(57)【要約】【課題】  被験体への負担を軽減することができ、安定して血圧を検出することができるとともに、動脈内を流れる血流速度およびその分布を表示することができる血流状態モニタ装置を提供する。【解決手段】  血流状態モニタ装置１００は、生体内の血管に超音波パルスを送信し、前記血管によって反射された超音波エコーを受信して超音波エコー信号に変換する送信部１および受信部３と、超音波エコー信号の位相を解析して、血管の径を表す血管径の時間的変化を算出する血管径算出部５と、血管を流れる血液の最高血圧と最低血圧とを測定するカフ式血圧計７と、血管径算出部５によって算出された血管径の時間的変化とカフ式血圧計７によって測定された最高血圧と最低血圧とに基づいて、血管を流れる血液の血圧の時間的変化を表す血圧波形を算出するキャリブレーション演算部６とを具備する。【選択図】  図１
2005034543.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被験体内の血管に超音波信号を送信し、前記血管によって反射された超音波エコーを受信して超音波エコー信号に変換する超音波送受信手段と、
前記超音波エコー信号を解析して、前記血管の径を表す血管径の時間的変化を算出する血管径算出手段と、
あらかじめ取得された前記血管を流れる血液の最高血圧値と最低血圧値とを記憶する記憶手段と、
前記血管径算出手段によって算出された前記血管径の時間的変化と前記記憶手段に記憶された前記最高血圧と前記最低血圧とに基づいて、前記血管を流れる血液の血圧の時間的変化を表す血圧波形を算出するキャリブレーション演算手段とを具備することを特徴とする血流状態モニタ装置。
【請求項２】
前記超音波エコー信号に基づいて、前記血管を流れる血液の血流速度を算出する血流速度演算手段をさらに具備する、請求項１記載の血流状態モニタ装置。
【請求項３】
前記キャリブレーション演算手段は、前記血管径算出手段によって算出された前記血管径の時間的変化の最大値を前記カフ式血圧計によって測定された前記最高血圧に対応させ、前記血管径の時間的変化の最小値を前記記憶手段によって記憶された前記最低血圧に対応させることによって、前記血管径算出手段によって算出された前記血管径の時間的変化を血圧値に対応づける、請求項１記載の血流状態モニタ装置。
【請求項４】
前記血管径算出手段によって算出された前記血管径の時間的変化と、前記血流速度演算手段によって算出された前記血流速度とに基づいて、各心拍期間において前記血管を流れた血液の体積を表す血流体積を算出する血流体積算出手段をさらに具備する、請求項２記載の血流状態モニタ装置。
【請求項５】
前記キャリブレーション演算手段によって算出された前記血圧波形を表示する表示手段をさらに具備する、請求項１記載の血流状態モニタ装置。
【請求項６】
前記血流速度演算手段によって算出された前記血流速度を表示する表示手段をさらに具備する、請求項２記載の血流状態モニタ装置。
【請求項７】
前記超音波送受信手段は、前記被験体の皮膚の表面に対向するように設けられる超音波送受信素子部を含んでいる、請求項１記載の血流状態モニタ装置。
【請求項８】
前記超音波プローブは、前記血管径を検出するための血管径検出ビームを、前記血管を構成する血管壁に対して略垂直な方向に沿って送信する第１要素と、
前記血流速度を検出するための血流速度検出ビームを、前記第１要素から送信された前記血管径検出ビームと前記血管の内腔の略中央において交わるように送信する第２要素とを含んでいる、請求項２記載の血流状態モニタ装置。
【請求項９】
前記血管径検出ビームと前記血流速度検出ビームとは、交互に送信される、請求項８記載の血流状態モニタ装置。
【請求項１０】
前記超音波プローブは、前記血管に対して前記第２要素を傾斜させるために設けられた傾斜手段をさらに含んでいる、請求項８記載の血流状態モニタ装置。
【請求項１１】
被験体の血管に超音波信号を送信し、前記血管によって反射された超音波エコーを受信して超音波エコー信号に変換する超音波送受信手段と、
前記超音波エコー信号を解析して、前記血管の径を表す血管径の時間的変化を算出する血管径算出手段と、
あらかじめ取得された前記血管を流れる血液の最高血圧値と平均血圧値とを記憶する記憶手段と、
