超音波診断システム
【課題】メタボリックシンドロームの検診において、従来、腹囲長が計測されていたが、それは必ずしも内臓脂肪量との良好な相関を有するものではなかった。
【解決手段】腹部の表面上に３つの当接位置が定められ、それらにおいてプローブを当接して生体内における３つの所定距離が計測される。具体的には、下大動脈の中心点Ｏを出発点とする３つの計測経路３６Ｂ，３６Ａ，３６Ｃが設定され、各計測経路上において中心点Ｏから体表側の脂肪層表面（内面）までの距離ａ，ｂ，ｃが観測される。それらの距離ａ，ｂ，ｃと角度θｂ，θｃから内臓脂肪エリア２０のおおよその面積を求めることができ、それに基づき指標値が演算される。
【解決手段】腹部の表面上に３つの当接位置が定められ、それらにおいてプローブを当接して生体内における３つの所定距離が計測される。具体的には、下大動脈の中心点Ｏを出発点とする３つの計測経路３６Ｂ，３６Ａ，３６Ｃが設定され、各計測経路上において中心点Ｏから体表側の脂肪層表面（内面）までの距離ａ，ｂ，ｃが観測される。それらの距離ａ，ｂ，ｃと角度θｂ，θｃから内臓脂肪エリア２０のおおよその面積を求めることができ、それに基づき指標値が演算される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は超音波診断システムに関し、特に、内臓脂肪を計測するための超音波診断システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
医療の分野において超音波診断システムが利用されている。超音波診断システムは、一般に、超音波診断装置により構成され、あるいは、超音波診断装置とコンピュータとを組み合わせたものとして構成される。超音波診断装置は、生体に対して超音波を送波し生体内からの反射波を受波する超音波探触子と、超音波探触子からの受信信号に基づいて画像形成や各種の計測を行う装置本体と、により構成される。超音波診断によれば、Ｘ線診断において生じる被ばくという問題を回避でき、またＸ線診断のような大掛かりな機構が不要である。そのような利便性から、メタボリックシンドローム（内臓脂肪型肥満）の健診に超音波診断を利用することが望まれている。
【０００３】
現在、メタボリックシンドロームの健診では、一般に、腹囲長の計測が行われる。腹囲長と内臓脂肪量との間には一定の相関が認められるためである。しかし、腹囲長は皮下脂肪（筋肉を含む）を含んだ長さ情報でしかなく、腹腔内における内臓脂肪の量あるいはそれが存在する可能性がある範囲の大きさを表すものではない。腹部に微弱電流を流し、その電気抵抗から内臓脂肪量を推定する手法も提案されているが、そのような手法の実現には大掛かりな装置が必要となるし、腹部内の構造を十分考慮できるものではないので、その意味で計測値の信頼性を高められない。Ｘ線ＣＴ装置を利用して内臓脂肪量を計測する手法によれば、高精度での計測を実現できるが、そのためには非常に大掛かりなシステムを構築する必要があり、規模やコストの面で問題があり、特に、被ばくという面での問題を指摘できる。そこで、非侵襲で体内構造を観測できる超音波診断をメタボリックシンドロームの健診、つまり内臓脂肪計測に適用することが研究されている。
【０００４】
非特許文献１は、内臓脂肪と心臓血管危険因子との関係を記述した論文である。内臓脂肪量は、詳細不明なるものの、超音波画像を利用して計測演算されているものと推認される。具体的には、同文献の図１に示す腹部の横断面（腰椎を垂直に横切る断面）上において、腰椎から腹部前面側へ放射状に広がる３つの経路が設定され、各経路上において腰椎から皮下脂肪までの距離a,b,cが求められ、更にその平均値((a+b+c)/3)が内臓脂肪量に相当する情報VFD(Visceral fat distance)として演算されているようである。３つの異なる経路上で３つの距離を計測するものの、それらは結局平均値演算に供されている。つまり、それら相互間の角度までは考慮されていない。この手法では、一次元の距離情報しか利用されておらず、二次元情報あるいは構造情報は利用されていないと解される。この論文には３つの経路を再現性良く設定するための機構上の工夫も開示されていない。
【０００５】
特許文献１には超音波画像上の画像処理により皮下脂肪の断面面積と腹膜前脂肪の断面面積との比を演算する内蔵脂肪肥満検査装置が開示されている。しかし、この装置は、腹部内の広い範囲を計測対象とするものではないし、再現性を良好にするための計測条件や計測を支援する治具を備えるものでもない。
【０００６】
特許文献２には、超音波画像上で、肝臓近傍での腹膜前脂肪厚と、臍近傍での腹膜前脂肪厚とを特定し、それらの情報に基づいて内臓脂肪量に依存した内臓脂肪係数を求める内臓脂肪測定装置が開示されている。これは背骨の伸長方向に離れた２点で内臓脂肪を観測するものであり、背骨に直交する断面内の形状や構造を考慮するものではない。
【０００７】
特許文献３には超音波プローブ用アタッチメントが開示されている。これは超音波プローブの当接時に脂肪厚が変化してしまうことを防止するものである。但し、１つのプローブ保持部しか備えていないものである。なお、特許文献４には、帯状の紐を備えた近赤外光型の体脂肪測定装置が開示されている。紐には臍位置あわせ部が設けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００７−１３５９８０号公報
【特許文献２】特開２００８−１９４２４０号公報
【特許文献３】特開２００８−２８４１３６号公報
【特許文献４】特開２００６−２９６７７０号公報
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】Yu CHIBA et al.,"Relationship between Visceral Fat and Cardiovascular Disease Risk Factors:The Tanno and Sobetsu Study",Hypertens Res Vol.30,No.3,2007,pp.229-236.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
メタボリックシンドロームの検査においては、特に、その集団検診においては、簡易かつ速やかに、しかも信頼性良く内臓脂肪量に相当する情報を計測することが要請されているが、従来の技術では必ずしもそのような要請を十分に満たすことができない。
【００１１】
本発明の目的は、超音波を使って内臓脂肪量に相当する情報を精度良く計測できるようにすることにある。
【００１２】
本発明の目的は、生体の横断面上において複数の内臓脂肪計測経路を再現性良く設定できるようにすることにある。
【００１３】
本発明の目的は、メタボリックシンドロームの集団検診に適する医療用手段として、簡易でありながら信頼性ある計測結果を得られる超音波診断システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明に係る超音波診断システムは、生体に当接され、超音波の送受波を行って受信信号を出力する送受波手段と、前記受信信号に基づいて超音波画像を形成する画像形成手段と、前記生体の横断面上において放射状に設定される複数の計測経路を含んだ複数の超音波画像を用いて、前記各計測経路上において、深部に位置する基準部位と浅部に位置する所定の境界面との間の距離を計測する距離計測手段と、前記複数の計測経路の幾何学的関係及び前記複数の計測経路上で計測された複数の距離に基づいて、内臓脂肪量との相関性が認められる指標値を演算する指標値演算手段と、前記指標値を出力する出力手段と、を含むことを特徴とする。
【００１５】
上記構成によれば、生体内における複数の計測経路上において内臓脂肪が存在する可能性がある範囲が複数の距離として特定され、複数の計測経路の幾何学的関係（望ましくは交差角度）と、複数の距離とに基づいて、内臓脂肪量に相関性が認められる指標値が演算される。腹囲長の計測では、皮下脂肪や筋肉の厚さまで計測対象に含まれてしまうが、上記構成によれば、皮下脂肪層等を除外しつつ内臓脂肪が存在する可能性がある範囲を特定し、それを指標値演算の基礎とすることができる。その場合、複数の計測経路上において複数の距離が計測されるから、二次元サイズを考慮できるのであり、つまり内臓脂肪が存在する可能性がある範囲の二次元形状まで考慮することができるから、指標値の信頼性を高めることができる。Ｘ線ＣＴ装置を利用した場合には被ばくという問題が生じるし、大掛かりな機構が必要となるが、上記構成によれば、非侵襲で迅速に指標値を計測できるので、医療上の高い有用性が認められる。所定の境界面は、内臓脂肪が存在するエリアを取り囲む境界面であり、一般的に見て内臓脂肪が存在しない皮下層の内面であり、具体的には、筋肉層の内面あるいは皮下脂肪層の内面である。
【００１６】
計測経路の個数は２つ以上であり、望ましくは、３つである。３つの計測経路を設定すれば内臓脂肪が存在する可能性がある範囲の広がりのみならずそれについての大凡の形状（あるいは左右の形態差）まで考慮することが可能となる。４つ以上の計測経路を設定してもよい。距離計測がマニュアルであるいは半自動的に行われる場合、その負担を考慮するならば、３つの計測経路を用いるのが望ましい。勿論、距離の計測を自動化することも可能である。複数の計測経路が体内深部において交わっているのが望ましい。内臓脂肪が存在する可能性がある範囲あるいは体腔の形状は大凡楕円形状であるから、その中央付近に基準部位を設定し、そこから放射状に広がる複数の計測経路を設定するのが望ましい。複数の計測経路上での距離計測を実現するために、生体表面上における複数の当接位置にプローブが段階的にあるいは同時に当接される。
