JP6733698B2 - センサの制御回路 - Google Patents

Description

本発明は、管腔に挿入可能な長尺部材に設けられて当該管腔内の流体の流速を計測するセンサの制御回路、および計測装置に関する。

冠動脈における狭窄病変の治療方針を決定するための指標の一つとして、冠血流予備能（ＣＦＲ）がある。ＣＦＲとは、心筋酸素消費量の増大に応じて冠血流量を増大させ得る能力を表す指標であり、最大充血時の冠血流量と安静時の冠血流量との比で求められる。このＣＦＲの低下が冠循環から見た心筋虚血の発生機序と考えられている。また、冠動脈径が変化しない場合には、冠動脈血流量と冠動脈血流速とは直線相関することから、ＣＦＲは、最大冠動脈血流速と安静時冠動脈血流速との比として求められる。

ＣＦＲは、健常例では、３．０〜４．０程度であるが、径狭窄率（％ＤＳ）が７５％以上の有意狭窄では２．０未満となる。また、ＣＦＲが冠動脈に有意狭窄がなくても、冠最小動脈障害でも低下することが報告されており、単なる冠動脈の径狭窄率評価ではなく、冠微小循環を含めた冠循環の総合的な指標として用いられている。

特許文献１には、温度感知部材を有する圧力センサが先端部に設けられたガイドワイヤが開示されている。圧力センサは、開口部を有するステンレス外套管内に設けられており、圧力センサにおける温度感知部材が開口部を介してステンレス外套管から露出している。温度感知部材は、開口部を介して接触する血流の質量流量の変化に伴う温度変化に対応した信号を出力する。特許文献１には、温度感知部材の出力信号のみに基づいて、ＣＦＲの演算が可能であることが記載されている。

特表２００１−５０４２４９号公報

前述されたセンサを有するガイドワイヤにおいては、小径な冠動脈にも挿入できるように、小型化ないし細経化の要請がある。

本発明の目的は、管腔内の流体の流速を計測する小型のセンサの安全な制御回路を提供することにある。

(1) 本発明の制御回路は、管腔に挿入可能な長尺部材に設けられて当該管腔内の流体の物理量を計測するセンサの制御回路である。当該制御回路は、上記センサに駆動電流を供給する駆動回路と、漏れ電流を検出し、検出した漏れ電流に応じた出力を行う漏電検知回路と、を備える。

センサは、長尺部材とともに管腔に挿入される。センサは、管腔の任意の位置において、管腔を流れる流体の流速を計測する。その計測の際、漏電検知回路は、漏れ電流を検出する。漏れ電流が検出されることにより、例えば、センサの駆動が停止されたり、電源がオフされたり、漏れ電流がモニタリングされたり、警告報知がされたりする。

(2) 好ましくは、上記漏電検知回路は、閾値を超える漏れ電流を検出したことに応じて検知信号を出力するものであり、上記検知信号により、上記センサへの駆動電流の供給を停止させる停止回路が本発明の制御回路にさらに設けられていてもよい。

閾値を超える漏れ電流が生じると、駆動回路からセンサへの電流供給が自動的に停止され、流体への電流の漏れが停止する。

(3) 好ましくは、本発明の制御回路は、上記漏電検知回路から上記停止回路への上記検知信号の入力をオンオフする機能スイッチをさらに備えていてもよい。

センサの駆動を停止させることが適当でないときは、機能スイッチをオフにすることにより、センサの駆動を維持または再開することができる。

(4) 好ましくは、上記漏電検知回路は、所定電流と上記センサからの帰還電流との差に応じた値を漏れ電流として検出する第１検知回路と、上記流体とアースとの間の電流を漏れ電流として検出する第２検知回路とのうち、少なくともいずれか一方を有していてもよい。上記所定電流は、上記センサの駆動電流に応じた電流または定電流である。

第１検知回路は、所定電流と帰還電流との差に応じた値を漏れ電流として検出する。すなわち、第１検知回路は、センサから漏れる電流を検出する。第２検知回路は、流体とアースとの間の電流を漏れ電流として検出する。すなわち、第２検知回路は、センサのみならず、長尺部材全体から流体への漏れ電流を検出する。

(5) 好ましくは、上記駆動回路は、上記流速計に定電流を供給する定電流回路を有しており、上記第１検知回路は、上記流速計からの帰還電流を電圧に変換する第１シャント抵抗と、上記第１シャント抵抗の出力電圧に応じた電圧が、上記定電流回路から上記流速計に供給される駆動電流に応じた電圧より大きいことに応じて第１検知信号を出力する第１コンパレータと、を備えたものであり、上記第２検知回路は、上記流体に接触可能に配置された検知電極とアースとの間に接続された第２シャント抵抗と、上記第２シャント抵抗の出力電圧に応じた電圧が、上記定電流回路から上記センサに供給される駆動電流に応じた電圧より大きいことに応じて第２検知信号を出力する第２コンパレータと、を備えたものであってもよい。

(6) 好ましくは、本発明の制御回路に、上記センサに設けられた検知体からの入力を受ける温度補償用回路がさらに設けられていてもよい。

検知体は、例えば、熱電対や、センサでの温度変化による出力変化に応じた出力を行う部材である。温度補償用回路により、計測した流速の補正を行うことができる。また、このような検知体から漏れ電流が生じたとしても、漏電検知回路により、速やかに漏電を検出することができる。

