(57)【要約】  【課題】  末梢動脈、表在性動脈以外の動脈における加速度脈波を測定可能にする。  【解決手段】  送信部１からのパルス信号がプローブ２により超音波に変換され、被検体に照射され、被検体内で反射した血管壁からのエコー信号がプローブにて電気信号に変換される。移動速度算出部４が超音波エコー信号を解析して心拍による血管壁の移動速度を算出し、加速度脈波算出部５が血管壁移動速度の時間微分を行い加速度脈波を算出する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
生体内に超音波パルスを送信し、生体血管壁からの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、
前記超音波送受信手段により生成された超音波エコー信号を解析し、心拍による血管壁の移動速度を算出する血管壁移動速度算出手段と、
前記血管壁移動速度算出手段により算出された血管壁移動速度の時間微分を行い加速度脈波を算出する加速度脈波算出手段とを、
有する加速度脈波測定装置。
【請求項２】
前記血管壁移動速度算出手段は、
血管の外壁の移動速度を算出する第１の血管壁移動速度算出手段と、
血管の内壁の移動速度を算出する第２の血管壁移動速度算出手段と、
前記第１、第２の血管壁移動速度算出手段によりそれぞれ算出された外壁の血管壁移動速度と内壁の血管壁移動速度との差分を計算し、血管径の変化速度を求める差分計算手段とを有し、
前記加速度脈波算出手段は、前記差分計算手段からの出力の時間微分を行い加速度脈波を算出するよう構成されている請求項１に記載の加速度脈波測定装置。
【請求項３】
前記血管壁移動速度算出手段は、
血管の外壁の移動速度を算出する第１の血管壁移動速度算出手段と、
血管の内壁の移動速度を算出する第２の血管壁移動速度算出手段とを有し、
前記加速度脈波算出手段は、
前記第１の血管壁移動速度算出手段により算出された外壁の血管壁移動速度の時間微分を算出する第１の時間微分手段と、
前記第２の血管壁移動速度算出手段により算出された内壁の血管壁移動速度の時間微分を算出する第２の時間微分手段と、
前記第１の時間微分手段からの出力と第２の時間微分手段からの出力との差を算出することで加速度脈波を算出する差分手段とを有する請求項１に記載の加速度脈波測定装置。
【請求項４】
前記血管壁移動速度算出手段及び前記加速度脈波算出手段を複数有し、プロセッサが前記複数の前記血管壁移動速度算出手段及び前記加速度脈波算出手段の各々の出力に基づいて複数箇所の加速度脈波の波形を解析するよう構成されている請求項１から３のいずれか１つに記載の加速度脈波測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、医療用器具の分野において加速度脈波を測定する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
加速度脈波は、心臓の拍動機能と血管の弾性特性の関数であり、例えば下記の特許文献１に示されるように、近年、循環器系の診断や、血管の老化度合いの評価、動脈硬化度合いの評価などの評価尺度パラメータとして重要視されてきている。加速度脈波は、脈波を検出し、その波形を時間に関して２回微分することで得られる。また、脈波を検出する方法としては、光電脈波法、カフ内圧脈波法がある。
【特許文献１】特開２００２−２３８８６７号公報（要約書）
【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、前記従来の方法のうち、光電脈波法は、光の透過量の変化を検出するものであるため、測定部位が指先などの末梢の組織に限定されてしまうという問題があった。また、カフ内圧脈波法は、圧力センサーを動脈に押しつけて動脈圧を直接測定するため、測定部位は表在性の動脈に限定されるという問題があった。一方、循環器系の診断を正確に行うには、末梢動脈、表在性動脈以外の動脈の加速度脈波の検出が必要である。
