JP6614608B2 - Fluid evaluation apparatus and method, computer program, and recording medium - Google Patents

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Description

本発明は、被測定対象物の内部に流れる、例えば血液等の流体に照射された光を受光して得られる信号に基づいて該流体の評価を行う流体評価装置及び方法、コンピュータプログラム並びに、該コンピュータプログラムを格納する記録媒体の技術分野に関する。   The present invention relates to a fluid evaluation apparatus and method, a computer program, and a computer program for evaluating the fluid based on a signal obtained by receiving light irradiated to a fluid such as blood flowing inside the measurement object. The present invention relates to the technical field of recording media for storing computer programs.

この種の装置として、例えば、医療用チューブの周囲にLED(Light Emitting Diode)と受光素子とを配置し、受光信号から医療用チューブ内を流れる血液のヘマトクリットを計測する装置が提案されている(特許文献1参照)。或いは、内部に血液が流れているチューブにレーザ光を照射し、受光素子の受光量から算出された血液濃度に基づいて、レーザ光のドップラーシフトから算出された血液流量を補正する装置が提案されている(特許文献2参照)。   As an apparatus of this type, for example, an apparatus has been proposed in which an LED (Light Emitting Diode) and a light receiving element are arranged around a medical tube, and hematocrit of blood flowing in the medical tube is measured from a light reception signal ( Patent Document 1). Alternatively, a device is proposed that irradiates a tube in which blood flows inside with a laser beam and corrects the blood flow calculated from the Doppler shift of the laser beam based on the blood concentration calculated from the amount of light received by the light receiving element. (See Patent Document 2).

尚、本発明に関連する先行技術文献として、特許文献3及び特許文献4がある。特許文献3には、赤血球の血球径よりも狭い幅の流路を流れる血液をカメラにより撮影し、撮影された画像に画像処理を施すことにより血液のヘマトクリット値を求め、該ヘマトクリット値に基づいて、該流路を流れる血液中の赤血球の速度を補正することにより、赤血球の変形能を算出する装置が開示されている。特許文献4には、血液透析のパラメータを治療中に求めるために、透析器に係る透析液流量、ポンプ回転数、透析液出入口濃度、血液流速、等からヘマトクリットを算出する装置が開示されている。   As prior art documents related to the present invention, there are Patent Document 3 and Patent Document 4. In Patent Document 3, blood flowing through a flow path having a width smaller than the blood cell diameter of red blood cells is photographed by a camera, and a hematocrit value of blood is obtained by performing image processing on the photographed image, and based on the hematocrit value. An apparatus for calculating the deformability of red blood cells by correcting the speed of red blood cells in the blood flowing through the flow path is disclosed. Patent Document 4 discloses an apparatus for calculating hematocrit from a dialysate flow rate, pump rotation speed, dialysate inlet / outlet concentration, blood flow rate, and the like related to a dialyzer in order to obtain hemodialysis parameters during treatment. .

国際公開第2004/057313号パンフレットInternational Publication No. 2004/057313 Pamphlet 国際公開第2013/153664号パンフレットInternational Publication No. 2013/153664 Pamphlet 国際公開第2010/137470号パンフレットInternational Publication No. 2010/137470 Pamphlet 特開平10−314299号公報JP 10-314299 A

特許文献1及び2に記載の技術には、改良の余地があるという技術的問題点がある。   The techniques described in Patent Documents 1 and 2 have a technical problem that there is room for improvement.

本発明は、例えば上記問題点に鑑みてなされたものであり、流体の流量及び流速の少なくとも一方を好適に求めることができる流体評価装置及び方法、コンピュータプログラム並びに該コンピュータプログラムを格納する記録媒体を提供することを課題とする。   The present invention has been made in view of the above problems, for example, and includes a fluid evaluation apparatus and method, a computer program, and a recording medium for storing the computer program that can suitably determine at least one of the flow rate and the flow velocity of the fluid. The issue is to provide.

本発明の流体評価装置は、上記課題を解決するために、内部に流体が流れている被測定対象に光を照射する光源と、前記照射された光の前記被測定対象からの散乱光を受光し、前記受光された散乱光に応じた受光信号を出力する受光部と、前記出力された受光信号に含まれる前記受光部の受光量に関する情報である受光量情報を出力する第1情報出力部と、前記出力された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基づく情報、前記出力された受光量情報、並びに前記受光量情報及び前記ビート信号に基づく情報の関係を規定する対応関係情報に基づいて、前記流体の流量及び前記流体の流速の少なくとも一方に関する情報を出力する第2情報出力部と、を備え、前記対応関係情報は、前記受光量情報及び前記ビート信号に基づく情報各々を軸とする座標系において、前記流体の流量又は前記流体の流速に関するパラメータの複数の値に夫々対応すると共に、前記受光量情報と前記ビート信号に基づく情報との関係を規定する複数の関係線である。
In order to solve the above-described problems, the fluid evaluation apparatus of the present invention receives a light source that irradiates light to a measurement target in which a fluid flows inside, and scattered light from the measurement target of the irradiated light. A light receiving unit that outputs a light reception signal corresponding to the received scattered light, and a first information output unit that outputs light reception amount information that is information related to the light reception amount of the light reception unit included in the output light reception signal. And the relationship between the information included in the output light reception signal based on the beat signal due to the Doppler shift of the light, the output light reception amount information, and the information based on the light reception amount information and the beat signal. based on the correspondence information, the second information output section for outputting information regarding at least one of the flow rate of the flow rate and the fluid of the fluid, wherein the correspondence information, the received light amount information and the In the coordinate system having each axis based on the information based on the beat signal, each of the parameters corresponds to a plurality of parameters relating to the flow rate of the fluid or the flow velocity of the fluid, and the relationship between the received light amount information and the information based on the beat signal Are a plurality of relationship lines.

本発明の流体評価方法は、上記課題を解決するために、内部に流体が流れている被測定対象に光を照射する光源と、前記照射された光の前記被測定対象からの散乱光を受光し、前記受光された散乱光に応じた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、前記出力された受光信号に含まれる前記受光部の受光量に関する情報である受光量情報を出力する第1情報出力工程と、前記出力された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基づく情報、前記出力された受光量情報、並びに前記受光量情報及び前記ビート信号に基づく情報の関係を規定する対応関係情報に基づいて、前記流体の流量及び前記流体の流速の少なくとも一方に関する情報を出力する第2情報出力工程と、を備え、前記対応関係情報は、前記受光量情報及び前記ビート信号に基づく情報各々を軸とする座標系において、前記流体の流量又は前記流体の流速に関するパラメータの複数の値に夫々対応すると共に、前記受光量情報と前記ビート信号に基づく情報との関係を規定する複数の関係線である。
In order to solve the above problems, a fluid evaluation method of the present invention receives a light source that irradiates light to a measurement target in which a fluid flows inside, and scattered light from the measurement target of the irradiated light. A fluid evaluation method in a fluid evaluation apparatus comprising: a light receiving unit that outputs a light reception signal corresponding to the received scattered light, wherein the information regarding the amount of light received by the light receiving unit included in the output light reception signal A first information output step for outputting received light amount information, information based on a beat signal resulting from a Doppler shift of the light, included in the output received light signal, the output received light amount information, and the received light A second information output step of outputting information relating to at least one of the flow rate of the fluid and the flow velocity of the fluid based on correspondence information defining a relationship between quantity information and information based on the beat signal , Wherein the corresponding relationship information in said received light amount information and the coordinate system whose axes information respectively based on the beat signal, with each corresponding to a plurality of values of flow rate or a parameter related to the flow velocity of the fluid in the fluid , A plurality of relationship lines that define the relationship between the received light amount information and the information based on the beat signal.

