JP2007267977A - 血管内腔径測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】生体の皮膚下の血管の内腔径を正確に測定することができる血管内腔径測定装置を提供する。
【解決手段】血管内皮機能検査装置（血管内腔径測定装置）３０によれば、少なくとも動脈２０に対して刺激を与える前に設けられた安静期間Ａにおいて、生体情報測定装置６８により測定された生体情報が画像表示装置（表示器）３４に表示出力されることから、安静期間Ａにおける生体１４の安静状態を容易に確認できるので、安静状態を確認できた生体についての測定値のみを採用することにより、生体１４の皮膚１８下の血管の内腔径ｄを正確に測定することができる。
【選択図】図４

Description

本発明は、内腔径の変化率を得るために、生体の皮膚下の血管の内腔径を繰り返し測定する血管内腔径測定装置に関するものである。

たとえば、血管内皮機能を評価するために、特許文献１の図９において記載されているように、虚血反応性充血後のＦＭＤ（血流依存性血管拡張反応）を表す血管径の変化率（％ＦＭＤ）を求めるに際しては、阻血前および阻血解除後の血管径を正確に測定する必要がある。しかし、血管径に影響する生体の生理状態を考慮することなく、一定の安静時間後に一律に血管径測定されるので、測定された血管径について、内皮機能を反映した血管径の変化なのか、他の生体パラメータの変動や心理的な影響を受けた変化が含まれるのかが不明であり、必ずしも正確な内腔径の変化を測定したとは言い難いものであった。

これに対し、非特許文献１の図３に示すように、血管径増加率と共に血流増加率を共通の時間軸上に表示したり、図４に示すように、血管径と共に血流速度を表示させることが行われている。しかしながら、ＦＭＤの成因として、阻血解除時の血流による剪断応力（シェアーストレス）の増加が一酸化窒素ＮＯを産生し、結果として血管径を増加させるという有力な説明をモニターするために血流量を測定しているに過ぎない。このような装置では、阻血解除後の血流量の変化のみしか表示されるに過ぎず、生体情報を示しているものではないので、生体が安静状態であったか否かの判断ができない。
特開２００３−２４５２８０号公報 「血管不全フロンティア」２００４年１２月１日 株式会社 メディカルレビュー社発行、１８２−１８３頁、図３、４

上記のように、血管径測定装置は、僅かな径変化に基づいて動脈血管内皮機能を評価するための虚血反応性充血後のＦＭＤ（血流依存性血管拡張反応）を表す血管径の変化率（％ＦＭＤ）を求めるために用いられる。また、その動脈血管内皮機能検査は、たとえば１５分程度に設定された安静期間経過時の動脈血管の内腔径を測定した後、阻血解除後の動脈血管の内腔径を測定し、安静時の内腔径に対する阻血解除後の動脈血管の内腔径最大値の割合である変化率（％ＦＭＤ）を求めるという手順で行われる。

しかしながら、個人差や測定直前の状況によって個々の生体が安静状態を得るまでの時間は異なるものであり、前記一律の安静期間の経過後の生体が必ずしも安静状態となっているとは限らないという問題があったが、生体が安静状態でないときに動脈血管の内腔径が測定されることにより、その内腔径に誤差が大きく含まれ、それから算出される内腔径の変化率（％ＦＭＤ）には信頼性が得られなくなる可能性があった。

本発明は以上の事情を背景として為されたもので、その目的とするところは、生体の皮膚下の血管の内腔径を正確に測定することができる血管内腔径測定装置を提供することにある。

上記目的を達成するための請求項１に係る発明の要旨とするところは、血管の内腔径の変化率を得るために、生体に対して刺激を与えた後にその生体の血管の内腔径を繰り返し測定する血管内腔径測定装置であって、(a) 表示器と、(b) 生体の自律神経の活動に関連して発生する生体情報をその生体から測定する生体情報測定装置と、(c) 少なくとも前記刺激前に設けられた安静期間において前記生体情報測定装置により測定された生体情報を前記表示器に表示出力させる表示手段とを、含むことにある。

請求項１に係る発明の血管内腔径測定装置によれば、少なくとも血管に対して刺激を与える前に設けられた安静期間において、生体情報測定装置により測定された、生体の自律神経の活動に関連して発生する生体情報が表示器に表示出力されることから、安静期間における生体の安静状態をその自律神経の活動に関連して発生する生体情報から容易に確認できるので、安静状態を確認できた生体についての測定値のみを採用することにより、生体の皮膚下の血管の内腔径を正確に測定することができる。

ここで、好適には、前記生体情報測定装置は、前記安静期間において前記生体情報を繰り返し測定するものであり、前記表示手段は、前記安静期間において繰り返し測定された前記生体情報を、前記表示器に時系列的に表示させるものである。このようにすれば、安静期間において繰り返し測定された生体情報の変化に基づいて生体の安静状態を容易に認識できる利点がある。

また、好適には、前記表示器は、前記安静期間および前記刺激解除後の期間を含む時間軸を有する二次元座標を表示するものであり、前記内腔径は、前記刺激解除後の期間において繰り返し測定されるものであり、前記表示手段は、前記内腔径またはその変化率と、前記生体情報とを前記時間軸に沿ってグラフ表示させるものである。このようにすれば、血管の内腔径が測定されるタイミングにおいて、生体情報を把握することができる利点がある。

また、好適には、前記生体情報測定装置は、前記生体情報として、前記生体の心拍数、呼吸数、血圧、体温、脳波のうちの少なくとも１つを測定するものである。このようにすれば、容易に生体の安静状態が把握される利点がある。

また、好適には、前記血管に対する刺激は、前記生体の一部を圧迫してその生体の一部内に連続する血管を阻血した後に、その圧迫を解除して血管内の血流を再開させたときに、その血管の内皮細胞に与えられる剪断応力である。このようにすれば、無侵襲で血管に対する刺激を与えることができる利点がある。

