JPS6326538A - 心肺バイパスおよび心室援助の際における血液流測定用のドップラ−装置 - Google Patents
心肺バイパスおよび心室援助の際における血液流測定用のドップラ−装置Info
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- JPS6326538A JPS6326538A JP62118051A JP11805187A JPS6326538A JP S6326538 A JPS6326538 A JP S6326538A JP 62118051 A JP62118051 A JP 62118051A JP 11805187 A JP11805187 A JP 11805187A JP S6326538 A JPS6326538 A JP S6326538A
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
- G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
- G01F1/66—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by measuring frequency, phase shift or propagation time of electromagnetic or other waves, e.g. using ultrasonic flowmeters
- G01F1/663—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by measuring frequency, phase shift or propagation time of electromagnetic or other waves, e.g. using ultrasonic flowmeters by measuring Doppler frequency shift
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
この発明は血液流の速度を測定する装置に関する。特に
、本発明は心肺バイパスおよび心室援助手法の際に用い
る改良された超音波ｒツプラー血液流測定装置に関する
。
、本発明は心肺バイパスおよび心室援助手法の際に用い
る改良された超音波ｒツプラー血液流測定装置に関する
。
超音波♂ツプラー法を用いる液体流の速度測定は多年の
間提案されてきた。ｒツプラー流量計装置の例は下記の
米国特許に示されている。タムラ（Ｔａｍｕｒａ ）の
第３，７４１，０１４号、グランドチャンプ（（）ｒａ
ｎｄ−ｃｈａｍｐ ）の第３，９１４，９９９号、ハス
ラー（Ｈａｓｓｌｅｒ ）の第３，９７４．６９２号、
ハンセン（Ｈａｎｓｅｎ ）の第３，９８７．６７３号
、フォックス（ＦＯＸ ）の第４．０６２，２５７号、
スタッグ（’ ５ｔａｓｚ ）らの第４，１２２，７１
３号、マクレオド（ＭｃＬｅｏｄ ）らの第４，１４２
，４１２号、スタッグ（５ｔａｓｚ ）らの第４，１４
５．９２５号、ファサウエル（Ｆａｔｈａｕｅｒ ）の
第４，１４７，０５９号、パパドフランガキス（Ｐａｐ
ａｄｏｆｒａｎｇａｋｉｓ ）らの第４．２５７，２７
８号、パパドフランガキスらの第４，２６５，１２６号
、バウモエル（Ｂａｕｍｏｅｌ ）の第４，５３６．５
５３号、セインッ（５ａｉｎｚ ）らの第４．６９ ’
１，１４８号、バーツル（Ｈｅｒｚｌ ）の第４，３９
１，１４９号、およびカープラス（Ｋａｒｐｌｕｓ ）
らの第４，４１３，５３１号である。
間提案されてきた。ｒツプラー流量計装置の例は下記の
米国特許に示されている。タムラ（Ｔａｍｕｒａ ）の