本発明のコンピュータプログラムは、上記課題を解決するために、内部に流体が流れている被測定対象に光を照射する光源と、前記照射された光の前記被測定対象からの散乱光を受光し、前記受光された散乱光に応じた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、前記出力された受光信号に含まれる前記受光部の受光量に関する情報である受光量情報を出力する第1情報出力部と、前記出力された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基づく情報、前記出力された受光量情報、並びに前記受光量情報及び前記ビート信号に基づく情報の関係を規定する対応関係情報に基づいて、前記流体の流量及び前記流体の流速の少なくとも一方に関する情報を出力する第2情報出力部、として機能させ、前記対応関係情報は、前記受光量情報及び前記ビート信号に基づく情報各々を軸とする座標系において、前記流体の流量又は前記流体の流速に関するパラメータの複数の値に夫々対応すると共に、前記受光量情報と前記ビート信号に基づく情報との関係を規定する複数の関係線である。 In order to solve the above problems, a computer program of the present invention receives a light source that irradiates light to a measurement target in which a fluid flows inside, and scattered light from the measurement target of the irradiated light. A light receiving unit that outputs a light receiving signal corresponding to the received scattered light, and a computer mounted on the fluid evaluation device, the information regarding the amount of light received by the light receiving unit included in the output light receiving signal. A first information output unit that outputs received light amount information; information based on a beat signal caused by the Doppler shift of the light included in the output received light signal; the output received light amount information; and the received light amount information And second information output for outputting information on at least one of the flow rate of the fluid and the flow velocity of the fluid based on the correspondence information defining the relationship of information based on the beat signal. Parts, to function as the correspondence information, in the amount of light received information and coordinate system with axes information respectively based on the beat signal, corresponding respectively to a plurality of values of flow rate or a parameter related to the flow velocity of the fluid in the fluid And a plurality of relationship lines that define the relationship between the received light amount information and the information based on the beat signal.

本発明の記録媒体は、上記課題を解決するために、本発明のコンピュータプログラムを格納する。   In order to solve the above problems, the recording medium of the present invention stores the computer program of the present invention.

本発明の作用及び他の利得は次に説明する実施するための形態から明らかにされる。   The effect | action and other gain of this invention are clarified from the form for implementing demonstrated below.

第1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。It is a block diagram which shows the structure of the fluid evaluation apparatus which concerns on 1st Example. 第1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。4 is a circuit diagram illustrating an example of a light receiving element 21 and an IV conversion unit 22 according to the first embodiment. FIG. 第1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。4 is a circuit diagram illustrating an example of a light receiving element 31 and an IV conversion unit 32 according to the first embodiment. FIG. ヘマトクリット値と透過光量の関係の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the relationship between a hematocrit value and the amount of transmitted light. 周波数解析の一例を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows an example of a frequency analysis. 1次モーメント及び平均周波数の算出方法の一例を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows an example of the calculation method of a primary moment and an average frequency. 周波数とパワースペクトルの関係の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the relationship between a frequency and a power spectrum. 流速と、1次モーメント又は平均周波数との関係の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the relationship between a flow velocity and a primary moment or an average frequency. 流体の速度を一定にて測定したビート信号のパワースペクトルを、複数の流体濃度について実測した実測値の一例である。It is an example of the actual value which measured the power spectrum of the beat signal which measured the velocity of the fluid with respect to a plurality of fluid concentrations. 透過光量と平均周波数との関係を、流量毎に示すマップデータの一例である。It is an example of the map data which shows the relationship between transmitted light amount and average frequency for every flow volume. 第1実施例に係る流量推定処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the flow volume estimation process which concerns on 1st Example. (a)平均周波数のみから流量を推定した場合の推定結果の一例である。(b)透過光量及び平均周波数から流量を推定した場合の推定結果の一例である。(A) It is an example of the estimation result at the time of estimating a flow volume only from an average frequency. (B) It is an example of the estimation result at the time of estimating a flow volume from the transmitted light amount and average frequency. 第1実施例の第1変形例に係る流量推定の概念を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the concept of the flow volume estimation which concerns on the 1st modification of 1st Example. 第1実施例の第2変形例に係る流体評価装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the fluid evaluation apparatus which concerns on the 2nd modification of 1st Example. 第1実施例の第3変形例に係る流体評価装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the fluid evaluation apparatus which concerns on the 3rd modification of 1st Example. 透過光量と平均周波数との関係を、ヘマトクリット値毎に示すマップデータの一例である。It is an example of the map data which shows the relationship between transmitted light amount and average frequency for every hematocrit value. 透過光量と1次モーメントとの関係を、ヘマトクリット値毎に示すマップデータの一例である。It is an example of the map data which shows the relationship between the transmitted light amount and the primary moment for every hematocrit value. 第2実施例に係るヘマトクリット推定処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the hematocrit estimation process which concerns on 2nd Example. (a)透過光量のみからヘマトクリット値を推定した場合の推定結果の一例である。(b)透過光量及び平均周波数からヘマトクリット値を推定した場合の推定結果の一例である。(A) It is an example of the estimation result at the time of estimating a hematocrit value only from the transmitted light amount. (B) It is an example of the estimation result at the time of estimating a hematocrit value from the transmitted light amount and the average frequency.

本発明の流体評価装置等の実施形態について説明する。   An embodiment of the fluid evaluation apparatus and the like of the present invention will be described.

