特開 2023-91775 心血管活動評価の方法およびデバイス

(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】P2023091775

(43)【公開日】2023-06-30

(54)【発明の名称】心血管活動評価の方法およびデバイス

(51)【国際特許分類】

   A61B 8/02 20060101AFI20230623BHJP

   A61B 8/06 20060101ALI20230623BHJP

   A61B 5/02 20060101ALI20230623BHJP

【ＦＩ】

A61B8/02

A61B8/06

A61B5/02 310V

【審査請求】未請求

【請求項の数】15

【出願形態】ＯＬ

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2022202328

(22)【出願日】2022-12-19

(31)【優先権主張番号】2113944

(32)【優先日】2021-12-20

(33)【優先権主張国・地域又は機関】FR

(71)【出願人】

【識別番号】323000860

【氏名又は名称】ヴェルモン

(74)【代理人】

【識別番号】100114557

【弁理士】

【氏名又は名称】河野 英仁

(74)【代理人】

【識別番号】100078868

【弁理士】

【氏名又は名称】河野 登夫

(72)【発明者】

【氏名】ベンチモール，マクシム

【テーマコード（参考）】

4C017

4C601

【Ｆターム（参考）】

4C017AA20

4C017AB02

4C017AC40

4C601DD03

4C601DD07

4C601DE03

4C601EE11

4C601FE10

4C601GA01

4C601GB03

(57)【要約】      （修正有）

【課題】本開示は、ヒトの心血管活動を評価するための携帯型の電子デバイスを提供する。
【解決手段】電子デバイスは、第１および第２のプローブと、制御回路とを備え、前記第１および第２のプローブは、互いに実質的に平行で、第３のプローブ１０１Ｃの両側に位置し、前記第３のプローブ１０１Ｃは前記第１および第２のプローブに実質的に垂直であり、各プローブは超音波トランスデューサ１０３Ａ、１０３Ｂ、１０３Ｃのアレイを備え、前記制御回路は、ａ）第１のプローブによって放射される第１の超音波ビームを用いて、前記電子デバイスに対する血管１５０の位置を推定し、ｂ）推定された前記血管１５０の位置に応じて、前記第３のプローブ１０１Ｃによって放射される第２の超音波ビーム２０１；２０１′を調整するように構成されている。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ヒトの心血管活動を評価するための携帯型の電子デバイスであって、
第１および第２のプローブ（１０１Ａ、１０１Ｂ）と、制御回路（４００、５００）とを備え、
前記第１および第２のプローブ（１０１Ａ、１０１Ｂ）は、互いに実質的に平行で、第３のプローブ（１０１Ｃ）の両側に位置し、前記第３のプローブ（１０１Ｃ）は前記第１および第２のプローブに実質的に垂直であり、各プローブ（１０１Ａ、１０１Ｂ、１０１Ｃ）は超音波トランスデューサ（１０３Ａ、１０３Ｂ、１０３Ｃ）のアレイを備え、
前記制御回路（４００、５００）は、
ａ）第１のプローブ（１０１Ａ）によって放射される第１の超音波ビームを用いて、前記デバイスに対する血管（１５０）の位置を推定し、
ｂ）推定された前記血管（１５０）の位置に応じて、前記第３のプローブ（１０１Ｃ）によって放射される第２の超音波ビーム（２０１；２０１′）を調整するように構成されている、電子デバイス。

【請求項2】

前記制御回路は、ステップｂ）で、推定された前記血管（１５０）の位置に応じて、前記第２の超音波ビーム（２０１；２０１′）の放射方向を調整するように構成されている、請求項１に記載のデバイス。

【請求項3】

前記制御回路は、さらに、ステップｂ）で、推定された前記血管（１５０）の位置に応じて、前記第２の超音波ビーム（２０１；２０１′）の焦点距離を調整するように構成されている、請求項１または２に記載のデバイス。

【請求項4】

前記制御回路は、推定された前記血管（１５０）の位置に応じて、前記第１のプローブ（１０１Ａ）によって放射される前記第１の超音波ビームを調整するように構成されている、請求項１～３のいずれか１つに記載のデバイス。

【請求項5】

前記第２のプローブ（１０１Ｂ）は、第３の超音波ビームを放射するように構成されている、請求項１～４のいずれか１つに記載のデバイス。

【請求項6】

前記制御回路は、さらに、ステップａ）において、前記第２のプローブ（１０１Ｂ）によって放射される前記第３の超音波ビームを用いて、前記デバイスに対する前記血管（１５０）の位置を推定するように構成されている、請求項５に記載のデバイス。

【請求項7】

前記制御回路は、前記第１および第２のプローブ（１０１Ａ、１０１Ｂ）によってそれぞれ放射される前記第１および第３の超音波ビームに基づいて、前記血管（１５０）内の脈波伝播速度を推定するように構成されている、請求項５または６に記載のデバイス。

【請求項8】

前記制御回路は、さらに、ドップラー効果によって、前記第２の超音波ビーム（２０１；２０１′）に基づいて、前記血管（１５０）内の血流速度を推定するように構成されている、請求項１～７のいずれか１つに記載のデバイス。

【請求項9】

前記血管（１５０）は尺骨動脈である、請求項１～８のいずれか１つに記載のデバイス。

【請求項10】

前記制御回路（４００）は、
前記第１および第２のプローブ（１０１Ａ、１０１Ｂ）の前記アレイの前記超音波トランスデューサ（１０３Ａ、１０３Ｂ）に接続される第１のパルサー（４０１ＡＢ）と、
前記第３のプローブ（１０１Ｃ）の前記アレイの前記超音波トランスデューサ（１０３Ｃ）に接続される第２のパルサー（４０１Ｃ）と
を備える、請求項１～９のいずれか１つに記載のデバイス。

