(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
生体の動脈血管を駆血する駆血部と、
前記動脈血管またはその血管壁の形状特性を計測する測定部と、
前記動脈血管の駆血および駆血解除を周期的に２回以上繰り返すように前記駆血部を制御する制御部と、
を備え、前記測定部は、前記動脈血管の駆血を解除している期間の少なくとも一部期間において前記形状特性の計測を行い、前記一部期間の形状特性のデータを前記駆血および駆血解除の周期を用いて処理する血管内皮反応測定装置。
【請求項２】
前記測定部は、前記計測した形状特性に基づき、前記血管壁の性状特性をさらに求める請求項１に記載の血管内皮反応測定装置。
【請求項３】
前記測定部は、前記駆血および駆血解除の周期に同期して変化する成分を前記一部期間の形状特性および／または性状特性のデータから抽出する請求項１または２に記載の血管内皮反応測定装置。
【請求項４】
前記測定部は、前記駆血および駆血解除の繰返しの周期ごとに得られる形状特性および／または性状特性のデータを重ね合わせ、重ね合わせたデータから、形状特性および／または性状特性を求める請求項１または２に記載の血管内皮反応測定装置。
【請求項５】
前記測定部は、前記形状特性および／または性状特性のデータをフーリエ変換し、前記駆血および駆血解除の繰返しの周波数成分のみを抽出し、抽出したデータを用いて形状特性および／または性状特性を求める請求項３に記載の血管内皮反応測定装置。
【請求項６】
前記測定部は、前記データ抽出のため、前記駆血および駆血解除の繰返しの周期の整数倍を周期とする周波数成分を透過する特性を供えたバンドパスフィルタを備える請求項３に記載の血管内皮反応測定装置。
【請求項７】
前記測定部は超音波診断装置である請求項１から６のいずれかに記載の血管内皮反応測定装置。
【請求項８】
前記測定部はＸ線診断装置である請求項１から６のいずれかに記載の血管内皮反応測定装置。
【請求項９】
前記測定部は磁気共鳴診断装置である請求項１から６のいずれかに記載の血管内皮反応測定装置。
【請求項１０】
前記測定部が測定する形状特性は前記血管壁の厚さおよび／または厚さ変化量である請求項１から９のいずれかに記載の血管内皮反応測定装置。
【請求項１１】
前記測定部が測定する形状特性は前記血管の直径および／または血管径変化量である請求項１から９のいずれかに記載の血管内皮反応測定装置。
【請求項１２】
前記測定部が測定する性状特性は前記血管壁の弾性特性である請求項２から９のいずれかに記載の血管内皮反応測定装置。
【請求項１３】
駆血部、測定部および制御部を備えた血管内皮反応測定装置の前記制御部が血管内皮反応測定装置の各部を制御する方法であって、
前記駆血部の作動および作動解除を周期的に２回以上繰り返しながら、前記測定部が、前記作動解除の期間の少なくとも一部期間において動脈血管またはその血管壁の形状特性を測定するステップと、
前記測定部が、前記一部期間に測定した形状特性のデータを前記駆血部の作動および作動解除の周期を用いて処理するステップと、
を包含する、血管内皮反応測定装置の各部を制御する方法。
【請求項１４】
前記処理ステップは、前記測定部が、前記形状特性データから前記駆血部の作動および作動解除の周期に同期して変化する成分を抽出する請求項１３に記載の血管内皮反応測定装置の各部を制御する方法。
【請求項１５】
前記測定部が、前記一部期間に測定した形状特性から前記血管または血管壁の性状特性を求めるステップをさらに包含し、
前記処理ステップは、前記測定部が、前記形状特性のデータおよび前記性状特性のデータを前記駆血部の作動および作動解除の周期を用いて処理するステップを含む請求項１３に記載の血管内皮反応測定装置の各部を制御する方法。
【請求項１６】
前記処理ステップは、前記測定部が、前記形状特性のデータおよび前記性状特性データから前記駆血部の作動および作動解除の周期に同期して変化する成分を抽出する請求項１５に記載の血管内皮反応測定装置の各部を制御する方法。
【請求項１７】
前記処理ステップは、前記測定部が、前記駆血部の作動および作動解除の繰返しの周期ごとに得られる形状特性および／または性状特性のデータを重ね合わせ、重ね合わせたデータから、形状特性および／または性状特性を求める請求項１３または１５に記載の血管内皮反応測定装置の各部を制御する方法。
【請求項１８】
