JPH053290B2

JPH053290B2 -

Info

Publication number: JPH053290B2
Application number: JP61227139A
Authority: JP
Inventors: Naoki Kageyama; Hiroji Kuchiwaki; Atsuki Ito; Norimitsu Sakuma; Yukio Ogura
Original assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 1986-09-27
Filing date: 1986-09-27
Publication date: 1993-01-14
Also published as: DE3750372T2; DE3750372D1; EP0327645A1; WO1988002234A1; EP0327645B1; EP0327645A4; US4984567A; JPS6382623A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、超音波を利用した頭蓋内圧の測定装
置に関し、特に頭蓋内圧を頭蓋外より測定するの
に好適にものである。

〔従来の技術〕被検生体の頭蓋腔の容積は、健康な正常時にお
いては各被検生体個有の一定の容積を保有してい
るが、たとえば脳腫瘍、血腫等の病変やその他頭
蓋内の疾患が発生すると増加し、その増加量が正
常時の約10％以上になると頭蓋内圧が上昇して頭
蓋内圧亢進が引き起こされ、各種の病態が発生す
るといわれている。これら各種の病態像の解明及
び適確な治療方法の決定には、頭蓋内圧亢進の病
理的な解明を必要とするが、現状では、その解明
の手段及び方法について各方面で研究されている
にもかかわらず充分とはいえない。しかし解明上
もつとも重要な手段の１つは頭蓋内圧の測定であ
り、このため従来から多種の頭蓋内圧の測定が研
究されかつ試みられている。たとえば水を封入し
たラテツクス・バルーンを頭蓋内の硬膜上もしく
は脳室内に挿入し、バルーン内の水圧を測定する
ことにより頭蓋内圧を得るラテツクス・バルーン
法、頭蓋骨を一部開孔し、骨窓を作つて硬膜を露
出させ、その硬膜上にストレインゲージを接触さ
せて頭蓋内圧の変化を、ストレインゲージに接続
した動ひずみ計のひずみ量の変化量におきかえ測
定するEDP測定法などがある。しかし、これら
の方法による頭蓋内圧の測定は、いずれも頭蓋を
侵襲する方法であるため、必然的に開頭手術を伴
い、センサーを頭蓋内に設置しておかなければな
らないため、感染の危険性や、入院して安静にし
ている必要などがあり患者の健康状態の維持及び
社会的経済的負担の大きさ等の面で問題がある。
一方、非侵襲的な安全な方法として電気的共振回
路をインダクタおよびキヤパシタで構成し、頭蓋
内圧によつて変位するベローズまたはダイヤフラ
ムにより一方の値を変化させて共振周波数を変化
させ、これを頭皮上から測定するテレメトリー方
式がある。しかし本方式も圧縮媒体として空気を
使用するため、これが頭皮・頭蓋骨間にある場合
には温度の影響を受けやすく、また測定の目盛り
は個別に必要であり精度も実用的な段階にはほど
遠い実状である。このように従来は頭蓋内圧を非
侵襲的に、かつ脳内に悪影響を与えることなく、
信頼度が高くしかも簡便に測定できる装置は提供
されておらず、その実現が待望されていた。

〔発明が解決しようとする問題点〕

前記の如く従来の頭蓋内圧の測定は、頭蓋内圧
亢進の解明及び治療上最も重要な手段の１つであ
りながらほとんど頭蓋を侵襲する方法で行われる
ため、測定時における安全性及び信頼性を満足
し、かつ患者の社会的、経済的負担が小さい方法
とその装置を得ることができず、一方、非侵襲的
な方法による測定においても精度、価格とも実用
段階に至つておらず、目下各方面において研究お
よび開発が進められている状態である。

本発明は前記従来技術の問題点を解消せんとす
るものであつて、頭蓋内圧を頭蓋外より非侵襲的
に脳内部に悪影響を与えることなく、安全かつ高
い信頼度で簡便に測定できる装置を提供すること
を目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明のうち、第１の発明は、心拍を検出する
心電計と、該心電計が検出した心拍をトリガーと
して電圧パルスを発信するパルサーと、該パルサ
ーの発信パルスを受けて超音波パルスを被検生体
の頭蓋外より内部に入射し、この入射波のエコー
を受信する探触子と、受信したエコーを増幅する
レシーバーと、該レシーバーの出力を信号処理す
る処理装置とを備えた超音波測定装置において、
前記探触子が受信したエコー波形の離散値をデジ
タル化するＡ／Ｄ変換装置と、該Ａ／Ｄ変換装置
の出力値より硬膜よりの反射波を含む範囲を抽出
し、その抽出した範囲をケプストラム法の演算ア
ルゴリズムによつて周波数解析して得られたケフ
レンシー値より要素波間の時間差を求め、これに
よつて硬膜の厚さを演算し、さらに予め測定され
た基準値と比較して頭蓋内圧と相関関係を有する
硬膜のひずみ率を算出する演算装置とを備える構
成にしたものである。

