JP6605755B2 - 流体評価装置及び方法、コンピュータプログラム並びに記録媒体 - Google Patents
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Description
<第1実施形態>
第1実施形態に係る流体評価装置は、流体に光を照射する照射部と、流体からの散乱光を受光して受光信号を出力する受光部と、受光信号に含まれる散乱光の光量を示す光量情報と、受光信号に含まれる光のドップラーシフトに起因するビート信号に係る周波数を示す周波数情報とにより示される、光量と周波数とで規定される第1平面上の入力点を、流体の流量と流体の濃度とで規定される第2平面上に写像することにより、流量及び濃度の少なくとも一方を推定する推定部と、備える。
第2実施形態に係る流体評価装置は、流体に光を照射する照射部と、流体からの散乱光を受光して受光信号を出力する受光部と、受光信号に含まれる散乱光の光量を示す光量情報と、受光信号に含まれる光のドップラーシフトに起因するビート信号に係る周波数を示す周波数情報と、を成分とする第1のパラメータを、流体の流量と流体の濃度とを成分とする第2のパラメータに変換することにより、流量及び濃度の少なくとも一方を推定する推定部と、を備える。
流体評価方法は、流体に光を照射する照射部と、流体からの散乱光を受光して受光信号を出力する受光部と、を備える流体評価装置における流体評価方法である。当該流体評価方法は、受光信号に含まれる散乱光の光量を示す光量情報と、受光信号に含まれる光のドップラーシフトに起因するビート信号に係る周波数を示す周波数情報とにより示される、光量と周波数とで規定される第1平面上の入力点を、流体の流量と流体の濃度とで規定される第2平面上に写像することにより、流量及び濃度の少なくとも一方を推定する推定工程を含む。
実施形態に係るコンピュータプログラムは、流体に光を照射する照射部と、流体からの散乱光を受光して受光信号を出力する受光部と、を備える流体評価装置に搭載されたコンピュータを、受光信号に含まれる散乱光の光量を示す光量情報と、受光信号に含まれる光のドップラーシフトに起因するビート信号に係る周波数を示す周波数情報とにより示される、光量と周波数とで規定される第1平面上の入力点を、流体の流量と流体の濃度とで規定される第2平面上に写像することにより、流量及び濃度の少なくとも一方を推定する推定部として機能させる。
実施形態に係る記録媒体は、上述した実施形態に係るコンピュータプログラムが記録されている。実施形態に係る記録媒体の一例としての、コンピュータプログラムが記録されたCD−ROM(Compact Disc Read Only Memory)、DVD−ROM(DVD Read Only Memory)等を、流体評価装置に搭載されたコンピュータに読み込ませて、記録されたコンピュータプログラムを実行させれば、上述した第1実施形態に係る流体評価装置を比較的容易に実現することができる。この結果、実施形態に係る記録媒体によれば、上述した第1実施形態に係る流体評価装置と同様に、流体を適切に評価することができる。
実施例に係る流体評価装置の構成について、図1乃至図5を参照して説明する。図1は、実施例に係る流体評価装置の構成を示すブロック図である。図2は、実施例に係る受光素子21及びI−V変換部22の一例を示す回路図である。図3は、実施例に係る受光素子31及びI−V変換部32の一例を示す回路図である。図4は、実施例に係る流量濃度推定部の構成を示すブロック図である。図5は、周波数解析の一例を示す概念図である。
受光素子21は、被測定対象に照射されたレーザ光の散乱光(ここでは、後方散乱光)を含む反射光を受光する。受光素子21は、受光した散乱光の強度に応じた、本発明に係る「受光信号」の一例としての、検出電流(図1における“検出電流1”参照)を出力する。I−V変換部22は、受光素子21から出力された検出電流を電圧信号(図1における“検出電圧1”参照)に変換する。
