(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エコーを用いて動脈の血管径を測定する血管径測定システムにおいて、
動脈を一定時間阻血させる阻血用カフと、
皮膚表面から超音波を発して反射してくる信号を検出して血管エコー画像を得るエコープローブと、
前記エコープローブを腕部に接触した状態で微調整可能に固定する着脱式固定バンドと、
胸部に接触させて前記血管エコー画像を心電位波ＲでトリガーさせるためのＥＣＧ電極と、
阻血時間と阻血圧をコントロールし、安静期、阻血期、充血反応過程の各期であることを表示またはアラーム音で被験者に知らせる自動阻血装置と、
前記エコープローブによるエコー画像を前記ＥＣＧ電極で同期して撮影し静止画像を得る汎用エコー装置と、
保存した前記静止画像から血管拡張による血管径を演算して求めるコンピュータ装置と、
を具備したことを特徴とする血管径測定システム。
【請求項２】
請求項１に記載の血管径測定システムにおいて、前記エコープローブを上腕部に固定する着脱式固定バンドは、面ファスナバンドであることを特徴とする血管径測定システム。
【請求項３】
請求項１に記載の血管径測定システムにおいて、前記安静期と前記充血反応過程期の少なくとも２種類の状態で血管径測定を行うことを特徴とする血管径測定システム。
【請求項４】
請求項３に記載の血管径測定システムにおいて、前記自動阻血装置は、前記安静期以後充血反応過程期以前に阻血用カフでの阻血を行う機能を備えていることを特徴とする血管径測定システム。
【請求項５】
前記請求項１に記載の血管径測定システムにおいて、エコーを用いた上腕動脈またはとう骨動脈の血管径測定において前記自動阻血装置は、前記阻血用カフでの阻血を自動で行う機能を備えていることを特徴とする血管径測定システム。
【請求項６】
請求項４または５に記載の血管径測定システムにおいて、前記自動阻血装置は、前記阻血用カフの吸気および排気をポンプで行うことを特徴とする血管径測定システム。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の血管径測定システムにおいて、阻血用カフの自動吸気、排気を行うための演算機能を備えた前記自動阻血装置を具備し、その自動阻血装置がポンプに加えて圧力センサー、タイマー、測定期を知らせるアラーム機構を備えていることを特徴とする血管径測定システム。
【請求項８】
請求項７に記載の血管径測定システムにおいて、前記自動阻血装置が汎用エコー装置との間で電気信号を交信することがないことを特徴とする血管径測定システム。
【請求項９】
請求項１に記載の血管径システムにおいて、前記汎用エコー装置が取得したエコー画像をパソコンに転送することを特徴とする血管径測定システム。
【請求項１０】
請求項９に記載の血管径測定システムにおいて、前記コンピュータ装置は、パソコンであって、前記パソコンに取り込まれた動脈縦断像のエコー画像をモニター上の第１の表示画面に表示させ、前記第１の表示画面に長方形のカッティングテンプレートがエコー画像に重複して表示することを特徴とする血管径測定システム。
【請求項１１】
請求項１０に記載の血管径測定システムにおいて、長方形のカッティングテンプレートが自由に回転でき、さらに長方形の長辺、短辺の長さが自由に変えられる事を特徴とする血管径測定システム。
【請求項１２】
請求項１０または１１に記載の血管径測定システムにおいて、カッティングテンプレートには長方形を上下に分ける中心ラインが付いていることを特徴とする血管径測定システム。
【請求項１３】
請求項１２に記載の血管径測定システムにおいて、前記中心ラインと血管の中心部が重なることを特徴とする血管径測定システム。
【請求項１４】
請求項１２または１３に記載の血管径測定システムにおいて、前記カッティングテンプレート画面内で前記中心ラインの輝度を最も高くしてあることを特徴とする血管径測定システム。
【請求項１５】
請求項１２〜１４のいずれか１項に記載の血管径測定システムにおいて、前記カッティングテンプレートの前記中心ラインと直交する方向に対して前記中心ラインとY軸原点との範囲で輝度分布を比較して前記中心ラインを除いた位置での最大輝度値点を見つけてNPと定義する第一の行程と前記第一の行程で定義したNPの位置と前記中心ラインとを両端とする範囲においてY軸上M1＞０だけ距離が離れたＹ,Ｙ＋Ｍ１の２点を定義しこの２点でＹ軸に平行な軸上輝度値を比較し輝度値の差がI(Y)‐I(Y＋M1)<B1かI(Y)＜I(Y＋M1)になる位置をNPに近い位置から順に検出する第二の行程とを含むことを特徴とする血管径測定システム。
【請求項１６】
請求項１２〜１５のいずれか１項に記載の血管径測定システムにおいて、前記カッティングテンプレートの前記中心ラインと直交する方向に対して前記中心ラインからY軸原点と反対方向のカッティングプレート端部の範囲で輝度分布を比較して前記中心ラインを除いた位置での最大輝度値点を見つけてFPと定義する第一の行程と前記第一の行程で定義したFPの位置と前記中心ラインとを両端とする範囲においてY軸上M2＞０だけ距離が離れたY,Y-M2の２点を定義しこの２点でY軸に平行な軸上輝度値を比較し輝度値の差がI(Y)‐I(Y−M2)<B2かI(Y)＜I(Y−M2)になる位置をFPに近い位置から順に検出する第二の行程とを含むことを特徴とする血管径測定システム。
【請求項１７】
請求項１５または１６に記載の血管径測定システムにおいて、前記カッティングプレートの表示画面のNadv_edge点群とm-line点群のそれぞれに対してＸ軸に沿ってS個のピクセル毎に3次多項式で回帰させ推定式を求めることを特徴とする血管径測定システム。
【請求項１８】
請求項１７に記載の血管径測定システムにおいて、前記Sの値が３０であることを特徴とする血管径測定システム。
【請求項１９】
請求項１７または１８に記載の血管径測定システムにおいて、S個で小分けに推定式群が互いにT個重複していることを特徴とする血管径測定システム。
【請求項２０】
請求項１９に記載の血管径測定システムにおいて、前記T個が１５個であることを特徴とする血管径測定システム。
【請求項２１】
請求項１７〜２０のいずれか１項に記載の血管径測定システムにおいて、安静期に測定したE0エコー画像と血管拡張期に測定したE1各エコー画像から各画像における平均血管径R1avおよびR2avを用いて
%FMD＝(R2av‐R1av)・100/R1av  [%]
によって算出することを特徴とする血管径測定システム。
【請求項２２】
請求項２１に記載の血管径測定システムにおいて、年齢と%FMDの相関を疫学調査から加齢式を推定し、推定式の標準誤差σで%FMDを分類することでσの大きさにより血管のしなやかさを判定することを特徴とする血管径測定システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エコーを用いて動脈の血管径を測定する血管径測定システムに関し、より詳しくは、血管の内皮細胞が機能不全を生ずる事によって起こる血管拡張反応の低下を、動脈硬化の初期診断として血管のしなやかさを非侵襲的に測定する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来血管のしなやかさを非侵襲的に測定する場合血管の力学的物理量に着目して、血管壁の硬さを診断する技術が多かった。良く知られている脈波が動脈管を伝搬する速度、脈波速度ＰＷＶ(ｐｕｌｓｅ ｗａｖｅ ｖｅｌｏｃｉｔｙ)は２点間の動脈管ＬをｄＴ時間で伝わるＰＷＶ＝Ｌ／ｄＴを求めて脈管壁が硬いと弾性率により脈波伝搬が早くなる事を利用した技術である。
