JP6212682B2 - 血液粘度測定のための流量測定装置およびその装置を利用した流量測定方法 - Google Patents

Description

本発明は、毛細管粘度計法に代わって毛細血管と同等の断面積の流路を持つオリフィスによって血液の粘度を測定することに関する。

血液の粘度測定は、一般的に毛細管粘度計法（特許文献１）や振動式粘度計（特許文献２）など比較的低粘度を測定できる方法によって行われる。

毛細管粘度計法は細長い細管に液を流し、液が一定量流れる時間を測定し、基準液体（一般的に水）と比較してその粘度を求めるものである。

この方法は動粘度といわれるもので、通常の粘度を密度で割ったものであり、密度の大きい方が動粘度が小さい（重さが大きい方が早く流れる）と言うことを意味する。

しかしながらこの方法は、水のように液体内部に固形分等がない液体の場合は均一に流れるが、血液のような非ニュートン流体の場合、内部に血球や血漿などさまざまな固形分や粘度が異なる物質が混在している液体の場合は不均一に流れる場合がある。

また、あまり毛細管の内径が大きい場合、早く流れるため水などの基準となる液体との時間差が小さく、内径が小さい場合血球などの固形分が流路をふさぐことがあるため流れにくくなり時間差が大きくなる。

どちらの場合も本来の動粘度を測定できず、血液本来の動粘度を測定することは困難である。そのためより血液の動粘度に近い値を測定するためには、人間の毛細血管の断面積と近傍の断面積を持つ流路でできた細管である必要がある。

振動式粘度計は、液中に振動板を入れ液中で振動させるときに出る振動を妨げる力によって粘度を求める方法である。

この方法は、振動子を一定の振動数（周波数）で振動させると振動子と液体の間には粘性による摩擦力が働きこの摩擦力の大きさにより振幅が変化するもので、その測定原理に基づく理論式より粘度と密度の積として検出される。

この方法によれば、一定量カップ等に満たされた血液中に振動板を入れ測定するため、血球やその他粘度の異なる液体が混在してもその粘度の値に変化はない。

毛細管粘度計は、粘度を密度で割ったもので表し、振動式粘度計は粘度と密度とを掛けたもので表されるため同じ粘度と言っても数値が異なる問題がある。

その他、液中に羽を入れ液中で回転させるときに出る回転を妨げる力によって粘度を求める方法（特許文献３）などがあるが液の量を多く必要としまた低粘度を測れないなどの問題がある。

特表２００３−５１５１２３号公報 特開２０１３−１１３６５６号公報 特開平５−１０７１７５号公報

本発明は、血液中の赤血球の大きさに近傍の断面積を持つ流路を一定量血液が流れるときの時間を測定し、人間の血管中の流速に近い条件で血液の粘度を測定する血液粘度測定装置であることを目的とする。

本発明は、
（１）請求項１の 毛細血管の断面積と近傍の断面積の流路を有し入り口と出口を持つオリフィス１（以下オリフィス１と言う）と、オリフィス１の出口３に接続された廃液用配管４と、廃液用配管４に接続された入り口と出口を持つ微少流量の測定が可能な液体用マスフローセンサ５と、液体用マスフローセンサ５の出口に接続された排出配管６と、排出配管６の先端に液を貯留するタンク７とからなる液流量測定部と、オリフィス１の入り口２に接続された清浄用液導入配管８と、清浄用液導入配管８に接続された清浄用液タンク９とからなる清浄用液導入部と、オリフィス１の入り口２に接続された血液導入配管１０と、血液導入配管１０に被測定血液を注入する注入装置１１とからなる血液導入部と、オリフィス１を設置・交換するためのステージ１４と、液体用マスフローセンサ５からの流量信号を計測し各部の動作を制御する制御装置１２とからなる血液粘度測定装置。
（２）オリフィス１は測定ごとに新しいものと交換し、常に同一の条件で測定することができることを特徴とする（１）記載の血液粘度測定装置。
（３）オリフィス１の高さ方向の位置と貯留タンクまでの落差１３が１８０〜２２０ｍｍであることを特徴とする（１）記載の血液粘度測定装置。
（４）オリフィス１の入り口２に接続された清浄用液導入配管８は、液流量測定部に清浄液を充満および配管の洗浄のとき以外はオリフィス１の入り口２からはずすことを特徴とする（１）記載の血液粘度測定装置。
（５）血液導入配管１０は、血液をオリフィス入り口２に注入するとき以外はオリフィス１の入り口２からはずすことを特徴とする（１）記載の血液粘度測定装置。
（６）オリフィス１は透明の材質で作られており、外部から流れの状況を目視できることを特徴とする（１）記載の血液粘度測定装置。
である。

本発明で使用するオリフィス１は、ＳｉＯ_２やガラスなどの基板上にリソグラフィー技術を用いて、概ね２〜１０μｍの幅と深さを有し長さが１０〜１００μｍ長の流路が複数本あるものを使用し、人間の毛細血管の断面積に近傍のものとする。

