JP3691013B2 - Reverse flow detection method and ultrasonic Doppler blood flow meter in ultrasonic Doppler blood flow measurement - Google Patents

Reverse flow detection method and ultrasonic Doppler blood flow meter in ultrasonic Doppler blood flow measurement Download PDF

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、人工心肺装置等の体外循環血液回路などで用いられる超音波ドップラ効果を利用した超音波ドップラ血流計に関し、詳しくは、電気メス等からの外来ノイズに強く、誤動作の少ない超音波ドップラ血流計および逆流検出方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
超音波ドップラ血流計は、超音波プローブにより血液の流れに対して超音波を照射し、その血液からの超音波エコー信号を受信して、エコー信号のドップラ周波数偏移から血液の流量を測定するものであり、一般に広く使用されているものである。超音波ドップラ血流計では、エコー信号のドップラ周波数偏移を示すドップラ信号に必要ならば平均化処理を施し、そのドップラ周波数から血液の流量を算出している。
【０００３】
人工心肺装置等の体外循環血液回路の場合には、血液の逆流を検出したときに、鉗子等で血液の流れるチューブを挟んで逆流を止める等の処置が必要である。後に詳しく説明するが、エコー信号を直交検波器により検波して、その出力を方向検出部によって処理することにより、＋側ドップラ信号と−側ドップラ信号を得る。その−側ドップラ信号の周波数に必要ならば同様の平均化処理を施して、血液の逆流を判定していた。すなわち、−側ドップラ信号の周波数が所定の定数Ａ（例えば、流量に換算して０．３〜０．５［Ｌ/min］）より大きいと、逆流であると判定して警報を表示するようになっていた。そして、−側ドップラ信号の周波数が、定数Ａ以下となれば、逆流から復帰したものとして逆流警報を解除するようになっていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の超音波ドップラ血流計は、以上のように、−側ドップラ信号から血流の方向を検出していたので、その近傍で電気メス等を使用した場合に、電気メス等からの外来ノイズによって、方向検出部が誤動作して誤った逆流警報が発生することがあった。また、血液の流量が大きくて、かつ、プローブの血液チューブへの取付不良やプローブに性能上の問題がある場合には、方向検出部からの＋側ドップラ信号と−側ドップラ信号の分離が悪くなり、誤った逆流警報が発生することがあった。このような、誤った逆流警報は極力減少させる必要がある。
【０００５】
そこで、本発明は、人工心肺装置等の体外循環血液回路などで用いられる超音波ドップラ効果を利用した超音波ドップラ血流計において、電気メス等からの外来ノイズに強く、誤動作の少ない逆流検出方法、および、その検出方法を使用した超音波ドップラ血流計を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の超音波ドップラ血流測定における逆流検出方法は、超音波を照射する送信部と、前記超音波が反射されたエコー信号を受信する受信部とを備えた超音波プローブと、直交検波を行う直交検波部と、血流の方向を検出するための方向検出部と、血流の方向を判定するための血流方向判定手段とを使用した超音波ドップラ血流測定における逆流検出方法であって、体外循環血液回路の管内を流れる血液に対して、前記送信部により超音波を照射する手順と、前記超音波が血液によって反射されたエコー信号を前記受信部により受信する手順と、前記直交検波部によって前記エコー信号を直交検波して、前記エコー信号の周波数偏移を表すドップラ周波数に対応する第１の検出値を求める手順と、前記エコー信号の前記直交検波部による直交検波信号から、前記方向検出部により、血流が逆方向の場合の前記エコー信号の周波数偏移を表す−側ドップラ周波数に対応する第２の検出値を求める手順と、前記血流方向判定手段により、前記第１の検出値が第１の定数より大きいか否かを判定する第１の判定手順と、前記血流方向判定手段により、前記第２の検出値が前記第１の定数より大きいか否かを判定する第２の判定手順と、前記血流方向判定手段により、前記第２の検出値が第２の定数と前記第１の検出値との積より大きいか否かを判定する第３の判定手順と、前記血流方向判定手段により、前記第１の判定手順、前記第２の判定手順および前記第３の判定手順の判定結果が全て肯定的判定結果である場合には、血流の方向が逆方向であるものと判定する手順と、前記血流方向判定手段により、前記第１の判定手順、前記第２の判定手順および前記第３の判定手順の判定結果の少なくとも一つが否定的判定結果である場合には、血流の方向が正方向であるものと判定する手順とを有するものである。
【０００７】
また、本発明の超音波ドップラ血流測定における逆流検出方法は、超音波を照射する送信部と、前記超音波が反射されたエコー信号を受信する受信部とを備えた超音波プローブと、直交検波を行う直交検波部と、血流の方向を検出するための方向検出部と、血流の方向を判定するための血流方向判定手段とを使用した超音波ドップラ血流測定における逆流検出方法であって、体外循環血液回路の管内を流れる血液に対して、前記送信部により超音波を照射する手順と、前記超音波が血液によって反射されたエコー信号を前記受信部により受信する手順と、前記直交検波部によって前記エコー信号を直交検波して、前記エコー信号の周波数偏移を表すドップラ周波数に対応する第１の検出値を求める手順と、前記エコー信号の前記直交検波部による直交検波信号から、前記方向検出部により、血流の方向に応じて、血流が逆方向の場合の前記エコー信号の周波数偏移を表す−側ドップラ周波数に対応する第２の検出値と、血流が正方向の場合の前記エコー信号の周波数偏移を表す＋側ドップラ周波数に対応する第３の検出値とを求める手順と、前記血流方向判定手段により、前記第１の検出値が第１の定数より大きいか否かを判定する第１の判定手順と、前記血流方向判定手段により、前記第２の検出値が前記第１の定数より大きいか否かを判定する第２の判定手順と、前記血流方向判定手段により、前記第２の検出値が前記第３の検出値と第３の定数との和より大きいか否かを判定する第４の判定手順と、前記血流方向判定手段により、前記第１の判定手順、前記第２の判定手順および前記第４の判定手順の判定結果が全て肯定的判定結果である場合には、血流の方向が逆方向であるものと判定する手順と、前記血流方向判定手段により、前記第１の判定手順、前記第２の判定手順および前記第４の判定手順の判定結果の少なくとも一つが否定的判定結果である場合には、血流の方向が正方向であるものと判定する手順とを有するものである。
【０００８】
また、本発明の超音波ドップラ血流計は、体外循環血液回路の管内を流れる血液に対して超音波を照射する送信部と、前記超音波が血液によって反射されたエコー信号を受信する受信部とを備えた超音波プローブと、前記超音波プローブからの前記エコー信号を検波して、前記エコー信号の周波数偏移を表すドップラ周波数を示す信号を出力する直交検波部と、前記エコー信号の直交検波信号から血流の方向を検出し、血流が逆方向の場合の前記エコー信号の周波数偏移を表す−側ドップラ周波数を示す信号を出力する方向検出部と、前記ドップラ周波数に対応する第１の検出値から血液の流量を演算する流量演算部と、前記第１の検出値と前記−側ドップラ周波数に対応する第２の検出値とから血流の方向を判定する血流方向判定手段とを有し、前記血流方向判定手段は、前記第１の検出値が第１の定数より大きいか否かを判定する第１の判定手順と、前記第２の検出値が前記第１の定数より大きいか否かを判定する第２の判定手順と、前記第２の検出値が第２の定数と前記第１の検出値との積より大きいか否かを判定する第３の判定手順と、前記第１の判定手順、前記第２の判定手順および前記第３の判定手順の判定結果が全て肯定的判定結果である場合には、血流の方向が逆方向であるものと判定する手順と、前記第１の判定手順、前記第２の判定手順および前記第３の判定手順の判定結果の少なくとも一つが否定的判定結果である場合には、血流の方向が正方向であるものと判定する手順とを実行するものである。
【０００９】