【００１７】
望ましくは、前記基準部位は血管であり、前記各計測経路に対応した各超音波画像が断層画像として表示され、前記各断層画像上において前記血管と前記所定の境界面との間の距離が計測される。断層画像を表示すれば視覚的に所定の境界面を特定するのが容易となる。また、血管の特定も容易となる。血管の特定を超音波ドプラ法を用いて自動的に行ってもよい。望ましくは、前記血管は拍動する下大動脈である。そのような拍動する血管は断層画像上において極めて認識しやすいものであり、それを基準として各計測経路を設定すればマニュアル計測であってもその信頼性を向上できる。
【００１８】
望ましくは、前記複数の断層画像は、前記生体の横断面に直交し且つ前記下大動脈上において相互にクロスする複数の走査面に対応するものである。望ましくは、前記複数の走査面の内で中央走査面は臍を避けた位置に形成される。
【００１９】
望ましくは、前記複数の走査面は中央走査面、右側走査面及び左側走査面を含み、前記右側走査面及び前記左側走査面は前記中央走査面に対して実質的に左右同一の傾斜角度をもって設定される。望ましくは、前記複数の計測経路は中央経路、右側経路及び左側経路を含み、前記指標値演算手段は、前記中央経路上の距離と、前記右側経路上の距離と、前記中央経路と前記右側経路との間の右側角度と、に基づいて、前記中央経路と前記右側経路とに挟まれる右側部分の右側部分面積を求める手段と、前記中央経路上の距離と、前記左側経路上の距離と、前記中央経路と前記左側経路との間の左側角度と、に基づいて、前記中央経路と前記左側経路とに挟まれる左側部分の左側部分面積を求める手段と、前記右側部分面積及び前記左側部分面積を少なくとも用いて前記指標値を演算する手段と、を含む。
【００２０】
演算された面積値をそのまま指標値として出力するようにしてもよいし、生体の各位置においてそのような面積値を演算して体積値を求め、それを指標値として出力するようにしてもよい。面積演算及び体積演算の手法としては各種の手法が考えられる。いずれにしても放射状の複数の計測経路上において複数の距離を求め、二次元的な形状の情報を基礎として指標値が演算されるのが望ましい。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、超音波を使って内臓脂肪量に相当する情報を精度良く計測できる。あるいは、生体の横断面上において複数の内臓脂肪計測経路を再現性良く設定できる。あるいは、メタボリックシンドロームの集団検診に適する医療用手段として、簡易でありながら信頼性ある計測結果を得られる超音波診断システムを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】指標値を演算するための３つの計測経路を説明するための図である。
【図２】３つの計測経路に対応した３つの断層画像上における距離計測を説明するための図である。
【図３】３つの距離に基づく面積演算を説明するための図である。
【図４】面積演算における具体的な演算例を示す概念図である。
【図５】右側の部分面積と左側の部分面積の演算例を説明するための図である。
【図６】テーブルを利用した面積演算方法を説明するための図である。
【図７】計測経路上における自動的な距離演算を説明するための図である。
【図８】内臓脂肪量に相関がある指標値を演算する機能を備えた超音波診断システムを示す図である。
【図９】図８に示した装置の動作例を示すフローチャートである。
【図１０】体表面上における複数の位置にプローブを固定する際に用いられる器具を説明するための斜視図である。
【図１１】図１０に示した器具の断面図である。
【図１２】図１０に示した器具の全体構成を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２４】
図１には、生体における腹部の横断面が模式的に示されている。図１においては、特に、内臓脂肪量に相関がある指標値を計測及び演算する際の状況を表している。ちなみに、Ｘ方向を背骨方向として、Ｚ方向は生体の厚み方向であり、Ｙ方向は左右方向である。図１においては、足側から頭部側へ見た場合の断面が示されている。
【００２５】
図１において、生体１０は腹部であり、その下側が背中であり、その上側が腹部表面１２である。例えば生体はベッド上に仰向けで載せられている。生体１０の内部には皮下脂肪層１４が存在する。この皮下脂肪層１４は皮膚及び筋肉を含む層である。その内側には筋肉１６が存在し、さらにその内側には内臓脂肪エリア２０が存在する。内臓脂肪エリア２０は図１においてＹＺ面に広がる隙間領域であり、臓器の周囲に存在している。もちろん、人によってその存在割合は異なるが、以下に説明する本手法によれば内臓脂肪量にかなり相関性が認められる指標値を演算することが可能である。
【００２６】
図１において符号１８は腰椎を表しており、符号２４は臓器等の他の組織を表している。ここで注目すべき組織は下大動脈２２であり、それは太い動脈であり、超音波画像上において拍動を容易に視認することができるものである。下大動脈２２は腹部のほぼ中心に位置し、それが基準組織或いは基準部位として利用される。
【００２７】
指標値の計測に際しては、本実施形態において、３つの計測経路３６Ａ，３６Ｂ，３６Ｃが設定される。図１においてはそれらが３つのラインとして表されており、それらのラインは下大動脈２２の中心においてクロスしている。ちなみに中央の計測経路３６Ａに対して他の２つの計測経路３６Ｂ，３６Ｃは互いに同じ角度だけ傾斜している。その角度は例えば４０度であるが、もちろんそれが３０度〜５０度の範囲内あるいはそれ以外の値に設定されてもよい。３つの計測経路３６Ａ，３６Ｂ，３６Ｃを放射状に設定するために、３つの当接位置Ａ，Ｂ，Ｃが定められている。
【００２８】
具体的には、腹部表面１２上には保持器具２６が設けられ、その保持器具２６により３つの当接位置Ａ，Ｂ，Ｃにおいてプローブ３２が順次保持される。保持器具２６は、３つの保持部３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃを有しており、プローブ３２を選択的にいずれかの保持部３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃに差し込んでそれを保持させることが可能である。例えば、図１において、当接位置Ａにプローブ３２が設けられ、具体的には、プローブ３２が保持部３０Ａ内に差し込まれている。その送受波面は腹部表面１２上に密着しており、その状態で超音波の送受波、具体的には超音波ビームの電子走査が実行される。その位置での計測が完了すると、次に、プローブ３２が当接位置Ｂに移動され、そこにおいて同様の超音波計測が実行される。その後、さらに当接位置Ｃにおいて上記同様の超音波計測が実行される。ちなみに、符号２８は保持器具２６のベース部分を表しており、符号３２−２，符号３２−３はそれぞれ差し替え後のプローブを示している。なお、プローブ３２の電子走査方向はＸ方向であり、すなわち図１に示される横断面に直交する方向に電子走査が実行され、当該方向に走査面が形成される。中央の当接位置Ａは、へそ位置を若干避けた位置に設定されており、これによって常に良好な音響伝搬が確保されている。そのような位置は下大動脈２２の直上に位置している。
【００２９】
本実施形態においては、図１に示した内臓脂肪エリア２０の面積に相当する値を測定するために、上述したように３つの計測経路３６Ａ，３６Ｂ，３６Ｃが設定され、各計測経路３６Ａ，３６Ｂ，３６Ｃ上において、下大動脈の中心から生体前面側に存在する境界面１６Ａまでの距離がマニュアルであるいは自動的に計測される。マニュアルでの計測を行う場合の例が図２に示されている。境界面１６Ａは、筋肉層の内面である。皮下脂肪層１４の内面を利用することもできる。
【００３０】
図２において、上述した３つの当接位置Ａ，Ｂ，Ｃに対応して３つの断層画像Ｆａ，Ｆｂ，Ｆｃが示されている。それらの断層画像Ｆａ，Ｆｂ，Ｆｃは３つの走査面上のエコーデータに基づいて形成されたものである。ここで各走査面は超音波ビームの電子走査によって形成される。なお、図２においては、各当接位置に設置されたプローブ３２が概念的に示されている。
【００３１】
ここで、例えば中央の断層画像Ｆａに着目すると、そこにおいて計測経路が符号Ｌａで示されている。距離計測を行う場合、下大動脈の中心Ｏがユーザーにより指定され、また境界面Ｒａの深さ位置に相当する点４０Ａがユーザーにより指定される。それらの２つの点Ｏ，４０Ａは、中心ラインに相当する計測経路Ｌａ上において指定される。もちろんそのような経路を傾斜、偏向させるようにしてもよい。境界面Ｒａは一般に容易に視覚的に特定可能なものであり、また下大動脈の特定も画像上において極めて容易である。したがって距離を高精度で特定できる。これと同様に、当接位置Ｂにおいても、計測経路Ｌｂ上において下大動脈の中心Ｏと境界面Ｒｂ上の点４０Ｂとがユーザーにより指定され、その結果として距離ｂが自動的に特定される。同じく、当接位置Ｃにおいても、計測経路Ｌｃ上において、中心点Ｏと境界面Ｒｃ上における点４０Ｃとがユーザーにより特定され、これによって自動的に距離ｃが演算される。以上のようなプロセスを経ることにより、３つの距離ａ，ｂ，ｃが認識されることになる。