前記処理ステップは、前記測定部が、前記形状特性および／または性状特性のデータをフーリエ変換し、前記駆血部の作動および作動解除の繰返しの周波数成分のみを抽出し、抽出したデータを用いて形状特性および／または性状特性を求める請求項１４または１６に記載の血管内皮反応測定装置の各部を制御する方法。
【請求項１９】
前記処理ステップは、前記測定部が、前記データ抽出のため、前記駆血部の作動および作動解除の繰返しの周期の整数倍を周期とする周波数成分を透過する特性を供えたバンドパスフィルタを用いてデータの抽出を行う請求項１４または１６に記載の血管内皮反応測定装置の各部を制御する方法。
【請求項２０】
前記測定部は、超音波診断装置、Ｘ線診断装置または磁気共鳴診断装置である請求項１３に記載の血管内皮反応測定装置の各部を制御する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、動脈血管壁組織の機能検査に用いる血管内皮反応測定装置およびその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、心筋梗塞や脳梗塞などの循環器系疾病を患う人々が増加してきており、このような疾病の予防および治療を行うことが大きな課題となっている。
【０００３】
心筋梗塞や脳梗塞の発病には、動脈硬化が深く関係している。具体的には、動脈壁に粥腫が形成されたり、高血圧等の種々の要因によって動脈の新しい細胞が作られなくなったりすると、動脈は弾力性を失い、硬く、脆くなる。そして、粥腫が形成された部分において血管が閉塞したり、粥腫を覆う血管組織が破裂することにより粥腫が血管内へ流出し、別の部分において動脈を閉塞させたり、動脈が硬化した部分が破裂したりすることによって、これらの疾病が引き起こされる。このため、動脈硬化を早期に診断することがこれらの疾病予防や治療には重要となる。
【０００４】
動脈硬化を早期に診断して、動脈硬化の治療薬を被験者に対して投与することができれば、動脈硬化の治療に効果を発揮する。しかし、動脈硬化が進行してしまうと、治療薬によって動脈硬化の進展を抑制することはできても、硬化した動脈を完全に回復させることは難しいと言われている。
【０００５】
従来、動脈硬化病変の診断は、血管カテーテルを用いて血管内部の様子を直接観察することによって行われていた。しかし、この診断には、血管カテーテルを血管に挿入する必要があるため、被験者への負荷が大きいという問題があった。このため、血管カテーテルによる観察は、動脈硬化病変が存在していることが確かである被験者に対して、その場所を特定するために用いられ、たとえば、健康管理のための検査として、この方法が用いられることはなかった。
【０００６】
被験者への負担が少ない非侵襲の医療診断装置として、超音波診断装置やＸ線診断装置が従来より用いられている。超音波やＸ線を体外から照射することによって、被験者に苦痛を与えることなく、体内の形状情報、あるいは形状の時間変化情報を得ることができる。体内の測定対象物の形状の時間変化情報（運動情報）が得られると、測定対象物の性状情報を求めることができる。つまり、生体内の血管の弾性特性を求めることができ、動脈硬化の度合いを直接知ることが可能となる。
【０００７】
特に超音波診断は、Ｘ線診断と比較した場合、被験者に超音波プローブをあてるだけで測定できるので、被験者への造影剤投与が不要である点やＸ線被爆のおそれがない点で優れている。近年のエレクトロニクス技術の進歩によって、超音波診断装置の測定精度を飛躍的に向上させることも可能になってきた。これに伴って、生体組織の微小運動を計測する超音波診断装置の開発が進んでいる。たとえば、特許文献１に記載された技術を用いると、血管運動の振幅数ミクロンで数百Ｈｚまでの速い振動成分を高精度に計測できるため、血管壁の厚さ変化や歪みを数ミクロンのオーダーで高精度に計測することが可能になると報告されている。
【０００８】
また、動脈硬化の度合いを非侵襲的に計測する方法として血管内皮機能検査方法と呼ばれる方法が検討されている。動脈血管の内側には、内皮細胞と呼ばれる一層の細胞群が存在し、この内皮細胞は、血管内を血液が流れることにより生じる機械的応力（ずり応力）に反応して様々な生理反応を示す。その一つとして一酸化窒素（ＮＯ）の産生がある。一酸化窒素は一酸化窒素合成酵素により産生、放出され、内皮由来血管弛緩因子（ＥＤＲＦ）として血管壁中膜の平滑筋を弛緩させる。すなわち、柔らかくすることが知られている。また、この血管内皮細胞が有する機能は内皮依存性血管拡張反応（ＥＤＲ）と呼ばれている。
