JPH0115298B2 - - Google Patents

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JPH0115298B2
JPH0115298B2 JP11992279A JP11992279A JPH0115298B2 JP H0115298 B2 JPH0115298 B2 JP H0115298B2 JP 11992279 A JP11992279 A JP 11992279A JP 11992279 A JP11992279 A JP 11992279A JP H0115298 B2 JPH0115298 B2 JP H0115298B2
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circuit
blood vessel
blood
circulating
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JP11992279A
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Shozo Yoshimura
Ryoichi Kanno
Hiroshi Furuhata
Kunyasu Furuhira
Kentaro Fujishiro
Tooru Aoyanagi
Jun Hayashi
Hiroji Matsumoto
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HAYASHI DENKI KK
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HAYASHI DENKI KK
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Publication date
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  • Measuring Pulse, Heart Rate, Blood Pressure Or Blood Flow (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

例えば、脳動脈硬化等の脳血管障害の有無は脳
血管の血管物性を明らかにしなければならない
が、この脳循環系は頭蓋でおおわれているために
循環状態、血管壁物性などの脳血管物性(脳循環
特性)を非観的、無侵襲的に外部より直接計測す
ることは不可能である。 そのため、従来では頚動脈の血管物性を計測
し、そのデータに基いて脳血管障害の予知、予防
資料としている。 このように、計測部近傍における計測データか
ら計測点より末梢側の血管物性を定性的に推測し
ているが、この末梢側の血管物性も、計測部近傍
の血管物性と同じく定量的に表わすことができれ
ば、疾患の予知に極めて有効である。 そこで、この発明では末梢血管の物性も定量的
に表わすことができるようにした末梢血管物性の
計測装置を提案するものである。 以下に、図面を参照して、本発明の実施例を説
明するが、先ず、第1図及び第5図について、本
発明の要旨に対応する部分を抽出して説明する。 この末梢血管物性の計測装置は、頚動脈の計測
部位を測定する第1の超音波プローブ1からのド
ツプラー出力に基づいて血流速出力Vbを得る血
流速測定回路10A,10B,20と、頚動脈の
計測部位を測定する第2の超音波プローブ1から
のエコー出力に基づいて血管径出力Dbを得る血
管径測定回路50とを備え、血流速出力Vb及び
血管径出力Dbを掛算することにより、頚動脈の
計測部位の絶対血流量出力g(t)を得る絶対流
量計測装置と、脈波計測装置35と、絶対流量計
測装置からの絶対血流量出力g(t)が供給され
る第1の周波数分析器101と、脈波計測装置3
5からの血圧波出力P(t)が上腕動脈カフ圧値
で振幅補正された後に供給される第2の周波数分
析器103と、第2の周波数分析器103の出力
P(ω)を第1の周波数分析器101の出力Q
(ω)で割算して、計測部位から末梢側を見たイ
ンプツトインピーダンス出力Zin(ω)(但し、Zin
(ω)は、中枢側インピーダンス出力をZc(ω)、
末梢側インピーダンス出力をZp(ω)とすると、 Zin(ω)=Zc(ω)+Zp(ω) ……(a) と表され、Zc(ω)は、循環抵抗をRc、循環イン
ダクタンスをLc、循環容量をCcとすると、 Zc(ω)=Rc+j(ωLc−1/ωCc) ……(b) と表され、Rc,Lc,Ccは、μを血液粘性率、ρ
を血流密度、lを頚動脈の血管長、rを計測部位
の平均血管半径、Dを計測部位の血管内径、ΔP
を脈圧、ΔDを血管内径の偏位、VEを血管の容積
弾性率とすると、 Rc=8μl/1333πr4 ……(c) Lc=4ρl/3×1333πr2 ……(d) Cc=1333πr2l/VE ……(e) VE=1333D・ΔP/2ΔD ……(f) と表され、Zp(ω)は、抵抗をZR、リアクタンス
をZIとすると、 Zp(ω)=ZR+jZI ……(g) と表され、ZR,ZIは、循環抵抗をRT,Rp、循環
容量をCpとすると、 ZR=RT+Rp/1+ω2Cp2Rp2 ……(h) ZI=ωCpRp2/1+ω2Cp2Rp2 ……(i) の如く表され、Cpは、ZoをZo=RT+Rpと置く
と、 Cp=−ZI/ωRp(ZR−Zo+Rp) ……(j) と表される。)を得る第1のインプツトインピー
ダンス出力回路105と、血管径測定回路50か
らの血管径出力Db及び径偏位出力S′d並びに上腕
動脈カフ圧力から求めた計測部位の平均血管半径
r、計測部位の血管内径D及び脈圧ΔP並びに血
液粘性率μ、血流密度ρ及び頚動脈の血管長lを
用いて、式(c)〜(f)の演算を行つて、循環抵抗Rc、
循環インダクタンスLc及び循環容量Ccを求める
と共に、これら循環抵抗Rc、循環インダクタン
スLc及び循環容量Ccを用いて、式(b)の演算を行
つて、計測部位近傍の中枢インピーダンスZc
(ω)を算出する中枢側インピーダンス出力回路
106と、第1のインプツトインピーダンス出力
回路105よりのインプツトインピーダンス出力
Zin(ω)から、中枢インピーダンス出力路106
よりの中枢インピーダンス出力Zc(ω)を減算し
て末梢側インピーダンス出力Zp(ω)を得る末梢
側インピーダンス出力回路108と、末梢側イン
ピーダンス出力回路108からの末梢側インピー
ダンス出力Zp(ω)が供給されて、循環抵抗RT
Rp及び循環容量Cpの値を決定する循環特性値決
定回路109と、この循環特性値決定回路109
からの循環特性値出力が供給され、その循環特性
値に応じたインプツトインピーダンス出力Zmod
(ω)を得る第2のインプツトインピーダンス出
力回路110と、第1及び第2のインピーダンス
出力回路105,110の各インプツトインピー
ダンス出力Zin(ω),Zmod(ω)の差のインピー
ダンス出力を得る減算回路111とを有し、循環
測定値決定回路109において減算回路111の
減算出力の2乗が最小と成るような循環特性値が
選定され、この選定された循環特性値を、末梢側
の血管物性を示す循環特性値とするようにしたも
のである。 第1図はこの発明に係る計測装置の概要を示す
系統図であつて、頚動脈及び脳血管の血管物性を
明らかにするために必要な測定部位における頚動
脈の血圧、血流速、血管径、血流量などの各種デ
ータは超音波を利用して非観血的、無侵襲的に測
定される。1がこの測定に供する超音波プローブ
である。2は体表、3は血管であり、矢印aが血
流方向を示す。 超音波プローブ1は血流速測定に供する一対の
受波用振動子4A,4Bと、血管1の径偏位測定
に供する送受波兼用の振動子5を有する。なお、
プローブの詳細は後述する。 一対の受波用振動子4A,4Bで受波された反
射波、すなわちドツプラー出力Sa,Sbは夫々同
一に構成された血流速測定回路10A,10Bに
供給され、ドツプラー出力Sa,Sbに基いて血管
3を流れる血液の速度(血流速)が求められる。
また、送受波兼用の振動子5にて受波された反射
波は血管拍動に対応して励振パルスに対する受波
時間が相異する。従つてこの反射波を利用して、
血管の径偏位出力及び血管径をパルス幅とするパ
ルス出力が形成される。50はこの反射波、すな
わちエコー出力Scに基いて上述の径偏位出力Sd
及びパルス出力を得るための血管径測定回路を示
す。 血管の径偏位出力Sd、一対の血流速出力Sa″,
Sb″及び心電図出力Seの各波形を第2図に示す。 血流速測定回路10A,10Bで得た血流速出
力Sa″,Sb″は演算処理回路20に供給され、血
流速Vbが求められたのち、平均化回路81に供
給されて、5心拍の血流速の平均値出力が求めら
れる。 一方、血管径測定回路50で求められた血管径
Dbに関する出力は第2の演算処理回路90を構
成する血管断面積の演算回路40に供給され、そ
の出力は平均化回路82を通じて掛算器45に供
給されて血流量Soが求められる。83は平均化
回路を示す。 従つて回路81からは平均化された血流速
Vb′が、掛算器45からは平均化された血流量So
が、回路83からは平均化された血管の径偏位出
力Sd′が夫夫得られる(第3図参照)。 これらの出力及び脈波計35で得た脈波出力
PBは第3の演算処理回路100に供給されて、
脳血管物性をあらわす循環抵抗RT,RP及び容量
CPの各値が求められる。脈波計測装置35は周
知のように圧トランスジユーサ36が使用され、
従つて、この脈波計測装置35にはブリツジ回路
37及び増幅器38が設けられている。 さて、この実施例においては、第3の演算処理
回路100に設けられたインプツトインピーダン
ス出力回路に血流量を示す出力Soと血圧波出力
PBが供給されて、これより末梢側血管すなわち
脳血管を含めた頚動脈のインピーダンス出力Zin
が形成され、そしてこのインピーダンス出力Zin
と計測部近傍のインピーダンス出力、すなわち計
測部から脳血管までに存在する頚動脈のインピー
ダンス出力(中枢側インピーダンス出力という)
Zcとから脳血管物性を示す末梢側インピーダン
ス出力、すなわち脳血管のインピーダンス出力
Zpが形成される。 すなわち、頚動脈の電気回路モデルは第4図で
示すように、計測部位に対応する伝送モデルMc
と末梢側を反映する伝送モデルMpとが結合され
たものと考えられるので、モデル全体のインピー
ダンス、つまりインプツトインピーダンス出力
Zin及び計測部位用のモデルMcのインピーダンス
Zcが判れば、モデルMpに関する末梢側インピー
ダンスZpを求めることができる。なお、モデル
Mpは変形ウインドケツセルモデルである。 第5図はこのような末梢側インピーダンスZp
を形成するための第3の演算処理回路100の具
体例である。まず、第2の演算処理回路90から
出力された血流量を示す出力Soを説明の都合上
q(t)とすると、この血流量出力q(t)は周波
数分析器101において0〜10Hzの各周波数ごと
に分解される。周波数分析は一般にフーリエ変換
によつて行なわれる。周波数分析器101の出力
をQ(ω)とする。ここに、ωは角周波数である。 一方、脈波計35で得た血圧波出力PBは振幅
補正回路39において、端子102に供給された
上腕動脈カフ圧値でその振幅が補正される。補正
後の血圧波出力P(t)も周波数分析器103に
て各周波数ごとに分析され、この出力P(ω)と
上述の出力Q(ω)とはインプツトインピーダン
ス出力回路105に供給される。 電気回路モデルにおいては血圧を電圧として、
血流を電流として考えることができるので、この
インピーダンス出力回路105において血圧波に
関する出力P(ω)と血流量に関する出力Q(ω)
との比を求めれば、頚動脈のインプツトインピー
ダンス出力Zin(ω)が得られる。 ところで、頚動脈の計測部における中枢側イン
ピーダンス出力Zc(ω)は第4図で示したように
循環抵抗Rc、循環インダクタンスLc及び循環容
量Ccの合成インピーダンスであるが、それらは
夫々次のような式で表わすことができる。 Rc=8μl/1333πr4 ……(1) Lc=4ρl/3×1333πr2 ……(2) Cc=1333πr2l/VE ……(3) VE=1333D・ΔP/2ΔD ……(4) 但し、μ:血液粘性率 ρ:血流密度 l:頚動脈の血管長 r:計測部位の平均血管半径 D:計測部位の血管内径 △P:脈圧 △D:血管内径の偏位(=Sd) VE:血管の容積弾性率 μ,ρ,l(=10〜15cm)は定数で、r,D,