【００３２】
図３には、再び生体の横断面が示されている。計測経路３６Ａ，３６Ｂ，３６Ｃ上において、符号３８Ａ，３８Ｂ，３８Ｃはそれぞれ送受波面上の中心点を表しており、Ｏは上述したように下大動脈の中心点を表している。符号４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃは上述したプロセスによって指定された境界面上の点である。ここで中央の計測経路３６Ａは本実施形態において垂直に設定されており、それに対する他の２つの計測経路３６Ｂ，３６Ｃの傾斜角度θｂ，θｃは既知であり、例えばそれはいずれも４０度である。これによって２つの三角形を特定する４点が定められたことになる。すなわち、中心点Ｏ，境界点４０Ｂ，境界点４０Ａ，境界点４０Ｃの４つの点によって囲まれる四角形あるいは２つの三角形の二次元形状を特定することが可能となる。そのような二次元形状は腹腔内における内臓脂肪量に強く相関していることが経験則上明らかになっており、そのような情報を用いて内臓脂肪量の大小を示す指標値を演算することが可能となる。
【００３３】
そのような指標値を得る手法として、関数演算法とテーブル法があり、以下においてはまず関数演算法を説明する。それは幾何学的な見地から面積を求めるものである。
【００３４】
具体的に説明すると、まず２つの三角形の面積Ｓｂ，Ｓｃはすでに求められている距離ａ，ｂ，ｃと２つの角度θｂ，θｃから容易に求められる。本実施形態においては、このような手法を拡張してさらに４つの三角形の面積が演算されている。すなわち、部分面積Ｓｂ１，Ｓｂ２，Ｓｃ１，Ｓｃ２が演算されている。
【００３５】
具体的に説明すると、面積Ｓｂ１は点Ｏ，４０Ｂ，Ｒ１で囲まれる三角形の面積であり、それは角度θｂ１と２つの辺の長さｂ，ｂ１から演算できる。角度θｂ１は既知の値であり、辺の長さｂ１は本実施形態において辺ｂの長さと同じかそれに所定の係数を掛けたものとして定義される。また、面積Ｓｂ２は３点Ｏ，Ｒ１，Ｒ２で囲まれる三角形の面積であり、それは辺の長さｂ１，ｂ２および角度θｂ２から求められる。θｂ２は既知の値であり、長さｂ２は例えばｂおよびｃから所定の係数を用いて求めることが可能である。これと同様の手法により、部分面積Ｓｃ１および部分面積Ｓｃ２が求められる。前者はｃとｃ１とθｃ１から演算され、後者はｃ１とｃ２とθｃ２から求められる。θｃ１とθｃ２も既知であることから、ｃ１およびｃ２をｃあるいはｃとｂから推定するようにすればよい。結局それらの部分面積Ｓｂ，Ｓｃ，Ｓｂ１，Ｓｂ２，Ｓｃ１，Ｓｃ２をあわせた面積Ｓが求められ、それがそのまま内臓脂肪量を表す指標値として出力され、あるいは、その面積値を換算あるいは補正することにより指標値が求められる。いずれにしても内臓脂肪エリア２０の大小を二次元的な観点から計測することにより、腹囲長の計測よりも、より信頼性の高い指標値を得ることが可能となる。
【００３６】
図４には、以上説明した手法が概念図として表されている。符号５２は演算モジュールを表している。そこでの演算は例えばソフトウェアの機能により実現される。モジュール５２に対しては符号４２〜５０で示される各数値ａ，ｂ，ｃ，θｂ，θｃが入力される。また必要に応じて符号５４〜符号６０で示されるθｂ１，θｂ２，θｃ１，θｃ２が与えられる。そのような値に基づき、符号６２〜７２で示されるように、６つの部分面積Ｓｂ〜Ｓｃが図示のような関数をもって演算される。もちろん図示の例は一例であり、いずれにしても計測された３つの距離ａ，ｂ，ｃと２つの角度θｂ，θｃを用いるのが望ましい。符号７４は６つの部分面積の加算を表している。その加算結果である面積値Ｓをそのまま指標値として出力するようにしてもよいし、あるいは体積値として出力することも可能である。また体型や年齢あるいは性別等を考慮する演算を実行するようにしてもよい。それが符号７６で示されている。すなわち、加算結果であるＳに対して諸条件に応じた補正を行い、最終的な指標値Ｓ’を求めるようにしてもよい。それが体積値Ｖ’であってもよい。体積値を求める場合には、生体における複数の位置において面積値を求め、それらに基づいて体積値を求めるのが望ましい。もちろん、経験則上、面積値から体積値が換算できるのであれば、そのような換算演算を実行するようにしてもよい。
【００３７】
図５には基本的な２つの部分面積の演算式が例示されている。（Ａ）においては符号７８により部分面積Ｓｂの計算方法が示されている。ここでは１／２・ａｂsinθｂが演算されている。同様に（Ｂ）には符号８０によって部分面積Ｓｃの演算式の例が示されている。それは１／２・ａｃsinθｃにより求められている。
【００３８】
また図６で示されるように、入力値としてａ，ｂ，ｃ，θｂ，θｃを与え、出力値としてＳを求めるテーブル８２を容易しておいてもよい。例えば多数の被検者からデータを取得し、それを蓄積することによりそのようなテーブルを構築することが可能である。
【００３９】
図７には、距離の自動演算方法が示されている。フレームＦ上には中央ラインとしての計測ラインＬが設定されている。Ｗは探索範囲を表している。例えば探索範囲Ｗの原点からエッジ検出処理を行うことにより境界面Ｒ上にエッジ点４０を特定することが可能である。探索方向は上方であってもよい。また超音波ドプラ法を利用すれば血流部Ｄを抽出することが可能であり、そのような画像処理を基礎として２つのエッジ点８４，８６を特定し、その中間点として中心点Ｏを特定することも可能である。ドプラ情報を利用することなく二値化処理等によって血流部を特定することも可能である。このような自動化によればユーザーの負担を大幅に軽減できるので、特に集団検診等において実効性がある。
【００４０】
図８には、上述した指標値を演算する機能を備えた超音波診断装置がブロック図として示されている。
【００４１】
プローブ１８０は本体に対してケーブルを介して接続されるものであり、プローブ１８０は本実施形態において１Ｄアレイ振動子を有している。１Ｄアレイ振動子は複数の振動素子を直線状あるいは円弧状に配列してなるものであり、それらによって超音波ビームが形成される。超音波ビームは電子的に走査される。そのような走査方式として電子リニア走査、電子セクタ走査が知られている。本実施形態においては円弧状のアレイ振動子が用いられており、いわゆるコンベックス走査が実行されている。ちなみにプローブ１８０は単一のものが利用されており、複数の当接位置に対しては段階的に同じプローブが当接されることになる。
【００４２】
送受信部１８２は送信ビームフォーマおよび受信ビームフォーマとして機能するものである。送信時において、送受信部１８２はアレイ振動子に対して複数の送信信号を並列的に供給する。これによってプローブ１８０において送信ビームが形成される。生体内からの反射波はプローブ１８０において受波され、これによって複数の受信信号が送受信部１８２へ出力される。送受信部１８２はそのような受信時において複数の受信信号に対して整相加算処理を実行し、これによって整相加算後の受信信号としてビームデータを出力する。そのビームデータは信号処理部１８４へ与えられる。信号処理部１８４は対数変換器、検波器等を備えている。
【００４３】
信号処理後のビームデータは画像形成部１８６へ送られる。画像形成部１８６はデジタルスキャンコンバータにより構成されている。それは座標変換機能、補間処理機能を備えるものである。複数のビームデータによりＢモード白黒断層画像が形成される。画像データは表示処理部１８８へ送られる。表示部１９２には断層画像が表示される。
【００４４】
計測部１９０は自動的な距離計測を行うモジュールであり、あるいは手動によって入力された位置に基づく距離演算を行うモジュールである。制御部１９４は図１に示される各構成の動作制御を行っている。制御部１９４はＣＰＵと動作プログラムによって構成されるものである。入力部１９６は操作パネルにより構成され、それは具体的にはキーボードやトラックボールなどを有している。ユーザーは、入力部１９６を利用して位置の指定を行える。
【００４５】
図９には図８に示した装置の動作が示され、特に、指標値を演算する際の動作が示されている。
【００４６】
生体がベッド上に仰向けで寝た状態において、腹部に対して保持器具が設置される。そして、Ｓ１０１においてＡポジションにプローブがセットされる。ここでＡポジションは例えば中央位置である。Ｓ１０２では、そのように設置されたプローブによる断層画像上において血管中心点および境界点がユーザーにより入力される。それに先だって、プローブの姿勢をユーザーにより調整し、所望の断面が描かれるようにする。それは中央計測ラインの設定に相当するものである。そのような傾斜運動すなわち煽り運動が許容されるように保持器具が柔らかい材料によって構成されている。
【００４７】
中央位置において距離計測が完了すると、Ｓ１０３において、プローブがＢポジションにセットされ、Ｓ１０４においてプローブの姿勢および位置の調整が行われた上で、Ｂモード断層画像上において血管中心および境界点がユーザーにより指定される。こうやって２番目の距離が観測される。これと同様に、Ｓ１０５においては、Ｃポジションにプローブがセットされ、Ｓ１０６においてはプローブの位置および姿勢が調整された上で、超音波画像上においてユーザーにより血管中心点および境界点が指定される。これによって３つ目の距離が認識されることになる。
【００４８】
