JPS587289B2 - 超音波ドプラ式流動測定装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、支持体をともなった超音波振動子を有するア
プリケータと、これに接続されているドプラ流動指示計
器と、流体への超音波の入射角を検出するための手段と
からなる超音波ドプラ式流動測定器に関する。

流体の流動を測定する場合に、とりわけ流速あるいは流
量が関心をもたれるが、しかしながら流量は流速と流動
横断面積とがわかればそれらの積を求めることによって
容易に検出できる。

しかしながらこれらの測定ではいずれもその都度の流速
のための尺度として使用される受信ドプラ信号周波数が
、（本来は望ましいことではあるのだが）流速だけでな
く流体への超音波の入射角にも依存するという欠点があ
る。

現在ドイツ連邦共和国特許第１，７９８，１０４号公報
によって、とくに血液の流速を測定するための角度依存
性のない計器が既に公知であり、この計器では９０°の
角度をなす２つの送信方向から超音波が発射され、その
あとで互いに垂直な方向から得られる２つの相異なるド
プラ周波数ΔｆｌおよびΔｆ２にて Δｆｌ２＋Δｆ２２−ｋ２・（ｓｉｎ２α＋ｃｏｓ２α
）なる計算が行われることによって、入射角（α）が消
去される。

更に血液の流速を角度依存性なしに測定するための別の
計器が特開昭５０−５１３７３号公報によっても既に公
知であるが、これでは所定の間隔で並べて配設された２
つの送受信器により、流体へ同時に超音波を発射した際
における流体で反射した超音波の第１および第２の送受
信器への到着の時間差を測定し、その測定した時間差Δ
ｔ、超音波の走行速度ｃおよび両送受信器の間隔から次
の式に従って、即ち なる式に従って角度補正値を算出するようにしている。

両計器はなるほど角度依存性のない正確な測定を可能に
するが、しかしながらそのような角度非依存性を得るの
にかなり高い電子的な加工費用を必要とする。

本発明の目的は、冒頭に述べた如き測定器において、技
術的に簡単な手段により角度依存性のない流動測定を行
うことができるようにすることにある。

この目的は、本発明によれば、アプリケータの種々の角
度位置に応動ずる機械的な角度位置表示装置をアプリケ
ータに設け、この角度位置表示装置には検出された角度
位置に応じた電気的な角度信号を発生させるための機械
電気変換器とその角度信号のための差形成器とを付属さ
せることによって達成される。

本発明による測定器は、次のようにして技術的に簡単な
手段により入射角またはこれに関連した値を求めること
ができる。

即ち、まず流体へ超音波を垂直に入射させた場合におけ
る角度信号を検出し（これは公知の如くドプラ流動指示
の最小のところを捜し出すことによって行なうことがで
きる）、次いでアプリケータの任意の傾斜位置にてこの
際に得られる角度信号を垂直位置で検出した角度信号か
ら引算するのである。

そうすれば、この引算によって得られた差信号は、超音
波発射方向の垂直方向からの角度偏差の直接的な尺度と
なり、従って流体自体への超音波の入射角のための尺度
となる（入射角をαにて表わすならば９０°一αに比例
した差信号が生じる）。

それからその差信号は角度依存性のない流動指示を得る
べくドプラ信号の補正のために直接的に使用される。

この場合に差信号の直接検出のために、本発明の有利な
実施態様では、変換部を次のような測定ブリッジ回路に
する。

即ち、この測定ブリッジ回路は流動指示の最小値を生じ
るアブリケータ位置での角度信号において平衡させられ
、それとは異なるアプリケータ測定位置で生じる角度信
号によって信号差を形成すべく不平衡になる。

角度位置表示器自体は傾斜線に対する重力によって自動
的に調整される抵抗式、容量式あるいは誘導式角度発信
器であってよい。

この場合に抵抗式角度発信器としては、錘をつけられた
抵抗回転ポテンショメータのほかに、例えば液体摺動子
として水銀を備えたいわゆる液体ポテンショメータも考
えられる。