また、本発明の超音波ドップラ血流計は、体外循環血液回路の管内を流れる血液に対して超音波を照射する送信部と、前記超音波が血液によって反射されたエコー信号を受信する受信部とを備えた超音波プローブと、前記超音波プローブからの前記エコー信号を検波して、前記エコー信号の周波数偏移を表すドップラ周波数を示す信号を出力する直交検波部と、前記エコー信号の直交検波信号から血流の方向を検出し、血流の方向に応じて、血流が正方向の場合の前記エコー信号の周波数偏移を表す＋側ドップラ周波数を示す信号と、血流が逆方向の場合の前記エコー信号の周波数偏移を表す−側ドップラ周波数を示す信号とを出力する方向検出部と、前記ドップラ周波数に対応する第１の検出値から血液の流量を演算する流量演算部と、前記第１の検出値、前記−側ドップラ周波数に対応する第２の検出値および前記＋側ドップラ周波数に対応する第３の検出値とから血流の方向を判定する血流方向判定手段とを有し、前記血流方向判定手段は、前記第１の検出値が第１の定数より大きいか否かを判定する第１の判定手順と、前記第２の検出値が前記第１の定数より大きいか否かを判定する第２の判定手順と、前記第２の検出値が前記第３の検出値と第３の定数との和より大きいか否かを判定する第４の判定手順と、前記第１の判定手順、前記第２の判定手順および前記第４の判定手順の判定結果が全て肯定的判定結果である場合には、血流の方向が逆方向であるものと判定する手順と、前記第１の判定手順、前記第２の判定手順および前記第４の判定手順の判定結果の少なくとも一つが否定的判定結果である場合には、血流の方向が正方向であるものと判定する手順とを実行するものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は、本発明の超音波ドップラ血流計１の構成を示す概略図である。超音波ドップラ血流計１は、血流計本体２と、それに接続された超音波プローブ３とからなるものである。超音波プローブ３は、人工心肺装置等の体外循環血液回路を構成するチューブ９に取り付けられている。超音波プローブ３には、送信部３１と受信部３２が設けられており、送信部３１から血液の流れに対して照射された超音波が、その血液中の血球等によって反射され、超音波エコー信号として受信部３２で受信される。
【００１１】
送信部３１から照射される超音波は、発振器２１からの出力信号によって駆動されたものである。受信部３２で受信されたエコー信号には、血流によるドップラ周波数偏移が生じており、この周波数偏移から血液の流速および流量が測定できる。エコー信号は、プリアンプ２３によって増幅され、直交検波器２２に入力される。また、直交検波器２２には、発振器２１からの基準信号として、照射超音波信号と同位相の０°信号、および、９０°位相の異なる９０°信号が入力されている。
【００１２】
直交検波器２２からは、エコー信号の周波数偏移に相当する周波数のドップラ信号が得られる。このとき、２種類の基準信号に対応する２種類のドップラ信号が得られる。２種類のドップラ信号は、増幅器２４によってそれぞれ増幅される。そして、一方がドップラ信号として流量演算部４に入力される。また、増幅器２４から出力された２種類のドップラ信号は、方向検出部２５に入力される。方向検出部２５は、両方のドップラ信号の位相差により、＋側ドップラ信号と−側ドップラ信号に分離して出力する。
【００１３】
この＋側ドップラ信号と−側ドップラ信号とから、血流の方向を判定することができる。血流が正方向（正流）の場合は、ドップラ信号と＋側ドップラ信号の周波数がほぼ等しくなり、−側ドップラ信号の周波数はほぼゼロとなる。これに対して、血流が逆方向（逆流）の場合は、ドップラ信号と−側ドップラ信号の周波数がほぼ等しくなり、＋側ドップラ信号の周波数はほぼゼロとなる。したがって、例えば−側ドップラ信号が定数Ａ（例えば、流量換算で０．３〜０．５［Ｌ/min］）より大きくなると逆流が発生したものと判定することができる。
【００１４】
ただし、単に−側ドップラ信号だけから判定するようにすると、前述のように、電気メス等からの外来ノイズによって、方向検出部２５が誤動作して誤った方向判定を行うことがあり、また、血液の流量が大きくて、かつ、超音波プローブ３のチューブ９への取付不良や超音波プローブ３に性能上の問題がある場合にも誤った方向判定を行うことがあった。本発明は、このような誤った方向判定を減少させるべくなされたものである。
【００１５】
流量演算部４は、ドップラ信号によって血液の流量を演算し、その血流の測定値を表示部５に表示する。また、流量演算部４は、＋側ドップラ信号および−側ドップラ信号により、血流の方向（血液の正流・逆流）を判定する。血液の逆流が発生した場合には、逆流警報（逆流が発生した旨の警報表示）を表示部５に出力する。その逆流警報により、操作者が鉗子等で体外循環血液回路のチューブを挟んで逆流を止める等の処置を行い、その後、遠心ポンプの回転速度を上昇させる等の対策を実施してから鉗子等をチューブから取り外す。これにより、逆流状態から復帰すれば逆流警報は解除される。
【００１６】
図２は、流量演算部４の構成を示すブロック図である。流量演算部４には、種々のデータ処理を行うためのＣＰＵ４０が設けられており、ＣＰＵ４０にはバス４１を介してＲＯＭやＲＡＭ等からなるメモリ４２が接続されている。ＣＰＵ４０は、メモリ４２に記憶されているプログラムおよびデータに従って動作する。メモリ４２には、基本入出力プログラムであるＢＩＯＳや、ドップラ信号から血液の流量を演算する流量演算プログラム４２１や、血流の方向を判定する血流方向判定プログラム４２２や、表示部５に対して文字や画像の表示を行う表示制御プログラム等が記憶されている。
【００１７】
また、流量演算部４には、タイマ回路４３が設けられている。このタイマ回路４３に設定された表示更新周期に従って表示部５の測定データ表示を更新する。さらに、流量演算部４には、文字および画像を表示する表示部５がインターフェース回路４４を介して接続されている。表示部５としてはＣＲＴや液晶表示板等が使用できる。表示部５には、血流の測定データが数値やグラフ等によって表示され、逆流が発生した場合には逆流警報が表示される。また、流量演算部４には、入力インターフェース回路４５が設けられており、この入力インターフェース回路４５を介して、ドップラ信号、＋側ドップラ信号および−側ドップラ信号が入力されている。
【００１８】
このような構成の流量演算部４により、血流の演算および表示、さらに正流・逆流の判定が行われる。図３は、流量演算部４の動作を示すフローチャートである。ここで、表示部の表示更新周期が１秒、ドップラ信号の平均化時間が３秒の場合について説明する。これらの時間は、これ以外に設定してもよいが、表示更新周期は０．２〜１秒程度、ドップラ信号の平均化時間は１〜３秒程度が好ましい。また、平均化処理は必ずしも行わなくてもよい。
【００１９】
流量演算部４は、手順４０１で、タイマ回路４３に設定された表示更新周期が経過したか否かを判断し、前回表示更新から１秒経過していれば手順４０２に進み、１秒経過していなければそのまま待機する。次の手順４０２では、ドップラ信号の周波数のサンプリング値を平均化時間だけ加算して、ドップラ信号を平均化する。ドップラ信号は、例えば５０ミリ秒ごとにサンプリングされており、現在から過去３秒間の期間のサンプリング値が保存されている。この場合は、６０個のサンプリングデータにより平均化処理が行われる。この平均化されたドップラ周波数をｆｄとする。
【００２０】
次に、手順４０３で−側ドップラ信号についても同様に過去３秒間の期間で平均化処理が行われる。この平均化された−側ドップラ周波数をｆｄｎとする。そして、次の手順４０４において、血流方向判定プログラム４２２が呼び出され、血液の正流・逆流の判定が行われる。血流方向判定プログラム４２２の処理手順は、後ほど詳しく説明する。
【００２１】
そして、次の手順４０５では、手順４０４での判定結果によって逆流が発生しているか否かを判断し、逆流が発生していれば手順４０６に進み、逆流が発生していなければ手順４０７に進む。手順４０６では、逆流警報を表示部に出力し、次の手順４０９に進む。
【００２２】
手順４０７では、現在、逆流警報を表示中であるか否かを判断し、逆流警報中であれば手順４０８に進んで逆流警報を解除してから手順４０９に進み、逆流警報中でなければ何もせずに手順４０９にすすむ。次の手順４０９では、ドップラ信号から血液の流量を演算する。そして、次の手順４１０では、新しく演算した血流の測定値を表示部に出力して表示を更新する。そして、手順４０１に戻り以上の手順を繰り返す。
【００２３】
なお、図３のフローチャートは、流量演算プログラム４２１によって実行されている。また、血流方向判定プログラム４２２は、手順４０４で呼び出される。この血流方向判定プログラム４２２の処理手順は、図４または図５に示されている。図４は、血流方向判定プログラム４２２の処理手順を示すフローチャートである。
【００２４】
血流方向判定プログラム４２２が呼び出されると、まず、手順４３１において、手順４０２で求められたドップラ周波数ｆｄと定数Ａとを比較して、ドップラ周波数ｆｄが定数Ａより大きいか否かを判断する。ここで、定数Ａは逆流検出の下限値を示す所定の周波数である。定数Ａは、例えば、流量換算で０．３〜０．５［Ｌ/min］の流量に相当する周波数とするが、小児用ではもっと小さい値に設定される。定数Ａは、このように人工心肺装置や患者の状態に応じて適宜の値に設定される。
【００２５】
手順４３１の判断において、ドップラ周波数ｆｄが定数Ａより大きければ手順４３２に進み、そうでなければ手順４３５に進む。手順４３２では、手順４０３で求められた−側ドップラ周波数ｆｄｎと定数Ａとを比較して、−側ドップラ周波数ｆｄｎが定数Ａより大きいか否かを判断する。−側ドップラ周波数ｆｄｎが定数Ａより大きければ手順４３３に進み、そうでなければ手順４３５に進む。
【００２６】
手順４３３では、−側ドップラ周波数ｆｄｎと、定数Ｂとドップラ周波数ｆｄとの積とを比較して、（ｆｄｎ＞Ｂ・ｆｄ）であるか否かを判断する。（ｆｄｎ＞Ｂ・ｆｄ）であれば手順４３４に進み、そうでなければ手順４３５に進む。ここで、定数Ｂは値が１以下の無次元の正定数であり、血流方向の判定に適した適宜の値（例えば、０．５）に設定される。