また、第２の発明は、心拍を検出する心電計
と、該心電計が検出した心拍をトリガーとして電
圧パルスを発信するパルサーと、該パルサーの発
信パルスを受けて超音波パルスを被検生体の頭蓋
外より内部に入射し、この入射波のエコーを受信
する探触子と、受信したエコーを増幅するレシー
バーと、該レシーバーの出力を信号処理する処理
装置とを備えた超音波測定装置において、前記探
触子が受信したエコーに硬膜よりの反射波を含む
範囲にゲートをかけゲート内波形を出力するゲー
ト回路と、該ゲート回路からの前記出力波形の離
散値をデジタル化するＡ／Ｄ変換装置と、該Ａ／
Ｄ変換装置の出力をケプストラム法の演算アルゴ
リズムによつて周波数解析して得られたケフレン
シー値より要素波間の時間差を求め、これによつ
て硬膜の厚さを演算し、さらに予め測定された基
準値と比較して頭蓋内圧と相関関係を有する硬膜
のひずみ率を算出する演算装置とを備える構成に
したものである。かかる構成にしたことにより、
頭蓋内圧の測定を非侵襲的に、頭蓋内部に悪影響
を及ぼすことなく、安全かつ高信頼度で簡便に測
定できるようにした装置である。

〔作用〕

任意のトリガーパルスをトリガー信号として、
パルサーに接続され、被検生体の頭蓋外に接置し
ている探触子に、該パルサーにて、送信パルスを
発信する。前記探触子では、前記パルサーより送
信された送信パルスを超音波パルスに変換して頭
蓋内に入射する。この場合、前記探触子は前記超
音波パルスの波連長が、頭蓋内の硬膜及びクモ膜
等の薄膜状組織の約２倍以上になるような超音波
パルスを発するように選定されている。超音波が
頭蓋内に入射されると、入射波は頭蓋内の頭蓋
骨、硬膜等の各組織境界面（音響的境界面）で多
重反射し、この多重反射波は透過損失および反射
損失を受けながら多重反射波同志で干渉し合い、
その干渉反射波のエコーが探触子に受信される。
この受信エコーの干渉波形を構成している上記各
組織境界面の反射波を本発明においては要素波と
称して説明する。第１の発明においては送信され
たエコーはレシーバーに送られ増幅され、この増
幅されたエコーは、Ａ／Ｄ変換装置に送られ、
Ａ／Ｄ変換されて、その出力値が演算装置に送ら
れる。演算装置においては、頭蓋内の多重反射に
よる前記干渉反射波形のデジタル値を含む範囲の
データを抽出し、このデータを周波数解析して、
前記干渉波の要素波間の伝播時間差を出力する。

また、第２の発明においては、探触子に受信さ
れたエコーはレシーバーに送られ増幅されたのち
ゲート回路に送られる。一方、ゲート回路には前
記トリガパルスが送られ、そのパルスをトリガ信
号として該パルスの立ち上がりより任意の時間遅
延させ、かつ任意の時間幅で前記レシーバーを介
して送られた受信エコーに前記干渉反射波を含む
ようにゲートをかけゲート内波形を出力する。こ
の出力波形はＡ／Ｄ変換装置に送られ、Ａ／Ｄ変
換されて、その出力値が演算装置に送られる。演
算装置においては、周波数分析等の解析手段によ
り、前記干渉反射波の要素波間の伝播時間差を出
力する。

このように第１、第２の発明とも前記要素波間
の伝播時間差の出力値を利用して硬膜の厚さや硬
膜の厚さと頭蓋内圧との相関関係より頭蓋内圧の
値等の診断情報が得られ、CRT等の表示装置、
プリンター、デイスク等の記録装置を前記演算装
置に接続することによつて、該診断情報を表示、
記録しておくことができる。

〔実施例〕

本発明のうち第１の発明の実施例を第１図およ
び第２図を参照して説明する。第１図は装置の構
成を示す図、第２図は各作用段階における出力パ
ルスを示す動作説明図である。図において１はパ
ルサーで、被検生体Ｍの頭蓋骨上に当接されてい
る探触子２に接続されており、第２図ａに示す内
部トリガパルスＴの立ち上がりと同時に探触子２
に対して第２図ｂに示すような送信パルスV₁を
発信する。

探触子２は、この送信パルスV₁を超音波パル
スに変換し、その超音波パルスを頭蓋内に入射す
る。この場合、探触子２は、前記超音波パルスの
波連長が頭蓋内の硬膜及びクモ膜等の薄膜状組織
の約２倍以上になるような超音波パルスを発する
ように選定されている。