△Pは血管径測定回路50の出力Db,Sdと、上
腕動脈カフ圧値とを利用すれば求めることができ
るので、これら定数値及び計測値を中枢側インピ
ーダンス出力回路106に供給すれば、中枢側イ
ンピーダンス出力Zc(ω)が得られる。 この中枢側インピーダンス出力Zc(ω)と上述
のインプツトインピーダンス出力Zin(ω)とはさ
らに末梢側インピーダンス出力回路108に供給
され、これより両インピーダンス出力Zin(ω)と
Zc(ω)の差の出力すなわち末梢側インピーダン
ス出力Zp(ω)が形成される。この末梢側インピ
ーダンス出力Zp(ω)は第4図で示すように末梢
循環抵抗RT,RP及び末梢循環容量Cpの合成イン
ピーダンスであるから、RT,RP及びCPの各循環
特性値を求めるには、角周波数ωiとωi+1(i=0
…10)での各循環特性値を代入したときの合成イ
ンピーダンスZが計測データより求めた末梢側イ
ンピーダンス出力Zp(ω)に最も近くなるように
最小2乗近似で求める。 なお、循環特性値RT,RP及びCPは次のように
なる。 Zp=ZR+jZI ……(5) ZR=RT+Rp/1+ω2Cp2Rp2 ……(6) ZI=ωCpRp2/1+ω2Cp2Rp2 ……(7) Cp=−ZI/ωRp(ZR−Zo+Rp) ……(8) Zo=RT+Rp ……(9) そして、ωi(=2πfi)の循環容量CP(ωi)とωi+1
の循環容量CP(ωi+1)から一方の循環抵抗RP(ωi
ωi+1)が求められる。 RP={ωi・ZI(ωi+1)}(ZR(ωi)−ZO)−{ωi+1
・ZI(ωi)}(ZR(ωi+1)−ZO)/ωi+1・ZR(ωi
−ωi・ZR(ωi+1)……(10) 但し、ZI(ωi):ωiでのZI ZR(ωi):ωiでのZR また、 RT=ZO−RP ……(11) 従つて、末梢側インピーダンス出力ZP(ω)は
循環特性値決定回路109に供給され、所望周波
数での夫々の循環特性値RT(ω)、RP(ω)及びCP
(ω)が定められる。 循環特性値出力は電気回路モデルのインプツト
インピーダンス出力回路110に供給され、夫々
の周波数におけるその循環特性値でのインプツト
インピーダンス出力Zmod(ω)が出力される。
そして、このインプツトインピーダンス出力
Zmod(ω)と計測より求めたインプツトインピ
ーダンスZin(ω)の差Zio(ω)−Zmod(ω)の2
乗が最小となるときの循環特性値RT(ω)、RP
(ω)、CP(ω)が末梢側血管物性を示す循環特性
値として出力される。111が差のインピーダン
ス出力を得るための減算回路で、112はその出
力端子である。出力端子112にはデータレコー
ダや波形観測装置などが接続される。 第6図は、末梢側の血管物性を示す循環特性値
を得るための、より実際的な演算回路120であ
る。第5図では、循環特性値を代入して得たイン
プツトインピーダンスと、計測より求めたインプ
ツトインピーダンスとの差の2乗が最小と成るよ
うに、循環特性値を選び、これによつて、末梢側
血管物性を示す循環特性値を得るようにした場合
であるが、第6図では、インプツトインピーダン
スの代わりに、血流量出力を用い、循環特性値の
代入された血流量出力と、計測された血流量出力
とを比較し、その比較出力が最小と成るように循
環特性値を選び、これによつて、末梢側血管物性
を示す循環特性値を得るようにした場合である。
即ち、端子113に入力した循環特性値出力は主
として末梢循環容量CPを補正するための特性値
決定回路としての特性値補正回路121に供給さ
れる。この場合、実際には循環特性値RT、Rp、
及びCpの内、循環抵抗RT及びRpは、夫々中枢側
インピーダンスZcの抵抗分の値に所定の係数を
掛けた定数として扱つても、精度上問題がないこ
とが分かつているので、ここでは循環容量Cpの
みを変化させる。特性値補正回路121からの補
正された循環特性値出力はインプツトインピーダ
ンス合成回路122に供給されて電気回路モデル
のインプツトインピーダンスZmod(ω)が形成
され、これは周波数分析器103の出力P(ω)
と共に血流量に関する分析出力Q′(ω)を得る回
路123に供給される。従つて、この回路123
ではP(ω)/Zmod(ω)なる信号処理が行なわ
れる。 分析出力Q′(ω)は再合成回路124に供給さ
れてアナログ血流量出力q′(t)が形成され、そ
してこの出力q′(t)は比較回路125にて第2
の演算処理回路90から出力された血流量出力q
(t)と比較され、この比較出力が最小となるよ
うに特性値補正回路121が制御される。従つ
て、特性値補正回路121の出力端子126に得
られる循環特性値RT、RP及びCPが最終的な血管
物性を示す計測値となる。 この発明に係る計測装置の概要は以上述べた通
りである。続いて、各部の構成及び動作を順次説
明する。説明の都合上、まず血管径測定回路50
から説明する。 第7図は血管径測定回路50の一例であつて、
発振器51はプローブ1の振動子5に供給する励
振パルスPfを得るためのものであり、この例で
は10kHzのパルス出力が利用される。振動子5の
固有振動周波数は6MHzである。52は出力増幅
器を示す。 振動子5で受波されたエコー出力Sc(第8図
C、Sfは送波パルスを示す。)は広帯域の増幅回
路53に供給されるが、この回路には図示せず
も、振動子7の励振によつて得られるドツプラー
出力Sa,Sbをトラツプするための回路が設けら
れている。 エコー出力Scは第8図Cで示すように、血管
3の前壁3A及び後壁3Bの各部分に夫々対応し
てエコーパルスSg,Shが得られる。しかも各エ
コーパルスSg,Shは外径壁3Aa,3Ba及び内
径壁3Ab,3Bbに夫々対応しているので、エコ
ーパルスScのうち内径壁3Ab,3Bbに関連した
エコーパルスSg2とSh1との時間幅が血管径Dbに
対応することになる。 従つて、内径壁3Ab,3Bbに関連したエコー
パルスSg2及びSh1に夫々追従したゲートパルス
Pca,Pcb(第8図D,E)によつて径偏位出力
Sdを形成できる。この例ではエコートラツキン
グ回路という特殊な回路でゲートパルスPca,
Pcbを形成したものである。 第7図において、50A,50Bはエコートラ
ツキング回路を示し、一方の回路50Aはゲート
パルスPcaを形成するためのものであり、他方の
回路50Bは残りのゲートパルスPcbを形成する
ためのものである。一方のエコートラツキング回
路50Aから説明するも、54Aは遅延発振回路
で、電圧比較器55Aとその出力でトリガーされ
る単安定マルチバイブレータ56Aで構成され、
このマルチ出力がゲートパルスPcaとしてエコー
パルスScと共にゲート回路として動作する位相
比較器57Aに供給される。 ゲートパルスPcaはエコーパルスScのうち前壁
3Aの内径壁3Abに対応したエコーパルスSg2
位置で発生するように調整されているので、今エ
コーパルスSg2とゲートパルスPcaとの位相関係
が第9図A,Bで示すようになつていれば、この
ときの位相比較器57Aの出力Siaは同図Cのよ
うになるので、これをローパスフイルタ58Aに
て平滑すれば、その出力Eaは零になる。 この出力Eaはオフセツト電圧調整用可変抵抗
器59Aで得たオフセツト電圧Vaに重畳され、
その出力が電圧比較器55Aに供給される。この
電圧比較器55Aには第10図Aで示すようなの
こぎり波状の基準出力Ecが供給されている。6
0はこの基準出力Ecを形成するための回路で、
励振パルスPfによつて駆動される。従つて、励
振パルスPfは周波数が10kHzであるから、この基
準出力Ecもこの励振パルスPfに対応した周期と
なる。 さて、比較電圧はVaであるから、基準出力Ec
と一致したところで、比較出力が出力されてマル
チバイブレータ56Aがトリガーされる結果、第
10図BのゲートパルスPcaが得られる。 なお、このゲートパルスPcaのパルス幅は振動
子5の固有振動周期の1/2に選ばれている。 ゲートパルスPcaに対し、エコーパルスSg2
第8図Aの破線で示すように変化した場合には、
このゲートパルスPcaによつてゲートされる出力
Siaは同図Dの如くなるから、このときには負の
平滑出力Eaとなつて、電圧比較器55Aへの入
力電圧が低下する。そのため、ゲートパルスPca
は第10図Cのような位置に移動する。この場
合、平滑出力Eaが零になるところまでゲートパ
ルスPcaが移動するようになる。エコーパルス
Sg2が上述とは逆に右側に移動すれば、出力Sia
は第9図Eとなり、ゲートパルスPcaは第10図
Dのように同じく右側にずれる。 エコーパルスSg2の位相変動は血管3を流れる
血流によつて生ずるものであるから、血管壁の偏
位状態はこのゲートパルスPcaの位相変化となつ
てあらわれる。 同様にして、他方のエコートラツキング回路5
0Bにおいては、第8図Eに示すように、後壁3
Bの内径壁3Bbの偏位に対応したゲートパルス
Pcbが形成され、上述のゲートパルスPcaにてフ
リツプフロツプ回路61をセツトし、このゲート
パルスPcbでリセツトするようにすれば、血管径
Dbに関連したパルス幅をもつパルス出力Pc(第8
図F)を形成できる。 従つて、今血管3の収縮期が第8図Aであり、
拡張期が同図Gであるとすれば、この血管拍動に
応じてパルス出力Pcは同図Fから同図Iまで変
化することになる。パルス出力Pcは端子61a
に出力されると共に、これは60Hzをカツトオフ周
波数とする平滑回路62を介して直流増幅回路6
3に供給される。その出力すなわち径偏位出力
Sdは第2図Cのようになるから、血管径が血流
によつて収縮、拡張している状況が判る。 パルス出力Scはさらに血管径Dbを求めるため
の演算処理回路64に供給されて血管径Db(デジ
タル出力、アナログ出力のどちらでもよい)が求
められる。 なお、可変抵抗器59A,59Bを調整すれ
ば、オフセツト電圧Va,Vbが変化するので、こ
れによつてゲートパルスPca,Pcbの位置を調整
できるから、エコーパルスSg2,Sh1に対するゲ
ートパルスPca,Pcbの微調整を行なうことがで
きる。従つて、血管内壁と完全に一致したゲート
パルスPca,Pcbを得ることができる。 続いて、この発明に適用して好適な超音波プロ
ーブ1について、第11図以下を参照して説明す
る。 血流速Vbの測定は超音波の反射波であるドツ
プラー出力を利用するものであるが、このドツプ
ラー出力は第11図のように体表2へのプローブ
1の当接角、すなわち頚動脈3に対する超音波の
照射角θTによつて大幅に相異する。 血流速の測定中、この照射角θTを常に一定に固
定することは、不可能であるから、第11図で示
すようなプローブ1を利用したのでは、正確な流
速測定を期待することができない。 この測定誤差をなくすには、血流測定に際して
一対のプローブを使用し、夫々のプローブで得た
反射波を利用すればよい(その理由については後
述する)。 従つて、第12図に示される超音波プローブ1
には、血流速測定用として超音波振動子が少くと
も3個使用される(原理的には送受波用振動子が
2個ずづ必要になる)。 第12図に示す例は、振動子を3個使用した場
合であつて、6は振動子の取付板である。取付板
6の所定位置には血流速測定に供する送波用振動
子7が所定の照射角度となるように、取付板6の
平面6aに対し所定の角度をもつて取付けられ、
そしてこの送波用振動子7に対してその前後に一
対の受波用振動子4A,4Bが取付けられる。 取付け角度は図のように点Pよりの反射波を受
波できるような角度で、この角度θa,θbについて
の具体例は後述する。振動子7,4A,4Bは第
13図で示すように、一直線上に位置するように
配置されている。 なお、これら振動子7,4A,4Bは図のよう
に角形であつて、長さlは測定血管の管径に基い
て定められる。管径Dbは最大7〜10mm程度であ
るから、10mm程度の長さに選べばよい。そして、
振動子7,4A,4Bとしては固有振動周波数が
5MHzのセラミツク振動子が使用される。 送波用振動子7を挾んで一対の受波用振動子4
A,4Bを配すれば、受波用振動子4A,4Bの
夫々に対し、独立した送波用振動子を使用する必
要がなく、また送波用振動子が1個であれば、照
射点Pがずれることもなく、受波用振動子4A,
4BはいずれもP点の反射波だけを受波すること
ができる。 血管の径偏位測定用振動子5は受波用振動子4