高齢者ほど速度は大きくなるとされている。これらの原理を利用した非侵襲的動脈硬化診断装置はマクター社からＢＩＭＳ‐Ｖモデルとして販売されている。発明例では特許第３１８４３４９号、特開平０６‐２６１８９８等を挙げることができる。また脈波の血圧変動により血管の容積が非線形的に変わる変化量を経験則から求めたｓｔｉｆｆｎｅｓｓ ｐａｒａｍｅｔｅｒ β＝Ｄｄ／ΔＤ・ｌｎ(Ｐｓ／Ｐｄ)（ここでＤｄ=血管最小径、ΔＤ=脈動に伴う血管径の変化量、Ｐｓ=収縮期血圧、Ｐｄ=拡張期血圧）も広く使われてきた。（動脈硬化の診断のガイドライン、非侵襲的動脈硬化診断研究会編、共立出版 Ｐ９３‐１０１）高齢者ほどβが大きいとされている。応用例としてはＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｍｅｄｉｃａｌ Ｄｅｖｉｃｅ Ｐａｒｔｎｅｒｓ, Ｉｎｃ社のＣＡＲＤＩＯ Ｖｉｓｉｏｎ等が上げられる。
上述の技術では通常の拍動状態をそのまま観測するため血管の動脈硬化は物理的にかなり進んでしまってからでないと観測できない場合が多い。物理的変化が生体に生じるには数ヶ月かかることがある。物理的変化の測定方法ではこのように、生理的状態の変化の影響を受けにくい診断方法であるため、有意な変化として認識するには数ヶ月程度の時間経過を必要としていた。
しかし近年動脈硬化の初期段階では血管の内皮機能不全が動脈硬化に関与することが発見された。内皮細胞から放出される生理活性物質である一酸化窒素(ＮＯ)が平滑筋を拡張させ血小板凝集抑制、血液単球の内皮へ付着抑制など動脈硬化を抑制するために重要な指標であることが解ってきた。この一酸化窒素放出機能が不全になることと動脈硬化が生じることとの間に相関があることがわかった。１９９８年この現象の発見に対しノーベル医学生理学賞が授与されている。この内皮機能不全を測定するためには血管の拡張度が解れば良いわけでそのため以下の非侵襲的方法によって血管を強制的に弛緩させる方法が考えられている。最初に１５分開安静にさせた後上腕動脈の長軸に沿って７．５ＭＨｚ‐１５ＭＨｚのリニアプローブをあて心拍のＲ波に同期させたエコー画像を数拍分取得する。それらの画像から安静時の上腕動脈径を計測する。次に前腕部にカフを巻き約５分間２５０ｍＨｇ以上で動脈を阻血させる。５分後急速に解放し充血反応過程で１分間待ち1分後安静時と同様の血管径をエコーを使って計測する。この安静時の血管径にたいする充血反応後の血管径の比から径の変化量を％で表し％ＦＭＤとして利用する。この方法はＦｌｏｗ‐Ｍｅｄｉａｔｅｄ Ｄｉｌａｔａｔｉｏｎ法として簡易に内皮細胞の機能不全を非侵襲的に観測する方法として定着してきた。すなわち阻血により生体に生じた代謝異常を補償するための充血反応が血管拡張を最大にするであろう事を利用した方法である（Ｆｌｏｗ‐ｍｅｄｉａｔｅｄ ｄｉｌａｔａｔｉｏｎ： Ｏｌｌｉ Ｔ.Ｒａｉｔａｋａｒｉ ＆Ｄａｖｉｄ Ｓ.Ｃｅｌｅｒｍａｊｅｒ,Ｊ Ｃｌｉｎ Ｐｈａｍａｃｏｌ ２０００,５０，３９７‐４０４）。
高齢者や物理的な動脈硬化が観られないような一見健康な人でも、内皮機能不全という観点からみれば動脈硬化進展のより初期段階に入っている可能性があり得る。例えば高脂肪な食生活をこのまま続けると動脈硬化に進展するであろうことをより初期のうちから警告できるわけである。またビタミンEや薬効など数時間の単位で内皮機能不全の判定が出来るとされている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしこれらの測定を実施しようとすると上腕動脈長軸側に沿って皮膚表面からエコーを垂直に当てなくてはならず、安静１５分経過後の測定と阻血５分後の測定ではエコーを当てる部位がずれる可能性があった。また従来の方法では阻血のためカフをマニュアルで吸気するため測定者の補助を必要とした。さらに保存された上腕動脈長軸側エコー画像から血管径をノギスなどを使い算出するには時間がかかり測定者間の誤差が大きくなる場合があった。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明の血管径測定システムは、第１に動脈を一定時間阻血させる阻血用カフと、皮膚表面から超音波を発して反射してくる信号を検出して血管エコー画像を得るエコープローブと、
前記エコープローブを腕部に接触した状態で微調整可能に固定する着脱式固定バンドと、
胸部に接触させて前記血管エコー画像を心電位波ＲでトリガーさせるためのＥＣＧ電極と、
阻血時間と阻血圧をコントロールし、安静期、阻血期、充血反応過程の各期であることを表示またはアラーム音で被験者に知らせる自動阻血装置と、
前記エコープローブによるエコー画像を前記ＥＣＧ電極で同期して撮影し静止画像を得る汎用エコー装置と、
保存した前記静止画像から血管拡張による血管径を演算して求めるコンピュータ装置と、
を具備したことを特徴としている。
また、本発明の血管径測定システムは、
第２に、第１の特徴に加えて前記エコープローブを上腕に固定する着脱式固定バンドは、面ファスナバンドであることを、
第３に、第１の特徴に加えて、安静期と充血反応過程期の少なくとも２種類の状態で血管径測定を行うことを、
第４に、第３の特徴に加えて、自動阻血装置が、前記安静期以後充血反応過程期以前に阻血用カフでの阻血を行う機能を備えていることを、
第５に、第１の特徴に加えて、エコーを用いた上腕動脈またはとう骨動脈の血管径測定において自動阻血装置は、阻血用カフでの阻血を自動で行う機能を備えていることを、
第６に第４または５の特徴に加えて、自動阻血装置は、前記阻血用カフの吸気および排気をポンプで行うことを、
第７に、第１〜第６のいずれかの特徴に加えて、エコーを用いた上腕動脈またはとう骨動脈の血管径測定において、阻血用カフの自動吸気、排気を行うための演算機能を備えた自動阻血装置を具備し、その自動阻血装置がポンプに加えて圧力センサー、タイマー、測定期を知らせるアラーム機構を備えていることを、
第８に、第７の特徴に加えて、前記自動阻血装置が汎用エコー装置との間で電気信号を交信することがないことを、
第９に、第１の特徴に加えて、エコーを用いた上腕動脈またはとう骨動脈の血管径測定において汎用エコー装置が取得したエコー画像をパソコンに転送することを、
第１０に、第９の特徴に加えて、コンピュータ装置であるパソコンに取り込まれた動脈縦断像のエコー画像をモニター上の第１の表示画面に表示させ、前記第１の表示画面に長方形のカッティングテンプレートがエコー画像に重複して表示することを、
第１１に、第１０の特徴に加えて、長方形のカッティングテンプレートが自由に回転でき、さらに長方形の長辺、短辺の長さが自由に変えられる事を、
第１２に、第１０または第１１の特徴に加えて、カッティングテンプレートには長方形を上下に分ける中心ラインが付いていることを、
第１３に、第１２の特徴に加えて、前記中心ラインと血管の中心部が重なることを、
第１４に、第１２または第１３の特徴に加えて、前記カッティングテンプレート画面内で前記中心ラインの輝度を最も高くしてあることを、
第１５に、第１２から第１４のいずれかの特徴に加えて、前記カッティングテンプレートの前記中心ラインと直交する方向に対して前記中心ラインとＹ軸原点との範囲で輝度分布を比較して前記中心ラインを除いた位置での最大輝度値点を見つけてＮＰと定義する第一の行程と前記第一の行程で定義したＮＰの位置と前記中心ラインとを両端とする範囲においてＹ軸上Ｍ１＞０だけ距離が離れたＹ,Ｙ＋Ｍ１の２点を定義しこの２点でＹ軸に平行な軸上輝度値を比較し輝度値の差がI(Ｙ)‐I(Ｙ＋Ｍ１)＜Ｂ１かＩ（Ｙ）＜I（Ｙ＋Ｍ１)になる位置をＮＰに近い位置から順に検出する第二の行程とを含むことを、
第１６に、第１２から第１５のいずれかの特徴に加えて、前記カッティングテンプレートの前記中心ラインと直交する方向に対して前記中心ラインからＹ軸原点と反対方向のカッティングプレート端部の範囲で輝度分布を比較して前記中心ラインを除いた位置での最大輝度値点を見つけてＦＰと定義する第一の行程と前記第一の行程で定義したＦＰの位置と前記中心ラインとを両端とする範囲においてＹ軸上Ｍ２＞０だけ距離が離れたＹ,Ｙ−Ｍ２の２点を定義しこの２点でＹ軸に平行な軸上輝度値を比較し輝度値の差がI（Ｙ)‐I(Ｙ−Ｍ２)＜Ｂ２かI（Ｙ)＜I（Ｙ−Ｍ２)になる位置をＦＰに近い位置から順に検出する第二の行程とを含むことを、
