(57)【要約】【課題】セクタースキャン用のプローブを用いた超音波測定を制御して対象物を精度よく検出すること。【解決手段】超音波測定装置１０において、超音波測定制御部２１０は、超音波送受信部１１０とともに超音波測定を行う超音波測定部２０を構成する。広域スキャン制御部２３０は、超音波測定部２０が行う超音波測定にあたり、皮下の広いスキャン角範囲を走査する広域スキャン制御を実行する。関心領域スキャン制御部２４０は、超音波測定部２０が行う超音波測定にあたり、スキャン角範囲を対象物付近に狭めて走査する関心領域スキャン制御を実行する。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
セクタースキャン用のプローブを制御して超音波測定を行う制御部と、
を備えた超音波測定装置であって、
前記制御部は、
第１のスキャン角範囲を第１のステップ角で走査して対象物を検出する第１スキャン制御と、
前記第１スキャン制御による測定結果に基づいて前記第１のスキャン角範囲より狭い第２のスキャン角範囲の設定と、当該測定結果に含まれる前記プローブを基準とする前記対象物の深さ方向の距離に応じた第２のステップ角の設定とを行い、当該第２のスキャン角範囲を当該第２のステップ角で走査する第２スキャン制御と、
を実行する超音波測定装置。
【請求項２】
前記第２スキャン制御は、前記第１スキャン制御よりも少ない走査回数で走査する制御である、
請求項１に記載の超音波測定装置。
【請求項３】
前記制御部は、更に、
前記第２スキャン制御による測定結果に基づいて第３のスキャン角範囲の設定と、当該測定結果に含まれる前記プローブを基準とする前記対象物の深さ方向の距離に応じた第３のステップ角の設定とを行い、当該第３のステップ角範囲を当該第３のステップ角で走査する第３スキャン制御を実行する、
請求項１又は２に記載の超音波測定装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記第２スキャン制御又は前記第３スキャン制御を繰り返し行って前記対象物の継続的な捕捉を実行する、
請求項１〜３の何れか一項に記載の超音波測定装置。
【請求項５】
前記対象物は動脈である、
請求項１〜４の何れか一項に記載の超音波測定装置。
【請求項６】
前記第２スキャン制御又は前記第３スキャン制御の測定結果に基づいて血管径を算出する、
請求項５に記載の超音波測定装置。
【請求項７】
請求項１〜６の何れか一項に記載の超音波測定装置を具備した血圧測定装置。
【請求項８】
セクタースキャン用のプローブを用いて超音波測定を行う超音波測定装置の制御方法であって、
第１のスキャン角範囲を第１のステップ角で走査して対象物を検出する第１スキャン制御を実行することと、
前記第１スキャン制御による測定結果に基づいて前記第１のスキャン角範囲より狭い第２のスキャン角範囲の設定と、当該測定結果に含まれる前記プローブを基準とする前記対象物の深さ方向の距離に応じた第２のステップ角の設定とを行い、当該第２のスキャン角範囲を当該第２のステップ角で走査する第２スキャン制御を実行することと、
を含む制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波により測定する超音波測定装置等に関する。
【背景技術】
【０００２】
血管等の対象物を検出して生体情報を測定する技術として、体表面から生体内部に向けて超音波を送信し、その反射波を受信する超音波測定を利用したものが知られている。例えば、超音波測定の結果から血管径を算出し、血圧を推定的に求める血圧測定装置が挙げられる。また、特許文献１には、動脈硬化の指標となる頸動脈のＩＭＴ（Intima Media Thickness：内膜中膜複合体厚）を測定するにあたり、受信した反射波の振幅情報を処理することによって得られる生体組織からの反射波信号強度と、受信した反射波の位相情報を処理することによって得られる生体組織の移動速度とを用いて血管壁を自動的に検出する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−１７３１７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
超音波のスキャン方式の１つに、送受信する超音波ビームの角度を変化させるセクタースキャン方式がある。このセクタースキャン方式では、セクタースキャン用のプローブから放射状の複数の走査線に沿って超音波ビームを送受信することから、隣接する走査線との間隔は、プローブから離れるにつれて広くなる。そのため、例えば対象物が体表面から深い位置にある場合、走査線密度が粗くなり、検出精度が低下する場合があった。
【０００５】
本発明は、こうした事情を鑑みてなされたものであり、セクタースキャン用のプローブを用いた超音波測定を制御して対象物を精度よく検出することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するための第１の発明は、セクタースキャン用のプローブを制御して超音波測定を行う制御部と、を備えた超音波測定装置であって、前記制御部は、第１のスキャン角範囲を第１のステップ角で走査して対象物を検出する第１スキャン制御と、前記第１スキャン制御による測定結果に基づいて前記第１のスキャン角範囲より狭い第２のスキャン角範囲の設定と、当該測定結果に含まれる前記プローブを基準とする前記対象物の深さ方向の距離に応じた第２のステップ角の設定とを行い、当該第２のスキャン角範囲を当該第２のステップ角で走査する第２スキャン制御と、を実行する超音波測定装置である。