【請求項11】

前記制御回路（５００）は、マルチプレクサ（５０１）を介して、前記第１、第２および第３のプローブ（１０１Ａ、１０１Ｂ、１０１Ｃ）の前記アレイの前記超音波トランスデューサ（１０３Ａ、１０３Ｂ、１０３Ｃ）に結合される単一のパルサー（４０１ＡＢ）を備える、請求項１～９のいずれか１つに記載のデバイス。

【請求項12】

前記第３のプローブ（１０１Ｃ）の前記超音波トランスデューサ（１０３Ｃ）のアレイは、前記第１および第２のプローブ（１０１Ａ、１０１Ｂ）の前記超音波トランスデューサ（１０３Ａ、１０３Ｂ）の各前記アレイよりも２倍多い前記超音波トランスデューサ（１０３Ｃ）を備え、前記マルチプレクサ（５０１）は１対２のマルチプレクサである、請求項１１に記載のデバイス。

【請求項13】

請求項１～１２のいずれか１つに記載のデバイスを備える、コネクテッドウォッチ（６００）またはブレスレット。

【請求項14】

携帯型の電子デバイスによってヒトの心血管活動を評価する方法であって、
前記電子デバイスは、
第１および第２のプローブ（１０１Ａ、１０１Ｂ）と、制御回路（４００、５００）とを備え、
前記第１および第２のプローブ（１０１Ａ、１０１Ｂ）は、互いに実質的に平行で、第３のプローブ（１０１Ｃ）の両側に位置し、前記第３のプローブ（１０１Ｃ）は前記第１および第２のプローブに実質的に垂直であり、各プローブ（１０１Ａ、１０１Ｂ、１０１Ｃ）は超音波トランスデューサ（１０３Ａ、１０３Ｂ、１０３Ｃ）のアレイを備え、
前記制御回路（４００、５００）は、
ａ）第１のプローブ（１０１Ａ）によって放射される第１の超音波ビームを用いて、前記電子デバイスに対する血管（１５０）の位置を推定し、
ｂ）推定された前記血管（１５０）の位置に応じて、前記第３のプローブ（１０１Ｃ）によって放射される第２の超音波ビーム（２０１；２０１′）を調整する、方法。

【請求項15】

ステップａ）で、さらに、前記第２のプローブ（１０１Ｂ）によって放射される第３の超音波ビームによって、前記デバイスに対する血管（１５０）の位置を推定する、請求項１４に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、一般に電子デバイスに関するものであり、より詳細には、超音波を用いる心血管活動評価のデバイスおよび方法を対象としている。

【背景技術】

【0002】

例えば、ヒトの心血管系に影響を与える可能性のある機能不全の検出、心血管疾患に罹患している患者の臨床状態の監視、または、運動パフォーマンス中のアスリートの心血管パラメータの進化の追跡を可能にする心血管活動評価の電子デバイスおよび方法が知られている。

【発明の概要】

【0003】

実施形態の目的は、既知の心血管活動評価の方法およびデバイスの欠点の全部または一部を克服することである。より詳細には、実施形態の目的は、例えば、ユーザの手首への装着に適合する外形寸法を有する、心血管活動を評価する携帯型の電子デバイスを提供することである。

【0004】

この目的のために、実施形態は、ヒトの心血管活動を評価するための携帯型の電子デバイスを提供する。該電子デバイスは、第１および第２のプローブと、制御回路とを備える。第１および第２のプローブは、互いに実質的に平行で、第３のプローブの両側に位置し、第３のプローブは第１および第２のプローブに実質的に垂直である。各プローブは、超音波トランスデューサのアレイを備える。制御回路は、
ａ）第１のプローブによって放射される第１の超音波ビームを用いて、デバイスに対する血管の位置を推定し、
ｂ）推定された血管の位置に応じて、第３のプローブによって放射される第２の超音波ビームを調整する、ように構成されている。

【0005】

実施形態によれば、第２の超音波ビームの放射方向は、推定された血管の位置に応じて調整される。

【0006】

実施形態によれば、さらに、第２の超音波ビームの焦点距離は、推定された血管の位置に応じて調整される。

【0007】

実施形態によれば、第１のプローブによって放射される第１の超音波ビームは、推定された血管の位置に応じて調整される。

【0008】

実施形態によれば、第２のプローブは、第３の超音波ビームを放射するように構成されている。

【0009】

実施形態によれば、ステップａ）において、デバイスに対する血管の位置は、第２のプローブによって放射される第３の超音波ビームによってさらに推定される。

【0010】

実施形態によれば、血管内の脈波伝播速度は、第１および第２のプローブによってそれぞれ放射される第１および第３の超音波ビームに基づいて推定される。

【0011】

実施形態によれば、さらに、血管内の血流速度は、ドップラー効果によって、第２の超音波ビームに基づいて推定される。

【0012】

実施形態によれば、血管は尺骨動脈である。

【0013】

実施形態によれば、制御回路は、第１および第２のプローブのアレイの超音波トランスデューサに接続される第１のパルサーと、第３のプローブのアレイの超音波トランスデューサに接続される第２のパルサーとを備える。

【0014】

実施形態によれば、制御回路は、マルチプレクサを介して、第１、第２、および第３のプローブのアレイの超音波トランスデューサに結合される単一のパルサーを備える。

【0015】

実施形態によれば、第３のプローブの超音波トランスデューサのアレイは、第１および第２のプローブの超音波トランスデューサの各アレイよりも２倍多い超音波トランスデューサを備え、マルチプレクサは１対２のマルチプレクサである。

【0016】

実施形態は、上記のようなデバイスを備える、コネクテッドウォッチまたはブレスレットを提供する。

【0017】

実施形態は、携帯型の電子デバイスによって、ヒトの心血管活動を評価する方法を提供する。該電子デバイスは、第１および第２のプローブと、制御回路とを備える。第１および第２のプローブは、互いに実質的に平行で、第３のプローブの両側に位置し、第３のプローブは第１および第２のプローブに実質的に垂直である。各プローブは、超音波トランスデューサのアレイを備える。該方法は、
第１のプローブによって放射される第１の超音波ビームを用いて、デバイスに対する血管の位置を推定するステップａ）と、
推定された血管の位置に応じて、第３のプローブによって放射される第２の超音波ビームを調整するステップｂ）と
を含む。

