JP5726662B2 - Blood impedance measuring device, artificial dialysis device, and method for operating blood impedance measuring device - Google Patents

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Description

本発明は、血液の体外循環回路に設けられる血液インピーダンス計測装置、それを備える人工透析装置及び体外循環回路を流れる血液のインピーダンスを計測する装置の作動方法に関する。 The present invention relates to a blood impedance measuring apparatus provided in a blood extracorporeal circuit, an artificial dialysis apparatus including the blood impedance measuring apparatus, and a method for operating an apparatus for measuring the impedance of blood flowing through the extracorporeal circuit.

血液の電気インピーダンスは、血液中の血液細胞(特に赤血球)の種々の特性を反映することが知られている。例えば、細胞内液(赤血球細胞内液の電解質)及び細胞外液(血漿の電解質)の導電率、細胞膜容量、ヘマトクリット(血液中に占める赤血球の容積の割合)、赤血球細胞の形状、大きさ及び配向状態などを反映することが知られている。例えば、特許文献1には、血液の電気インピーダンスを測定することによってヘマトクリットを測定するヘマトクリット測定装置が開示されている。   It is known that the electrical impedance of blood reflects various characteristics of blood cells (particularly red blood cells) in the blood. For example, the conductivity of intracellular fluid (erythrocyte intracellular fluid electrolyte) and extracellular fluid (plasma electrolyte), cell membrane capacity, hematocrit (ratio of erythrocyte volume in the blood), red blood cell shape, size and It is known to reflect the orientation state and the like. For example, Patent Document 1 discloses a hematocrit measuring device that measures hematocrit by measuring the electrical impedance of blood.

特許文献1に記載のヘマトクリット測定装置は、血液透析等の体外循環回路においてヘマトクリットを連続測定するための装置であって、血液流路を構成する円筒状の絶縁パイプに配置された抵抗測定セルと、2種類の交流電流源(高周波及び低周波電流源)と、交流電圧計などを備えている。なお、抵抗測定セルは、絶縁パイプの中心軸方向に所定距離離れた位置に設けられた1対の低周波電流供給電極と、これらの低周波電流供給電極に隣接して配置された1対の高周波電流供給電極と、1対の電圧検出電極とを有している。そして、低周波電流源が50kHzの交流電流を低周波電流供給電極に供給したときに、電圧検出電極に発生する50kHzの交流電圧と、高周波電流源が20MHzの交流電流を高周波電流供給電極に供給したときに、電圧検出電極に発生する20MHzの交流電圧とをそれぞれ測定することにより、血液の低周波インピーダンス及び高周波インピーダンスを測定している。ここで、血液のヘマトクリット値は、血液の低周波インピーダンスと高周波インピーダンスとの比の対数に比例することが知られており、この関係を用いて、測定された低周波インピーダンス及び高周波インピーダンスからヘマトクリット値を求めている。   The hematocrit measuring device described in Patent Document 1 is a device for continuously measuring hematocrit in an extracorporeal circuit such as hemodialysis, and includes a resistance measurement cell disposed on a cylindrical insulating pipe that constitutes a blood flow path. Two types of alternating current sources (high frequency and low frequency current sources) and an alternating current voltmeter are provided. The resistance measuring cell includes a pair of low-frequency current supply electrodes provided at a predetermined distance in the central axis direction of the insulating pipe, and a pair of low-frequency current supply electrodes disposed adjacent to the low-frequency current supply electrodes. A high-frequency current supply electrode and a pair of voltage detection electrodes are provided. Then, when the low frequency current source supplies 50 kHz alternating current to the low frequency current supply electrode, the 50 kHz alternating voltage generated at the voltage detection electrode and the high frequency current source supply 20 MHz alternating current to the high frequency current supply electrode. The low frequency impedance and high frequency impedance of the blood are measured by measuring the 20 MHz AC voltage generated at the voltage detection electrode. Here, it is known that the hematocrit value of blood is proportional to the logarithm of the ratio of the low frequency impedance and high frequency impedance of blood, and using this relationship, the hematocrit value is calculated from the measured low frequency impedance and high frequency impedance. Seeking.

特開昭63−133062号公報JP-A-63-133062

医用電子と生体工学第37巻特別号(1999)P158Medical Electronics and Biotechnology Volume 37 Special Issue (1999) P158

上述のヘマトクリット測定装置を含め、従来の、血液のインピーダンスを測定する測定装置(接触型血液インピーダンス測定装置)では、いずれも、交流電流が供給される電流供給電極が血液と直接接触するように配置されている。後述のように、電流供給電極が血液と直接接触するように配置されている場合には、比較的容易に、高いS/N比で血液のインピーダンス測定を行うことができる。しかしながら、電流供給電極が血液に接触しているので、ウィルスや細菌等の感染リスクが高くなる。また、血液は生体内で最も電気抵抗が小さいうえ、血管は動脈又は静脈を通じて心臓につながっている。そのため、血液の体外循環回路において、電流供給電極が直接血液に接触している状態で血液に電流を流すのは、漏れ電流による感電の恐れがあるため望ましくない。また、電流供給電極が直接接触している状態で電流を流し続けると、電極表面に金属が析出したり、血液中に血栓が生じたりする恐れもある。   In all the conventional measuring devices for measuring blood impedance (contact blood impedance measuring device) including the above-mentioned hematocrit measuring device, the current supply electrodes to which an alternating current is supplied are arranged so as to be in direct contact with blood. Has been. As will be described later, when the current supply electrode is arranged so as to be in direct contact with blood, it is possible to measure blood impedance with a high S / N ratio relatively easily. However, since the current supply electrode is in contact with blood, there is an increased risk of infection with viruses and bacteria. In addition, blood has the lowest electrical resistance in a living body, and blood vessels are connected to the heart through arteries or veins. For this reason, in the extracorporeal circuit for blood, it is not desirable to cause a current to flow through the blood while the current supply electrode is in direct contact with the blood, because there is a risk of electric shock due to leakage current. Further, if a current is kept flowing while the current supply electrode is in direct contact, metal may be deposited on the electrode surface or a blood clot may be generated in the blood.

本発明の目的は、感染及び感電の恐れを低減することができ、且つ、電極表面に金属が析出したり、血液中に血栓が生じたりする恐れを低減できる、血液のインピーダンス測定装置、それを備える人工透析装置及び血液のインピーダンス測定方法を提供することである。   An object of the present invention is to provide a blood impedance measuring device that can reduce the risk of infection and electric shock, and can reduce the risk of metal depositing on the electrode surface or the formation of blood clots in blood. An artificial dialysis apparatus and a blood impedance measuring method are provided.

本発明の第1の態様に従えば、体外を循環する血液回路を流れる血液のインピーダンスを測定する血液インピーダンス測定装置であって、
前記血液回路に設けられた少なくとも1対の電極と、
前記少なくとも一対の電極に接続されて、時間的に変動する入力電気信号を前記少なくとも一対の電極に入力する信号源と、
前記少なくとも一対の電極に接続されて、前記時間的に変動する電気入力信号が前記少なくとも一対の電極に入力されたときに前記少なくとも一対の電極に誘起される出力電気信号を検出する検出回路と、
前記入力電気信号と前記出力電気信号に基づいて、血液のインピーダンスを算出する演算回路と、
前記少なくとも一対の電極と、前記血液回路を流れる血液とを電気的に絶縁する絶縁体とを備え、前記時間的に変動する電気入力信号は、低周波数の交流電流信号と高周波数の交流電流信号を含み、
前記演算回路は、低周波数の交流電流信号を用いて測定された血液のインピーダンスの大きさから前記絶縁体の静電容量を算出し、算出された前記絶縁体の静電容量に基づいて、前記血液のインピーダンスを算出する血液インピーダンス測定装置が提供される。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a blood impedance measuring device for measuring impedance of blood flowing in a blood circuit circulating outside the body,
At least one pair of electrodes provided in the blood circuit;
A signal source that is connected to the at least one pair of electrodes and inputs an input electrical signal that varies with time to the at least one pair of electrodes;
A detection circuit connected to the at least one pair of electrodes and detecting an output electric signal induced in the at least one pair of electrodes when the time-variable electric input signal is inputted to the at least one pair of electrodes;
An arithmetic circuit that calculates blood impedance based on the input electrical signal and the output electrical signal;
The at least one pair of electrodes and an insulator that electrically insulates the blood flowing through the blood circuit, and the time-varying electrical input signal includes a low-frequency alternating current signal and a high-frequency alternating current signal. Including
The arithmetic circuit calculates the capacitance of the insulator from the magnitude of blood impedance measured using a low-frequency alternating current signal, and based on the calculated capacitance of the insulator, blood impedance measuring device that to calculate the impedance of blood is provided.

本発明の血液インピーダンス測定装置によれば、電極と血液回路を流れる血液とが絶縁体により電気的に絶縁されているため、感電の恐れがない。また、電極が血液に直接接触しないので、血液中に電極表面に析出した金属が入り込む恐れがない。また、低周波数の領域で測定されたインピーダンスの値から、絶縁体の静電容量の大きさを容易に決定できる。そのため、絶縁体の静電容量に起因する成分を取り除いて、精度よく血液のインピーダンスの値を算出することができる。 According to the blood impedance measuring device of the present invention, there is no fear of electric shock because the electrode and the blood flowing through the blood circuit are electrically insulated by the insulator. In addition, since the electrode does not come into direct contact with blood, there is no possibility that metal deposited on the electrode surface enters the blood. In addition, the capacitance of the insulator can be easily determined from the impedance value measured in the low frequency region. Therefore, it is possible to accurately calculate the value of the blood impedance by removing the component due to the capacitance of the insulator.

