JP2005021477A - 血圧モニタ装置及び超音波診断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】安定した血圧測定ができ、取り付けも非常に容易で、被検体への負担を軽減させることができる血圧モニタ装置を提供する。
【解決手段】生体内に超音波パルス信号を送信し、生体内の血管からの反射信号である超音波エコー信号を受信して電気信号に変換する超音波送受信手段２と、超音波送受信手段によって電気信号に変換された超音波エコー信号の位相を検波し、血管の血管径を算出する血管径算出手段５と、血管径算出手段によって算出された血管径の最大値及び最小値を、生体の最高血圧及び最低血圧にそれぞれ対応付けて変換する変換手段６とを備え、変換手段は、変換の基準として独自に取得した最高血圧及び最低血圧に血管径の最大値及び最小値を対応付ける。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、生体の連続血圧値を検出する血圧モニタ装置及び超音波診断装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から血圧モニタ装置として様々なものが開発されている。従来の血圧モニタ装置は、被検体の皮膚外部から体表近くにある動脈に押しつけた圧力センサにより脈波波形を検出し、検出された脈波波形と、別途同一被検体に装着したカフ式血圧計により計測された血圧値とを対応付けて血圧波形をリアルタイムにモニタリングするものである。このような血圧モニタ装置が下記の特許文献１に開示されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開平５−３８５８号公報（段落０００５）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１に開示されている従来の血圧モニタ装置では、リアルタイムの血圧波形を得るために動脈に対して圧力センサを一定の圧力で押しつける必要があるため、安定した血圧測定が困難であり、また取り付けも困難であるという問題があった。また、圧力センサにかける力や方向を精密に制御するための送りねじ、電動モータ、ダイヤフラムなどの構成要素が必要となり、圧力センサの小型化が困難となり被検体への負担が大きいという問題もあった。
【０００５】
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、安定した血圧測定ができ、取り付けも非常に容易で、被検体への負担を軽減させることができる血圧モニタ装置及び超音波診断装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明では、超音波送受信手段と、血管径算出手段と、変換手段とを備える。すなわち、本発明によれば、生体内に超音波パルス信号を送信し、前記生体内の血管からの反射信号である超音波エコー信号を受信して電気信号に変換する超音波送受信手段と、前記超音波送受信手段によって前記電気信号に変換された前記超音波エコー信号の位相を検波し、前記血管の血管径を算出する血管径算出手段と、前記血管径算出手段によって算出された前記血管径の最大値及び最小値を、前記生体の最高血圧及び最低血圧にそれぞれ対応付けて変換する変換手段とを備え、前記変換手段は、前記血管径の前記最大値及び前記最小値を、前記変換の基準として独自に取得した前記最高血圧及び前記最低血圧に対応付けるよう構成された血圧モニタ装置が提供される。
【０００７】
この構成により、安定した血圧測定ができ、取り付けも非常に容易で、被検体への負担を軽減させることができる。
【０００８】
