CN103115648A

CN103115648A - 超声波式流量测定装置及其使用方法

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Publication number: CN103115648A
Application number: CN2012103624949A
Authority: CN
Inventors: 村上英一
Original assignee: Atsuden Co Ltd
Current assignee: Atsuden Co Ltd
Priority date: 2011-11-16
Filing date: 2012-09-26
Publication date: 2013-05-22
Anticipated expiration: 2032-09-26
Also published as: JP2013104838A; CN103115648B; US9588934B2; EP2594910A3; JP4991963B1; US20130124131A1; EP2594910A2

Abstract

一种超声波式流量测定装置及其使用方法，可将固定了超声波收发器的管路部作为一次性的管路部，由存储在存储介质中的修正数据保证测定精度。可将固定了压电元件（2a、2b）的管路部（1）作为一次性的管路部，在流量测定时在非一次性部分的测定电路部中，使用存储在一次性部分的存储器芯片（10）中的通过相对于管路部（1）的校正得到的修正数据，由压电元件（2a、2b）进行超声波束的交互的收发，通过修正由测定电路部得到的流量值，保证测定精度。

Description

超声波式流量测定装置及其使用方法

技术领域

本发明涉及超声波式流量测定装置及其使用方法，例如其用于流过在心脏手术时用的人工心脏泵的血流量测定，将一部分作为一次性使用部分。

背景技术

超声波式流量计的例如曲柄型的管路部，由于在直管部的两侧需要超声波收发器的2部位的安装部、流体的入口管路、出口管路，即使是合成树脂制，也不可能通过一次注射成型而成型多个，所以大多通过分成几个零件进行成型并接合它们进行制造。

根据此接合方法，一般是在使超声波束传播的直管部内产生焊道、焊屑，或者管体的中心线彼此偏移，存在流体在直管部内不平滑地流动地紊乱的情况，进而流量特性因直管部的长度误差、内径误差、超声波收发器的安装精度而在每个管路部中都不同。因此，即使在安装了超声波收发器的那样的曲柄型的管路部或者内部反射型的管路部中，也与对应的测定电路部做成一对，使实际流量流动地进行校正，在测定电路部的存储器中存储由校正产生的修正数据，与测定电路部一起发货。

像在专利文献1中记载的那样，当在手术等中使用辅助人工心脏时，有时检测监视血流量。在此心脏手术的情况下，因为感染症的问题，近年来使血液流动的管路部的使用仅为1次，在手术后与人工心脏泵一起废弃。但是，由于测定电路部与管路部相比价格高，所以测定电路部作为非一次性测定电路部，反复使用。

在专利文献2、3中，公开了一种在测定这样的情况的血流量时，超声波式流量计用的一次性类型的管路部。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2005-192687号公报

专利文献2：美国专利公报第5463906号公报

专利文献3：日本特表2010-519506号公报

发明内容

发明所要解决的课题

即使在使用了一次性类型的管路部的超声波式流量计中，也希望在使用前使实际流量流到管路部来进行校正，但使多个管路部相对于反复使用的一个测定电路部对应是非常困难的。

关于这一点，在专利文献3中记载了由于管路部的直管部的内径不会超过1％地变化，所以不需要使用前的校正的内容。但是实际上，如在上述的背景技术中说明的那样，由管路部的加工等产生的各个管路部的流量特性的差异不能忽视。

另外，在专利文献2、3中，作为发送超声波束的超声波收发器的压电元件被反复使用，每次测定都安装在一次性的管路部上使用。但是，此压电元件的安装状态也对测定精度带来大的影响，但在反复使用压电元件的情况下，成为在怎样程度地对测定精度带来影响不明确的状态下执行测定。

本发明的目的在于解决上述的课题，提供超声波式流量测定装置及其使用方法，其通过在一次性的管路部上预先固定超声波收发器，根据由实际流量进行的校正求出修正数据，在测定时在作为非一次性部的电路测定部中使用附设在管路部上的修正数据，能保证得到的流量值的测定精度。

