(57)【要約】  血管の断層画像を撮像し該画像に基づいて血管径を計測する血管径計測手段を備えた超音波診断装置において、超音波ビームの走査を行う超音波振動子１１ａを有し該振動子が前記超音波ビームの走査方向と直交する向きに回動可能な超音波プローブ１１と、振動子１１ａを所定の間隔で回動させ、各位置において振動子１１ａによる超音波ビームの走査を行うことで、複数の断面における前記血管５０の断層画像を撮像する複数断面撮像手段と、撮像された各断層画像に基づいて血管径の計測を行った結果を比較し、最大の血管径を示す画像が撮像された位置を最大血管径撮像位置として決定する撮像位置決定手段と、前記撮像位置決定手段によって決定された位置へと前記振動子１１ａを回動させる最大血管径捕捉手段とを設ける。これにより駆血解放時の急速な減圧によるプローブのずれを手動で直す手間を省き、％ＦＭＤ計測を円滑に行うことが可能となる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
血管の超音波断層画像を撮像し、該画像に基づいて血管径の計測を行う血管径計測手段を備えた超音波診断装置において、
a) 超音波ビームの走査を行う超音波振動子を有し、該超音波振動子が前記超音波ビームの走査方向と直交する向きに回動又は並進可能な超音波プローブと、
b) 前記超音波振動子を所定の間隔で回動又は並進させ、各位置において該振動子による超音波ビームの走査を行うことにより、複数の断面における前記血管の超音波断層画像を撮像する複数断面撮像手段と、
c) 前記複数断面撮像手段によって撮像された各超音波断層画像について上記血管径計測手段による計測を行った結果に基づき、適切な血管径を示す画像が撮像された位置を診断用画像撮像位置として決定する撮像位置決定手段と、
d) 前記撮像位置決定手段によって決定された位置へと前記超音波振動子を回動又は並進させる最大血管径捕捉手段と、
を有することを特徴とする超音波診断装置。
【請求項２】
上記超音波プローブが、診断対象となる血管の軸方向と上記超音波振動子による超音波ビームの走査方向が略平行になるように配置されるものであり、
上記撮像位置決定手段が、最大の血管径を示す画像が撮像された位置を診断用画像撮像位置として決定することを特徴とする請求項１に記載の超音波診断装置。
【請求項３】
更に、
e)被検者の体表を加圧して診断対象となる血管を駆血し、所定時間経過後に減圧して駆血を解除すると共に減圧開始信号を出力する駆血手段、
を有し、
上記複数断面撮像手段が、前記減圧開始信号に応じて上記複数断面の撮像を開始することを特徴とする請求項１又は２に記載の超音波診断装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波診断装置に関し、特に、血管径の測定に好適に使用される超音波診断装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
動脈硬化は狭心症・心筋梗塞等の心疾患や脳梗塞等の原因となるため、定期的に検査を行うことが望ましい。このような動脈硬化の初期診断のために血管のしなやかさを非侵襲的に評価する手法として、超音波診断装置を利用した血流依存性血管拡張反応（Flow Mediated Dilation: ＦＭＤ）試験が知られている（例えば、特許文献１を参照）。【０００３】
血流依存性血管拡張反応とは、血流の増大によって生じる血管内皮へのずり応力の作用により、血管内皮細胞から血管拡張因子である一酸化窒素（ＮＯ）が発生して血管径を拡張させる反応である。また、血流依存性血管拡張反応試験とは、前腕部を一定時間駆血した後一気に解放した際の上腕部血管径の拡張度を計測するものであり、該拡張度を表す％ＦＭＤは以下の式で定義される。
【数１】
2007144933.tif 000003
