JP2004290641A - Method and apparatus for blood vessel detection - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明はヒトの皮下にある血管から中空の採血針を介して体外へと血液を採取する際の、当該針が血管に達したか否かを検知する方法および装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、注射法による血管からの血液の採取は、駆血帯と呼ばれる弾力性を有するゴム状の紐を腕に巻きつけ、一時的に血流を制限したときに皮膚上に浮き出た血管を狙い、注射針を当該血管に穿刺し、その後に陰圧吸引して血液を注射筒に引き込んでいた。
【0003】
また近年、微小な採血用針を備え、微細な溝流路や種々の分析器、分析装置を配置した数mmから数cm四方のチップ状血液分析装置が開発されている。(例えば、特許文献1参照)このようなチップ状の血液分析装置の針を被験者の皮膚に穿刺し、皮下の血管から血液を採取してこれをチップ上に引き込み、そこで血液中の種々の生化学物質(ナトリウム、カリウムイオン、グルコース、尿素窒素、クレアチニンなど)の濃度を分析する。当該チップは人々が自宅で用い、健康管理に役立てることを想定して開発されたものである。
【0004】
【特許文献1】
特開2001−258868号公報
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
通常の血液採取時に駆血帯が用いられるが、これは上でも述べたように皮膚上に血管を浮き出させて、採血を行う人が注射針を穿刺する部位を特定しやすくするということが目的の一つである。この駆血帯を腕に巻きつけ、圧迫することは注射針を穿刺したときの疼痛とともに被血液採取者に及ぼす苦痛の一つである。
【0006】
また、チップ状の血液分析装置においては、まず、できるだけ穿刺時の疼痛を抑制するために針の径が細くなっている(例えば外径100μm、内径50μm)ために、剛性(挫屈強度)が非常に低くなっている。このような強度低下を実効的に緩和するために、針の全長は短くすることが望まれ、またこのような要望は採取時に針内部に残留し、分析に用いられない血液量を少なくするという観点からも重要である。このように針の長さが短くなると、チップ自体も採血時に皮膚近傍まで近寄ることになり、当該チップは被験者自らが採血を行うことを想定しているので、血管を肉眼で見ることが困難となるという問題があった。
【0007】
また特許文献2に示されているように、針を皮膚に穿刺する際に、痛みを緩和する目的で針近傍の皮膚の雰囲気を減圧として皮膚を盛り上げ、そのとき針を自動的に皮膚に穿刺させる場合には、特に血管を見ることが難しくなり、場合によっては針を血管へと導くことができずに採血ができないという問題があった。
【0008】
【特許文献2】
特開2003−83958号公報
【0009】
上述のように、通常の注射による採血時の駆血帯による不快感の抑制や、チップ状の血液分析装置を用いたときの採血者である被験者が血管位置を確認しながら確実に採血するためには、針を皮膚に穿刺する際に血管位置を何らかの手法で監視しなければならない。
【0010】
このような目的でこれまでいくつかの血管可視化の手法が公知となっている。これらの公知例の多くは、体外から体内へと光を導き、その反射光や透過光から血管情報を得るというものである。例えば比較的厚さが小さい指や手の甲などに波長が700から1200nmの近赤外光を照射し、その裏側にCCD(Charge Coupled Device)のような撮像素子を配置して体内を透過してくる光の強度の空間分布を観察する。(特許文献3)このような近赤外光は、比較的人体を構成する水や血液中のヘモグロビンなどによる吸収係数が小さく透過しやすいため用いられることが多い。また血管部を透過してくる光は血液中の水やヘモグロビン濃度が他の部位よりも高いために透過してくる光は吸収により強度が弱くなっているために像は暗くなるが、その他の部分を透過してくる光は比較的吸収されずに強度が強いので明るい像が得られる。したがって血管像が得られることになる。
【0011】
【特許文献3】
特開平8−164124号公報
【0012】
上で述べたような近赤外光の透過による血管像の導出は、実際には光源の強度の制約から指や手の甲などの比較的肉厚が薄い部分でのみしか用いることができない。特によく採血時に用いられる上腕や前腕部では十分な強度の光を透過させることは難しい。そこで光を人体に照射して一旦侵入してから再度照射表面から反射してくる光を撮像素子によって捉え血管像を得るという方法も公知となっている。(特許文献4)このような反射光を用いた場合、直接皮膚表面で反射してくる光の強度が強く、一旦人体に入り込んでから再度人体から反射して出てくる光強度は比較的弱いので、血管情報を含む光(一旦人体に入り込んでから反射してきた光)のみを捉えるために、本公知例の場合光を照射する皮膚表面に液体を塗布して直接反射光を低減するようにしている。また400から600nmと600から800nmと波長の異なる2種類の光を皮膚に照射して、前者が後者に比較して一旦体内に侵入してから再度反射してくる光の成分が少ないことを利用し、両者で得られた画像を引き算して血管像を得るという方法も公知になっている。(特許文献5)
【0013】
【特許文献4】
特開平8−164125号公報
【特許文献5】
特開平8−164123号公報
【0014】
以上述べたように光を用いて血管像を得る場合に、透過法では適用可能な部位が限られるという問題があった。また反射法を用いた場合には皮膚表面から直接反射してくる光を抑制するために皮膚表面に液体を塗布するというような煩雑な手間を要したり、2種類の光源、フィルター、ダイクロックミラー、画像解析機構などから構成される高価、複雑な装置が必要されるという問題があった。