前記血管径算出手段によって算出された前記血管径の時間的変化と前記記憶手段記憶された前記最高血圧と前記平均血圧とに基づいて、前記血管を流れる血液の血圧の時間的変化を表す血圧波形を算出するキャリブレーション演算手段とを具備することを特徴とする血流状態モニタ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、医療器具の分野において、超音波を利用して血圧拍動に起因する生体内血管径を非侵襲的に測定して連続血圧値を求めるとともに、超音波エコーのドプラ解析により血流速度を求めることができる血流状態モニタ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の血流状態モニタ装置としては、特開平５−３８５８号公報に示すように、非侵襲的にリアルタイムで血圧を計測する構成が提案されている。この構成によれば、被験体の皮膚の外部から体表近くにある動脈に押し付けた圧力センサーによって脈波波形を検出し、同一の被験体に別途装着したカフ式血圧計によって計測した最高血圧および平均血圧に基づいて、脈波波形と血圧値とを対応付け、血圧波形をリアルタイムにモニタする。
【特許文献１】特開平５−３８５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら前述した従来の血流状態モニタ装置の構成では、血圧波形をリアルタイムに得るために、圧力センサーを動脈に一定の圧力によって押し付ける必要がある。このため、圧力センサーにかける力の大きさおよび方向を精密に制御するためにダイヤフラム等の構成要素を設ける必要がある。その結果、圧力センサー自体の小型化が困難となり、被験体への負担が大きくなるという問題がある。
【０００４】
また前述した従来の血流状態モニタ装置の構成では、血圧を計測することができるのみであって、動脈内を流れる血流速度を計測しようとすると、超音波診断装置等の血流速度を測定するための装置を別途設ける必要があるという問題があった。
【０００５】
本発明の目的は、被験体への負担を軽減することができ、安定して血圧を検出することができるとともに、動脈内を流れる血流速度およびその分布を表示することができる血流状態モニタ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る血流状態モニタ装置は、被験体内の血管に超音波信号を送信し、前記血管によって反射された超音波エコーを受信して超音波エコー信号に変換する超音波送受信手段と、前記超音波エコー信号を解析して、前記血管の径を表す血管径の時間的変化を算出する血管径算出手段と、あらかじめ取得された前記血管を流れる血液の最高血圧値と最低血圧値とを記憶する記憶手段と、前記血管径算出手段によって算出された前記血管径の時間的変化と前記記憶手段に記憶された前記最高血圧と前記最低血圧とに基づいて、前記血管を流れる血液の血圧の時間的変化を表す血圧波形を算出するキャリブレーション演算手段とを具備することを特徴とする。
【０００７】
本発明に係る他の血流状態モニタ装置は、被験体内の血管に超音波信号を送信し、前記血管によって反射された超音波エコーを受信して超音波エコー信号に変換する超音波送受信手段と、前記超音波エコー信号を解析して、前記血管の径を表す血管径の時間的変化を算出する血管径算出手段と、あらかじめ取得された前記血管を流れる血液の最高血圧値と平均血圧値とを記憶する記憶手段と、前記血管径算出手段によって算出された前記血管径の時間的変化と前記記憶手段に記憶された前記最高血圧と前記平均血圧とに基づいて、前記血管を流れる血液の血圧の時間的変化を表す血圧波形を算出するキャリブレーション演算手段とを具備することを特徴とする。
【０００８】
本発明に係る血流状態モニタ装置においては、血管径算出手段によって算出された血管径の時間的変化とカフ式血圧計によって測定された最高血圧と最低血圧とに基づいて、血管を流れる血液の血圧の時間的変化を表す血圧波形をキャリブレーション演算手段が算出する。このため、血管を流れる血液の血圧の時間的変化を正確に求めることができる。
【０００９】
