JPH0614931B2 - 超音波流体情報計測装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、超音波を利用して管内の流速を測定し、こ
の測定値をモニタまたは制御用に使用するために、管の
外壁に着脱自在に取り付けられる超音波流体情報計測用
プローブ、及び、この超音波流体情報計測用プローブを
用いて、管内の流量を超音波により検出する超音波流体
情報計測装置に関する。

［従来の技術］ 従来、管内を流れる被計測流体の流速や流量を超音波を
利用して測定する場合、超音波流体情報計測装置等のプ
ローブを管の外壁に固定して使用するようにしている。
また、近年において、開心術やその他の手術の際に、体
外において補助的に、または一時的に心臓または心肺機
能を代行するための人工心肺、補助心臓、または人工心
臓装置の開発が進められている。そして、このような人
工心肺、補助心臓、または人工心臓装置は、実際の治療
に際して、患者に対しての臨床応用においても効果を上
げている。

このような臨床応用において、特に血液流量の測定は、
重要なモニタリング要素であり、超音波流体情報計測装
置は、血液に直接接触することなく流量の測定を可能に
する点で、有効であるとされている。

［発明を解決しようとする問題点］ このような超音波流体情報計測装置を用いる際において
は、プローブを管の外壁に接着剤を介して接着したり、
バンドや特殊なホルダを介して管の外壁に固着しなけれ
ばならず、その操作が大変に面倒なものである。特に、
体外血液回路を使用している際に、急に血液流量を測定
する必要が生じた場合などには、プローブのこのような
装着方法では時間がかかりすぎ、問題である。

また、血液の流速を測定し、この流速の値から管内を流
れる血液の流量を算出する場合には、測定する部位の管
の内径が正確に分かっていないと、血液の流量を正確に
算出することができない。そのため、内径が場所によっ
て変化する様な管の内部を流れる血液の流量を測定しよ
うとした場合には、管の所定の内径の位置にプローブを
正確に位置決めして取り付けるか、あるいは、プローブ
を取りつけた位置における管の内径を正確に測定するこ
とが必要となる。しかしながら、プローブは管の任意の
位置に取りつけ可能であるため、上記の様にプローブを
所定の位置に位置決めして取り付けることは手間がかか
り、また、管の内径を実測することも容易ではない。従
って、この様な操作を行うとプローブの装着に時間がか
かり、血液の流量の迅速な測定ができなくなる。

この発明は、上述した問題点に鑑みてなされたもので、
この発明の目的は、簡単な操作で、短時間の内に被計測
流体の流速または流量を測定できるようにする超音波流
体情報計測装置を提供することである。

［問題点を解決するための手段］ 上述した問題点を解決し、目的を達成するため、この発
明に係わる超音波流体情報計測装置は、所定の内径を有
する管状に形成され、被計測流体をその内部に流すよう
にされた管体と、該管体の外壁に着脱自在に取り付けら
れるプローブとを備える超音波流体情報計測装置であっ
て、前記管体は、その外壁の一部に、前記プローブを位
置決めする役目を果たすと共に、前記管体の外壁の肉圧
を薄くして前記プローブから発せられる超音波をその減
衰が少ない状態で前記管体内に透過させるための凹所を
備え、前記プローブは、前記凹所の底面に対向する位置
に配置され、前記管体内を流れる被計測流体に向けて超
音波を出力すると共に、反射した超音波を受けて、流速
に関するデータを検出する検出手段と、該検出手段を保
持するプローブ本体であって、前記検出手段が固着され
る基台と、この基台に一体に形成され、前記管体の外壁
を両側から挟むように把持して、前記基台の前記管体か
らの脱落を阻止するための把持片と、前記凹所に係合す
ることにより前記プローブを前記管体に対して位置決め
するための突出部とを有するプローブ本体とを備える事
を特徴としている。

また、この発明に係わる超音波流体情報計測装置におい
て、前記プローブ本体は、前記基台と前記把持片とを一
体に備えた状態で、断面略Ｃ字状に形成されている事を
特徴としている。