为了解决课题的手段

用于达到上述目的的本发明的超声波式流量测定装置，是由一次性部分和反复使用的非一次性部分构成的超声波式流量测定装置，其特征在于，在上述一次性部分中，具有接合多个构件形成的管路部，同时具备可与外部的电路通信的存储介质，该管路部将一对超声波收发器固定在使被测定流体流动的直管部的上游侧和下游侧，相对于上述直管部设置进行上述流体的流入的入口管路和进行上述流体的排出的出口管路，相对于作为上述非一次性部分的测定电路部，预先将通过使实际流量流动到上述每个管路部中的校正作业求出的上述管路部的修正数据存储在上述存储介质中，在测定时，上述测定电路部读入上述存储介质的上述修正数据，以由从上述一对超声波收发器交替地向上述直管部内收发的超声波束产生的信号为基础，对得到的流量值使用上述修正数据进行修正。

另外，本发明是一种超声波式流量测定装置的使用方法，该超声波式流量测定装置是由一次性部分和反复使用的非一次性部分构成的超声波式流量测定装置，该超声波式流量测定装置的使用方法的特征在于，在上述一次性部分中，具有接合多个构件形成的管路部，同时具备可与外部的电路通信的存储介质，该管路部将一对超声波收发器固定在使被测定流体流动的直管部的上游侧和下游侧，相对于上述直管部设置进行上述流体的流入的入口管路和进行上述流体的排出的出口管路，具备：通过预先使实际流量流动到每个上述管路部中的校正作业，将相对于作为上述非一次性部分的测定电路部求出的上述管路部的修正数据存储在上述存储介质中的工序；在测定时上述测定电路部读入上述存储介质的上述修正数据的工序；在测定时以由从上述一对超声波收发器交替地向上述直管部内收发的超声波束产生的信号为基础运算流量值，将得到的流量值由上述修正数据修正，算出进行了修正的流量值的工序。

发明的效果

根据本发明的超声波式流量测定装置及其使用方法，将固定了超声波收发器的管路部作为一次性的管路部，在非一次性部分的测定电路部中，通过使用一次性部分的修正数据保证测定精度。

附图说明

图1是实施例的管路部的立体图。

图2是管路部的分解立体图。

图3是管路部的剖视图。

图4是通过校正获得管路部的修正数据的情况的说明图。

图5是保持架的立体图。

图6是血流量测定时的结构图。

图7是将保持架作为壁挂式使用的情况的说明图。

具体实施方式

为了实施发明的方式

基于图示的实施例详细地说明本发明。

图1是作为实施例的一次性部分的管路部的立体图，图2是分解立体图，图3是剖视图。另外，图2的分解立体图省略了左右两侧的对称部分的左侧的下流部分的图示。

例如由聚丙烯、聚四氟乙烯（注册商标）等合成树脂构成的管路部1，在直管路1a的两端附近，相对于直管路1a的轴向，向直角方向进行流体的流入的入口管路1b和进行流体的排出的出口管路1c分别配置成所谓曲柄型。

各管路1a、1b、1c，例如做成内径4mm，在入口管路1b、出口管路1c的各端部，以例如与人工心脏泵连接的由合成树脂材料构成的挠性管容易连接而且难以脱落的方式，形成了设置多个台阶部的连接口1d。另外，如果将管路部1做成透明体，则能确认流体的流动。

此管路部1主要由3个构件，即以直管路1a为主体的直管构件1a’、以入口管路1b为主体的入口构件1b’、以出口管路1c为主体的出口构件1c’构成，入口构件1b’和出口构件1c’做成了相同形状。

这些构件1a’～1c’通过注射成型制作，直管构件1a’的两端插入入口构件1b’、出口构件1c’的端部内，通过使设置在各自上的凸缘彼此对接进行了定位。直管构件1a’的前端的内径，随着趋向于入口构件1b’、出口管路1c的内部而呈圆锥状地扩大，使得不产生流路的阻力。通过以覆盖此接合部上的方式由二色成型法成型连结部1e，构件1a’、1b’、1c’彼此被连结。

在入口构件1b’、出口构件1c’上，以包围隔着直管路1a相向的部位的壁面1f的方式，分别形成了用于安装作为超声波收发器的压电元件的筒状的元件安装部1g。在元件安装部1g内，插入了分别在前端的环状槽3a内嵌入固定了压电元件2a、2b的圆筒状的元件保持构件3，推入构件4与元件保持构件3的后部抵接。元件保持构件3、推入构件4经橡胶制或者软质合成树脂制的O型圈5由锁定构件6推入元件安装部1g内。另外，在推入构件4的后部嵌合了盖7。