また、本発明によれば、生体内に超音波パルス信号を送信し、前記生体内の血管からの反射信号である超音波エコー信号を受信して電気信号に変換する超音波送受信手段と、前記超音波送受信手段によって前記電気信号に変換された前記超音波エコー信号の位相を検波し、前記血管の血管径を算出する血管径算出手段と、前記血管径算出手段によって算出された前記血管径の最大値及び平均値を、前記生体の最高血圧及び平均血圧にそれぞれ対応付けて変換する変換手段とを備え、前記変換手段は、前記血管径の前記最大値及び前記平均値を、前記変換の基準として独自に取得した前記最高血圧及び前記平均血圧に対応付けるよう構成された血圧モニタ装置が提供される。
【０００９】
この構成により、安定した血圧測定ができ、取り付けも非常に容易で、被検体への負担を軽減させることができる。
【００１０】
また、本発明に係る血圧モニタ装置が前記最高血圧及び前記最低血圧又は前記平均血圧を測定するキャリブレーション用カフ式血圧計を備えたことは、本発明の好ましい態様である。
【００１１】
この構成により、安定した血圧値を測定することができる。
【００１２】
また、請求項１から３のいずれか１つに記載の血圧モニタ装置における血圧の波形又は血圧の数値の少なくとも一方を表示する表示手段を備える超音波診断装置が提供される。
【００１３】
この構成により、血圧の波形又は血圧の数値を視覚的に確認することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
＜第１の実施の形態＞
以下、本発明の第１の実施の形態について図１から図５を用いて説明する。図１は、本発明の第１の実施の形態に係る血圧モニタ装置の構成を示すブロック図である。図２は、本発明の第１の実施の形態に係る血圧モニタ装置の血管径算出部におけるトラッキング演算について説明するための図である。ここで、トラッキング演算とは、後述する体表３１に対する血管前壁部及び血管後壁部の位置を算出することである。図３は、本発明の第１の実施の形態に係る血圧モニタ装置の血管径算出部における血管径の算出の際の血管前壁部及び血管後壁部の位置の指定方法を説明するための図である。図４は、本発明の第１の実施の形態に係る血圧モニタ装置の血管径算出部において算出された血管径の波形を示す図である。図５は、図４の血管径の波形に対応させた血圧波形を示す図である。
【００１５】
図１に示すように、送信部１から送信されるパルス信号はプローブ２により超音波パルス信号に変換され、不図示の被検体に照射される。プローブ２は親水性のゲルなどを用いて被検体に密着させる。照射された超音波パルス信号は不図示の被検体内で反射され超音波エコー信号となる。超音波エコー信号はプローブ２によって受信され、電気信号に変換され、受信部３に入力される。受信部３は入力された超音波エコー信号を増幅し、ディジタル信号に変換する。ディジタル化された超音波エコー信号は、位相検波部４に入力され位相検波処理され同相成分Ｉと直交成分Ｑの複素ベースバンド信号に変換される。
【００１６】
血管径算出部５は変換された複素ベースバンド信号に基づいて、血管前壁部及び血管後壁部の超音波エコー信号によるトラッキング演算を行い、これらの距離の差によって血管径を算出する。伝達部９は、血圧モニタ装置の構成要素ではない別途のカフ式血圧計７などから最高血圧及び最低血圧を受け取り、キャリブレーション部６へ出力する。ここで、カフ式血圧計７は手動式であってもよい。なお、カフ式血圧計７の動作は定期的に行われることが望ましいが、任意に不定期に設定しても構わない。キャリブレーション部６は、１心拍分又は一定サイクルの平均値として取得した血管径最大値を最高血圧値に、血管径最小値を最低血圧値にそれぞれ対応付ける。表示部８は、血管径波形の血管径を血圧値に換算した血圧波形や血圧数値など（以下、血圧情報と言う）を表示する。ここで、血圧情報は表示部８によって表示されているがこれに限られるものではない。血圧情報を認識することができれば目的を達成することができるため、表示部８に代えて紙面などに血圧情報を印刷する印刷部としても構わない。また、表示部８及び印刷部の双方を備えても構わない。なお、表示部８を血圧モニタ装置の構成要素とせず不図示の外部の超音波診断装置の構成要素とし、この超音波診断装置を血圧モニタ装置に接続することによって同様の処理をすることも可能である。