(流体評価装置)
実施形態に係る流体評価装置は、内部に流体が流れている被測定対象に光を照射する光源と、該照射された光の被測定対象からの散乱光を受光し、受光された散乱光に応じた受光信号を出力する受光部と、出力された受光信号に含まれる受光部の受光量に関する情報である受光量情報を出力する第1情報出力部と、出力された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基づく情報、出力された受光量情報、並びに受光量情報及びビート信号に基づく情報の関係を規定する対応関係情報に基づいて、流体の流量及び流体の流速の少なくとも一方に関する情報を出力する第2情報出力部と、を備える。
(Fluid evaluation device)
The fluid evaluation apparatus according to the embodiment receives a light source that irradiates light to a measurement target in which a fluid flows inside, and scattered light from the measurement target of the irradiated light. A light receiving unit that outputs a corresponding light receiving signal, a first information output unit that outputs received light amount information that is information relating to a light receiving amount of the light receiving unit included in the output light receiving signal, and included in the output light receiving signal. Based on the information based on the beat signal resulting from the Doppler shift of light, the received light amount information, and the correspondence information that defines the relationship between the light amount information and the information based on the beat signal, the flow rate of the fluid and the flow rate of the fluid And a second information output unit that outputs information related to at least one.

本実施形態の流体評価装置によれば、光源は、被測定対象に対して光を照射する。被測定対象の内部には流体が流れている。光は、当該流体に対して照射されることが好ましい。   According to the fluid evaluation apparatus of the present embodiment, the light source irradiates the measurement target with light. A fluid flows inside the object to be measured. The light is preferably applied to the fluid.

尚、被測定対象及び流体の一例として、人間や動物等の生体及び血液が挙げられる。或いは、被測定対象及び流体の他の一例として、血液が流れる人工的な管路及び血液が挙げられる。或いは、被測定対象及び流体の他の一例として、光が透過可能な窓を有する管及び透明状のチューブ並びに当該管内又は当該チューブ内を流れる流体(例えば、インク、油、汚水、調味料等の光を散乱する散乱体を少なくとも構成要素として含む流体)が挙げられる。   Examples of the measurement target and the fluid include living bodies such as humans and animals and blood. Alternatively, as another example of the measurement target and the fluid, an artificial conduit through which blood flows and blood can be cited. Alternatively, as another example of the measurement target and the fluid, a tube having a window through which light can pass and a transparent tube, and a fluid flowing in the tube or the tube (for example, ink, oil, sewage, seasoning, etc.) A fluid containing at least a scatterer that scatters light as a constituent element).

受光部は、光の被測定対象からの散乱光を受光する。受光部は、被測定対象を透過してきた光(いわゆる、透過光に相当する前方散乱光)を受光してもよいし、被測定対象によって反射された光(いわゆる、反射光に相当する後方散乱光)を受光してもよいし、その両方を受光してもよい。その結果、受光部からは、受光された光に応じた受光信号が出力される。   The light receiving unit receives scattered light from an object to be measured. The light receiving unit may receive light transmitted through the object to be measured (so-called forward scattered light corresponding to transmitted light), or light reflected by the object to be measured (so-called back scattering corresponding to reflected light). Light) or both of them may be received. As a result, a light reception signal corresponding to the received light is output from the light receiving unit.

例えばメモリ、プロセッサ等を備えてなる第1情報出力部は、受光信号に含まれる受光量情報(例えば、平均信号強度、受信信号に含まれるDC(Direct Current)成分の信号強度、等)を出力する。尚、本実施形態に係る「受光量情報」は、受光量そのものを示す情報に限らず、受光量に関連する何らかの物理量又はパラメータであってよい。   For example, the first information output unit including a memory, a processor, and the like outputs received light amount information (for example, average signal intensity, signal intensity of DC (Direct Current) component included in the received signal, etc.) included in the received light signal. To do. The “light reception amount information” according to the present embodiment is not limited to information indicating the light reception amount itself, and may be any physical quantity or parameter related to the light reception amount.

尚、受光部が被測定対象を透過してきた光(即ち、前方散乱光)を受光する場合には、流体の濃度が高いほど(つまり、光の透過を妨げる散乱体等が流体内に多く含まれているほど)、受光信号の信号強度は小さくなる。他方で、受光部が被測定対象によって反射された光(即ち、後方散乱光)を受光する場合には、流体の濃度が高いほど(つまり、光を反射させる散乱体等が流体内に多く含まれているほど)、受光信号の信号強度は大きくなる。   In addition, when the light receiving unit receives light transmitted through the object to be measured (that is, forward scattered light), the fluid has a higher concentration of the fluid (that is, more scatterers or the like that hinder light transmission are included in the fluid). The signal intensity of the received light signal becomes smaller. On the other hand, when the light receiving unit receives light reflected by the object to be measured (that is, backscattered light), the fluid has a higher concentration (that is, more scatterers that reflect the light are included in the fluid). The higher the signal intensity, the greater the received signal strength.

例えばメモリ、プロセッサ等を備えてなる第2情報出力部は、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基づく情報と、受光量情報と、受光量情報及びビート信号に基づく情報の関係を規定する対応関係情報と、に基づいて、流体の流量及び流体の流速の少なくとも一方に関する情報を出力する。   For example, the second information output unit including a memory, a processor, and the like includes information based on the beat signal caused by the Doppler shift of light, information on the received light amount, and information based on the received light amount information and the beat signal. And information on at least one of the flow rate of the fluid and the flow velocity of the fluid is output based on the correspondence relationship information defining the relationship.

光が被測定対象に照射されると、被測定対象の内部の流体の流れに起因した散乱光が発生する。この散乱光は、流体に含まれる散乱体(特に、移動している散乱体)により散乱された散乱光と、他の固定組織(特に、皮膚組織、窓や流路を形成する透明チューブ、等の移動していない組織)により散乱された散乱光とを含んでいる。移動している散乱体により散乱した散乱光の周波数は、他の固定組織により散乱された散乱光の周波数と比較して、流体の流速に対応したドップラー作用によって変化している。これら2種類の散乱光の相互干渉により、受光信号には、いわゆる周波数差分信号に相当するビート信号が含まれている。第2情報出力部は、このビート信号を解析することにより、ビート情報に基づく情報(例えば、平均周波数、1次モーメント等)を取得する。   When light is irradiated onto the measurement target, scattered light is generated due to the flow of fluid inside the measurement target. This scattered light includes scattered light scattered by scatterers contained in the fluid (especially moving scatterers), other fixed tissues (especially skin tissues, transparent tubes forming windows and channels, etc.) And scattered light scattered by a non-moving tissue). The frequency of the scattered light scattered by the moving scatterer is changed by the Doppler action corresponding to the flow velocity of the fluid as compared with the frequency of the scattered light scattered by the other fixed tissue. Due to the mutual interference between these two types of scattered light, the received light signal includes a beat signal corresponding to a so-called frequency difference signal. The second information output unit obtains information (for example, average frequency, first moment, etc.) based on the beat information by analyzing the beat signal.