Bの側方に配される。具体的にはこの振動子5は
他の振動子と同一配列方向に位置し、かつ振動子
4Bの前方であつて、超音波照射角が血管3と直
交するように配されるものである。そして、この
振動子5の超音波照射点が他の振動子7と同一照
射点Pとなるようにその取付位置が選定される。 振動子5の取付位置に対応する部分は図のよう
に取付板6及び補強部材8自体に中空の孔8aが
形成され、ここにバツキング材9が充填され、振
動子5はこのバツキング材9の先端に取付け固定
される。9Aはバツキング材9を固定するための
ネジである。 なお、この振動子5はチタン酸バリウム振動子
を使用した送受波兼用のもので、10kHzのパルス
により間欠的に励振される。 超音波プローブ1をこのように構成した場合、
血流速Vbは次のようにして求めることができる。 今、第14図で示すように、振動子7と血管3
とのなす角をθT、振動子4Aと血管3及び振動子
4Bと血管3のなす角を夫々θa,θbとする。θb
θa=θを常に所定の角度に保持した状態で血流を
測定すると、体表面2に当てる超音波プローブ1
の角度が多少変つてもほぼ一定の測定出力を得る
ことができる。 第15図を参照しながら上述の理由を説明しよ
う。振動子7より発射された超音波の反射波即ち
ドツプラー出力は頚動脈3を流れる血液の流速と
超音波受波角のコサインに比例することは知られ
ている。 即ち、振動子4A,4Bによつて受波されたド
ツプラー出力Sa,Sbは(12)、(13)式のようにな
る。 Sa=kVb cos(θT+θb/2) ……(12) Sb=kVb cos(θT+θa/2) ……(13) k=2fs/C ……(14) 但し、fs:振動子7の固有振動周波数 C:伝達速度 今、 とすれば、第15図によりC点及びD点がを
直径とする円の円周上に位置するとき、線分
によつて表わされるドツプラー出力Sa′及び線分
ACによつて表わされるドツプラー出力Sb′は、
夫々受波角度が第14図の場合と第15図の場合
とで相異するので、 のような関係になる。 そして、この第15図において、 である。線分は、η−ξ=θb−θa=θとする
と、 で求められるから、結局(17)式で与えられる血
流速Vbは となる。 この(19)式に基いて求めた血流速Vbの測定
値(計算値)と、測定すべき真の血流速VBとの
ずれはあまりないことが確認された。
For example, to determine the presence or absence of cerebrovascular disorders such as cerebral arteriosclerosis, it is necessary to clarify the physical properties of cerebral blood vessels, but since the cerebral circulatory system is covered by the cranium, it is necessary to clarify the physical properties of cerebral blood vessels, such as the circulatory state and physical properties of blood vessel walls. It is impossible to directly measure cerebral circulation characteristics non-visually and non-invasively from the outside. Therefore, conventionally, the vascular properties of the carotid artery have been measured, and the data has been used to predict and prevent cerebrovascular disorders. In this way, the physical properties of the blood vessel distal to the measurement point are qualitatively estimated from the measurement data near the measurement point, but the physical properties of the blood vessel on the distal side can also be quantitatively expressed in the same way as the physical properties of the blood vessel near the measurement point. If possible, it would be extremely effective in predicting diseases. Therefore, the present invention proposes a device for measuring physical properties of peripheral blood vessels that can also quantitatively represent the physical properties of peripheral blood vessels. Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings, but first, portions corresponding to the gist of the present invention will be extracted and explained with respect to FIGS. 1 and 5. This peripheral blood vessel physical property measurement device includes blood flow velocity measurement circuits 10A, 10B, and 20 that obtain a blood flow velocity output Vb based on the Doppler output from the first ultrasound probe 1 that measures the measurement site of the carotid artery. and a blood vessel diameter measuring circuit 50 that obtains a blood vessel diameter output Db based on the echo output from the second ultrasound probe 1 that measures the measurement site, and by multiplying the blood flow velocity output Vb and the blood vessel diameter output Db. , an absolute flow measuring device that obtains the absolute blood flow output g(t) of the measurement site of the carotid artery, a pulse wave measuring device 35, and a first device to which the absolute blood flow output g(t) from the absolute flow measuring device is supplied. Frequency analyzer 101 and pulse wave measuring device 3
The second frequency analyzer 103 is supplied after the blood pressure wave output P(t) from 5 is amplitude-corrected by the brachial artery cuff pressure value, and the output P(ω) of the second frequency analyzer 103 is The output Q of the frequency analyzer 101 of
(ω), the input impedance output Zin (ω) viewed from the measurement site to the distal side (however, Zin
(ω) is the central impedance output Zc (ω),
If the peripheral impedance output is Zp (ω), it is expressed as Zin (ω) = Zc (ω) + Zp (ω) ... (a), where Zc (ω) is the circulation resistance Rc, the circulation inductance Lc, When the circulating capacity is Cc, it is expressed as Zc (ω) = Rc + j (ωLc - 1 / ωCc) ... (b) where Rc, Lc, and Cc are where μ is the blood viscosity and ρ
is the blood flow density, l is the carotid artery blood vessel length, r is the average blood vessel radius at the measurement site, D is the blood vessel inner diameter at the measurement site, ΔP
When is the pulse pressure, ΔD is the deviation of the inner diameter of the blood vessel, and V E is the volumetric modulus of the blood vessel, Rc=8μl/1333πr 4 ...(c) Lc=4ρl/3×1333πr 2 ...(d) Cc=1333πr 2 l/V E ……(e) V E = 1333D・ΔP/2ΔD ……(f) Zp(ω) is expressed as Zp(ω)= where resistance is Z R and reactance is Z I Z R + jZ I ......(g) Z R and Z I are expressed as: Z R = R T + Rp /1 + ω 2 Cp 2 Rp 2 ... (h) Z I =ωCpRp 2 /1+ω 2 Cp 2 Rp 2 ...(i) Cp is expressed as follows, and if Zo is set as Zo=R T +Rp, then Cp=−Z I /ωRp(Z R − Zo+Rp) ...(j) ), the average blood vessel radius r of the measurement site obtained from the blood vessel diameter output Db and diameter deviation output S'd from the blood vessel diameter measurement circuit 50, and the brachial artery cuff pressure. Using the intravascular diameter D and pulse pressure ΔP of the site, blood viscosity μ, blood flow density ρ, and carotid artery blood vessel length l, calculate the circulation resistance Rc by calculating equations (c) to (f).