【００１７】
送信部１、プローブ２、受信部３、位相検波部４、血管径算出部５、キャリブレーション部６、伝達部９は、例えばＣＰＵに該当し、表示部８は、例えばディスプレイに該当する。なお、位相検波部４、血管径算出部５、キャリブレーション部６における処理を１つ又は２つのＣＰＵによって処理することも可能である。２つのＣＰＵによって処理する場合には、例えば、位相検波部４及び血管径算出部５の処理を１つのＣＰＵが担当し、キャリブレーション部６の処理を１つのＣＰＵが担当することが考えられる。
【００１８】
次に、血管径算出部５におけるトラッキング演算について図２を用いて説明する。ここでは、血管前壁部におけるトラッキング演算について説明するが、血管後壁部におけるトラッキング演算についても同様に考えられる。図２に示すように、Ｅ１（ｘ）は送信部１から時刻Ｔ１に送信されたパルス信号に対して、受信部３から出力されたディジタル化された超音波エコー信号を示している。これにより、深さｘａ近傍に反射体（以下、血管前壁部とも言う）が存在していることがわかる。Ｅ２（ｘ）は送信部１からパルス信号が送信された時刻Ｔ１からΔｔ経過した時刻Ｔ２に送信されたパルス信号に対して、受信部３から出力されたディジタル化された超音波エコー信号を示している。Ｅ２（ｘ）のディジタル化された超音波エコー信号は、Ｅ１（ｘ）のディジタル化された超音波エコー信号に比べ、深度が浅くなっている。これは、Δｔの間に血管前壁部の深度に変化があったことを示している。送信時刻Ｔ１からＴ２の間における血管前壁部の移動距離、すなわち深度差をΔｘとすると、Ｅ１（ｘ）、Ｅ２（ｘ）は一般に下記の式（１）及び式（２）のように表わされる。
【００１９】
Ｅ１（ｘ）＝Ａ（ｘ−ｘａ）×ｃｏｓ（ｗ０（ｘ−ｘａ））・・・（１）
【００２０】
Ｅ２（ｘ）＝Ａ（ｘ−ｘａ−Δｘ）×ｃｏｓ（ｗ０（ｘ−ｘａ−Δｘ））・・・（２）
【００２１】
Ａ（ｘ）はディジタル化された超音波エコー信号の包絡線を示す関数である。またｗ０は、超音波エコー信号の中心周波数をｆ、超音波エコー信号の音速をｃとした場合に下記の式（３）のように表される定数である。
【００２２】
ｗ０＝２πｆ／ｃ・・・（３）
【００２３】
Ｅ１（ｘ）及びＥ２（ｘ）は、位相検波部４によって位相検波され複素ベースバンド信号に変換される。位相検波の処理は、Ｅ１（ｘ）及びＥ２（ｘ）にｃｏｓ（ｗ０×ｘ）を乗算したものを実数成分とし、Ｅ１（ｘ）及びＥ２（ｘ）にｓｉｎ（ｗ０×ｘ）を乗算したものを虚数成分とし、それぞれの成分から低周波成分のみを取り出すものである。よって、Ｅ１（ｘ）の位相検波出力をＩ１（ｘ）＋ｊ×Ｑ１（ｘ）と表し、Ｅ２（ｘ）の位相検波出力をＩ２（ｘ）＋ｊ×Ｑ２（ｘ）と表すと、Ｅ１（ｘ）の位相検波出力及びＥ２（ｘ）の位相検波出力は、式（１）及び式（２）を用いて下記の式（４）及び式（５）のように表される。
【００２４】
Ｉ１（ｘ）＋ｊ×Ｑ１（ｘ）＝Ａ（ｘ−ｘａ）×ｅｘｐ（ｊ×ｗ０×ｘａ）／２・・・（４）
【００２５】
Ｉ２（ｘ）＋ｊ×Ｑ２（ｘ）＝Ａ（ｘ−ｘａ−Δｘ）×ｅｘｐ（ｊ×ｗ０×（ｘａ＋Δｘ））／２・・・（５）
【００２６】
ｊは虚数単位を表す。よって、血管前壁部の移動距離Δｘ（ｘ）は、式（４）及び式（５）に基づいて導出される下記の式（６）によって算出される。
【００２７】
Δｘ（ｘ）＝（ａｎｇ（Ｉ２（ｘ）＋ｊ×Ｑ２（ｘ））−ａｎｇ（Ｉ１（ｘ）＋ｊ×Ｑ１（ｘ）））／ｗ０・・・（６）
【００２８】
ａｎｇ（Ｙ）は複素数Ｙの位相角を表す。これにより、送信時刻Ｔ１で深さｘａに存在した血管前壁部は、送信時刻Ｔ２でｘａ＋Δｘに移動することになる。同様に送信時間ごとに血管前壁部の移動距離を算出し、累積加算することで血管前壁部の深度変化を捉えることができる。同様にして血管後壁部の位置についても算出することができる。これにより、算出された血管後壁部の位置と血管前壁部の位置との差によって血管径を算出することができる。図４はこのように算出された血管径の波形を示す図である。