ここで、本願発明者の研究によれば、以下の事項が判明している。即ち、流体の濃度が比較的低い場合には、流体中を移動する散乱体の単位体積当たりの個数が少ないので、受光信号中に含まれる、散乱体の移動により生じる光のドップラーシフトに起因するビート信号のパワーが低下する。他方、被測定対象に照射された光の散乱光の受光結果である受光信号を増幅する増幅器の入力端子の寄生容量に起因したノイズのパワーは変化しないので、ノイズによる影響が相対的に大きくなる。つまり、流体の濃度が比較的低い場合には、増幅器の入力端子の寄生容量に起因したノイズによる影響を強く受けて、被測定対象に照射された光の散乱光の受光結果である受光信号のビート信号が、本来現れるべきものとは異なるものとなってしまうおそれがある。尚、流体の濃度が比較的高い場合においても、同様の技術的問題は相応に生じる可能性がある。従って、従来のように、ビート信号からのみ流量又は流速を求めると、該求められた流量又は流速と実際の流量又は流速とが、誤差範囲を超えて乖離する可能性がある。   Here, according to the inventor's research, the following matters have been found. That is, when the concentration of the fluid is relatively low, the number of scatterers moving in the fluid per unit volume is small, which is caused by the Doppler shift of light caused by the movement of the scatterers included in the light reception signal. The power of the beat signal decreases. On the other hand, since the noise power caused by the parasitic capacitance of the input terminal of the amplifier that amplifies the received light signal that is a result of receiving the scattered light of the light irradiated to the object to be measured does not change, the influence of the noise becomes relatively large. . In other words, when the fluid concentration is relatively low, it is strongly influenced by noise caused by the parasitic capacitance of the input terminal of the amplifier, and the received light signal that is the result of receiving the scattered light of the light irradiated to the measurement target There is a possibility that the beat signal may be different from that which should originally appear. It should be noted that similar technical problems may occur accordingly when the fluid concentration is relatively high. Accordingly, when the flow rate or flow velocity is obtained only from the beat signal as in the conventional case, the obtained flow rate or flow velocity and the actual flow rate or flow velocity may deviate beyond the error range.

血液は、主に赤血球からなる血球成分と、血漿成分とからなる混層流を生じる。赤血球は(直径が7〜8μm(マイクロメートル)、厚さ2μmの)円盤状の形状を有し、流量(流速)により配向特性が変化することが知られている。このため、血液に対して光を照射したときの透過光及び反射光は、同一濃度の血液であっても流量の違いにより変化し、またその逆に、同一流量であっても、濃度の違いにより変化しうる。   Blood produces a mixed flow consisting of a blood cell component mainly composed of red blood cells and a plasma component. It is known that erythrocytes have a disk-like shape (diameter: 7-8 μm (micrometer), thickness: 2 μm), and orientation characteristics change depending on the flow rate (flow rate). For this reason, transmitted light and reflected light when light is irradiated to blood change due to the difference in flow rate even for blood of the same concentration, and conversely, even if the blood flow is the same, the difference in concentration is different. May vary.

そこで本実施形態では、第2情報出力部が、受光量情報及びビート信号に基づく情報の関係を規定する対応関係情報を予め保持している。「対応関係情報」は、実験により、例えば濃度が既知の流体を流したときに、流量又は流速に応じてビート信号に基づく情報と受光量との関係の変化を、複数の濃度について求め、該求められたデータを用いて構築すればよい。尚、本実施形態に係る「対応関係情報」は、例えば、ビート信号に基づく情報、受光量情報及び濃度の関係を示すテーブルであってもよいし、ビート信号に基づく情報、受光量情報及び濃度各々を軸とするマップとして表されていてもよい。   Thus, in the present embodiment, the second information output unit holds in advance correspondence information that defines the relationship between the light reception amount information and the information based on the beat signal. “Corresponding relationship information” is obtained by experimenting, for example, when a fluid having a known concentration is flowed, and determining a change in the relationship between the information based on the beat signal and the amount of received light for a plurality of concentrations according to the flow rate or flow velocity. What is necessary is just to build using the calculated | required data. The “correspondence information” according to the present embodiment may be, for example, a table indicating the relationship between information based on beat signals, received light amount information, and density, or information based on beat signals, received light amount information, and density. It may be represented as a map with each axis as an axis.

そして、第2情報出力部は、ビート信号に基づく情報と、流体の濃度に応じて変化する受光量情報と、対応関係情報と、に基づいて、流体の流量及び流体の流速の少なくとも一方に関する情報を出力する。従って、本実施形態の流体評価装置は、流体の濃度を考慮しつつ、流体の流量及び流速の少なくとも一方を好適に(言い換えれば、高精度に)求めることができる。   The second information output unit is information on at least one of the flow rate of the fluid and the flow velocity of the fluid based on the information based on the beat signal, the received light amount information that changes according to the concentration of the fluid, and the correspondence information. Is output. Therefore, the fluid evaluation apparatus according to the present embodiment can suitably (in other words, highly accurately) obtain at least one of the flow rate and the flow velocity of the fluid while considering the concentration of the fluid.

本実施形態に係る流体評価装置の一態様では、対応関係情報は、受光量情報及びビート信号に基づく情報各々を軸とする座標系において、流体の流量又は流体の流速に関するパラメータの複数の値に夫々対応すると共に、受光量情報とビート信号に基づく情報との関係を規定する複数の関係線である。   In one aspect of the fluid evaluation apparatus according to the present embodiment, the correspondence information is a plurality of values of parameters relating to the flow rate of the fluid or the flow velocity of the fluid in a coordinate system centered on each information based on the received light amount information and the beat signal. These are a plurality of relationship lines that correspond to each other and that define the relationship between the received light amount information and the information based on the beat signal.

このように構成すれば、流速情報と受光量情報とから、比較的容易にして流体の流量又は流速に対応する流体の流量又は流速に関するパラメータを求めることができ、実用上非常に有利である。   With this configuration, it is possible to obtain a parameter relating to the flow rate or flow rate of the fluid corresponding to the flow rate or flow rate of the fluid relatively easily from the flow rate information and the received light amount information, which is very advantageous in practice.

この態様では、第2情報出力部は、座標系において出力された受光量情報及び出力された受光信号に含まれるビート信号に基づく情報により示される点と、複数の関係線のうち少なくとも一本の関係線とに基づいて、点に対応する流体の流量又は流体の流速に関するパラメータの値を特定することにより、流体の流量及び流体の流速の少なくとも一方に関する情報を出力してよい。   In this aspect, the second information output unit includes at least one of the plurality of relational lines and the point indicated by the information based on the received light amount information output in the coordinate system and the beat signal included in the output received light signal. Information regarding at least one of the fluid flow rate and the fluid flow rate may be output by identifying a value of a parameter relating to the fluid flow rate or the fluid flow rate corresponding to the point based on the relationship line.

このように構成すれば、対応関係情報を比較的容易に構築することができると共に、好適に流体の流量又は流速を求めることができ、実用上非常に有利である。   With such a configuration, the correspondence information can be constructed relatively easily, and the flow rate or flow velocity of the fluid can be obtained suitably, which is very advantageous in practice.