【0018】

実施形態によれば、ステップａ）で、さらに、第２のプローブによって放射される第３の超音波ビームによって、デバイスに対する血管の位置を推定する。

【図面の簡単な説明】

【0019】

上記及び他の特徴及び利点は、添付図面を参照して本発明を限定するものではない実例として与えられる以下の特定の実施形態に詳細に記載されている。

【0020】

【図1】実施形態に係る心血管活動を評価する携帯型の電子デバイスの例を概略的かつ部分的に示す上面図である。

【図2】図１の第１の使用構成におけるデバイスの図１のＡＡ面に沿った断面図である。

【図3】第２の使用構成における図１のデバイスの図１のＡＡ面に沿った断面図である。

【図4】図１のデバイスを制御するための回路の実施形態の一例を概略的かつ部分的に示す図である。

【図5】図１のデバイスの制御回路の実施形態の他の例を概略的かつ部分的に示す図である。

【図6】ユーザの手首に装着されるスマートウォッチに図１のデバイスを統合する例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0021】

同様の特徴が、様々な図面で同様の参照符号によって示されている。特に、様々な実施形態で共通の構造的特徴及び／又は機能的特徴は同一の参照符号を有する場合があり、同一の構造特性、寸法特性及び材料特性を有する場合がある。

【0022】

明瞭化のために、本明細書に記載されている実施形態の理解に有用なステップ及び要素のみが図示され、詳細に記載されている。特に、記載されているデバイスおよび方法のさまざまな用途は詳述されておらず、記載されている実施形態は、デバイスまたは心血管活動推定方法を利用する可能性のあるすべてまたはほとんどの用途に適合する。また、デバイスのプローブの超音波トランスデューサは詳述されておらず、これらのトランスデューサの形成および実際の実装は、本開示の示唆に基づく当業者の能力の範囲内である。

【0023】

特に指定しない限り、２つの要素が接続されていると言及する場合は、導体以外の中間要素なしに直接接続されていることを意味し、２つの要素が結合されていると言及する場合は、これら２つの要素が接続されていてもよいし、１つ以上の他の要素を介して結合されていてもよいことを意味する。

【0024】

以下の開示では、特に指定しない限り、「前」「後」、「頂部」、「底部」、「左」、「右」などの絶対位置、若しくは「上方」、「下方」、「上側」、「下側」などの相対位置を限定する用語、または「水平」、「垂直」などの方向を限定する用語に言及する場合、図示の向きが参照される。

【0025】

特に指定しない限り、「約」、「およそ」、「実質的に」、および「程度」という表現は、±１０％、好ましくは±５％、または、角度値に関する場合は、±１０°、好ましくは±５°を意味する。

【0026】

図１は、実施形態に係る超音波を用いて心血管活動を評価するための携帯型の電子デバイス１００の例を概略的かつ部分的に示す上面図である。

【0027】

図示の例では、デバイス１００は、第１のプローブ１０１Ａ、第２のプローブ１０１Ｂ、および第３のプローブ１０１Ｃを備え、第１のプローブ１０１Ａ、第２のプローブ１０１Ｂ、および第３のプローブ１０１Ｃは、それぞれ超音波トランスデューサ１０３Ａ、１０３Ｂ、および１０３Ｃのアレイを備える。図示の例では、トランスデューサ１０３Ａ、１０３Ｂ、および１０３Ｃのアレイは実質的に直線状である。変形例として、各トランスデューサ１０３Ａ、１０３Ｂ、および１０３Ｃのアレイは、非直線状（例えば曲線状）であってもよい。さらに、図１に示した例では、同じアレイのトランスデューサ１０３Ａ、１０３Ｂ、１０３Ｃは、製造ばらつきの範囲内で実質的に同一の外形寸法を有し、規則的に間隔をあけている。しかし、変形例として、同じアレイのトランスデューサ１０３Ａ、１０３Ｂ、１０３Ｃは、互いに異なる寸法、および可変な間隔を有してもよい。

【0028】

第１および第２の超音波プローブ１０１Ａ、１０１Ｂは、第３の超音波プローブ１０１Ｃの両側に位置し、互いに実質的に平行である。第３の超音波プローブ１０１Ｃは、第１および第２のプローブ１０１Ａ、１０１Ｂに実質的に垂直である。この例では、第１、第２、および第３のプローブ１０１Ａ、１０１Ｂ、１０１Ｃは、上面図で、一般的なＨ字状をなし、第１および第２のプローブ１０１Ａ、１０１ＢそれぞれがＨの２つの縦棒を形成し、第３のプローブ１０１ＣがＨの横棒を形成する。

【0029】

図１に示す例では、プローブ１０１Ａ、１０１Ｂはそれぞれ８つの超音波トランスデューサ１０３Ａ、１０３Ｂを備え、プローブ１０１Ｃは１６個の超音波トランスデューサ１０３Ｃを備える。しかし、プローブ１０１Ａ、１０１Ｂ、１０１Ｃは、図示と異なる数の超音波トランスデューサ１０３Ａ、１０３Ｂ、１０３Ｃを備えてもよい。一例として、各アレイの超音波トランスデューサ１０３Ａ、１０３Ｂ、１０３Ｃの数は２のべき乗に対応し、中央プローブ１０１Ｃの超音波トランスデューサ１０３Ｃの数は、２つの側方プローブ１０１Ａ、１０１Ｂそれぞれの超音波トランスデューサ１０３Ａ、１０３Ｂの数の２倍である。超音波トランスデューサ１０３Ａ、１０３Ｂ、１０３Ｃそれぞれは、例えば、実質的に長方形状を有する。さらに、トランスデューサ１０３Ｃは、トランスデューサ１０３Ａ、１０３Ｂよりも細くてもよい。これにより、例えば、詳細に後述するように、プローブ１０１ＣがＢモードで使用され、または電子制御ドプラショットを実行し、プローブ１０１Ａ、１０１ＢがＡモードで使用される場合に、プローブ１０１Ｃがプローブ１０１Ａ、１０１Ｂよりも高い横方向分解能を有する。

