JP2579665B2 - 血管径測定装置 - Google Patents

血管径測定装置

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Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は動脈の径を測定するための血管径測定装置に
関するものである。
従来技術 従来より、手術中あるいは手術後などにおいて患者の
循環動態を監視するために、心拍出量、血圧値、血液中
の酸素飽和度などの医学情報を連続的に測定することが
行われており、上記心拍出量を直接測定する替わりに、
患者の手首等の特定部位の血管内を流れる血流量(この
血流量は心拍出量に対応する)を測定することが行われ
ている。この場合において、たとえば、皮膚表面から生
体内の血管に向かって超音波を発射して所謂ドプラ方式
により血流速度を検出し、その血流速度と予め定められ
た一定の血管内流通断面積とに基づいて血流量を測定す
る所謂超音波流量計が知られている。
発明が解決すべき問題点 しかしながら、血管内の流通断面は個々の人によって
異なるため、一定の値を用いると血流量値の測定精度が
充分に得られなかった。これに対して、測定毎に血管内
断面積を求めるに際して個々の人の血管の径(内径)を
求めることが考えられるが、生体内にある血管の径を測
定することは必ずしも容易なものではなく、生体内の血
管の径を容易に測定し得る血管径測定装置が望まれてい
た。
問題点を解決するための第一の手段 本第一発明は以上の事情を背景として為されたもので
あって、その要旨とするところは、生体の表面付近に位
置する動脈の径を測定する血管径測定装置であって、第
1図のクレーム対応図に示すように、(a)多数の感圧
素子が配列された押圧面を有し、前記生体表面の動脈上
にそれら感圧素子の配列方向がその動脈と交差するよう
に押圧される脈波センサと、(b)前記動脈と交差する
ように配列された多数の感圧素子の配列位置とそれら感
圧素子からそれぞれ検出される圧脈波の最低値との関係
を求めるとともに、その関係において感圧素子の配列方
向に沿って表れる一対のピークの間隔を求めるピーク間
隔検出手段と、(c)そのピーク間隔検出により求めら
れたピーク間隔に基づいて前記動脈の径を決定する血管
径決定手段とを含むことにある。
作用および第一発明の効果 斯かる構成の血管径測定装置によれば、ピーク間隔検
出手段により、脈波センサの動脈と交差するように配列
された多数の感圧素子の配列位置とそれら感圧素子から
それぞれ検出される圧脈波の最低値との関係が求められ
るとともに、その関係において感圧素子の配列方向に沿
って表れる一対のピークの間隔が求められる一方、血管
径決定手段により、ピーク間隔検出手段によって求めら
れたピーク間隔に基づいて前記動脈の径が決定されるの
で、単に、脈波センサを生体表面の動脈上に押圧するだ
けで、その生体内にある動脈の径を容易に測定し得る。
問題点を解決するための第二の手段 また、本第二発明の要旨とするところは、生体の表面
付近に位置する動脈の径を測定する血管径測定装置であ
って、第2図のクレーム対応図に示すように、(a)多
数の感圧素子が配列された押圧面を有し、前記生体表面
の動脈上にそれら感圧素子の配列方向がその動脈と交差
するように押圧される脈波センサと、(b)前記動脈と
交差するように配列された多数の感圧素子の配列位置と
それら感圧素子からそれぞれ検出される圧脈波の振幅と
の関係を求める関係検出手段と、(c)その関係検出手
段により求められた関係に基づいて前記動脈の径を決定
する血管径決定手段とを含むことにある。
作用および第二発明の効果 斯かる構成の血管径測定装置によれば、関係検出手段
により、脈波センサの動脈と交差するように配列された
多数の感圧素子の配列位置とそれら感圧素子からそれぞ
れ検出される圧脈波の振幅との関係が求められる一方、
血管径決定手段により、関係検出手段によって求められ
た関係に基づいて前記動脈の径が決定されるので、単
に、脈波センサを生体表面の動脈上に押圧するだけで、
その生体内にある動脈の径を容易に測定し得る。
実施例 以下、本発明の一実施例を示す図面に基づいて詳細に
説明する。
第3図は本発明の血管径測定装置等を用いて血流量を
測定する血流量測定装置の一例を示している。図におい
て、10は容器状を成すハウジングであり、その開口端が
人体の手首12の表面14に対向する状態で図示しないバン
ドによりその手首12に着脱可能に取り付けられるように
なっている。ハウジング10の内部には、ダイヤフラム18
を介して脈波センサ20が相対移動可能且つハウジング10
の開口端からの突出し可能に設けられており、これらハ
ウジング10とダイヤフラム18とによって圧力室22が形成
