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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】特開2015-85142(P2015-85142A)
(43)【公開日】2015年5月7日
(54)【発明の名称】生体血管状態測定装置
(51)【国際特許分類】
A61B 8/08 20060101AFI20150410BHJP
A61B 5/0245 20060101ALI20150410BHJP
【ＦＩ】
A61B8/08
A61B5/02 320Z
【審査請求】未請求
【請求項の数】5
【出願形態】ＯＬ
【全頁数】21
(21)【出願番号】特願2013-228735(P2013-228735)
(22)【出願日】2013年11月1日
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第２項適用申請有り 第１９回画像センシングシンポジウム，２０１３年６月１２日
(71)【出願人】
【識別番号】500433225
【氏名又は名称】学校法人中部大学
(71)【出願人】
【識別番号】304008175
【氏名又は名称】株式会社ユネクス
(71)【出願人】
【識別番号】000004260
【氏名又は名称】株式会社デンソー
(74)【代理人】
【識別番号】100085361
【弁理士】
【氏名又は名称】池田 治幸
(74)【代理人】
【識別番号】100147669
【弁理士】
【氏名又は名称】池田 光治郎
(72)【発明者】
【氏名】藤吉 弘亘
(72)【発明者】
【氏名】益田 博之
(72)【発明者】
【氏名】小山 俊彦
【テーマコード（参考）】
4C017
4C601
【Ｆターム（参考）】
4C017AA10
4C017AB01
4C017AC40
4C017BC11
4C017BC17
4C017BC30
4C017BD10
4C017EE10
4C017FF30
4C601DD14
4C601EE09
4C601GA12
4C601GA18
4C601GA22
4C601GB04
4C601JB38
4C601JB40
4C601JB42
4C601JB48
4C601JB50
4C601JC09
4C601JC16
4C601JC23
4C601JC37
(57)【要約】
【課題】血管の拍動タイミングを好適に検出する生体血管状態測定装置を提供する。【解決手段】血管２０に対する超音波プローブ２４の方向を変化させるプローブ方向制御部１０２と、超音波プローブ２４の各方向に対応して受信される反射信号に基づいて血管２０の径方向の変化量の時系列波形を検出する時系列波形検出部１００と、その時系列波形検出部１００により検出される超音波プローブ２４の各方向に対応する時系列波形から、血管２０の径方向の変化量が最も大きくなる超音波プローブ２４の方向を検出する偏向方向検出部１０４とを、備えたものであることから、血管２０の変化の仕方が周囲の筋肉７０等の組織や超音波プローブ２４による拘束等に起因して偏向する場合においても、血管２０の径寸法の変化を好適に測定できる。
【選択図】図６
【特許請求の範囲】
【請求項1】
生体の表皮下に位置する血管に対して超音波を放射させ、該超音波の反射信号に基づいて前記血管の状態を測定する生体血管状態測定装置であって、
前記血管に対して超音波を放射させ、且つ該超音波の反射信号を受信するプローブと、
前記血管に対する該プローブの方向を変化させるプローブ方向制御部と、
該プローブ方向制御部により変化させられる前記プローブの各方向に対応して、前記プローブにより受信される前記反射信号に基づいて前記血管の径方向の変化量の時系列波形を検出する時系列波形検出部と、
該時系列波形検出部により検出される前記プローブの各方向に対応する前記時系列波形から、前記血管の径方向の変化量が最も大きくなる前記プローブの方向を検出する偏向方向検出部と
を、備えたことを特徴とする生体血管状態測定装置。
前記血管に対して超音波を放射させ、且つ該超音波の反射信号を受信するプローブと、
前記血管に対する該プローブの方向を変化させるプローブ方向制御部と、
該プローブ方向制御部により変化させられる前記プローブの各方向に対応して、前記プローブにより受信される前記反射信号に基づいて前記血管の径方向の変化量の時系列波形を検出する時系列波形検出部と、
該時系列波形検出部により検出される前記プローブの各方向に対応する前記時系列波形から、前記血管の径方向の変化量が最も大きくなる前記プローブの方向を検出する偏向方向検出部と
を、備えたことを特徴とする生体血管状態測定装置。
【請求項2】
前記偏向方向検出部により検出された前記プローブの方向に対応して前記時系列波形検出部により検出される前記時系列波形の周期を検出する周期検出部と、
該周期検出部により検出された前記時系列波形の周期に基づいて前記血管の拍動タイミングを検出する拍動タイミング検出部と
を、備えたものである請求項１に記載の生体血管状態測定装置。
該周期検出部により検出された前記時系列波形の周期に基づいて前記血管の拍動タイミングを検出する拍動タイミング検出部と
を、備えたものである請求項１に記載の生体血管状態測定装置。
【請求項3】
前記時系列波形検出部により検出される前記時系列波形に、所定の時間間隔に対応するフレームを設定するフレーム設定部と、
該フレーム設定部により設定される前記フレームを時間方向にシフトさせ、各シフト時における前記フレームに含まれる前記時系列波形を取得するフレーム内波形取得部と
を、備え、
前記周期検出部は、前記フレーム内波形取得部により取得された前記各フレームに含まれる時系列波形の自己相関関数を算出し、算出された自己相関関数に基づいて前記時系列波形の周期を検出するものである
請求項２に記載の生体血管状態測定装置。
該フレーム設定部により設定される前記フレームを時間方向にシフトさせ、各シフト時における前記フレームに含まれる前記時系列波形を取得するフレーム内波形取得部と
を、備え、
前記周期検出部は、前記フレーム内波形取得部により取得された前記各フレームに含まれる時系列波形の自己相関関数を算出し、算出された自己相関関数に基づいて前記時系列波形の周期を検出するものである
請求項２に記載の生体血管状態測定装置。
【請求項4】
前記周期検出部は、前記フレーム内波形取得部により取得された前記各フレームに含まれる時系列波形の自己相関関数の勾配を算出し、算出された自己相関関数の勾配に基づいて前記時系列波形の周期を検出するものである
請求項３に記載の生体血管状態測定装置。
請求項３に記載の生体血管状態測定装置。
【請求項5】
前記周期検出部は、前記フレーム内波形取得部により取得された前記各フレームに含まれる時系列波形の自己相関関数の勾配を算出し、前記各フレームに対応して算出される前記勾配の総和の平均に基づいて前記時系列波形の周期を検出するものである
請求項４に記載の生体血管状態測定装置。
請求項４に記載の生体血管状態測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、生体の一部の血管に対する超音波の反射信号に基づいてその血管の状態を測定する生体血管状態測定装置に関し、特に、血管の拍動タイミングを好適に検出するための改良に関する。
