JP6301696B2 - Flow sensor, extracorporeal circulation apparatus provided with flow sensor, and control method thereof - Google Patents

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Description

本発明は、血液を患者の体外へ移送して循環させる体外循環装置に関する。   The present invention relates to an extracorporeal circulation apparatus that transfers blood outside a patient's body for circulation.

例えば患者の心臓外科手術を行う場合には、体外循環装置のポンプを作動して患者の静脈(大静脈)より脱血し、人工肺により血液中のガス交換を行った後に、この血液を再び患者の動脈(大動脈)に戻す体外血液循環を行う。このような手術や治療を適切に行うためには、ポンプによる血液の流量値を正確に把握することが必要である。   For example, when performing cardiac surgery on a patient, the pump of the extracorporeal circulation device is operated to remove blood from the patient's vein (vena cava), and after exchanging the gas in the blood using an artificial lung, Perform extracorporeal blood circulation back to the patient's artery (aorta). In order to appropriately perform such surgery and treatment, it is necessary to accurately grasp the blood flow rate value by the pump.

特許文献1は、体外循環装置とは異なる体内埋め込み型のポンプの流量推定方法を示している。このポンプの流量推定方法では、ポンプ特性の個体差によって血液の吐出流量の推定結果の精度が劣化するのを抑制することができる。ポンプの流量推定方法の第1ステップでは、複数のポンプのそれぞれを用いて補正項を含む一般流量推定式を作成するステップ及び患者の体内に埋め込んだポンプ実機を用いて得られる測定データを補正項に代入して一般流量推定式からポンプ実機における流量推定式を作成するステップを含む。そして、第2ステップでは、患者の体内に埋め込んだポンプ実機におけるモータの回転数N及びモータの消費電流I並びに患者の血液の属性データZを測定して、ポンプ実機における流量推定式とこれらの値N,I,Zに基づいて、ポンプの流量を推定する。   Patent Document 1 shows a flow rate estimation method for an implantable pump that is different from the extracorporeal circulation device. In this pump flow rate estimation method, it is possible to suppress deterioration in accuracy of the estimation result of the blood discharge flow rate due to individual differences in pump characteristics. In the first step of the pump flow rate estimation method, a step of creating a general flow rate estimation formula including a correction term using each of a plurality of pumps, and a measurement term obtained using an actual pump embedded in the patient's body are corrected terms. And a step of creating a flow rate estimation formula in the actual pump from the general flow rate estimation formula. Then, in the second step, the rotational speed N of the motor in the pump actual machine implanted in the patient's body, the current consumption I of the motor, and the attribute data Z of the patient's blood are measured, and the flow rate estimation formula and these values in the pump actual machine are measured. Based on N, I and Z, the flow rate of the pump is estimated.

このポンプの流量推定をする場合に第2ステップでは、特許文献1の段落番号0033に記載されているように、患者の血液の属性データZは、患者の血液の粘度及び密度を測定する代わりに、患者の血液のヘマトクリット値を測定して、このヘマトクリット値から換算して得られる換算粘度及び換算密度を用いてポンプの吐出流量を推定している。   When estimating the flow rate of this pump, in the second step, as described in paragraph No. 0033 of Patent Document 1, patient blood attribute data Z is used instead of measuring the blood viscosity and density of the patient. The hematocrit value of the patient's blood is measured, and the discharge flow rate of the pump is estimated using the converted viscosity and the converted density obtained by conversion from the hematocrit value.

特開2010−119859号公報JP 2010-119859 A

特許文献1に記載されているポンプの吐出流量の推定方法では、患者の体内に埋め込んだポンプ実機について、患者の血液のヘマトクリット値を測定して、このヘマトクリット値から換算して得られる換算粘度及び換算密度を用いてポンプの吐出流量を推定している。   In the estimation method of the discharge flow rate of the pump described in Patent Document 1, the actual viscosity of the pump embedded in the patient's body is measured, and the converted viscosity obtained by converting the hematocrit value from the hematocrit value and The pump discharge flow rate is estimated using the converted density.

この方法はあくまで推定手法であるため、体外循環手技のための厳密な流量管理の方法としては期待できない。   Since this method is only an estimation method, it cannot be expected as a strict flow rate management method for extracorporeal circulation procedures.

厳密な流量管理をする場合に一般的に用いられるもののひとつに超音波を用いた伝搬時間差方式の流量計があるが、超音波伝播時間差方式の流量計の中には、血液を送るチューブの外側から超音波を送信して計測する場合もあることから、測定する血液(血液)と温度のパラメータだけでなく、チューブの条件によっても精度に影響を受ける。
本発明者は、これら測定流量に関係するパラメータが、特定の校正条件から外れると、超音波の伝搬経路がずれる点に注目した。超音波の伝播経路がずれると、超音波受信装置に到達した時の超音波強度と超音波伝播時間が校正時と違うため流量測定の計算に誤差が生じるのである。
One of the commonly used methods for strict flow rate control is a propagation time difference type flow meter that uses ultrasonic waves, but there are some ultrasonic flow time difference type flow meters outside the tube that sends blood. In some cases, measurement is performed by transmitting an ultrasonic wave from the sensor, and therefore, accuracy is affected not only by parameters of blood (blood) and temperature to be measured but also by tube conditions.
The inventor paid attention to the fact that the propagation path of the ultrasonic wave is deviated when these parameters related to the measured flow rate deviate from a specific calibration condition. If the propagation path of the ultrasonic wave is deviated, an error occurs in the calculation of the flow measurement because the ultrasonic intensity and the ultrasonic wave propagation time when reaching the ultrasonic receiving device are different from those at the time of calibration.

そこで、本発明は、ポンプを作動して血液循環を行う場合に、時々刻々と変化する患者の血液の特性の変化に対応して、しかもその時使用されたチューブ等に適合させて血液の流量値を正確に測定することができる流量センサとこの流量センサを使用した体外循環装置およびその制御方法を提供することを目的とする。   Therefore, when the blood circulation is performed by operating the pump, the present invention is adapted to the change in blood characteristics of the patient that changes from moment to moment, and is adapted to the tube used at that time and the blood flow rate value. It is an object of the present invention to provide a flow sensor capable of accurately measuring the flow rate, an extracorporeal circulation device using the flow sensor, and a control method thereof.

本発明の体外循環装置は、循環回路に配置されたポンプを用いて、患者の血液を前記患者の体外で循環させる体外循環装置であって、弾性チューブにより形成された前記循環回路に配置されて、前記循環回路を通る前記血液の測定流量値を超音波信号を利用して得る流量センサと、周囲温度を取得するための温度センサと、前記循環回路に配置されて、前記循環回路を通る前記血液のヘマトクリット値を測定する測定部と、前記超音波の送受信に関する時間を計測するタイマーと、を備えており、前記流量センサ内部に、前記循環回路を挟んで位置ずれした個所で対向するように設けた超音波送信装置および該超音波送信装置から送信した超音波を受信する超音波受信装置と、前記超音波送信装置の前記超音波の送信角度を変更する角度変更装置と、前記超音波送信装置と前記超音波受信装置とが接続された制御部とを有する。前記制御部は、前記温度センサにより測定された前記血液の温度測定値と、前記測定部により測定された前記ヘマトクリット値と、に基づいて前記血液の超音波伝搬速度を算出し、前記タイマーにより計測され前記超音波送信装置が前記超音波を送信してから前記超音波受信装置が前記超音波を受信するまでの時間と、前記血液の超音波伝搬速度と、に基づいて前記弾性チューブの超音波伝搬速度を算出し、前記血液の超音波伝搬速度と、前記弾性チューブの超音波伝搬速度と、に基づいて前記弾性チューブと前記血液との境界における屈折角度を算出し、前記屈折角度に基づいて前記超音波送信装置からの前記超音波の送信角度を前記角度変更装置により調整前記血液の測定流量値を精度よく計測する構成としたことを特徴とする。
上記構成によれば、本発明の体外循環装置は、流量センサと、温度センサと、血液のヘマトクリット値を測定する測定部と、超音波の送受信に関する時間を計測するタイマーと、を備える。流量センサは、前記循環回路を挟んで位置ずれした個所で対向するように設けた超音波送信装置および該超音波送信装置から送信した超音波を受信する超音波受信装置と、前記超音波送信装置の前記超音波の送信角度を変更する角度変更装置と、制御部と、を備えている。制御部は、温度センサにより測定された血液の温度測定値と、測定部により測定されたヘマトクリット値と、に基づいて血液の超音波伝搬速度を算出する。また、制御部は、タイマーにより計測され超音波送信装置が超音波を送信してから超音波受信装置が超音波を受信するまでの時間と、血液の超音波伝搬速度と、に基づいて弾性チューブの超音波伝搬速度を算出する。また、制御部は、血液の超音波伝搬速度と、弾性チューブの超音波伝搬速度と、に基づいて弾性チューブと血液との境界における屈折角度を算出する。そして、制御部は、算出された屈折角度に基づいて超音波送信装置からの前記超音波の送信角度を前記角度変更装置により調整する。これにより、前記超音波送信装置から、前記超音波受信装置への伝播経路を正しく調整して計測することができるので、流量測定精度が向上する。
The extracorporeal circulation apparatus of the present invention is an extracorporeal circulation apparatus that circulates the blood of a patient outside the patient's body using a pump arranged in the circulation circuit, and is arranged in the circulation circuit formed by an elastic tube. A flow sensor for obtaining a measured flow value of the blood passing through the circulation circuit using an ultrasonic signal, a temperature sensor for obtaining an ambient temperature, and the circulation sensor disposed in the circulation circuit and passing through the circulation circuit. A measuring unit that measures a hematocrit value of blood; and a timer that measures a time related to transmission / reception of the ultrasonic wave, and is opposed to the inside of the flow rate sensor at a position displaced with the circulation circuit interposed therebetween. An ultrasonic transmission apparatus provided, an ultrasonic reception apparatus that receives ultrasonic waves transmitted from the ultrasonic transmission apparatus, and an angle change that changes a transmission angle of the ultrasonic waves of the ultrasonic transmission apparatus To Yes and location, and the ultrasonic transmitting unit and the control unit and the ultrasonic receiving device is connected. The control unit calculates an ultrasonic wave propagation velocity of the blood based on the blood temperature measurement value measured by the temperature sensor and the hematocrit value measured by the measurement unit, and is measured by the timer And the ultrasonic wave of the elastic tube based on the time from when the ultrasonic wave transmission device transmits the ultrasonic wave to when the ultrasonic wave reception device receives the ultrasonic wave and the ultrasonic wave propagation velocity of the blood. Calculate a propagation speed, calculate a refraction angle at the boundary between the elastic tube and the blood based on the ultrasonic propagation speed of the blood and the ultrasonic propagation speed of the elastic tube, and based on the refraction angle characterized by being configured to the measurement accurately measured flow rate value of the adjusted the blood by the angle changing device transmission angle of the ultrasonic wave from the ultrasonic transmitting device.
According to the above configuration, the extracorporeal circulation device of the present invention includes a flow rate sensor, a temperature sensor, a measurement unit that measures a hematocrit value of blood, and a timer that measures a time related to transmission / reception of ultrasonic waves. The flow rate sensor includes an ultrasonic transmission device provided so as to face each other at a position shifted with respect to the circulation circuit, an ultrasonic reception device that receives ultrasonic waves transmitted from the ultrasonic transmission device, and the ultrasonic transmission device An angle changing device for changing the transmission angle of the ultrasonic wave, and a control unit . The control unit calculates the ultrasonic propagation velocity of the blood based on the blood temperature measurement value measured by the temperature sensor and the hematocrit value measured by the measurement unit. In addition, the control unit is an elastic tube based on the time measured by the timer until the ultrasonic transmission device receives the ultrasonic wave after the ultrasonic transmission device transmits the ultrasonic wave, and the ultrasonic wave propagation velocity of the blood. Calculate the ultrasonic wave propagation speed. Further, the control unit calculates a refraction angle at the boundary between the elastic tube and blood based on the ultrasonic propagation velocity of blood and the ultrasonic propagation velocity of the elastic tube. And a control part adjusts the transmission angle of the said ultrasonic wave from an ultrasonic transmission apparatus with the said angle change apparatus based on the calculated refraction angle . Thereby , since the propagation path from the said ultrasonic transmitter to the said ultrasonic receiver can be adjusted correctly and can be measured, flow measurement accuracy improves.

