CN102317775B - 血液检查装置 - Google Patents

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Abstract

以低分析成本正确地求出血液特性。为此的血液检查装置具备：TV照相机(3)，对血液中的红血球的密度不同的两个血流状态下的同一所述血液进行摄像；以及运算处理部(70)，对由TV照相机(3)得到的图像中的血球的密度低的第一血流状态下的血液的图像进行分析，计算用于求出血液特性的参数，并且利用所述参数对由TV照相机得到的图像中的血球的密度高的第二血流状态下的血液的图像进行分析，求出血液特性。

Description

血液检查装置
技术领域
本发明涉及一种血液检查装置。
背景技术
近年来，随着对健康的关心的提高，作为健康的标志(barometer)而关注血液的流动性。该血液的流动性是通过求出血液中的血球种类、血球的速度、或者血球数这样的血液特性而被确定或者被定量化的。
其中，作为辨别血球种类的方法，已知如下方法：通过对血流进行彩色摄像，并利用预先设定的红血球的色调范围来识别血流图像中的“红”的色调，从而从全部血(含有红血球、白血球以及血小板的血液)中辨别红血球(例如参照专利文献1)。
另外，作为测量血球的速度的方法，例如列举将测量微小粒子的速度的方法(例如参照非专利文献1)应用于血液的方法。在该测量粒子的速度的方法中，对于由高速照相机连续拍摄到的多个气流的可视化图像，在规定的范围中进行模式匹配(Pattern matching)，由此不需要进行气流中的各个粒子的识别、追踪，而制作气流的二维速度图。
另外，作为计算血球数的方法，例如已知如下方法：将血流图像进行二值化而求出该血流图像中的所有红血球的总面积，并将该总面积除以预先设定的一个红血球的面积。
专利文献1：日本特开平10-274652号公报
非专利文献1：加賀昭和，井上義雄，山口克人，気流分布の画像計測のためのパタ一ン追跡アルゴリズム(加贺昭和，井上义雄，山口克人，用于气流分布的图像测量的模式追踪算法)，可視化情報学会誌，Vol.14，No.53，1994，108-115
发明内容
然而，在上述专利文献1所记载的方法中，单纯地使用了预先设定的红血球的色调范围，由于无法正确地确定实际的血液试样中的红血球的“红”的色调范围，因此无法正确地辨别出红血球。红血球的“红”的色调根据所含有的血红蛋白与氧的结合量、即红血球的状态而发生变化，因此如果不调查该状态而使用所设定的色调的阈值，则有可能导致将红血球错误识别为其它的血球等。
另外，在将上述非专利文献1所记载的方法应用于血液的方法中，为了与血球的速度、移动方向无关地对规定范围的图像进行分析处理，例如在为了能够捕获速度快的血球而设定得较宽的图像范围中对较慢的血球的速度进行了测量的情况下，对与血球的移动无关的图像范围部分也进行分析处理，由此导致分析成本增加。
另外，在上述血球数的计算方法中，单纯地使用了预先设定的一个红血球的面积，由于没有考虑红血球的大小的个体差异，因此无法正确地计算红血球的个数。一般来说，红血球的大小(直径)在大约7～8μm的范围中存在个体差异，例如在将该大小设为7.5μm而计算出血球数的情况下，也会产生与和实际的血液试样中的红血球的大小之间的差异相当的量的误差。
本发明是鉴于上述情形而完成的，课题在于提供一种能够以低分析成本正确地求出血液特性的血液检查装置。
为了解决上述课题，技术方案1所记载的发明是一种血液检查装置，对通过流路的血液进行摄像，分析所得到的图像来求出血液特性，该血液检查装置的特征在于，具备：摄像单元，对血液中的血球的密度不同的两个血流状态下的同一所述血液进行摄像；参数计算单元，对由所述摄像单元得到的图像中的血球的密度低的第一血流状态下的所述血液的图像进行分析，计算用于求出血液特性的参数；以及血液特性分析单元，利用由所述参数计算单元计算出的所述参数，对由所述摄像单元得到的图像中的血球的密度高的第二血流状态下的所述血液的图像进行分析，求出血液特性。