【背景技術】
【0002】
生体に超音波センサを接触させてその表皮下に位置する血管に対して超音波を放射させ、その超音波の反射信号に基づいて前記血管の血管径、内腔径等の状態を測定する生体血管状態測定装置が知られている。例えば、特許文献１に記載された血管形状測定装置がその一例である。この生体血管状態測定装置による血管状態の測定は、例えば、前記血管と他の組織との伝播速度差によりそれらの境界から反射される超音波反射信号間の時間差処理、或いはその反射信号から合成される超音波画像上における距離測定等により行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特許第４４４１６６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
前記血管の状態測定においては、データ量を低減させるために心臓の拍動に同期して一定のタイミングで記録した超音波画像等を用いて測定する方法が採られることが多い。例えば上腕では、心電図におけるＲ波から約５０〜１００（ｍｓ）で脈波が到達するが、脈波の伝播は血管径や壁厚、壁の弾性等に依存するため、同じ距離離れていても脈波伝播時間には個人差（個体差）がある。そこで、前記超音波画像等から前記血管の拍動タイミングを検出することが求められる。ところで、前記血管の血管径が変化する態様としては、その血管の膨らみや移動等があるが、変化の仕方が周囲の筋肉等の組織やプローブによる拘束等に起因して偏向することが考えられる。すなわち、測定の仕方によっては前記血管の径寸法の変化を好適に測定できず、前記血管の拍動タイミングを好適に検出できないという不具合があった。前記従来の技術では、斯かる不具合を解決することができなかった。このような課題は、生体血管状態測定装置の性能向上を意図して本発明者等が鋭意研究を継続する過程において新たに見出したものである。
【0005】
本発明は、以上の事情を背景として為されたものであり、その目的とするところは、血管の拍動タイミングを好適に検出する生体血管状態測定装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0006】
斯かる目的を達成するために、本第１発明の要旨とするところは、生体の表皮下に位置する血管に対して超音波を放射させ、その超音波の反射信号に基づいて前記血管の状態を測定する生体血管状態測定装置であって、前記血管に対して超音波を放射させ、且つその超音波の反射信号を受信するプローブと、前記血管に対するそのプローブの方向を変化させるプローブ方向制御部と、そのプローブ方向制御部により変化させられる前記プローブの各方向に対応して、前記プローブにより受信される前記反射信号に基づいて前記血管の径方向の変化量の時系列波形を検出する時系列波形検出部と、その時系列波形検出部により検出される前記プローブの各方向に対応する前記時系列波形から、前記血管の径方向の変化量が最も大きくなる前記プローブの方向を検出する偏向方向検出部とを、備えたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【0007】
このように、前記第１発明によれば、前記血管に対して超音波を放射させ、且つその超音波の反射信号を受信するプローブと、前記血管に対するそのプローブの方向を変化させるプローブ方向制御部と、そのプローブ方向制御部により変化させられる前記プローブの各方向に対応して、前記プローブにより受信される前記反射信号に基づいて前記血管の径方向の変化量の時系列波形を検出する時系列波形検出部と、その時系列波形検出部により検出される前記プローブの各方向に対応する前記時系列波形から、前記血管の径方向の変化量が最も大きくなる前記プローブの方向を検出する偏向方向検出部とを、備えたものであることから、前記血管の変化の仕方が周囲の筋肉等の組織やプローブによる拘束等に起因して偏向する場合においても、前記血管の径寸法の変化を好適に測定できる。すなわち、血管の拍動タイミングを好適に検出する生体血管状態測定装置を提供することができる。
【0008】
前記第１発明に従属する本第２発明の要旨とするところは、前記偏向方向検出部により検出された前記プローブの方向に対応して前記時系列波形検出部により検出される前記時系列波形の周期を検出する周期検出部と、その周期検出部により検出された前記時系列波形の周期に基づいて前記血管の拍動タイミングを検出する拍動タイミング検出部とを、備えたものである。このようにすれば、前記血管の変化の仕方が周囲の筋肉等の組織やプローブによる拘束等に起因して偏向する場合においても、前記血管の拍動タイミングを好適且つ実用的な態様で検出することができる。
【0009】
前記第２発明に従属する本第３発明の要旨とするところは、前記時系列波形検出部により検出される前記時系列波形に、所定の時間間隔に対応するフレームを設定するフレーム設定部と、そのフレーム設定部により設定される前記フレームを時間方向にシフトさせ、各シフト時における前記フレームに含まれる前記時系列波形を取得するフレーム内波形取得部とを、備え、前記周期検出部は、前記フレーム内波形取得部により取得された前記各フレームに含まれる時系列波形の自己相関関数を算出し、算出された自己相関関数に基づいて前記時系列波形の周期を検出するものである。このようにすれば、前記血管の拍動タイミングを好適且つ実用的な態様で検出することができる。
【0010】
前記第３発明に従属する本第４発明の要旨とするところは、前記周期検出部は、前記フレーム内波形取得部により取得された前記各フレームに含まれる時系列波形の自己相関関数の勾配を算出し、算出された自己相関関数の勾配に基づいて前記時系列波形の周期を検出するものである。このようにすれば、前記血管の拍動タイミングを好適且つ実用的な態様で検出することができる。
【0011】
前記第４発明に従属する本第５発明の要旨とするところは、前記周期検出部は、前記フレーム内波形取得部により取得された前記各フレームに含まれる時系列波形の自己相関関数の勾配を算出し、前記各フレームに対応して算出される前記勾配の総和の平均に基づいて前記時系列波形の周期を検出するものである。このようにすれば、前記血管の拍動タイミングを好適且つ実用的な態様で検出することができる。
【発明を実施するための形態】
【0013】
本発明の血管形状測定装置は、好適には、生体の上腕表皮下における動脈である上腕動脈の測定を行うものである。或いは、生体の前腕部やトウ骨動脈など表皮面より測定できる動脈や静脈、その他の下肢の血管等の血管パラメータの測定においても同様に適用され、効果を奏するものである。
【0014】
本発明の血管形状測定装置に備えられたプローブは、好適には、互いに平行な２列の第１短軸用超音波アレイ探触子及び第２短軸用超音波アレイ探触子と、それらの長手方向中央部を連結する長軸用超音波アレイ探触子とを一平面に有して成るＨ型のハイブリッド型の超音波プローブである。或いは、インライン型やその他のプローブを備えた血管形状測定装置にも本発明は同様に適用され、効果を奏するものである。
【0015】
本発明の血管形状測定装置は、好適には、３つの超音波アレイ探触子を有する超音波プローブを備えたものであるが、２つの超音波アレイ探触子或いは４つ以上の超音波アレイ探触子を有する超音波プローブを備えた生体血管状態測定装置にも本発明は好適に適用されるものである。
