JPH1176233A

JPH1176233A - 循環器情報計測システム

Info

Publication number: JPH1176233A
Application number: JP9236363A
Authority: JP
Inventors: Yoshiyuki Haniyu; 能行羽生; Mitsutoshi Yaegashi; 光俊八重樫
Original assignee: Terumo Corp
Current assignee: Terumo Corp
Priority date: 1997-09-01
Filing date: 1997-09-01
Publication date: 1999-03-23
Anticipated expiration: 2017-09-01
Also published as: DE69813970T2; US6176832B1; DE69813970D1; EP0898938A3; EP0898938A2; JP3857788B2; EP0898938B1

Abstract

(57)【要約】【課題】、非侵襲で血管の断面形状を計測し、血管壁の
脈動を考慮した正確な血圧測定、及び循環器指標を算出
することができる循環器情報計測システムを提供する。【解決手段】動脈上の２ヶ所の血管の断面の形状３ａ,
３ｂを同時に検出する超音波振動子群４ａ,４ｂと、検
出された断面形状に基づいて、２ヶ所の断面の断面積を
算出する断面積算出部５と、断面積算出部５により求め
られた断面積に基づいて血管内の血液の平均流速を算出
する流速算出部６と、２ヶ所の血管の断面形状の時間変
化から２ヶ所の断面の間の脈波の伝搬速度を算出する脈
波速度算出部７と、血液の流速と、脈波の伝搬速度とに
基づいて、特定の時相における血圧値を基準とする相対
血圧値を算出する相対血圧算出部８と、特定の時相にお
ける血圧値と相対血圧値とに基づいて、絶対血圧値を算
出する絶対血圧算出部１０とを具備する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は非侵襲で連続的に生
体の循環器情報を計測することができる循環器情報計測
システムに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、患者の循環器の状態を把握す
るための循環器指標として、血流量、血管の拡張・収縮
速度による粘弾性などの諸指標が利用されている。血流
量の計測としては、生体の血管に対して超音波を照射
し、血流により生じるドップラー信号を用いて血流速度
を求め、血管の断面積との関係から、血流量を求める方
法が知られている。

【０００３】また、血管の拡張・収縮速度を求める方法
としては、連続した画像データの輝度勾配を用いて速度
ベクトルを求めるオプティカルフロー法が用いられてい
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ドップ
ラー信号を用いて血流速度を求め、血流量を求める場
合、血流量を求めるために、その部位の血管の断面積を
容易かつ連続的に算出する技術が望まれていた。また、
上記のオプティカルフロー法においては、複雑な逐次計
算が必要となるという問題点があった。

【０００５】また、従来、血圧を計測する方法として
は、主にカフを用いて生体の一部を圧迫し、得られる振
動や音から血圧を計測する方法がとられてきた。しかし
ながら、手術後など数日にわたって血圧を計測する場合
には、生体を圧迫することがかなりの精神的かつ肉体的
な負担となっている。この問題を解決するために、超音
波により血管内を伝搬する脈波の伝搬速度を計測し、血
圧を計測する方法が、特開平７−２４１２８８号公報に
開示されている。この方法では、 ΔＰ＝ρＣΔｖここで、ΔＰ：圧力変化 ρ：血液密度 Δｖ：流速変化Ｃ：脈波伝搬速度なる理論式を用いて血圧を求めている。この理論式は
（（社）日本油空圧学会編：新版油空圧便覧、第１編、
第３章、２４−２５、オーム社、１９８８）に開示され
ている。しかし、この理論式は血管壁に変化のないこと
を仮定した式であり、管壁の影響が考慮されていないと
いう問題点があった。

【０００６】したがって、本発明は上述した課題に鑑み
てなされたものであり、その目的は、非侵襲で血管の断
面形状を計測でき、それに基づいて循環器指標を算出す
ることができる循環器情報計測システムを提供すること
である。また、本発明の他の目的は、非侵襲で血管の断
面形状を計測でき、血管壁の脈動を考慮して正確な血圧
を測定することができる循環器情報計測システムを提供
することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上述した課題を解決し、
目的を達成するために、本発明に係わる循環器情報計測
システムは、動脈上の少なくとも２ヶ所の血管の断面の
形状を同時に検出する断面形状検出手段と、該断面形状
検出手段により検出された断面形状に基づいて、前記２
ヶ所の断面の断面積を算出する断面積算出手段と、前記
断面積算出手段により求められた断面積に基づいて血管
内の血液の平均流速を算出する流速算出手段と、前記断
面形状検出手段により検出された２ヶ所の血管の断面形
状の時間変化から前記２ヶ所の断面の間の脈波の伝搬速
度を算出する脈波速度算出手段と、前記流速算出手段に
より算出された血液の流速と、前記脈波速度算出手段に
より算出された脈波の伝搬速度とに基づいて、特定の時
相における血圧値を基準とする相対血圧値を算出する相
対血圧算出手段と、あらかじめ測定されている基準とな
る前記特定の時相における血圧値と前記相対血圧値とに
基づいて、絶対血圧値を算出する絶対血圧算出手段とを
具備することを特徴としている。