また、この発明に係わる超音波流体情報計測装置におい
て、前記把持片は、弾性体から形成されている事を特徴
としている。

また、この発明に係わる超音波流体情報計測装置におい
て、前記プローブと電気的に接続され、前記プローブに
より検出されたデータに基づいて、前記管体内を流れる
被計測流体の流速を演算する演算手段を更に具備するこ
とを特徴としている。

［作用］ 以上のように構成される超音波流体情報計測装置におい
ては、プローブの管体の外壁への装着に際して、これに
取り付けられた把持片を介して、装着状態が保持された
状態で、着脱自在に取り付けられている。このため、こ
の装着動作は簡単になり、短時間の内に操作できるよう
になる。

また、管体には凹所が形成されており、この凹所にプロ
ーブ本体に形成された突出部を嵌入させることにより、
簡単な動作でプローブを管体に対して位置決めして装着
することができるので、プローブは、管体に対して常に
内径の同じ部分に装着されることとなり、毎回血液の流
量を正確に測定することができる。

更には、管体に凹所が形成されていることにより、この
凹所が形成されている部分の管体の壁の肉厚が極めて薄
くなるので、この薄い部分の透過する超音波が減衰され
にくくなり、測定精度が向上する。

［実施例］ 以下に、この発明に係わる超音波流体情報計測装置の一
実施例の構成を、添付図面を参照して、詳細に説明す
る。

第１図に示すように、超音波流体情報計測装置１０は、
被計測流体としての血液が流れる管１２の外壁に、装着
状態が保持された状態で、着脱自在に取り付けられ、管
１２内を流れる血液の流速を超音波を介して検出する超
音波流体情報計測用のプローブ１４と、このプローブ１
４とケーブル１６を介して電気的に接続され、プローブ
１４により検出された流速に基づいて管１２内を流れる
血液の流量を演算する演算装置１８とを備えている。

この一実施例においては、プローブ１４は、補助心臓用
の血液回路において、血液流速を測定するために用いら
れるもので、補助心臓用のポンプ２０に患者からの血液
を送る脱血用カニユーラが、前述した被計測流体として
の血液が流れる管１２として採用されている。尚、この
補助心臓用のポンプ２０には、ここで付勢された血液を
患者に戻すための送血カニユーラ２２が取り付けられて
いる。

上述した超音波流体情報計測用プローブ１４は、第２Ａ
図及び第２Ｂ図に、夫々異なつた断面により示すよう
に、被計測流体としての血液が流れる管１２の外壁に着
脱自在に取り付けられるプローブ本体２４を備えてい
る。このプローブ本体２４内には、このプローブ本体２
４の基台２４ａ内に固着され、管１２内を流れる血液に
向けて超音波を出力する超音波発信器２６ａと、流れて
いる血液において反射した超音波を受けて、流速に関す
るデータを検出する超音波受信器２６ｂとを、互いの軸
を交差させた状態で備えている。前述したケーブル１６
の一端は、これら超音波発信器２６ａと超音波受信器２
６ｂとに夫々接続されている。

これら超音波発信器２６ａ及び超音波受信器２６ｂによ
り流速に関するデータを検出する検出機構２６が構成さ
れている。尚、この検出機構２６は、基台２４ａ内にお
いて、アクリル樹脂により形成された取付け台２４ｂ上
に配設されている。

また、第２Ｂ図から明らかなように、基台２４ａの管１
２の外壁に対向する部分は、取り付けられる管１２の部
分に向かつて平面矩形状に突出するように形成されてい
る。そして、この基台２４ａの突出部分の表面には、取
付け台２４ｂがこれに検出機構２６を取り付けられた状
態で収納される凹所２４ｃが形成されている。

また、第２Ａ図から明らかなように、プローブ本体２４
は、基台２４ａと一体に形成された状態で、管１２の外
壁を両側から挟むように把持して、前記基台２４ａの管
１２からの脱落を阻止するための、互いに間隔をおいて
配設された一対の把持片２４ｄを備えている。これら把
持片２４ｄを含むプローブ本体２４は、弾性体としての
ウレタンゴムから形成されている。

