記血管の前壁および後壁として選択する、
請求項１〜４の何れか一項に記載の超音波測定装置。
【請求項６】
前記前後壁検出部は、前記受信信号のうちの前記前壁候補および前記後壁候補の間の信号が、所定の血管内相当条件を満たすことを前記所定条件に少なくとも含めて、前記血管の前壁および後壁を選択する、
請求項５に記載の超音波測定装置。
【請求項７】
前記種別判別部によって前記血管が動脈と判別された場合に、当該血管の前記前壁および後壁をトラッキング対象として位置測定を継続して所与の血管機能測定を行う血管機能測定手段、
を更に備えた請求項１〜６の何れか一項に記載の超音波測定装置。
【請求項８】
血管に向けた超音波の送信および反射波の受信を制御することと、
前記反射波の受信信号を用いて、前記血管の前壁および後壁を検出することと、
前記前壁および後壁の間隔の時間的変化を用いて、前記血管の種別を判別することと、
を含む超音波測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波により測定する超音波測定装置等に関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波測定装置により生体情報を測定する一例として、血管機能の評価や血管疾患の判断が行われている。
例えば、動脈硬化の指標となる頸動脈のＩＭＴ（Intima Media Thickness：内膜中膜複合体厚）を測定することもその１つである。ＩＭＴ等に係る測定では頸動脈を見つけ、測定ポイントを適切に決定しなければならない。通常は、オペレーターが、超音波プローブを頸部に当て、モニターに表示されるＢモード画像を見ながら測定対象とする頸動脈を探し出し、探し出した頸動脈を測定ポイントとして手動で設定する。
【０００３】
従来、こうした一連の測定操作を速やかに実行し且つ適切に頸動脈を見つけるには熟練を要するとされてきたが、近年、測定操作を補助する機能が考案されるようになった。例えば、特許文献１には、受信した反射波の振幅情報を処理することによって得られる生体組織からの反射波信号強度と、受信した反射波の位相情報を処理することによって得られる生体組織の移動速度とを用いて、血管壁を自動的に検出する方法が開示されている。具体的には、「血管内の血流領域における反射波信号の強度は、血管壁における反射波信号の強度に比べると非常に小さくなる」という第１の知見と、「反射波信号の位相情報から算出される移動速度は血流領域では速く血管壁では遅くなる」という第２の知見とに基づいて、血管壁と血流領域との境界を検出する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−１７３１７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１に開示されている検出方法では、血管を検出することはできても当該血管が動脈であるか静脈であるかの判断はできない。
【０００６】
一般に、動脈は拍動を伴い静脈は拍動を伴わないはずであるから、脈動の有無で動脈と静脈を識別できると安易に考えてしまいがちである。しかし、内頸静脈など比較的心臓に近い血管部位では、右心房の圧が伝わることにより静脈であっても拍動を伴う場合がある。そのため、脈動の有無だけでは正確な識別は困難である。
【０００７】
本発明は、こうした事情を鑑みて、動脈と静脈を識別するための技術の実現を目的として考案されたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
以上の課題を解決するための第１の発明は、血管に向けた超音波の送信および反射波の受信を制御する送受信制御部と、前記反射波の受信信号を用いて、前記血管の前壁および後壁を検出する前後壁検出部と、前記前壁および後壁の間隔の時間的変化を用いて、前記血管の種別を判別する種別判別部と、を備えた超音波測定装置である。
【０００９】
第１の発明によれば、動脈と静脈を識別することができる。
【００１０】
第２の発明は、前記種別判別部が、前記間隔の拡大方向の時間的変化と、縮小方向の時間的変化とを用いて、前記血管の種別を判別する、第１の発明の超音波測定装置である。
【００１１】
また、第３の発明は、前記種別判別部が、前記拡大方向の時間的変化の極値と、前記縮小方向の時間的変化の極値との比を用いて、前記血管の種別を判別する、第２の発明の超音波測定装置である。
【００１２】
また、第４の発明は、前記種別判別部が、少なくとも、前記血管が動脈である場合の前記比が取り得る条件を用いて、前記血管が動脈であることを判別する、第３の発明の超音波測定装置である。
【００１３】
第２、第３、第４の発明によれば、血管径全体の時間的変化に基づいて判別するので、例えば血管の周囲の組織の状態によって、前壁と後壁のうち一方の位置がほとんど動かないような特異な条件下であっても正しい判別を実現できる。
【００１４】
第５の発明は、前記前後壁検出部が、前記受信信号を用いて、前記血管の前壁候補および後壁候補を検出し、前記前壁候補および前記後壁候補の対の中から所定条件を満たす対を、前記血管の前壁および後壁として選択する、第１〜第４の何れかの発明の超音波測定装置である。