【０００７】
また、他の発明として、セクタースキャン用のプローブを用いて超音波測定を行う超音波測定装置の制御方法であって、第１のスキャン角範囲を第１のステップ角で走査して対象物を検出する第１スキャン制御を実行することと、前記第１スキャン制御による測定結果に基づいて前記第１のスキャン角範囲より狭い第２のスキャン角範囲の設定と、当該測定結果に含まれる前記プローブを基準とする前記対象物の深さ方向の距離に応じた第２のステップ角の設定とを行い、当該第２のスキャン角範囲を当該第２のステップ角で走査する第２スキャン制御を実行することと、を含む制御方法を構成してもよい。
【０００８】
第１の発明等によれば、第１スキャン制御を実行して第１のスキャン角範囲を第１のステップ角で走査し、対象物を検出する。その上で、第１スキャン制御による測定結果に基づき第１のスキャン角範囲より狭い第２のスキャン角範囲を設定し、プローブからの対象物の深さ方向の距離に応じて第２のスキャン角を設定して、第２のスキャン角範囲を第２のステップ角で走査する第２スキャン制御を実行する。これによれば、セクタースキャンであっても対象物付近を適切な走査線密度で走査して超音波測定を行うことができ、対象物を精度よく検出することができる。
【０００９】
第２の発明は、前記第２スキャン制御は、前記第１スキャン制御よりも少ない走査回数で走査する制御である、第１の発明の超音波測定装置である。
【００１０】
第２の発明によれば、第２スキャン制御を実行することで行う走査を第１スキャン制御の場合よりも少ない走査回数で行うことができる。
【００１１】
第３の発明は、前記制御部は、更に、前記第２スキャン制御による測定結果に基づいて第３のスキャン角範囲の設定と、当該測定結果に含まれる前記プローブを基準とする前記対象物の深さ方向の距離に応じた第３のステップ角の設定とを行い、当該第３のステップ角範囲を当該第３のステップ角で走査する第３スキャン制御を実行する、第１又は第２の発明の超音波測定装置である。
【００１２】
第３の発明によれば、第２スキャン制御による測定結果に基づき第３のスキャン角範囲を設定し、プローブからの対象物の深さ方向の距離に応じて第３のスキャン角を設定して、第３のスキャン角範囲を第３のステップ角で走査する第３スキャン制御を実行することができる。
【００１３】
第４の発明は、前記制御部は、前記第２スキャン制御又は前記第３スキャン制御を繰り返し行って前記対象物の継続的な捕捉を実行する、第１〜第３の何れかの発明の超音波測定装置である。
【００１４】
第４の発明によれば、第１スキャン制御よりも狭いスキャン角範囲を対象とする第２スキャン制御又は第３スキャン制御の繰り返しにより、対象物を継続的に捕捉することができる。
【００１５】
第５の発明は、前記対象物は動脈である、第１〜第４の何れかの発明の超音波測定装置である。また、第６の発明は、前記第２スキャン制御又は前記第３スキャン制御の測定結果に基づいて血管径を算出する、第５の発明の超音波測定装置である。
【００１６】
第５の発明によれば動脈を検出することができ、第６の発明によれば、動脈の血管径が得られる。
【００１７】
第７の発明は、第１〜第６の発明の超音波測定装置を具備した血圧測定装置である。
【００１８】
第７の発明によれば、第１〜第６の発明の作用効果を奏する血圧測定装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】超音波測定装置のシステム構成例を示す図。
【図２】広域スキャン制御により超音波測定をしている状態を簡略的に示す図。
【図３】Ａモード像の一例を示すグラフ。
【図４】関心領域スキャン制御により超音波測定をしている状態を簡略的に示す図。
【図５】関心領域スキャン制御により超音波測定をしている状態を簡略的に示す他の図。
【図６】超音波測定装置の機能構成例を示すブロック図。
【図７】走査線間隔テーブルのデータ構成例を示す図。
【図８】スキャン設定データのデータ構成例を示す図。
【図９】測定処理の流れを説明するフローチャート。
【図１０】図９に続く処理の流れを説明するフローチャート。
【図１１】超音波測定装置のシステム構成の他の例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
図１は、本実施形態における超音波測定装置１０のシステム構成例を示す図である。超音波測定装置１０は、超音波の反射波を測定することにより被検体２の生体情報を測定する装置である。本実施形態では、頸部の血管４のうち動脈５と静脈６とを自動的に判別し、動脈５の血管径から血圧を測定する。
【００２１】
超音波測定装置１０は、測定結果や操作情報を画像表示するための手段及び操作入力のための手段を兼ねるタッチパネル１２と、操作入力をするためのキーボード１４と、超音波プローブ（探触子）１６と、処理装置３０とを備える。
【００２２】