好ましくは、前記超音波の送信角度に応じて前記超音波受信装置における超音波受信強度の測定装置を有していて、該超音波受信強度が前記制御部に与えられて、該制御部によりもっとも受信強度が強い個所で、前記超音波の送信角度を決定する構成としたことを特徴とする。
上記構成によれば、前記超音波送信装置から送信角度調整しつつ送信した超音波を受信する超音波受信装置にて、前記超音波受信強度の測定装置が、実用上十分に高い受信強度を検出した時点で、前記超音波送信装置の超音波の送信角度を決定することにより、前記超音波送信装置から、前記超音波受信装置への伝播経路を正しく調整して計測することができるので、流量測定精度が向上する。
Preferably, the said in response to the transmission angle of the ultrasonic waves have a measuring device for ultrasonic wave reception intensity at the ultra sound Nami受 communication apparatus, and ultrasonic reception intensity is given to the control unit, the control unit Therefore, the transmission angle of the ultrasonic wave is determined at a location where the reception intensity is strongest.
According to the above configuration, in the ultrasonic receiver that receives the ultrasonic wave transmitted while adjusting the transmission angle from the ultrasonic transmitter, the ultrasonic reception intensity measuring device detects a sufficiently high reception intensity in practical use. At that time, by determining the ultrasonic transmission angle of the ultrasonic transmission device, it is possible to correctly adjust and measure the propagation path from the ultrasonic transmission device to the ultrasonic reception device. Measurement accuracy is improved.

好ましくは、前記超音波送信装置および前記超音波受信装置が、互いに前記循環回路を挟んで径方向と斜め方向とに位置するように配置されているとともに、前記循環回路の径方向と、前記循環回路を斜めに横切る方向とに超音波を送受信する構成とされており、前記超音波送信装置から前記超音波受信装置に至る超音波の進行経路が前記循環回路を斜めに横切る際に、該超音波の進行経路が、前記循環回路のチューブ材料を通過し、さらに前記循環回路の中身を通過し、再び前記循環回路のチューブ材料を通過するように異種媒体を通る際の屈折率変化による前記屈折角度を適切に調整するように、前記超音波送信装置の送信角度を決めることを特徴とする。 Preferably, the ultrasonic transmission device and the ultrasonic receiving device, are arranged so as positioned in the radial direction and the oblique direction across the circulation circuit together, the radial direction of the circulation circuit, the circulation in a direction transverse to the circuit diagonally are configured to transmit and receive ultrasonic waves, when the ultrasonic propagation path of the previous SL ultrasonic transmitting device reaches to the ultrasonic receiver across the circulation circuit diagonally, the traveling path of ultrasonic waves, to pass through the tubing of the circulation circuit, further passes through the contents of the circulation circuit, wherein due to the refractive index change when passing through a different medium to pass through the tubing of the circulation circuit again The transmission angle of the ultrasonic transmission device is determined so as to appropriately adjust the refraction angle.

上記構成によれば、循環回路の径方向に超音波を送信して、循環回路内を流れる血液との境界で反射した反射波を得ることでその伝達時間を測定し、また透過波が径方向に配置されたセンサに到達するまでの時間を測定することができる。それらの時間データに基づき、循環回路を構成するチューブ厚みを求めることができる。このチューブ厚みと反射波が戻るまでの時間に基づいてチューブを伝達する際の音速を得ることができる。さらに、循環回路を流れる血液の温度情報とヘマトクリット値を測定し、血液内の音速を推定することができる。これにより、その時使われたチューブに適合させ、常に周囲温度条件下における最適な超音波の射出角度を求めることができる。 According to the above configuration, by transmitting ultrasonic waves in the radial direction of the circulation circuit, the transmission time to obtain a reflected wave reflected by the boundary between the blood flowing in the circulation circuit is measured, also transmitted wave diameter The time to reach a sensor arranged in the direction can be measured. Based on these time data, the tube thickness which comprises a circulation circuit can be calculated | required. The speed of sound when the tube is transmitted can be obtained based on the tube thickness and the time until the reflected wave returns. Furthermore, the temperature information and hematocrit value of the blood flowing through the circulation circuit can be measured to estimate the sound velocity in the blood. As a result, it is possible to adapt to the tube used at that time and always obtain the optimum ultrasonic wave emission angle under ambient temperature conditions.

好ましくは、前記超音波の進行経路が対となる前記超音波送信装置と前記超音波受信装置との距離的中間位置を通るように前記超音波送信装置の送信角度を決定することを特徴とする。
上記構成によれば、対となる前記超音波送信装置と前記超音波受信装置の距離の中間位置を通るように超音波の経路を定めると、正しい流速を得ることができる。
Preferably, characterized by determining the transmission angle of the ultrasonic transmission device to pass in distance intermediate position of the ultrasonic path of travel is the paired said ultrasonic Namioku communication apparatus and the ultrasonic receiving device And
According to the above arrangement, when determining the ultrasonic path so as to pass through the intermediate position of the distance paired the ultrasonic Namioku communication apparatus and the ultrasonic receiving apparatus can obtain the correct flow rate.

また、本発明は、弾性チューブにより形成された循環回路に配置されたポンプを用いて、患者の血液を前記患者の体外で循環させる体外循環装置の前記循環回路に配置されて、前記循環回路を通る前記血液の測定流量値を超音波信号を利用して得る流量センサと、該流量センサが前記循環回路を挟んで位置ずれした個所で対向するように設けた超音波送信装置および該超音波送信装置から送信した超音波を受信する超音波受信装置と、を備えており、前記循環回路を流れる血液である血液の温度とヘマトクリット値とに基づいて、前記血液中の超音波の音速を求める第1音速特定工程と、前記超音波送信装置が前記超音波を送信してから前記超音波受信装置が前記超音波を受信するまでの時間と前記血液中の超音波の音速とに基づいて前記弾性チューブ中の超音波の音波を求める第2音速特定工程と、前記血液中の超音波の音速と前記弾性チューブ中の超音波の音波とに基づいて、スネルの法則により、前記弾性チューブと前記血液との境界における前記超音波の進行する媒体の屈折率を求める屈折率特定工程と、を有し、前記屈折率特定工程により求めた前記屈折率に基づいて前記超音波を送信すべき角度を求めて、当該角度にて、前記超音波送信装置による超音波送信角度を決定する流量測定方法である。
上記構成によれば、第1音速特定工程において、循環回路を流れる血液の温度およびヘマトクリット値に基づいて血液中の超音波の音速を求める。また、第2音速特定工程において、超音波送信装置が超音波を送信してから超音波受信装置が超音波を受信するまでの時間と血液中の超音波の音速とに基づいて弾性チューブ中の超音波の音波を求める。また、屈折率特定工程において、血液中の超音波の音速と弾性チューブ中の超音波の音波とに基づいて、スネルの法則により、弾性チューブと血液との境界における超音波の進行する媒体の屈折率を求める。これにより、前記超音波送信装置から送信する超音波の角度を振ることで、超音波が循環回路内を適切な経路で伝搬し、正しい流速を求めることができる。
Further, the present invention is arranged in the circulation circuit of an extracorporeal circulation device that circulates the blood of a patient outside the patient's body using a pump arranged in a circulation circuit formed by an elastic tube. A flow rate sensor that obtains a measured flow rate value of the blood passing therethrough using an ultrasonic signal, an ultrasonic transmission device provided such that the flow rate sensor is opposed at a position displaced with respect to the circulation circuit, and the ultrasonic transmission An ultrasonic receiving device that receives ultrasonic waves transmitted from the device, and determines a sound velocity of the ultrasonic waves in the blood based on a temperature and a hematocrit value of blood that is blood flowing through the circulation circuit. Based on one sound speed specifying step, the time from when the ultrasonic transmission device transmits the ultrasonic wave to when the ultrasonic reception device receives the ultrasonic wave, and the velocity of the ultrasonic wave in the blood. Based on the second sound velocity specifying step for obtaining the ultrasonic wave of the ultrasonic wave in the tube, the ultrasonic wave velocity of the ultrasonic wave in the blood and the ultrasonic wave of the ultrasonic wave in the elastic tube, according to Snell's law, the elastic tube and the blood A refractive index specifying step of obtaining a refractive index of the medium on which the ultrasonic wave travels at a boundary between the ultrasonic wave and obtaining an angle at which the ultrasonic wave should be transmitted based on the refractive index obtained by the refractive index specifying step Thus, the flow rate measurement method determines an ultrasonic transmission angle by the ultrasonic transmission device at the angle .
According to the above configuration, in the first sound speed specifying step, the sound speed of the ultrasonic wave in the blood is obtained based on the temperature and hematocrit value of the blood flowing through the circulation circuit. Further, in the second sound velocity identification step, the time in the elastic tube is determined based on the time from when the ultrasonic transmission device transmits the ultrasonic wave until the ultrasonic reception device receives the ultrasonic wave and the sound velocity of the ultrasonic wave in the blood. Find the ultrasonic wave. Further, in the refractive index specifying step, the refraction of the medium in which the ultrasonic wave travels at the boundary between the elastic tube and the blood is determined according to Snell's law based on the speed of the ultrasonic wave in the blood and the ultrasonic wave in the elastic tube. Find the rate. Thus, by changing the angle of the ultrasonic wave transmitted from the ultrasonic transmission device, the ultrasonic wave propagates through the circulation circuit through an appropriate path, and the correct flow velocity can be obtained.