本発明のインピーダンス測定装置において、前記少なくとも一対の電極は、前記信号源及び前記検出回路の両方に接続される一対の電極を含んでもよい。あるいは、前記少なくとも一対の電極は、前記信号源に接続され前記検出回路に接続されない第1の電極対と、前記検出回路に接続され前記信号源に接続されない第2の電極対とを含んでもよい。前者の場合には、一対の電極が入力電気信号用の電極対と出力電気信号用の電極対とを兼ねることができるため、インピーダンス測定装置の構造を簡略にして装置の製造コストを下げることができる。また、後者の場合には、入力電気信号用の電極対と、出力電気信号用の電極対とを独立に設けている。例えば、入力電気信号として電流信号を用い、出力電気信号として電圧信号を用いる場合には、出力電気信号用の電極対においては、血液のインピーダンスと比較的大きな入力信号電流とによる第1の電圧降下と、出力電気信号用の電極直下の絶縁体のインピーダンスと電圧検出回路に流れる微弱な電流による第2の電圧降下とが同時に計測される。ここで、第1の電圧降下に比べて、第2の電圧降下を小さく抑えることができる。言い換えると、所望の血液のインピーダンスによる電圧を絶縁体のコンデンサのインピーダンスによる電圧に比べて相対的に大きくすることができる。これにより、絶縁体の静電容量Csの影響を低減でき、正確に血液のインピーダンスを測定することができる。   In the impedance measuring apparatus of the present invention, the at least one pair of electrodes may include a pair of electrodes connected to both the signal source and the detection circuit. Alternatively, the at least one pair of electrodes may include a first electrode pair connected to the signal source and not connected to the detection circuit, and a second electrode pair connected to the detection circuit and not connected to the signal source. . In the former case, the pair of electrodes can serve both as an electrode pair for input electrical signals and an electrode pair for output electrical signals, thereby simplifying the structure of the impedance measuring device and reducing the manufacturing cost of the device. it can. In the latter case, an electrode pair for input electrical signals and an electrode pair for output electrical signals are provided independently. For example, when a current signal is used as the input electrical signal and a voltage signal is used as the output electrical signal, the first voltage drop due to blood impedance and a relatively large input signal current is generated in the electrode pair for the output electrical signal. And the impedance of the insulator directly under the electrode for the output electrical signal and the second voltage drop due to the weak current flowing in the voltage detection circuit are measured simultaneously. Here, the second voltage drop can be suppressed smaller than the first voltage drop. In other words, the voltage due to the impedance of the desired blood can be made relatively larger than the voltage due to the impedance of the capacitor of the insulator. Thereby, the influence of the electrostatic capacitance Cs of an insulator can be reduced and the impedance of blood can be measured accurately.

本発明の血液インピーダンス測定装置において、前記血液回路は樹脂製のチューブにより構成されていてもよく、前記少なくとも一対の電極は前記チューブの外側に配置されていてもよく、前記絶縁体は、前記血液回路を画成する前記樹脂製のチューブであってもよい。この場合には、血液回路が一般によく用いられる樹脂製のチューブである場合であっても、チューブの外側に電極を設けることにより、非接触での血液のインピーダンス測定を行うことができる。   In the blood impedance measuring apparatus of the present invention, the blood circuit may be constituted by a resin tube, the at least one pair of electrodes may be disposed outside the tube, and the insulator is the blood It may be the resin tube that defines the circuit. In this case, even when the blood circuit is a resin tube that is commonly used, it is possible to measure the impedance of blood in a non-contact manner by providing an electrode outside the tube.

本発明の血液インピーダンス測定装置において、前記絶縁体は、前記少なくとも一対の電極の表面を被覆する絶縁膜として形成されてもよく、前記電極に設けられた前記絶縁膜が前記血液回路の一部を画成して、前記血液に接触していてもよい。この場合には、例えば、内面がフッ素系樹脂などでコーティングされた金属製のチューブ(パイプ)を本発明に係る電極と絶縁体として用いることができる。絶縁膜の厚さ(コーティングの厚さ)は、比較的容易に薄くすることができるため、絶縁膜による静電容量を小さく抑えることができ、精度よく血液のインピーダンスを測定することができる。   In the blood impedance measuring device of the present invention, the insulator may be formed as an insulating film that covers the surfaces of the at least one pair of electrodes, and the insulating film provided on the electrodes forms a part of the blood circuit. It may be defined and in contact with the blood. In this case, for example, a metal tube (pipe) whose inner surface is coated with a fluorine resin or the like can be used as the electrode and the insulator according to the present invention. Since the thickness of the insulating film (thickness of the coating) can be reduced relatively easily, the capacitance due to the insulating film can be kept small, and the blood impedance can be measured with high accuracy.

本発明の第2の態様に従えば、人工透析装置であって、According to a second aspect of the present invention, an artificial dialysis device,
血液を循環させる血液回路と、  A blood circuit that circulates blood,
透析液を循環させる透析液回路と、  A dialysate circuit for circulating the dialysate;
透析液回路に接続されて、透析液を供給しつつ透析液を循環させる透析液供給装置と、  A dialysate supply device connected to the dialysate circuit and circulating the dialysate while supplying the dialysate;
血液回路に接続されて、血液を循環させる血液ポンプと、  A blood pump connected to the blood circuit to circulate the blood;
血液回路及び透析液回路に接続されるダイアライザーと、  A dialyzer connected to the blood circuit and the dialysate circuit;
血液回路に接続される本発明の第1の態様に従う血液インピーダンス測定装置とを備える人工透析装置が提供される。  An artificial dialysis device is provided comprising a blood impedance measuring device according to a first aspect of the present invention connected to a blood circuit.

本発明の第2の態様によれば、人工透析中に容易に血液のインピーダンス測定が可能となり、人工透析中に発生する恐れがある、浸透圧の急激な変化などをモニターすることができる。  According to the second aspect of the present invention, blood impedance can be easily measured during artificial dialysis, and a rapid change in osmotic pressure that may occur during artificial dialysis can be monitored.

本発明の第3の態様に従えば、血液回路を流れる血液のインピーダンスを測定する装置の作動方法であって、  According to a third aspect of the present invention, there is provided a method of operating an apparatus for measuring impedance of blood flowing in a blood circuit,
前記装置の電気信号入力手段が血液回路を流れる血液に、前記血液との間に配置された絶縁体により絶縁された少なくとも一対の電極を通じて低周波数の電気入力信号を含む電気入力信号を入力することと、  The electrical signal input means of the device inputs an electrical input signal including a low frequency electrical input signal to blood flowing through the blood circuit through at least a pair of electrodes insulated by an insulator disposed between the blood. When,
前記装置の検出手段が前記電気入力信号を前記少なくとも一対の電極に入力したときに、前記少なくとも一対の電極に誘起される出力電気信号を検出することと、  Detecting an output electric signal induced in the at least one pair of electrodes when the detection means of the device inputs the electric input signal to the at least one pair of electrodes;
前記装置の静電容量算出手段が前記低周波数の電気入力信号と、前記低周波数の電気入力信号により誘起された低周波数の出力電気信号に基づいて、前記絶縁体の静電容量を算出することと、  The capacitance calculating means of the device calculates the capacitance of the insulator based on the low frequency electrical input signal and a low frequency output electrical signal induced by the low frequency electrical input signal. When,
前記装置のインピーダンス算出手段が前記絶縁体の静電容量と、前記電気入力信号と、前記出力電気信号とに基づいて血液のインピーダンスを算出することとを備える血液のインピーダンスを測定する装置の作動方法が提供される。  An apparatus operating method for measuring blood impedance, wherein the impedance calculation means of the device comprises calculating the blood impedance based on the capacitance of the insulator, the electrical input signal, and the output electrical signal. Is provided.

本発明によれば、電極が血液などの電解質が直接触れていないため、電極表面に金属が析出する恐れがない。また、電極が血液などの電解質が直接触れていないため、血液中に血栓が生じるおそれを低減させることができる。  According to the present invention, since the electrode is not in direct contact with an electrolyte such as blood, there is no risk of metal deposition on the electrode surface. In addition, since the electrode is not in direct contact with an electrolyte such as blood, the risk of blood clots occurring in the blood can be reduced.

図1は人工透析装置の概略図である。(http://www.medi−net.or.jp/tcnet/dtx/004.htmlより転載)FIG. 1 is a schematic view of an artificial dialysis apparatus. (Reprinted from http://www.medi-net.or.jp/tcnet/dtx/004.html) 図2aはダイアライザーの概略図(http://www.nininkai.com/kiso.htmより転載)である。FIG. 2a is a schematic diagram of a dialyzer (reproduced from http://www.nininkai.com/kiso.html). 図2bはダイアライザーの機能を示す概略図(http://mobara−cl.com/hemo_dialysis/hemo_dialysis.htmlより転載)である。FIG. 2b is a schematic diagram (reproduced from http://mobara-cl.com/hemo_dialysis/hemo_dialysis.html) showing the function of the dialyzer. 図3は一対の(2端子の)電極を有する血液インピーダンス測定装置の概略図である。FIG. 3 is a schematic diagram of a blood impedance measuring apparatus having a pair of (two-terminal) electrodes. 図4aは接触モデルの等価回路図である。FIG. 4a is an equivalent circuit diagram of the contact model. 図4bは非接触モデルの等価回路図である。FIG. 4b is an equivalent circuit diagram of the non-contact model. 図5は生体組織のモデル図である。FIG. 5 is a model diagram of a living tissue. 図6は、低張液、全血及び高張液についてのコールコールプロットである。FIG. 6 is a Cole-Cole plot for hypotonic solution, whole blood and hypertonic solution. 図7は接触型血液セルの概略図である。FIG. 7 is a schematic view of a contact blood cell. 図8aは、接触型血液セルについての|Z|の測定結果である。FIG. 8a shows the measurement result of | Z | for the contact-type blood cell. 図8bは、非接触型血液セルについての|Z|の測定結果である。FIG. 8 b shows the measurement result of | Z | for the non-contact blood cell. 図9aは、測定されたインピーダンスの実部をプロットしたグラフである。FIG. 9a is a graph plotting the real part of the measured impedance. 図9bは、測定されたインピーダンスの虚部をプロットしたグラフである。FIG. 9b is a graph plotting the imaginary part of the measured impedance. 図10は4端子電極を有する血液インピーダンス測定装置の概略図である。FIG. 10 is a schematic view of a blood impedance measuring apparatus having four terminal electrodes. 図11は薄型チャンバの概略図である。FIG. 11 is a schematic view of a thin chamber. 図12は同心型電極を有する薄型チャンバの概略図である。FIG. 12 is a schematic view of a thin chamber having concentric electrodes. 図13は、本発明に係るインピーダンス測定方法を示すフローチャートである。FIG. 13 is a flowchart showing an impedance measurement method according to the present invention.