また、好適には、前記時間軸における安静期間は、前記解放期間に対して単位長さあたりの時間が短く、さらに好適には前記阻血解除後の期間に対して単位長さ当たりの時間が長くなるように設定されている。このようにすれば、限られた表示領域内において生体情報の変化が見易くなる。

図１は、本発明の一実施例のセンサ保持装置１０に保持された超音波プローブ（超音波探触子）１２を用いて被検出体である生体１４の上腕１６の皮膚１８の上からその皮膚１８直下に位置する動脈血管２０の横断面画像（短軸画像）或いは縦断面画像（長軸画像）を表示する血管画像表示装置２２を備えた血管内皮機能検査装置３０を説明する正面図である。この血管内皮機能検査装置３０は、血管内皮機能を評価するために虚血反応性充血後のＦＭＤ（血流依存性血管拡張反応）を表す血管径の変化率（％ＦＭＤ）を求めるときには、前腕に巻回されたカフ８８の圧迫によって一定時間の間阻血された後、そのカフ８８の解放によって阻血が解除された以後の血管径の変化を求めるように構成されているので、血管内腔径測定装置としても機能する。

上記超音波プローブ１２は、血管径センサとしても機能するものであって、たとえば圧電セラミックスから構成された多数個の超音波振動子が一列に配列されることにより構成された１列または互いに平行な２列の超音波アレイ２４ａを含む先端部２４が、３軸駆動機構２６を介してプローブ本体２８に備えられている。

血管内皮機能検査装置３０は、所謂マイクロコンピュータから構成された電子制御装置３２と、モニタ用の画像表示装置３４と、入力操作装置であるキーボード３６およびマウス３７、超音波駆動制御回路３８とを備えており、電子制御装置３２は、超音波駆動制御回路３８から駆動信号を供給して超音波プローブ１２の先端部２４にある超音波アレイから超音波を放射させ、その先端部２４の超音波アレイにより検知された超音波反射信号ＳＲを受けてその超音波反射信号ＳＲの処理を行うことによって、皮膚１８下の超音波断面画像を発生させ、画像表示装置３４に表示させる。先端部２４の下端面が、超音波を放射する放射面Ｓに対応している。また、電子制御装置３２は、血管２０の横断面画像（短軸画像）を生成させるに際しては、上記超音波アレイを血管２０に対して直交する位置となるように３軸位置決め機構２６を駆動することによりに位置決めさせ、血管２０の縦断面画像（長軸画像）を生成させるに際しては、上記超音波アレイを血管２０に対して平行となるように３軸位置決め機構２６に位置決めさせる。

上記超音波駆動制御回路３８は、電子制御装置３２からの指令に従って、上記超音波アレイを構成する一列に配列された多数個の超音波振動子（圧電セラミックス）のうち、その端から、一定数の超音波振動子群毎に所定の位相差を付与しつつ１０ＭＨｚ程度の周波数でビームフォーミング駆動することにより超音波振動子の配列方向において収束性の超音波ビームを血管２０に向かって順次放射させ、その放射毎の反射波を受信して電子制御装置３２へ入力させる。また、上記超音波アレイの放射面には、その超音波振動子の配列方向に直交する方向に超音波ビームを収束させるための音響レンズが設けられている。

電子制御装置３２は、上記超音波アレイにより検出された反射波に基づいて超音波断面画像を合成し、皮膚１８下における血管２０の横断面画像（短軸画像）を生成させ、或いは血管２０の縦断面画像（長軸画像）を生成させて、画像表示装置３４に表示させる。また、その画像から、血管２０の内径或いは内腔径（内膜径）が算出される。また、血管内皮機能を評価するために、虚血反応性充血後のＦＭＤ（血流依存性血管拡張反応）を表す血管の内皮径（内膜径）の変化率（％）［＝１００×（ｄmax −ｄ）／ｄ］（但し、ｄは安静時の血管内腔径、ｄmax は阻血解除後の最大血管内腔径）を算出する。また、上記血管内腔径が検出されると、血管２０の正確な流通断面積が算出され、たとえば超音波ドプラー装置により検出される血流速度を用いて正確な血流量が算出され得る。

上記超音波プローブ１２は、三次元空間内の所望の位置すなわち所定の位置において被検出体である生体１４の上腕１６の皮膚１８の上からその皮膚１８直下に位置する血管２０を変形させない程度に軽く接触させる状態でセンサ保持装置１０に所望の姿勢で保持されるようになっている。上記超音波プローブ１２の先端部２４の端面と皮膚１８との間には、通常、超音波の減衰、境界面における反射や散乱を抑制して超音波断面画像を明瞭とするためのよく知られたゼリー等のカップリング剤が介在させられる。このゼリーは、たとえば寒天等の高い割合で水を含むゲル状の吸水性高分子であって、空気よりは固有インピーダンス（＝音速×密度）が十分に高く大きく超音波送受信信号の減衰を抑制するものである。また、そのゼリーに換えて、水を樹脂製袋内に閉じ込めた水袋、オリーブ油、グリセリン等が用いられ得る。

上記センサ保持装置１０は、机、台座等に位置固定に設けられ、垂直な回動軸心Ｃ方向に形成された嵌合穴４０を備えた基台４２と、その嵌合穴４０内に相対回転可能に嵌合された嵌合軸４４を備え、基台４２に対して垂直な回動軸心Ｃまわりに回動可能に設けられた回動部材４６と、その回動部材４６に固定された第１固定リンク４８ａを含む４つのリンク４８ａ乃至４８ｄから成る第１リンク機構４８と、第１リンク機構４８の先端部に固定された第１固定リンク５０ａとして含む４つのリンク５０ａ乃至５０ｄから成る第２リンク機構５０と、この第２リンク機構５０の先端部において固定されて超音波プローブ１２を回曲自在に連結してそれを支持する自在継手５２と、操作レバー５４の非操作によって前記自在継手５２の回曲を常時固定し、操作レバー５４の操作にしたがって常時固定されていた回曲を許容すなわち固定状態を解放するストッパ装置５６とを備えている。