ここで、Ｄ０は駆血前の安静時における最大血管径（以下、「安静時最大血管径」と呼ぶ）を意味し、Ｄ１は駆血解放後の最大血管径（以下、「解放後最大血管径」と呼ぶ）を意味する。【０００４】
上記血流依存性血管拡張反応試験（以下、「％ＦＭＤ計測」と呼ぶ）を行う際には、まず、超音波プローブを被検者の上腕部に当接させ、超音波走査により安静時の上腕動脈の断層画像を描出してＶＣＲ（Video Cassette Recorder：ビデオ・カセット・レコーダ）に保存する。続いて、被検者の前腕部をカフによって加圧することで一定時間駆血し、その後、一気に解放した後の上腕動脈の断層画像を描出して再びＶＣＲに保存する。一連の撮像完了後に、上記安静時及び駆血解放後に取得された血管画像から適切な時刻の画像を選択し、これらの画像中に描出された血管の直径を画像解析によって計測する。これにより計測された安静時最大血管径Ｄ０及び解放後最大血管径Ｄ１から、上記の式（１）に基づいて％ＦＭＤが算出される。【０００５】
【特許文献１】特開2003-180690号公報（[0002]）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記のような％ＦＭＤ計測においては、安静時及び駆血解放後の最大血管径に基づいて％ＦＭＤの値を算出するため、最大の血管径を示す断面の超音波画像を描出できるように、予めプローブの位置決めを行っておく必要がある。このため、上記一連の撮像を開始する前に図９（ａ）（血管の中心軸に直交する断面を示す）のように、オペレータが被検者の上腕部４０の所定位置にプローブ７１を当接させ、超音波走査によって描出される上腕動脈５０の血管の中心軸に平行な断面の超音波画像（以下、「軸方向断層画像」と呼ぶ）を確認しながら血管径が最大となるようなプローブ７１の位置及び角度を探し出し、該位置にプローブ７１を固定した状態で安静時及び駆血解放後の血管断層像の撮像を行う。【０００７】
しかし、上記カフによる駆血を解除する際に、急激な減圧によりプローブ７１と血管５０の位置がずれることがあり（図９（ｂ））、そのような場合には、オペレータが手動でプローブ７１の位置や角度を動かして最大血管径を描出できるように微調整（図９（ｃ））を行わなければならないという煩雑さがあった。また、このような微調整は敏速に行う必要があり、仮に微調整に時間が掛かってしまうと解放後最大血管径の計測に必要な画像を保存すべき時間に適切な画像を描出できなくなり、解析結果に影響を及ぼす可能性もあった。【０００８】
そこで、本発明が解決しようとする課題は、最大血管径を示す断層画像を容易に描出することができ、％ＦＭＤ計測等における血管径の測定に好適に使用することのできる超音波診断装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために成された本発明の超音波診断装置は、血管の超音波断層画像を撮像し、該画像に基づいて血管径の計測を行う血管径計測手段を備えた超音波診断装置において、
a) 超音波ビームの走査を行う超音波振動子を有し、該超音波振動子が前記超音波ビームの走査方向と直交する向きに回動又は並進可能な超音波プローブと、  
b) 前記超音波振動子を所定の間隔で回動又は並進させ、各位置において該振動子による超音波ビームの走査を行うことにより、複数の断面における前記血管の超音波断層画像を撮像する複数断面撮像手段と、
c) 前記複数断面撮像手段によって撮像された各超音波断層画像について上記血管径計測手段による計測を行った結果に基づき、適切な血管径を示す画像が撮像された位置を診断用画像撮像位置として決定する撮像位置決定手段と、
d) 前記撮像位置決定手段によって決定された位置へと前記超音波振動子を回動又は並進させる最大血管径捕捉手段と、
を有することを特徴としている。【００１０】