好ましくは、前記超音波送信装置および前記超音波受信装置を、該流量センサが前記循環回路を挟んで径方向と斜め方向とに位置するように配置さ、前記循環回路の径方向と、前記循環回路を斜めに横切る方向とに、前記超音波を送受信させる流量測定方法である。
上記構成によれば、既に説明した理由から、その時使われたチューブに適合させ、常に周囲温度条件下における最適な流速を求めることができる
Preferably, the ultrasonic transmitting device and the ultrasonic receiving apparatus, the flow rate sensor so is arranged to be positioned in the radial direction and the diagonal direction across said circulation circuit, and a radial direction of the circulation circuit, wherein This is a flow rate measuring method in which the ultrasonic waves are transmitted and received in a direction obliquely across the circulation circuit.
According to the above configuration, for the reason already described, it is possible to adapt to the tube used at that time and always obtain the optimum flow velocity under ambient temperature conditions .

また、本発明は、血液が流され弾性チューブにより形成された循環回路に配置されており、前記循環回路を挟んで位置ずれした個所で対向するように設けた超音波送信装置および該超音波送信装置から送信した超音波を受信する超音波受信装置と、前記超音波送信装置の前記超音波の送信角度を変更する角度変更装置と、少なくとも前記超音波送信装置と前記超音波受信装置とが接続された制御部とを備え、前記制御部は、前記血液の温度と、前記血液のヘマトクリット値と、に基づいて前記血液の超音波伝搬速度を算出し、前記超音波送信装置が前記超音波を送信してから前記超音波受信装置が前記超音波を受信するまでの時間と、前記血液の超音波伝搬速度と、に基づいて前記弾性チューブの超音波伝搬速度を算出し、前記血液の超音波伝搬速度と、前記弾性チューブの超音波伝搬速度と、に基づいて前記弾性チューブと前記血液との境界における屈折角度を算出し、前記屈折角度に基づいて前記超音波送信装置からの前記超音波の送信角度を前記角度変更装置により調整し前記血液の測定流量値を精度よく計測する流量センサである。

In addition, the present invention provides an ultrasonic transmission device that is disposed in a circulation circuit formed by an elastic tube through which blood flows, and is disposed so as to be opposed to each other at a position shifted with respect to the circulation circuit, and the ultrasonic transmission An ultrasonic receiving device that receives ultrasonic waves transmitted from the device, an angle changing device that changes the ultrasonic transmission angle of the ultrasonic transmitting device, and at least the ultrasonic transmitting device and the ultrasonic receiving device are connected A control unit configured to calculate an ultrasonic wave propagation speed of the blood based on the blood temperature and the hematocrit value of the blood, and the ultrasonic transmitter transmits the ultrasonic wave. The ultrasonic wave propagation speed of the elastic tube is calculated based on the time from transmission until the ultrasonic wave reception device receives the ultrasonic wave and the ultrasonic wave propagation speed of the blood, and the ultrasonic wave of the blood A refraction angle at the boundary between the elastic tube and the blood is calculated based on the carrying speed and the ultrasonic wave propagation speed of the elastic tube, and the ultrasonic wave from the ultrasonic transmission device is calculated based on the refraction angle. the measured flow rate value of the transmission angle adjusted by the angle changing device the blood is the flow rate sensor that be measured accurately.

本発明は、ポンプを作動して血液循環を行う場合に、時々刻々と変化する患者の血液の特性の変化に対応して、しかもその時使用されたチューブ等に適合させて血液の流量値を正確に測定することができる流量センサとこの流量センサを使用した体外循環装置およびその制御方法を提供することができる。   In the present invention, when blood circulation is performed by operating a pump, the blood flow rate value can be accurately adjusted by adapting to the changes in blood characteristics of the patient, which changes every moment, and adapting to the tube used at that time. It is possible to provide a flow sensor that can measure the flow rate, an extracorporeal circulation device using the flow sensor, and a control method thereof.

本発明の体外循環装置の実施形態を示す系統図。The systematic diagram which shows embodiment of the extracorporeal circulation apparatus of this invention. 流量センサの構成例を示す概略図。Schematic which shows the structural example of a flow sensor. 流量センサの構成例を示す概略図。Schematic which shows the structural example of a flow sensor. 血液の超音波伝播速度を算出する方法を示すフローチャート。The flowchart which shows the method of calculating the ultrasonic wave propagation velocity of blood. チューブ材料の超音波伝播速度を算出する方法を示すフローチャート。The flowchart which shows the method of calculating the ultrasonic propagation velocity of tube material. 超音波の送信角度を決める方法を示すフローチャート。The flowchart which shows the method of determining the transmission angle of an ultrasonic wave. 流量センサの構成例を示す概略図。Schematic which shows the structural example of a flow sensor. 超音波の送信角度に応じて超音波受信感度の変化する様子を示すグラフ。The graph which shows a mode that an ultrasonic reception sensitivity changes according to the transmission angle of an ultrasonic wave. 超音波の送信角度を決める方法を示すフローチャート。The flowchart which shows the method of determining the transmission angle of an ultrasonic wave. 超音波送信角度を変更する機構の別の例を示す概念図。The conceptual diagram which shows another example of the mechanism which changes an ultrasonic transmission angle. 超音波送信角度を変更する機構の別の例を示す概念図。The conceptual diagram which shows another example of the mechanism which changes an ultrasonic transmission angle.

以下に、本発明の好ましい実施形態を、図面を参照して詳しく説明する。
尚、以下に述べる実施の形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの態様に限られるものではない。
図1は、本発明の体外循環装置の好ましい実施形態を示す系統図である。
図1に示す体外循環装置1が行う「体外循環」には、「体外循環動作」と、「補助循環動作」を含む。体外循環装置1は、「体外循環動作」と「補助循環動作」のいずれも行うことができる。
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
The embodiments described below are preferred specific examples of the present invention, and thus various technically preferable limitations are given. However, the scope of the present invention is particularly limited in the following description. Unless otherwise stated, the present invention is not limited to these embodiments.
FIG. 1 is a system diagram showing a preferred embodiment of the extracorporeal circulation apparatus of the present invention.
“Extracorporeal circulation” performed by the extracorporeal circulation apparatus 1 shown in FIG. 1 includes “extracorporeal circulation operation” and “auxiliary circulation operation”. The extracorporeal circulation device 1 can perform both “extracorporeal circulation operation” and “auxiliary circulation operation”.

「体外循環動作」とは、例えば心臓外科手術によって一時的に心臓での血液循環を止めるような場合に、この体外循環装置1により血液の循環動作とこの血液に対するガス交換動作(酸素付加および/または二酸化炭素除去)を行うことである。「補助循環動作」とは、体外循環装置1の適用対象である患者Pの心臓が十分な機能を果たせない場合や肺によるガス交換が十分に行えないような状態において体外循環装置1によっても血液の循環動作とこの血液に対するガス交換動作を行うことである。   The “extracorporeal circulation operation” means, for example, when the blood circulation in the heart is temporarily stopped by cardiac surgery, the extracorporeal circulation device 1 performs the blood circulation operation and the gas exchange operation (oxygenation and / or oxygen) for the blood. Or carbon dioxide removal). “Auxiliary circulation operation” means that blood from the extracorporeal circulation device 1 is also used when the heart of the patient P to which the extracorporeal circulation device 1 is applied cannot perform a sufficient function or when the gas exchange by the lung cannot be performed sufficiently. And the gas exchange operation for this blood.

図1に示す体外循環装置1は、例えば患者の心臓外科手術を行う場合には、体外循環装置1のポンプを作動して患者の静脈(大静脈)から脱血して、人工肺により血液中のガス交換を行って血液の酸素加を行った後に、この血液を再び患者の動脈(大動脈)に戻す人工肺体外血液循環を行うことができる。この体外循環装置1は、心臓と肺の代行を行う装置である。
図1に示す体外循環装置1は、血液を循環させる循環回路1Rを有している。循環回路1Rは、人工肺2と、遠心ポンプ3と、駆動手段であるドライブモータ4と、静脈側カテーテル(脱血側カテーテル)5と、動脈側カテーテル(送血側カテーテル)6と、制御部としてのコントローラ10を有している。
For example, when performing cardiac surgery on a patient, the extracorporeal circulation device 1 shown in FIG. 1 operates the pump of the extracorporeal circulation device 1 to remove blood from the patient's vein (vena cava), and then introduces blood into the blood using an artificial lung. After exchanging the gas and oxygenating the blood, extracorporeal blood circulation can be performed to return the blood to the patient's artery (aorta) again. The extracorporeal circulation device 1 is a device that performs substitution of the heart and lungs.
The extracorporeal circulation device 1 shown in FIG. 1 has a circulation circuit 1R that circulates blood. The circulation circuit 1R includes an artificial lung 2, a centrifugal pump 3, a drive motor 4 that is a drive means, a venous catheter (blood removal side catheter) 5, an artery side catheter (blood supply side catheter) 6, and a control unit. As a controller 10.

図1に示すように、静脈側カテーテル(脱血側カテーテル)5は、大腿静脈より挿入され、静脈側カテーテル5の先端が右心房に留置される。動脈側カテーテル(送血側カテーテル)6は、大腿静脈より挿入される。静脈側カテーテル5は脱血チューブ11を用いて遠心ポンプ3に接続されている。脱血チューブ(脱血ラインともいう)11は、血液を送る管路である。ドライブモータ4がコントローラ10の指令SGにより遠心ポンプ3を動作すると、遠心ポンプ3は、脱血チューブ11から脱血して人工肺2に通した後に、送血チューブ12(送血ラインともいう)を介して患者Pに血液を戻すことができる。脱血液チューブ11には、例えば、遠心ポンプ3に隣接して、血液の流量測定を行うための流量測定装置20が設けられている。流量測定装置20は、後で詳しく説明する流量センサを有する。   As shown in FIG. 1, a venous catheter (blood removal side catheter) 5 is inserted from the femoral vein, and the distal end of the venous side catheter 5 is placed in the right atrium. The artery side catheter (blood feeding side catheter) 6 is inserted from the femoral vein. The venous catheter 5 is connected to the centrifugal pump 3 using a blood removal tube 11. A blood removal tube (also referred to as a blood removal line) 11 is a conduit for sending blood. When the drive motor 4 operates the centrifugal pump 3 according to the command SG of the controller 10, the centrifugal pump 3 removes blood from the blood removal tube 11 and passes it through the oxygenator 2, and then the blood supply tube 12 (also referred to as blood supply line). The blood can be returned to the patient P via. The blood removal tube 11 is provided with a flow rate measuring device 20 for measuring blood flow rate, for example, adjacent to the centrifugal pump 3. The flow rate measuring device 20 has a flow rate sensor that will be described in detail later.