【0030】

図示の例では、携帯型の電子デバイス１００は、図１において２本の点線で象徴化された壁を有する血管１５０（例えば、動脈）の上方に配置される。簡略化のために、血管１５０の厚さが無視されるため、図１の２つの点線は血管１５０の内壁または外壁を区別せずに象徴することができる。この例では、第１および第２のプローブ１０１Ａ、１０１Ｂの超音波トランスデューサ１０３Ａ、１０３Ｂのアレイは、血管１５０に対して短手方向に配向され、第３のプローブ１０１Ｃの超音波トランスデューサ１０３Ｃのアレイは血管１５０に対して長手方向に配向されている。より正確には、図示の例では、超音波トランスデューサ１０３Ｃのアレイは、軸Ｏｘに実質的に平行であり、血管１５０が軸Ｏｘに沿って横方向において延びており、超音波トランスデューサ１０３Ａ、１０３Ｂのアレイは、軸Ｏｘに垂直な軸Ｏｙに実質的に平行である。一例として、デバイス１００がユーザの腕または手首に装着される場合、血管１５０は尺骨動脈である。

【0031】

簡略化のために、図１には、血管１５０が実質的に直線的で、断面が円形で、全長に沿って実質的に一定の寸法を有する例が示されている。しかし、実際には、血管１５０は、任意の形状、例えば湾曲した形状、およびその長さの全体または一部に沿って可変な形状および寸法を有する断面を有してもよい。さらに、図１には、超音波トランスデューサ１０３Ａ、１０３Ｂ、１０３Ｃのアレイが血管１５０に対して実質的に中央部にある例が示されている。しかし、この例は限定的なものではなく、超音波トランスデューサ１０３Ａ、１０３Ｂ、１０３Ｃのアレイは、中央部から外れてもよく、例えば血管１５０に対して軸Ｏｙに沿ってずれてもよい。

【0032】

図面を読みやすくするために、図１には、血管１５０の直径がトランスデューサ１０３Ｃの長さ（軸Ｏｙに沿って得た寸法）よりも大きい例が示されている。しかし、血管１５０は、トランスデューサ１０３Ｃとの割合が異なってもよく、例えば、トランスデューサ１０３Ｃの長さに実質的に等しいか、またはトランスデューサ１０３Ｃの長さよりも小さい直径を有してもよい。

【0033】

図２は、第１の使用構成における、ヒトの心血管活動を評価する携帯型の電子デバイス１００の図１のＡＡ面に沿った断面図である。

【0034】

この使用構成では、血管１５０は、デバイス１００の実質的に平面的な下面１００Ｉに実質的に平行である。より正確には、血管１５０は軸Ｏｘに平行な中央軸１５０Ｍを有し、デバイス１００の下面１００Ｉは面Ｏｘｙに平行である。図示の例では、超音波トランスデューサ１０３Ａ、１０３Ｂ、１０３Ｃは、血管１５０の中央軸１５０Ｍからの距離が実質的に等しい。言い換えれば、この例では、血管１５０は超音波トランスデューサ１０３Ａ、１０３Ｂ、１０３Ｃの下方で実質的に一定の深度Ｐで横方向において延びている。図２の向きでは、深度Ｐは、縦軸Ｏｚに沿って測定された、デバイス１００の下面１００Ｉと血管１５０の中央軸１５０Ｍとの間の距離に対応する。一例として、デバイス１００の下面１００Ｉはユーザの腕１５１の上方に位置し、皮膚に接触している。

【0035】

例えば、デバイス１００のプローブ１０１Ａ、１０１Ｂの超音波トランスデューサ１０３Ａ、１０３Ｂは、例えば、デバイス１００の下方に位置する血管１５０の部分内を流れる血液の体積流量Ｄｖを、例えば脈波伝播速度（ＰＷＶ）法によって推定することができる。ＶＯＰと記される脈波伝播速度は、例えば、超音波トランスデューサ１０３Ａと１０３Ｂとの間の、各心拍で発生した脈拍伝播時間（ＰＴＴ）の測定値に基づいて計算される。

【0036】

この目的のために、デバイス１００は、例えばプローブ１０１Ａおよび１０１Ｂと垂直方向に位置合わせされた、距離Ｌだけ離れた２つの異なる位置で、評価される血管の直径Ｄの時間変化ＤＡ（ｔ）、ＤＢ（ｔ）を記録する。同一の心拍の後にプローブ１０１Ａおよび１０１Ｂによって記録された直径Ｄの時間変化ＤＡ（ｔ）とＤＢ（ｔ）との間の位相シフトΔｔを測定することにより、これらのプローブ間の脈波の伝播時間を推定することができる。プローブ１０１Ａと１０１Ｂとが離れた距離を知ると、血管１５０内の脈波ＶＯＰの伝播速度を得ることができる（ＶＯＰ＝Ｌ／Δｔ）。

【0037】

一例として、Ａモードでは、血管１５０の直径Ｄの時間変化ＤＡ（ｔ）、ＤＢ（ｔ）を推定する。このモードでは、返されたエコー信号の振幅が深度に応じて測定される。変形例として、Ｂモードで得られた画像から、血管１５０の直径Ｄの時間変化ＤＡ（ｔ）、ＤＢ（ｔ）を評価してもよい。このモードでは、超音波エコーを表す明るいスポットから形成された２次元超音波スキャン画像が形成され、各スポットの光度は、返されたエコー信号の振幅によって決定される。