【０００８】また、この発明に係わる循環器情報計測シ
ステムにおいて、前記流速算出手段は、前記２ヶ所の断
面の断面積の時間微分と前記２ヶ所の断面の距離とか
ら、前記２ヶ所の断面と血管壁により囲まれた部分の血
液の平均流速を算出することを特徴としている。また、
この発明に係わる循環器情報計測システムにおいて、前
記断面形状検出手段は、前記動脈に向けて超音波を放射
する超音波放射手段と、生体内で反射された超音波を検
出する超音波検出手段と、前記動脈の管壁の断面形状を
抽出するために、前記超音波検出手段からの出力信号を
適切な閾値を基準として２値化する２値化手段とを備え
ることを特徴としている。

【０００９】また、この発明に係わる循環器情報計測シ
ステムにおいて、前記断面形状検出手段は、前記超音波
検出手段からの出力信号を画像信号に変換する変換手段
をさらに具備することを特徴としている。また、この発
明に係わる循環器情報計測システムにおいて、前記２値
化手段は、前記超音波検出手段からの出力信号を前記変
換手段により画像信号に変換した後に、適切な画像濃度
値を閾値として２値化することを特徴としている。

【００１０】また、この発明に係わる循環器情報計測シ
ステムにおいて、前記２値化手段は、超音波の入射方向
と前記動脈の血管壁のなす角度に応じて前記閾値を設定
する設定手段を備えることを特徴としている。また、こ
の発明に係わる循環器情報計測システムにおいて、前記
２値化手段は、前記断面形状検出手段により検出された
血管の断面形状と前記超音波の入射方向とに基づいて、
該超音波の入射方向と前記血管壁のなす角度を演算する
演算手段をさらに備えることを特徴としている。

【００１１】また、本発明に係わる循環器情報計測シス
テムは、血管に向けて超音波を放射する超音波放射手段
と、生体内で反射された超音波を検出する超音波検出手
段と、前記血管の管壁の断面形状を抽出するために、前
記超音波の入射方向と血管壁のなす角度に応じて適切な
閾値を設定して前記超音波検出手段からの出力信号を２
値化する２値化手段と、該２値化手段により２値化され
た情報から得られた血管の断面形状の情報に基づいて循
環器指標を算出する指標算出手段とを具備することを特
徴としている。

【００１２】また、この発明に係わる循環器情報計測シ
ステムにおいて、前記２値化手段は、血管の収縮あるい
は拡張により前記閾値を補正する閾値補正手段を備える
ことを特徴としている。また、この発明に係わる循環器
情報計測システムにおいて、前記２値化手段は、血管の
中心の直上を検出する血管直上検出手段を備えることを
特徴としている。

【００１３】また、この発明に係わる循環器情報計測シ
ステムにおいて、前記血管直上検出手段は、血管の直上
付近の生体表面に前記血管と交差する状態で接触する複
数の感圧素子と、該感圧素子により検出される脈波から
前記血管の直上部を検出する直上検出処理部とを備える
ことを特徴としている。また、この発明に係わる循環器
情報計測システムにおいて、前記複数の感圧素子は、前
記超音波検出手段を構成する複数の超音波振動子と略平
行に配置されていることを特徴としている。

【００１４】また、この発明に係わる循環器情報計測シ
ステムにおいて、前記超音波放射手段と前記超音波検出
手段とを血管上の複数ヶ所に配置し、複数の前記超音波
検出手段により得られる複数ヶ所の血管壁の断面形状の
変化の位相差から脈波の伝搬速度を求める脈波速度計測
手段をさらに具備することを特徴としている。また、こ
の発明に係わる循環器情報計測システムにおいて、前記
指標算出手段は、血管径あるいは血管の断面の変化に基
づいて脈波を計測する脈波計測手段を備えることを特徴
としている。

【００１５】また、この発明に係わる循環器情報計測シ
ステムにおいて、前記指標算出手段は、血管径あるいは
血管の断面の変化を検出する変位検出手段と、血管の壁
面にかかる圧力を計測する圧力計測手段と、前記変位検
出手段と前記圧力計測手段から得られた結果に基づいて
血管の動的粘弾性を算出する動的性状算出手段とを備え
ることを特徴としている。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態につい
て、添付図面を参照して詳細に説明する。（第１の実施形態）図１は本発明の循環器情報計測シス
テムの第１の実施形態としての血圧測定装置の構成を示
した図である。

