(57)【要約】【課題】従来の技術による諸問題を解決するため、精密かつ安全な頭蓋内圧の測定システムを提供する。【解決手段】頭蓋内に存在する造影剤による複数のマイクロバブルからの信号を受信し当該頭蓋内の圧力を測定する頭蓋内圧測定システムであって、前記マイクロバブルの領域に所定の周波数帯域における超音波発射信号を発する発射モジュールと、前記マイクロバブルからの反響信号を探知する受信モジュールと、前記受信モジュールと接続される信号処理モジュールであって、当該信号処理モジュールは、前記反響信号に対してスペクトル分析を行い、帯域幅が前記発射信号と近い低周波応答を取得する低周波取得ユニットと、前記低周波応答の特性を利用して前記マイクロバブルの共振周波数を計算する共振周波数計算ユニットと、前記共振周波数と前記造影剤の性質に基づいて前記マイクロバブルの寸法と前記領域の圧力を計算する圧力計算ユニットと、を含む信号処理モジュールとを含む。【選択図】図２
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【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
頭蓋内に存在する造影剤による複数のマイクロバブルからの信号を受信し当該頭蓋内の圧力を測定する頭蓋内圧測定システムであって、
前記マイクロバブルの領域に所定の周波数帯域における超音波発射信号を発する発射モジュールと、
前記マイクロバブルからの反響信号を探知する受信モジュールと、
前記受信モジュールと接続される信号処理モジュールであって、当該信号処理モジュールは、前記反響信号に対してスペクトル分析を行い、帯域幅が前記発射信号と近い低周波応答を取得する低周波取得ユニットと、前記低周波応答の特性を利用して前記マイクロバブルの共振周波数を計算する共振周波数計算ユニットと、前記共振周波数と前記造影剤の性質に基づいて前記マイクロバブルの寸法と前記領域の圧力を計算する圧力計算ユニットと、を含む信号処理モジュールと、
を含み、
前記共振周波数計算ユニットは、前記低周波応答の帯域幅パラメーターと強度パラメーターに基づいて前記マイクロバブルの共振周波数を計算する、
ことを特徴とする頭蓋内圧測定システム。
【請求項２】
前記帯域幅パラメーターは、帯域幅を前記発射信号の中心周波数で割ることによって正規化されることを特徴とする請求項１記載の頭蓋内圧測定システム。
【請求項３】
前記強度パラメーターは、低周波応答を前記発射信号の最大強度で割ることによって正規化されることを特徴とする請求項１記載の頭蓋内圧測定システム。
【請求項４】
前記圧力計算ユニットは、前記マイクロバブルの前記共振周波数と前記寸法との関係により、前記マイクロバブルの前記寸法を計算することを特徴とする請求項１記載の頭蓋内圧測定システム。
【請求項５】
前記マイクロバブルの前記共振周波数と前記寸法との積が一定値であることを特徴とする請求項４記載の頭蓋内圧測定システム。
【請求項６】
造影剤による複数のマイクロバブルからの信号を受信し圧力を測定する超音波圧力測定システムであって、
前記マイクロバブルの領域に所定の周波数帯域における超音波発射信号を発する発射モジュールと、
前記マイクロバブルからの反響信号を探知する受信モジュールと、
前記受信モジュールと接続される信号処理モジュールであって、当該信号処理モジュールは、前記反響信号に対してスペクトル分析を行い、帯域幅が発射信号と近い低周波応答を取得する低周波取得ユニットと、前記低周波応答の特性を利用して前記マイクロバブルの共振周波数を計算する共振周波数計算ユニットと、前記共振周波数と前記造影剤の性質に基づいて前記マイクロバブルの寸法と前記領域の圧力を計算する圧力計算ユニットと、を含む信号処理モジュールと、
を含み、
前記共振周波数計算ユニットは、前記低周波応答の帯域幅パラメーターと強度パラメーターに基づいて前記マイクロバブルの共振周波数を計算する、
ことを特徴とする音波圧力測定システム。
【請求項７】
前記帯域幅パラメーターは、帯域幅を前記発射信号の中心周波数で割ることによって正規化されることを特徴とする請求項６記載の超音波圧力測定システム。
【請求項８】
前記強度パラメーターは、低周波応答を前記発射信号の最大強度で割ることによって正規化されることを特徴とする請求項６記載の超音波圧力測定システム。