第１７に、第１５から１６の特徴に加えて、前記カッティングプレートの表示画面のＮａｄｖ＿ｅｄｇｅ点群とｍ‐ｌｉｎｅ点群のそれぞれに対してＸ軸に沿ってＳ個のピクセル毎に３次多項式で回帰させ推定式を求めることを、
第１８に、第１７の特徴に加えて、前記Ｓの値が３０であることを、
第１９に、第１７または第１８の特徴に加えてＳ個で小分けに推定式群が互いにＴ個重複していることを、
第２０に、第１９の特徴に加えて、前記Ｔ個が１５個であることを、
第２１に、第１７から第２０のいずれかの特徴に加えて、安静期に測定したＥ０エコー画像と血管拡張期に測定したＥ１各エコー画像から各画像における平均血管径Ｒ１ａｖおよびＲ２ａｖを用いて
％ＦＭＤ＝(Ｒ２ａｖ‐Ｒ１ａｖ)・１００／Ｒ１ａｖ  [％]
によって算出することを、
第２２において、第２１の特徴に加えて、年齢と％ＦＭＤの相関を疫学調査から加齢式を推定し、推定式の標準誤差σで％ＦＭＤを分類することでσの大きさにより血管のしなやかさを判定することを、それぞれ特徴とする。
【０００５】
【発明の実施の形態】
本発明のエコーを用いて動脈の血管径を測定する血管径測定システムにおいて、
エコーを用いて動脈の血管径を測定する血管径測定システムにおいて、
動脈を一定時間阻血させる阻血用カフと、
皮膚表面から超音波を発して反射してくる信号を検出して血管エコー画像を得るエコープローブと、
前記エコープローブを腕部に接触した状態で微調整可能に固定する着脱式固定バンドと、
胸部に接触させて前記血管エコー画像を心電位波ＲでトリガーさせるためのＥＣＧ電極と、
阻血時間と阻血圧をコントロールし、安静期、阻血期、充血反応過程の各期であることを表示またはアラーム音で被験者に知らせる自動阻血装置と、
前記エコープローブによるエコー画像を前記ＥＣＧ電極で同期して撮影し静止画像を得る汎用エコー装置と、
保存した前記静止画像から血管拡張による血管径を演算して求めるコンピュータ装置と、
を具備する場合には、血管径測定に必要な操作を表示やアラーム音で知らせて貰うことで正確な測定を行え、延いては、内皮機能不全に基づいた動脈硬化の初期段階を血管の弛緩反応で置き換えて判定するＦＭＤ法を簡易に精度よく実施でき、動脈血管径を精度よく測定することができる。
第１の特徴に加えて前記エコープローブを上腕部に固定する着脱式固定バンドが、面ファスナバンドで行う第２の特徴を備える場合には、前記固定を面ファスナバンドという着脱操作が簡便でかつ繰り返し操作できる方法を用いることで固定作業を低コストでかつ楽に行える。
第１の特徴に加えて、安静期と充血反応過程期の少なくとも２種類の状態で血管径測定を行う第３の特徴を備える場合には、安静状態の血管径と血管を阻血、充血させる過程で充血時に血管が拡大するその時期の血管径との両方を取得する。上腕部にエコープローブを固定していることで安静状態と充血反応状態の血管径の取得部位や姿勢の再現性を向上させられて２つの状態の比較の信頼性が向上する。
第３の特徴に加えて、自動阻血装置が、前記安静期以後充血反応過程期以前に阻血用カフでの阻血を行う機能を備えている第４の特徴を備える場合には、前記カフによって安静状態と充血反応状態の２つの状態の血管径測定を行える。
第１の特徴に加えて、血管径システムにおいて自動阻血装置が、阻血用カフでの阻血を自動で行う機能を備えている第５の特徴を備える場合には、前記２つの状態を自動で作り出せる。
第４または５の特徴に加えて、自動阻血装置が、前記阻血用カフの吸気および排気をポンプで行う第６の特徴を備える場合には、カフをポンプで作動させることで上腕部の姿勢を崩さずにカフの吸気と排気を行うことができる。
第１〜第６の特徴に加えて、エコーを用いた上腕動脈またはとう骨動脈の血管径測定において、阻血用カフの自動吸気、排気を行うための演算機能を備えた自動阻血装置を具備し、その自動阻血装置がポンプに加えて圧力センサー、タイマー、測定期を知らせるアラーム機構を備えている第７の特徴を備える場合には、カフの駆動機能を備えている前記自動阻血装置自身に各種センサーとアラーム機能を集中させることで装置全体がコンパクトになる。
第８に、第７の特徴に加えて、前記自動阻血装置が汎用エコー装置との間で電気信号を交信することがない特徴を備える場合には、汎用エコー装置に特別な交信機能を要求しないことで一般的にどのようなエコー装置でも利用できる。
第９に、請求項１の特徴に加えて、エコーを用いた上腕動脈またはとう骨動脈の血管径測定において汎用エコー装置が取得したエコー画像をパソコンに転送する特徴を備える場合には、汎用エコー装置の画像データをパソコンに移送する。移送の手段として通信ケーブルや無線通信といった通信システムを使う場合がある。通信システムとしてはローカルエリアのネットワークシステムやインターネットや電話回線といった広範囲の地域のネットワークシステムを利用する場合がある。移送の別の手段としてフロッピー（商標登録）ディスクやメモリーカードやＭＯなどの固体媒体を使用する場合もある。
第１０に、第９の特徴に加えて、コンピュータ装置としてのパソコンに取り込まれた動脈縦断像のエコー画像をモニター上の第１の表示画面に表示させ、前記第１の表示画面に長方形のカッティングテンプレートがエコー画像に重複して表示する特徴を備える場合には、前記エコー画像に重ねて長方形の輪郭を白または黒または他の色で表示する。この長方形で囲まれたエコー画像が切り出される画像となる。
第１１に、第１０の特徴に加えて、長方形のカッティングテンプレートが自由に回転でき、さらに長方形の長辺、短辺の長さが自由に変えられる場合には、エコー画像の特徴に合わせてカッティングプレートの姿勢（角度）や大きさを変化させる。切り出された画像は画面の水平方向に平行に血管が位置すること、血管の外壁が画面の上下方向に欠けることなくかつなるべく端に映っていること、血管の壁面のコントラストが鮮明にかつ特異形状部分がなるべく少なくなるように映っていることが前記カッティングプレートの姿勢と形状を決める際の指針である。複数枚の画像を切り出す場合には同じ部位を切り出すことも指針の１つとなる。
第１２に、第１０または第１１の特徴に加えて、カッティングテンプレートには長方形を上下に分ける中心ラインが付いている特徴を備える場合には白または黒または他の色によって中心ラインが前記エコー画面に重複して映し出される。この中心ラインが血管像のほぼ中心軸に一致するようにする。コントラストで解析を行う際にこの中心ラインのコントラストを利用する場合には前記中心ラインは白または白に近い灰色にしておくことがある。
第１３に、第１２の特徴に加えて、前記中心ラインと血管の中心部が重なる特徴を備える場合にはエコー画像において目視で血管の中心を定めてそこに中心ラインを置く。カッティングプレートの輪郭はこの中心ライン設置後に定める場合もあるし、先にカッティングプレートの輪郭を定めてから中心ラインを設置する場合もある。前記中心ラインは直線の場合もあるが３次多項式などの関数で表される曲線の場合もある。
第１４に、第１２または第１３の特徴に加えて、前記カッティングテンプレート画面内で前記中心ラインの輝度を最も高くしてある場合には前記中心ラインを白にしている場合である。
第１５に、第１２〜１４のいずれかの特徴に加えて、前記カッティングテンプレートの前記中心ラインと直交する方向に対して前記中心ラインとＹ軸原点との範囲で輝度分布を比較して前記中心ラインを除いた位置での最大輝度値点を見つけてＮＰと定義する第一の行程と前記第一の行程で定義したＮＰの位置と前記中心ラインとを両端とする範囲においてＹ軸上Ｍ１＞０だけ距離が離れたＹ,Ｙ＋Ｍ１）の２点を定義しこの２点でＹ軸に平行な軸上輝度値を比較し輝度値の差がＩ(Ｙ)‐Ｉ(Ｙ＋Ｍ１)＜Ｂ１かＩ（Ｙ）＜I（Ｙ＋Ｍ１)になる位置をＮＰに近い位置から順に検出する第二の行程とを含む特徴を備える場合には、最大輝度という発見が容易な位置を基準にしてその基準位置から精密な血管端（血管壁面位置）を求めることでエコー画像の解析が容易でかつ精密なものになる。