(7) 本発明は、上記制御回路と、上記センサと、を備えた計測装置として捉えることもできる。

(8) 好ましくは、上記センサは、熱線流速計であってもよい。

本発明によれば、管腔を流れる流体の流速を計測する小型かつ細経の計測装置が、漏れ電流に対する安全機能を備えた状態で実現される。

図１は、計測装置１００を示す全体構成図である。 図２は、ガイドワイヤ１３０の断面図である。 図３は、センサ１３３の斜視図である。 図４は、計測装置１００の機能ブロック図である。 図５は、駆動回路１５２の回路図である。 図６は、第１出力回路１５３の回路図である。 図７は、第２出力回路１５４の回路図である。 図８は、漏電検知回路１５６の回路図である。 図９は、停止回路１５７の回路図である。

以下、本発明の好ましい実施形態を説明する。なお、本実施形態は、本発明の一実施態様にすぎず、本発明の要旨を変更しない範囲で実施態様を変更できることは言うまでもない。

計測装置１００が図１に示される。計測装置１００は、ヒトの血管内を流れる血液の流速を計測する機器である。計測装置１００には、ＡＣ−ＤＣアダプタ１１１と、ケーブル１１３を介して、パーソナルコンピュータ１１２と、が接続されている。なお、血液の流速は、血液の物理量の一例である。

ＡＣ−ＤＣアダプタ１１１は、商用の交流電圧（例えばＡＣ１００Ｖ）を直流電圧（例えば、ＤＣ１５Ｖ）に変換して出力する変換器である。なお、ＡＣ−ＤＣアダプタ１１１は、計測装置１００内に組み込まれて計測装置１００の一部とされていてもよい。

パーソナルコンピュータ１１２には、解析ソフトがインストールされる。解析ソフトは、計測装置１００からパーソナルコンピュータ１１２に入力された信号を解析し、モニタに表示する。

計測装置１００は、ＡＣ−ＤＣアダプタ１１１及びパーソナルコンピュータ１１２が接続される本体１２０と、この本体１２０に接続されるガイドワイヤ１３０とを備える。ガイドワイヤ１３０は、長尺部材に相当する。

本体１２０は、ＡＣ−ＤＣアダプタ１１１からの電源入力をオンオフする電源スイッチ１２１と、ガイドワイヤ１３０が接続されるセンサコネクタ１２２と、機能スイッチ１２３とを正面側に備える。また、本体１２０は、ケーブル１１３との接続用の外部出力コネクタ１１５（図４）と、ＡＣ−ＤＣアダプタ１１１が接続される電源コネクタ１１４（図４）とを背面側に備える。また、本体１２０は、制御回路１５０（図４）を筐体内に備える。制御回路１５０については後述される。

ガイドワイヤ１３０は、本体１２０のセンサコネクタ１２２と接続される接続コネクタ１３１と、接続コネクタ１３１から延びるシャフト１３２と、シャフト１３２の先端に配置されたセンサ１３３とを備える。ガイドワイヤ１３０は、例えば、計測（施術）ごとに、本体１２０に取り付けられる。なお、上述の「先端」とは、接続コネクタ１３１が設けられた端（基端）とは反対側の端を意味する。

シャフト１３２は、ヒトの血管に挿入可能な太さであって、かつ手足などの挿入部位から胸部などの計測部位まで先端が到達できる程度の長さを有する。シャフト１３２は、例えばステンレス綱を螺旋状に巻回して形成されており、血管の湾曲に応じて撓み得る。

図２に示されるように、シャフト１３２は、円筒形状であり、中空である。中空のシャフト１３２内には、線状のコアワイヤ１３５（図３）と、複数本の導線１３６と、熱電対１３７とが配置されている。熱電対１３７は、検知体に相当する。

導線１３６及び熱電対１３７の一端（基端）は、接続コネクタ１３１（図１）の端子と接続されている。導線１３６及び熱電対１３７は、接続コネクタ１３１及びセンサコネクタ１２２を介して制御回路１５０（図４）と電気的に接続されている。導線１３６及び熱電対１３７の他端（先端）は、ガイドワイヤ１３０の先端まで延びており、センサ１３３と接続されている。

センサ１３３は、ホルダ１４１と、ホルダ１４１に保持されたボビン１４２と、ボビン１４２に巻回されたヒータ１４３と、漏電検知用の検知電極１４４（図３）とを備える。

ホルダ１４１は、シャフト１３２とほぼ同径の円筒形状である。ホルダ１４１は、その軸線をシャフト１３２の軸線に一致させてシャフト１３２の先端に配置されている。ホルダ１４１は、接着剤などによってシャフト１３２に固着されている。

ホルダ１４１は、周壁に開口１４５を有する。開口１４５は、ホルダ１４１の軸方向（図２における左右方向）に沿って設けられている。この開口１４５を介してヒータ１４３が血流によって冷却され、流速が計測される。詳しくは後述される。

ヒータ１４３が巻回されるボビン１４２は、ホルダ１４１内に配置されている。ボビン１４２は、円筒形状であり、その軸線をホルダ１４１の軸線と一致させてホルダ１４１内に配置されている。

図３に示されるように、ヒータ１４３は、ボビン１４２の外周面に螺旋状に巻回されている。ヒータ１４３は、例えば、ニッケル線や白金線などの抵抗線である。ヒータ１４３の一端（図３における右端）は、一の導線１３６の先端と接続されている。ヒータ１４３の他端（図３における左端）は、他の一の導線１３６の先端と接続されている。この他の一の導線１３６は、ボビン１４２内を通りボビン１４２の左端まで引き出され、ヒータ１４３の他端と接続されている。ヒータ１４３は、２本の導線１３６によって直流電流を供給され、発熱する。