技术方案2所记载的发明的特征在于，在技术方案1记载的血液检查装置中，所述参数计算单元计算所述第一血流状态下的红血球的色调范围作为所述参数，所述血液特性分析单元使用该色调范围来识别所述第二血流状态下的所述血液的图像的色调，由此辨别所述血液中的红血球。
技术方案3所记载的发明的特征在于，在技术方案1所记载的血液检查装置中，所述参数计算单元计算所述第一血流状态下的红血球的速度以及移动方向作为所述参数，并且根据该红血球的速度以及移动方向来设定图像范围，所述血液特性分析单元对该图像范围中的所述第二血流状态下的所述血液的图像进行分析，由此求出所述血液中的红血球的速度。
技术方案4所记载的发明的特征在于，在技术方案1所记载的血液检查装置中，所述参数计算单元计算所述第一血流状态下的一个红血球的面积作为所述参数，所述血液特性分析单元将所述第二血流状态下的所述血液的图像中的红血球的总面积除以该一个红血球的面积，由此计算所述血液中的红血球的血球数。
技术方案5所记载的发明的特征在于，在技术方案1～4中的任一个所记载的血液检查装置中，所述两个血流状态是所述血液在所述流路中开始流动之后的经过时间不同的状态，所述第一血流状态是所述经过时间比所述第二血流状态短的状态。
技术方案6所记载的发明的特征在于，在技术方案1～4中的任一个所记载的血液检查装置中，所述两个血流状态是所述血球在所述摄像单元的摄像范围内开始出现之后的经过时间不同的状态，所述第一血流状态是所述经过时间比所述第二血流状态短的状态。
技术方案7所记载的发明的特征在于，在技术方案1～5中的任一个所记载的血液检查装置中，所述两个血流状态是所述流路的上游与下游的所述血液的压力差不同的状态，所述第一血流状态是所述压力差比所述第二血流状态小的状态。
技术方案8所记载的发明的特征在于，在技术方案1～7中的任一个所记载的血液检查装置中，所述第一血流状态是在所述摄像单元的摄像范围内多个血球相互分离的状态。
根据技术方案1所记载的发明，在第一血流状态下计算出关于实际的血液试样的最佳的参数，并使用该参数来求出第二血流状态下的血液特性，因此与预先设定了参数的以往相比，能够以低分析成本正确地求出血液特性。
另外，在密度低的第一血流状态下，容易成为各个血球不接触的状态，容易识别这些各个血球，因此能够容易地计算参数。
根据技术方案2所记载的发明，通过计算第一血流状态下的红血球的色调范围作为参数，能够确定血液试样中的实际的红血球的状态下的红血球的色调范围，能够在第二血流状态下正确地辨别红血球。
根据技术方案3所记载的发明，计算出第一血流状态下的红血球的速度以及移动方向作为参数，通过设定与它们对应的图像范围，由此仅对该图像范围进行第二血流状态下的分析，从而可以无需对与红血球的移动无关的图像范围部分进行分析处理，能够抑制分析成本并且求出红血球的速度。
根据技术方案4所记载的发明，通过计算第一血流状态下的一个红血球的面积作为参数，能够考虑红血球的大小的个体差异，能够在第二血流状态下正确地计算红血球的血球数。
根据技术方案8所记载的发明，第一血流状态是在摄像单元的摄像范围内多个血球相互分离的状态，因此能够可靠地识别各个血球，能够更容易地计算上述参数。
附图说明
图1是表示血液检查装置的整体结构的框图。
图2是过滤器的截面图。
图3的(a)是流路部的俯视图，(b)是侧截面图。
图4是求出血液特性时的流程图。
图5的(a)是表示血液流动前的图像例的图，(b)是表示第一血流状态下的血流图像例的图，(c)是表示第二血流状态下的血流图像例的图。
图6是表示取图5的(a)与图5的(b)的差分的血流图像例的图。
图7是用于说明求出红血球的速度作为血液特性时的参数计算的图。