本発明に係る血液のインピーダンス測定装置として、図1に示される血液透析用の人工透析装置200に装着される非接触型の血液インピーダンス測定装置100を例に挙げて説明する。ここで、人工透析装置200は、濃厚透析液(透析液原液)を貯留する透析液タンク201と、透析液供給装置202と、監視装置203と、ダイアライザー204と、クリットラインチャンバ205と、血液ポンプ206とを主に備えている。さらに、人工透析装置200は、いずれも樹脂製のチューブにより構成された、透析液回路207及び血液回路208を備えている。  As an example of a blood impedance measuring apparatus according to the present invention, a non-contact blood impedance measuring apparatus 100 attached to a hemodialysis artificial dialysis apparatus 200 shown in FIG. 1 will be described as an example. Here, the artificial dialyzer 200 includes a dialysate tank 201 for storing a concentrated dialysate (dialyte concentrate), a dialysate supply device 202, a monitoring device 203, a dialyzer 204, a crit line chamber 205, a blood pump. 206 is mainly provided. Furthermore, the artificial dialysis apparatus 200 includes a dialysate circuit 207 and a blood circuit 208, both of which are constituted by resin tubes.

透析液タンク201と透析液供給装置202とはチューブにより接続されており、透析液タンク201内の濃厚透析液が透析液供給装置202に供給される。また、透析液供給装置202には、水道水から作られる脱イオン水(例えば、イオン交換樹脂を通し脱イオン化処理した水道水)が供給されている。透析液供給装置202は濃厚透析液を適当な濃度に調整した後、濃度調整された透析液(以下、単に透析液と呼ぶ)をチューブを介して接続された監視装置203に送る。監視装置203に送られた透析液は、ダイアライザー204を通って監視装置203に戻る透析液回路207を流れる。監視装置203は、透析液回路207内を流れる透析液の流量、温度等をモニターするとともに、透析患者の静脈圧等の生体情報をモニターしている。また、後述のように、クリットラインチャンバ205に取り付けられた不図示のセンサにより計測される、血液のヘマトクリット値及び/又は酸素飽和度等をモニターすることもできる。  The dialysate tank 201 and the dialysate supply device 202 are connected by a tube, and the concentrated dialysate in the dialysate tank 201 is supplied to the dialysate supply device 202. The dialysate supply device 202 is supplied with deionized water (for example, tap water deionized through an ion exchange resin) made from tap water. The dialysate supply device 202 adjusts the concentrated dialysate to an appropriate concentration, and then sends the dialysate whose concentration has been adjusted (hereinafter simply referred to as dialysate) to the monitoring device 203 connected via a tube. The dialysate sent to the monitoring device 203 flows through a dialysate circuit 207 that returns to the monitoring device 203 through the dialyzer 204. The monitoring device 203 monitors the flow rate, temperature, and the like of the dialysate flowing in the dialysate circuit 207, and monitors biological information such as venous pressure of the dialysis patient. Further, as will be described later, blood hematocrit value and / or oxygen saturation, etc., measured by a sensor (not shown) attached to the crit line chamber 205 can be monitored.

また、透析患者から体外に引き出された血液は、血液ポンプ206及びダイアライザー204を通って再び体内に戻る血液回路208を流れる。なお、体外に引き出された血液が血液回路208内で凝固することを防ぐために、血液回路208の途中においてヘパリン等の抗凝固薬が注入される。  Further, blood drawn from the dialysis patient through the body flows through a blood circuit 208 that returns to the body through the blood pump 206 and the dialyzer 204. In order to prevent the blood drawn outside the body from coagulating in the blood circuit 208, an anticoagulant such as heparin is injected in the middle of the blood circuit 208.

ダイアライザー204は、図2aに示されるように、中央部分に設けられた、複数の中空糸状の半透膜により構成された血液流路204aと、血液流路204aの外側に設けられた透析液流路204bとからなる2重構造の流路を有する。血液流路204aと透析液流路204bとは、血液流路204aを画成する半透膜により隔てられている。また、血液流路204aを流れる血液と、透析液流路204bを流れる透析液とは、互いに逆向きに流れている。血液流路204aを画成する半透膜には非常に径の小さな細孔が開いており、尿素、クレアチニン、尿酸等の尿毒素、及び、ナトリウム、カリウム、リンなどの電解質を透過させるが、赤血球、白血球、タンパク質、細菌、ウィルスなどは透過させない。そして、図2bに示されるように、半透膜を通して血液中の尿毒素等の老廃物が透析液へと排出されるとともに、身体に不足している電解質が透析液側から補われる。なお、血液中の赤血球、白血球、タンパク質などは半透膜を透過できないため、血液側から透析液側へ排出されることはない。  As shown in FIG. 2a, the dialyzer 204 includes a blood channel 204a formed of a plurality of hollow fiber-like semipermeable membranes provided in the central portion, and a dialysate flow provided outside the blood channel 204a. It has a double-structure flow path composed of a path 204b. The blood channel 204a and the dialysate channel 204b are separated by a semipermeable membrane that defines the blood channel 204a. Further, the blood flowing through the blood flow path 204a and the dialysate flowing through the dialysate flow path 204b flow in opposite directions. The semipermeable membrane that defines the blood flow path 204a has very small pores that allow uremic toxins such as urea, creatinine, and uric acid, and electrolytes such as sodium, potassium, and phosphorus to pass therethrough. Do not allow erythrocytes, leukocytes, proteins, bacteria, viruses, etc. to penetrate. Then, as shown in FIG. 2b, waste products such as uremic toxins in the blood are discharged into the dialysate through the semipermeable membrane, and the electrolyte deficient in the body is compensated from the dialysate side. In addition, since red blood cells, white blood cells, proteins, etc. in the blood cannot permeate the semipermeable membrane, they are not discharged from the blood side to the dialysate side.

前述のように、血液回路208のダイアライザー204よりも上流側には、クリットラインチャンバ205が設けられている。クリットラインチャンバ205の中央部分には、内部に血液流路が形成された、薄い板状の透明な透光部205aが形成されている。透光部205aに血液のヘマトクリット値及び/又は血液の酸素飽和度を光学的に計測するセンサを取り付けることができる。  As described above, the crit line chamber 205 is provided upstream of the dialyzer 204 in the blood circuit 208. A thin plate-like transparent translucent portion 205a having a blood flow path formed therein is formed at the central portion of the crit line chamber 205. A sensor that optically measures the hematocrit value of blood and / or the oxygen saturation level of blood can be attached to the translucent portion 205a.

さらに、血液回路208の、クリットラインチャンバ205の上流側に隣接する位置には、非接触型の血液インピーダンス測定装置100が配置されている。図3に示すように、血液インピーダンス測定装置100は、血液回路208を構成する樹脂製のチューブの外側に巻き付くように設けられた、円環状の2つの電極101A、101Bと、電極101A、101Bに接続されて、電極101A,101Bの間に交流電流Iを流す電流発生回路102と、交流電流Iにより電極101A、101Bの間に発生する交流電圧Vを検出する電圧検出回路103と、交流電流I、交流電圧V及びこれらの位相差θからインピーダンスZを求める演算回路104等を有している。なお、図3に示す血液インピーダンス装置100では、交流電流Iを入力するための電極と、交流電圧Vを検出するための電極とが独立には設けられておらず、1対の電極101A,101Bが両方の機能を兼ねている。  Further, a non-contact blood impedance measuring apparatus 100 is disposed at a position adjacent to the blood circuit 208 on the upstream side of the crit line chamber 205. As shown in FIG. 3, the blood impedance measuring apparatus 100 includes two annular electrodes 101A and 101B and electrodes 101A and 101B provided so as to be wound around the outside of a resin tube constituting the blood circuit 208. A current generating circuit 102 for passing an alternating current I between the electrodes 101A and 101B, a voltage detecting circuit 103 for detecting an alternating voltage V generated between the electrodes 101A and 101B by the alternating current I, and an alternating current I, the AC voltage V, and the arithmetic circuit 104 for obtaining the impedance Z from these phase differences θ. In blood impedance device 100 shown in FIG. 3, an electrode for inputting alternating current I and an electrode for detecting alternating voltage V are not provided independently, and a pair of electrodes 101A, 101B. Has both functions.

後述のように、血液のインピーダンスの周波数特性を測定することにより、赤血球の細胞内外の水分移動、赤血球の細胞膜の膜透過性(イオン透過性)、赤血球の形状、大きさ及び配向状態等の生理学/物性情報を得ることができる。  As described later, by measuring the frequency characteristics of the impedance of blood, water movement inside and outside erythrocytes, membrane permeability (ion permeability) of erythrocyte cell membrane, erythrocyte shape, size and orientation state, etc. / Physical property information can be obtained.

特に、人工透析を行う際には血液が体外で循環されることになるため、人工透析を受ける患者は、急激な浸透圧変化にさらされる恐れがある。そのような場合には、低血圧その他の失調により施行を中止しなければならないこともある。そして、急激な浸透圧変化は、全身の浸透圧バランスの以上が見られる前にまず全身を循環する血液中の赤血球の形状変化を引き起こし、ひいては血液のインピーダンスの周波数特性にも変動を生じさせる。そのため、血液のインピーダンスの周波数特性をモニタし、急激な浸透圧変化を検知することができれば、患者が全身的なショックを引き起こす前に浸透圧の調整などの対処を行うことが可能となる。  In particular, since blood is circulated outside the body when performing artificial dialysis, patients undergoing artificial dialysis may be exposed to sudden changes in osmotic pressure. In such cases, it may be necessary to discontinue enforcement due to hypotension or other malfunctions. A sudden change in osmotic pressure first causes a change in the shape of red blood cells in the blood circulating throughout the whole body before the osmotic pressure balance over the whole body is observed, and also changes the frequency characteristics of the impedance of blood. Therefore, if the frequency characteristic of the blood impedance can be monitored and a sudden change in osmotic pressure can be detected, it is possible to take measures such as adjusting the osmotic pressure before the patient causes a systemic shock.