【０００９】
高血圧症、高脂血症、喫煙、糖尿病などの危険因子は、ＥＤＲを低下させることが知られており、この機能低下が動脈硬化症の初期変化と言われている。したがって、ＥＤＲを調べることにより、動脈硬化症を早期に診断することが期待される。
【００１０】
動脈硬化症を診断するためのＥＤＲの検査方法として、駆血前後の動脈血管径の変化量を超音波を用いて測定する方法が非特許文献１および特許文献２に記載されている。非特許文献１に記載されている方法では、まず、上腕の動脈をカフにより、２５０ｍｍＨｇで５分間駆血する。その後、駆血を瞬時に解除した以降の血管径を数十秒間、間欠的に測定し、血管径の増加率から動脈硬化症を診断する。また、特許文献２に記載されている方法は、安静時の血管径を測定してから下腕部の動脈を５分間駆血し、駆血の解除後、最大血管径を約２分間、間欠的に測定し、血管径からＦＭＤ（Ｆｌｏｗ  Ｍｅｄｉａｔｅｄ  Ｄｉｌａｔｉｏｎ）値を求めて動脈硬化の指標とする。
【００１１】
非特許文献１に記載された方法では、血管径の測定は、超音波診断装置による血管長軸断面画像において前壁および後壁の中膜と外膜との中間点であるｍライン間距離を０．１ｍｍ単位で読み取り、４個から６個の測定値の平均を求め、これを測定値としている。図５は、男性被験者９名に対して実施された測定結果を示している。四角いプロットは右前腕部駆血解除後の上腕動脈の血流増加量を示し、丸いプロットは上腕動脈血管径の安静時に対する増加率を示している。またグラフの横軸は駆血解除後の経過時間を示し、左の縦軸は血流変化量を、右の縦軸は血管径変化率をそれぞれ示す。図に示すように、駆血解除後、血流量は一過性に増大し、その後経時的に減少する。駆血解除後の一過性血流増加が刺激となって一酸化窒素が生成され、生成した一酸化窒素が血管壁中膜の平滑筋を弛緩させることにより、血管が拡張する。図５では、血管径は駆血解除後、約４５秒から６０秒後に安静時と比較して有意に拡張していることがわかる。血管径の増加率６％程度である。非特許文献１によれば、血管径の増加率が３〜４％以下である場合、動脈硬化のリスクが高いと示されている。
【特許文献１】特開平１０−５２２６号公報
【特許文献２】特開２００３−２４５２８０号公報
【非特許文献１】橋本正良、大内尉義、「血管伸展性検査」、日本医師会雑誌、第１２０巻、第８号、１９９８年１０月１５日発行、頁Ｓ９３−Ｓ９６
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
上述の非特許文献１および特許文献２の方法では、５分間の駆血期間および数分間の測定期間が必要であり、一回の測定に合計約７分間必要となる。さらに測定の準備などに要する時間を考慮する必要もある。また、非特許文献１の方法では、血管径を０．１ｍｍ単位で測定しているが、上腕動脈血管径が約３ｍｍであり、誤差は約３％と非常に大きい数値となる。すなわち、測定精度が低い。
【００１３】
本発明は、上記従来技術の課題に鑑み、短い時間で信頼性の高い計測を行うことが可能な血管内皮反応測定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】
【００１４】
本発明の血管内皮反応測定装置は、生体の動脈血管を駆血する駆血部と、前記動脈血管またはその血管壁の形状特性を計測する測定部と、前記動脈血管の駆血および駆血解除を周期的に２回以上繰り返すように前記駆血部を制御する制御部とを備え、前記測定部は、前記動脈血管の駆血を解除している期間の少なくとも一部期間において前記形状特性の計測を行い、前記一部期間の形状特性のデータを前記駆血および駆血解除の周期を用いて処理する。
【００１５】
ある好ましい実施形態において、前記測定部は、前記計測した形状特性に基づき、前記血管壁の性状特性をさらに求める。
【００１６】
ある好ましい実施形態において、前記測定部は、前記駆血および駆血解除の周期に同期して変化する成分を前記一部期間の形状特性のデータから抽出する。
【００１７】
ある好ましい実施形態において、前記測定部は、前記駆血および駆血解除の繰返しの周期ごとに得られる形状特性および／または性状特性のデータを重ね合わせ、重ね合わせたデータから、形状特性および／または性状特性を求める。
