(57)【要約】【課題】  プロセストモグラフィーによって血流の可視化画像を再構成し、その再構成画像によって血流速・血流量を計測すること。【解決手段】  大腿部１３の周囲に距離ΔＬ離してセンサ２１１，２１２を配置してある。両センサは、夫々多数の電極２２を備えている。電気抵抗計測部３１１，３１２は、電極２２の電極を２個ずつ順次組合わせて電極間の電気抵抗を計測して、センサ２１１，２１２に囲まれた大腿部１３の各断面の電気伝導率を計測する。ＣＴ画像再構成部３２１，３２２は、その電気伝導率に基づいて各断面の電気伝導率分布に対応する断層画像を再構成する。相関評価部３４は、両ＣＴ画像再構成部の再構成画像を比較して相関を評価する。流速・流量計測部３５は、相関が高い再構成画像に基づいて赤血球１４が距離ΔＬを移動した時間を求め、その移動時間と距離ΔＬにより血流速を計測する。その血流速と血管の断面積から血流量を計測する。【選択図】                図１
2005040353.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気抵抗を計測する複数の電極を備え、血管を含む体の周囲に血液の移動方向へ所定距離離して配置するセンサを２個以上有し、その２個以上のセンサにより各センサに囲まれた断面の電気抵抗を計測し、その電気抵抗から電気伝導率を求め、その電気伝導率に基づいて前記各断面の断層画像を再構成し、その両断面の再構成画像を比較して相関性を評価し、相関性が高い再構成画像に基づいて血液が前記２個以上のセンサの間を移動する移動時間を求め、その移動時間と前記２個以上のセンサの距離とによって血流速を求めることを特徴とする血流速計測装置。
【請求項２】
電気抵抗を計測する複数の電極を備え、血管を含む体の周囲に血液の移動方向へ所定距離離して配置するセンサを２個以上有し、その２個以上のセンサにより各センサに囲まれた断面の電気抵抗を計測し、その電気抵抗から電気伝導率を求め、その電気伝導率に基づいて前記各断面の断層画像を再構成し、その両断面の再構成画像を比較して相関性を評価し、相関性が高い再構成画像に基づいて血液が前記２個以上のセンサの間を移動する移動時間を求め、その移動時間と前記２個以上のセンサの距離とによって血流速を求め、その血流速と血管の断面積とにより血流量を求めることを特徴とする血流量計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、プロセストモグラフィーを用いた血流速・血流量計測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来血流速の計測には、一般に電磁式血流速計が多く用いられているが、最近は画像処理技術を用いたものが提案されている。その一つに粒子画像計測法（ＰＩＶ）を応用した例がある。粒子画像計測法は、流れに微細なトレーサ粒子を混入し、その流れにシート状の光を照射して可視化し、その流れの同一の位置をテレビカメラ等により所定の時間間隔で撮影し、その撮影した多数の画像をコンピュータによって処理し、画像の相関性を評価して相関性が高い画像に基づいてトレーサ粒子の移動距離と移動時間を求めてトレーサ粒子（流れ）の速度を計算する計測法である。
図３は、従来の粒子画像計測法を用いた血流速計測装置の概要を示す。（例えば非特許文献１の２９４頁参照。）
麻酔したラット５１を開腹して小腸の一部を露出し、顕微鏡６３のステージ６２に載置した灌流恒温槽（図示せず）にその露出した小腸を広げ、その小腸の血管５２に光源６１から光を照射し、顕微鏡６３によって小腸の血管５２を観察する。顕微鏡６３の観察像は、ＣＣＤカメラ等のテレビカメラ６４により所定の時間間隔で撮影し、コンピュータ６５のメモリーに蓄積する。なおこの場合血流のトレーサ粒子は、赤血球である。コンピュータ６５は、メモリーに蓄積した画像を処理して相関性を評価し、相関性の高い画像に基づいて血管５２の血流速を計算する。なお画像の相関性の評価は、例えば画像相関法によって行う。
【０００３】
図４は、従来のプロセストモグラフィーの概要を示す図である。（特許文献１参照。）
図４（ａ）は、図４（ｂ）のＹ２−Ｙ２部分の矢印方向の断面図、図４（ｂ）は、図４（ａ）のＹ１−Ｙ１部分の矢印方向の断面図である。