第１６に、第１２〜１５のいずれかの特徴に加えて、前記カッティングテンプレートの前記中心ラインと直交する方向に対して前記中心ラインからＹ軸原点と反対方向のカッティングプレート端部の範囲で輝度分布を比較して前記中心ラインを除いた位置での最大輝度値点を見つけてＦＰと定義する第一の行程と前記第一の行程で定義したＦＰの位置と前記中心ラインとを両端とする範囲においてＹ軸上Ｍ２＞０だけ距離が離れたＹ,Ｙ−Ｍ２の２点を定義しこの２点でＹ軸に平行な軸上輝度値を比較し輝度値の差がＩ(Ｙ)‐Ｉ(Ｙ−Ｍ２)＜Ｂ２かＩ（Ｙ)＜Ｉ（Ｙ−Ｍ２)になる位置をＦＰに近い位置から順に検出する第二の行程とを含む場合は上記同様に最大輝度という発見が容易な位置を基準にしてその基準位置から精密な血管端（血管壁面位置）を求めることでエコー画像の解析が容易でかつ精密なものになる。
第１７に、第１５または１６に記載の特徴に加えて、前記カッティングプレートの表示画面のＮａｄｖ＿ｅｄｇｅ点群とｍ‐ｌｉｎｅ点群のそれぞれに対してＸ軸に沿ってＳ個のピクセル毎に３次多項式で回帰させ推定式を求める特徴を備える場合にはエコー画像を細かく部分に分けてその部分毎に推定式を求める。コントラスト分布が不連続に見えるようなノイズの多い画像の解析にはこのように部分毎に解析することで解析の信頼性を向上できる。
第１８に、第１７の特徴に加えて、前記Ｓの値が３０である特徴を備える場合には、実際に汎用エコー装置で取得した画像を部分毎に推定式を対応させる実験を繰り返した結果、Ｓの値、すなわち１つの部分に含まれるサンプリングポイントの数、が３０個である場合に最も信頼性良い結果を容易に迅速に得ることが出来た。
第１９に、第１７または第１８の特徴に加えてＳ個で小分けに推定式群が互いにＴ個重複している特徴を備える場合には推定式を当てはめる対象となる領域周辺の領域のコントラスト情報をＴ個取り入れることで周辺領域とのつなぎの整合性を高めることができる。さらに、対象となっている領域に特異形状などのノイズが多分に含まれる場合には推定式の信頼性を高める効果がある。Ｔ個の選び方としては対象となっている左右の領域からＳ／２個づつ選ぶ場合や左右の領域の画質に応じて比率を変えて選ぶ場合がある。
第２０に、第１９の特徴に加えて、前記T個が１５個である場合には、左右の領域から１５個づつ選ぶ場合や１０個と２０個と比率を変える場合がある。
第２１に、第１７〜２０のいずれかの特徴に加えて、安静期に測定したＥ０エコー画像と血管拡張期に測定したＥ１各エコー画像から各画像における平均血管径Ｒ１ａｖおよびＲ２ａｖを用いて
％ＦＭＤ＝(Ｒ２ａｖ‐Ｒ１ａｖ)・１００／Ｒ１ａｖ  [％]
によって算出する特徴を備える場合には安静期と血管拡張期のそれぞれの血管径の平均を求めてその差、つまり安静期と血管拡張期とでの血管径の変化率を診断の指標として算出する。
第２２において、第２１の特徴に加えて、年齢と％ＦＭＤの相関を疫学調査から加齢式を推定し、推定式の標準誤差σで％ＦＭＤを分類することでσの大きさにより血管のしなやかさを判定する特徴を備える場合には診断の指標である％ＦＭＤの意味するところを被測定者の年齢や一般的な人々との数値の違いを考慮して言及できるようにデータ-ベースを整備しておく。
【０００６】
本発明の第１の実施の形態について説明する。
図１は、内皮依存性血管拡張反応測定システムの構成図である。システムは上腕動脈を一定時間阻血させる阻血用カフ１、上腕動脈を長軸側からリニアーエコープローブＢモードで安定して観測するための面ファスナバンド固定具で微調整可能に取り付けたエコープローブ２とそのアタッチメント１００、エコー画像を心電位波Ｒでトリガーさせるために必要なＥＣＧ電極３、阻血時間と阻血圧をコントロールしアラームまたは表示器で各段階、即ち、後述するように、安静期、阻血期、充血反応過程の各期を被験者に知らせる自動阻血装置４、7.5ＭＨｚ‐１５ＭＨｚのＢモードリニアプローブが使えエコー画像をＥＣＧ電極３で同期させることが出来る汎用エコー装置５、保存した上腕動脈長軸静止画像から血管拡張による血管径を自動的に算出するコンピュータ装置６からなる。画像のコンピュータ装置６への取り込みはＬＡＮ（ローカルエリアネットワーク）を介して行う。
ＭＯやＰＣカード等のメディアを介して行う場合もある。被測定者は、左手上腕部に阻血用カフ１とエコープローブ２を備えたアタッチメント１００を取り付けて、ＥＣＧ電極３を胸部に接触固定して測定を行う。本発明では自動阻血装置４が阻血用カフ１の締め付け圧力を自動制御するとともに、被測定者にエコープローブ２の操作時期をチャイムやアラームや音声または光の点滅によって知らせる。具体的には阻血用カフ１の圧力を変化させた時点からタイマーが起動して一定時間経過後チャイム等を一定時間鳴らし続ける。被測定者はチャイムが鳴り始めた時点から自分自身で前記エコープローブ２を操作して血管画像を撮る。チャイムが鳴り続けている期間に画像を撮れれば測定成功であり、この期間内に撮れなければ測定は最初からやり直す。血管画像を撮る際には汎用エコー装置５の表示画面を見ながらエコープローブ２を操作する。汎用エコー装置５で取得した画像生データもしくは一次加工データは、ＬＡＮケーブル経由でコンピュータ装置に転送してコンピュータ装置内で２次加工や解析や記憶・蓄積を行う。
【０００７】
本発明の第２の実施の形態について説明する。図２は本発明の測定流れ図である。グラフの横軸は測定開始からの経過時間を示し、縦軸は上腕動脈管径の変化率を示している。このグラフを用いて測定の手順と上腕動脈管径の変化について説明する。まず、測定器具を装着する。阻血用カフ１を前腕部１０１（図５参照）に巻きつけてエコープローブ２を上腕部１０２に押し付けた状態に固定して、ＥＣＧ電極を胸部に貼り付ける。次に、測定準備として安静にして１５分程度待つ。この期間を安静期と呼ぶ。安静期の最終時期に血管像を撮影する。この撮影をしている期間を血管拡張前測定期と呼び、血管像を安静時血管像と呼ぶ。血管拡張前測定期は安静期の中に含まれる。安静期の血管径の時間変化の様子はグラフに描かれた通りである。長期的には安定しており、脈拍の周期で血管径が周期的に小幅変動している。前記測定期が完了すると自動阻血がスタートする。具体的には阻血用カフ１にエアーが送り込まれて前腕を圧迫していく。前腕を圧迫した状態で４分３０秒から５分程度保持してその後急速に前記カフ１のエアーを抜き取り、前腕部１０１を圧迫状態から解放する。カフ１にエアーを送り込んで急速にエアーを抜き取るまでの時期を阻血期と呼ぶ。この期間の上腕動脈管径は、変動がほとんどないことが特徴である。前記カフ１で前腕を圧迫することで血管を流れる血液が滞留する。血管径は安静期よりも若干細くて変動がない。急速にカフのエアーを抜き取ると（エアー抜き取り時点は急速カフ排気として矢印で示す）、上腕動脈の血管径が拡大していく。約１分後に血管径が極大（かつ最大）になり、その後は次第に低下していき２〜３分後にはほぼ安静時の状態に戻り、その後は安静時と同様にほぼ一定の血管径を示す。以上の傾向は小刻みな周期でかつ小振幅の振動を伴う。この小刻みな振動は安静時と同様に脈拍の周期で変動している。急速カフ排気直後から血管径が極大になるまでの期間を充血反応期と呼ぶ。この期間は約１分である。極大になる近傍の管径変化率曲線は比較的フラットの状態（テラス状態）がこの極大値前後の各１０秒程度、合計２０秒程度存在する。実用上この極大値を中心とした２０秒間、すなわち急速カフ排気から５０秒経過後から７０秒経過後までの期間は血管径の値がほぼ等しい。極大値測定の有効期間という意味でこの２０秒間の期間を血管拡張後測定期と呼ぶ。この期間内で血管像を撮影する（拡張後血管像）。拡張後血管像から計測した血管径を拡張後血管径と定義して、安静時血管像から計測した血管径を安静時血管径と定義してその差分を安静時血管径で規格化（％表示）したもの、すなわち、（拡張後血管径−安静時血管径）／（安静時血管径）＊１００を％ＦＭＤと呼ぶ。％ＦＭＤは血管径の規格化変化率である。この一連の測定によって阻血充血過程における血管の拡張率の値を得ることができた。本発明では前記血管拡張後測定期の10秒前には予告ブザーが鳴る。すなわち、急速カフ排気後４０秒が経過した時点から５０秒が経過するまでの期間、予告としてのブザーが鳴る。
