(57)【要約】      （修正有）【課題】動脈と静脈を識別することが可能な超音波診断装置を提供する。【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Ｓ２、当該走査線の受信信号に基づいて血管の前壁及び後壁とおぼしき深さ位置の候補を検出するＳ４。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Ｓ６、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Ｓ８、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Ｓ１０。【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を送信し、反射した超音波を受信する制御を行う送受信制御部と、
前記受信に係るタイミングが異なる受信信号の組み合わせに基づいて、前記血管の第１壁及び第２壁を検出する血管壁検出部と、
前記第１壁と第２壁との間隔の時間的変化を用いて、前記血管を判別する血管判別部と、
を備えた超音波測定装置。
【請求項２】
生体表面に沿った異なる位置での前記受信信号の組み合わせを自己相関した相関値を用いて、前記超音波が前記血管を透過する血管直上位置を検出する血管直上位置検出部、
を更に備えた請求項１に記載の超音波測定装置。
【請求項３】
異なる深さ位置での前記受信信号の組み合わせを自己相関した前記相関値を用いて、前記血管の深さ位置を検出する深さ位置検出部、
を更に備えた請求項１又は２に記載の超音波測定装置。
【請求項４】
前記血管判別部は、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１〜３の何れか一項に記載の超音波測定装置。
【請求項５】
前記血管判別部によって前記血管が動脈と判別された場合に、当該血管の前記第１壁及び第２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１〜４の何れか一項に記載の超音波測定装置。
【請求項６】
血管に対して超音波を送信し、反射した超音波を受信する制御を行うことと、
前記受信に係るタイミングが異なる受信信号の組み合わせに基づいて、前記血管の第１壁及び第２壁を検出することと、
前記第１壁と第２壁との間隔の時間的変化を用いて、前記血管を判別することと、
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。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。
【０００６】
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】
【０００７】
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を送信し、反射した超音波を受信する制御を行う送受信制御部と、前記受信に係るタイミングが異なる受信信号の組み合わせに基づいて、前記血管の第１壁及び第２壁を検出する血管壁検出部と、前記第１壁と第２壁との間隔の時間的変化を用いて、前記血管を判別する血管判別部と、を備えた超音波測定装置である。
【０００８】
また、他の発明として、血管に対して超音波を送信し、反射した超音波を受信する制御を行うことと、前記受信に係るタイミングが異なる受信信号の組み合わせに基づいて、前記血管の第１壁及び第２壁を検出することと、前記第１壁と第２壁との間隔の時間的変化を用いて、前記血管を判別することと、を含む超音波測定方法を構成しても良い。
【０００９】
この第１の発明等によれば、血管の第１壁と第２壁との間隔、すなわち血管径の時間的変化を用いて、例えば動脈といった血管を判別することができる。また、血管の第１壁及び第２壁は、超音波の受信に係るタイミングが異なる受信信号の組み合わせに基づいて検出される。血管の動き（脈動）は、血管の周囲の生体組織の動きに比較して大きい。このため、受信に係るタイミングが異なる受信信号は、血管の第１壁や第２壁からの反射波を含むか否かによって異なる。このことから、血管の第１壁及び第２壁を検出することが可能となる。
【００１０】
また、第２の発明として、第１の発明の超音波測定装置であって、生体表面に沿った異なる位置での前記受信信号の組み合わせを自己相関した相関値を用いて、前記超音波が前記血管を透過する血管直上位置を検出する血管直上位置検出部、を更に備えた超音波測定装置を構成しても良い。
【００１１】
この第２の発明によれば、生体表面に沿った異なる位置での受信信号の組み合わせを自己相関した相関値を用いて、超音波が血管を透過する血管直上位置が検出される。血管の動き（脈動）は血管の周囲の生体組織の動きに比較して大きいため、受信信号を自己相関演算した相関値は、受信信号に血管の第１壁や第２壁からの反射波を含むか否かによって異なる。このことから、受信信号に基づく相関値を用いて、血管直上位置が検出される。
【００１２】
また、第３の発明として、第１又は第２の発明の超音波測定装置であって、異なる深さ位置での前記受信信号の組み合わせを自己相関した相関値を用いて、前記血管の深さ位置を検出する深さ位置検出部、を更に備えた超音波測定装置を構成しても良い。
【００１３】
この第３の発明によれば、異なる深さ位置での受信信号の組み合わせを自己相関した相関値を用いて、血管の深さ位置が検出される。血管の動き（脈動）は血管の周囲の生体組織の動きに比較して大きいため、受信信号を自己相関演算した相関値は、受信信号に血管の第１壁や第２壁からの反射波を含むか否かによって異なる。このことから、受信信号に基づく相関値を用いて、血管の深さ位置が検出される。
【００１４】
また、第４の発明として、第１〜第３の何れかの発明の超音波測定装置であって、前記血管判別部は、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、超音波測定装置を構成しても良い。
【００１５】