Ｓ１０７においては、３つの距離および予め定められている２つの角度に基づいて内臓脂肪量に高い相関が認められる指標値が演算されることになる。それは内臓脂肪量の推定に相当する。Ｓ１０８においてはそのような指標値が表示される。集団検診において単に腹囲長を計測するのではなく、以上のように超音波診断を用いてしかも二次元形状として腹腔内の内臓脂肪存在エリアを求めることにより、メタボリックシンドロームの診断あるいは評価に当たって、より有益な指標値を得ることが可能となる。指標値と内臓脂肪量との相関性をより高めるために、診断に当たっては、性別、体格、その他の情報に基づく補正値を作用させるようにするのが望ましい。そのような補正値は経験則あるいは実験則により求められるものである。
【００４９】
次に図１０乃至図１２を用いて以上のような指標値の計測に用いられる保持器具について詳述する。ただし、このような保持器具は上述した計測以外の用途においても用いることが可能なものである。
【００５０】
図１０には保持器具１００の要部構成が示されている。符号１００Ａは本体部を表している。その本体部１００Ａはベース１０２を有し、そのベース１０２上には３つの保持部１０４，１０６，１０８が設けられている。各保持部１０４，１０６，１０８はそれぞれ中空の部分１０４Ａ，１０６Ａ，１０８Ａを有しており、それらにはプローブが差し込まれ、それが緩やかに保持される。中空の部分１０４Ａ，１０６Ａ，１０８Ａの水平断面形状は、上下方向に不変であるが、プローブの形状に合った形状を採用するようにしてもよい。
【００５１】
本体部１００Ａは例えばゴムなどの柔らかい材料により構成されており、また本体部１００Ａに連なるベルト部１１０もゴムなどによって構成される。ただしベルト部１１０を用いて腹囲長を計測するような場合には、伸縮性のない材料によってそれを構成するのが望ましい。ベルト部１１０を設けることにより腹部周囲を取り囲んだ状態で本体部１００Ａを固定することが可能であり、プローブの保持状態を安定化することが容易となる。被検者を基準とした直交座標系も定義しやすい。またこのような保持器具１００を用いれば呼吸があったような場合においても生体の表面運動と共にプローブを追従運動させることができ、計測上の位置ずれといった問題を軽減でき、さらに計測の再現性を向上することが可能となる。
【００５２】
上述した指標値の計測にあたっては、３つのプローブポジションが定められているため、図１０に示す本体部１００Ａは３つの保持部１０４，１０６，１０８を備えている。中央の保持部１０４は垂直に起立しており、すなわちＺ方向に伸長した垂直姿勢を有している。それに対して所定角度、具体的には４０度の傾斜角度を持って２つの他の保持部１０６，１０８が設けられている。それらはＹＺ平面上において傾斜している。本体部１００Ａそれ自体が柔らかい材料で構成されているので、各保持部に挿入されたプローブを傾斜運動をさせることができる。ただし、運動可能な方向はＹＺ面内の運動であり、それ以外の方向にプローブを運動させることは制限される。これにより下大動脈のサーチを容易に行うことが可能になるとともに、３つの走査面を下大動脈上において正確にクロスさせることが容易となる。ちなみに、符号１１２はへそマーカーを表しており、その突起部分がへその位置に合わせられる。これにより計測の再現性および超音波伝搬の良好性を確保することができる。
【００５３】
図１１には本体部１００Ａの断面が示されている。上述したように３つの保持部１０４，１０６，１０８がそれぞれ中空体として放射状に配列されており、角度θ１は例えば４０度であり、角度θ２も例えば４０度である。但し、装着時にそのような角度が実現されるようにこの段階ではより小さな角度となっていてもよい。中央の保持部１０４は垂直に起立している。中空内部１０４Ａ，１０６Ａ，１０８Ａはプローブの外側をちょうど包み込む形状を有しており、それが保持された状態においては、中空内部における運動自由度及び本体の弾性により、プローブを傾斜させることが可能であるが、プローブが保持部から容易に脱落してしまうことはない。ちなみに符号１１４Ａは上部開口を表しており、符号１１４Ｂは下部開口を表しており、同じく符号１１６Ａは上部開口を表しており、符号１１６Ｂは下部開口を表している。また符号１１８Ａは上部開口を表しており、符号１１８Ｂは下部開口を表している。プローブがセットされた状態においてはその送受波面、具体的には音響レンズ表面が体表面上に密着しているのが望ましく、送受波面と生体表面との間における空気層を排除するために例えばゼリー状の音響カップリング材が用いられる。本体部１００Ａは視認性を確保するため透明な材料で構成されてもよい。
【００５４】
図１２には保持器具１００の全体が概念的に示されている。上述したように保持器具１００は本体部１００Ａとその両端に連なるベルト部１１０とを含んでおり、ベルト部１１０は生体の胴部周囲に巻き付けられるものである。ベルト部１１０それ自身が伸縮可能であってもよいし、例えば符号１２０で示されるようにその長さを調整可能な機構を備えていてもよい。また長さ調整に際して腹囲長を計測できるようにベルト部１１０上に目盛りを設けるようにしてもよい。本体部１１０Ａにはその一方側および他方側の両部側に突起状のマーカー１１２が設けられており、いずれの向きに本体部１００Ａを設置してもへその位置にそのようなマーカー１１２を合わせることができ、設置のやり直しといった問題を未然に防止することができる。へそマーカー１１２の採用によりプローブ当接位置を常に所定距離だけ生体中心から一方側へシフトさせることができ、良好な伝搬経路の形成と計測の再現性を両立させることが可能である。そのような位置は下大動脈の上部に相当し、垂直の位置決めも同時に行えるようになっている。
【００５５】
図１０乃至図１２に示した保持器具は、生体内における深部のある基準部位に複数の走査面を交差する状態でセットすることが容易となるため、上述した指標値の演算以外において同じような計測が求められる場合一般に用いることが可能なものである。用途に応じてその弾性や保持作用の程度を調整するようにしてもよい。このような保持器具を用いれば、集団検診において、医師は順番に保持部にプローブを差し込むだけで容易にプローブの位置決めを完了させることができるので、その負担を大幅に軽減することが可能であり、また計測の再現性を極めて良好にできるので、集団検診の効率を高められる。
【００５６】
本実施形態においては生体が横向きの状態において指標値の計測が行われたが、立位の状態において同じような保持器具を使って指標値を計測するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００５７】
１０ 生体、２０ 内臓脂肪エリア、２２ 下大動脈、２６ 保持器具、ａ，ｂ，ｃ 距離。
【技術分野】
【０００１】
本発明は超音波診断システムに関し、特に、内臓脂肪を計測するための超音波診断システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
医療の分野において超音波診断システムが利用されている。超音波診断システムは、一般に、超音波診断装置により構成され、あるいは、超音波診断装置とコンピュータとを組み合わせたものとして構成される。超音波診断装置は、生体に対して超音波を送波し生体内からの反射波を受波する超音波探触子と、超音波探触子からの受信信号に基づいて画像形成や各種の計測を行う装置本体と、により構成される。超音波診断によれば、Ｘ線診断において生じる被ばくという問題を回避でき、またＸ線診断のような大掛かりな機構が不要である。そのような利便性から、メタボリックシンドローム（内臓脂肪型肥満）の健診に超音波診断を利用することが望まれている。
【０００３】
現在、メタボリックシンドロームの健診では、一般に、腹囲長の計測が行われる。腹囲長と内臓脂肪量との間には一定の相関が認められるためである。しかし、腹囲長は皮下脂肪（筋肉を含む）を含んだ長さ情報でしかなく、腹腔内における内臓脂肪の量あるいはそれが存在する可能性がある範囲の大きさを表すものではない。腹部に微弱電流を流し、その電気抵抗から内臓脂肪量を推定する手法も提案されているが、そのような手法の実現には大掛かりな装置が必要となるし、腹部内の構造を十分考慮できるものではないので、その意味で計測値の信頼性を高められない。Ｘ線ＣＴ装置を利用して内臓脂肪量を計測する手法によれば、高精度での計測を実現できるが、そのためには非常に大掛かりなシステムを構築する必要があり、規模やコストの面で問題があり、特に、被ばくという面での問題を指摘できる。そこで、非侵襲で体内構造を観測できる超音波診断をメタボリックシンドロームの健診、つまり内臓脂肪計測に適用することが研究されている。
【０００４】
非特許文献１は、内臓脂肪と心臓血管危険因子との関係を記述した論文である。内臓脂肪量は、詳細不明なるものの、超音波画像を利用して計測演算されているものと推認される。具体的には、同文献の図１に示す腹部の横断面（腰椎を垂直に横切る断面）上において、腰椎から腹部前面側へ放射状に広がる３つの経路が設定され、各経路上において腰椎から皮下脂肪までの距離a,b,cが求められ、更にその平均値((a+b+c)/3)が内臓脂肪量に相当する情報VFD(Visceral fat distance)として演算されているようである。３つの異なる経路上で３つの距離を計測するものの、それらは結局平均値演算に供されている。つまり、それら相互間の角度までは考慮されていない。この手法では、一次元の距離情報しか利用されておらず、二次元情報あるいは構造情報は利用されていないと解される。この論文には３つの経路を再現性良く設定するための機構上の工夫も開示されていない。