【００１７】図１に示すように、血管断層像収集部１は
同一の血管２の近接した２点の超音波断層像３ａ，３ｂ
を収集するための超音波振動子４ａ，４ｂから構成され
る。収集された断層像４ａ，４ｂは血管断面積算出部５
に伝達され、血管の断面の抽出処理がおこなわれる。血
管断面積算出部５で算出された血管の断面積は、血流速
算出部６と脈波伝搬速度算出部７に伝達される。血流速
算出部６は、断面積と２点間の距離から、血液の流速を
求める。脈波伝搬速度検出部７は、２点間の断面積の時
間変化の位相差から脈波伝搬速度を求める。血流速算出
部６と脈波伝搬速度算出部７によって算出された血流速
と脈波伝搬速度が伝達されて、以下の換算式に代入され
る。

【００１８】Ｐ−Ｐ0＝ρＣ0ｖ＋（１／８）ρｖ² ここで、Ｐ：血圧、Ｐ0＝最低血圧（拡張期血圧）、
ρ：血液の比重、Ｃ0：拡張期末期の脈波伝搬速度、
ｖ：血管の断面内の平均流速である。上記の式により、
最低血圧を基準とする相対値が算出され、血圧変化算出
部８に出力される。一方で基準圧測定部９で計られたあ
る時点における血圧の絶対値が血圧算出部１０に送ら
れ、血圧算出部１０において、血圧値が連続的に算出さ
れる。

【００１９】図２に血管断層像収集部の構成を示す。超
音波振動子群４aはa1からan、超音波振動子群４bはb1か
らbnのそれぞれｎ個（nは自然数）の超音波振動子で構
成されている。超音波振動子群４aと超音波振動子群４
ｂは距離Ｌだけ離れて平行に配置されている。まず、超
音波振動子４aのa1から超音波が動脈２に向けて発射さ
れ、動脈壁などで反射した信号が同一の振動子によって
検出される。この一連の動作をa1からanまで続けること
により、超音波断層像３aが得られる。動脈断層像３aが
得られた後、動脈断層像３aを得たのと同様の操作をお
こなうことにより動脈断層像４bを得る。

【００２０】なお、ここでは簡単のため、a1,a2,・・・,an
と１個ずつの超音波振動子が送受信をおこなって断層像
を得ると説明したが、アレイプローブを用いる一般的な
超音波診断装置と同様、複数個の振動子によるビームフ
ォーミングによって断層像を得ることも可能である。ビ
ームフォーミングとはアレイ内の位相もしくは遅延の分
布を制御して目的の性状の超音波ビームを形成すること
である。

【００２１】動脈断層像を収集する方法に関しては、動
脈断層像が得られる限り、任意である。また、本実施形
態では超音波振動子群４ａで断層像が得られた後に、超
音波振動子群４ｂで断層像を得たが、断層像を得ること
ができる限り、断層像を同時に求めてもよいし、断層像
の収集順序、振動子群の数、断層像の形状などの条件が
任意であることはあきらかである。また、超音波振動子
群を構成する超音波振動子についても、個数、配置の仕
方、大きさ、発射される周波数などの条件に関しても、
本発明の趣旨に反しない限り、任意の値に設定すること
が可能である。

【００２２】得られた断層像４ａ，４ｂは、血管断面積
算出部５に伝達される。図３は血管断面積算出部５の構
成を示した図である。伝達された断層像はフレームメモ
リ１１ａ，１１ｂに蓄えられている。この画像を２値化
処理部１２で２値化することで、血管壁を抽出する。血
管に超音波を照射した場合、血管壁と血管内部との境界
部分では強い反射が起こる。一方、血管内は成分が一様
であるため、音響インピーダンスの変化が少なく、反射
波が弱い。よって、反射波の強いほど、白黒の高い階調
値を割り当て、反射波の弱いものを、白黒の低い階調値
を割り当てて画像化する場合、血管壁と血管内部との境
界部分が白っぽく、血管内は階調が低い、つまり黒っぽ
い画像となる。この性質を利用して、ある階調値を閾値
として、それ以上のものを白、つまり最高の階調値と
し、それ以下のものを黒、つまり最低の階調値とする処
理（２値化処理）を行なう。この２値化処理は、画像処
理の分野で一般的に用いられている。