この第４の発明によれば、血管の第１壁と第２壁との間隔、すなわち血管径の拡大方向及び縮小方向それぞれの時間的変化を用いて血管の種別が判別される。これにより、例えば、血管の周囲の生体組織の状態によって第１壁及び第２壁のうち一方が殆ど動かないような特異な条件下であっても、血管の種別の正しい判別を実現できる。
【００１６】
また、第５の発明として、第１〜第４の何れかの発明の超音波測定装置であって、前記血管判別部によって前記血管が動脈と判別された場合に、当該血管の前記第１壁及び第２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、を更に備えた超音波測定装置を構成しても良い。
【００１７】
この第５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。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】生体情報測定装置のシステム構成図。
【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】超音波測定の説明図。
【図４】反射波の受信信号の一例。
【図５】血管直上走査線（超音波振動子）の検出の説明図。
【図６】血管壁深さ位置候補の検出の説明図。
【図７】血管径の変化波形例。
【図８】動脈径の変径速度波形の一例。
【図９】静脈径の変径速度波形の一例。
【図１０】超音波測定装置の機能構成図。
【図１１】記憶部の構成図。
【図１２】血管前後壁対データのデータ構成例。
【図１３】血管直上走査線の検出処理のフローチャート。
【図１４】血管壁深さ位置候補の検出処理のフローチャート。
【図１５】血管前後壁対の絞り込み処理のフローチャート。
【図１６】動脈判定処理のフローチャート。
【図１７】走査線−信号強度グラフの一例。
【図１８】受信信号の相関値に基づく血管壁深さ位置候補の検出の説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
［システム構成］
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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）を設定し、当該関心領域を異なるフレーム間で追跡することで変位を算出する、いわゆる「トラッキング」を行うことができる。
【００２４】
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いえる。）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の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。従って、超音波が血管を透過する位置（振動子又は走査線）を血管直上走査線と言うこともできる。
【００２５】
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。また、この血管の前壁及び後壁のうち、一方が第１壁であり、他方が第２壁である。
【００２６】
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。
【００２７】
［原理の説明］
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
図４は、ある１つの超音波振動子１８の位置における反射波の受信信号の例を示すグラフである。図４（１）は、各超音波振動子１８における受信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。横軸は超音波振動子１８の配列方向すなわち走査線方向であり、縦軸は深さ方向である。図４（２）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（３）は、その次の第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。
【００３１】
超音波振動子１８による超音波の送信方向（透過方向。図４（１）において破線で示す方向）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（２）及び図４（３）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。
【００３２】
また、各深さでの信号強度をフレーム間で比較すると、血管の前壁及び後壁に相当する深さ位置での信号強度に変動が生じている。これは、血管が脈動しているからである。なお、血管以外の生体組織も僅かながら拍動等の影響で動いているので、多少の信号強度の変動が生じるが、血管（より詳細には、血管の前壁や後壁）ほどの大きな変動ではない。
【００３３】
本実施形態では、ある１つの超音波振動子１８について信号強度に血管（前壁及び後壁）と思われる特徴が現れているからといって、直ちに当該超音波振動子１８が血管直上にあると判断するのではなく、異なるフレーム間の受信信号強度を自己相関演算処理することで受信信号強度の変動の程度を取り出し、血管直上の超音波振動子１８すなわち「血管直上走査線」を決定する。
【００３４】
図５は、フレーム間の受信信号強度の相関演算処理による血管直上走査線の検出を説明する図である。図５（１）は、Ｂモード画像であり、図５（２）は、連続する２フレーム間での各超音波振動子１８における受信信号強度の相関値を示したグラフである。相関値は「０．０〜１．０」の範囲に正規化し、１．０が同一を示している。
【００３５】
ある１つの超音波振動子１８における連続する２フレーム間の受信信号の相関値は、当該超音波振動子１８の下方に血管が無い場合には、時間経過による生体組織の動きが無い或いは殆ど無いため、各深さ位置の信号強度に変化が生じない或いはあったとしても少ないため、大きな値となる。一方、血管が有る場合には、脈動によって血管の前壁及び後壁の深さ位置が変動するため、相関値が小さくなる。つまり、図５（２）のグラフに示すように、血管中心の直上にある超音波振動子１８ほど、その相関値が小さくなる。このため、相関値が所定の条件を満たした超音波振動子を、血管直上にある超音波振動子１８、すなわち血管直上走査線と判定する。より具体的には、図５（２）のグラフにおいて、極小値に対応する超音波振動子１８を、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。
