JP5228189B2 - 臓器形状測定方法 - Google Patents

Description

本発明は、膀胱の形状測定に係る臓器形状測定方法に関する。特に、排尿障害や尿失禁の患者に対して、その膀胱の形状を測定して膀胱に溜まった尿量（蓄尿量）を事前に感知し、本人または介護者に知らせて排尿を促す場合に適用して好適な技術に関する。

排尿障害や尿失禁の患者に対して、おむつや排尿カテーテル管理を行うなど、尊厳ある排泄が行われているかの問題がある。従来、おむつ内に装着する湿気センサ方式などが知られているが、対処療法であることに変わりはない。湿気センサ方式のものは、患者が失禁しておむつが濡れることを感知し、ブザー等で失禁したことを周囲に知らせる構造となっている。

一方、筆頭発明者は先に特許文献１、２において、超音波を利用してＡモードにより膀胱内の蓄尿量を定期的に自動計測し、失禁の可能性のある場合には本人ならびに介護者に通報し失禁を未然に防ぐ、失禁防止センサを提案した。

また、特許文献３、４において、やはり超音波を用いたＡモードにより膀胱内の蓄尿量が排出レベルに達しているかを計測する排尿警報装置が提案されている。さらに、特許文献５、６において、特許文献３、４で提案する装置に対して、柔軟性のあるポリマー系圧電素子を利用したＡモード用超音波プローブが提案されている。

また、実用化レベルとして、Ｓｙｅｍｅｘ社よりＢｌａｄｄｅｒ Ｓｃａｎ^ＴＭＢＶ１６１００が販売され、超音波を用いたＢモードにより膀胱内容量を非侵襲的に計測する携帯型測定装置がある。また、タケシバ電機より「ゆりりん」という商品名にて携帯用尿量モニタ装置が販売されている。本装置は、センサ部を下腹部に固定し断続的に膀胱内の尿量を測定し、規定値になると排尿タイミングを知らせるものである。

特開昭６３−３１１９５２号公報 特開２００３−１９０１６８号公報 特開平７−１３６１６７号公報 特開平７−１７１１４９号公報 特開２０００−３７３８４号公報 特開２０００−２１０２８６号公報

ところで、特許文献１、２の提案段階でのセンサパッドは、膀胱形状を立体的に捕らえるために、複数の超音波振動子が下腹部を覆うように構成され、超音波を膀胱に向けて照射しているため、人体内部の腹膜、恥骨、骨盤などにより、膀胱形状を捉えるための有効な振動子の個数が減り、観察者の体位によっても膀胱を捉えることが困難となる。

特許文献３、４の装置に用いられている超音波プローブは、数個の超音波振動子が照射角度を変えて構成され、超音波は放射状に照射されており、腹膜と恥骨に妨げられ、膀胱を立体的にかつ精度良く計測することができない。特許文献５、６の超音波プローブは、超音波の照射角度などの考え方を利用しており、同様の問題が残っている。

また、Ｓｙｓｍｅｘ社の携帯型測定装置は、医師や看護士など知識と経験を有する者が、必要に応じて尿量測定を行う際に使用される高価な装置であり、常に装着することや患者本人が使用するようには設計されていない。また、前述の携帯用尿量モニタ装置は、特許文献３、４の技術を利用したものであるため、同様の問題があった。

本発明は、腹膜と恥骨の間の限られた隙間から膀胱の形状を立体的に精度よく測定できる臓器形状測定方法を提供するものである。

本発明に係る臓器形状測定方法は、超音波振動子による複数のセンサが２次元的に配置された超音波探触子を用い、各々の超音波中心軸が、腹膜と恥骨の間の隙間を透過し超音波探触子の側面から見て膀胱の前壁の近傍で他の超音波中心軸のいずれかと立体交差して広がり測定される膀胱の後壁へ指向するように、超音波探触子を下腹部の表面に配置し、複数のセンサから超音波を出射し、膀胱の前壁及び後壁で反射した超音波を各センサで受信して膀胱の立体形状を測定する。

本発明に係る臓器形状測定方法によれば、超音波探触子の２次元的に配置された複数のセンサの各々から出射された超音波の中心軸が、腹膜と恥骨間の隙間を透過し超音波探触子の側面から見て膀胱の前壁近傍で他の超音波中心軸のいずれかと立体交差して広がって膀胱の後壁へ指向するので、限られた隙間を透過しても膀胱の後壁を広範囲に捉えることができる。そして、膀胱の前壁及び後壁で反射した超音波をセンサで受信することにより、受信信号の時間差から膀胱の前壁及び後壁の位置が分かり膀胱の立体形状を精度良く測定することができる。
この膀胱形状により蓄尿量の計測（推定）ができる。被測定者の体位による測定誤差も減らすことが可能になる。また消化器官などの術後患者に見られる腹膜の低下による腹膜と恥骨の隙間の低減にも対応できる。