另外，分别来自压电元件2a、2b的两根导线8a、8b，在元件保持构件3内通过焊锡等与信号电线9a、9b连接，信号电线9a、9b从设置在推入构件4、盖7的中央的孔部向外方拉出。另外，在出口构件1c’侧的元件保持构件3内，作为存储介质内藏了由半导体存储元件构成的存储器芯片10，其导线8c在元件保持构件3内与信号电线9c连接，此信号线9c与压电元件2b的信号电线9b一起被拉出到外部，能与外部电路通信。在信号电线9a、9b和9c的前端连接了插入插头11a、11b。

为了在由二色成型法接合了构件1a’、1b’、1c’的管路部1上安装压电元件2a、2b，在将压电元件2a、2b分别固定在元件保持构件3的前端的环状槽3a内并在元件保持构件3内使导线8a、8b、8c与信号9a、9b、9c连接的状态下，将元件保持构件3插入元件安装部1g内。接着，将推入构件4由锁定构件6推入，使锁定构件6在元件安装部1g的外侧转动地相对于元件安装部1g进行锁定并固定。由此，压电元件2a、2b相互相向地定位在元件安装部1g的里部，即直管路1a的两端的壁面1f上。

另外，由夹设在锁定构件6和推入构件4之间的O型圈5的弹性力，使压电元件2a、2b向直管路1a的壁面1f的推压力成为适当的大小。在压电元件2a、2b的前端面上，涂布了润滑脂或者粘接硅橡胶凝胶片（silicon rubber jell sheet），通过将压电元件2a、2b推压到壁面1f上，压电元件2a、2b被紧贴在壁面1f上，以便良好地进行超声波束的传递。压电元件2a、2b彼此的位置关系被做成从压电元件2a、2b发出的超声波束B在直管路1a的流体中直线传播，分别到达对方侧的压电元件2b、2a。

一般地，超声波式流量计的管路部的流量特性在每个管路部中都不同，即使在本实施例的每个管路部1中，也如在背景技术中说明的那样，管路1a、1b、1c彼此的接合时的轴线的不一致、压电元件2a、2b的安装精度等的影响大。

因此，在本实施例中，预先与标准的测定电路部组合，使实际流量流动到每个固定了压电元件2a、2b的管路部1中而进行相对于实测流量的输出的校正，使用信号电线9c使其修正数据存储在存储器芯片10中。

在实施例中，因为相对于一个测定电路部顺序组合地使用多个管路部1，所以测定电路部做成了与在校正中使用的基准的测定电路部相同的特性，以便无论相对于作为非一次性部分的哪个测定电路部，管路部1都能共同地使用修正数据。因此，具备了由校正产生的修正数据的管路部1，只要是相同型号的测定电路部，无论与哪个测定电路部组合，都能得到正确地被修正了的测定值。

为了获得此修正数据，如图4所示，在用于校正的管路部1上连接了安装基准用流量计21的管路22、23。在管路22中使用水代替血液，使来自泵24的流量呈阶段性地变化地流动，相对于由基准用流量计21产生的基准流量，从用于管路部1的标准的测定电路部25求出输出。例如，只要预先求出关于管路部1相对于16点的多点的基准流量值的输出值，作为修正数据存储在存储器芯片10中即可。另外，基准用流量计21不限于超声波式流量计，即使是其他方式的流量计也无障碍。

在进行实际的血流的测定时，将流量的校正结束的灭菌状态的管路部1保持在图5所示的合成树脂制的保持架31上。保持架31在基板31a上设置了保持台31b。另外，基板31a以下游侧按例如角度15度朝向上方的方式由长度为2种的4根装卸自由的腿部31c支承，以便混在血液中的气泡不滞留在管路部1内。保持台31b从上方观看设置了一对大致L字状的壁部31d，连结壁部31d彼此的线段相对于基板31a的长度方向，例如倾斜角度15度。

在相向的壁部31d上分别形成了切口部31e，使得能各保持管路部1的一部分。切口部31e做成接收管路部1的一部分的大致半圆形，其上方为了接收而被切口，其一部分变得狭窄以便管路部1能呈咔嗒状地插入。另外，在两壁部31d的侧方，形成了分别保持入口管路1b和出口管路1c的切口部31f。