頭蓋内に入射された超音波パルスは、頭蓋骨、
硬膜等の音響的境界面となる各組織境界面で多重
反射し、同時に前記各境界面で透過損失および反
射損失を受けながら多重反射波間で干渉し合い、
その干渉反射波のエコーが探触子２に受信され
る。３はレシーバーで、探触子２で受信した前記
干渉反射波を含むエコーを増幅し、第２図ｃに示
すエコーV₂を出力する。

５はＡ／Ｄ変換器で、前記レーシーバー３より
出力する前記干渉波を含む増幅されたエコーが入
力され、そのエコーを前記パルスＴをトリガー信
号としてＡ／Ｄ変換し、第２図ｄに示すようなデ
ジタル波形信号D₁を出力する。デジタル波形信
号D₁は演算装置６に送られ、前記干渉波のデジ
タル波形を含む範囲のデータを抽出し、このデー
タをFFTアルゴリズム等による周波数分析によ
り、前記干渉波を構成する要素波間の時間差が演
算される。

つぎに第２の発明の実施例を、第３図および第
４図を参照して説明する。第３図は装置の構成を
示す図、第４図は各作用段階における出力パルス
を示す動作説明図である。図中、第１図および第
２図と同一符号は同じものを示し、また前記第１
の発明の実施例の説明中、第２図ｃに示すエコー
V₂を出力するまでの説明は、第１図を第３図に、
第２図を第４図に置き換えるほかは同一である。
４はゲート回路で、該回路にはレシーバー３から
出力されるエコーV₂と前記内部トリガパルスＴ
が入力され、エコーV₂にパルスＴをトリガ信号
としてパルスＴの立ち上がりより任意の時間遅延
させかつ任意の時間幅で、レシーバー３より送ら
れたエコーV₂に前記干渉反射波を含むようにゲ
ートがかけられ、第４図ｄに示すようなゲート内
波形V₃を出力する。５′はＡ／Ｄ変換器で、前記
ゲート回路４より出力するゲート内波形V₃が入
力され、そのゲート内波形V₃を前記パルスＴを
トリガ信号としてＡ／Ｄ変換し、第２図ｅに示す
ようなデジタル波形信号Ｄを出力する。デジタル
波形信号Ｄは演算装置６′に送られ、FFTアルゴ
リズムによる周波数分析により前記干渉波を構成
する要素波間の時間差が演算される。

前記の如く、第１および第２の発明とも演算さ
れた要素波間の時間差のうち、頭蓋内圧の変動に
伴つて変化するもの若しくは、年齢、性別などの
項目で分類された硬膜の平均値との照合などによ
つて硬膜の往復の伝播時間のみを抽出して硬膜の
厚さを求め、個体別の正常時に測定した硬膜の厚
さ若しくは前記平均値との比（硬膜の厚さひず
み）を算出し、この値を、年齢別、性別などの項
目で分類された硬膜の厚さひずみと頭蓋内圧との
相関式に代入することによつて頭蓋内圧を算出す
ることができる。これらの演算結果は表示器８に
送られて表示すると共に記録装置７にも送られ
て、記録される。

前記ゲート回路を有しない第１の発明は、一般
に演算データをCPUのメモリから取り出し、い
つたんCRTに呼び出して抽出するからその分演
算時間がかかることになるが、ゲート回路を経な
いだけ波形にひずみが少ない効果がある。これに
対しゲート回路を有する第２の発明は、ゲート回
路を介した出力波形が、Ａ／Ｄ変換装置でＡ／Ｄ
変換された出力値をそのまま演算すればよいか
ら、ゲート幅の大小にもよるがそれだけメモリも
小容量でよく操作が簡単になる効果を有する。

また前記第１および第２の発明においては、ト
リガ信号としてパルサー１の内部トリガパルスＴ
を使用したが、これを被検生体Ｍに接続した心電
計より得られる心電図のＲ波の発生ごとに、Ｒ波
のピーク位置より任意の時間（たとえば80ｍsec
〜100ｍsec）遅らせ、連続したパルスを出力する
心電計トリガ装置を設けてその出力パルスを使用
してもよい。

このように本発明（以下第１および第２の発明
をいう）に係わる装置による測定は、頭蓋内圧と
硬膜の厚さとの間にある相関関係を利用し、硬膜
の厚さの変化情報を得ることにより頭蓋内圧およ
びその変化を知ることができるようにしたもので
ある。