Calculate the circulating inductance Lc and circulating capacitance Cc, and use these circulating resistance Rc, circulating inductance Lc, and circulating capacitance Cc to calculate the central impedance Zc near the measurement site by calculating the formula (b).
(ω) and the input impedance output from the first input impedance output circuit 105.
From Zin(ω), the central impedance output path 106
The peripheral impedance output circuit 108 obtains the peripheral impedance output Zp (ω) by subtracting the central impedance output Zc (ω) of , circulation resistance R T ,
A circulation characteristic value determination circuit 109 that determines the values of Rp and circulation capacity Cp, and this circulation characteristic value determination circuit 109
The circulating characteristic value output is supplied from the input impedance output Zmod according to the circulating characteristic value.
(ω) Obtain the impedance output of the difference between the second input impedance output circuit 110 and each input impedance output Zin (ω) and Zmod (ω) of the first and second impedance output circuits 105 and 110. The circulation measurement value determination circuit 109 selects a circulation characteristic value that minimizes the square of the subtraction output of the subtraction circuit 111, and applies the selected circulation characteristic value to the peripheral blood vessel. This is a circulation characteristic value that indicates physical properties. FIG. 1 is a system diagram showing an overview of the measuring device according to the present invention, and shows carotid artery blood pressure, blood flow velocity, blood vessel diameter, and blood pressure at measurement sites necessary for clarifying the vascular properties of carotid arteries and cerebral blood vessels. Various data such as flow rate are measured non-invasively using ultrasound. 1 is an ultrasonic probe used for this measurement. 2 is the body surface, 3 is a blood vessel, and arrow a indicates the direction of blood flow. The ultrasonic probe 1 has a pair of wave receiving transducers 4A and 4B for measuring blood flow velocity, and a wave transmitting and receiving transducer 5 for measuring the diameter deviation of the blood vessel 1. In addition,
Details of the probe will be described later. The reflected waves received by the pair of wave receiving transducers 4A and 4B, that is, the Doppler outputs Sa and Sb, are supplied to the blood flow velocity measurement circuits 10A and 10B, which are configured identically, respectively, and are based on the Doppler outputs Sa and Sb. Then, the speed of blood flowing through the blood vessel 3 (blood flow speed) is determined.
In addition, the reflected waves received by the transducer 5 for transmitting and receiving waves have different reception times with respect to the excitation pulse, corresponding to blood vessel pulsations. Therefore, using this reflected wave,
A pulse output whose pulse width is the diameter deviation output of the blood vessel and the diameter of the blood vessel is formed. 50 is the above-mentioned radial deviation output Sd based on this reflected wave, that is, the echo output Sc.
and a blood vessel diameter measurement circuit for obtaining pulse output. Blood vessel diameter deviation output Sd, pair of blood flow velocity output Sa″,
The waveforms of Sb'' and the electrocardiogram output Se are shown in FIG. After being determined, it is supplied to the averaging circuit 81, and the average value output of the blood flow velocity of 5 heartbeats is determined.
The output regarding Db is supplied to the blood vessel cross-sectional area calculation circuit 40 constituting the second calculation processing circuit 90, and the output is supplied to the multiplier 45 through the averaging circuit 82 to obtain the blood flow rate So. 83 indicates an averaging circuit. Therefore, from the circuit 81, the averaged blood flow velocity
Vb′ is calculated from the multiplier 45 as the averaged blood flow So
However, the averaged blood vessel diameter deviation output Sd' is obtained from the circuit 83 (see FIG. 3). These outputs and the pulse wave output obtained from the pulse wave meter 35
P B is supplied to the third arithmetic processing circuit 100,
Circulatory resistance R T , R P and volume representing cerebral blood vessel physical properties
Each value of CP is determined. The pulse wave measuring device 35 uses a pressure transducer 36 as is well known.
Therefore, this pulse wave measuring device 35 is provided with a bridge circuit 37 and an amplifier 38. Now, in this embodiment, the input impedance output circuit provided in the third arithmetic processing circuit 100 receives an output So indicating the blood flow rate and a blood pressure wave output.
P B is supplied, and from this, the impedance output Zin of the carotid artery including the peripheral blood vessels, that is, the cerebral blood vessels.
is formed, and this impedance output Zin
and the impedance output near the measurement unit, that is, the impedance output of the carotid artery that exists from the measurement unit to the cerebral blood vessels (referred to as central impedance output)
Peripheral impedance output indicating cerebral blood vessel physical properties from Zc, i.e. cerebral blood vessel impedance output
Zp is formed. In other words, the electric circuit model of the carotid artery is the transmission model Mc corresponding to the measurement site, as shown in Figure 4.
Since it is considered to be a combination of the transmission model Mp that reflects the peripheral side, the impedance of the entire model, that is, the input impedance output
Impedance of model Mc for Zin and measurement site
If Zc is known, the peripheral impedance Zp regarding the model Mp can be found. In addition, the model
Mp is a modified wind cell model. Figure 5 shows such peripheral impedance Zp.
This is a specific example of the third arithmetic processing circuit 100 for forming the . First, if the output So indicating the blood flow outputted from the second arithmetic processing circuit 90 is assumed to be q(t) for convenience of explanation, this blood flow output q(t) is calculated by the frequency analyzer 101 at each frequency of 0 to 10 Hz. Decomposed by frequency. Frequency analysis is generally performed by Fourier transform. Let the output of the frequency analyzer 101 be Q(ω). Here, ω is the angular frequency. On the other hand, the amplitude of the blood pressure wave output P B obtained by the pulse wave meter 35 is corrected in the amplitude correction circuit 39 using the brachial artery cuff pressure value supplied to the terminal 102. The corrected blood pressure wave output P(t) is also analyzed for each frequency by the frequency analyzer 103, and this output P(ω) and the above-mentioned output Q(ω) are supplied to the input impedance output circuit 105. . In the electric circuit model, blood pressure is taken as voltage,
Since blood flow can be considered as a current, this impedance output circuit 105 outputs an output P(ω) related to blood pressure waves and an output Q(ω) related to blood flow.