【００２７】
手順４３４では、血流の方向が逆流であるものと判定し、その結果をメモリ４２の所定領域に書き込む等の処理をして、次に呼び出し元に戻る。手順４３４の逆流判定がなされるのは、手順４３１，４３２，４３３における判断が、全て肯定的結果（Ｙｅｓ）となる場合である。また、手順４３５では、血流の方向が正流であるものと判定し、その結果をメモリ４２の所定領域に書き込む等の処理をして、次に呼び出し元に戻る。手順４３５の正流判定がなされるのは、手順４３１，４３２，４３３における判断の少なくとも一つが、否定的結果（Ｎｏ）となる場合である。
【００２８】
血流方向の判定を以上のように行うことによって、電気メス等からの外来ノイズに影響されることが著しく少なくなり、方向判定の信頼性を向上させることができた。また、血液の流量が大きくて、かつ、超音波プローブ３のチューブ９への取付不良や超音波プローブ３に性能上の問題がある場合にも、誤った方向判定を行うことが減少し、方向判定の信頼性が向上した。
【００２９】
図５は、血流方向判定プログラム４２２の他の処理手順を示すフローチャートである。血流方向判定プログラム４２２の処理手順として、図４の処理手順に換えて図５の処理手順を実行するようにしてもよい。図５の血流方向判定の処理手順が呼び出されると、まず、手順４４１で＋側ドップラ信号について過去３秒間の期間で平均化処理が行われる。この平均化された＋側ドップラ周波数をｆｄｐとする。
【００３０】
次に、手順４４２において、手順４０２で求められたドップラ周波数ｆｄと定数Ａとを比較して、ドップラ周波数ｆｄが定数Ａより大きいか否かを判断する。ここで、定数Ａは逆流検出の下限値を示す所定の周波数であり、図４のフローチャートで説明したものである。手順４４２の判断において、ドップラ周波数ｆｄが定数Ａより大きければ手順４４３に進み、そうでなければ手順４４６に進む。
【００３１】
手順４４３では、手順４０３で求められた−側ドップラ周波数ｆｄｎと定数Ａとを比較して、−側ドップラ周波数ｆｄｎが定数Ａより大きいか否かを判断する。−側ドップラ周波数ｆｄｎが定数Ａより大きければ手順４４４に進み、そうでなければ手順４４６に進む。
【００３２】
手順４４４では、−側ドップラ周波数ｆｄｎと、手順４４１で求められた＋側ドップラ周波数ｆｄｐと定数Ｃとの和とを比較して、（ｆｄｎ＞ｆｄｐ＋Ｃ）であるか否かを判断する。（ｆｄｎ＞ｆｄｐ＋Ｃ）であれば手順４４５に進み、そうでなければ手順４４６に進む。ここで、定数Ｃは逆流判定の判定条件を調整するための周波数の次元を持つ定数である。定数Ｃは、例えば０．３［Ｌ/min］の流量に相当する周波数に設定される。
【００３３】
手順４４５では、血流の方向が逆流であるものと判定し、その結果をメモリ４２の所定領域に書き込む等の処理をして、次に呼び出し元に戻る。手順４４５の逆流判定がなされるのは、手順４４２，４４３，４４４における判断が、全て肯定的結果（Ｙｅｓ）となる場合である。また、手順４４６では、血流の方向が正流であるものと判定し、その結果をメモリ４２の所定領域に書き込む等の処理をして、次に呼び出し元に戻る。手順４４６の正流判定がなされるのは、手順４４２，４４３，４４４における判断の少なくとも一つが、否定的結果（Ｎｏ）となる場合である。
【００３４】
血流方向の判定を、以上の図５のように行うことによっても、電気メス等からの外来ノイズに影響されることが著しく少なくなり、方向判定の信頼性を向上させることができた。また、血液の流量が大きくて、かつ、超音波プローブ３のチューブ９への取付不良や超音波プローブ３に性能上の問題がある場合にも、誤った方向判定を行うことが減少し、方向判定の信頼性が向上した。
【００３５】
次に、図４または図５のような血流方向の判定を行うことによって、外来ノイズの影響や検出部の性能低下の影響を受けにくくなることを、実例を挙げて説明する。図６は、従来の判定方法と本発明の判定方法の判定結果を比較したものである。図６（ａ）は、血液の流量が比較的小さい場合であって、直交検波器２２の検出信号にノイズが混入した場合の影響を示すものである。正方向の血流はドップラ周波数ｆｄで１０００Ｈｚに相当する速度である。このとき、＋側ドップラ周波数ｆｄｐは９５０Ｈｚ、−側ドップラ周波数ｆｄｎは１０Ｈｚに相当する信号となる。ドップラ周波数ｆｄで５００Ｈｚに相当する逆流が発生すると、＋側ドップラ周波数ｆｄｐは５Ｈｚ、−側ドップラ周波数ｆｄｎは４７５Ｈｚに相当する信号となる。
【００３６】
定数Ａを３００Ｈｚ、定数Ｂを０．５、定数Ｃを２００Ｈｚとすると、（ｆｄ＞Ａ）、（ｆｄｎ＞Ａ）、（ｆｄｎ＞Ｂ・ｆｄ）、（ｆｄｎ＞ｆｄｐ＋Ｃ）の各真偽値は図に示すようになる。従来の判定方法（ｆｄｎ＞Ａの比較のみによって判定するもの）と本発明の図４の判定方法（方法１）および図５の判定方法（方法２）の判定結果を下段３行に示す。ノイズが混入していない状態では、従来の判定方法でも本発明の判定方法でも同一の判定結果となる。
【００３７】
検出値に電気メス等からの外来ノイズが混入した場合は、ノイズの位相がランダムであるため、ｆｄ，ｆｄｐ，ｆｄｎの各検出値にほぼ等しい大きさのノイズ成分が加わることになる。ここでは、４００Ｈｚ相当の大きさのノイズ成分が混入した場合を示しており、正方向および逆方向のｆｄ，ｆｄｐ，ｆｄｎの各検出値に４００Ｈｚ相当のノイズ成分が付加されている。図６（ａ）から、ノイズが混入した場合には、従来の判定方法では、正方向の血流を逆方向であると誤判定してしまうことが分かる。本発明においては、方法１および方法２ともに、このような誤判定は発生せず、正確な判定結果を得ることができる。
【００３８】
図６（ｂ）は、血液の流量が比較的大きい場合であって、超音波プローブ３のチューブ９への取付不良や超音波プローブ３に性能上の問題があり、方向検出部２５の各検出信号の分離が悪い場合の影響を示すものである。正方向の血流はドップラ周波数ｆｄで３５００Ｈｚに相当する速度である。このとき、方向検出部２５の各検出信号の分離が良好な場合には、＋側ドップラ周波数ｆｄｐは３３００Ｈｚ、−側ドップラ周波数ｆｄｎは３５Ｈｚに相当する信号となる。
【００３９】
ドップラ周波数ｆｄで５００Ｈｚに相当する逆流が発生すると、＋側ドップラ周波数ｆｄｐは５Ｈｚ、−側ドップラ周波数ｆｄｎは４７５Ｈｚに相当する信号となる。定数Ａ、定数Ｂ、定数Ｃの値は、図６（ａ）の場合と同一である。各検出信号の分離が良好な場合には、従来の判定方法でも本発明の判定方法でも同一の判定結果となる。
【００４０】
各検出信号の分離が悪い場合には、正流時および逆流時のｆｄ，ｆｄｐ，ｆｄｎの各検出値が図６（ｂ）に示すような値となる。そして、図６（ｂ）から、各検出信号の分離が悪い場合には、従来の判定方法では、正方向の血流を逆方向であると誤判定してしまうことが分かる。本発明においては、方法１および方法２ともに、このような各検出信号の分離が悪い場合であっても、誤判定は発生せず、正確な判定結果を得ることができる。
【００４１】
【発明の効果】
本発明は、以上に説明したように構成されているので、以下のような効果を奏する。
【００４２】
血流方向の判定を本発明のように行うことにより、電気メス等からの外来ノイズに影響されることが著しく少なくなり、方向判定の信頼性を向上させることができる。また、血液の流量が大きくて、かつ、超音波プローブのチューブへの取付不良や超音波プローブに性能上の問題がある場合にも、誤った方向判定を行うことが減少し、方向判定の信頼性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の超音波ドップラ血流計の構成を示す概略図である。
【図２】図２は、流量演算部の構成を示すブロック図である。
【図３】図３は、流量演算部の動作を示すフローチャートである。
【図４】図４は、血流方向判定の手順を示すフローチャートである。
【図５】図５は、血流方向判定の他の手順を示すフローチャートである。
【図６】図６は、従来の判定方法と本発明の判定方法を比較した図である。
【符号の説明】
１…超音波ドップラ血流計
２…血流計本体
３…超音波プローブ
４…流量演算部
５…表示部
９…チューブ
２１…発振器
２２…直交検波器
２３…プリアンプ
２４…増幅器
２５…方向検出部
３１…送信部
３２…受信部
４０…ＣＰＵ
４１…バス
４２…メモリ
４３…タイマ回路
４４…インターフェース回路
４５…入力インターフェース回路[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an ultrasonic Doppler blood flow meter using an ultrasonic Doppler effect used in an extracorporeal blood circuit such as an oxygenator, and more particularly, an ultrasonic wave resistant to external noise from an electric knife or the like and having few malfunctions. The present invention relates to a Doppler blood flow meter and a backflow detection method.