【０００５】
特許文献１には超音波画像上の画像処理により皮下脂肪の断面面積と腹膜前脂肪の断面面積との比を演算する内蔵脂肪肥満検査装置が開示されている。しかし、この装置は、腹部内の広い範囲を計測対象とするものではないし、再現性を良好にするための計測条件や計測を支援する治具を備えるものでもない。
【０００６】
特許文献２には、超音波画像上で、肝臓近傍での腹膜前脂肪厚と、臍近傍での腹膜前脂肪厚とを特定し、それらの情報に基づいて内臓脂肪量に依存した内臓脂肪係数を求める内臓脂肪測定装置が開示されている。これは背骨の伸長方向に離れた２点で内臓脂肪を観測するものであり、背骨に直交する断面内の形状や構造を考慮するものではない。
【０００７】
特許文献３には超音波プローブ用アタッチメントが開示されている。これは超音波プローブの当接時に脂肪厚が変化してしまうことを防止するものである。但し、１つのプローブ保持部しか備えていないものである。なお、特許文献４には、帯状の紐を備えた近赤外光型の体脂肪測定装置が開示されている。紐には臍位置あわせ部が設けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００７−１３５９８０号公報
【特許文献２】特開２００８−１９４２４０号公報
【特許文献３】特開２００８−２８４１３６号公報
【特許文献４】特開２００６−２９６７７０号公報
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】Yu CHIBA et al.,"Relationship between Visceral Fat and Cardiovascular Disease Risk Factors:The Tanno and Sobetsu Study",Hypertens Res Vol.30,No.3,2007,pp.229-236.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
メタボリックシンドロームの検査においては、特に、その集団検診においては、簡易かつ速やかに、しかも信頼性良く内臓脂肪量に相当する情報を計測することが要請されているが、従来の技術では必ずしもそのような要請を十分に満たすことができない。
【００１１】
本発明の目的は、超音波を使って内臓脂肪量に相当する情報を精度良く計測できるようにすることにある。
【００１２】
本発明の目的は、生体の横断面上において複数の内臓脂肪計測経路を再現性良く設定できるようにすることにある。
【００１３】
本発明の目的は、メタボリックシンドロームの集団検診に適する医療用手段として、簡易でありながら信頼性ある計測結果を得られる超音波診断システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明に係る超音波診断システムは、生体に当接され、超音波の送受波を行って受信信号を出力する送受波手段と、前記受信信号に基づいて超音波画像を形成する画像形成手段と、前記生体の横断面上において放射状に設定される複数の計測経路を含んだ複数の超音波画像を用いて、前記各計測経路上において、深部に位置する基準部位と浅部に位置する所定の境界面との間の距離を計測する距離計測手段と、前記複数の計測経路の幾何学的関係及び前記複数の計測経路上で計測された複数の距離に基づいて、内臓脂肪量との相関性が認められる指標値を演算する指標値演算手段と、前記指標値を出力する出力手段と、を含むことを特徴とする。
【００１５】
上記構成によれば、生体内における複数の計測経路上において内臓脂肪が存在する可能性がある範囲が複数の距離として特定され、複数の計測経路の幾何学的関係（望ましくは交差角度）と、複数の距離とに基づいて、内臓脂肪量に相関性が認められる指標値が演算される。腹囲長の計測では、皮下脂肪や筋肉の厚さまで計測対象に含まれてしまうが、上記構成によれば、皮下脂肪層等を除外しつつ内臓脂肪が存在する可能性がある範囲を特定し、それを指標値演算の基礎とすることができる。その場合、複数の計測経路上において複数の距離が計測されるから、二次元サイズを考慮できるのであり、つまり内臓脂肪が存在する可能性がある範囲の二次元形状まで考慮することができるから、指標値の信頼性を高めることができる。Ｘ線ＣＴ装置を利用した場合には被ばくという問題が生じるし、大掛かりな機構が必要となるが、上記構成によれば、非侵襲で迅速に指標値を計測できるので、医療上の高い有用性が認められる。所定の境界面は、内臓脂肪が存在するエリアを取り囲む境界面であり、一般的に見て内臓脂肪が存在しない皮下層の内面であり、具体的には、筋肉層の内面あるいは皮下脂肪層の内面である。
【００１６】
計測経路の個数は２つ以上であり、望ましくは、３つである。３つの計測経路を設定すれば内臓脂肪が存在する可能性がある範囲の広がりのみならずそれについての大凡の形状（あるいは左右の形態差）まで考慮することが可能となる。４つ以上の計測経路を設定してもよい。距離計測がマニュアルであるいは半自動的に行われる場合、その負担を考慮するならば、３つの計測経路を用いるのが望ましい。勿論、距離の計測を自動化することも可能である。複数の計測経路が体内深部において交わっているのが望ましい。内臓脂肪が存在する可能性がある範囲あるいは体腔の形状は大凡楕円形状であるから、その中央付近に基準部位を設定し、そこから放射状に広がる複数の計測経路を設定するのが望ましい。複数の計測経路上での距離計測を実現するために、生体表面上における複数の当接位置にプローブが段階的にあるいは同時に当接される。
【００１７】
望ましくは、前記基準部位は血管であり、前記各計測経路に対応した各超音波画像が断層画像として表示され、前記各断層画像上において前記血管と前記所定の境界面との間の距離が計測される。断層画像を表示すれば視覚的に所定の境界面を特定するのが容易となる。また、血管の特定も容易となる。血管の特定を超音波ドプラ法を用いて自動的に行ってもよい。望ましくは、前記血管は拍動する下大動脈である。そのような拍動する血管は断層画像上において極めて認識しやすいものであり、それを基準として各計測経路を設定すればマニュアル計測であってもその信頼性を向上できる。
【００１８】
望ましくは、前記複数の断層画像は、前記生体の横断面に直交し且つ前記下大動脈上において相互にクロスする複数の走査面に対応するものである。望ましくは、前記複数の走査面の内で中央走査面は臍を避けた位置に形成される。
【００１９】
望ましくは、前記複数の走査面は中央走査面、右側走査面及び左側走査面を含み、前記右側走査面及び前記左側走査面は前記中央走査面に対して実質的に左右同一の傾斜角度をもって設定される。望ましくは、前記複数の計測経路は中央経路、右側経路及び左側経路を含み、前記指標値演算手段は、前記中央経路上の距離と、前記右側経路上の距離と、前記中央経路と前記右側経路との間の右側角度と、に基づいて、前記中央経路と前記右側経路とに挟まれる右側部分の右側部分面積を求める手段と、前記中央経路上の距離と、前記左側経路上の距離と、前記中央経路と前記左側経路との間の左側角度と、に基づいて、前記中央経路と前記左側経路とに挟まれる左側部分の左側部分面積を求める手段と、前記右側部分面積及び前記左側部分面積を少なくとも用いて前記指標値を演算する手段と、を含む。
【００２０】
演算された面積値をそのまま指標値として出力するようにしてもよいし、生体の各位置においてそのような面積値を演算して体積値を求め、それを指標値として出力するようにしてもよい。面積演算及び体積演算の手法としては各種の手法が考えられる。いずれにしても放射状の複数の計測経路上において複数の距離を求め、二次元的な形状の情報を基礎として指標値が演算されるのが望ましい。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、超音波を使って内臓脂肪量に相当する情報を精度良く計測できる。あるいは、生体の横断面上において複数の内臓脂肪計測経路を再現性良く設定できる。あるいは、メタボリックシンドロームの集団検診に適する医療用手段として、簡易でありながら信頼性ある計測結果を得られる超音波診断システムを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】指標値を演算するための３つの計測経路を説明するための図である。
【図２】３つの計測経路に対応した３つの断層画像上における距離計測を説明するための図である。
【図３】３つの距離に基づく面積演算を説明するための図である。
【図４】面積演算における具体的な演算例を示す概念図である。
【図５】右側の部分面積と左側の部分面積の演算例を説明するための図である。
【図６】テーブルを利用した面積演算方法を説明するための図である。
【図７】計測経路上における自動的な距離演算を説明するための図である。
【図８】内臓脂肪量に相関がある指標値を演算する機能を備えた超音波診断システムを示す図である。
【図９】図８に示した装置の動作例を示すフローチャートである。
【図１０】体表面上における複数の位置にプローブを固定する際に用いられる器具を説明するための斜視図である。
【図１１】図１０に示した器具の断面図である。
