JPH0647027A - 血液中のガス濃度検出装置 - Google Patents

血液中のガス濃度検出装置

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JPH0647027A
JPH0647027A JP4212028A JP21202892A JPH0647027A JP H0647027 A JPH0647027 A JP H0647027A JP 4212028 A JP4212028 A JP 4212028A JP 21202892 A JP21202892 A JP 21202892A JP H0647027 A JPH0647027 A JP H0647027A
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JP
Japan
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signal
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normal
blood
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JP4212028A
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Hiroshi Sato
浩 佐藤
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Honda Kogyo KK
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Honda Kogyo KK
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 医療中における患者の身体状態情報のモニタ
ーの一つとして使用するもので、何らかの原因で血液中
に炭酸ガスや空気が吸収若しくは混入した場合、その血
液中のガス濃度が所定量以上に上昇した際に警告を発生
する血液中のガス濃度検出装置に関する。 【構成】 ドップラー信号を分岐して遮断周波数が同じ
ローパスフィルタ2とハイパスフィルタ3に通し、ロー
パスフィルタ通過信号を整流器4にて整流して正常整流
信号となし、ハイパスフィルタ通過信号を感度調節器5
を通した後整流器6にて整流して異常整流信号となし、
異常整流信号が正常整流信号より大きい時に異常信号、
小さい時に正常信号を発生する異常検出回路7を備え、
異常検出回路から発生された正常信号に基づき正常状態
を、異常信号に基づき異常状態を視覚的及び/又は聴覚
的に表示する表示回路8を備えてなる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、医療中における患者の
身体状態情報のモニターの一つとして使用する血液中の
ガス濃度検出装置に係わり、更に詳しくは医療中に何ら
かの原因で血液中に炭酸ガスや空気が吸収若しくは混入
した場合、その血液中のガス濃度が所定量以上に上昇し
た際に警告を発生する血液中のガス濃度検出装置に関す
る。
【0002】
【従来の技術】従来から、患者の体内にその体重比に応
じて炭酸ガスを人為的に注入し、患部又はその近傍組織
を膨らませ、手術や診断等の医療を行い易くする術法、
手法は、多くの医療現場で採用されている。ここで、体
内に注入した炭酸ガスは、血液中に吸収され、心臓を通
った後、肺に送られて呼吸に伴って体外へ排出され、通
常注入から1分間程度で注入前の状態に戻る。
【0003】一方、医療においては患者に血管注射する
ことは頻繁に行われているが、この際に誤って血液中に
空気が混入することがある。ここで、血液中に混入した
空気は、肺に送られて体外に排出されるが、混入前の状
態に戻るには10分間程度を要する。
【0004】いずれにせよ、医療中に患者の血液中に炭
酸ガスや空気が吸収又は混入することがあり、特に炭酸
ガスを体内に注入した場合には避けられない。血液中の
炭酸ガスや空気等のガス濃度が低ければ全く問題がない
が、高すぎると生命に危険を及ぼすので、従来から麻酔
医等が超音波ドップラー計を用いて常時監視している。
この超音波ドップラー計は、超音波の送波器と受波器が