容量式角度発信器としては錘をつけられた回転コンデン
サが適しており、また誘導式角度発信器としては一方に
錘をつけられている互いに調整可能なコイルが適してい
る。

しかしながら所要空間を最小限にして技術的に特に簡単
な構成は、アプリケータの傾斜の動きを相応した回転体
の回転の動きに変換する機械的な傾斜一回転変換器を使
用する場合に得られ、この場合に回転体のためのトルク
発生要素としてアプリケータのしかるべきところに固定
されていてアプリケータの傾斜の動きにともなって張力
を及ぼすよう回転体に作用する例えば線状取手などの如
き引張要素が用いられる。

更に、機械一電気変換器としては張力もしくは曲げに感
応する抵抗素子例えばストレインゲージを使用し、これ
は回転体の回動に比例した引張もしくは曲げ応答のため
に、特に引張ばねを介して一方では回転体に他方ではア
プリケータのケースに固定するのがよい。

以下、図面に示す２つの実施例を参照しながら本発明を
更に詳細に説明する。

第１図において、１にて超音波ドプラアプリケータが示
され、２にてドプラ流動指示のためのドプラ計器が示さ
れている。

アプリケータ１は超音波振動子４（圧電結晶板）のため
の支持体３（アプリケータケース）からなる。

支持体３は内部空洞５を有する。

この空洞５内には軸γで回転可能に保持された車６があ
る。

車６にはその周辺部の点８に線状取手９が固定されてい
て、これはアプリケータケース３の貫通スリット１０を
介して内部空洞５から外部へ案内されている。

線状取手９の作用点８とほゞ直径方向に対向する車周辺
部の別の点１１には引張糸１２を介してストレインゲー
ジ１４付きの倶張ばね１３がとめられている。

ストレインゲージの他端はアプリケータケースの点１５
に固定されている。

この場合にストレインゲージ１４は直接的に引張ばね１
３のコイル上にはりつけてもよい。

第１図による実施例では、振動子４を備えたアプリケー
タ１が、結合ゲル１６を介して患者の皮膚表面１７、例
えば患者の上腕に、作動状態で超音波振動子４の送受信
ビーム１８が皮膚表面下を走る血管１９へ向けられるよ
うに付着させられている。

この場合に血管１９への超音波の入射角がαにて示され
ている。

角度βは血管１９への超音波の垂直入射の際における垂
線とアプリケータ１の図示の傾斜位置との間の角度を表
わす。

更に第１図による実施例においては、アプリケータ１は
接続導線２０．２１および２２（これらは実施例では例
えば一つの共通な多重ケーブル中を案内される）を介し
てドプラ計器２に接続されている。

この場合に導線２０はドプラ計器における供給および受
信部に超音波振動子４を接続するための接続導線を示す
。

供給部は高周波発振器２３からなり、これは所望の超音
波送信周波数に合わせて超音波振動子にその励振のため
に高周波パルスを供給する。

受信部は超音波反響信号のための増幅器２４と、ドプラ
信号を得るためのドプラ復調器２５と、ドプラ信号のた
めの低周波増幅器２６とからなる。

低周波増幅器２６の出力端に生ずるドプラ信号はスピー
カ２７によって聞きとれるようになっている。

更に、低周波増幅器２６は別の出力端を介して処理回路
２８に接続きれている。

こめ処理回路は、例えばドイツ連邦共和国特許第１，７
９１，１９１号公報のものに対応して構成されていて、
受信された低周波のドプラ信号からドプラ周波数の平均
値〒を検出する。

これに対して接続線２１および２２は、可変抵抗として
のストレインゲージ１４を、他の抵抗２９〜３１および
電圧源３１′からなる抵抗測定ブリッジに接続する。

その場合に上述の抵抗のうち抵抗３１は、抵抗ポテンシ
ョメータであり、これは回転つまみ３２により調整され
る。

ブリッジ出力端はこの出力端に生ずるブリッジ信号のた
めの増幅器３３へ導かれている。

この増幅器の出力側は、角度でも測定できる指示計３４
に、ブリッジ信号指示のために接続されている。

更に、増幅器３３の出力端にはｓｉｎ／ｃｏｓ形成器３
５が接続されていて、このｓｉｎ／ｃｏｓ形成器は９０
−αに比例する増幅器３３の出力信号から式ｓｉｎ（
９ ０°−α） ＝＝ｃｏｓαに従って入射角の余弦値
を算出し、そのようにして算出した余弦値を割算器３６
に与える。