上記超音波プローブとしては、例えば、４Ｄイメージング（リアルタイム３次元イメージング）用プローブとして一般的に用いられるものなどを利用することができる。なお、このようなプローブは、通常、図７（ａ）に示すように超音波ビームの走査方向と直交する方向に振動子１１ａを回動させることにより走査面の切り替えを行う構成となっているが、本発明に係る超音波プローブは、図８（ａ）に示すように振動子１１ａを超音波ビームの走査方向と直交する方向に並進させることで走査面の切り替えを行うものとしてもよい。
【発明の効果】
【００１１】
上記構成を有する本発明の超音波診断装置によれば、適切な撮像位置の探索と該撮像位置への振動子の位置合わせを自動的に行うことができ、％ＦＭＤ計測等における血管径の計測を円滑に行うことができるようになる。【００１２】
なお、％ＦＭＤ計測のように血管をその軸方向に平行な断面で撮像し、その断面画像から血管径を測定して診断に利用する場合には、上記超音波プローブを血管の軸方向と超音波ビームの走査方向が略平行となるように配置して使用する。このとき、上記超音波振動子は上記複数断面撮像手段によって該血管の軸方向と略直交する向きに回動又は並進されることになる。この場合、上記撮像位置決定手段は画像中の血管径が最大となる位置を診断用画像撮像位置として決定する。【００１３】
一方、その他の計測において、血管をその軸方向と直交する断面で撮影し、その断層画像から血管径を測定して診断に利用する場合には、血管の軸方向と超音波ビームの走査方向が交わるように上記超音波プローブを配置し、上記複数断面撮像手段により上記超音波振動子が該血管の軸方向と略平行な向きに回動されるようにする。この場合、上記撮像位置決定手段は画像中の上下方向（皮膚に垂直な方向）の血管径が最小となる位置を診断用画像撮像位置として決定するものとする。【００１４】
本発明の超音波診断装置は、更に、被検者の体表を加圧して診断対象となる血管を一定時間駆血し、その後減圧して駆血を解除すると共に減圧開始信号を出力する駆血手段を有し、上記複数断面撮像手段が、前記減圧開始信号に応じて上記複数断面の撮像を開始する機能を備えたものとすることが望ましい。これにより、駆血の解放に応じて自動的に撮像位置の微調整を開始させることができ、％ＦＭＤ計測におけるオペレータの手間を更に低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施例に係る超音波診断装置の概略構成を示すブロック図。
【図２】同実施例に係る超音波プローブを被検者の上腕部に当接させた状態を示す断面図であり、上腕動脈の血管軸に平行な断面を示す。
【図３】同実施例に係る超音波プローブを被検者の上腕部に当接させた状態を示す断面図であり、上腕動脈の血管軸と直交する断面を示す。
【図４】同実施例の超音波診断装置を用いた％ＦＭＤ計測の手順を示すフローチャート。
【図５】カフ及び超音波プローブを被検者に固定した状態を示す模式図。
【図６】モニタ上に描出される上腕動脈の軸方向断層画像の一例を示す図。
【図７】振動子回動機構を備えた超音波プローブを説明する図であって、（ａ）は該超音波プローブによる複数断面の撮像方法を示す概念図であり、（ｂ）は該超音波プローブの構成例を超音波ビームの走査方向と直交する面で示した断面図である。
【図８】振動子並進機構を備えた超音波プローブを説明する図であって、（ａ）は該超音波プローブによる複数断面の撮像方法を示す概念図であり、（ｂ）は該超音波プローブの構成例を超音波ビームの走査方向と直交する面で示した断面図である。
【図９】従来の超音波診断装置による血管径測定時の血管とプローブの位置関係を血管軸と直交する断面で示した図であって、（ａ）は撮像開始前の状態を、（ｂ）は位置ずれが発生した状態を、（ｃ）はオペレータによる撮像位置の微調整行程を示す。
【符号の説明】
【００１６】
１０…超音波診断装置本体
１１、７１…超音波プローブ
１１ａ、７１ａ…超音波振動子