【０００８】
本発明の第３の実施の形態について説明する。この第３の実施の形態ではエコープローブのアタッチメントの例である。図３にエコープローブ上腕部保持アタッチメントの構成図を示す。図３において、エコープローブ上腕部保持アタッチメント７では上腕部固定用面ファスナバンド（登録商標。以下同じ機能を持つ面ファスナバンドと称する）８をエコープローブ２に圧着固定させるための圧着式面フアスナバンド固定金具９と圧着用はとめネジ１０から構成される。上腕部に前記エコープローブ２を押し当て微妙に角度や位置を変化させながらクリアな画像を探す。クリアな画像とは、被測定血管が画面の中央付近に明暗のコントラスト高い画像として表示されることである。クリアな血管像を探す作業を行っている間、前記面ファスナバンドは上腕部１０２に巻きつけない状態にしておく。または、前記面ファスナバンドをエコープローブ２の操作に支障をきたさない程度に緩く巻き付けておく。
ここで、面ファスナバンドとは、バンドのすべてまたは互いに接合する部分に面ファスナを設けた、着脱式固定バンドである。クリアな画像が得られるエコープローブ２の位置を見つけたら血管画像をまず撮影して、その位置と角度が保持されるように前記面ファスナバンド８を上腕部に巻き付けて固定する。この固定作業によって前記クリアな画像が大幅に位置がずれたり、画像がボケたりしないことをエコー装置５の表示画面で確認しておく（図は省略）。前記面ファスナバンド８の固定の際には血管を圧迫しないように軽く締める程度にとどめる。実際に血管画像を撮影する場合には最もクリアな画像となるようにエコープローブ２の位置と角度を微調整するのでこの面ファスナバンド８による固定は撮影する対象となる血管の位置を逃さずに表示出来ている程度の精度を持っていれば十分である。本測定では第２の実施の形態で示すように血管撮影を最低２回実施する。１回目と２回目の撮影の間隔は５分以上であるのでこの長い時間の間エコープローブ２の位置や角度が大きく変化しないように本実施例のアタッチメント７を使用する。２回目の撮影の際にはエコープローブ２の位置や角度を再度微調整して１回目の画像とほぼ同じ位置でかつクリアな画像を撮影する。この微調整においては前記面ファスナバンド８の固定状態はそのままにしておく場合もあるが面ファスナバンド８を上腕部から取り外す場合もある。
【０００９】
本発明の第４の実施の形態について説明する。上腕部固定用面ファスナバンド８を複数本（この例では、２本）備えた例である。この実施の形態ではエコープローブ２を固定するために上腕部に前記面ファスナバンド８を巻きつける際に微調整済みのエコープローブ２の位置や角度を保持した状態で容易に固定することができる。図４に示したように２本の面ファスナバンド８を備えた場合にはそれぞれの面ファスナバンド８の締め付け強さや巻きつけ位置を調整することでエコープローブを様々な位置や角度に固定できる。面ファスナバンドを３本以上備えておいて被測定者の体格や事情（怪我をしているなど）に応じて最適な面ファスナバンドを選んで巻きつける例もある。すなわち、固定の際に使用しない面ファスナバンドがある例である。
【００１０】
本発明の第５の実施の形態について説明する。この第５の実施の形態について、測定方法および自動阻血装置の機能詳細についての説明を図５、図６、図７、図８を用いて説明する。図５において被測定者の前腕部１０１に阻血用カフ１を巻き付ける。前記阻血用カフ１は自動阻血装置４とエアーパイプ１１によって結ばれている。この状態で15分間安静にして脈を整えたあと上腕部１０２にエコープローブ上腕部保持アタッチメント７に取り付けられたエコープローブ２を上腕動脈長軸に沿ってアタッチメント７で固定する。上腕動脈長軸は、上腕部１０２から前腕部１０１の方向に沿って、つまりは、腕の長軸に沿って伸びている。前記エコープローブ２は図５に示す向きに固定されることになる。血管のエコー画像は、心電位Ｒ波（図６参照）に同期して取得するので図６の人体図（下段図）に示すように被測定者の胸部にＥＣＧ電極を取り付ける。図５に描いた位置で上腕部１０２のエコープローブ２の位置や角度を微調整し、適当なタイミングにおいて汎用エコー装置側でフリーズをかけ安静時の血管エコー画像を保存する。尚、図５において汎用エコー装置は、エコー装置ケーブル１２のエコープローブ２とは反対側の端部に接続されている。心電位Ｒ波に同期させた血管拡張時のエコー画像は、最低1枚あるいは平均化してより精度を保持するため複数枚保存する。図７にエコー画像１３と実際の測定状況との対応関係を描いた。エコープローブ２を上腕部１０２の皮膚１０３に押し当てて超音波を発して反射してくる信号を検出する。皮膚の下には血管１０４がある。前記血管１０４を血管１０４の中心を通りかつ皮膚に垂直でエコープローブ２の長軸方向に平行な面で切ると図７に描くように血管１０４の断面が現れる。血管１０４の皮膚に近い側、すなわちプローブ２に近い側の血管壁をＮＥＡＲ  ＷＡＬＬ、遠い側をＦＡＲ  ＷＡＬＬと呼び、それぞれの内膜、外膜を定義すると４つの部分が定義される。定義された部分を図７で示すとＮＥＡＲ  ＷＡＬＬ外膜１０５、ＮＥＡＲ  ＷＡＬＬ内膜１０６、ＦＡＲ  ＷＡＬＬ内膜１０７、ＦＡＲ  ＷＡＬＬ外膜１０８となる。エコー１４で検出されたエコー画像は、図７の１３に示した通りである。血管部分で比較的鮮明なコントラストを持った画像が得られる。特にＦＡＲ  ＷＡＬＬでは、血管壁の外膜と内膜の存在に起因したコントラストも見られる。
【００１１】
第５の実施の形態に係る図５と図８を用いて測定手順を説明する。上記方法で安静時のエコー画像を取得した後に、上腕動脈を阻血するために図５の自動阻血装置４をスタートさせる。図８に自動阻血装置の構成を示す。自動阻血装置４は、阻血用カフ１とエアーパイプ１１で結合している。自動阻血装置４の内部で前記エアーパイプ１１は２股に分岐している。一方の端部は圧縮ポンプ１６に接続されている。この圧縮ポンプ１６では空気を圧縮して阻血用カフ１内部の空気圧力を増加させる役目を担っている。阻血用カフ１を減圧させる場合には前記圧縮ポンプ１６に備えてある弁を開放してエアーパイプ１１内部の圧縮空気を大気開放する。圧縮空気が弁から自然放出されるだけでは減圧速度が不足する場合にはこの圧縮ポンプ１６を逆回転させて強制的に排気することで急速排気する場合もある。自動阻血装置４内のエアーパイプ１１他端にはエアーパイプ１１内部の空気圧を検出させる圧力センサー１７が配置されている。前記圧縮ポンプ１６と圧力センサー１７はマイコン制御部１８によって電気的に制御されている。マイコン制御部１８では阻血時間やカフ圧の上限値判定、ポンプによるカフ吸気制御などを行う。内蔵タイマーの値は経時タイマー表示器１９に表示される。拡大した血管のエコー画像を取得するべき阻血過程を知らせるアラーム２０、カフ圧を表示させるカフ圧表示器２１にそれぞれ表示する。
【００１２】
図５において、スタートボタン１５を押すと徐々に阻血カフ１のカフ圧が増して前腕部１０１を阻血させる。圧が２５０ｍｍＨｇを越えるとカフ吸気は止まり阻血タイマーがスタートする。タイマーの値は経時タイマー表示器１９で表示される。タイマーが5分になったところでアラーム２０が鳴り阻血過程が終了、急速排気が始まる。同時に充血タイマーがスタートし充血タイマーが５０秒になったところから１分１０秒まで血管拡張過程の血管径を測定するアラームが２０秒間鳴り続ける。充血タイマーの値も前記経時タイマー表示器１９で表示する。アラームが鳴っている２０秒間の間にすみやかにエコープローブ２の位置を微調整しながら適当なところでフリーズさせ同様にＲ波同期の上腕動脈長軸側のエコー画像を1枚あるいは複数枚保存させる。計測はここで終了となる。阻血カフ１の圧力は、カフ圧表示器２１で常に表示される。
