JP4412644B2 - Cardiodynamic measurement device - Google Patents
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Description
本発明は生体中を循環する体液の性状を測定する循環動態測定装置に関し、代表的には、一般に血液のサラサラ/ドロドロ度と称される流動性を表す血液レオロジー測定装置に関する技術である。 The present invention relates to a circulatory dynamics measuring device that measures the properties of body fluid circulating in a living body, and is typically a technique related to a blood rheology measuring device that expresses fluidity generally referred to as smoothness / droolness of blood.
血液のサラサラ/ドロドロ度と称される流動性を表す血液レオロジー測定は、特に動脈を流れる血流量を測定することによって、人体組織の活動の基になる微小循環血流量を見極め、健康の評価や疾患の診断、用いられた薬品の効果の評価等を行うことに利用されている。本発明で測定する循環動態とは、循環器内部を移動し生体の組織や細胞に酸素と栄養を与え、炭酸ガスと老廃物を運びさる血液やリンパ液が時間とともに不断に変動している状態のことを示し、例えば流速度や流量変化、流動性、脈波動などがこれに当たる。 Blood rheology measurement, which represents the fluidity of blood, which is called the smoothness of the blood, makes it possible to determine the microcirculatory blood flow that is the basis of human tissue activity, particularly by measuring the blood flow through the arteries. It is used for diagnosing diseases, evaluating the effects of drugs used, and so on. The circulatory dynamics measured in the present invention refers to a state in which blood and lymph fluid that moves inside the circulatory organ, gives oxygen and nutrients to living tissues and cells, and carries carbon dioxide and waste products constantly change over time. This includes, for example, flow velocity, flow rate change, fluidity, and pulse wave motion.
血液の粘性率を測定する手段としては、採血(侵襲)を前提とする方式が一般的方法である。しかし、採血という行為の特殊性から、医療機関ではない一般の生活環境の中で広く用いることができる臨床応用機器、食品開発機器、一般健康機器等の産業分野に普及させる事は困難である。この問題を解決するために、体外から入射された超音波が血流によって反射する際に生じる周波数変化、すなわちドップラー効果と他のセンサーを用いて温度、容積脈波等の補完データを利用して、血液レオロジーを測定する方法が既に提案されている。 As a means for measuring the viscosity of blood, a method based on blood collection (invasion) is a common method. However, due to the peculiarity of the act of blood collection, it is difficult to disseminate it in industrial fields such as clinical application equipment, food development equipment, and general health equipment that can be widely used in a general living environment that is not a medical institution. In order to solve this problem, the frequency change that occurs when the ultrasonic wave incident from outside the body is reflected by the blood flow, that is, using the Doppler effect and other data to complement the data such as temperature and volume pulse wave. A method for measuring blood rheology has already been proposed.
本出願人もこの種の血液レオロジー測定装置や循環動態測定装置を研究開発し、既に特許出願を行っているところである。因みに特許文献1には、血液レオロジー測定を行うときに、被験者から採血すること無しに血液レオロジー情報を簡便に計測できる非侵襲型血液レオロジー測定装置であって、しかも小型で形態可能な装置を提供し、被検者に負担をかけないで医療機関以外であっても何時でも何処でも簡単に血液レオロジー計測を可能にする手段を提供することを目的課題とし、皮膚面から波動を送受信して血管を流れる血流速をドップラーシフト信号として非侵襲的に検出する手段と、該手段によって検出された血流速値の時間的変化から血液レオロジーを解析する手段とからなる構成を基本とするものであり、小型で携帯が可能かつ被検者に負担をかけないで医療機関以外であっても何時でも何処でも簡単に血液レオロジー計測を可能にする血液レオロジー測定装置が提示されている。
The present applicant has also researched and developed this type of blood rheology measurement device and circulatory dynamics measurement device, and has already filed a patent application. Incidentally,
また、特許文献2には、非侵襲的に生体表面から波動を入力し、生体を流れる血流に反射させて動きや位置から血液状態を解析し、循環動態を求めて健康状態を評価することにある。また、生体の測定部位にかかわらず、正確な血流速度を求めることによって、健康状態を評価することを可能にすることを目的課題とし、まず、生体の皮膚面から超音波等の波動を送信して反射してくる超音波を受信し、血管を流れる血液の流速をドップラーシフト信号の形態で検出し、次に、検出されたドップラーシフト信号から血流速度値の時間的変化成分を求め、その変化成分から循環動態の1つである血液レオロジーを測定し健康状態を評価する。血流速度成分から健康状態を評価する例として、脈拍が一拍打つ間の血流速度成分の最大速度成分から血液レオロジーを求め、その結果血液レオロジーが小さいという結果になると健康であるという評価を出す循環動態測定装置が提示されている。
これらの装置による測定は、採血を必要としないで実行できるという大きな特徴を持っている。しかし、パイプ中を流れる流体のように流速方向が分かっている流量測定とは異なり、体内で正確な方向不詳かつ不定形の血管内を流れる血流の場合その絶対流速をドップラー効果で直接測定することはできない。すなわち、これらの従来装置ではドップラー効果を測定することにより血流速度の変化を求めることはできるが、絶対値の血流速度を求めることができない。また、同一測定部位の血流速度、容積脈波、温度等の生体情報を計測していないため、血液レオロジーと相関する物理量の測定精度が不十分であった。
本発明の解決すべき課題は上記の問題点を解決すること、すなわち絶対値の血流速度を直接求めることができると共に、血液レオロジー及び相関する物理量を測定精度よく得ることができる無採血型の循環動態測定手法を提示し、それを実現する装置を提供することにある。 The problem to be solved by the present invention is to solve the above-mentioned problems, that is, the blood flow velocity in absolute value can be directly obtained, and the blood rheology and the correlated physical quantity can be obtained with high measurement accuracy. The purpose is to present a method for measuring circulatory dynamics and to provide an apparatus for realizing it.
