JP7112713B2 - Heart rate measurement processor - Google Patents
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Description
本発明は、胎児等の生体の心拍を計測処理する心拍計測処理装置に関する。 The present invention relates to a heartbeat measurement processing device for measuring heartbeats of a living body such as a fetus.
現在、産科の医療現場で胎児の健康状態を診断するために、ＮＳＴ（Ｎｏｎ Ｓｔｒｅｓｓ Ｔｅｓｔ）で分娩監視装置が広く用いられている。分娩監視装置では、超音波ドプラ効果に基づいて、超音波を送受信する探触子を用い、胎児の心臓の収縮期及び拡張期の振動に伴う胎児の心臓と探触子との距離が変化することで、探触子からの送信超音波が心臓で反射した際に超音波周波数がわずかだけ変化する性質（ドプラ効果と呼ばれる）を検査に利用している。送信超音波とその反射波を掛け合わせることにより、通信分野で用いられる振幅変調された波のエンベロープ部に相当する周波数成分の振動（可聴域の周波数成分で、いわゆる「うなり音（ビート）」とも称されている）が表れる。この周波数成分を音としてスピーカ等で出力することができる。また、心拍数については、自己相関関数を用いた処理により求められることが知られている。 Currently, a delivery monitoring device is widely used for NST (Non Stress Test) in order to diagnose the health condition of a fetus in obstetrics. A delivery monitoring device uses a probe that transmits and receives ultrasonic waves based on the ultrasonic Doppler effect, and the distance between the fetal heart and the probe changes as the fetal heart vibrates during systole and diastole. This makes use of the property (called the Doppler effect) that the ultrasound frequency changes only slightly when the ultrasonic waves transmitted from the probe are reflected by the heart. By multiplying the transmitted ultrasonic wave and its reflected wave, the vibration of the frequency component corresponding to the envelope part of the amplitude-modulated wave used in the communication field (frequency component in the audible range, also known as "beat") ) appears. This frequency component can be output as sound by a speaker or the like. Further, it is known that the heart rate is obtained by processing using an autocorrelation function.
通常、分娩監視装置によるＮＳＴの診断では、２０分～４０分程度の診断時間で、妊婦がリラックス状態で連続的に胎児心拍数の計測を行っている。例えば、特許文献１では、人体に取り付けられた接触検知センサにおいて体内に向かって送信された超音波信号を反射させて検知された心拍状態に関する検知信号を取得する検知処理部と、取得された検知信号の振幅データに基づいて処理して検知信号の周期をリアルタイムで求める心音処理部と、求められた検知信号の周期を高速フーリエ変換により処理してリアルタイムで周波数解析する心音解析部とを備えた心拍状態解析装置が記載されている。
Usually, in the diagnosis of NST by a delivery monitor, the fetal heart rate is continuously measured while the pregnant woman is in a relaxed state for about 20 to 40 minutes. For example, in
従来の分娩監視装置では、反射された超音波の音的情報を基に心拍数を計測しているため、探触子から送信される超音波が正確に胎児の心臓に当たって反射していることが必要となるが、超音波が胎児の心臓に当たって反射されているかを確認する手段が備わっていない。そのため、計測中に子宮内で胎児が動いて胎児の心臓が探触子から送信された超音波信号の照射範囲から外れてしまう場合や、計測中に母親が動くことで計測前に設定された位置から探触子がずれてしまう場合に対して、臨機応変に探触子を調整することにより対応している。計測対象である胎児の心臓の位置が超音波の照射範囲から外れた状態では、連続して胎児心拍数を正確に計測できなくなる。また、例えば、双子以上の多胎児の心拍数計測の場合には、複数の胎児の動きに対して計測対象の胎児が入れ替わってしまうおそれがあり、胎児の個別の心拍数を連続して計測することで対応している。 Since the conventional delivery monitoring device measures the heart rate based on the sound information of the reflected ultrasound, it is possible to confirm that the ultrasound transmitted from the probe is accurately reflected by the fetal heart. Although necessary, there is no means for confirming whether ultrasound waves are being reflected off the fetal heart. Therefore, if the fetus moves in the uterus during measurement and the fetal heart moves out of the irradiation range of the ultrasonic signal transmitted from the probe, or if the mother moves during measurement, the setting before measurement will be canceled. The case where the probe deviates from the position is dealt with by adjusting the probe flexibly. When the position of the fetal heart to be measured is out of the ultrasonic irradiation range, the fetal heart rate cannot be measured continuously and accurately. In addition, for example, in the case of measuring the heart rate of multiple fetuses such as twins or more, there is a risk that the fetus to be measured may be replaced with the movement of multiple fetuses, so it is necessary to continuously measure the heart rate of each fetus We are dealing with this.