されている。この圧力室22内には、流体供給源24から調
圧弁26を経て圧力エア等の圧力流体が供給されるように
なっており、これにより、脈波センサ20はその圧力室22
内の圧力に応じた押圧力で前記表面14に押圧される。
上記脈波センサ20は、たとえば単結晶シリコン等から
成る半導体チップの押圧面28に感圧ダイオード等の感圧
素子(図示せず)が多数配列されて成るものであって、
それら感圧素子の配列方向が撓骨動脈32と略直交するよ
うに押圧されることにより、撓骨動脈32から発生して前
記表面14に伝達される圧力振動波すわなち圧脈波を検出
する。本実施例においては、撓骨動脈32が動脈に相当す
る。各感圧素子の撓骨動脈32と略直交する方向における
間隔は、撓骨動脈32上に必要かつ充分な数の感圧素子が
配置されるように、充分小さく設定されている。各感圧
素子から出力された電気信号、すなわち上記圧脈波を表
す脈波信号SMは制御位置34に供給される。
上記ハウジング10の側壁外周面には、超音波トランス
ジューサ36が一体的に取り付けられている。超音波トラ
ンスジューサ36は、ハウジング10に固定され、ハウジン
グ10の手首12に取り付けられたとき手首12と対向する平
坦面が手首12の表面14に密着させられる樹脂製の本体37
と、その本体37内にそれぞれ埋設され、超音波を発射す
る送波器38およびその超音波の反射波を受ける受波器39
を備えて構成されており、前記制御装置34から発振器40
に駆動信号SD1が出力されることにより、送波器38から
撓骨動脈32に向かってその撓骨動脈32の下流側から上流
側へ所定角度(θ)傾斜した状態で所定周波数foの超音
波を発射するとともに、その発射された超音波の撓骨動
脈32からの反射波を受波器39により受けてその反射波を
表す反射波信号SRを増幅器42を介して制御装置34へ供給
する。
制御位置34は、マイクロコンピュータを有して構成さ
れており、予め定められたプログラムに従って、駆動回
路44へ駆動信号SD2を出力して調圧弁26を制御すること
により圧力室22内の圧力を調整し、前記多数の感圧素子
から出力される圧脈波を検出してその圧脈波の最低値と
感圧素子の配列位置との関係を求めるとともに、その関
係に基づいて撓骨動脈32内の半径rを求める一方、発振
器40に前記駆動信号SD1を出力して超音波トランスジュ
ーサ36により撓骨動脈32に向かって超音波を発射させ、
その超音波の周波数foと撓骨動脈32から反射された反射
波の後述の平均周波数fsとに基づいて撓骨動脈32内の血
流速度vを求め、この血流速度vと前記半径rとから撓
骨動脈32内の血流量Fを算出して、その血流量Fを表示
器46に表示させる。
次に、以上のように構成された血流量測定装置の作動
を第4図のフローチャートに従って説明する。
まず、図示しない起動スイッチが操作されると、ステ
ップS1が実行されて、圧力室22が比較的緩やかな一定速
度で昇圧されるとともに、ステップS2が実行されること
により、斯かる徐速昇圧過程において、前記多数の感圧
素子からの脈波信号SMの検出が開始される。次に、ステ
ップS3が実行されて、圧力室22内の圧力Pが予め定めら
れた一定圧Pm(たとえば180mmHg程度)に達したか否か
が判断され、未だ達していない場合にはステップS1乃至
S3が繰り返し実行されてステップS2において脈波信号SM
が順次検出され且つ圧力室22内の圧力Pと共に記録され
るが、一定圧Pmに達したと判断された場合には、ステッ
プS4において圧力室22内が排圧される。第5図は、多数
の感圧素子のうちのたとえば予め定められた一個の感圧
素子から検出された脈波信号SMの大きさ(mV)の圧力室
22内の圧力Pとの関係を示したものである。次いで、ス
テップS5が実行されることにより、前記予め定められた
一個の感圧素子から採取された各圧脈波の振幅Aがそれ
ぞれ算出される。第6図は、第5図における各圧脈波の
振幅Aと前記圧力Pとの関係を曲線にて示したものであ
る。
次に、ステップS6が実行されることにより、撓骨動脈
32内の半径rを測定するための圧力室22内の圧力Paが決
定される。この圧力Paは、撓骨動脈32がたとえば第7図
に示すように殆ど押し潰されて振幅がかなり小さくなっ
たときの圧力であって、たとえば、第6図に示すよう
に、最大振幅Amaxからその1/10の振幅(0.1Amax)に減
少したときの値が圧力Paとして決定される。続くステッ
プS7においては、ステップS2にて記憶された脈波信号SM
のうち前記圧力Paにおいて前記多数の感圧素子からそれ
ぞれ検出された脈波信号SMが読み込まれて、それら脈波
信号SMが表す各圧脈波の最低値が求められるとともに、
その圧脈波の最低値と感圧素子の配列位置との関係が求