【００２９】
ここで、動脈血管は一般に弾性特性をもった円筒状のパイプと見なすことができるため、動脈血管内部の圧力と血管の直径とは比例の関係となる。よって、図４に示す血管径波形を図５に示すような血圧波形と見なすことができる。血管径波形を血圧波形とするため、図５に示すように、キャリブレーション部６は、伝達部９を介して出力された最高血圧Ｐｍａｘ及び最低血圧Ｐｍｉｎに、１心拍分又は一定サイクルの平均値として取得した血管径の最大値Ｄｍａｘ及び最小値Ｄｍｉｎをそれぞれ対応させる。これにより、キャリブレーションされた血圧波形が得られる。なお、血管前壁部の位置及び血管後壁部の位置はそれぞれ変化しているが、血管前壁部及び血管後壁部が同じように変化した場合には血管径が変化しないため、血管前壁部の位置又は血管後壁部の位置のみの波形で代用することも可能である。ただし、血管前壁部の位置のみを使用する場合は、血管前壁部の後述する体表３１に対する距離は圧力が上がる時に小さくなる方向に動くので、符号を変えて相対的な血管径として扱う。
【００３０】
なお、血管前壁部の移動距離Δｘ（ｘ）を算出する式（６）には２回のアークタンジェント計算が必要となるが、先にＩ２（ｘ）＋ｊ×Ｑ２（ｘ）及びＩ１（ｘ）＋ｊ×Ｑ１（ｘ）の複素乗算を行うことにより、下記の式（７）に示すように１回のアークタンジェント計算でΔｘ（ｘ）を算出することが可能となる。
【００３１】
Δｘ（ｘ）＝ａｎｇ（（（Ｉ２（ｘ）＋ｊ×Ｑ２（ｘ））×ｃｏｎｊ（Ｉ１（ｘ）＋ｊ×Ｑ１（ｘ）））／ｗ０・・・（７）
【００３２】
ｃｏｎｊ（Ｙ）は複素数Ｙの共役複素数を表す。これにより、一般に演算コストのかかるアークタンジェント計算を減らすことが可能で、演算のためのハードウェアリソースを大きく節約できる。また、ｘａ近傍のデータを用い、複素乗算結果を平均化した後、アークタンジェント計算をすることにより演算結果をより安定させることが可能である。
【００３３】
以下では、血管径算出部５における血管径の算出の際に指定する血管前壁部及び血管後壁部の位置の指定方法について図３を用いて説明する。図３は、第１の実施の形態に係る血圧モニタ装置に接続された不図示の超音波診断装置に断層画像を表示したものである。この場合の血圧モニタ装置は、例えばリニアアレイタイプのプローブ２を用いているが、これに限られるものではない。図３に示すように、被検体の体表３１の内側には血管前壁部である頸動脈の前壁３２及び血管後壁部である頸動脈の後壁３３が示されており、頸動脈の前壁３２と頸動脈の後壁３３との間に頸動脈３４が示されている。血管前壁部である頸動脈の前壁３２及び血管後壁部である頸動脈の後壁３３の位置の指定は、例えば、不図示のトラックボールなどの入力機器を用いて前壁指定用グラフィックカーソル３５及び後壁指定用グラフィックカーソル３６を操作することによって行われる。指定がされると、音響線位置を表すグラフィックライン３７に沿って超音波パルス信号及び超音波エコー信号が送受信される。
【００３４】
また、血管前壁部及び血管後壁部の位置のより詳細な指定方法は、例えば、超音波エコー信号の振幅を分析し、前壁指定用グラフィックカーソル３５を体表３１に対して血管である頸動脈３４内部の深い位置から追跡させ、急激に振幅が大きくなった位置を血管前壁部の位置とし、後壁指定用グラフィックカーソル３６を体表３１に対して血管である頸動脈３４内部の浅い位置から追跡させ、急激に振幅が大きくなった位置を血管後壁部の位置とする。この指定方法は、血管壁が強反射体であり、また血管内が弱反射体であるという生体の特性を利用したものである。なお、断層画像を表示する代わりに、超音波のＭモード像を表示してその画像上で血管前壁部及び血管後壁部をユーザが指定することも可能である。この場合、断層画像を生成する必要がないため、プローブ２は小型軽量の単一エレメントタイプでよく、また送信部１及び受信部３の回路規模を小さくすることが可能である。