将管路部1如图6所示安装在保持架31上。测定电路部32被内藏在合成树脂制的外壳内。将信号电线9a、9b、9c的插入插头11a、11b与附设在外壳33上的连接器34a、34b连接。这些连接器34a、34b在外壳33内经电线与由收发波器驱动组件、运算控制组件、输出组件等构成的测定电路部32连接。

另外，保持架31如图7所示，也可以将腿部31c取下，作为壁挂型安装在房间的壁等上，在此状态下将管路部1安装在保持台31b上。在此情况下，由于连结壁部31d彼此的线段相对于基板31a的长度方向倾斜，所以如果将基板31a的长度方向作为水平方向安装在壁等上，则管路部1使下游侧向上方倾斜地安装。

在测定开始时，在测定电路部32的运算控制组件中，进行如下的准备：读取从信号电线9c发送的管路部1的存储器芯片10内的修正数据，由此修正数据作成数学公式或者修正表，对得到的输出值进行修正运算而作为流量值进行输出。由于存储器芯片10的修正数据是间歇的，所以只要由内插法对校正时的测定点之间的数据进行修正即可。另外，此修正运算，也可以不用预先准备数学公式等，而是将在测定中从管路部1得到的输出每次都由修正数据进行运算。

接着，将与人工心脏泵35连接并用于使血流流动的合成树脂制的挠性管36分别与入口管路1b、出口管路1c的连接口1d连接。

在测定时，由人工心脏泵35使用于测定的血液按照入口管路1b、直管路1a、出口管路1c的顺序在管路部1内流动。通过由测定电路部32的波收发器驱动组件交替地反复进行向直管路1a内由压电元件2a、2b交替地发送超声波束B或进行接收，由测定电路部32的运算控制组件测定血液的流速，算出流量。

即，从上游侧的压电元件2a发送的超声波束B，在直管路1a内的血流中直线传播，到达下游侧的压电元件2b。另外，在接下来的时间从压电元件2b发送的超声波束B进入直管路1a内，到达上游侧的压电元件2a。从压电元件2a向压电元件2b的超声波束B在血液中的传播速度，由从图3的入口管路1b向出口管路1c的箭头方向流动的血流增速，从压电元件2b向压电元件2a的超声波束B的传播速度由于与血流方向相反所以被减速。

在测定电路部32中，通过求出由这两方向的收发得到的超声波束B的到达时间差，测定直管路1a中的血流速度，进而通过乘以直管路1a的截面积求出血流量。对此流量值，在测定电路部32的运算控制组件中，加入由存储了管路部1的流量特性的修正值的存储器芯片10的修正数据产生的修正，算出正确的流量值。

测定结束后，将两个插入插头11a、11b从连接器34a、34b取下，将管路部1从保持架31的保持台31b卸下，管路部1、压电元件2a、2b、元件保持构件3、锁定构件6、信号电线9a、9b、9c、存储器芯片10、插入插头11a、11b等，与人工心脏泵35、挠性管37一起废弃。另外，保持架31、测定电路部32、连接器34a、34b，使用安装了压电元件2a、2b的新的管路部1，在接下来的测定中使用。

构成管路部1的构件1a’、1b’、1c’的组装，也可以不使用如实施例的那样由二色成型形成的连结部1e，而将这些构件1a’、1b’、1c’的管路彼此通过熔接直接接合。

另外，压电元件2a、2b向壁面1f的安装，不限定于上述的实施例的手段。压电元件2a、2b，由于不再使用，所以即使例如相对于构件1b’、1c’不能装卸地固定也没有问题。另外，锁定构件6向元件安装部1g的安装也可以是由粘接剂进行的粘接。

或者，也可以不从管路部1侧拉出信号电线9a～9c，而是在元件保持构件3的内部将连接了导线8a、8b、8c的连接插座配置成盖7的替代物。如果这样做，则从测定电路部32侧拉出信号电线，此信号电线也可以不作为一次性的信号电线。