められる。第8図はその関係の一例を曲線にて示したも
のである。次いで、ステップS8が実行されることによ
り、ステップS7にて求められた関係において感圧素子の
配列方向に沿って表れる一対のピークの間隔L1が求めら
れる一方、ステップS9が実行されて、ステップS8にて求
められたピーク間隔L1に基づいて撓骨動脈32内の半径r
が決定される。すなわち、前記圧力Paにおいて撓骨動脈
32が第7図のように殆ど押し潰された状態では、第7図
における撓骨動脈32内の幅L2と前記ピーク間隔L1とが密
接に対応することが実験的に確かめられており、幅L2
なぱちピーク間隔L1はπrに略等しくなるため、半径r
は次式(1)により求められることとなる。したがっ
て、本実施例においては、ステップS7およびS8がピーク
間隔検出手段に対応するとともに、ステップS9が血管径
決定手段に対応する。なお、(1)式のaは予め求めら
れる補正定数である。
r=a・L1/π ……(1) 次いで、ステップS10が実行されることにより、超音
波トランスジューサ36の送波器38から周波数foなる超音
波が撓骨動脈32に向かって予め定められた時間、たとえ
ば5秒間の間連続的に発射されるとともに、撓骨動脈32
内の血液により反射されて受波器39により受けられた反
射波を表す反射波信号SRに基づいて、その反射波の平均
周波数fSが求められる。次に、ステップS11が実行され
ることにより、次式(2)に従って血流速度vが算出さ
れる。
但し、C:血液中の音速 θ:超音波の発射角度 次に、ステップS12が実行されることにより、ステッ
プS9にて求められた撓骨動脈32内の半径rおよびステッ
プS11にて算出された血流速度vに基づいて、次式
(3)から血流量Fが算出される。続いで、ステップS1
3が実行されることにより、算出された血流量Fが表示
器46に表示された後、再びステップS10以下が繰り返し
実行されることにより、血流速度vが所定時間毎に連続
的に検出されるとともに血流量Fが逐次測定され且つ表
示されることとなる。
F=v×2πr2 ……(3) このように本実施例によれば、脈波センサ20の撓骨動
脈20と略直交するように配列された多数の感圧素子の配
列位置とそれら感圧素子からそれぞれ検出される圧脈波
の最低値との関係が求められるとともに、その関係にお
いて感圧素子の配列方向に沿って表れる一対のピークの
間隔L1が求められる一方、そのピーク間隔L1に基づいて
撓骨動脈32内の半径rが決定されるので、ハウジング10
を手首12に取り付けて、脈波センサ20を手首12の表面14
の撓骨動脈32上に単に押圧するだけで、その手首12内に
ある撓骨動脈32内の半径rを容易に測定することができ
るとともに、それに伴って血流量Fを容易に測定するこ
とができるのである。
また、本実施例によれば、超音波トランスジューサ36
は脈波センサ20が設けられたハウジング10に取り付けら
れているとともに、その超音波トランスジューサ36から
撓骨動脈31の脈波センサ20近傍に位置する部分に向かっ
て超音波が発射されるので、ハウジング10を手首12に取
り付けるだけで脈波センサ20と同時に超音波トランスジ
ューサ36を撓骨動脈32上に配置させ得るとともに、撓骨
動脈32の半径測定部位に一層近い部分において血流速度
を検出し得る利点がある。
なお、前述の実施例において、脈波センサ20は撓骨動
脈32内の半径rを求めるためにのみ用いられているが、
それに加えて、前記ステップS4において圧力室22内を排
圧することなく圧力室22内の圧力Pを前記最大振幅Amax
に対応する圧力にホールドし、この状態で圧脈波を逐次
検出して、その検出された圧脈波を表示したり或いは検
出された圧脈波等に基づいて予め定められた関係から血
圧値を決定して表示するように構成してもよい。
また、前述の実施例では、5秒間連続的に発射された
超音波の反射波の平均周波数fSに基づいて血流速度vが
検出されているため、その血流速度vは平均流速を表し
ているが、必ずしも平均流速でなくてもよく、瞬間的に
超音波を発射することにより瞬間的な血流速度を検出す
るようにしてもよい。
また、前述の実施例では、0.1Amaxなる振幅に対応す
る圧力Paにおいて感圧素子の配列位置と圧脈波の最低値
との関係が求められているが、その圧力Paよりも小さい
所定の圧力Pbにおいて前記関係を求めることも可能であ
る。この場合には、前記(1)式の補正定数aが変更さ
れたり、或いは前記圧力Pbにおいて求められた関係にお
けるピーク間隔と前記半径rとの間の関係式が別個に実
験的に求められることとなる。
また、前述の実施例では、感圧素子の配列位置と圧脈
波の最低値との関係に基づいて撓骨動脈32の半径rが求
められているが、必ずしもそのように構成する必要はな