[0002]
[Prior art]
The ultrasonic Doppler blood flow meter irradiates the blood flow with an ultrasonic probe, receives an ultrasonic echo signal from the blood, and measures the blood flow rate from the Doppler frequency shift of the echo signal. It is generally used widely. In the ultrasonic Doppler blood flow meter, the Doppler signal indicating the Doppler frequency shift of the echo signal is averaged if necessary, and the blood flow rate is calculated from the Doppler frequency.
[0003]
In the case of an extracorporeal blood circuit such as an oxygenator or the like, when a backflow of blood is detected, a treatment such as stopping the backflow by sandwiching a tube through which blood flows with forceps or the like is necessary. As will be described in detail later, the echo signal is detected by a quadrature detector, and the output is processed by a direction detection unit, thereby obtaining a + side Doppler signal and a − side Doppler signal. If necessary, a similar averaging process is applied to the frequency of the negative side Doppler signal to determine the backflow of blood. That is, when the frequency of the negative side Doppler signal is larger than a predetermined constant A (for example, 0.3 to 0.5 [L / min] in terms of flow rate), it is determined that the flow is reverse and an alarm is displayed. It was. If the frequency of the negative side Doppler signal is equal to or less than the constant A, the reverse flow alarm is canceled as a return from the reverse flow.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, the conventional ultrasonic Doppler blood flow meter detects the direction of blood flow from the minus side Doppler signal, so when an electric knife is used in the vicinity, external noise from the electric knife etc. As a result, the direction detector may malfunction and an erroneous backflow alarm may occur. Also, when the blood flow rate is high and the probe is not properly attached to the blood tube or the probe has a performance problem, the + side Doppler signal and the-side Doppler signal from the direction detector are poorly separated. Thus, an incorrect backflow alarm may occur. Such a false backflow alarm needs to be reduced as much as possible.
[0005]
Therefore, the present invention provides a backflow detection method that is resistant to external noise from an electric knife or the like and has few malfunctions in an ultrasonic Doppler blood flow meter using an ultrasonic Doppler effect used in an extracorporeal circulation blood circuit such as an oxygenator. It is another object of the present invention to provide an ultrasonic Doppler blood flow meter using the detection method.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a backflow detection method in ultrasonic Doppler blood flow measurement according to the present invention includes: An ultrasonic probe including a transmitting unit that radiates ultrasonic waves, a receiving unit that receives an echo signal from which the ultrasonic waves are reflected, an orthogonal detecting unit that performs orthogonal detection, and a direction for detecting the direction of blood flow A reverse flow detection method in ultrasonic Doppler blood flow measurement using a direction detection unit and a blood flow direction determination means for determining a direction of blood flow, comprising: Against blood flowing in the tube , By the transmitter The procedure of irradiating with ultrasound and the echo signal reflected by blood By the receiver The procedure to receive, By the quadrature detection unit A procedure for quadrature detection of the echo signal to obtain a first detection value corresponding to a Doppler frequency representing a frequency shift of the echo signal; By the quadrature detection unit From the quadrature detection signal, By the direction detection unit, A procedure for obtaining a second detection value corresponding to a -side Doppler frequency representing a frequency shift of the echo signal when the blood flow is in the reverse direction; By the blood flow direction determining means, A first determination procedure for determining whether the first detection value is greater than a first constant; By the blood flow direction determining means, A second determination procedure for determining whether or not the second detection value is greater than the first constant; By the blood flow direction determining means, A third determination procedure for determining whether or not the second detection value is greater than a product of a second constant and the first detection value; By the blood flow direction determining means, A procedure for determining that the direction of the blood flow is opposite when the determination results of the first determination procedure, the second determination procedure, and the third determination procedure are all affirmative determination results; , By the blood flow direction determining means, When at least one of the determination results of the first determination procedure, the second determination procedure, and the third determination procedure is a negative determination result, it is determined that the direction of blood flow is a positive direction. And a procedure.
[0007]
Further, the backflow detection method in the ultrasonic Doppler blood flow measurement of the present invention, An ultrasonic probe including a transmitting unit that radiates ultrasonic waves, a receiving unit that receives an echo signal from which the ultrasonic waves are reflected, an orthogonal detecting unit that performs orthogonal detection, and a direction for detecting the direction of blood flow A reverse flow detection method in ultrasonic Doppler blood flow measurement using a direction detection unit and a blood flow direction determination means for determining a direction of blood flow, comprising: Against blood flowing in the tube , By the transmitter The procedure of irradiating with ultrasound and the echo signal reflected by blood By the receiver The procedure to receive, By the quadrature detection unit A procedure for quadrature detection of the echo signal to obtain a first detection value corresponding to a Doppler frequency representing a frequency shift of the echo signal; By the quadrature detection unit From the quadrature detection signal, By the direction detection unit, According to the direction of blood flow, the second detection value corresponding to the -side Doppler frequency representing the frequency shift of the echo signal when the blood flow is in the reverse direction, and the echo signal when the blood flow is in the forward direction A procedure for obtaining a third detection value corresponding to the + side Doppler frequency representing the frequency shift of By the blood flow direction determining means, A first determination procedure for determining whether the first detection value is greater than a first constant; By the blood flow direction determining means, A second determination procedure for determining whether or not the second detection value is greater than the first constant; By the blood flow direction determining means, A fourth determination procedure for determining whether or not the second detection value is greater than a sum of the third detection value and a third constant; By the blood flow direction determining means, A procedure for determining that the direction of blood flow is opposite when all the determination results of the first determination procedure, the second determination procedure, and the fourth determination procedure are affirmative determination results; , By the blood flow direction determining means, When at least one of the determination results of the first determination procedure, the second determination procedure, and the fourth determination procedure is a negative determination result, it is determined that the direction of blood flow is a positive direction. And a procedure.
[0008]
In addition, the ultrasonic Doppler blood flow meter of the present invention, Of the extracorporeal blood circuit An ultrasonic probe comprising a transmitter for irradiating blood flowing in a tube with ultrasonic waves, a receiver for receiving an echo signal in which the ultrasonic waves are reflected by the blood, and the echo signal from the ultrasonic probe And detecting a direction of blood flow from the quadrature detection signal of the echo signal, and detecting a direction of blood flow from the quadrature detection signal of the echo signal. A direction detection unit that outputs a signal indicating a negative side Doppler frequency, a flow rate calculation unit that calculates a blood flow rate from a first detection value corresponding to the Doppler frequency, Blood flow direction determining means for determining the direction of blood flow from a detected value of 1 and a second detected value corresponding to the -side Doppler frequency, wherein the blood flow direction determining means is the first detection The value is the first constant A first determination procedure for determining whether or not the second detection value is greater than the first constant; a second determination procedure for determining whether or not the second detection value is greater than the first constant; A third determination procedure for determining whether or not the product of a constant of 2 and the first detection value is greater than the first determination value, and the determination of the first determination procedure, the second determination procedure, and the third determination procedure When all the results are positive determination results, the procedure of determining that the direction of blood flow is the reverse direction, the first determination procedure, the second determination procedure, and the third determination procedure When at least one of the determination results is a negative determination result, a procedure for determining that the direction of blood flow is the positive direction is executed.