【００１３】
本発明の第６の実施の形態について説明する。図９にその構成図を示す。第６の実施の形態は図５で説明した実施例とほぼ同様であるが、自動阻血装置４に非常停止スイッチ２２、状態表示２３、逆算タイマー表示２４を備えている点で異なる。非常停止スイッチ２２はいかなる場合でも有効で、スイッチ２２を押すといかなる場合でも阻血用カフ１が減圧される。前記状態表示とは安静期にあるのか阻血期にあるのか充血反応期にあるのかの現状を表示することである。逆算タイマー表示２４では残り時間を表示する。例えば血管拡張後測定期に入るまでの残り時間である。
【００１４】
本発明の第７の実施の形態について図１０を用いて説明する。取得して保存したエコー画像から各状態における血管径を測定する例である。保存された安静時静止エコー画像Ｅ０（またはｎ枚Ｅ０）および血管拡張後測定期に取得したエコー画像Ｅ２（またはｎ枚Ｅ２）はＬＡＮ接続されてパソコンに取り込まれる。ＭＯなどのメディアを介してパソコンに取り込む例もある。取り込まれたＥ０,Ｅ２は図１０（あ）のような中心にセンターライン２５が入ったテンプレート２６をモニター画面２７に表示させ、テンプレートの拡大縮小、回転が自由に出来るようにする。上腕動脈はモニター画面２７に平行とは限らないため血管にテンプレート２６が平行にくるように微調整する。この際、テンプレート２６を切り出した後のＸ軸、Ｙ軸について補助的に表示してある。この補助表示は、記号２８で示されるように直交線分の一端が矢印で矢印付近に切り出し後のＸ軸、Ｙ軸が表示されている。血管の長軸がＸ軸に平行になるようにテンプレート２６を調整する。テンプレート２６の大きさでカットされた画像は図１０（い）のようにモニター画面２７上で平行に表示され解析モードに入る。Ｙ軸に沿った輝度値はＮＥＡＲ ＷＡＬＬ側では主に外膜周辺、ＦＡＲ ＷＡＬＬ 近辺では内膜、外膜の位置にピークが観られる画像が得られる。ＮＥＡＲ ＷＡＬＬ 側の内膜１０６はエコーの反射により見えにくい場合が多いため内膜１０６は血管径測定の対象としない方法を取る。図１０（う）に上記した輝度値についてグラフで示した。図１０（い）のＮＥＡＲ  ＷＡＬＬ外膜１０５、ＮＥＡＲ  ＷＡＬＬ内膜１０６、ＦＡＲ  ＷＡＬＬ内膜１０７、ＦＡＲ  ＷＡＬＬ外膜１０８の各位置に対してエコー画像の輝度関係を模式的に示したものである。図１０（う）で血管径と表示したものと比較してＮＥＡＲ  ＷＡＬＬ側の輝度ピーク位置は外側寄り（上方）にずれており、ＦＡＲ  ＷＡＬＬ側の輝度ピークは内径位置に対応した位置に小さく鋭いサブピークを持ち、その外側に大きくブロードなピークを持ち、ＦＡＲ  ＷＡＬＬ側で実際の血管径と対応する位置は前記内膜と外膜のピークの中間位置であるという特徴を備えている。
【００１５】
テンプレート２６の中心ラインは、上記特徴を備えるエコー画面から実際の血管径（内径）を求めるアルゴリズムにとって解析のスタートポイントとして重要である。
信頼性高く血管径を求めるためにＦＡＲ  ＷＡＬＬ側の血管の位置とエコー画面の輝度分布との関係を明確に定義する必要がある。ＦＡＲ  ＷＡＬＬ側の血管の位置を内膜外膜の中間ラインとして、ｍ−Ｌｉｎｅと呼ぶことにする。血管径はＮＥＡＲ  ＷＡＬＬ側外膜エッジとＦＡＲ  ＷＡＬＬ側ｍ‐ｌｉｎｅの距離を持って血管径と定義する。図１０（い）のY軸方向に沿ってＩ（Ｘａ,０）、Ｉ（Ｘａ,１）、Ｉ（Ｘａ,２）Ｉ（Ｘａ,３）、・・、Ｉ（Ｘａ,Ｙｍ）、・・、Ｉ（Ｘａ,Ｙｎ）と追っていくと図１０（う）の輝度曲線が得られる。ここでＩ（Ｘａ,Ｙｍ）は（Ｘａ、Ｙｍ）ピクセルにおける輝度値を表している。拡大したものが図１１である。図１１の水平軸は、ＮＥＡＲ  ＷＡＬＬからＦＡＲ  ＷＡＬＬ側に向かってＹ軸に沿って１ピクセル分追って行った輝度曲線である。水平方向に描いているが図１０（う）との対応関係を重視して図１１の横軸はＹ軸と表記した。縦軸は輝度Ｉである。ＮＥＡＲ  ＷＡＬＬ側の外膜エッジライン（ここではＮａｄｖ＿ｅｄｇｅ）、ＦＡＲ  ＷＡＬＬ側のｍ‐ｌｉｎｅを自動検出させるためＣラインをまず設定してＹ軸原点（図１１で左方向）に向かって、および増加方向（図１１で右方向）に向かって検出させるアルゴリズムを採用する。Ｃラインはテンプレート２６のセンターライン２５を利用する。ここでアルゴリズム内のＩ軸（縦軸）輝度値は０‐２５５の数値、Ｙ軸（横軸）は図１０テンプレート画面のＹ軸ＮＥＡＲからＦＡＲ方向で変換されていることに注意。
【００１６】
まず、Ｎａｄｖ＿ｅｄｇｅ点の検出方法について述べる。第１ステップとして、C点の位置からＹ軸（水平軸）の原点に向かって（左側に向かって）各Ｙ値におけるＩ値の大小関係を比較することで輝度値の最大点NPを見つける。第２ステップとして、ＮＰからＹ軸（水平軸）正に向かってＹ、Ｙ＋Ｍ１（Ｍ１は正）だけ離れたＹ軸（水平軸）間隔での輝度差Ｉ(Ｙ)−Ｉ(Ｙ＋Ｍ１)を算出していく。算出はＹ＝１から順にＹ＝２,Ｙ＝３,と増加させていく。図１２を用いて具体的に説明する。あるＸ値に対するエコー画像の輝度分布として図１２の（あ）の点群で示す特性が得られたとする。この点群の各Ｙ値に対する輝度差Ｉ(Ｙ)‐Ｉ(Ｙ＋Ｍ１)は図１２の（い）に示す通りである。ここではＭ１＝２とＭ１＝５の２種類の輝度差を求めた。ＮＰ位置はピーク位置近傍で頂上であることにより輝度差は小さいがＣ点（血管中心）に向かって輝度差が一度大きくなりピークを超えて再度輝度差は小さくなる。Ｍ１＝２ではＮＰ近傍での輝度差が小さく、輝度差の分布が全体的にがたついている（ノイズが多い）。一方、Ｍ１＝５の場合にはNP近傍での輝度差は比較的大きく全体的になだらかな分布を示している。この２つのカーブの特徴の差異はＭ１の値の大小によって生じている。図１２（い）において輝度差について一定の値Ｂ１を設定してこの値以下の輝度差になる最小のY値をＮａｄｖ＿ｅｄｇｅと定義する。このアルゴリズムはすなわち、ＮＥＡＲ  ＷＡＬＬの輝度ピーク（ＮＰ）のＹ軸正方向側（血管内側）の裾野の位置を決めるためのものである。エコー画像に合わせて最適なＭ１とＢ１の値を設定する。Ｎａｄｖ＿ｅｄｇｅは図１２（あ）のＹ＝７から２０の範囲に来るべきである。この予測に適合したＢ１の値（輝度のしきい値）はＭ１＝２の場合には２（Ｂ１＝２）、Ｍ１＝５の場合には４（Ｂ１＝４）が妥当である。Ｂ１の決め方はこのように固定値として与える場合もあるがその他にも様々な決め方がある。Ｙ＝０の位置での輝度差の８０％といった割合で決める方法もある。この方法について図１２（い）を用いて具体的に説明する。Ｍ１＝２の場合にはY=0における輝度差は３であるので、その８０％の値は２．４である。Ｂ１＝２．４と設定してグラフを眺めると２．４以下になる最小のYのポイントはＹ＝１１である。同様にＭ１＝５の場合にはＹ＝０における輝度差は９でその８０％の輝度差になる最小のＹは９（Ｙ＝９）である。Ｂ１に関する別の決め方を紹介する。輝度差の最大値位置よりも大きなＹ値において輝度差が設定したＢ１以下になる最小のＹ値という決め方である。この決め方においてＭ１＝２の場合にＢ１＝４と設定すると求めるＮａｄｖ＿ｅｄｇｅ位置はＹ＝８である。このＹ＝８を求める過程を詳しく述べる。Ｍ１＝２の輝度差カーブ（図１２（い））のピーク位置はＹ＝６である。そこでＹ＝６,７,８・・・・・でＢ１＝４以下になるY値を探す。最小のＹ値は８と求まる。ピーク位置よりもＹ値が大きい範囲で選出するのでＹ＝０，１，２における輝度差３のポイントは無視される。
【００１７】