【００１８】
ある好ましい実施形態において、前記測定部は、前記形状特性および／または性状特性のデータをフーリエ変換し、前記駆血および駆血解除の繰返しの周波数成分のみを抽出し、抽出したデータを用いて形状特性および／または性状特性を求める。
【００１９】
ある好ましい実施形態において、前記測定部は、前記データ抽出のため、前記駆血および駆血解除の繰返しの周期の整数倍を周期とする周波数成分を透過する特性を供えたバンドパスフィルタを備える。
【００２０】
ある好ましい実施形態において、前記測定部は超音波診断装置である。
【００２１】
ある好ましい実施形態において、前記測定部はＸ線診断装置である。
【００２２】
ある好ましい実施形態において、前記測定部は磁気共鳴診断装置である。
【００２３】
ある好ましい実施形態において、前記測定部が測定する形状特性は前記血管壁の厚さおよび／または厚さ変化量である。
【００２４】
ある好ましい実施形態において、前記測定部が測定する形状特性は前記血管の直径および／または血管径変化量である。
【００２５】
ある好ましい実施形態において、前記測定部が測定する形状特性は前記血管壁の弾性特性である。
【００２６】
本発明の血管内皮反応測定装置の各部を制御する方法は、駆血部、測定部および制御部を備えた血管内皮反応測定装置の前記制御部が血管内皮反応測定装置の各部を制御する方法であって、前記駆血部の作動および作動解除を周期的に２回以上繰り返しながら、前記測定部が、前記作動解除の期間の少なくとも一部期間において動脈血管またはその血管壁の形状特性を測定するステップと、前記測定部が、前記一部期間に測定した形状特性のデータを前記駆血部の作動および作動解除の周期を用いて処理するステップとを包含する。
【００２７】
ある好ましい実施形態において、前記処理ステップは、前記測定部が、前記形状特性データから前記駆血部の作動および作動解除の周期に同期して変化する成分を抽出する。
【００２８】
ある好ましい実施形態において、血管内皮反応測定装置の各部を制御する方法は、前記測定部が、前記一部期間に測定した形状特性から前記血管または血管壁の性状特性を求めるステップをさらに包含し、前記処理ステップは、前記測定部が、前記形状特性のデータおよび／または前記性状特性のデータを前記駆血部の作動および作動解除周期を用いて処理するステップを含む。
【００２９】
ある好ましい実施形態において、前記処理ステップは、前記測定部が、前記形状特性のデータおよび／または前記性状特性データから前記駆血部の作動および作動解除の周期に同期して変化する成分を抽出する。
【００３０】
ある好ましい実施形態において、前記処理ステップは、前記測定部が、前記駆血部の作動および作動解除の繰返しの周期ごとに得られる形状特性および／または性状特性のデータを重ね合わせ、重ね合わせたデータから、形状特性および／または性状特性を求める。
【００３１】
ある好ましい実施形態において、前記処理ステップは、前記測定部が、前記形状特性および／または性状特性のデータをフーリエ変換し、前記駆血部の作動および作動解除の繰返しの周波数成分のみを抽出し、抽出したデータを用いて形状特性および／または性状特性を求める。
【００３２】
ある好ましい実施形態において、前記処理ステップは、前記測定部が、前記データ抽出のため、前記駆血部の作動および作動解除の繰返しの周期の整数倍を周期とする周波数成分を透過する特性を供えたバンドパスフィルタを用いてデータの抽出を行う。
【００３３】
ある好ましい実施形態において、前記測定部は、超音波診断装置、Ｘ線診断装置または磁気共鳴診断装置である。
【発明の効果】
【００３４】
本発明の血管内皮反応測定装置では、駆血および駆血解除を周期的に２回以上繰り返し、駆血期間および駆血解除期間の周期を利用して測定データの処理を行うため、得られた形状特性はノイズなどの影響が少なく、精度が高い。また、周期性を利用することにより駆血している時間を短くすることが可能となり、血管内皮反応測定装置を用いた診断時間を短くすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
以下、本発明の血管内皮反応測定装置の実施形態を説明する。
【００３６】