进而，也可以使用无线IC电缆终端代替连接了信号电线9c的存储器芯片10，或者也可以将修正数据记录成条形码而粘贴在管路部1的表面等上，在测定时由条形码读码器读取修正数据。另外，由存储在存储器芯片10中的修正数据进行的流量值的修正顺序，也不被限定于实施例，也可以按其他顺序。

另外，修正运算，无论相对于流速值进行修正，还是相对于流量值进行修正，结果都是相同的，在本发明中也包含在修正流速值之后求出流量值的情况，对流量值进行修正。

在实施例中将管路部1的结构做成了曲柄型，但管路部1不限于此曲柄型，也可以作为将一对压电元件固定在直管部的周围，将超声波束相对于直管部向倾斜方向进行入射出射的方式。

另外，在实施例中将被测定流体作为血液进行了说明，但不限于血流的测定，即使在药物、生物分子等的流量测定时，管路部有时也作为一次性物品或者限定使用一次。

另外，在实施例中，管路部1具有一次性物品型的功能，但根据被测定流体有时也能反复使用。

符号说明：

1：管路部

1a：直管路

1b：入口管路

1c：出口管路

1a’：直管构件

1b’：入口构件

1c’：出口构件

2：压电元件

3：元件保持构件

4：推入构件

6：锁定构件

7：盖

8：导线

9：信号电线

10：存储器芯片

11：插入插头

21：基准用流量计

22：管路

24：泵

25、32：测定电路部

31：保持架

33：外壳

34：连接器

35：人工心脏泵

Claims

1.一种超声波式流量测定装置，是由一次性部分和反复使用的非一次性部分构成的超声波式流量测定装置，其特征在于，

在上述一次性部分中，具有接合多个构件形成的管路部，同时具备可与外部的电路通信的存储介质，该管路部将一对超声波收发器固定在使被测定流体流动的直管部的上游侧和下游侧，相对于上述直管部设置进行上述流体的流入的入口管路和进行上述流体的排出的出口管路，

相对于作为上述非一次性部分的测定电路部，预先将通过使实际流量流动到上述每个管路部中的校正作业求出的上述管路部的修正数据存储在上述存储介质中，

在测定时，上述测定电路部读入上述存储介质的上述修正数据，以由从上述一对超声波收发器交替地向上述直管部内收发的超声波束产生的信号为基础，对得到的流量值使用上述修正数据进行修正。

2.如权利要求1记载的超声波式流量测定装置，其特征在于，

将上述超声波收发器固定在上述直管部的两端，使上述超声波收发器彼此相向。

3.如权利要求1或者2记载的超声波式流量测定装置，其特征在于，

存储在上述存储介质中的上述修正数据，存储了相对于多点的实测流量的输出值。

4.如权利要求1～3中的任一项的权利要求记载的超声波式流量测定装置，其特征在于，

上述一次性部分包含与上述各超声波收发器连接的信号电线。

5.如权利要求1～4中的任一项的权利要求记载的超声波式流量测定装置，其特征在于，

上述存储介质作为半导体存储元件。

6.如权利要求1～5中的任一项的权利要求记载的超声波式流量测定装置，其特征在于，

上述管路部安装在作为非一次性部分的保持架上进行测定。

7.如权利要求6记载的超声波式流量测定装置，其特征在于，

上述保持架向上方提升上述管路部的下游侧而保持上述管路部。

8.一种超声波式流量测定装置的使用方法，该超声波式流量测定装置是由一次性部分和反复使用的非一次性部分构成的超声波式流量测定装置，该超声波式流量测定装置的使用方法的特征在于，

具备：

通过预先使实际流量流动到每个上述管路部中的校正作业，将相对于作为上述非一次性部分的测定电路部求出的上述管路部的修正数据存储在上述存储介质中的工序；

在测定时上述测定电路部读入上述存储介质的上述修正数据的工序；

在测定时以由从上述一对超声波收发器交替地向上述直管部内收发的超声波束产生的信号为基础运算流量值，将得到的流量值由上述修正数据修正，算出进行了修正的流量值的工序。

9.如权利要求8记载的超声波式流量测定装置的使用方法，其特征在于，

在读入上述修正数据的工序中，上述测定电路部由存储在上述存储介质中的修正数据作成数学公式或者修正表，在算出进行了上述修正的流量值的工序中通过使用了上述数学公式或者修正表的修正运算，求出进行了上述修正的流量值。