【００１５】
第５の発明によれば、複数の血管が接近する様な場所からでも血管を個別に識別して血管の種別を判別できる。
【００１６】
第６の発明は、前記前後壁検出部が、前記受信信号のうちの前記前壁候補および前記後壁候補の間の信号が、所定の血管内相当条件を満たすことを前記所定条件に少なくとも含めて、前記血管の前壁および後壁を選択する、第５の発明の超音波測定装置である。
【００１７】
第６の発明によれば、血管壁と類似する超音波の反射特性を有する生体内組織を除外し、血管の前壁および後壁を適切に選択することが可能となる。
【００１８】
第７の発明は、前記種別判別部によって前記血管が動脈と判別された場合に、当該血管の前記前壁および後壁をトラッキング対象として位置測定を継続して所与の血管機能測定を行う血管機能測定手段、を更に備えた第１〜第６の何れかの発明の超音波測定装置である。
【００１９】
第７の発明によれば、動脈を自動的に発見し、当該動脈を対象として血管機能測定を行う一連の処理を実現できる。
【００２０】
第８の発明は、血管に向けた超音波の送信および反射波の受信を制御することと、前記反射波の受信信号を用いて、前記血管の前壁および後壁を検出することと、前記前壁および後壁の間隔の時間的変化を用いて、前記血管の種別を判別することと、を含む超音波測定方法である。
【００２１】
第８の発明によれば、第１の発明と同様の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】生体情報測定装置のシステム構成例を示す図。
【図２】超音波測定装置が行う主たる処理の流れを示すフローチャート。
【図３】超音波プローブを被検体の体表面に当てて超音波測定している状態を簡略的に示す図であり、血管の短軸方向の断面で示した図。
【図４】血管直上にある超音波振動子の位置における反射波の受信信号の例を示す図。
【図５】連続する２フレーム間における信号強度の変化の統計処理について説明するための図。
【図６】血管壁深さ位置候補の検出の原理を説明するための図。
【図７】およそ心周期１拍分の血管径の変化例を示すグラフであり、（１）が動脈血管径のグラフ、（２）が静脈血管径のグラフ。
【図８】およそ心周期３拍分の（１）動脈壁の変位速度波形と、（２）動脈径の変径速度波形と、（３）変径速度波形における極値（最大値と最小値）の絶対値の比すなわちピーク比（最大値／最小値）と、を示す図。
【図９】およそ心周期３拍分の（１）静脈壁の変位速度波形と、（２）静脈径の変径速度波形と、（３）変径速度波形における極値（最大値と最小値）の絶対値の比すなわちピーク比（最大値／最小値）と、を示す図。
【図１０】超音波測定装置の機能構成例を示すブロック図。
【図１１】記憶部が記憶するプログラムやデータの例を示す図。
【図１２】血管前後壁対データのデータ構成例を示す図。
【図１３】血管直上走査線の検出処理の流れを説明するためのフローチャート。
【図１４】血管壁深さ位置候補の検出処理の流れを説明するためのフローチャート。
【図１５】血管前後壁対の絞り込み処理の流れを説明するためのフローチャート。
【図１６】動脈判定処理の流れを説明するためのフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
図１は、本実施形態における超音波測定装置１０のシステム構成例を示す図である。超音波測定装置１０は、超音波の反射波を測定することにより被検体２の生体情報を測定する装置である。本実施形態では、血管４のうち動脈５と静脈６とを自動的に識別し、生体情報の１つとして動脈５のＩＭＴ（Intima Media Thickness：血管の内膜中膜複合体厚）といった血管機能情報を測定する。
【００２４】
超音波測定装置１０は、測定結果や操作情報を画像表示するための手段及び操作入力のための手段を兼ねるタッチパネル１２と、操作入力をするためのキーボード１４と、超音波プローブ１６（探触子）と、処理装置３０とを備える。処理装置３０には、制御基板３１が搭載されており、タッチパネル１２，キーボード１４，超音波プローブ１６などの装置各部と信号送受可能に接続されている。
【００２５】
制御基板３１には、ＣＰＵ（Central Processing Unit）３２や、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、各種集積回路の他、ＩＣメモリーやハードディスク等による記憶媒体３３と、外部装置とのデータ通信を実現する通信ＩＣ３４とが搭載されている。処理装置３０は、ＣＰＵ３２等で記憶媒体３３に記憶されている測定プログラムを実行することにより、超音波測定をはじめとして、動脈と静脈との識別、識別された動脈５を対象とした血管機能情報の測定、測定結果の画像表示制御、といった本実施形態に係る各種機能を実現する。
【００２６】