上記第１リンク機構４８は、互いに平行な１対の第１固定リンク４８ａおよび第１可動リンク４８ｂと、平行４辺形を構成するようにそれら１対の第１固定リンク４８ａおよび第１可動リンク４８ｂの両端部にそれぞれ回動可能に連結された互いに平行な１対の第１回動リンク４８ｃおよび４８ｄとを備え、その第１可動リンク４８ｂが前記回動軸心Ｃを含む面内で移動するように第１固定リンク４８ａが前記回動部材４６に固定されている。そして、この第１リンク機構４８には、上記第１可動リンク４８ｂに負荷される荷重に抗する方向成分の推力を発生させる第１付勢装置として機能する第１コイルスプリング４９が設けられている。この第１コイルスプリング４９は、第１回動リンク４８ｃと第１固定リンク４８ａとの連結点と、第１回動リンク４８ｄと第１可動リンク４８ｂとの連結点との間に張設されており、この第１コイルスプリング４９により発生させられている第１可動リンク４８ｂを上方へ引き上げる方向のモーメントと、第１可動リンク４８ｂに負荷される荷重により発生させられている第１可動リンク４８ｂを下方へ引き下げる方向のモーメントとが略相殺されるようになっている。

上記第２リンク機構５０は、互いに平行な１対の第２回動リンク５０ｃおよび５０ｄと、平行４辺形を構成するようにそれら一対の第２回動リンク５０ｃおよび５０ｄの両端部にそれぞれ回動可能に連結された１対の第２固定リンク５０ａおよび第２可動リンク５０ｂとを備え、その第２可動リンク５０ｂが前記回動軸心Ｃを含む面内で移動するようにその第２固定リンク５０ａが第１可動リンク４８ｂに略直交する姿勢で固定されている。そして、この第２リンク機構５０には、第２可動リンク５０ｂに負荷される荷重に抗する方向成分の推力を発生させる第２付勢装置として機能する第２コイルスプリング５１が設けられている。この第２コイルスプリング５１は、第２回動リンク５０ｃと第２固定リンク５０ａとの連結点と、第２回動リンク５０ｄと第１可動リンク５０ｂとの連結点との間に張設されており、この第２コイルスプリング５１により発生させられている第２可動リンク５０ｂを上方へ引き上げる方向のモーメントと、第２可動リンク５０ｂに負荷される荷重により発生させられている第２可動リンク５０ｂを下方へ引き下げる方向のモーメントとが略相殺されるようになっている。このような第１コイルスプリング４９および第２コイルスプリング５１の相殺作用により、超音波プローブ１２が三次元空間内の所望の位置に停止するか或いはゆっくりと下降する程度に保持され、血管２０を変形させない程度で超音波プローブ１２の先端部２４がゼリー等のカップリング剤を介して面接触状態で軽く密着させられるようになっている。

上記自在継手５２は、図２に拡大して示すように、基端部が第２可動リンク５０ｂに固定され且つ球状に形成された先端部５８を備えた第１連結部材５２ａと、その第１連結部材５２ａの球状の先端部５８が摺動可能に嵌め入れられた嵌合穴６０を備え、その球状の先端部５８の球心Ｂまわりに相対回曲可能に連結された第２連結部材５２ｂとを備え、超音波プローブ１２が所望の姿勢で保持されるようになっている。

前記ストッパ装置５６は、第２連結部材５２ｂに設けられた一対の案内穴６２、６４によって球状の先端部５８に対して接近離隔可能に案内された操作レバー５４と、その操作レバー５４を球状の先端部５８に対して押圧する押圧スプリング６６とを備え、常時は、操作レバー５４の非操作状態ではその操作レバー５４が押圧スプリング６６によって球状の先端部５８に対して押圧されることにより前記自在継手５２の回曲が阻止されて常時固定されるが、その操作レバー５４が押圧スプリング６６の付勢力に抗して操作されることによりその操作レバー５４が球状の先端部５８から離隔されると、前記自在継手５２の固定が解放され、その回曲が許容されるようになっている。

図１に戻って、前記血管内皮機能検査装置３０には、生体１４の自律的な活動を表す情報である生体情報を測定して出力する生体情報測定装置６８が備えられている。この生体情報は、生体１４の自律神経の活動に密接に関連したものであり、自律神経特に交感神経の活動度に対応している。心拍センサ６８ａは、たとえば生体１４に粘着された複数の電極間に発生する表面電位である心電誘導信号に周期的に含まれるＲ波を検出し、そのＲ波を表すパルス信号を生体情報測定装置６８に供給する。生体情報測定装置６８はそのＲ波の単位時間たとえば１分当たりの個数に基づいて生体１４の心拍数ＨＲ（１／ｍｉｎ）を算出する。呼吸数センサ６８ｂは、たとえば鼻孔の呼気温度を検出し、その呼気温度を表す信号を生体情報測定装置６８に供給する。生体情報測定装置６８はその呼気温度の単位時間たとえば１分当たりの変化に基づいて生体１４の呼吸数ＲＲ（１／ｍｉｎ）を算出する。血圧センサ６８ｃは、たとえば動脈血管をその管壁が平坦となるまで押圧することによりその内圧を検出し、その内圧を表す信号を生体情報測定装置６８に供給する。生体情報測定装置６８は予め求められた関係からその内圧を表す信号に基づいて最高血圧値Ｐsys および最低血圧値Ｐdia を一拍毎に算出する。酸素飽和度センサ６８ｄは、所謂光電式パルスオキシメータのセンサ（プローブ）であり、２波長の透過光強度を表す信号を生体情報測定装置６８に供給する。生体情報測定装置６８は予め求められた関係からその２波長の透過光強度を表す信号に基づいて酸素飽和度ＳｐＯ2 （％）を算出する。脳波センサ６８ｅは、生体の頭部に粘着される複数の電極間に発生する表面電位である脳波ＢＷを検出し、その脳波を表す信号を生体情報測定装置６８に供給する。