第３，７４１，０１４号、グランドチャンプ（（）ｒａ
ｎｄ−ｃｈａｍｐ ）の第３，９１４，９９９号、ハス
ラー（Ｈａｓｓｌｅｒ ）の第３，９７４．６９２号、
ハンセン（Ｈａｎｓｅｎ ）の第３，９８７．６７３号
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スタッグ（’ ５ｔａｓｚ ）らの第４，１２２，７１
３号、マクレオド（ＭｃＬｅｏｄ ）らの第４，１４２
，４１２号、スタッグ（５ｔａｓｚ ）らの第４，１４
５．９２５号、ファサウエル（Ｆａｔｈａｕｅｒ ）の
第４，１４７，０５９号、パパドフランガキス（Ｐａｐ
ａｄｏｆｒａｎｇａｋｉｓ ）らの第４．２５７，２７
８号、パパドフランガキスらの第４，２６５，１２６号
、バウモエル（Ｂａｕｍｏｅｌ ）の第４，５３６．５
５３号、セインッ（５ａｉｎｚ ）らの第４．６９ ’
１，１４８号、バーツル（Ｈｅｒｚｌ ）の第４，３９
１，１４９号、およびカープラス（Ｋａｒｐｌｕｓ ）
らの第４，４１３，５３１号である。
ドツプラー流速測定の１つの特に有利な応用は、重合体
導管（すなわち人体の外部）を通る血液流の測定にある
。この種の血液流測定を必要とする応用の例としては、
心肺バイパス手術および血液ポンプを用いる心室援助な
どがあげられる。超音波ｒツプラー流速測定装置がこれ
らの応用ｌこおいて有利なのは、センサ（超音波送信変
換器および超音波受信変換器）が導管の対向側に置かれ
ていて血液と接触しないからである。その結果、センサ
は殺菌せずに再使用することができる。血液と接触する
必要がある他の流速測定法は、血液と接触するセンサの
部分が各使用の後で殺菌されたり、廃棄および交換され
たりしなければならない。
導管（すなわち人体の外部）を通る血液流の測定にある
。この種の血液流測定を必要とする応用の例としては、
心肺バイパス手術および血液ポンプを用いる心室援助な
どがあげられる。超音波ｒツプラー流速測定装置がこれ
らの応用ｌこおいて有利なのは、センサ（超音波送信変
換器および超音波受信変換器）が導管の対向側に置かれ
ていて血液と接触しないからである。その結果、センサ
は殺菌せずに再使用することができる。血液と接触する
必要がある他の流速測定法は、血液と接触するセンサの
部分が各使用の後で殺菌されたり、廃棄および交換され
たりしなければならない。
超音波ドツプラー血液流測定装置は、送信変換器から受
信変換器まで超音波を反射するターデッドとして働く赤
血球、気泡、および脂肪球のような微粒子の存在に頼る
。これらの微粒子の速度は、周知のｒツプラー効果によ
る信号周波数偏移を生じさせる。受信変換器からの信号
は普通、無線周波（ＲＦ ）受信機および振幅変調（Ａ
Ｍ ）復調器に供給される。復調された信号は次にフィ
ルタされかつ増幅されて、周波数・電圧変換器に供給さ
れる。信号の周波数は血液流の速度に比例する。周波数
・電圧変換器の出力は血液流の速度に比例する電圧であ
り、アナログ計または表示装置のような出力装置を駆動
したり制御するのに普通使用される。
信変換器まで超音波を反射するターデッドとして働く赤
血球、気泡、および脂肪球のような微粒子の存在に頼る
。これらの微粒子の速度は、周知のｒツプラー効果によ
る信号周波数偏移を生じさせる。受信変換器からの信号
は普通、無線周波（ＲＦ ）受信機および振幅変調（Ａ
Ｍ ）復調器に供給される。復調された信号は次にフィ
ルタされかつ増幅されて、周波数・電圧変換器に供給さ
れる。信号の周波数は血液流の速度に比例する。周波数
・電圧変換器の出力は血液流の速度に比例する電圧であ
り、アナログ計または表示装置のような出力装置を駆動
したり制御するのに普通使用される。
血液流を測定する超音波ゾップラー装置の利点にもかか