By calculating the ratio between the two, the carotid artery input impedance output Zin(ω) can be obtained. By the way, the central impedance output Zc (ω) at the carotid artery measurement section is the composite impedance of the circulation resistance Rc, circulation inductance Lc, and circulation capacity Cc, as shown in Figure 4, and these are each expressed by the following formulas. It can be expressed as Rc=8μl/1333πr 4 ……(1) Lc=4ρl/3×1333πr 2 ……(2) Cc=1333πr 2 l/V E ……(3) V E =1333D・ΔP/2ΔD ……(4) However, μ: Blood viscosity ρ: Blood flow density l: Carotid artery blood vessel length r: Average blood vessel radius at the measurement site D: Blood vessel inner diameter at the measurement site △P: Pulse pressure △D: Deviation of blood vessel inner diameter (=Sd) V E : Volume elastic modulus of blood vessel μ, ρ, l (=10 to 15 cm) are constants, r, D,
ΔP can be determined by using the outputs Db and Sd of the blood vessel diameter measuring circuit 50 and the brachial artery cuff pressure value, so if these constant values and measured values are supplied to the central impedance output circuit 106, the central A side impedance output Zc (ω) is obtained. This central side impedance output Zc (ω) and the above-mentioned input impedance output Zin (ω) are further supplied to the peripheral side impedance output circuit 108, from which both impedance outputs Zin (ω) and
An output of the difference between Zc(ω), that is, a distal impedance output Zp(ω) is formed. This distal impedance output Zp (ω) is the composite impedance of the distal circulation resistance R T , R P and the distal circulation capacity Cp as shown in Fig. 4, so each circulation characteristic value of R T , R P and C P To find the angular frequencies ω i and ω i+1 (i=0
...Find by least squares approximation so that the composite impedance Z when substituting each circulation characteristic value in step 10) is closest to the distal impedance output Zp (ω) found from the measurement data. Note that the circulation characteristic values R T , R P and C P are as follows. Zp=Z R +jZ I ……(5) Z R =R T +Rp/1+ω 2 Cp 2 Rp 2 ……(6) Z I =ωCpRp 2 /1+ω 2 Cp 2 Rp 2 ……(7) Cp=−Z I / ωRp (Z R −Zo+Rp) ...(8) Zo=R T +Rp ...(9) And the circulating capacity C Pi ) of ω i (=2πf i ) and ω i+1
From the circulating capacity C Pi+1 ) to one circulating resistance R Pi ,
ω i+1 ) is calculated. R P = {ω i・Z Ii+1 )} (Z Ri )−Z O ) − {ω i+1
・Z Ii )}(Z Ri+1 )−Z O )/ω i+1・Z Ri )
−ω i・Z Ri+1 )……(10) However, Z Ii ): Z I Z R ( ω i ): Z R at ω i Also, R T = Z O −R P ...(11) Therefore, the peripheral impedance output Z P (ω) is supplied to the circulation characteristic value determining circuit 109, and the circulation characteristic values R T (ω) and R P at the desired frequency are determined. (ω) and C P
(ω) is determined. The circulation characteristic value output is supplied to the input impedance output circuit 110 of the electric circuit model, and the input impedance output Zmod(ω) at the circulation characteristic value at each frequency is output.
And this input impedance output
The difference between Zmod (ω) and the measured input impedance Zin (ω) Z io (ω) − Zmod (ω) 2
Circulation characteristic values R T (ω), R P when the power is minimized
(ω) and C P (ω) are output as circulation characteristic values indicating peripheral blood vessel physical properties. 111 is a subtraction circuit for obtaining a differential impedance output, and 112 is its output terminal. A data recorder, a waveform observation device, etc. are connected to the output terminal 112. FIG. 6 shows a more practical arithmetic circuit 120 for obtaining circulation characteristic values indicating peripheral blood vessel physical properties. In FIG. 5, the circulation characteristic value is selected so that the square of the difference between the input impedance obtained by substituting the circulation characteristic value and the input impedance obtained by measurement is minimized, and thereby, This is a case where circulation characteristic values indicating peripheral blood vessel physical properties are obtained, but in Fig. 6, blood flow output is used instead of input impedance, and blood flow output to which circulation characteristic values are substituted, and measurement This is a case where the circulation characteristic value is selected so that the comparison output becomes the minimum, and thereby the circulation characteristic value indicating the physical properties of the peripheral blood vessel is obtained.
That is, the circulation characteristic value output inputted to the terminal 113 is mainly supplied to the characteristic value correction circuit 121 as a characteristic value determining circuit for correcting the peripheral circulation capacity CP . In this case, the cyclic characteristic values R T , Rp,
It is known that there is no problem in terms of accuracy even if the circulating resistances R T and Rp are respectively treated as constants obtained by multiplying the resistance of the central impedance Zc by a predetermined coefficient. Only the circulating capacity Cp is changed. The corrected cyclic characteristic value output from the characteristic value correction circuit 121 is supplied to the input impedance synthesis circuit 122 to form the input impedance Zmod(ω) of the electric circuit model, which is the output P(ω) of the frequency analyzer 103. ω)
It is also supplied to a circuit 123 that obtains an analysis output Q'(ω) regarding the blood flow rate. Therefore, this circuit 123
Then, signal processing of P(ω)/Zmod(ω) is performed. The analysis output Q'(ω) is supplied to a resynthesis circuit 124 to form an analog blood flow output q'(t), and this output q'(t) is supplied to a second comparator circuit 125.
Blood flow output q output from the arithmetic processing circuit 90 of
(t), and the characteristic value correction circuit 121 is controlled so that the comparison output becomes the minimum. Therefore, the circulation characteristic values R T , R P and C P obtained at the output terminal 126 of the characteristic value correction circuit 121 become the final measured values indicating the blood vessel physical properties. The outline of the measuring device according to the present invention is as described above. Next, the configuration and operation of each part will be sequentially explained. For convenience of explanation, we will first explain the blood vessel diameter measuring circuit 50.
I will explain from. FIG. 7 is an example of a blood vessel diameter measuring circuit 50,
The oscillator 51 is used to obtain an excitation pulse Pf to be supplied to the vibrator 5 of the probe 1, and in this example, a pulse output of 10 kHz is used. The natural vibration frequency of the vibrator 5 is 6MHz. 52 indicates an output amplifier. The echo output Sc received by the transducer 5 (C and Sf in FIG. 8 indicate the transmitted pulses) is supplied to a wideband amplifier circuit 53, which also includes the transducer 7, although not shown. A circuit is provided for trapping the Doppler outputs Sa and Sb obtained by excitation. As for the echo output Sc, as shown in FIG. 8C, echo pulses Sg and Sh are obtained corresponding to the front wall 3A and the rear wall 3B of the blood vessel 3, respectively. Moreover, since each echo pulse Sg, Sh corresponds to the outer diameter wall 3Aa, 3Ba and the inner diameter wall 3Ab, 3Bb, respectively, the echo pulse Sg 2 and Sh 1 related to the inner diameter wall 3Ab, 3Bb of the echo pulse Sc are different from each other. The time width corresponds to the blood vessel diameter Db. Therefore, the gate pulses following the echo pulses Sg 2 and Sh 1 associated with the inner diameter walls 3Ab, 3Bb, respectively
Radial deviation output by Pca, Pcb (Fig. 8 D, E)
Can form Sd. In this example, a special circuit called an echo tracking circuit is used to generate gate pulses Pca and
It is formed from Pcb. In FIG. 7, 50A and 50B indicate echo tracking circuits, one circuit 50A is for forming the gate pulse Pca, and the other circuit 50B is for forming the remaining gate pulse Pcb. be. Starting with one echo tracking circuit 50A, 54A is a delayed oscillation circuit, which is composed of a voltage comparator 55A and a monostable multivibrator 56A triggered by its output.
This multiple output is supplied as a gate pulse Pca together with an echo pulse Sc to a phase comparator 57A which operates as a gate circuit. Since the gate pulse Pca is adjusted to be generated at the position of the echo pulse Sg 2 corresponding to the inner diameter wall 3Ab of the front wall 3A among the echo pulses Sc, the phase relationship between the echo pulse Sg 2 and the gate pulse Pca is now If the configuration is as shown in FIG. 9A and B, the output Sia of the phase comparator 57A at this time will be as shown in FIG. Becomes zero. This output Ea is superimposed on the offset voltage Va obtained by the offset voltage adjusting variable resistor 59A,
Its output is supplied to voltage comparator 55A. This voltage comparator 55A is supplied with a sawtooth reference output Ec as shown in FIG. 10A. 6
0 is a circuit for forming this reference output Ec,
Driven by excitation pulse Pf. Therefore, since the excitation pulse Pf has a frequency of 10 kHz, this reference output Ec also has a period corresponding to this excitation pulse Pf. Now, since the comparison voltage is Va, the reference output Ec
When they match, the comparison output is output and the multivibrator 56A is triggered, resulting in the gate pulse Pca shown in FIG. 10B. Note that the pulse width of this gate pulse Pca is selected to be 1/2 of the natural vibration period of the vibrator 5. When the echo pulse Sg 2 changes as shown by the broken line in FIG. 8A with respect to the gate pulse Pca,
The output gated by this gate pulse Pca
Since Sia becomes as shown in figure D, at this time it becomes a negative smoothed output Ea, and the input voltage to the voltage comparator 55A decreases. Therefore, the gate pulse Pca
moves to the position shown in FIG. 10C. In this case, the gate pulse Pca moves to the point where the smoothed output Ea becomes zero. echo pulse
If Sg 2 moves to the right contrary to the above, the output Sia
becomes as shown in FIG. 9E, and the gate pulse Pca similarly shifts to the right as shown in FIG. 10D. Since the phase variation of the echo pulse Sg2 is caused by the blood flow flowing through the blood vessel 3, the deviation state of the blood vessel wall appears as a phase variation of this gate pulse Pca. Similarly, the other echo tracking circuit 5
0B, as shown in FIG. 8E, the rear wall 3
Gate pulse corresponding to the deviation of the inner diameter wall 3Bb of B
Pcb is formed, and by setting the flip-flop circuit 61 with the above-mentioned gate pulse Pca and resetting it with this gate pulse Pcb, the blood vessel diameter can be adjusted.
Pulse output Pc (8th
Figure F) can be formed. Therefore, the systolic phase of blood vessel 3 is now A in FIG.