本実施形態に係る流体評価装置の他の態様では、受光部は、散乱光のうち被測定対象を透過した散乱光(即ち、前方散乱光)を受光する第1受光部と、散乱光のうち被測定対象により反射された散乱光(即ち、後方散乱光)を受光する第2受光部と、を有し、第1情報出力部は、第1受光部から出力された受光信号に含まれる第1受光部の受光量に関する情報である受光量情報を出力し、第2情報出力部は、第2受光部から出力された受光信号に含まれる前記ビート信号に基づく情報と、出力された受光量情報と、対応関係情報とに基づいて、流体の流量及び流体の流速の少なくとも一方に関する情報を出力する。   In another aspect of the fluid evaluation apparatus according to the present embodiment, the light receiving unit includes a first light receiving unit that receives scattered light (that is, forward scattered light) that has passed through the measurement target out of the scattered light, and the scattered light. A second light receiving unit that receives scattered light (that is, back scattered light) reflected by the measurement target, and the first information output unit is included in the light reception signal output from the first light receiving unit. The received light amount information that is information related to the received light amount of one light receiving unit is output, and the second information output unit outputs information based on the beat signal included in the received light signal output from the second light receiving unit, and the received received light amount Based on the information and the correspondence information, information on at least one of the fluid flow rate and the fluid flow velocity is output.

この態様によれば、受光部が、受光量情報を求めるために用いられる第1受光部と、ビート信号を求めるために用いられる第2受光部と、に分離される。   According to this aspect, the light receiving unit is separated into the first light receiving unit used for obtaining the received light amount information and the second light receiving unit used for obtaining the beat signal.

本実施形態に係る流体評価装置の他の態様では、光源は、レーザ光を出射する第1光源と、レーザ光とは異なる光を出射する第2光源と、を有し、受光部は、第1光源から出射されたレーザ光の被測定対象からの第1散乱光を受光し、該受光された第1散乱光に応じて、ビート信号を含む受光信号を出力し、第2光源から出射された光の被測定対象からの第2散乱光を受光し、受光量情報を含む受光信号を出力する。   In another aspect of the fluid evaluation apparatus according to the present embodiment, the light source includes a first light source that emits laser light and a second light source that emits light different from the laser light, and the light receiving unit includes: The first scattered light from the measurement target of the laser light emitted from one light source is received, and a received light signal including a beat signal is output according to the received first scattered light, and emitted from the second light source. The second scattered light from the measurement target of the received light is received, and a received light signal including the received light amount information is output.

この態様によれば、例えば第1光源として、単色性及び干渉性が高く、且つ広く流通している半導体レーザを用い、第2光源として、例えば流体の一例としての血液の酸素飽和度に依存しない805nm(ナノメートル)の光を出射するLEDを用いることができる。   According to this aspect, for example, a semiconductor laser having high monochromaticity and high coherence and widely distributed is used as the first light source, and the second light source does not depend on, for example, oxygen saturation of blood as an example of fluid. An LED that emits light of 805 nm (nanometers) can be used.

(流体評価方法)
実施形態に係る流体評価方法は、内部に流体が流れている被測定対象に光を照射する光源と、照射された光の前記被測定対象からの散乱光を受光し、該受光された散乱光に応じた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、出力された受光信号に含まれる受光部の受光量に関する情報である受光量情報を出力する第1情報出力工程と、出力された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基づく情報、出力された受光量情報、並びに受光量情報及びビート信号に基づく情報の関係を規定する対応関係情報に基づいて、流体の流量及び流体の流速の少なくとも一方に関する情報を出力する第2情報出力工程と、を備える。
(Fluid evaluation method)
The fluid evaluation method according to the embodiment includes a light source that irradiates light to a measurement target in which a fluid flows inside, a scattered light from the measurement target of the irradiated light, and the received scattered light. A fluid evaluation method in a fluid evaluation apparatus comprising: a light receiving unit that outputs a light reception signal corresponding to the first received light amount information that is information related to the light reception amount of the light receiving unit included in the output light reception signal. Correspondence that regulates the relationship between the information output process and the information based on the beat signal caused by the Doppler shift of light, the output light reception amount information, and the information based on the light reception amount information and the beat signal, included in the output light reception signal A second information output step of outputting information on at least one of the flow rate of the fluid and the flow rate of the fluid based on the relationship information.

本実施形態の流体評価方法によれば、上述した実施形態に係る流体評価装置と同様に、流体の濃度を考慮しつつ、流体の流量及び流速の少なくとも一方を好適に求めることができる。尚、本実施形態の流体評価方法についても、上述した実施形態に係る流体評価装置の各種態様と同様の各種態様を採ることができる。   According to the fluid evaluation method of this embodiment, similarly to the fluid evaluation apparatus according to the above-described embodiment, it is possible to suitably obtain at least one of the flow rate and the flow velocity of the fluid while considering the concentration of the fluid. In addition, also about the fluid evaluation method of this embodiment, the various aspects similar to the various aspects of the fluid evaluation apparatus which concern on embodiment mentioned above can be taken.

(コンピュータプログラム)
実施形態に係るコンピュータプログラムは、内部に流体が流れている被測定対象に光を照射する光源と、前記照射された光の前記被測定対象からの散乱光を受光し、該受光された散乱光に応じた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、出力された受光信号に含まれる受光部の受光量に関する情報である受光量情報を出力する第1情報出力部と、出力された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基づく情報、出力された受光量情報、並びに受光量情報及びビート信号に基づく情報の関係を規定する対応関係情報に基づいて、流体の流量及び流体の流速の少なくとも一方に関する情報を出力する第2情報出力部、として機能させる。
(Computer program)
The computer program according to the embodiment receives a light source that irradiates light to an object to be measured in which a fluid flows, and scattered light from the object to be measured of the irradiated light, and the received scattered light The first information for outputting received light amount information, which is information related to the received light amount of the light receiving unit included in the received light receiving signal, is received by a computer mounted on the fluid evaluation device including a light receiving unit that outputs a light receiving signal according to Correspondence relationship that defines the relationship between the output unit and information based on the beat signal resulting from the Doppler shift of light, the output light reception amount information, and the information based on the light reception amount information and the beat signal, included in the output light reception signal Based on the information, it functions as a second information output unit that outputs information on at least one of the flow rate of the fluid and the flow rate of the fluid.