人間の血液中にある赤血球は、１個の大きさが概ね直径が７〜８μｍで厚みが２μｍと言われており、それが通る毛細血管の内径は５〜１０μｍと言われている。

本発明で使用するオリフィス１は、赤血球が１個通過するに十分でしかし複数個同時に通過するには抵抗となる断面積をもつことで、人間の毛細血管中を通過する血液の粘度により近い条件で測定を行うことが可能である。

オリフィス１の出口３には、シリコンゴムやフッ素樹脂、ニトリルゴムやポリウレタンなど可撓性の良い材質の廃液配管４が接続されている。

廃液配管４は、オリフィス１が装置に固定後常に同オリフィス１の出口３に接続されている。

廃液配管４には、液体用マスフローセンサ５が接続されており、オリフィス１を通過する血液の量は常に２００マイクロリッター以下（以下μＬと言う）と極微量であるため、その流量を測定する液体用マスフローセンサ５は毎分１ミリリッター（以下ｍＬと言う）以下の微少流量を連続して計測可能な熱式の流量センサであり、通常のガラス管中の液面の沈降位置を測定するものとは異なり、時間と流量の関係を連続して測定する機能を有する。

液体用マスフローセンサ５の出口には排出配管６が接続され、排出配管６には貯留タンク７が接続されており、オリフィス１を固定後常にオリフィス１から貯留タンク７間の液流量測定部は常に清浄液体で満たされている。

この清浄液体は、オリフィス１の入り口２に接続された清浄用液導入配管８と、清浄用液導入配管８に接続された清浄用液タンク９とからなる清浄用液導入部から供給され、本清浄液体は水や蒸留水、生理食塩水などを使用することでもよい。

液流量測定部を清浄液体で満たした後は、清浄用液導入配管８をオリフィス１の入り口２から切り離なす。

次にオリフィス１の入り口２には、被測定血液が２００μＬ封入された血液導入配管１０と被測定血液を注入する注入装置１１が接続され、注入装置１１によってオリフィス１の入り口２に注入される。

オリフィス１の入り口２に注入された後は、血液導入配管１０と被測定血液を注入する注入装置１１はオリフィス１の入り口２から切り離なす。

これによりオリフィス１の入り口２には被測定血液２００μＬが注入され、オリフィス１とその出口３から貯留タンク７までは清浄液体で満たされている状態となったが、オリフィス１と貯留タンク７との落差１３を１８０〜２２０ｍｍになるよう設定し、貯留タンク７を大気開放することでサイフォンの原理によって全ての液が貯留タンク７の方向に流れる。

オリフィス１には当初清浄液体が流れるが、その後被測定血液がオリフィス１を通過する状態となる。サイフォンの原理によって液体用マスフローセンサ５にも清浄液体が流れるため最初清浄液体がオリフィス１を通過したときの流量値を示し、その後被測定血液がオリフィス１を通過する状態となると液体用マスフローセンサ５からは被測定血液の流量値を示す。

これによって実際に液体用マスフローセンサに被測定血液が流れなくても被測定血液の流量と時間を測定することができ、落差１３を常に一定になるよう調整することでオリフィス１以外の部位や人が直接血液に触れることなく血液の粘度を同一条件の下で測定することが可能となる。

また、オリフィス１の材質をガラスなどの透明な物質で製作することで、被測定血液がどのようにオリフィス１内を流れていくかを目視することができ、粘度の違いを血球の大きさによるものか凝集によるものかなど視認することも可能となる。

本発明の毛細血管の断面積と近傍の断面積の流路を有し入り口と出口を持つオリフィス１に清浄液体と被測定血液を注入しサイフォンの原理によって微少流量を測定する手法によれば、被測定血液の量を２００μＬと非常に少量で済み、液体用マスフローセンサと併用することで時々刻々の流量を測定することができ、より確からしさの高い血液の粘度測定ができる効果がある。目視しながらの測定も可能で粘度が変化する原因を視認することができる効果がある。

本発明の全体図である。 清浄液体を充満しているときの図である。 被測定血液を注入しているときの図である。 測定中の図である。 落差が一定であることを示した図である。

以下、本発明の実施例を図面にしたがって説明する。

図１は本装置の全体図である。毛細血管の断面積と近傍の断面積の流路を有し入り口と出口を持つオリフィス１の出口３に廃液配管４が接続され、廃液配管４に液体用マスフローセンサ５が接続されている。液体用マスフローセンサ５の出口側に排出配管６が接続され、排出配管６に貯留タンク７が接続されている。

液体用マスフローセンサ５から出力される流量信号は制御装置１２に入力され時々刻々と変化する流量値を積算流量に換算し都度の合計流量を算出する。

オリフィス１は、被測定血液１液に対し１個を使用するため設置・交換するためのステージ１４に都度設置・固定する。

清浄用液導入配管８に接続された清浄用液タンク９には常に清浄液体が準備されている。

血液導入配管１０に被測定血液を注入する注入装置１１にはオリフィス１が交換・固定されるごとに被測定血液を２００μＬ充填する。

図２は、設置・固定されたオリフィス１の出口３に廃液配管４が接続すると、清浄用液導入配管８がオリフィス１の入り口２に接続され、清浄用液タンク９に準備された清浄液体をオリフィス１から排出配管６の出口まで満たすよう充填する。