【請求項９】
前記圧力計算ユニットは、前記マイクロバブルの前記共振周波数と前記寸法との関係により、前記マイクロバブルの前記寸法を計算することを特徴とする請求項６記載の超音波圧力測定システム。
【請求項１０】
前記マイクロバブルの前記共振周波数と前記寸法との積が一定値であることを特徴とする請求項９記載の超音波圧力測定システム。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この考案は頭蓋内圧の測定システムに関し、特に超音波造影剤並びに信号処理技術を利用した非侵入型頭蓋内圧測定システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
外傷性頭蓋内血腫、頭蓋内腫瘍、出血性脳血管障害、脳膜炎、先天性頭蓋奇形などの疾病にかかった場合、頭蓋内圧が高くなって脳膜、血管もしくは神経が圧迫され、頭痛、嘔吐などの症状が生じるのみならず、視神経乳頭水腫により失明に至る場合もありうる。そのため、頭蓋内圧の増加を早期に発見して治療することの重要性は言うまでもない。【０００３】
頭蓋内圧の測定は臨床的には頭痛、嘔吐などの症状を参考とするほか、精密な測定方法によることが多い。一般は、（１）腰椎穿刺で脳脊髄液を取得して分析する、（２）レントゲン撮影で脳回圧痕、縫合離開、頭蓋骨内板薄化、トルコ鞍増大などを検査する、または（３）脳超音波検査などの方法が利用されている。【０００４】
そのうち（１）は侵入型測定であって感染と患者適応性の問題があり、（２）は非侵入型測定であるが効果が一定ではない。（３）の脳超音波検査は頭蓋骨による遮蔽のため、応答信号が弱い欠点を有する。【０００５】
超音波検査を改善するため、血液またはリンパ液に造影剤を注入して検査する方法は開発されている。当該方法は、マイクロバブルを利用して反響を増強することによって、信号品質を高める。【０００６】
図１を参照する。造影剤を利用した超音波検査の反響は、基本応答１１と、第二高調波応答１２と、低調波応答１３を有することが分析される。第二高調波応答１２と低調波応答１３はマイクロバブル発生に非線形反応を呈しており、マイクロバブルを発生するためにはより高い音圧を要する。そのうち低調波応答１３が要求する音圧は最も高い。【０００７】
基本応答は血流または周辺組織からも発見できるため、対比と識別に利用することができない。【０００８】
第二高調波応答は周波数が高いため、頭蓋骨を透過すると著しく減衰する。のみならず、哺乳類動物の場合、その組織からも第二高調波応答は発見できるため、血液、リンパ液と周辺組織を区別するには向いていない。【０００９】
低調波応答について、アメリカ合衆国第6,302,845号特許は、従来の超音波システムと相まって、造影剤を利用して心臓または門静脈の圧力を判断する方法を掲げている。当該特許では、種々の圧力に伴うマイクロバブルによる低調波応答の差を根拠にして圧力値を判断する。しかし、低調波応答を発生するため音圧を高くすれば、マイクロバブルも破裂しやすくなる。したがって、この方法を頭蓋内圧の測定に使用すれば、検査の安全性に問題がないわけでもない。
【考案の開示】
【考案が解決しようとする課題】
【００１０】
この考案は前述の問題を解決するため、精密かつ安全な頭蓋内圧の測定システムを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この考案は、造影剤注入によって複数のマイクロバブルが形成した頭蓋骨内部領域に対して行う頭蓋内圧測定システムを提供する。該システムは、当該領域に一定周波数帯域にある超音波発射信号を発する発射モジュールと、マイクロバブルからの反響信号を探知する受信モジュールと、受信モジュールと接続される信号処理モジュールとを含む。そのうち信号処理モジュールは、反響信号に対してスペクトル分析を行い、帯域幅が発射信号のそれと近い低周波応答を取得する低周波取得ユニットと、低周波応答の特性を利用してマイクロバブルの共振周波数を計算する共振周波数計算ユニットと、共振周波数と造影剤の性質を根拠にしてマイクロバブルの寸法と領域の圧力値を計算する圧力計算ユニットとを含む。【００１２】