具体的には、処理装置３０の制御により、超音波測定装置１０は超音波プローブ１６から被検体２へ超音波ビームを送信・照射し、その反射波を受信する。そして反射波の受信信号を増幅・信号処理することにより、被検体２の生体内構造の位置情報や経時変化などの反射波データを生成することができる。反射波データには、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画像がこれに含まれる。超音波を用いた測定は所定周期で繰り返し実行される。測定単位を「フレーム」と呼称する。
【００２７】
また、超音波測定装置１０は、基準となる反射波データに関心領域（トラッキングポイント）を設定することで、各関心領域を異なるフレーム間で追跡し変位を算出する、いわゆる「トラッキング」を行うことができる。
【００２８】
先ず、血管機能情報の測定に至るまでの過程についての概要を説明する。
図２は、超音波測定装置１０が行う主たる処理の流れを示すフローチャートである。超音波プローブ１６は、オペレーターにより頸動脈に向けて当てられているものとする。超音波測定装置１０は、動脈／静脈の区別に係わらず血管の直上にある超音波振動子（振動子ではなく走査線とも言える。）を検出する（ステップＳ２）。これを「血管直上走査線」と呼ぶ。なお、ここで言う“直上”は、文字通りの血管中心の真上位置を含むのは勿論であるが、目的とする血管機能情報を測定するのに不足ない範囲で直上位置からの径方向への多少のズレを許容する意味である。“直上”や“真上”とは、必ずしも鉛直方向逆向き（重力反対方向）の意味ではなく、超音波プローブ１６を扱うオペレーターにとって、体表面のうちの、血管の“直上”或いは“真上”に超音波プローブ１６を当てるという操作上での意味の“直上”“真上”である。
【００２９】
次に、血管直上走査線での反射波データから、血管壁とおぼしき深さ位置の候補を検出する（ステップＳ４）。この段階で検出されるのは血管の前壁（皮膚側に面した血管壁）や後壁（前壁と反対側の血管壁）と思われる部位であるが、まだ血管とは確定されておらず深さ位置候補の中には血管以外の生体部位も含まれている可能性がある。そこで、超音波測定装置１０は、検出された深さ位置の候補の中から、血管の前壁及び後壁の対を絞り込む（ステップＳ６）。絞り込まれた深さ位置候補の対を「血管前後壁対」と呼ぶ。
【００３０】
次いで、超音波測定装置１０は、絞り込んだ血管前後壁対毎に動脈判定を行って、当該血管前後壁対が動脈に該当するか否か、静脈に該当するか否かを識別し（ステップＳ８）、動脈５と判定された血管前後壁対を測定対象として血管機能測定を行う（ステップＳ１０）。そして、測定結果をタッチパネル１２に表示させる（ステップＳ１２）。血管機能測定の内容は、ＩＭＴに限らずその他内容でもよく、適宜公知技術を用いることができる。
【００３１】
［原理の説明］
ではそれぞれのステップの詳細について説明する。
先ず、血管直上走査線の検出ステップについて説明する。血管直上走査線の検出は、生体組織の動きに着目し、血管は心臓の拍動に伴い周期的に大きく動くが、血管の周りにある他の生体組織の動きは血管に比べて小さいという知見に基づいて血管位置の判定を行う。
【００３２】
図３は、超音波プローブ１６を被検体２の体表面に当てて超音波測定している状態を簡略的に示す図であり、血管４の短軸方向の断面で示した図である。
超音波プローブ１６には、複数の超音波振動子１８が内蔵されている。図示の例では、一つ一つの超音波振動子１８からは１本の超音波ビームが図の上から下に向けて照射される。超音波振動子１８が覆う範囲がプローブ走査範囲Ａｓとなる。なお、超音波振動子１８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。
【００３３】
血管４は心臓の拍動（拡張／縮小）により概ね等方的に拡大／縮小を繰り返す。したがって、超音波ビームのビーム方向に直交する面ほど強い反射波を受信できる。しかし、ビーム方向と平行に近いほど反射波を受信し難い。そのため、超音波測定では、血管４の前壁４ｆ及び後壁４ｒからの反射波は強く検出されるが、横壁４ｓからの反射波は弱くなる。言い換えれば、プローブ走査範囲Ａｓに血管４があれば、その直上にある超音波振動子１８の位置における反射波信号には、前壁と後壁に係る強い反射波が現れることになる。
【００３４】
図４は、血管直上にある超音波振動子１８の位置における反射波の受信信号の例を示す図である。図４（１）は測定周期の第１フレームにおける測定結果を示す「深さ−信号強度グラフ」であり、図４（２）は第２フレームにおける測定結果を示す「深さ−信号強度グラフ」である。図４（３）は第１フレームと第２フレームとの間の「深さ−信号強度グラフ」の差分を示す「フレーム間信号強度差グラフ」である。
【００３５】
前述のように、血管４があればその前壁と後壁に係る強い反射波が検出される。図４（１）及び図４（２）においても、体表面近くの反射波群よりも深い位置に明確に識別できる２つの強い反射波のピークが現れている。そして、第１フレームと第２フレームとの間で深さ毎の信号強度差を求めると、図４（３）のグラフが得られ、フレーム間で血管の前壁及び後壁の動きが明確となる。
【００３６】