【図１２】図１０に示した器具の全体構成を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２４】
図１には、生体における腹部の横断面が模式的に示されている。図１においては、特に、内臓脂肪量に相関がある指標値を計測及び演算する際の状況を表している。ちなみに、Ｘ方向を背骨方向として、Ｚ方向は生体の厚み方向であり、Ｙ方向は左右方向である。図１においては、足側から頭部側へ見た場合の断面が示されている。
【００２５】
図１において、生体１０は腹部であり、その下側が背中であり、その上側が腹部表面１２である。例えば生体はベッド上に仰向けで載せられている。生体１０の内部には皮下脂肪層１４が存在する。この皮下脂肪層１４は皮膚及び筋肉を含む層である。その内側には筋肉１６が存在し、さらにその内側には内臓脂肪エリア２０が存在する。内臓脂肪エリア２０は図１においてＹＺ面に広がる隙間領域であり、臓器の周囲に存在している。もちろん、人によってその存在割合は異なるが、以下に説明する本手法によれば内臓脂肪量にかなり相関性が認められる指標値を演算することが可能である。
【００２６】
図１において符号１８は腰椎を表しており、符号２４は臓器等の他の組織を表している。ここで注目すべき組織は下大動脈２２であり、それは太い動脈であり、超音波画像上において拍動を容易に視認することができるものである。下大動脈２２は腹部のほぼ中心に位置し、それが基準組織或いは基準部位として利用される。
【００２７】
指標値の計測に際しては、本実施形態において、３つの計測経路３６Ａ，３６Ｂ，３６Ｃが設定される。図１においてはそれらが３つのラインとして表されており、それらのラインは下大動脈２２の中心においてクロスしている。ちなみに中央の計測経路３６Ａに対して他の２つの計測経路３６Ｂ，３６Ｃは互いに同じ角度だけ傾斜している。その角度は例えば４０度であるが、もちろんそれが３０度〜５０度の範囲内あるいはそれ以外の値に設定されてもよい。３つの計測経路３６Ａ，３６Ｂ，３６Ｃを放射状に設定するために、３つの当接位置Ａ，Ｂ，Ｃが定められている。
【００２８】
具体的には、腹部表面１２上には保持器具２６が設けられ、その保持器具２６により３つの当接位置Ａ，Ｂ，Ｃにおいてプローブ３２が順次保持される。保持器具２６は、３つの保持部３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃを有しており、プローブ３２を選択的にいずれかの保持部３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃに差し込んでそれを保持させることが可能である。例えば、図１において、当接位置Ａにプローブ３２が設けられ、具体的には、プローブ３２が保持部３０Ａ内に差し込まれている。その送受波面は腹部表面１２上に密着しており、その状態で超音波の送受波、具体的には超音波ビームの電子走査が実行される。その位置での計測が完了すると、次に、プローブ３２が当接位置Ｂに移動され、そこにおいて同様の超音波計測が実行される。その後、さらに当接位置Ｃにおいて上記同様の超音波計測が実行される。ちなみに、符号２８は保持器具２６のベース部分を表しており、符号３２−２，符号３２−３はそれぞれ差し替え後のプローブを示している。なお、プローブ３２の電子走査方向はＸ方向であり、すなわち図１に示される横断面に直交する方向に電子走査が実行され、当該方向に走査面が形成される。中央の当接位置Ａは、へそ位置を若干避けた位置に設定されており、これによって常に良好な音響伝搬が確保されている。そのような位置は下大動脈２２の直上に位置している。
【００２９】
本実施形態においては、図１に示した内臓脂肪エリア２０の面積に相当する値を測定するために、上述したように３つの計測経路３６Ａ，３６Ｂ，３６Ｃが設定され、各計測経路３６Ａ，３６Ｂ，３６Ｃ上において、下大動脈の中心から生体前面側に存在する境界面１６Ａまでの距離がマニュアルであるいは自動的に計測される。マニュアルでの計測を行う場合の例が図２に示されている。境界面１６Ａは、筋肉層の内面である。皮下脂肪層１４の内面を利用することもできる。
【００３０】
図２において、上述した３つの当接位置Ａ，Ｂ，Ｃに対応して３つの断層画像Ｆａ，Ｆｂ，Ｆｃが示されている。それらの断層画像Ｆａ，Ｆｂ，Ｆｃは３つの走査面上のエコーデータに基づいて形成されたものである。ここで各走査面は超音波ビームの電子走査によって形成される。なお、図２においては、各当接位置に設置されたプローブ３２が概念的に示されている。
【００３１】
ここで、例えば中央の断層画像Ｆａに着目すると、そこにおいて計測経路が符号Ｌａで示されている。距離計測を行う場合、下大動脈の中心Ｏがユーザーにより指定され、また境界面Ｒａの深さ位置に相当する点４０Ａがユーザーにより指定される。それらの２つの点Ｏ，４０Ａは、中心ラインに相当する計測経路Ｌａ上において指定される。もちろんそのような経路を傾斜、偏向させるようにしてもよい。境界面Ｒａは一般に容易に視覚的に特定可能なものであり、また下大動脈の特定も画像上において極めて容易である。したがって距離を高精度で特定できる。これと同様に、当接位置Ｂにおいても、計測経路Ｌｂ上において下大動脈の中心Ｏと境界面Ｒｂ上の点４０Ｂとがユーザーにより指定され、その結果として距離ｂが自動的に特定される。同じく、当接位置Ｃにおいても、計測経路Ｌｃ上において、中心点Ｏと境界面Ｒｃ上における点４０Ｃとがユーザーにより特定され、これによって自動的に距離ｃが演算される。以上のようなプロセスを経ることにより、３つの距離ａ，ｂ，ｃが認識されることになる。
【００３２】
図３には、再び生体の横断面が示されている。計測経路３６Ａ，３６Ｂ，３６Ｃ上において、符号３８Ａ，３８Ｂ，３８Ｃはそれぞれ送受波面上の中心点を表しており、Ｏは上述したように下大動脈の中心点を表している。符号４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃは上述したプロセスによって指定された境界面上の点である。ここで中央の計測経路３６Ａは本実施形態において垂直に設定されており、それに対する他の２つの計測経路３６Ｂ，３６Ｃの傾斜角度θｂ，θｃは既知であり、例えばそれはいずれも４０度である。これによって２つの三角形を特定する４点が定められたことになる。すなわち、中心点Ｏ，境界点４０Ｂ，境界点４０Ａ，境界点４０Ｃの４つの点によって囲まれる四角形あるいは２つの三角形の二次元形状を特定することが可能となる。そのような二次元形状は腹腔内における内臓脂肪量に強く相関していることが経験則上明らかになっており、そのような情報を用いて内臓脂肪量の大小を示す指標値を演算することが可能となる。
【００３３】
そのような指標値を得る手法として、関数演算法とテーブル法があり、以下においてはまず関数演算法を説明する。それは幾何学的な見地から面積を求めるものである。
【００３４】
具体的に説明すると、まず２つの三角形の面積Ｓｂ，Ｓｃはすでに求められている距離ａ，ｂ，ｃと２つの角度θｂ，θｃから容易に求められる。本実施形態においては、このような手法を拡張してさらに４つの三角形の面積が演算されている。すなわち、部分面積Ｓｂ１，Ｓｂ２，Ｓｃ１，Ｓｃ２が演算されている。
【００３５】
具体的に説明すると、面積Ｓｂ１は点Ｏ，４０Ｂ，Ｒ１で囲まれる三角形の面積であり、それは角度θｂ１と２つの辺の長さｂ，ｂ１から演算できる。角度θｂ１は既知の値であり、辺の長さｂ１は本実施形態において辺ｂの長さと同じかそれに所定の係数を掛けたものとして定義される。また、面積Ｓｂ２は３点Ｏ，Ｒ１，Ｒ２で囲まれる三角形の面積であり、それは辺の長さｂ１，ｂ２および角度θｂ２から求められる。θｂ２は既知の値であり、長さｂ２は例えばｂおよびｃから所定の係数を用いて求めることが可能である。これと同様の手法により、部分面積Ｓｃ１および部分面積Ｓｃ２が求められる。前者はｃとｃ１とθｃ１から演算され、後者はｃ１とｃ２とθｃ２から求められる。θｃ１とθｃ２も既知であることから、ｃ１およびｃ２をｃあるいはｃとｂから推定するようにすればよい。結局それらの部分面積Ｓｂ，Ｓｃ，Ｓｂ１，Ｓｂ２，Ｓｃ１，Ｓｃ２をあわせた面積Ｓが求められ、それがそのまま内臓脂肪量を表す指標値として出力され、あるいは、その面積値を換算あるいは補正することにより指標値が求められる。いずれにしても内臓脂肪エリア２０の大小を二次元的な観点から計測することにより、腹囲長の計測よりも、より信頼性の高い指標値を得ることが可能となる。
【００３６】
図４には、以上説明した手法が概念図として表されている。符号５２は演算モジュールを表している。そこでの演算は例えばソフトウェアの機能により実現される。モジュール５２に対しては符号４２〜５０で示される各数値ａ，ｂ，ｃ，θｂ，θｃが入力される。また必要に応じて符号５４〜符号６０で示されるθｂ１，θｂ２，θｃ１，θｃ２が与えられる。そのような値に基づき、符号６２〜７２で示されるように、６つの部分面積Ｓｂ〜Ｓｃが図示のような関数をもって演算される。もちろん図示の例は一例であり、いずれにしても計測された３つの距離ａ，ｂ，ｃと２つの角度θｂ，θｃを用いるのが望ましい。符号７４は６つの部分面積の加算を表している。その加算結果である面積値Ｓをそのまま指標値として出力するようにしてもよいし、あるいは体積値として出力することも可能である。また体型や年齢あるいは性別等を考慮する演算を実行するようにしてもよい。それが符号７６で示されている。すなわち、加算結果であるＳに対して諸条件に応じた補正を行い、最終的な指標値Ｓ’を求めるようにしてもよい。それが体積値Ｖ’であってもよい。体積値を求める場合には、生体における複数の位置において面積値を求め、それらに基づいて体積値を求めるのが望ましい。もちろん、経験則上、面積値から体積値が換算できるのであれば、そのような換算演算を実行するようにしてもよい。