前記装置による測定の前提となつている頭蓋内
圧と硬膜の厚さとの相関関係を検証するため、生
体を使用した下記の実験を行つた。被検生体は体
重約10Kgの雑種成犬で、左頭頂部に骨窓を作り無
色透明な塩化ビニール板をはめて、頭蓋内圧の変
化による硬膜内静脈の状態の変化を観察し写真撮
影したものである。頭蓋内圧亢進は大槽内生理食
塩水注入によつて生じさせ、頭蓋内圧を上昇前０
mmH₂Oから700mmH₂Oまで上昇させた。その結
果、頭蓋内圧の上昇前は、硬膜内静脈はかなり鮮
明で血流の乱れもないが、頭蓋内圧の上昇に伴つ
て硬膜内静脈が徐々に狭窄し、約600mmH₂Oにお
いて完全に狭窄して全く血流が観察されない。一
方、頭蓋内圧下降時では600mmH₂O以下に下がつ
ても硬膜内静脈は狭窄したままの状態で、約200
mmH₂O前後まで下降したとき血流が再開される。
この硬膜内静脈の狭窄現象の発生は、硬膜が圧縮
されて厚さが薄くなつたことを示しており、この
変化は頭蓋内圧の上昇に伴つてその度合いが増
し、約600mmH₂Oを境にしてそれ以上の上昇では
ほとんど変化しないことを示し両者間に相関関係
があることが立証された。

ところで、上述したように本発明による測定は
硬膜の厚さひずみと、頭蓋内圧との前記相関関係
をもとに、硬膜の厚さを測定することによつて、
頭蓋内圧を得るものであるが、硬膜の厚さの測定
については地震波解析の分野で、直接波と他の経
路の波を近似的に分離する目的で考案されたケプ
ストラム法を、薄膜多重反射波の分解に応用して
行う。本実施例で用いたケプストラム解析のアル
ゴリズムを第５図に示す。

頭蓋骨と硬膜の境界より得られる反射波は、頭
蓋骨と硬膜との境界での反射波（基本波）と硬膜
内での多重反射波との干渉波となつている。境界
からの干渉反射波をｘ(t)、基本波をｂ(t)、反射強
度をa_i、遅延時間τ_iとすると、ｘ(t)は次式で表わ
される。

ｘ(t)＝_o 〓^i=O a_i・ｂ（ｔ＋τ_i） …(1) (1)式の両辺をフーリエ変換した結果を次式で示
す。

ｘ(f)＝Ｂ(f)_o 〓^i=O a_i・e^j2〓^f〓ⁱ …(2) ただし、ｘ(f)、Ｂ(f)は各々、ｘ(t)、ｂ(t)のフー
リエ変換である。

(2)式より、Ｘ(f)のパワースペクトル｜Ｘ(f)｜は
Ｂ(f)のパワースペクトル｜Ｂ(f)｜を用いて(3)式の
ように表わされる。

｜Ｘ(f)｜Ｂ(f)｜_o 〓^i=O _o 〓^k=O a_i・a_kcos｛2πf（τ_i＋τ_k）｝ …(3) (3)式の対数をとると(4)式のようになり、基本波
のパワースペクトルである周波数系列と遅延時間
差に対応する周波数軸上のケフレンシーをもつ周
波数系列に分離することができる。

log｜Ｘ(f)｜＝log(f)｜＋log〔_o 〓^i=O _o 〓^k=O a_i・a_kcos｛2πf（τ_i＋τ_k）｝〕 …(4) したがつて、(4)式をさらにフーリエ変換しケプ
ストラムを求めることにより、ケフレンシー軸上
で遅延時間のケフレンシー系列が求められ、薄膜
の音速がわかつておればその厚さを知る事ができ
る。

よつて頭蓋内圧と硬膜の厚さの関係より、本法
を用いて硬膜の厚さを測定することによつて、頭
蓋内圧を得る事ができる。

つぎに前記ケプストラム法の検証を行うため、
第６図に示す様な実験を行つた。厚さ５mmのアク
リル板９と厚さ50mmのポリスチロールブロック１
０の間に、同じ厚さｌの２枚のシツクネスゲージ
１１をはさみ、その隙間に空気が混入しないよう
にマシン油１２で油膜をつくり、油膜モデルとし
た。

使用したプローブ１３は、5MHz分割型プロー
ブであり、アクリル板９に瞬間接着剤で固定し
た。

第７図にアクリル板９の底面反射波形（基本波
形）を、第８図にｌ＝0.3mm時の反射波形を示す。
油膜内多重反射波が互いに干渉し合つているた
め、波形が変形し全体の振幅が変化している事が
わかる。

シツクネスゲージ１１の厚さｌを0.1〜1.0mmの
範囲で変化させ、油膜の厚さを変えて各々の反射
波を10nsecでサンプリングし、第３図で示したア
ルゴリズムによりFFTケプストラム解析を行つ
た。

本検証実験に使用した5MHz分割型プローブ並
びに、後述の動物実験の際使用した5MHz分割型
プローブの周波数分析結果を第９図および第１０
図に示す。各々の中心周波数は4.9MHz及び5.4M
Hzであり、周波数帯域は約２〜7MHz及び１〜9M
Hzの範囲に制限されていることがわかる。