【0016】
以下、本発明の好適な実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
【実施例】
【0017】
図１は、センサ保持器１０に保持されたプローブユニット１２を用いて、生体１４の上腕１６における皮膚１８（厳密には表皮）の上からその皮膚１８直下に位置する動脈等の血管２０の非侵襲的な超音波診断を行う、本発明の一実施例である生体血管状態測定装置２２（以下、単に測定装置２２という）の全体的な構成を例示する斜視図である。
【0018】
前記プローブユニット１２は、前記血管２０に関連する生体情報すなわち血管パラメータを検出するためのセンサとして機能するものであって、互いに平行な１対の第１短軸用超音波アレイ探触子２４ａ及び第２短軸用超音波アレイ探触子２４ｂと、それらの長手方向中央部を連結する長軸用超音波アレイ探触子２４ｃとを、１平面上すなわち平坦な探触面２５に有するＨ型の超音波プローブ２４を備えている。前記第１短軸用超音波アレイ探触子２４ａ、第２短軸用超音波アレイ探触子２４ｂ、及び長軸用超音波アレイ探触子２４ｃは、例えば後述する図２に示すように、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（超音波発振子）ａ1〜ａnが直線的に配列されることにより長手状にそれぞれ構成されている。
【0019】
図２は、前記超音波プローブ２４の位置決めに関して本実施例で用いられるｘｙｚ軸直交座標軸を説明する図である。この図２においては、前記第１短軸用超音波アレイ探触子２４ａの長手方向をｘ軸方向としている。また、前記長軸用超音波アレイ探触子２４ｃの長手方向をｙ軸方向としている。また、前記第１短軸用超音波アレイ探触子２４ａの長手方向と前記長軸用超音波アレイ探触子２４ｃの長手方向との交点を通り且つ前記ｘ軸方向及びｙ軸方向に直交する方向をｚ軸としている。前記プローブユニット１２は、前記超音波プローブ２４をｘｙｚ方向において位置決めし、且つｘｙｚ軸それぞれの軸心まわりの回転角度を位置決めする多軸駆動装置（位置決め装置）２６を備えている。すなわち、図２に示すようなｘｙｚ軸直交座標軸に関して、前記超音波プローブ２４は、例えば、前記多軸駆動装置２６によりｘ軸方向に並進させられる。また、ｘ軸、ｙ軸、及びｚ軸それぞれの軸心まわりに回動させられる。
【0020】
図３は、前記測定装置２２の測定対象である血管２０の多層膜構成を概略的に示す拡大図である。この図３に示す血管２０は、好適には上腕動脈であり、内膜Ｌ1、中膜Ｌ2、及び外膜Ｌ3の３層構造を備えている。超音波の反射は、一般に音響インピーダンスの異なる部分で発生することから、超音波を用いた前記血管２０の状態測定において、実際は血管内腔の血液と前記内膜Ｌ1の境界面、及び前記中膜Ｌ2と前記外膜Ｌ3との境界面が白く表示され、組織が白黒の班で表示される。
【0021】
図１に示すように、前記測定装置２２は、ＲＡＭの一時記憶機能を利用しつつ予めＲＯＭに記憶されたプログラムに従って入力信号を処理するＣＰＵを有する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２８と、モニタ画面表示装置（画像表示装置）３０と、超音波駆動制御回路３２と、３軸駆動モータ制御回路３４とを、備えている。前記測定装置２２による血管状態の測定においては、前記電子制御装置２８によって前記超音波駆動制御回路３２から駆動信号が供給されると、前記プローブユニット１２における前記超音波プローブ２４の前記第１短軸用超音波アレイ探触子２４ａ、前記第２短軸用超音波アレイ探触子２４ｂ、及び前記長軸用超音波アレイ探触子２４ｃからよく知られたビームフォーミング駆動によりビーム状の超音波が順次放射される。そして、前記第１短軸用超音波アレイ探触子２４ａ、前記第２短軸用超音波アレイ探触子２４ｂ、及び前記長軸用超音波アレイ探触子２４ｃにより超音波の反射信号が検知され、前記電子制御装置２８においてその検知された超音波反射信号の処理が行われることにより、前記皮膚１８下の超音波画像が発生させられ前記モニタ画面表示装置３０に表示される。
【0022】
図１に示すように、前記測定装置２２は、超音波駆動制御部８０、検波処理部８２、超音波信号処理部８４、３軸駆動モータ制御部８６、カフ圧制御部８８、血管状態評価部９０、及び表示制御部９２を備えている。これらの制御機能は、好適には、前記電子制御装置２８に機能的に備えられたものであるが、それらの制御機能のうち一部乃至全部が前記電子制御装置２８とは別体の制御部として構成され、相互に情報の通信を行うことにより以下に詳述する制御を行うものであってもよい。
【0023】
図４は、前記測定装置２２による血管状態の測定において、前記血管２０の超音波画像が生成される際に所定の計測位置に位置決めされた前記超音波プローブ２４と前記血管２０との位置関係を示すと共に、斯かる位置関係において前記モニタ画面表示装置３０に表示される血管の超音波画像を例示する図である。前記モニタ画面表示装置３０は、例えば、図４（ａ）に示すように、前記第１短軸用超音波アレイ探触子２４ａにより検知される超音波反射信号に対応する超音波画像（第１短軸画像）を表示する第１短軸画像表示領域Ｇ１と、前記第２短軸用超音波アレイ探触子２４ｂにより検知される超音波反射信号に対応する超音波画像（第２短軸画像）を表示する第２短軸画像表示領域Ｇ２と、前記長軸用超音波アレイ探触子２４ｃにより検知される超音波反射信号に対応する超音波画像（長軸画像、血管縦断面画像）を表示する長軸画像表示領域Ｇ３とを、備えている。好適には、前記第１短軸画像表示領域Ｇ１、前記第２短軸画像表示領域Ｇ２、前記長軸画像表示領域Ｇ３は、前記皮膚１８からの深さ寸法を示す共通の縦軸を備えたものである。なお、図４（ａ）内の「ImA，ImB」は、それぞれ前記血管２０の横断面を示している。
【0024】
前記測定装置２２は、好適には、前記超音波プローブ２４から前記血管２０に対して出力される超音波の反射信号に基づいて、その血管２０の径、内膜厚、プラーク、血流速度等を測定するＦＭＤ（Flow-Mediated Dilation：血流依存性血管拡張反応）の評価を行う。斯かるＦＭＤの評価に際して、前記モニタ画面表示装置３０は、例えば、前記血管２０における内膜の径の変化率すなわち内腔径の拡張率Ｒを時系列的に表示する。前記ＦＭＤの評価及び前記血管２０の超音波画像の生成等に際して、前記超音波プローブ２４は、測定対象である前記血管２０に対して所定の計測位置Ｐとなるように、前記電子制御装置２８に備えられた前記３軸駆動モータ制御部８６によって前記３軸駆動モータ制御回路３４から駆動信号を供給された前記多軸駆動装置２６の駆動により位置決めされる。前記所定の計測位置Ｐとは、好適には、前記第１短軸用超音波アレイ探触子２４ａ及び前記第２短軸用超音波アレイ探触子２４ｂが前記血管２０に対して直交し、且つ前記長軸用超音波アレイ探触子２４ｃが前記血管２０に対して平行となる位置である。図４を用いて説明すれば、前記所定の計測位置Ｐとは、その図４において「ａ＝ｂ，ｃ＝ｄ，ｅ＝ｆ」となる位置である。すなわち、前記第１短軸用超音波アレイ探触子２４ａから前記血管２０の中心までの距離と前記第２短軸用超音波アレイ探触子２４ｂから前記血管２０の中心までの距離とが互いに等しく、且つ前記第１短軸画像表示領域Ｇ１及び前記第２短軸画像表示領域Ｇ２の何れにおいてもそれらの幅方向中央部に前記血管２０の画像が位置させられた計測位置である。