処理装置３０には、制御基板３１が搭載されており、タッチパネル１２、キーボード１４、超音波プローブ１６等の装置各部と信号送受可能に接続されている。制御基板３１には、ＣＰＵ（Central Processing Unit）３２や、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）、各種集積回路の他、ＩＣメモリーやハードディスク等による記憶媒体３３と、外部装置とのデータ通信を実現する通信ＩＣ３４とが搭載されている。この処理装置３０は、ＣＰＵ３２等が記憶媒体３３に記憶されているプログラムを実行することにより、超音波測定をはじめとして、動脈５と静脈６との判別、動脈５を対象物（以下、「測定対象血管」ともいう。）とした血管径の算出や算出結果に基づく血圧の測定、測定結果の画像表示制御といった、本実施形態に係る各種機能を実現する。
【００２３】
具体的には、処理装置３０の制御により、超音波測定装置１０は超音波プローブ１６から被検体２へ超音波ビームを送信し、その反射波を受信する。そして反射波の受信信号を増幅・信号処理することにより、被検体２の生体内構造の位置情報や経時変化等の反射波データを生成する。この超音波測定は、所定周期で繰り返し行われる。測定単位を「フレーム」と呼ぶ。
【００２４】
反射波データには、いわゆるＡモード、Ｂモード、Ｍモード、カラードップラーモードの各モードの画像用データが含まれる。Ａモードは、第１軸を超音波ビームの走査線方向に沿った受信信号のサンプル点列とし、第２軸を各サンプル点での反射波の受信信号強度として、反射波の振幅（Ａモード像）を表示するモードである。また、Ｂモードは、超音波ビームを所定のプローブ走査範囲内で走査させながら得た反射波振幅（Ａモード像）を輝度値に変換することで可視化した、生体内構造の二次元画像（Ｂモード像）を表示するモードである。
【００２５】
また、超音波測定装置１０は、トラッキング対象の反射波データ（例えば、Ｂモード像）にトラッキングポイントを設定し、設定したトラッキングポイントを異なるフレーム間で追跡し変位を算出する、いわゆる「トラッキング」を行うことができる。
【００２６】
［原理］
図２は、超音波プローブ１６を被検体２の体表面に当てて超音波測定（より詳細には、後述する広域スキャン制御による超音波測定）している状態を簡略的に示す図であり、動脈５及び静脈６の各血管４の短軸方向の断面を示している。本実施形態の超音波プローブ１６はセクタースキャン用のプローブであり、複数の超音波振動子１８を内蔵している。この超音波プローブ１６は、入射角度を所定の角度（ステップ角）ずつ変えながら、所定の体表面位置を基点Ｐとする複数の走査線Ｌに沿って超音波ビームを放射状に送受信して所定の角度範囲（スキャン角範囲）を扇形に走査する、いわゆるセクタースキャン方式で超音波測定を行う。
【００２７】
ここで、血管４は、心臓の拍動により概ね等方的に拡張／収縮を繰り返す。このため、超音波プローブ１６は、血管４の短軸方向断面において、超音波の送信方向と直交する部分ほど強い反射波を受信できる。反対に、超音波の送信方向と平行に近い部分ほど反射波を受信し難い。そのため、超音波測定では、血管４の前壁及び後壁からの反射波は強く検出されるが、血管４の横壁からの反射波は弱くなる。したがって、反射波データには、血管４の前壁及び後壁に係る強い反射波が現れることになる。
【００２８】
図３は、ある走査線Ｌ上の反射波データ（Ａモード像）の一例を示すグラフである。図３に示すように、走査線Ｌ上に血管４があると、反射波データには、その前壁と後壁に係る強い反射波が検出される。したがって、血管４の中心付近を通る走査線Ｌを選べば、そのＡモード像に現れた前壁に係る反射波ピークのサンプル点Ｐ２１と、後壁に係る反射波ピークのサンプル点Ｐ２３とから、中間のサンプル点Ｐ２５の深さ位置（正確には、基点Ｐからサンプル点Ｐ２５に対応する生体内位置までの走査線Ｌの方向に沿った深さ方向の距離）を血管４の中心深さ位置として推定することができ、前後壁間の距離を血管４の血管径として求めることができる。
【００２９】
例えば、前壁に係る反射波ピークのサンプル点Ｐ２１の受信タイミングが「９１５」というサンプルタイミング（＝深さ）であり、後壁に係る反射波ピークのサンプル点Ｐ２３の受信タイミングが「１１７６」というサンプルタイミングであったとする。この場合、サンプリング周波数を４０［ＭＨｚ］、被検体２内の音速を１５３０［ｍ／ｓ］とすると、サンプル点Ｐ２１の深さ位置（前壁の位置）及びサンプル点Ｐ２３の深さ位置（後壁の位置）は、次のように算出できる。
サンプル点Ｐ２１の深さ位置
＝１５３０×９１５／（４０×１０６）／２＝１７．５［ｍｍ］
サンプル点Ｐ２３の深さ位置
＝１５３０×１１７６／（４０×１０６）／２＝２２．５［ｍｍ］
【００３０】
したがって、血管４の中心深さ位置（サンプル点Ｐ２５の深さ位置）は、次のように推定できる。
中心深さ位置＝（１７．５＋２２．５）／２＝２０［ｍｍ］
【００３１】
ところで、図２に示したように、セクタースキャン方式を採用した超音波測定では、放射状の走査線Ｌに沿って超音波ビームを送受信する。そのため、隣接する走査線Ｌとの間隔は、基点Ｐから近い（浅い）ほど狭く、基点Ｐから離れる（深い）ほど広くなる。したがって、血管４が体表面から深い位置にあると、例えば動脈５のように、その中心Ｏ１１が走査線Ｌ上から外れる事態が生じ易くなる。これでは、血管径を精度良く算出するのは難しい。対して、中心Ｏ１１付近での走査線間隔を狭くし走査線密度を密にすれば、中心Ｏ１１を走査線Ｌ上から外れ難くすることが可能となる。すなわち、中心Ｏ１１付近の深さ位置Ｐ１１において走査線Ｌ同士の間隔が狭くなるようにステップ角を小さくすれば、図２に示すような中心Ｏ１１と走査線Ｌとのずれを小さく抑えることができることから、血管径の算出精度の向上が図れる。