本発明に係る血流状態モニタ装置では、前記超音波エコー信号に基づいて、前記血管を流れる血液の血流速度を算出する血流速度演算手段をさらに具備する。この構成により、血管を流れる血液の血流速度も測定することができるので、循環器系の生体情報モニタとしてより多くの情報を提供することができる。
【００１０】
本発明に係る血流状態モニタ装置では、前記キャリブレーション演算手段は、前記血管径算出手段によって算出された前記血管径の時間的変化の最大値を前記カフ式血圧計によって測定された前記最高血圧に対応させ、前記血管径の時間的変化の最小値を前記カフ式血圧計によって測定された前記最低血圧に対応させることによって、前記血管径算出手段によって算出された前記血管径の時間的変化を血圧値に対応づけることが。この構成により、簡単な構成によって血管径の時間的変化を血圧値に対応づけることができる。
【００１１】
本発明に係る血流状態モニタ装置では、前記血管径算出手段によって算出された前記血管径の時間的変化と、前記血流速度演算手段によって算出された前記血流速度とに基づいて、各心拍期間において前記血管を流れた血液の体積を表す血流体積を算出する血流体積算出手段をさらに具備する。この構成により、各心拍期間における血流体積をリアルタイムで計測することができ、循環器系の生体状態モニタとしてより多くの情報を取得することができる。
【００１２】
本発明に係る血流状態モニタ装置では、前記キャリブレーション演算手段によって算出された前記血圧波形を表示する表示手段をさらに具備する。この構成により、血圧波形をリアルタイムで表示することができ、循環器系の生体状態モニタとしてより多くの情報を表示することができる。
【００１３】
本発明に係る血流状態モニタ装置では、前記血流速度演算手段によって算出された前記血流速度を表示する表示手段をさらに具備することが好ましい。この構成により、血流速度をリアルタイムで表示することができ、循環器系の生体状態モニタとしてより多くの情報を表示することができるからである。
【００１４】
本発明に係る血流状態モニタ装置では、前記超音波送受信手段は、前記生体の皮膚の表面に対向するように設けられる超音波プローブを含んでいる。この構成により、生体内の血管に超音波パルスを送信し、血管によって反射された超音波エコーを受信して超音波エコー信号に変換するためである。
【００１５】
本発明に係る血流状態モニタ装置では、前記超音波プローブは、前記血管径を検出するための血管径検出ビームを、前記血管を構成する血管壁に対して略垂直な方向に沿って送信する第１要素と、前記血流速度を検出するための血流速度検出ビームを、前記第１要素から送信された前記血管径検出ビームと前記血管の内腔の略中央において交わるように送信する第２要素とを含んでいる。この構成により、血管の軸方向に沿った血流速度を検出することができる。
【００１６】
本発明に係る血流状態モニタ装置では、前記血管径検出ビームと前記血流速度検出ビームとは、交互に送信される。この構成により、互いの送信超音波の干渉を防ぐためである。
【００１７】
前記超音波プローブは、前記血管に対して前記第２要素を傾斜させるために設けられた傾斜手段をさらに含んでいる。この構成により、第１要素と第２要素とは、ともに単一振動子によって構成することができるので、超音波プローブを小型化することができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、被験体への負担を軽減することができ、安定して血圧を検出することができるとともに、動脈内を流れる血流速度およびその分布を表示することができる血流状態モニタ装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００２０】
（第１の実施の形態）
図１は、第１の実施の形態に係る血流状態モニタ装置１００の構成を示すブロック図である。血流状態モニタ装置１００は、送信部１を備えている。送信部１は、生体内の血管に送信するための超音波パルスを生成して超音波送受信部である超音波プローブ２へ供給する。
【００２１】