【0015】
このような問題を解決するために、特許文献6においては、少なくとも600から1200nm程度の波長成分を含む光源を観察部位近傍の皮膚表面に照射したときの反射光強度の空間分布をCCDなどの撮像素子によって捉えることで、血管像が得られることが示されている。本公知例では、体内に侵入せず皮膚表面で直接反射する光と一旦体内に浸透するものの皮膚表面直下の血管下まで到達せずに反射し、再度体外へと放射される光を遮蔽して、皮膚表面直下の血管下まで到達してから再度体外へと出てくる光は遮蔽しないようにする直接反射光遮光装置を用いているところが特徴であり、これにより安価に血管可視化装置を構成することができる。
【0016】
【特許文献6】
特願2003−68898
【0017】
しかしながら、以上述べたような光を体内へと導き、再度体外へと放射される光強度の空間分布により得られる血管像は、あくまでも二次元的なものであり、当該血管の正確な深さ方向の情報は得られない。すなわちこのような血管可視化装置を用い血管から採血を行う場合、注射針を穿刺する位置は当該血管可視化装置により決定することができるが、一旦針を体内へと導いた後にこれをどの程度の深さまで侵入させるかは明瞭には分からない。したがって、血液を注射筒内に導くために、どのようなタイミングで注射筒内を陰圧として血液を当該筒内に導けばよいかが明確でないという問題があった。
【0018】
本発明が解決すべき課題は、被採血者の皮下に存在する血管の二次元的な位置を的確に把握しながら採血用針を当該血管に導いていく際に、当該採血用針が血管に到達したことを検知する手段を提供することにある。
【0019】
【課題を解決するための手段】
採血に用いられる中空の針は、通常剛性を有し、かつ万一体内で耐久限界の力が印加されても曲がるだけで決して折れないような金属合金等を用い製作されている。一般的にはコストパフォーマンスの高いステンレスなどの材料が用いられている。当該針は生体内に導かれるという理由から、金属表面を生体適合性を有する材料、例えば炭化珪素、炭素あるいは有機ポリマーで被覆される場合があるが、これらの被腹膜の厚さは薄く、また多孔質である場合が多いので、結果的には下地材料であるステンレスなどの金属合金が有する高い電気的導電性という性質は保持される。
【0020】
本発明者らはこのように導電性を有する針を体内に導いた場合に、当該針は体内で一種の電極として作用することに注目し、この電気的な応答から当該針が血管内へと導かれたか否かを感知するセンサとして用いることができると考えた。
【0021】
すなわち、まず第一として、針を皮膚表面に接触させて穿刺し、徐々に体内へと侵入して行ったとき(血管には到達していない)の針と体の界面での電気化学的な電位は、針が血管へと侵入して針先端が血液と接触したときのそれと異なると考えられる。したがってこのような電位の違いを観察していれば、針先端が血管に到達したかどうか検知することができる。
【0022】
そして第二には、皮膚表面に針とは異なる電極を設置し、当該電極と針の間に交流電圧を印加させながら針を皮膚表面に接触させて穿刺し、徐々に体内へと侵入していく。このときの針と電極間のインピーダンスや位相は、体内への侵入深さや媒質の違い、すなわち血管中の血液に接触しているか否かによって当然変化するものと考えられる。したがってこの場合もこのようなインピーダンスや位相の変化を観察していれば、針先端が血管に到達したかどうかを検知することができる。
【0023】
【発明の実施の形態】
図1には特許文献6に示されている二次元的な血管可視化装置と本発明の血管到達検知機構を有するシステムの概要を示している。まず、血管可視化装置の構成は、人の前腕部101上に近赤外光を発光するLED(Light Emitting Diode)102を装着した直接反射光遮光装置104を載せ、固定バンド118により密着固定し、その近傍の皮膚表面の像をCCDカメラ105などの撮像素子により観察してモニタ106上に血管像107を映し出し、同時に注射筒108に取り付けられている採血針109もモニタ106に写して血管像107と採血針像111との位置関係から採血針109を採血のための適切な位置へと誘導して皮膚へと穿刺する。ただしこのような血管可視化装置は従来方法のように駆血帯を用いて血管を怒張させ、明瞭に目視させている場合などは必ずしも必要ではない。このとき皮膚表面に接触固定させてある電極112と採血針109との間の電位をそれぞれ配線A113と配線B114を介して直流電圧計115により測定し、その結果はパソコン(PC)116へと転送されて、パソコン用モニタ117に逐次結果が図示されるようになっている。
【0024】
採血針109を皮膚直下の血管を目指して体内へと侵入させていくときの電極112を基準とした採血針109の電位は、逐次パソコン用モニタ117に示され、皮下を通過しているときの電位と血管に到達して血管内の血液に接触したときの電位がそれぞれ異なることから、これを監視していれば当該採血針109の先端が血管内に到達したか否かを検知することができる。このようにして採血針109が血管内に到達したことを検知してから血液収容容器である注射筒108内を陰圧として血液を当該注射筒内に引き込めばよい。
【0025】
一般に金属を電解質溶液中に浸したときに生起する電位は、同じ金属でも電解質の組成に依存して異なる。したがって上で述べたような血管内外での電位の変化は、血管外の皮膚内部を構成する電解質成分と血管内の血液を構成する電解質成分が異なることが起源であると考えられ、これを利用して採血針が血管に到達したかを検知していることに他ならない。
【0026】