【００３２】
そこで本実施形態では、はじめに、スキャン角範囲を図２に示すような皮下の広域に亘る広いスキャン角範囲（第１のスキャン角範囲）Ａ１として超音波ビームを走査（スキャン）する広域スキャン制御（第１スキャン制御）を実行し、超音波測定を行う。ここで、スキャン角範囲は、基準方向を中心とした所定の角度範囲として定義され、広域スキャン制御に際しては、基準方向は入射角度が０°の方向（図２では走査線Ｌ１１の方向）として初期設定される。広域用のスキャン角範囲Ａ１の値は例えば事前に設定され、走査線Ｌの本数は、スキャン角範囲Ａ１と、併せて設定されるステップ角（第１のステップ角）とによって定まる。図２の例では、４５本である。
【００３３】
そして、広域スキャン制御による超音波測定の結果に基づいて、血管４を検出する。例えば、円形を検出するパターンマッチング等の手法を用い、血管短軸断面のＢモード像から血管４を検出する。このとき、血管４上を通る走査線Ｌの中から、中心Ｏ１１，Ｏ１２に最も近い走査線Ｌ１３，Ｌ１５を中心候補走査線として選択する。具体的には、動脈５上を通る走査線Ｌのうち、前後壁間距離が最大のものを選ぶ。静脈６についても同様の要領で選ぶ。併せて、検出した血管４が動脈５なのか静脈６なのかを判別する。
【００３４】
動脈／静脈の種別の判別は、公知の手法を適用して行うことができる。例えば、心周期１拍分の血管径の時系列変化を波形でみると、動脈の場合と静脈の場合とで波形形状や周期的な変化等の特徴点が大きく異なる。これは、動脈の血管壁が、心臓から流れてくる拍動性の血流と血圧に耐え得るように伸縮性と弾性とに富んだ構造をしているのに対し、静脈の血管壁（静脈壁）は、動脈の血管壁（動脈壁）に比べて弾性に乏しく、また静脈壁にかかる血圧は動脈壁にかかる血圧よりも低いことに起因する。この波形の違いから動脈／静脈を判別する手法が挙げられる。
【００３５】
そして、その上で、動脈（測定対象血管）５について選んだ中心候補走査線Ｌ１３の方向を基準方向とし、少なくとも中心Ｏ１１を含むようにスキャン角範囲を狭めた関心領域スキャン制御（第２スキャン制御）を実行して超音波測定を行う。図４は、関心領域スキャン制御により超音波測定をしている状態を簡略的に示す図である。
【００３６】
先ず、関心領域用のスキャン角範囲（第２のスキャン角範囲）Ａ２は、図４中に破線で示す広域用のスキャン角範囲Ａ１よりも小さい角度範囲として例えば事前に設定しておく。動脈５のおおまかな位置がわかれば、皮下の全域或いは広域を対象に超音波測定を行う必要はないためである。これにより、中心Ｏ１１を含む範囲に限定して超音波測定を行うことができる。
【００３７】
次に、関心領域用のステップ角（第２のステップ角）は、動脈５の中心深さ位置に応じた角度とする。例えば、中心候補走査線Ｌ１３上のＡモード像から上記の要領で推定した中心深さ位置を用い、中心深さ位置における走査線間隔が所定値となる角度とされる。ステップ角をΔθとすると、深さ位置ｒにおける走査線間隔は、ステップ角Δθに深さ位置ｒを乗じて求めることができ、ステップ角Δθは、要求される走査線間隔を用いて次式（１）で算出できる。
Δθ＝（要求走査線間隔）／ｒ      ・・・（１）
【００３８】
本実施形態では、ｒの値と対応付けて該当する深さ位置において走査線間隔が所定の要求走査線間隔となるステップ角を設定した走査線間隔テーブル４２０（図７を参照）が事前に用意されることとする。そして、この走査線間隔テーブル４２０から動脈５の中心深さ位置に応じたステップ角を読み出して用いる。これにより、中心Ｏ１１付近での走査線間隔を十分に狭くすることができるので、血管径を精度よく算出することができる。図４の例では、走査線Ｌの本数は９本である。関心領域スキャンでは広域スキャンよりも走査線Ｌの本数を少なくすることでスキャンの頻度を上げ、測定対象物の変化や動きへの追従性を向上させることができる。
【００３９】
そして、関心領域スキャン制御による超音波測定の結果に基づいて、動脈５の中心Ｏ１１を通る走査線Ｌ２を中心走査線として決定する。例えば、全ての走査線Ｌの中から、中心候補走査線の選択と同様の要領で前後壁間距離が最大のものを選んで決定する。
【００４０】
ここで、図４の例では、決定した中心走査線Ｌ２が、基準方向とした中心候補走査線Ｌ１３と一致していない。この場合には、中心走査線Ｌ２の方向を基準方向として設定し直し、スキャン角範囲を広げる調整を行う。その上でトラッキングを開始し、関心領域スキャン制御を繰り返す。図５は、基準方向を再設定して関心領域スキャン制御により超音波測定をしている状態を簡略的に示す図である。
【００４１】
先ず、関心領域調整用のスキャン角範囲（第３のスキャン角範囲）Ａ３は、広域用のスキャン角範囲Ａ１より小さい角度範囲であって、図４に示した関心領域用のスキャン角範囲Ａ２よりも大きい角度範囲として例えば事前に設定しておく。なお、スキャン角範囲Ａ３は、関心領域用のスキャン角範囲Ａ２と同じ角度範囲としてもよいし、それよりも小さい角度範囲としてもよく、適宜設定してよい。
【００４２】