わらず、実際にかかる装置で血液流を量的にかつ連続し
て測定することは葎めて困難であることが立証されてい
る。かかる装置の開発をはばむものは、血液流を測定し
なければならない多種多様な条件、およびドツプラー流
速測定法が血液中の微粒子の存在への依存である。
わらず、実際にかかる装置で血液流を量的にかつ連続し
て測定することは葎めて困難であることが立証されてい
る。かかる装置の開発をはばむものは、血液流を測定し
なければならない多種多様な条件、およびドツプラー流
速測定法が血液中の微粒子の存在への依存である。
赤血球は超音波をよく反射せず、その結果、超音波ｒツ
プラー流速測定装置は極めて高感度の検波回路を要求す
る。しかし、気泡は赤血球によって作られるドツプラー
信号のほぼ１ｏ倍の信号を作る。脂肪球も赤血球よりは
るかに大きなドツプラー信号を作る。
プラー流速測定装置は極めて高感度の検波回路を要求す
る。しかし、気泡は赤血球によって作られるドツプラー
信号のほぼ１ｏ倍の信号を作る。脂肪球も赤血球よりは
るかに大きなドツプラー信号を作る。
さらに、血液中の赤血球の濃度は受信変換器に反射され
る超音波の強さに影響を及ぼす。心肺バイパス手術中に
患者の血液を薄めるのが普通の方法であるので、赤血球
の割合は１５〜４０％の範囲となる。他方では、心室援
助の際には、赤血球の割合は５０チを越えることがある
。
る超音波の強さに影響を及ぼす。心肺バイパス手術中に
患者の血液を薄めるのが普通の方法であるので、赤血球
の割合は１５〜４０％の範囲となる。他方では、心室援
助の際には、赤血球の割合は５０チを越えることがある
。
心肺バイパス手術の際に用いられる酸素供給器（人工肺
）は、空気の微粒子を循環血液に注入させる。いわゆる
「気泡」酸素供給器は、気体酸素が実際に血液に注入さ
れるので、大量の気体微粒子を生ぜしめる。重合体の膜
によって気体と血液とを分離させる「膜」酸素供給器は
、小量の気体微粒子を作る。血液中の脂肪粒子は患者ご
とに変わるように思われる。
）は、空気の微粒子を循環血液に注入させる。いわゆる
「気泡」酸素供給器は、気体酸素が実際に血液に注入さ
れるので、大量の気体微粒子を生ぜしめる。重合体の膜
によって気体と血液とを分離させる「膜」酸素供給器は
、小量の気体微粒子を作る。血液中の脂肪粒子は患者ご
とに変わるように思われる。
心室援助の際に酸素供給器は使用されない。Ｐツプラー
信号は赤血球だけからの反射の結果である（またどんな
脂肪微粒子でも患者の血液内にあるときも生じる）。
信号は赤血球だけからの反射の結果である（またどんな
脂肪微粒子でも患者の血液内にあるときも生じる）。
本発明の目的は、信号の強さの極端な変化、赤血球濃度
の変化、および血液中の気泡ならびに脂肪球の存在（い
ろいろな程度で）に適合する改良された超音波ドツプラ
ー血液流測定装置を提供することにある。
の変化、および血液中の気泡ならびに脂肪球の存在（い
ろいろな程度で）に適合する改良された超音波ドツプラ
ー血液流測定装置を提供することにある。
本発明の装置では、受信変換器からのドツプラー信号は
復調されかつフィルタされて、次に到来するドツプラー
信号を赤血球から作られたレベルと同様なレベルにクリ
ップしたり制限するクリッパ回路に供給される。クリッ
プされた信号は次に、赤血球の濃度の変化による信号の
強さの変化に適合する自動利得制御回路に供給される。
復調されかつフィルタされて、次に到来するドツプラー
信号を赤血球から作られたレベルと同様なレベルにクリ
ップしたり制限するクリッパ回路に供給される。クリッ
プされた信号は次に、赤血球の濃度の変化による信号の
強さの変化に適合する自動利得制御回路に供給される。
次に信号は、血液流の速度を表わす電圧信号を作る周波
数・電圧変圧器に供給されることが望ましい。