この割算器の他方の入力端には、平均周波数７に関する
回路２８の出力信号が商ｋ一を形成するために導かれる
。

しかしなから、この商はｋ＝ｃ／２ｆ ’（ｃは超音
波速度、ｆ は超音波周波数）にて血管１９における血
液の平均流速を表わす。

指示計３７はそのようにして検出された平均速度値■を
指示するのに役立つ。

第１図による実施例の動作様式は入射角の検出およびそ
れに続くドプラ信号での角度修正に関して次の通りであ
る。

まず、身体表面を相前後する３点または４点で走査する
ことによって、ドプラ信号を音響的に聞き取れる場合に
皮膚表面下にある血管１９のおよその進路が検知される
。

走査点間を結ぶ線は白墨線によって皮膚１７上にしるさ
れる。

続いて線状取手９が皮膚上のこの白墨線の方向にきちっ
と置かれ、そして例えば接着テープにより固定される。

ここで、本来の角度測定が始まる。

このためスピーカでのドプラ指示のもとてドプラ指示が
最小値を通過するまでアプリケータ１が軽く傾けられる
。

最小値通過時に超音波振動子４の超音波送受信ビーム１
８は血管１９に対して丁度垂直になる（破線１８つ。

それからこの状態即ちドプラ指示が最小となる状態にお
いて、ブリッジ信号が零となるように（ブリッジが平衡
状態となるように）、回転つまみ３２を介してポテンシ
ョメー夕の調整を行う。

それに続いて、線状取手９を引続きしかつりと保持して
おいてアブリケータ１を例えば図示の傾斜状態にする。

取手９を拘束した状態でアプリケータ１を傾斜させると
、取手９の車６での作用点８が破線位置（垂直入射時の
位置）から回転矢印３８の方向に回転して図示の位置へ
移動する。

これによって車６は回転矢印３８の方向に回転させられ
る。

これは更に次のことを生じさせる。即ち、反対側でばね
１３およぴストレインゲージ１４をともなう引張糸１２
のための作用点１１が矢印３９に対応して円弧部分Δｂ
だけ下方にずらされる。

これによって予め十分に負荷を軽減された引張ばねに張
力が及ぼされ、そしてこの張力はストレインゲージ１４
の相応した伸びを生せしめる。

ストレインゲージ１４のこの伸びは抵抗変化としてドプ
ラ計器２内の抵抗測定ブリッジ２９〜３１に伝達され、
それに基づいて抵抗測定ブリッジは不平衡となり、その
ブリッジ出力端にブリッジ不平衡に応じた電圧信号が生
ずる。

図から分るように、車６の角度回転は垂線からの超音波
アプリケータ１の傾斜角βに丁度対応している。

ここで角度βを本来の超音波の血管１９への入射角に換
算すれば、関係式Δｂ＝ｒ・（９０°−α）が与えられ
る。

ストレインゲージ１４の伸び変化、従ってその抵抗変化
は直接的に車６の回転角度Δｂに比例するので、ブリッ
ジ増幅器３３の出力端には９０°一αに丁度比例する電
圧信号が生じる。

これからｓｉｎ／ｃｏｓ形成器３５においてｓｉｎ （
９ ０°−α）一ｃｏｓαによってドプラ信号指示の
際における入射角の所望の補正値が生じる。

従って第１図による実施例では、９０°一αに丁度比例
した張力負荷もしくはそれに応じた抵抗変化が得られ、
ｓｉｎ／ｃｏｓ形成器３５におけるＳ１喰算によっては
じめて入射角の所望のｃｏｓαが生じる。