本実施形態のコンピュータプログラムによれば、当該コンピュータプログラムを格納するRAM(Random Access Memory)、CD−ROM(Compact Disc Read Only Memory)、DVD−ROM(DVD Read Only Memory)等の記録媒体から、当該コンピュータプログラムを、流体評価装置に備えられたコンピュータに読み込んで実行させれば、或いは、当該コンピュータプログラムを、通信手段を介してダウンロードさせた後に実行させれば、上述した実施形態に係る流体評価装置を比較的容易にして実現できる。これにより、上述した実施形態に係る流体評価装置と同様に、流体の濃度を考慮しつつ、流体の流量及び流速の少なくとも一方を好適に求めることができる。   According to the computer program of this embodiment, from a recording medium such as a RAM (Random Access Memory), a CD-ROM (Compact Disc Read Only Memory), and a DVD-ROM (DVD Read Only Memory) that stores the computer program. If the computer program is read and executed by a computer provided in the fluid evaluation apparatus, or if the computer program is executed after being downloaded via communication means, the fluid evaluation apparatus according to the above-described embodiment. Can be realized relatively easily. Thereby, like the fluid evaluation apparatus according to the above-described embodiment, at least one of the flow rate and the flow velocity of the fluid can be suitably obtained while considering the concentration of the fluid.

上記実施形態に係るコンピュータプログラムが格納されたCD−ROM、DVD−ROM等が、本発明の記録媒体に係る実施形態の一例である。   A CD-ROM, DVD-ROM, or the like in which the computer program according to the above embodiment is stored is an example of an embodiment according to the recording medium of the present invention.

本発明の流体評価装置に係る実施例を図面に基づいて説明する。以下の実施例では、流体として血液を挙げる。また、被測定対象として、人工透析装置の血流回路を構成するチューブを挙げる。尚、本発明の流体評価装置は、生体の血管内を流れる血液や、血液以外の任意の流体(例えば、インク、油、汚水、調味料等)の評価にも適用可能である。   Embodiments of the fluid evaluation apparatus of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following examples, blood is used as the fluid. Moreover, the tube which comprises the blood-flow circuit of an artificial dialysis apparatus is mentioned as a to-be-measured object. The fluid evaluation apparatus of the present invention can also be applied to the evaluation of blood flowing in blood vessels of a living body and any fluid other than blood (for example, ink, oil, sewage, seasoning, etc.).

<第1実施例>
本発明の流体評価装置に係る第1実施例について、図1乃至図12を参照して説明する。本実施例では、評価の一例として、血液の流量を挙げる。
<First embodiment>
A first embodiment of the fluid evaluation apparatus of the present invention will be described with reference to FIGS. In the present embodiment, blood flow is taken as an example of evaluation.

(流体評価装置の構成)
本実施例に係る流体評価装置の構成について、図1を参照して説明する。図1は、第1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。
(Configuration of fluid evaluation device)
The configuration of the fluid evaluation apparatus according to the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of the fluid evaluation apparatus according to the first embodiment.

図1において、流体評価装置100は、半導体レーザ11、レーザ駆動部12、受光素子21及び31、I−V変換部22及び32、LPF(Low−pass Filter)増幅器23、A/D変換部24及び34、LPF演算部25、流量2次元推定部26、BPF(Band−pass Filter)増幅器33並びに周波数解析部35を備えて構成されている。   In FIG. 1, a fluid evaluation apparatus 100 includes a semiconductor laser 11, a laser driving unit 12, light receiving elements 21 and 31, IV conversion units 22 and 32, an LPF (Low-pass Filter) amplifier 23, and an A / D conversion unit 24. And 34, an LPF calculation unit 25, a flow rate two-dimensional estimation unit 26, a BPF (Band-pass Filter) amplifier 33, and a frequency analysis unit 35.

レーザ駆動部12は、半導体レーザ11を駆動するための電流(具体的には、半導体レーザ11の閾値電流以上の規定の駆動電流)を発生する。半導体レーザ11は、レーザ駆動部12により発生された駆動電流に従ってレーザ発振する。半導体レーザ11から出射されたレーザ光は、例えばレンズ素子等の光学系(図示せず)を介して、被測定対象である体外循環血液回路(即ち、内部に血液が流れている透明なチューブ)に照射される。該照射されたレーザ光は、体外循環血液回路を構成するチューブや、その内部を流れる血液により散乱及び吸収される。   The laser driving unit 12 generates a current for driving the semiconductor laser 11 (specifically, a specified driving current equal to or higher than a threshold current of the semiconductor laser 11). The semiconductor laser 11 oscillates in accordance with the drive current generated by the laser drive unit 12. The laser light emitted from the semiconductor laser 11 is, for example, an extracorporeal circulation blood circuit to be measured (that is, a transparent tube in which blood flows) via an optical system (not shown) such as a lens element. Is irradiated. The irradiated laser light is scattered and absorbed by a tube constituting an extracorporeal circulation blood circuit and blood flowing inside the tube.

尚、体外循環血液回路は、半導体レーザ11並びに受光素子21及び31が設置・固定された筺体(図示せず)に、振動等により照射位置がずれないように半固定されている。   The extracorporeal blood circuit is semi-fixed to a housing (not shown) on which the semiconductor laser 11 and the light receiving elements 21 and 31 are installed and fixed so that the irradiation position does not shift due to vibration or the like.

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、前方散乱光)を受光する。受光素子21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。   The light receiving element 21 receives scattered light (here, forward scattered light) of laser light irradiated on the measurement target. The scattered light received by the light receiving element 21 includes scattered light scattered by the blood flowing through the tubes constituting the extracorporeal circulation blood circuit (in particular, red blood cells that are moving scatterers contained in the blood) , Scattered light scattered by stationary tissue such as tubes.

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。   The light receiving element 21 outputs a detection current (see “detection current 1” in FIG. 1) as an example of the “light reception signal” according to the present invention, according to the intensity of the received scattered light. The IV conversion unit 22 converts the detection current output from the light receiving element 21 into a voltage signal (see “detection voltage 1” in FIG. 1).

ここで、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。図2は、第1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。   Here, an example of the light receiving element 21 and the IV conversion unit 22 will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a circuit diagram illustrating an example of the light receiving element 21 and the IV conversion unit 22 according to the first embodiment.

図2において、受光素子21は、例えばPIN型半導体によるフォトディテクタPD0により構成されている。I−V変換部22は、増幅器Amp0及び帰還抵抗Rf0により構成されている。ここで、増幅器Amp0は、所謂トランスインピーダンスアンプを構成している。   In FIG. 2, the light receiving element 21 is constituted by a photodetector PD0 made of, for example, a PIN type semiconductor. The IV conversion unit 22 includes an amplifier Amp0 and a feedback resistor Rf0. Here, the amplifier Amp0 constitutes a so-called transimpedance amplifier.

フォトディテクタPD0のアノードは、例えばグランド電位等の基準電位に接続されている。フォトディテクタPD0のカソードは、増幅器Amp0の反転入力端子に接続されている。増幅器Amp0の非反転入力端子は、例えばグランド電位等の基準電位に接続されている。   The anode of the photodetector PD0 is connected to a reference potential such as a ground potential. The cathode of the photodetector PD0 is connected to the inverting input terminal of the amplifier Amp0. The non-inverting input terminal of the amplifier Amp0 is connected to a reference potential such as a ground potential.