图8是表示将图6进行了二值化的血流图像例的图。
附图标记说明
1：血液检查装置；2：过滤器；3：TV照相机(摄像单元)；7：个人计算机；25：流路部；70：运算处理部(参数计算单元、血液特性分析单元)。
具体实施方式
下面，参照附图说明本发明的实施方式。
图1是表示本发明所涉及的血液检查装置1的整体结构的框图。
如该图所示，血液检查装置1将血液从供给槽10通过过滤器2引导至排出槽11，根据在该过程中获取的信息而求出血液特性。此外，血液特性是指表示血液的性质和状态等的各种特性值，在本实施方式中，尤其是指有关红血球的血球种类、血球的速度以及血球数。也就是说，在本实施方式中，求出血液特性是指，辨别红血球，或者求出红血球的速度，或者计算红血球的血球数。
具体地说，血液检查装置1主要具备：过滤器2、对过滤器2内的血液的流动进行摄像的TV照相机3、根据由TV照相机3所摄像的血流图像而求出血液特性的个人计算机(PC)7、显示血流图像的显示器8、以及对过滤器2内的血流进行控制的压差控制部9。此外，在本实施方式的血液检查装置1中，还具备为了将生理盐水、生理活性物质等液体与血液进行混合后引导到过滤器2而经由混合器(mixer)12与流路连接的多个溶液瓶13等。并且，对于与生理盐水、生理活性物质等液体进行了混合的血液(以下称为血液)，通过由压差控制部9控制加压泵15以及减压泵16来调整过滤器2前后的压差，由此只使期望量的血液在过滤器2内流动。另外，除了上述压差控制部19、混合器12以外，供给槽10的阀10a等也由顺序控制部17统一控制。
图2是过滤器2的截面图。
过滤器2如图2所示，构成为包括基板21、单晶硅基板22、22、外侧板23以及玻璃平板24。
基板21形成为平板状，具有将中央附近的上表面与外侧面进行连通的导入孔21a、以及将靠近一侧端的上表面与外侧面进行连通的排出孔21b。这些导入孔21a和排出孔21b从基板21的外侧面经由血液管(未图示)而连接到供给槽10以及排出槽11。
两个单晶硅基板22、22都形成为大致平板状，在相互隔着规定间隙的状态下并排设置在基板21的上表面。在这两个单晶硅基板22、22之间的间隙处，开口形成有基板21的导入孔21a。另外，在单晶硅基板22、22的上端部，隆起部22a在该单晶硅基板22、22的并排设置方向(图中的X方向)上延伸，在该隆起部22a的上端部，六角形状的凸缘部22b使顶面与玻璃平板24抵接而在X方向上排列有多个(参照图3)。
外侧板23将单晶硅基板22、22的周围进行包围并固定在基板21的上表面端。在外侧板23与单晶硅基板22、22之间设置有规定的间隙，在该间隙处开口形成有基板21的排出孔21b。
玻璃平板24形成为平板状，固定在外侧板23的上表面。另外，在玻璃平板24的下表面与隆起部22a的上表面之间形成有微小的流路群的流路部25。
图3的(a)、(b)是用于说明流路部25的图。图3的(a)是从上面观察流路部25的图(俯视图)，图3的(b)是侧截面图。
流路部25如图3的(a)、(b)所示，由多个通道(gate)25a、上游平台25b以及下游平台25c构成，其中，所述多个通道25a被隆起部22a上端部的多个凸缘部22b、…夹持而形成，所述上游平台25b是比该通道25a靠过滤器2中央侧(图中的上侧)的空间，所述下游平台25c是比通道25a靠过滤器2外侧(图中的下侧)的空间。其中的通道25a的宽度t在本实施方式中形成为比红血球的血球直径(大约8μm)窄。另外，虽然没有特别限定，上游平台25b、通道25a、下游平台25c中的隆起部22a宽度方向(图中的Y方向)的各长度la、lb、lc都形成为大约30μm。
在具备以上结构的过滤器2中，从供给槽10通过导入孔21a导入的血液在通过流路部25之后，通过排出孔21b排出到排出槽11。并且，更详细地说，在流路部25中流动的血液中的血球、例如红血球首先通过上游平台25b之后，一边变形一边通过通道25a，最后通过下游平台25c。