【0038】

さらに、第３のプローブ１０１Ｃの超音波トランスデューサ１０３Ｃは、デバイス１００の下方に位置する血管１５０の部分内を流れる血液の体積流量Ｄｖを推定することができる。プローブ１０１による流量Ｄｖの推定は、例えば、ドップラー効果によって行われる。

【0039】

この場合、超音波トランスデューサ１０３Ｃは、例えば、血管１５０に向かって入射超音波ビーム２０１を放射し、血管１５０内を流れる血液によって反射された超音波ビームを受け取るように制御される。入射超音波ビーム２０１は、例えば、周波数ｆ_ｉのパルス信号に対応するが、反射された超音波ビームは、例えば、周波数ｆ_ｒのパルス信号に対応する。入射信号と反射信号との間の周波数シフトを測定し、即ち、周波数ｆ_ｒとｆ_ｉとの差を測定することにより、血管１５０内の血液の移動速度ｖが得られる。さらに、直径Ｄの測定により、デバイス１００の下方における血管１５０の断面積Ｓを推定することができる。例えば、断面積Ｓは、血管１５０の横断面の表面積に対応する。血管１５０の断面積Ｓにこの断面面積を通る血流速度ｖを乗じることにより、血管１５０内の血液の体積流量Ｄｖ（Ｄｖ＝Ｓ×ｖ）を得ることができる。

【0040】

一例として、血管１５０の直径Ｄは、モードＡまたはモードＢではプローブ１０１Ｃの超音波トランスデューサ１０３Ｃによって推定される。変形例として、血管の直径Ｄは、モードＡまたはモードＢでは、前述のようにプローブ１０１Ａの超音波トランスデューサ１０３Ａおよび／またはプローブ１０１Ｂの超音波トランスデューサ１０３Ｂによって推定されてもよい。

【0041】

ドップラー効果による血液流量Ｄｖの推定では、超音波トランスデューサ１０３Ｃのアレイによって放射される入射超音波ビーム２０１は、デバイス１００の下面１００Ｉの法線に対して、例えばステアリング角と呼ばれる角度αを成す放射方向を有する。速度ｖの最適な測定精度を得るために、例えば、超音波ビーム２０１がドップラー角と呼ばれる低い入射角θで血管１５０に到達するように角度αを調整する。一例として、角度θは３０°から６０°の範囲にある。

【0042】

さらに、この例では、入射超音波ビーム２０１は、例えば、血管１５０の中央軸１５０Ｍのレベル、すなわち、デバイス１００の下の深度Ｐに集束する。これにより、例えば、血管１５０の壁の近くではなく、流れの中心部で速度ｖを測定することができる。その結果、測定精度が向上する。

【0043】

変形例として、プローブ１０１Ｃは、高収集周波数でＢモード超音波スキャンイメージング、より正確には、平面波イメージング（ＰＷＩ）を行うために使用されてもよい。このように得られた画像に基づいて、例えば、ベクトルフローイメージング（ＶＦＩ）と呼ばれる技術によって、血管１５０の直径Ｄおよび血流速度ｖを推定してもよい。

【0044】

図３は、第２の使用構成における、ヒトの心血管活動を評価する携帯型の電子デバイス１００の図１の面ＡＡに沿った断面図である。

【0045】

この使用構成では、血管１５０はデバイス１００に対して傾斜している。より正確には、血管１５０は、平面Ｏｘｚに平行で、水平軸Ｏｘに対して角度φだけ傾斜しており、デバイス１００の下面１００Ｉは平面Ｏｘｙに平行である。この例では、第２のプローブ１０１Ｂの超音波トランスデューサ１０３Ｂは、第１のプローブ１０１Ａの超音波トランスデューサ１０３Ａよりも血管１５０の中央軸１５０Ｍから離れている。より正確には、図３に示す例では、血管１５０の中央軸１５０Ｍは超音波トランスデューサ１０３Ａの下の深度ＰＡ、および超音波トランスデューサ１０３Ｂの下の他の深度ＰＢに位置しており、深度ＰＢは深度ＰＡよりも大きい。図３の向きでは、深度ＰＡ、ＰＢは縦軸Ｏｚに沿って測定された距離に対応する。

【0046】

図３に示す例では、血管１５０の傾斜によって、プローブ１０１Ｃから血管１５０に向かって放射される入射超音波ビーム２０１の入射角が変化する。より正確には、この例では、ビーム２０１は角度θよりも小さい入射角θ′（θ′＝θ＋φ）で血管１５０に到達する。このため、血管１５０内の血液の速度ｖの測定精度、ひいては体積流量Ｄｖの推定精度が低下する傾向にある。

【0047】

また、図３に示す例では、血管１５０の傾斜角により、プローブ１０１Ｃによって放射される入射超音波ビーム２０１が中央軸１５０Ｍから離れた領域、つまり、図２に示す例よりも血管１５０の壁に近い領域に集束する傾向がある。これはまた、速度ｖ、ひいては流量Ｄｖの測定精度が低下する傾向にある。

【0048】

実施形態によれば、超音波トランスデューサ１０３Ｃの中央アレイの両側に位置する超音波トランスデューサ１０３Ａ、１０３Ｂの側方アレイを利用して、超音波ビームを放射し、デバイス１００に対する血管１５０の位置を推定することができる。血管１５０の推定位置に応じて、第３のプローブ１０１Ｃによって放射される超音波ビーム２０１が調整される。