【0025】
前記測定装置２２による血管状態の測定において、前記センサ保持器１０は、前記生体１４における上腕１６の皮膚１８の上からその皮膚１８直下に位置する前記血管２０を変形させない程度に軽く接触させる状態で前記プローブユニット１２を所望の姿勢で保持する。好適には、前記超音波プローブ２４の３次元空間内の位置が前記血管２０に対して前記所定の計測位置Ｐとなるように、前記プローブユニット１２を所望の姿勢で保持する。好適には、前記プローブユニット１２における前記超音波プローブ２４の端面と前記皮膚１８との間には、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画像を明瞭とするためのよく知られたゼリー、オリーブ油、グリセリン等のカップリング剤や、水を樹脂製袋内に閉じ込めた水袋等が介在させられる。
【0026】
図１に示すように、前記センサ保持器１０は、例えば、磁気的吸着力により机や台座等に固定されるマグネット台３６と、前記プローブユニット１２が固定されるユニット固定具３８と、前記マグネット台３６及び前記ユニット固定具３８に一端が固定され且つ球状に形成された先端部４２を有する連結部材４４、４５と、それら連結部材４４、４５を介して前記マグネット台３６と前記ユニット固定具３８とを相対移動可能に連結し支持する自在アーム４０とを、備えている。前記自在アーム４０は、相互に回動可能に連結された２つのリンク４６、４７と、それらリンク４６、４７の一端にて前記各先端部４２に対して回曲可能に嵌め入れられた嵌合穴４８をそれぞれ有する回曲関節部５０、５１と、各リンク４６、４７の他端にてその他端を相互に相対回動可能に連結し且つその連結箇所を貫設するねじ穴に螺合されたおねじ付き固定ノブ５２が締め付けられることで得られる締着力により相対回動不能にされる回動関節部５４とを、備えている。
【0027】
前記多軸駆動装置２６は、例えば、ｘ軸回動アクチュエータにより前記超音波プローブ２４のｘ軸まわりの回動位置を位置決めするために前記ユニット固定具３８に固定されるｘ軸回動（ヨーイング）機構と、ｘ軸並進アクチュエータにより前記超音波プローブ２４のｘ軸方向の並進位置を位置決めするためのｘ軸並進機構と、ｙ軸アクチュエータにより前記超音波プローブ２４のｙ軸まわりの回動位置を位置決めするためのｙ軸回動機構と、ｚ軸アクチュエータにより前記超音波プローブ２４のｚ軸まわりの回動位置を位置決めするためのｚ軸回動機構とを、備えて構成されている。斯かる構成により、前記多軸駆動装置２６は、前記電子制御装置２８からの指令に従って前記超音波プローブ２４の位置決め状態を制御する。
【0028】
前記超音波駆動制御回路３２は、前記電子制御装置２８に備えられた超音波駆動制御部８０からの指令に従って前記超音波プローブ２４から前記血管２０への超音波の放射を制御する。例えば、前記第１短軸用超音波アレイ探触子２４ａにおいて１列に配列された多数個の超音波振動子ａ1乃至ａnのうち、その端の超音波振動子ａ1から一定数の超音波振動子群例えば１５個のａ1乃至ａ15毎に所定の位相差を付与しつつ１０ＭＨｚ程度の周波数で同時駆動する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前記血管２０に向かって順次放射させる。そして、超音波振動子を１個ずつずらしながらその超音波ビームをスキャン（走査）させたときの放射毎の反射波を受信し、前記電子制御装置２８へ入力させる。前記電子制御装置２８へ入力された反射波信号は、前記検波処理部８２により検波され、前記超音波信号処理部８４により画像合成可能な情報として処理される。前記超音波信号処理部８４は、例えば、前記血管２０と他の組織との伝播速度差によりそれらの境界から反射される超音波反射信号間の時間差処理や、その反射信号に基づく超音波画像の合成処理等を行う。
【0029】
前記電子制御装置２８は、前記超音波プローブ２４により受信される前記超音波の反射波に基づいて画像を合成し、前記皮膚１８下における前記血管２０の短軸画像すなわち横断面画像、及び長軸画像すなわち縦断面画像を生成させて、前記モニタ画面表示装置（画像表示装置）３０にそれぞれ表示させる。また、上記のようにして生成される前記血管２０の短軸画像及び長軸画像等から、その血管２０の径或いは内皮７０の直径である内皮径（内腔径）ｄ1等を算出する。また、前記血管２０の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）を表す血管内腔径の拡張率（変化率）Ｒ（％）［＝１００×（ｄ1−ｄa）／ｄa］を算出する。この式における「ｄa」は、安静時の血管内腔径（ベース径、安静径）を示している。
【0030】
前記測定装置２２による血管状態の測定では、前記生体１４における測定部位例えば上腕１６がカフ６２等の加圧装置により圧迫されて血流が阻止され、前記生体１４の一部（阻血部よりも末梢側の部分）が虚血状態とされた後、その血流が急激に解放されて測定部位の血管２０の血流が急速に増加させられることで、血管壁へのずり応力増加に伴う内皮からの一酸化窒素（ＮＯ）の産生が起こり、その一酸化窒素に依存する平滑筋の弛緩状況を調べることで内皮機能の判定が行われる。
【0031】
図５は、前記測定装置２２による前記血管２０のＦＭＤ評価における、阻血（駆血）開放後の血管内腔径ｄ1の変化を例示したタイムチャートである。この図５においては、時点ｔ１が阻血開放時を表しており、時点ｔ２から血管内腔径ｄ1が拡張し始め、時点ｔ３で血管内腔径ｄ1がその最大値ｄMAXに達していることが示されている。従って、前記電子制御装置２８が算出する血管内腔径の拡張率Ｒは、時点ｔ３で最大になる。
【0032】
前記測定装置２２による前記血管２０のＦＭＤ評価のための前記阻血は、図１に示すように、前記電子制御装置２８に備えられたカフ圧制御部８８により空気ポンプ５８及び圧力制御弁６０等が制御されることにより実行される。例えば、前記電子制御装置２８からの指令に従って、前記空気ポンプ５８からの元圧が圧力制御弁６０で制御され、前記上腕１６に巻回されたカフ６２に供給される。具体的には、前記カフ６２の圧力（カフ圧）が、前記生体１４の最高血圧を超える所定の阻血カフ圧にまで昇圧させられることで、ＦＭＤ評価のための前記阻血が行われる。このとき、前記カフ圧制御部８８は、前記カフ６２の圧力（カフ圧）を検出する圧力センサ６４からの信号に応じてそのカフ圧を検出する。そして、図５においては、例えば、前記カフ圧制御部８８は、阻血開放前の所定時間すなわち時点ｔ１前の所定時間にわたって前記カフ圧を前記阻血カフ圧で維持し、阻血開放時（時点ｔ１）において前記カフ圧を直ちに大気圧にまで減圧する。これにより、測定部位Ｐにおける前記血管２０が急速に充血させられ、前記測定装置２２により対象となる血管２０の虚血状態からの充血後の血管径ｄmaxが測定される。
【0033】