また、近年、糖尿病により赤血球の細胞膜の膜透過性が変わることが明らかになってきた。そして、赤血球の細胞膜の膜透過性の変化から血糖値を推定することが可能となりつつある。上述のように、血液のインピーダンスの周波数特性を測定することにより、赤血球の細胞膜の膜透過性についての情報を得ることができる。血液のインピーダンスの周波数特性を測定することにより、赤血球の細胞膜の膜透過性についての情報を抽出し、それに基づいて透析中に血糖値の変化をモニタできれば、透析中の血中ブドウ糖の量を適切にコントロールすることが可能となる。透析患者の3割が糖尿病性腎症であると言われていることから、透析中の血糖値モニタは医師にとって有用な情報を提供できる。  In recent years, it has become clear that the membrane permeability of the cell membrane of erythrocytes changes due to diabetes. And it is becoming possible to estimate the blood glucose level from the change in membrane permeability of the cell membrane of erythrocytes. As described above, information on the membrane permeability of the cell membrane of erythrocytes can be obtained by measuring the frequency characteristics of the impedance of blood. By measuring the frequency characteristics of the impedance of blood and extracting information about the membrane permeability of the cell membrane of red blood cells, if the change in blood glucose level can be monitored during dialysis, the amount of blood glucose during dialysis can be appropriately determined. It becomes possible to control. Since it is said that 30% of dialysis patients have diabetic nephropathy, a blood glucose level monitor during dialysis can provide useful information for doctors.

次に、血液インピーダンス測定装置100を用いた血液のインピーダンス測定について説明する。前述のように、電極101A,101Bは、血液回路208を構成する樹脂チューブの延在する方向に、所定の距離だけ隔てて配置されている。電極101A,101Bは、電流発生回路102に電気的に接続されるとともに、電圧検出回路103にも電気的に接続されている。また、電極101A,101Bは、血液に直接接触しておらず、樹脂製のチューブにより隔てられている。ここで、血液の等価回路は、細胞間質液に対応する細胞外液抵抗Re、リン脂質膜により構成される細胞膜に対応する細胞膜容量Cm及び細胞内液に対応する細胞内液抵抗Riの3要素を用いて、図4aのように表すことができる。これは、図5に示されるような、生体組織をモデル化したものに相当する。ここで、生体組織において、比較的低周波の交流電流は図5の実線に示されるように、細胞外液を通って流れる。細胞膜は、細胞膜容量Cmを有するコンデンサとしてはたらくため、直流電流及び比較的低周波の交流電流を通しにくいからである。これに対して、比較的高周波の交流電流は、細胞膜を容易に通過できるようになるため、細胞外液を通って流れるだけでなく、さらに、図5の点線に示されるように細胞内部も通って流れようになる。  Next, blood impedance measurement using the blood impedance measuring apparatus 100 will be described. As described above, the electrodes 101A and 101B are arranged at a predetermined distance in the extending direction of the resin tube constituting the blood circuit 208. The electrodes 101A and 101B are electrically connected to the current generation circuit 102 and are also electrically connected to the voltage detection circuit 103. In addition, the electrodes 101A and 101B are not in direct contact with blood and are separated by a resin tube. Here, the equivalent circuit of blood is the extracellular fluid resistance Re corresponding to the cell interstitial fluid, the cell membrane capacity Cm corresponding to the cell membrane constituted by the phospholipid membrane, and the intracellular fluid resistance Ri corresponding to the intracellular fluid. Using elements, it can be represented as in FIG. This corresponds to a model of a living tissue as shown in FIG. Here, in the living tissue, a relatively low frequency alternating current flows through the extracellular fluid as shown by the solid line in FIG. This is because the cell membrane acts as a capacitor having a cell membrane capacitance Cm, and therefore it is difficult for a DC current and a relatively low frequency AC current to pass through. On the other hand, since a relatively high frequency alternating current can easily pass through the cell membrane, it not only flows through the extracellular fluid, but also passes inside the cell as shown by the dotted line in FIG. To flow.

ここで、電極101A,101Bが血液に直接接触している場合には、測定されるインピーダンスは図4aに示される等価回路の両端のインピーダンスZ  Here, when the electrodes 101A and 101B are in direct contact with blood, the measured impedance is the impedance Z at both ends of the equivalent circuit shown in FIG. 4a. 1 に相当する。つまり、測定されるインピーダンスは、血液のインピーダンスそのものである。これに対して、本実施形態のように電極101A,101Bと血液とが樹脂製のチューブにより隔てられていて互いに接触しない場合には、測定されるインピーダンスは、図4bに示される等価回路の両端のインピーダンスZIt corresponds to. That is, the impedance to be measured is the blood impedance itself. On the other hand, when the electrodes 101A and 101B and blood are separated by a resin tube and do not contact each other as in the present embodiment, the measured impedance is the both ends of the equivalent circuit shown in FIG. 4b. Impedance Z 2 に相当する。ここで、図4bに示される等価回路は、図4aに示される血液の等価回路に、血液回路108を構成する樹脂製のチューブに相当する静電容量Csが直列に接続されたものである。なお、以後の説明において、適宜、インピーダンスZIt corresponds to. Here, the equivalent circuit shown in FIG. 4b is obtained by connecting a capacitance Cs corresponding to a resin tube constituting the blood circuit 108 in series to the blood equivalent circuit shown in FIG. 4a. In the following description, the impedance Z is appropriately determined. 1 を接触モデルの等価回路インピーダンスZEquivalent circuit impedance Z of the contact model 1 と呼び、インピーダンスZCalled impedance Z 2 を非接触モデルの等価回路インピーダンスZIs equivalent circuit impedance Z of non-contact model 2 と呼ぶ。Call it.

ここで、接触モデルの等価回路インピーダンスZ  Here, the equivalent circuit impedance Z of the contact model 1 と、非接触モデルの等価回路インピーダンスZAnd the equivalent circuit impedance Z of the non-contact model 2 はそれぞれ、数1、数2のように表すことができる。ここで、数1と数2を比較して分かるように、接触モデルの等価回路インピーダンスZCan be expressed as Equation 1 and Equation 2, respectively. Here, as can be seen by comparing Equation 1 and Equation 2, the equivalent circuit impedance Z of the contact model 1 と、非接触モデルの等価回路インピーダンスZAnd the equivalent circuit impedance Z of the non-contact model 2 の実部Real{ZReal part of Z 1 }及びReal{Z} And Real {Z 2 }はいずれも同じ式(数3参照)で表すことができる。} Can be expressed by the same formula (see Equation 3).

Figure 0005726662
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上述のように、接触型の血液インピーダンス測定装置を用いる場合には、測定されるインピーダンスは血液のインピーダンスにほぼ等しい。しかしながら、本実施形態のように非接触型の血液インピーダンス測定装置100を用いる場合には、測定されたインピーダンスから血液のインピーダンスを求めるためには、数2の第2項の成分、すなわち、血液回路108を構成する樹脂製のチューブに起因する静電容量Csの成分の影響を取り除かなければならない。ここで、数2によれば、ω→0の極限において、第1項→Reであるのに対して、第2項→∞である。このことから、低周波領域においては、インピーダンスZ  As described above, when a contact-type blood impedance measuring apparatus is used, the impedance to be measured is approximately equal to the impedance of blood. However, when the non-contact type blood impedance measuring apparatus 100 is used as in the present embodiment, the component of the second term of Equation 2, that is, the blood circuit, is used in order to obtain the blood impedance from the measured impedance. The influence of the component of the capacitance Cs caused by the resin tube constituting the 108 must be removed. Here, according to Equation 2, in the limit of ω → 0, the first term → Re, while the second term → ∞. From this, in the low frequency region, the impedance Z 2 の大きさ(|ZSize (| Z 2 |)は、第2項による寄与が支配的となることが分かる。すなわち、低周波領域において計測されるインピーダンスZ|) Shows that the contribution of the second term is dominant. That is, the impedance Z measured in the low frequency region 2 の大きさ(|ZSize (| Z 2 |)は、静電容量Csによる寄与分(1/ωCs)にほぼ等しいと考えられるので、これにより、樹脂製のチューブの静電容量Csを推定することができる。Since |) is considered to be substantially equal to the contribution (1 / ωCs) due to the capacitance Cs, it is possible to estimate the capacitance Cs of the resin tube.

そして、低周波領域においてインピーダンスZ  And the impedance Z in the low frequency region 2 の大きさを測定することにより、樹脂製チューブの静電容量Csを推定することができれば、数2の第2項の成分の大きさを求めることができるため、その影響を取り除くことができる。このようにして、本実施形態のような非接触型の血液インピーダンス測定装置100により測定されたインピーダンスZIf the electrostatic capacity Cs of the resin tube can be estimated by measuring the size of, the magnitude of the component of the second term of Equation 2 can be obtained, and the influence can be removed. In this way, the impedance Z measured by the non-contact blood impedance measuring apparatus 100 as in the present embodiment. 2 から、血液のインピーダンスを求めることができる。From this, the impedance of blood can be determined.