【0049】

より正確には、超音波トランスデューサ１０３Ａｎは、例えば、第１の超音波ビームを放射し、第１の超音波ビームは、例えば、血管１５０がプローブ１０１Ａと垂直方向に位置合わせされた、Ｏｚ軸に沿った深度ＰＡの位置を推定することを可能にする。同様に、超音波トランスデューサ１０３Ｂは、例えば、第２の超音波ビームを放射し、第２の超音波ビームは、例えば、血管１５０がプローブ１０１Ｂと垂直方向に位置合わせされた、Ｏｚ軸に沿った深度ＤＢの位置を決定することができる。深度ＰＡおよびＰＢと、既知のプローブ１０１Ａおよび１０１Ｂの距離Ｌとに基づいて、Ｏｘ軸に対する血管１５０の傾斜角度φは、例えば、デバイス１００の下方に位置する血管１５０の部分が実質的に直線的であると考えることで得られる。このように得られた角度φの推定は、例えば、中央プローブ１０１Ｃを用いて入射超音波ビーム２０１′を放射してデバイス１００の下面１００Ｉの法線と角度α′を形成することにより、ドップラー効果による速度ｖの測定中に血管１５０の傾斜を有利に補償することができる。角度α′は、例えば、超音波ビーム２０１′が角度θにできるだけ近い（図３に示す例では角度θに等しい）入射角で血管１５０に到達するように調整される。

【0050】

デバイス１００の側方プローブ１０１Ａ、１０１Ｂによる角度φの推定により、さらに、中央プローブ１０１Ｃによって放射される入射超音波ビームの焦点距離を変更させることができる。図示の例では、入射超音波ビーム２０１′が血管１５０の中央軸１５０Ｍの近傍に集束され、ここでも、デバイス１００に対する血管１５０の傾斜を補償し、プローブ１０１Ｃが超音波ビーム２０１を放射する場合よりも正確な測定値を有利に得ることができる。

【0051】

さらに、側方プローブ１０１Ａ、１０１Ｂによって放射される超音波ビームは、血管１５０の推定位置に応じて調整されてもよい。より正確には、超音波トランスデューサ１０３Ａ、１０３Ｂのアレイからそれぞれ放射される超音波ビームの放射方向および焦点距離を、血管１５０の推定位置に応じて調整することができる。変形例として、プローブ１０１Ａ、１０１Ｂ（超音波トランスデューサ１０３Ａ、１０３Ｂ）によって血管１５０の位置が検出されると、超音波トランスデューサ１０３Ａ、１０３Ｂの一部のみ、例えば中央軸１５０Ｍに最も近い各アレイの超音波トランスデューサ１０３Ａ、１０３Ｂを用いて、直径Ｄの時間変化を追跡することができる。

【0052】

プローブ１０１Ａ、１０１Ｂが、図２を参照して前述した脈拍伝播時間の測定による脈波伝播速度の決定方法を実施する場合、さらに、デバイス１００に対する血管１５０の位置の推定は、超音波トランスデューサ１０３Ａ、１０３Ｂと垂直方向に位置合わせされた、直径Ｄの測定領域間の距離誤差を補償するために有利に使用され得る。図３の例では、これらの領域は実際に距離Ｌ′だけ離れている。距離Ｌ′は、図２に示すように、プローブ１０１Ａおよび１０１Ｂの間の距離Ｌに等しくないが、Ｌ×ｃｏｓ（φ）に等しい。

【0053】

図３では、血管１５０の中央軸１５０ＭがＯｘ軸に対して負の角度φだけ傾斜しており、超音波ビーム２０１′が血管１５０の下流に向けられている（図３の向きで右に向けられている）例を示している。変形例として、血管１５０は軸Ｏｘに対して正の角度φだけ傾斜してもよい。この場合、深度ＰＡは深度ＰＢよりも大きい。血管１５０の傾斜の補償は、その後、例えば、超音波ビーム２０１′が１２０°～１５０°の入射角で血管１５０に到達するように角度α′を調整することによって行われる。この場合、超音波ビーム２０１′は血管１５０の上流に向けられる（図３の向きで左に向けられる）。

【0054】

以上、血管１５０が平面Ｏｘｚに平行で、軸Ｏｘに対して傾斜している例について説明したが、上記の実施形態は、血管１５０が空間的に任意の向きを有する場合にも適用される。一例として、上記の実施形態は、血管１５０が平面Ｏｘｙに平行で軸Ｏｘに対して傾斜している場合、および血管１５０が平面Ｏｘｚにも平面Ｏｘｙにも平行でない場合に当業者によって入れ替えられ得る。

【0055】

また、上記の実施形態では、超音波トランスデューサ１０３Ａ、１０３Ｂ、１０３Ｃのアレイによって放射される超音波ビームの方向および／または焦点距離は、血管１５０の推定位置に応じて調整されてもよい。しかし、デバイス１００に対する血管１５０の位置の推定を利用して、プローブ１０１Ａ、１０１Ｂ、１０１Ｃが放射する超音波ビームの方向および／または焦点距離を変更することなく、またはそのような変更の補完として、これらのプローブによって実行された測定を補償することもできる。

【0056】

さらに、２つのトランスデューサ１０３Ａおよび１０３Ｂの側方アレイを使用して血管１５０の位置を推定する例が説明されたが、１つの変形例として、１つのトランスデューサの側方アレイ、例えば、プローブ１０１Ａのトランスデューサ１０３Ａまたはプローブ１０１Ｂのトランスデューサ１０３Ｂの側方アレイを使用して、血管１５０の位置を推定してもよい。この変形例は、本開示の示唆に基づき、当業者の能力の範囲内である。

【0057】

図４は、図１のデバイス１００の制御回路４００の実施形態の一例を概略的および部分的に示している。

【0058】

この例では、回路４００は、送信回路とも呼ばれる２つのパルサー４０１ＡＢ、４０１Ｃを備える。パルサー４０１ＡＢは、例えば、側方プローブ１０１Ａ、１０１Ｂの超音波トランスデューサ１０３Ａ、１０３Ｂに接続され、パルサー４０１Ｃは、例えば、中央プローブ１０１Ｃの超音波トランスデューサ１０３Ｃに接続される。この例では、各パルサー４０１ＡＢ、４０１Ｃは、接続される各超音波トランスデューサ１０３Ａ、１０３Ｂ、１０３Ｃごとにパス４０３を備える。一例として、側方プローブ１０１Ａ、１０１Ｂのアレイがそれぞれ８つの超音波トランスデューサ１０３Ａ、１０３Ｂを備え、中央プローブ１０１Ｃのアレイが１６個の超音波トランスデューサ１０３Ｃを備える場合、各パルサー４０１ＡＢ、４０１Ｃは、製造ばらつきの範囲内で同一のパス４０３を１６個備える。一例として、パルサー４０１ＡＢと４０１Ｃとは、製造ばらつきの範囲内で同一である。