次にｍ‐ｌｉｎｅ点の検出について述べる。第１ステップとして、Ｃ点の位置からＹ軸（水平軸）正方向に向かってＩ（輝度）の大小関係を比較して輝度値の最大値であるＦＰを見つける。その後ＦＰからＹ軸（水平軸）原点（左方向、血管内側方向）に向かって輝度値Ｍ２＞０だけ離れた輝度差Ｉ(Ｙ)―Ｉ(Ｙ−Ｍ２)について、差Ｉ(Ｙ)―Ｉ(Ｙ−Ｍ２)＜Ｂ２かＩ（Ｙ）＜Ｉ（Ｙ−Ｍ２）が成立した場合をｍ‐ｌｉｎｅとする。血管径はＹ軸上でｍ‐ｌｉｎｅとＮａｄｖ＿ｅｄｇｅとの距離を測ることで求められる。この場合のＹ＝０,１，２というサンプリングポイントがピクセルの場合、１ピクセルピッチが実際の距離でいくつに対応しているかが既知ならば、その係数を掛けることで実際の距離を算出することができる。安静時の血管径と血管拡張後の血管径との比率（拡張率）を比較する場合には、実際の距離を求める必要がないので距離をピクセル数で代用して取り扱っても不都合はない。
【００１８】
本発明の第８の実施の形態について説明する。エコー画像のピクセル情報を全て有効に用いて血管径の測定精度を向上するのである。図１３はエコー画像について各Ｙライン（縦方向）毎に外壁エッヂ（Ｎａｄｖ＿ｅｄｇｅ）とｍ−ｌｉｎｅを求めてＹラインの外壁エッヂ（Ｎａｄｖ＿ｅｄｇｅ）とｍ−ｌｉｎｅをそれぞれ黒丸（Ｎａｄｖ＿ｅｄｇｅ点２９）と黒四角（ｍ−ｌｉｎｅ点３０）で示した。黒丸と黒四角の各ポイントを折れ線で結んだエコー画像生コントラスト線３１である。高解像度のエコー画像を取得してＮａｄｖ＿ｅｄｇｅ点２９の点の数が増えると前記エコー画像生コントラスト線は、滑らかな線になる。エコー画面には様々なノイズが乗っているので図１３の実線のように見えるのが一般的である。エコー画面の各点群（黒丸群、黒四角群）に対して単純に近似曲線を引くと破線の単純近似曲線３２となる。この単純近似曲線３２同士の距離をＹ軸に平行に求めると単純曲線単純距離３３が求まる。各Ｙラインの前記距離を平均するとこのエコー画像の単純平均距離が求まる。演算機の負荷を軽減して短時間に血管内径を求める場合にはこの方法を用いる。図１３において、明らかにいくつかの個所では血管画像に何らかのノイズが乗っている。ノイズは電気的なノイズなどの機器が原因である場合とプラークなどの血管内やその周辺の体組織が原因である場合とがある。
【００１９】
第７の実施の形態を示す図１１の輝度分布（図１２はその拡大図）や図１３におけるＮａｄｖ＿ｅｄｇｅ点群とｍ−line点３０群のそれぞれの分布が滑らかな曲線上に分布していない場合がある。この原因は上記した様々なノイズによるものである。このような点群を取り扱う上では数学的に様々な工夫が必要である。本実施の形態では移動平均法を発展させた移動多項式近似法を開発して使用していることを実施第９の形態として説明する。まず、図１３の異常形状部分付近について移動多項式近似法でサンプリング点を補正することを具体的に説明する。図１４は図１３の異常形状部分３４近傍を拡大して表示したものである。
尚、図１４において、数字１，２，３・・・を○で囲んでいる番号を用いているが、本明細書中は、その使用が制限されているため、（１）、（２）、（３）・・・というように表示する。図１４の左端のＮａｄｖ＿ｅｄｇｅ点２９を（１）点として右隣を（２）点と順次ラベリングしていく。右端の点は（１２）である。（１）から（１２）までを折れ線で結ぶとエコー画像生コントラスト線３１が描ける。ここで、（１）、（２）、・・・・、（６）までの６つの点について３次多項式でフィッティングしてその曲線上でX座標が（６）の位置を（６）’点とする。つまり、（１）から（６）までの６つの点の情報を基に（６）の位置を（６）’に補正する。次に（２）から（７）の点について３次多項式をフィッティングさせて（７）のＸ座標を３次多項式に当てはめて（７）の位置を（７）’に補正する。このように順次（８）、（９）、（１０）、・・・（１２）の位置を補正する。多数（６個）のサンプリング点を用いて補正するのでノイズ成分が除去できる効果と、限定した数（６個）の限られた領域毎に補正するのでフィッティングが適正に行われるという効果の両方の効果を享受できる。この手法をさらに発展させて、標準偏差で各フィッティングカーブを評価して標準偏差が大きいカーブについては補正をするのではなく、その点は除去してしまう。例えば上記方法で（７）、（８）の補正点を求めるフィッティングカーブの標準偏差が大きい場合には（６）’、（９）’、（１０）’、（１１）’、（１２）’の４つの点だけが補正値として採用される。
【００２０】
上記移動多項式近似法の別の例を第１０の実施の形態として説明する。上記実施の形態が１ポイントづつ移動しているのに対してＮポイント（Ｎ＞１）づつ移動させる例である。例えばＮａｄｖ＿ｅｄｇｅの近似関数を求める際に、エコー画像の左端（Ｘ軸原点方向）から３０個のサンプリング点についてその３次多項式近似を行って求めた近似曲線のＸ＝３０（左端から３０サンプリング目のポイント）についてＹ座標を補正する。補正の方法は第８の実施の形態で述べたとおりである。次に右側に１５ポイント移動した部分で３次多項式近似を行う。すなわち、１６ポイント目から１７、１８、・・・・４５ポイント目までのサンプリングポイントに対して３次多項式近似を行って４５ポイント目のＹ座標を補正する。同様にして６０ポイント目、７５ポイント目についても補正をする。補正の結果求めた３０，４５，６０，７５，・・・ポイント目の座標に対してさらに３次多項式近似を行って、Ｎａｄｖ＿ｅｄｇｅの近似関数とする。この例ではサンプリング３０個に対して半分の１５ポイントの移動を行うことが特徴である。
【００２１】
エコー画像の解析の第９の実施例の形態について説明する。前述した第８の実施の形態に係る図１３の異常形状部分３４の影響を取り除ければ血管内径の測定精度が向上する。この影響を取り除く方法を説明する。まず、各点群に対して一定の長さの線分を複数本重ね合わせながらフィッティングさせる。このフィッティングの様子を前述の図１４を用いて説明する。図１４は図１３の異常形状部分３４近傍を拡大して表示したものである。図１４の左端のＮａｄｖ＿ｅｄｇｅ点２９を（１）点として右隣を（２）点と順次ラベリングしていく。右端の点は（１２）である。（１）から（１２）までを折れ線で結ぶとエコー画像生コントラスト線３１が描ける。図１３および図１４を眺めると異常形状部分３４ではその左右のエコー画像生コントラスト線の持つ傾向と明らかに異なることがわかる。各点を折れ線で結んでいるので点（７）、（８）、（９）がその左右の線の傾向と合わないことが目視観察でわかる。測定者がこの３点を選んで取り除き、（１）、（２）、（３）、（４）、（５）、（６）、（１０）、（１１）、（１２）の9点について３次多項式で近似する。近似曲線に対する９点の標準偏差の値を評価して分散が一定値以下であれば異常形状などのノイズを十分に取り除けたと評価してその３次多項式を外壁エッジの近似曲線として今後使用する。図１４では一箇所の異常形状部分について説明したが実際には図１３で描かれている通り異常形状は複数個観察される場合が一般的である。図１４で示した方法で全ての異常形状部分で不適切なポイントを測定者がマニュアル操作で取り除く。このマニュアル操作を支援するソフトが組み込まれているのが本実施の形態の特徴である。血管のプラークなどの形状や大きさには一定の特徴があるのでそれを考慮して取り除くべき異常形状を指摘するソフトである。図１４の例では異常形状に関与しているサンプリングポイントは（６）、（７）、（８）、（９）の4点である。このように傾向が一般的であるエコー画像の場合にはその５倍の２０点を含む部分について３次多項式で近似を行っていく。その際に連続する４つのサンプリング点を順次除去して標準偏差を評価して、最も標準偏差が小さくなった除去点を目立たせて表示する。以下に具体的に述べる。まず、（１）、（２）、（３）、・・・（１２）、（１３）、・・・・（２０）の２０点について近似曲線を求める。この近似曲線を求める作業の第一ステップとして（１）、（２）、（３）、（４）の連続する４点を取り除いた１６点（（５）、（６）、・・・、（２０））について近似曲線（１）を求めてその標準偏差をσ（１）とする。