生体情報測定装置６８は、算出した心拍数ＨＲ、呼吸数ＲＲ、最高血圧値Ｐsys および最低血圧値Ｐdia 、酸素飽和度ＳｐＯ2 、脳波ＢＷを、自己のモニタ画面６８ｆに時系列的トレンド表示するとともに、画像表示装置３４に表示させるためにそれら複数種類の生体情報を表す信号を前記血管内皮機能検査装置３０に供給する。

図３は、本実施例の超音波プローブ１２の先端部２４に設けられた超音波アレイ２４ａと、超音波駆動制御回路３８と、電子制御装置３２とを含む電気的構成を詳しく示す図である。図３において、超音波駆動制御回路３８は、電子制御装置３２からの指令に従って超音波振動子Ｅの配列方向に直交する方向に位置する血管２０に向かって収束性の超音波ビームを順次放射させるために、超音波アレイ２４ａを構成するために血管２０と交差する方向に沿って一列に配列された多数個の超音波振動子（圧電セラミックス）Ｅのうち、その端から１個ずつずれて順次、たとえば１６〜３２個程度の一定数（１群）の超音波振動子Ｅの群毎に所定の位相差が付与された１０ＭＨｚ程度の周波数の１周期の振動が出力されるように、ビームフォーミング回路７０からの指令に従ってパルサー７２から各超音波振動子Ｅへ１周期の超音波パルスを発生させるための駆動信号を供給させる。そのビームフォーミング駆動することにより発生させられた超音波の放射毎に、音響インピーダンスが急変する管壁の境界面からの反射波が超音波アレイ２４ａにより受信され、その受信信号はマルチプレクサ７４、放射された超音波の回り込みを阻止するための切換スイッチ７６、ゲイン調整および信号増幅機能を有するＴＧＣ付レシーバ７８、超音波反射信号の周波数すなわち１０ＭＨｚの信号を選択的に通過させるためのバンドパスフィルタ８０、Ａ／Ｄ変換器８２、ビームフォーミング回路７０を通して、電子制御装置３２へ供給される。パルサー７２、切換スイッチ７６、ＴＧＣ付レシーバ７８、バンドパスフィルタ８０、Ａ／Ｄ変換器８２は、図示されていないが、上記ビームフォーミングのために位相差が付与された超音波を発射する超音波のチャンネル数（一定数の超音波振動子）に相当する複数セットが設けられる。上記ビームフォーミング回路７０では、バッファ機能および演算機能が備えられており、受信信号に関しては、各超音波振動子Ｅにより受信された各反射信号が処理され、超音波を発射した１群の超音波振動子Ｅの中央に位置する一個の超音波振動子Ｅで受けた信号の如くの反射信号が順次発生させられる。電子制御装置３２は、超音波の反射波を表す反射信号ＳＲを処理し、処理結果である血管内腔径ｄおよびその血管内腔径の変化率（％）を画像表示装置３４に表示させる。また、電子制御装置３２は、生体情報測定装置６８が算出した心拍数ＨＲ、呼吸数ＲＲ、最高血圧値Ｐsys および最低血圧値Ｐdia 、酸素飽和度ＳｐＯ2 、脳波ＢＷを、画像表示装置３４に表示させる。

図４は、上記電子制御装置３２の制御機能の要部を説明する機能ブロック線図である。反射信号検出手段９０は、前記超音波アレイ２４ａにより受信された一連の反射信号ＳＲのうち、血管２０の中心付近を通る反射波を検出し、所定の記憶装置に読み込ませる。この反射信号ＳＲは、たとえば１００ＭＨｚのサンプリング周期でデジタル信号化されたものであり、たとえば図５の反射信号（ＲＦ信号）の画像に示されるデータポイントから構成される波形を示すものである。図５に示す反射波形の１周期は超音波の放射波の１０ＭＨｚに対応している。図５では、１群の反射波形ＳＲ１しか示されていないが、血管２０の中心付近を通る反射波には、その血管２０の管壁から反射された２群の反射波ＳＲ１およびＳＲ２が含まれ、それら反射波ＳＲ１およびＳＲ２の相互間隔或いは反射波の振幅の最大のものが用いられる。

超音波断面画像生成手段９２は、よく知られているように、たとえば、その超音波の反射波信号を検波し且つ２乗化して信号パワーに対応する信号に変換し、その信号パワーを包絡線処理して平滑化することにより滑らかに変化する平滑化信号に変換し、その平滑化信号の大きさを段階的な濃淡に変換することにより濃淡信号を生成し、その濃淡により示される二次元の超音波断面画像ＭＧを生成する。

検波手段９４は、上記図５に示される反射信号ＳＲのうちの負の部分を正とする検波処理（全波整流処理）を実行し、図６に示されるように、反射信号ＳＲの絶対値波形を示す信号に変換する。ピークタイム信号生成手段９６は、上記検波された反射信号ＳＲの波形のピークの大きさ（ピーク値）およびそのピークの時間位置を示すデータポイントで示されるピークタイム信号ＳＰを生成する。図７はそのピークタイム信号ＳＰを示しており、図６の検波後の反射信号ＳＲに比較してデータポイントの数が１／５以下とされている。このピークタイム信号ＳＰの上ピークは上記データポイントで示され、下ピークは上ピークの間に位置であって基線上に位置している。この図７の波形はそれらのピークを連絡する包絡線によって示されるものでもよい。

