JP2002011007A - Bloodstream detection part of ultrasonic bloodstream measuring instrument - Google Patents
Bloodstream detection part of ultrasonic bloodstream measuring instrumentInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明が属する技術分野】本発明は、超音波血流計、特
に血流の方向に応じた超音波の伝搬特性に基づく血流測
定用の検出器に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an ultrasonic blood flow meter and, more particularly, to a detector for measuring blood flow based on the propagation characteristics of ultrasonic waves according to the direction of blood flow.
【０００２】[0002]
【従来の技術】血流の方向に応じた超音波の伝搬特性に
基づく血流測定、いわゆるトランジットタイム方式の血
流測定は、超音波の照射方向と流れの方向においてその
伝搬時間が、順方向で短く、逆方向で長くなることか
ら、これらの超音波周波の位相差が直接血流量に比例す
ることに基づくものであり、この方式によりリアルタイ
ムでの血流情報が得られ、又超音波の入射角度の厳密な
調整が不要などの点から、比較的簡素な構成をとること
を可能とするものであり、例えば、特開平９−２７６２
７０号公報等に記載されている。2. Description of the Related Art A blood flow measurement based on the propagation characteristics of an ultrasonic wave according to the direction of the blood flow, that is, a blood flow measurement of a so-called transit time method, requires that the propagation time of the ultrasonic wave in the irradiation direction and the flow direction be reduced in the forward direction. In this case, it is based on the fact that the phase difference of these ultrasonic frequencies is directly proportional to the blood flow, and this method provides real-time blood flow information, This makes it possible to adopt a relatively simple configuration from the viewpoint that strict adjustment of the incident angle is not required.
No. 70, for example.
【０００３】[0003]
【発明が解決しようとする課題】この方式においては、
直接血管を挟み込むため、全体として小形であり、超音
波を送受信するための振動子についても小型化されてし
まうため、出力が低く、又、直接血管を超音波振動子を
用いて挟み込むため、これを保護する部材が必要である
が、この保護部材の影響、又は超音波のまわりこみ等に
より、出力される超音波が減衰してしまうこと、検出さ
れる位相差にノイズ・ドリフト等の変動が生じ、測定デ
ータが不安定なものとなった。In this system,
Since the blood vessel is directly sandwiched, it is small as a whole, and the transducer for transmitting and receiving ultrasonic waves is also downsized, so that the output is low, and since the blood vessel is directly sandwiched using the ultrasonic transducer, Is necessary, but the output ultrasonic waves are attenuated due to the influence of this protective member or the ultrasonic waves, and the detected phase difference causes fluctuations such as noise drift. , The measurement data became unstable.
【０００４】[0004]
【課題を解決するための手段】上記にかんがみ本発明
は、超音波の送受信を行う超音波送受信ユニット、前記
超音波送受信ユニット表面を被覆する整合層よりなる血
流検出部において前記整合層の厚さが、前記超音波送受
信ユニットの出力周波数に対し位相特性上略水平となる
点に調整することにより、安定した血流情報を得ること
を可能としたものである。更に本発明は、超音波の送受
信において感度が良くしかも安定した部分が、整合層の
薄さの限界に近い部分で得られる位相特性の2つの特異
点の略中間部位が定常的に安定している部位であること
の知見に基づき当該中間部位にピエゾ素子の駆動周波数
が来るように整合層の厚さを調整することで、より感度
がよくしかも安定した位相差が得られるようにしたもの
である。SUMMARY OF THE INVENTION In view of the above, the present invention relates to an ultrasonic transmitting / receiving unit for transmitting / receiving ultrasonic waves, and a thickness of the matching layer in a blood flow detecting section comprising a matching layer covering the surface of the ultrasonic transmitting / receiving unit. However, by adjusting the output frequency of the ultrasonic transmission / reception unit to a point that is substantially horizontal with respect to the phase characteristic, it is possible to obtain stable blood flow information. Further, in the present invention, the portion having good and stable sensitivity in the transmission and reception of the ultrasonic wave is stable near the middle of the two singularities of the phase characteristic obtained in the portion close to the limit of the thickness of the matching layer. By adjusting the thickness of the matching layer so that the driving frequency of the piezo element comes to the intermediate part based on the knowledge that the part is located, a more sensitive and stable phase difference can be obtained. is there.