If the diastolic phase is G in the same figure, the pulse output Pc will change from F in the same figure to I in the same figure in accordance with this blood vessel pulsation. Pulse output Pc is terminal 61a
This is output to a DC amplifier circuit 6 via a smoothing circuit 62 with a cutoff frequency of 60Hz.
3. Its output or radial deviation output
Since Sd is as shown in Figure 2C, it can be seen that the blood vessel diameter is contracting and expanding due to blood flow. The pulse output Sc is further supplied to an arithmetic processing circuit 64 for determining the blood vessel diameter Db, and the blood vessel diameter Db (either digital output or analog output is acceptable) is determined. In addition, by adjusting the variable resistors 59A and 59B, the offset voltages Va and Vb change, and thereby the positions of the gate pulses Pca and Pcb can be adjusted, so that the gate pulse Pca with respect to the echo pulses Sg 2 and Sh 1 , Pcb can be fine-tuned. Therefore, it is possible to obtain gate pulses Pca and Pcb that completely match the inner wall of the blood vessel. Next, an ultrasonic probe 1 suitable for application to the present invention will be described with reference to FIG. 11 and subsequent figures. The blood flow velocity Vb is measured by using Doppler output, which is a reflected wave of ultrasound, and this Doppler output is determined by the angle of contact of the probe 1 with the body surface 2, that is, with respect to the carotid artery 3, as shown in Fig. 11. It varies greatly depending on the ultrasonic irradiation angle θT . Since it is impossible to always fix the irradiation angle θ T constant during blood flow velocity measurement, accurate flow velocity measurement cannot be expected by using probe 1 as shown in Fig. 11. I can't. In order to eliminate this measurement error, a pair of probes may be used to measure blood flow, and reflected waves obtained by each probe may be used (the reason for this will be described later). Therefore, the ultrasonic probe 1 shown in FIG.
At least three ultrasonic transducers are used to measure blood flow velocity (in principle, two transducers for transmitting and receiving waves are required). The example shown in FIG. 12 is a case where three vibrators are used, and 6 is a mounting plate for the vibrators. A wave transmitting transducer 7 used for blood flow velocity measurement is mounted at a predetermined position on the mounting plate 6 at a predetermined angle with respect to the flat surface 6a of the mounting plate 6 so as to have a predetermined irradiation angle.
A pair of wave receiving vibrators 4A and 4B are attached to the front and rear of the wave transmitting vibrator 7. The mounting angle is such that the reflected wave from point P can be received as shown in the figure, and specific examples of these angles θ a and θ b will be described later. As shown in FIG. 13, the vibrators 7, 4A, and 4B are arranged in a straight line. Note that these vibrators 7, 4A, and 4B are rectangular as shown in the figure, and the length l is determined based on the diameter of the blood vessel to be measured. Since the pipe diameter Db is approximately 7 to 10 mm at maximum, the length may be selected to be approximately 10 mm. and,
The natural vibration frequency of the vibrators 7, 4A, and 4B is
A 5MHz ceramic resonator is used. A pair of wave receiving vibrators 4 sandwiching the wave transmitting vibrator 7
If A and 4B are arranged, there is no need to use an independent transmitting transducer for each receiving transducer 4A and 4B, and if there is only one transmitting transducer, the irradiation point P does not shift and the wave receiving transducer 4A,
4B can receive only the reflected wave from point P. The transducer 5 for measuring the diameter deviation of blood vessels is the receiving transducer 4
It is placed on the side of B. Specifically, this transducer 5 is located in the same arrangement direction as the other transducers, is in front of the transducer 4B, and is arranged so that the ultrasonic irradiation angle is perpendicular to the blood vessel 3. The mounting position of this vibrator 5 is selected so that the ultrasonic irradiation point of this vibrator 5 is the same irradiation point P as that of other vibrators 7. As shown in the figure, a hollow hole 8a is formed in the mounting plate 6 and the reinforcing member 8 itself in a portion corresponding to the mounting position of the vibrator 5, and a backing material 9 is filled in the hole 8a. It is attached and fixed at the tip. 9A is a screw for fixing the backing material 9. Note that this vibrator 5 is a barium titanate vibrator used for both transmitting and receiving waves, and is intermittently excited by a 10 kHz pulse. When the ultrasonic probe 1 is configured in this way,
Blood flow velocity Vb can be determined as follows. Now, as shown in FIG. 14, the transducer 7 and the blood vessel 3
Let the angle between the transducer 4A and the blood vessel 3 be θ T , and the angles between the transducer 4A and the blood vessel 3 be θ a and θ b , respectively. θ b
When measuring blood flow with θ a = θ always held at a predetermined angle, the ultrasonic probe 1 applied to the body surface 2
Almost constant measurement output can be obtained even if the angle changes slightly. The above reason will be explained with reference to FIG. It is known that the reflected wave of the ultrasound emitted from the transducer 7, that is, the Doppler output, is proportional to the cosine of the flow velocity of blood flowing through the carotid artery 3 and the ultrasound reception angle. That is, the Doppler outputs Sa and Sb received by the vibrators 4A and 4B are expressed by equations (12) and (13). Sa=kVb cos(θ Tb /2) ...(12) Sb=kVb cos(θ Ta /2) ...(13) k=2fs/C ...(14) However, fs: Oscillator 7 natural vibration frequency C: Transmission speed Now, Then, according to Fig. 15, when point C and point D are located on the circumference of a circle whose diameter is , the Doppler output Sa' represented by the line segment and the line segment
The Doppler output Sb′ represented by AC is
Since the receiving angle is different between the case of Fig. 14 and the case of Fig. 15, The relationship will be like this. And in this Figure 15, It is. Assuming that the line segment is η−ξ=θ b −θ a =θ, Therefore, the blood flow velocity Vb given by equation (17) is becomes. It was confirmed that there was not much difference between the measured value (calculated value) of the blood flow velocity Vb obtained based on this equation (19) and the true blood flow velocity V B to be measured.

【表】【table】

【表】 (表−1)のデータはθ=15゜で、測定すべき
真の血流速VBが60.0cm/secと100.0cm/secであ
るときの、(19)式による計算値Vbを示す。 このように、2個のプローブを使用すれば、角
度依存性があまり顕著にあらわれないことが判つ
た。 従つて、測定の都度プローブ1の当接角が変わ
ろうとも、血流速測定には殆んど影響しない。 角θの採りうる範囲は、特に限定されないが、
本例ではθ=20゜に選定されている。そして、上
述したようにプローブ単体ではθT=60゜のとき測
定誤差が最も少ないので、振動子7の照射角θT
60゜の近傍に選ばれる。この例ではθT=65゜で、θa
=55゜、θb=75゜である。 第16図は血流量を計測するための回路であ
る。図において、46は超音波の発振器で、反射
波であるドツプラー出力Sa,Sbは夫々の測定回
路10A,10Bに供給される。これら測定回路
10A,10Bは血流波形を得るためのもので、
略同じような回路構成となされているから、ドツ
プラー出力Saに関連した測定回路10Aについ
て説明する。 ドツプラー出力Saは増幅器11Aに供給され
た後、血液の逆流によつて生ずる出力を除去する
ための水晶で構成されたフイルター12Aを通じ
て検波回路13Aに供給される。ここにおいてエ
ンベロープ検波された後、パンドパスフイルタ1
4Aに供給される。フイルタの下限は血管自体の
収縮拡張に伴なうドツプラー信号を除去するため
のものであり、上限はS/Nの観点から定められ
ている。この例では80Hz〜7kHzを通過させるよ
うに構成してある。 なお、このフイルタ出力をスイツチSW及び増
幅器47を通じてスピーカ48に供給すれば、ド
ツプラー出力Sa、すなわち血流を聴音できる。 フイルタ出力はゼロクロスカウンタ16Aに供
給された後、ローパスフイルタ17Aに供給され
るが、このフイルタ17Aを通過すると、信号の
位相は第18図で示すように信号周波数が10Hzの
とき約45゜ずれてしまう。そのため、このフイル
タ17Aの後段には位相補正用の微分回路18A
が接続されると共に、この微分出力中に含まれる
ノイズを除去するためのローパスフイルタ19A
が接続される。このフイルタ19Aの出力Sa″が
測定回路10Aの最終的な出力とされる。 他方の測定回路10Bにおいても、振動子4B
で得たドツプラー出力Sbに関連した出力Sb″が形
成されるわけであるが、これら出力Sa″,Sb″は
(19)式で示したような演算処理を行うため、第
1の演算処理回路20に供給される。 この演算処理回路20は第17図で示すように
なされているが、この回路構成は(19)式に示さ
れた数式より血流速Vbを得るためのものであつ
て、順を追つて説明するならば、出力Sa″,
Sb″を割算回路21に供給してSb″/Sa″の処理を行 い、続いて掛算回路22に供給する。 この掛算回路22には1/sinθの定数回路23A の出力が供給される。この掛算出力は後段の合成
器25に供給される。これにはcotθの定数回路2
3Bの出力が供給され、この合成器25において
(cotθ−Sb″/Sa″×1/sinθ)の演算処理が行われ
さらに 次の2乗器26で2乗される。 その出力は加算器27に供給される。この加算
器27には(19)式で示すルート(√ )内にあ
る1という定数回路23Cの出力が供給され、
(19)式のルート内の数式の演算が行われること
になる。続いて平方根回路28に供給された後、
上述した出力Sa″と共に掛算器29に供給され、
更にその出力は1/kの定数回路23Dの出力が供
給される掛算器30に供給され、ここにおいて
(19)式の全ての演算が行われる。従つて出力端
には(19)式で示す血流速Vbが得られたことに
なる。 ここで、血流量は頚動脈の単位断面積と血流速
Vbの積より求められる。そのため、第16図で
示すように第1の演算処理回路20の後段には更
に第2の演算処理回路90が設けられ、ここにお
いて最終的な血流量が演算処理されることにな
る。 続いて、この演算処理回路90について再び第