一方、医療現場では、従来より超音波画像診断装置を用いた検査技術が広く普及しており、脳、心臓、血管、内臓等の形状、位置、動作の診断をリアルタイムで行うことができるようになっている。超音波画像診断装置は、胎児の診断にも用いられており、カラードプラ法やパルスドプラ法、Ｍモード法といった画像診断方法が提案されている（特許文献２～４参照）。こうした超音波画像診断方法では、血管内を流れる血流中の赤血球に超音波を当てることで、ドプラ効果により血流の速さを（最高速度、平均速度等）求めて、その画像をリアルタイムで表示することが可能となっている。 On the other hand, in the medical field, examination technology using ultrasonic diagnostic imaging equipment has been widely used for a long time. It's becoming Ultrasonic image diagnostic apparatuses are also used for fetal diagnosis, and image diagnostic methods such as the color Doppler method, the pulse Doppler method, and the M-mode method have been proposed (see Patent Documents 2 to 4). In these diagnostic ultrasound imaging methods, by applying ultrasonic waves to red blood cells in the blood flowing through blood vessels, the speed of blood flow (maximum speed, average speed, etc.) is obtained by the Doppler effect, and the image is displayed in real time. It is possible to display.
そして、胎児を超音波画像診断することで、子宮内での胎児の様子や血流（胎児の臍帯）の方向などを画像としてリアルタイムで表示することができる。また、胎児の血管内の血流の速さに基づいて心拍数を求める機能も提案されている（非特許文献１参照）。 By performing ultrasound image diagnosis of the fetus, the state of the fetus in the womb and the direction of blood flow (the umbilical cord of the fetus) can be displayed as images in real time. Also proposed is a function of determining the heart rate based on the velocity of blood flow in fetal blood vessels (see Non-Patent Document 1).
上述したように、従来の分娩監視装置では、子宮内での胎児の動きに応じて変動する胎児の心臓位置を追跡して心臓位置を絶えず正確に捉える機能がないために、探触子から送信される超音波の照射範囲から胎児の心臓位置が外れることで、安定した心拍解析が難しくなる。 As described above, conventional delivery monitoring devices do not have the ability to track the fetal heart position, which fluctuates according to the movement of the fetus in the uterus, and to constantly and accurately capture the heart position. Stable heartbeat analysis becomes difficult when the fetal heart position is out of the irradiation range of ultrasound.
超音波画像診断装置を用いて胎児の心拍数を自動的に計測する方法が提案されているが、こうした画像診断技術は短時間で循環器・血流系統の異常を診断するもので、ＮＳＴの診断のように長時間にわたって連続して正確に計測することは想定されておらず、胎児の瞬時心拍数を連続して計測するには、安定性や精度面で課題がある。 A method of automatically measuring the heart rate of a fetus using an ultrasound diagnostic imaging device has been proposed. It is not intended for continuous and accurate measurement over a long period of time, such as in diagnosis, and there are issues with stability and accuracy in continuously measuring the instantaneous heart rate of a fetus.
そこで、こうしたＮＳＴの解析を正確に行う上での課題を解決するためには、子宮内での胎児の動きに対して動かないか又は可動範囲が小さい部分に着目して計測対象とすることが考えられる。例えば、ほとんど動かない胎盤に付着している臍帯動脈（臍の緒）に着目して、胎児の心拍数と等価な脈拍数を計測方法が考えられる。臍帯動脈は胎盤に付着して可動範囲はその近傍領域に限定されるため、連続して正確に脈拍数を計測することが期待できる。 Therefore, in order to solve the problems in accurately analyzing the NST, it is necessary to focus on the part that does not move with respect to the movement of the fetus in the womb or the part that has a small movable range as the measurement target. Conceivable. For example, focusing on the umbilical artery (umbilical cord) attached to the placenta which hardly moves, a method of measuring the pulse rate equivalent to the heart rate of the fetus can be considered. Since the umbilical artery is attached to the placenta and its range of motion is limited to its neighboring region, continuous and accurate pulse rate measurement can be expected.