[0009]
In addition, the ultrasonic Doppler blood flow meter of the present invention, Of the extracorporeal blood circuit An ultrasonic probe comprising a transmitter for irradiating blood flowing in a tube with ultrasonic waves, a receiver for receiving an echo signal in which the ultrasonic waves are reflected by the blood, and the echo signal from the ultrasonic probe And detecting a direction of blood flow from the quadrature detection signal of the echo signal, and outputting a signal indicating a Doppler frequency representing the frequency shift of the echo signal, and depending on the direction of the blood flow A signal indicating the + side Doppler frequency representing the frequency shift of the echo signal when the blood flow is in the forward direction and a − side Doppler frequency representing the frequency shift of the echo signal when the blood flow is in the reverse direction A direction detection unit that outputs a signal, a flow rate calculation unit that calculates a blood flow rate from a first detection value corresponding to the Doppler frequency, a second detection value that corresponds to the first detection value, and the negative side Doppler frequency. Inspection Blood flow direction determination means for determining the direction of blood flow from a value and a third detection value corresponding to the + side Doppler frequency, wherein the blood flow direction determination means has the first detection value as the first detection value. A first determination procedure for determining whether or not the constant is greater than 1, a second determination procedure for determining whether or not the second detection value is greater than the first constant, and the second detection. A fourth determination procedure for determining whether or not a value is greater than a sum of the third detection value and a third constant; the first determination procedure; the second determination procedure; and the fourth determination. When all the determination results of the procedure are affirmative determination results, the procedure for determining that the direction of blood flow is the reverse direction, the first determination procedure, the second determination procedure, and the fourth determination procedure If at least one of the determination results of the determination procedure is a negative determination result, the direction of blood flow is positive And it executes a procedure for determining that there is one.
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of an ultrasonic Doppler blood flow meter 1 of the present invention. The ultrasonic Doppler blood flow meter 1 includes a blood flow meter main body 2 and an ultrasonic probe 3 connected thereto. The ultrasonic probe 3 is attached to a tube 9 constituting an extracorporeal circulation blood circuit such as an oxygenator. The ultrasonic probe 3 is provided with a transmission unit 31 and a reception unit 32, and the ultrasonic wave irradiated to the blood flow from the transmission unit 31 is reflected by blood cells in the blood, and the ultrasonic echo The signal is received by the receiving unit 32 as a signal.
[0011]
The ultrasonic wave irradiated from the transmitter 31 is driven by an output signal from the oscillator 21. The echo signal received by the receiving unit 32 has a Doppler frequency shift due to blood flow, and the flow rate and flow rate of blood can be measured from this frequency shift. The echo signal is amplified by the preamplifier 23 and input to the quadrature detector 22. Further, a 0 ° signal having the same phase as the irradiation ultrasonic signal and a 90 ° signal having a 90 ° phase difference are input to the quadrature detector 22 as reference signals from the oscillator 21.
[0012]
From the quadrature detector 22, a Doppler signal having a frequency corresponding to the frequency shift of the echo signal is obtained. At this time, two types of Doppler signals corresponding to the two types of reference signals are obtained. The two types of Doppler signals are amplified by the amplifier 24, respectively. One of the signals is input to the flow rate calculation unit 4 as a Doppler signal. The two types of Doppler signals output from the amplifier 24 are input to the direction detection unit 25. The direction detection unit 25 separates and outputs a + side Doppler signal and a − side Doppler signal based on a phase difference between both Doppler signals.
[0013]
The direction of blood flow can be determined from the + side Doppler signal and the − side Doppler signal. When the blood flow is in the positive direction (positive flow), the frequencies of the Doppler signal and the + side Doppler signal are substantially equal, and the frequency of the − side Doppler signal is substantially zero. On the other hand, when the blood flow is in the reverse direction (reverse flow), the frequencies of the Doppler signal and the − side Doppler signal are substantially equal, and the frequency of the + side Doppler signal is substantially zero. Therefore, for example, when the negative side Doppler signal becomes larger than a constant A (for example, 0.3 to 0.5 [L / min] in terms of flow rate), it can be determined that a backflow has occurred.
[0014]
However, if the determination is made based only on the negative side Doppler signal, the direction detection unit 25 may malfunction due to external noise from an electric knife or the like as described above, and erroneous direction determination may be performed. When the flow rate of the ultrasonic probe 3 is large and the ultrasonic probe 3 is not properly attached to the tube 9 or there is a problem in performance of the ultrasonic probe 3, an erroneous direction determination may be performed. The present invention has been made to reduce such erroneous direction determination.
[0015]
The flow rate calculation unit 4 calculates the blood flow rate based on the Doppler signal and displays the blood flow measurement value on the display unit 5. Further, the flow rate calculation unit 4 determines the direction of blood flow (forward or reverse flow of blood) based on the + side Doppler signal and the − side Doppler signal. When a backflow of blood occurs, a backflow alarm (alarm display indicating that a backflow has occurred) is output to the display unit 5. With the backflow alarm, the operator performs measures such as stopping the backflow by sandwiching the tube of the extracorporeal circulation blood circuit with forceps, etc., and then taking measures such as increasing the rotational speed of the centrifugal pump, Remove from the tube. As a result, the reverse flow alarm is canceled when the reverse flow state is restored.
[0016]
FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the flow rate calculation unit 4. The flow rate calculation unit 4 is provided with a CPU 40 for performing various data processing, and a memory 42 such as a ROM or a RAM is connected to the CPU 40 via a bus 41. The CPU 40 operates according to programs and data stored in the memory 42. In the memory 42, the basic input / output program BIOS, the flow calculation program 421 for calculating the blood flow from the Doppler signal, the blood flow direction determination program 422 for determining the direction of blood flow, and the display unit 5 are displayed. A display control program for displaying characters and images is stored.
[0017]
In addition, the flow rate calculation unit 4 is provided with a timer circuit 43. The measurement data display on the display unit 5 is updated according to the display update period set in the timer circuit 43. Further, a display unit 5 for displaying characters and images is connected to the flow rate calculation unit 4 via an interface circuit 44. As the display unit 5, a CRT, a liquid crystal display panel, or the like can be used. The display unit 5 displays blood flow measurement data as numerical values, graphs, and the like, and displays a backflow warning when backflow occurs. Further, the flow rate calculation unit 4 is provided with an input interface circuit 45, and a Doppler signal, a + side Doppler signal, and a − side Doppler signal are input through the input interface circuit 45.
[0018]
With the flow rate calculation unit 4 having such a configuration, blood flow calculation and display, and forward / backflow determination are performed. FIG. 3 is a flowchart showing the operation of the flow rate calculation unit 4. Here, the case where the display update period of the display unit is 1 second and the Doppler signal averaging time is 3 seconds will be described. Although these times may be set other than this, the display update cycle is preferably about 0.2 to 1 second, and the averaging time of the Doppler signal is preferably about 1 to 3 seconds. Further, the averaging process is not necessarily performed.
[0019]
In step 401, the flow rate calculation unit 4 determines whether or not the display update period set in the timer circuit 43 has elapsed. If one second has elapsed since the previous display update, the flow calculation unit 4 proceeds to step 402 and one second has elapsed. If not, just wait. In the next procedure 402, the Doppler signal frequency sampling values are added for the averaging time, and the Doppler signal is averaged. The Doppler signal is sampled, for example, every 50 milliseconds, and sampling values for a period of the past 3 seconds from the present are stored. In this case, the averaging process is performed using 60 pieces of sampling data. Let this averaged Doppler frequency be fd.
[0020]
Next, in step 403, the negative side Doppler signal is similarly averaged over the past 3 seconds. This averaged -side Doppler frequency is defined as fdn. Then, in the next step 404, the blood flow direction determination program 422 is called to determine whether the blood is normal or reverse. The processing procedure of the blood flow direction determination program 422 will be described in detail later.
[0021]
Then, in the next step 405, it is determined whether or not a backflow has occurred based on the determination result in step 404. If a backflow has occurred, the process proceeds to step 406. If no backflow has occurred, the process proceeds to step 407. . In step 406, a backflow alarm is output to the display unit, and the process proceeds to the next step 409.
[0022]
In step 407, it is determined whether or not a backflow alarm is currently being displayed. If the backflow alarm is in progress, the procedure proceeds to step 408 to cancel the backflow alarm, and then proceeds to step 409. Without proceeding, proceed to step 409. In the next procedure 409, the blood flow rate is calculated from the Doppler signal. In the next step 410, the newly calculated blood flow measurement value is output to the display unit to update the display. Then, returning to the procedure 401, the above procedure is repeated.
[0023]
3 is executed by the flow rate calculation program 421. In addition, the blood flow direction determination program 422 is called in step 404. The processing procedure of the blood flow direction determination program 422 is shown in FIG. 4 or FIG. FIG. 4 is a flowchart showing a processing procedure of the blood flow direction determination program 422.