另外，在过滤器2的上游以及下游，如图1所示设置有压力传感器E1、E2，该压力传感器E1、E2将所测量的过滤器上游压力P1、过滤器下游压力P2输出到压差控制部9。
TV照相机3例如是数字CCD照相机，是对于拍摄血液的流动具有足够的分辨率的高速照相机。该TV照相机3与过滤器2中的玻璃平板24相向地设置，隔着玻璃平板24来拍摄通过流路部25的血液的流动。由TV照相机3得到的血流图像被输出到个人计算机7，并且被显示在显示器8中。此外，虽然没有特别地限定，TV照相机3是能够拍摄动态图像的照相机。
个人计算机7具备分析从TV照相机3输出的血流图像而求出血液特性的运算处理部70。作为这种运算处理部70，能够使用以往公知的运算处理部。
显示器8显示从TV照相机3输出的血流图像、由个人计算机7求出的血液特性等。
压差控制部9与顺序控制部17、加压泵15以及减压泵16相连接，根据来自顺序控制部17的控制指令，控制过滤器2前后的压差。更详细地说，压差控制部9分别控制过滤器2上游的加压泵15和过滤器2下游的减压泵16，以使过滤器上游压力P1和过滤器下游压力P2成为规定的压力。此外，该压差控制部9、顺序控制部17也可以与个人计算机7构成为一体。
接着，主要参照图4来说明血液检查装置1的动作。
图4是求出血液特性时的流程图。
如该图所示，首先，血液流向过滤器2(步骤S1)。具体地说，最初，作为测量对象的血液被注入到供给槽10，并且根据需要向溶液瓶13添加生理盐水等。然后，由压差控制部9对过滤器2施加规定的压差，使血液流向过滤器2。此时，使过滤器2前后的压力差从0cmAq慢慢地上升至20cmAq。
接着，由TV照相机3进行通过流路部25的血流的第一次摄像(步骤S2)。在过滤器2前后的压力差上升到20cmAq之前的期间进行该第一次摄像，对血液中的血球的密度比之后进行的第二次摄像时低的血流状态(第一血流状态)进行摄像。既可以与血液开始流动同时地进行该摄像，也可以在从血液在流路部25中开始流动之后的经过时间比后述的第二血流状态短的规定的定时(timing)进行该摄像。另外，可以对在TV照相机3的摄像范围内出现血球的情形进行检测，如果检测到该情形则立即进行摄像，也可以在检测到该情形之后的经过时间比后述的第二血流状态短的规定的定时进行摄像。
为了检测血球，依次比较使血液流动之前的图像与使血液开始流动之后的图像，并检查两个图像间的差分即可。除此之外，也可以设置对血液的浓度进行检测的传感器(未图示)，在该传感器的输出值达到了一定值的定时进行摄像。另外，在求出红血球的速度作为血液特性的情况下，在该第一次摄像中，至少选取2帧的血流图像。
在该第一次摄像中，如以下那样必定能捕获红血球。
在血液中的血球中，存在红血球、白血球以及血小板这三种，但是在血液开始流动之后不久的第一血流状态下，血小板不会凝集，从而不会出现边缘(edge)，因此无法在图像上识别出血小板。另外，由于白血球的比重大于红血球，因此不会比红血球先到达流路部25。因而，最初在TV照相机3的摄像范围内出现的必定是红血球。
接着，计算用于求出血液特性的参数(步骤S3)。通过由个人计算机7的运算处理部70分析第一血流状态下的血流图像，由此进行该参数的计算。
具体地说，在辨别红血球作为血液特性的情况下，计算第一血流状态下的红血球的色调范围作为参数。对此，首先，取如图5的(a)所示的使血液流动之前的图像与如图5的(b)所示的第一血流状态下的血流图像的以像素为单位的差分，抽取如图6所示的差分区域。然后，分析所抽取出的差分区域的色调范围来进行确定。
