JP5232302B2 - 血液サンプルを溶血させその少なくとも１つのパラメータを測定する装置 - Google Patents

Description

本発明は、血液サンプルを溶血させその少なくとも１つのパラメータを測定する装置に関する。装置は、第１の側壁および反対にある第２の側壁を有する血液サンプルを収容するサンプルチャンバ、第１の側壁と第２の側壁の間にもたらされる血液サンプルを溶血させるように第１の側壁および第２の側壁に超音波を発生させる超音波手段、および溶血された血液サンプルが第１の側壁と第２の側壁の間にもたらされるとき溶血された血液サンプルの少なくとも１つのパラメータを測定する光学測定手段を備える。

血液サンプルのパラメータを測定するためにそれを溶血させることは既知である。そうした一例は米国特許第３，９７２，６１４号で知ることができる。前記明細書で開示される装置は、血液サンプルを収容する管路および超音波を発生させる１つの超音波手段を含むハウジングを有する。管路は、２つの対向する窓部材を含み、第１の窓部材は超音波手段と接触し、一方第２の窓部材はアンビルの形の裏当て部材に吊るされるばねと接触する。超音波手段がシステムに超音波を発生させると、波は、前記第１の窓には直接伝えられ、他方の窓にはハウジングおよびアンビルを介して間接的に伝えられる。したがって、第２の窓における超音波は、窓に直接発生されるのではなく、アンビルの周期振動（ｏｓｃｉｌｌａｔｉｏｎ）応答によって生じる。このシステムには、サンプル管路の片側だけから発生される超音波が管路を横切る波の不均一な伝搬だけでなく管路の制御されない周期振動も引き起こす恐れがある、という欠点がある。これは、アンビルしたがって第２の窓の所望の周期振動を得るようにアンビルを適切に設計することが困難な作業であるという理由からである。不均一な伝搬および制御されない周期振動は、最終的に漏出の恐れがある管路の劣化をもたらす恐れがある。したがって、管路の使用可能寿命が本質的に減少される恐れがある。さらに、この従来技術の装置は、比較的大きい。というのも、超音波手段が１つだけある構成は、血液サンプルを溶血させるのに必要な周波数の周期振動を得るのに比較的大きな質量のシステムを必要とするからである。このシステムの質量を低減することは、おそらく、サンプルの溶血が不十分になるほど高い周波数の周期振動をもたらすことになる。

本発明は、前述した類の装置であって、超音波手段が第１の側壁に超音波を発生させる第１の超音波手段および第２の側壁に超音波を発生させる第２の超音波手段を備える装置に関する。

本発明の１つの利点は、装置が、サンプルチャンバの第１の側壁および第２の側壁の両方に直接的に超音波を活発に発生させそれによってサンプルチャンバに対する側壁のよく制御された横方向の往復運動が確立される超音波手段を有することである。周期振動が両方の側壁から制御されるので、システムの自由度の数がより限られる。それによって、より高次のモードまたは望ましくない共鳴が回避され得る。また、超音波の単一発生（ｓｉｎｇｌｅ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ）に対して特定の応答を行うように設計される必要があるシステム内の構成部品がより少なくなる。さらに、振動（ｖｉｂｒａｔｉｏｎ）の観点から、よく制御された周期振動（ｏｓｃｉｌｌａｔｉｏｎ）を有することが望ましい。というのも、チャンバに損傷を与えることができるようなやり方でサンプルチャンバが周期振動することがこうして回避され得るからである。一方の側壁における超音波の発生は、本質的に、他方の側壁における超音波の発生から独立している。一方の側壁に発生される超音波が他方の側壁に伝えられることは完全には回避され得ないが、伝えられる波の影響は、他方の側壁に直接発生される波の影響に比べてわずかばかりである。本発明による装置では、第１の超音波手段および第２の超音波手段は、互いに独立して動作可能であってよい。