図６は、前記血管状態評価部９０に備えられた制御機能の一例の要部を説明する機能ブロック線図である。前記血管状態評価部９０は、前記超音波駆動制御回路３２（超音波駆動制御部８０）により前記超音波プローブ２４から前記生体１４の表皮下に位置する前記血管２０に対して放射された超音波に対して、前記超音波プローブ２４により受信されて前記検波処理部８２による検波及び前記超音波信号処理部８４による信号処理が行われた前記超音波の反射信号に基づいて、前記血管２０の状態を評価する。斯かる制御を行うために、前記血管状態評価部９０は、時系列波形検出部１００、プローブ方向制御部１０２、偏向方向検出部１０４、フレーム設定部１０６、フレーム内波形取得部１０８、周期検出部１１０、及び拍動タイミング検出部１１２を備えている。以下、各制御部の処理について詳述する。
【0034】
前記時系列波形検出部１００は、前記超音波プローブ２４により受信される前記反射信号（ＲＦ信号）に基づいて前記血管２０の径方向の変化量の時系列波形を検出する。例えば、前記第１短軸用超音波アレイ探触子２４ａから前記血管２０に対して放射された超音波に対してその第１短軸用超音波アレイ探触子２４ａにより受信され、前記超音波処理部８４により信号処理された反射信号に基づいて記血管２０の短軸断面形状に係る径寸法の変化量を算出し、その変化量の時系列変化（経時的な変化）を検出する。具体的には、前記第１短軸用超音波アレイ探触子２４ａにより受信された一連の反射信号のうち、前記血管２０の中心付近を通る反射信号を検出し、その反射信号に基づいて以下に説明するような方法で前記血管２０の径方向の変化量を算出して、算出される変化量を時系列で前記電子制御装置２８等に備えられた所定の記憶装置に記憶させる。
【0035】
前記血管状態評価部９０は、好適には、公知の技術により前記超音波プローブ２４により受信される前記反射信号に基づいて前記血管２０の断面画像を生成する。例えば、前記検波処理部８２により検波された前記反射信号に基づく短軸断面形状に関して、前記血管２０の中心位置より３６０°方向の輝度の微分値を算出し、変化の大きい位置（微分値が規定値以上である位置、エッジ等）を特徴点として判定（抽出する）。好適には、前記検波処理部８２により検波された前記反射信号を、前記超音波信号処理部８４により２乗化して信号パワーに対応する信号に変換し、更に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する。そして、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を生成する。例えば、前記第１短軸用超音波アレイ探触子２４ａ、第２短軸用超音波アレイ探触子２４ｂにより受信される前記超音波の反射波に基づいて前記血管２０の短軸画像すなわち横断面画像を生成する。
【0036】
図７は、前記血管状態評価部９０により前記反射信号に基づいて生成される前記血管２０の短軸画像の見え方の一例を示す図である。図７においては、前記超音波プローブ２４（第１短軸用超音波アレイ探触子２４ａ）からの超音波の放出方向を破線矢印で、前記血管２０における内腔と壁との境界６６を一点鎖線でそれぞれ示している。前記超音波プローブ２４により受信される前記反射信号に基づいて生成される前記血管２０の断面画像は、必ずしも前記血管２０の全周囲に対応して描出されるものではなく、超音波の放射方向に応じて、前記血管２０における特徴点例えば内腔と壁との境界６６の一部を視認可能に描出するものである。例えば、図７に示すように、超音波断面画像内の前記血管２０内に、その血管２０の内皮６８（血管壁の内周面）が１対の円弧状曲線で描出される。すなわち、前記反射信号に基づいて生成される前記血管２０の短軸画像としては、例えば、その血管２０における血管壁のうち超音波の放射方向に対して垂直を基準とする所定の角度範囲内の壁のみが描出される。前記血管２０の径寸法は、前記内皮６８に対応する１対の円弧状曲線相互の間隔から求められる。その１対の円弧状曲線相互の間隔の経時的変化（時間変化するコマ間の特徴点の違い）は、前記血管２０の径寸法の径時的変化に対応する。従って、前記１対の円弧状曲線相互の間隔の経時的変化に基づいて前記血管２０の経時的変化の検出、延いてはその血管２０の血管状態の評価が行われる。更に、前記反射信号に係る位相相関やドップラー法、或いは画像情報でオプティカルフロー法等を用いて、前記血管２０の血管壁の移動量を直接計測する方法も採られる。
【0037】
図８〜図１０は、前記血管２０の血管径の変化の態様をその短軸断面画像に基づいて説明する図であり、血管径が拡大（拡張）した様子を破線で示している。前記血管２０の拍動は、理想的には、前記血管２０の径方向に偏向することなく、図８に示すように径方向に均一な変化量をもって拡大（拡張）乃至縮小（収縮）する。しかし、実際には、前記超音波プローブ２４による拘束（圧迫）や周囲の筋肉等の組織に起因して、前記血管２０の径方向の変化が偏向することが考えられる。例えば、前記超音波プローブ２４による拘束等によっては、図９に示すように、所定の方向（図９に示す例では、紙面向かって左上方向）に偏って拡大乃至縮小する。すなわち、図９に示す例では、紙面向かって左上方向への血管径の変化量が比較的大きく、上下方向、左右方向への血管径の変化量がそれよりも小さい。右上方向、左下方向へは血管径はほとんど変化しない。図１０に示すように前記血管２０の周囲に筋肉７０が存在する場合には、その筋肉７０が存在する方向へは前記血管２０の血管径が変化しづらく、前記筋肉７０を避ける方向に偏向して前記血管２０の血管径が変化する。すなわち、図１０に示す例では、前記筋肉７０が存在する紙面向かって上下方向には前記血管２０の血管径が変化しづらく、前記筋肉７０を避ける紙面向かって左方向に偏向して前記血管２０の血管径が変化する。
【0038】
図１１〜図１３は、図９に示すように血管径の変化が偏向する前記血管２０に対する前記超音波プローブ２４の方向に応じた短軸画像の見え方の違いを説明する図である。これら図１１〜図１３においては、前記第１短軸用超音波アレイ探触子２４ａによる第１短軸画像の生成について説明しているが、前記第２短軸用超音波アレイ探触子２４ｂによる第２短軸画像の生成についても同様である。前記超音波プローブ２４から前記血管２０に対して放射される超音波の放射方向は、前記血管２０に対する前記超音波プローブ２４の方向（角度）に応じて異なる。
【0039】
図９に示すように前記血管２０における血管径の変化が左上方向に偏向している例においては、図１１に示すように、前記血管２０に対して左上から右下に向けて超音波を放射させ、その反射信号に基づいて短軸画像を生成することで、前記血管２０における血管径の変化量を最も好適に検出できる。図１４は、前記血管２０に対する前記超音波プローブ２４の方向が図１１に示す状態とされる場合において、その超音波プローブ２４により検出される前記反射信号に基づいて前記時系列波形検出部１００により検出される時系列波形を例示する図である。図１４においては、前記血管２０の血管径の変化量のピークを検出するための閾値を一点鎖線で示している。図１４に示す例では、時系列波形が周期的に閾値を超えるため、その時系列波形のピークを検出し易い。
【0040】