プロセストモグラフィーは、被検体の断面の誘電率等に基づき、コンピュータ断層法（ＣＴ）によって断層画像を再構成する装置で、図６は、流体の輸送管等の管内の断層画像を再構成するプロセストモグラフィーの例である。
【０００４】
流体の輸送管等の管１１の内部は、混相流、例えば粒子１２と空気の固気二相流（或いは固液二相流）が矢印Ｚ方向に移動している。固気二相流は、時間とともに粒子１２の密度が変化する非定常流である。管１１の周囲には、センサ２１を装着してある。センサ２１は、ｎ個の電極２２１〜２２ｎを備え、各電極にはリード線２３を接続してある。各電極のリード線２３は、静電容量計測部３１に接続している。静電容量計測部３１は、２個の電極を順次組み合わせて、電極２２１−２２２，２２１−２２３，・・・，２２１−２２ｎ、２２２−２２３，２２２−２２４，・・・，２２２−２２ｎ、・・・、２２ｎ−１−２２ｎの組合せからなるコンデンサを形成する。
【０００５】
静電容量計測部３１は、前記のように順次コンデンサを形成して、各コンデンサの静電容量を計測し、その静電容量に基づいて誘電率を求める。その誘電率は、管１１のセンサ２１に囲まれた空間、即ち管１１のＺ方向に垂直な断面の誘電率の分布に対応し、その空間の粒子１２の濃度分布に対応している。なお前記電極の組合せにより各電極間の電気抵抗を計測し、電気伝導率を求めることもできる。
【０００６】
ＣＴ画像再構成部３２は、前記誘電率に基づき、コンピュータにより管１１のセンサ２１に囲まれた空間の誘電率分布画像（ＣＴ画像）を再構成する。その再構成された画像は、管１１の断層画像で、粒子１２の濃度分布に対応する濃度（輝度）或いは色により表現する。再構成された画像は、表示部３３に表示し、必要に応じてメモリーに蓄積する。
以上のようにプロセストモグラフィーは、コンピュータによって断層画像を再構成するから、高速で流れの断層画像を再構成でき、非定常流の可視化、画像化に適している。
【０００７】
【特許文献１】特開２００１−５６３４２号公報
【非特許文献１】社団法人可視化情報学会編「ＰＩＶハンドブック」、森北出版株式会社、平成２年７月２０日（例えばＰ．５，２９４）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従来の粒子画像計測法を用いた血流速計測装置は、血流速を計測する血管を体外に露出させなければならず、手術を行わずに体外から計測することができない。また血管内の血流に光を照射して赤血球を撮影しなければならないから、計測できる血管は、光を透過する管壁の薄いものに限られる。光が透過しない血管の場合は、血管に窓を形成しその窓をガラスで覆う等の手術が必要になる。したがって従来の粒子画像計測法を用いた血流速計測装置は、実験室で利用できるが、医療現場で使用することは困難であった。
【０００９】
本願発明は、前記従来の粒子画像計測法を用いた血流速計測装置の問題点を解決するため、前記のプロセストモグラフィーを応用して体外から血流速や血流量を計測できる血流速・血流量計測装置を提供することを目的する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項１に記載の血流速計測装置は、電気抵抗を計測する複数の電極を備え、血管を含む体の周囲に血液の移動方向へ所定距離離して配置するセンサを２個以上有し、その２個以上のセンサにより各センサに囲まれた断面の電気抵抗を計測し、その電気抵抗から電気伝導率を求め、その電気伝導率に基づいて前記各断面の断層画像を再構成し、その両断面の再構成画像を比較して相関性を評価し、相関性が高い再構成画像に基づいて血液が前記２個以上のセンサの間を移動する移動時間を求め、その移動時間と前記２個以上のセンサの距離とによって血流速を求めることを特徴とする。