【００３７】
図５には基本的な２つの部分面積の演算式が例示されている。（Ａ）においては符号７８により部分面積Ｓｂの計算方法が示されている。ここでは１／２・ａｂsinθｂが演算されている。同様に（Ｂ）には符号８０によって部分面積Ｓｃの演算式の例が示されている。それは１／２・ａｃsinθｃにより求められている。
【００３８】
また図６で示されるように、入力値としてａ，ｂ，ｃ，θｂ，θｃを与え、出力値としてＳを求めるテーブル８２を容易しておいてもよい。例えば多数の被検者からデータを取得し、それを蓄積することによりそのようなテーブルを構築することが可能である。
【００３９】
図７には、距離の自動演算方法が示されている。フレームＦ上には中央ラインとしての計測ラインＬが設定されている。Ｗは探索範囲を表している。例えば探索範囲Ｗの原点からエッジ検出処理を行うことにより境界面Ｒ上にエッジ点４０を特定することが可能である。探索方向は上方であってもよい。また超音波ドプラ法を利用すれば血流部Ｄを抽出することが可能であり、そのような画像処理を基礎として２つのエッジ点８４，８６を特定し、その中間点として中心点Ｏを特定することも可能である。ドプラ情報を利用することなく二値化処理等によって血流部を特定することも可能である。このような自動化によればユーザーの負担を大幅に軽減できるので、特に集団検診等において実効性がある。
【００４０】
図８には、上述した指標値を演算する機能を備えた超音波診断装置がブロック図として示されている。
【００４１】
プローブ１８０は本体に対してケーブルを介して接続されるものであり、プローブ１８０は本実施形態において１Ｄアレイ振動子を有している。１Ｄアレイ振動子は複数の振動素子を直線状あるいは円弧状に配列してなるものであり、それらによって超音波ビームが形成される。超音波ビームは電子的に走査される。そのような走査方式として電子リニア走査、電子セクタ走査が知られている。本実施形態においては円弧状のアレイ振動子が用いられており、いわゆるコンベックス走査が実行されている。ちなみにプローブ１８０は単一のものが利用されており、複数の当接位置に対しては段階的に同じプローブが当接されることになる。
【００４２】
送受信部１８２は送信ビームフォーマおよび受信ビームフォーマとして機能するものである。送信時において、送受信部１８２はアレイ振動子に対して複数の送信信号を並列的に供給する。これによってプローブ１８０において送信ビームが形成される。生体内からの反射波はプローブ１８０において受波され、これによって複数の受信信号が送受信部１８２へ出力される。送受信部１８２はそのような受信時において複数の受信信号に対して整相加算処理を実行し、これによって整相加算後の受信信号としてビームデータを出力する。そのビームデータは信号処理部１８４へ与えられる。信号処理部１８４は対数変換器、検波器等を備えている。
【００４３】
信号処理後のビームデータは画像形成部１８６へ送られる。画像形成部１８６はデジタルスキャンコンバータにより構成されている。それは座標変換機能、補間処理機能を備えるものである。複数のビームデータによりＢモード白黒断層画像が形成される。画像データは表示処理部１８８へ送られる。表示部１９２には断層画像が表示される。
【００４４】
計測部１９０は自動的な距離計測を行うモジュールであり、あるいは手動によって入力された位置に基づく距離演算を行うモジュールである。制御部１９４は図１に示される各構成の動作制御を行っている。制御部１９４はＣＰＵと動作プログラムによって構成されるものである。入力部１９６は操作パネルにより構成され、それは具体的にはキーボードやトラックボールなどを有している。ユーザーは、入力部１９６を利用して位置の指定を行える。
【００４５】
図９には図８に示した装置の動作が示され、特に、指標値を演算する際の動作が示されている。
【００４６】
生体がベッド上に仰向けで寝た状態において、腹部に対して保持器具が設置される。そして、Ｓ１０１においてＡポジションにプローブがセットされる。ここでＡポジションは例えば中央位置である。Ｓ１０２では、そのように設置されたプローブによる断層画像上において血管中心点および境界点がユーザーにより入力される。それに先だって、プローブの姿勢をユーザーにより調整し、所望の断面が描かれるようにする。それは中央計測ラインの設定に相当するものである。そのような傾斜運動すなわち煽り運動が許容されるように保持器具が柔らかい材料によって構成されている。
【００４７】
中央位置において距離計測が完了すると、Ｓ１０３において、プローブがＢポジションにセットされ、Ｓ１０４においてプローブの姿勢および位置の調整が行われた上で、Ｂモード断層画像上において血管中心および境界点がユーザーにより指定される。こうやって２番目の距離が観測される。これと同様に、Ｓ１０５においては、Ｃポジションにプローブがセットされ、Ｓ１０６においてはプローブの位置および姿勢が調整された上で、超音波画像上においてユーザーにより血管中心点および境界点が指定される。これによって３つ目の距離が認識されることになる。
【００４８】
Ｓ１０７においては、３つの距離および予め定められている２つの角度に基づいて内臓脂肪量に高い相関が認められる指標値が演算されることになる。それは内臓脂肪量の推定に相当する。Ｓ１０８においてはそのような指標値が表示される。集団検診において単に腹囲長を計測するのではなく、以上のように超音波診断を用いてしかも二次元形状として腹腔内の内臓脂肪存在エリアを求めることにより、メタボリックシンドロームの診断あるいは評価に当たって、より有益な指標値を得ることが可能となる。指標値と内臓脂肪量との相関性をより高めるために、診断に当たっては、性別、体格、その他の情報に基づく補正値を作用させるようにするのが望ましい。そのような補正値は経験則あるいは実験則により求められるものである。
【００４９】
次に図１０乃至図１２を用いて以上のような指標値の計測に用いられる保持器具について詳述する。ただし、このような保持器具は上述した計測以外の用途においても用いることが可能なものである。
【００５０】
図１０には保持器具１００の要部構成が示されている。符号１００Ａは本体部を表している。その本体部１００Ａはベース１０２を有し、そのベース１０２上には３つの保持部１０４，１０６，１０８が設けられている。各保持部１０４，１０６，１０８はそれぞれ中空の部分１０４Ａ，１０６Ａ，１０８Ａを有しており、それらにはプローブが差し込まれ、それが緩やかに保持される。中空の部分１０４Ａ，１０６Ａ，１０８Ａの水平断面形状は、上下方向に不変であるが、プローブの形状に合った形状を採用するようにしてもよい。
【００５１】
本体部１００Ａは例えばゴムなどの柔らかい材料により構成されており、また本体部１００Ａに連なるベルト部１１０もゴムなどによって構成される。ただしベルト部１１０を用いて腹囲長を計測するような場合には、伸縮性のない材料によってそれを構成するのが望ましい。ベルト部１１０を設けることにより腹部周囲を取り囲んだ状態で本体部１００Ａを固定することが可能であり、プローブの保持状態を安定化することが容易となる。被検者を基準とした直交座標系も定義しやすい。またこのような保持器具１００を用いれば呼吸があったような場合においても生体の表面運動と共にプローブを追従運動させることができ、計測上の位置ずれといった問題を軽減でき、さらに計測の再現性を向上することが可能となる。
【００５２】
上述した指標値の計測にあたっては、３つのプローブポジションが定められているため、図１０に示す本体部１００Ａは３つの保持部１０４，１０６，１０８を備えている。中央の保持部１０４は垂直に起立しており、すなわちＺ方向に伸長した垂直姿勢を有している。それに対して所定角度、具体的には４０度の傾斜角度を持って２つの他の保持部１０６，１０８が設けられている。それらはＹＺ平面上において傾斜している。本体部１００Ａそれ自体が柔らかい材料で構成されているので、各保持部に挿入されたプローブを傾斜運動をさせることができる。ただし、運動可能な方向はＹＺ面内の運動であり、それ以外の方向にプローブを運動させることは制限される。これにより下大動脈のサーチを容易に行うことが可能になるとともに、３つの走査面を下大動脈上において正確にクロスさせることが容易となる。ちなみに、符号１１２はへそマーカーを表しており、その突起部分がへその位置に合わせられる。これにより計測の再現性および超音波伝搬の良好性を確保することができる。
【００５３】