１１ｂ…振動子回動機構
１２…送受信制御部
１３…回動制御部
１４…超音波信号処理部
１５…表示処理部
１６…モニタ
１７…血管径測定部
１８…測定結果記憶部
１９…画像保存部
２０…制御部
２１…入力部
３０…駆血ユニット
３１…カフ
３２…エアパイプ
３３…圧縮ポンプ
３４…駆血制御部
４０…上腕部
５０…上腕動脈
５１…血管内腔
５２…血管壁
６１…モータの回転軸
６２、６３…プーリ
６４…伝動ベルト
６５…偏心円板
６６…リンク
６７…スライダ
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明を実施するための最良の形態について実施例を用いて説明する。図１に本実施例の超音波診断装置の概略構成を示す。図２及び図３は、本実施例の超音波診断装置に係る超音波プローブを被検者の上腕部に当接させた状態を示すものであり、図２は、上腕動脈の軸方向に平行な断面を示し、図３は上腕動脈の軸方向と直交する断面を示す。【００１８】
超音波プローブ１１は、超音波を被検者の体内に送波すると共に、被検者の体内で反射された超音波を受波して電気信号に変換するものである。本実施例に係る超音波プローブ１１には、一次元状に配列された多数の超音波振動子で構成されリニアスキャン方式による超音波ビームの走査を行う振動子アレイ１１ａと、該振動子の配列方向に平行な仮想的回転軸の回りに振動子アレイ１１ａを回動させる（すなわち、超音波ビームの走査方向と直交する方向に振動子アレイを回動させる）振動子回動機構１１ｂとが内蔵されている。ここで、振動子回動機構１１ｂは、例えば、図７（ｂ）に示すように、モータ（図示略）の回転軸６１と振動子アレイ１１ａにそれぞれ取り付けられた２つのプーリ６２、６３と、両プーリ６２、６３間に掛け渡された伝動ベルト６４等によってモータの回動力を振動子アレイ１１ａに伝達する構成とすることができる。【００１９】
送受信制御部１２は、前記振動子アレイ１１ａによる超音波ビームの走査を制御するものであり、回動制御部１３は、前記振動子回動機構１１ｂによる振動子アレイ１１ａの回動を制御するものである。【００２０】
超音波プローブ１１が出力する反射超音波の電気信号は、超音波信号処理部１４に入力される。超音波信号処理部１４は、この電気信号を画像データに変換し、該画像データに対して更に整相加算、ゲイン調整、対数圧縮等、画像表示に適したデータ処理を行う。処理後のデータは超音波信号処理部１４から表示処理部１５に出力される。表示処理部１５では、画像データからモニタ１６に表示するための電気信号を生成し、この電気信号をモニタ１６に出力する。ここまでの動作が所定の周期で繰り返し行われ、モニタ１６には超音波画像が動画として表示される。なお、オペレータの指示に応じて該動画を任意の期間に亘りＶＣＲから成る画像保存部１９に保存させることもできる。【００２１】
血管径測定部１７は、表示処理部１５のメモリに記憶された血管の断層画像に対し所定の画像解析アルゴリズムにより血管壁の検出及び該血管壁間の距離の計測を行うことによって血管径を導出するものであり、測定結果記憶部１８は、血管径測定部１７による測定結果を記憶するものである。【００２２】
上記各部はＣＰＵ等から成る制御部２０によって制御されており、該制御部２０にはオペレータが設定又は指示等を入力するためのマウスあるいはトラックボール等のポインティングデバイスやキーボード等から成る入力部２１が接続されている。【００２３】
更に、上記制御部２０は、被検者の上腕動脈を駆血するための駆血ユニット３０と接続されている。駆血ユニット３０は、被検者の前腕部に巻き付けて使用されるカフ３１と、カフ３１にエアを送り込むためのエアパイプ３２及び圧縮ポンプ３３、並びにこれらの動作を制御する駆血制御部３４を備えている。圧縮ポンプ３３にはエアを排出するための電磁弁が設けられており、駆血解除時には、該電磁弁が開放されると同時に、カフ３１の減圧開始を知らせる減圧開始信号が超音波診断装置本体１０の制御部２０へと出力される。更に、駆血制御部３４には、超音波診断装置本体１０に設けられた入力部２１を介してオペレータからの指示を入力することができる。【００２４】