請求項２に記載の血流量計測装置は、電気抵抗を計測する複数の電極を備え、血管を含む体の周囲に血液の移動方向へ所定距離離して配置するセンサを２個以上有し、その２個以上のセンサにより各センサに囲まれた断面の電気抵抗を計測し、その電気抵抗から電気伝導率を求め、その電気伝導率に基づいて前記各断面の断層画像を再構成し、その両断面の再構成画像を比較して相関性を評価し、相関性が高い再構成画像に基づいて血液が前記２個以上のセンサの間を移動する移動時間を求め、その移動時間と前記２個以上のセンサの距離とによって血流速を求め、その血流速と血管の断面積とにより血流量を求めることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本願発明の血流速・血流量計測装置は、体外から血管内の電気抵抗を計測でき、その計測データに基づいてコンピュータにより血管の断層画像（ＣＴ画像）を再構成し、その断層画像に基づいて血流速・血流量を計測できるから、従来の粒子画像計測法を用いた血流速計測装置のように血管を露出させる手術が必要でないし、また血管は光を透過しないものでもよいから、血管に光透過用窓を設ける手術が必要でない。したがって本願発明の血流速・血流量計測装置は、血流速・血流量の計測が容易になる。
【００１２】
本願発明の場合、血液の移動距離は、２個のセンサの距離ΔＬで決まるから、血流速を計測する場合、血液の移動距離を計測する必要がなく、血液が距離ΔＬを移動した時間を計測するのみでよいから、血流速の計測が簡単になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図１により本願発明の実施例に係る血流速・血流量計測装置を説明する。
図１は、大腿部の大腿静動脈の血管の血流速・血流量を計測する例で、図１（ａ）は、大腿部の縦断面図と血流速・血流量計測装置の構成図であり、図１（ｂ）は、センサに囲まれた大腿部の横断面図である。
【００１４】
１３は大腿部、１３１は皮膚、１３２は筋肉や大腿骨等の部分、１３３は大腿静動脈の血管、１４は赤血球であり、２１１，２１２はセンサである。血管１３３の内部は、血液が矢印Ｚ方向へ移動している。センサ２１１，２１２は、血管１３３を含む大腿部１３の周囲に装着し、Ｚ方向に距離ΔＬ離して配置してある。センサ２１１，２１２の夫々の構成は、従来の図４のプロセストモグラフィーのセンサと同じで、ｎ個の電極を備え、各電極にはリード線を接続してある。センサ２１１，２１２の各電極のリード線は、電気抵抗計測部３１１，３１２に接続している。
【００１５】
電気抵抗計測部３１１，３１２は、時間ΔＴ毎に、センサ２１１とセンサ２１２に囲まれた大腿部１３のＺ方向に垂直な断面の電気抵抗を計測する。その計測は、センサ２１１とセンサ２１２のｎ個の電極を順次組合わせ、その組合わされた電極間の電気抵抗を計測する。電気抵抗計測部３１１，３１２は、その電気抵抗に基づいて電気伝導率を求める。
なお図４は、ｎ個の電極を順次組合わせ、その組合わされた電極間の静電容量を計測したが、ここでは人間が計測対象になるため電気抵抗を計測する。
【００１６】
ＣＴ画像再構成部３２１，３２２は、電気抵抗計測部３１１，３１２が計測した電気伝導率に基づき、コンピュータによりセンサ２１１に囲まれた断面とセンサ２１２に囲まれた断面について時間ΔＴ毎の電気伝導率分布画像（ＣＴ画像）を再構成する。再構成した画像は、前記各断面の赤血球１４の濃度分布に対応する濃度（輝度）或いは色により表現する。再構成された画像は、メモリーに蓄積する。
【００１７】
相関評価部３４は、センサ２１１が取得したデータに基づいて再構成した画像（以下センサ２１１の再構成画像と呼ぶ）と、センサ２１２が取得したデータに基づいて再構成した画像（以下センサ２１２の再構成画像と呼ぶ）とを比較して、両再構成画像の相関性を評価する。その相関性の評価は、例えば時刻Ｔ０のセンサ２１１の再構成画像とその時刻後の時間ΔＴ毎のセンサ２１２の再構成画像とを比較して行う。
この場合、大腿部１３の筋肉や大腿骨等の部分１３２は、時間的に変化しないから、時間ΔＴ毎の部分１３２の再構成画像のパターンは同じになるが、血流の赤血球の濃度は時間的に変化するから、時間ΔＴ毎の血管１３３部分の再構成画像のパターンは異なる。
【００１８】
流速・流量計測部３５は、相関評価部３４の相関評価結果に基づき、時刻Ｔ０のセンサ２１１の再構成画像と相関性の高いセンサ２１２の再生画像とにより赤血球の移動速度、即ち血流速を求め、その血流速により血流量を求める。例えば、時刻Ｔ０のセンサ２１１の再構成画像と相関性の高いセンサ２１２の再構成画像は、ＮΔＴ後の再構成画像であるとすると、血流（赤血球１４）は、センサ２１１とセンサ２１２の間（距離ΔＬ）を、時間ＮΔＴで移動したことになるから、血流速は、ΔＬ／ＮΔＴにより求めることができる。一方血流量は、血管１３３の断面積と血流速により求めることができる。