対となったプローブを身体の心臓に近い位置に接触さ
せ、超音波発振器に接続された送波器から体内に2〜4
MHzの超音波を伝播させ、心臓内等で流動している炭
酸ガス等の気泡で反射し、ドップラーシフトした超音波
を受波器で検出し、該受波器に接続された超音波受信器
にて気泡の移動速度に応じたドップラー信号を得る。こ
のドップラー信号は通常50Hz〜20kHzの可聴音
となり、気泡の密度や大きさによって音量が変化し、麻
酔医等はこのドップラー音を聞いてその高低及び音量か
ら血液中のガス濃度が許容範囲か否かを推測しているの
が現状である。
【0005】しかし、ドップラー音を聞いてその高低及
び音量から血液中のガス濃度を推定するには、多数例の
臨床経験と高度な熟練を要するとともに、客観性に乏し
いことは否めない。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明が前述
の状況に鑑み、解決しようとするところは、超音波ドッ
プラー計で得られた血液中の気泡によるドップラー信号
を解析し、気泡密度が増すと、即ちガス濃度が高くなる
とドップラー信号の高周波成分が増加することを利用し
て、この高周波成分が設定レベル以上に上昇した際に警
告を発することができる血液中のガス濃度検出装置を提
供する点にある。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は、前述の課題解
決のために、心臓に接して配した超音波ドップラー計の
プローブにて検出したドップラー信号を入力信号とし、
該入力信号に基づいて設定レベル以上に血液中のガス濃
度が上昇した際に警告信号を発するガス濃度検出装置で
あって、前記入力信号を分岐してそれぞれを設定遮断周
波数が同じローパスフィルタとハイパスフィルタに通
し、前記ローパスフィルタを通過した低周波信号を整流
器にて整流して正常整流信号となし、一方前記ハイパス
フィルタを通過した高周波信号を増幅率可変の反転増幅
器からなる感度調節器を通した後整流器にて整流して異
常整流信号となし、そして前記正常整流信号と異常整流
信号を入力し、異常整流信号の信号レベルの絶対値が正
常整流信号の信号レベルの絶対値より大きい時に異常信
号、小さい時に正常信号を発生する異常検出回路を備
え、該異常検出回路から発生された正常信号に基づき正
常状態を、異常信号に基づき異常状態を視覚的及び/又
は聴覚的に表示する表示回路を備えてなる血液中のガス
濃度検出装置を構成した。
【0008】また、前記異常検出回路から出力された異
常信号を入力し、該異常信号が所定の時間以上継続する
場合にのみ表示回路に継続異常信号を出力するととも
に、その他の場合には継続正常信号を出力する出力規制
回路を備えてなることがより好ましい。
【0009】
【作用】以上の如き内容からなる本発明の血液中のガス
濃度検出装置は、血液の流動と共に移動している気泡で
反射し、ドップラーシフトした反射超音波から検出され
たドップラー信号は、血液中のガス濃度が高くなるとそ
の高周波成分が増加することを利用し、この高周波成分
の増加に伴って警告を発するものである。更に詳しく
は、前記ドップラー信号を入力信号として遮断周波数が
同じローパスフィルタとハイパスフィルタとで設定遮断
周波数を境にした低周波信号と高周波信号に分別し、そ
して高周波信号レベルを感度調節器で高めた後、両信号
をそれぞれ整流器で互いに異なる極性に整流し、それか
ら異常検出回路にて高周波信号からの異常整流信号の信
号レベルの絶対値が低周波信号からの正常整流信号の信
号レベルの絶対値より大きい時に異常信号を表示回路に
出力し、小さい時に正常信号を表示回路に出力し、該表
示回路にて異常信号に基づいてガス濃度が高い異常状態
を、一方正常信号に基づいてガス濃度が低い正常状態を
視覚的及び/又は聴覚的に表示するのである。
【0010】また、前記異常検出回路から異常信号が一
瞬だけ発生した場合、即ちガス濃度が一瞬だけ高い場合
には、身体に大きな影響を及ぼさないが、この場合にも
表示回路にて異常状態を表示することは、医師に不要な
注意を喚起し、また患者にいたずらに不安感を与えるこ
とになるので、この場合には出力規制回路にて異常信号
が所定の時間以上継続する真に異常な状態になった場合
にのみ表示回路に継続異常信号を出力し、その他の場合