胎盤に付着している臍帯動脈を計測対象とする場合、臍帯は胎児の心臓に比べて小さく細いために、子宮内で胎児の動きに伴って羊水が揺れることにより、常に、超音波をその細い臍帯動脈に正確に照射させ続けることは難しいという問題がある。また、胎盤に付着している臍帯動脈に超音波を照射する場合、胎盤の外側（胎盤の表側）から当てると、胎盤を通して照射することになり、反射波の強度が弱くなる。また、胎盤の内側（胎盤の裏側）から当てると、胎児の動きにより臍帯動脈が覆われてしまい、安定して計測できない、といった問題がある。また、胎盤位置は母体によって個人差があり、そうした個人差に柔軟に対応して母体にストレスのかからないリラックスした状態で計測ができるようにすることが求められる。 When measuring the umbilical artery attached to the placenta, the umbilical cord is smaller and thinner than the fetal heart. There is a problem that it is difficult to continuously irradiate the umbilical artery accurately. In addition, when irradiating the umbilical artery attached to the placenta with ultrasonic waves, if the ultrasonic waves are applied from the outside of the placenta (front side of the placenta), the ultrasonic waves will be irradiated through the placenta, and the intensity of the reflected waves will be weakened. In addition, when applied from the inside of the placenta (back side of the placenta), the movement of the fetus covers the umbilical artery, making stable measurement impossible. In addition, the position of the placenta varies from mother to mother, and it is necessary to be able to flexibly respond to such individual differences so that the measurement can be performed in a relaxed state that does not place stress on the mother.
そこで、本発明は、胎児等の生体の心拍数を連続して正確に計測処理することができる心拍計測処理装置を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, it is an object of the present invention to provide a heart rate measurement processing apparatus capable of continuously and accurately measuring the heart rate of a living body such as a fetus.
本発明に係る心拍計測処理装置は、超音波を照射して検知信号を出力する探触子を備えた胎内検知部と、前記胎内検知部を駆動して検知対象領域である胎盤に向かって超音波を照射して検知信号を取得する送受信部と、前記検知信号に基づいて前記検知対象領域の画像を生成するとともに前記検知対象領域の位置情報を取得する画像処理部と、前記位置情報に基づいて前記胎盤に付着する臍帯動脈の根元部分に対応して配置された前記胎内検知部の前記探触子の前記検知信号に基づいて前記胎盤に付着する臍帯動脈の根元部分の脈拍信号を取得する信号処理部と、前記脈拍信号に基づいて胎児の心拍データを算出する心拍処理部とを備えている。さらに、前記検知信号を脈拍信号処理又は画像処理で処理するように切り換える切換処理部を備えている。さらに、前記胎内検知部は、複数の前記探触子を備えており、前記信号処理部は、前記検知信号に基づいて前記脈拍信号を出力する前記探触子を選択する。さらに、前記胎内検知部は、複数の前記探触子を中央の前記探触子の周囲に残りの前記探触子を照射範囲が一部重なるか接するように配置している。さらに、前記信号処理部は、前記脈拍信号の脈拍数が所定範囲内の前記探触子を選択する。 A heartbeat measurement processing apparatus according to the present invention includes an intrauterine detection unit including a probe that emits ultrasonic waves and outputs a detection signal; a transmission/reception unit that acquires a detection signal by irradiating sound waves; an image processing unit that generates an image of the detection target area based on the detection signal and acquires position information of the detection target area; and based on the position information. a pulse signal of the root portion of the umbilical artery attached to the placenta based on the detection signal of the probe of the intrauterine detection unit arranged corresponding to the root portion of the umbilical artery attached to the placenta. A signal processing unit and a heartbeat processing unit for calculating fetal heartbeat data based on the pulse signal are provided. Further, a switching processing unit is provided for switching between pulse signal processing and image processing for the detection signal. Furthermore, the in-utero detection unit includes a plurality of probes, and the signal processing unit selects the probe that outputs the pulse signal based on the detection signal. Further, the intrauterine detection unit arranges the plurality of probes around the central probe so that the irradiation ranges of the remaining probes partially overlap or are in contact with each other. Further, the signal processing section selects the probes whose pulse rate of the pulse signal is within a predetermined range.
本発明によれば、生体の心拍を計測する検知対象領域を画像生成して位置情報を取得し、位置情報に基づいて検知部を配置するようにしているので、正確に計測処理を行うことができる。また、複数の探触子を用いて脈拍信号を出力する探触子を選択することで、検知対象領域が移動した場合でも生体の心拍数を連続して安定した計測処理を行うことができる。 According to the present invention, an image is generated of the detection target area for measuring the heartbeat of the living body, the position information is acquired, and the detection unit is arranged based on the position information, so that the measurement process can be performed accurately. can. Further, by selecting a probe that outputs a pulse signal using a plurality of probes, continuous and stable measurement processing of the heart rate of the living body can be performed even when the detection target area moves.