図１は、血管内皮反応測定装置１の構成を模式的に示すブロック図である。血管内皮反応測定装置１は、駆血部２と、制御部３と、測定部４とを備える。駆血部２は、たとえば、空気圧を利用したカフ（加圧帯）であり、被験者の腕部に取り付けられる。制御部３の制御に基づき空気をカフに導入し、腕部の動脈を圧迫し、駆血する。また、制御部３の制御に基づきカフに導入された空気を解放し、駆血を解除する。血管内皮反応測定装置では、駆血解除後の血管壁の形状特性を測定するので、制御部３の制御に基づき、速やかに駆血解除が行われることが好ましい。駆血部２には公知の血圧計を用いてもよい。
【００３７】
制御部３は、所定のタイミングで駆血部２へ駆血あるいは駆血解除の指令を行う。駆血あるいは駆血解除タイミングについては以下において詳細に説明する。
【００３８】
測定部４は、駆血部２によって駆血される動脈血管あるいはその血管壁の形状特性を測定する。測定する形状特性は、血管の直径および血管壁の厚さやこれらの厚さ変化量などを含む。形状特性に基づいて、さらに血管壁の弾性率や、歪み、粘性率などの性状特性を求めてもよい。測定には超音波またはＸ線、磁気共鳴を用いることが好ましく、超音波診断装置あるいはＸ線診断装置、磁気共鳴診断装置を測定部４として用いることが好ましい。特に、超音波が人体に与える影響は小さいので、超音波診断装置を測定部４に用いることが好ましい。
【００３９】
次に、駆血および駆血解除のタイミングを説明する。血管内皮反応測定装置１は、血管内皮反応、特にＥＤＲを測定するので、内皮細胞における一酸化窒素の生成を抑制した状態と一酸化窒素が生成されている状態とを設定する必要がある。つまり駆血および駆血解除により一酸化窒素の生成を変化させ、一酸化窒素による平滑筋の弛緩の度合いを血管の形状特性を計測することにより評価する。
【００４０】
駆血解除前後において血管の形状特性に有意な差が認められるために必要な時間は、ＥＤＲの発現時間に依存している。駆血解除後に血管径が最大となる時間は図５より４５秒から６０秒であるため、最大血管径を求めるために必要な駆血解除期間は６０秒程度の時間である。しかし、本発明を実施するにあたり必要とするのは、血管径の最大値ではなく、血管径が増加することである。このため、駆血解除後４５秒も計測を待つ必要はない。本願発明者によれば、駆血解除後、３０秒程度経過すれば、血管径が有意に増加することが分かった。このため、駆血解除期間は３０秒から６０秒の間の時間であることが好ましい。この駆血解除期間の少なくとも一部期間において血管あるいは血管壁の形状特性を測定する。
【００４１】
これに対して、一酸化窒素生成の抑制は、駆血を行う駆血部２が動脈へ及ぼす圧力の大きさや、動脈の位置、血圧等の個人差が生じる条件による影響を受ける。このため、駆血期間の一般的に好適な長さを設定することは困難である。しかし、駆血している時間が長いほど、一酸化窒素生成の抑制は完全となる。本実施形態では、駆血期間を数十秒から数分程度とする。具体的には、３０秒から３分以内とする。
【００４２】
このように駆血期間と駆血解除期間とをそれぞれ設定し、これを少なくとも２回以上、好ましくは４回以上周期的に繰り返す。そして、それぞれの周期における駆血解除期間の少なくとも一部期間において、血管あるいは血管壁の形状特性を測定する。駆血期間においても血管あるいは血管壁の形状特性を測定してもよい。そして、得られた形状特性のデータまたは形状特性から求めた性状特性のデータを駆血期間および駆血解除期間の周期を利用して処理をする。
【００４３】
たとえば、駆血期間および駆血解除期間の繰り返しの周期ごとに得られる形状特性（または性状特性）のデータを重ね合わせて、重ね合わせたデータから駆血解除期間の形状特性を求める。このような演算を行うことによって駆血期間および駆血解除期間の繰り返しの周期に依存する成分のみが強調され、繰り返しの周期に依存しない成分はキャンセルしあう。あるいは、２回以上の駆血解除期間において測定された形状特性データから駆血期間および駆血解除期間の繰り返し周期に同期して変化する成分のみを抽出し、抽出したデータを用いて駆血期間における血管あるいは血管壁の形状特性値を求める。このために、形状特性データをフーリエ変換処理し、駆血期間および駆血解除期間の繰り返しの周波数成分のみを抽出してもよい。あるいは、駆血期間および駆血解除期間のそれぞれの周期の整数倍（１以上の整数）を周期とする周波数を透過する特性をもつバンドパスフィルタを演算によって求め、そのバンドパスフィルタにデータを通過させることによってデータを抽出してもよい。