図９に示すように前記血管２０における血管径の変化が左上方向に偏向している例において、図１２に示すように、前記血管２０に対して上から下に向けて超音波を放射させ、その反射信号に基づいて短軸画像を生成する態様では、図１１に示す例に比べて検出される前記血管２０における血管径の変化量が小さくなる。図１５は、前記血管２０に対する前記超音波プローブ２４の方向が図１２に示す状態とされる場合において、その超音波プローブ２４により検出される前記反射信号に基づいて前記時系列波形検出部１００により検出される時系列波形を例示する図であり、比較のために図１４に示す時系列波形を破線で併せて示している。図１５に示すように、図１２に示す前記血管２０と前記超音波プローブ２４との相対位置関係では、前記時系列波形検出部１００により検出される時系列波形が図１４に示す時系列波形に比べて全体的に小さな変化量に対応するものとなる。従って、一点鎖線で示す閾値では前記血管２０の血管径の変化量のピークを好適に検出することができず、閾値を変更する（引き下げる）必要が生じる。図１３に示すように、前記血管２０に対して右上から左下に向けて超音波を放射させ、その反射信号に基づいて短軸画像を生成する態様では、前記時系列波形検出部１００により検出される時系列波形は、更に小さな変化量に対応するものとなる。
【0041】
図１１〜図１５を用いて説明したように、前記血管２０の血管径の変化の仕方が周囲の筋肉７０等の組織や前記超音波プローブ２４による拘束等に起因して偏向する前提において、前記血管２０に対する前記超音波プローブ２４の方向（角度）によっては前記血管２０の径寸法の変化を好適に測定できない。更に、超音波画像では、超音波の反射方向や前記血管２０の重なり具合によっては、その血管２０の血管壁を画像として描出できない方向もある。そこで、本実施例においては、以下に詳述するように前記血管２０に対する前記超音波プローブ２４の方向を変化させつつ測定を行い、前記血管２０の径方向の変化量が最も大きくなる時系列波形を用いてその血管２０の評価を行う。
【0042】
図６に示す前記プローブ方向制御部１０２は、前記血管２０に対する前記超音波プローブ２４の方向を変化させる。前記血管２０に対する前記超音波プローブ２４の方向とは、例えば、図２に示すｚ軸が前記血管２０の中心（長軸方向の軸心）を通り且つ前記血管２０の長軸方向と図２に示すｙ軸方向が平行となる前記超音波プローブ２４と前記血管２０との相対位置関係において、前記超音波プローブ２４における図２に示すｘ軸方向に対応する。すなわち、前記超音波プローブ２４におけるｘ軸方向の変化が、前記血管２０に対する前記超音波プローブ２４の方向の変化に対応する。前記プローブ方向制御部１０２は、具体的には、前記３軸駆動モータ制御部８６を介して前記３軸駆動モータ制御回路３４を制御し、前記多軸駆動装置２６により前記超音波プローブ２４をｘ軸方向へ並進させ且つｙ軸まわりに回動させることで、ｚ軸が前記血管２０の中心を通り且つ前記血管２０の長軸方向とｙ軸方向が平行となる前記超音波プローブ２４と前記血管２０との相対位置関係を維持したまま、その超音波プローブ２４のｘ軸方向を変更する。換言すれば、前記超音波プローブ２４から前記血管２０に対して放射される超音波の放射方向を変化させる。
【0043】
前記時系列波形検出部１００は、前記プローブ方向制御部１０２により変化させられる前記超音波プローブ２４の各方向に対応して、前記超音波プローブ２４により受信される前記反射信号に基づいて前記血管２０の径方向の変化量の時系列波形を検出する。すなわち、前記プローブ方向制御部１０２による制御に応じて定められる、前記血管２０に対する前記超音波プローブ２４の方向それぞれに対応して、前記超音波プローブ２４により受信される前記反射信号に基づいて前記血管２０の径方向の変化量の時系列波形を検出し、所定の記憶装置に記憶させる。好適には、前記プローブ方向制御部１０２により前記超音波プローブ２４のｘ軸方向を所定角度（例えば、図１１〜図１３に比較して示すように４５°）ずつ変化させて前記血管２０に対する前記超音波プローブ２４の方向を定め、各方向毎に前記超音波プローブ２４により受信される前記反射信号に基づいて前記血管２０の径方向の変化量の時系列波形を検出する。また好適には、図１６に示すように、前記血管２０を、その短軸断面に関して周方向に均等に複数のブロック（図１６に示す例では４つのブロック１〜４）に区分し、前記プローブ方向制御部１０２により前記超音波プローブ２４が含まれるブロックを変更しつつ、各ブロックに対応して前記超音波プローブ２４により受信される前記反射信号に基づいて前記血管２０の径方向の変化量の時系列波形を検出する。すなわち、前記血管２０において定められた各ブロックに前記超音波プローブ２４が位置する相対位置（例えば、超音波プローブ２４におけるｙ軸すなわち長軸用超音波アレイ探触子２４ｃが各ブロックに含まれる位置）において、その超音波プローブ２４により受信される前記反射信号に基づいて前記血管２０の径方向の変化量の時系列波形を検出する。
【0044】
前記偏向方向検出部１０４は、前記時系列波形検出部１００により検出される前記超音波プローブ２４の各方向に対応する前記時系列波形から、前記血管２０の径方向の変化量が最も大きくなる前記超音波プローブ２４の方向を検出する。すなわち、前記プローブ方向制御部１０２により変化させられた前記血管２０に対する前記超音波プローブ２４の各方向に対応して（各方向毎に）前記時系列波形検出部１００により検出された前記血管２０の径方向の変化量の時系列波形を比較し、前記血管２０の径方向の変化量が最も大きい時系列波形を判定する。そして、その判定された時系列波形に対応する前記超音波プローブ２４の方向を、前記血管２０の径方向の変化量が最も大きくなる前記超音波プローブ２４の方向として検出する。
【0045】
前記周期検出部１１０は、前記時系列波形検出部１００により検出される前記時系列波形の周期を検出する。すなわち、前記生体１４の心臓の拍動に同期した前記血管２０の拍動周期を検出する。好適には、前記時系列波形検出部１００により検出される前記時系列波形における複数のピーク（極大値）を検出し、それら複数のピークの周期性から前記前記時系列波形の周期を検出する。好適には、前記偏向方向検出部１０４により検出された前記超音波プローブ２４の方向に対応して前記時系列波形検出部１００により検出される前記時系列波形の周期を検出する。すなわち、前記偏向方向検出部１０４により検出された、前記血管２０の径方向の変化量が最も大きくなる前記超音波プローブ２４の方向に対応して前記時系列波形検出部１００により検出された前記時系列波形における複数のピークを検出し、それら複数のピークの周期性から前記前記時系列波形の周期を検出する。好適には、前記偏向方向検出部１０４により検出された前記超音波プローブ２４の方向に対応して前記時系列波形検出部１００により検出される前記時系列波形に関して、以下に示す前記周期検出部１１０の処理によりその周期を検出する。
【0046】