【００２３】２値化処理によって血管内部が黒く描出さ
れた映像から、血管形状算出部１３で血管内部の面積、
血管径を求め、血流速算出部６と、脈波伝搬速度算出部
７に伝達する。なお、血管の断層像を時間経過に伴って
連続的に求めることにより、血管の断面形状の時間変化
を求めることができる。図４の実線で示した図形のよう
に、血流速算出部６では、超音波振動子群４ａ,４ｂに
よって血管の断面１４ａ,１４ｂの断面積（時間経過と
ともに変化する測定データ）Ｓa（ｔ）,Ｓb（ｔ）を求
め、そのデータからＡ点、Ｂ点における断面内の平均流
速ｖを、

【００２４】

【数１】

【００２５】ここで、ＬはＡ点とＢ点の間の距離により
求める。なお、記号の上の「・」は、時間微分を示す。
ここで、上式が有効であることを説明する。動脈中での
流れでは、血管の半径方向の速度勾配や圧力勾配は無視
してさしつかえない。この場合には、流れとしては管軸
方向の平均速度だけを考えればよい。ただし、血管の断
面積（従って半径）の変化は考慮する。このようなモデ
ルを準１次元モデルとよぶ。

【００２６】図５に準１次元モデルの座標系を示す。こ
こで血管の管軸をｘ軸とする。また血管の断面積をＳ
（ｘ,ｔ）とする。前述の測定点（２断面）の位置をｘ
＝ｘ１,ｘ＝ｘ2とする（ｘ1＜ｘ2）。従って、Ｘ2が下
流側である。また、ｘ＝０は、心臓の駆出部と考える
（ただし、他の任意の点としてもよい）。準１次元流れ
では、連続の式 ∂Ｓ／∂ｔ＋∂（ｖＳ）／∂ｘ＝０（１）が成り立つ。（１）式から、 ∂（ｖＳ）／∂ｘ＝−∂Ｓ／∂ｔ（２）となる。（２）式を、ｘについて区間[ｘ,＋∞]で積分
すると、

【００２７】

【数２】

【００２８】であり、かつ、

【００２９】

【数３】

【００３０】が有限の値であることから、

【００３１】

【数４】

【００３２】となる。流量Ｑ（ｘ,ｔ）は、ｖ,Ｓの定義
より、Ｑ（ｘ,ｔ）＝ｖ（ｘ,ｔ）Ｓ（ｘ,ｔ）（４）であるから、（３）式を代入して、

【００３３】

【数５】

【００３４】となる。（５）式より、ｘ＝ｘ1における
流量Ｑ（ｘ1,ｔ）は、

【００３５】

【数６】

【００３６】となる。Ｔを拍動の周期より短い時間とし
て、測定したい時間が、区間[０,Ｔ]だとすると、今考
えている流れでは、心臓が１回拍動して、次の拍動まで
の期間では単一波とみなせるので、ｘ2≦ｘ＜∞ , ０≦ｔ≦Ｔにおいて、Ｓは脈波が到達していないため時間変化せ
ず、Ｓはｘのみの関数である。従って、（５）式の第２
項は、

【００３７】

【数７】

【００３８】となる。よって、

【００３９】

【数８】

【００４０】となる。区間[ｘ1,ｘ2]の間隔が十分小さ
いため、区間[ｘ1,ｘ2]において、Ｓはｘについて単調
増加または単調減少であるから、Ｓ（ｘ,ｔ）＝（ｘ＋ａ）ｆ（ｔ）（９）ここで、ａは定数と直線近似できる。従って、

【００４１】

【数９】

【００４２】となる。（１０）式を（８）式に代入し
て、

【００４３】

【数１０】

【００４４】となる。（４）式より、ｖ（ｘ1,ｔ）＝Ｑ（ｘ1,ｔ）／Ｓ（ｘ1,ｔ）であるから、この式に（９）式、（１１）式を代入し
て、

【００４５】

【数１１】

【００４６】となる。ｘ1,ｘ2に比べて、ｘ2−ｘ1は十
分小さいので、ｘ1＋ｘ2＋２ａ≒２（ｘ1＋ａ）（１３）と近似できるため、（１２）式は、

【００４７】

【数１２】

【００４８】となる。Ｌ＝ｘ2−ｘ1 （１５）であるから、（１４）式は、

【００４９】

【数１３】

【００５０】となる。（９）式より、Ｓ（ｘ1,ｔ）＝（ｘ1＋ａ）ｆ（ｔ）（１７）Ｓ（ｘ2,ｔ）＝（ｘ2＋ａ）ｆ（ｔ）（１８）である。上式の差をとると、Ｓ（ｘ2,ｔ）−Ｓ（ｘ1,ｔ）＝ｆ（ｔ）Ｌ（１９）また、Ｓ（ｘ1,ｔ）＝Ｓa（ｔ）（２０）Ｓ（ｘ2,ｔ）＝Ｓb（ｔ）（２１）であるから、（２０）式、（２１）式を（１９）式に代
入して、Ｓb（ｔ）−Ｓa（ｔ）＝ｆ（ｔ）Ｌ（２２）となる。（２２）式を両辺微分して、