第二の手段としては、図1の直流電圧計115の代わりにインピーダンスアナライザを用い、採血針109と電極112の間に交流電圧を印加し、そのときの応答から両者間のインピーダンスや位相、また等価回路から得られるコンデンサ容量や抵抗などを求め、これらの変化から採血針109が血管まで到達して血液に接したかどうかを検知するというものである。ただしこの際、電圧印加に伴い体内に電流が流れるが、人体にダメージを与えないために、この電流量は医療用電気機器の漏れ電流を定めたJIS T 0601のBF形に従い100μA以下にすることが望ましい。
【0027】
この場合も血管外の皮膚内部を構成する電解質成分と皮膚内の血液を構成する電解質成分、水分などの組成や濃度がお互い異なることなどが、採血針109と電極112の間のインピーダンスや位相、また等価回路から得られるコンデンサ容量や抵抗などに影響を及ぼしていると考えられ、採血針109を皮膚に穿刺して血管を目指して体内へと侵入させていったときのこれらの変化を観察していれば、血管に到達して血液に接したかどうかを検知することができる。このようにして採血針109を血管内に到達させてから注射筒108内を陰圧として血液を当該注射筒内に引き込めば採血を完了することができる。
【0028】
【実施例】
〔第一の実施例〕
図1に示した構成の血管可視化装置と本発明の血管到達検知機構を有するシステムを用い、ヒトの前腕肘裏部の静脈血管から22ゲージの採血針を取り付けた注射筒内に血液を導くことを試みた。
【0023】で述べたようにして血管可視化装置で血管位置を確認しながら採血針109を皮膚に穿刺し、当該採血針を血管へと導いていく。このとき採血針109と電極112間の電圧の経過時間依存性は図2に示すようであった。まず同図中の(A)の時点で採血針の皮膚への穿刺に伴う電圧の変動が認められる。次に(B)に至るまでは横軸の経過時間はほぼ採血針の体内侵入深さに比例することから、この範囲において電位は体内侵入深さに依存せずほぼ一定で−25ミリボルト程度となることが分かる。そしてこの(B)の時点に達したときに電位が100ミリボルトほど上昇する。これは採血針が血管まで到達したことを示していると考えられ、実際同図中の(C)において一旦採血針の体内への侵入を停止させてから採血針を取り付けてある注射筒内を陰圧とすると、血液が注射筒内に導かれてきたことが確認された。ここで同図中の(B)に至る前に注射筒内を陰圧としても血液を注射筒内へと導くことができないことは確認した。図2に示したような電位の変化は、血管外の皮膚内部を構成する電解質成分、血管を構成する電解質成分ならびに血管内の血液を構成する電解質成分がお互い異なることによって生起されたものであり、このような変化から採血針が標的である血管やその内部まで到達したかどうかを検知することができることが示された。
【0029】
〔第二の実施例〕
図1に示したシステムにおいて、直流電圧計115の代わりにインピーダンスアナライザを用い、採血針109と電極112の間に正弦波交流電流を流してその応答から両者間のインピーダンス、位相を求めた。これらの経過時間に伴う変化を図3に示す。このときの交流電流は、周波数100Hz、実効値が50μA一定とした。また横軸の経過時間は採血針が体内へと侵入した深さにほぼ比例する。したがってこの図からインピーダンスは侵入深さの増加に伴い減少していき、30秒経過した以降はほとんど変化せず一定となる。このようなインピーダンスの減少は侵入深さが増加するのに伴い、針と人体との接触面積が増加するためであると考えられる。また一方、位相は侵入深さの増加に伴い負の方向へと増加していくが、これは採血針と人体との界面の電気的な抵抗成分や容量成分が変動していることを意味している。そしてこの値も20秒経過後−59度程度でほとんど一定となるが、図中の(A)の時点で2乃至3度ほど正側へと増加することが分かる。ちなみに腕の皮膚表面に微小な傷をつけて毛細管血を皮膚表面に滲み出させ、そこに採血針を接触させて同条件の交流電流を流したときの位相は−38度であり、上で述べた位相の正側への増加はこの血液と針が接触したときの値に近づく方向であることから、採血針が血管に到達して血液に接触した結果を反映したものと考えられる。そこで図中の(B)の時点で一旦採血針の人体への侵入を停止した後に、注射筒内を陰圧としたところ当該注射筒内に血液が導かれたことが確認された。したがって上で述べたような位相の変化は採血針が血管内へと到達して血液と接触した結果を反映したものと考えられ、このことはこのような位相の変化を観察することにより採血針が血管内に到達したかどうかを検知できることを示している。
【0030】
また図4には上と同様ではあるが採血針109と電極112の間に流す交流電流の周波数を100kHz、実効値50μAとしたときのインピーダンスと位相の経過時間依存性を示している。このときも経過時間の増加(採血針の侵入深さの増加にほぼ比例)に伴いインピーダンスが減少していく。一方、位相は経過時間の増加に伴い正側へと増加していき、図中の(A)の時点で−9度ほどで最大となった後に一転して減少し始める。ちなみに腕の皮膚表面に微小な傷をつけて毛細管血を皮膚表面に滲み出させ、そこに採血針を接触させて同条件の交流電流を流したときの位相は−45度であることから、同図中(A)の後の位相の減少は、採血針が血管に到達して血管内の血液と接触したことを反映したものと考えられる。そして同図中(B)の時点で注射筒内を陰圧としたところ当該注射筒内に血液が導かれることが確認された。このことも位相の変化を観察することにより採血針が血管内に到達したかどうかを判断できることを示すものである。
【0031】
〔第三の実施例〕
図5に示すようなチップ状の血液分析装置上に無痛針501(外径:100μm、内径:60μm)を介して血液を導入することを試みた。当該チップは2枚のポリカーボネート基板を張り合わせ構成されており、その中には血液の流路502、血液中のナトリウムイオン、カリウムイオン、グルコース、尿素窒素濃度を電気化学的にセンシングするセンサ電極503、およびセンサ出力の電気信号を出力する電極パッド504等から構成される。チップサイズは2cm角である。