【０００５】本発明における、超音波送受信ユニットと
は、ピエゾ素子ジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）によっ
て構成されるものであって、チタン酸バリウム（BaTi
O3）、ＰbTiO3、CaTiO3、等の圧電材料が使用されるも
のである。整合層とは、主にエポキシ樹脂等によりな
る。その製法は例えば、あらかじめ決められたサイス゛に充
填硬化して作られたエポキシ樹脂フ゜レートを、ＰＺＴ素子
に上記と同じエポキシ樹脂で接着硬化した後、インピー
ダンスアナライザ等を用いインピーダンス、位相を測定
しながら、適切な厚さに研磨調整して製作する。「前記
整合層の厚さが、前記超音波送受信ユニットの出力周波
数に対し位相特性上略水平となる点に調整する」におけ
る、位相特性が略水平となる部位とは、例えば図４，図
５で示す３０１，３０４の様な部分であって、整合層を
介したピエゾ素子の出力周波数に対するインピーダンス
又は位相特性を計測したことによって得られる部位であ
る。図４，図５に於いて、左側の軸に位相をとり、右側
の軸にインピーダンスをとり、弾性部材の厚さに応じ
て、周波数特性を圧電素子が使用する周波数を中心に描
いた図である。この部位を、図４，図５で示すように整
合層の薄さが限界に近い状態で得られる特異点３０２、
３０３の２つの特異点のあいだの水平部分とすることに
より、この位置に超音波出力が来るように厚さを設定す
ればほぼ安定的な超音波送受信が可能である。この厚さ
は、超音波出力によって、上述のように適宜調整される
が、例えば、素子単体で、周波数が２．５ＭＨｚの時、
低インピーダンスになるような素子の場合、250μｍ〜2
60μｍの厚さであることが好ましい。[0005] In the present invention, the ultrasonic transmitting / receiving unit is composed of piezo element lead zirconate titanate (PZT), and comprises barium titanate (BaTi).
A piezoelectric material such as O 3 ), PbTiO 3 , CaTiO 3 is used. The matching layer is mainly made of an epoxy resin or the like. The manufacturing method is, for example, after bonding and curing an epoxy resin plate made by filling and curing a predetermined size with a PZT element with the same epoxy resin as described above, while measuring the impedance and phase using an impedance analyzer or the like, It is manufactured by polishing and adjusting to an appropriate thickness. In "adjusting the thickness of the matching layer to a point where the phase characteristics are substantially horizontal with respect to the output frequency of the ultrasonic transmission / reception unit", the portions where the phase characteristics are substantially horizontal are, for example, those shown in FIGS. The portions 301 and 304 indicated by are portions obtained by measuring impedance or phase characteristics with respect to the output frequency of the piezo element via the matching layer. In FIGS. 4 and 5, the phase is plotted on the left axis, the impedance is plotted on the right axis, and the frequency characteristic is drawn around the frequency used by the piezoelectric element according to the thickness of the elastic member. is there. As shown in FIG. 4 and FIG. 5, this portion is formed as a singular point 302 obtained when the thickness of the matching layer is close to the limit.
By setting the horizontal portion between the two singular points 303 and setting the thickness so that the ultrasonic output comes to this position, it is possible to transmit and receive the ultrasonic wave almost stably. This thickness is appropriately adjusted by the ultrasonic output as described above. For example, when the frequency of the element alone is 2.5 MHz,
250μm ~ 2
Preferably, the thickness is 60 μm.