【００３６】
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。
【００３７】
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（図６では、５つのピーク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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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か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。
【００４２】
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、図７（１）が動脈血管径のグラフ、図７（２）が静脈血管径のグラフである。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
[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、超音波送受信部１１０と、操作入力部１２０と、表示部１３０と、処理部２００と、記憶部３００とを備える。
【００５０】
超音波送受信部１１０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。
【００５１】
操作入力部１２０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。
【００５２】
表示部１３０は、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）等の表示装置によって実現され、処理部２００からの表示信号に基づく各種表示を行う。図１では、タッチパネル１２がこれに該当する。
【００５３】
処理部２００は、例えば、ＣＰＵやＧＰＵ（Graphics Processing Unit）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１２０からの操作入力信号、超音波送受信部１１０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。
【００５４】
本実施形態では、処理部２００は、超音波測定制御部２１０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２３０と、血管壁検出部２４０と、血管判別部２５０と、血管機能測定制御部２６０とを有する。
【００５５】
超音波測定制御部２１０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２１２と、送受信制御部２１４と、受信合成部２１６と、トラッキング部２１８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２１０は公知技術により実現できる。
【００５６】
駆動制御部２１２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２１４へ出力する。
【００５７】
送受信制御部２１４は、駆動制御部２１２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１１０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１１０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２１６へ出力することができる。
【００５８】
受信合成部２１６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３２０を生成する。
【００５９】
図１１に示すように、反射波データ３２０は、フレーム毎に生成される。１つの反射波データ３２０は、該当する測定フレームＩＤ３２２と、走査線ＩＤ３２４それぞれに対応する深さ−信号強度データ３２６とを格納している。
【００６０】
トラッキング部２１８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。
【００６１】
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）。血管直上走査線の検出においては、連続する２フレーム分の測定が行われると、全ての超音波振動子について、当該２フレーム間の反射波受信信号（深さ−信号強度データ３２６）の相関値を求め、フレーム間信号強度相関値３３０として記憶する。そして、相関値が極小値であり且つ所定の基準値以下である超音波振動子（走査線）を、血管直上走査線として検出する。血管直上走査線と検出された走査線ＩＤは、血管直上走査線リスト３４０として記憶される。
【００６２】
なお、フレーム間信号強度相関値３３０の算出方法は別の方法を採用してもよい。例えば、超音波振動子毎に、連続する２フレーム分の超音波測定が行われる毎に相関演算（自己相関演算）を行って相関値を算出することを繰り返し、当該相関値の所定時間分（所定フレーム数分）の平均値或いは中央値等としても良い。
【００６３】
血管壁深さ位置候補検出部２３０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６参照）。血管壁深さ位置候補の検出においては、血管直上走査線毎に、当該走査線の反射波受信信号（深さ−信号強度データ３２６）から、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を抽出し、信号強度ピークリスト３５０を生成する。