この考案は更に、造影剤注入によって複数のマイクロバブルが形成した目的領域に対して行う超音波圧力測定システムを提供する。該システムは、目的領域に一定周波数帯域にある超音波発射信号を発する発射モジュールと、マイクロバブルからの反響信号を探知する受信モジュールと、受信モジュールと接続される信号処理モジュールとを含む。そのうち信号処理モジュールは、反響信号に対してスペクトル分析を行い、帯域幅が発射信号のそれと近い低周波応答を取得する低周波取得ユニットと、低周波応答の特性を利用してマイクロバブルの共振周波数を計算する共振周波数計算ユニットと、共振周波数と造影剤の性質を根拠にしてマイクロバブルの寸法と領域の圧力値を計算する圧力計算ユニットとを含む。
【考案の効果】
【００１３】
この考案によるシステムは反響のうち低周波応答のみ取ることによって、頭蓋骨の遮蔽を最低限におさめ、マイクロバブルの破裂を防ぎ、従来の技術より安全、精密かつ経済的な頭蓋内圧測定システムを提供する。
【考案を実施するための最良の形態】
【００１４】
かかるシステムの特徴を詳述するために、具体的な実施例を挙げ、図示を参照にして以下に説明する。【００１５】
図２を参照する。この考案による方法は、静脈注射で造影剤を注入して頭蓋骨の内部領域内の血液にマイクロバブルを発生し、よって当該領域の圧力を測定するものである。【００１６】
頭蓋内圧測定システムは、超音波探触子２１と、超音波探触子２１と接続される発射モジュール２２と受信モジュール２３と、受信モジュール２３と接続される信号処理モジュール２０とを含む。信号処理モジュール２０は、フィルターユニット２４と、低周波取得ユニット２５と、共振周波数計算ユニット２６と、圧力計算ユニット２７とを含む。【００１７】
図３を参照する。この考案による頭蓋内圧測定方法は以下の通りである。【００１８】
ステップ３１： 発射モジュール２２が駆動信号を発生して超音波探触子２１に送信する。超音波探触子２１は頭部のいずれかの部位と接触する。【００１９】
ステップ３２：超音波探触子２１が駆動信号に応じて超音波発射信号を発する。発射信号は頭蓋骨を透過して頭蓋内の血管に達する。発射信号は高音圧でなくてもかまわず、その中心周波数を一般の２−１０ＭＨｚと、信号帯域幅を中心周波数の１０−４０％とすることができる。この実施例では中心周波数を３．２５ＭＨｚと、帯域幅を中心周波数の２０％とする。【００２０】
ステップ３３：超音波探触子２１がマイクロバブルの反響信号を探知して受信モジュール２３に送信する。【００２１】
ステップ３４：受信モジュール２３が反響信号を信号処理モジュール２０のフィルターユニット２４に送信して濾過し、反響信号の品質を向上させる。【００２２】
ステップ３５：図４を参照する。低周波取得ユニット２５がフィルターユニット２４からの反響信号を受信してスペクトル分析を行う。反響信号の周波数分布により、発射周波数の中心周波数と帯域幅に相当する基本応答４１と、直流部分に近い低周波応答４２とを取得し、更にバンドパスフィルターで低周波応答４２を取得する。当該低周波応答４２の帯域幅は基本応答４１の帯域幅と近いである。【００２３】
ステップ３６：信号処理モジュール２０の共振周波数計算ユニット２６が低周波応答の帯域幅、強度などをパラメーターとして、下記の式１を利用してマイクロバブルの共振周波数を計算する。【００２４】
式１【００２５】
【数１】
0003143459.tif 000003
そのうちＰ＝ｐＬ／ｐＦ（ｐＬ：低周波数応答強度、ｐＦ：基本応答強度ピーク値）、即ち正規化された低周波数応答強度である。【００２６】
そのうちＰ＝ｐＬ／ｐＦ（ｐＬ：低周波応答強度、ｐＦ：基本応答強度ピーク値）、即ち正規化された低周波応答強度である。【００２７】
ｐ：発射音圧【００２８】
【数２】
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（ｆ０：共振周波数、Δｆ：帯域幅）
Ｂｅ＝Δｆ／ｆｃ（ｆｃ：基本応答の中心周波数）、即ち正規化された低周波応答帯域幅である。【００２９】
式１によって図５のような共振周波数―帯域幅関係図を作成することができる。図において横軸は共振周波数ｆ０を示し、その単位はＭＨｚであり、縦軸は正規化された帯域幅Ｂｅを示す。閉鎖的な等高曲線は正規化強度Ｐを示す。【００３０】