図２は、超音波プローブ２の構成を説明するための断面図である。超音波プローブ２は、被験体の体表３１の上に配置された超音波カップリング材３５を有している。超音波カップリング材３５は、水を主成分としたゲル等によって構成されていることが好ましい。さらに好ましくは、シート形状をしたゲルであって、体表３１との密着が持続するように粘着性を有するゲルによって構成する。
【００２２】
超音波プローブ２は、リニアアレイプローブであって、超音波ビームの位置および方向を制御するために微小な振動子が複数個一次元方向に配列された振動子の集合体である。図２に示す例では、動脈の前壁３２、動脈の後壁３３および動脈血管内腔３４によって構成される血管の軸方向と平行な図２に示す横方向に沿って振動子が配列されるように超音波プローブ２が配置されている。
【００２３】
超音波カップリング材３５の上には、プローブ部分要素３６ａとプローブ部分要素３６ｂとが互いに隣り合うように設けられている。プローブ部分要素３６ａは、動脈の前壁３２および動脈の後壁３３に対して略直角な方向に沿って血管径検出用超音波ビーム３７を照射する。プローブ部分要素３６ｂは、送信信号の位相を制御し、ビームフォーミング技術によって動脈血管内腔３４の略中央において血管径検出用超音波ビーム３７と交差するように速度検出用超音波ビーム３８を照射する。このように、速度検出用超音波ビーム３８は血管の軸方向に対して斜めに交差する方向に沿って照射されるので、血管の軸方向に沿った血流速度を検出することができる。
【００２４】
血管径検出用超音波ビーム３７と速度検出用超音波ビーム３８とは、互いの送信超音波の干渉を防ぐために交互に照射される。血管によって反射された血管径検出用超音波ビーム３７は、超音波プローブ２によって電気信号に変換され、各素子からの信号を遅延加算し、受信部３によって増幅されてデジタル信号に変換され、位相検波部４によって位相検波処理され、同相成分Ｉと直交成分Ｑとの複素ベースバンド信号に変換されて血管径算出部５へ供給される。
【００２５】
血管径算出部５は、血管径検出用超音波ビーム３７に基づいて血管前壁３２および血管後壁３３のエコー信号のトラッキング演算を行い、それらの距離差に基づいて、血管の径を表す血管径の時間的変化を算出する。
【００２６】
血流状態モニタ装置１００は、記憶手段１１を有し、あらかじめカフ式血圧計等で取得された被験体の最高血圧および最低血圧の測定値を記憶しており、キャリブレーション演算部６へ供給する。
【００２７】
キャリブレーション演算部６は、血管径波形の１心拍分に対して血管径最大値を記憶手段１１から読み出した最高血圧値に対応付け、血管径最小値を最低血圧値に対応付けて表示部８へ供給する。表示部８は、血圧値に換算された血管径波形を血圧波形として表示する。
【００２８】
血管によって反射された速度検出用超音波ビーム３８は、超音波プローブ２によって電気信号に変換され、受信部３によって増幅されてデジタル信号に変換され、位相検波部４によって位相検波処理され、同相成分Ｉと直交成分Ｑとの複素ベースバンド信号に変換されてウォールフィルタ９へ供給される。
【００２９】
ウォールフィルタ９は、速度検出用超音波ビーム３８から血流からの反射成分のみを抽出するために、ハイパスフィルタリング処理を行い、その出力信号をＦＦＴ演算部１０へ供給する。ＦＦＴ演算部１０は、ウォールフィルタ９からの出力の周波数解析を高速フーリエ変換演算によって行う。ＦＦＴ演算部１０による周波数解析結果は表示部８に送出され、キャリブレーション演算部６からの血圧出力とともに血流速度波形が表示される。なお、位相検波部４は、後工程が１系統（ウォールフィルタ９側、血管径算出部５側）あることから、それぞれ個別に設けてもよい。この場合、演算量が減ることから、コンパクト化、コストダウンが図れる。
【００３０】
図３（ａ）および図３（ｂ）は、実施の形態１に係る血流状態モニタ装置１００によって測定された血圧および血流速度を示す波形図である。図３（ａ）を参照すると、表示部８において表示される波形２１は、キャリブレーション演算部６からの血圧波形であって、血圧値の時間的変化を表している。図３（ｂ）を参照すると、表示部８において表示される波形２２は、ＦＦＴ演算部１０からの血流速波形を示しており、高速フーリエ変換演算結果の周波数を縦軸に取り、高速フーリエ変換演算結果のパワーを輝度として濃淡表示し、その画像の時間的変化を示している。このように、血圧波形と血流速波形とを同期させて同一画面上において表示することができる。