図４（３）のグラフから明らかなように、血管以外の生体組織もわずかながらも拍動等の影響で動いているので多少の信号強度差が生じるが、血管（より具体的には血管の前壁や後壁）ほど大きな値が検出されることはない。ましてや、血管直上にない超音波振動子１８における反射波信号の信号強度差グラフではこうしたピークは見られない。つまり、拍動に伴う血管の動きは時間差をおいたフレーム間における信号強度の変化に現れるといえる。
【００３７】
本実施形態では、血管の動きに相応しい信号強度の変化が測定されたからといって直ちにその超音波振動子１８が血管直上にあるとは見なさず、信号強度の変化を統計処理して決定する。
【００３８】
図５は、連続する２フレーム間における信号強度の変化の統計処理について説明するための図である。図５（１）は、各超音波振動子１８における反射波の信号強度を輝度に変換した画像すなわちＢモード画像である。図５（２）は、連続する２フレーム間での各超音波振動子における信号強度変化を複数回算出して積算したヒストグラムである。ここで注意する点は、図４（３）の横軸が深さ方向であり１つの超音波振動子が受信した結果に基づくグラフであるのに対して、図５（２）の横軸は超音波振動子の配列順（いわば走査方向であり、生体表面に沿った方向）であることである。
【００３９】
具体的に説明する。図５（２）のヒストグラムは、連続する２フレーム分の超音波測定が行われる都度、超音波振動子毎に、全ての深さにおける信号強度差の合計を算出することを繰り返し、当該信号強度差の合計を所定時間分（例えば、少なくとも心周期１〜数拍分。数秒程度。）積算することで得られる。換言すれば、生体表面上の同一位置における深さ方向での信号の時間的変化を、当該同一位置一点に積算してまとめる（合計する）統計処理をした結果である。
【００４０】
連続する２フレーム分の超音波測定から得られる信号強度差の合計は、血管上にない超音波振動子の合計よりも血管上にある超音波振動子の合計の方が、大きな値を示す。しかも、血管中心の直上にある超音波振動子１８ほど大きな値を示す。当然、信号強度差の合計を積算したヒストグラムの縦軸の値、すなわち積算信号強度差にもそれは現れる。
よって、ヒストグラムの縦軸の値が所定の高変化条件を満たした超音波振動子１８を「血管直上にある超音波振動子」と判定することができる。より具体的には、ヒストグラムの縦軸の値のピークに対応する超音波振動子１８を「血管直上にある超音波振動子」すなわち「血管直上走査線」と判定する。図５の例では、超音波振動子「Ｔｒ１」がこれに該当する。
【００４１】
次に、血管壁深さ位置候補の検出ステップについて説明する。
図６は、血管壁深さ位置候補の検出の原理を説明するための図である。図６（１）は血管部のＢモード画像、図６（２）は血管直上走査線における反射波の受信信号の信号強度グラフ、図６（３）は信号強度の変化をよりわかり易くスムージングしたグラフである。
【００４２】
まず、所定の血管壁相当信号レベルＰｗ１以上の信号強度を得たピークを抽出する。但し、血管の前壁及び後壁からは血管壁相当信号レベルＰｗ１以上の強い反射波が得られるが、その周辺組織からも同様に強い反射波が得られる場合もあり得るため、信号強度グラフには複数のピークＤ１〜Ｄ５が出現する場合がある。そこで、血管壁としての確からしさに基づいてピークの絞り込みをする。
【００４３】
絞り込みに於いては、先ず、複数のピークＤ１〜Ｄ５から最低基準深度Ｌｄより浅い位置のピークを除外する。最低基準深度Ｌｄは測定対象とするのに適当なサイズの血管が存在し得る浅さの限界であって、少なくとも真皮より深い値とする。図示の例ではピークＤ１の深さが最低基準深度Ｌｄ未満なので、血管壁深さ位置候補から除外されることになる。
【００４４】
次に、血管内腔の反射波の信号強度が周辺組織に比べて極めて低いという知見に基づいて絞り込みを行う。すなわち、血管壁深さ位置候補とされる信号強度のピークを前壁／後壁のペアと見立てて暫定的に組み合わせる。そして、各組み合わせ間の信号強度を統計処理して平均値あるいは中央値を算出する。そして、「統計処理値が所定の血管内腔相当信号レベルＰｗ２未満である組み合わせ」且つ「組み合わされたピーク間に他のピークが存在しない組み合わせ」となる血管前後壁対相当条件を満たす組み合わせを抽出し、これを“前後壁対”とする。
【００４５】
例えば、図６（３）の例では、ピークＤ４を前壁としピークＤ５を後壁と見立てた組み合わせでは、両ピーク間の信号強度の統計処理値が血管内腔相当信号レベルＰｗ２を超えるので、当該組み合わせは除外される。また、ピークＤ３を前壁としピークＤ５を後壁と見立てた組み合わせや、ピークＤ２を前壁としピークＤ４を後壁と見立てた組み合わせなどでは、ピーク間に他のピークが存在するのでこうした組み合わせも除外される。一方、ピークＤ３を前壁としピークＤ４を後壁と見立てた組み合わせでは、上記の条件を満たすので“前後壁対”とされる。
【００４６】
絞り込みの方法としては、血管壁が周辺組織よりも動きがあることに着目し、フレーム間の信号強度差のピーク位置の１心周期中の変位から判定することもできるであろう。しかし、こうした絞り込み方法では、例えば血管４と周辺組織との位置関係で血管の前壁または後壁の何れの位置があまり移動しない状況にあっては正しく血管前後壁対を絞り込むことができない。しかし、本実施形態の絞り込み方法であれば、そうした状況にあっても確実に血管前後壁対を識別することができる。