検知電極１４４は、センサ１３３から血液への漏れ電流を検出するための電極である。検知電極１４４は、開口１４５に臨む位置において、ボビン１４２の外周面上に配置されている。検知電極１４４には、ボビン１４２に固着された金属片や、ボビン１４２に蒸着等された金属箔を用いることができる。検知電極１４４は、ヒータ１４３に接続された導線１３６とは別の導線１３６の先端と接続されている。仮に、血液中に漏れ電流が生じた場合、この検知電極１４４により、当該漏れ電流が検出される。詳しくは後述される。

この検知電極１４４とともに、ボビン１４２の外周面には、熱電対１３７の先端が取り付けられている。熱電対１３７の先端は、開口１４５に臨む位置に配置されている。したがって、熱電対１３７は、血液の温度に応じた電圧を出力可能である。この出力電圧は、流速の補正に用いられる。

図２に示されるように、ヒータ１４３及び熱電対１３７と血液との絶縁のため、また、ヒータ１４３及びボビン１４２の固定のため、ホルダ１４１内には、封止部材１４６が充填されている。封止部材１４６は、絶縁性の材料からなる。封止部材１４６の材料には、例えば、シリコン、エポキシ、ポリアミド、ポリイミド、高密度ポリエチレンなどが用いられる。なお、漏れ電流を検出できるように、検知電極１４４が封止部材１４６によって覆われない構成が採用される。例えば、検知電極１４４を露出させる開口や切欠きが封止部材１４６に設けられる。

センサ１３３による流速の計測について説明がされる。２本の導線１３６を介して本体１２０からヒータ１４３に一定の直流電流（定電流）が供給される。そうすると、ヒータ１４３が発熱する。発熱により、ヒータ１４３の温度が上昇する。この温度上昇により、ヒータ１４３の抵抗値が変化する。つまり、直流電流の供給により、ヒータ１４３の抵抗値が変化する。この抵抗値の変化は、供給される直流電流の電流値に依存する。

また、上述のように、ヒータ１４３は血流により冷却される。冷却されると、その冷却度合に応じてヒータ１４３の抵抗値が変化する。この冷却度合は、血流の流速に依存する。つまり、ヒータ１４３の抵抗値は、血液の流速にも依存する。

このように、ヒータ１４３の抵抗値の変化は、供給される直流電流の電流値と、血液の流速とに依存する。供給される直流電流の電流値は既知（設定値）である。したがって、ヒータ１４３の電圧から上述の設定値の分を減ずれば、血流の流速に応じた電圧を得ることができる。この電圧から流速を算出することができる。このように、センサ１３３は、血液の流速を計測する熱線流速計である。

ヒータ１４３への定電流の供給や、ヒータ１４３の電圧の検出や、熱電対１３７による血液の温度の検出や、漏れ電流の検出は、図４に示される制御回路１５０によって行われる。

制御回路１５０は、本体１２０内に配置された不図示のパターン回路基板と、この回路基板に実装された集積回路（ＩＣ）や抵抗やダイオードやコンデンサやトランジスタなどの種々の電子部品と、により実現される。なお、単一の回路基板が用いられてもよいし、リード線により相互に接続された複数の回路基板が用いられてもよい。

制御回路１５０は、電源回路１５１と、駆動回路１５２と、ヒータ電圧を出力する第１出力回路１５３と、流速を出力する第２出力回路１５４と、温度補償用回路１５５と、漏電検知回路１５６と、停止回路１５７とを備える。

電源回路１５１は、一定の電圧値の直流電圧を、他の一定の電圧値の直流電圧に変換するＤＣ−ＤＣコンバータである。電源回路１５１は、入力端と、一乃至複数の出力端とを有する。この入力端は、上述の電源スイッチ１２１を介して電源コネクタ１１４と電気的に接続されている。この電源コネクタ１１４には、上述のＡＣ−ＤＣアダプタ１１１が電気的に接続される。すなわち、電源回路１５１には、ＡＣ−ＤＣアダプタ１１１から一定の直流電圧が入力される。なお、上述の「電気的に接続」とは、回路基板のパターンやリード線などによって導通させることを意味する。

電源回路１５１は、例えば、入力された１５Ｖの直流電圧を、５Ｖや１０Ｖや１２Ｖ等に変換する。電源回路１５１は、例えば、スイッチングレギュレータやシリーズレギュレータなどのいわゆる電源ＩＣを一乃至複数個用いて構成することができる。また、回路保護等のため、トランスを用いた絶縁タイプが用いられてもよい。また、ツェナーダイオードなどを用いた簡易な定電圧回路が追加で用いられてもよい。

電源回路１５１の出力端の一つは、駆動回路１５２と接続される。駆動回路１５２は、ヒータ１４３を駆動させるドライブ回路である。具体的には、駆動回路１５２は、図５に示されるように、オペアンプのネガティブ・フィードバックを用いた定電流回路により構成されており、一定の直流電流（定電流）を出力する。

駆動回路１５２は、２個の分圧抵抗Ｒ２、Ｒ３と、オペアンプＯＰ１と、トランジスタＴＲ１と、電流値を決定する決定抵抗Ｒ１と、保護コンデンサＣ１とを有する。保護コンデンサＣ１の一端は、電源回路１５１の出力端の一つである定電圧Ｖ１と接続されている。保護コンデンサＣ１の他端は接地されている。保護コンデンサＣ１は、電源スイッチ１２１をオンした時の突入電流の緩和等を行う。

２個の分圧抵抗Ｒ２、Ｒ３は、直列接続され、分圧抵抗Ｒ２側の一端において定電圧Ｖ１（及び保護コンデンサＣ１）と接続され、分圧抵抗Ｒ３側の他端において接地されている。２個の分圧抵抗Ｒ２、Ｒ３は、定電圧Ｖ１を分圧し、２個の分圧抵抗Ｒ２、Ｒ３の接続点から分圧電圧を出力する。