【0032】
次に図6に示すようにスライダ601にチップ602を載せて、これをホルダ本体603にはめ込み、このホルダ本体と一体となっているシリンダ604内にチップ先端の無痛針501がセットされるようにする。また[第一の実施例]で説明したように近赤外光を発するLED102を包含する直接反射光遮光装置104をヒトの上腕から前腕部の内側に設置して皮膚直下の血管像とともに上述のホルダにセットしたチップ先端の無痛針501との位置関係をCCDカメラ105によって捉え、図中には示していないがモニタ上でこれを確認する。この両者の位置関係から、チップが搭載されている採血用ホルダの位置を調整し、無痛針501を血管直上へと導きシリンダ604を皮膚表面と接触させる。その後にシリンダ内排気ホース605を介して排気し、シリンダ604内を減圧とすると皮膚はシリンダ604に吸い付くとともにシリンダ内へと撓む。すると無痛針501が皮膚を穿刺して自動的に体内へと侵入する。
【0033】
無痛針501と皮膚表面に接着されている電極112は、それぞれ配線A113と配線B114を介して直流電圧計115に接続されており、ここで無痛針501と電極112間の電圧が測定されて、結果はパソコン116に転送されモニタ117にリアルタイムに表示される。そして無痛針の体内への侵入深さに伴う電極112を基準電位としたときの無痛針501の電位の変化を監視する。無痛針はスライダ601を皮膚側へと押し、スポンジ607を撓ませながらより深く体内へと導き、血管まで到達させる。血管に到達したかどうかは[第一の実施例]でも説明した通り、無痛針の電位変化から判定し、到達したならば採血用吸引ホース606を介してチップ内流路502を陰圧とし、血管内の血液を無痛針を介して血液収容作用を有するチップ上流路へと導く。このような手順で約4μlの血液をチップ上に導くことができた。
【0034】
また図6中の直流電圧計115の代わりにインピーダンスアナライザを設置し、配線AおよびBをこれにつなぎ込む。そして周波数100Hz、実効値50μAの交流電流を無痛針501と電極112の間に流し、その応答からインピーダンスと位相をインピーダンスアナライザにより求めた。上と同じ手順で無痛針501を皮膚に穿刺し、血管を目指して体内に侵入していったときのインピーダンスおよび位相の変化をモニタ117にリアルタイムに示し、特に位相の変化から血管に到達したかどうかを判断した。そして図3に示したような血管に到達したと思われる位相変化の挙動が得られたら、採血用吸引ホース606を介してチップ内流路502を陰圧として血管内の血液を無痛針を介して血液収容作用を有するチップ上流路へと導く。このような手順で約4μlの血液をチップ上に導くことができた。
【0035】
本実施例に示すが如く、採血針(無痛針)を有するチップ状血液分析装置においても無痛針が血管に到達したか否かを無痛針の電位または無痛針と電極間のインピーダンス、位相を観察することにより判断することができることが分かった。
【0036】
〔第四の実施例〕
図7に示すような構成図の自動採血装置を作製し、ヒトの前腕内側の静脈から血液を採取することを試みた。本装置について簡単に説明する。22ゲージの採血針109を取り付けてある注射筒108を継ぎ手A701を介してリニアアクチュエータA702の可動アームA703に取り付ける。また注射筒内を陰圧にするためのシリンジ704を継ぎ手B705を介してリニアアクチュエータB706の可動アームB707に取り付ける。リニアアクチュエータAおよびBはパソコン116に接続され、制御される。そして可動アームAおよびBは図中の矢印の方向に沿って可動である。またリニアアクチュエータA本体は支柱708に固定されている。さらに採血針109から配線A113を介して直流電圧計115の入力端子の一端に接続されており、当該電圧計の出力値はパソコン116に逐次転送されるようになっている。
【0037】
次に図8に示すように、図7に示した装置中の採血針109をヒトの前腕801内側の皮膚表面802近くに設置する。また皮膚表面に接触設置してある電極112は配線B114を介して直流電圧計115の入力端子に接続されている。そして図9に示すように標的である皮膚直下の血管803に狙いを定め、パソコン116からリニアアクチュエータA702に信号を送り、可動アームA703を皮膚表面802側へ押し出し、採血針109を皮膚に穿刺する。そして採血針を体内へ侵入させていったときの採血針109と電極112間の電圧の変化は逐次直流電圧計115を介してパソコンに転送され、採血針が血管803に到達し、電圧変化の挙動が図2の(C)に達したことを検知すると、図10に示すように、自動的にパソコンからの信号でリニアアクチュエータAの動きを停止させ、採血針の侵入を停止させた後に、リニアアクチュエータB706にも信号を送り、シリンジ704を皮膚表面方向と逆側に引っ張り注射筒108内を陰圧にする。このようにして当該注射筒108内に約10ccの血液1001を引き込むことができた。
【0038】
さらに図8の直流電圧計115の代わりにインピーダンスアナライザを用いて採血針109と電極112の間に交流電流を流し、そのときの電圧応答からインピーダンスや位相を求め、これらの採血針の体内侵入深さ依存性を監視して、図3や図4に示したような血管に到達したときの変化からリニアアクチュエータAおよびBを上で説明した場合と同様にパソコンで制御して作動させることによっても採血を行うことができた。
【0039】
【発明の効果】