【０００６】[0006]
【実施例】図１に本発明の１実施例を示す。図１は、図
２で示す、血流検出部のＡ−Ａ’で切断した際の断面図
である。１０は、支持部材であり、エポキシ等で形成さ
れ、その大きさは、測定する血管の大きさ等により、適
宜調整されるが、例えば横３ｍｍ〜３０ｍｍ縦３ｍｍ〜
２０ｍｍの大きさを有する。１１は、第１の圧電素子で
あり、ＰＺＴ等で形成されている。発振周波数は、サイ
ズにより異なり、０．５ＭＨｚ〜７．５ＭＨｚ程度であ
る。１２は、第１の整合層であり、エポキシ等で形成さ
れている。１３は、第２の圧電素子であり、第１の圧電
素子と同一の大きさ、材料を有する。１４は、第２の整
合層であり、第１の整合層と同様の大きさ、材質及び厚
さを有する。両整合層の厚さは、λ/４〜λ/２（λは共
振周波数）のあいだの水平部を得られるところの厚さに
設定されている。１５、１６は、圧電素子を駆動させる
ための電気信号を圧電素子へ供給するため、及び圧電素
子で受信した超音波信号が電気信号に変換され、分析装
置へ伝達するための一対の電気リード線である。１７，
１８も１５，１６と同様の機能を有する一対の電気リー
ド線である。２２は、電気リード線１５，１６，１７，
１８を一束状にした多芯状の電気リード線である。
本発明は、整合層１２及び、整合層１４の厚さを、図
４，図５で示される位相特性から決定する。即ち、特異
点３０２と３０３の略中央３０１又は、水平部位３０４
に圧電素子の発振周波数２．５ＭＨｚが来るような上述
の厚みに設定される。この特異点３０３は、整合層の厚
さが、λ/４のときに現れるのが、好ましい。２４，２
５は、バッキング材であり、後方への発振を吸収して、
超音波の一方向への発振の効率を高めるものである。バ
ッキング材２４，２５は、例えば、シリコン接着剤を用
いて形成されるシリコーンゴムのようなものであり、そ
の他当該機能を有するプラスチック材等が利用される。
圧電素子１１，１３は、例えば、ＰＺＴ等の圧電シート
材の対向する２つの面に配置された銀等の導電性部材に
よる電極の組み合わせ構成によりなる。FIG. 1 shows an embodiment of the present invention. FIG. 1 is a cross-sectional view of the blood flow detection unit taken along line AA ′ shown in FIG. Reference numeral 10 denotes a support member, which is formed of epoxy or the like, and the size thereof is appropriately adjusted depending on the size of a blood vessel to be measured.
It has a size of 20 mm. Reference numeral 11 denotes a first piezoelectric element, which is formed of PZT or the like. The oscillation frequency varies depending on the size, and is about 0.5 MHz to 7.5 MHz. Reference numeral 12 denotes a first matching layer, which is made of epoxy or the like. Reference numeral 13 denotes a second piezoelectric element, which has the same size and material as the first piezoelectric element. Reference numeral 14 denotes a second matching layer, which has the same size, material, and thickness as the first matching layer. The thickness of both matching layers is set to a thickness at which a horizontal portion between λ / 4 and λ / 2 (λ is the resonance frequency) can be obtained. Reference numerals 15 and 16 denote a pair of electric lead wires for supplying an electric signal for driving the piezoelectric element to the piezoelectric element, and converting an ultrasonic signal received by the piezoelectric element into an electric signal and transmitting the electric signal to an analyzer. It is. 17,
Reference numeral 18 is also a pair of electric leads having the same function as 15 and 16. 22 is an electric lead 15, 16, 17,
18 is a multi-core electric lead wire in which a bundle 18 is formed.
In the present invention, the thicknesses of the matching layers 12 and 14 are determined from the phase characteristics shown in FIGS. That is, the approximate center 301 of the singular points 302 and 303 or the horizontal portion 304
The thickness is set so that the oscillation frequency of the piezoelectric element becomes 2.5 MHz. This singular point 303 preferably appears when the thickness of the matching layer is λ / 4. 24,2
5 is a backing material, which absorbs backward oscillation,
This is to increase the efficiency of the ultrasonic wave in one direction. The backing materials 24 and 25 are, for example, silicone rubber formed using a silicone adhesive, and a plastic material or the like having the function is used.