２個の分圧抵抗Ｒ２、Ｒ３の接続点は、オペアンプＯＰ１の正端子（＋）と接続されている。つまり、分圧された電圧が、オペアンプＯＰ１の正端子（＋）に入力される。オペアンプＯＰ１の出力端子は、トランジスタＴＲ１のゲートに接続されている。一方、オペアンプＯＰ１の負端子（−）は、トランジスタＴＲ１のエミッタに接続されるとともに、決定抵抗Ｒ１を介して接地されている。トランジスタＴＲ１のコレクタは、ヒータ１４３を介して、電源回路１５１の出力端の一つである定電圧Ｖ２と接続されている。よって、ヒータ１４３には、定電流Ｉｃ＝Ｖ２／Ｒ１が供給される。なお、定電圧Ｖ１とＶ２とは、相違していてもよいし、同じであってもよい。また、電流値の調整用として、決定抵抗Ｒ１と直列に可変抵抗が接続されていてもよい。また、定電圧Ｖ１を分圧せずに、電源回路１５１からの定電圧をオペアンプＯＰ１の正端子（＋）に直接入力してもよい。

図６に示される第１出力回路１５３は、トランジスタＴＲ１のコレクタ端（図５のａ端）の電圧（ヒータ電圧）を検出する回路である。第１出力回路１５３には、オペアンプＯＰ２を用いたボルテージフォロワが用いられている。具体的には、オペアンプＯＰ２の正端子（＋）は、保護抵抗Ｒ４を介してａ端と接続されており、負端子（−）は出力端子と接続されている。よって、オペアンプＯＰ２は、ａ端の電圧と等しい電圧を出力する。

オペアンプＯＰ２の出力端子は、本体１２０の背面側に設けられた外部出力コネクタ１１５（図４）の端子の一つと電気的に接続されている。すなわち、第１出力回路１５３は、ヒータ電圧を外部へ出力する。なお、第１出力回路１５３にボルテージフォロワが用いられているのは、外部出力のためのインピーダンス変換を行うためである。また、ノイズ除去等のため、オペアンプＯＰ２の出力端子は、コンデンサＣ２を介して接地されている。

図７に示される第２出力回路１５４は、ヒータ電圧の変化を検出する回路である。第２出力回路１５４には、オペアンプＯＰ３を用いた差動増幅回路が用いられている。具体的に説明すると、第２出力回路１５４は、オペアンプＯＰ３と、３個の保護抵抗Ｒ５，Ｒ６，Ｒ７と決定抵抗Ｒ８とを備える。

オペアンプＯＰ３の正端子（＋）は、保護抵抗Ｒ５を介してａ端と接続される。オペアンプＯＰ３の負端子（−）は、保護抵抗Ｒ６を介して、電源回路１５１の出力端の一つである定電圧Ｖ３と接続され、且つ保護抵抗Ｒ７を介して接地される。決定抵抗Ｒ８は、オペアンプＯＰ３の正端子（＋）と負端子（−）との間に接続される。オペアンプＯＰ３は、ヒータ電圧と定電圧Ｖ３との差を、決定抵抗Ｒ８に応じた増幅度で増幅して出力する。定電圧Ｖ３は、例えば、ヒータ１４３が血流によって冷却されないときのヒータ電圧に等しい電圧に設定される。すなわち、ヒータ１４３が血流によって冷却されないとき、第２出力回路１５４は、０Ｖを出力する。ただし、定電圧Ｖ３は、他の電圧値に設定されてもよい。例えば、定電圧Ｖ３は、定電圧Ｖ１や定電圧Ｖ２と同電圧にされても良い。また、電源回路１５１からの出力電圧を分圧抵抗で分圧した電圧を定電圧Ｖ３としても良い。

上述のようにして構成された第２出力回路１５４は、ヒータ電圧における基準値（Ｖ３）からの変化分を増幅して出力する。この変化分は、流速に相当する。すなわち、第２出力回路１５４は、血液の流速に応じた電圧を出力する。詳しく説明すると、上述のように、ヒータ電圧は、供給された直流電流の電流値と、血液の流速に応じた値になる。上述の基準値（Ｖ３）は、供給された直流電流の電流値に相当する。したがって、上述の変化分は、血液の流速に相当し、第２出力回路１５４は、血液の流速に応じた電圧を出力することになる。

第２出力回路１５４のオペアンプＯＰ３の出力端子は、外部出力コネクタ１１５の一つと電気的に接続されている。すなわち、第２出力回路１５４は、血液の流速に相当する電圧を外部（パーソナルコンピュータ１１２）へ出力する。

温度補償用回路１５５は、熱電対１３７の出力電圧を増幅して外部へ出力するアンプ回路である。温度補償用回路１５５は、０℃〜５０℃を０Ｖ〜５０Ｖの電圧に変換・増幅して出力する。温度補償用回路１５５については、一般的な構成を採用し得るので、詳しい説明は割愛するが、例えば、オペアンプを用いた増幅回路を温度補償用回路１５５として用いることができる。また、０℃を０Ｖに対応させ、５０℃を５０Ｖに正確に対応させるため、補正用の可変抵抗が温度補償用回路１５５に設けられてもよい。なお、熱電対１３７自体の温度補償が必要な場合には、熱電対補償回路がこの温度補償用回路１５５に設けられ、または、パーソナルコンピュータ１１２において、所定の計算式から熱電対１３７自体の温度補償が行われてもよい。熱電対１３７によって検出された（血液の）温度は、流速の補正に用いられる。