図５によれば、帯域幅を中心周波数の２０％とする場合、反響の低周波応答４２の強度によりマイクロバブルの共振周波数を算出することができる。【００３１】
ステップ３７：信号処理モジュール２０の圧力計算ユニット２７がステップ３６で算出された共振周波数によって、下記の式２を利用してマイクロバブルの寸法を計算する。【００３２】
式２【００３３】
【数３】
0003143459.tif 000005
そのうちｆ０は共振周波数を示し、その単位はＭＨｚであり、Ｒ０はマイクロバブルの直径を示し、その単位はμｍである。【００３４】
式２は造影剤の性質によるものである。この実施例で掲げられる造影剤を使用すれば、マイクロバブルの直径と共振周波数の積は恒等的に３．２である。この積の値は造影剤の種類によって異なる。【００３５】
ステップ３８：マイクロバブルの寸法は環境圧力によって変化するため、信号処理モジュール２０の圧力計算ユニット２７はステップ３７で算出されたマイクロバブルの寸法によって頭蓋内部領域の圧力値を計算する。【００３６】
前述をまとめれば、この考案による頭蓋内圧の測定システムは以下の特長を有する。【００３７】
（１）この考案によるシステムは非侵入型測定であるため、術後の傷口ないし感染の問題がなく、あらゆる類型の患者に適する。【００３８】
（２）この考案によるシステムはその他の補助設備を要求せず、従来の超音波システムを利用するのみで測定できる。【００３９】
（３）反響のうち低周波応答しか取らないため、頭蓋骨の遮蔽を最低限におさめる。そのため、この考案による超音波探触子は、従来の眼窩、こめかみに限らず、頭部のいかなる部位に使用することが可能である。【００４０】
（４）反響の低周波応答は低音圧発射のみで発生するため、マイクロバブル破裂の問題がなく、安全性を保証できる。【００４１】
（５）反響の低周波応答をとって計算することは、従来の基本応答と第二高調波応答と比べ、血流と周辺組織を識別しやすいのみならず、低周波であるため可視範囲も従来より深い。低調波応答と比べれば、マイクロバブルの維持期間が長く、観察に有利である。【００４２】
なお、前述造影剤は血管に注入するに限らず、筋肉を通してリンパ液に注入しても、リンパ液が通る領域の圧力を測定することもできる。更に、この考案の利用する低周波応答は高音圧を必要とせず、減衰率も極めて低いので、哺乳類動物の心臓、門静脈の圧力測定にも利用できる。更に建築物、海洋魚類探測にも利用することが可能である。【００４３】
以上はこの考案に好ましい実施例であって、この考案の実施の範囲を限定するものではない。よって、当業者のなし得る修正、もしくは変更であって、この考案の精神の下においてなされ、この考案に対して均等の効果を有するものは、いずれもこの考案の特許請求の範囲に属するものとする。【００４４】
この考案は前述の通り、従来の技術より安全、精密かつ経済的な頭蓋内圧測定システムを提供する。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】従来の技術による超音波反響信号のスペクトル図である。
【図２】この考案による頭蓋内圧測定システムのブロック図である。
【図３】この考案による頭蓋内圧測定方法のフローチャートである。
【図４】この考案による超音波反響信号のスペクトル図である。
【図５】マイクロバブルの共振周波数と反響信号の帯域幅と強度の関係図である。
【符号の説明】
【００４６】
１１、４１    基本応答
１２          第二高調波応答
１３、４２    低調波応答
２０          信号処理モジュール
２１          超音波探触子
２２          発射モジュール
２３          受信モジュール
２４          フィルターユニット
２５          低周波取得ユニット
２６          共振周波数計算ユニット
２７          圧力計算ユニット
【図１】
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【図２】
0003143459.tif 000007
【図３】
0003143459.tif 000008
【図４】
0003143459.tif 000009
【図５】
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