17図を参照して説明するも、頚動脈の血管径
Dbは第7図の処理回路64の出力であるから、
この出力を利用すれば簡単に計算できる。すなわ
ち、血流量So(容量へV)は(20)式で示すよう
になる。 V=Vb′・π・(Db/2)2 ……(20) 但し、Vb′はVbの平均値出力 (20)式の演算処理について説明するも、41
Aは定数回路であり、42は割算回路である。そ
してその入力40aには上述した血管径Dbに関
連した出力が供給される。従つて、これら回路に
おいてDb/2の演算が行われ、その出力は2乗回路 43に供給される。そして、その出力にπという
定数を掛るため掛算器44に供給される。41B
はπなる定数を求めるための定数回路である。掛
算出力は更に第1の演算処理回路20で得た血流
速Vb′と共に掛算器45に供給される。 このようにして最終的な血流量Vが求められる
から、冒頭でも述べたように血管物性に必要な絶
対流量を知ることができる。 以上説明したようにこの発明によれば計測部近
傍の血管物性のみならず、計測部より末梢側の血
管物性を定量的にあらわすことができるので、特
に上述した実施例のごとく頚動脈を計測する場合
には、外部より非観血的、無侵襲的に計測するこ
とが不可能な脳血管の循環特性値を知ることがで
きるので、脳血管障害の予知、予防に有効な計測
装置を提供することができる。 なお、上述した実施例では演算処理回路20,
90及び100そして循環特性値較正回路120
をアナログ回路として示したが、これらをデジタ
ル回路で構成することもできる。
[Table] The data in Table 1 is the calculated value Vb using equation (19) when θ=15° and the true blood flow velocity V B to be measured is 60.0 cm/sec and 100.0 cm/sec. shows. In this way, it was found that when two probes are used, the angle dependence does not appear so clearly. Therefore, even if the contact angle of the probe 1 changes each time a measurement is made, it hardly affects the blood flow velocity measurement. The possible range of the angle θ is not particularly limited, but
In this example, θ=20° is selected. As mentioned above, since the measurement error of a single probe is the smallest when θ T = 60°, the illumination angle θ T of the transducer 7 is
Selected near 60°. In this example, θ T =65° and θ a
= 55°, and θ b = 75°. FIG. 16 shows a circuit for measuring blood flow. In the figure, 46 is an ultrasonic oscillator, and Doppler outputs Sa and Sb, which are reflected waves, are supplied to the respective measurement circuits 10A and 10B. These measurement circuits 10A and 10B are for obtaining blood flow waveforms,
Since they have substantially the same circuit configuration, the measurement circuit 10A related to the Doppler output Sa will be explained. The Doppler output Sa is supplied to an amplifier 11A, and then supplied to a detection circuit 13A through a filter 12A composed of a crystal for removing output caused by backflow of blood. Here, after envelope detection, the bandpass filter 1
4A. The lower limit of the filter is for removing Doppler signals accompanying contraction and expansion of the blood vessel itself, and the upper limit is determined from the viewpoint of S/N. In this example, it is configured to pass 80Hz to 7kHz. Note that if this filter output is supplied to the speaker 48 through the switch SW and the amplifier 47, the Doppler output Sa, that is, the blood flow can be heard. The filter output is supplied to the zero-cross counter 16A and then to the low-pass filter 17A. After passing through this filter 17A, the phase of the signal shifts by about 45 degrees when the signal frequency is 10Hz, as shown in Figure 18. Put it away. Therefore, a differential circuit 18A for phase correction is provided after the filter 17A.
and a low pass filter 19A for removing noise included in the differential output.
is connected. The output Sa'' of this filter 19A is the final output of the measuring circuit 10A. Also in the other measuring circuit 10B, the oscillator 4B
An output Sb'' related to the Doppler output Sb obtained in is formed, but these outputs Sa'' and Sb'' are processed by the first arithmetic processing circuit as shown in equation (19). 20. This arithmetic processing circuit 20 is configured as shown in FIG. , to explain step by step, the output Sa″,
Sb'' is supplied to a division circuit 21 to process Sb''/Sa'', and then supplied to a multiplication circuit 22. This multiplication circuit 22 is supplied with the output of a 1/sin θ constant circuit 23A. This multiplication output is supplied to the synthesizer 25 at the subsequent stage.
The output of 3B is supplied, the computation process of (cotθ-Sb″/Sa″×1/sinθ) is performed in the combiner 25, and the output is squared in the next squarer 26. Its output is supplied to adder 27. This adder 27 is supplied with the output of a constant circuit 23C of 1 within the root (√) shown in equation (19),
(19) The calculation of the formula in the root of the formula will be performed. After being subsequently supplied to the square root circuit 28,
is supplied to the multiplier 29 together with the above-mentioned output Sa'',
Further, its output is supplied to a multiplier 30 to which the output of the 1/k constant circuit 23D is supplied, and all operations in equation (19) are performed here. Therefore, the blood flow velocity Vb expressed by equation (19) is obtained at the output end. Here, the blood flow rate is the unit cross-sectional area of the carotid artery and the blood flow velocity.
It is obtained from the product of Vb. Therefore, as shown in FIG. 16, a second arithmetic processing circuit 90 is further provided after the first arithmetic processing circuit 20, and the final blood flow rate is processed here. Next, this arithmetic processing circuit 90 will be explained again with reference to FIG.
Since Db is the output of the processing circuit 64 in FIG.
You can easily calculate using this output. That is, the blood flow So (V to capacity) is expressed by equation (20). V=Vb'・π・(Db/2) 2 ...(20) However, Vb' is the average value output of Vb.
A is a constant circuit, and 42 is a division circuit. The input 40a is supplied with an output related to the above-mentioned blood vessel diameter Db. Therefore, the calculation of Db/2 is performed in these circuits, and the output thereof is supplied to the squaring circuit 43. The output is then supplied to a multiplier 44 to be multiplied by a constant π. 41B
is a constant circuit for finding the constant π. The multiplication output is further supplied to a multiplier 45 together with the blood flow velocity Vb' obtained by the first arithmetic processing circuit 20. Since the final blood flow V is obtained in this manner, the absolute flow required for the blood vessel properties can be known as mentioned at the beginning. As explained above, according to the present invention, it is possible to quantitatively express not only the physical properties of the blood vessel near the measuring part but also the physical properties of the blood vessel distal to the measuring part, especially when measuring the carotid artery as in the above-mentioned embodiment. To provide a measuring device that is effective in predicting and preventing cerebrovascular disorders, since it is possible to know the circulation characteristic values of cerebrovascular vessels, which cannot be measured noninvasively and noninvasively from the outside. Can be done. In addition, in the embodiment described above, the arithmetic processing circuit 20,
90 and 100 and cyclic characteristic value calibration circuit 120
Although shown as analog circuits, these can also be constructed with digital circuits.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図はこの発明の一例を示す概略的な系統
図、第2図及び第3図はこの発明に係る計測装置
によつて観測できる各種の波形図、第4図は計測
部位より末梢側を含めた頚動脈の電気回路モデ
ル、第5図は演算処理回路の要部の系統図、第6
図は循環特性値の較正回路の一例を示す系統図、
第7図は血管径測定回路の一例を示す系統図、第
8図〜第10図はその動作説明に供する波形図、
第11図は超音波プローブの説明図、第12図は
この発明に適用して好適な超音波プローブの縦断
面図、第13図はその底面図、第14図及び第1
5図は夫々超音波プローブの説明図、第16図は
血流量測定回路の一例を示す系統図、第17図は
演算処理回路の一例を示す系統図、第18図はロ
ーパスフイルタ17Aの出力の振幅及び位相を示
す曲線図である。 1は超音波プローブ、3は血管、4A,4Bは
受波用振動子、5は送受波兼用振動子、10A,
10Bは血流速測定回路、50は血管径測定回
路、71,72はブラウン管、100は演算処理
回路、120は循環特性値較正回路、Sa,Sa″,
Sb,Sb″はドツプラー出力、Vbは血流速、Sdは
血管の径偏位出力、Dbは血管径、Soは血流量、
Scはエコー出力、Pcはパルス出力である。
FIG. 1 is a schematic system diagram showing an example of the present invention, FIGS. 2 and 3 are various waveform diagrams that can be observed by the measuring device according to the present invention, and FIG. 4 shows the peripheral side from the measurement site. The electric circuit model of the carotid artery, Figure 5 is a system diagram of the main parts of the arithmetic processing circuit, and Figure 6 is a diagram of the main parts of the arithmetic processing circuit.
The figure is a system diagram showing an example of a calibration circuit for circulation characteristic values.
FIG. 7 is a system diagram showing an example of a blood vessel diameter measuring circuit, and FIGS. 8 to 10 are waveform diagrams for explaining its operation.
FIG. 11 is an explanatory diagram of an ultrasonic probe, FIG. 12 is a vertical cross-sectional view of an ultrasonic probe suitable for application to the present invention, FIG. 13 is a bottom view thereof, and FIGS. 14 and 1.