【００５１】

【数１４】

【００５２】となる。（２２）式、（２３）式より、
（１６）式は、

【００５３】

【数１５】

【００５４】となる。（２４）式により、ｘ＝ｘ1にお
ける平均流速が求められた。また、ｘ＝ｘ1での流量Ｑ
（ｘ1,ｔ）は、（４）式より、

【００５５】

【数１６】

【００５６】である。図４に示すように実際の血管にお
いては、点線１５ａ，１５ｂのような形状をとっている
可能性があり、直線近似による誤差を減らす改良とし
て、２断面間の距離を短くする方法、あるいは超音波振
動子をマトリックスアレイとすることで正確な値を得る
方法や、実際の曲線つまり、点線によく合致する曲線で
側面部分を仮定し、積分をおこなうことなどの改良が容
易に思いつくが、これらはすべて、本発明の範囲である
ことは明らかである。

【００５７】脈波伝搬速度算出部７では、Ａ点、Ｂ点で
生じる断面積の時間変化の時間遅れ（位相差）τで、
Ａ点、Ｂ点間の距離を割ることにより、Ｃ0＝Ｌ／τ として脈波伝搬速度Ｃ0を求める。血圧変化算出部８で
は、理論式Ｐ−Ｐ0＝ρＣ0ｖ＋（１／８）ρｖ² に、伝達された流速、脈波伝搬速度を代入する。この式
は、（菅原基晃、桜井泰久ら：“動脈中の脈波の非線形
理論”、医用電子と生体工学、１１巻、３号、１８０−
１８９、１９７３）に記載されている。

【００５８】以上の処理により、基準圧測定部９で計ら
れた時相の血圧値を元に血圧算出部１０で連続的に血圧
を算出することが可能である。この基準圧の測定には一
例として、カフ式自動血圧計（ある時間内の血圧を１回
のみ測定する１点測定）などにより最低血圧をあらかじ
め求めておいて設定する方法がある。また、基準圧は最
低血圧に限らず、同一時刻での圧力値とそのときの血圧
変化算出部出力が得られれば設定可能である。

【００５９】算出された血圧値は使用者の必要に応じ
て、値を表示する液晶モニターなどの表示装置や、記録
用の記憶媒体、プリンタなどに適宜出力することが可能
となる。なお、上記の説明では、生体内で反射された超
音波を超音波振動子４ａ,４ｂが受信した信号を画像信
号に変換した後に２値化するように説明したが、超音波
振動子４ａ,４ｂから出力された受信信号を対数増幅
し、検波した信号を２値化してもよい。

【００６０】（第２の実施形態）第１の実施形態では、
血管断面積算出部５はある固定の閾値で２値化し、血管
を２値画像として抽出したが、血管断面積の算出に関し
てはこの方法に限らない。図６は超音波信号と血管の壁
面１６の関係を示している。この図に示すように、血管
の中心の直上にあるCm番目の超音波振動子から発せられ
る超音波は血管壁の接線に対して垂直に入射するため、
同じ振動子Cmによって検出される反射波が大きい。しか
しながら、直上から離れた場合には、振動子から発せら
れた超音波が血管壁の接線に対して斜めに入射するた
め、検出される反射波はCmに比べ弱くなってしまう。な
お、複数個の振動子によるビームフォーミングをおこな
う場合には、超音波ビームの中心軸が血管の中心に近い
場合に反射波が大きく、血管の中心から、離れるほど反
射波が小さくなる。

【００６１】血管の中心の直上にあるCm番目の超音波振
動子での反射波の強度が、図６（ｂ）で示す形状である
とする。血管壁に対応する部分がＹａ，Ｙｂであり、Ｙ
ｋの部分がノイズであるとする。この場合、血管壁をう
まく抽出するためには、閾値をノイズのピークより高
く、血管壁のピークより低い、α2程度に設定するのが
望ましい。

【００６２】しかしながら、図６（ｃ）では超音波振動
子が血管の中心の直上にないため、血管壁の部分の反射
波の強度が弱く、上述の閾値α2に達しておらず、閾値
がα1からα3の間の値でなければならないという問題が
生じ、ノイズのある場合には、固定の閾値を用いた２値
化ではうまく血管壁を描出できないことがある。この問
題を解決する方法として、本実施形態においては、超音
波の血管壁の接線に対する入射角に応じて閾値を変化さ
せる方法を示す。