以下、本発明について具体的に説明する。図１は、本発明に係る心拍計測処理装置の実施形態に関する概略ブロック構成図である。心拍計測処理装置は、処理部１０、記憶部１１、表示部１２及び操作部１３を備えており、処理部１０には、妊婦である母体の心臓の外側近傍に取り付けられた母体検知部１４及び胎盤の外側近傍に取り付けられた胎内検知部１５が接続されている。
The present invention will be specifically described below. FIG. 1 is a schematic block diagram of an embodiment of a heartbeat measurement processing device according to the present invention. The heartbeat measurement processing apparatus includes a
処理部１０は、母体検知部１４及び胎内検知部１５において体内に向かって送信された超音波信号を反射させて検知信号を受信する送受信部１００、検知信号を脈拍信号処理又は画像処理で処理するように切り換える切換処理部１０１と、受信された検知信号を処理して検知対象領域である臍帯動脈の脈拍信号を得る信号処理部１０２、信号処理部１０２において得られた脈拍信号を処理して心拍信号を抽出する心拍処理部１０３、心拍処理部１０３において抽出された心拍信号を解析する心拍解析部１０４、受信された検知信号をカラードプラモード又はＢモードにモード処理するモード処理部１０５、モード処理部１０５で処理されたモード信号に基づいてモード画像を生成するとともに検知対象領域の位置情報を取得する画像処理部１０６、心拍処理部１０３の処理結果及び心拍解析部１０４の解析結果を表示部１２に表示処理するとともに画像処理部１０６で生成されたモード画像を表示処理する表示処理部１０７を備えている。
The
記憶部１１は、得られた検知信号を記憶する信号処理ＤＢ１１０、モード信号及びモード画像に関する処理データを記憶する画像処理ＤＢ１１１、並びに、脈拍信号及び心拍信号に関する処理データを記憶する心拍処理ＤＢ１１２を備えている。
The storage unit 11 includes a
なお、処理部１０、記憶部１１、表示部１２及び操作部１３については、コンピュータ、ハードディスク、ディスプレイ、キーボード等を一体化した装置構成で各処理部の機能を実現するために必要なプログラム及びデータを構築することで、上述した心拍計測処理装置を実現させることができる。また、信号処理部１０２、心拍処理部１０３及び心拍解析部１０４の機能を実現する装置部分とモード処理部１０５及び画像処理部１０６の機能を実現する装置部分を別体にした装置構成とすることもでき、必要に応じて様々な装置構成で実現することができる。
The
母体検知部１４は、公知の分娩監視装置に使用されている探触子を用いることができ、送受信部１００からの駆動信号により超音波を母体内に照射して検知対象領域である心臓で反射された超音波をエコー信号に変換して送受信部１００に出力する。
The
胎内検知部１５は、複数の探触子を備えており、送受信部１００からの駆動信号により各探触子を駆動して超音波を検知対象領域である胎盤に向かって照射し、脈拍信号処理及び画像処理に必要なエコー信号を送受信部１００に出力する。胎内検知部１５は、胎盤の外側（表側）から照射するように取り付けることが好ましい。臍帯動脈は、胎盤の内側（裏側）に付着しており、外側から超音波を照射した場合胎盤を通して臍帯動脈を検知することになるが、常時安定した検知信号を得られることから、胎内検知部１５を胎盤の外側に配置することが好ましい。
The
脈拍信号処理では、複数の探触子を照射範囲が一部重なるか接するように配置する。例えば、図２は、５個の探触子の配置例を示している。中央に配置した探触子Ｐ０の周囲に４個の探触子Ｐ１～Ｐ４を等間隔で配置して中央の探触子Ｐ０の照射範囲Ｒ０を探触子Ｐ１～Ｐ４の照射範囲Ｒ１～Ｒ４で囲むように設定する。そして、胎盤に付着する臍帯動脈の根元部分が中央の探触子Ｐ０の照射範囲Ｒ０内となるように胎内検知部１５を取り付ける。このように胎内検知部１５を取り付けることで、可動範囲が小さい臍帯動脈の根元部分の脈拍信号を安定して得ることができる。また、臍帯動脈は、胎児の動きにより胎盤の付け根を中心に移動するため、根元部分が中央の探触子Ｐ０の照射範囲Ｒ０から外れた場合でも周囲に配置された探触子Ｐ１～Ｐ４のいずれかの照射範囲内に臍帯動脈の根元部分が入るようになり、継続して脈拍信号を得ることが可能となる。この場合、探触子の数は、５個以外の個数を配置してもよく、例えば９個の探触子を用いることで、中央の探触子の周囲に８個の探触子を等間隔で配置すればよい。
In the pulse signal processing, a plurality of probes are arranged so that their irradiation ranges partially overlap or touch each other. For example, FIG. 2 shows an arrangement example of five probes. Four probes P1 to P4 are arranged at equal intervals around the central probe P0, and the irradiation range R0 of the central probe P0 is defined as the irradiation range R1 to R4 of the probes P1 to P4. Set to be surrounded by Then, the
画像処理では、送受信部１００からの駆動信号により１つの探触子から超音波を胎盤に向かって照射しながら走査制御することで、胎盤全体を走査して胎盤の２次元画像を生成するためのエコー信号を得ることができる。胎内検知部１５では、脈拍信号処理用の探触子を画像処理用に兼用してもよく、画像処理用の探触子を別に取り付けて脈拍信号処理用の探触子と適宜切り換えて使用するように構成することもできる。