計測位置決定手段９８は、上記ピークタイム信号ＳＰに含まれる、血管２０の血管壁に対応する２群の波形に対応する２群のピークタイム信号波形の間の間隔として、その２群のピークタイム信号波形のうちの一方の群のピークタイム信号波形の終期に位置する波列の終点と他方の群のピークタイム信号波形の始期に位置する波列の始点とを、計測位置Ａ１およびＡ２として決定する。図７では、皮膚に近い側の血管壁からの第１の群のピークタイム信号波形が示されており、その終期に位置する波列の終点である計測位置Ａ１が示されている。

内腔径算出手段１００は、上記計測位置決定手段９８により決定されたピークタイム信号ＳＰ中の計測位置Ａ１と計測位置Ａ２との間の時間間隔ｔを算出し、予め記憶された関係（ｄ＝ｔ×Ｖ）からその時間間隔に基づいて、１拍中の所定のタイミングたとえば最低血圧時の血管２０の内腔径ｄを、たとえば１拍毎に逐次繰り返し算出する。その関係においてＶは生体中の音速であり、たとえば１５３０ｍ／ｓｅｃが用いられる。なお、１拍中の最高血圧時のタイミングで血管２０の内腔径ｄが測定されるようにしてもよい。

内皮機能評価値算出手段１０２は、予め記憶された関係［＝１００×（ｄmax −ｄ）／ｄ］（但し、ｄは阻血前の安静時の血管内腔径、ｄmax は阻血解除期間Ｃ内の最大血管内腔径）から、上記内腔径算出手段１００により算出された血管内腔径ｄおよび最大血管内腔径ｄmax に基づいて、阻血解除期間Ｃにおける内腔径変化率Δｄ（％）を逐次算出し、阻血解除期間Ｃ終了後におけるその内腔径変化率Δｄの最大値を血管内皮機能を評価するための評価値である％ＦＭＤとして決定する。上記阻血解除により血流が開始されることにより動脈２０の内皮細胞に剪断応力が加えられると、その内皮細胞が一酸化窒素ＮＯを産生し、結果として血管径を増加させるという生理現象が発生し、この血管径の増加現象は動脈硬化と密接に関連していると言われている。

表示手段１０４は、上記内腔径算出手段１００により算出された内腔径ｄ、その内腔径ｄに対応する波形上の範囲と共に、その内腔径ｄの算出に用いられた前記ピークタイム信号ＳＰの２群のピークタイム信号波形を、画像表示装置３４上に表示させる。すなわち、図８の表示例に示すように、表示手段１０４は、内腔径ｄの算出に用いられたピークタイム信号ＳＰの２群のピークタイム信号波形と、超音波断面画像生成手段９２により生成された二次元の超音波断面画像ＭＧとを、相互に対比可能に並列的に画像表示装置３４上に表示させる。また、表示手段１０４は、内腔径算出手段１００により算出された内腔径ｄの阻血解除後の経時的変化を示すトレンドグラフと、内皮機能評価値算出手段１０２によって算出された血管内皮機能を評価するための評価値である％ＦＭＤを、たとえば図９に示すように画像表示装置３４の画面上の所定の表示場所において表示させる。

図８の画像表示装置３４における画面の表示例では、超音波断面画像生成手段９２によって生成された濃淡により示される二次元の超音波断面画像ＭＧが画面の左側に、ピークタイム信号生成手段９６により生成され、血管２０の血管壁に対応する２群の波形に対応する２群のピークタイム信号波形ＳＷ１およびＳＷ２を含むピークタイム信号ＳＰのピーク値の包絡線で示す波形が画面の右側に、対比可能に並列的に表示されている。上記画面において、超音波断面画像ＭＧは上下方向が皮膚からの深さ方向に対応するように表示され、ピークタイム信号ＳＰの波形はその時間軸すなわち距離軸が上下方向となるようにすなわち上記深さ方向と平行となるように表示されるとともに、超音波断面画像ＭＧには内腔径ｄの算出に用いられた反射信号ＳＲの経路Ｌが、ピークタイム信号ＳＰの波形には上記時間軸に相当する基線Ｍがそれぞれ表示される。また、上記ピークタイム信号ＳＰに含まれる２群のピークタイム信号波形ＳＷ１およびＳＷ２には計測位置決定手段９８により決定された計測位置Ａ１およびＡ２が表示されるとともに、内腔径算出手段１００により算出された血管２０の内腔径ｄが、上記２群のピークタイム信号波形ＳＷ１およびＳＷ２の間に、矢印の長さで示す距離と数値とでそれぞれ表示されている。また、上記超音波断面画像ＭＧ内の血管２０に対応する位置には、上記内腔径ｄが表示されている。また、上記超音波断面画像ＭＧは、所謂Ｂモード画像と称される白黒の濃淡画像であり、その中の血管２０の内部には、内腔径ｄの位置を示す矢印が表示される