另外，在求出红血球的速度作为血液特性的情况下，计算出第一血流状态下的红血球的速度和移动方向作为参数，根据这些参数来缩小求出血液特性时要进行分析的图像范围。更详细地说，如图7的(a)所示，在红血球的速度快的情况下，设定与该速度对应的宽的图像范围，如图7的(b)所示，在速度慢的情况下，设定较窄的图像范围。另外，如图7的(c)所示，红血球在图中从上向下流动的情况下，设定下侧的图像范围，如图7的(d)所示，在图中从下向上流动的情况下，设定上侧的图像范围。
另外，在计算红血球的血球数作为血液特性的情况下，计算第一血流状态下的红血球的面积作为参数。对此，首先，与辨别红血球的情况同样地，取使血液流动之前的图像与第一血流状态下的血流图像的以像素为单位的差分，抽取如图6所示的差分区域。然后，如图8所示，在将所抽取出的差分区域进行了二值化之后，通过实施标记处理，从而可以获知血流图像内的红血球的个数和各自的面积。通过将这些红血球的个数和各自的面积例如进行平均化等，计算一个红血球的面积。
在上述参数计算中，在要分析的血流图像被拍摄的第一血流状态下，仅有红血球流动，因此不需要进行血球种类的辨别。另外，由于红血球的密度低，因此容易成为各个红血球不接触的状态，容易识别出这些各个红血球，因此能够容易地计算出作为参数的红血球的色调范围、红血球的速度和移动方向、或者红血球的面积。而且，在第一血流状态下，只要是多个血球相互分离的状态，就能够可靠地识别各个血球，能够更容易地计算参数。
接着，如图4所示，进行通过流路部25的血流的第二次摄像(步骤S4)。在过滤器2前后的压力差达到20cmAq之后进行该第二次摄像，如图5的(c)所示，对血液中的血球的密度比第一血流状态高的血流状态(第二血流状态)进行摄像。在本实施方式中，在规定流量的血液流动的定时进行摄像。另外，在求出红血球的速度作为血液特性的情况下，在该第二次摄像中，至少选取2帧的血流图像。
接着，如图4所示，求出血液特性(步骤S5)。通过由个人计算机7的运算处理部70利用计算出的参数来分析第二血流状态下的血流图像，由此求出血液特性。具体地说，在辨别红血球作为血液特性的情况下，利用作为参数而计算出的第一血流状态下的红血球的色调范围，识别第二血流状态下的血流图像中的“红”的色调。例如在想要辨别在流路部25中凝集的血球的血球种类的情况下等利用该红血球的辨别。
这样，通过利用作为参数而计算出的第一血流状态下的红血球的色调范围，能够确定血液试样中的实际的红血球的状态下的红血球的色调范围，能够在第二血流状态下正确地辨别红血球。
另外，在作为血液特性而求出红血球的速度的情况下，在根据作为参数而计算出的第一血流状态下的红血球的速度以及移动方向进行了设定的图像范围中，分析第二血流状态下的血流图像。更详细地说，在第二血流状态下的两帧的血流图像之中，以在第一个帧的血流图像中识别出的红血球的位置为基准，对于第二个帧的血流图像仅追踪上述图像范围，确定该红血球的移动后的位置。然后，根据这两帧中的红血球的移动距离和帧间的时间间隔，求出该红血球的速度。
这样，通过在根据作为参数而计算出的第一血流状态下的红血球的速度以及移动方向进行了设定的图像范围中，分析第二血流状态下的血流图像，由此能够仅对于该图像范围进行第二血流状态下的分析，从而可以无需对与红血球的移动无关的图像范围部分进行分析处理，能够抑制分析成本。
另外，在计算红血球的血球数作为血液特性的情况下，将第二血流状态下的血流图像进行二值化来求出该血流图像中的所有红血球的总面积，并将该总面积除以作为参数而计算出的第一血流状态下的一个红血球的面积，由此求出红血球的血球数。
这样，通过使用作为参数而计算出的第一血流状态下的红血球的面积，由此能够考虑红血球的大小的个体差异，能够在第二血流状态下正确地计算血球数。
如上所述，根据本实施方式的血液检查装置1，在第一血流状态下计算出关于实际的血液试样的最佳的参数，利用该参数求出第二血流状态下的血液特性，因此与预先设定了参数的以往相比，能够以低分析成本正确地求出血液特性。
另外，在密度低的第一血流状态下，容易成为各个红血球不接触的状态，容易识别这些各个红血球，因此能够容易地计算出作为上述参数的红血球的色调范围、红血球的速度以及移动方向、或者红血球的面积。