In the image processing, the entire placenta is scanned and a two-dimensional image of the placenta is generated by performing scanning control while irradiating ultrasonic waves from one probe toward the placenta according to the driving signal from the transmitting/receiving
送受信部１００は、母体検知部１４及び胎内検知部１５に駆動信号を送信して超音波を体内に照射させ、照射された超音波が体内組織で反射されて母体検知部１４及び胎内検知部１５から得られたエコー信号を受信する。胎内検知部１５に対しては、超音波の照射範囲を所定の検知ラインに沿って走査するように走査制御を行う。
The transmitting/receiving
切換処理部１０１は、送受信部１００から送信された検知信号を脈拍信号処理又は画像処理で処理するように切り換える処理を行う。具体的には、画像処理を行って臍帯動脈の位置情報を取得する画像処理フェーズ又は探触子からの検知信号に基づいて脈拍信号を得る脈拍信号処理フェーズに切り換える処理を行う。そして、画像処理フェーズから脈拍信号処理フェーズへ切り換える処理とともに、脈拍信号処理フェーズで脈拍信号を得る探触子が選択できなかった場合には画像処理フェーズに切り換える処理を行う。
The switching processing unit 101 performs processing for switching the detection signal transmitted from the transmitting/receiving
こうした切換処理を行うことで、臍帯動脈が移動して複数の探触子から脈拍信号が得られなくなった場合でも自動的に画像処理フェーズに切り換えて探触子の位置調整を行った後、脈拍信号処理フェーズに戻るように処理することが可能となり、脈拍信号が継続して得られるように処理することができる。そのため、得られた脈拍信号に基づいて心拍解析を連続して行うことが可能となり、胎児の健康状態を常時的確に把握して将来起こりうる異常状態を予想して予防措置を取るための支援情報を提供することができる。 By performing such a switching process, even if the umbilical artery moves and pulse signals cannot be obtained from multiple probes, the phase is automatically switched to the image processing phase, and the position of the probe is adjusted. Processing can be performed to return to the signal processing phase, and processing can be performed so that the pulse signal can be continuously obtained. Therefore, it is possible to continuously analyze the heart rate based on the obtained pulse signal, and support information for accurately grasping the health condition of the fetus at all times, predicting abnormal conditions that may occur in the future, and taking preventive measures. can be provided.
また、切換処理部１０１は、上述した計測処理を行う通常モードの他に、緊急事態に対処するための特別モードを実行する機能を備え、必要に応じて通常モードと特別モードとの間のモードを切り換える処理を行う。特別モードで行う処理としては、例えば、ハードウエアやソフトウエアの各部からの割り込み信号を受け付ける処理、要求された割り込みレベルに応じて現在の割り込みを許可／禁止するかを決定する処理、再割り込みを禁止する処理、割り込み処理の内容に応じて用意された特別なルーチンを実行する処理、所定の割り込み処理が終了したことを発信元に通知する処理、割り込み禁止処理を解除する処理、といった処理が挙げられる。 Further, the switching processing unit 101 has a function of executing a special mode for coping with emergency situations in addition to the normal mode for performing the above-described measurement processing, and switches between the normal mode and the special mode as necessary. perform processing to switch between The processing performed in the special mode includes, for example, processing to accept interrupt signals from each part of hardware and software, processing to determine whether to enable or disable the current interrupt according to the requested interrupt level, and processing to re-interrupt. Processing to prohibit interrupt processing, processing to execute a special routine prepared according to the content of the interrupt processing, processing to notify the sender that the specified interrupt processing has ended, processing to cancel the interrupt prohibition processing, etc. be done.