【0059】

図示の例では、各パス４０３は、より正確には、高電圧アンプなどのアンプ４０５（ＨＶ）、放射ビームフォーマ４０７（ＴＸ ＢＦ）、およびトランシーバスイッチ４０９を備える。図４に示す例では、放射ビームフォーマ４０７は、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）などの処理ユニット４１１（ＰＵ）の出力に接続される入力と、高電圧アンプ４０５の入力に接続される出力とを備える。アンプ４０５は、スイッチ４０９の一方の端子、および超音波トランスデューサ１０３Ａ、１０３Ｂ、１０３Ｃの１つに接続される出力を備える。この例では、各スイッチ４０９の他方の端子は、受信回路とも呼ばれるアナログフロントエンド回路４２１に接続される。

【0060】

受信回路４２１は複数の受信パス４２３を備える。この例では、回路４２１が備える受信パス４２３の数は、デバイス１００の超音波トランスデューサ１０３Ａ、１０３Ｂ、１０３Ｃの数の半分に等しい。一例として、側方プローブ１０１Ａ、１０１Ｂのアレイがそれぞれ８つの超音波トランスデューサ１０３Ａ、１０３Ｂを備え、中央プローブ１０１Ｃのアレイが１６個の超音波トランスデューサを備える場合、回路４２１は製造ばらつきの範囲内で同一のパス４２３を１６個備える。

【0061】

図示の例では、各パス４２３は、より正確には、例えば低ノイズアンプであるアンプ４２５（ＬＮＡ）と、例えばプログラマブルゲインアンプであるアンプ４２７（ＰＧＡ）と、ローパスフィルタ４２９（ＬＰＦ）と、アナログ－ディジタルコンバータ４３１（ＡＤＣ）と、例えば低電圧差動信号で動作可能なコンバータである直列コンバータ４３３（ＬＶＤＳ）とを備える。この例では、各パス４２３のアンプ４２５は、パルサー４０１ＡＢのパス４０３の１つおよびパルサー４０１Ｃのパス４０３の１つに接続される入力と、アンプ４２７の入力に接続される出力とを備える。アンプ４２７は、フィルタ４２９の入力に接続される出力を備える。コンバータ４３１は、フィルタ４２９に接続される入力と、直列コンバータ４３３の入力に接続される出力とを備える。図示の例では、アンプ４２５および４２７、フィルタ４２９、並びにコンバータ４３１はそれぞれ、処理ユニット４１１の出力に接続される制御入力を備える。さらに、回路４２１の各パス４２３は、処理ユニット４１１に接続される、直列コンバータ４３３の出力に対応する出力を備える。

【0062】

回路４００に関連するデバイス１００の動作例については、図４を参照して説明する。

【0063】

第１の放射ステップでは、パルサー４０１ＡＢのスイッチ４０９が例えばすべてオフ状態であり、超音波ビームが側方プローブ１０１Ａおよび１０１Ｂによって放射される。第１の放射ステップでは、処理ユニット４１１は、例えば、パルサー４０１Ｃの放射ビームフォーマ４０７に信号を送信しないように構成され、そして、プローブ１０１Ｃは超音波ビームを放射しない。次に、第１の放射ステップに続く第１の受信ステップでは、パルサー４０１ＡＢのすべてのスイッチ４０９が例えばオフにされ、側方プローブ１０１Ａ、１０１Ｂが超音波エコーを捕捉することができるようにする。この例では、デバイス１００に対する血管１５０の位置は、例えば、第１の受信ステップの最後に推定される。

【0064】

次に、第１の受信ステップに続く第２の放射ステップでは、パルサー４０１Ｃのすべてのスイッチ４０９がオフ状態であり、中央プローブ１０１Ｃによって超音波ビームが放射される。第２の放射ステップでは、処理ユニット４１１は、例えば、パルサー４０１ＡＢの放射ビームフォーマ４０７に信号を送信しないように構成され、そして、プローブ１０１Ａおよび１０１Ｂは超音波ビームを放射しない。最後に、第２の放射ステップに続く第２の受信ステップでは、パルサー４０１Ｃのすべてのスイッチ４０９が例えばオンにされ、中央プローブ１０１Ｃが超音波エコーを捕捉することができるようにする。流量Ｄｖの測定は、例えば、第２の受信ステップの最後に実行される。

【0065】

第２の受信ステップが終了すると、例えば、第１の受信ステップで推定されるデバイス１００に対する血管１５０の位置に応じて中央プローブ１０１Ｃによって放射されるビームおよび／またはプローブ１０１Ａ、１０１Ｂによって放射されるビームの放射パラメータを調整することに進む。前述した送信ステップおよび受信ステップは、例えば、変更された放射パラメータを使用することにより繰り返されてもよい。

【0066】

一例として、血管１５０の位置が推定され、患者の心血管活動評価の段階の開始時に、プローブ１０１Ｃおよび／またはプローブ１０１Ａ、１０１Ｂの放射パラメータが変更され、その後、プローブ１０１Ｃおよび／またはプローブ１０１Ａ、１０１Ｂの放射パラメータは、例えば別の患者に対して実施する次の評価段階まで変更されない。変形例として、血管１５０の位置の推定操作と、プローブ１０１Ｃおよび／またはプローブ１０１Ａ、１０１Ｂの放射パラメータの調整操作とは、患者の心血管活動評価の同じ段階において繰り返されてもよい。