[0024]
When the blood flow direction determination program 422 is called, first, in step 431, the Doppler frequency fd obtained in step 402 is compared with the constant A to determine whether the Doppler frequency fd is greater than the constant A. Here, the constant A is a predetermined frequency indicating the lower limit value of the backflow detection. The constant A is, for example, a frequency corresponding to a flow rate of 0.3 to 0.5 [L / min] in terms of flow rate, but is set to a smaller value for children. The constant A is thus set to an appropriate value according to the state of the heart-lung machine or the patient.
[0025]
If it is determined in step 431 that the Doppler frequency fd is greater than the constant A, the process proceeds to step 432; otherwise, the process proceeds to step 435. In step 432, the negative side Doppler frequency fdn obtained in step 403 is compared with the constant A to determine whether the negative side Doppler frequency fdn is greater than the constant A. If the − side Doppler frequency fdn is larger than the constant A, the process proceeds to step 433; otherwise, the process proceeds to step 435.
[0026]
In step 433, the negative side Doppler frequency fdn is compared with the product of the constant B and the Doppler frequency fd to determine whether or not (fdn> B · fd). If (fdn> B · fd), the process proceeds to step 434; otherwise, the process proceeds to step 435. Here, the constant B is a dimensionless positive constant having a value of 1 or less, and is set to an appropriate value (for example, 0.5) suitable for determination of the blood flow direction.
[0027]
In step 434, it is determined that the direction of blood flow is a reverse flow, processing such as writing the result in a predetermined area of the memory 42, and then returning to the caller. The determination of the backflow in the procedure 434 is made when all the determinations in the procedures 431, 432, and 433 have a positive result (Yes). Further, in step 435, it is determined that the direction of blood flow is a positive flow, processing such as writing the result in a predetermined area of the memory 42, and then returning to the caller. The positive flow determination of the procedure 435 is performed when at least one of the determinations in the procedures 431, 432, and 433 has a negative result (No).
[0028]
By determining the blood flow direction as described above, the influence of external noise from an electric knife or the like is significantly reduced, and the reliability of the direction determination can be improved. In addition, when the blood flow rate is large, and there is a problem in the attachment of the ultrasonic probe 3 to the tube 9 or in the performance of the ultrasonic probe 3, erroneous direction determination is reduced and the direction is reduced. Judgment reliability has been improved.
[0029]
FIG. 5 is a flowchart showing another processing procedure of the blood flow direction determination program 422. As a processing procedure of the blood flow direction determination program 422, the processing procedure of FIG. 5 may be executed instead of the processing procedure of FIG. When the processing procedure for determining the blood flow direction in FIG. 5 is called, first, in step 441, the averaging process is performed on the + side Doppler signal in the period of the past 3 seconds. Let this averaged + side Doppler frequency be fdp.
[0030]
Next, in step 442, the Doppler frequency fd obtained in step 402 is compared with the constant A to determine whether the Doppler frequency fd is greater than the constant A. Here, the constant A is a predetermined frequency indicating the lower limit value of the backflow detection, and has been described with reference to the flowchart of FIG. If it is determined in step 442 that the Doppler frequency fd is greater than the constant A, the process proceeds to step 443, and if not, the process proceeds to step 446.
[0031]
In step 443, the negative side Doppler frequency fdn obtained in step 403 is compared with the constant A to determine whether the negative side Doppler frequency fdn is greater than the constant A. If the − side Doppler frequency fdn is larger than the constant A, the process proceeds to step 444; otherwise, the process proceeds to step 446.
[0032]
In step 444, the negative side Doppler frequency fdn is compared with the sum of the positive side Doppler frequency fdp obtained in step 441 and the constant C to determine whether or not (fdn> fdp + C). If (fdn> fdp + C), go to step 445; otherwise go to step 446. Here, the constant C is a constant having a frequency dimension for adjusting the determination condition of the backflow determination. The constant C is set to a frequency corresponding to a flow rate of 0.3 [L / min], for example.
[0033]
In step 445, it is determined that the direction of blood flow is reverse flow, processing such as writing the result in a predetermined area of the memory 42, and then returning to the caller. The determination of the backflow in the procedure 445 is made when all the determinations in the procedures 442, 443, and 444 are affirmative (Yes). Further, in step 446, it is determined that the direction of blood flow is positive flow, processing such as writing the result in a predetermined area of the memory 42, and then returning to the caller. The positive flow determination in the procedure 446 is performed when at least one of the determinations in the procedures 442, 443, and 444 has a negative result (No).
[0034]
Even when the blood flow direction is determined as shown in FIG. 5 described above, the influence of the external noise from the electric knife or the like is significantly reduced, and the reliability of the direction determination can be improved. In addition, when the blood flow rate is large, and there is a problem in the attachment of the ultrasonic probe 3 to the tube 9 or in the performance of the ultrasonic probe 3, erroneous direction determination is reduced and the direction is reduced. Judgment reliability has been improved.
[0035]
Next, it will be described with reference to an example that the determination of the direction of blood flow as shown in FIG. 4 or 5 makes it less likely to be affected by the influence of external noise and the performance degradation of the detection unit. FIG. 6 compares the determination results of the conventional determination method and the determination method of the present invention. FIG. 6A shows the influence when noise is mixed in the detection signal of the quadrature detector 22 when the blood flow rate is relatively small. The blood flow in the positive direction is a velocity equivalent to 1000 Hz at the Doppler frequency fd. At this time, the + side Doppler frequency fdp is a signal corresponding to 950 Hz, and the − side Doppler frequency fdn is a signal corresponding to 10 Hz. When a reverse flow corresponding to 500 Hz occurs at the Doppler frequency fd, the + side Doppler frequency fdp is a signal corresponding to 5 Hz, and the − side Doppler frequency fdn is a signal corresponding to 475 Hz.
[0036]
When the constant A is 300 Hz, the constant B is 0.5, and the constant C is 200 Hz, the truth values of (fd> A), (fdn> A), (fdn> B · fd), and (fdn> fdp + C) are As shown in the figure. The determination results of the conventional determination method (determined only by comparison of fdn> A) and the determination method of FIG. 4 (method 1) and the determination method of FIG. 5 (method 2) of the present invention are shown in the lower three rows. In a state where no noise is mixed, the same determination result is obtained by the conventional determination method and the determination method of the present invention.
[0037]
When external noise from an electric knife or the like is mixed in the detection value, the noise phase is random, and therefore a noise component having a magnitude substantially equal to each detection value of fd, fdp, and fdn is added. Here, a case where a noise component having a magnitude corresponding to 400 Hz is mixed is shown, and a noise component corresponding to 400 Hz is added to each detected value of fd, fdp, and fdn in the forward direction and the reverse direction. FIG. 6A shows that when noise is mixed, the conventional determination method erroneously determines that the blood flow in the forward direction is in the reverse direction. In the present invention, both the method 1 and the method 2 do not cause such erroneous determination, and an accurate determination result can be obtained.
[0038]
FIG. 6B shows a case where the flow rate of blood is relatively large, and there is a problem in the attachment of the ultrasonic probe 3 to the tube 9 or a problem in performance of the ultrasonic probe 3. This shows the effect of poor signal separation. The blood flow in the positive direction is a velocity corresponding to 3500 Hz at the Doppler frequency fd. At this time, when the detection signals of the direction detection unit 25 are well separated, the + side Doppler frequency fdp is a signal corresponding to 3300 Hz and the − side Doppler frequency fdn is 35 Hz.
[0039]
When a reverse flow corresponding to 500 Hz occurs at the Doppler frequency fd, the + side Doppler frequency fdp is a signal corresponding to 5 Hz, and the − side Doppler frequency fdn is a signal corresponding to 475 Hz. The values of constant A, constant B, and constant C are the same as in FIG. When the detection signals are well separated, the same determination result is obtained by the conventional determination method and the determination method of the present invention.
[0040]
When the detection signals are poorly separated, the detected values of fd, fdp, and fdn at the time of forward flow and at the time of reverse flow are values as shown in FIG. From FIG. 6B, it can be seen that when the detection signals are poorly separated, the conventional determination method erroneously determines that the blood flow in the forward direction is in the reverse direction. In the present invention, in both method 1 and method 2, even when such detection signals are poorly separated, erroneous determination does not occur, and an accurate determination result can be obtained.
[0041]
【The invention's effect】
Since the present invention is configured as described above, the following effects can be obtained.
[0042]
By determining the direction of blood flow as in the present invention, the influence of external noise from an electric knife or the like is remarkably reduced, and the reliability of direction determination can be improved. In addition, even when the blood flow rate is large and there is a problem with the attachment of the ultrasonic probe to the tube or when there is a problem with the performance of the ultrasonic probe, erroneous direction determination is reduced and the reliability of the direction determination is reduced. Can be improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram showing the configuration of an ultrasonic Doppler blood flow meter according to the present invention.