【００４４】
このようにして得られた形状特性は、駆血期間および駆血解除期間の周期を利用してデータの処理を行っているため、駆血部２や測定部４が被験者の測定部位からずれたりすることによって生じるノイズ、被験者の呼吸により生じるノイズなど測定の再現性を低下させる外因の影響を排除し、形状特性をより正しく求めることができる。従来の血管内皮反応を測定する方法では、これらのノイズの影響に対して脆弱であるため測定誤差が大きく、また一酸化窒素の生成をできるだけ完全に抑制し、一酸化窒素の生成による形状特性の変化をできるだけ大きくするために通常５分程度の比較的長い駆血期間を用いていた。しかし、本発明の血管内皮反応測定装置によれば、ノイズの影響を低減させることができるため測定誤差は小さく、また形状特性の変化は大きくなくても有意な測定結果を得ることができるため、駆血期間を短くすることができる。病状によっては、長い駆血期間を禁忌とする被験者も存在するため、駆血期間が短いことの意義は大きい。
【００４５】
このようにして得られた形状特性あるいは性状特性は、一酸化窒素の生成量に応じた変化を示している。上述したように一酸化窒素の生成反応であるＥＤＲは、高血圧症、高脂血症、喫煙、糖尿病などの危険因子により低下する。したがって、これら危険因子により引き起こされる動脈硬化症の診断を得られた形状特性あるいは性状特性から行うことができる。
【００４６】
次に、血管内皮反応測定装置の具体例を説明する。以下において説明する血管内皮反応測定装置は、超音波を用いて血管壁の形状特性を測定する。図２は、血管内皮反応測定装置１を用いて被験者の腕１１にある動脈血管１７の形状特性を測定する様子を模式的に示している。血管内皮反応測定装置１は、カフ１０とカフ１０を制御する制御部であるカフ圧制御部１２と超音波診断装置１３とを備えている。カフ１０およびカフ圧制御部１２が駆血部２を構成しており、超音波診断装置１３が測定部４を構成している。また、超音波診断装置１３に搭載されたＣＰＵ２４（図３）が制御部３を構成している。カフ１０は血圧計あるいはその一部を利用してもよい。超音波診断装置１３には超音波プローブ１４が接続されている。
【００４７】
まず、動脈血管１７の形状特性を測定するために、カフ１０を腕１１の上腕部に巻きつける。また、超音波プローブ１４をカフ１０を巻きつけた位置よりも心臓に近い側において、動脈血管１７の形状特性が測定できるように配置する。図では超音波プローブ１４を心臓に近い側に配置しているが、カフ１０を心臓に近い側に配置してもよい。
【００４８】
カフ圧制御部１２は、駆血と駆血解除とを所定の時間で周期的に繰り返すように、カフ１０を制御する。たとえば、６０秒間駆血を行い、６０秒間駆血解除を行うようにカフ１０に空気を導入し、空気を排出したりする。駆血を行う圧力はたとえば２００ｍｍＨｇである。
【００４９】
超音波診断装置１３は、カフ圧制御部１２から駆血解除の信号を受け取り、少なくとも駆血解除の期間の一部期間において超音波プローブ１４を用いて動脈血管１７の形状特性を取得する。超音波プローブ１４により取得した動脈血管１７からのエコー信号は、超音波診断装置１３にて処理され、動脈血管１７の血管径の変化や血管壁の厚さの変化を定量的に求めることができる。また、エコー信号から、たとえばＢモード診断画像を取得することも可能であり、表示部１６を超音波診断装置１３に接続し、Ｂモード断層画像を表示部１６に表示してもよい。血管径や血管壁の厚さあるいはこれらの変化量は、Ｂモード画像から直接読み取ってもよいし、ＲＦ信号のゼロクロス点の移動時間から対象の変位を求めるゼロクロス法を用いて求めてもよい。特許文献１に記載されている、制約つき最小二乗法による位相差トラッキング法は、血管径や血管の厚さの変化量を高精度に測定できるので本発明の超音波診断装置１３における測定方法として好適である。
【００５０】
図３は、高精度トラッキング法による超音波診断装置１３の構成を示すブロック図である。超音波診断装置１３は、超音波送受信部２３、ＣＰＵ２４、遅延時間制御部２５、遅延データ記憶部２６、位相検波部２７、フィルタ２８、演算部２９、演算データ記憶部２０、ＤＳＣ２１、および表示制御部２２を備えている。
【００５１】