以上をまとめると、本実施形態の非接触型の血液インピーダンス測定装置100を用いて血液のインピーダンスを測定する方法は以下のようになる(図13参照)。まず、血液回路108に、絶縁体を介して血液回路108内の流路と対向するように少なくとも1対の電極(電極101A、101B)を配置する(S1)。次に、少なくとも1対の電極に、低周波数の電気入力信号(例えば交流電流信号)を含む電気入力信号を入力する(S2)。ここで、低周波数の電気入力信号とは、好ましくは10kHz〜200kHz程度の周波数領域の信号であり、さらに好ましくは50kHz〜100kHz程度の周波数領域の信号である。ここでは、このような周波数領域の低周波数の電気入力信号と、これよりも高周波数の電気入力信号(例えば数百kHz〜100MHz程度)を含む電気入力信号を電極に入力する。次に、電気入力信号によって少なくとも1対の電極に誘起される電気出力信号を検出する(S3)。ここで検出される電気出力信号は、上述の低周波数の電気入力信号に対応する低周波数の電気出力信号と、高周波数の電気入力信号に対応する高周波数の電気出力信号とを含んでいる。次に、低周波数の電気入力信号と、低周波数の電気入力信号により誘起された低周波数の出力電気信号に基づいて、絶縁体の静電容量を算出する(S4)。上述のように、低周波数の電気入力信号と、それにより誘起された出力電気信号とから算出されるインピーダンスの大きさは、絶縁体の静電容量の寄与が支配的である。このことを利用して、低周波数の電気入力信号と、それにより誘起された出力電気信号から、絶縁体の静電容量を算出する。そして、絶縁体の静電容量と、(高周波数領域における)電気入力信号と、(高周波数領域における)出力電気信号とに基づいて血液のインピーダンスを算出する(S5)。このようにして、絶縁体の静電容量による影響を取り除いて、血液のインピーダンスを算出することができる。  In summary, the method for measuring the impedance of blood using the non-contact blood impedance measuring apparatus 100 of the present embodiment is as follows (see FIG. 13). First, at least one pair of electrodes (electrodes 101A and 101B) is arranged in the blood circuit 108 so as to face the flow path in the blood circuit 108 via an insulator (S1). Next, an electrical input signal including a low-frequency electrical input signal (for example, an alternating current signal) is input to at least one pair of electrodes (S2). Here, the low frequency electric input signal is preferably a signal in a frequency region of about 10 kHz to 200 kHz, and more preferably a signal in a frequency region of about 50 kHz to 100 kHz. Here, an electrical input signal including a low frequency electrical input signal in such a frequency region and a higher frequency electrical input signal (for example, about several hundred kHz to 100 MHz) is input to the electrodes. Next, an electrical output signal induced in at least one pair of electrodes by the electrical input signal is detected (S3). The electrical output signal detected here includes a low-frequency electrical output signal corresponding to the above-described low-frequency electrical input signal and a high-frequency electrical output signal corresponding to the high-frequency electrical input signal. Next, the capacitance of the insulator is calculated based on the low frequency electrical input signal and the low frequency output electrical signal induced by the low frequency electrical input signal (S4). As described above, the contribution of the capacitance of the insulator is dominant in the magnitude of the impedance calculated from the low-frequency electrical input signal and the output electrical signal induced thereby. Using this, the capacitance of the insulator is calculated from the low-frequency electrical input signal and the output electrical signal induced thereby. Then, the impedance of the blood is calculated based on the capacitance of the insulator, the electrical input signal (in the high frequency region), and the output electrical signal (in the high frequency region) (S5). In this way, the blood impedance can be calculated by removing the influence of the capacitance of the insulator.

次に、測定された血液のインピーダンスから生理学情報を抽出する方法について説明する。ここで、測定された血液のインピーダンスから、その逆数であるアドミッタンスを求め、各周波数におけるアドミッタンスを複素平面にプロットすることにより、いわゆるコールコールプロットを作成することができる。図6に、低張液、全血、高張液について作成されたコールコールプロットの例を示す。コールコールプロットにおいて、アドミッタンスの軌跡は、図6に示すように円弧状になることが知られている。ここで、円弧の左端の横軸の値が1/Reを示し、右端の値が(1/Re)+(1/Ri)を示す。なお、図6において、低張液とは、細胞(例えば赤血球細胞)よりも浸透圧が低くなるように、血液に生理食塩水よりも低濃度の食塩水を混ぜた液体であり、高張液は細胞(例えば赤血球細胞)よりも浸透圧が高くなるように、血液に生理食塩水よりも高濃度の食塩水を混ぜた液体である。低張液、全血、高張液の順に、細胞外液抵抗Reが小さくなるため、その逆数である1/Reの値はこの順に大きくなる。これに対応して、図6に示されるコールコールプロットでは、左側から低張液、全血、高張液の順に並んでいる。  Next, a method for extracting physiological information from the measured blood impedance will be described. Here, a so-called Cole-Cole plot can be created by obtaining an admittance that is the reciprocal of the measured blood impedance and plotting the admittance at each frequency on a complex plane. FIG. 6 shows an example of a Cole-Cole plot created for hypotonic solution, whole blood, and hypertonic solution. In the Cole-Cole plot, it is known that the admittance locus has an arc shape as shown in FIG. Here, the value on the horizontal axis at the left end of the arc indicates 1 / Re, and the value on the right end indicates (1 / Re) + (1 / Ri). In FIG. 6, the hypotonic solution is a liquid obtained by mixing blood with a saline solution having a concentration lower than that of physiological saline so that the osmotic pressure is lower than that of cells (for example, red blood cells). It is a liquid obtained by mixing blood with a higher concentration of saline than physiological saline so that the osmotic pressure is higher than that of cells (for example, red blood cells). Since the extracellular fluid resistance Re decreases in the order of hypotonic solution, whole blood, and hypertonic solution, the reciprocal 1 / Re value increases in this order. Correspondingly, in the Cole-Cole plot shown in FIG. 6, the hypotonic solution, whole blood, and hypertonic solution are arranged in this order from the left side.

高張液においては、赤血球細胞内の水が細胞外液に奪われて赤血球細胞が収縮する。このとき、ヘマトクリットが一定であると仮定すると、赤血球細胞の細胞内液抵抗Riは大きくなる。逆に、低張液においては、赤血球細胞が細胞外液の水を奪って赤血球細胞が膨張する。このとき、赤血球細胞の細胞内液抵抗Riは小さくなる。このように、細胞内液抵抗Riの大きさによって、赤血球細胞が膨張しているか、収縮しているかを推定することができる。このことは、細胞の浮腫の有無を判断する際に有用である。  In the hypertonic solution, the water in the red blood cells is deprived by the extracellular fluid and the red blood cells contract. At this time, assuming that the hematocrit is constant, the intracellular fluid resistance Ri of the red blood cells increases. On the other hand, in the hypotonic solution, the red blood cells take the water of the extracellular fluid and the red blood cells expand. At this time, the intracellular fluid resistance Ri of the red blood cells is reduced. In this way, it is possible to estimate whether the red blood cells are expanding or contracting based on the magnitude of the intracellular fluid resistance Ri. This is useful in determining the presence or absence of cell edema.

このように、測定された血液のインピーダンスに基づいて、上述のようなコールコールプロットを作成することにより、細胞外液抵抗Re及び細胞内液抵抗Riに関する種々の情報を引き出すことができる。  As described above, by creating the above-described Cole-Cole plot based on the measured blood impedance, it is possible to extract various information related to the extracellular fluid resistance Re and the intracellular fluid resistance Ri.

また、測定された血液のインピーダンスの実部及び虚部の、周波数依存性をそれぞれプロットし、数1における細胞外液抵抗Re、細胞内液抵抗Ri及び  Further, the frequency dependence of the real part and the imaginary part of the measured blood impedance is plotted, respectively, and the extracellular fluid resistance Re, the intracellular fluid resistance Ri in Equation 1 and
細胞膜容量Cmをパラメータとして、数1の虚部、実部の関数を用いて非線形最小二乗法でフィッティングを行い、細胞外液抵抗Re、細胞内液抵抗Ri及び細胞膜容量Cmを求めてもよい。The extracellular fluid resistance Re, the intracellular fluid resistance Ri, and the cell membrane capacitance Cm may be obtained by performing fitting by a non-linear least square method using the function of the imaginary part and the real part of Equation 1 with the cell membrane capacity Cm as a parameter.

なお、上述の議論においては、血液のインピーダンスを、3つのパラメータ(細胞外液抵抗Re、細胞内液抵抗Ri及び細胞膜容量Cm)を用いてモデル化していたが、別のモデルを用いて、血液のインピーダンスをモデル化してもよい。例えば等価回路に並列に第2の細胞内液抵抗Ri2及び細胞膜容量Cm2を付加したいわゆる2時定数モデルを利用してもよい。たとえば非特許文献1には、浸透圧の増加に伴い、f=1/(2πRiCm)で求まる2つの中心分散周波数が離れて行き、一方が低下することが示されている。これは上述のように、細胞が収縮してRiが増加していることを反映している。また例えば、血液のインピーダンスをヘマトクリット、赤血球の短軸と長軸の長さ、血漿の導電率、細胞内液の導電率、細胞膜の誘電率、及び細胞膜厚等のパラメータで特徴付けるモデルを採用してもよい。この場合にも、測定された血液のインピーダンスの周波数プロットを、非線形最小二乗法によりフィッティングして上述のパラメータを求めてもよい。このとき、例えばクリットラインチャンバに配置されたセンサによって、血液のヘマトクリット値を光学的に測定している場合には、その測定値をヘマトクリット値として用いて、その他のパラメータを非線形最小二乗法により求めてもよい。  In the above discussion, the impedance of blood is modeled using three parameters (extracellular fluid resistance Re, intracellular fluid resistance Ri, and cell membrane capacitance Cm). May be modeled. For example, a so-called two-time constant model in which a second intracellular fluid resistance Ri2 and a cell membrane capacitance Cm2 are added in parallel to the equivalent circuit may be used. For example, Non-Patent Document 1 shows that as the osmotic pressure increases, the two center dispersion frequencies obtained by f = 1 / (2πRiCm) move away and one decreases. As described above, this reflects that the cells contract and Ri increases. Also, for example, a model that characterizes blood impedance by parameters such as hematocrit, the lengths of the short and long axes of red blood cells, plasma conductivity, intracellular fluid conductivity, cell membrane dielectric constant, and cell thickness is adopted. Also good. Also in this case, the above parameters may be obtained by fitting a frequency plot of the measured blood impedance by a non-linear least square method. At this time, for example, when the hematocrit value of blood is optically measured by a sensor arranged in the crit line chamber, the measured value is used as the hematocrit value, and other parameters are obtained by the nonlinear least square method. May be.

次に、非接触型の血液インピーダンス測定装置100の有用性を確かめるために、後述の接触型血液セル及び非接触型の血液セルを用意して以下のような比較実験を行った。図7に、本実験に用いた接触型血液セル300を示す。接触型血液セル300は、略直方体形状の樹脂製(ポリカーボネート製)セル301と、セル301の内部に形成された血液流路302と、血液流路302に設けられた一対の電極303とを備える。血液流路302は、その最上流部分及び最下流部分にそれぞれ設けられたインレット302a及びアウトレット302bと、インレット302a及びアウトレット302bにそれぞれ連通する第1血液溜まり302c及び第2血液溜まり302dと、第1、第2血液溜まり302c、302dを連通する連通流路302eとを有する。第1、第2血液溜まり302c、302dは、直径約20mmの円筒形状の空間として形成されている。連通流路302eは内径6mm、長さ20mmのチューブ状の流路として形成されている。また、一対の電極303は、直径約14mmの円形の、プラチナ電極であり、第1、第2血液溜まり302c、302dの底部にそれぞれ1つずつ設けられている。  Next, in order to confirm the usefulness of the non-contact type blood impedance measuring apparatus 100, a contact type blood cell and a non-contact type blood cell, which will be described later, were prepared and the following comparative experiment was performed. FIG. 7 shows a contact blood cell 300 used in this experiment. The contact-type blood cell 300 includes a substantially rectangular parallelepiped resin (polycarbonate) cell 301, a blood channel 302 formed inside the cell 301, and a pair of electrodes 303 provided in the blood channel 302. . The blood flow path 302 includes an inlet 302a and an outlet 302b provided in the most upstream part and the most downstream part, a first blood reservoir 302c and a second blood reservoir 302d communicating with the inlet 302a and the outlet 302b, respectively. And a communication channel 302e that communicates with the second blood reservoirs 302c and 302d. The first and second blood reservoirs 302c and 302d are formed as cylindrical spaces having a diameter of about 20 mm. The communication flow path 302e is formed as a tubular flow path having an inner diameter of 6 mm and a length of 20 mm. The pair of electrodes 303 is a circular platinum electrode having a diameter of about 14 mm, and one electrode is provided at the bottom of each of the first and second blood reservoirs 302c and 302d.