FIG. 2 is a block diagram illustrating a configuration of a flow rate calculation unit.
FIG. 3 is a flowchart showing an operation of a flow rate calculation unit.
FIG. 4 is a flowchart showing a procedure for determining a blood flow direction.
FIG. 5 is a flowchart showing another procedure for determining the direction of blood flow.
FIG. 6 is a diagram comparing a conventional determination method and the determination method of the present invention.
[Explanation of symbols]
1 ... Ultrasonic Doppler blood flow meter
2 ... Blood flow meter body
3. Ultrasonic probe
4. Flow rate calculation unit
5 ... Display section
9 ... Tube
21 ... Oscillator
22 ... Quadrature detector
23 ... Preamplifier
24 ... Amplifier
25. Direction detection unit
31 ... Transmitter
32. Receiver
40 ... CPU
41 ... Bus
42 ... Memory
43. Timer circuit
44. Interface circuit
45 ... Input interface circuit

Claims (4)

超音波を照射する送信部（３１）と、前記超音波が反射されたエコー信号を受信する受信部（３２）とを備えた超音波プローブ（３）と、
直交検波を行う直交検波部（２２）と、
血流の方向を検出するための方向検出部（２５）と、
血流の方向を判定するための血流方向判定手段（４２２）とを使用した超音波ドップラ血流測定における逆流検出方法であって、
体外循環血液回路の管内を流れる血液に対して、前記送信部（３１）により超音波を照射する手順と、
前記超音波が血液によって反射されたエコー信号を前記受信部（３２）により受信する手順と、
前記直交検波部（２２）によって前記エコー信号を直交検波して、前記エコー信号の周波数偏移を表すドップラ周波数に対応する第１の検出値（ｆｄ）を求める手順と、
前記エコー信号の前記直交検波部（２２）による直交検波信号から、前記方向検出部（２５）により、血流が逆方向の場合の前記エコー信号の周波数偏移を表す−側ドップラ周波数に対応する第２の検出値（ｆｄｎ）を求める手順と、
前記血流方向判定手段（４２２）により、前記第１の検出値（ｆｄ）が第１の定数（Ａ）より大きいか否かを判定する第１の判定手順（４３１）と、
前記血流方向判定手段（４２２）により、前記第２の検出値（ｆｄｎ）が前記第１の定数（Ａ）より大きいか否かを判定する第２の判定手順（４３２）と、
前記血流方向判定手段（４２２）により、前記第２の検出値（ｆｄｎ）が第２の定数（Ｂ）と前記第１の検出値（ｆｄ）との積より大きいか否かを判定する第３の判定手順（４３３）と、
前記血流方向判定手段（４２２）により、前記第１の判定手順（４３１）、前記第２の判定手順（４３２）および前記第３の判定手順（４３３）の判定結果が全て肯定的判定結果である場合には、血流の方向が逆方向であるものと判定する手順（４３４）と、
前記血流方向判定手段（４２２）により、前記第１の判定手順（４３１）、前記第２の判定手順（４３２）および前記第３の判定手順（４３３）の判定結果の少なくとも一つが否定的判定結果である場合には、血流の方向が正方向であるものと判定する手順（４３５）とを有する超音波ドップラ血流測定における逆流検出方法。 An ultrasonic probe (3) comprising a transmitter (31) for irradiating ultrasonic waves and a receiver (32) for receiving an echo signal reflected by the ultrasonic waves;
A quadrature detection unit (22) for performing quadrature detection;
A direction detector (25) for detecting the direction of blood flow;
A backflow detection method in ultrasonic Doppler blood flow measurement using blood flow direction determination means (422) for determining the direction of blood flow,
A procedure for irradiating the blood flowing in the extracorporeal circulation circuit with ultrasonic waves by the transmitter (31) ,
A procedure for receiving, by the receiving unit (32), an echo signal in which the ultrasonic wave is reflected by blood;
A procedure for quadrature detection of the echo signal by the quadrature detection unit (22 ) to obtain a first detection value (fd) corresponding to a Doppler frequency representing a frequency shift of the echo signal;
Corresponding to the-side Doppler frequency representing the frequency shift of the echo signal when the blood flow is in the reverse direction by the direction detection unit (25) from the quadrature detection signal of the echo signal by the quadrature detection unit (22). A procedure for obtaining a second detection value (fdn);
A first determination procedure (431) for determining whether or not the first detection value (fd) is greater than a first constant (A ) by the blood flow direction determination means (422) ;
A second determination procedure (432) for determining whether or not the second detection value (fdn) is larger than the first constant (A ) by the blood flow direction determination means (422) ;
The blood flow direction determination means (422) determines whether the second detection value (fdn) is greater than a product of a second constant (B) and the first detection value (fd). 3 determination procedure (433);
The determination result of the first determination procedure (431), the second determination procedure (432), and the third determination procedure (433) are all positive determination results by the blood flow direction determination means (422). If there is, a procedure (434) for determining that the direction of blood flow is opposite;
At least one of the determination results of the first determination procedure (431), the second determination procedure (432), and the third determination procedure (433) is negatively determined by the blood flow direction determination means (422). If it is a result, a backflow detection method in ultrasonic Doppler blood flow measurement comprising a step (435) of determining that the direction of blood flow is a positive direction. 超音波を照射する送信部（３１）と、前記超音波が反射されたエコー信号を受信する受信部（３２）とを備えた超音波プローブ（３）と、
直交検波を行う直交検波部（２２）と、
血流の方向を検出するための方向検出部（２５）と、
血流の方向を判定するための血流方向判定手段（４２２）とを使用した超音波ドップラ血流測定における逆流検出方法であって、
体外循環血液回路の管内を流れる血液に対して、前記送信部（３１）により超音波を照射する手順と、
前記超音波が血液によって反射されたエコー信号を前記受信部（３２）により受信する手順と、
前記直交検波部（２２）によって前記エコー信号を直交検波して、前記エコー信号の周波数偏移を表すドップラ周波数に対応する第１の検出値（ｆｄ）を求める手順と、
前記エコー信号の前記直交検波部（２２）による直交検波信号から、前記方向検出部（２５）により、血流の方向に応じて、血流が逆方向の場合の前記エコー信号の周波数偏移を表す−側ドップラ周波数に対応する第２の検出値（ｆｄｎ）と、血流が正方向の場合の前記エコー信号の周波数偏移を表す＋側ドップラ周波数に対応する第３の検出値（ｆｄｐ）とを求める手順と、
前記血流方向判定手段（４２２）により、前記第１の検出値（ｆｄ）が第１の定数（Ａ）より大きいか否かを判定する第１の判定手順（４４２）と、
前記血流方向判定手段（４２２）により、前記第２の検出値（ｆｄｎ）が前記第１の定数（Ａ）より大きいか否かを判定する第２の判定手順（４４３）と、
前記血流方向判定手段（４２２）により、前記第２の検出値（ｆｄｎ）が前記第３の検出値（ｆｄｐ）と第３の定数（Ｃ）との和より大きいか否かを判定する第４の判定手順（４４４）と、
前記血流方向判定手段（４２２）により、前記第１の判定手順（４４２）、前記第２の判定手順（４４３）および前記第４の判定手順（４４４）の判定結果が全て肯定的判定結果である場合には、血流の方向が逆方向であるものと判定する手順（４４５）と、
前記血流方向判定手段（４２２）により、前記第１の判定手順（４４２）、前記第２の判定手順（４４３）および前記第４の判定手順（４４４）の判定結果の少なくとも一つが否定的判定結果である場合には、血流の方向が正方向であるものと判定する手順（４４６）とを有する超音波ドップラ血流測定における逆流検出方法。 An ultrasonic probe (3) comprising a transmitter (31) for irradiating ultrasonic waves and a receiver (32) for receiving an echo signal reflected by the ultrasonic waves;
A quadrature detection unit (22) for performing quadrature detection;
A direction detector (25) for detecting the direction of blood flow;
A backflow detection method in ultrasonic Doppler blood flow measurement using blood flow direction determination means (422) for determining the direction of blood flow,
A procedure for irradiating the blood flowing in the extracorporeal circulation circuit with ultrasonic waves by the transmitter (31) ,
A procedure for receiving, by the receiving unit (32), an echo signal in which the ultrasonic wave is reflected by blood;
A procedure for quadrature detection of the echo signal by the quadrature detection unit (22 ) to obtain a first detection value (fd) corresponding to a Doppler frequency representing a frequency shift of the echo signal;
From the quadrature detection signal of the echo signal by the quadrature detection unit (22) , the direction detection unit (25) performs frequency shift of the echo signal when the blood flow is in the reverse direction according to the direction of blood flow. The second detected value (fdn) corresponding to the minus side Doppler frequency and the third detected value (fdp) corresponding to the plus side Doppler frequency representing the frequency shift of the echo signal when the blood flow is in the positive direction. And the procedure for
A first determination procedure (442) for determining whether or not the first detection value (fd) is larger than a first constant (A ) by the blood flow direction determination means (422) ;
A second determination procedure (443) for determining whether or not the second detection value (fdn) is larger than the first constant (A ) by the blood flow direction determination means (422) ;