【００６３】図７は本実施形態における血管断面積算出
部の概略構成を示す図である。血管直上検出部１８は、
どの素子が血管の直上にきているかを検出する。図８に
血管直上検出部の構成を示す。図６の超音波振動子群３
ｃにより得られた画像が、表示用のモニター２１に映し
出される。モニターには超音波振動子群３ｃの中心ある
いはその付近にある振動子より得られた画像が画面上の
どの部分に表示されているかを指し示すマーカ２２が表
示されており、操作者はこのマーカ２２に血管像の中心
が一致するように、プローブを移動させる。中心からず
れた血管像２３ａが、中心のマーカと一致する血管像２
３ｂの位置に来るようにプローブの位置を調整し終えた
後、操作者が検出終了確認ボタンを押すと、計測を開始
する。、換算部１９はフレームメモリ１７から呼び出さ
れたデータが、超音波振動子群のどの振動子から得られ
たデータであるかを、フレームメモリ１７のアドレスよ
り計算し、閾値変化２値化部２０に伝達する。閾値変化
２値化部２０は上述の換算部から出力されるデータによ
り、閾値を変化させて２値化する。

【００６４】閾値変化２値化部２０により設定される閾
値は、必ずしも血管壁に対する超音波信号の入射角のみ
によって決められるものではない。実際には、測定条件
や被験者などによっても変化する。よって、閾値変化に
適当な補正項をつけることは本発明の趣旨に反するもの
ではない。抽出した血管壁から、血管の断面積Ｓ、血管
内半径ｒ、あるいはその時間変化から血管状態などを求
めることが可能である。

【００６５】血管壁のヤング率を反映し、動脈硬化の指
標とされる脈波伝搬速度を求める方法を示す。図９は脈
波伝搬速度を求める際の構成図（ａ）及び得られる波形
（ｂ）を説明する図である。超音波振動子群を距離Ｌだ
け離して、動脈上に配置する。それぞれの超音波振動子
群から得られた断層像から本実施形態の上記の手法によ
り、断面積を求める。得られた波形は、図９（ｂ）に示
すように、脈動を反映した波形となる。２つの断層像３
ａ，３ｂにみられる断面積変化の時間遅れ（位相差）を
τとすると、脈波伝搬速度ＣはＣ＝Ｌ／τで求めること
ができる。通常、脈波伝搬速度は頚動脈波と股動脈波の
時間差により、求められるが、頚動脈と股動脈の間に存
在するすべての血管の硬化度を反映したものである。従
って、本方法によって、局所的な脈波伝搬速度を計測す
ることが可能となり、動脈硬化の進行の進んだ部位の特
定などのより詳細な診断が可能となる。

【００６６】また、図９（ｂ）の断層像３ａの断面積の
変化の周期τ1から、一分あたりに換算した脈拍数ＲＲ
をＲＲ＝６０／τ1という換算式で求めることができ
る。さらに、２つの断層像３ａ，３ｂから血流量や断面
内平均流速を求めることが可能である。これらを求める
方法は第１の実施形態で既に述べた。また、血圧計測技
術を組み合わせると、さらに直接的に血管の弾性率を求
めることが可能となり、動脈硬化度を評価する上で有効
な計測が可能となる。動脈硬化の指標として、圧力弾性
率Epが、 Ep＝ΔP／（Δｒ／ｒ）で定義されている。この指標を特開平４−３２９９３８
号公報では、血管内に挿入するカテーテルで圧力、血管
径を求めているが、本実施形態に記載された方法を用い
れば、非侵襲に計測することができる。上記の脈拍、脈
波伝搬速度、圧力弾性率以外にも、血管壁の厚み、血管
壁の脈動速度など、抽出した血管壁の断面形状の時間変
化から様々な循環器の情報を得ることが可能であると考
えられるが、これらはすべて本発明の範疇であることは
明らかである。

【００６７】（第３の実施形態）第２の実施形態におい
ては、血管の中心の直上を検出する直上検出を、操作者
が手動でおこなう方法を示したが、これ以外の方法で血
管の直上を特定することも可能である。本実施形態で
は、感圧素子を用いた直上検出の方法を示す。図１０
は、血管２の中心を求めるための感圧素子群の概略構成
を示す図である。感圧素子群３１をカフ等の押圧部で押
し込むことで、血管を圧迫し、図のように平坦に変形さ
せることで、圧力値が感圧素子群３１に伝わる。伝わる
圧力の最大を示す部分を血管の直上とする。

【００６８】ここでは、伝わる圧力の最大値をとる部分
を直上としたが、これは圧迫法、圧迫強度、血管の位置
などによっても異なるので、直上の判断を示す方法を条
件に応じて改良することは、任意である。図１１は上記
の直上検出手段の構成の一例を示す図である。超音波振
動子群４ｅと感圧素子群３１を平行に配置している。ま
ず、血管像を計測する前に、感圧素子群３１を適度な圧
力で生体に押しつけ、圧波形をもとに感圧素子群３１の
どの圧力素子が、血管の直上にあるかを判定する。この
直上の判定は血管の脈動によって時間変化する各圧力素
子の圧波形を比較し、もっとも大きくなる感圧素子を直
上とする。直上であるとされた感圧素子に近接している
超音波振動子を、直上の超音波振動子と判断する。直上
の検出が終了した後は、血管の扁平をさけるために圧迫
をゆるめることも可能である。