本発明の流体速度測定方法は、流速方向に対して異なる向きに配置した2組の超音波送受波器の検出ドップラー信号Δf,Δf'と、前記2組の超音波送受波器間の配置角度情報αとから次式に従って算出し、絶対値の流体速度vを求める。 The fluid velocity measuring method according to the present invention includes the detection Doppler signals Δf and Δf ′ of two sets of ultrasonic transducers arranged in different directions with respect to the flow velocity direction, and the arrangement angle between the two sets of ultrasonic transducers. The absolute value of the fluid velocity v is calculated from the information α according to the following equation.
v=c×Δf/2fcosθ=c×Δf’/2fcos(θ−α)
ただし、cは伝搬媒体内中の音速、θは一方の超音波センサーの送受波方向と配管方向とのなす角である。
v = c * [Delta] f / 2fcos [theta] = c * [Delta] f '/ 2fcos ([theta]-[alpha])
Here, c is the speed of sound in the propagation medium, and θ is an angle formed by the direction of transmission / reception of one ultrasonic sensor and the direction of piping.
本発明の血流速度測定装置は、血流方向に対して異なる向きに配置した2組の超音波送受波器と、該2組の超音波送受波器の検出ドップラー信号Δf,Δf'と2組の超音波送受波器間の角度情報αから次式に従って演算を実行する演算手段とを備え、絶対値の血流速度vを求めることを特徴とする。 The blood flow velocity measuring device according to the present invention includes two sets of ultrasonic transducers arranged in different directions with respect to the blood flow direction, and detected Doppler signals Δf and Δf ′ of the two sets of ultrasonic transducers and 2 Computation means for performing computation according to the following equation from angle information α between the pair of ultrasonic transducers is provided, and an absolute blood flow velocity v is obtained.
v=c×Δf/2fcosθ=c×Δf’/2fcos(θ−α)
ただし、cは体内中の音速、θは一方の超音波センサーの送受波方向と血流方向とのなす角である。
v = c * [Delta] f / 2fcos [theta] = c * [Delta] f '/ 2fcos ([theta]-[alpha])
Where c is the speed of sound in the body, and θ is the angle formed by the direction of blood flow of one ultrasonic sensor and the direction of blood flow.
本発明の血流速度測定装置は、上記の血流速度測定手段に加え、2組の超音波送受波器の近傍に光センサー、温度センサー、圧力センサーのいずれか又はその組み合わせを配設し、血液レオロジーと相関する物理量である容積脈波、体温、被測定部の接触圧力を測る手段を併設するようにした。 In addition to the blood flow velocity measuring means described above, the blood flow velocity measuring device of the present invention is provided with any one or a combination of an optical sensor, a temperature sensor, and a pressure sensor in the vicinity of two ultrasonic transducers, A means for measuring the volume pulse wave, body temperature, and contact pressure of the part to be measured, which are physical quantities correlated with blood rheology, is also provided.
また、本発明の血流速度測定装置は、圧力センサーが装置の筐体内の凹部に超音波ブロックを嵌合させ、該筐体の凹部底面と超音波ブロックの背面間に圧力センサーを配置し、更に、超音波ブロックの背面は装置筐体に固定されたフレキシブル基板が介在して圧力ブロックに接触するものを提示する。 Further, in the blood flow velocity measuring device of the present invention, the pressure sensor fits the ultrasonic block into the concave portion in the housing of the device, and the pressure sensor is disposed between the bottom surface of the concave portion of the housing and the back surface of the ultrasonic block, Further, the back surface of the ultrasonic block is presented in contact with the pressure block through a flexible substrate fixed to the apparatus housing.
本発明の血流速度測定装置は、測定した体温及び/又は接触圧力が設定範囲内のときの血流速度データだけを抽出する手段を備えるものを提示する。 The blood flow velocity measuring device of the present invention presents a device including means for extracting only blood flow velocity data when the measured body temperature and / or contact pressure is within a set range.
また、本発明の血流速度測定装置は、測定スパン内における血流速度のn個の心拍最大値に、光センサーで得られた容積脈動波形における対応する心拍のピーク値を掛けると共に測定スパン中でのそのピーク値の最大値で割って規格化最高血流速度を求める手段を備えるものを提示する。 In addition, the blood flow velocity measuring device of the present invention multiplies the n heart rate maximum values of the blood flow velocity in the measurement span by the corresponding heartbeat peak value in the volume pulsation waveform obtained by the optical sensor, and during the measurement span. We present what has means to find the maximum normalized blood flow velocity by dividing by the maximum value of its peak value.