【００４７】
次に、動脈判定ステップについて説明する。
図７は、およそ心周期１拍分の血管径の変化例を示すグラフであり、（１）が動脈血管径のグラフ、（２）が静脈血管径のグラフである。
【００４８】
動脈の血管壁は、心臓から流れてくる拍動性の血流と血圧に耐え得るように、伸縮性と弾性とに富んだ構造をしている。そのため、心臓の拍動に応じて心収縮期（Ｔｓ）から急激に血管径が拡大して膨らみ、心拡張期（Ｔｄ）からは緩やかに血管径が縮小して元の太さに戻る。よって、動脈血管径のグラフは、心収縮期（Ｔｓ）の直後は血管径が急激に増加するのでグラフは急に立ち上がる（例えば、図７（１）中の長破線で囲んだ部分）。一方、心拡張期（Ｔｄ）以降は血管径が緩やかに減少するのでグラフはなだらかに下降する。このように、動脈の場合には、血管径が太くなる方向の変化度合は、細くなる方向の変化度合に比べて大きく、また、その差が顕著である。
【００４９】
対して、静脈の血管壁（静脈壁）は、動脈の血管壁（動脈壁）に比べて薄くて弾性に乏しい。また静脈壁にかかる血圧は動脈壁にかかる血圧よりも低い。従って、静脈の場合には、血管径が拡大する方向のグラフの立ち上がり（図７（２）中の破線で囲んだ部分）の変化度合と、血管径が縮小する方向であるグラフの下降の変化度合とを比較すると、動脈ほどの差が表れない。
【００５０】
本実施形態では、この動脈と静脈の拍動に伴う血管壁の変位特性の違いを、血管壁部の変位速度波形を利用して識別し、動脈判定に用いる。
具体的には、血管前後壁対とされた位置を関心領域に設定して、各関心領域を異なるフレーム間において追跡するトラッキング機能を用いて単位時間当たりの変位量から血管壁の変位速度を求めて、前壁および後壁の間隔の時間的変化すなわち血管径の変化速度（以降「変径速度」と呼ぶ）を算出する。そして、この変径速度の径拡大方向の時間的変化の極値と、径縮小方向の時間的変化の極値との比から動脈／静脈を識別する。
【００５１】
例えば、図８は、およそ心周期３拍分の（１）動脈壁の変位速度波形と、（２）動脈径の変径速度波形と、（３）変径速度波形における極値（最大値と最小値）の絶対値の比すなわちピーク比（最大値／最小値）と、を示す図である。また、図９は、およそ心周期３拍分の（１）静脈壁の変位速度波形と、（２）静脈径の変径速度波形と、（３）変径速度波形における極値の絶対値の比すなわちピーク比と、を示す図である。
【００５２】
前述の“血管径が拡大する変化度合と縮小する変化度合の差が顕著”となる動脈壁の変位特性と、“血管径が拡大する変化度合と縮小する変化度合の差が動脈より小さい”静脈壁の変位特性との違いは、図８（３）及び図９（３）に示すようにピーク比の違いとなって表れる。
【００５３】
より具体的には、動脈径の変径速度波形に基づくピーク比は相対的に高く、静脈径の変径速度波形に基づくピーク比は相対的に低い。その境界は概ね「１．４」〜「１．６」の範囲にある。本実施形態ではその中間値「１．５」を血管が動脈である場合のピーク比が取り得る条件の閾値として、動脈／静脈の識別を行う。勿論、想定される被検者の年齢範囲、人種、性別、既往歴などに応じて閾値を適宜設定することができる。
【００５４】
[機能構成の説明］
次に、本実施形態を実現するための機能構成について説明する。
図１０は、本実施形態における超音波測定装置１０の機能構成例を示すブロック図である。超音波測定装置１０は、操作入力部１００と、超音波送受信部１０２と、処理部２００と、画像表示部３００と、記憶部５００とを備える。
【００５５】
操作入力部１００は、オペレーター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２００へ出力する。ボタンスイッチやレバースイッチ、ダイヤルスイッチ、トラックパッド、マウス、などにより実現できる。図１の例ではタッチパネル１２やキーボード１４がこれに該当する。
【００５６】
超音波送受信部１０２は、処理部２００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反射波信号に変換し、処理部２００へ出力する。図１の超音波プローブ１６がこれに該当する。
【００５７】
処理部２００は、例えば、ＣＰＵやＧＰＵ等のマイクロプロセッサーや、ＡＳＩＣ、ＩＣ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２００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１００からの操作入力信号、超音波送受信部１０２からの反射波信号等に基づいて各種の演算処理を実行して被検体２の生体情報を算出する。図１の処理装置３０、制御基板３１がこれに該当する。
【００５８】
本実施形態では、超音波測定制御部２０２と、血管直上走査線検出部２２０と、血管壁深さ位置候補検出部２２２と、前後壁検出部２２４と、種別判別部２２６と、血管機能測定制御部２２８と、測定結果記録表示制御部２３０と、画像生成部２６０とを有する。
【００５９】