【００３１】
以上のように、本発明の第１の実施の形態に係る血流状態モニタ装置によれば、超音波エコーを用いて血管径を測定することによって血圧を非浸襲でリアルタイムに測定することができると同時に、超音波エコーを用いて同一の血管中を流れる血流速度情報も測定することができる。例えば、被験体の血圧が下がった場合に、血流速度波形を見ることによって十分な血液が末梢に送られているか否かを判断することができるので、より的確な処置が可能となる。
【００３２】
また、血圧も血流速度も超音波に基づいて測定するため、超音波の送信部、受信部および位相検波部を共用することができる。従って、被験体に取り付ける超音波センサーの小型化および血流状態モニタ装置の小型化が容易になるという効果を奏する。なお、超音波プローブ２は、リニアアレイプローブとしたが、コンベックスアレイ、コンケーブ形状、２次元配列のアレイでもよい。さらに、本実施の形態において、キャリブレーションを行うに当たり、記憶手段に記憶された最高血圧値と最低血圧値とを基準としたが、カフ式血圧計からの測定値をオンラインでほぼリアルタイムにデータ転送するようにしてもよい。
【００３３】
（第２の実施の形態）
図４は、第２の実施の形態に係る血流状態モニタ装置１００Ａの構成を示すブロック図である。第１の実施の形態において図１を参照して前述した血流状態モニタ装置１００の構成要素と同一の構成要素には同一の参照符号を付している。従って、これらの構成要素の詳細な説明は省略する。前述した血流状態モニタ装置１００と異なる点は、超音波プローブ２の替わりに超音波プローブ２Ａを備えている点である。
【００３４】
図５は、超音波プローブ２Ａの構成を説明するための断面図である。第１の実施の形態において図２を参照して前述した構成要素と同一の構成要素には同一の参照符号を付している。従って、これらの構成要素の詳細な説明は省略する。
【００３５】
超音波プローブ２Ａは、超音波カップリング材３５の上に設けられた血管径測定用振動子４３ａと、血管径測定用振動子４３ａの隣に設けられた傾斜手段であるスタンドオフ４０ｃとを有している。スタンドオフ４０ｃには、血管径測定用振動子４３ａとは反対側に斜面が形成されている。スタンドオフ４０ｃの斜面の角度は鋭角部（α）で１０°程度でもいいが、血流をより正確に測定するためには、３０°程度が好ましい。スタンドオフ４０ｃに形成された斜面には、血流速度測定用振動子４０ｂが設けられている。スタンドオフ４０ｃは、超音波を減衰させない水を主成分としたゲル、または（ブタジエン）ゴム材等を主な成分とする材質によって構成されている。
【００３６】
血管径測定用振動子４３ａは、動脈の前壁３２および動脈の後壁３３に対して略直角な方向に沿って血管径検出用超音波ビーム３７を照射する。血流速度測定用振動子４０ｂは、動脈血管内腔３４の略中央において血管径検出用超音波ビーム３７と交差するように速度検出用超音波ビーム３８を照射する。
【００３７】
スタンドオフ４０ｃに形成された斜面に設けられた血流速度測定用振動子４０ｂは、超音波カップリング材３５の上に設けられた血管径測定用振動子４３ａと同様に、その表面に垂直な方向に沿って超音波ビームを照射する。このため、血管径測定用振動子４３ａおよび血流速度測定用振動子４０ｂは、共に単一振動子によって構成することができる。従って、血管径測定用振動子４３ａおよび血流速度測定用振動子４０ｂにおいて、超音波ビームの送信部および受信部の回路構成を単純化することができる。
【００３８】
このようにスタンドオフ４０ｃを設けることによって、速度検出用超音波ビーム３８は血管の軸方向に対して斜めに交差する方向に沿って照射されるので、血管の軸方向に沿った血流速度を検出することができる。
【００３９】
以上のように実施の形態２によれば、超音波プローブを２個の単一振動子とスタンドオフとによって構成することができる。このため、超音波プローブを小型化することができる。さらに、超音波ビームの送信部および受信部の回路構成を単純化することができる。従って、血流状態モニタ装置を小型化および低価格化することができる。
【００４０】
（第３の実施の形態）