以上説明したとおり、従来の安価かつ簡便な近赤外光を用いた皮膚直下の血管可視化法では血管の二次元的な位置情報のみしか得ることができず、実際に採血針を血管を目指し体内へ侵入させた場合、血管に到達したかどうかは明瞭に判断することができなかったが、本発明の採血針の電位、あるいは採血針と生体に取り付けた他の電極間のインピーダンス、位相を監視し、これらの変化から当該採血針が血管やその中に到達したかどうかを判断できるようになった。これにより確実に採血を行うことが可能となり、被採血者に及ぼす肉体的な負担をより小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来法の血管可視化装置と採血針の電位測定機構を説明する図である。
【図2】採血針を人体に侵入させていったときの採血針の電位の変化を示す図である。
【図3】採血針を人体に侵入させていったときの採血針と皮膚に接着してある電極間のインピーダンスと位相の変化を示す図である。(交流電流:100Hz、50μA)
【図4】採血針を人体に侵入させていったときの採血針と皮膚に接着してある電極間のインピーダンスと位相の変化を示す図である。(交流電流:100kHz、50μA)
【図5】チップ状血液分析装置を示す図である。
【図6】図5に示したチップ状血液分析装置上に、本発明の血管に到達したか否かを検知する手法を用い、血液を導入する手順を説明する図である。
【図7】自動採血装置を説明する図である。
【図8】自動採血装置を用い採血する様子を説明する図である。
【図9】自動採血装置を用い採血する様子を説明する図である。
【符号の説明】
101 ヒトの前腕部
102 LED
103 電源
104 直接反射光遮光装置
105 CCDカメラ
106 モニタ
107 血管像
108 注射筒
109 採血針
110 注射筒像
111 採血針像
112 電極
113 配線A
114 配線B
115 直流電圧計
116 パソコン
117 パソコン用モニタ
118 固定バンド
501 無痛針
502 流路
503 センサ電極
504 電極パッド
601 スライダ
602 チップ
603 ホルダ本体
604 シリンダ
605 シリンダ内排気ホース
606 採血用吸引ホース
607 スポンジ
701 継ぎ手A
702 リニアアクチュエータA
703 可動アームA
704 シリンジ
705 継ぎ手B
706 リニアアクチュエータB
707 可動アームB
708 支柱
801 前腕
802 皮膚表面
803 血管
1001 血液[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method and an apparatus for detecting whether or not a needle has reached a blood vessel when blood is collected outside the body from a blood vessel under the human skin via a hollow blood collection needle.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, blood is collected from blood vessels by the injection method by wrapping an elastic rubber-like cord called a tourniquet around the arm and aiming at blood vessels that have emerged on the skin when blood flow was temporarily restricted. Then, the injection needle was punctured into the blood vessel, and then the blood was drawn into the syringe by negative pressure suction.
[0003]
In recent years, a chip-shaped blood analyzer having a size of several mm to several cm square, which is provided with a fine needle for collecting blood and has a fine groove channel, various analyzers, and analyzers, has been developed. (See, for example, Patent Document 1.) A needle of such a chip-shaped blood analyzer is punctured into the skin of a subject, blood is collected from a subcutaneous blood vessel, and the blood is drawn onto the chip. Analyze the concentration of chemicals (sodium, potassium ions, glucose, urea nitrogen, creatinine, etc.). The chip has been developed for people to use at home and for health management.
[0004]
[Patent Document 1]
JP 2001-258868 A
[Problems to be solved by the invention]