人工肺2は、遠心ポンプ3と送血チューブ12の間に配置されている。人工肺2は、この血液に対するガス交換動作(酸素付加および/または二酸化炭素除去)を行う。人工肺2は、例えば膜型人工肺であるが、特に好ましくは中空糸膜型人工肺を用いる。この人工肺2には、酸素ガス供給部13から酸素ガスがチューブ14を通じて供給される。送血チューブ12は、人工肺2と動脈側カテーテル6を接続している管路である。脱血チューブ11と送血チューブ12は、例えば塩化ビニル樹脂やシリコーンゴム等の透明性の高い、可撓性を有する合成樹脂製の管路が使用できる。脱血チューブ11内では、血液はV方向に流れ、送血チューブ12内では、血液はW方向に流れる。   The artificial lung 2 is disposed between the centrifugal pump 3 and the blood supply tube 12. The oxygenator 2 performs a gas exchange operation (oxygen addition and / or carbon dioxide removal) on the blood. The oxygenator 2 is, for example, a membrane oxygenator, and a hollow fiber membrane oxygenator is particularly preferably used. Oxygen gas is supplied from the oxygen gas supply unit 13 to the artificial lung 2 through the tube 14. The blood supply tube 12 is a conduit connecting the artificial lung 2 and the artery side catheter 6. As the blood removal tube 11 and the blood supply tube 12, for example, a highly transparent and flexible synthetic resin conduit such as vinyl chloride resin or silicone rubber can be used. In the blood removal tube 11, blood flows in the V direction, and in the blood supply tube 12, blood flows in the W direction.

次に、体外循環用血液学的パラメータモニタ測定セル(以下、モニタ測定セルという)70について説明する。
図1に示すこのモニタ測定セル70は、脱血チューブ11の途中において脱血チューブ11の外側に着脱可能に配置されている。モニタ測定セル70は、ディスポーザブル部品であり、脱血チューブ11の途中に配置されている。モニタ測定セル70は、血液BDに対して非接触で光学的に、酸素飽和度(%)、ヘマトクリット値(%)、そしてヘモグロビン(g/dL)の数値を測定することができるセンサユニットである。
Next, the hematological parameter monitor measurement cell (hereinafter referred to as monitor measurement cell) 70 for extracorporeal circulation will be described.
The monitor measurement cell 70 shown in FIG. 1 is detachably disposed outside the blood removal tube 11 in the middle of the blood removal tube 11. The monitor measurement cell 70 is a disposable part and is disposed in the middle of the blood removal tube 11. The monitor measurement cell 70 is a sensor unit that can optically measure the values of oxygen saturation (%), hematocrit value (%), and hemoglobin (g / dL) in a non-contact manner with respect to the blood BD. .

すなわち、モニタ測定セル70は被検体から脱血された脱血チューブ11内の血液についてヘマトクリット値を測定することができる。モニタ測定セル70は時々刻々と変化する患者の血液の特性(密度)の変化に対応して、補正した血液の流量値を得ることができる。   That is, the monitor measurement cell 70 can measure the hematocrit value for the blood in the blood removal tube 11 that has been removed from the subject. The monitor measurement cell 70 can obtain a corrected blood flow value in response to a change in blood characteristics (density) of the patient that changes from moment to moment.

図1に示すモニタ測定セル70の構造例を説明する。モニタ測定セル70は、光プローブ69を有し、光プローブ69は発光部71と受光部72と、マイクロコンピュータ73を有している。例えば発光部71は発光ダイオードであり、受光部72はフォトダイオードである。発光部71は、脱血チューブ11を通る血液BDに光を当てて、受光部72は、血液BDの一部分を通る光の反射を検出して、この検出信号を図1に示すマイクロコンピュータ73に送る。発光部71が放つ光パルスは、直接血液BDに当たり、その血液BD中のヘモグロビンの酸素飽和量に応じた反射強度で反射される。   A structural example of the monitor measurement cell 70 shown in FIG. 1 will be described. The monitor measurement cell 70 includes an optical probe 69, and the optical probe 69 includes a light emitting unit 71, a light receiving unit 72, and a microcomputer 73. For example, the light emitting unit 71 is a light emitting diode, and the light receiving unit 72 is a photodiode. The light emitting unit 71 applies light to the blood BD passing through the blood removal tube 11, and the light receiving unit 72 detects reflection of light passing through a part of the blood BD, and this detection signal is sent to the microcomputer 73 shown in FIG. send. The light pulse emitted from the light emitting unit 71 directly hits the blood BD and is reflected with a reflection intensity corresponding to the oxygen saturation amount of hemoglobin in the blood BD.

図1に示すマイクロコンピュータ73は、この反射強度から、酸素飽和度(%)、ヘマトクリット値(%)、そしてヘモグロビン(g/dL)の数値を分析して、酸素飽和度(%)、ヘマトクリット値(%)を得る。
そしてこれらの数値SWは、図1に示す液晶モニタのようなモニタ装置75に表示できるようになっている。このヘマトクリット値Ht(%)は、血液中に占める血球の体積割合を示す数値である。
図1に示すモニタ装置75とモニタ測定セル70は、体外循環用血液ガス分析装置76を構成している。酸素飽和度(%)、ヘマトクリット値(%)、そしてヘモグロビン(g/dL)の数値SWは、モニタ装置76を通じて、コントローラ10の制御部100に送られる。
ここでは、モニタ測定セル70は、ヘモグロビンの酸素飽和量に応じた反射強度でヘマトクリット値を測定するようにしているが、このような手法には限られない。例えば、ヘモグロビンの酸素飽和量に応じた透過光強度や吸光度からヘマトクリット値を測定しても良い。この場合、モニタ測定セルは、脱血チューブ11を発光部と受光部とで挟み込む構造である(図示せず)。
また、モニタ測定セルには、循環回路1Rを流れる血液の温度を検出する温度センサ17が設けられている。
The microcomputer 73 shown in FIG. 1 analyzes the values of oxygen saturation (%), hematocrit value (%), and hemoglobin (g / dL) from this reflection intensity, and thereby calculates oxygen saturation (%) and hematocrit value. Get (%).
These numerical values SW can be displayed on a monitor device 75 such as a liquid crystal monitor shown in FIG. This hematocrit value Ht (%) is a numerical value indicating the volume ratio of blood cells in the blood.
The monitor device 75 and the monitor measurement cell 70 shown in FIG. 1 constitute a blood gas analyzer 76 for extracorporeal circulation. The numerical values SW of oxygen saturation (%), hematocrit value (%), and hemoglobin (g / dL) are sent to the controller 100 of the controller 10 through the monitor device 76.
Here, the monitor measurement cell 70 measures the hematocrit value with the reflection intensity corresponding to the oxygen saturation amount of hemoglobin, but is not limited to such a method. For example, the hematocrit value may be measured from the transmitted light intensity or absorbance corresponding to the oxygen saturation amount of hemoglobin. In this case, the monitor measurement cell has a structure in which the blood removal tube 11 is sandwiched between the light emitting unit and the light receiving unit (not shown).
The monitor measurement cell is provided with a temperature sensor 17 for detecting the temperature of blood flowing through the circulation circuit 1R.

ところで、図1に示す流量測定装置20は、上述したように超音波伝搬時間差方式の血液の流量計として用いる場合に、脱血チューブ11内を通る血液BDの特性(密度)が変化すると、血液の測定流量値に測定誤差が生じる。体外循環装置1では、脱血チューブ11内の血液BDの流量を測定する場合に、患者によっては血液BDの密度は異なっている。しかも、例えば体外血液循環手術中に血液が生理食塩水と混ざると、循環される血液BDが薄くなり、体外血液循環手術中では、患者の血液の密度は時々刻々と異なる。   By the way, when the flow measuring device 20 shown in FIG. 1 is used as a blood flow meter of the ultrasonic propagation time difference method as described above, if the characteristic (density) of the blood BD passing through the blood removal tube 11 changes, the blood A measurement error occurs in the measured flow rate value. In the extracorporeal circulation apparatus 1, when measuring the flow rate of the blood BD in the blood removal tube 11, the density of the blood BD differs depending on the patient. In addition, for example, when blood is mixed with physiological saline during extracorporeal blood circulation surgery, the blood BD to be circulated becomes thin, and during the extracorporeal blood circulation surgery, the density of the patient's blood varies from moment to moment.

この血液BDの密度(特性)は、このように、時々刻々と変化していることから、脱血チューブ11内を流れる血液BDのヘマトクリット値が大きいと(血液の密度が高いと)、超音波の往きと戻りにおける血液を伝搬する時間差が小さくなり、流量測定装置20により測定される血液の流量値が、実際の血液の流量値に比べて、小さくなってしまう。逆に、脱血チューブ11内を流れる血液BDのヘマトクリット値が小さいと(血液の密度が低いと)、超音波の往きと戻りにおける血液を伝搬する時間差が大きくなり、流量測定装置20により測定される血液の流量値が、実際の血液の流量値に比べて、大きくなってしまう。   Since the density (characteristic) of the blood BD changes every moment in this way, if the hematocrit value of the blood BD flowing through the blood removal tube 11 is large (when the blood density is high), the ultrasonic wave The time difference in which the blood propagates in the forward and backward directions is reduced, and the blood flow value measured by the flow measuring device 20 becomes smaller than the actual blood flow value. Conversely, when the hematocrit value of the blood BD flowing in the blood removal tube 11 is small (when the density of the blood is low), the time difference for propagating the blood in the forward and backward ultrasonic waves becomes large and is measured by the flow measuring device 20. The blood flow value becomes larger than the actual blood flow value.

血液BDの密度と、上述した血液BDのヘマトクリット値との関係には、相関性がある。このために、実施形態の体外循環装置1では、図1に示す体外循環用血液ガス分析装置76のモニタ測定セル70は、脱血チューブ11内を流れる血液BDのヘマトクリット値を常時測定している。このヘマトクリット値の測定結果は、マイクロコンピュータ73から、モニタ装置75を通じて、制御部100に常時フィードバックされる。脱血チューブ11内を流れる血液BDのヘマトクリット値Htは、例えば体外循環前、体外循環5分後、体外循環離脱時では、大きく変化をすることが既に分かっている。そして、制御部100は、流量測定装置20により測定された脱血チューブ11内を流れる血液BDの測定流量値(吐出流量値)を、後で説明する方式で補正して、補正した流量値を得るようになっている。   There is a correlation between the density of blood BD and the above-described hematocrit value of blood BD. For this reason, in the extracorporeal circulation apparatus 1 of the embodiment, the monitor measurement cell 70 of the blood gas analyzer 76 for extracorporeal circulation shown in FIG. 1 constantly measures the hematocrit value of the blood BD flowing in the blood removal tube 11. . The measurement result of the hematocrit value is constantly fed back from the microcomputer 73 to the control unit 100 through the monitor device 75. It has already been found that the hematocrit value Ht of the blood BD flowing in the blood removal tube 11 changes greatly, for example, before extracorporeal circulation, after 5 min. And the control part 100 correct | amends the measured flow value (discharge flow value) of the blood BD which flows through the blood removal tube 11 measured by the flow measuring device 20 by the system demonstrated later, and correct | amends the corrected flow value. To get.