次に、関心領域調整用のステップ角（第３のステップ角）は、中心走査線Ｌ２上のＡモード像から動脈５の中心深さ位置を推定し、この中心深さ位置に応じたステップ角を再度走査線間隔テーブル４２０から読み出して用いる。図５の例では、走査線Ｌの本数は１５本に増えている。
【００４３】
その後は、中心走査線Ｌ２上で検出した前壁及び後壁の各位置にトラッキングポイントを設定してトラッキングを開始し、関心領域スキャン制御を繰り返して超音波測定を行うことにより前壁及び後壁の各位置を継続的に捕捉する。そして、前壁及び後壁の変位をフレーム毎に算出し、各フレームでの血管径を得る。
【００４４】
また、図示しないが、所定の調整要求があった場合も同様に基準方向を再設定し、スキャン角範囲及びステップ角を調整する。調整要求は、例えば測定中に被検体２が動く等して超音波プローブ１６の体表面上の位置がずれて走査線Ｌの基点Ｐと動脈５との位置関係が変わってしまった場合を想定し、例えばオペレーター等が所定の調整要求操作を入力することで実現される。なお、手動で行う場合に限らず、所定条件を満たした場合に自動的に調整要求を指示する構成としてもよい。例えば、所定の時間間隔で調整要求を指示する構成としてもよい。
【００４５】
そして、調整要求があった場合は、基準方向を再設定し、スキャン角範囲及びステップ角を調整する。例えば、直前の関心領域スキャン制御による超音波測定の結果に基づき測定対象血管の中心付近を通る走査線Ｌを選んで中心走査線として決定し直し、以降の処理を上記と同様に行う。
【００４６】
［機能構成］
図６は、超音波測定装置１０の機能構成例を示すブロック図である。超音波測定装置１０は、超音波送受信部１１０と、操作入力部１２０と、表示部１３０と、通信部１４０と、処理部２００と、記憶部４００とを備える。
【００４７】
超音波送受信部１１０は、処理部２００から出力されるパルス電圧で超音波を送信する。そして、送信した超音波の反射波を受信して反射波信号に変換し、処理部２００へ出力する。この超音波送受信部１１０は複数の超音波振動子を有しており、図１では超音波プローブ１６がこれに該当する。
【００４８】
操作入力部１２０は、オペレーターによる各種操作入力を受け付け、操作入力に応じた操作入力信号を処理部２００へ出力する。ボタンスイッチやレバースイッチ、ダイヤルスイッチ、トラックパッド、マウス等により実現できる。図１ではタッチパネル１２やキーボード１４がこれに該当する。
【００４９】
表示部１３０は、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）等の表示装置によって実現され、処理部２００からの表示信号に基づく各種表示を行う。図１ではタッチパネル１２がこれに該当する。
【００５０】
通信部１４０は、処理部２００の制御のもと、外部との間でデータを送受するための通信装置である。この通信部１４０の通信方式としては、所定の通信規格に準拠したケーブルを介して有線接続する形式や、クレイドル等と呼ばれる充電器と兼用の中間装置を介して接続する形式、無線通信を利用して無線接続する形式等、種々の方式を適用可能である。図１では通信ＩＣ３４がこれに該当する。
【００５１】
処理部２００は、例えば、ＣＰＵやＧＰＵ（Graphics Processing Unit）等のマイクロプロセッサーや、ＡＳＩＣ、ＦＰＧＡ、ＩＣメモリー等の電子部品によって実現される。そして、処理部２００は、各機能部との間でデータの入出力制御を行い、所定のプログラムやデータ、操作入力部１２０からの操作入力信号、超音波送受信部１１０からの反射波信号等に基づいて各種の演算処理を実行して被検体２の生体情報を算出する。図１では処理装置３０、制御基板３１がこれに該当する。
【００５２】
この処理部２００は、超音波測定制御部２１０と、基準方向設定部２２０と、広域スキャン制御部２３０と、関心領域スキャン制御部２４０と、血管検出部２５０と、血管判別部２６０と、中心深さ位置推定部２７０と、中心走査線決定部２８０と、血管径算出部２９０と、血圧測定部３００とを含む。
【００５３】
超音波測定制御部２１０は、超音波送受信部１１０とともに超音波測定部２０を構成し、この超音波測定部２０によって超音波測定が行われる。超音波測定制御部２１０は、駆動制御部２１１と、送受信制御部２１３と、受信合成部２１５と、トラッキング部２１７とを有し、超音波測定を統合的に制御する。
【００５４】
駆動制御部２１１は、超音波送受信部１１０による超音波パルスの送信タイミングを制御し、送信制御信号を送受信制御部２１３へ出力する。
【００５５】
送受信制御部２１３は、駆動制御部２１１からの送信制御信号に従ってパルス電圧を発生させて超音波送受信部１１０へ出力する。その際、送信遅延処理を行い各超音波振動子へのパルス電圧の出力タイミングを調整することで、図２等に示したように、スキャン角範囲とステップ角とによって定まる放射状の複数の走査線に沿って順次超音波をフォーカスすることができる。また、超音波送受信部１１０から出力された反射波信号の増幅やフィルター処理を行って、その結果を受信合成部２１５へ出力することができる。
【００５６】
受信合成部２１５は、必要に応じて遅延処理等を行っていわゆる受信信号のフォーカスに係る処理等を実行して、反射波データを生成する。
【００５７】