また、図４において、生体情報測定手段１０６は前記生体情報測定装置６８に対応するものであり、生体１４の自律的活動状態を示す複数種類の生体情報、たとえば心拍数ＨＲ、呼吸数ＲＲ、最高血圧値Ｐsys および最低血圧値Ｐdia 、酸素飽和度ＳｐＯ2 、脳波ＢＷを測定し、血管内皮機能検査装置３０の表示手段１０４へ供給する。表示手段１０４は、たとえば図９に示すように画像表示装置３４の画面上の所定の表示場所において表示させる。図９に示すように、表示手段１０４は、時間軸１０８と生体パラメータ軸１１０とを有する二次元座標において、少なくとも阻血期間Ｂよりも前に設けられた安静期間Ａにおいて上記生体情報測定手段１０６により繰り返し測定された生体情報を、内腔径ｄおよびその安静時の値に対する変化率と共に時系列的にトレンドグラフ表示させる。上記時間軸１０８は、少なくとも１５分程度の安静期間Ａと５分程度の阻血期間Ｂと阻血解除期間Ｃとを有しており、見易い表示となるように、安静時間Ａは阻血期間Ｂよりも単位長さ当たりの時間が長く、阻血解除期間Ｃよりも単位長さ当たりの時間が短く設定されている。

図９において、ｔ1 は安静期間Ａが終了して阻血期間Ｂが開始される時点を示し、ｔ2 は阻血期間Ｂが終了して血流が開始される時点を示している。そのｔ2 時点が、血流増加によって動脈２０の内皮細胞に対して血流増加による刺激（剪断応力の増加）を開始した時点を示している。

上述のように、本実施例の血管内皮機能検査装置（血管内腔径測定装置）３０によれば、少なくとも動脈２０に対して刺激を与える前に設けられた安静期間Ａにおいて、生体情報測定装置６８により測定された生体情報が画像表示装置（表示器）３４に表示出力されることから、安静期間Ａにおける生体１４の安静状態を容易に確認できるので、安静状態を確認できた生体についての測定値のみを採用することにより、生体１４の皮膚１８下の血管の内腔径ｄを正確に測定することができる。

また、本実施例の血管内皮機能検査装置（血管内腔径測定装置）３０によれば、生体情報測定装置６８は、安静期間Ａにおいて生体情報を繰り返し測定するものであり、表示手段１０４は、安静期間Ａにおいて繰り返し測定された生体情報を、画像表示装置３４の表示画面において時間軸１０８に沿って時系列的に表示させるものであることから、安静期間Ａにおいて繰り返し測定された生体情報の変化に基づいて生体の安静状態を容易に認識できる利点がある。

また、本実施例の血管内皮機能検査装置（血管内腔径測定装置）３０によれば、画像表示装置３４は、安静期間Ａおよび刺激解除後の期間Ｃを含む時間軸１０８を有する二次元座標を表示するものであり、内腔径ｄは、刺激解除後の期間Ｃにおいて繰り返し測定されるものであり、表示手段１０４は、内腔径ｄまたはその変化率（％）と生体情報とを時間軸１０８に沿ってグラフ表示させるものであることから、血管の内腔径ｄが測定されるタイミングにおいて、生体情報を容易に把握することができる利点がある。

また、本実施例の血管内皮機能検査装置（血管内腔径測定装置）３０によれば、生体情報測定装置６８は、生体情報として、生体１４の心拍数ＨＲ、呼吸数ＲＲ、血圧ＢＰ、酸素飽和度ＳｐＯ２，脳波ＢＷのうちの少なくとも１つを測定するものであるので、生体の自律神経の活動状態が容易に把握され、容易に生体１４の安静状態が把握される利点がある。

また、本実施例の血管内皮機能検査装置（血管内腔径測定装置）３０によれば、動脈２０の内皮細胞に対する刺激は、生体１４の一部である前腕部をカフ８８により圧迫してその生体１４の前腕部内に連続する動脈２０を阻血した後に、その圧迫を解放して動脈２０内の血流を再開させたときに、その動脈２０の内皮細胞に与えられる剪断応力であるので、無侵襲で動脈２０に対する刺激を与えることができる利点がある。

また、本実施例の血管内皮機能検査装置（血管内腔径測定装置）３０によれば、時間軸１０８における安静期間Ａは、重樹解除後の期間Ｃに対して単位長さあたりの時間が短く、さらに好適には前記阻血期間Ｂに対して単位長さ当たりの時間が長くなるように設定されているので、限られた表示領域内において生体情報の変化が見易くなる利点がある。

また、本実施例の血管内皮機能検査装置（血管内腔径測定装置）３０によれば、超音波プローブ１２から超音波を放射したときの動脈血管２０からの反射信号ＳＲが検出されると、その反射信号ＳＲに含まれる血管２０の管壁からの２群の反射波信号ＳＲ１およびＳＲ２に対応する、ピークタイム信号ＳＰのうちの２群のピークタイム信号波形ＳＷ１およびＳＷ２の間の間隔に基づいて血管内腔径ｄを算出する内腔径算出手段１００が備えられる。このため、反射信号ＳＲおよびそれから変換されたピークタイム信号ＳＰには微細な強弱の振幅がすべて含まれることにより重要な時間情報が残されており、上記超音波断面画像を表示させるための包絡線処理により消されてしまうような微細な動脈血管の内膜からの２群の反射波の間の間隔に基づいて血管内腔径ｄが算出されるため、血管内腔径ｄが正確に測定される。

また、本実施例の血管内皮機能検査装置（血管内腔径測定装置）３０によれば、(a) 血管２０からの２群の反射波を含む反射信号ＳＲが検波された信号から各波形のピークの大きさおよびそのピークの時間位置で示されるピークタイム信号ＳＰを生成するピークタイム信号生成手段９６を備え、(b) 前記内腔径算出手段１００は、ピークタイム信号ＳＰのうちの血管２０の管壁からの反射による２群の波形に対応する２群のピークタイム信号波形ＳＷ１およびＳＷ２の間の間隔に基づいて血管内腔径ｄを算出するものであることから、血管内腔径ｄが正確に測定される。また、上記ピークタイム信号ＳＰは各波形のピークの値およびそのピークの時間位置で示されることから、サンプリングされた時間離散系の反射信号ＳＲに比較してデータ量が数分の１に減少し、メモリやハードディスクの容量を軽減でき、信号処理負荷も軽減される。