サンプリング定理より、波形のもつ周波数帯域
の上限値をＷ（ＭHz）とすると、波形信号を標本
化するのに最小必要なサンプリングタイム△ｔ
（sec）は、次式で求められる。

△ｔ＝１／2W …(5) 本実験では、△ｔ＝7.1×10^-8（sec）であるの
で今回用いたサンプリングタイム1.0×10^-8（sec）
は十分であるといえる。

第１１図にｌ＝0.1mmの反射波形のFFTケプス
トラム結果を、第１２図にｌ＝0.5mmのFFTケプ
ストラム結果を示す。

本結果は、タイムウインドウとして(6)式に示す
ハミングウインドウ、ケプストラムウインドウと
して(7)式に示すハニングウインドウ及び(8)式に示
すハニングデジタルフイルタを用いたものであ
る。ハニングウインドウはケプストラム結果に重
み付けを行い、ハニングデジタルフイルタはケプ
ストラム結果を平滑化する役割がある。

W_HAM(n) ＝0.54−0.46cos（2nπ／（Ｎ−１）） …(6) W_HAN(n)＝0.5−0.5cos（2nπ／（Ｎ−１）） …(7) C′(n) ＝0.25C（ｎ−１）＋0.5C(n)＋0.25C（ｎ＋１）
…(8) 第１１図および第１２図より、各ケプラストム
のピークにおけるケフレンシー値は、各々
150nsec、690nsecであることがわかり、これが(1)
式中における遅延時間τ_iに相当する。

第１１図および第１２図中の各ケプストラムの
ピークにおけるケフレンシー値、すなわち油膜に
よる遅延時間τ_iは、干渉反射波の要素波間の時間
差（超音波が油膜を往復した時間）に相当する。
したがつてその値に油膜中での超音波の音速をか
けたものがビーム路程となり、油膜厚はビーム路
程で２で割ることにより求められる。

ケプラストム解析により求めた遅延時間より計
算した油膜厚をlcepとし、シツクネスゲージの厚
さを油膜厚の真値ltureとして、比較したものを
第１３図に示す。

ただし、マシン油の音速を1400ｍ／secとして
計算した。

両者は非常に良く一致しており、誤差は約±
10μｍである。このようにケプストラム解析は、
２つ以上の波が干渉している際の各々の遅延時間
を分解することに有効である。したがつて、音速
が予めわかつていれば、本法を用いることによつ
て、通常の方法では測定できないような薄膜の厚
さを測定できる。

つぎに前記実験装置において行つた検証が、生
体に対して適用できるか否かの妥当性を検討する
ため犬を使用して下記の実験を行つた。

実験には、体重約10Kg前後の雑種成犬を用い
た。２％（Ｗ／Ｖ）塩酸モルヒネを５〜６ml筋肉
注射して基礎麻酔の後、チアミラル−ソジウム
（thiamylal sodium）を100〜150mg静脈内投与に
より導入麻酔を行い、気管内挿入管下に腹臥位
で、頭部を東大脳研式犬用定位脳手術台に固定し
た。必要に応じて、60分後ごとにチアミラルーソ
ジウムを10〜15mg追加投与して維持麻酔を施し、
自発自然呼吸下によつて実験を行つた。

実験装置のブロツクダイヤグラムを第１４図に
示す。図において１５はパルサー、１６はレシー
バーで、超音波プローブ１７に電気的信号を送受
する装置、１７の超音波プローブはパルサー１５
より送られた電気信号を超音波に変換、及び受信
した超音波を電気信号に変換するセンサーであ
る。

１９はウエーブメモリーで、受信波形（アナロ
グ信号）を高速Ａ／Ｄ変換する装置、２０はパソ
コン、CRT、フロツピーデイスク、Ｘ−Ｙプロ
ツターからなり、ウエーブメモリー１９によつて
デジタル化された受信波形を処理し、解析、モニ
ター、記録する処理装置、２１はEDPセンサー
で、硬膜外より頭蓋内圧を電気信号に変換するセ
ンサー、２２は呼吸センサーで、呼吸を温度変化
としてとらえ、呼吸変化を電気信号に変換するセ
ンサー、２３は血圧センサーで、全身血圧をモニ
ターするためのもので、血圧を電気信号に変換す
るセンサー、２４は心電計で心電波形を出力し、
また心電図のＲ波より任意の時間遅らせてトリガ
ー信号を発信する装置、２５はアンプでEDPセ
ンサー２１、呼吸センサー２２、血圧センサー２
３、心電計２４より送られてきた各信号を増幅す
る装置、２６はペンレコーダーでアンプ２５にい
よつて増幅された、心電波形、呼吸波形、全身血
圧波形及び、EDPセンサー頭蓋内圧波形を連続
記録する装置である。