く、たとえば第9図に示すように、第4図のフローチャ
ートのステップS7乃至S9に替えてステップSS1およびSS2
を設けてもよい。ステップSS1においては、前記圧力Pa
において各感圧素子から検出されて前記ステップS2にて
記憶された脈波信号SMがそれぞれ読み込まれて、それら
脈波信号SMが表す圧脈波の振幅A′が各感圧素子毎にそ
れぞれ求められることにより、圧力Paにおける感圧素子
の配列位置と圧脈波の振幅A′との関係が求められる。
第10図はその関係の一例を曲線にて示したものである。
ステップSS2においては、前記振幅A′のうちの最大振
幅Amax′が求められるとともに、その最大振幅Amax′に
0.1を乗じて得られた一対の振幅(0.1Amax′)間の感圧
素子配列方向における間隔L3が求められる一方、この間
隔L3に基づいて前述の実施例と同様にして前記半径rが
決定される。この間隔L3も、前述の実施例におけるピー
ク間隔L1と同様に、前記幅L2に略等しいことが実験的に
確かめられているのである。この実施例においては、ス
テップSS1が関係検出手段に、ステップSS2が血管径決定
手段にそれぞれ対応する。
また、前述の実施例では、血流量を測定するために撓
骨動脈32内の半径rが測定されているが、血流量を測定
することなく、半径rや直径を測定するだけであっても
よいし、あるいは半径rや直径に基づいて血流量以外の
他の値を求めるようにすることもできる。この場合にお
いて、撓骨動脈32の内径を測定するのではなく、撓骨動
脈32の外径を測定するように構成することも可能であ
る。
また、前述の実施例では、感圧ダイオード等の感圧素
子が用いられているが、感圧トランジスタや感圧抵抗等
の半導体素子であってもよいし、半導体素子以外の他の
感圧素子であってもよい。
また、前述の実施例では、撓骨動脈32の半径r等が測
定されているが、撓骨動脈以外の他の動脈、たとえば頚
動脈や足背動脈について測定してもよいことは勿論であ
る。
その他、本発明はその趣旨を逸脱しない範囲において
種々変更が加えられ得るものである。
【図面の簡単な説明】
第1図および第2図はそれぞれクレーム対応図である。
第3図は本発明の血管径測定装置を用いて血流量を測定
する血流量測定装置の一例を示す回路図である。第4図
は第3図の装置の作動を説明するためのフローチャート
である。第5図は或る感圧素子から出力された脈波信号
の大きさと圧力室の圧力との関係の一例を示す図であ
る。第6図は第5図における圧脈波の振幅と圧力室の圧
力との関係を示す図である。第7図は撓骨動脈が押し潰
された状態の一例を示す図である。第8図は感圧素子の
配列位置と圧脈波の最低値との関係の一例を示す図であ
る。第9図は本発明の他の例の作動を示すフローチャー
トの一部を示す図であって、第4図の一部のステップと
置き替えられるものである。第10図は第9図の実施例に
おける感圧素子の配列位置と圧脈波の振幅との関係の一
例を示す図である。 14:表面 20:脈波センサ 28:押圧面 32:撓骨動脈(動脈) ステップS7,S8:(ピーク間隔検出手段) ステップS9,SS2:(血管径決定手段) ステップSS1:(関係検出手段)

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】生体の表面付近に位置する動脈の径を測定
    する血管径測定装置であって、 多数の感圧素子が配列された押圧面を有し、前記生体表
    面の動脈上に該感圧素子の配列方向が該動脈と交差する
    ように押圧される脈波センサと、 前記動脈と交差するように配列された多数の感圧素子の
    配列位置と該感圧素子からそれぞれ検出される圧脈波の
    最低値との関係を求めるとともに、該関係において該感
    圧素子の配列方向に沿って表れる一対のピークの間隔を
    求めるピーク間隔検出手段と、 該ピーク間隔検出手段により求められたピーク間隔に基
    づいて前記動脈の径を決定する血管径決定手段と を含むことを特徴とする血管径測定装置。
  2. 【請求項2】生体の表面付近に位置する動脈の径を測定
    する血管径測定装置であって、 多数の感圧素子が配列された押圧面を有し、前記生体表
    面の動脈上に該感圧素子の配列方向が該動脈と交差する
    ように押圧される脈波センサと、 前記動脈と交差するように配列された多数の感圧素子の
    配列位置と該感圧素子からそれぞれ検出される圧脈波の
    振幅との関係を求める関係検出手段と、 該関係検出手段により求められた関係に基づいて前記動
    脈の径を決定する血管径決定手段と を含むことを特徴とする血管径測定装置。
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