更に、本発明の血流速度測定装置は、測定スパン内における規格化最高血流速度の平均値を別途求められた最高血圧値で割って、血液レオロジーの程度を示す補正血流速度を求める手段を備えるものを提示する。 Furthermore, the blood flow velocity measuring device according to the present invention is a means for dividing the average value of the normalized maximum blood flow velocity in the measurement span by the separately obtained maximum blood pressure value to obtain a corrected blood flow velocity indicating the degree of blood rheology. Present with
そして、本発明の血流速度測定装置は、測定部位の近傍を暖める加熱手段を備えたものを提示する。 And the blood-flow velocity measuring apparatus of this invention presents the thing provided with the heating means which warms the vicinity of a measurement site | part.
本発明の流体速度測定方法及びその装置は、流速方向に対して異なる向きに配置した2組の超音波送受波器の検出ドップラー信号Δf,Δf'と、前記2組の超音波送受波器間の配置角度情報αとから数式に従って算出し、絶対値の流体速度vを求める方式を採用したものであるから、血管など外からでは正確にわからない方向で配置されている管の流体の絶対速度を測定することができる。 The fluid velocity measuring method and apparatus according to the present invention include a detection Doppler signal Δf, Δf ′ of two sets of ultrasonic transducers arranged in different directions with respect to a flow velocity direction, and the two sets of ultrasonic transducers. Therefore, the absolute velocity of the fluid in a pipe arranged in a direction that cannot be accurately understood from the outside such as a blood vessel is calculated. Can be measured.
本発明の循環動態測定装置は、圧力センサーを配置したことにより、接触圧力の状態を検知することができ、これによって血管の変形を防いだり、接触不良の状態をチェックできる。更に、超音波ブロックの背面は装置筐体に固定されたフレキシブル基板が介在して圧力ブロックに接触する構成を採用したことにより、筐体内で超音波ブロックが引っかかるようなことが無く安定した動作が実現される。 Since the circulatory dynamics measuring apparatus of the present invention is provided with a pressure sensor, it can detect the state of contact pressure, thereby preventing the deformation of blood vessels and checking the state of poor contact. In addition, the back of the ultrasonic block employs a configuration in which a flexible substrate fixed to the device casing is interposed to contact the pressure block, so that the ultrasonic block does not get caught in the casing and operates stably. Realized.
また、本発明の循環動態測定装置は、測定した体温や接触圧力が設定範囲内のときの血流速度データだけを抽出する手段を備えたことにより、正常な測定データだけを抽出できるので測定の信頼性が高い。 In addition, the circulatory dynamics measuring device of the present invention includes means for extracting only blood flow velocity data when the measured body temperature and contact pressure are within the set range, so that only normal measurement data can be extracted. High reliability.
本発明の循環動態測定装置は、温度センサー、圧力センサーを血流測定のセンサーと共に配置したことにより、同一部分の同一時刻における関連情報をセットで検出できるので、測定のバラツキを除き安定した信頼性の高い血液レオロジー測定を実現できる。 In the circulatory dynamics measuring device of the present invention, the temperature sensor and the pressure sensor are arranged together with the blood flow measurement sensor, so that related information at the same time at the same part can be detected as a set, so that stable reliability is eliminated except for measurement variations. High blood rheology measurement.
また、本発明の循環動態測定装置は、光センサーで得られた容積脈動波形における対応する心拍のピーク値とそのピーク値の最大値を用いて規格化最高血流速度を求める手段を備えたことにより、血液レオロジーとは直接関係のない生体の揺るぎ現象によるノイズを消去することができる。 Further, the circulatory dynamics measuring device of the present invention comprises means for obtaining a normalized maximum blood flow velocity using the peak value of the corresponding heartbeat in the volume pulsation waveform obtained by the optical sensor and the maximum value of the peak value. Thus, it is possible to eliminate noise caused by the fluctuation phenomenon of the living body that is not directly related to blood rheology.
更に、本発明の循環動態測定装置は、血液レオロジーの程度を示す物理量として、測定スパン内における規格化最高血流速度の平均値を別途求められた最高血圧値で割って得られる補正血流速度を求める手段を備えるものであるから、非侵襲型の手段によって血液レオロジーの程度を測定することができる。しかもその信頼性については効果確認の結果従来型のものより高いことが立証された。 Furthermore, the hemodynamic measuring device of the present invention is a corrected blood flow velocity obtained by dividing the average value of the normalized maximum blood flow velocity in the measurement span by the separately obtained maximum blood pressure value as a physical quantity indicating the degree of blood rheology. Therefore, the degree of blood rheology can be measured by non-invasive means. Moreover, as a result of confirming the effect, the reliability was proved to be higher than that of the conventional type.