には継続正常信号を出力するようになしている。
【0011】
【実施例】次に添付図面に示した実施例に基づき更に本
発明の詳細を説明する。図1は本発明のガス濃度検出装
置のブロック図を示し、図2は超音波ドップラー計と組
み合わせて血液中のガス濃度を検出するシステムの概念
図、図3は使用状態を示す説明図であり、図中Aはガス
濃度検出装置、Bは超音波ドップラー計をそれぞれ示し
ている。
【0012】超音波ドップラー計Bは、従来から血液中
の気泡の多少を検出するために用いられ、それ自体は公
知のものである。この超音波ドップラー計Bは、身体C
に接触して配するプローブ100と、2〜4MHzの超
音波を発生する超音波発振器101と、超音波を受信す
る超音波受信器102から構成され、前記プローブ10
0には超音波発振器101に接続されて超音波を発する
送波器103と超音波受信器102に接続されて反射超
音波を受ける受波器104が内蔵されている。そして、
前記送波器103から発した超音波105が心臓106
の内部若しくはその近傍の大動脈、大静脈内で血液と共
に流動する気泡107,…で反射し、ドップラーシフト
した反射超音波108を前記受波器104にて受信し、
超音波受信器102にてドップラー信号として検出する
のである。このドップラー信号は、50Hz〜20kH
zの可聴周波数であり、特に主要な成分は50Hz〜5
00Hzである。従来は、このドップラー信号を増幅し
てスピーカーを鳴らし、その音の高低、音量を聞いてガ
ス濃度を推定していた。
【0013】本発明のガス濃度検出装置Aは、心臓10
6に接して配した前記超音波ドップラー計Bのプローブ
100によって得られたドップラー信号を入力信号と
し、この信号を解析してガス濃度が低い正常状態とガス
濃度が高い異常状態を客観的に判断して表示するもので
ある。
【0014】即ち、本発明のガス濃度検出装置Aは、前
記入力信号SI を増幅率が1〜10倍に可変の増幅器1
にて所定電圧に増幅し、その信号を分岐してそれぞれを
設定遮断周波数fc が同じローパスフィルタ2とハイパ
スフィルタ3に通し、前記ローパスフィルタ2を通過し
た低周波信号SL を全波整流器4にて整流して正の正常
整流信号SRNとなし、一方前記ハイパスフィルタ3を通
過した高周波信号SHを増幅率可変の反転増幅器からな
る感度調節器5を通した後全波整流器6にて整流して負
の異常整流信号SRAとなし、そして前記正常整流信号S
RNと異常整流信号SRAを入力し、異常整流信号SRAの信
号レベルの絶対値が正常整流信号SRNの信号レベルの絶
対値より大きい時に異常信号SA 、小さい時に正常信号
N を発生する異常検出回路7を備え、該異常検出回路
7から発生された正常信号SN に基づき正常状態を、異
常信号SA に基づき異常状態を視覚的及び/又は聴覚的
に表示する表示回路8を備えたものである。前記遮断周
波数fc は、超音波ドップラー計Bの使用周波数によっ
て異なるが、4MHzの超音波を使用した場合、経験的
に血液中の気泡密度が高くなると、即ちガス濃度が上昇
すると、ドップラー信号SI の周波数帯域のうち200
〜250Hzの高周波成分が増加することが判ってお
り、そのため本実施例では250Hzに設定している。
【0015】更に、前記異常検出回路7から異常信号S
A が一瞬だけ発生した場合、即ちガス濃度が一瞬だけ高
い場合には、身体に大きな影響を及ぼさないが、この場
合にも表示回路8にて異常状態を表示することは、医師
に不要な注意を喚起し、また患者にいたずらに不安感を
与えることになるので、本実施例では前記異常検出回路
7から出力された異常信号SA と正常信号SN を入力
し、該異常信号SA が所定の時間T以上継続する場合に
のみ表示回路8に継続異常信号SCAを出力するととも
に、その他の場合には継続正常信号SCNを出力する出力
規制回路9を、異常検出回路7と表示回路8との間に選
択的に切替え可能に設けている。
【0016】尚、図3に示すように、本発明のガス濃度
検出装置Aと超音波ドップラー計Bとを一体化して、一
つの装置としてまとめることも可能である。また、本実
施例では、リアルタイムで血液中のガス濃度の正常、異
常をモニタリングしているが、本発明のガス濃度検出装
置Aを教材用として用いる場合には、前記超音波ドップ