尚、これら一対の把持片２４ｄの先端部における間隔
は、管１２の直径よりも小さく設定され、中間部におけ
る間隔は、管１２の直径に略同一に設定されている。こ
のようにして、プローブ１４が装着された状態におい
て、この装着状態が保持されるようになされると共に、
装着時においては、これら一対の把持片２４ｄが弾性体
から形成されているので、これらの先端部は開かれて、
良好に管１２の外壁に把持されるように構成されてい
る。

ここで、この一実施例においては、基台２４ａ及び一対
の把持片２４ｄの内面は、連続するように設定されると
共に、管１２の外壁に対応した形状に形成されている。
即ち、プローブ本体２４は、全体として、略Ｃ字状に形
成されている。このようにして、プローブ１４が管１２
の外壁に装着された状態で、第２Ａ図に示すように、基
台２４ａ及び一対の把持片２４ｄとの内面は、管１２の
外周面に密着され、互いの摩擦係合により、装着状態が
確実に保持されるようになされている。

一方、このようなプローブ１４が装着される管１２とし
ての脱血カニユーラは、軟質の塩化ビニル系樹脂から形
成され、管１２の被装着部分には、第１図及び第３図に
示すように、プローブ１４の突出部分が嵌合される凹所
１２ａが形成されている。この被装着部分は、管１２に
おいて、ポンプ２０に近接する側に測定されている。こ
の凹所１２ａは、プローブ１４の被装着位置を明示する
機能と共に、凹所１２ａを形成した分だけ管１２の肉厚
が減じら、最小の厚さｈを有するようになされることに
なり、超音波発信器２６ａより発信された超音波の減衰
を少なくする機能を発揮することになる。

ここで、この最小の厚さｔは、凹所１２ａを形成する精
度と、超音波の減衰率との観点から設定されるものであ
り、この一実施例においては、０．５±０．２mm、即
ち、この厚さｔは、最大０．１mm、最小０．３mmの範囲
内に設定されている。

尚、この厚さｔは、第３図に示すように、全ての部分で
一定になされている。換言すれば、凹所１２ａの底面
は、管１２の内周面に沿つた曲面から構成され、また、
プローブ本体２４の基台２４ａに形成された突出部の下
面も、この管１２の内周面に沿つた曲面から構成されて
いる。

以上のように構成される超音波流体情報計測装置１０に
おいて、超音波流体情報計測用のプローブ１４を用いる
動作について説明する。

開心術において、補助心臓が用いられている場合に、こ
の補助心臓用のポンプ２０の駆動状態を制御するため
に、脱血した血液の流量が、この超音波流体情報計測装
置１０により測定される。この測定に際して、先ず、管
１２の凹所１２ａの底面には、これとプローブ本体１４
との間に空気や気泡が入り込み、超音波の減衰が大きく
なることを防止するため、予じめゼリー状の液体が塗布
される。このゼリーの塗布後、流速測定用のプローブ１
４が、被計測流体としての血液が流れる管、即ち、脱血
カニユーラ１２の、被装着部分に嵌め込まれる。ここ
で、この被装着位置の管１２の部分には、凹所１２ａが
形成されているので、操作者は、この被装着位置を間違
えることなく、確実に、且つ、容易に認識できることに
なる。また、装着動作は、単に、断面Ｃ字状に形成され
たプローブ本体２４の、互いに離間された一対の把持片
２４ｄの先端部間を、管１２に押し付けることで済む。
即ち、一対の把持片２４ｄは、弾性体から形成されてい
るので、これらの先端部間の距離が、管１２の直径より
小さく設定されているものの、押し付け動作に伴なつ
て、これら把持片２４ｄは外方に開くこととなる。その
後、先端部が管１２の直径部分を通過することにより、
把持片２４ｄの弾性復帰力により再び閉じて、第２Ａ図
に示す状態となる。このようにして、プローブ１４は確
実に管１２の外壁に把持され、この把持状態は良好に保
持されることになる。