超音波送受信部２３は、超音波プローブ駆動部となる超音波プローブ１４を駆動する駆動回路と、超音波反射波を増幅する受信部となる受信回路を含む。超音波診断装置１３全体の制御等を行うＣＰＵ２４の制御にしたがって、超音波プローブ駆動回路は所定の駆動パルス信号を超音波プローブ１４に与える。駆動パルスにより超音波プローブ１４から送信される超音波送信波は、生体において反射し、生じた超音波反射波が超音波プローブ１４で受信される。超音波プローブ１４により受信された超音波反射波は、受信回路において増幅される。超音波送受信部２３はまたＡ／Ｄ変換回路を含み、受信回路において増幅された超音波反射波はデジタル信号に変換される。
【００５２】
遅延時間制御部２５は超音波送受信部２３に接続されており、超音波送受信部２３から超音波プローブ１４の超音波振動子群に与える駆動パルス信号の遅延時間を制御する。これにより、超音波プローブ１４から送信される超音波送信波の音響線の方向や焦点深度を変化させる。また、超音波プローブ１４によって受信され、超音波送受信部２３によって増幅された超音波反射波信号の遅延時間を制御することにより、受信される超音波の音響線の方向を変化させることができる。
【００５３】
位相検波部２７は、遅延時間制御部２５で遅延制御された受信反射波信号を位相検波し、実部信号と虚部信号とに分離する。分離された実部信号および虚部信号はフィルタ２８に入力される。フィルタ２８は血管壁以外の反射成分を除去する。
【００５４】
フィルタ２８の出力は演算部２９に入力される。演算部２９は、運動速度演算部と、位置演算部と、伸縮演算部と、弾性率演算部とを含む。運動速度演算部は、位相検波された信号の実部信号および虚部信号を用いて、対象となる血管の運動速度を求める。具体的には、超音波プローブ１４から送信される超音波の音響線上に設けられた複数の測定対象位置を設定する。そして、ある時刻に得られる反射波信号ｒ（ｔ）とその微小時間Δｔ後の反射波信号ｒ（ｔ＋Δｔ）との信号の振幅は変化せず、位相および反射位置のみが変化するという制約のもとで、反射波信号ｒ（ｔ）とｒ（ｔ＋Δｔ）との波形の整合誤差が最小となるよう、最小二乗法によって位相差を求める。この位相差から各測定対象位置の運動速度を求め、位置演算部および伸縮演算部が運動速度を積分することにより位置変位量および伸縮量を求める。複数設定された測定対象位置の中から血管壁の厚さに対応する２つの位置を選択することにより、血管壁の形状特性である血管壁の厚さあるいは厚さ変化量が求められる。
【００５５】
また、演算部２９は、測定した形状特性から、血管壁組織の性状特性を好適に求めることができる。一心拍内の血管壁の最大厚さ変化量Δｈを用いて、血管壁の径方向の弾性特性Ｅｒは次の式から求められる。
【００５６】
Ｅｒ＝Δｐ／（Δｈ／ｈ）
【００５７】
ここで、Δｐは血圧の最大値と最小値との差、ｈは血管壁の厚さである。血圧の最大値と最小値を得るためには、たとえば、血圧計２４を用い、被験者の血圧を計測し、計測値を演算部２９へ入力すればよい。血圧計２４のカフは駆血に用いるカフ１０を兼ねていてもよい。さらに、血管半径ｒを用いると、円周方向の弾性特性Ｅθは次の式から求められる。
【００５８】
Ｅθ＝１／２［（ｒ／ｈ）＋１］×Δｐ／（Δｈ／ｈ）
【００５９】
また、血管径変化量を用いると、安静時の血管径に対するその増加率すなわちＦＭＤ値を求めることができる。ＦＭＤは
ＦＭＤ＝Δｄ×１００／ｄ
で示される。ここで、ｄは安静時の血管径、Δｄは血管径の最大変化量である。
【００６０】
演算部２９において動脈血管１７およびその血管壁の形状特性や性状特性を求める際、上述したように、フーリエ変換処理あるいはバンドパスフィルタリング演算処理によって、駆血期間および駆血解除期間の繰り返し周期に同期して変化する成分のみを抽出し、抽出したデータを用いて動脈血管１７の形状特性あるいは血管壁の性状特性を求めることが好ましい。これにより、より精度の高い計測が可能となる。
【００６１】
得られた形状特性あるいは性状特性は、二次元マッピング表示をするためにＤＳＣ２１により、表示部１６で表示するのに適した画像フォーマットに変換し、表示部１６に表示してもよい。
【００６２】