フォトディテクタPD0から出力される電流Idt0は、帰還抵抗Rf0により電圧に変換され検出電圧(即ち、電圧信号)として、増幅器Amp0から出力される。   The current Idt0 output from the photodetector PD0 is converted into a voltage by the feedback resistor Rf0 and output from the amplifier Amp0 as a detection voltage (that is, a voltage signal).

再び図1に戻り、LPF増幅器23は、I−V変換部22から出力された電圧信号に含まれる低域信号成分以外の他の周波数帯域の信号成分をカットした上で増幅する。また、LPF増幅器23は、A/D変換部24におけるエリアシングノイズを低減するために帯域制限も行う。   Returning to FIG. 1 again, the LPF amplifier 23 cuts and amplifies signal components in frequency bands other than the low-frequency signal components included in the voltage signal output from the IV converter 22. The LPF amplifier 23 also performs band limitation in order to reduce aliasing noise in the A / D converter 24.

ここで、I−V変換部22から出力された電圧信号には、例えばスイッチング電源ノイズ等のノイズ成分である高周波信号が含まれている。I−V変換部22から出力された電圧信号がLPF増幅器23に入力されることにより、ノイズ成分を抑制しつつ信号を増幅することができる。   Here, the voltage signal output from the IV conversion unit 22 includes a high-frequency signal that is a noise component such as switching power supply noise. By inputting the voltage signal output from the IV conversion unit 22 to the LPF amplifier 23, it is possible to amplify the signal while suppressing noise components.

A/D変換部24は、LPF増幅器23から出力された信号である透過信号(図1における“透過信号”参照)に対して、A/D変換処理(即ち、量子化処理)を行う。   The A / D converter 24 performs A / D conversion processing (that is, quantization processing) on the transmission signal (see “transmission signal” in FIG. 1) that is a signal output from the LPF amplifier 23.

LPF演算部25は、A/D変換部24により量子化された透過信号に対して、デジタル信号処理(Digital Signal Processing:DSP)によるLPF演算を行う。LPF演算部25の出力は、透過光量TDCとして、流量2次元推定部26に入力される。尚、LPF演算は、例えばハムノイズ等の高周波ノイズを抑制するための演算である。   The LPF calculation unit 25 performs LPF calculation by digital signal processing (Digital Signal Processing: DSP) on the transmission signal quantized by the A / D conversion unit 24. The output of the LPF calculation unit 25 is input to the flow rate two-dimensional estimation unit 26 as the transmitted light amount TDC. Note that the LPF calculation is a calculation for suppressing high-frequency noise such as hum noise.

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、後方散乱光)を受光する。受光素子31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」の他の例としての、検出電流(図1における“検出電流2”参照)を出力する。I−V変換部32は、受光素子31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2”参照)に変換する。   The light receiving element 31 receives scattered light (here, backscattered light) of the laser light irradiated on the measurement target. The light receiving element 31 outputs a detection current (refer to “detection current 2” in FIG. 1) as another example of the “light reception signal” according to the present invention in accordance with the intensity of the scattered light received. The IV conversion unit 32 converts the detection current output from the light receiving element 31 into a voltage signal (see “detection voltage 2” in FIG. 1).

受光素子31に入射する散乱光には、静止している組織(例えば、体外循環血液回路を構成するチューブ等)により散乱された散乱光と、移動物体である血液に含まれる赤血球により散乱された散乱光と、が含まれる。赤血球により散乱された散乱光には、該赤血球の移動速度に応じたドップラーシフトが生じている。   The scattered light incident on the light receiving element 31 is scattered by scattered light scattered by a stationary tissue (for example, a tube constituting an extracorporeal circulation blood circuit) and red blood cells contained in blood that is a moving object. And scattered light. In the scattered light scattered by the red blood cells, a Doppler shift corresponding to the moving speed of the red blood cells occurs.

このため、静止している組織により散乱された散乱光と、赤血球により散乱された散乱光とは、レーザ光の可干渉性により干渉を起こす。受光素子31から出力される検出電流には、この干渉の結果としてのビート信号が含まれる。   For this reason, the scattered light scattered by the stationary tissue and the scattered light scattered by the red blood cells cause interference due to the coherence of the laser light. The detection current output from the light receiving element 31 includes a beat signal as a result of this interference.

ここで、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。図3は、第1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。   Here, an example of the light receiving element 31 and the IV conversion unit 32 will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a circuit diagram illustrating an example of the light receiving element 31 and the IV conversion unit 32 according to the first embodiment.

図3において、受光素子31は、例えばPIN型半導体によるフォトディテクタPD1及びPD2により構成されている。図3に示すように、フォトディテクタPD1のカソードとフォトディテクタPD2のカソードとが接続されている。つまり、フォトディテクタPD1及びPD2は、互いに逆向きに直列に接続されている。   In FIG. 3, the light receiving element 31 is constituted by photodetectors PD1 and PD2 made of, for example, a PIN type semiconductor. As shown in FIG. 3, the cathode of the photodetector PD1 and the cathode of the photodetector PD2 are connected. That is, the photodetectors PD1 and PD2 are connected in series in opposite directions.

I−V変換部32は、増幅器Amp1、Amp2及びAmp3、帰還抵抗Rf1、Rf2、並びに抵抗Ra1、Rb1、Ra2及びRb2により構成されている。   The IV conversion unit 32 includes amplifiers Amp1, Amp2, and Amp3, feedback resistors Rf1, Rf2, and resistors Ra1, Rb1, Ra2, and Rb2.

フォトディテクタPD1のアノードは、増幅器Amp1の反転入力端子に接続されている。増幅器Amp1の非反転入力端子は、例えばグランド電位等の基準電位に接続されている。フォトディテクタPD2のアノードは、増幅器Amp2の反転入力端子に接続されている。増幅器Amp2の非反転入力端子は、例えばグランド電位等の基準電位に接続されている。増幅器Amp1の出力は、増幅器Amp3の非反転入力端子に入力される。増幅器Amp2の出力は、増幅器Amp3の反転入力端子に入力される。   The anode of the photodetector PD1 is connected to the inverting input terminal of the amplifier Amp1. The non-inverting input terminal of the amplifier Amp1 is connected to a reference potential such as a ground potential. The anode of the photodetector PD2 is connected to the inverting input terminal of the amplifier Amp2. The non-inverting input terminal of the amplifier Amp2 is connected to a reference potential such as a ground potential. The output of the amplifier Amp1 is input to the non-inverting input terminal of the amplifier Amp3. The output of the amplifier Amp2 is input to the inverting input terminal of the amplifier Amp3.