上述の接触型血液セル300の内部の血液流路302を豚の血液(全血)で満たし、電極303にインピーダンスアナライザ(Agilent Technologies社製HP4294A)を接続して、全血のインピーダンス測定を行った。測定した周波数領域は、5kHz〜100MHzである。さらに、血液流路302を、豚の血液に0.6%の食塩水を混ぜた液体(低張液と呼ぶ)で満たした場合と、豚の血液に1.2%の食塩水を混ぜた液体(高張液と呼ぶ)で満たした場合について、同様のインピーダンス測定を行った。なお、前述のように、全血と比較して、低張液においては赤血球細胞は膨張し、高張液においては赤血球細胞は収縮していると考えられる。  The blood flow path 302 inside the contact-type blood cell 300 described above was filled with porcine blood (whole blood), and an impedance analyzer (HP Technologies manufactured by Agilent Technologies, Inc., HP4294A) was connected to the electrode 303 to measure the impedance of whole blood. . The measured frequency range is 5 kHz to 100 MHz. Furthermore, when the blood flow path 302 is filled with a liquid (referred to as a hypotonic solution) obtained by mixing 0.6% saline with porcine blood, and 1.2% saline is mixed with porcine blood. The same impedance measurement was performed for the case where it was filled with a liquid (called hypertonic solution). As described above, it is considered that the red blood cells are expanded in the hypotonic solution and the red blood cells are contracted in the hypertonic solution as compared with the whole blood.

さらに、比較のために、接触型血液セル300に代えて、非接触型血液セル(図3の電極101A,101B及び樹脂チューブ製の血液回路208に相当)を全血、低張液、高張液で満たした場合についても、同様のインピーダンス測定を行った。  Further, for comparison, in place of the contact-type blood cell 300, a non-contact-type blood cell (corresponding to the electrodes 101A and 101B and the resin tube blood circuit 208 in FIG. 3) is replaced with whole blood, hypotonic solution, and hypertonic solution. The same impedance measurement was performed for the case where it was satisfied.

図8は、各周波数において測定されたインピーダンスの絶対値(以下、|Z|と呼ぶ)をプロットしたグラフである。図8aは、接触型血液セル300についての測定結果を示し、図8bは非接触型血液セルについての測定結果を示す。ここで、図8bによれば、0.1MHz以下の低周波数領域において、指数的に|Z|が増大しているのがわかる。これは、前述のように、特に低周波数領域において、数2の右辺第2項の成分が飛躍的に大きくなることに対応している。すなわち、電極101A,101Bと全血などの測定対象との間には、血液回路208を構成する樹脂が配置されているため、この樹脂の部分の静電容量に起因して、低周波数領域で測定される|Z|が増大していると考えられる。逆に言えば、低周波数領域で測定される|Z|は、前述の樹脂部分の静電容量に起因する成分(数2の右辺第2項の成分)が支配的であるため、この低周波数領域で測定される|Z|の測定値から樹脂部分の静電容量を求めることができる。そして、樹脂部分の静電容量に起因する成分を取り除くことにより、血液のインピーダンスを抽出できる。なお、樹脂部分の静電容量は電気特性が既知の校正用水溶液で校正し、予め求めることも可能である。  FIG. 8 is a graph plotting the absolute value (hereinafter, referred to as | Z |) of the impedance measured at each frequency. FIG. 8a shows the measurement results for the contact-type blood cell 300, and FIG. 8b shows the measurement results for the non-contact-type blood cell. Here, according to FIG. 8b, it can be seen that | Z | increases exponentially in a low frequency region of 0.1 MHz or less. As described above, this corresponds to the fact that the component of the second term on the right-hand side of Equation 2 increases dramatically, particularly in the low frequency region. That is, since the resin constituting the blood circuit 208 is arranged between the electrodes 101A and 101B and the measurement object such as whole blood, the resin portion has a low frequency region due to the capacitance of the resin portion. It is considered that the measured | Z | is increased. In other words, | Z | measured in the low frequency region is dominated by the component (the component of the second term on the right side of Equation 2) due to the capacitance of the resin portion described above. The capacitance of the resin portion can be obtained from the measured value of | Z | And the impedance of blood can be extracted by removing the component resulting from the electrostatic capacitance of the resin part. The capacitance of the resin portion can be obtained in advance by calibrating with a calibration aqueous solution with known electrical characteristics.

このようにして、非接触型血液セルを用いた測定において、血液回路208を構成する樹脂部分の静電容量の寄与を取り除き、測定されたインピーダンスの実部及び虚部をプロットしたものが図9a、bに示されている。なお、それぞれ、比較として接触型血液セル300を用いて測定された結果も示されている。図9aをみると、インピーダンスの実部(抵抗成分)の値の大きさ自体は、セルの形状大きさが異なるため、接触型血液セル300と非接触型血液セルとを用いた場合で少しずれているものの、全血、低張液、高張液における抵抗成分の大小関係、及び、抵抗成分の周波数依存性は、いずれのセルを用いた場合でも概ね一致している。同様に、図9bをみると、インピーダンスの虚部(リアクタンス成分)の値の大きさ自体は、接触型血液セル300と非接触型血液セルとを用いた場合で、セルの形状大きさが異なるため、値はずれているものの、全血、低張液、高張液におけるリアクタンス成分の大小関係、及び、リアクタンス成分の周波数依存性は、いずれのセルを用いた場合でも概ね一致している。なおこの絶対値(値そのもの)の違いは、導電率が既知の溶液例えば塩化カリウム水溶液を、各測定セルで予め測定し、そのデータでそれぞれの測定セルを校正すれば解消すると考えられる。特に、リアクタンス成分の周波数依存性をみると、ある周波数を中心にピークを形成していることが分かる。さらに、このピーク周波数の値は、接触型血液セル300と非接触型血液セルとを用いた場合でほぼ一致していることが分かる。また、このピーク周波数の位置は、全血、低張液、高張液の違いに応じてシフトしている。また前述のように、細胞外液抵抗Re、細胞内液抵抗Ri及び細胞膜容量Cmをパラメータとして非線形最小二乗法でフィッティングを行い、細胞外液抵抗Re、細胞内液抵抗Ri及び細胞膜容量Cmを求めてもよい。  Thus, in the measurement using the non-contact type blood cell, the contribution of the electrostatic capacity of the resin part constituting the blood circuit 208 is removed, and the real part and imaginary part of the measured impedance are plotted in FIG. 9a. , B. In addition, the result measured using the contact-type blood cell 300 as a comparison is also shown, respectively. Referring to FIG. 9a, the magnitude of the value of the real part (resistance component) of the impedance is slightly different when the contact type blood cell 300 and the non-contact type blood cell are used because the shape of the cell is different. However, the magnitude relationship of the resistance component in whole blood, hypotonic solution, and hypertonic solution, and the frequency dependence of the resistance component are almost the same regardless of which cell is used. Similarly, in FIG. 9b, the magnitude of the value of the imaginary part (reactance component) of the impedance is the same when the contact-type blood cell 300 and the non-contact-type blood cell are used. Therefore, although the values are deviated, the magnitude relationship of the reactance components in the whole blood, the hypotonic solution, and the hypertonic solution, and the frequency dependence of the reactance components are almost the same regardless of which cell is used. This difference in absolute value (value itself) is considered to be eliminated if a solution having a known conductivity, such as an aqueous potassium chloride solution, is measured in advance in each measurement cell, and each measurement cell is calibrated with the data. In particular, the frequency dependence of the reactance component shows that a peak is formed around a certain frequency. Further, it can be seen that the value of the peak frequency is almost the same when the contact blood cell 300 and the non-contact blood cell are used. The position of the peak frequency is shifted according to the difference between whole blood, hypotonic solution, and hypertonic solution. In addition, as described above, the extracellular fluid resistance Re, the intracellular fluid resistance Ri, and the cell membrane capacity Cm are used as parameters to perform fitting by the non-linear least square method to obtain the extracellular fluid resistance Re, the intracellular fluid resistance Ri, and the cell membrane capacity Cm. May be.

このように、接触型血液セル300及び非接触型セルを用いた比較実験から、非接触での血液のインピーダンス測定が有用であることが分かった。  As described above, it was found from the comparison experiment using the contact type blood cell 300 and the non-contact type cell that the impedance measurement of blood without contact is useful.