そして、本発明の循環動態測定装置は、測定部位の近傍を暖める加熱手段を採用することにより、冷えた体の不自然な血流を測定することなく、直ぐに正常な測定を実行させることができる。更に、温度センサーとの閉ループ制御を採用すれば、常に安定して適度の体温状態での測定が実現できる。 And the circulatory dynamics measuring apparatus of this invention can be made to perform a normal measurement immediately, without measuring the unnatural blood flow of the cold body by employ | adopting the heating means which warms the vicinity of a measurement site | part. . Furthermore, by adopting closed loop control with a temperature sensor, it is possible to always perform measurement in an appropriate body temperature state stably.
本発明の基本となる血流速測定原理を図1を参照しながら説明する。図1のAに示されるように送受波用の圧電素子(超音波送信器と超音波受信器)からなる2組の超音波センサー1a,1bを互いに対向するように傾斜させて配置する。この2組の超音波センサー1a,1bは同じものでよい。超音波送信器から送波された超音波は対象物で反射され、超音波受信器で受波される。対象物が停止していれば受信波は送信波と同じ周波数の超音波のまま受信されるが、対象物が運動していればその運動分が重畳されて周波数が変化して受信される。本発明では2組の超音波センサー1a,1bが互いに対向するように傾斜させて配置されているため、図1のBに示されるように2組の超音波センサー1a,1bの配列方向に血管方向が向くように接触させた場合、一方の超音波は流れ方向成分を持って入射され他方の超音波は流れに反する方向成分を持って入射される。そしてそれらの受波信号は前者の場合逃げる対象物からの反射となるため発信周波数より低い周波数で受波され、後者の場合は向かってくる対象物からの反射となるため発信周波数より高い周波数で受波される。今、その周波数のドップラーシフト量をΔf,Δf’とし、一方の超音波センサーと血管方向とのなす角度をθとし、一方の超音波センサーと他方の超音波センサーとのなす角度をαとすると、血流速vは次式で示される。 The principle of blood flow rate measurement, which is the basis of the present invention, will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 1A, two sets of ultrasonic sensors 1a and 1b made up of piezoelectric elements for transmission and reception (ultrasonic transmitter and ultrasonic receiver) are arranged so as to be opposed to each other. The two sets of ultrasonic sensors 1a and 1b may be the same. The ultrasonic wave transmitted from the ultrasonic transmitter is reflected by the object and received by the ultrasonic receiver. If the object is stopped, the received wave is received as an ultrasonic wave having the same frequency as the transmitted wave. However, if the object is moving, the movement is superimposed and the frequency is changed and received. In the present invention, since the two ultrasonic sensors 1a and 1b are arranged so as to be opposed to each other, the blood vessels are arranged in the arrangement direction of the two ultrasonic sensors 1a and 1b as shown in FIG. When contact is made so that the directions are directed, one ultrasonic wave is incident with a flow direction component, and the other ultrasonic wave is incident with a direction component opposite to the flow. The received signals are reflected from the object that escapes in the former case, so that they are received at a frequency lower than the transmission frequency. Received. Now, assuming that the Doppler shift amount of the frequency is Δf and Δf ′, the angle formed by one ultrasonic sensor and the blood vessel direction is θ, and the angle formed by one ultrasonic sensor and the other ultrasonic sensor is α. The blood flow velocity v is expressed by the following equation.
v=c×Δf/2fcosθ=c×Δf’/2fcos(θ−α) ‥‥‥(1)
ただし、cは体内の音速を、θは一方の超音波センサーの送受波系と血流方向とのなす角を示す。ここで、θは未知数であるが(1)式の連立方程式から血流速vと共にこのθの値も算出できる。
v = c × Δf / 2fcos θ = c × Δf ′ / 2fcos (θ−α) (1)
Here, c represents the sound velocity in the body, and θ represents the angle between the transmission / reception system of one ultrasonic sensor and the direction of blood flow. Here, θ is an unknown number, but the value of θ can be calculated together with the blood flow velocity v from the simultaneous equations of equation (1).
血管のおおよその方向は体外から観察することも可能であるが、正確な角度、特に皮膚面に対しての角度はつかめない。それを本発明では2組の超音波センサーを所定角度αに配置し、上記した原理に基づいて血管方向の血流速を割り出すことができる。この血流速測定手段の最もシンプルな形態が図1のAに示すものである。これは断面V字状の傾斜面にそれぞれ1対の超音波センサーを配置したもので、この両超音波センサーとクロスする方向に血管がくるように指先など皮膚面を接触させて測定する。 The approximate direction of the blood vessel can be observed from outside the body, but the exact angle, particularly the angle with respect to the skin surface, cannot be grasped. In the present invention, two ultrasonic sensors are arranged at a predetermined angle α, and the blood flow velocity in the blood vessel direction can be determined based on the principle described above. The simplest form of this blood flow rate measuring means is shown in FIG. In this measurement, a pair of ultrasonic sensors is arranged on an inclined surface having a V-shaped cross section, and measurement is performed by bringing a skin surface such as a fingertip into contact so that a blood vessel comes in a direction crossing both ultrasonic sensors.