測定は、超音波による頭蓋内圧の他に、EDP
センサー２１による頭蓋内圧、全身血圧、心電
図、呼吸をモニターした。EDPセンサー２１に
よる頭蓋内圧は、EDPセンサー２１を右頭部に
装着し、硬膜外圧として測定した。全身血圧は、
内径２mm、長さ約400mmのカテーテルを右股動脈
より胸部大動脈へ留置し、カテーテル先端型圧力
計を用いて測定した。心電図は、四股に設置した
電極より心電計によつて測定した。呼吸モニター
は、気管挿管チユーブの先端に取付けたサーミス
タプローブによつて測定した。

超音波による実験は以下のようにして行つた。

第１４図において、心電計２４のトリガーパネ
ルを、心電図のＲ波のピークより80ｍsec遅らせ
て発信するように調整しシステム全体を心電計ト
リガーで起動した。

実験は、大槽内生理食塩水注入にて０mmH₂O
〜650mmH₂Oの範囲で頭蓋内圧亢進を生じせし
め、２つのモデルについて行つた。１つは、第１
５図に示すように頭蓋骨２７の一部を除去して厚
さｔ＝５mmのアクリル板２８を硬膜２９に密着さ
せて固定し、5MHzデイレイ付プローブを用いて
行つたアクリル板モデルであり、もう１つは、
5MHz分割型プローブを頭蓋骨２７上に固定し、
頭蓋骨２７上より測定を行つたものである。レシ
ーバー１６によつて受信した反射波をウエーブメ
モリ１９に入力し、10ｍsecの間隔でサンプリン
グを行いGP−IBインターフエイスを介してパソ
コンに転送し、硬膜内での多重反射を含む干渉波
のデジタル値を含むデータを抽出して解析を行つ
た。

第１５図に示したアクリル板モデルによる実験
において、基本波形となるデイレイ材１７ａ表面
反射（Ｓエコー）及び頭蓋内圧（ICP）が300mm
H₂O時の受信波形を各々第１６図および第１７
図に示す。デイレイ材１７ａ表面とアクリル板２
８との境界からの反射波（S′エコー）と、アクリ
ル板２８と硬膜２９の境界付近より反射する干渉
反射波（Boエコー）とは完全に分離しており、
ＳエコーとS′エコーの形状の差はほとんどない。
一方、Boエコーは硬膜２９内の多重反射により
干渉を起こし、Ｓエコーとは形状が異つているこ
とがわかる。

Ｓエコーを基本波形ｂ(t)とし、S′エコー及び
Boエコーを反射波形ｘ(t)として、ケプストラム
解析を行つた結果の例を第１８図および第１９図
に示す。第１８図は頭蓋内圧が０mmH₂O、第１
９図は頭蓋内圧が650mmの結果であり、各ピーク
上の数字は、各ピーク位置のケフレンシー値を表
わしている。

最初のピークのケフレンシー値は頭蓋内圧に関
係なく一定であり、デイレイ材１７ａ表面からア
クリル板２８と硬膜２９の境界面までの往復の伝
播時間を表わしている。２番目のピークのケフレ
ンシー値と最初のピークのケフレンシー値との差
は硬膜２９による遅延時間であり、超音波が硬膜
２９中を往復した時間に相当する。

アクリル板２８の音速を2730ｍ／sec、硬膜２
９の音速を1620ｍ／secとして、各ケフレンシー
値より計算すると、アクリル板２８の厚さは5.01
mmとなり実際の厚さ５mmと非常に良く対応してい
る。硬膜２９の厚さは各々227μｍ（頭蓋内圧０
mmH₂O）、138μｍ（頭蓋内圧650mmH₂O）と計算
され、頭蓋内圧の上昇に伴つて薄くなつているこ
とがわかる。

次に、頭蓋骨２７上より実験を行つた結果につ
いて述べる。

基本波形ｂ(t)を第２０図に、反射波形ｘ(t)を第
２１図に示す。使用したプローブは5MHz分割型
である。

頭蓋骨２７は外板、板間層、内板と３層構造に
なつており、各々の境界より超音波は反射する。
犬の場合、頭蓋骨２７が薄く各層の境界からの反
射波は分解しない。したがつて、各反射波と硬膜
２９での多重反射波とは干渉し合い、反射波形は
第２１図のように複雑な形状になる。

頭蓋骨２７上よりの実験における反射波形の
FFTケプストラム結果の例を第２２図及び第２
３図に示す。第２２図は頭蓋内圧（ICP）が０mm
H₂O、第２３図は頭蓋内圧が300mmH₂Oの結果で
あり、各ピーク上の数字は各ピーク位置のケフレ
ンシー値を表わしている。

第１及び第２のピークは頭蓋内圧に関係なくあ
る一定のケフレンシー値を示し、頭蓋骨２７の板
間層及び内板と硬膜２９の境界までの往復の伝播
時間を表わしている。また、第３ピークと第２ピ
ークのケフレンシー値の差は、硬膜２９中を超音
波が往復した時間にあたる。