The tourniquet is used during normal blood collection, as described above, with the aim of embossing blood vessels on the skin to make it easier for blood collectors to identify the site to puncture the injection needle. one of. Wrapping and squeezing the tourniquet around the arm is one of the pains to be given to a blood recipient together with the pain when puncturing the injection needle.
[0006]
Further, in the chip-shaped blood analyzer, first, the diameter of the needle is reduced (for example, outer diameter 100 μm,
[0007]
Further, as shown in Patent Document 2, when a needle is punctured into the skin, the atmosphere of the skin near the needle is reduced in pressure to relieve pain, the skin is raised, and then the needle is automatically punctured into the skin. In such a case, it is particularly difficult to see the blood vessel, and in some cases, there is a problem that the needle cannot be guided to the blood vessel and blood cannot be collected.
[0008]
[Patent Document 2]
JP 2003-83958 A
As described above, to suppress discomfort due to the tourniquet at the time of blood collection by normal injection, and to ensure that the subject who is a blood collector when using the chip-shaped blood analyzer confirms the blood vessel position while collecting blood. Therefore, the position of the blood vessel must be monitored in some way when the needle is punctured into the skin.
[0010]
For this purpose, several techniques for visualizing blood vessels have been known. In many of these known examples, light is guided from outside the body to the body, and blood vessel information is obtained from reflected light or transmitted light. For example, near-infrared light having a wavelength of 700 to 1200 nm is applied to a finger or a back of a hand having a relatively small thickness, and an image pickup device such as a CCD (Charge Coupled Device) is arranged on the back side of the light to pass through the body. Observe the spatial distribution of light intensity. (Patent Document 3) Such near-infrared light is often used because it has a relatively small absorption coefficient due to hemoglobin or the like in water or blood constituting the human body and is easily transmitted. The light transmitted through the blood vessels is higher in water and hemoglobin concentration in blood than other parts, and the transmitted light is weakened by absorption, so the image becomes darker. Light transmitted through the portion is relatively not absorbed and has a high intensity, so that a bright image can be obtained. Therefore, a blood vessel image is obtained.