本発明の循環動態測定装置には上記のような血流速度測定手段と共に、それに加えて容積脈波を測る光センサーや体温計又は被測定部の接触圧力を検知する圧力センサーといった血液レオロジーと相関する物理量を測定する手段を併設するようにした。その形態を採った実施例を図2に示す。2組の超音波センサー間に光センサー2及び/又は温度センサー3を配置したものである。温度センサー3としてはサーミスターなど電気信号として容易に出力できるものが適している。体温は血管の伸長収縮に大きく影響し、血流の状態に関係する重要な要素である。光センサー2は発光部と受光部とから構成され、血管に向けて照射された光は血流中にも達する。血液中のヘモグロビンは光吸収作用がありヘモグロビンの数が多いと受光部で受光される光量は少なくなる。血液の脈動に対応して光照射位置におけるヘモグロビンの数は変動する。この原理に基づいて容積脈波を測定する技術自体は既に公知である。(特許文献3参照)図3のAに示す実施例は光センサー2と温度センサー3を共に備え、光センサー2の発光部と受光部が温度センサー3と横方向に並んで設置された形態のものである。また、図3のBに示す実施例は光センサーと温度センサーを共に備えるものであるが、光センサー2の発光部と受光部が温度センサー3の横に前後方向に分かれて設置された形態のものである。図示していないが、この他に、光センサー2あるいは温度センサー3の一方だけを2組の超音波センサー間に配置した簡易型もできる。
The circulatory dynamics measuring apparatus of the present invention correlates with blood rheology such as an optical sensor that measures volume pulse wave, a thermometer, or a pressure sensor that detects a contact pressure of a measured part, in addition to the blood flow velocity measuring means as described above. A means of measuring physical quantities was added. FIG. 2 shows an embodiment adopting this form. The
本発明の循環動態測定装置によって測定したデータを図5に示す。Aに示したものが超音波センサーから得られた2つのドップラー検出値から(1)式の演算をして割り出した血流速度の波形であり、Bに示したものは光センサーで測定した体積脈波の波形である。ただし、このBの体積脈波の波形は検出光量を反転し受光量の多いときに低くなるように表示してある。血流が大きくなったときはヘモグロビンの数が増え、光の吸収が多くなって受光量は少なくなる関係にあるが、図5のAに示した血流速との対応をとり易くするためにそのような処理をしたものである。2つの波形を重ねて表示したものを図6のAに示す。脈動は綺麗に同期し対応がとれているのが分かる。波形から脈動の周波数より低周波成分が見て取れるが、これは生体の揺るぎによるものであり、本発明が測定しようとしている血液レオロジーとはあまり関係はない。そこで、本発明ではこの生体の揺るぎによる影響を無くすため規格化したデータを用いることとした。すなわち、数十秒間の測定スパンにおける心拍に同期した血流速度のn個の最大値に、光センサーで得られた容積脈動波形における対応する心拍のピーク値を掛けると共に測定スパン中でのそのピーク値の最小値で割って規格化する。具体的には次式に示すように規格化演算する。 Data measured by the circulatory dynamics measuring apparatus of the present invention is shown in FIG. The one shown in A is the blood flow velocity waveform calculated by calculating the formula (1) from the two Doppler detection values obtained from the ultrasonic sensor, and the one shown in B is the volume measured by the optical sensor. It is a waveform of a pulse wave. However, the waveform of the volume pulse wave of B is displayed so as to be low when the detected light amount is reversed and the amount of received light is large. When blood flow increases, the number of hemoglobin increases, light absorption increases, and the amount of light received decreases, but in order to facilitate the correspondence with the blood flow rate shown in FIG. Such processing is performed. FIG. 6A shows a display in which two waveforms are superimposed. It can be seen that the pulsation is beautifully synchronized and supported. Although a low frequency component can be seen from the waveform than the frequency of pulsation, this is due to the fluctuation of the living body and has little relation to the blood rheology to be measured by the present invention. Therefore, in the present invention, standardized data is used in order to eliminate the influence of the fluctuation of the living body. That is, the n maximum values of the blood flow velocity synchronized with the heartbeat in the measurement span of several tens of seconds are multiplied by the peak value of the corresponding heartbeat in the volume pulsation waveform obtained by the optical sensor and the peak in the measurement span is obtained. Normalize by dividing by the minimum value. Specifically, normalization is performed as shown in the following equation.
規格化最高血流速度: Vi' =Vi ×Qi /min(Q1〜Qn)‥‥‥ (2)
図6のBに○印でプロットしたものがドップラー信号からの血流速度の最大値であり、▲印でプロットしたものが光センサーで得られた容積脈動波形における最小値で割って規格化したものである。生体の揺るぎによる低周波成分が消去されているのが分かる。
Normalized maximum blood flow velocity: Vi ′ = Vi × Qi / min (Q 1 to Q n ) (2)
In FIG. 6B, the value plotted with a circle is the maximum value of the blood flow velocity from the Doppler signal, and the value plotted with the symbol ▲ is divided by the minimum value in the volume pulsation waveform obtained by the optical sensor and normalized. Is. It can be seen that the low frequency components due to the shaking of the living body are eliminated.