信号処理部１０２は、送受信部１００から得られた母体検知部１４及び胎内検知部１５の出力信号を処理して母体の心拍信号及び臍帯動脈の脈拍信号を出力する。得られた心拍信号及び脈拍信号は、記憶部１１の信号処理ＤＢ１１０に記憶される。
The
胎内検知部１５から出力された複数の探触子の出力信号については、各探触子の出力信号を順次自己相関関数を用いて脈拍解析を行い、得られた脈拍数が胎児の心拍数の標準値（１２０～１６０ｒｐｍ）の範囲内にあるか否かで脈拍信号の有無を判定する。判定の基準となる心拍数の範囲は、個体差があるため個別に設定可能としておくことが好ましい。出力信号が脈拍信号を含む場合には、ドプラ音（うなり音）が聞こえるようになることから、検知信号にドプラ音に対応する信号が含まれているか否か判定して脈拍信号を出力する探触子を選択することもできる。胎内検知部１５のいずれの探触子からも脈拍信号が得られない場合には、切換処理部１０１に画像処理を行うよう指令するとともに探触子の位置調整を行うよう警告処理を行う。
For the output signals of a plurality of probes output from the
心拍処理部１０３は、信号処理部１０２において得られた脈拍信号について所定の時間毎にサンプリングし、サンプリングして得られた脈拍信号の振幅データに基づいて平均振幅差関数（ＡＭＤＦ）法を用いて信号相関により脈拍信号の周期を求め、ＲＲ時間等の心拍データを算出する。また、母体検知部１４から得られた心拍信号についても、同様の処理を行って心拍データを得る。算出された心拍データは、記憶部１１の心拍処理ＤＢ１１２に記憶される。
The heartbeat processing unit 103 samples the pulse signal obtained in the
心拍解析部１０４は、心拍処理部１０３で求められた心拍データに基づいて所定区間毎に高速フーリエ変換（ＦＦＴ）により周波数解析処理を行うことで、心拍状態の変動の様子を周波数特性の観点からリアルタイムで解析する。例えば、特許文献４に記載されているように、低周波成分（ＬＦ）にピークがある場合にはストレス状態であり、高周波成分（ＨＦ）にピークがある場合には安らぎ状態であることが知られており、解析結果に基づいて胎児の健康状態をリアルタイムで診断する支援情報として活用することが期待できる。得られた解析結果は、記憶部１１の心拍処理ＤＢ１１２に記憶される。
The
心拍データに基づいて胎児の瞬時心拍数（ＲＲ時間間隔ＲＩに対応）の細変動解析を行って、胎児の健康状態を診断するためには、長時間にわたって安定した正確な心拍データが必要となるが、本装置では、上述したように、連続した心拍データを安定して得ることができる。 Stable and accurate heartbeat data over a long period of time is required to diagnose the health condition of the fetus by performing minute fluctuation analysis of the instantaneous heartbeat rate of the fetus (corresponding to the RR time interval RI) based on the heartbeat data. However, as described above, this apparatus can stably obtain continuous heartbeat data.
モード処理部１０５は、送受信部１００から得られた検知信号に基づいてＢモード走査に対応するＢモード処理及びカラードプラモード走査に対応するカラードプラモード処理を行う。モードの選択は、操作部１３での選択操作により適宜行う。こうしたモード処理は、公知の処理方法で行うことができる。Ｂモード処理では、検知信号を包絡線検波し、対数圧縮により検知信号の強度を輝度で表示するＢモード信号を得る。カラードプラモード処理では、検知信号を直交検波し、周波数解析により走査領域内の血液等の平均流速等の流速情報を算出し、流速情報に対応するカラードプラモード信号を得る。得られたモード信号は、記憶部１１の画像処理ＤＢ１１１に記憶される。
The mode processing unit 105 performs B-mode processing corresponding to B-mode scanning and color Doppler mode processing corresponding to color Doppler mode scanning based on the detection signal obtained from the transmitting/receiving
画像処理部１０６は、モード処理部１０５で処理されたモード信号に基づいてモード画像を生成する。モード信号に基づいて走査領域に対応する２次元画像を生成し、生成された２次元画像を組み合せることで３次元画像を生成する。こうした画像処理は、公知の処理方法で行うことができる。生成された画像では、胎盤に付着する臍帯動脈をリアルタイムで表示することが可能となる。
The
画像処理部１０６は、リアルタイムで表示された胎盤の画像に基づいて検知対象領域である臍帯動脈の位置を特定する処理を行う。検知対象領域である臍帯動脈の根元部分に対応する画像領域を操作部１３で指定することで、画像空間の原点位置を基準としてその位置情報（座標位置、角度位置）を取得する。画像処理部１０６では、人工知能を用いて胎盤の画像に基づいて自動的に臍帯動脈を特定して位置情報を取得するように処理することもできる。
The
表示処理部１０７は、画像処理部１０６で生成されたモード画像を表示処理し、検知対象領域を特定することができるようにする。また、心拍処理部１０３の処理結果及び心拍解析部１０４の解析結果を表示部１２に表示処理し、胎児の心拍状態をリアルタイムで確認して、胎児の健康状態を診断することが可能となる。
The