【００３５】
以上のように、第１の実施の形態に係る血圧モニタ装置によれば、超音波エコー信号を用いて血管径を測定することにより血圧を非侵襲的でリアルタイムに測定可能である。圧力センサを高精度に被検体の動脈真上に圧接する必要がある従来の血圧モニタ装置に比べ、プローブ２を被検体にゲルなどで密着させるのみで安定した血圧測定が可能となり、また取り付けが非常に容易で被検体への負担も軽減させることができる。
【００３６】
＜第２の実施の形態＞
以下、本発明の第２の実施の形態について図６を用いて説明する。図６に示すように、第１の実施の形態に係る血圧モニタ装置では血圧値を測定するカフ式血圧計７を別途の構成要素としたが、第２の実施の形態に係る血圧モニタ装置ではカフ式血圧計７を構成要素とする。カフ式血圧計７は定期的に動作し、不図示の被検体の最高血圧及び最低血圧を測定し、キャリブレーション部６へ出力する。
キャリブレーション部６は、理想的にはカフ式血圧計７が動作した直後の血管径波形の１心拍分に対して、血管径最大値を最高血圧値に、血管径最小値を最低血圧値にそれぞれ対応付ける。このように、第２の実施の形態に係る血圧モニタ装置によれば、カフ式血圧計７を接続する手間を省くことができる。
【００３７】
＜第３の実施の形態＞
以下、本発明の第３の実施の形態について図７及び図８を用いて説明する。図７は、本発明の第３の実施の形態に係る血圧モニタ装置の血管径の波形を示す図である。図８は、本発明の第３の実施の形態に係る血圧モニタ装置の血圧波形を示す図である。本発明の第３の実施の形態では、図７に示すように、血管径算出部５は１心拍間Ｔｃｃにおける血管径の平均値Ｄａｖｅを算出する。第１の実施の形態の場合、キャリブレーション部６は、伝達部９を介して出力された最高血圧Ｐｍａｘ及び平均血圧Ｐａｖｅに、１心拍分又は一定サイクルの平均値として取得した血管径の最大値Ｄｍａｘ及び平均値Ｄａｖｅをそれぞれ対応させる。一方、第２の実施の形態の場合、キャリブレーション部６は、動作させたカフ式血圧計７から出力された最高血圧Ｐｍａｘ及び平均血圧Ｐａｖｅに、理想的にはカフ式血圧計７を動作させた直後の１心拍における血管径波形の最大値Ｄｍａｘ及び平均値Ｄａｖｅをそれぞれ対応させる。
これにより、図８に示すようなキャリブレーションされた血圧波形が得られる。
【００３８】
以上のように、第３の実施の形態に係る血圧モニタ装置によれば、カフ式血圧計７において、より安定した測定が可能な平均血圧値を用いてキャリブレーションをすることにより、より安定した血圧値の表示が可能となる。
【００３９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、生体内に超音波パルス信号を送信し、生体内の血管からの反射信号である超音波エコー信号を受信して電気信号に変換する超音波送受信手段と、超音波送受信手段によって電気信号に変換された超音波エコー信号の位相を検波し、血管の血管径を算出する血管径算出手段と、血管径算出手段によって算出された血管径の最大値及び最小値を、生体の最高血圧及び最低血圧にそれぞれ対応付けて変換する変換手段とを備え、変換手段は、血管径の最大値及び最小値を、変換の基準として独自に取得した最高血圧及び最低血圧に対応付けるので、安定した血圧測定ができ、取り付けも非常に容易で、被検体への負担を軽減させることができる（請求項１）。
【００４０】
また、本発明は、生体内に超音波パルス信号を送信し、生体内の血管からの反射信号である超音波エコー信号を受信して電気信号に変換する超音波送受信手段と、超音波送受信手段によって電気信号に変換された超音波エコー信号の位相を検波し、血管の血管径を算出する血管径算出手段と、血管径算出手段によって算出された血管径の最大値及び平均値を、生体の最高血圧及び平均血圧にそれぞれ対応付けて変換する変換手段とを備え、変換手段は、血管径の最大値及び平均値を、変換の基準として独自に取得した最高血圧及び平均血圧に対応付けるので、安定した血圧測定ができ、取り付けも非常に容易で、被検体への負担を軽減させることができる（請求項２）。