ここで、血液などの流体の流量と、環境変化、超音波の強度の変化について一例をあげて、簡単に説明する。モータの基準流量が4リットル/分とする。
環境温度が40℃、流体が5%食塩水である時、後述する流量センサにおける超音波強度が227、流量値3601(「ミリリットル/分」、以下流量値は同じ。)である。
これに対して、環境温度が15℃、流体が水である時、後述する流量センサにおける超音波強度が246、流量値4148である。
Here, the flow rate of fluid such as blood, environmental changes, and changes in the intensity of ultrasonic waves will be briefly described with an example. The reference flow rate of the motor is 4 liters / minute.
When the environmental temperature is 40 ° C. and the fluid is 5% saline, the ultrasonic intensity in the flow rate sensor, which will be described later, is 227, and the flow rate value is 3601 (“milliliter / minute”, hereinafter the flow rate value is the same).
On the other hand, when the environmental temperature is 15 ° C. and the fluid is water, the ultrasonic intensity in the flow rate sensor described later is 246 and the flow rate value 4148.

すなわち、図1に示す脱血チューブ11内に流れる血液BDの吐出流量値を流量測定装置20で測定すると、血液BDの測定流量値が得られるが、この得られた血液BDの測定流量値を、モニタ測定セル70により常時測定されているヘマトクリット値Htにより補正して、次に示す補正した流量値Flow_Cを得るようになっている。
この補正した流量値Flow_Cは、次式の換算式で得ることができる。なお、この換算式は、異なる温度についてそれぞれ得られる。この換算式は、血液の測定流量値とヘマトクリット値との関係から補正した血液の流量値を得ることができる。

Flow_C=Flow_M*(1+(Ht_B−Ht_M)*A))・・・換算式

上記式において、補正した流量値:Flow_C、測定流量値:Flow_M、測定ヘマトクリット値:Ht_M、基準ヘマトクリット値:Ht_B、傾き:A(変化率)である。
図1に示す制御部100が、血液の温度毎の換算式を記憶している。
That is, when the discharge flow rate value of the blood BD flowing in the blood removal tube 11 shown in FIG. 1 is measured by the flow rate measuring device 20, the measured flow rate value of the blood BD is obtained. Then, the corrected flow rate value Flow_C shown below is obtained by correcting with the hematocrit value Ht constantly measured by the monitor measurement cell 70.
The corrected flow value Flow_C can be obtained by the following conversion formula. This conversion formula is obtained for each different temperature. This conversion equation can obtain a blood flow value corrected from the relationship between the measured flow value of blood and the hematocrit value.

Flow_C = Flow_M * (1+ (Ht_B-Ht_M) * A)) ... Conversion formula

In the above equation, corrected flow rate value: Flow_C, measured flow rate value: Flow_M, measured hematocrit value: Ht_M, reference hematocrit value: Ht_B, slope: A (rate of change).
The control unit 100 shown in FIG. 1 stores a conversion formula for each blood temperature.

図1に示す本発明の第1実施形態の体外循環装置1では、コントローラ10の制御部100が、血液の複数の温度にそれぞれ対応する上述した複数の換算式を予め記憶している制御部100は、例えばすでに説明したように、液温が実際に手術を行う場合の想定される最低の温度を15℃とし、想定される最高の温度を40℃として、その間を任意の温度間隔で設定された複数の換算式を記憶している。   In the extracorporeal circulation device 1 according to the first embodiment of the present invention shown in FIG. 1, the control unit 100 of the controller 10 stores in advance a plurality of conversion formulas corresponding to a plurality of blood temperatures. For example, as described above, the minimum temperature assumed when the liquid temperature is actually operated is 15 ° C., the maximum temperature assumed is 40 ° C., and the interval is set at an arbitrary temperature interval. A plurality of conversion formulas are stored.

図1に示す体外循環装置1の循環回路1Rを用いて、例えば患者の心臓外科手術を行う場合には、ドライブモータ4がコントローラ10の指令SGにより遠心ポンプ3を動作すると、遠心ポンプ3は、脱血チューブ11から脱血して人工肺2に通して血液中のガス交換を行って血液の酸素化を行った後に、送血チューブ12(送血ラインともいう)を介して患者Pに血液を戻す。
この際に、脱血チューブ11内を流れる血液BDのヘマトクリット値Htは、例えば体外循環前、体外循環5分後、体外循環離脱時では、大きく変化し、例えば、手術中に用いられる生理食塩水により小さくなることがある。
For example, when performing cardiac surgery on a patient using the circulation circuit 1R of the extracorporeal circulation apparatus 1 shown in FIG. 1, when the drive motor 4 operates the centrifugal pump 3 according to the command SG of the controller 10, the centrifugal pump 3 After blood is removed from the blood removal tube 11 and passed through the artificial lung 2 to exchange blood gas and oxygenate the blood, the blood is passed to the patient P via the blood supply tube 12 (also referred to as blood supply line). To return.
At this time, the hematocrit value Ht of the blood BD flowing in the blood removal tube 11 changes greatly, for example, before extracorporeal circulation, after 5 min. May become smaller.

そこで、図1に示す体外循環用血液ガス分析装置76のモニタ測定セル70は、ヘマトクリット値を常時測定して更新しており、体外循環用血液ガス分析装置76のモニタ装置75は測定値として、更新後の新しいヘマトクリット値を、制御部100にフィードバックする。そして、制御部100は、ヘマトクリット値の測定結果と、その時の血液BDの温度から、制御部100は、温度毎に上記複数の換算式から、脱血チューブ11内を流れる血液BDの温度に該当する温度の換算式を選んで計算する。これにより、制御部100は、流量測定装置20により測定された脱血チューブ11内を流れる血液BDの測定流量値(吐出流量値)を、常時補正して、補正された血液の流量値を得ることができる。   Therefore, the monitor measurement cell 70 of the blood gas analyzer 76 for extracorporeal circulation shown in FIG. 1 constantly measures and updates the hematocrit value, and the monitor device 75 of the blood gas analyzer 76 for extracorporeal circulation uses the measured value as a measured value. The updated new hematocrit value is fed back to the control unit 100. Then, the control unit 100 corresponds to the temperature of the blood BD flowing in the blood removal tube 11 from the plurality of conversion formulas for each temperature from the measurement result of the hematocrit value and the temperature of the blood BD at that time. Select the temperature conversion formula to calculate. Thereby, the control unit 100 always corrects the measured flow value (discharge flow value) of the blood BD flowing through the blood removal tube 11 measured by the flow measuring device 20, and obtains the corrected blood flow value. be able to.

しかしながら、このような校正を仮に行ったとしても、この校正におけるパラメータがずれる場合には、後述する超音波の伝搬経路がずれると超音波送信装置からの超音波が、受信すべき超音波受信装置の位置からずれてしまうと、流量が測れないまたは正しい流量が得られない。
したがって、本実施例は、上述のような校正を行い、これに加え以下に説明する手法を実施する。
However, even if such calibration is performed, if the parameters in the calibration are deviated, an ultrasonic receiving device that should receive ultrasonic waves from the ultrasonic transmitting device when an ultrasonic propagation path described later shifts. If it deviates from the position, the flow rate cannot be measured or the correct flow rate cannot be obtained.
Therefore, in this embodiment, the above-described calibration is performed, and in addition to this, the method described below is performed.

図1の循環回路1Rを挟んで位置ずれした個所で対向するように設けた超音波送信装置および該超音波送信装置(後述)から送信した超音波を受信する超音波受信装置と、超音波送信装置の超音波の送信角度を変更する角度変更装置と、超音波送信装置と超音波受信装置とが接続された制御部100とを有し、超音波送信装置からの超音波の送信角度を調整することにより、前記血液の測定流量値を精度よく計測する構成を採用する。   An ultrasonic transmission device provided so as to face each other at a position shifted with respect to the circulation circuit 1R in FIG. 1, an ultrasonic reception device that receives ultrasonic waves transmitted from the ultrasonic transmission device (described later), and ultrasonic transmission An angle changing device that changes the ultrasonic transmission angle of the device, and a control unit 100 to which the ultrasonic transmission device and the ultrasonic reception device are connected, and adjusts the ultrasonic transmission angle from the ultrasonic transmission device By doing so, the structure which measures the measured flow value of the said blood accurately is employ | adopted.

(第1の実施形態)
次にこのような手法を実現するための第1の実施形態に用いる流量センサの構造を説明し、流量測定の制御方法を説明する。
図2は、流量センサ30の概略構成を示す断面図である。
流量センサ30は、流量測定装置20内に設けられており、各構成要素はコントローラ100の制御部10に接続されている。
(First embodiment)
Next, the structure of the flow sensor used in the first embodiment for realizing such a method will be described, and a control method for flow measurement will be described.
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of the flow sensor 30.
The flow sensor 30 is provided in the flow measurement device 20, and each component is connected to the control unit 10 of the controller 100.

循環回路1Rは、既に説明したように、例えば塩化ビニル樹脂やシリコーンゴム等の透明性の高い、可撓性を有する合成樹脂製の管路が選択される。この場合、チューブは都度選択されるので、その超音波伝達特性や、特にチューブ厚みM1は異なる。
循環回路1Rの外側には、超音波受送信装置としての超音波素子32,33,34,35が配置されている。超音波素子32,34がチューブを挟んで対向しており、循環回路1Rを挟んでずれた位置に別の対となって対向している超音波素子33,35が配置されている。これらは皆同じ構造である。
As already described, for the circulation circuit 1R, a highly transparent and flexible synthetic resin conduit such as vinyl chloride resin or silicone rubber is selected. In this case, since the tube is selected each time, its ultrasonic transmission characteristics and particularly the tube thickness M1 are different.
Outside the circulation circuit 1R, ultrasonic elements 32, 33, 34, and 35 as ultrasonic transmission / reception devices are arranged. The ultrasonic elements 32 and 34 are opposed to each other with the tube interposed therebetween, and the ultrasonic elements 33 and 35 that are opposed to each other as another pair are disposed at positions shifted with respect to the circulation circuit 1R. These are all the same structure.