次に本発明では上記のようにして求めた規格化最高血流速度データVi'と最高血圧値Pmから粘性率を算出し、血液レオロジーの程度を示す補正血流速度Vmを割り出す。動脈内圧力をPとし、血液の粘性率をνとしたとき、動脈内の最大血流速度Vzは動脈内圧力Pに比例し血液の粘性率νに反比例する関係にある。また、最高血圧値Pmは動脈内圧力Pに比例するので、補正血流速度Vmは次式で求められる。 Next, in the present invention, the viscosity is calculated from the normalized maximum blood flow velocity data V i ′ obtained as described above and the maximum blood pressure value Pm, and a corrected blood flow velocity Vm indicating the degree of blood rheology is calculated. When the intra-arterial pressure is P and the blood viscosity is ν, the maximum blood flow velocity Vz in the artery is proportional to the intra-arterial pressure P and inversely proportional to the blood viscosity ν. Moreover, since the maximum blood pressure value Pm is proportional to the intra-arterial pressure P, the corrected blood flow velocity Vm is obtained by the following equation.
また、血流の状態はセンサー部の接触圧によっても影響される。きつく押しつけた場合、血管がつぶされて変形しその部分の血流に影響を及ぼす。そこでここに示す実施例は圧力センサーを設置して、接触状態をモニターする機能を備えるようにしている。図4のAに示したものは本循環動態測定装置の筐体10内の凹部に超音波ブロック1を嵌合させ、該筐体10の凹部底面と超音波ブロック1の背面間に圧力センサー4を配置した。皮膚面と超音波ブロック1表面との接触圧は超音波ブロック1を介して圧力センサー4で測定することができる。図4のBに示した実施例はその変形例である。本循環動態測定装置の筐体10内の凹部に超音波ブロック1を嵌合させ、該筐体10の凹部底面と超音波ブロック1の背面間に圧力センサー4を配置した基本構造は同じであるが、超音波ブロック1の背面は直接圧力ブロック4に接触するものでなくフレキシブル基板5が介在するようにしている。このフレキシブル基板5はコネクタ6によって前記筐体10に固定される。このフレキシブル基板5は一種の板バネとして作用するもので、皮膚面の接触圧が超音波ブロック1を介して伝達されると、その可撓性によって変形して歪みを圧力センサー4に伝えると共に、接触から解放されたとき、そのバネ力によって超音波ブロック1を初期位置まで戻すように作用する。図4のAのものはフレキシブル基板5がないため、接触から解放されたとき、筐体10の凹部内で斜めになって引っかかるなどして初期状態に戻らないことがあるので、この図4のBの実施例では初期状態への復帰をより確実にするためフレキシブル基板5を設けたものである。
In addition, the blood flow state is affected by the contact pressure of the sensor unit. When pressed tightly, the blood vessels are crushed and deformed, affecting the blood flow in that part. Therefore, in the embodiment shown here, a pressure sensor is provided so as to have a function of monitoring the contact state. In FIG. 4A, the
この圧力センサーの検出値を超音波センサーのドップラー信号から割り出した血流速度の波形と共にグラフ表示したものを図7のBに示す。今、接触圧力がP1〜P2の範囲にあるときは正常であるとしたとき、このグラフに示された例では期間t3〜t4の範囲で異常な圧力で接触している。したがってこの区間のデータは採用しないものとする。採用されるデータはt0〜t3の区間とt4〜tnの区間となる。本循環動態測定装置として温度センサー3と圧力センサー4の両方を備えたものであった場合、図8のAに示すようなデータが得られる。そして、前述したように体温情報からt1〜t2の区間のデータは不採用、圧力情報からt3〜t4の区間のデータは不採用となる。従って、データ解析に用いられるデータは図8のBに示すようにt0〜t1とt2〜t3そして4〜tnの区間のものだけである。
FIG. 7B shows a graph display of the detected value of the pressure sensor together with the blood flow velocity waveform calculated from the Doppler signal of the ultrasonic sensor. Now, assuming that the contact pressure is normal when it is in the range of P 1 to P 2 , in the example shown in this graph, the contact is made at an abnormal pressure in the range of the period t 3 to t 4 . Therefore, data in this section is not adopted. Data employed becomes t 0 ~t 3 sections and t 4 ~t n intervals. When this circulatory dynamics measuring apparatus is provided with both the
このようにして採用されたデータを基に、前述した式(3)によって血液レオロジーの程度を示す補正血流速度Vmを得る。本発明の手法によって実際に得られたデータを同じ被測定者の血液を採取して従来の測定法で測定した血液レオロジーと値の比較を行った。従来の測定法は所定量の血液が所定水柱圧差でマイクロチャネルアレイを通過する時間で測定したものである。結果を表1示す。 Based on the data thus adopted, a corrected blood flow velocity Vm indicating the degree of blood rheology is obtained by the above-described equation (3). The data actually obtained by the method of the present invention was collected from the blood of the same subject, and the blood rheology measured by the conventional measurement method was compared with the value. In the conventional measurement method, a predetermined amount of blood is measured by the time required to pass through the microchannel array with a predetermined water column pressure difference. The results are shown in Table 1.