数・電圧変圧器に供給されることが望ましい。
本発明の実施例を付図に関してこれから詳しく説明する
。
。
図面に示される実施例では、超音波血液光測定装置１０
は、重合体導管１３を通る血液１２の流れを表わす出力
を供給する超音波Ｐツプラー効実装置である。装置１０
は連続波発生器ｊ ４（２ＭＨｚまたは４ＭＨｚで信号
を作ることが望ましい）と、超音波送信変換器１６と、
超音波受信変換器１８と、増幅・検波回路２０と、クリ
ッパ回路２２と、自動利得制御回路２４と、周波数・電
圧変換器２６と、表示装置２８とを含んでいる。
は、重合体導管１３を通る血液１２の流れを表わす出力
を供給する超音波Ｐツプラー効実装置である。装置１０
は連続波発生器ｊ ４（２ＭＨｚまたは４ＭＨｚで信号
を作ることが望ましい）と、超音波送信変換器１６と、
超音波受信変換器１８と、増幅・検波回路２０と、クリ
ッパ回路２２と、自動利得制御回路２４と、周波数・電
圧変換器２６と、表示装置２８とを含んでいる。
発生器１４は送信変換器１６を駆動して、重合体導管１
３を通して血液１２に超音波を送信させる。超音波は赤
血球、脂肪球、および気泡のような微粒子によって反射
され受信変換器１８＋こ達する。図示の通り、送信変換
器１６および受信変換器１８は導管１３の対向側に置か
れている。
３を通して血液１２に超音波を送信させる。超音波は赤
血球、脂肪球、および気泡のような微粒子によって反射
され受信変換器１８＋こ達する。図示の通り、送信変換
器１６および受信変換器１８は導管１３の対向側に置か
れている。
受信変換器１８からの信号は増幅・検波回路２０をこ供
給される。好適な実施例では、増幅・検波回路２０はＵ
受信機、康復調器、および帯域フィルタならびに増幅回
路を含んでいる。帯域フィルタは第５次バターワース高
域特性および第６次バターワース低域特性を有すること
が望ましい。
給される。好適な実施例では、増幅・検波回路２０はＵ
受信機、康復調器、および帯域フィルタならびに増幅回
路を含んでいる。帯域フィルタは第５次バターワース高
域特性および第６次バターワース低域特性を有すること
が望ましい。
増幅・検波回路２０の出力は流量（すなわち導管１３を
流れる血液１２の速度）に比例する周波数を持つドツプ
ラー信号である。げツプラー信号の周波数では関係式ｆ
” ２ Ｖ ｃｏｓθｆｃ／ｃによって与えられるが
、ただし■＝血液の速度、Ｃ＝血液中の超音波の速度、
θ＝超音波の血液に入る角度、ｆｃ＝超音波の搬送周波
数である。
流れる血液１２の速度）に比例する周波数を持つドツプ
ラー信号である。げツプラー信号の周波数では関係式ｆ
” ２ Ｖ ｃｏｓθｆｃ／ｃによって与えられるが
、ただし■＝血液の速度、Ｃ＝血液中の超音波の速度、
θ＝超音波の血液に入る角度、ｆｃ＝超音波の搬送周波
数である。
前述の通り、先行技術の超音波血液光測定装置に伴う問
題点は、ドツプラー信号の強さが極端に変化することで
あった。この変化は赤血球、気泡および脂肪の間の反射
率の差、特定の応用（心肺バイパス手術または心室援助
）に左右される赤血球の濃度差、使用される酸素供給器
の種類に左右される気泡の濃度差、ならびに患者ごとの
脂肪球の濃度差を含む、数多くの要素から生じる。
題点は、ドツプラー信号の強さが極端に変化することで
あった。この変化は赤血球、気泡および脂肪の間の反射
率の差、特定の応用（心肺バイパス手術または心室援助
）に左右される赤血球の濃度差、使用される酸素供給器
の種類に左右される気泡の濃度差、ならびに患者ごとの
脂肪球の濃度差を含む、数多くの要素から生じる。
加することによって解決されている。自動利得制御（Ａ
（）Ｃ）は多くの分野において周知の方法であり、かつ
無線受信機に広く使用されている。
（）Ｃ）は多くの分野において周知の方法であり、かつ