しかしながらこのｃｏｓαは第１図によるアプリケータ
の傾斜一回転変換器の簡単な変形によってｓｉｎ関数発
生器なしに直接的に検出することもできる。

第２図に示されているように、ストレインゲージ１４を
ともなった引張ばね１３のための引張糸１２は、結合点
まで第１図の実施例の如く車周辺に沿ってではなくて車
の周辺を切り込む接続直線４０（血管１９への垂直入射
時におけるアプリケータ１の傾斜位置に対する）に沿っ
て進む。

ここでアブリケータが入射角αを有する傾斜位置にされ
たとすると、引張糸およびこれにともなう引張ばねおよ
びストレインゲージの行程変化は、もはや第１図におけ
るように円弧部分Δｂではなくて行程部分Ｘ＝ｒ−ｓｉ
ｎ（９０°−α）ニ相当スル。

従ッテストレインゲージ１４にはｓｉｎ（ ９ ０°一
α）、即ちＣＯＳαに比例する抵抗変化が生じる。

第２図による実施例では、ｃｏｓαの形成はドプラ計器
内の電子的手段によってではなく、アプリケータの傾斜
一回転変換器で機械的に行なわれる。

更に第２図による実施例では、線状取手９が車６にカッ
プリング４１を介しで結合されている。

このカンプリングは流動指示の最小値を捜し出すために
例えば押ボタン式にロックを解かれるようにすることが
できる。

これは、垂直入射位置を捜し出す際のアプリケータの操
作を容易にし、この場合に生じるストレインゲージのバ
イアスによって抵抗測定ブリッジで調整されなければな
らない車６に生じるバイアス角度をなくすことができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本発明の異なる実施例を示す概略
構成図である。 １・・・・・・アプリケータ、２・・・・・・ドプラ計
器、３゜・・・・・支持体（アプリケータケース）、４
・・・・・・超音波振動子、６・・・・・・車、９・・
・・・・線状取手、１２・・・・・・引張糸、１３・・
・・・・引張ばね、１４・・・・・・ストレインゲージ
、１７・・・・・・皮膚表面、１９・・・・・・血管、
２３・・・・・・高周波発振器、２４・・・・・・受信
増幅器、２５・・・・・・ドプラ復調器、２６・・・・
・・低周波増幅器、２７・・・・・・スピーカ、２８・
・・・・・処理回路、２９〜３１・・・・・・抵抗、３
２・・・・・・回転つまみ、３３・・・・・・増幅器、
３４・・・・・・指示計、３５・・・・・・ｓｉｎ／ｃ
ｏｓ形成器、３６・・・・・・割算器、３７・・・・・
・指示計。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 支持体および超音波振動子を有するアプリケータと
   、これに接続することのできるドプラ流動指示器と、流
   体への超音波の入射角を検出するための手段とから構成
   された超音波ドプラ式流動測定装置において、アプリケ
   ータ１の種々の角度位置に応動する機械的な角度位置指
   示装置６，９をアプリケータに設け、その角度位置指示
   装置には検出された角度位置に応じた電気的な角度信号
   を発生させるための機械一電気変換要素１４とその角度
   信号のための差形成器２９〜３１′とを付属させたこと
   を特徴とする超音波ドプラ式流動測定装置。 ２ 特許請求の範囲第１項記載の装置において、前記変
   換要素１４は測定ブリッジ回路２９〜３１′の一部であ
   って、この測定ブリッジ回路は流動指示の最小値が生ず
   るアプリケータ位置からの角度信号において平衡化され
   、それとは異なるアプリケータ測定位置で生じる角度信
   号によって信号差を形成するように不平衡となることを
   特徴とする超音波ドプラ式流動測定装置。 ３ 特許請求の範囲第１項または第２項記載の装置にお
   いて、角度位置指示装置はアプリケータ１の傾斜運動を
   回転体６の回転運動に変換する機械的な傾斜一回転変換
   装置であり、前記回転体のためのトルク発生要素として
   アプリケータに固定することのできる引張要素９を設け
   、この引張要素はアプリケータの傾斜運動があったとき
   張力を及ぼすように前記回転体に作用することを特徴と
   する超音波ドプラ式流動測定装置。