ラー計Bから出力されるドップラー信号SI をデジタル
オーディオテープレコーダ(DAT)に録音しておき、
後日それを教育現場で再生してガス濃度検出装置Aに入
力し、前記同様に医療中における患者の血液中のガス濃
度を検出することもできる。
【0017】更に、本発明を図4〜図6に示したブロッ
ク図等により異常検出回路7、出力規制回路9及び表示
回路8を詳しく説明する。図4は異常検出回路7のブロ
ック図を示し、該異常検出回路7は、互いに極性の異な
る正の正常整流信号SRNと負の異常整流信号SRAとをア
ナログ加算器10に入力して、両信号を加え合わせて信
号レベルの絶対値の差を取り、それを時定数が十分大き
な積分器11で均した後、増幅率が1〜10倍に可変の
増幅器12で増幅し、その信号電圧を比較器13で基準
電圧と比較し、基準電圧より信号電圧が大きいときにH
レベル、小さいときにLレベルの方形波を出力するので
ある。ここで、Lレベルは正常信号SNに、Hレベルは
異常信号SA にそれぞれ対応している。前記異常整流信
号SRAの極性は負であるが、アナログ加算器10、積分
器11及び増幅器12でぞれぞれ極性が逆転するように
しているので、比較器13に入力されるときには極性が
正になり、入力信号SI の周波数帯域のうち250Hz
以下の低周波信号SL より250Hz以上の高周波信号
H の寄与が大きければ比較器13に入力される信号電
圧は正となり、その逆であれば負となる。
【0018】図5は出力規制回路9のブロック図を示
し、該出力規制回路9は前記異常検出回路7の正常信号
N と異常信号SA が入力され、所定の時間以上異常信
号SAが継続する場合にのみ継続異常信号SCAを出力
し、その他の場合には継続正常信号SCNを出力するもの
である。そして、パルス発生器14に信号が入力される
と、異常信号SA (パルス幅TA )の立上り時にトリガ
され、短いパルス幅T1 (本実施例では14μsec に設
定)のトリガ用パルスP1 が発生する。このパルスP1
をインバータ15を通して反転させ、この反転パルスI
1 が単安定マルチバイブレータ16に入力されると、
反転パルスIP1 の立上り時(前記パルスP1 の立下り
時に対応)にトリガされ、長いパルス幅T2 (本実施例
では1sec に設定)の制御パルスP2 が発生する。この
制御パルスP2 はインバータ17を通して反転させ、こ
のゲートパルスIP2 をANDゲート18の一方の入力
端子に入力する。一方、前記パルス発生器14の前段で
分岐した正常信号SN と異常信号SA はそのままAND
ゲート18の他方の入力端子に入力され、前記ゲートパ
ルスIP2 との論理積の出力が得られる。即ち、該AN
Dゲート18の出力端子からは、異常信号SA とゲート
パルスIP2 のHレベル信号とが共通する場合にのみH
レベルの継続異常信号SCAが出力され、その他の場合は
Lレベルの継続正常信号SCNが出力される。
【0019】ここで、前記継続異常信号SCAは、異常信
号SA の立上り時からTD (=T1+T2 )時間後に立
上り、異常信号SA の立上り時からTA 時間後に立下る
パルスとなる。従って、TA >TD の場合に継続異常信
号SCAが出力され、TA ≦TD の場合には継続異常信号
CAが出力されない。尚、ANDゲート18の出力に
は、継続異常信号SCAとともに、パルス幅T1 のゴース
トパルスが発生するが、このパルスはパルス幅が短いの
で後述の表示回路8は作動しないので全く問題はない。
このゴーストパルスは、前記インバータ15を取り除け
ばなくなるが、本実施例では該インバータ15はパルス
波形成形のために用いている。
【0020】また、図1に示すように、前記表示回路8
は、二方向スイッチ19を介して前記出力規制回路9の
出力端子aと、該出力規制回路9の前段の異常検出回路
7の出力端子bとに切替え接続可能としている。この表
示回路8は、図6に示すように、二つのインバータ2
0,21を直列に接続し、該インバータ20の出力側Q
1 に正電圧(+5V)にクランプされた赤色発光ダイオ
ード22を順方向に接続するとともに、該赤色発光ダイ
オード22にブザー23を並列に接続し、インバータ2
1の出力側Q2 には正電圧にクランプされた緑色発光ダ
イオード24を順方向に接続している。また、前記ブザ
ー23は、スイッチ25を介して電源に接続している。