【００４１】
また、本発明は、請求項１から３のいずれか１つに記載の血圧モニタ装置における血圧の波形又は血圧の数値の少なくとも一方を表示する表示手段を備えるので、血圧の波形又は血圧の数値を視覚的に確認することができる（請求項４）。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る血圧モニタ装置の構成を示すブロック図
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る血圧モニタ装置の血管径算出部におけるトラッキング演算について説明するための図
【図３】本発明の第１の実施の形態に係る血圧モニタ装置の血管径算出部における血管径の算出の際の血管前壁部及び血管後壁部の位置の指定方法を説明するための図
【図４】本発明の第１の実施の形態に係る血圧モニタ装置の血管径算出部において算出された血管径の波形を示す図
【図５】本発明の第１の実施の形態における図４の血管径の波形に対応させた血圧波形を示す図
【図６】本発明の第２の実施の形態に係る血圧モニタ装置の構成を示すブロック図
【図７】本発明の第３の実施の形態に係る血圧モニタ装置の血管径の波形を示す図
【図８】本発明の第３の実施の形態に係る血圧モニタ装置の血圧波形を示す図
【符号の説明】
１ 送信部
２ プローブ（超音波送受信手段）
３ 受信部
４ 位相検波部（血管径算出手段）
５ 血管径算出部（血管径算出手段）
６ キャリブレーション部（変換手段）
７ カフ式血圧計（キャリブレーション用カフ式血圧計）
８ 表示部
９ 伝達部
３１ 体表
３２ 頸動脈の前壁
３３ 頸動脈の後壁
３４ 頸動脈
３５ 前壁指定用グラフィックカーソル
３６ 後壁指定用グラフィックカーソル
３７ グラフィックライン

Claims (4)

1. 生体内に超音波パルス信号を送信し、前記生体内の血管からの反射信号である超音波エコー信号を受信して電気信号に変換する超音波送受信手段と、
   前記超音波送受信手段によって前記電気信号に変換された前記超音波エコー信号の位相を検波し、前記血管の血管径を算出する血管径算出手段と、
   前記血管径算出手段によって算出された前記血管径の最大値及び最小値を、前記生体の最高血圧及び最低血圧にそれぞれ対応付けて変換する変換手段とを備え、
   前記変換手段は、前記血管径の前記最大値及び前記最小値を、前記変換の基準として独自に取得した前記最高血圧及び前記最低血圧に対応付けるよう構成された血圧モニタ装置。
2. 生体内に超音波パルス信号を送信し、前記生体内の血管からの反射信号である超音波エコー信号を受信して電気信号に変換する超音波送受信手段と、
   前記超音波送受信手段によって前記電気信号に変換された前記超音波エコー信号の位相を検波し、前記血管の血管径を算出する血管径算出手段と、
   前記血管径算出手段によって算出された前記血管径の最大値及び平均値を、前記生体の最高血圧及び平均血圧にそれぞれ対応付けて変換する変換手段とを備え、
   前記変換手段は、前記血管径の前記最大値及び前記平均値を、前記変換の基準として独自に取得した前記最高血圧及び前記平均血圧に対応付けるよう構成された血圧モニタ装置。
3. 前記最高血圧及び前記最低血圧又は前記平均血圧を測定するキャリブレーション用カフ式血圧計を備えた請求項１又は２に記載の血圧モニタ装置。
4. 請求項１から３のいずれか１つに記載の血圧モニタ装置における血圧の波形又は血圧の数値の少なくとも一方を表示する表示手段を備える超音波診断装置。

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