図１１には本体部１００Ａの断面が示されている。上述したように３つの保持部１０４，１０６，１０８がそれぞれ中空体として放射状に配列されており、角度θ１は例えば４０度であり、角度θ２も例えば４０度である。但し、装着時にそのような角度が実現されるようにこの段階ではより小さな角度となっていてもよい。中央の保持部１０４は垂直に起立している。中空内部１０４Ａ，１０６Ａ，１０８Ａはプローブの外側をちょうど包み込む形状を有しており、それが保持された状態においては、中空内部における運動自由度及び本体の弾性により、プローブを傾斜させることが可能であるが、プローブが保持部から容易に脱落してしまうことはない。ちなみに符号１１４Ａは上部開口を表しており、符号１１４Ｂは下部開口を表しており、同じく符号１１６Ａは上部開口を表しており、符号１１６Ｂは下部開口を表している。また符号１１８Ａは上部開口を表しており、符号１１８Ｂは下部開口を表している。プローブがセットされた状態においてはその送受波面、具体的には音響レンズ表面が体表面上に密着しているのが望ましく、送受波面と生体表面との間における空気層を排除するために例えばゼリー状の音響カップリング材が用いられる。本体部１００Ａは視認性を確保するため透明な材料で構成されてもよい。
【００５４】
図１２には保持器具１００の全体が概念的に示されている。上述したように保持器具１００は本体部１００Ａとその両端に連なるベルト部１１０とを含んでおり、ベルト部１１０は生体の胴部周囲に巻き付けられるものである。ベルト部１１０それ自身が伸縮可能であってもよいし、例えば符号１２０で示されるようにその長さを調整可能な機構を備えていてもよい。また長さ調整に際して腹囲長を計測できるようにベルト部１１０上に目盛りを設けるようにしてもよい。本体部１１０Ａにはその一方側および他方側の両部側に突起状のマーカー１１２が設けられており、いずれの向きに本体部１００Ａを設置してもへその位置にそのようなマーカー１１２を合わせることができ、設置のやり直しといった問題を未然に防止することができる。へそマーカー１１２の採用によりプローブ当接位置を常に所定距離だけ生体中心から一方側へシフトさせることができ、良好な伝搬経路の形成と計測の再現性を両立させることが可能である。そのような位置は下大動脈の上部に相当し、垂直の位置決めも同時に行えるようになっている。
【００５５】
図１０乃至図１２に示した保持器具は、生体内における深部のある基準部位に複数の走査面を交差する状態でセットすることが容易となるため、上述した指標値の演算以外において同じような計測が求められる場合一般に用いることが可能なものである。用途に応じてその弾性や保持作用の程度を調整するようにしてもよい。このような保持器具を用いれば、集団検診において、医師は順番に保持部にプローブを差し込むだけで容易にプローブの位置決めを完了させることができるので、その負担を大幅に軽減することが可能であり、また計測の再現性を極めて良好にできるので、集団検診の効率を高められる。
【００５６】
本実施形態においては生体が横向きの状態において指標値の計測が行われたが、立位の状態において同じような保持器具を使って指標値を計測するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００５７】
１０ 生体、２０ 内臓脂肪エリア、２２ 下大動脈、２６ 保持器具、ａ，ｂ，ｃ 距離。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
生体に当接され、超音波の送受波を行って受信信号を出力する送受波手段と、
前記受信信号に基づいて超音波画像を形成する画像形成手段と、
前記生体の横断面上において放射状に設定される複数の計測経路を含んだ複数の超音波画像を用いて、前記各計測経路上において、深部に位置する基準部位と浅部に位置する所定の境界面との間の距離を計測する距離計測手段と、
前記複数の計測経路の幾何学的関係及び前記複数の計測経路上で計測された複数の距離に基づいて、内臓脂肪量との相関性が認められる指標値を演算する指標値演算手段と、
前記指標値を出力する出力手段と、
を含むことを特徴とする超音波診断システム。
【請求項２】
請求項１記載のシステムにおいて、
前記基準部位は血管であり、
前記各計測経路に対応した各超音波画像が断層画像として表示され、
前記各断層画像上において前記血管と前記所定の境界面との間の距離が計測される、
ことを特徴とする超音波診断システム。
【請求項３】
請求項２記載のシステムにおいて、
前記血管は拍動する下大動脈である、ことを特徴とする超音波診断システム。
【請求項４】
請求項３記載のシステムにおいて、
前記複数の断層画像は、前記生体の横断面に直交し且つ前記下大動脈上において相互にクロスする複数の走査面に対応する、ことを特徴とする超音波診断システム。
【請求項５】
請求項４記載のシステムにおいて、
前記複数の走査面の内で中央走査面は臍を避けた位置に形成される、ことを特徴とする超音波診断システム。
【請求項６】
請求項５記載のシステムにおいて、
前記複数の走査面は、中央走査面、右側走査面及び左側走査面を含み、
前記右側走査面及び前記左側走査面は前記中央走査面に対して実質的に左右同一の傾斜角度をもって設定される、ことを特徴とする超音波診断システム。
【請求項７】
請求項１乃至５のいずれか１項に記載のシステムにおいて、
前記複数の計測経路は中央経路、右側経路及び左側経路を含み、
前記指標値演算手段は、
前記中央経路上の距離と、前記右側経路上の距離と、前記中央経路と前記右側経路との間の右側角度と、に基づいて、前記中央経路と前記右側経路とに挟まれる右側部分の右側部分面積を求める手段と、
前記中央経路上の距離と、前記左側経路上の距離と、前記中央経路と前記左側経路との間の左側角度と、に基づいて、前記中央経路と前記左側経路とに挟まれる左側部分の左側部分面積を求める手段と、
前記右側部分面積及び前記左側部分面積を少なくとも用いて前記指標値を演算する手段と、
を含むことを特徴とする超音波診断システム。
【請求項１】
生体に当接され、超音波の送受波を行って受信信号を出力する送受波手段と、
前記受信信号に基づいて超音波画像を形成する画像形成手段と、
前記生体の横断面上において放射状に設定される複数の計測経路を含んだ複数の超音波画像を用いて、前記各計測経路上において、深部に位置する基準部位と浅部に位置する所定の境界面との間の距離を計測する距離計測手段と、
前記複数の計測経路の幾何学的関係及び前記複数の計測経路上で計測された複数の距離に基づいて、内臓脂肪量との相関性が認められる指標値を演算する指標値演算手段と、
前記指標値を出力する出力手段と、
を含むことを特徴とする超音波診断システム。
【請求項２】
請求項１記載のシステムにおいて、
前記基準部位は血管であり、
前記各計測経路に対応した各超音波画像が断層画像として表示され、
前記各断層画像上において前記血管と前記所定の境界面との間の距離が計測される、
ことを特徴とする超音波診断システム。
【請求項３】
請求項２記載のシステムにおいて、
前記血管は拍動する下大動脈である、ことを特徴とする超音波診断システム。
【請求項４】
請求項３記載のシステムにおいて、
前記複数の断層画像は、前記生体の横断面に直交し且つ前記下大動脈上において相互にクロスする複数の走査面に対応する、ことを特徴とする超音波診断システム。
【請求項５】
請求項４記載のシステムにおいて、
前記複数の走査面の内で中央走査面は臍を避けた位置に形成される、ことを特徴とする超音波診断システム。
【請求項６】
請求項５記載のシステムにおいて、
前記複数の走査面は、中央走査面、右側走査面及び左側走査面を含み、
前記右側走査面及び前記左側走査面は前記中央走査面に対して実質的に左右同一の傾斜角度をもって設定される、ことを特徴とする超音波診断システム。
【請求項７】
請求項１乃至５のいずれか１項に記載のシステムにおいて、
前記複数の計測経路は中央経路、右側経路及び左側経路を含み、
前記指標値演算手段は、
前記中央経路上の距離と、前記右側経路上の距離と、前記中央経路と前記右側経路との間の右側角度と、に基づいて、前記中央経路と前記右側経路とに挟まれる右側部分の右側部分面積を求める手段と、
前記中央経路上の距離と、前記左側経路上の距離と、前記中央経路と前記左側経路との間の左側角度と、に基づいて、前記中央経路と前記左側経路とに挟まれる左側部分の左側部分面積を求める手段と、
前記右側部分面積及び前記左側部分面積を少なくとも用いて前記指標値を演算する手段と、
を含むことを特徴とする超音波診断システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１１】
【図１２】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１１】
【図１２】
【図１０】
【公開番号】特開２０１１−１０１６７９（Ｐ２０１１−１０１６７９Ａ）
【公開日】平成２３年５月２６日（２０１１．５．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２５６８８６（Ｐ２００９−２５６８８６）
【出願日】平成２１年１１月１０日（２００９．１１．１０）
【出願人】（５０４１３７９１２）国立大学法人 東京大学 (1,942)
【出願人】（３９００２９７９１）アロカ株式会社 (899)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年５月２６日（２０１１．５．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１１月１０日（２００９．１１．１０）
【出願人】（５０４１３７９１２）国立大学法人 東京大学 (1,942)
【出願人】（３９００２９７９１）アロカ株式会社 (899)
【Ｆターム（参考）】
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