この後、演算装置１８の作動を開始することにより、検
出機構２６の超音波発信器２６ａから超音波が、例え
ば、５ＭＨｚの連続波として発信される。このように発
信された超音波は、管１２内を流れている血液により反
射され、この反射された超音波は、ドツプラ効果により
異なる周波数を備えた状態で、超音波受信器２６ｂで受
信される。

この超音波受信器２６ｂにおいて受信された所の流速に
関するデータは、ケーブル１６を介して演算装置１８に
送られ、この演算装置１８において、情報処理がなさ
れ、管１２内を流れる血液の流量が算出される。

このようにして、血液の流量が測定されて、開心術が終
了した後、プローブ１４は管１２から取り外され、一連
の測定動作は完了する。この後、管１２に形成された凹
所１２ａは、この部分厚さｔが、極めて薄く設定されて
いるので、これを保護するために、ダミープローブ２８
が、第４図に示すように管１２の被装着部分に装着され
る。

以上詳述したように、この一実施例によれば、超音波流
体情報計測用のプローブ１４を、弾性体から断面略Ｃ字
状に形成したので、このプローブ１４の装着状態は、良
好に保持されると共に、このプローブ１４の装着動作は
極めて簡略化され、また、操作時間も短縮化されること
になる。このようにして、緊急に流量の測定が必要にな
つた場合においても、このプローブ１４を用いることに
より、確実に対処できるようになる。

また、この一実施例によれば、このプローブ１４が装着
される管１２の被装着部分に、凹所１２ａが形成されて
いるので、プローブ１４の被装着位置を操作者が間違え
ることがなくなる。また、管１２に凹所１２ａを形成す
ることにより、この被装着部分の管１２の厚さは、極め
て薄く設定され、従つて、測定に利用される超音波の減
衰が良好に押えられ、測定精度が向上することになる。

この発明は、上述した一実施例の構成に限定されること
なく、この発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形可能
であることは言うまでもない。

例えば、上述した一実施例においては、管１２に形成さ
れる凹所１２ａを、第３図に示すように、この凹所１２
ａが設けられた管１２の部分の厚さが一定になるように
説明したが、このような構成に限定されることなく、第
５図に一変形例として示すように、凹所１２ｂの底面を
平面から構成し、この凹所１２ｂを設けることにより設
定される管１２の最小厚さを、前述したような厚さｔに
規定するようにしても良い。このように凹所１２ｂを設
定することにより、この凹所１２ｂの形成動作が簡略化
される効果が達成される。

また、上述した一実施例においては、凹所１２ａが形成
される管１２を、脱血カニユーラから構成されるように
説明したが、このような構成に限定されることなく、第
６図に他の変形例として示すように、送血カニユーラ２
２に凹所２２ａを形成するようにしても良い。要は、こ
の凹所は、被測定流体が流れる部分であれば、どこにで
も設定されるものである。

また、上述した一実施例においては、プローブ本体２４
を弾性体から形成するように説明したが、このような構
成に限定されることなく、装着される管が剛性を有する
場合には、弾性体であることが必須となるが、装着され
る管が弾性を有する場合には、プローブ本体２４を弾性
体から形成する必要は無く、剛性を有する材料から形成
されるようにしても良い。

［発明の効果］ 以上詳述したように、この発明に係わる超音波流体情報
計測装置は、所定の内径を有する管状に形成され、被計
測流体をその内部に流すようにされた管体と、該管体の
外壁に着脱自在に取り付けられるプローブとを備える超
音波流体情報計測装置であって、前記管体は、その外壁
の一部に、前記プローブを位置決めする役目を果たすと
共に、前記管体の外壁の肉圧を薄くして前記プローブか
ら発せられる超音波をその減衰が少ない状態で前記管体
内に透過させるための凹所を備え、前記プローブは、前
記凹所の底面に対向する位置に配置され、前記管体内を
流れる被計測流体に向けて超音波を出力すると共に、反
射した超音波を受けて、流速に関するデータを検出する
検出手段と、該検出手段を保持するプローブ本体であっ
て、前記検出手段が固着される基台と、この基台に一体
に形成され、前記管体の外壁を両側から挟むように把持
して、前記基台の前記管体からの脱落を阻止するための
把持片と、前記凹所に係合することにより前記プローブ
を前記管体に対して位置決めするための突出部とを有す
るプローブ本体とを備えることを特徴としている。