図４（ａ）および（ｂ）は、図３に示す超音波診断装置１３を備えた血管内皮反応測定装置１により測定した血管壁の半径方向の弾性特性Ｅの時間変化を示すグラフである。図４（ｂ）に示すグラフでは、演算部２９において、駆血期間および駆血解除期間の繰り返し周期に同期して変化する成分のみを抽出し、弾性特性を求めている。一方、図４（ａ）に示すグラフでは、比較のため、駆血期間および駆血解除期間の繰り返し周期に同期して変化する成分の抽出を行わずに、弾性特性を求めている。図４（ａ）から明らかなように得られた弾性特性のグラフには、細かい波形が重畳している。これは、操作者がプローブ１４を持ち直したときの位置ずれの影響、被験者の呼吸や微小な動きの影響、あるいは電磁気的なノイズの影響と考えられる。
【００６３】
図４（ｂ）においてＴ２は血管を駆血している期間を示し、Ｔ１は駆血が解除された期間を示している。駆血によって血流が抑制され、一酸化窒素の生成量が減少する。このため、駆血時には、血管壁は硬くなり、弾性特性は大きい値を示す。駆血が解除されると血流が再開する。このため、一酸化窒素が生成され、血管壁が軟らかくなるため、弾性特性が低下する。
【００６４】
駆血期間および駆血解除期間の繰り返し周期に同期して変化する成分のみを抽出するには、たとえば、駆血解除期間Ｔ１の２倍を一周期とする周波数ｆ１（ｆ１＝１／２・Ｔ１）と、駆血期間Ｔ２の２倍を一周期とする周波数ｆ２（ｆ２＝１／２・Ｔ２）とに対して、充分な透過特性を有するバンドパスフィルタを用い、演算部２９においてノイズやその他の外因による変動成分を除去する。
【００６５】
これらの図から明らかなように、駆血期間および駆血解除期間の繰り返し周期に同期して変化する成分のみを抽出することより、ノイズやその他の外因による変動成分が除去されている。このため、図４（ｂ）のグラフから弾性特性の最大値Ｅｍａｘ、最小値Ｅｍｉｎおよびその差ΔＥを容易に決定し、精度よく弾性特性を測定することができることがわかる。血管内皮反応を評価するために用いる指標はΔＥ以外にも、最大値Ｅｍａｘと最小値Ｅｍｉｎとの比を用いたり、ΔＥの増加率すなわち（Ｅｍａｘ−Ｅｍｉｎ）／Ｅｍａｘを用いたりしても好適である。
【００６６】
なお、本実施形態では、図３に示す超音波診断装置を測定部の一例として示しているが、動脈血管やその血管壁の形状特性および性状特性を計測できる限り、測定部がどのような構成を備えていてもよい。また、血管壁組織の性状特性のひとつとして弾性特性を例示しているが、弾性特性の逆数であるコンプライアンスを用いても同様に血管内皮反応を評価することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６７】
本発明の血管内皮反応測定装置は、短い時間で信頼性の高い計測が可能であり、医療および健康管理の分野で好適に使用される。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明の血管内皮反応測定装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の血管内皮反応測定装置を用いて血管内皮反応を測定する様子を示す図である。
【図３】図２の血管内皮反応測定装置に用いられる超音波診断装置の構成を示すブロック図である。
【図４】（ａ）および（ｂ）は図３の血管内皮反応測定装置を用いて弾性率を測定した結果を示すグラフであって、（ｂ）は駆血期間および駆血解除期間の繰り返し周期に同期して変化する成分のみを抽出した結果を示し、（ａ）は比較のために、繰り返し周期に基づく抽出を行わなかった結果を示している。
【図５】血管内皮反応による駆血解除後の血流量変化および血管径変化を示すグラフである。
【符号の説明】
【００６９】
１     血管内皮反応測定装置
２        駆血部
３        制御部
４        測定部
１０      カフ
１１      腕
１２      カフ圧制御部
１３      超音波診断装置
１４      超音波プローブ
１６      表示部
１７      動脈血管
２０      演算データ記憶部
２１      ＤＳＣ
２２      表示制御部
２３      超音波送受信部
２４      ＣＰＵ
２５      遅延時間制御部
２６      遅延データ記憶部
２７      位相検波部
２８      フィルタ
２９      演算部
３４      血圧計
【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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