次に、漏れ電流を検出する漏電検知回路１５６が説明される。漏電検知回路１５６は、図８に示されるように、第１検知回路１６１と、第２検知回路１６２とを備える。第１検知回路１６１は、ヒータ１４３から血液中への漏れ電流を検出する回路である。一方、第２検知回路１６２は、ガイドワイヤ１３０全体から血液中への漏れ電流を検出する回路である。

第１検知回路１６１は、第１シャント抵抗Ｒｓ１と、第１シャント抵抗Ｒｓ１の両端間電圧を増幅するオペアンプＯＰ４と、オペアンプＯＰ４の出力と定電圧Ｖ２とを比較する第１コンパレータＣＯＭ１とを備える。第１シャント抵抗Ｒｓ１の一端（ａ端）は、ヒータ１４３とトランジスタＴＲ１との接続点（図４のａ端）と接続されており、他端は接地（アース）されている。よって、第１シャント抵抗Ｒｓ１には、ヒータ１４３からの帰還電流に応じた大きさの電圧が生じる。この電圧がオペアンプＯＰ４により増幅され、第１コンパレータＣＯＭ１において、ヒータ１４３への入力電流（Ｖ２／Ｒ１）に応じた電圧であるＶ２と比較される。すなわち、第１コンパレータＣＯＭ１では、入力電流と帰還電流とが比較される。なお、第１コンパレータＣＯＭ１の負端子（−）が定電圧Ｖ２以外の定電圧と接続され、当該定電圧が比較対象とされてもよい。

第１コンパレータＣＯＭ１は、ヒータ１４３からの漏れ電流が閾値を超えるまでは０Ｖを出力し、ヒータ１４３からの漏れ電流が閾値を超えると、一定電圧を出力する。閾値は、第１シャント抵抗Ｒｓ１の抵抗値と、オペアンプＯＰ４の増幅度と、定電圧Ｖ２とによって決まる。このように、第１検知回路１６１は、ヒータ１４３から血液中への漏れ電流が一定値を超えると漏れ電流と判断し、一定電圧（第１検知信号）を出力する。この第１検知信号は、図８のｃ端から出力され、後述の停止回路１５７（図９）に入力される。

また、この第１検知信号は、第１検知回路１６１の出力端（ＯＵＴ）の電圧を変化させる。具体的に説明すると、第１コンパレータＣＯＭ１の出力端子は、スイッチング素子としてのトランジスタＴＲ２のベースに接続されている。このトランジスタＴＲ２のエミッタは接地されている。トランジスタＴＲ２のコレクタは定電圧Ｖ４と接続されている。また、トランジスタＴＲ２のコレクタが外部出力コネクタ１１５の一つと電気的に接続されている。第１コンパレータＣＯＭ１が第１検知信号を出力するか否かにより、トランジスタＴＲ２がオンまたはオフし、結果、外部出力コネクタ１１５への出力電圧が定電圧Ｖ４または０Ｖになる。なお、定電圧Ｖ４は、Ｖ１やＶ２やＶ３と同電圧であってもよいし、相違していてもよい。また、トランジスタＴＲ２のコレクタ・エミッタ間には、逆流防止用ダイオードＤ１が接続されている。

第２検知回路５４は、第２シャント抵抗Ｒｓ２と、第２シャント抵抗Ｒｓ２の両端間電圧を増幅して出力するオペアンプＯＰ５と、オペアンプＯＰ５の出力と定電圧Ｖ２とを比較する第２コンパレータＣＯＭ２とを備える。

第２シャント抵抗Ｒｓ２の一端は上述の検知電極１４４に接続され、他端は接地（アース）されている。よって、第２シャント抵抗Ｒｓ２には、ガイドワイヤ１３０全体から血液中への漏れ電流に応じた電圧が生じる。この電圧がオペアンプＯＰ５により増幅され、第２コンパレータＣＯＭ２において、定電圧Ｖ２と比較される。なお、第２コンパレータＣＯＭ２の負端子（−）が定電圧Ｖ２以外の定電圧と接続され、当該定電圧が比較対象とされてもよい。

第２コンパレータＣＯＭ２は、漏れ電流が閾値を超えるまでは０Ｖを出力し、漏れ電流が閾値を超えると一定電圧を出力する。閾値は、第２シャント抵抗Ｒｓ２の抵抗値と、オペアンプＯＰ６の増幅度と、定電圧Ｖ２とによって決まる。このように、第２検知回路１６２は、ガイドワイヤ１３０全体から血液中への漏れ電流が一定値を超えると漏れ電流と判断し、一定電圧（第２検知信号）を出力する。この第２検知信号は、図８のｄ端から出力され、後述の停止回路１５７（図９）に入力される。

また、第２検知信号は、第２検知回路１６２の出力端（ＯＵＴ）の電圧を変化させる。具体的に説明すると、第２コンパレータＣＯＭ２の出力端子は、スイッチング素子としてのトランジスタＴＲ３のベースに接続されている。このトランジスタＴＲ３のエミッタは接地されている。トランジスタＴＲ３のコレクタは定電圧Ｖ４と接続されている。また、トランジスタＴＲ３のコレクタが外部出力コネクタ１１５の一つと電気的に接続されている。第２コンパレータＣＯＭ２が上述の第２検知信号を出力するか否かにより、トランジスタＴＲ３がオンまたはオフし、結果、外部出力コネクタ１１５への出力電圧が定電圧Ｖ４または０Ｖになる。なお、定電圧Ｖ４は、Ｖ１やＶ２やＶ３と同電圧であってもよいし、相違していてもよい。また、トランジスタＴＲ３のコレクタ・エミッタ間には、逆流防止用ダイオードＤ２が接続されている。