硬膜２９の音速より各々硬膜の厚さを計算する
と、各々170μｍ（頭蓋内圧０mmH₂O）、138μｍ
（頭蓋内圧300mmH₂O）となり、アクリル板モデ
ル結果と同様に頭蓋内圧の上昇に伴つて薄くなる
ことがわかる。

硬膜２９の厚さは個体によつて多少ばらつきが
あるため、頭蓋内圧と硬膜の厚さの関係は個体に
よつつ変わつてしまう。そこで、頭蓋内圧の上昇
に伴う硬膜の厚さの変化量を頭蓋内圧を上昇させ
る前の硬膜の厚さ（正常時の硬膜の厚さ）で割つ
た値を硬膜の厚さひずみとし、これと頭蓋内圧の
関係を求めた。

頭蓋内圧基礎値ｐ時の硬膜の厚さをＤ(p)、頭蓋
内圧を上昇する前の硬膜の厚さをDoとすると、
硬膜の厚さひずみε(p)は次式で表わされる。

ε(p)＝Ｄ(p)−Do／Do …(9) 頭蓋内圧上昇時におけるアクリル板モデル及び
頭蓋骨上からのケプストラム結果より、(9)式によ
つて求めた硬膜厚さひずみεと頭蓋内圧基礎値
（ICP）との関係を第２４図に示す。εが負の値
をとつているのは、(9)式よりわかるように硬膜が
頭蓋内圧の上昇によつて圧縮されているためであ
る。

約500mmH₂Oまでは頭蓋内圧の上昇に伴つて、
硬膜の厚さひずみも緩やかに増加するが、それ以
後はある一定値に漸近して行くことがわかる。そ
してこの傾向は前記硬膜内静脈の狭窄実験におけ
る現象とよく一致している。このことは同時に硬
膜の厚さひずみεを測定することによつて頭蓋内
圧基礎値を知ることができるが、測定できる限界
値が存在することも表わしている。

薄膜の厚さひずみεを求めるためには、正常時
の基準となる硬膜の厚さを知つておく必要があ
る。しかし、硬膜の厚さは、個体差、年齢差、測
定部位による差があるから各個体固有の正常時の
硬膜の厚さは血圧、体重などと同様に定期的に測
定することが必要で、そうすることにより信頼性
の高い診断情報、つまり頭蓋内圧の経時的な推移
と、最新の情報との両方が得られ、診療および治
療に対する情報とともに、病変に対する予防情報
とすることができる。

上述の如く本発明に係わる装置による頭蓋内圧
の測定は成犬を使用して行つたものであるが、こ
れを人体に適用するに当つては頭蓋や脳髄膜の形
状および大きさの差を考慮する必要がある。例え
ば頭蓋骨についてみると、犬はその頭蓋容積およ
び曲率とも小さくしかも内側面におおきい凹凸が
あるが、人間の場合の頭蓋容積および曲率とも大
きくしかも内側面の凹凸はきわめて小さいから、
探触子の当接が容易になるとともに超音波の入射
および反射が円滑に行われるようになる。また、
硬膜の厚さおよびその変化量についてみると、犬
の場合硬膜の厚さが約0.2mmであるのに対し人間
の場合は約1.0mmで、頭蓋内圧の変化に伴う硬膜
の厚さの変化量は同じ比率で変化するとすれば約
５倍になる。これは本装置による頭蓋内圧の測定
が、硬膜の厚さの変化量と頭蓋内圧との相関関係
を利用して行われるものであり、人間の場合の方
がそれだけ精度よく測定することができることを
示している。

ところで本発明に係わる装置による測定を人体
に適用するに当つては、安全性に全く問題のない
ことが前提となる。これは測定時に頭蓋内に入射
される超音波が、人体に如何に影響を及ぼすかと
いう問題であるが、この問題に関しては次のよう
な報告がされている。すなわち染色体に対する超
音波の及ぼす影響については、平均出力500ｍ
Ｗ／cm²、ピーク出力50W／cm²の超音波を、分裂前
期の人の末梢リンパ球に60分間照射したが全く影
響がなく、同様に赤血球流血、培養細胞増殖、妊
娠中の幼児に対する影響については、平均出力約
600ｍＷ／cm²以下では全くその危険性がなく安全
であることが確認されている。これに対し本実施
例における超音波の平均出力は約0.1ｍＷ／cm²で
あり、人体に対する影響はなく適用に当つての安
全性には全く問題がないといえる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明は、探触子より被検
生体の頭蓋外より内部に入射し、頭蓋内で発生す
る多重反射した干渉波のエコーを、演算装置によ
り周波数分析し、前記干渉波の要素波間の時間差
を演算して硬膜の厚さを測定し、頭蓋内圧と硬膜
の厚さとの間に存在する相関関係から頭蓋内圧お
よびその変化を得るようにしたもので、頭蓋内圧
を非侵襲的に脳内部に悪影響を与えることなく、
安全かつ高い信頼度で、しかも簡便に測定するこ
とができる。さらに、上記測定を定期的に行うこ
とにより、病態に対する信頼度の高い診断情報が
得られるとともに、病変に対する予防情報を得る
ことができる優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