図３は、心拍計測処理に関するフローである。まず、母体検知部１４及び胎内検知部１５をセットする（Ｓ１００）。母体検知部１４は、妊婦の心臓に対向する位置に取り付け、胎内検知部１５は、胎盤の外側（表側）に対向する位置に取り付ける。次に、画像処理フェーズに切り換えて（Ｓ１０１）、胎内検知部１５を駆動して超音波を胎盤に向かって照射しながら走査し、得られた検知信号に基づいてモード信号を生成する（Ｓ１０２）。生成されたモード信により胎盤に関する超音波画像を生成する（Ｓ１０３）。図４は、胎盤及び臍帯動脈に関する超音波画像の一例を示している。画面中央には、右側に向かって細く延びる臍帯動脈が鮮明に表示されている。
FIG. 3 is a flow regarding heart rate measurement processing. First, the maternal
生成された画像中の臍帯動脈の根元部分に関する位置情報を取得して（Ｓ１０４）記憶部１１に保存する。画面表示された画像の該当箇所をタッチして位置情報を選択するようにしてもよく、操作部から入力して保存するようにしてもよい。また、人工知能を用いて胎盤画像を学習させて自動的に臍帯動脈に該当する画像領域を特定することで位置情報を取得することもできる。 Positional information about the root portion of the umbilical artery in the generated image is acquired (S104) and stored in the storage unit 11. FIG. The position information may be selected by touching the corresponding portion of the image displayed on the screen, or may be input from the operation unit and saved. Positional information can also be obtained by learning placental images using artificial intelligence and automatically specifying an image region corresponding to the umbilical artery.
次に、脈拍信号処理フェーズに切り換えて（Ｓ１０５）、取得した位置情報を用いて胎内検知部１５を臍帯動脈に対向する位置にセットする（Ｓ１０６）。図２に示す探触子の配置例では、中央の探触子Ｐ０の照射範囲の中心に臍帯動脈の根元部分が一致するようにセットすればよい。
Next, the phase is switched to the pulse signal processing phase (S105), and the
胎内検知部１５は、腰ベルト等の装着具に取り付けておき、装着具を妊婦の腹部の周囲に装着することで、胎内検知部１５を安定して取り付けることができ、また、取付位置を調整することが可能となる。取付位置を調整する場合には、マーキング道具等で位置情報に基づき腹部にマーク表示しておき、表示されたマークに合わせて調整することができる。また、胎内検知部１５に移動手段を設けて自動的に位置調整することもできる。例えば、腹部の周囲をリング状に取り巻く装着台に移動可能なキャリッジを取り付けて、胎内検知部１５をキャリッジに載置して位置情報に合わせて移動させるようにすればよい。
The
次に、胎内検知部１５の複数の探触子を順次駆動して検知信号を取得し、脈拍信号を取得する処理を行い、取得した脈拍信号の脈拍数が所定の範囲内（例えば、１２０～１６０ｒｐｍ）の探触子を選択する処理を行う（Ｓ１０７）。図２に示す探触子の配置例では、探触子Ｐ０から順次Ｐ１→Ｐ２→Ｐ３→Ｐ４と選択して脈拍数を算出すればよい。
Next, the plurality of probes of the
選択された探触子があるか否かチェックし（Ｓ１０８）、選択された探触子がない場合（Ｓ１０８：ＮＯ）には、割り込み処理を行って（Ｓ１１３）ステップＳ１０１に戻り、画像処理フェースに切り換える。そして、再度画像処理を行って臍帯動脈の位置情報を取得する処理を行う。選択された探触子がある場合（Ｓ１０８：ＹＥＳ）には、取得した脈拍信号に心拍処理を行って、心拍周期、ＲＲ時間等の心拍データを算出する（Ｓ１０９）。得られた心拍データに基づいて解析処理を行って（Ｓ１１０）胎児の心拍状態を解析し、解析結果を画面表示する（Ｓ１１１）。 It is checked whether or not there is a selected probe (S108), and if there is no selected probe (S108: NO), interrupt processing is performed (S113), the process returns to step S101, and the image processing phase switch to Then, image processing is performed again to acquire the position information of the umbilical artery. If there is a selected probe (S108: YES), heartbeat processing is performed on the acquired pulse signal to calculate heartbeat data such as heartbeat cycle and RR time (S109). Analysis processing is performed based on the obtained heartbeat data (S110), the heartbeat state of the fetus is analyzed, and the analysis result is displayed on the screen (S111).