漏電検知回路１５６が出力した上述の検知信号（第１検知信号及び第２検知信号）は、機能スイッチ１２３を介して図９に示される停止回路１５７に入力される。停止回路１５７は、検知信号が入力されると、駆動回路１５２の駆動を停止させる。詳しく説明すると、停止回路１５７は、スイッチング素子であるトランジスタＴＲ４と、信号維持コンデンサＣ３と、放電用抵抗Ｒ９とを備える。トランジスタＴＲ４のゲートは、機能スイッチ１２３を介して、第１検知回路１６１のｃ端及び第２検知回路１６２のｄ端と接続されている。トランジスタＴＲ４は、第１検知回路１６１または第２検知回路１６２が出力した検知信号によってオンされる。すなわち、トランジスタＴＲ４は、機能スイッチ１２３がオンされているときに第１検知回路１６１と第２検知回路１６２とのいずれか一方が漏れ電流を検知すると、オンされる。

トランジスタＴＲ４のコレクタ（ｂ端）は、駆動回路１５２のｂ端（図５）と接続されている。一方、トランジスタＴＲ４のエミッタは接地されている。よって、漏電検知回路１５６が漏れ電流を検知してトランジスタＴＲ４がオンすると、駆動回路１５２のオペアンプＯＰ１の正端子（＋）が接地される。すなわち、ヒータ１４３への電流供給が停止される。

信号維持コンデンサＣ３の一端は、トランジスタＴＲ４のゲートと接続され、他端は接地されている。よって、信号維持コンデンサＣ３は、漏電検知回路１５６が漏電を検知すると、検知信号によって充電される。一方、放電用抵抗Ｒ９は、信号維持コンデンサＣ３と並列接続されている。信号維持コンデンサＣ３に蓄えられた電荷は、放電用抵抗Ｒ９を介して放電される。

信号維持コンデンサＣ３は、漏電検知回路１５６からの検知信号によって充電されると、漏電検知回路１５６が検知信号を出力しなくなった後も、トランジスタＴＲ３のオン動作を一定時間の間、維持する。すなわち、検知信号が停止した後も、ヒータ１４３への電流供給の停止が、一定時間の間、維持される。当該一定時間は、信号維持コンデンサＣ３の容量及び放電用抵抗Ｒ９の抵抗値によって決まる。なお、停止回路１５７には、回路保護用のダイオードＤ３、Ｄ４が接続されている。

次に計測装置１００の使用について、図１及び図４を用いて説明がされる。まず、ガイドワイヤ１３０がヒトの血管内に挿入される。ガイドワイヤ１３０の先端が計測部位（例えば、冠動脈）に到達すると、本体１２０の電源スイッチ１２１及び機能スイッチ１２３がオンされ、センサ１３３が駆動される。すなわち、駆動回路１５２からヒータ１４３へ定電流が供給される。その際、第１出力回路１５３は、ヒータ電圧を出力し、第２出力回路１５４は、血液の流速に応じた電圧を出力し、温度補償用回路１５５は、熱電対１３７の出力を増幅及び変換して出力する。また、漏電検知回路１５６は、漏電の有無を監視する。具体的には、第１検知回路１６１が、ヒータ１４３から血液への漏れ電流を監視し、第２検知回路１６２が、ガイドワイヤ１３０から血液への漏れ電流を監視する。なお、ガイドワイヤ１３０がヒトの血管内に挿入される前に、電源スイッチ１２１及び機能スイッチ１２３がオンされていてもよい。

第１出力回路１５３が検出したヒータ電圧と、第２出力回路１５４が出力した電圧（流速電圧）と、漏電検知回路１５６が漏電を検知したときに出力する信号電圧とは、外部出力コネクタ１１５から出力され、ケーブル１１３を介してパーソナルコンピュータ１１２に入力される。パーソナルコンピュータ１１２では、インストールされた解析ソフトにより、流速電圧から流速が算出される。この「算出」には、計算式（解析ソフトに予め記憶）による算出や、流速電圧と流速との対応関係を表す流速決定テーブル（解析ソフトに予め記憶）を用いて流速を決定することが含まれる。

算出された流速は、温度補償用回路１５５から入力された入力電圧によって補正される。例えば、予め入力された計算式によって補正値が算出され、または、上記入力電圧と補正値との対応関係を表す換算テーブルを用いて補正値が決定される。この決定された補正値により、流速が補正される。

補正された流速、及び上述のヒータ電圧は、モニタに表示される。また、漏電検知回路１５６が漏電を検知すると、ヒータ１４３への定電流の供給が停止され、また、パーソナルコンピュータ１１２に、漏電が検知されたことを伝達する信号電圧が入力され、漏電が検知された旨がモニタに表示されたり、警告音が発せられたりする。なお、パーソナルコンピュータ１１２において、算出された流速から血液の圧力が算出され、算出された圧力がモニタに表示されてもよい。

[実施形態の作用効果]
本実施形態に係る計測装置１００は、漏電検知回路１５６により、一定の漏れ電流が生じたことを検知することができる。また、漏れ電流を検知したことを外部へ出力し、モニタに表示させたり、警告音を発せさせたりすることができる。

また、機能スイッチ１２３が設けられているので、センサ１３３の駆動を停止することが適当でないときや、センサ１３３の駆動を再開したいときは、停止回路３７によるセンサ１３３の駆動停止機能をオフにすることができる。

また、熱電対１３７及び温度補償用回路１５５が設けられているので、算出した流速の温度に関する補正を行うことができる。

また、漏電検知回路１５６に、第１検知回路１６１と第２検知回路１６２との両方の検知回路が設けられているので、ヒータ１４３からの漏電と、ガイドワイヤ１３０全体からの漏電との双方を別個に検知することができる。