トラッキング部２１７は、反射波データを参照し、超音波測定のフレーム間でトラッキングポイントを追跡するいわゆる「トラッキング」に係る処理を行う。例えば、トラッキング対象の反射波データにトラッキングポイントを設定するための処理、設定したトラッキングポイントを異なるフレーム間で追跡する処理、トラッキングポイントの変位を算出する処理を行うことができる。いわゆる「エコートラッキング」や「位相差トラッキング」等の機能が実現される。
【００５８】
基準方向設定部２２０は、スキャン角範囲の基準方向を設定し、随時更新する。広域スキャン制御部２３０は、超音波測定部２０が行う超音波測定にあたり、皮下の広いスキャン角範囲を走査する広域スキャン制御を実行する。関心領域スキャン制御部２４０は、超音波測定部２０が行う超音波測定にあたり、スキャン角範囲を測定対象血管の中心付近に狭めて走査する関心領域スキャン制御を実行する。
【００５９】
血管検出部２５０は、広域スキャン制御による超音波測定の結果から血管を検出し、中心候補走査線を選択する。血管判別部２６０は、検出した血管の動脈／静脈の種別を判別する。中心深さ位置推定部２７０は、動脈を測定対象血管とし、その中心深さ位置を推定する。
【００６０】
中心走査線決定部２８０は、関心領域スキャン制御による超音波測定の結果に基づき中心走査線を決定する。血管径算出部２９０は、トラッキング部２１７が追跡している前壁及び後壁の変位から、フレーム毎に血管径を算出する。血圧測定部３００は、血管径から血圧を算出する。
【００６１】
一般に、血管径と血圧とは、ある非線形な相関特性で結び付けることが可能であり、血管（例えば頸動脈）の血管径から血圧を推定的に算出（測定）することができる。血管径と血圧との相関特性は、血管に掛かる圧力と、各血圧時における血管径とから、次式（２）に示す相関式で表すことができる。次式（２）において、「Ｐｓ」は収縮期血圧（最高血圧）であり、「Ｐｄ」は拡張期血圧（最低血圧）である。「Ｄｓ」は収縮期血圧のときの血管径である収縮期血管径であり、「Ｄｄ」は拡張期血圧のときの血管径である拡張期血管径である。また、「β」はスティフネスパラメーターと呼ばれる血管弾性指標値である。血圧測定部３００は、この相関式に従い、随時算出される血管径Ｄから血圧ＢＰを算出する。
ＢＰ＝Ｐｄ・ｅｘｐ［β（Ｄ／Ｄｄ−１）］      ・・・（２）
ただし、β＝ｌｎ（Ｐｓ／Ｐｄ）／（Ｄｓ／Ｄｄ−１）      ・・・（３）
【００６２】
ここで、上記式（２）の相関式を用いて血管径から血圧を算出するにあたっては、事前にユーザーの血圧を測定して、血管径と血圧との相関特性の校正を行う必要がある。そのために必要な構成については図示していないが、校正は、例えば、加圧用カフ等を用いて校正のための血圧を事前に測定し、測定結果を用いて相関式を近似的に算出することで行うことができる。
【００６３】
記憶部４００は、ＩＣメモリーやハードディスク、光学ディスク等の記憶媒体により実現されるものである。記憶部４００には、超音波測定装置１０を動作させ、超音波測定装置１０が備える種々の機能を実現するためのプログラムや、当該プログラムの実行中に使用されるデータ等が事前に記憶され、或いは処理の都度一時的に記憶される。図１では、制御基板３１に搭載されている記憶媒体３３がこれに該当する。なお、処理部２００と記憶部４００との接続は、装置内の内部バス回路による接続に限らず、ＬＡＮ（Local Area Network）やインターネット等の通信回線で実現してもよい。その場合、記憶部４００は、超音波測定装置１０とは別の外部記憶装置により実現されるとしてもよい。
【００６４】
この記憶部４００には、測定プログラム４１０と、走査線間隔テーブル４２０と、スキャン設定データ４３０と、基準方向データ４４０と、反射波データ４５０と、トラッキングデータ４６０と、相関式データ４７０と、血圧データ４８０とを記憶する。勿論、これら以外にもフレーム識別情報や、各種フラグ、計時用のカウンター値等を適宜記憶することができる。
【００６５】
処理部２００は、測定プログラム４１０を読み出して実行することにより、超音波測定制御部２１０や、基準方向設定部２２０、広域スキャン制御部２３０、関心領域スキャン制御部２４０、血管検出部２５０、血管判別部２６０、中心深さ位置推定部２７０、中心走査線決定部２８０、血管径算出部２９０、血圧測定部３００等の機能を実現する。なお、これらの機能部を電子回路等のハードウェアで実現する場合には、当該機能を実現させるためのプログラムの一部を省略することができる。
【００６６】
走査線間隔テーブル４２０は、所定の要求走査線間隔における深さ位置とステップ角との対応関係を設定したデータテーブルである。図７は、走査線間隔テーブル４２０のデータ構成例を示す図であり、要求走査線間隔の値が１７５［μｍ］の場合を例示している。
【００６７】
なお、要求走査線間隔の値は１７５［μｍ］に限らず、要求される精度等に応じて決めればよい。また、図７に示すように、異なる要求走査線間隔について走査線間隔テーブル４２０ａ，４２０ｂ，・・・を用意しておいてもよい。そして、例えば、ユーザー操作による要求走査線間隔の入力を受け付け、入力値に応じて何れかの走査線間隔テーブル４２０ａ，４２０ｂ，・・・を参照するようにしてもよい。また、要求走査線間隔に応じて深さ位置とステップ角との対応関係をテーブル化しておく構成に限らず、上記式（１）に従ってその都度ステップ角を算出して設定するようにしてもよい。