[0011]
[Patent Document 3]
JP-A-8-164124
Derivation of a blood vessel image by transmission of near-infrared light as described above can be actually used only in a relatively thin portion such as a finger or the back of a hand due to the limitation of the intensity of a light source. In particular, it is difficult to transmit light of sufficient intensity in the upper arm or forearm portion often used for blood collection. Therefore, a method of irradiating a human body with light, invading the human body once, and then capturing light reflected from the irradiated surface again by an image sensor to obtain a blood vessel image is also known. (Patent Literature 4) When such reflected light is used, the intensity of light directly reflected on the skin surface is strong, and the intensity of light that once enters the human body and is reflected again from the human body is relatively weak. Therefore, in order to catch only light containing blood vessel information (light that has been reflected after entering the human body), in the case of this known example, a liquid is applied to the surface of the skin to be irradiated with light to directly reduce the reflected light. ing. In addition, the skin is irradiated with two types of light having different wavelengths from 400 to 600 nm and from 600 to 800 nm, and the former uses less light components that once enter the body and then reflect again compared to the latter. A method of obtaining a blood vessel image by subtracting the images obtained by both methods is also known. (Patent Document 5)
[0013]
[Patent Document 4]
JP-A-8-164125 [Patent Document 5]
JP-A-8-164123
As described above, when a blood vessel image is obtained using light, there is a problem in that the applicable portion is limited in the transmission method. In addition, when the reflection method is used, complicated work such as applying a liquid to the skin surface is required to suppress light directly reflected from the skin surface, and two types of light sources, a filter, and a dichroic are required. There is a problem that an expensive and complicated device including a mirror and an image analysis mechanism is required.
[0015]
In order to solve such a problem, Japanese Patent Application Laid-Open No. H11-163873 discloses a method of imaging a spatial distribution of reflected light intensity when a light source including a wavelength component of at least about 600 to 1200 nm is irradiated on the skin surface in the vicinity of an observation site using a CCD or the like. It is shown that a blood vessel image can be obtained by capturing with an element. In this known example, light that directly reflects on the skin surface without entering the body and once penetrates into the body but reflects without reaching the blood vessels directly below the skin surface and shields light that is emitted outside the body again It is characterized by using a direct-reflection light shielding device that does not block light coming out of the body after reaching the lower part of the blood vessel just below the skin surface, thereby constituting a blood vessel visualization device at low cost. be able to.
[0016]
[Patent Document 6]
Japanese Patent Application No. 2003-68898
[0017]
However, the blood vessel image obtained by the spatial distribution of the light intensity that guides the light described above into the body and is emitted outside the body again is only a two-dimensional image, and the exact depth direction of the blood vessel is determined. Information is not available. That is, when blood is collected from a blood vessel using such a blood vessel visualization device, the position where the injection needle is punctured can be determined by the blood vessel visualization device. It is not clear whether it will penetrate. Therefore, there is a problem that it is not clear when to introduce blood into the injection cylinder at a negative pressure to introduce blood into the injection cylinder in order to introduce blood into the injection cylinder.
[0018]
The problem to be solved by the present invention is that when the blood collection needle is guided to the blood vessel while accurately grasping the two-dimensional position of the blood vessel existing under the blood collection subject, the blood collection needle is connected to the blood vessel. It is an object to provide a means for detecting arrival.
[0019]
[Means for Solving the Problems]
Hollow needles used for blood collection are usually made of a metal alloy or the like which has rigidity and can be bent but never broken even when a force of a durability limit is applied within a certain range. Generally, materials such as stainless steel having high cost performance are used. The needle may be coated with a biocompatible material, for example, silicon carbide, carbon or an organic polymer, for the reason that the needle is guided into a living body. Since it is often porous, as a result, the property of high electrical conductivity of a metal alloy such as stainless steel as a base material is maintained.
[0020]
The present inventors have noticed that when such a conductive needle is introduced into the body, the needle acts as a kind of electrode in the body, and from this electrical response, the needle is moved into the blood vessel. We thought that it could be used as a sensor to detect whether it was led.
[0021]
That is, first of all, the needle is brought into contact with the skin surface and punctured, and then gradually penetrates into the body (it does not reach the blood vessels). The potential is believed to be different from when the needle penetrated the blood vessel and the needle tip contacted the blood. Therefore, by observing such a difference in potential, it is possible to detect whether the tip of the needle has reached the blood vessel.
[0022]
And secondly, an electrode different from the needle is installed on the skin surface, and the needle is brought into contact with the skin surface while applying an AC voltage between the electrode and the needle to puncture the skin and gradually enter the body. Go. It is considered that the impedance and the phase between the needle and the electrode at this time naturally change depending on the depth of penetration into the body and the medium, that is, whether or not the blood is in contact with the blood in the blood vessel. Therefore, in this case as well, by observing such changes in impedance and phase, it is possible to detect whether or not the needle tip has reached the blood vessel.