無線受信機に広く使用されている。
しかし、ｒツプラー血液流測定装置に自動利得制御を使
用すると問題が起こりかつ精度不良４こなることが発見
された。特に、脂肪球や気泡が爆発状に生じ、それにつ
れて血液が赤血球のみを含むようになるとき、その爆発
によって自動利得制御は受信機の利得を減少させるので
、爆発に続く赤血球によって作られる信号は自動利得制
御がその原券血球利得レベルまで回復するまでは得られ
ない。この状況は、血液流の読みζこ手厳しい精度不良
を生じさせることが判明した。
用すると問題が起こりかつ精度不良４こなることが発見
された。特に、脂肪球や気泡が爆発状に生じ、それにつ
れて血液が赤血球のみを含むようになるとき、その爆発
によって自動利得制御は受信機の利得を減少させるので
、爆発に続く赤血球によって作られる信号は自動利得制
御がその原券血球利得レベルまで回復するまでは得られ
ない。この状況は、血液流の読みζこ手厳しい精度不良
を生じさせることが判明した。
この結果、本発明はクリップ回路２２を自動利得制御回
路２４と組み合わせている。クリップ回路２２は入って
来るドツプラー信号を、赤血球から常時受信されるレベ
ルと同様なレベルにクリップしたり制限する。これによ
って自動利得制御回路２４は、時折の気泡その他の弁面
赤球微粒子の存在による利得の減少を防止される。クリ
ップ回路２２と自動利得制御回路２４との組合せは超音
波血液流測定装置の従来の制限および欠点を克服すると
ともに、この装置１０において極めて精度のよい血液流
測定をもたらすことが判明している。
路２４と組み合わせている。クリップ回路２２は入って
来るドツプラー信号を、赤血球から常時受信されるレベ
ルと同様なレベルにクリップしたり制限する。これによ
って自動利得制御回路２４は、時折の気泡その他の弁面
赤球微粒子の存在による利得の減少を防止される。クリ
ップ回路２２と自動利得制御回路２４との組合せは超音
波血液流測定装置の従来の制限および欠点を克服すると
ともに、この装置１０において極めて精度のよい血液流
測定をもたらすことが判明している。
生じたドツプラー信号はクリッピングおよび自動利得制
御増幅の後で、周波数・電圧変換器２６に供給される。
御増幅の後で、周波数・電圧変換器２６に供給される。
変換器２６の出力は、血液速度の関数となる大きさを持
つ電圧である。その電圧出力は１つの実施例ではバー・
グラフ表示装置である表示装置２８に供給される。結果
は重合体導管１３を通る血液の速度の視覚表示である。
つ電圧である。その電圧出力は１つの実施例ではバー・
グラフ表示装置である表示装置２８に供給される。結果
は重合体導管１３を通る血液の速度の視覚表示である。
図示の通り、電圧出力信号はマイクロコンピュータ（図
示されていない）Ｉども供給されることが望ましい。電
圧出力は、アナログ・ディジタル変換器（図示されてい
ない）の使用により、またはマイクロコンピュータに血
液速度を表わすディジタル値を作る信号パルスをカウン
トさせる電圧・周波数変換器（図示されていない）によ
って、マイクロコンピュータの使用できる形に変換され
る。
示されていない）Ｉども供給されることが望ましい。電
圧出力は、アナログ・ディジタル変換器（図示されてい
ない）の使用により、またはマイクロコンピュータに血
液速度を表わすディジタル値を作る信号パルスをカウン
トさせる電圧・周波数変換器（図示されていない）によ
って、マイクロコンピュータの使用できる形に変換され
る。
結論として、本発明の超音波ｒツプラー流速測定装置は
、いろいろな異なる応用に使用できる導管を通る血液流
の速度を確実に感知することができる。異なる赤血球濃
度および気泡や脂肪のような他の微粒子の異なる量の存
在による信号の強さの変化が受は入れられる。自動利得