従つて、この発明によれば、簡単な操作で、短時間の内
の被計測流体の流速または流量を測定できるようにする
超音波流体情報計測装置が提供されることになる。

また、管体には凹所が形成されており、この凹所にプロ
ーブ本体に形成された突出部を嵌入させることにより、
簡単な動作でプローブを管体に対して位置決めして装着
することができるので、プローブは、管体に対して常に
内径の同じ部分に装着されることとなり、毎回血液の流
量を正確に測定することができる。

更には、管体に凹所が形成されていることにより、この
凹所が形成されている部分の管体の壁の肉厚が極めて薄
くなるので、この薄い部分を透過する超音波が減衰され
にくくなり、測定精度が向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明に係わる超音波流体情報計測装置の一
実施例を概略的に示す斜視図； 第２Ａ図及び第２Ｂ図は、プローブの管への装着状態を
夫々異なつた切断面で切断して示す断面図； 第３図は凹所の形状を示す管の断面図； 第４図はダミープローブの装着状態を示す斜視図； 第５図は凹所の一変形例を示す断面図；そして、 第６図は凹所の設定位置の他の変形例を示す正面図であ
る。 図中、１０……超音波流体情報計測装置、１２……管
（脱血カニユーラ）、１２ａ……凹所、１４……超音波
流体情報計測用プローブ、１６……ケーブル、１８……
演算装置、２０……ポンプ、２２……送血カニユーラ、
２２ａ……凹所、２４……プローブ本体、２４ａ……基
台、２４ｂ……取付け台、２４ｃ……凹所、２４ｄ……
把持片、２６……検出機構、２６ａ……超音波発信器、
２６ｂ……超音波受信器、２８……ダミープローブであ
る。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】所定の内径を有する管状に形成され、被計
   測流体をその内部に流すようにされた管体と、該管体の
   外壁に着脱自在に取り付けられるプローブとを備える超
   音波流体情報計測装置であって、 前記管体は、 その外壁の一部に、前記プローブを位置決めする役目を
   果たすと共に、前記管体の外壁の肉圧を薄くして前記プ
   ローブから発せられる超音波をその減衰が少ない状態で
   前記管体内に透過させるための凹所を備え、 前記プローブは、 前記凹所の底面に対向する位置に配置され、前記管体内
   を流れる被計測流体に向けて超音波を出力すると共に、
   反射した超音波を受けて、流速に関するデータを検出す
   る検出手段と、 該検出手段を保持するプローブ本体であって、前記検出
   手段が固着される基台と、この基台に一体に形成され、
   前記管体の外壁を両側から挟むように把持して、前記基
   台の前記管体からの脱落を阻止するための把持片と、前
   記凹所に係合することにより前記プローブを前記管体に
   対して位置決めするための突出部とを有するプローブ本
   体とを備えることを特徴とする超音波流体情報計測装
   置。
2. 【請求項２】前記プローブ本体は、前記基台と前記把持
   片とを一体に備えた状態で、断面略Ｃ字状に形成されて
   いる事を特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の超音
   波流体情報計測装置。
3. 【請求項３】前記把持片は、弾性体から形成されている
   事を特徴とする特許請求の範囲第１項若しくは２項に記
   載の超音波流体情報計測装置。
4. 【請求項４】前記プローブと電気的に接続され、前記プ
   ローブにより検出されたデータに基づいて、前記管体内
   を流れる被計測流体の流速を演算する演算手段を更に具
   備することを特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第３
   項に記載の超音波流体情報計測装置。