【００６９】第２の実施形態においては、超音波の入射
角により閾値を変化させるとしたが、これは必ずしも、
入射角のみ（たとえば入射角の正弦との比例関係での
み）で閾値が決定されると限定しているものではない。
各振動子から得られる超音波の映像に対して、逐次、入
射角を計算することが機器の構成上煩雑で困難である場
合には、血管の直上の超音波振動子により受信された超
音波信号からなる映像部分を入射角０度と設定し、これ
を基準として、その振動子から離れるに従って、直線
的、曲線的など任意の波形で閾値を変化させるという方
法をとることも可能である。つまり、１あるいは数箇所
の入射角の情報のみを利用するという簡易的な方法を用
いることも、本発明の範囲内である。

【００７０】図１２は閾値の設定の例を示した図であ
る。図１２（ａ）では直上の血管部分の閾値をβ１と
し、直線状に閾値を変化させ、直上からｒaだけ離れた
ところの閾値がβ２となるように閾値を設定している。
しかしながら、同じ血管においても脈動がある場合に
は、拡張期と収縮期においては、設定すべき閾値を変え
るのが適当である。従って、図１２（ｂ）では３４ａで
示すように血管の拡張している場合には実線のように、
３４ｂで示すように収縮している場合には点線のように
と、脈動に応じて閾値を変化させる方法をとっている。
具体的には、心電図、心音などのデータから、拡張、収
縮期を知る拡張・収縮検出部を設けて、そのデータによ
り閾値を変化させる方法が考えられる。

【００７１】なお、上記のように閾値を入射角に応じて
直線状あるいは曲線状に変化させ、且つ、この直線状あ
るいは曲線状の閾値の変化曲線全体を、ボリューム等に
より平行に上下動できるようにしておき、操作者が画面
上の血管断面の２値化画像を見ながら、血管壁がもっと
も鮮明に見えるようにボリュームを調整するようにして
も良い。

【００７２】以上の実施形態に示したように、血管の状
態に応じて適切な閾値を設定することにより、動脈の血
管壁を抽出し、血管壁の映像から種々の循環情報の計測
をおこなうことが可能となる。なお、本発明による装置
を、他の装置の一部として利用することは、本発明の趣
旨に反しない限り、任意である。たとえば、超音波診断
装置に本発明による装置を連動させ、抽出した血管壁を
超音波像に重ねてモニタ表示したり、得られた数値をモ
ニタの画面や用紙に出力することは本発明の範囲である
ことは明らかである。

【００７３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
血管壁の脈動による管壁の動きを考慮した理論式をもち
いて、血圧を連続的かつ非侵襲に測定することができ
る。また、超音波断層像から血管壁部分を抽出できる構
成を用いることにより、非侵襲に血管、血流状態などの
循環器指標を計測できる循環器情報計測システムを提供
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の循環器情報計測システムの第１の実施
形態としての血圧測定装置の構成を示した図である。