【００６４】
血管壁検出部２４０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）。血管の前壁及び後壁の検出においては、信号強度ピークリスト３５０に格納されている信号強度のピーク、すなわち血管壁と思われる深さ位置候補の中から、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を生成し、血管前後壁対候補ピークペアリスト３６０として記憶する。次いで、生成した前壁及び後壁と仮定するピークのペアそれぞれについて、当該ペアのピーク間の信号強度の統計値を算出し、ピーク間信号強度統計値データ３７０として記憶する。そして、ピークのペアそれぞれについて、当該ペアのピーク間の信号強度の統計値が血管前後壁対相当条件を満たすペアを絞り込み、血管の“前後壁対”として検出する。
【００６５】
血管判別部２５０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）。
【００６６】
血管機能測定制御部２６０は、血管判別部２５０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。
【００６７】
記憶部３００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３００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３００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。
【００６８】
そして、記憶部３００は、図１１に示すように、測定プログラム３１０と、反射波データ３２０と、フレーム間信号強度相関値３３０と、血管直上走査線リスト３４０と、信号強度ピークリスト３５０と、血管前後壁対候補ピークペアリスト３６０と、ピーク間信号強度統計値データ３７０と、血管前後壁対データ３８０と、血管機能測定データ３９０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。
【００６９】
処理部２００は、測定プログラム３１０を読み出して実行することにより、超音波測定制御部２１０や、血管直上走査線検出部２２０、血管壁深さ位置候補検出部２３０、血管壁検出部２４０、血管判別部２５０、血管機能測定制御部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。
【００７０】
図１２は、血管前後壁対データ３８０のデータ構成例を示す図である。血管前後壁対データ３８０は、血管前後壁対毎に生成され、前壁信号強度ピーク深さ３８１と、後壁信号強度ピーク深さ３８２と、変径速度ピーク履歴データ３８３と、ピーク比平均値３８７と、動脈判定フラグ３８８とを含む。
【００７１】
前壁信号強度ピーク深さ３８１と後壁信号強度ピーク深さ３８２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。
【００７２】
変径速度ピーク履歴データ３８３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３８３は、例えば、測定タイミング３８４と、血管径の変径速度最大値３８５と、変径速度最小値３８６とを格納する。
【００７３】
ピーク比平均値３８７は、変径速度ピーク履歴データ３８３毎に求められたピーク比（＝変径測度最大値３８５／変径速度最小値３８６）のさらに平均値を格納する。
【００７４】
動脈判定フラグ３８８は、動脈と判定されると「１」が格納されるフラグである。
【００７５】
[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）。
【００７６】
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３００には反射波データ３２０（図１１参照）が記憶される。
【００７７】
次に、反射波データ３２０からフレーム間信号強度相関値３３０（図５，図１１参照）を算出する（ステップＳ２２）。そして、相関値が所定基準値以下となる極小値が得られ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３４０（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。
【００７８】
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３４０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３２０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３５０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。
【００７９】
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３４０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Ｓ６０〜Ｓ６６）。
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３５０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３６０を生成する（ステップＳ６０）。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。
【００８０】