Each of the piezoelectric elements 11 and 13 has, for example, a combination configuration of electrodes made of a conductive member such as silver disposed on two opposing surfaces of a piezoelectric sheet material such as PZT.
【０００７】次に実際、血管に装着する場合の実施例を
図２，図３を用いて説明する。図２において、支持部材
に超音波を血管ごしに反射するステンレス製の反射板２
１が付設されている。２２は、リード線であり、図１で
示したリード線が束になって内蔵されている。 ２６
は、コネクタであり、超音波発振用の電気信号を出力す
る装置２３と、リード線２２を接続するためのものであ
る。 ２３は、超音波発振用の電気信号を出力する装
置、受信した超音波電気信号を信号処理を施し、血流量
等得られる情報を表示するための装置である。Next, an embodiment in the case of actually mounting the apparatus on a blood vessel will be described with reference to FIGS. In FIG. 2, a reflecting plate 2 made of stainless steel for reflecting an ultrasonic wave through a blood vessel on a supporting member.
1 is attached. Reference numeral 22 denotes a lead wire, in which the lead wires shown in FIG. 1 are incorporated in a bundle. 26
Is a connector for connecting a lead wire 22 to a device 23 for outputting an electric signal for ultrasonic oscillation. Reference numeral 23 denotes a device for outputting an electric signal for ultrasonic oscillation, a device for performing signal processing on the received ultrasonic electric signal, and displaying information obtained such as a blood flow rate.
【０００８】本発明は、整合層の厚みにより、いわゆ
る、超音波送受信の感度が良い状態で且つ安定した送受
信を実現するということが指摘され得るが、当該厚み
は、位相特性のピークを示す２つの特異点であって、そ
の内の少なくとも一つの特異点（図４でいえば、３０
３）が、整合層の薄さの限界で現れる点とすることによ
り、特異点間の中央におおよそ水平な部分が得られるこ
とから、この部分に超音波出力素子の出力周波数が来る
ように、その厚さを再度調整すればよいのである。即
ち、整合層を薄い状態で、超音波出力素子の出力周波数
を中心に、位相特性を検出し、より薄くしていくことに
より、薄さの限界手前で、図４の３０１又は、図５の３
０４の様な状態となった時、その整合層の厚さを決定す
ればよい。この決定方法によれば、その後同一の形態の
素子を形成する際は、当該整合層が量産的に提供され
る。またこの決定方法は、一例であり、整合層を交換し
ていくことで、図４に示すような特性が得られる場合も
ある。図１で示す検出器の一例に対する、図４で示す周
波数とインピーダンス、又は位相特性との関連を測定す
る手順について説明する。１５，１６の電気リード線を
インピーダンスアナライザ（ＨＰ４１９２Ａ ヒューレ
ットパッカード社製）等、計測器に接続しＧＰ−ＩＢ等
を介したパソコン等にプログラム等を用い、順次取り込
んでいき、モニター表示又はプリント出力のデータか
ら、判定する。According to the present invention, it can be pointed out that the so-called ultrasonic transmission / reception sensitivity is good and stable transmission / reception is realized by the thickness of the matching layer. However, the thickness indicates the peak of the phase characteristic. Four singularities, and at least one singularity (30 in FIG. 4)
By setting 3) as a point appearing at the limit of the thickness of the matching layer, an approximately horizontal portion is obtained at the center between the singularities, so that the output frequency of the ultrasonic output element comes to this portion. What is necessary is just to adjust the thickness again. In other words, by detecting the phase characteristic around the output frequency of the ultrasonic output element and making it thinner in a state where the matching layer is thin, just before the limit of thinness, 301 of FIG. 4 or FIG. 3
When the state becomes like 04, the thickness of the matching layer may be determined. According to this determination method, when subsequently forming an element of the same form, the matching layer is provided in mass production. This determination method is merely an example, and the characteristics shown in FIG. 4 may be obtained by replacing the matching layer. A procedure for measuring the relationship between the frequency and the impedance or the phase characteristic shown in FIG. 4 for the example of the detector shown in FIG. 1 will be described. The electrical leads 15 and 16 are connected to a measuring instrument such as an impedance analyzer (HP4192A, manufactured by Hewlett-Packard Company) or the like. Judge from the data.