次に（２）、（３）、（４）、（５）の４点を取り除いて（１）、（６）、（７）、・・・（２０）の１６点について近似曲線（２）を求めてその標準偏差σ（２）を求める。この操作をパソコン上で順次行っていき、（１７）、（１８）、（１９）、（２０）の４点を取り除いた（１）、（２）、・・・（１６）の点について近似曲線（１７）と標準偏差σ（１７）を求めた後、σ（１）、σ（２）、・・・σ（１７）で最も小さなものを選び出す。ここで仮にσ（６）が最も小さい場合には画面上に近似曲線（１６）を表示して（６）、（７）、（８）、（９）のサ��プリング点を赤で目立つように表示する。操作する人がこの４点を取り除くことを選びたければパソコンでＯＫの操作をする。すると、この（１）、から（２０）までの部分を代表する近似曲線は近似曲線（６）となる。この操作が終了すると２１番目のサンプリング点から４０番目のサンプリング点についても同様に代表する近似曲線を決める。尚、上記取り除く点群を確定する操作を省略して各曲線近似において最もσが小さくなる除去ケース（例えば上の例では（６）、（７）、（８）、（９）の４点を取り除くケース）で、自動的にこのケースの曲線（（１）、（２）、（３）、・・・、（５）、（１０）、（１１）、（１２）、・・・（２０）のサンプリング点）を選ぶことを自動的に行う場合もある。このことでマニュアル操作なしに自動で近似曲線を選んでいける。
【００２２】
本発明の第１０の実施の形態について説明する。実施第９の形態等で求めたＮａｄｖ＿ｅｄｇｅ点群に対する近似曲線に対して等間隔にＸ座標を設定して、そのＸ座標に対する近似曲線上のポイントでその近似曲線に対する垂線を引いてその垂線がｍ‐ｌｉｎｅの近似曲線と交わる点を求めてこの管の距離をＮａｄｖ＿ｅｄｇｅの座標Ｘにおける血管径とする方法である。血管の軸方向がエコー画像のX軸と平行でない場合にはこの方法が特に有効である。等間隔X座標に対する血管径を１つづつ求めてその平均をとることで平均血管径としてその後の処理に対処する。
【００２３】本発明の第１１の実施の形態を説明する。まず、各点における血管径を平均して平均血管径を求める。安静期の平均血管径をＲ１ａｖ、拡張期の平均血管径をＲ２ａｖとすると血管の拡張率％FMDは以下の式で求める。
％ＦＭＤ＝(Ｒ２ａｖ‐Ｒ１ａｖ)・１００／Ｒ１ａｖ[％]
安静時と拡張期のエコー画像は複数枚取ってさらに平均すれば精度を上げることが出来る。また充血反応開始から数分間連続して経時的に％ＦＭＤを求めていけば％ＦＭＤ(ｔ)の時間依存性を求めることが出来る。特に最大拡張時間を正確に求める場合には有用である。
【００２４】
実施第１２の形態を説明する。％ＦＭＤのデータベースを作成して年代別に統計処理し加齢式を推定する方法である。図１５は％ＦＭＤの測定データを年齢毎にまとめたものである。各年齢における％ＦＭＤの分布を正規分布とみなして平均値から標準偏差値±σの範囲を「ふつう」、σの範囲を超えて％ＦＭＤが小さい場合には血管が「かたい」、σの範囲を超えて％ＦＭＤが大きい場合には血管が「しなやか」と評価する。評価についてさらに２σを超える場合にはそれぞれ「かたくて要注意」、「しなやかで良好」などと段階を増やす場合もある。％ＦＭＤの平均値についての加齢式を使って％ＦＭＤの値からその測定者の血管年齢を算出することもできる。加齢することによって％ＦＭＤの値は全体的に低下する傾向にあるので年配の被測定者の％ＦＭＤが大きかった場合にはその被測定者の血管年齢は若いと判定できる。
【００２５】
【発明の効果】
以上説明したように請求項１に記載の発明によれば、
エコーを用いて動脈の血管径を測定する血管径測定システムにおいて、
動脈を一定時間阻血させる阻血用カフと、
皮膚表面から超音波を発して反射してくる信号を検出して血管エコー画像を得るエコープローブと、
前記エコープローブを腕部に接触した状態で微調整可能に固定する着脱式固定バンドと、
胸部に接触させて前記血管エコー画像を心電位波ＲでトリガーさせるためのＥＣＧ電極と、
阻血時間と阻血圧をコントロールし、安静期、阻血期、充血反応過程の各期であることを表示またはアラーム音で被験者に知らせる自動阻血装置と、
前記エコープローブによるエコー画像を前記ＥＣＧ電極で同期して撮影し静止画像を得る汎用エコー装置と、
保存した前記静止画像から血管拡張による血管径を演算して求めるコンピュータ装置と、
を具備しているので、
血管径測定に必要な操作を表示やアラーム音で知らせて貰うことで正確な測定を行うことができ、また、着脱式固定バンドが、エコープローブを腕部に接触させた状態で微調整しつつ固定することが可能であることから、エコープローブを押し当て微妙に角度や位置を変化させながらクリアな画像を探し且つ撮影することができ、請求項１に記載の発明を利用すれば、内皮機能不全に基づいた動脈硬化の初期段階を血管の弛緩反応で置き換えて判定するＦｌｏｗ‐Ｍｅｄｉａｔｅｄ Ｄｉｌａｔａｔｉｏｎ(ＦＭＤ法)を簡易に精度良く実施することができ、延いては動脈の血管径を精度よく測定することができる。また、請求項１に記載の発明によれば、ＦＭＤ法をポリフェノールなど血液循環に関わる食品分野、ビタミンE等サプリメント分野あるいは高コレステロール症、高脂肪血症などより初期の段階での健診など短期に効果を診断する分野にも容易に応用が可能であり、また、市販の安価なエコー装置を用いて％FMDの測定が行える効果もある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態を示す構成図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態を示す構成図である。
【図３】本発明の第３の実施の形態を示す構成図である。
【図４】本発明の第４の実施の形態を示す構成図である。
【図５】本発明の第５の実施の形態を示す全体構成図である。
【図６】本発明の第５の実施の形態を示す波形および測定部位指示図である。
【図７】本発明の第５の実施の形態を示す測定摸式図である。
【図８】本発明の第５の実施の形態を示す装置構成図である。
【図９】本発明の第６の実施の形態を示す構成図である。
【図１０】本発明の第７の実施の形態を示す構成図である。
【図１１】本発明の第７の実施の形態を示す構成図である。
【図１２】本発明の第７の実施の形態を示す構成図である。
【図１３】本発明の第８の実施の形態を示す構成図である。
【図１４】本発明の第９の実施の形態を示す構成図である。
【図１５】本発明の第１２の実施の形態を示す構成図である。
【符号の説明】
１は阻血用カフ、２はエコープローブ、３はＥＣＧ電極、４は自動阻血装置、５は汎用エコー装置、６はコンピュータ装置、７はエコープローブ上腕部保持アタッチメント、８は上腕部固定用面ファスナバンド、９は圧着式面ファスナバンド固定金具、１０は圧着用はとめネジ、１１はエアーパイプ、１２はエコー装置ケーブル、１３はエコー画像、１４はエコー、１５はスタートボタン、１６は圧縮ポンプ、１７は圧力センサー、１８はマイコン制御部、１９は経時タイマー表示器、２０はアラーム、２１はカフ圧表示器、２２は非常停止スイッチ、２３は状態表示、２４は逆算タイマー表示、２５はセンターライン、２６はテンプレート、２７はモニター画面、２８は補助表示、２９はＮａｄｖ＿ｅｄｇｅ点、３０はｍ−ｌｉｎｅ点、３１はエコー画像生コントラスト線、３２は単純近似曲線、３３は単純曲線単純距離、３４は異常形状部分、３５は左側近似曲線、１００はアタッチメント、１０１は前腕部、１０２は上腕部、１０３は皮膚、１０４は血管、１０５はＮＥＡＲ  ＷＡＬＬ外膜、１０６はＮＥＡＲ  ＷＡＬＬ内膜、１０７はＦＡＲ  ＷＡＬＬ内膜、１０８はＦＡＲ  ＷＡＬＬ外膜
【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】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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