しかして、前記インバータ20にHレベルの信号(異常
信号SA 又は継続異常信号SCA)が入力された際には、
該インバータ20の出力側Q1 はLレベルとなって、赤
色発光ダイオード22は通電して発光するとともに、ス
イッチ25がON状態ではブザー23も同時に鳴るが、
インバータ21の出力側Q2はHレベルとなって緑色発
光ダイオード24は通電せず、従って発光しない。一
方、インバータ20にLレベルの信号(正常信号SN
は継続正常信号SCN)が入力された際には、該インバー
タ20の出力側Q1 はHレベルとなって、赤色発光ダイ
オード22は通電せず、従って発光しないとともに、ス
イッチ25がON状態でもブザー23も通電せず鳴らな
いが、インバータ21の出力側Q2 はLレベルとなって
緑色発光ダイオード24は通電して発光する。尚、前記
スイッチ25をOFF状態にすれば、同然何れの場合に
もブザー23は作動しない。
【0021】最後に、図7〜図9には本発明のガス濃度
検出装置Aの具体的回路図を示してあり、調節可能なも
のは、各回路に設けた可変抵抗器VR1 〜VR7 であ
る。VR1 は増幅器1の増幅率を1〜10倍に変化さ
せ、VR2 は感度調節器5に用いた差動増幅器の増幅率
を1〜20倍に変化させ、VR3 は積分器11の時定数
を変化させ、VR4 は増幅器12の増幅率を1〜100
倍に変化させ、VR5 は比較器13の基準電圧を0〜5
Vに変化させ、VR6 は比較器13のヒステリシスの幅
(UTPとLTPの差)を設定し、VR7 は単安定マル
チバイブレータ16のパルス幅T2 を設定するものであ
る。
【0022】以下に本装置の使用方法を説明する。 先ず、通常はスイッチ19をOFF状態、即ち出力規
制回路9から切り離し、スイッチ25をON状態にして
おく。 VR1 を調節して増幅器1の出力が±数Vとなるよう
に設定する。 血液中のガス濃度が正常な時に、VR2 を時計方向に
回し(感度を上げる)てブザー23を鳴らし、その後反
時計方向に少し戻してブザー23が鳴らないように調節
する。 血液中のガス濃度が異常な時に、VR4 を調節して増
幅器12の出力が5〜10Vになるように設定する。 VR5 を調節して基準電圧が異常な時の増幅器12の
出力電圧より十分低くなるように設定する。 VR6 を調節して、予想される雑音レベルよりもヒス
テリシスの幅を広くするように設定する。この場合、ヒ
ステリシスの幅を十分広くすると雑音に強くなる反面、
大きすぎては使い難いので、適宜設定する。この設定状
態で、血液中のガス濃度が低い正常な時には、緑色発光
ダイオード24は発光し、正常状態であることを表示す
る。そして、血液中のガス濃度が高くなって異常になる
と、赤色発光ダイオード22が発光するとともに、ブザ
ー23が鳴り、緑色発光ダイオード24は消え異常状態
になったことを表示するのである。 スイッチ25をON状態にすると、異常状態において
一定時間(VR7 を調節して設定)以上異常信号SA
継続する場合にのみ赤色発光ダイオード22が発光し、
ブザー23が鳴り、緑色発光ダイオード24は消える。
【0023】また、前記増幅器1の出力には、オシロス
コープ等を接続できるモニター用端子26が設けられて
いる。尚、本実施例では、一対のローパスフィルタ2と
ハイパスフィルタ3とを用いて一つの遮断周波数のみで
ドップラー信号SI を低周波成分と高周波成分とに分別
したが、この遮断周波数が異なる多数のフィルタ対をを
用いることにより、若しくはイコライザを構成すること
により、ガス濃度を多段階で表示させることも可能であ
る。
【0024】
【発明の効果】以上にしてなる本発明の血液中のガス濃
度検出装置によれば、医療中に何らかの原因で血液中に
炭酸ガスや空気が吸収若しくは混入し、血液中のガス濃
度が上昇することがあるが、心臓の近傍であって身体に
接して配した超音波ドップラー計で得られた血液中の気
泡によるドップラー信号を解析し、気泡密度が増すと、
即ちガス濃度が高くなるとドップラー信号の高周波成分
が増加することを利用して、この高周波成分が設定レベ
ル以上に上昇した際に視覚的及び/又は聴覚的に警告を
発することができる。
【0025】また、出力規制回路を設けた場合、異常信
号が所定の時間以上継続する真に異常な状態になった場
合にのみ表示回路に継続異常信号を出力し、その他の場