受光素子31は、被測定対象に照射されたレーザ光の散乱光(ここでは、前方散乱光)を含む透過光を受光する。受光素子31により受光される散乱光には、体外循環血液回路を構成するチューブ内を流れる血液(特に、当該血液に含まれる、移動している散乱体である赤血球)により散乱された散乱光や、チューブ等の静止している組織により散乱された散乱光が含まれる。
流体濃度推定部25は、反射光量RAC及び透過光量TDCに基づいて、血液の流量Q及び濃度Ht(本実施例では、ヘマトクリット値)の少なくとも一方を推定する。尚、推定方法の詳細については後述する。
次に、受光素子21及びI−V変換部22の一例について、図2を参照して説明を加える。
Idt=Id2−Id1・・・・・(1)
となる。
Vd1=Rf1・Idt・・・・・(2)
となる。増幅器Amp2から出力される出力電圧Vd2は、
Vd2=−Rf2・Idt・・・・・(3)
となる。
Vout=(Rb/Ra)(Vd1−Vd2)・・・・・(4)
と表すことができる。
Vout=2Rf(Rb/Ra)Idt・・・・・(5)
と表すことができる。
次に、受光素子31及びI−V変換部32の一例について、図3を参照して説明を加える。
次に、流量濃度推定部25の構成について図4を参照して説明する。
本実施例に係る流体評価(即ち、流量及び濃度の推定)の説明に先立ち、流体評価の問題点について、図6乃至図11を参照して説明する。
次に、本実施例に係る流体評価について説明する。上述の如く、平均周波数fm及び透過光量TDCは共に、流体の流速及び濃度に依存する。本願発明者は、平均周波数fmと透過光量TDCとに基づいて、流体の流量(又は流速)と、流体の濃度としての血液のヘマトクリット値との少なくとも一方を求めるという着想に至った。
次に、平均周波数fmと透過光量TDCとを成分とする入力点p(fm、TDC)が、入力格子点エリアA1〜A9のいずれに該当するかを判別するエリア判別方法の具体例について、図13並びに図14乃至図17のフローチャートを参照して説明する。
図13において、入力格子点1〜4により規定された入力格子点エリア(網かけ部分)について、入力格子点1から入力格子点2に向かうベクトルをベクトルv1とする。同様に、入力格子点2から入力格子点3に向かうベクトルをベクトルv2、入力格子点3から入力格子点4に向かうベクトルをベクトルv3、入力格子点4から入力格子点1に向かうベクトルをベクトルv4とする。
図14に示すエリア判別方法では、先ず、入力格子点エリア判別部252は、探索エリア番号ArNmに、予め定められた初期値(デフォルト値)をセットする(ステップS101)。次に、入力格子点エリア判別部252は、探索エリア番号ArNmにより示される入力格子点エリアを規定する4つの入力格子点と、入力点pとから、上述の手順で外積を求め、探索エリア番号ArNmにより示される入力格子点エリア内に、入力点pが含まれるか否かを判定する(ステップS102)。
図15に示すエリア判別方法では、入力格子点エリア判別部252は、前回エリア判別を行った際に、最後に探索された入力格子点エリアを示す番号を、例えばメモリ等に保存するように構成されている。
図16に示すエリア判別方法では、入力格子点エリア判別部252は、今回エリア判別を行った(即ち、探索された)入力格子点エリアを示す番号を、探索エリア履歴として、例えばメモリ等に保存するように構成されている。
図17に示すエリア判別方法では、入力格子点エリア判別部252は、(i)前回エリア判別を行った際に、最後に探索された入力格子点エリアを示す番号を、例えばメモリ等に保存すると共に、(ii)今回エリア判別を行った入力格子点エリアを示す番号を、探索エリア履歴として、例えばメモリ等に保存する、ように構成されている。
当該流体評価装置100では、入力平面上の入力点p(fm、TDC)が、射影変換により、出力平面上の出力点q(Q、Ht)に写像される。このため、当該流体評価装置100によれば、例えば血液の流量を一定に維持しつつ、血液の濃度だけを変化させた場合であっても、図10(b)に示すように、血液の濃度の変化の影響を受けずに適切な評価を行うことができる。同様に、例えば血液の濃度を一定に維持しつつ、血液の流速だけを変化させた場合であっても、図11(b)に示すように、血液の流速の変化の影響を受けずに適切な評価を行うことができる。