さらに、本発明による装置の場合、従来の装置に比べて今度は装置を非常に小さくすることができる。
血液サンプルを収容するチャンバは、実質的に平行に互いに対向して配置される、すなわち２つの壁が互いに向き合う、第１の側壁および第２の側壁を備える。チャンバの容積は、０．１〜２０μｌの範囲、好ましくは１μｌであってよい。第１の側壁と第２の側壁の間の距離は、０．０５〜０．３ｍｍ、好ましくは０．１ｍｍであってよい。

第１の側壁および第２の側壁は、光学手段からサンプルに発せされる放射を透過する材料から作製され得る。あるいは、側壁は、本質的に、非透過性材料から作製されるが、放射線を透過する１つまたは複数の領域を有することもできる。その透過領域は、ガラス材料および／またはポリスチレン、ＰＭＭＡ（ポリメタクリル酸メチル）もしくは環状オレフィン共重合体（ＣＯＣ）、好ましくはＴｏｐａｓ Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｐｏｌｙｍｅｒｓ社のＴｏｐａｓなどのプラスチック材料を含むことができる。

本発明による装置の光学測定手段は、血液サンプルの少なくとも１つのパラメータを測定するように構成され得る。好ましくは、パラメータは、いわゆる酸素測定パラメータである、ｃｔＨｂ、ｓＯ_２、ＦＯ_２Ｈｂ、ＦＣＯＨｂ、ＦＭｅｔＨｂ、ＦＨＨｂ、ＦＨｂＦ、ｃｔＢｉｌ、のグループから選ばれるが、ｐＣＯ_２、ｐＯ_２、ｃＧｌｕ、ｃＵｒｅａ、アルブミンおよびコレステロールなどのパラメータも測定され得る。さらに、患者の血液中の診断用色素含有量ならびにたんぱく質含有量が装置の光学手段によって測定され得る。光学測定手段は、血液サンプルの溶血の前および／または後にパラメータの含有量を測定するのに使用され得る。上記のパラメータのいくつかは、測定前に血液サンプルを溶血させる必要があり、他のパラメータは、溶血前でも測定可能であるが、より正確な結果は溶血後に得ることができる。さらに、いくつかのパラメータでは、溶血前に細胞内の含有量がどれ程であったかを測定する必要があり得る。これは、溶血前と後の両方にパラメータを測定することによって測定され、いくつかのパラメータについては、細胞内の含有量は溶血後のみ測定可能であり得る。この場合、装置は、血液の溶血前および血液サンプルの溶血後に光学測定手段が動作されるように制御され得る。光学測定手段は、サンプルチャンバ内のサンプルに放射を発する光学放射源、サンプルを透過するまたはサンプルによって反射される光量を測定する光学検出器を備える。光学システム内で伝搬される放射は、好ましくは紫外線から赤外線の領域であり、より好ましくは約４００〜７００ｎｍの領域である。光学放射源は、好ましくは白色ＬＥＤであり、検出器は、Ｓｉ検出器である。

超音波手段は、サンプルチャンバの側壁に当接するように配置され得る。別法として、第２の超音波手段が側壁の一部を形成してもよい。
好ましくは、第１の超音波手段および第２の超音波手段は、同相で動作されるように構成される。第１の超音波手段および第２の超音波手段は、同時にまたは互いに独立して動作されるように構成されてもよい。本発明の文脈において、「同相」という用語は、第１の超音波手段および第２の超音波手段の活動化が、ゼロおよび最大値が同時に起こる第１の側壁および第２の側壁の同じ周波数での周期振動をもたらすことであると理解されよう。最も効果的な溶血を得るために、往復運動のとき、側壁が反対方向、つまり互いに近づくか遠ざかるかのどちらかに動くことがさらに好ましい。好ましくは、超音波手段は、システムにおいて、２０〜１００ｋＨｚの領域、より好ましくは血液サンプルの溶血に効率がよいとされる周波数領域である３０ｋＨｚの周波数の周期振動を得るように動作される。