【図２】血管断層像収集部の構成を示す図である。

【図３】血管断面積算出部の構成を示した図である。

【図４】血管の一部を拡大して示した模式図である。

【図５】準１次元モデルの座標系を示す図である。

【図６】超音波信号と血管の壁面の関係を示した図であ
る。

【図７】第２の実施形態における血管断面積算出部の概
略構成を示す図である。

【図８】血管直上検出部の構成を示す図である。

【図９】脈波伝搬速度を求めるための構成を示す図であ
る。

【図１０】血管の中心を求めるための感圧素子群の概略
構成を示す図である。

【図１１】血管の直上検出手段の構成の一例を示す図で
ある。

【図１２】閾値の設定の例を示した図である。

【符号の説明】

１血管断層像収集部２血管３ａ,３ｂ超音波断層像４ａ,４ｂ超音波振動子群

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】動脈上の少なくとも２ヶ所の血管の断面
の形状を同時に検出する断面形状検出手段と、該断面形状検出手段により検出された断面形状に基づい
て、前記２ヶ所の断面の断面積を算出する断面積算出手
段と、前記断面積算出手段により求められた断面積に基づいて
血管内の血液の平均流速を算出する流速算出手段と、前記断面形状検出手段により検出された２ヶ所の血管の
断面形状の時間変化から前記２ヶ所の断面の間の脈波の
伝搬速度を算出する脈波速度算出手段と、前記流速算出手段により算出された血液の流速と、前記
脈波速度算出手段により算出された脈波の伝搬速度とに
基づいて、特定の時相における血圧値を基準とする相対
血圧値を算出する相対血圧算出手段と、あらかじめ測定されている基準となる前記特定の時相に
おける血圧値と前記相対血圧値とに基づいて、絶対血圧
値を算出する絶対血圧算出手段とを具備することを特徴
とする循環器情報計測システム。
【請求項２】前記流速算出手段は、前記２ヶ所の断面
の断面積の時間微分と前記２ヶ所の断面の距離とから、
前記２ヶ所の断面と血管壁により囲まれた部分の血液の
平均流速を算出することを特徴とする請求項１に記載の
循環器情報計測システム。
【請求項３】前記断面形状検出手段は、前記動脈に向
けて超音波を放射する超音波放射手段と、生体内で反射
された超音波を検出する超音波検出手段と、前記動脈の
管壁の断面形状を抽出するために、前記超音波検出手段
からの出力信号を適切な閾値を基準として２値化する２
値化手段とを備えることを特徴とする請求項１に記載の
循環器情報計測システム。
【請求項４】前記断面形状検出手段は、前記超音波検
出手段からの出力信号を画像信号に変換する変換手段を
さらに具備することを特徴とする請求項３に記載の循環
器情報計測システム。
【請求項５】前記２値化手段は、前記超音波検出手段
からの出力信号を前記変換手段により画像信号に変換し
た後に、適切な画像濃度値を閾値として２値化すること
を特徴とする請求項４に記載の循環器情報計測システ
ム。
【請求項６】前記２値化手段は、超音波の入射方向と
前記動脈の血管壁のなす角度に応じて前記閾値を設定す
る設定手段を備えることを特徴とする請求項３に記載の
循環器情報計測システム。
【請求項７】前記２値化手段は、前記断面形状検出手
段により検出された血管の断面形状と前記超音波の入射
方向とに基づいて、該超音波の入射方向と前記血管壁の
なす角度を演算する演算手段をさらに備えることを特徴
とする請求項６に記載の循環器情報計測システム。
【請求項８】血管に向けて超音波を放射する超音波放
射手段と、生体内で反射された超音波を検出する超音波検出手段
と、前記血管の管壁の断面形状を抽出するために、前記超音
波の入射方向と血管壁のなす角度に応じて適切な閾値を
設定して前記超音波検出手段からの出力信号を２値化す
る２値化手段と、該２値化手段により２値化された情報から得られた血管
の断面形状の情報に基づいて循環器指標を算出する指標
算出手段とを具備することを特徴とする循環器情報計測
システム。
【請求項９】前記２値化手段は、血管の収縮あるいは
拡張により前記閾値を補正する閾値補正手段を備えるこ
とを特徴とする請求項３乃至８のいずれか１項に記載の
循環器情報計測システム。
【請求項１０】前記２値化手段は、血管の中心の直上
を検出する血管直上検出手段を備えることを特徴とする
請求項３乃至９のいずれか１項に記載の循環器情報計測
システム。
【請求項１１】前記血管直上検出手段は、血管の直上
付近の生体表面に前記血管と交差する状態で接触する複
数の感圧素子と、該感圧素子により検出される脈波から
前記血管の直上部を検出する直上検出処理部とを備える
ことを特徴とする請求項１０に記載の循環器情報計測シ
ステム。
【請求項１２】前記複数の感圧素子は、前記超音波検
出手段を構成する複数の超音波振動子と略平行に配置さ
れていることを特徴とする請求項１１に記載の循環器情
報計測システム。
【請求項１３】前記超音波放射手段と前記超音波検出
手段とを血管上の複数ヶ所に配置し、複数の前記超音波
検出手段により得られる複数ヶ所の血管壁の断面形状の
変化の位相差から脈波の伝搬速度を求める脈波速度計測
手段をさらに具備することを特徴とする請求項３乃至１
２のいずれか１項に記載の循環器情報計測システム。
【請求項１４】前記指標算出手段は、血管径あるいは
血管の断面の変化に基づいて脈波を計測する脈波計測手
段を備えることを特徴とする請求項８乃至１３のいずれ
か１項に記載の循環器情報計測システム。
【請求項１５】前記指標算出手段は、血管径あるいは
血管の断面の変化を検出する変位検出手段と、血管の壁
面にかかる圧力を計測する圧力計測手段と、前記変位検
出手段と前記圧力計測手段から得られた結果に基づいて
血管の動的粘弾性を算出する動的性状算出手段とを備え
ることを特徴とする請求項８乃至１４のいずれか１項に
記載の循環器情報計測システム。