【００６８】
スキャン設定データ４３０は、広域用、関心領域用、及び関心領域調整用のステップ角範囲とステップ角の各値を設定したデータテーブルである。図８は、スキャン設定データ４３０のデータ構成例を示す図である。本実施形態では、スキャン角範囲は固定値とされ、ステップ角については、広域用は固定値とされる。一方、関心領域用及び関心領域調整用のステップ角については、随時書き換えられて設定される。
【００６９】
なお、固定値とした広域用、関心領域用、及び関心領域調整用のスキャン角範囲や、広域用のステップ角についても、可変に設定してもよい。例えば、ユーザー操作による各値の入力を受け付け、入力値で該当する値を書き換えてスキャン設定データ４３０を更新する構成としてもよい。関心領域用のスキャン角範囲であれば、広域用のスキャン角範囲よりも小さい角度範囲内での入力を受け付けて、スキャン設定データ４３０を書き換えることで実現できる。
【００７０】
図６に戻り、基準方向データ４４０は、現在の基準方向を記憶する。反射波データ４５０は、広域スキャン制御のもと行われた超音波測定で得た反射波データや、関心領域スキャン制御のもと行われ、フレーム毎に繰り返される超音波測定で得た反射波データを記憶する。トラッキングデータ４６０は、トラッキング部２１７によるトラッキング結果のデータであり、トラッキングポイントとされてトラッキングされた測定対象血管のフレーム毎の前壁及び後壁の変位を記憶する。
【００７１】
相関式データ４７０は、上記したように事前に校正された式（２）の相関式のデータ（パラメータＰｄ，Ｄｄ，βの各値）を記憶する。血圧データ４８０は、血圧測定部３００によってフレーム毎に算出された血圧を記憶する。
【００７２】
［処理の流れ］
図９及び図１０は、測定処理の流れを説明するフローチャートである。測定処理は、例えば、オペレーターにより超音波プローブ１６が頸動脈に向けて当てられて、所定の測定開始操作が入力されると開始される。なお、ここで説明する処理は、処理部２００が記憶部４００から測定プログラム４１０を読み出して実行することで実現できる。
【００７３】
図９に示すように、先ず、基準方向設定部２２０が、基準方向を超音波ビームの入射角度＝０°の方向として初期化する（ステップＳ１）。そして、広域スキャン制御部２３０が、走査線間隔テーブル４２０に設定されている広域用のスキャン角範囲及びステップ角の各値に従い広域スキャン制御を実行することで、超音波測定部２０が超音波測定を行う（ステップＳ３）。
【００７４】
続いて、血管検出部２５０が、広域スキャン制御による超音波測定の結果得られた反射波データを参照し、血管を検出する（ステップＳ５）。また、このとき、血管検出部２５０は、ステップＳ５で検出した血管を通る各走査線上の前後壁間隔距離に基づいて、中心候補走査線を選択する（ステップＳ７）。
【００７５】
続いて、血管判別部２６０が、中心候補走査線上での前後壁間距離の時間的変化から、ステップＳ５で検出した血管が動脈なのか静脈なのかを判別する（ステップＳ９）。検出した血管が動脈でなければ（ステップＳ１１：ＮＯ）、ステップＳ３に戻って上記した処理を繰り返す。その際、オペレーターによって、超音波プローブ１６が当てられている体表面上の位置が適宜修正される。
【００７６】
そして、動脈を検出した場合は（ステップＳ１１：ＹＥＳ）、当該動脈を測定対象血管とし、続いて中心深さ位置推定部２７０が、中心候補走査線上の前後壁間距離に基づいて中心深さ位置を推定する（ステップＳ１３）。
【００７７】
続いて、基準方向設定部２２０が、基準方向を中心候補走査線の方向として更新する（ステップＳ１５）。また、関心領域スキャン制御部２４０が、ステップＳ１３で推定した中心深さ位置に対応するステップ角を走査線間隔テーブル４２０から読み出し、関心領域用のステップ角としてスキャン設定データ４３０に設定・更新する（ステップＳ１７）。そして、関心領域スキャン制御部２４０は、スキャン設定データ４３０に設定されている関心領域用のスキャン角範囲及びステップ角の各値に従い関心領域スキャン制御を実行することで、超音波測定部２０が超音波測定を行う（ステップＳ１９）。
【００７８】
そして、中心走査線決定部２８０が、関心領域スキャン制御による超音波測定の結果得られた反射波データを参照し、各走査線上の前後壁間距離に基づいて中心走査線を決定する（ステップＳ２１）。
【００７９】
続いて、図１０に示すように、ステップＳ２１で決定した中心走査線が中心候補走査線と一致する場合は（ステップＳ２３：ＹＥＳ）、調整は不要と判断してステップＳ２５に移行する。すなわち、ステップＳ２５では、関心領域スキャン制御部２４０が、スキャン設定データ４３０に設定されている関心領域用のスキャン角範囲及びステップ角の各値に従い関心領域スキャン制御を繰り返すことで、超音波測定部２０による超音波測定を継続する。なお、ここでの処理に先立ち、トラッキング部２１７が、中心走査線上で検出した前壁及び後壁の各位置のトラッキングを開始する。
【００８０】