【０００４】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、末梢動脈、表在性動脈以外の動脈における加速度脈波を測定可能な加速度脈波装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は上記目的を達成するために、生体内に超音波パルスを送信し、生体血管壁からの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、
前記超音波送受信手段により生成された超音波エコー信号を解析し、心拍による血管壁の移動速度を算出する血管壁移動速度算出手段と、
前記血管壁移動速度算出手段により算出された血管壁移動速度の時間微分を行い加速度脈波を算出する加速度脈波算出手段とを、
有する構成とした。
この構成により、生体内深部に存在する血管壁の移動加速度が検出可能となり、加速度脈波の測定が可能となる。
【０００６】
また本発明は、前記血管壁移動速度算出手段は、
血管の外壁の移動速度を算出する第１の血管壁移動速度算出手段と、
血管の内壁の移動速度を算出する第２の血管壁移動速度算出手段と、
前記第１、第２の血管壁移動速度算出手段によりそれぞれ算出された外壁の血管壁移動速度と内壁の血管壁移動速度との差分を計算し、血管径の変化速度を求める差分計算手段とを有し、
前記加速度脈波算出手段は、前記差分計算手段からの出力の時間微分を行い加速度脈波を算出する構成とした。
この構成により、血管の直径変化の加速度が測定可能であり、また、血管が並進運動をしている場合でも正確な加速度脈波を測定することができる。
【０００７】
また本発明は、前記血管壁移動速度算出手段は、
血管の外壁の移動速度を算出する第１の血管壁移動速度算出手段と、
血管の内壁の移動速度を算出する第２の血管壁移動速度算出手段とを有し、
前記加速度脈波算出手段は、
前記第１の血管壁移動速度算出手段により算出された外壁の血管壁移動速度の時間微分を算出する第１の時間微分手段と、
前記第２の血管壁移動速度算出手段により算出された内壁の血管壁移動速度の時間微分を算出する第２の時間微分手段と、
前記第１の時間微分手段からの出力と第２の時間微分手段からの出力との差を算出することで加速度脈波を算出する差分手段とを有する構成とした。
この構成により、血管の直径の加速度が測定可能であり、また、血管が並進運動をしている場合でも正確な加速度脈波を測定することができる。
【０００８】
また本発明は、前記血管壁移動速度算出手段及び前記加速度脈波算出手段を複数有し、プロセッサが前記複数の前記血管壁移動速度算出手段及び前記加速度脈波算出手段の各々の出力に基づいて複数箇所の加速度脈波の波形を解析する構成とした。
この構成により、生体内深部に存在する複数箇所の血管壁の移動加速度が検出可能となり、加速度脈波の測定が可能となる。
【発明の効果】
【０００９】
以上説明したように本発明によれば、超音波エコーを用いて加速度脈波を測定するので、光の透過量の測定が困難な大きな組織中の動脈や、圧力センサーを押しつけることが困難な深部の動脈の加速度脈波の測定が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
＜第１の実施の形態＞
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る加速度脈波測定装置のブロック図を示している。送信部１は、定められた時間間隔で送信パルス信号を生成し、送信部１からのパルス信号は、プローブ２により超音波に変換され、図示しない被検体に照射される。超音波を照射する被検体部位には加速度脈波を測定したい血管壁が含まれている。プローブ２は親水性のゲルなどを用いて被検体（体表面）に密着させる。被検体内で反射した血管壁（血管の体表面側の壁＝外壁、体表面から遠い側の壁＝内壁）からのエコー信号は、プローブ２にて電気信号に変換され、受信部３に入力される。受信部３は入力された血管壁からのエコー信号を増幅し、ディジタル信号に変換する。
【００１１】