図６は、第３の実施の形態に係る血流状態モニタ装置１００Ｂの構成を示すブロック図である。第１の実施の形態において図１を参照して前述した血流状態モニタ装置１００の構成要素と同一の構成要素には同一の参照符号を付している。従って、これらの構成要素の詳細な説明は省略する。前述した血流状態モニタ装置１００と異なる点は、ＦＦＴ演算部１０の替わりにＦＦＴ演算部１０Ｂを備えている点である。
【００４１】
図７は、血流状態モニタ装置１００Ｂに設けられた超音波プローブ２から発信された超音波によって血流量を算出する方法を説明するための断面図である。トラッキングによって得られた血管径をＤとし、血管径検出用超音波ビーム３７と速度検出用超音波ビーム３８とが交差する角度をθとする。
【００４２】
速度検出用超音波ビーム３８の進行方向に沿って血管の中心から距離Ｒだけ離れた位置における血流速度をｖ（Ｒ，ｔ）とすると、単位時間あたりの流量Ｆ（ｔ）は、下記に示す（式１）によって計算することができる。
【００４３】
【数１】
2005034543.tif 000003
【００４４】
血流速度ｖ（Ｒ，ｔ）を求めるためには、速度検出用超音波ビーム３８に基づくエコーを深さ方向に沿って複数個サンプリングし、それぞれのサンプリング点においてＦＦＴ計算を行えばよい。
【００４５】
さらに、単位時間あたりの流量Ｆ（ｔ）を心拍時間で時間積分すると、心拍ごとの血流量Ｖｏｌを求めることができる。
【００４６】
図８（ａ）、図８（ｂ）および図８（ｃ）は、血流状態モニタ装置１００Ｂによって測定された血圧、血流量および血流速度を示す波形図である。血圧波形２１、心拍ごとの血流量波形６１および血流速度波形２２は、同一の画面に表示される。心拍ごとの血流量は、１心拍ごとに１回算出されるので、図８（ｂ）に示すように血流量波形６１は１心拍期間ごとに直線として表示される。
【００４７】
心拍期間は、別途設置した心電図によって求めることができる。また、血管径波形もしくは血流速度波形の急激な立ち上がりを検出することによって心臓の収縮期タイミングを捉えることが可能であり、これらの波形に基づいて心拍期間を求めることも可能である。
【００４８】
以上のように本発明の第３の実施の形態に係る血流状態モニタ装置によれば、血圧および血流量が表示可能であり、被験体の血流状態をより詳細にモニタすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明は、血流速度を求めるための医療機器に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】実施の形態１に係る血流状態モニタ装置の構成を示すブロック図
【図２】実施の形態１に係る血流状態モニタ装置に設けられた超音波プローブの構成を説明するための断面図
【図３】実施の形態１に係る血流状態モニタ装置によって測定された血圧および血流速度を示す波形図
【図４】実施の形態２に係る血流状態モニタ装置の構成を示すブロック図
【図５】実施の形態２に係る血流状態モニタ装置に設けられた超音波プローブの構成を説明するための断面図
【図６】実施の形態３に係る血流状態モニタ装置の構成を示すブロック図
【図７】実施の形態３に係る血流状態モニタ装置に設けられた超音波プローブから発信された超音波の経路を説明するための断面図
【図８】実施の形態３に係る血流状態モニタ装置によって測定された血圧、血流量および血流速度を示す波形図
【符号の説明】
【００５１】
１  送信部
２  超音波プローブ
３  受信部
４  位相検波部
５  血管径算出部
６  キャリブレーション演算部
７  カフ式血圧計
８  表示部
９  ウォールフィルタ
１０  ＦＦＴ演算部
１００  血流状態モニタ装置
【図１】
2005034543.tif 000004
【図２】
2005034543.tif 000005
【図３】
2005034543.tif 000006
【図４】
2005034543.tif 000007
【図５】
2005034543.tif 000008
【図６】
2005034543.tif 000009
【図７】
2005034543.tif 000010
【図８】
2005034543.tif 000011