そこで、超音波素子32を代表させて説明する。
超音波素子32は、好ましくは、圧電振動子でなり、実際には、図示するような大きな面状のヘッド部ではなく、より小さな点状のものが実用的であるが、理解の便宜のため台形に記載してある。超音波の受送信を行うヘッド部先端には、好ましくは、弾性体等による音響レンズ32aが配置されており、送信する超音波をその伝播路に沿って集束できるようにし、より伝播路に指向性を付与できるようになっている。
超音波素子32を構成する圧電振動子はコントローラ10を介して、制御部10により、駆動電圧を与えられることにより一定周波数、例えば1.8MHz(メガヘルツ)で励振され、これに応じた超音波を送信することができる。なお、周波数は循環回路1Rの構造や材質等に適する種類の圧電材料による素子を選択することで適宜変更してかまわない。
Therefore, the ultrasonic element 32 will be described as a representative.
The ultrasonic element 32 is preferably a piezoelectric vibrator. Actually, a small dot-shaped element is practical, not a large planar head part as shown in the figure, but for convenience of understanding. It is described in the trapezoid. An acoustic lens 32a made of an elastic body or the like is preferably disposed at the front end of the head portion that receives and transmits ultrasonic waves, so that the ultrasonic waves to be transmitted can be focused along the propagation path and directed to the propagation path. It has become possible to give sex.
The piezoelectric vibrator constituting the ultrasonic element 32 is excited at a constant frequency, for example, 1.8 MHz (megahertz) by being supplied with a drive voltage by the control unit 10 via the controller 10, and an ultrasonic wave corresponding to this is excited. Can be sent. The frequency may be changed as appropriate by selecting an element made of a piezoelectric material of a type suitable for the structure and material of the circulation circuit 1R.

超音波素子32は、超音波を送信できるだけでなく、受信した超音波により励振され、電気信号に変換されることにより受信信号を生じる。
また、この実施例では超音波素子の一部または全部が角度変更機構36を備えている。
図2の場合、全ての超音波素子に角度変更機構36が付されているが、この実施例の作用を発揮するためには、少なくとも超音波素子の斜め方向の対となるもの、すなわち超音波素子32と35には矢印P方向に回動されるための角度変更機構36が設けられており、送信する超音波の方向を角度変更できるようになっている。この角度変更機構36は、P方向への回動を可能とするように正逆に回転可能なモータを有する。また、モータの回転を制御するモータ制御部(不図示)は、流量測定装置20内に構成され、コントローラ100の制御部10と電気的に接続されていてもよく、無線により通信可能としてもかまわない。なお、コントローラ100の制御部10が直接モータを制御してもよい。すなわち、制御部10はモータ制御部の機能を有し、この場合、モータ制御部は流量測定装置20内に構成されていないこととなる。
In addition to transmitting ultrasonic waves, the ultrasonic element 32 is excited by the received ultrasonic waves and converted into an electric signal to generate a reception signal.
In this embodiment, some or all of the ultrasonic elements are provided with the angle changing mechanism 36.
In the case of FIG. 2, the angle changing mechanism 36 is attached to all the ultrasonic elements. However, in order to exert the operation of this embodiment, at least a pair of the ultrasonic elements in an oblique direction, that is, an ultrasonic wave The elements 32 and 35 are provided with an angle changing mechanism 36 for rotating in the direction of the arrow P, so that the direction of the ultrasonic wave to be transmitted can be changed. The angle changing mechanism 36 has a motor that can rotate forward and backward so as to be able to rotate in the P direction. In addition, a motor control unit (not shown) that controls the rotation of the motor is configured in the flow rate measuring device 20 and may be electrically connected to the control unit 10 of the controller 100, or may be communicable wirelessly. Absent. The controller 10 of the controller 100 may directly control the motor. That is, the control unit 10 has a function of a motor control unit. In this case, the motor control unit is not configured in the flow rate measuring device 20.

さらに、対角方向の付いてなる超音波素子32と35は同期して回動するようにして、超音波の送信角度と受信角度を一致させるようにすると好ましい。   Further, it is preferable that the ultrasonic elements 32 and 35 having diagonal directions are rotated in synchronism so that the transmission angle and the reception angle of the ultrasonic wave coincide with each other.

流量センサ30は以上のように構成されており、次に図2の流量センサ30を用いた流量測定方法の一例を説明する。
この場合対となる超音波素子の一方から他方の超音波素子に超音波を送信し、受信させようとしても、チューブ自体と該チューブを流れる血液とは別の物であり、物性が異なるので、これらの境界で超音波の経路が屈折する。
このことを考慮して、超音波を送信する超音波素子の送信角度を適切に定めないと、他方の超音波素子に正しく受信するような伝播経路を決めることはできない。
そこで、以下のようにしてその送信角度を定める。
The flow sensor 30 is configured as described above. Next, an example of a flow measurement method using the flow sensor 30 of FIG. 2 will be described.
In this case, even if an ultrasonic wave is transmitted from one of the paired ultrasonic elements to the other ultrasonic element and received, the tube itself and the blood flowing through the tube are different, and the physical properties are different. The ultrasonic path is refracted at these boundaries.
Considering this, unless a transmission angle of an ultrasonic element that transmits ultrasonic waves is appropriately determined, a propagation path that is correctly received by the other ultrasonic element cannot be determined.
Therefore, the transmission angle is determined as follows.

図3と合わせて、図4ないし図6フローチャートを参照する。
図4は循環回路R1を流れる血液に応じた超音波の伝搬速度を求める方法に関するものであり、図5は循環回路1Rを構成するチューブの超音波伝播速度を求める方法に関するものである。これらは別々に行われるものであり、それぞれの工程の実行に前後の決まりはない。しかし、図4と図5の各工程の結果をもって、図6の超音波送信角度の決定が行われる。
Together with FIG. 3, reference is made to the flowcharts of FIGS.
FIG. 4 relates to a method for obtaining the ultrasonic wave propagation velocity corresponding to the blood flowing through the circulation circuit R1, and FIG. 5 relates to a method for obtaining the ultrasonic wave propagation velocity of the tubes constituting the circulation circuit 1R. These are performed separately, and there is no rule before and after the execution of each process. However, the ultrasonic transmission angle shown in FIG. 6 is determined based on the results of the steps shown in FIGS.

図4において、先ず図1の温度センサ17から血液の温度測定値を得る(ST1)。次にモニタ測定セル70により、ヘマトクリット値Htを取得する(ST2)。なお、この際に既述の換算式等により(※)血液の超音波伝播速度V2を得ておく。これは図3の循環回路R1の直径Mのうち各M2の部分の伝播速度である。   In FIG. 4, first, a blood temperature measurement value is obtained from the temperature sensor 17 of FIG. 1 (ST1). Next, the hematocrit value Ht is acquired by the monitor measurement cell 70 (ST2). At this time, the ultrasonic propagation velocity V2 of blood (*) is obtained by the conversion formula described above. This is the propagation speed of each M2 portion of the diameter M of the circulation circuit R1 in FIG.

なお、変換式ではなく、温度、ヘマトクリット値Htの条件等から予め用意したテーブルデータ等を利用して血液の超音波伝播速度をV2を得てもよい。   Instead of the conversion formula, the ultrasonic wave propagation velocity V2 may be obtained using table data prepared in advance based on conditions such as temperature and hematocrit value Ht.

次に図5を参照する。
流量センサ30による超音波(反射波)の伝搬時間を測定する(ST11)。
これは次の手順による。
図2において、チューブを伝播する超音波の伝播速度を正確に知るには、チューブ厚M1を知る必要がある。チューブは都度取り替えて使用される場合を考慮したものである。
まず、超音波素子32から垂直に下方に向けて超音波を送信しP1の経路で超音波素子34に受信させる。受信した超音波は反射波として超音波素子34により垂直に上方に反射され、P2の経路で超音波素子32に受信される。この間の時間は図1のタイマー17により計測される。
Reference is now made to FIG.
The propagation time of the ultrasonic wave (reflected wave) by the flow sensor 30 is measured (ST11).
This is according to the following procedure.
In FIG. 2, it is necessary to know the tube thickness M1 in order to accurately know the propagation speed of the ultrasonic wave propagating through the tube. The tube is taken into consideration when it is used after being replaced.
First, an ultrasonic wave is transmitted vertically downward from the ultrasonic element 32 and is received by the ultrasonic element 34 through a path P1. The received ultrasonic wave is reflected vertically upward by the ultrasonic element 34 as a reflected wave, and is received by the ultrasonic element 32 through the path P2. The time during this period is measured by the timer 17 in FIG.

図2および図5において、このタイマー17により計測された時間をSとして、チューブの厚みの距離M1を超音波が通るのに要する時間をS1とする。超音波が血液を通過する(チューブ内径を通過する)のに要する時間S2は、M2を超音波が伝播する速度がVとして既知であることから直ぐに求められる。
すなわち、この血液を通過するのに要する時間S2=S−S1である。
また、チューブ内径M2=V×S2である。
これらの関係から、チューブの厚みM1を求めると、
M1=(M−M2)/2
である。
次に、S1=(S−S2)/2であり、M1/S1により、チューブの超音波伝播速度V2が算出される(ST12)。
2 and 5, the time measured by the timer 17 is S, and the time required for the ultrasonic wave to pass through the tube thickness distance M1 is S1. The time S2 required for the ultrasonic wave to pass through the blood (pass through the inner diameter of the tube) is obtained immediately since the speed at which the ultrasonic wave propagates through M2 is known as V.
That is, the time S2 = S−S1 required to pass this blood.
The tube inner diameter M2 = V × S2.
From these relationships, when the tube thickness M1 is obtained,
M1 = (M−M2) / 2
It is.
Next, S1 = (S−S2) / 2, and the ultrasonic wave propagation velocity V2 of the tube is calculated by M1 / S1 (ST12).

次に、図3および図6を参照する。
超音波素子32をP1方向に回転させる(同時に超音波素子35を同期して同じだけP2方向に回転させる)上で回転角が仮想の垂線Zからθ1だけ回転させる場合の角度を求める。
スネルの法則は、sinθ1/sinθ2=V2/V
であることから、この斜め傾斜線L1と仮想の垂線Zでそれぞれチューブ内とチューブ厚みないで作る直角三角形から、θ1、θ2が求められる。(ST21)。
そこで、図3において超音波素子32をP1方向に仮想の垂線Zに対してθ1回転させることにより、超音波の伝播経路L1は、超音波素子32と35の中点を通り、超音波素子35から位置ずれを生じることなく受信される(ST22)。
なお、理解の便宜のため、図3では、回動後の超音波素子32,35のヘッド部はチューブから離れているが、既に説明したように、付勢手段32bにより、回動位置に係らず超音波素子のヘッド部はチューブに密着されている。
Reference is now made to FIGS.
When the ultrasonic element 32 is rotated in the P1 direction (simultaneously rotating the ultrasonic element 35 in the P2 direction by the same amount), the rotation angle is obtained by rotating the virtual perpendicular Z by θ1.
Snell's law is sinθ1 / sinθ2 = V2 / V
Therefore, θ1 and θ2 are obtained from right-angled triangles formed by the oblique inclined line L1 and the virtual perpendicular line Z without the inside of the tube and the tube thickness. (ST21).
Therefore, in FIG. 3, by rotating the ultrasonic element 32 by θ1 with respect to the virtual perpendicular Z in the P1 direction, the ultrasonic wave propagation path L1 passes through the midpoint between the ultrasonic elements 32 and 35, and the ultrasonic element 35 Are received without any positional deviation (ST22).
For convenience of understanding, in FIG. 3, the head portions of the rotated ultrasonic elements 32 and 35 are separated from the tube, but as described above, the biasing means 32b causes the head portions to be related to the rotation position. The head portion of the ultrasonic element is in close contact with the tube.