次に示す実施例は冷えた体を温める手段を備えたものである。前述したように体が冷えた状態では血管は収縮して固くなるため、正常な血流測定ができない。そこで、温度センサーが検出した体温データが正常範囲を越えて低かったときはヒーター等の加熱手段によって体を温めて正常範囲の状態にしようというものである。この実施例の測定部位は指先であって、加熱手段が体を温める部位は手のひらから腕にかけての部分となる。肘から指先までを本装置の台座に乗せ、指先部分にセンサー部分を配置する。手のひらから腕にかけての加熱部分は台座だけでなく腕全周を暖めるためトンネル形状にするのがよいが、腕の太さに違いがあることを考慮すると半円筒の部材を回転自在として被せる形態がよい。変形例としては電気毛布形態のものを腕に巻くようにしてもよい。また、この加熱手段の熱が温度センサーへのノイズとならないようにセンサー部との間は断熱構造とするのが好ましい。 The following embodiment includes means for warming a cold body. As described above, when the body is cold, the blood vessel contracts and becomes hard, so normal blood flow measurement cannot be performed. Therefore, when the body temperature data detected by the temperature sensor is lower than the normal range, the body is warmed by a heating means such as a heater so as to be in the normal range. The measurement site in this embodiment is the fingertip, and the site where the heating means warms the body is the part from the palm to the arm. Place the elbow to the fingertip on the base of the device, and place the sensor part on the fingertip. The heating part from the palm to the arm should be a tunnel shape to warm not only the pedestal but the entire arm circumference, but taking into account the difference in arm thickness, the form of covering the semi-cylindrical member as rotatable Good. As a modification, an electric blanket type may be wound around the arm. Further, it is preferable to provide a heat insulating structure between the sensor unit so that the heat of the heating means does not cause noise to the temperature sensor.
この実施例のシステムブロック図を図10に示す。2組の超音波センサー1,2の送信用圧電素子を駆動する共通の駆動回路、それぞれの受信用圧電素子が受信した信号を処理するそれぞれの受信回路、光センサー2の発光素子を駆動する駆動信号と受光素子が受光した信号を処理する受信回路、温度センサー3としての熱検出手段の検出回路そして接触圧検出用の圧力センサー4とその検出手段から測定部が構成されている。また、この実施例では体温を暖める加熱手段が備えられ、前記温度センサーと検出回路の出力に対応して加熱手段の加熱強度を調整する温度調整回路が機能する。該加熱手段によって体が温められ指先の体温が上がるとそれを温度センサー3が検知して閉ループの制御系が構成される。また、情報入力手段を備え、血圧値や測定を実施したときの日時や被測定者名等関連情報を本システムに入力する機能を備える。また、測定値や入力値を演算処理して所望のデータを割り出す演算部とそれらを記憶する記憶部、更には測定値や演算して得たデータを適宜の形態で表示する表示部とを備える。
A system block diagram of this embodiment is shown in FIG. A common driving circuit for driving the transmitting piezoelectric elements of the two sets of
このシステムの測定動作について、図11に示したフローチャートを参照しながら説明する。指先等の測定部位をセンサー部に当て腕の上に半円筒状の加熱カバーを被せ、電源をONして測定を開始する。ステップ1で指先をセンサー部に適宜の圧力で接触させる。ステップ2で温度センサー3の測定を行いステップ3で設定範囲を示しているかを判定する。設定範囲内であればそのままステップ8へ進むが、設定範囲外であるときはステップ4で設定温度範囲外であることの表示をし、ステップ5で温度調整回路が機能して加熱手段を加熱する。ステップ6で再度設定温度範囲を示しているかを判定し、未だ範囲外であればステップ5に戻り加熱手段による加熱を続行する。設定温度内になったならばステップ7で設定温度範囲外であることの表示を消し、ステップ8に進み接触圧力測定を実行する。ステップ9で測定値が設定範囲を示しているかを判定する。設定範囲内であればそのままステップ14へ進むが、設定範囲外であるときはステップ10で設定圧力範囲外であることの表示をし、ステップ11で範囲方向に指先の接触圧力を加減する。ステップ12で再度設定圧力範囲を示しているかを判定し、未だ範囲外であればステップ11に戻り接触状態を加減する。設定圧力内になったならばステップ7で設定圧力範囲外であることの表示を消し、ステップ14へ進み超音波測定に入る。ステップ15でドップラー音が採取できたかどうかを判定し、採取できたときは直ぐにステップ18へ進むが、採取できなかったときはステップ16で超音波入出力の調整を実施する。ステップ17で超音波入出力の調整によってドップラー音が採取できたときはステップ18に進むが、ステップ17でドップラー音が採取できなかったときはステップ1に戻り最初からやり直すことになる。ドップラー音が採取できたときはドップラー信号が適正レベルの信号となっているかをチェックしレベル調整を実行する。ステップ19では数十秒程度の1測定スパンにわたりこのレベル調整されたドップラー信号をその際の測定体温と測定接触圧力と共に時間系列で記憶部に記憶蓄積する。つづいてステップ20で別途血圧測定を行い、ステップ21でその血圧値を本システムに入力して記憶部に記憶する。この一連の動作によって本システムの測定動作を終了する。
The measurement operation of this system will be described with reference to the flowchart shown in FIG. A measurement part such as a fingertip is placed on the sensor unit, a semi-cylindrical heating cover is placed on the arm, and the power is turned on to start measurement. In