合には継続正常信号を出力することができる。つまり、
異常検出回路から異常信号が一瞬だけ発生した場合、即
ちガス濃度が一瞬だけ高い状態では身体に大きな影響を
及ぼさない場合には、表示回路にて異常状態を表示しな
いことで、医師は不要な注意を払うことなく医療に専念
でき、また患者にもいたずらに不安感を与えることがな
いのである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の血液中のガス濃度検出装置のブロック
図である。
【図2】超音波ドップラー計と組み合わせて、血液中の
ガス濃度を検出するシステムの簡略ブロック図である。
【図3】使用状態を示す簡略説明図である。
【図4】異常検出回路のブロック図である。
【図5】出力規制回路のブロック図である。
【図6】表示回路の回路図である。
【図7】正常整流信号と異常整流信号を出力するまでの
実際の回路図である。
【図8】異常検出回路の実際の回路図である。
【図9】出力規制回路と表示回路の実際の回路図であ
る。
【符号の説明】
A ガス濃度検出装置 B 超音波ドップラ
ー計 C 身体 1 増幅器 2 ローパスフィル
タ 3 ハイパスフィルタ 4 全波整流器 5 感度調節器 6 全波整流器 7 異常検出回路 8 表示回路 9 出力規制回路 10 アナログ加算
器 11 積分器 12 増幅器 13 比較器 14 パルス発生器 15 インバータ 16 単安定マルチ
バイブレータ 17 インバータ 18 ANDゲート 19 スイッチ 20 インバータ 21 インバータ 22 赤色発光ダイ
オード 23 ブザー 24 緑色発光ダイ
オード 25 スイッチ 26 モニター用端
子 100 プローブ 101 超音波発振
器 102 超音波受信器 103 送波器 104 受波器 105 超音波 106 心臓 107 気泡 108 反射超音波 SI ドップラー信号(入力信号) SL 低周波信号 SH 高周波信号 SRN 正常整流信号 SRA 異常整流信号 SN 正常信号 SA 異常信号 SCN 継続正常信号 SCA 継続異常信号 P1 パルス IP1 反転パルス P2 制御パルス IP2 ゲートパルス

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 心臓に接して配した超音波ドップラー計
    のプローブにて検出したドップラー信号を入力信号と
    し、該入力信号に基づいて設定レベル以上に血液中のガ
    ス濃度が上昇した際に警告信号を発するガス濃度検出装
    置であって、 前記入力信号を分岐してそれぞれを設定遮断周波数が同
    じローパスフィルタとハイパスフィルタに通し、前記ロ
    ーパスフィルタを通過した低周波信号を整流器にて整流
    して正常整流信号となし、一方前記ハイパスフィルタを
    通過した高周波信号を増幅率可変の反転増幅器からなる
    感度調節器を通した後整流器にて整流して異常整流信号
    となし、そして前記正常整流信号と異常整流信号を入力
    し、異常整流信号の信号レベルの絶対値が正常整流信号
    の信号レベルの絶対値より大きい時に異常信号、小さい
    時に正常信号を発生する異常検出回路を備え、該異常検
    出回路から発生された正常信号に基づき正常状態を、異
    常信号に基づき異常状態を視覚的及び/又は聴覚的に表
    示する表示回路を備えてなることを特徴とする血液中の
    ガス濃度検出装置。
  2. 【請求項2】 前記異常検出回路から出力された異常信
    号を入力し、該異常信号が所定の時間以上継続する場合
    にのみ表示回路に継続異常信号を出力するとともに、そ
    の他の場合には継続正常信号を出力する出力規制回路を
    備えてなる請求項1記載の血液中のガス濃度検出装置。
JP4212028A 1992-07-15 1992-07-15 血液中のガス濃度検出装置 Pending JPH0647027A (ja)

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JP (1) JPH0647027A (ja)

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