また、停止回路１５７が設けられているので、漏電が検知されると、ヒータ１４３への電流供給が即座に停止される。また、信号維持コンデンサＣ３が設けられているので、ヒータ１４３への電流供給が頻繁にオンオフされること（チャタリング）が防止される。

[実施形態の変形例]
上記実施形態では、漏電検知回路１５６が第１検知回路１６１と第２検知回路１６２とを備える例が説明された。しかしながら、漏電検知回路１５６が、第１検知回路１６１のみ、または、第２検知回路１６２のみを備えていてもよい。

上記実施形態では、第１検知回路１６１からの信号電圧と、第２検知回路１６２からの信号電圧とが個別にパーソナルコンピュータ１１２に入力される構成が説明された。しかしながら、第１検知回路１６１からの信号電圧のみ、または第２検知回路１６２からの信号電圧のみがパーソナルコンピュータ１１２に入力されてもよい。また、第１検知回路１６１の出力端と第２検知回路１６２の出力端とが接続されて、第１検知回路１６１と第２検知回路１６２とのうち少なくとも一方が漏電を検知すれば、パーソナルコンピュータ１１２に、漏電を検知したことを伝達する信号電圧が入力される構成が採用されてもよい。

上記実施形態では、パーソナルコンピュータ１１２で流速の補正及び算出が行われる構成が説明された。しかしながら、流速の算出及び補正は、制御回路１５０において行われてもよい。例えば、熱電対１３７の出力をアンプ回路を用いて適当な電圧に変換し、当該変換した電圧とヒータ電圧とを差分増幅回路に入力することによって、流速の補正及び算出が行われてもよい。このようにして補正・算出された流速に相当する電圧が、外部出力コネクタ１１５を介してパーソナルコンピュータ１１２へ出力される。

上記実施形態では、熱電対１３７がガイドワイヤ１３０に設けられた例が説明された。しかしながら、熱電対１３７の代わりに、参照用ヒータが設けられてもよい。参照用ヒータには、ヒータ１４３と同一構成のものが使用される。参照用ヒータは、ヒータ１４３と同様に、ガイドワイヤ１３０の先端に設けられる。しかしながら、参照用ヒータは、血液に晒されないように設けられる。よって、参照用ヒータの電圧は、血液の流速に依存しないが、血液の温度に依存する値となる。この参照用ヒータの電圧は、温度補償用回路１５５から外部に出力される。パーソナルコンピュータ１１２は、参照用ヒータの電圧により補正値を決定し、流速を補正する。参照用ヒータは、熱電対１３７と同じく、温度補償に用いられる検知体に相当する。なお、流速の算出及び補正をパーソナルコンピュータ１１２で行わずに、制御回路１５０で行うこともできる。例えば、ヒータ１４３の電圧と、参照用ヒータの電圧との差分を増幅して出力する差動増幅回路が制御回路に設けられる。

また、上記実施形態では、熱電対１３７により流速が補正される構成が説明された。しかしながら、熱電対１３７が設けられない構成を採用することもできる。例えば、血液の温度が所定値であるとして、この所定値に応じた補正値で流速が補正されてもよい。または、施術前に患者の体温を計測し、計測された体温に応じた補正値で流速が補正されてもよい。

上記実施形態では、駆動回路１５２として、オペアンプのネガティブ・フィードバックを用いた定電流回路を用いた例が説明された。しかしながら、他の定電流回路が用いられてもよい。

上記実施形態では、漏れ電流が検知されると、信号維持コンデンサＣ３により、一定時間の間、センサ１３３の駆動が停止される例が説明された。しかしながら、他の構成、例えば、一度漏れ電流が検出されると、手動復帰されない限りセンサ１３３の駆動が停止され続ける構成が採用されてもよい。例えば、トランジスタＴＲ４の代わりに、手動復帰可能な電磁リレーなどが停止回路１５７に設けられてもよい。

上記実施形態では、漏れ電流が検知されると、駆動回路１５２からヒータ１４３への定電流の供給が停止される構成が説明された。しかしながら、漏れ電流が検知されると、電源スイッチ１２１自体がオフされてもよい。

上記実施形態では、パーソナルコンピュータ１１２を利用して流速の算出や表示を行う構成が説明された。しかしながら、パーソナルコンピュータ１１２を用いない構成とすることもできる。例えば、解析ソフトに代わるマイクロコンピュータが制御回路１５０に設けられ、モニタに代わる液晶表示器が本体１２０に設けられ、さらに、表示ドライバＩＣなどが制御回路１５０に設けられる。この構成を採用した場合、本体１２０にパーソナルコンピュータ１１２を接続する必要がなく、本体１２０において、ヒータ電圧や、流速や、漏電検知の有無などが液晶表示器に表示される。

なお、本発明の制御回路１５０は、上述の実施形態において説明されたセンサ１３３以外の流速計や、血圧センサなどにも用いることができることはいうまでもない。

[その他の変形例]
血液の圧力や流速の測定は、常時実行されてもよいし、間欠的に実行されてもよい。具体的には、駆動回路１５２は、定電流を常時出力してもよいし、定電流を間欠的に出力してもよい。例えば、駆動回路１５２の出力端にスイッチング素子を設け、一定周波数の駆動信号をスイッチング素子に入力し、スイッチング素子をオンオフさせる。その結果、駆動回路１５２は、間欠的に定電流を出力する。その他、既存の技術を用いて、間欠的な定電流の出力を行うことができる。