次に本システムのデータ処理動作を図12に示したフローチャートを参照しながら説明する。まず、ステップ1で本システムの記憶部に記憶された測定データをワークエリアに読み出す。ステップ2では測定時に設定温度範囲と設定圧力範囲を外れたことがなかったかどうかを判定する。この判定は時間情報と共に記憶されている体温測定情報と接触圧力情報を基にチェックする。測定期間中設定範囲内の安定状態で測定が実行され続けていたならばそのままデータを取り込みステップ5に進むが、もし、測定期間中設定範囲を外れた状態が存在したときはステップ3で測定期間中設定範囲内にあった期間を特定する。そしてステップ4で設定範囲内にあった期間の測定データだけを抽出する作業を行い、ステップ5に進む。2組の超音波ドップラー信号、2組の超音波センサーの設置角度αとを用い式(1)に基づいて一方の超音波センサー放射方向と血管の流れ方向とのなす角θを算出する。続いてステップ7で方位の分かった血管内を流れる血流の絶対値vを算出する。ステップ8では光センサーによって測定した容積脈波から時間周期即ち脈拍を検出する。ステップ9では血流絶対速度波形から心拍毎の最大血流速度信号Viと、容積脈波波形情報からは心拍毎の最大値Qiと測定スパン内の最小値min(Q1〜Qn)とを抽出する。ステップ10では前ステップで抽出したデータを用い式(2)に従って規格化した最大血流速度を求める。ステップ11では規格化した規格化した最大血流速度の平均値を求め、ステップ12でこの規格化した最大血流速度の平均値を最大血圧値Pmで割る式(3)に基づく演算を実行して、本システムが最終的に求める血液レオロジー値を示す補正血流速度を算出する。以上でデータ処理動作を終了する。
Next, the data processing operation of this system will be described with reference to the flowchart shown in FIG. First, in
以上の説明では、本発明の技術は血液レオロジーを測定することを目的としたものとしてきたが、流速方向に対して異なる向きに配置した2組の超音波送受波器と、該2組の超音波送受波器の検出ドップラー信号Δf,Δf'と2組の超音波送受波器間の角度情報αから絶対値の血流速度vを算出する本発明に係る血流速度測定方法は、血流測定に限定されることなく、一般の配管内流体速度測定に広く適用できるものである。一般の管内流速測定では配管の位置、方向、形状が既知であるが、埋設されている配管等その管の位置、方向、形状が未知である配管内の流速測定には本測定方法をそのまま適用して絶対流速を測ることができる。 In the above description, the technique of the present invention has been aimed at measuring blood rheology. However, two sets of ultrasonic transducers arranged in different directions with respect to the flow velocity direction, and the two sets of super The blood flow velocity measuring method according to the present invention for calculating the blood flow velocity v of the absolute value from the detected Doppler signals Δf, Δf ′ of the ultrasonic transducer and the angle information α between the two ultrasonic transducers, The present invention is not limited to measurement and can be widely applied to general fluid velocity measurement in pipes. In general pipe flow velocity measurement, the position, direction, and shape of the pipe are known, but this measurement method is applied as it is to flow velocity measurement in pipes where the position, direction, and shape of the pipe are unknown. The absolute flow velocity can be measured.
1 超音波ブロック 5 フレキシブル基板
1a,1b 超音波センサー 6 コネクタ
2 光センサー 10 装置筐体
3 温度センサー
4 圧力センサー
1
1a,
Claims (7)
前記2組の超音波送受波器の近傍に光センサーを配置し、
測定スパン内における心拍に同期した血流速度のn個の最大値と、前記光センサーで得られた容積脈動波形における対応する心拍のピーク値と、前記測定スパン内における前記ピーク値の最小値とを用いて、規格化最高血流速度を求める手段を備えることを特徴とする循環動態測定装置。
v=c×Δf/2fcosθ=c×Δf’/2fcos(θ−α)
ただし、cは体内中の音速、θは一方の超音波センサーの送受波方向と血流方向とのなす角である。 Two sets of ultrasonic transducers arranged in different directions with respect to the blood flow direction, and the angle between the detected Doppler signals Δf and Δf ′ of the two sets of ultrasonic transducers and the two ultrasonic transducers and an arithmetic means for performing arithmetic according to the following equation from the information alpha, a measuring method for determining the blood flow velocity v of absolute value,
An optical sensor is arranged in the vicinity of the two sets of ultrasonic transducers,
N maximum values of blood flow velocity synchronized with the heartbeat within the measurement span, a corresponding heartbeat peak value in the volume pulsation waveform obtained by the optical sensor, and a minimum value of the peak value within the measurement span; A circulatory dynamics measuring device comprising means for obtaining a normalized maximum blood flow velocity using the
v = c * [Delta] f / 2fcos [theta] = c * [Delta] f '/ 2fcos ([theta]-[alpha])
Where c is the speed of sound in the body, and θ is the angle formed by the direction of blood flow of one ultrasonic sensor and the direction of blood flow.
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