次に、選択された探触子の検知信号に基づいて得られた脈拍数が所定範囲内であるか否か判定し（Ｓ１１２）、脈拍数が所定範囲内である場合（Ｓ１１２：ＹＥＳ）には、ステップＳ１０９に戻り、脈拍信号を取得して心拍処理及び解析処理を行う。脈拍数が所定範囲内でない場合（Ｓ１１２：ＮＯ）には、ステップＳ１０７に戻り、探触子の選択処理を行い、脈拍数が所定範囲内の探触子を再選択する。 Next, it is determined whether the pulse rate obtained based on the detection signal of the selected probe is within a predetermined range (S112), and if the pulse rate is within the predetermined range (S112: YES) returns to step S109, acquires the pulse signal, and performs heartbeat processing and analysis processing. If the pulse rate is not within the predetermined range (S112: NO), the process returns to step S107, the probe selection process is performed, and the probe whose pulse rate is within the predetermined range is selected again.
以上説明した処理により得られた脈拍信号に関する処理結果と同時に取得した心拍信号に関する処理結果を比較する実験を行った。図５は、脈拍信号の波形（図５（ａ））及び心拍信号の波形（図５（ｂ））を示しており、横軸に時間軸をとり、縦軸に振幅をとっている。心拍信号のピークに対応して脈拍信号でもピークが表れていることがわかる。 An experiment was conducted to compare the processing result of the pulse signal obtained by the processing described above and the processing result of the heartbeat signal obtained at the same time. FIG. 5 shows a pulse signal waveform (FIG. 5(a)) and a heartbeat signal waveform (FIG. 5(b)), where the horizontal axis represents time and the vertical axis represents amplitude. It can be seen that the pulse signal also has peaks corresponding to the peaks of the heartbeat signal.
図６は、脈拍信号から得られた脈拍数及び心拍信号から得られた心拍数の推移を示すグラフであり、横軸に時間をとり、縦軸に平均拍数をとっている。濃い色のグラフが脈拍数の時間推移を示しており、薄い色のグラフが心拍数の時間推移を示している。両者の拍数及びその推移はほぼ一致しており、脈拍信号が心拍信号を正確に反映していることがわかる。 FIG. 6 is a graph showing changes in the pulse rate obtained from the pulse signal and the heart rate obtained from the heartbeat signal, where the horizontal axis represents time and the vertical axis represents the average heart rate. A dark-colored graph indicates the temporal transition of the pulse rate, and a light-colored graph indicates the temporal transition of the heart rate. Both heart rate and their transition are almost the same, and it can be seen that the pulse signal accurately reflects the heartbeat signal.
以上説明したように、超音波画像に基づいて検知対象領域である臍帯動脈の根元部分の位置を特定して計測を行うので、脈拍信号を確実に取得することができる。また、脈拍信号の計測は、画像処理の信号処理後に行うので、画像処理の際の超音波照射と混信することなく正確に行うことができる。そして、複数の探触子を用いて計測を行うので、臍帯動脈が移動した場合でも、脈拍信号を検知している探触子を選択して連続して安定した信号処理を行うことが可能となる。特に、胎児の健康状態を診断する場合には、長時間にわたって妊婦がリラックスした状態で心拍状態を連続して計測することが必要となるが、本発明では連続して心拍状態を計測することができる。 As described above, since the position of the root portion of the umbilical artery, which is the detection target region, is specified and measured based on the ultrasonic image, the pulse signal can be reliably acquired. Further, since the pulse signal is measured after the signal processing of the image processing, it can be accurately performed without interfering with the irradiation of ultrasonic waves during the image processing. Furthermore, since measurements are performed using multiple probes, even if the umbilical artery moves, it is possible to select the probe that detects the pulse signal and perform stable signal processing continuously. Become. In particular, when diagnosing the health condition of a fetus, it is necessary to continuously measure the heartbeat condition of the pregnant woman in a relaxed state over a long period of time. can.
上述した例では、胎盤に付着した臍帯動脈の根元部分を検知対象領域として脈拍信号を取得するようにしているが、母体の状態に応じて臍帯動脈以外の血管部分を検知対象領域とすることもでき、様々な生体に対応することが可能となる。 In the above example, the pulse signal is acquired with the root portion of the umbilical artery attached to the placenta as the detection target region, but depending on the condition of the mother's body, a blood vessel portion other than the umbilical artery may also be the detection target region. It is possible to deal with various living organisms.
１・・・心拍計測処理装置、１０・・・処理部、１１・・・記憶部、１２・・・表示部、１３・・・操作部、１４・・・母体検知部、１５・・・胎内検知部、１００・・・送受信部、１０１・・・切換処理部、１０２・・・信号処理部、１０３・・・心拍処理部、１０４・・・心拍解析部、１０５・・・モード処理部、１０６・・・画像処理部、１０７・・・表示処理部
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