[0023]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
FIG. 1 shows an outline of a system having a two-dimensional blood vessel visualization device disclosed in Patent Document 6 and a blood vessel reaching detection mechanism of the present invention. First, the configuration of the blood vessel visualization device is such that a direct reflection
[0024]
The potential of the
[0025]
In general, the potential generated when a metal is immersed in an electrolyte solution differs depending on the composition of the electrolyte even for the same metal. Therefore, it is considered that the potential change inside and outside the blood vessel as described above originates from the difference between the electrolyte component constituting the extravascular skin inside and the electrolyte component constituting the blood inside the blood vessel. This is nothing more than detecting whether the blood collection needle has reached the blood vessel.
[0026]
As a second means, an impedance analyzer is used in place of the
[0027]
Also in this case, the electrolyte component constituting the inside of the skin outside the blood vessel and the electrolyte component constituting the blood inside the skin, the composition and concentration of water and the like are different from each other, the impedance and the phase between the
[0028]
【Example】
[First embodiment]
Using the blood vessel visualization device having the configuration shown in FIG. 1 and the system having the blood vessel reaching detection mechanism of the present invention, blood is guided from a venous blood vessel on the back of the forearm of a human into a syringe with a 22-gauge blood collection needle attached. Tried.
As described above, the
[0029]
[Second embodiment]
In the system shown in FIG. 1, an impedance analyzer was used instead of the
[0030]
FIG. 4 shows the dependence of the impedance and phase on the elapsed time when the frequency of the alternating current flowing between the
[0031]
(Third embodiment)
An attempt was made to introduce blood through a painless needle 501 (outer diameter: 100 μm, inner diameter: 60 μm) onto a chip-shaped blood analyzer as shown in FIG. The chip is formed by laminating two polycarbonate substrates, and includes a
[0032]
Next, as shown in FIG. 6, the
[0033]
The
[0034]
Also, an impedance analyzer is installed instead of the
[0035]
As shown in this embodiment, even in a chip-shaped blood analyzer having a blood collection needle (painless needle), the potential of the painless needle or the impedance and phase between the painless needle and the electrode are observed to determine whether the painless needle has reached the blood vessel. It was found that the judgment could be made by performing
[0036]
(Fourth embodiment)
An automatic blood sampling device having a configuration as shown in FIG. 7 was manufactured, and an attempt was made to collect blood from a vein inside a human forearm. This device will be briefly described. The
[0037]
Next, as shown in FIG. 8, the
[0038]
Further, an alternating current is passed between the
[0039]
【The invention's effect】
As described above, the conventional inexpensive and simple method of visualizing blood vessels directly under the skin using near-infrared light can only obtain two-dimensional positional information of blood vessels. In the case of invasion into the blood vessel, it was not possible to clearly determine whether the blood reached the blood vessel, but the potential and phase of the blood collection needle of the present invention or the impedance and phase between the blood collection needle and other electrodes attached to the living body were monitored. Then, from these changes, it has become possible to determine whether or not the blood collection needle has reached the blood vessel or the inside thereof. As a result, blood collection can be reliably performed, and the physical burden on the blood collection subject can be further reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram for explaining a conventional blood vessel visualization device and a potential measurement mechanism of a blood collection needle.
FIG. 2 is a diagram showing a change in the potential of the blood collection needle when the blood collection needle is made to enter a human body.
FIG. 3 is a diagram showing changes in impedance and phase between a blood collection needle and an electrode adhered to skin when the blood collection needle is made to enter a human body. (AC current: 100 Hz, 50 μA)
FIG. 4 is a diagram showing changes in impedance and phase between a blood collection needle and an electrode adhered to skin when the blood collection needle is made to enter a human body. (AC current: 100 kHz, 50 μA)
FIG. 5 is a diagram showing a chip-shaped blood analyzer.
6 is a diagram illustrating a procedure for introducing blood into the chip-shaped blood analyzer shown in FIG. 5 by using the method of the present invention for detecting whether or not blood has reached a blood vessel.
FIG. 7 is a diagram illustrating an automatic blood collection device.
FIG. 8 is a diagram illustrating how blood is collected using an automatic blood collection device.
FIG. 9 is a diagram illustrating a state in which blood is collected using an automatic blood collection device.
[Explanation of symbols]
101
103
114 Wiring B
115
702 Linear actuator A
703 Movable arm A
704
706 Linear Actuator B
707 Movable arm B
708
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