実施例に係る流体評価装置100の変形例について、図18を参照して説明する。図18は、実施例に係る流量濃度推定部の変形例の構成を示すブロック図である。
Claims (8)
- 流体に光を照射する照射部と、
前記流体からの散乱光を受光して受光信号を出力する受光部と、
前記受光信号に含まれる前記散乱光の光量を示す光量情報と、前記受光信号に含まれる前記光のドップラーシフトに起因するビート信号に係る周波数を示す周波数情報とにより示される、前記光量と前記周波数とで規定される第1平面上の入力点を、前記流体の流量と前記流体の濃度とで規定される第2平面上に写像することにより、前記流量及び前記濃度の少なくとも一方を推定する推定部と、
を備えることを特徴とする流体評価装置。 - 前記推定部は、
夫々、前記第1平面において前記光量及び前記周波数により示される位置と、前記第2平面において前記流量及び前記濃度により示される位置との対応関係が既知である複数の格子点に係る格子点情報を有し、
前記第1平面における前記入力点と前記格子点情報により示される格子点との位置関係に基づいて、前記入力点を前記第2平面上に写像する
ことを特徴とする請求項1に記載の流体評価装置。 - 前記推定部は、前記位置関係から前記格子点情報により示される複数の格子点により規定される一又は複数のエリアのうち前記入力点が属するエリアを特定し、前記特定されたエリアに応じた変換係数を用いて前記入力点を前記第2平面上に写像することを特徴とする請求項2に記載の流体評価装置。
- 前記受光部は、前記散乱光のうち前記流体により反射された散乱光を受光する第1受光部と、前記散乱光のうち前記流体を透過した散乱光を受光する第2受光部と、を有し、
前記推定部は、前記受光信号の一部としての、前記第1受光部の出力信号から前記周波数情報を取得すると共に、前記受光信号の他の一部としての、前記第2受光部の出力信号から前記光量情報を取得する
ことを特徴とする請求項1に記載の流体評価装置。 - 流体に光を照射する照射部と、前記流体からの散乱光を受光して受光信号を出力する受光部と、を備える流体評価装置における流体評価方法であって、
前記受光信号に含まれる前記散乱光の光量を示す光量情報と、前記受光信号に含まれる前記光のドップラーシフトに起因するビート信号に係る周波数を示す周波数情報とにより示される、前記光量と前記周波数とで規定される第1平面上の入力点を、前記流体の流量と前記流体の濃度とで規定される第2平面上に写像することにより、前記流量及び前記濃度の少なくとも一方を推定する推定工程を含む
ことを特徴とする流体評価方法。 - 流体に光を照射する照射部と、前記流体からの散乱光を受光して受光信号を出力する受光部と、を備える流体評価装置に搭載されたコンピュータを、
前記受光信号に含まれる前記散乱光の光量を示す光量情報と、前記受光信号に含まれる前記光のドップラーシフトに起因するビート信号に係る周波数を示す周波数情報とにより示される、前記光量と前記周波数とで規定される第1平面上の入力点を、前記流体の流量と前記流体の濃度とで規定される第2平面上に写像することにより、前記流量及び前記濃度の少なくとも一方を推定する推定部として機能させる
ことを特徴とするコンピュータプログラム。 - 請求項6に記載のコンピュータプログラムが記録されていることを特徴とする記録媒体。
- 流体に光を照射する照射部と、
前記流体からの散乱光を受光して受光信号を出力する受光部と、
前記受光信号に含まれる前記散乱光の光量を示す光量情報と、前記受光信号に含まれる前記光のドップラーシフトに起因するビート信号に係る周波数を示す周波数情報と、を成分とする第1のパラメータを、前記流体の流量と前記流体の濃度とを成分とする第2のパラメータに変換することにより、前記流量及び前記濃度の少なくとも一方を推定する推定部と、
を備えることを特徴とする流体評価装置。
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