図面はいずれも本発明に係わる説明図で、第１
図および第２図は第１の発明に係わり、第１図は
頭蓋内圧の測定装置の一例を示す構成図、第２図
は各作用段階における出力パルスを示す動作説明
図、第３図および第４図は第２の発明に係わり、
第３図は頭蓋内圧の測定装置の構成例を示す図、
第４図はその各作用段階における出力パルスを示
す動作説明図、第５図はケプストラム解析のアル
ゴリズムを示す図、第６図はケプストラム解析の
適用を検証するために行つた実験装置を示す図、
第７図は第６図の実験装置におけるアクリル板の
底面反射波形を示す図、第８図は第７図と同じで
ただし隙間（湯膜厚さ）が0.3mmのときの反射波
形を示す図、第９図は第６図の実験装置における
周波数分析結果を示す図、第１０図は異なる探触
子を使用した場合における周波数分析結果を示す
図、第１１図は第６図の実験装置において隙間を
0.1mmにしたときの油膜による遅延時間を示す図、
第１２図は第１１図と同じく隙間を0.5mmにした
ときの図、第１３図はケプストトラム解析により
求めた油膜厚さと真の値との比較図である。第１
４図は犬を使用した実験装置のブロツクダイヤグ
ラム、第１５図は第１４図における探触子の当接
部の説明図、第１６図は第１５図に示す探触子の
デイレイ材表面の反射エコー（Ｓエコー）を示す
図、第１７図は第１５図に示す各境界からの反射
エコー（S′エコー、Boエコー）を示す図、第１
８図は第１６図および第１７図のような干渉反射
エコーをケプストラム解析した頭蓋内圧が０mm
H₂O時の結果を示す図、第１９図は第１８図と
同じで頭蓋内圧が650mmH₂O時の結果を示す図、
第２０図はアクリル板を介さず直接頭蓋骨上に当
接した場合のＳエコーを示す図、第２１図は第２
０図と同様にS′エコーおよびBoエコーを示す図、
第２２図は第２０図および第２１図のような干渉
反射エコーをケプストラム解析した頭蓋内圧が０
mmH₂O時の結果を示す図、第２３図は第２２図
と同様に頭蓋内圧が300mmH₂O時の結果を示す
図、第２４図は第１４図に示す実験において求め
た頭蓋内圧と硬膜の厚さひずみとの関係を示す図
である。

Claims

【特許請求の範囲】１心拍を検出する心電計と、該心電計が検出し
た心拍をトリガーとして電圧パルスを発信するパ
ルサーと、該パルサーの発信パルスを受けて超音
波パルスを被検生体の頭蓋外より内部に入射し、
この入射波のエコーを受信する探触子と、受信し
たエコーを増幅するレシーバーと、該レシーバー
の出力を信号処理する処理装置とを備えた超音波
測定装置において、前記探触子が受信したエコー
波形の離散値をデジタル化するＡ／Ｄ変換装置
と、該Ａ／Ｄ変換装置の出力値より硬膜よりの反
射波を含む範囲を抽出し、その抽出した範囲をケ
プストラム法の演算アルゴリズムによつて周波数
解析して得られたケフレンシー値より要素波間の
時間差を求め、これによつて硬膜の厚さを演算
し、さらに予め測定された基準値と比較して頭蓋
内圧と相関関係を有する硬膜のひずみ率を算出す
る演算装置と、を備えた頭蓋内圧の測定装置。２心拍を検出する心電計と、該心電計が検出し
た心拍をトリガーとして電圧パルスを発信するパ
ルサーと、該パルサーの発信パルスを受けて超音
波パルスを被検生体の頭蓋外より内部に入射し、
この入射波のエコーを受信する探触子と、受信し
たエコーを増幅するレシーバーと、該レシーバー
の出力を信号処理する処理装置とを備えた超音波
測定装置において、前記探触子が受信したエコー
に硬膜よりの反射波を含む範囲にゲートをかけゲ
ート内波形を出力するゲート回路と、該ゲート回
路からの前記出力波形の離散値をデジタル化する
Ａ／Ｄ変換装置と、該Ａ／Ｄ変換装置の出力をケ
プストラム法の演算アルゴリズムによつて周波数
解析して得られたケフレンシー値より要素波間の
時間差を求め、これによつて硬膜の厚さを演算
し、さらに予め測定された基準値と比較して頭蓋
内圧と相関関係を有する硬膜のひずみ率を算出す
る演算装置と、を備えた頭蓋内圧の測定装置。