超音波測定制御部２０２は、血管に向けた超音波の送信および反射波の受信を制御する。例えば、駆動制御部２０４と、送受信制御部２０６と、受信合成部２０８と、トラッキング部２１０とを有し、超音波測定を統合的に制御する。超音波測定制御部２０２は公知技術により実現できる。
【００６０】
駆動制御部２０４は、超音波プローブ１６から超音波パルスの送信タイミングを制御し、送信制御信号を送受信制御部２０６へ出力する。
【００６１】
送受信制御部２０６は、駆動制御部２０４からの送信制御信号に従ってパルス電圧を発生させて超音波送受信部１０２へ出力する。その際、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、超音波送受信部１０２から出力された反射波信号の増幅やフィルター処理を行って、その結果を受信合成部２０８へ出力することができる。
【００６２】
受信合成部２０８は、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して反射波データを生成する。
【００６３】
トラッキング部２１０は、反射波データ（反射波信号）に基づいて関心領域の位置を超音波測定のフレーム間で追跡するいわゆる「トラッキング」に係る処理を行う。例えば、基準となる反射波データ（例えば、Ｂモード画像）に関心領域（トラッキングポイント）を設定するための処理、各関心領域を異なるフレーム間で追跡する処理、関心領域毎の変位を算出する処理を行うことができる。いわゆる公知の「エコートラッキング」や「位相差トラッキング」などの機能が実現される。
【００６４】
血管直上走査線検出部２２０は、血管直上走査線の検出のための演算処理や各部の制御を行う。すなわち、前述の血管直上走査線の検出ステップに係る制御を行う（図５参照）。
【００６５】
血管壁深さ位置候補検出部２２２は、血管直上走査線での反射波の受信信号に基づいて、血管壁と思われる深さ位置を検出する。前述の血管壁深さ位置候補の検出ステップに係る制御の一部を行う（図６（２）参照）。
【００６６】
前後壁検出部２２４は、血管直上走査線での反射波の受信信号を用いて、血管の前壁および後壁を検出する。前述の血管前後壁対の絞り込みステップに係る制御の一部を行う（図６（３）参照）。
【００６７】
種別判別部２２６は、前壁および後壁の間隔の時間的変化を用いて、動脈／静脈の種別を判別する。前述の動脈判定ステップに係る制御の一部を行う（図７〜図９参照）。
【００６８】
血管機能測定制御部２２８は、種別判別部２２６によって血管が動脈と判別された場合に、当該血管の前壁および後壁をトラッキング対象として位置測定を継続して所与の血管機能測定に係る制御を行う。
【００６９】
測定結果記録表示制御部２３０は、血管機能の測定結果を記憶部５００に記憶させ、画像表示部３００にて表示させるための制御をおこなう。
【００７０】
画像生成部２６０は、超音波測定や生体情報測定に必要な各種操作画面や測定結果を表示するための画像を生成し画像表示部３００へ出力する。
【００７１】
画像表示部３００は、画像生成部２６０から入力される画像データを表示する。図１のタッチパネル１２がこれに該当する。
【００７２】
記憶部５００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２００の演算過程のデータなどの各種データを記憶する。図１では、処理装置３０の制御基板３１に搭載されている記憶媒体３３がこれに該当する。なお、処理部２００と記憶部５００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５００は超音波測定装置１０とは別の外部記憶装置により実現されるとしてもよい。
【００７３】
そして、記憶部５００は、図１１に示すように、測定プログラム５０１と、反射波データ５１０と、フレーム間信号強度差積算値５２０と、血管直上走査線リスト５２４と、信号強度ピークリスト５２６と、血管前後壁対候補ピークペアリスト５２８と、ピーク間別平均信号強度５３０と、血管前後壁対データ５４０と、血管機能測定データ５７０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。
【００７４】
処理部２００は、測定プログラム５０１を読み出して実行することにより、超音波測定制御部２０２や、血管直上走査線検出部２２０、血管壁深さ位置候補検出部２２２、前後壁検出部２２４、種別判別部２２６、血管機能測定制御部２２８、測定結果記録表示制御部２３０、画像生成部２６０等の機能を実現する。なお、これらの機能部を電子回路等のハードウェアで実現する場合には、当該機能を実現させるためのプログラムの一部を省略することができる。
【００７５】
反射波データ５１０は、超音波測定により得られ反射波データであって、超音波測定制御部２０２によってフレーム毎に生成される。１つの反射波データ５１０は、例えば走査線ＩＤ５１２と、測定フレーム５１４と、深さ-−信号強度データ５１６とを含む。勿論、これら以外のデータも適宜格納することができる（図３，図４参照）。
【００７６】