清浄液体充填が完了した後、液体用マスフローセンサ５で積算流量を測定しながら貯留タンク７側に排出し２００μＬとなった時点で排出を停止する。排出の開始及び停止は貯留タンク７を大気開放するかまたは密閉にするかで行うことができる。また排出配管６の途中に自動又は手動のバルブを設けることでもよい。

清浄液体をオリフィス１から排出配管６の出口まで充填が完了し２００μＬ排出した後は清浄液体導入配管８をオリフィス１の入り口２から取り外す。そのとき清浄液体導入配管から清浄液体が落ちないようにするため清浄液体導入配管８の途中に自動又は手動のバルブを設けることでもよい。

図３は、清浄液体導入配管８がオリフィス１の入り口２から取り外され、血液導入配管１０と血液導入配管１０に被測定血液を注入する注入装置１１がオリフィス１の入り口２に接続される。

清浄液体が２００μＬ減少しオリフィス１の入り口２の液面が低下した部分に血液導入配管１０から２００μＬの被測定血液を注入する。

オリフィス１の入り口２に適正量の被測定血液が注入された後、血液導入配管１０と血液導入配管１０に被測定血液を注入する注入装置１１をオリフィス１の入り口２から取り外す。

図４は、実際の測定時の図である。測定の開始は貯留タンク７を大気開放することで開始され、サイフォンの原理でオリフィス１から貯留タンク７方向に液が流れる。

オリフィス１に清浄液体が通過中は、粘度が低いため流速が早くしたがって液体用マスフローセンサからの流量値は大きいが、被測定血液がオリフィス１に到達しオリフィス１内を通過し始めると粘度が高くなるため流速が低下し、よって液体用マスフローセンサからの流量値は小さくなる。

図５に示すように、オリフィス１から貯留タンク７までの落差１３は１８０ｍｍ〜２２０ｍｍでありこの値は調整可能とするも固定値とすることで測定の誤差を最小限にすることができる。

実際の測定では、清浄液体が２００ｍｍ落差１３で１００μＬ流れたとき平均１８．８秒であり、血液と同程度の粘度を持つ擬似液体においては７９秒であった。一般的に人の血液の粘度は３〜５と言われており概ね同等の結果を得ることができた。

1 オリフィス
2 オリフィス１の入り口
3 オリフィス１の出口
4 廃液配管
5 液体用マスフローセンサ
6 排出配管
7 貯留タンク
8 清浄用液導入配管
9 清浄用液タンク
10 血液導入配管
11 注入装置
12 制御装置
13 落差
14 設置・交換するためのステージ

Claims (5)

1. 毛細血管の断面積と同等の断面積の流路を有し入り口と出口を持つオリフィスと、
   前記オリフィスの出口に接続される廃液用配管と、
   前記廃液用配管に接続される入り口と出口を持つ微少流量の測定が可能な液体用マスフローセンサと、
   前記液体用マスフローセンサ出口に接続される排出配管と、
   前記排出配管の先端に液を貯留するタンクを含む液流量測定部と、
   前記オリフィスの入り口は、清浄用液導入配管、または、血液導入管が接続され得る構成となっており、
   前記清浄用液導入配管は、前記オリフィスから前記廃液用配管まで液を満たすためのも のであり、
   前記血液導入管は、前記清浄用液導入配管により前記オリフィスから前記廃液用配管ま で液を満たした後に、前記オリフィスに血液を導入するためのものであり、
   前記貯留タンクの入口は、前記オリフィスの出口よりも下方にある血液粘度測定のため の流量測定装置。
2. 前記清浄用液導入配管には、清浄用液タンクを含む清浄用液導入部が接続され、
   前記血液導入配管には、被測定血液を注入する注入装置を含む血液導入部が接続されていることを特徴とする請求項１に記載の流量測定装置。
3. 前記オリフィスを設置および交換するためのステージが設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の流量測定装置。
4. 前記オリフィスの出口と前記貯留タンクまでの落差が１８０〜２２０ｍｍであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の流量測定装置。
5. 血液粘度測定のための流量測定装置を利用した流量測定方法であり、
   前記流量測定装置は、
   毛細血管の断面積と同等の断面積の流路を有し入り口と出口を持つオリフィスと、
   前記オリフィスの出口に接続される廃液用配管と、
   前記廃液用配管に接続される入り口と出口を持つ微少流量の測定が可能な液体用マスフ ローセンサと、
   前記液体用マスフローセンサ出口に接続される排出配管と、
   前記排出配管の先端に液を貯留するタンクを含む液流量測定部と、
   前記オリフィスの入り口は、清浄用液導入配管、または、血液導入管が接続され得る構 成となっており、
   前記貯留タンクの入口は、前記オリフィスの出口よりも下方にあり、
   前記清浄用液導入配管により、前記オリフィスから前記廃液用配管まで液を満たす工程 （Ａ）と、
   前記工程（Ａ）の後に、前記血液導入管により、前記オリフィスに血液を導入する工程 （Ｂ）を含む流量測定方法。