The blood flow direction determination means (422) determines whether the second detection value (fdn) is greater than the sum of the third detection value (fdp) and a third constant (C). 4 determination procedure (444);
The determination result of the first determination procedure (442), the second determination procedure (443), and the fourth determination procedure (444) are all positive determination results by the blood flow direction determination means (422). If there is a procedure (445) for determining that the direction of blood flow is the reverse direction,
At least one of the determination results of the first determination procedure (442), the second determination procedure (443), and the fourth determination procedure (444) is determined negatively by the blood flow direction determination means (422). In the case of a result, a backflow detection method in ultrasonic Doppler blood flow measurement including a procedure (446) for determining that the direction of blood flow is a positive direction. 体外循環血液回路の管内を流れる血液に対して超音波を照射する送信部（３１）と、前記超音波が血液によって反射されたエコー信号を受信する受信部（３２）とを備えた超音波プローブ（３）と、
前記超音波プローブ（３）からの前記エコー信号を検波して、前記エコー信号の周波数偏移を表すドップラ周波数を示す信号を出力する直交検波部（２２）と、
前記エコー信号の直交検波信号から血流の方向を検出し、血流が逆方向の場合の前記エコー信号の周波数偏移を表す−側ドップラ周波数を示す信号を出力する方向検出部（２５）と、
前記ドップラ周波数に対応する第１の検出値（ｆｄ）から血液の流量を演算する流量演算部（４）と、
前記第１の検出値（ｆｄ）と前記−側ドップラ周波数に対応する第２の検出値（ｆｄｎ）とから血流の方向を判定する血流方向判定手段（４２２）とを有し、
前記血流方向判定手段（４２２）は、
前記第１の検出値（ｆｄ）が第１の定数（Ａ）より大きいか否かを判定する第１の判定手順（４３１）と、
前記第２の検出値（ｆｄｎ）が前記第１の定数（Ａ）より大きいか否かを判定する第２の判定手順（４３２）と、
前記第２の検出値（ｆｄｎ）が第２の定数（Ｂ）と前記第１の検出値（ｆｄ）との積より大きいか否かを判定する第３の判定手順（４３３）と、
前記第１の判定手順（４３１）、前記第２の判定手順（４３２）および前記第３の判定手順（４３３）の判定結果が全て肯定的判定結果である場合には、血流の方向が逆方向であるものと判定する手順（４３４）と、
前記第１の判定手順（４３１）、前記第２の判定手順（４３２）および前記第３の判定手順（４３３）の判定結果の少なくとも一つが否定的判定結果である場合には、血流の方向が正方向であるものと判定する手順（４３５）とを実行するものである超音波ドップラ血流計。 An ultrasonic probe comprising a transmitting unit (31) for irradiating blood flowing in a tube of an extracorporeal circulation blood circuit with an ultrasonic wave, and a receiving unit (32) for receiving an echo signal in which the ultrasonic wave is reflected by the blood (3) and
An orthogonal detector (22) for detecting the echo signal from the ultrasonic probe (3) and outputting a signal indicating a Doppler frequency representing a frequency shift of the echo signal;
A direction detection unit (25) for detecting a direction of blood flow from a quadrature detection signal of the echo signal and outputting a signal indicating a frequency shift of the echo signal when the blood flow is in the reverse direction; ,
A flow rate calculation unit (4) for calculating a blood flow rate from the first detection value (fd) corresponding to the Doppler frequency;
Blood flow direction determining means (422) for determining the direction of blood flow from the first detection value (fd) and the second detection value (fdn) corresponding to the negative side Doppler frequency;
The blood flow direction determining means (422)
A first determination procedure (431) for determining whether or not the first detection value (fd) is greater than a first constant (A);
A second determination procedure (432) for determining whether or not the second detection value (fdn) is larger than the first constant (A);
A third determination procedure (433) for determining whether or not the second detection value (fdn) is larger than a product of a second constant (B) and the first detection value (fd);
When the determination results of the first determination procedure (431), the second determination procedure (432), and the third determination procedure (433) are all positive determination results, the direction of blood flow is reversed. A procedure (434) for determining that the direction is a direction;
If at least one of the determination results of the first determination procedure (431), the second determination procedure (432), and the third determination procedure (433) is a negative determination result, the direction of blood flow And an ultrasonic Doppler blood flow meter for executing the procedure (435) for determining that is in the positive direction. 体外循環血液回路の管内を流れる血液に対して超音波を照射する送信部（３１）と、前記超音波が血液によって反射されたエコー信号を受信する受信部（３２）とを備えた超音波プローブ（３）と、
前記超音波プローブ（３）からの前記エコー信号を検波して、前記エコー信号の周波数偏移を表すドップラ周波数を示す信号を出力する直交検波部（２２）と、
前記エコー信号の直交検波信号から血流の方向を検出し、血流の方向に応じて、血流が正方向の場合の前記エコー信号の周波数偏移を表す＋側ドップラ周波数を示す信号と、血流が逆方向の場合の前記エコー信号の周波数偏移を表す−側ドップラ周波数を示す信号とを出力する方向検出部（２５）と、
前記ドップラ周波数に対応する第１の検出値（ｆｄ）から血液の流量を演算する流量演算部（４）と、
前記第１の検出値（ｆｄ）、前記−側ドップラ周波数に対応する第２の検出値（ｆｄｎ）および前記＋側ドップラ周波数に対応する第３の検出値（ｆｄｐ）とから血流の方向を判定する血流方向判定手段（４２２）とを有し、
前記血流方向判定手段（４２２）は、
前記第１の検出値（ｆｄ）が第１の定数（Ａ）より大きいか否かを判定する第１の判定手順（４４２）と、
前記第２の検出値（ｆｄｎ）が前記第１の定数（Ａ）より大きいか否かを判定する第２の判定手順（４４３）と、
前記第２の検出値（ｆｄｎ）が前記第３の検出値（ｆｄｐ）と第３の定数（Ｃ）との和より大きいか否かを判定する第４の判定手順（４４４）と、
前記第１の判定手順（４４２）、前記第２の判定手順（４４３）および前記第４の判定手順（４４４）の判定結果が全て肯定的判定結果である場合には、血流の方向が逆方向であるものと判定する手順（４４５）と、
前記第１の判定手順（４４２）、前記第２の判定手順（４４３）および前記第４の判定手順（４４４）の判定結果の少なくとも一つが否定的判定結果である場合には、血流の方向が正方向であるものと判定する手順（４４６）とを実行するものである超音波ドップラ血流計。 An ultrasonic probe comprising a transmitting unit (31) for irradiating blood flowing in a tube of an extracorporeal circulation blood circuit with an ultrasonic wave, and a receiving unit (32) for receiving an echo signal in which the ultrasonic wave is reflected by the blood (3) and
An orthogonal detector (22) for detecting the echo signal from the ultrasonic probe (3) and outputting a signal indicating a Doppler frequency representing a frequency shift of the echo signal;
Detecting a direction of blood flow from the quadrature detection signal of the echo signal, and a signal indicating a + side Doppler frequency representing a frequency shift of the echo signal when the blood flow is in the positive direction according to the direction of blood flow; A direction detection unit (25) that outputs a signal indicating a frequency shift of the echo signal when the blood flow is in the reverse direction, and a signal indicating a side Doppler frequency
A flow rate calculation unit (4) for calculating a blood flow rate from the first detection value (fd) corresponding to the Doppler frequency;
The direction of blood flow is determined from the first detection value (fd), the second detection value (fdn) corresponding to the negative side Doppler frequency, and the third detection value (fdp) corresponding to the positive side Doppler frequency. Blood flow direction determining means (422) for determining,
The blood flow direction determining means (422)
A first determination procedure (442) for determining whether or not the first detection value (fd) is greater than a first constant (A);
A second determination procedure (443) for determining whether or not the second detection value (fdn) is larger than the first constant (A);
A fourth determination procedure (444) for determining whether the second detection value (fdn) is greater than the sum of the third detection value (fdp) and a third constant (C);
When the determination results of the first determination procedure (442), the second determination procedure (443), and the fourth determination procedure (444) are all positive determination results, the direction of blood flow is reversed. A procedure for determining that the direction is the direction (445);
When at least one of the determination results of the first determination procedure (442), the second determination procedure (443), and the fourth determination procedure (444) is a negative determination result, the direction of blood flow And an ultrasonic Doppler blood flow meter for executing the procedure (446) for determining that is in the positive direction.
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