フレーム間信号強度差積算値５２０は、反射波データ５１０の連続する２フレーム分の超音波測定が行われる都度、超音波振動子毎に、全ての深さにおける信号強度差の合計を算出することを繰り返し、当該信号強度差の合計を所定時間分積算することで得られるヒストグラムのデータである（図５（２）参照）。
【００７７】
血管直上走査線リスト５２４は、血管直上走査線と判定された走査線ＩＤまたは超音波振動子ＩＤのリストである。
【００７８】
信号強度ピークリスト５２６は、血管直上走査線毎に作成され、当該走査線での深さ−信号強度データから読み取られた血管壁と思われる深さ位置候補、すなわち信号強度のピークのリストである（図６（２）、ピークＤ１〜Ｄ５参照）。
【００７９】
血管前後壁対候補ピークペアリスト５２８は、血管壁と思われる深さ位置候補の中から血管前後壁対とする前壁と後壁のペアを絞り込む過程で作成されるデータであって、前壁と仮定するピークと後壁と仮定するピークとの組み合わせのリストである。
【００８０】
ピーク間別平均信号強度５３０は、血管前後壁対候補ピークペアリスト５２８に登録されているピークのペア別に作成され、当該ペアのピーク間（図６（２）、ピーク間Ａｃ参照）の信号強度の統計値を格納する。
【００８１】
血管前後壁対データ５４０は、血管前後壁対別に用意され、前壁及び後壁のペアの各深さ位置や、当該血管前後壁対の血管の識別に必要な各種情報を格納する。本実施形態では超音波プローブ１８を頸動脈部に当てることを想定しているので、図１１の例では動脈と静脈の２つの血管前後壁対データ５４０を図示しているが、実際には超音波プローブ１８の走査範囲に含まれる血管の本数分記憶されることになる。
【００８２】
１つの血管前後壁対データ５４０は、例えば図１２に示すように、前壁信号強度ピーク深さ５４２と、後壁信号強度ピーク深さ５４４と、変径速度ピーク履歴データ５５０と、ピーク比平均値５６０と、動脈判定フラグ５６２とを含む。
【００８３】
前壁信号強度ピーク深さ５４２と後壁信号強度ピーク深さ５４４は、それぞれ前壁・後壁とみなされる信号強度のピークの深さ位置であって、動脈判定のためのトラッキング制御における第１の関心領域の座標および第２の関心領域の座標に相当する。
【００８４】
変径速度ピーク履歴データ５５０は、当該血管前後壁対を有する血管の心周期１拍分の変径速度波形の極値を格納する。１つの変径速度ピーク履歴データ５５０は、例えば、測定タイミング５５２と、血管径の変径速度最大値５５４と、変径速度最小値５５６とを格納する。
【００８５】
ピーク比平均値５６０は、変径速度ピーク履歴データ５５０毎に求められたピーク比（変径測度最大値５５４／変径速度最小値５５６）のさらに平均値を格納する。
【００８６】
動脈判定フラグ５６２は、動脈と判定されると「１」が格納されるフラグである。
【００８７】
[処理の流れの説明]
次に、血管直上走査線の検出から動脈判定処理までの各ステップにおける超音波測定装置１０の動作について説明する（図２参照）。
【００８８】
図１３は、本実施形態における超音波測定装置１０における血管直上走査線の検出処理の流れを説明するためのフローチャートである。
同処理に於いて、処理部２００は、先ず超音波振動子（走査線）毎に所定フレーム分、超音波ビームを送信しその反射波を受信する（ステップＳ２０）。これにより記憶部５００には反射波データ５１０（図１１参照）が記憶される。
【００８９】
次に、反射波データ５１０からフレーム間信号強度差積算値５２０（図５参照）を算出する（ステップＳ２２）。そして、所定基準値を超えるピークを得た超音波振動素子を血管直上走査線と判定し、該当する超音波振動素子に対応する走査線ＩＤを血管直上走査線リスト５２４（図１１参照）に登録し（ステップＳ２４）、血管直上走査線の検出処理を終了する。
【００９０】
図１４は、本実施形態における超音波測定装置１０における血管壁深さ位置候補の検出処理の流れを説明するためのフローチャートである。
同処理に於いて、処理部２００は血管直上走査線リスト５２４に登録されている血管直上走査線別に、当該走査線の反射波データ５１０から信号強度が所定の血管壁相当信号レベルＰｗ１（図５参照）を満たす局所的なピークを抽出し、血管直上走査線別に信号強度ピークリスト５２６を生成する（ステップＳ４０）。次いで、当該リストから最低基準深度Ｌｄを下回る信号強度のピークを除外して（ステップＳ４２）、血管壁深さ位置候補の検出処理を終了する。
【００９１】
図１５は、本実施形態における超音波測定装置１０における血管前後壁対の絞り込み処理の流れを説明するためのフローチャートである。
同処理に於いて、処理部２００は血管直上走査線リスト５２４に登録されている血管直上走査線毎にループＡを実行する（ステップＳ５０〜Ｓ５８）。
ループＡでは、処理部２００は先ず、処理対象とする血管直上走査線に対応する信号強度ピークリスト５２６を参照し、登録されているピークでペアを作り、ピーク間距離が所定の想定血管径条件を満たすペアを抽出して、血管前後壁対候補ピークペアリスト５２８を生成する（ステップＳ５２）。ここで言う、想定血管径条件とは、測定に適当とされる血管径の大まかな範囲を定めた条件であって事前の試験等で設定しておくものとする。