前記フレーム設定部１０６は、前記時系列波形検出部１００により検出される前記時系列波形に、所定の時間間隔に対応するフレームを設定する。図１７は、前記時系列波形検出部１００により検出される時系列波形の一例を示すと共に、その時系列波形にフレームが設定される様子を説明する図である。図１７に示すように、前記フレーム設定部１０６は、好適には、前記時系列波形検出部１００により検出される時系列波形に、所定の時間間隔に対応するフレームを設定し、そのフレームを時間方向にシフト（平行移動）させてゆく。すなわち、第１に設定されるフレーム１から、時間方向に所定幅シフトさせてフレーム２を設定し、更に時間方向に所定幅シフトさせてフレーム３を設定し、・・・といったように、前記所定の時間間隔に対応するフレームを時間方向に所定幅ずつずらしながら順次設定してゆく。前記フレームに対応する時間間隔は、好適には、前記時系列波形の２〜３周期が含まれる大きさとされ、図１７に示す例では６５（ｍｓ）程度とされている。前記フレームのシフト幅（時間方向の平行移動幅）は、好適には、１０（ｍｓ）程度とされる。前記フレーム設定部１０６は、好適には、前記フレームに対応する時間間隔を変化させつつそのフレームを適用するものであってもよい。
【0047】
前記フレーム内波形取得部１０８は、前記フレーム設定部１０６により設定された前記フレームに含まれる前記時系列波形を取得する。すなわち、前記時系列波形検出部１００により検出される前記時系列波形のうち、前記フレーム設定部１０６により設定された前記フレームに対応する時間間隔に含まれる時系列波形を取得（抽出）する。前記フレーム内波形取得部１０８は、前記フレーム設定部１０６により前記フレームを時間方向にシフトさせる制御に対応して、各シフト時における前記フレームに含まれる前記時系列波形を取得し、所定の記憶装置に記憶させる。
【0048】
前記周期検出部１１０は、好適には、前記フレーム内波形取得部１０８により取得された前記各フレームに含まれる時系列波形の自己相関関数（自己相関値）を算出し、算出された自己相関関数に基づいて前記時系列波形の周期を検出する。図１８は、図１７に示す時系列波形に対応して算出された自己相関値を示す図である。図１７に示す時系列波形における周期の真値は２２（ｍｓ）である。図１８に示すように、前記周期検出部１１０は、好適には、前記フレーム内波形取得部１０８により取得された前記各フレームに含まれる時系列波形の自己相関値が最大（極大）となる位相値を、前記時系列波形の周期として算出する。図１８に示す例では、２２〜２３（ｍｓ）程度の位置に自己相関値の極大値が存在しており、図１７に示す時系列波形における周期の真値とよく一致していることがわかる。
【0049】
前記周期検出部１１０は、好適には、前記フレーム内波形取得部１０８により取得された前記各フレームに含まれる時系列波形の自己相関関数の勾配を算出し、算出された自己相関関数の勾配に基づいて前記時系列波形の周期を検出する。前記時系列波形の自己相関関数の勾配とは、その自己相関関数の時間微分値に相当する。前記時系列波形の自己相関関数の勾配を算出することで、その時系列波形におけるノイズの影響を低減してピークを強調することができ、斯かるピークを好適に検出することができる。更に好適には、前記フレーム内波形取得部１０８により取得された前記各フレームに含まれる時系列波形の自己相関関数の勾配を算出し、前記各フレームに対応して算出される前記勾配の総和の平均に基づいて前記時系列波形の周期を検出する。前記周期検出部１１０は、好適には、前記時系列波形の自己相関関数の勾配の最大値（極大値）に対応する値を、前記時系列波形のピークとして前記検出を行う。斯かる処理によれば、前記血管２０の拍動周期を更に好適且つ実用的な態様で検出することができる。好適には、前記測定装置１０による前記血管２０の測定に際して、以上に詳述した前記周期検出部１１０による処理を繰り返し実行（継続）し、前記血管２０の動きに変化が生じた場合には、その血管２０の径寸法の変化の周期を更新する。斯かる処理により、前記血管２０の拍動周期に係るタイミングのとり外れを抑制できる。
【0050】
図６に示す前記拍動タイミング検出部１１２は、前記周期検出部１１０により検出された前記時系列波形の周期に基づいて、前記血管２０の拍動タイミングを検出する。この血管２０の拍動タイミングとは、前記生体１４における心臓の拍動（心拍）に同期して前記血管２０が拍動するタイミングであり、好適には、血管径が最大（極大）或いは最小（極小）となるタイミングに相当する。前記拍動タイミング検出部１１２は、好適には、前記周期検出部１１０により検出された前記時系列波形の周期に基づいて、前記フレーム内波形取得部１０８により取得された前記各フレームのうち、前記血管２０の拍動タイミングに対応するフレーム（拍動フレーム）を検出する。例えば、前記時系列波形のピークを含むフレームを予めテンプレートとして設定し、そのテンプレートを基準とする自己相関関数が最大となるフレームを、前記血管２０の拍動タイミングに対応するフレームとして検出する。以上のようにして、前記周期検出部１１０により検出された前記時系列波形の周期に基づいて、前記血管２０の拍動タイミングが好適に検出される。すなわち、前記血管２０の動きの周期性に基づいて、心拍検出のロバスト性を向上させることができる。好適には、前記拍動タイミング検出部１１２により検出された拍動タイミングの波形に基づいて前記時系列波形に係る閾値が設定され、その後の拍動タイミングの検出に用いられる。
【0051】
図１９は、前記測定装置２２の前記電子制御装置２８による血管壁移動量測定制御の一例の要部を説明するフローチャートであり、所定の周期で繰り返し実行されるものである。
【0052】
先ず、ステップ（以下、ステップを省略する）ＳＡ１において、観察対象となる前記血管２０の短軸断面周囲にＲＯＩ（関心領域）が設定される。次に、ＳＡ２において、前記超音波プローブ２４により受信された反射信号に関して画像微分処理が行われ、輝度の変化が大きい部分（エッジ等）が特徴点として抽出される。次に、ＳＡ３において、ＳＡ２にて抽出された特徴点の周囲の画像パターンが、前記電子制御装置２８等に備えられた所定の記憶装置に記憶される。次に、ＳＡ４において、経時的に取り込まれる新しい画像（先に取得された画像から所定時間経過後に取得される画像）内で、ＳＡ３にて記憶される画像パターンが一致する部分が検出される。次に、ＳＡ５において、ＳＡ４にて検出された２つの画像（画像パターン）での移動量が算出され、所定の記憶装置に記憶される。次に、ＳＡ６において、図１６に示すように前記血管２０の短軸断面画像の周方向に設定された各ブロック（領域ブロック）に属する特徴点に関して、ＳＡ５にて記憶された移動量の平均が算出される。次に、ＳＡ７において、前記血管２０の周方向に設定された全てのブロックに対応する移動量の算出が終了したか否かが判断される。このＳＡ７の判断が肯定される場合には、それをもって本ルーチンが終了させられるが、ＳＡ７の判断が否定される場合には、ＳＡ８において、前記血管２０に対する前記超音波プローブ２４の方向が、次のブロックに対応する方向（角度）に変化させられた後、ＳＡ１以下の処理が再び実行される。
【0053】
図２０は、前記測定装置２２の前記電子制御装置２８による時系列波形作成制御の一例の要部を説明するフローチャートであり、所定の周期で繰り返し実行されるものである。この図２０に示す制御は、好適には、前述した図１９に示す制御と併行して実行されるものである。
【0054】
先ず、ＳＢ１において、前記血管２０の周方向に設定された各ブロック毎の移動量、すなわち図１９に示す制御におけるＳＡ６にて算出される移動量の時系列データ（時系列波形）が検出され、所定の記憶装置に記憶される。次に、ＳＢ２において、ＳＢ１にて記憶された時系列データのうち、任意の時間帯幅に対応する時系列データがテンプレートとして所定の記憶装置に記憶される。