制御回路２４は赤血球濃度による信号の強さの変化に適
応する一方、クリップ回路２２は極端に大きな、時折の
気泡や脂肪球による自動利得制御回路２４による利得の
過度な減少を防ぐ。
、いろいろな異なる応用に使用できる導管を通る血液流
の速度を確実に感知することができる。異なる赤血球濃
度および気泡や脂肪のような他の微粒子の異なる量の存
在による信号の強さの変化が受は入れられる。自動利得
制御回路２４は赤血球濃度による信号の強さの変化に適
応する一方、クリップ回路２２は極端に大きな、時折の
気泡や脂肪球による自動利得制御回路２４による利得の
過度な減少を防ぐ。
本発明は好適な実施例に関して説明されたが、当業者は
本発明の主旨および範囲から逸脱せずに変更が作られる
ことを認識すると思う。
本発明の主旨および範囲から逸脱せずに変更が作られる
ことを認識すると思う。
第１図は本発明の超音波ρツプラー血液流測定装置の好
適な実施例のブロック図である。 〔符号の説明〕 １０・・・超音波血液流測定装置 １２・・・血液 １３・・・重合体導管 １４・・・連続波発生器 １６・・・超音波送信変換器 １８・・・超音波受信変換器 ２０・・・増幅・検波回路 ２２・・・クリップ回路 ２４・・自動利得制御回路 ２６・・周波数・電圧変換器 ２８・・表示装置
適な実施例のブロック図である。 〔符号の説明〕 １０・・・超音波血液流測定装置 １２・・・血液 １３・・・重合体導管 １４・・・連続波発生器 １６・・・超音波送信変換器 １８・・・超音波受信変換器 ２０・・・増幅・検波回路 ２２・・・クリップ回路 ２４・・自動利得制御回路 ２６・・周波数・電圧変換器 ２８・・表示装置
Claims (6)
- （１）導管を通る血液流の速度を測定する超音波流速測
定装置であつて、 超音波を導管に送信する送信装置と、 反射された超音波を受信するように配置されて、受信信
号を作る受信装置と、 受信信号から、導管を流れる血液の速度の関数として変
化する周波数を持つドツプラー信号を得る装置と、 ドツプラー信号を所定レベルに制限するクリツプ装置と
、 クリツプ装置によつて制限されたドツプラー信号の関数
としてドツプラー信号の増幅を制御し、赤血球の濃度の
変化によるドツプラー信号の変化を補償する自動利得制
御装置と、 クリツプ装置および自動利得制御装置によつて変えられ
たドツプラー信号を血液流速度を表わす出力信号に変換
する装置と、 を含むことを特徴とする超音波流速測定装置。 - （２）導管を流れる血液に赤血球のみが存在するときに
所定のレベルはドツプラー信号の信号レベルに本質的に
比較し得る、ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記
載の装置。 - （３）変換装置が周波数・電圧変換器である、ことを特
徴とする特許請求の範囲第１項記載の装置。 - （４）導管を通る血液流の速度を測定する超音波流速測
定装置であつて、 血液流の速度の関数として変化する周波数を持つドツプ
ラー信号を作る装置と、 ドツプラー信号の増幅を制御して、血液における赤血球
の濃度の変化によるドツプラー信号の強さの変化を補償
する装置と、 血赤球より高い超音波反射度を有する血液中の微粒子の
存在によるドツプラー信号の増幅の過度の減少を防止す
る装置と、 を含むことを特徴とする超音波流速測定装置。 - （５）防止装置がドツプラー信号を所定のレベルに制限
する、ことを特徴とする特許請求の範囲第４項記載の装
置。 - （６）導管を通る血液に既知濃度の赤血球のみが存在す
るときに所定のレベルはドツプラー信号の信号レベルに
本質的に比較し得る、ことを特徴とする特許請求の範囲
第５項記載の装置。
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