次に、本実施例の超音波診断装置を用いた％ＦＭＤ計測の手順について図４のフローチャートを用いて説明する。【００２５】
（１）プローブの固定（ステップＳ１１）
まず、被検者の前腕部にカフ３１を巻き付けて１５分間安静状態とした後、上腕部４０の所定の位置にプローブ１１を当接させる（図５）。このとき、プローブ１１は振動子アレイ１１ａの配列方向（すなわち、超音波ビームの走査方向）が腕の軸方向と平行になるようにする。続いて振動子アレイ１１ａによる超音波ビームの走査を行い、上腕動脈５０の軸方向断層画像（図６）をモニタ１６上に描出させる。オペレータは該画像をモニタ１６上で確認しながらプローブ１１の位置や角度を手で少しずつ動かすことによって描出される血管５０の径が最大となる位置を探し出し、プローブ１１が当該位置から動かないよう固定具（図示略）によって固定する。【００２６】
（２）安静時血管画像の取得（ステップＳ１２）
上記の状態で超音波画像の撮像を行い、オペレータが入力部２１で所定の操作を行うことにより該画像を所定の時間に亘って画像保存部１９に保存させる。ここで取得された画像を以下、「安静時血管画像」と呼ぶ。【００２７】
（３）駆血（ステップＳ１３）及び解放（ステップＳ１４）
安静時血管画像の取得が完了した後、カフ３１による上腕動脈の駆血を開始する。駆血ユニット３０では駆血制御部３４が圧縮ポンプ３３を制御して被検者の前腕部に巻き付けられたカフ３１にエアを送り込み、カフ圧が２５０ｍｍＨｇに達したところでエアの供給を停止する。その後５分が経過すると、駆血制御部３４は圧縮ポンプ３３に設けられた電磁弁を開放し、エアを排出させて一気に減圧を行う。このとき、駆血制御部３４は、電磁弁の開放に伴って超音波診断装置本体１０の制御部２０に減圧の開始を知らせる信号（減圧開始信号）を送出する。【００２８】
（４）撮像位置の微調整（ステップＳ１５）
続いて、本発明の特徴である撮像位置の微調整行程について説明する。上記減圧開始信号が制御部２０に入力されると、制御部２０は回動制御部１３及び送受信制御部１２に撮像位置微調整の実行を指示する。回動制御部１３は振動子回動機構１１ｂを制御することにより、図３に示すように、振動子アレイ１１ａを所定の角度間隔で回動させ、送受信制御部１２は振動子アレイ１１ａを制御して各回動角においてリニアスキャン方式による超音波走査を実行させる。これにより、断面位置が少しずつ異なった上腕動脈５０の軸方向断層画像が順次撮像されてモニタ１６上に描出される。【００２９】
血管径測定部１７では、画像表示のために表示処理部１５のメモリに格納された画像データ（各画素の輝度値）からその輝度分布に基づいて血管内腔５１と２つの血管壁（皮膚から近い側と遠い側）５２との境界位置（図６の矢印で示した箇所）を検出し、両境界位置の間の距離を血管径として測定する。各画像について得られた測定値は、該画像が撮像された際の振動子アレイ１１ａの角度位置と関連づけて測定結果記憶部１８に記憶される。なお、このような血管壁の検出及び血管径の計測には、例えば、従来既知のアルゴリズムを用いることができる。【００３０】
所定枚数の画像の撮像と血管径の計測が完了すると、各画像について計測された血管径の値が測定結果記憶部１８から読み出され、各測定値が比較される。これにより最大の血管径を示す画像が特定されると共に、該画像が撮像された際の振動子アレイ１１ａの角度位置が最大血管径を捕捉可能な撮像位置として決定される。これに従い、回動制御部１３の制御により該撮像位置まで振動子アレイ１１ａが回動され、当該撮像位置において以降の撮像が行われる。【００３１】