Fig. 5 is an explanatory diagram of the ultrasonic probe, Fig. 16 is a system diagram showing an example of a blood flow measurement circuit, Fig. 17 is a system diagram showing an example of an arithmetic processing circuit, and Fig. 18 is an illustration of the output of the low-pass filter 17A. It is a curve diagram showing amplitude and phase. 1 is an ultrasonic probe, 3 is a blood vessel, 4A and 4B are wave receiving transducers, 5 is a wave transmitting and receiving transducer, 10A,
10B is a blood flow velocity measurement circuit, 50 is a blood vessel diameter measurement circuit, 71 and 72 are cathode ray tubes, 100 is an arithmetic processing circuit, 120 is a circulation characteristic value calibration circuit, Sa, Sa'',
Sb, Sb″ is Doppler output, Vb is blood flow velocity, Sd is blood vessel diameter deviation output, Db is blood vessel diameter, So is blood flow rate,
Sc is echo output and Pc is pulse output.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 頚動脈の計測部位を測定する第1の超音波プ
ローブからのドツプラー出力に基づいて血流速出
力Vbを得る血流速測定回路と、上記頚動脈の計
測部位を測定する第2の超音波プローブからのエ
コー出力に基づいて血管径出力Dbを得る血管径
測定回路とを備え、血流速出力Vb及び血管径出
力Dbを掛算することにより、上記頚動脈の計測
部位の絶対血流量出力g(t)を得る絶対流量計
測装置と、 脈波計測装置と、 上記絶対流量計測装置からの絶対血流量出力g
(t)が供給される第1の周波数分析器と、 上記脈波計測装置からの血圧波出力P(t)が
上腕動脈カフ圧値で振幅補正された後に供給され
る第2の周波数分析器と、 該第2の周波数分析器の出力P(ω)を第1の
周波数分析器の出力Q(ω)で割算して、上記計
測部位から末梢側を見たインプツトインピーダン
ス出力Zin(ω)(但し、Zin(ω)は、中枢側イン
ピーダンス出力をZc(ω)、末梢側インピーダン
ス出力をZp(ω)とすると、 Zin(ω)=Zc(ω)+Zp(ω) ……(a) と表され、Zc(ω)は、循環抵抗をRc、循環イン
ダクタンスをLc、循環容量をCcとすると、 Zc(ω)=Rc+j(ωLc−1/ωCc) ……(b) と表され、Rc,Lc,Ccは、μを血液粘性率、ρ
を血流密度、lを頚動脈の血管長、rを計測部位
の平均血管半径、Dを計測部位の血管内径、ΔP
を脈圧、ΔDを血管内径の偏位、VEを血管の容積
弾性率とすると、 Rc=8μl/1333πr4 ……(c) Lc=4ρl/3×1333πr2 ……(d) Cc=1333πr2l/VE ……(e) VE=1333D・ΔP/2ΔD ……(f) と表され、Zp(ω)は、抵抗をZR、リアクタンス
とすると、 Zp(ω)=ZR+jZI ……(g) と表され、ZR、ZIは、循環抵抗をRT,Rp、循環
容量をCpとすると、 ZR=RT+Rp/1+ω2Cp2Rp2 ……(h) ZI=−ωCcRp2/1+ω2Cp2Rp2 ……(i) と表され、又、Cpは、ZoをZo=RT+Rpと置く
と、 Cp=ZI/ωRp(ZR−Zo+Rp) ……(j) と表される。)を得る第1のインプツトインピー
ダンス出力回路と、 上記血管径測定回路からの血管径出力Db及び
径偏位出力S′d並びに上記上腕動脈カフ圧力から
求めた計測部位の平均血管半径r、計測部位の血
管内径D及び脈圧ΔP並びに血液粘性率μ、血流
密度ρ及び頚動脈の血管長lを用いて、上記式(c)
〜(f)の演算を行つて、上記循環抵抗Rc、循環イ
ンダクタンスLc及び循環容量Ccを求めると共に、
これら循環抵抗Rc、循環インダクタンスLc及び
循環容量Ccを用いて、上記式(b)の演算を行つて、
上記計測部位近傍の中枢インピーダンスZc(ω)
を算出する中枢側インピーダンス出力回路と、 上記第1のインプツトインピーダンス出力回路
よりのインプツトインピーダンス出力Zin(ω)か
ら、上記中枢インピーダンス出力回路よりの中枢
インピーダンス出力Zc(ω)を減算して末梢側イ
ンピーダンス出力Zpを得る末梢側インピーダン
ス出力回路と、 上記末梢側インピーダンス出力回路からの末梢
側インピーダンス出力Zp(ω)が供給されて、上
記循環抵抗RT,Rp及び循環容量Cpの値を決定す
る循環特性値決定回路と、 該循環特性値決定回路からの循環特性値出力が
供給され、その循環特性値に応じたインプツトイ
ンピーダンス出力Zmod(ω)を得る第2のイン
プツトインピーダンス出力回路と、 上記第1及び第2のインピーダンス出力回路の
各インプツトインピーダンス出力Zin(ω)、
Zmod(ω)の差のインピーダンス出力を得る減
算回路とを有し、 上記循環測定値決定回路において上記減算回路
の減算出力の2乗が最小と成るような循環特性値
が選定され、該選定された循環特性値を、末梢側
の血管物性を示す循環特性値とするようにしたこ
とを特徴とする末梢血管物性の計測装置。
[Scope of Claims] 1. A blood flow velocity measuring circuit that obtains a blood flow velocity output Vb based on a Doppler output from a first ultrasonic probe that measures a measurement site in the carotid artery; and a blood vessel diameter measurement circuit that obtains a blood vessel diameter output Db based on the echo output from the ultrasound probe No. 2, and by multiplying the blood flow velocity output Vb and the blood vessel diameter output Db, the absolute blood pressure at the measurement site of the carotid artery is calculated. An absolute flow rate measuring device that obtains a flow rate output g(t), a pulse wave measuring device, and an absolute blood flow rate output g from the absolute flow rate measuring device.
(t) to which the blood pressure wave output P(t) is supplied; and a second frequency analyzer to which the blood pressure wave output P(t) from the pulse wave measuring device is supplied after amplitude correction with the brachial artery cuff pressure value. Then, the output P(ω) of the second frequency analyzer is divided by the output Q(ω) of the first frequency analyzer to obtain the input impedance output Zin(ω) when looking at the distal side from the measurement site. ) (However, for Zin (ω), if the central impedance output is Zc (ω) and the peripheral impedance output is Zp (ω), then Zin (ω) = Zc (ω) + Zp (ω) ... (a) Zc(ω) is expressed as Zc(ω)=Rc+j(ωLc−1/ωCc)...(b), where Rc is the circulating resistance, Lc is the circulating inductance, and Cc is the circulating capacity. , Lc, Cc are μ the blood viscosity, ρ
is the blood flow density, l is the carotid artery blood vessel length, r is the average blood vessel radius at the measurement site, D is the blood vessel inner diameter at the measurement site, ΔP
When is the pulse pressure, ΔD is the deviation of the inner diameter of the blood vessel, and V E is the volumetric modulus of the blood vessel, Rc=8μl/1333πr 4 ...(c) Lc=4ρl/3×1333πr 2 ...(d) Cc=1333πr 2 l/V E ……(e) V E = 1333D・ΔP/2ΔD ……(f) Zp(ω) is expressed as Zp(ω)=Z R +jZ, where resistance is Z R and reactance is I ...(g), and Z R and Z I are expressed as R T and Rp for circulation resistance and Cp for circulation capacity, Z R = R T + Rp/1 + ω 2 Cp 2 Rp 2 ... (h) Z I = -ωCcRp 2 /1 + ω 2 Cp 2 Rp 2 ...(i) Also, Cp is expressed as Zo = R T + Rp, then Cp = Z I /ωRp (Z R - Zo + Rp) ...It is expressed as (j). ), a first input impedance output circuit that obtains the blood vessel diameter output Db and the diameter deviation output S'd from the blood vessel diameter measurement circuit, and the average blood vessel radius r of the measurement site determined from the brachial artery cuff pressure. Using the intravascular diameter D and pulse pressure ΔP of the site, blood viscosity μ, blood flow density ρ, and carotid artery length l, the above formula (c) is calculated.
~(f) is performed to obtain the above-mentioned circulating resistance Rc, circulating inductance Lc, and circulating capacitance Cc, and
Using these circulating resistance Rc, circulating inductance Lc, and circulating capacity Cc, calculate the above formula (b),
Central impedance Zc (ω) near the above measurement site
A central impedance output circuit calculates A distal impedance output circuit that obtains a side impedance output Zp, and a distal impedance output Zp (ω) from the distal impedance output circuit are supplied to determine the values of the circulating resistances R T and Rp and the circulating capacitance Cp. a cyclic characteristic value determining circuit; a second input impedance output circuit that is supplied with the cyclic characteristic value output from the cyclic characteristic value determining circuit and obtains an input impedance output Zmod (ω) according to the cyclic characteristic value; Each input impedance output Zin(ω) of the first and second impedance output circuits,
and a subtraction circuit that obtains an impedance output of the difference of Zmod (ω), and in the cyclic measurement value determination circuit, a cyclic characteristic value is selected such that the square of the subtracted output of the subtraction circuit is the minimum, A device for measuring peripheral blood vessel physical properties, characterized in that the circulation characteristic values determined by the blood flow are used as circulation characteristic values indicating blood vessel physical properties on the peripheral side.
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