ディジタル化された血管壁からのエコー信号は移動速度算出部４に入力され、移動速度算出部４は各送信パルスに対するエコー信号波形が、互いにどの程度ずれているか（ズレ量）を演算し、図２（ａ）に示すように送信パルスの時間間隔における移動距離を算出する。送信パルスの時間間隔における移動距離（＝単位時間当りの移動距離＝移動速度）は、加速度脈波算出部５により微分演算されて、図２（ｂ）に示すように単位時間あたりの加速度に変換され、その時間波形が波形表示部６にて表示される。なお、ディジタル信号を演算する移動速度算出部４、加速度脈波算出部５は、１つ若しくは複数のプロセッサにて実現することも可能である。
【００１２】
移動速度算出部４での演算について説明する。
・時刻Ｔ1で発生させた送信パルスに対する受信エコー信号をｅ1（ｘ）
・時刻Ｔ2で発生させた送信パルスに対する受信エコー信号をｅ2（ｘ）
とする。ここで、ｘはエコー反射体のプローブ表面からの距離を表す。注目する血管壁が、時刻Ｔ1で距離ｘ0の位置にあったとすると、時刻Ｔ2において、どの程度血管壁が移動したかを知るために、受信エコー信号ｅ1（ｘ）とｅ2（ｘ）の相関計算を次式（１）により行う。
【００１３】
【数１】
2005118304.tif 000003
【００１４】
ここで、ａは積分区間を決めるもので、超音波の送信波長程度とするのがよい。Ｒ12を最大にするδをδ12とすると、δ12が、時刻Ｔ1、Ｔ2間での血管壁の移動量となり、その移動速度ｖ12は、
ｖ12＝δ12／（Ｔ2−Ｔ1）  …（２）
【００１５】
次に加速度脈波算出部５の演算について説明する。時刻Ｔ1、Ｔ2間での移動速度をｖ12、時刻Ｔ2、Ｔ3間での移動速度をｖ23とすると、平均的には時刻（Ｔ1＋Ｔ2）／２での速度をｖ12、時刻（Ｔ2＋Ｔ3)／２での速度をｖ23とみなせるので、その間の平均加速度α2は、単位時間あたりの速度変化として、
α2＝（ｖ23−ｖ12）／（Ｔ3−Ｔ1）／２  …（３）
で計算できる。
【００１６】
以上のように、本発明の第１の実施の形態に係る加速度脈波測定装置によれば、超音波エコーを用いて血管壁の所定時間差での移動距離を測定し、さらに時間微分することで、血管壁の加速度すなわち加速度脈波が測定可能となる。また、超音波エコーを用いた計測であるため、光の透過量の測定が困難な大きな組織中の動脈や、圧力センサーを押しつけることが困難な深部の動脈の加速度脈波を測定することが可能となる。
【００１７】
＜第２の実施の形態＞
図３は、本発明の第２の実施の形態に係る加速度脈波測定装置のブロック図を示している。第１の実施の形態の構成要素と異なるものは、位相検波部１０と移動速度算出部１１のみであるので、この２つの構成要素のみ詳細な説明をする。
【００１８】
位相検波部１０は、受信部３からのエコー信号に対し、超音波のキャリア周波数を持ち、互いに９０°位相のずれた正弦波を乗算し、ローパスフィルタ処理するもので、エコー信号を複素ベースバンド信号Ｅ（ｘ）に変換する。エコー信号を複素ベースバンド信号とすることで、エコー信号の移動量（ズレ量）は、複素ベースバンド信号の位相差として表される。
【００１９】
移動速度算出部１１は、複素ベースバンド信号の位相差を計算することで、速度を算出する。時刻Ｔ1で発生させた送信パルスに対する受信エコー信号の複素ベースバンド信号をＥ1(ｘ)、時刻Ｔ2で発生させた送信パルスに対する受信エコー信号の複素ベースバンド信号をＥ2(ｘ)とする。注目する血管壁が、時刻Ｔ1で距離ｘ0の位置にあったとすると、時刻Ｔ2における移動量Δは、
Δ＝angle（Ｅ2(ｘ0)＊conj（Ｅ1(ｘ0)）  …（４）
で計算される。ここで、conj(C)は複素数Ｃの共役複素を表し、angle(C)は複素数Ｃの位相角を表す。また、ｘ0近傍のデータを用い、複素乗算結果を平均化した後、アークタンジエント計算をすることで、演算結果をより安定させることが可能である。
【００２０】
以上のように、本発明の第２の実施の形態に係る加速度脈波測定装置によれば、移動速度算出部における演算に相関関数の演算を含まないため演算処理の簡素化が可能で、より小型の加速度脈波測定装置の実現が可能となる。