血液の圧力や流速の測定が間欠的に行われることにより、計測の精度が向上する。具体的に説明すると、漏れ電流が生じた場合、基準電圧の電圧レベルがシフトすることがある。基準電圧とは、グランドや生成した定電圧である。電圧レベルがシフトすると、検出の精度が低下する。定電流が間欠的に出力されることにより、基準電圧の電圧レベルのシフトが抑制される。その結果、計測の精度が向上する。

なお、間欠的に定電流を出力させる場合、定電流を出力させる期間と、定電流を出力させない期間との比であるデューティー比を可変とすることが望ましい。デューティー比を変更する技術には、既存の技術を用いることができる。また、デューティー比の変更は、ポテンショメータ（デジタル可変抵抗器）などによって、外部から行えることが望ましい。例えば、漏れ電流量が多い場合、デューティー比が小さくされ、漏れ電流量が少ない場合、デューティー比が大きくされる。

１００・・・計測装置
１２３・・・機能スイッチ
１３２・・・シャフト（長尺部材）
１３３・・・センサ
１３７・・・熱電対（検知体）
１５０・・・制御回路
１５２・・・駆動回路（定電流回路）
１５５・・・温度補償用回路
１５６・・・漏電検知回路
１５７・・・停止回路
１６１・・・第１検知回路
１６２・・・第２検知回路
Ｒｓ１・・・第１シャント抵抗
Ｒｓ２・・・第２シャント抵抗
ＣＯＭ１・・・第１コンパレータ
ＣＯＭ２・・・第２コンパレータ
Ｃ３・・・信号維持コンデンサ
Ｒ９・・・放電用抵抗

Claims (9)

1. 管腔に挿入可能な長尺部材に設けられて当該管腔内の流体の物理量を計測するセンサの制御回路であって、
   上記センサに駆動電流を供給する駆動回路と、
   漏れ電流を電圧に変換するシャント抵抗を有する漏電検知回路と、
   上記センサへの駆動電流の供給を停止させる停止回路と、を備えており、
   上記漏電検知回路は、上記シャント抵抗によって変換された電圧に応じた検知電圧及び定電圧を入力され、当該検知電圧が当該定電圧よりも大きいことに応じて検知信号を出力するコンパレータを有しており、
   上記停止回路は、上記コンパレータが出力した上記検知信号により、上記センサへの駆動電流の供給を停止させる、制御回路。
2. 上記漏電検知回路は、
   上記センサの駆動電流に応じた電流または定電流である所定電流と上記センサからの帰還電流との差に応じた上記漏れ電流を上記シャント抵抗である第１シャント抵抗で変換した電圧に応じた上記検知電圧である第１検知電圧と、上記定電圧と、を入力される上記コンパレータである第１コンパレータを有する第１検知回路と、
   上記流体とアースとの間の電流である上記漏れ電流を上記シャント抵抗である第２シャント抵抗で変換した電圧に応じた上記検知電圧である第２検知電圧と、上記定電圧と、を入力される上記コンパレータである第２コンパレータを有する第２検知回路と、を備えており、
   上記停止回路は、上記第１コンパレータが出力した上記検知信号である第１検知信号、及び、上記第２コンパレータが出力した上記検知信号である第２検知信号により、上記センサへの駆動電流の供給を停止させる、請求項１に記載の制御回路。
3. 上記停止回路は、上記駆動回路から上記センサへの駆動電流の供給をオンオフさせるスイッチング素子であって、上記検知信号によってオンオフされるスイッチング素子と、
   上記検知信号によって充電され、上記スイッチング素子をオン状態で維持する信号維持コンデンサと、をさらに有する、請求項２に記載の制御回路。
4. 上記漏電検知回路から上記停止回路への上記検知信号の入力をオンオフする機能スイッチをさらに備えた請求項１から３のいずれかに記載の制御回路。
5. 上記センサに設けられた検知体からの入力を受ける温度補償用回路をさらに備える請求項１から４のいずれかに記載の制御回路。
6. 請求項１から５のいずれかに記載の制御回路と、上記センサと、を備えた計測装置。
7. 請求項２に記載の制御回路と、上記センサと、上記長尺部材と、を備えており、
   上記長尺部材は、
   上記センサと、上記第２検知回路が有する電極と、が設けられた円柱状のボビンと、
   上記センサ及び上記電極を露出させる開口を具備するホルダと、を先端部に有しており、
   上記第２検知回路は、上記電極とアースとの間に流れる電流を検出する回路であり、
   上記開口は、上記ボビンの軸線に沿う軸線方向に延びており、
   上記センサと上記電極とは、上記軸線方向に並ぶ計測装置。
8. 管腔に挿入可能な長尺部材と、
   上記長尺部材に設けられて当該管腔内の流体の物理量を計測するセンサと、
   上記センサに駆動電流を供給する駆動回路と、漏れ電流を検出し、検出した漏れ電流に応じた出力を行う漏電検知回路と、を有する制御回路と、を備えており、
   上記漏電検知回路は、
   所定電流と上記センサからの帰還電流との差に応じた値を漏れ電流として検出する第１検知回路と、上記流体とアースとの間の電流を漏れ電流として検出する第２検知回路とを有しており、
   上記所定電流は、上記センサの駆動電流に応じた電流または定電流であり、
   上記長尺部材は、
   上記センサと、上記第２検知回路が有する電極と、が設けられた円柱状のボビンと、
   上記センサ及び上記電極を露出させる開口を具備するホルダと、を先端部に有しており、
   上記第２検知回路は、上記電極とアースとの間に流れる電流を検出する回路であり、
   上記開口は、上記ボビンの軸線に沿う軸線方向に延びており、
   上記センサと上記電極とは、上記軸線方向に並ぶ計測装置。
9. 上記センサは、熱線流速計である請求項６から８のいずれかに記載の計測装置。
   
   

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