一実施形態では、超音波手段は、第１の側壁および第２の側壁にそれぞれ接続される第１の圧電素子および第２の圧電素子を備える。圧電素子の使用には、それによって超音波手段の活動化がよく制御できるようになるという利点がある。さらに、圧電素子は、比較的安価であり、非常に効率的である。本発明による装置に使用する圧電素子は、印加される電位に対して大きな運動をもたらすことが好ましい。

他の実施形態では、第１の超音波手段は、第１の側壁と接触する第１の電極を備え、第２の超音波手段は、第２の側壁と接触する第２の電極を備え、交流電流が、側壁に超音波を発生させるように第１の電極および第２の電極に印加される。ＡＣ電圧源によって２つの電極が接続されると、電極に印加された電圧が側壁に往復運動をもたらす。側壁の周期振動の周波数は、電極に印加される電位の周波数によって決まり、周期振動の振幅は、電位によって決まることになる。

超音波手段は、好ましくは１〜５秒、より好ましくは２秒間動作される。超音波手段の動作のとき、側壁の往復運動からのエネルギのいくらかは、熱としてサンプルに伝えられることになる。動作時間は、サンプルの過熱を回避できるだけ短いことが確実にされなければならず、そうでないとサンプルの性質を変えてしまうことになりかねない。

好ましい一実施形態では、第１の側壁および第２の側壁、ならびに第１の超音波手段および第２の超音波手段は、サンプルチャンバまわりに対称的に配置される。この配置の利点は、側壁の対称的な往復運動を得るのがはるかに容易であることである。超音波手段が２つの電極を備える上述の実施形態を例にとってみる。選択されたＡＣ電位を印加すると、周期振動の交点においてサンプルチャンバを有する側壁の周期振動を得ることができ、したがって結果的に側壁が互いに近づくか遠ざかるかのどちらかに往復運動するようになる。

サンプルチャンバの側壁は、一体の要素として作製されても、または別個の複数の要素から作製されてもよい。場合によっては、多くの製造工程を回避するためにサンプルチャンバを一体の要素から形成することが必要とされ得る。あるいは、個々の複数の要素からチャンバを形成することも有利であり、したがって強度、周囲部分に対する気密度などの要求から、異なる要素を選ぶことができる。

往復運動質量の慣性を増大させるために、装置は、第１の超音波手段および第２の超音波手段にそれぞれ結合される第１の質量要素および第２の質量要素を備えることができる。往復運動質量を増大させる１つの利点は、より規則正しい往復運動が達成され得ることである。質量要素は、所望の周波数の超音波周期振動を得るように要素の質量が調整されるのであればどんな材料でも含むことができる。

小型のシステムを得るために、光学システムの光度測定放射源が第１の質量要素内に配置され、光度測定検出器が第２の質量要素内に配置されることが好ましい。
好ましい一実施形態では、装置は、サンプルチャンバならびに第１の超音波手段および第２の超音波手段を収容するハウジングをさらに備え、そこにおいて第１の質量要素および第２の質量要素のそれぞれが、各質量要素をハウジングに弾性的に固定する１つまたは複数のばね要素を有する。ばね要素は、質量要素が超音波手段と一緒に往復運動することができるようにする一方で質量要素の運動を限定する。

ばね要素は、質量要素の一部を形成することができる。一例として、質量要素の少なくとも１つは、その外面から延在するフランジの形のばね要素を備えることができる。質量要素のうちの１つまたは複数のものは、複数のばね要素を備えることができる。一実施形態では、質量要素のそれぞれは、そこから径方向に延在するフランジの形の２つのばね要素を備える。少なくとも２つのばね要素を設けることによって、質量要素は、往復運動の所期方向に対して例えばその２つの端部である２つの位置で吊るされ、したがって質量要素の他の方向における運動が回避され得る。好ましい一実施形態では、ハウジング内でのばね要素による吊りによって、サンプルチャンバの側壁が互いにゆがめられることになる。