【００２１】
＜第３の実施の形態＞
図４は、本発明の第３の実施の形態に係る加速度脈波測定装置のブロック図を示している。第１の実施の形態の構成要素と異なるものは、移動速度算出部２０及び減算器２１のみである。図５に、注目する血管３４と超音波走査線３７の関係を示す。図５において超音波の送受を行なうプローブ２は、被検体の体表３１を介して被検体内に超音波送受信を行う。超音波走査線３７が血管外壁３２と交差する位置を外壁着目点３５、超音波走査線３７が血管内壁３３と交差する位置を内壁着目点３６とする。
【００２２】
移動速度算出部２０は、外壁着目点３５と、内壁着目点３６での移動速度を求め、差分計算手段として機能する減算器２１ヘ出力する。減算器２１は血管外壁３２の移動速度と血管内壁３３の移動速度の差分を計算し、加速度脈波算出部５に出力する。これにより、加速度脈波算出部５は血管外壁３２と血管内壁３３の速度差を計算するので、より正確に血管３４の直径変化を算出することが可能となり、正確な加速度脈波の測定が可能となる。なお、加速度脈波算出部５が血管外壁３２、血管内壁３３の血管壁移動速度の時間微分を算出し、これらの差を算出することで加速度脈波を算出するようにしてもよい。
【００２３】
＜第４の実施の形態＞
図６は、本発明の第４の実施の形態に係る加速度脈波測定装置のブロック図を示している。第１の実施の形態の構成要素と異なるものは、移動速度算出部４０、加速度脈波算出部４１、プロセッサ４２が設けられている点である。
【００２４】
移動速度算出部４０は、複数の血管の血管壁での移動速度を求め、加速度脈波算出部４１ヘ出力する。加速度脈波算出部４１は複数の移動速度波形を時間微分し、複数の加速度脈波波形を算出する。プロセッサ４２は、複数の加速度脈波波形から各波形の形状分析を行うなどの処理を施し、操作者により選択された波形を波形表示部６にて表示する。これにより、複数箇所の加速度脈波波形の比較が可能となり、病変の早期発見が可能となる。また、波形解析をプロセッサ４２が行うことでより的確な波形診断が可能となる。なお、移動速度算出部４０、加速度脈波算出部４１、プロセッサ４２の演算をすべて１つのプロセッサにて行うことも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００２５】
本発明によれば、超音波エコーを用いて加速度脈波を測定するので、光の透過量の測定が困難な大きな組織中の動脈や、圧力センサーを押しつけることが困難な深部の動脈の加速度脈波の測定が可能となるので、本発明は医療や医療用器具の製造分野などで有用である。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る加速度脈波測定装置のブロック図
【図２】（ａ）本発明の第１の実施の形態に係る速度波形を示した波形図  （ｂ）本発明の第１の実施の形態に係る加速度脈波を示した波形図
【図３】本発明の第２の実施の形態に係る加速度脈波測定装置のブロック図
【図４】本発明の第３の実施の形態に係る加速度脈波測定装置のブロック図
【図５】本発明の第３の実施の形態に係る超音波走査線と血管壁の位置を示した説明図
【図６】本発明の第４の実施の形態に係る加速度脈波測定装置のブロック図
【符号の説明】
【００２７】
１  送信部
２  プローブ
３  受信部
４、１１、２０、４０  移動速度算出部（血管移動速度算出手段）
５、４１  加速度脈波算出部（加速度脈波算出手段）
６  波形表示部
１０  位相検波部
２１  減算器（差分計算手段）
３１  体表
３２  血管外壁
３３  血管内壁
３４  血管
３５  外壁着目点
３６  内壁着目点
３７  超音波走査線
４２  プロセッサ
【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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