血流速や血流量は、表示部３３に表示し、必要に応じてメモリーに蓄積する。
【００１９】
図１の場合、血流（赤血球１４）の移動距離は、センサ２１１とセンサ２１２の距離ΔＬで決まるから、従来の粒子画像計測法のようにその移動距離を計測する必要がない。本願発明は、血流がセンサ２１１とセンサ２１２の間の距離ΔＬを移動した時間を計測するのみで血流速を求めることができるから、血流速の計測が簡単になる。
【００２０】
図１において、電気抵抗計測部３１１，３１２、ＣＴ画像再構成部３２１，３２２、相関評価部３４、流速・流量計測部３５は、夫々独立して構成してもよいし、共通のコンピュータにより制御するように構成してもよい。また電気抵抗計測部３１１，３１２、及びＣＴ画像再構成部３２１，３２２は、センサ２１１，２１２毎に別々に設けてもよいし、共通に設けてもよい。電気抵抗計測部３１１，３１２及びＣＴ画像再構成部３２１，３２２は、従来のプロセストモグラフィーと同様の構成でよい。また相関評価部３４の相関性の評価は、従来の粒子画像流速計測方法の画像相関法等と同様の方法で行うことができる。
図1は、センサを２個設けた例について説明したが、２個以上３個、４個等設けてもよい。
【００２１】
次に図２により再構成画像の相関について説明する。
図２（ａ）は、大腿部の再構成画像の全体像を示し、図２（ｂ）は、その再構成画像内の検査領域の時間的変化を示す。
４０は、大腿部の再構成画像の全体像であり、４１は、血管の再構成画像４２を含む検査領域であり、４１０〜４１Ｎは、検査領域４１の各時刻における再構成画像である。
【００２２】
４１０は、時刻Ｔ０におけるセンサ２１１の再構成画像で、血管の再構成画像４２は、時刻Ｔ０における赤血球の濃度分布パターンを示す。４１１，４１２，・・・、４１Ｎは、時刻Ｔ０＋ΔＴ、Ｔ０＋２ΔＴ、・・・、Ｔ０＋ＮΔＴにおけるセンサ２１２の再構成画像を示す。
【００２３】
図２（ｂ）は、再構成画像４１１〜４１Ｎの内、再構成画像４１０と相関性の高い再構成画像は、再構成画像４１Ｎであることを表している。即ちセンサ２１１の再構成画像４１０が現れてから時間Ｔ０＋ＮΔＴ後に、再構成画像４１０と相関性の高い再構成画像４１Ｎがセンサ２１２側で観測される。
この場合、センサ２１１とセンサ２１２の距離はΔＬで、赤血球の移動時間はＮΔＴであるから、血流速は、前記のようにΔＬ／ＮΔＴにより求めることができる。
【００２４】
なお図２の場合、再構成画像４１０と相関性が高い再構成画像を調べているが、図１の血流速・血流量計測装置は、２個のセンサが同時にデータを取得して各センサ別の再構成画像を形成できるから、再構成画像４１０との相関性が高い再構成画像を調べると同時に、再構成画像４１０以外の、例えば再構成画像４１１と相関性が高い再構成画像を調べることもできる。
またセンサを２個以上３個、４個等設けた場合には、さらに多数の再構成画像の間の相関性を評価でき、血流速の多様な計測が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本願発明の実施の形態に係る血流速・血流量計測装置の構成を示す図である。
【図２】図２は、図１の血流速・血流量計測装置の再構成画像の相関を説明する図である。
【図３】従来の粒子画像流速計測（ＰＩＶ）を用いた血流速計測装置の概要を示す図である。
【図４】従来のプロセストモグラフィーの構成を示す図である。
【符号の説明】
【００２６】
１３    大腿部
１３１    皮膚
１３２    大腿部の筋肉、大腿骨等の部分
１３３    大腿静動脈の血管
１４    赤血球
２１１，２１２    センサ
３１１，３１２    電気抵抗計測部
３２１，３２２    ＣＴ画像再構成部
３３    表示部
３４    相関評価部
３５    流速・流量計測部
４０    大腿部の再構成画像
４１    検査領域
４２    血管部分の再構成画像
【図１】
2005040353.tif 000003
【図２】
2005040353.tif 000004
【図３】
2005040353.tif 000005
【図４】
2005040353.tif 000006