【０００９】[0009]
【発明の効果】以上詳述のごとく本発明は、より感度が
よく、しかも安定した血流情報を検出する血流検出器を
実現可能とする。As described in detail above, the present invention makes it possible to realize a blood flow detector which is more sensitive and detects stable blood flow information.
【図１】本発明の一実施例を示す図。FIG. 1 is a diagram showing one embodiment of the present invention.
【図２】本発明を説明するための図。FIG. 2 is a diagram illustrating the present invention.
【図３】本発明を説明するための図。FIG. 3 is a diagram for explaining the present invention.
【図４】本発明を説明するための図。FIG. 4 is a diagram for explaining the present invention.
【図５】本発明を説明するための図。FIG. 5 is a diagram illustrating the present invention.
１０支持部材 １１、１３ 圧電素子 １２、１４ 整合層 １５，１６ 電気リード線 １７，１８ 電気リード線 ２４，２５ バッキング材 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Support member 11, 13 Piezoelectric element 12, 14 Matching layer 15, 16 Electric lead 17, 18 Electric lead 24, 25 Backing material
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2F035 AA06 DA05 DA07 4C301 AA03 DD01 EE06 EE12 GA01 GB14 GB22 KK09 5D019 AA21 BB02 BB12 EE01 FF04 GG01 5J083 AB17 AD08 AE08 BE17 CA03 CA14 CB03 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page F term (reference) 2F035 AA06 DA05 DA07 4C301 AA03 DD01 EE06 EE12 GA01 GB14 GB22 KK09 5D019 AA21 BB02 BB12 EE01 FF04 GG01 5J083 AB17 AD08 AE08 BE17 CA03 CA14 CB03
Claims (4)
ト前記超音波送受信ユニット表面を被覆する整合層より
なる血流検出部において、前記整合層の厚さが、前記超
音波送受信ユニットの出力周波数に対し、位相特性上略
水平となる点に調整されていることを特徴とする超音波
血流計用の血流検出部。1. An ultrasonic transmission / reception unit for transmitting / receiving an ultrasonic wave. In a blood flow detection unit comprising a matching layer covering the surface of the ultrasonic transmission / reception unit, the thickness of the matching layer is determined by the output frequency of the ultrasonic transmission / reception unit. A blood flow detector for an ultrasonic blood flow meter, wherein the blood flow detector is adjusted to a point that is substantially horizontal in phase characteristics.
ト前記超音波送受信ユニット表面を被覆する整合層より
なり、前記整合層の厚さが、前記超音波送受信ユニット
の出力周波数に対し、位相特性上略水平となる点に調整
されていることを特徴とする超音波血流計用の血流検出
部を決定する方法。2. An ultrasonic transmission / reception unit for transmitting / receiving ultrasonic waves, comprising a matching layer covering the surface of the ultrasonic transmission / reception unit, wherein the thickness of the matching layer has a phase characteristic with respect to an output frequency of the ultrasonic transmission / reception unit. A method for determining a blood flow detecting unit for an ultrasonic blood flow meter, wherein the blood flow detecting unit is adjusted to a substantially horizontal upper point.
おける特異点間の略中央である請求項1、２に記載の血
流検出部。3. The blood flow detecting unit according to claim 1, wherein the substantially horizontal portion is substantially at a center between singular points in the phase characteristic.
近い状態まで薄くした際に得られるものである請求項３
に記載の血流検出部。4. The singular point is obtained when the thickness of the matching layer is reduced to a state close to a limit.
A blood flow detection unit according to item 1.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000193846A JP2002011007A (en) | 2000-06-28 | 2000-06-28 | Bloodstream detection part of ultrasonic bloodstream measuring instrument |
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-
2000
- 2000-06-28 JP JP2000193846A patent/JP2002011007A/en active Pending
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