また、本実施例の血管内皮機能検査装置（血管内腔径測定装置）３０によれば、(a) ピークタイム信号ＳＰのうちの２群のピークタイム信号波形に含まれる、前記ピークタイム信号波形ＳＷ１およびＳＷ２の間の間隔を計測するための計測位置をそれぞれ決定する計測位置決定手段９８を含み、(b) 内腔径算出手段１００は、その計測位置決定手段９８により決定された計測位置Ａ１およびＡ２の間の距離に基づいて血管内腔径ｄを算出するものであることから、計測位置決定手段９８によって決定された２群のピークタイム信号波形ＳＷ１およびＳＷ２に含まれる計測位置間の間隔に基づいて血管内腔径ｄが算出されるので、血管内腔径ｄが一層正確に測定される。

また、本実施例の血管内皮機能検査装置（血管内腔径測定装置）３０によれば、計測位置決定手段９８は、ピークタイム信号ＳＰのうちの血管２０の管壁に対応する２群のピークタイム信号波形ＳＷ１およびＳＷ２の間の間隔として、その２群のピークタイム信号波形ＳＷ１およびＳＷ２のうちの第１群のピークタイム信号波形ＳＷ１の終期に位置する小波列の終点Ａ１と第２群のピークタイム信号波形ＳＷ２の始期に位置する小波列の始点Ａ２とを、計測位置として決定するものであることから、内腔径算出手段１００は、それら第１群のピークタイム信号波形ＳＷ１の終期に位置する小波列の終点Ａ１と第２群のピークタイム信号波形ＳＷ２の始期に位置する小波列の始点Ａ２との間隔に基づいて血管内腔径ｄを算出するので、血管内皮を考慮した血管内腔径ｄが一層正確に測定される。

また、本実施例の血管内皮機能検査装置（血管内腔径測定装置）３０によれば、表示手段１０４によってピークタイム信号ＳＰの波形が画像表示装置３４上に表示されるので、画像表示装置３４の画面上において血管内腔径ｄを視認することができる。

また、本実施例の血管内皮機能検査装置（血管内腔径測定装置）３０によれば、動脈２０からの反射信号ＳＲに基づいて生体１４の皮膚下の断面画像ＭＧを生成する超音波断面画像生成手段９２が含まれ、表示手段１０４によって、ピークタイム信号ＳＰの波形と上記断面画像ＭＧとが、そのピークタイム信号ＳＰの波形の時間軸とその断面画像の深さ方向とが平行なとなるように並列的に表示されるので、画像表示装置３４上において、ピークタイム信号ＳＰの波形が超音波断面画像ＭＧと並列的に対比させた状態で血管内腔径ｄを視認することができる。

また、本実施例の血管内皮機能検査装置（血管内腔径測定装置）３０によれば、動脈２０からの反射信号ＳＲに基づいて生体１４の皮膚下の断面画像ＭＧを生成する超音波断面画像生成手段９２が含まれ、表示手段１０４によって、ピークタイム信号ＳＰの波形と上記断面画像ＭＧとが、そのピークタイム信号ＳＰに含まれる２群のピークタイム信号波形ＳＰ１の終点Ａ１およびＳＰ２の始点Ａ２の間隔寸法と断面画像ＭＧに示される管壁の内腔径ｄとが同じ寸法となり且つ前記画像表示装置において相互に同じ位置となるように表示させるものであることから、画像表示装置３４上において、ピークタイム信号ＳＰの２群のピークタイム信号波形ＳＰ１およびＳＰ２の間隔が超音波断面画像ＭＧの内腔と同じ高さ且つ同じ寸法で並列的に対比させた状態で動脈２０の内腔径ｄを一層容易に視認することができる。

以上、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明したが、本発明はその他の態様においても適用され得る。

たとえば、前述の実施例において、心拍センサ６８ａにより検出された心拍数ＨＲが用いられていたが、心音マイクロホンにより検出される心音の単位時間当たりの発生回数や、圧脈波センサにより検出される動脈の拍動すなわち脈拍の単位時間当たりの発生回数であってもよい。また、血圧センサ６８ｃにより検出された一拍毎の血圧値が生体情報として用いられていたが、カフを用いてオシロメトリック法或いはコロトコフ音法により測定された血圧値が用いられても差し支えない。

また、前記生体１４の自律神経に関連する生体情報としては、前述の心拍数ＨＲ、呼吸数ＲＲ、最高血圧値Ｐsys および最低血圧値Ｐdia 、酸素飽和度ＳｐＯ2 、脳波ＢＷのみならず、それらからの算出値であってもよい。たとえば、心拍数ＨＲまたは心拍周期Ｔの変動に含まれる短周期変動成分ＨＦ、１０秒前後の長周期変動成分ＬＦ、またはそれらの比（ＬＦ／ＨＦ）が生体１４の自律神経に関連する生体情報として用いられてもよいし、さらに、自律神経そのものを評価し、％ＦＭＤとともに診断に用いてもよい。

また、前述の実施例生体情報測定装置６８は、前記生体１４の自律神経に関連する生体情報として、生体１４の心拍数ＨＲ、呼吸数ＲＲ、血圧ＢＰ、酸素飽和度ＳｐＯ２、脳波ＢＷを測定するものであったが、それらのうちの少なくとも１つを測定するものであればよい。

また、前述の実施例では、生体１４の心拍数ＨＲ、呼吸数ＲＲ、血圧ＢＰ、酸素飽和度ＳｐＯ２、脳波ＢＷが、表示手段１０４によって図９に示すようなトレンドグラフで画像表示装置３４に表示されていたが、安静期間Ａにおいて測定された生体情報の平均値が、複数種類の生体情報の値を示すための複数の軸を放射状に有するレーダーチャート上に表示されてもよい。