好ましくは、質量要素は、アルミニウム製またはベリリウム銅製であり、重さはそれぞれ１〜１０ｇ、好ましくは６ｇである。
図面を参照してこれから本発明を説明する。

本発明による装置の断面の等角図である。 血液サンプルを収容するチャンバの断面図である。 本発明による装置の断面図である。

図１、３は、血液サンプルを溶血させその少なくとも１つのパラメータを測定する装置１００を示す。装置１００は、端部部分１５０、１５２によって閉じられるハウジング１３０に収容される。ハウジングは、縦約３０ｍｍ、横約２０ｍｍである。装置１００は、図２も参照して、血液サンプルを収容するチャンバ１０２を備える。チャンバ１０２は、図２を参照して、第１の側壁１０４および第２の側壁１０６によって画成される。側壁１０４、１０６は両方ともガラス製であり、厚さは２ｍｍである。側壁間の距離は約０．１ｍｍである。チャンバ１０２は、矢印１１４で示されるように血液サンプルがそこを通ってチャンバ１０２に入れられる入口１１２を備える。さらに、チャンバ１０２は、矢印１１８で示されるようにチャンバ１０２に収容されている血液サンプルがそこを通ってチャンバ１０２の外に出され得る出口１１６を画成する。入口１１２および出口１１６は、さらに、血液サンプルの除去後、チャンバ清浄化するようにチャンバ１０２を洗い流すのにも使用され得る。ポンプ（図示せず）は、チャンバ１０２に出入りする任意のサンプルおよび他の流体を吸入排出するのに設けられ得る。サンプルチャンバの容積は約１μｌである。

装置１００は、第１の超音波手段１２０および第２の超音波手段１２２をさらに備える。超音波手段は両方とも圧電素子の形をとる。第１の超音波手段１２０の片側は第１の側壁１０４に当接し、それによって第１の超音波手段１２０によって引き起こされる超音波振動が第１の側壁１０４に伝えられるようになる。同様に、第２の超音波手段１２２は第２の側壁１０６に当接し、それに超音波振動を伝える。そうした振動は、チャンバ１０２に収容される血液サンプルに伝えられると理解されよう。

第１の超音波手段１２０の反対側には、第１の質量要素１２４が第１の超音波手段１２０に当接するように配置される。当接により、第１の超音波手段１２０の活動化により第１の質量要素１２４が動かされる。第１の質量要素１２４は、装置の使用中に往復運動する質量を増大させるように設けられる。第１の質量要素１２４は、近位ばね要素１２６および遠位ばね要素１２８によって吊るされる。ばね要素１２６、１２８のそれぞれは、第１の質量要素１２４から径方向に延在するフランジの形で設けられる。フランジは第１の質量要素１２４に取り付けられる別個の要素であってよいと理解されよう。あるいは、フランジ１２６、１２８は、第１の質量要素１２４の一部をなす。後者の実施形態では、質量要素１２４およびフランジ１２６、１２８は、一体構造の要素、すなわちフランジ１２６、１２８と質量要素１２４の間の移行部に継ぎ目がない単一の要素を画成することができる。

フランジ１２６、１２８は、ハウジング１３０の壁部に当接するように構成され得る。ハウジング１３０内での収容およびフランジ１２６、１２８の形状により、質量要素１２４は、主に、サンプルチャンバ１２０の延長に対して横方向に、すなわち図３の線ｃに沿って動くことになる。フランジ１２６、１２８とハウジング１３０の間の当接により、線ｃを横切る方向の運動は実質的に防止される。