一方、中心走査線が中心候補走査線と一致しない場合には（ステップＳ２３：ＹＥＳ）、調整が必要と判断してステップＳ２７に移行する。すなわち、ステップＳＳ２７では、基準方向設定部２２０が、基準方向を中心走査線の方向として再設定して更新する。また、中心深さ位置推定部２７０が、中心走査線上の前後壁間距離に基づいて、中心深さ位置を再度推定する（ステップＳ２９）。続いて、関心領域スキャン制御部２４０が、ステップＳ２９で推定した中心深さ位置に対応するステップ角を走査線間隔テーブル４２０から読み出し、関心領域調整用のステップ角としてスキャン設定データ４３０に再度設定・更新する（ステップＳ３１）。そして、関心領域スキャン制御部２４０は、スキャン設定データ４３０に設定されている関心領域調整用のスキャン角範囲及びステップ角の各値に従い関心領域スキャン制御を繰り返すことで、超音波測定部２０による超音波測定を継続する（ステップＳ３３）。ここでの処理に先立ち、トラッキング部２１７が、中心走査線上で検出した前壁及び後壁の各位置のトラッキングを開始する。
【００８１】
以降は、血管径算出部２９０が、トラッキング部２１７によるトラッキング結果から血管径を算出し（ステップＳ３５）、血圧測定部３００が、相関式データ４７０として記憶された血管径と血圧との相関特性を表す相関式に従い、ステップＳ３５で算出した血管径から血圧を測定する（ステップＳ３７）。算出した血管径や測定した血圧は、随時表示部に表示制御される。そして、血圧測定を終了する場合は（ステップＳ３９：ＹＥＳ）、測定処理を終える。
【００８２】
また、調整要求があった場合は（ステップＳ４１：ＹＥＳ）、直前の関心領域スキャン制御による超音波測定の結果得られた反射波データを参照し、各走査線上の前後壁間距離に基づいて中心走査線を決定し直し（ステップＳ４３）、ステップＳ２７に戻って上記した処理を繰り返す。調整要求がなければ（ステップＳ４１：ＮＯ）、ステップＳ３５に戻って上記した処理を繰り返す。
【００８３】
以上説明したように、本実施形態によれば、対象物付近を適切な走査線密度で走査して超音波測定を行うことができ、セクタースキャン用のプローブを用いた超音波測定を制御して対象物を精度よく検出することができる。本実施形態では、動脈の中心深さ位置を高精度に推定できる。したがって、血管径の検出精度の向上が図れ、血圧を精度よく測定できる。
【００８４】
なお、本実施形態では、対象物である動脈が基点Ｐから離れた深い位置にある場合を想定して説明したが、対象物が基点Ｐから近い（浅い）位置にある場合には、逆に走査線密度が密になりすぎる事態が生じ得る。このような場合には、対象物付近で走査線間隔が広がるようにステップ角を調整することも可能であり、対象物付近を適切な走査線密度で走査して超音波測定を行うことができる。
【００８５】
また、測定対象の動脈５を頸動脈として説明したが、上腕動脈など、他の動脈でもよいことは勿論である。また、超音波プローブ１６を含む超音波測定装置１０を小型に構成することとしてもよい。
【００８６】
例えば、図１１に示すように、超音波プローブ１６を、超音波振動子１８をアレイ状に配置して構成した超音波センサー１６ａと、粘着台座１６ｂとを有して構成する。粘着台座１６ｂは、皮膚面に着脱可能な粘着層を有しており、被検体３である被検者が身体を動かしても容易に外れたり剥がれたりしない。そして、粘着台座１６ｂによって、超音波センサー１６ａを、測定対象の動脈５が直下に位置すると思われる皮膚面に貼り付ける。超音波プローブ１６の貼り付け姿勢は、超音波センサー１６ａによって動脈５の短軸方向断面を描出できるような姿勢とする。図１１では、計測対象の動脈５を上腕動脈として示しているが、頸動脈であっても勿論よい。
【００８７】
また、処理装置３０の他、操作入力部１２０や表示部１３０の機能を集約した小型の本体装置を構成し、本体装置と超音波プローブ１６とを有線或いは無線で接続して、超音波測定装置１０を構成する。
この図１１の構成によれば、血管径や血圧などの測定において、より長時間の測定に適した構成とすることができる。
【符号の説明】
【００８８】
１０…超音波測定装置、２０…超音波測定部、１１０…超音波送受信部、１２０…操作入力部、１３０…表示部、１４０…通信部、２００…処理部、２１０…超音波測定制御部、２１１…駆動制御部、２１３…送受信制御部、２１５…受信合成部、２１７…トラッキング部、２２０…基準方向設定部、２３０…広域スキャン制御部、２４０…関心領域スキャン制御部、２５０…血管検出部、２６０…血管判別部、２７０…中心深さ位置推定部、２８０…中心走査線決定部、２９０…血管径算出部、３００…血圧測定部、４００…記憶部、４１０…測定プログラム、４２０…走査線間隔テーブル、４３０…スキャン設定データ、４４０…基準方向データ、４５０…反射波データ、４６０…トラッキングデータ、４７０…相関式データ、４８０…血圧データ、２…被検体、４…血管、５…動脈、６…静脈
【図１】
2017070338.tif 000003
【図２】
2017070338.tif 000004
【図３】
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【図４】
2017070338.tif 000006
【図５】
2017070338.tif 000007
【図６】
2017070338.tif 000008
【図７】
2017070338.tif 000009
【図８】
2017070338.tif 000010
【図９】
2017070338.tif 000011
【図１０】
2017070338.tif 000012
【図１１】
2017070338.tif 000013