【００９２】
次に、血管前後壁対候補ピークペアリスト５２８に登録されているピークのペア毎にピーク間平均信号強度を算出し（ステップＳ５４）、当該ピーク間平均信号強度が所定の血管内腔相当信号レベルＰｗ２（図５参照）を超過するペアを血管前後壁対候補ピークペアリスト５２８から除外する（ステップＳ５６）。
【００９３】
更に、血管前後壁対候補ピークペアリスト５２８に登録されているピークのうち、ピーク間に他のピークが存在するペアをリストから除外して（ステップＳ５６）、ループＡを終了する（ステップＳ５８）。この段階で血管前後壁対候補ピークペアリスト５２８に残っているピークのペアが処理対象としている血管直上走査線における血管の前壁および後壁ということになる。
【００９４】
図１５は、本実施形態における超音波測定装置１０における動脈判定処理の流れを説明するためのフローチャートである。
同処理に於いて、処理部２００は先ず、血管前後壁対候補ピークペアリスト５２８に残っているピークのペア毎に、当該ペアのうち相対的に浅い位置（生体表面からの深度が小さい位置）のピークを前壁、深位置のピークを後壁とみなして血管前後壁対データ５４０（図１２参照）を生成する（ステップＳ７０）。
【００９５】
次いで、処理部２００は全ての血管前後壁対データ５４０の前壁信号強度ピーク深さ５４２と、後壁信号強度ピーク深さ５４４とを関心領域として、各関心領域の変位を所定心拍数分トラッキングする（ステップＳ７２）。既に記憶されている反射波データ５１０を用いるとしてもよい。そして、血管前後壁対毎に心周期１拍毎の血管径の変径速度のピークを算出し、変径速度ピーク履歴データ５５０を生成する（ステップＳ７４）。
【００９６】
次に、処理部２００は、血管前後壁対毎にピーク比平均値５６０を算出し（ステップＳ７６）、ピーク比が所定の閾値（本実施形態では「１．５」）以上の血管前後壁対を動脈と判定して動脈判定フラグ５６２を「１」に設定し、閾値未満の血管前後壁対を判定して動脈判定フラグ５６２を「０」に設定する（ステップＳ７８）。そして、ピーク比平均値５６０が最も大きい血管前後壁対を血管機能測定の対象動脈として設定し（ステップＳ８０）、動脈判定処理を終了する。
【００９７】
以上、本実施形態によれば、超音波プローブ１６の走査範囲Ａｓ（図３参照）の生体内組織から動脈を自動的に見つけ出し、当該動脈を対象として血管機能測定を実施することができる。オペレーターは、超音波プローブ１６をだいたい頸動脈のありそうなところに当てさえすればよく測定作業が大幅に省力化され、測定ミスも大幅に減らすことができる。
【００９８】
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、上記実施形態における変位速度は、適宜、変位加速度に置き換えることができる。
【符号の説明】
【００９９】
２…被検体、４…血管、４ｆ…前壁、４ｒ…後壁、４ｓ…横壁、５…動脈、６…静脈、１２…タッチパネル、１４…キーボード、１６…超音波プローブ、１８…超音波振動子、３０…処理装置、３１…制御基板、３２…ＣＰＵ、３３…記憶媒体、１００…操作入力部、１０２…超音波送受信部、２００…処理部、２０２…超音波測定制御部、２０４…駆動制御部、２０６…送受信制御部、２０８…受信合成部、２１０…トラッキング部、２２０…血管直上走査線検出部、２２２…位置候補検出部、２２４…壁検出部、２２６…種別判別部、２２８…血管機能測定制御部、２３０…測定結果記録表示制御部、２６０…画像生成部、３００…画像表示部、５００…記憶部、５０１…測定プログラム、５１０…反射波データ、５１２…走査線ＩＤ、５１４…測定フレーム、５１６…信号強度データ、５２０…フレーム間信号強度差積算値、５２４…血管直上走査線リスト、５２６…信号強度ピークリスト、５２８…血管前後壁対候補ピークペアリスト、５３０…ピーク間別平均信号強度、５４０…血管前後壁対データ、５４２…前壁信号強度ピーク深さ、５４４…後壁信号強度ピーク深さ、５５０…変径速度ピーク履歴データ、５５２…測定タイミング、５５４…変径速度最大値、５５６…変径速度最小、５６０…ピーク比平均値、５６２…動脈判定フラグ、５７０…血管機能測定データ、Ｌｄ…最低基準深度、Ｐｗ１…血管壁相当信号レベル、Ｐｗ２…血管内腔相当信号レベル
【図１】
2015139629.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
2015139629.tif 000010
【図１１】
2015139629.tif 000011
【図１２】
2015139629.tif 000012
【図１３】
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【図１４】
2015139629.tif 000014
【図１５】
2015139629.tif 000015
【図１６】
2015139629.tif 000016
【図５】
2015139629.tif 000017
【図６】
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