また、前述の実施例の血管内皮機能検査装置（血管内腔径測定装置）３０では、反射信号ＳＲから得られた２群のピークタイム信号波形ＳＷ１およびＳＷ２間の間隔に基づいて動脈２０の内腔径ｄが測定されていたが、たとえば図８に示す超音波断面画像ＭＧ中の動脈２０の画像から内腔径ｄが測定されてもよい。

また、前述の実施例の血管内皮機能検査装置（血管内腔径測定装置）３０では、カフ８８による圧迫によって動脈２０を阻血した後にその圧迫を解放して動脈２０内の血流を再開させることにより、その動脈２０の内皮細胞に対して剪断応力としての刺激が与えられていたが、温度、薬剤による動脈２０に対する刺激であっても差し支えない。上記温度による動脈２０に対する刺激は、４℃の水に手を入れる所謂コールドプレッサテストと同様のものを用いることにより交感神経を亢進して血流を変化させ、剪断応力を内皮細胞に与えてそれを物理的に刺激するものである。また、上記薬剤による動脈２０に対する刺激は、ニトログリセリンを舌下に或いは噴霧で投与してＮＯ（ニトロ）を血管平滑筋に作用（刺激）させて血管を弛緩させるものである。この場合には、％ＮＭＤ［＝１００×（ｄmax −ｄ）／ｄ］（但し、ｄはニトロ投与前の安静時の血管内腔径、ｄmax はニトロ投与後の最大血管内腔径）が評価値として用いられる。

また、前述の実施例の血管内皮機能検査装置３０では、カフ８８による前腕の圧迫によって動脈２０が阻血されていたが、生体１４の他の部位、たとえば上腕や足首が圧迫されてもよい。

また、前述の実施例の血管内皮機能検査装置３０では、図９に示す生体情報の表示がそれに備えられた画像表示装置３４に表示されていたが、その血管内皮機能検査装置３０とは別体の生体情報測定装置６８に表示されてもよいし、生体情報と血管内腔径ｄおよび％ＦＭＤとは異なる画面に別々に表示されてもよい。

また、前述の実施例では、超音波プローブ１２を保持するために２つのリンク機構４８、５０から構成されたセンサ保持装置１０が用いられていたが、伸縮アーム、ロボットアームなどを備えた他の構成のセンサ保持装置が用いられてもよいし、超音波プローブ１２は腕帯等によって生体１４の上腕等に直接装着されてもよい。また、上記超音波プローブ１２はオペレータの手で保持された状態で使用されてもよい。

なお、上述したのは、あくまでも一実施形態であり、本発明は当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を加えた態様で実施することができる。

本発明の一実施例の血管内皮機能検査装置の構成を概略説明する図である。 図１のセンサ保持装置の先端部において、超音波アレイを保持する自在継手およびストッパ装置の構成を拡大して説明する図である。 図１の実施例において、超音波プローブの先端部に設けられた超音波アレイと超音波駆動制御回路と電子制御装置とを含む電気的構成を詳しく示す図である。 図１の電子制御装置の制御機能の要部を説明する機能ブロック線図である。 図３の反射信号検出手段により検出された反射信号の一部を示す図である。 図３の検波手段により検波された反射信号の一部を示す図である。 図３のピークタイム信号生成手段により生成されたピークタイム信号の一部を示す図である。 図３の表示手段による生体情報の超音波断面画像ＭＧとピークタイム信号ＳＰとの並列表示例を示す図である。 図３の表示手段による生体情報の表示例を示す図である。

符号の説明

１４：生体
２０：動脈（血管）
３０：血管内皮機能検査装置（内腔径測定装置）
３４：画像表示装置（表示器）
６８：生体情報測定装置
１０４：表示手段

Claims (6)

1. 血管の内腔径の変化率を得るために、生体に対して刺激を与えた後に該生体の血管の内腔径を繰り返し測定する血管内腔径測定装置であって、
   
   表示器と、
   生体の自律神経の活動に関連して発生する生体情報を該生体から測定する生体情報測定装置と、
   少なくとも前記刺激前に設けられた安静期間において前記生体情報測定装置により測定された生体情報を前記表示器に表示出力させる表示手段と
   を、含むことを特徴とする血管内腔径測定装置。
2. 前記生体情報測定装置は、前記安静期間において前記生体情報を繰り返し測定するものであり、
   前記表示手段は、前記安静期間において繰り返し測定された前記生体情報を、前記表示器に時系列的に表示させるものであることを特徴とする請求項１の血管内腔径測定装置。
3. 前記表示器は、前記安静期間および前記刺激解除後の期間を含む時間軸を有する二次元座標を表示するものであり、
   前記内腔径は、前記刺激解除後の期間において繰り返し測定されるものであり、
   前記表示手段は、前記内腔径またはその変化率と、前記生体情報とを前記時間軸に沿ってグラフ表示させるものであることを特徴とする請求項１または２の血管内腔径測定装置。
4. 前記生体情報測定装置は、前記生体情報として、前記生体の心拍数、呼吸数、血圧、体温、脳波のうちの少なくとも１つを測定するものであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかの血管内腔径測定装置。
5. 前記血管に対する刺激は、前記生体の一部を圧迫して該生体の一部内に連続する血管を所定の阻血期間内において阻血した後に、該圧迫を解除して該血管内の血流を再開させたときに、該血管の内皮細胞に与える剪断応力であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかの血管内腔径測定装置。
6. 前記時間軸における安静期間は、前記阻血期間に対して単位長さ当たりの時間が長く、前記阻血解除後の期間に対して単位長さあたりの時間が短くなるように設定されていることを特徴とする請求項５の血管内腔径測定装置。
   
   

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