本発明に係る超音波探触子の一実施の形態を示す構成図である。 本発明の超音波探触子を膀胱の立体形状測定に用いたときの、超音波探触子を側面から見た状態の動作状態を示す動作図面である。 側面から見た超音波探触子の各センサの照射角度を示す構成図である。 本発明の超音波探触子を膀胱の立体形状測定に用いたときの、超音波探触子を上面から見た状態の動作状態を示す動作図面である。 上面から見た超音波探触子の各センサの照射角度を示す構成図である。 本発明に係る排尿障害対策システムの一実施の形態を示す構成図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。

先ず、本発明に係る超音波探触子の実施の形態について説明する。図１〜図３に、膀胱の立体形状の測定に開発した本発明に係る超音波探触子の一実施の形態を示す。本実施の形態の超音波探触子１は、図１に示すように、支持基体２の一面上に複数個の超音波振動子によるセンサ３を２次元的に配列して構成される。本例では１２個の超音波振動子３〔３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄ，３Ｅ，３Ｆ，３Ｇ，３Ｈ，３Ｉ，３Ｊ，３Ｋ，３Ｌ〕を縦４×横３となるように等間隔に規則的に配列される。これら各センサ３〔３Ａ〜３Ｌ〕は、それぞれ異なった方向に超音波を照射するように所要の角度をもって配置される。

下腹部の表面から膀胱５を精度よく捉えるには、図２Ａに示すように、腹膜６と恥骨７間の限られた隙間８から超音波を照射する必要がある。本実施の形態の超音波探触子１は、隙間８を通過した各センサ３Ａ〜３Ｌからの超音波の中心軸９Ａ〜９Ｌが超音波探触子の側面から見て（図２Ａ参照）、隙間８の略中心近傍に対応する部分、例えば膀胱５の前壁５Ａの近傍で他の超音波中心軸のいずれかと一旦交差して、すなわち互いに交わることなく立体交差し、その後に広げられ（拡散）膀胱５の後壁５Ｂに対して広範囲に捉えるように、各センサ３（つまりそのの超音波照射面）の照射角度が設定される。この照射角度については後述する。

超音波探触子１は、図２Ａに示すように、例えば腹膜６と恥骨７間の隙間８の面積より広い面積で形成することができ、取付けに関しては最下段のセンサ３Ｊ，３Ｋ，３Ｌ側の支持基体２の下端（底端）が恥骨７の上端に対応するように下腹部表面に取付けられるのが望ましい。この超音波探触子１では、図２Ａ及び図３Ａに示すように、上段側のセンサ３が膀胱後壁５Ｂの下側から膀胱底側を捉え、下段側のセンサ３が膀胱の後壁５Ｂから上壁側を捉え、右側センサ３が膀胱後壁５Ｂの左側を捉え、左側センサ３が膀胱後壁５Ｂの右側を捉えるように、広範囲を立体的に捉えることができるように、各センサの照射角度が設定される。

各センサ３〔３Ａ〜３Ｌ〕の照射角度の一例を図２Ｂ及び図３Ｂに示す。図２Ｂは、図２Ａに対応するように超音波探触子１を側面から見た状態であり、便宜的に中央垂直ラインのセンサ〔３Ｂ，３Ｅ，３Ｈ，３Ｋ〕と、左側垂直ラインのセンサ〔３Ａ，３Ｄ，３Ｇ，３Ｊ〕と、右側垂直ラインのセンサ〔３Ｃ，３Ｆ，３Ｉ，３Ｌ〕を１つの支持基体２上に描いた。各センサ３の超音波は全て図２Ｂの右方向へ照射される。

図３Ｂは、図３Ａに対応するように超音波探触子１を上面から見た状態であり、便宜的に上から１段目水平ラインのセンサ〔３Ａ，３Ｂ，３Ｃ〕と、２段目水平ラインのセンサ〔３Ｄ，３Ｅ，３Ｆ〕と、３段目水平ラインのセンサ〔３Ｇ，３Ｈ，３Ｉ〕と、４段目水平ラインのセンサ〔３Ｊ，３Ｋ，３Ｌ〕を１つの支持基板２上に描いた。各センサ３の超音波は全て図３Ａの上方向に照射される。

各センサ３は、超音波振動子、すなわち圧電素子の両面に電極を形成し、両電極間に電圧を印加することにより圧電素子が振動して超音波を発信し、逆に超音波を受信したときには両電極間から電圧が誘起されるように構成される。センサ３は例えば図１に示すように、円形の薄板状に形成される。各センサ３は支持基体上において、角度が自在に可変できるように支持される。