【0055】
図２１は、前記測定装置２２の前記電子制御装置２８による拍動ピーク検出制御の一例の要部を説明するフローチャートであり、所定の周期で繰り返し実行されるものである。この図２１に示す制御は、好適には、前述した図１９及び図２０に示す制御と併行して実行されるものである。
【0056】
先ず、ＳＣ１において、記憶装置に記憶された移動量のテンプレート、すなわち図２０に示す制御におけるＳＢ２にて設定されたテンプレート幅と同じ時間間隔に対応する時系列データを用い、各時系列データの自己相関が前記テンプレートより求められる。すなわち、前記時間間隔に対応するフレームがシフトされつつ、各フレーム内に含まれる時系列データの自己相関値が算出される。次に、ＳＣ２において、前記血管２０の周方向に設定されたブロックのうち、ＳＣ１にて算出される自己相関が最も大きいブロックが、周期検出ブロックとして判定される。そして、その周期検出ブロックに関して、時系列データのピッチ周期が検出される。次に、ＳＣ３において、時系列データの周期が検出された後に、連続して入力される移動量の時系列データにおいて、検出された周期に基づいて予測される次回の拍動時間の周辺に拍動ピークが検出される。次に、ＳＣ４において、連続して入力される移動量の時系列データが、ＳＢ２にて設定されたテンプレート幅となったか否かが判断される。このＳＣ４の判断が否定される場合には、ＳＣ３以下の処理が再び実行されるが、ＳＣ４の判断が肯定される場合には、ＳＣ５において、前記血管２０の拍動ピークの検出が終了させられるか否かが判断される。このＳＣ５の判断が肯定される場合には、それをもって本ルーチンが終了させられるが、ＳＣ５の判断が否定される場合には、ＳＣ６において、任意の時間帯幅に対応する時系列データが新しいテンプレートとして設定された後、ＳＣ３以下の処理が再び実行される。
【0057】
以上の制御において、ＳＡ１〜ＳＡ６が前記時系列波形検出部１００の動作に、ＳＡ７及びＳＡ８が前記プローブ方向制御部１０２の動作に、ＳＣ２が前記偏向方向検出部１０４の動作に、ＳＢ１及びＳＢ２が前記フレーム設定部１０６の動作に、ＳＣ１が前記フレーム内波形取得部１０８の動作に、ＳＣ２が前記周期検出部１１０の動作に、ＳＣ３が前記拍動タイミング検出部１１２の動作に、それぞれ対応する。
【0058】
このように、本実施例によれば、前記血管２０に対して超音波を放射させ、且つその超音波の反射信号を受信する超音波プローブ２４と、前記血管２０に対するその超音波プローブ２４の方向を変化させるプローブ方向制御部１０２（ＳＡ７及びＳＡ８）と、そのプローブ方向制御部１０２により変化させられる前記超音波プローブ２４の各方向に対応して、前記超音波プローブ２４により受信される前記反射信号に基づいて前記血管２０の径方向の変化量の時系列波形を検出する時系列波形検出部１００（ＳＡ１〜ＳＡ６）と、その時系列波形検出部１００により検出される前記超音波プローブ２４の各方向に対応する前記時系列波形から、前記血管２０の径方向の変化量が最も大きくなる前記超音波プローブ２４の方向を検出する偏向方向検出部１０４（ＳＣ２）とを、備えたものであることから、前記血管２０の変化の仕方が周囲の筋肉７０等の組織や超音波プローブ２４による拘束等に起因して偏向する場合においても、前記血管２０の径寸法の変化を好適に測定できる。すなわち、血管２０の拍動タイミングを好適に検出する測定装置２２を提供することができる。
【0059】
前記偏向方向検出部１０４により検出された前記超音波プローブ２４の方向に対応して前記時系列波形検出部１００により検出される前記時系列波形の周期を検出する周期検出部１１０（ＳＣ２）と、その周期検出部１１０により検出された前記時系列波形の周期に基づいて前記血管２０の拍動タイミングを検出する拍動タイミング検出部１１２（ＳＣ３）とを、備えたものであるため、前記血管２０の変化の仕方が周囲の筋肉７０等の組織や超音波プローブ２４による拘束等に起因して偏向する場合においても、前記血管２０の拍動タイミングを好適且つ実用的な態様で検出することができる。
【0060】
前記時系列波形検出部１００により検出される前記時系列波形に、所定の時間間隔に対応するフレームを設定するフレーム設定部１０６（ＳＢ１及びＳＢ２）と、そのフレーム設定部１０６により設定される前記フレームを時間方向にシフトさせ、各シフト時における前記フレームに含まれる前記時系列波形を取得するフレーム内波形取得部１０８（ＳＣ１）とを、備え、前記周期検出部１１０は、前記フレーム内波形取得部１０８により取得された前記各フレームに含まれる時系列波形の自己相関関数を算出し、算出された自己相関関数に基づいて前記時系列波形の周期を検出するものであるため、前記血管２０の拍動タイミングを好適且つ実用的な態様で検出することができる。
【0061】
前記周期検出部１１０は、前記フレーム内波形取得部１０８により取得された前記各フレームに含まれる時系列波形の自己相関関数の勾配を算出し、算出された自己相関関数の勾配に基づいて前記時系列波形の周期を検出するものであるため、前記血管２０の拍動タイミングを好適且つ実用的な態様で検出することができる。
【0062】
前記周期検出部１１０は、前記フレーム内波形取得部１０８により取得された前記各フレームに含まれる時系列波形の自己相関関数の勾配を算出し、前記各フレームに対応して算出される前記勾配の総和の平均に基づいて前記時系列波形の周期を検出するものであるため、前記血管２０の拍動タイミングを好適且つ実用的な態様で検出することができる。
【0063】
以上、本発明の好適な実施例を図面に基づいて詳細に説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲内において種々の変更が加えられて実施されるものである。
【符号の説明】
【0064】
１０：センサ保持器、１２：プローブユニット、１４：生体、１６：上腕、１８：皮膚、２０：血管、２２：生体血管状態測定装置、２４：超音波プローブ、２４ａ：第１短軸用超音波アレイ探触子、２４ｂ：第２短軸用超音波アレイ探触子、２４ｃ：長軸用超音波アレイ探触子、２６：多軸駆動装置、２８：電子制御装置、３０：モニタ画面表示装置、３２：超音波駆動制御回路、３４：３軸駆動モータ制御回路、３６：マグネット台、３８：ユニット固定具、４０：自在アーム、４２：先端部、４４、４５：連結部材、４６、４７：リンク、４８：嵌合穴、５０、５１：回曲関節部、５２：固定ノブ、５４：回動関節部、５８：空気ポンプ、６０：圧力制御弁、６２：カフ、６４：圧力センサ、６６：境界、６８：内皮、７０：筋肉、８０：超音波駆動制御部、８２：検波処理部、８４：超音波信号処理部、８６：３軸駆動モータ制御部、８８：カフ圧制御部、９０：血管状態評価部、９２：表示制御部、１００：時系列波形検出部、１０２：プローブ方向制御部、１０４：偏向方向検出部、１０６：フレーム設定部、１０８：フレーム内波形取得部、１１０：周期検出部、１１２：拍動タイミング検出部、Ｇ１：第１短軸画像表示領域、Ｇ２：第２短軸画像表示領域、Ｇ３：長軸画像表示領域、Ｌ1：内膜、Ｌ2：中膜、Ｌ3：外膜