另外，如果第一血流状态是在TV照相机3的摄像范围内多个红血球相互分离的状态，则能够可靠地识别各个红血球，能够更容易地计算出上述参数。
此外，在上述实施方式中，设在辨别血球种类时利用红血球的色调，但是也可以将色调与亮度、彩度进行组合而利用，通过组合来利用，能够更正确地辨别血球种类。
而且，也可以将血液检查装置1设为设置有上游与下游的血液的压力差不同的两个并列的流路的结构，并将在各个流路中流动的血流状态设为第一、第二血流状态。更详细地说，使从一个供给层10供给的同一血液分支而流向该两个并列的流路，将在压力差小的一个流路中流动的血液的状态设为第一血流状态，将在压力差大的另一个流路中流动的血液的状态设为第二血流状态，利用图4所示的流程求出血液特性。
另外，关于其它方面，本发明也不被限定于上述实施方式及其变形例，当然能够适当地进行变更。

Claims (8)

1.一种血液检查装置，对通过流路的血液进行摄像，分析所得到的图像来求出血液特性，该血液检查装置的特征在于，具备：
摄像单元，对血液中的血球的密度不同的两个血流状态下的同一所述血液进行摄像；
参数计算单元，对由所述摄像单元得到的图像中的血球的密度低的第一血流状态下的所述血液的图像进行分析，计算用于求出血液特性的参数；以及
血液特性分析单元，利用由所述参数计算单元计算出的所述参数，对由所述摄像单元得到的图像中的血球的密度高的第二血流状态下的所述血液的图像进行分析，求出血液特性，其中，
所述参数是红血球的色调范围、速度或者面积，所述血液特性是血球种类、红血球的血球速度或者血球数，
在所述参数是红血球的色调范围的情况下，所述血液特性是血球种类，
在所述参数是红血球的速度的情况下，所述血液特性是红血球的血球速度，
在所述参数是红血球的面积的情况下，所述血液特性是红血球的血球数。
2.根据权利要求1所述的血液检查装置，其特征在于，
所述参数计算单元计算所述第一血流状态下的红血球的色调范围作为所述参数，
所述血液特性分析单元使用该色调范围来识别所述第二血流状态下的所述血液的图像的色调，由此辨别所述血液中的红血球。
3.根据权利要求1所述的血液检查装置，其特征在于，
所述参数计算单元计算所述第一血流状态下的红血球的速度以及移动方向作为所述参数，并且根据该红血球的速度以及移动方向来设定图像范围，
所述血液特性分析单元对该图像范围中的所述第二血流状态下的所述血液的图像进行分析，由此求出所述血液中的红血球的速度。
4.根据权利要求1所述的血液检查装置，其特征在于，
所述参数计算单元计算所述第一血流状态下的一个红血球的面积作为所述参数，
所述血液特性分析单元将所述第二血流状态下的所述血液的图像中的红血球的总面积除以该一个红血球的面积，由此计算所述血液中的红血球的血球数。
5.根据权利要求1～4中的任一项所述的血液检查装置，其特征在于，
所述两个血流状态是所述血液在所述流路中开始流动之后的经过时间不同的状态，
所述第一血流状态是所述经过时间比所述第二血流状态短的状态。
6.根据权利要求1～4中的任一项所述的血液检查装置，其特征在于，
所述两个血流状态是所述血球在所述摄像单元的摄像范围内开始出现之后的经过时间不同的状态，
所述第一血流状态是所述经过时间比所述第二血流状态短的状态。
7.根据权利要求1～4中的任一项所述的血液检查装置，其特征在于，
所述两个血流状态是所述流路的上游与下游的所述血液的压力差不同的状态，
所述第一血流状态是所述压力差比所述第二血流状态小的状态。
8.根据权利要求1～4中的任一项所述的血液检查装置，其特征在于，
所述第一血流状态是在所述摄像单元的摄像范围内多个血球相互分离的状态。
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