超音波探触子１は、図１に示すように、例えば上面が開放された四角形状の箱型の支持基体２内に複数のセンサ３が配置され、図示しないが、音響インピーダンスの差による超音波の大きな反射を防ぐために、整合層の役割を持つ充填材でセンサ３が埋め込まれる。また、超音波探触子１と下腹部間に空気が存在しないように例えばエコージェルのようなものを用いる。

上述の超音波探触子１は、例えば蓄尿量を推定するための膀胱形状探査用探触子として用いることができる。この超音波探触子１は、各センサ３〔３Ａ〜３Ｌ〕を順次に走査しながら１つずつ超音波を発信させるＡモード型で使用する。膀胱形状測定の場合、センサ３としては、１ＭＨｚ〜５ＭＨｚ程度の超音波が出せるセンサであればよい。

本実施の形態の超音波探触子１においては、図２Ａ及び図３Ａに示すように、下腹部に取り付けて各センサ３を順次に駆動させると、各センサ３から発信した超音波が腹膜６と恥骨７間の限られた隙間８を透過して体内に照射される。このとき、各センサ３〔３Ａ〜３Ｌ〕の超音波照射面が、超音波を膀胱５の前壁５Ａ近傍で且つ隙間８の略中心近傍に向って配置されているので、各センサ３Ａ〜３Ｌからの超音波は膀胱５の前壁５Ａ近傍で且つ隙間８の略中心近傍で立体交差した後、広げられて膀胱５の後壁５Ｂに広範囲にわたって照射される。膀胱５の前壁５Ａ及び後壁５Ｂで反射した超音波はセンサ３で受信され、センサ３より前壁及び後壁の位置に対応した受信信号が検出される。

上述の超音波探触子１によれば、限られた隙間８を通して膀胱５の後壁５Ｂを広範囲に超音波を照射することができる。また、従来のセンサパッドや超音波プローブに比べてセンサの数を低減して精度のよい測定が可能になる。この超音波探触子１は臓器である膀胱の立体形状の測定に適用して好適である。

次に、尿失禁を含む排尿障害の患者に対する排尿管理に適用される、本発明の実施の形態に係る膀胱形状測定方法とその測定装置の説明と共に、これらを用いた排尿障害対策システムについて説明する。この実施の形態では、上述した超音波探触子が用いられる。

図４に、本実施の形態の排尿障害対策システムの一例を示す。本実施の形態に係る排尿障害対策システム２１は、患者の下腹部に取り付けた上述した超音波探触子１を含む膀胱形状測定装置２２（なお、作図では便宜的に超音波振動子１を枠外してある）と、膀胱形状測定装置２２で得られた膀胱形状から蓄尿量を推定して尿量レベルを判定する尿量判定手段２３と、蓄尿量に応じて排尿の必要を知らせる通報手段２４とを備えて成る。

膀胱形状測定装置２２は、複数のセンサ３を有する超音波探触子１と、超音波探触子１の複数のセンサ３を順次に発信させる発信制御手段４１と、膀胱５の前壁５Ａ及び後壁５Ｂで反射した超音波をセンサ３で受信し、得られた受信信号の時間差から膀胱５の前壁５Ａ及び後壁５Ｂの位置を演算して膀胱５の立体形状を計測する信号処理手段４２で構成される。

すなわち、超音波探触子１の各センサ３〔３Ａ〜３Ｌ〕がマルチプレクサ３１を介して超音波発信アンプ３２及び超音波受信アンプ３３に接続される。また、超音波発信アンプ３２には複数のセンサ３に順次に発信指令を出す発信指令回路３４が接続される。超音波発信アンプ３２は、発信指令回路３４からの信号を増幅して、超音波を発信するに十分な電気エネルギーに高める機能を有する。超音波受信アンプ３３は、受信された微弱な電気信号を増幅する機能を有する。マルチプレクサ３１は、センサ３と超音波発信アンプ３２及び超音波受信アンプ３３との間にあって、それぞれのセンサ３とアンプ３２、３３の間を順次接続し、１台のアンプで全てのセンサ３を順次動作させる機能を有する。

超音波受信アンプ３３及び発信指令回路３４は、信号処理回路３５に接続される。信号処理回路３５では、発信指令回路３４の発信信号と超音波受信アンプ３３からの受信信号の時間差から膀胱で反射した超音波を受信したセンサ３のみを選択し、選択されたセンサでの時間差から膀胱５の前壁５Ａの位置と後壁５Ｂの位置を演算し、センサ３の空間的座標とその方線ベクトルの情報を併せて用いて、膀胱壁面のマッピングを行う。同様の動作を全てのセンサ３の発信信号と受信信号に対して行うことにより、膀胱５の立体形状を確定する。