次に、血管前後壁対候補ピークペアリスト３６０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Ｓ６２）、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６（３）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３６０から除外する（ステップＳ６４）。
【００８１】
更に、血管前後壁対候補ピークペアリスト３６０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Ｓ６６）、ループＡを終了する。この段階で血管前後壁対候補ピークペアリスト３６０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。
【００８２】
図１６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３６０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３８０（図１２参照）を生成する（ステップＳ８０）。
【００８３】
次いで、処理部２００は全ての血管前後壁対データ３８０の前壁信号強度ピーク深さ３８１と、後壁信号強度ピーク深さ３８２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Ｓ８２）。既に記憶されている反射波データ３２０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３８３を生成する（ステップＳ８４）。
【００８４】
次に、処理部２００は、血管前後壁対毎にピーク比平均値３８７を算出し（ステップＳ８６）、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３８８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３８８を「０」に設定する（ステップＳ８８）。そして、ピーク比平均値３８７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Ｓ９０）、動脈判定処理を終了する。
【００８５】
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。
【００８６】
［変形例］
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。
【００８７】
（Ａ）血管の深さ位置候補の検出
また、血管壁深さ位置候補の検出を、受信信号強度の相関演算によって行うこととしても良い。具体的には、深さ位置それぞれについて、異なるフレーム間の受信信号強度を相関演算処理することで受信信号強度の変動の程度を取り出し、血管の深さ位置を検出する。
【００８８】
詳細に説明する。
図１７は、ある１つの深さ位置における受信信号強度を説明する図である。図１７（１）は、各超音波振動子の測定結果から得られるＢモード画像であり、図１７（２）は、図１７（１）のＢモード画像から得られる「走査線−信号強度グラフ」であって、第１フレームと、その次の第２フレームとのそれぞれにおけるグラフを示している。「走査線−信号強度グラフ」は、ある一定の深さ位置について、走査線方向に沿った受信信号強度を示すグラフである。上述のように、血管があれば、その前壁或いは後壁にかかる強い反射波が検出される。図１７（２）においては、血管の前壁に係る強い反射波が現れている。また、受信信号強度をフレーム間で比較すると、血管が脈動しているために、血管位置に相当する走査線位置での信号強度に変動が生じている。
【００８９】
図１８は、フレーム間の信号強度の相関演算処理による血管の深さ位置の検出を説明する図である。図１８（１）は、Ｂモード画像であり、図１８（２）は、連続する２フレーム間での各深さ位置における受信信号強度の相関値を示したヒストグラムである。相関値は「０．０〜１．０」の範囲で正規化した値である。
【００９０】
ある深さ位置における、連続する２フレーム間の受信信号強度のグラフの相関値は、当該深さ位置に血管が無い場合には、受信信号強度の変動がほぼ生じないため、相関値は大きい。一方、血管が有る場合には、その血管の走査線位置に相当する部分の受信信号強度が変動するため、相関値が小さくなる。上述のように、受信信号強度は超音波振動子による測定結果であり、血管の前壁及び後壁に係る反射波は強く検出されるが、横壁に係る反射波は弱い。つまり、図１８（２）のヒストグラムに示すように、血管の前壁及び後壁の深さ位置において、その相関値が小さくなる。これにより、図１８（２）のヒストグラムにおいて、相関値が極小値に対応する深さ位置を、血管の前壁及び後壁の深さ位置と判定する。図１８では、深さ位置Ｆ１，Ｆ２がこれに該当する。
【符号の説明】
【００９１】
２  被検体、４  血管、４ｆ  前壁、４ｒ  後壁、４ｓ  横壁、５  動脈、６  静脈、１０  超音波測定装置、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、１１０…超音波送受信部、１２０  操作入力部、１３０  表示部、２００  処理部、２１０  超音波測定制御部、２１２  駆動制御部、２１４  送受信制御部、２１６  受信合成部、２１８…トラッキング部、２２０…血管直上走査線検出部、２３０  血管壁深さ位置候補検出部、２４０  血管壁検出部、２５０  血管判別部、２６０  血管機能測定制御部、３００  記憶部、３１０  測定プログラム、３２０  反射波データ、３３０  フレーム間信号強度相関値、３４０  血管直上走査線リスト、３５０  信号強度ピークリスト、３６０  血管前後壁対候補ピークペアリスト、３７０ピーク間信号強度統計データ、３８０  血管前後壁対データ、３９０  血管機能測定データ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図１７】
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【図１８】
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