【0067】

図５では、図１のデバイス１００の制御回路５００の実施形態の一例を概略的および部分的に示している。図５の回路５００は、図４の回路４００と共通の要素を備える。

【0068】

図５の回路５００の図４の回路４００と異なる点は、主に、図５に示す例の回路５００が１つのパルサー（例えば、図４を参照して前述したパルサー４０１ＡＢ）を備えるところにある。さらに、回路５００の回路４００と異なる点は、回路５００がデバイス１００のプローブ１０１Ａ、１０１Ｂ、１０１Ｃの超音波トランスデューサ１０３Ａ、１０３Ｂ、１０３Ｃのアレイをパルサー４０１ＡＢに結合するマルチプレクサ５０１（ＭＵＸ）を備えるところにある。図示の例では、デバイスは、３２個の超音波トランスデューサ１０３Ａ、１０３Ｂ、１０３Ｃを備え、マルチプレクサ５０１は、より正確には、１６個のパスを備え、１対２タイプである。

【0069】

一例として、マルチプレクサ５０１の各パスは、図５に示すように、単極双投（ＳＰＤＴ）タイプのスイッチ５０３を備え、スイッチ５０３は、パルサー４０１ＡＢのパス４０３の１つに接続される入力端子と、例えば側方プローブ１０１Ａ、１０１Ｂの超音波トランスデューサ１０３Ａ、１０３Ｂの１つに接続される第１の出力端子と、例えば中央プローブ１０１Ｃの超音波トランスデューサ１０３Ｃの１つに接続される第２の出力端子とを有する。マルチプレクサ５０１は、さらに、処理ユニット４１１に接続される制御入力を備え、この制御入力は、例えば、すべてのスイッチ５０３に第１および第２の出力端子間で例えば実質的に同時に切り替えさせることができる。一例として、制御入力は、処理ユニット４１１から制御信号を受信し、この制御信号は、すべてのスイッチ５０３をその入力端子がその第１の出力端子に接続された状態に置く第１のレベルと、すべてのスイッチ５０３をその入力端子がその第２の出力端子に接続された別の状態に置く第２のレベルとを有する。

【0070】

回路５００に関連するデバイス１００の動作例については、図５を参照して説明する。

【0071】

第１の放射ステップでは、パルサー４０１ＡＢのスイッチ４０９は、例えばすべてオフ状態であり、マルチプレクサ５０１のスイッチ５０３は、例えばその入力端子がその第１の出力端子に接続された状態に置かれ、この例では、超音波トランスデューサ１０３Ａ、１０３Ｂに接続されており、超音波ビームが側方プローブ１０１Ａおよび１０１Ｂによって放射される。次に、第１の放射ステップに続く第１の受信ステップでは、パルサー４０１ＡＢのすべてのスイッチ４０９が例えばオンにされ、側方プローブ１０１Ａ、１０１Ｂが超音波エコーを捕捉することができるようにする。マルチプレクサ５０１のスイッチ５０３は、その入力端子がその第１の出力端子に接続された状態のままである。この例では、デバイス１００に対する血管１５０の位置は、例えば、第１の受信ステップの最後に推定される。

【0072】

次に、第１の受信ステップに続く第２の放射ステップでは、パルサー４０１ＡＢのすべてのスイッチ４０９が例えばオフであり、マルチプレクサ５０１のスイッチ５０３は、例えば、その入力端子がその第２の出力端子に接続された状態に切り替わり、この例では、超音波トランスデューサ１０３Ｃに接続されており、超音波ビームが中央プローブ１０１Ｃによって放射される。次に、第２の放射ステップに続く第２の受信ステップでは、パルサー４０１ＡＢのすべてのスイッチ４０９が例えばオンにされ、中央プローブ１０１Ｃが超音波エコーを捕捉することができるようにする。マルチプレクサ５０１のスイッチ５０３は、その入力端子がその第２の出力端子に接続された状態のままであり、中央プローブ１０１Ｃが超音波エコーを捕捉することができるようにする。流量Ｄｖの測定は、例えば、第２の受信ステップの最後に実行される。

【0073】

第２の受信ステップが終了すると、例えば、デバイス１００に対する血管１５０の推定位置に応じて、中央プローブ１０１Ｃによって放射されるビームおよび／またはプローブ１０１Ａ、１０１Ｂによって放射されるビームの放射パラメータを調整することに進む。前述した放射ステップと受信ステップとは、その後、例えば変更された放射パラメータを使用することにより繰り返されてもよい。

【0074】

前述した回路４００、５００の利点は、電子部品およびパスの数が少ないところにあり、それにより、回路４００、５００およびデバイス１００は、携帯型のデバイスへの統合に適合し、低いコストで得られる。

【0075】

図６では、スマートウォッチなど、ユーザの腕１５１に装着されるブレスレットタイプのデバイス６００に、図１のデバイス１００を統合した例を示している。図示の例では、デバイス６００は図５の制御回路５００をさらに統合している。例えば、デバイス１００は、ユーザの腕１５１の尺骨動脈１５０の実質的に前に位置することを意図としたデバイス６００の領域に位置する。一例として、デバイス１００はデバイス６００のブレスレット６０１に統合される。

【0076】

様々な実施形態および変形例について説明したが、当業者は、これらの様々な実施形態および変形例の特定の特徴を組み合わせることができ、他の変形例が当業者であれば想到できることを理解するであろう。特に、図６のデバイス６００の制御回路５００を、図４を参照して前述した制御回路４００に置き換えることができる。

【0077】

最後に、上記の実施形態および変形例の実用的な実施は、上記の機能的な表示に基づいて当業者の能力の範囲内である。特に、デバイス１００の実際の形成、例えば、デバイス１００のプローブ１０１Ａ、１０１Ｂ、１０１Ｃの超音波トランスデューサ１０３Ａ、１０３Ｂ、１０３Ｃの形状、位置および制御、並びに処理ユニット４１１による回路４００、５００の要素の駆動は、本開示の示唆に基づいて、当業者の能力の範囲内である。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【外国語明細書】

【図１】

【図２】

【図３】

【図４】

【図５】

【図６】