信号処理回路３５で得られた膀胱５の立体形状のデータから膀胱尿量を計測（推定）し、排尿が必要か否かの判定を行う尿量判定回路２３が設けられる。さらに、尿量判定回路２３には、尿量が予め定められた危険値を越えた場合、あるいは過去に失禁した尿量を越えた場合に、これを通知する通知手段２４が接続される。通知手段２４としては、音（音声も含む）、光、または振動等による警報手段、あるいはランプ表示手段で構成することができる。測定された膀胱５の立体形状をモニタによって観察できるように構成することもできる。

次に、上述した本実施の形態の膀胱形状測定装置を用いて膀胱形状測定方法を説明すると共に、上述の排尿障害対策システムの動作を説明する。

発信指令回路３４からの発信指令に基いて超音波探触子１の複数のセンサ３から順次に超音波が腹膜と恥骨の隙間を通して膀胱５側に照射される。超音波は膀胱の前壁５Ａと後壁５Ｂで反射され、同じセンサ３で受信される。信号処理回路３５において、発信指令回路３４の発信信号と超音波受信アンプ３３からの受信信号の時間差から膀胱での反射超音波を受信したセンサ３のみが選択される。さらに選択されたセンサ３における受信信号の時間差から膀胱の前壁５Ａ及び後壁５Ｂの位置が演算され、センサ３の空間的座標、その法線スペクトルの情報を併せ用いて、膀胱壁面のマッピングを行うことにより、結果として前述した膀胱の立体形状が測定される。

次いで、この膀胱５の立体形状のデータから尿量判定回路２３において、蓄尿量が計測（推定）されると同時に、排尿が必要な蓄尿量（いわゆる排出レベルの蓄尿量）に達したか否かが判定される。尿量判定回路２３で尿量が危険値に達したときには、通知手段２４を通して患者本人あるいは介護人、あるいは看護室に知らせて、失禁を含む排尿障害を未然に防ぐ。

本実施の形態の膀胱形状測定方法及びその測定装置によれば、上述の超音波探触子１を用いて複数のセンサ３を順次に駆動させて、センサ３からの超音波が腹膜６と恥骨７間の限られた隙間（狭い空間）８を通して膀胱５の後壁５Ｂを広範囲に照射し、その膀胱壁面で反射した超音波をセンサ３で受信して信号処理することで、膀胱の立体形状を精度よく測定することができる。この膀胱形状により蓄尿量の計測（推定）ができる。患者の体位による測定誤差も減らすことが可能になる。また消化器官などの術後患者に見られる腹膜の垂下による腹膜と恥骨の隙間の低減にも対応できる。

また、本実施の形態に係る失禁防止を含む排尿障害対策システムによれば、上述の超音波探触子１を含む膀胱形状測定方法及びその装置を利用して構成されるので、精度よく蓄尿量を計測して、排出レベルの蓄尿量に達したならば、患者本人あるいは介護人、あるいは看護室へ通報され、患者本人に余裕を持って排尿を促したり、導尿を行うことができる。この排尿障害対策システムは、従来に比べて簡便な構成であるので、費用負担も軽減される。

本発明は、上述のシステムを用いて尿量測定装置を、センサ３からのデータ計測・処理を行う内部ＣＰＵを持つ計測装置と、膀胱形状・蓄尿量推定アルゴリズムを開発・実行するパソコンとから構成することができる。

１・・超音波探触子
２・・支持基体
３〔３Ａ〜３Ｌ〕・・超音波振動子によるセンサ
５・・膀胱
５Ａ・・膀胱前壁
５Ｂ・・膀胱後壁
６・・腹膜
７・・恥骨
８・・隙間
９〔９Ａ〜９Ｌ〕・・超音波中心軸
２１・・排尿障害対策システム
２２・・膀胱形状測定装置
２３・・尿量判定手段
２４・・通知手段
３１・・マルチプレクサ
３２・・超音波発信アンプ
３３・・超音波受信アンプ
３４・・発信指令回路
３５・・信号処理回路
４１・・発信制御手段
４２・・信号処理手段

Claims (1)

1. 超音波振動子による複数のセンサが２次元的に配置された超音波探触子を用い、
   各々の超音波中心軸が、腹膜と恥骨の間の隙間を透過し前記超音波探触子の側面から見て膀胱の前壁の近傍で他の超音波中心軸のいずれかと立体交差して広がり測定される膀胱の後壁へ指向するように、前記超音波探触子を下腹部の表面に配置し、
   前記複数のセンサから超音波を出射し、前記膀胱の前壁及び後壁で反射した超音波を各センサで受信して前記膀胱の立体形状を測定する
   ことを特徴とする臓器形状測定方法。

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