（５）解放後血管画像の取得（ステップＳ１６）
上記撮像位置の微調整が完了したら、オペレータが入力部２１を介して画像の保存を指示し、駆血の解除から所定の時間が経過するまでの間、上記プローブ１１によって描出される上腕動脈５０の断層画像を画像保存部１９に保存させ、撮像を完了する。このとき取得された画像を以下、「解放後血管画像」と呼ぶ。【００３２】
（６）％ＦＭＤの算出（ステップＳ１７）
以上の一連の撮像行程が完了した後、オペレータが入力部２１を操作することにより、画像保存部１９に保存された安静時血管画像を再生させる。更に、所定の操作を行うことにより適切な時点で画像をフリーズさせ、血管径の測定を指示すると、血管径測定部１７は上記ステップＳ１５と同様に画像の輝度分布に基づいて、該画像中に描出された血管５０の直径を測定し、得られた値を安静時最大血管径Ｄ０として測定結果記憶部１８に記憶する。なお、このような画像のフリーズ及び血管径の測定を複数回繰り返して行い、得られた値を平均化することでより精度の高い結果を得られるようにしてもよい。更に、同様にして、画像保存部１９に保存された解放後血管画像から解放後最大血管径Ｄ１を測定し、上述の式（１）を用いてこれらＤ０及びＤ１の値から％ＦＭＤを算出してモニタ１６上に表示する。【００３３】
以上のように、本実施例の超音波診断装置によれば、振動子回動機構１１ｂを備えた超音波プローブ１１により振動子アレイ１１ａを回動させると共に、血管径測定部１７による測定結果を基に最大血管径を描出可能な角度位置を探索し、自動的に撮像位置の微調整を行うことができる。このため、従来のように、オペレータがプローブ１１の位置や角度を手動で微調整する必要がなくなると共に、解放後最大血管径の計測に適した画像を確実に描出及び保存することができるようになる。また、このような撮像位置の微調整は、駆血ユニット３０から送出される減圧開始信号に応じて自動的に開始されるため、％ＦＭＤ計測に係るオペレータの手間を一層低減することができ、円滑な計測を行うことができるようになる。【００３４】
以上、実施例を用いて本発明を実施するための最良の形態について説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨の範囲内で種々の変更が許容されるものである。例えば、本発明の超音波診断装置による撮像位置の微調整は、上記実施例のように駆血解放時におけるプローブと血管の位置ずれ修正のために用いるほか、一連の測定開始前に超音波プローブを上腕部に固定する際の位置合わせなどにも利用することができる。このような場合、上述のようにプローブを固定具によって上腕部に固定する際には大まかな位置合わせのみを行い、その後、本発明の複数断面撮像手段、撮像位置決定手段、及び最大血管径捕捉手段を利用して詳細な位置合わせを行う。なお、この場合には、上記実施例のように駆血ユニットからの減圧開始信号を受けて自動的に撮像位置の微調整を開始するほか、オペレータの指示に応じて撮像位置の探索を開始することのできる構成とする。【００３５】
また、本発明の超音波診断装置に係る超音波プローブとしては、上記実施例のような振動子回動機構の代わりに、振動子を超音波ビームの走査方向と直交する方向に所定間隔で並進させるための振動子並進機構を備えたものを用いてもよい。この場合、該振動子並進機構は、例えば、図８（ｂ）に示すように、モータ（図示略）の回転軸６１に取り付けられた偏心円板６５と、リンク６６、及びスライダ６７によってモータの回動を振動子１１ａの並進運動に変換する構成等とすることができる。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
2007144933.tif 000012
【国際調査報告】
2007144933.tif 000013
2007144933.tif 000014
2007144933.tif 000015