本発明の血液インピーダンス測定装置は、上述の血液インピーダンス測定装置100には限られない。例えば、上述の血液インピーダンス測定装置100は、樹脂製のチューブと、その外側に巻き付くように設けられた一対の円環状の電極101A,101Bを有していたが、本発明は必ずしもこのような構成には限られない。例えば、図10に示される血液インピーダンス測定装置100Aのように、一対の円環状の電極101A,101Bに代えて、二対の円環状の電極101C、101D、101E、101Fを有していてもよい。ここで、電極101C、101Dが対をなし、電極101E、101Fが対をなしている。一方の一対の電極101C、101Dには電流発生回路102が接続されており、他方の一対の電極101E、101Fには電圧検出回路103が接続されている。このように、図10に示される血液インピーダンス測定装置100Aにおいては、交流電流を印加するための入力信号用の電極と、誘起される交流電圧をピックアップするための出力信号用の電極とが独立に設けられている。  The blood impedance measuring device of the present invention is not limited to the blood impedance measuring device 100 described above. For example, the blood impedance measuring apparatus 100 described above has a resin tube and a pair of annular electrodes 101A and 101B provided to wrap around the resin tube. However, the present invention is not necessarily limited to such a configuration. The configuration is not limited. For example, like the blood impedance measuring apparatus 100A shown in FIG. 10, two pairs of annular electrodes 101C, 101D, 101E, and 101F may be provided instead of the pair of annular electrodes 101A and 101B. . Here, the electrodes 101C and 101D make a pair, and the electrodes 101E and 101F make a pair. A current generation circuit 102 is connected to one pair of electrodes 101C and 101D, and a voltage detection circuit 103 is connected to the other pair of electrodes 101E and 101F. Thus, in blood impedance measuring apparatus 100A shown in FIG. 10, an input signal electrode for applying an alternating current and an output signal electrode for picking up an induced alternating voltage are independently provided. Is provided.

ここで、対象となる血液セル(図10の電極101C〜101F及び樹脂チューブ製の血液回路208に相当)に交流電流を流したとき電極101C,101Dの直下の樹脂のコンデンサのインピーダンスが原因で電圧が発生する。さらに、このコンデンサを通過した電流は血液に流れ血液のインピーダンスによる電圧を発生させる。ここで、樹脂のコンデンサのインピーダンスによる電圧は、数2にあるようにその静電容量を推定して差し引くことはできるが、血液のインピーダンスによる電圧が樹脂のコンデンサのインピーダンスよりも微弱な場合には測定誤差が大きくでてくる可能性があり、測定の精度とS/Nとを低下させることも考えられる。そこで電極101C、101Dの内側にそれらと分離して出力信号検出用の電極101E、101Fを設けこの電極を介して電圧を検出する。電極101E、101Fは樹脂を介しその直下の血液のインピーダンスによって発生した電圧と、その樹脂のコンデンサのインピーダンスと電圧検出回路に流れる入力電流による電圧降下を同時に計測する。電圧検出回路に流れる電流は一般に微弱にできることが多い。よって、図10の構成では、血液のインピーダンスと比較的大きな入力信号電流とによる電圧降下と、出力信号(検出)用の電極直下の樹脂のインピーダンスと微弱な電流による電圧降下とを計測するため、所望の血液のインピーダンスによる電圧を樹脂のコンデンサのインピーダンスによる電圧に比べて相対的に大きくすることができる。言い換えると図4bのCsの影響を低減でき図4aに近づけることが可能となる。この電圧検出の改善方法は4電極法として知られている。絶縁樹脂の影響は予め既知の校正用電解液(塩化カリウム溶液や塩化ナトリウム溶液)で測定しておいてもよい。なお、電極は必ずしも二対である必要はなく、必要に応じて、複数の入力信号用の電極対及び複数の出力信号用の電極対を用いることができる。  Here, when an alternating current is passed through the target blood cell (corresponding to the electrodes 101C to 101F and the resin tube blood circuit 208 in FIG. 10), the voltage is caused by the impedance of the resin capacitor immediately below the electrodes 101C and 101D. Will occur. Furthermore, the current passing through this capacitor flows into the blood and generates a voltage due to the impedance of the blood. Here, the voltage due to the impedance of the resin capacitor can be subtracted by estimating its capacitance as in Equation 2, but if the voltage due to the blood impedance is weaker than the impedance of the resin capacitor There is a possibility that the measurement error will increase, and it is conceivable to reduce the measurement accuracy and S / N. Therefore, electrodes 101E and 101F for detecting output signals are provided inside the electrodes 101C and 101D separately from the electrodes 101C and 101D, and a voltage is detected through these electrodes. The electrodes 101E and 101F simultaneously measure the voltage generated by the impedance of the blood immediately below the resin and the voltage drop due to the impedance of the capacitor of the resin and the input current flowing through the voltage detection circuit. In general, the current flowing in the voltage detection circuit can often be made weak. Therefore, in the configuration of FIG. 10, in order to measure the voltage drop due to the blood impedance and the relatively large input signal current, the impedance of the resin directly under the output signal (detection) electrode, and the voltage drop due to the weak current, The voltage due to the impedance of the desired blood can be made relatively larger than the voltage due to the impedance of the resin capacitor. In other words, the influence of Cs in FIG. 4b can be reduced, and it becomes possible to approximate to FIG. 4a. This method of improving voltage detection is known as the four-electrode method. The influence of the insulating resin may be measured in advance with a known calibration electrolyte (potassium chloride solution or sodium chloride solution). Note that the electrodes do not necessarily have to be two pairs, and a plurality of input signal electrode pairs and a plurality of output signal electrode pairs can be used as necessary.

図11に示すように、血液インピーダンス測定装置100が、血液回路208に接続する2つの接続部401と、2つの接続部401の間に設けられ、薄い円盤状のチャンバ部402と、チャンバ部402の円形の面(表面及び裏面)に設けられた一対の電極403とを有する薄型チャンバ400を備えていてもよい。この場合には、チャンバ部402が薄い形状を有しているので、電極403と、電流発生回路102及び電圧検出回路103とを接続する際に、クリップなどを用いて容易に接続することができる。  As shown in FIG. 11, blood impedance measuring apparatus 100 is provided between two connecting portions 401 connected to blood circuit 208, and between two connecting portions 401, and a thin disc-shaped chamber portion 402, chamber portion 402 A thin chamber 400 having a pair of electrodes 403 provided on a circular surface (front surface and back surface) may be provided. In this case, since the chamber portion 402 has a thin shape, when the electrode 403 is connected to the current generation circuit 102 and the voltage detection circuit 103, the connection can be easily performed using a clip or the like. .

なお、薄型チャンバは必ずしも円盤状である必要はなく、任意の形状にしうる。例えば、図12に示される薄型チャンバ400Aのように薄い板状の形状を有していてもよい。また、薄型チャンバに取り付けられる電極は、必ずしも薄型チャンバを挟むように設けられる必要はない。例えば、図12に示される薄型チャンバ400Aのように、一対の円形の電極403に代えて、同心状に配置された一対の電極403A、403Bを有していてもよい。なお、一対の同心円状の電極403A、403Bは、いずれも電流発生回路102及び電圧検出回路103に接続されているが、前述の血液インピーダンス測定装置100Aのように、電流発生回路102に接続される電極対と電圧検出回路103に接続される電極対とを独立に設けてもよい。  Note that the thin chamber does not necessarily have a disc shape, and may have an arbitrary shape. For example, it may have a thin plate shape like a thin chamber 400A shown in FIG. Further, the electrode attached to the thin chamber is not necessarily provided so as to sandwich the thin chamber. For example, a thin chamber 400A shown in FIG. 12 may have a pair of electrodes 403A and 403B arranged concentrically instead of the pair of circular electrodes 403. The pair of concentric electrodes 403A and 403B are both connected to the current generation circuit 102 and the voltage detection circuit 103, but are connected to the current generation circuit 102 as in the blood impedance measurement device 100A described above. The electrode pair and the electrode pair connected to the voltage detection circuit 103 may be provided independently.

あるいは、血液インピーダンス測定装置は、必ずしも血液回路208に直列に挿入されなくてもよく、血液回路208に側路を作り、その側路に血液インピーダンス測定装置が設けられてもよい。この場合には、万が一、血液回路208に不具合が生じるなどして、溶血や血栓が生じ血液インピーダンス測定装置が使用できなくなった場合でも、継続して患者への血液浄化の治療が続行できる。  Alternatively, the blood impedance measurement device does not necessarily have to be inserted in series with the blood circuit 208, and a side path is formed in the blood circuit 208, and the blood impedance measurement device may be provided in the side path. In this case, even if a malfunction occurs in the blood circuit 208 and hemolysis or a blood clot occurs and the blood impedance measuring device cannot be used, the blood purification treatment for the patient can be continued.

上述の説明においては、血液インピーダンス測定装置の電極は、血液回路を構成する樹脂製のチューブの表面に設けられていたが、本発明は必ずしもこのような構成には限られない。例えば、電極を兼ねた金属製のチューブの内面に、薄い絶縁膜がコーティングされていてもよい。薄い絶縁膜として、例えばフッ素系樹脂などを用いることができる。ここで、数2の右辺第2項に含まれる静電容量Csの値は、電極の面積を大きくすればするほど、そして、電極と血液との間の絶縁体(あるいは絶縁膜)の厚さを薄くすればするほど、小さくすることができる。上述のように、血液のインピーダンスを抽出するためには、静電容量Csに起因する成分は取り除かなければならないことを考慮すると、静電容量Csの大きさを予めできるだけ小さくなるように設定することが望ましい。その点では、金属製のチューブの内面に薄い絶縁膜をコーティングする場合には、絶縁膜の厚さを非常に薄く形成することも可能であり、静電容量Csの大きさを小さく抑えることができる。  In the above description, the electrode of the blood impedance measuring device is provided on the surface of the resin tube constituting the blood circuit, but the present invention is not necessarily limited to such a configuration. For example, a thin insulating film may be coated on the inner surface of a metal tube that also serves as an electrode. As the thin insulating film, for example, a fluorine resin can be used. Here, the value of the capacitance Cs included in the second term on the right-hand side of Equation 2 is such that as the area of the electrode is increased, the thickness of the insulator (or insulating film) between the electrode and blood is increased. The thinner it is, the smaller it can be. As described above, in order to extract the impedance of blood, it is necessary to set the size of the capacitance Cs to be as small as possible in advance, considering that the component due to the capacitance Cs must be removed. Is desirable. In that respect, when a thin insulating film is coated on the inner surface of a metal tube, the thickness of the insulating film can be made very thin, and the capacitance Cs can be kept small. it can.