以上により、本実施形態によれば、ポンプを作動して血液循環を行う場合に、時々刻々と変化する患者の血液の特性の変化に対応して、しかもその時使用されたチューブ等に適合させて血液の流量値を正確に測定することができる。
なお、以上の手法をとる場合、超音波素子33は省略することができる。
また、以上の結果を超音波素子33と34,35を用いて行い、両者の結果を平均することで、微細な補正をしてもよい。
As described above, according to the present embodiment, when blood circulation is performed by operating the pump, it is possible to adapt to the change in blood characteristics of the patient that changes from moment to moment, and to the tube used at that time. The blood flow rate can be accurately measured.
In addition, when taking the above method, the ultrasonic element 33 can be omitted.
Further, the above results may be performed using the ultrasonic elements 33, 34, and 35, and the results of both may be averaged for fine correction.

なお、以上の説明は、チューブ内の血液の流速は均一であることを前提として、チューブ内の径方向の位置における流速変化を考慮しない場合の手法である。そこで、より正確を期するには、例えば、血液を通す際には、粘性血液の時のハーゲンポアズイユ流を考慮し、管路の中心付近で流れが速く、管壁に近づく程流速が遅くなることに鑑みて、チューブ内の位置による流速分布を予め算出して、その算出結果に基づいて、超音波送信角度を補正すると、より正確な計測が可能となる。   Note that the above explanation is a method in the case where the flow velocity change at the radial position in the tube is not considered on the assumption that the blood flow velocity in the tube is uniform. Therefore, for more accuracy, for example, when passing blood, considering the Hagen-Poiseuille flow at the time of viscous blood, the flow is fast near the center of the pipeline, and the flow velocity becomes slower as it approaches the tube wall In view of this, when the flow velocity distribution according to the position in the tube is calculated in advance and the ultrasonic transmission angle is corrected based on the calculation result, more accurate measurement is possible.

(第2の実施形態)
図7は、超音波素子の第2の実施形態を示している。この第2の実施形態において、第1の実施形態と共通する構成については同じ符号を付して重複する説明を省略し、以下相違点を中心に説明する。
図8は超音波受信感度を計測したグラフであり、図9は第2の実施形態の計測方法を示すフローチャートである。
(Second Embodiment)
FIG. 7 shows a second embodiment of the ultrasonic element. In the second embodiment, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted. Hereinafter, differences will be mainly described.
FIG. 8 is a graph in which the ultrasonic reception sensitivity is measured, and FIG. 9 is a flowchart showing a measurement method according to the second embodiment.

図7において、この流量センサ41では、対角方向にチューブを挟む一対の超音波素子32と35だけあれば超音波の送信角度を決めることができる。
まず超音波素子32から超音波を送信する。その状態で超音波素子32を矢印P1方向に回動機構36で回動させる(ST21)。この時、超音波素子35も同期してP2方向に回動される。
この動作中に、制御部100は、超音波素子35の超音波受信状態をモニタする。
In FIG. 7, in this flow sensor 41, if there is only a pair of ultrasonic elements 32 and 35 that sandwich the tube in a diagonal direction, the transmission angle of the ultrasonic wave can be determined.
First, an ultrasonic wave is transmitted from the ultrasonic element 32. In this state, the ultrasonic element 32 is rotated in the direction of arrow P1 by the rotation mechanism 36 (ST21). At this time, the ultrasonic element 35 is also rotated in the P2 direction in synchronization.
During this operation, the control unit 100 monitors the ultrasonic reception state of the ultrasonic element 35.

図9において、超音波素子35の受信感度はグラフに示すように、超音波受信感度はK1に示すように次第に高くなり、KPの箇所にて、最も高くなって、その後K2に示すように下がっていく。
従って制御部は図9のグラフを参照しながら、例えば、その値を微分し頂点KPにいたり微分値がマイナスに転じた瞬間に超音波素子32の回動を停止し、角度θ1を得る。図8の場合は、θ1が45度の場合を例示しているが、角度は45に限られるものではない。
超音波素子32は、角度θで超音波を送信した時に、超音波の伝播経路はL2となり、同期して対向した超音波素子35に位置ずれすることなく、正確に受信されることになる。
むしろ、図9のKPの箇所を発見することが重要であり、この箇所で超音波の送信角度θ1を決定するのである。
本実施形態は以上のように構成されており、第1の実施形態と同じ作用効果を発揮することができ、当該作用効果をより簡便な手法により、得ることができる。
In FIG. 9, as shown in the graph, the reception sensitivity of the ultrasonic element 35 gradually increases as indicated by K1, becomes highest at the point of KP, and then decreases as indicated by K2. To go.
Accordingly, with reference to the graph of FIG. 9, for example, the control unit differentiates the value, stops the rotation of the ultrasonic element 32 at the moment when it reaches the vertex KP or the differential value turns negative, and obtains the angle θ1. In the case of FIG. 8, the case where θ1 is 45 degrees is exemplified, but the angle is not limited to 45.
When the ultrasonic element 32 transmits an ultrasonic wave at an angle θ, the ultrasonic wave propagation path is L2, and the ultrasonic element 32 is accurately received without being displaced in synchronization with the ultrasonic element 35 opposed thereto.
Rather, it is important to find the location of KP in FIG. 9, and the ultrasonic transmission angle θ1 is determined at this location.
The present embodiment is configured as described above, can exhibit the same functions and effects as those of the first embodiment, and can obtain the functions and effects by a simpler technique.

(変形例)
図10および図11は主に第2の実施形態の変形例であり、超音波素子32を別の構成を示したものである。
この場合、超音波素子自体を回動することなく、特定角度で超音波を「送信できる構成例である。
図11に示すように、超音波素子は小型の圧電発振器等で構成した素子を32−1,32−2,32−3・・・・・のようにチューブの長さ方向に沿って複数もしくは多数配置する。これら超音波素子は送信する超音波を集束することなく、拡散状態で送信するようにする点が重要である。
(Modification)
FIG. 10 and FIG. 11 are mainly modifications of the second embodiment, and show another configuration of the ultrasonic element 32.
In this case, this is a configuration example in which an ultrasonic wave can be “transmitted” at a specific angle without rotating the ultrasonic element itself.
As shown in FIG. 11, the ultrasonic element includes a plurality of elements constituted by small piezoelectric oscillators or the like along the length direction of the tube, such as 32-1, 32-2, 32-3. Arrange many. It is important that these ultrasonic elements transmit the ultrasonic waves to be transmitted in a diffused state without focusing.

そして、各超音波素子32−1,32−2,32−3・・・・・には、図10に示すように、その駆動電圧を位相をずらして、各素子に、順番に印加するようになっている。
これにより、超音波は拡散ビームとして図11の左から順番に送信され、超音波の前縁の破面が到達する位置は左が早く、右へ行くほど遅れ、その瞬間で見ると、右に行くほど各超音波素子からの超音波の前縁の破面は遅く、小さくなる。
これにより、全体として、超音波の強度高い箇所が、仮想の垂線Zに対して角度θ5に沿って進むことになる。
As shown in FIG. 10, the drive voltages are applied to the respective ultrasonic elements 32-1, 32-2, 32-3,. It has become.
Thus, the ultrasonic waves are transmitted as a diffused beam in order from the left in FIG. 11, and the position where the front surface of the ultrasonic wave arrives is faster in the left and delayed as it goes to the right. As it goes, the fracture surface of the leading edge of the ultrasonic wave from each ultrasonic element becomes slower and smaller.
Thereby, as a whole, the location where the intensity of the ultrasonic wave is high advances along the angle θ5 with respect to the virtual perpendicular Z.

この仕組みを利用して、図10に示した各超音波素子32−1,32−2,32−3・・・・・に印加する駆動電圧のピークの間隔を変更し、間隔を短くしたり、早くすることで、角度θを振ることができ、図8を見ながら、駆動電圧の印加のタイミングを変えることで、ピークKPの超音波を送信することができる。   Using this mechanism, the intervals of the driving voltage peaks applied to the ultrasonic elements 32-1, 32-2, 32-3,... Shown in FIG. By making it faster, the angle θ can be swung, and an ultrasonic wave having a peak KP can be transmitted by changing the timing of applying the drive voltage while viewing FIG.

本発明は、上記実施形態に限定されず、特許請求の範囲を逸脱しない範囲で種々の変更を行うことができる。
上記実施形態の各構成は、その一部を省略したり、上記とは異なるように任意に組み合わせることができる。
The present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the claims.
A part of each configuration of the above embodiment can be omitted, or can be arbitrarily combined so as to be different from the above.

1・・・体外循環装置、1R・・・循環回路、2・・・人工肺、3・・・遠心ポンプ、4・・・ドライブモータ、5・・・静脈側カテーテル(脱血側カテーテル)、6・・・動脈側カテーテル(送血側カテーテル)、10・・・制御部としてのコントローラ、20・・・流量測定装置、30,31・・・流量センサ、32,33,34,35・・・超音波素子   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Extracorporeal circulation apparatus, 1R ... Circulation circuit, 2 ... Artificial lung, 3 ... Centrifugal pump, 4 ... Drive motor, 5 ... Vein side catheter (blood removal side catheter), 6 ... Arterial side catheter (blood feeding side catheter), 10 ... Controller as control unit, 20 ... Flow rate measuring device, 30, 31 ... Flow rate sensor, 32, 33, 34, 35 ...・ Ultrasonic element

Claims (7)