第１の質量要素１２４と同様に、第２の質量要素１３２が、第２の超音波手段１２２に当接するように配置される。この場合も、第２の質量要素１３２は、それを第２の超音波手段１２２に当接させる近位ばね要素１３４および遠位ばね要素１３６を備える。さらに、近位ばね要素１３４および遠位ばね要素１３６は、第２の質量要素１３２を装置１００のハウジング１３０内で保持する。質量要素１２４、１３２のそれぞれはベリリウム銅製であり、重さは約６ｇである。

質量要素１２４、１３２のそれぞれは、図面の実施形態では光放射源１４２および光検出器（図示せず）に接続される光ファイバ１４４を備える測定手段を収容するキャビティを画成する。光放射源１４２は、約４００〜７００ｎｍの範囲の波長の光を発する白色ＬＥＤであり、検出器はＳｉ検出器である。

血液サンプルの測定が実施されるとき、サンプルはサンプルチャンバ１０２に入れられる。次いで、圧電素子１２０、１２２が、約２秒間、周波数約３０ｋＨｚで活動化され、それによって側壁１０４、１０６の周期振動が引き起こされる。この周期振動は、チャンバ１０２内のサンプルに伝えられ、そしてサンプルが溶血される。溶血後、光放射源１４２が活動化され、放射がサンプルチャンバ１０２内の約０．１μｌのサンプルを通って伝搬される。次いで放射は光ファイバ１４４を介して検出器まで伝送され、検出された信号はサンプルの要求パラメータの含有量を表す数値に変換される。

Claims (9)

1. 血液サンプルを溶血させその少なくとも１つのパラメータを測定する装置であって、
   前記血液サンプルを収容し、第１の側壁および反対にある第２の側壁を有する、サンプルチャンバと、
   前記第１の側壁と前記第２の側壁の間にもたらされる前記血液サンプルを溶血させるように、前記第１の側壁および前記第２の側壁に超音波を発生させる、超音波手段と、
   前記溶血された血液サンプルが前記第１の側壁と前記第２の側壁の間にもたらされるとき、前記溶血された血液サンプルの少なくとも１つのパラメータを測定する、光学測定手段と
   を備え、
   前記超音波手段が、前記第１の側壁に超音波を発生させる第１の超音波手段と、前記第２の側壁に超音波を発生させる第２の超音波手段を備え、前記第１の側壁および前記第２の側壁ならびに前記第１の超音波手段および前記第２の超音波手段が、前記サンプルチャンバまわりに対称的に配置され、
   前記第１の超音波手段および前記第２の超音波手段が同相で動作されるように構成されることを特徴とする、装置。
2. 前記第１の側壁および前記第２の側壁が、互いに反対方向に往復運動することを特長とする、請求項１に記載の装置。
3. 前記超音波手段のそれぞれが圧電素子を備える、請求項１または２に記載の装置。
4. 前記第１の超音波手段が、前記第１の側壁と接触する第１の電極を備え、前記第２の超音波手段が、前記第２の側壁と接触する第２の電極を備え、交流電流が、前記側壁に超音波を発生させるように前記第１の電極および前記第２の電極に印加される、請求項１または２に記載の装置。
5. 前記サンプルチャンバの前記側壁が、個別の要素である、請求項１から４のいずれかに記載の装置。
6. 前記サンプルチャンバの前記側壁が、一体の要素として作製される、請求項１から４のいずれかに記載の装置。
7. 前記第１の超音波手段が第１の質量要素を備え、前記第２の超音波手段が第２の質量要素を備える、請求項１から６のいずれかに記載の装置。
8. 前記光学測定手段が、前記第１の質量要素内に配置される光度測定光放射源と、前記第２の質量要素内に配置される光度測定検出器を備える、請求項７に記載の装置。
9. 前記サンプルチャンバと、前記第１の超音波手段と、前記第２の超音波手段とを収容するハウジングをさらに備え、前記第１の質量要素および前記第２の質量要素のそれぞれが、前記各質量要素を前記ハウジングに弾性的に固定する１つまたは複数のばね要素を有する、請求項７または８に記載の装置。

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