なお、上述の説明において、血液のインピーダンス測定装置は、クリットラインチャンバ205の上流側に配置されていたが、本発明はこのような配置には限られず、血液回路208の任意の位置に配置することができる。例えば、体の状態をモニタするためには採血する部分(人工透析の場合には血液シャントと呼ぶ)の直後が好ましいが、カテーテルの挿入される部分は出血などないように安定に固定するなど注意を払い続ける必要があるため、そのそばにいろいろな装置を付加することは好ましくない。このような観点からは、安定に血液回路中を血液が回っているところであって、且つ、インピーダンス測定装置を配置したとしても他の装置などと干渉しない位置(例えば、上述の実施形態のようなダイアライザーの手前側など)に配置することが望ましい。また、本発明の血液インピーダンス測定装置は、人体(あるいは動物)の体外に引き出された体外循環血液回路に設けられていればよく、必ずしも人工透析装置に設けられる必要はない。例えば、発明の血液インピーダンス測定装置を人工心肺装置に設けることができる。  In the above description, the blood impedance measuring apparatus is disposed upstream of the crit line chamber 205. However, the present invention is not limited to such an arrangement, and is disposed at an arbitrary position of the blood circuit 208. be able to. For example, in order to monitor the state of the body, a portion immediately after blood collection (called a blood shunt in the case of artificial dialysis) is preferable, but the portion where the catheter is inserted is fixed stably so as not to bleed. Since it is necessary to continue paying, it is not preferable to add various devices beside it. From such a point of view, the blood is stably circulating in the blood circuit, and even if the impedance measuring device is arranged, it does not interfere with other devices (for example, as in the above embodiment). It is desirable to place it on the front side of the dialyzer. The blood impedance measuring device of the present invention may be provided in an extracorporeal circulating blood circuit drawn out of the human body (or animal), and is not necessarily provided in an artificial dialysis device. For example, the blood impedance measuring device of the invention can be provided in an oxygenator.

また、上述の説明において、血液のインピーダンス測定装置は電流発生回路を通じて、周波数の異なる交流電流を発生させつつ、交流電流に起因して発生する交流電圧を検出することにより、各周波数における血液のインピーダンスを測定していたが、本発明はこれには限られない。交流電圧を電極間に印加し、そのときに流れる交流電流を電極に直列に配置した電流検出抵抗で測ることにより、インピーダンスを算出してもよい。また、電極に入力する電気信号は必ずしも正弦波でなくてもよく、時間的に変動する電気信号であればよい。例えば、パルス状の電圧を電極間に印加しその時に流れる電流を電極に直列の電流検出抵抗で測り、電流の時間波形をフーリエ変換することにより血液成分の電気的インピーダンスを求めてもよい。この手法はTDR(Time Domain Reflectometry)法と呼ばれる。  In the above description, the blood impedance measuring device generates an alternating current having a different frequency through the current generation circuit, and detects an alternating voltage generated due to the alternating current, thereby detecting the blood impedance at each frequency. However, the present invention is not limited to this. The impedance may be calculated by applying an alternating voltage between the electrodes and measuring the alternating current flowing at that time with a current detection resistor arranged in series with the electrodes. In addition, the electrical signal input to the electrode is not necessarily a sine wave, and may be an electrical signal that varies with time. For example, the electrical impedance of the blood component may be obtained by applying a pulsed voltage between the electrodes, measuring the current flowing at that time with a current detection resistor in series with the electrodes, and Fourier transforming the time waveform of the current. This method is called TDR (Time Domain Reflectometry) method.

本発明の血液インピーダンス測定装置を、人工透析装置に取り付けて、人工透析中の血液のインピーダンス測定を行うことにより、血液に浸透圧の変動が生じているかどうかをモニタすることができる。これにより、急激な浸透圧の変動により透析患者が全身的なショックを引き起こす前に浸透圧の調整などの対処を行うことが可能となる。  By attaching the blood impedance measuring apparatus of the present invention to an artificial dialysis apparatus and measuring the impedance of blood during artificial dialysis, it is possible to monitor whether fluctuations in osmotic pressure occur in the blood. As a result, it is possible to take measures such as adjusting the osmotic pressure before the dialysis patient causes systemic shock due to a rapid fluctuation of the osmotic pressure.

100 血液インピーダンス測定装置  100 Blood impedance measuring device
200 人工透析装置  200 Artificial dialyzer
204 ダイアライザー  204 dialyzer
208 血液回路  208 Blood circuit

Claims (7)

体外を循環する血液回路を流れる血液のインピーダンスを測定する血液インピーダンス測定装置であって、
前記血液回路に設けられた少なくとも一対の電極と、
前記少なくとも一対の電極に接続されて、時間的に変動する入力電気信号を前記少なくとも一対の電極に入力する信号源と、
前記少なくとも一対の電極に接続されて、前記時間的に変動する電気入力信号が前記少なくとも一対の電極に入力されたときに前記少なくとも一対の電極に誘起される出力電気信号を検出する検出回路と、
前記入力電気信号と前記出力電気信号に基づいて、血液のインピーダンスを算出する演算回路と、
前記少なくとも一対の電極と、前記血液回路を流れる血液とを電気的に絶縁する絶縁体とを備え
前記時間的に変動する電気入力信号は、低周波数の交流電流信号と高周波数の交流電流信号を含み、
前記演算回路は、低周波数の交流電流信号を用いて測定された血液のインピーダンスの大きさから前記絶縁体の静電容量を算出し、算出された前記絶縁体の静電容量に基づいて、前記血液のインピーダンスを算出する血液インピーダンス測定装置。
A blood impedance measuring device for measuring impedance of blood flowing through a blood circuit circulating outside the body,
At least a pair of electrodes provided in the blood circuit;
A signal source that is connected to the at least one pair of electrodes and inputs an input electrical signal that varies with time to the at least one pair of electrodes;
A detection circuit connected to the at least one pair of electrodes and detecting an output electric signal induced in the at least one pair of electrodes when the time-variable electric input signal is inputted to the at least one pair of electrodes;
An arithmetic circuit that calculates blood impedance based on the input electrical signal and the output electrical signal;
Comprising at least a pair of electrodes and an insulator for electrically insulating blood flowing through the blood circuit ;
The temporally varying electrical input signal includes a low frequency alternating current signal and a high frequency alternating current signal,
The arithmetic circuit calculates the capacitance of the insulator from the magnitude of blood impedance measured using a low-frequency alternating current signal, and based on the calculated capacitance of the insulator, blood impedance measuring device that to calculate the impedance of blood.
前記少なくとも一対の電極は、前記信号源及び前記検出回路の両方に接続される一対の電極を含む請求項1に記載の血液インピーダンス測定装置。   The blood impedance measuring device according to claim 1, wherein the at least one pair of electrodes includes a pair of electrodes connected to both the signal source and the detection circuit. 前記少なくとも一対の電極は、前記信号源に接続され前記検出回路に接続されない第1の電極対と、前記検出回路に接続され前記信号源に接続されない第2の電極対とを含む請求項1に記載の血液インピーダンス測定装置。   The at least one pair of electrodes includes a first electrode pair connected to the signal source and not connected to the detection circuit, and a second electrode pair connected to the detection circuit and not connected to the signal source. The blood impedance measuring apparatus as described. 前記血液回路は樹脂製のチューブにより構成されており、
前記少なくとも一対の電極は前記チューブの外側に配置され、
前記絶縁体は、前記血液回路を画成する前記樹脂製のチューブである請求項1〜3のいずれか一項に記載の血液インピーダンス測定装置。
The blood circuit is composed of a resin tube,
The at least one pair of electrodes is disposed outside the tube;
The blood impedance measuring apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein the insulator is the resin tube that defines the blood circuit.
前記絶縁体は、前記電極の表面を被覆する絶縁膜として形成され、
前記少なくとも一対の電極に設けられた前記絶縁膜が前記血液回路の一部を画成して、前記血液に接触している請求項1〜3のいずれか一項に記載の血液インピーダンス測定装置。
The insulator is formed as an insulating film covering the surface of the electrode,
The blood impedance measuring device according to any one of claims 1 to 3, wherein the insulating film provided on the at least one pair of electrodes defines a part of the blood circuit and is in contact with the blood.
人工透析装置であって、An artificial dialysis machine,
血液を循環させる血液回路と、A blood circuit that circulates blood,
透析液を循環させる透析液回路と、A dialysate circuit for circulating the dialysate;
透析液回路に接続されて、透析液を供給しつつ透析液を循環させる透析液供給装置と、A dialysate supply device connected to the dialysate circuit and circulating the dialysate while supplying the dialysate;
血液回路に接続されて、血液を循環させる血液ポンプと、A blood pump connected to the blood circuit to circulate the blood;
血液回路及び透析液回路に接続されるダイアライザーと、A dialyzer connected to the blood circuit and the dialysate circuit;
血液回路に接続される請求項1〜5のいずれか一項に記載の血液インピーダンス測定装置とを備える人工透析装置。An artificial dialysis apparatus comprising the blood impedance measuring apparatus according to any one of claims 1 to 5 connected to a blood circuit.
血液回路を流れる血液のインピーダンスを測定する装置の作動方法であって、A method of operating a device for measuring the impedance of blood flowing through a blood circuit, comprising:
前記装置の電気信号入力手段が血液回路を流れる血液に、前記血液との間に配置された絶縁体により絶縁された少なくとも一対の電極を通じて低周波数の交流電流信号と高周波数の交流電流信号を含む電気入力信号を入力することと、The electrical signal input means of the device includes a low-frequency alternating current signal and a high-frequency alternating current signal through the blood flowing through the blood circuit through at least a pair of electrodes insulated by an insulator disposed between the blood. Inputting an electrical input signal;
前記装置の検出手段が前記電気入力信号を前記少なくとも一対の電極に入力したときに、前記少なくとも一対の電極に誘起される出力電気信号を検出することと、Detecting an output electric signal induced in the at least one pair of electrodes when the detection means of the device inputs the electric input signal to the at least one pair of electrodes;
前記装置の静電容量算出手段が前記低周波数の交流電流信号と、前記低周波数の交流電流信号により誘起された低周波数の出力電気信号に基づいて、前記絶縁体の静電容量を算出することと、The capacitance calculating means of the device calculates the capacitance of the insulator based on the low-frequency alternating current signal and a low-frequency output electrical signal induced by the low-frequency alternating current signal. When,
前記装置のインピーダンス算出手段が前記絶縁体の静電容量と、前記電気入力信号と、前記出力電気信号とに基づいて血液のインピーダンスを算出することとを備える血液のインピーダンスを測定する装置の作動方法。An apparatus operating method for measuring blood impedance, wherein the impedance calculation means of the device comprises calculating the blood impedance based on the capacitance of the insulator, the electrical input signal, and the output electrical signal. .
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