循環回路に配置されたポンプを用いて、患者の血液を前記患者の体外で循環させる体外循環装置であって、
弾性チューブにより形成された前記循環回路に配置されて、前記循環回路を通る前記血液の測定流量値を超音波信号を利用して得る流量センサと、
周囲温度を取得するための温度センサと、
前記循環回路に配置されて、前記循環回路を通る前記血液のヘマトクリット値を測定する測定部と、
前記超音波の送受信に関する時間を計測するタイマーと、
を備えており、
前記流量センサ内部に、前記循環回路を挟んで位置ずれした個所で対向するように設けた超音波送信装置および該超音波送信装置から送信した超音波を受信する超音波受信装置と、
前記超音波送信装置の前記超音波の送信角度を変更する角度変更装置と、
前記超音波送信装置と前記超音波受信装置とが接続された制御部と
を有し、
前記制御部は、前記温度センサにより測定された前記血液の温度測定値と、前記測定部により測定された前記ヘマトクリット値と、に基づいて前記血液の超音波伝搬速度を算出し、前記タイマーにより計測され前記超音波送信装置が前記超音波を送信してから前記超音波受信装置が前記超音波を受信するまでの時間と、前記血液の超音波伝搬速度と、に基づいて前記弾性チューブの超音波伝搬速度を算出し、前記血液の超音波伝搬速度と、前記弾性チューブの超音波伝搬速度と、に基づいて前記弾性チューブと前記血液との境界における屈折角度を算出し、前記屈折角度に基づいて前記超音波送信装置からの前記超音波の送信角度を前記角度変更装置により調整前記血液の測定流量値を精度よく計測する構成とした
ことを特徴とする体外循環装置。
An extracorporeal circulation device for circulating a patient's blood outside the patient's body using a pump arranged in a circulation circuit,
A flow rate sensor disposed in the circulation circuit formed by an elastic tube to obtain a measured flow value of the blood passing through the circulation circuit using an ultrasonic signal ;
A temperature sensor for obtaining the ambient temperature;
A measuring unit disposed in the circulation circuit for measuring a hematocrit value of the blood passing through the circulation circuit;
A timer for measuring time relating to transmission and reception of the ultrasonic wave;
With
An ultrasonic transmitter provided inside the flow rate sensor so as to face each other at a position displaced with respect to the circulation circuit, and an ultrasonic receiver that receives ultrasonic waves transmitted from the ultrasonic transmitter;
An angle changing device for changing a transmission angle of the ultrasonic wave of the ultrasonic transmission device;
A control unit to which the ultrasonic transmission device and the ultrasonic reception device are connected;
The control unit calculates an ultrasonic wave propagation velocity of the blood based on the blood temperature measurement value measured by the temperature sensor and the hematocrit value measured by the measurement unit, and is measured by the timer And the ultrasonic wave of the elastic tube based on the time from when the ultrasonic wave transmission device transmits the ultrasonic wave to when the ultrasonic wave reception device receives the ultrasonic wave and the ultrasonic wave propagation velocity of the blood. Calculate a propagation speed, calculate a refraction angle at the boundary between the elastic tube and the blood based on the ultrasonic propagation speed of the blood and the ultrasonic propagation speed of the elastic tube, and based on the refraction angle extracorporeal循characterized in that a configuration in which the measurement accurately measured flow rate value of the adjusted the blood by the angle changing device transmission angle of the ultrasonic wave from the ultrasonic transmitting device Ring device.
前記超音波の送信角度に応じて前記超音波受信装置における超音波受信強度を測定する装置を有していて、該超音波受信強度が前記制御部に与えられて、該制御部によりもっとも受信強度が強い個所で、前記超音波の送信角度を決定する構成としたことを特徴とする請求項1に記載の体外循環装置。 Wherein in response to the transmission angle of the ultrasonic waves have a device for measuring the ultrasonic wave reception intensity at the ultra sound Nami受 communication apparatus, and ultrasonic reception intensity is given to the control unit, the most by the control unit The extracorporeal circulation device according to claim 1, wherein the transmission angle of the ultrasonic wave is determined at a location where reception intensity is strong. 前記超音波送信装置および前記超音波受信装置が、互いに前記循環回路を挟んで径方向と斜め方向とに位置するように配置されて、前記循環回路の径方向と、前記循環回路を斜めに横切る方向とに、超音波を送受信する構成とされており
記超音波送信装置から前記超音波受信装置に至る超音波の進行経路が前記循環回路を斜めに横切る際に、該超音波の進行経路が、前記循環回路のチューブ材料を通過し、さらに前記循環回路の中身を通過し、再び前記循環回路のチューブ材料を通過するように異種媒体を通る際の屈折率変化による前記屈折角度を適切に調整するように、前記超音波送信装置の送信角度を決めることを特徴とする請求項1に記載の体外循環装置。
The ultrasonic transmitting device and the ultrasonic receiving device, arranged to be positioned in the radial direction and the oblique direction across the circulation circuit together, the radial direction of the circulation circuit, across the circulation circuit obliquely It is configured to transmit and receive ultrasound in the direction ,
When ultrasound traveling path of the previous SL ultrasonic transmitting device reaches to the ultrasonic receiver across the circulation circuit obliquely traveling path of ultrasonic is passed through the tubing of the circulation circuit, further wherein passing the contents of the circulation circuit, to properly adjust the angle of refraction due to the refractive index change when passing through a different medium to pass through the tubing of the circulation circuit again, the transmission angle of the ultrasonic transmitting device The extracorporeal circulation device according to claim 1, wherein the extracorporeal circulation device is determined.
前記超音波の進行経路が対となる前記超音波送信装置と前記超音波受信装置との距離的中間位置を通るように前記超音波送信装置の送信角度を決定することを特徴とする請求項3に記載の体外循環装置。 Claims, characterized in that determining the transmission angle of the ultrasonic transmission device to pass in distance intermediate position of the ultrasonic path of travel is the paired said ultrasonic Namioku communication apparatus and the ultrasonic receiving device Item 4. The extracorporeal circulation apparatus according to Item 3. 弾性チューブにより形成された循環回路に配置されたポンプを用いて、患者の血液を前記患者の体外で循環させる体外循環装置の前記循環回路に配置されて、前記循環回路を通る前記血液の測定流量値を超音波信号を利用して得る流量センサと、
該流量センサが前記循環回路を挟んで位置ずれした個所で対向するように設けた超音波送信装置および該超音波送信装置から送信した超音波を受信する超音波受信装置と、
を備えており、
前記循環回路を流れる血液である血液の温度とヘマトクリット値とに基づいて、前記血液中の超音波の音速を求める第1音速特定工程と、
前記超音波送信装置が前記超音波を送信してから前記超音波受信装置が前記超音波を受信するまでの時間と前記血液中の超音波の音速とに基づいて前記弾性チューブ中の超音波の音波を求める第2音速特定工程と、
前記血液中の超音波の音速と前記弾性チューブ中の超音波の音波とに基づいて、スネルの法則により、前記弾性チューブと前記血液との境界における前記超音波の進行する媒体の屈折率を求める屈折率特定工程と、
を有し、
前記屈折率特定工程により求めた前記屈折率に基づいて前記超音波を送信すべき角度を求めて、当該角度にて、前記超音波送信装置による超音波送信角度を決定することを特徴とする流量測定方法。
Using the pump arranged in the circulation circuit formed by the elastic tube, the measured flow rate of the blood passing through the circulation circuit arranged in the circulation circuit of the extracorporeal circulation device for circulating the patient's blood outside the patient's body A flow sensor that obtains a value using an ultrasonic signal ;
An ultrasonic transmission device provided so that the flow rate sensor is opposed to the position where the flow sensor is displaced across the circulation circuit, and an ultrasonic reception device that receives ultrasonic waves transmitted from the ultrasonic transmission device;
With
A first sound velocity specifying step for obtaining a sound velocity of an ultrasonic wave in the blood based on a temperature and a hematocrit value of blood that is blood flowing through the circulation circuit;
Based on the time from when the ultrasonic transmission device transmits the ultrasonic wave until the ultrasonic reception device receives the ultrasonic wave and the speed of sound of the ultrasonic wave in the blood, the ultrasonic wave in the elastic tube A second sound speed specifying step for obtaining a sound wave;
Based on the sound velocity of the ultrasonic wave in the blood and the sound wave of the ultrasonic wave in the elastic tube, the refractive index of the medium in which the ultrasonic wave travels at the boundary between the elastic tube and the blood is obtained by Snell's law. Refractive index identification step;
Have
A flow rate characterized by obtaining an angle at which the ultrasonic wave is to be transmitted based on the refractive index obtained by the refractive index specifying step, and determining an ultrasonic transmission angle by the ultrasonic transmission device at the angle. Measuring method.
前記超音波送信装置および前記超音波受信装置を、該流量センサが前記循環回路を挟んで径方向と斜め方向とに位置するように配置さ、前記循環回路の径方向と、前記循環回路を斜めに横切る方向とに、前記超音波を送受信させることを特徴とする請求項5に記載の流量測定方法。 Said ultrasonic transmitting device and the ultrasonic receiving device, arranged to as the flow rate sensor is positioned in the radial direction and the diagonal direction across said circulation circuit, and a radial direction of the circulation circuit, said circulation circuit in a direction transverse to the diagonal, the flow rate measuring method according to claim 5, characterized in that causing sending and receiving the ultrasonic waves. 血液が流され弾性チューブにより形成された循環回路に配置されており、
前記循環回路を挟んで位置ずれした個所で対向するように設けた超音波送信装置および該超音波送信装置から送信した超音波を受信する超音波受信装置と、
前記超音波送信装置の前記超音波の送信角度を変更する角度変更装置と、
少なくとも前記超音波送信装置と前記超音波受信装置とが接続された制御部と
を備え
前記制御部は、前記血液の温度と、前記血液のヘマトクリット値と、に基づいて前記血液の超音波伝搬速度を算出し、前記超音波送信装置が前記超音波を送信してから前記超音波受信装置が前記超音波を受信するまでの時間と、前記血液の超音波伝搬速度と、に基づいて前記弾性チューブの超音波伝搬速度を算出し、前記血液の超音波伝搬速度と、前記弾性チューブの超音波伝搬速度と、に基づいて前記弾性チューブと前記血液との境界における屈折角度を算出し、前記屈折角度に基づいて前記超音波送信装置からの前記超音波の送信角度を前記角度変更装置により調整し前記血液の測定流量値を精度よく計測することを特徴とする流量センサ。
It is placed in a circulation circuit formed by an elastic tube through which blood flows.
An ultrasonic transmitter provided so as to be opposed to each other at a position shifted with respect to the circulation circuit, and an ultrasonic receiver that receives an ultrasonic wave transmitted from the ultrasonic transmitter;
An angle changing device for changing a transmission angle of the ultrasonic wave of the ultrasonic transmission device;
A control unit to which at least the ultrasonic transmission device and the ultrasonic reception device are connected , and
The control unit calculates an ultrasonic propagation velocity of the blood based on the temperature of the blood and the hematocrit value of the blood, and the ultrasonic reception device transmits the ultrasonic wave after the ultrasonic transmission device transmits the ultrasonic wave. The ultrasonic propagation speed of the elastic tube is calculated based on the time until the apparatus receives the ultrasonic wave and the ultrasonic propagation speed of the blood, and the ultrasonic propagation speed of the blood and the elastic tube The refraction angle at the boundary between the elastic tube and the blood is calculated based on the ultrasonic propagation velocity, and the transmission angle of the ultrasonic wave from the ultrasonic transmission device is calculated by the angle changing device based on the refraction angle. adjusting the flow rate sensor, it characterized that you measure accurately measured flow rate value of the blood.
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