上述の如く受光素子31を構成すれば、フォトディテクタPD1及びPD2各々から出力される電流のうち、該フォトディテクタPD1及びPD2の夫々に入射する散乱光に含まれる定常光成分に相当するDC成分を低減又は除去することができる。他方で、入射する散乱光に含まれる信号光成分に相当するAC(Alternate Current)成分を主に含む電流を検出電流として出力することができる。   If the light receiving element 31 is configured as described above, a DC component corresponding to a steady light component included in scattered light incident on each of the photodetectors PD1 and PD2 out of currents output from the photodetectors PD1 and PD2 is reduced or reduced. Can be removed. On the other hand, a current mainly including an AC (Alternate Current) component corresponding to a signal light component included in incident scattered light can be output as a detection current.

具体的には、フォトディテクタPD1の出力電流をId1、フォトディテクタPD2の出力電流をId2とすると、フォトディテクタPD1及びPD2は、互いに極性が逆に直列接続されているので、受光素子31による検出電流は、
Idt=Id2−Id1・・・・・(1)
となる。
Specifically, if the output current of the photodetector PD1 is Id1, and the output current of the photodetector PD2 is Id2, the photodetectors PD1 and PD2 are connected in series with opposite polarities.
Idt = Id2-Id1 (1)
It becomes.

フォトディテクタPD1が受光した散乱光と、フォトディテクタPD2が受光した散乱光とは、光の波長を基準長さとすると、経路が互いに異なっているので、およそ無相関の電流信号となる。このため、上記式(1)のように減算することにより、ビート信号の強度は√2倍となる。他方で、出力電流に含まれるDC成分は、減算により相殺される。   The scattered light received by the photodetector PD1 and the scattered light received by the photodetector PD2 are approximately uncorrelated current signals because their paths are different from each other when the wavelength of the light is a reference length. For this reason, by subtracting as in the above equation (1), the intensity of the beat signal becomes √2. On the other hand, the DC component included in the output current is canceled by subtraction.

受光素子31は、フォトディテクタPD1の出力電流のDC成分と、フォトディテクタPD2の出力電流のDC成分とを相殺させつつ、AC成分としてのビート信号を効率良く検出することができる。   The light receiving element 31 can efficiently detect a beat signal as an AC component while canceling out the DC component of the output current of the photodetector PD1 and the DC component of the output current of the photodetector PD2.

このように、DC成分が低減又は除去されるので、I−V変換部32を構成する、所謂トランスインピーダンスアンプである、増幅器Amp1及びAmp2の検出感度が比較的高く設定されたとしても、飽和を防止することができる。具体的には、帰還抵抗Rf1及びRf2各々の抵抗値を比較的高く設定することができ、電流電圧変換感度を向上させることができる。この結果、検出S/N比(Signal to Noise Ratio)を向上させることができる。   As described above, since the DC component is reduced or removed, even if the detection sensitivity of the amplifiers Amp1 and Amp2, which are so-called transimpedance amplifiers constituting the IV conversion unit 32, is set to be relatively high, saturation is achieved. Can be prevented. Specifically, the resistance values of the feedback resistors Rf1 and Rf2 can be set relatively high, and the current-voltage conversion sensitivity can be improved. As a result, the detection S / N ratio (Signal to Noise Ratio) can be improved.

上述の如く、増幅器Amp1及びAmp2各々の非反転入力端子は、基準電位に接続されている。そして、帰還抵抗Rf1又はRf2の負帰還作用により、増幅器Amp1及びAmp2各々の非反転入力端子と反転入力端子とはイマジナリシュート状態であり、おおよそ同一電位となる。   As described above, the non-inverting input terminals of the amplifiers Amp1 and Amp2 are connected to the reference potential. Then, due to the negative feedback action of the feedback resistor Rf1 or Rf2, the non-inverting input terminal and the inverting input terminal of each of the amplifiers Amp1 and Amp2 are in an imaginary shoot state and have approximately the same potential.

この結果、フォトディテクタPD1のアノードと、フォトディテクタPD2のアノードとは同一電位となり、フォトディテクタPD1及びPD2は、所謂発電モードで動作する。すると、所謂発電モードにより、暗電流が抑制され、暗電流ゆらぎによるノイズを抑制することができる。   As a result, the anode of the photodetector PD1 and the anode of the photodetector PD2 are at the same potential, and the photodetectors PD1 and PD2 operate in a so-called power generation mode. Then, dark current is suppressed by a so-called power generation mode, and noise due to dark current fluctuation can be suppressed.

増幅器Amp1から出力される出力電圧Vd1は、
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。
The output voltage Vd1 output from the amplifier Amp1 is
Vd1 = Rf1 · Idt (2)
It becomes. The output voltage Vd2 output from the amplifier Amp2 is
Vd2 = −Rf2 · Idt (3)
It becomes.

増幅器Amp3は、出力電圧Vd1及びVd2を差動増幅し、検出電圧Voutを出力する。差動増幅により、例えば電源ノイズやハム等の同相ノイズが除去される。   The amplifier Amp3 differentially amplifies the output voltages Vd1 and Vd2 and outputs a detection voltage Vout. The differential amplification removes common mode noise such as power supply noise and hum.

ここで、抵抗Ra1及び抵抗Ra2を抵抗値Raに設定し、抵抗Rb1及び抵抗Rb2を抵抗値Rbに設定すると、検出電圧Voutは、
Vout=(Rb/Ra)(Vd1−Vd2)・・・・・(4)
と表すことができる。
Here, when the resistor Ra1 and the resistor Ra2 are set to the resistance value Ra and the resistor Rb1 and the resistor Rb2 are set to the resistance value Rb, the detection voltage Vout is
Vout = (Rb / Ra) (Vd1-Vd2) (4)
It can be expressed as.

帰還抵抗Rf1及び帰還抵抗Rf2を抵抗値Rfに設定すると、式(2)、(3)及び(4)から、検出電圧Voutは、
Vout=2Rf(Rb/Ra)Idt・・・・・(5)
と表すことができる。
When the feedback resistor Rf1 and the feedback resistor Rf2 are set to the resistance value Rf, from the equations (2), (3), and (4), the detection voltage Vout is
Vout = 2Rf (Rb / Ra) Idt (5)
It can be expressed as.

再び図1に戻り、BPF増幅器33は、I−V変換部32から出力された電圧信号に含まれる所定周波数帯域の信号成分以外の他の周波数帯域の信号成分をカットした上で増幅する。   Returning to FIG. 1 again, the BPF amplifier 33 cuts and amplifies the signal components in the frequency band other than the signal components in the predetermined frequency band included in the voltage signal output from the IV conversion unit 32.

具体的には、BPF増幅器33は、例えばハム信号等の低周波信号、及び、例えばスイッチング電源ノイズ等である高周波信号をカットして、所定周波数帯域の信号成分に相当するビート信号を増幅し出力する。   Specifically, the BPF amplifier 33 amplifies a beat signal corresponding to a signal component in a predetermined frequency band by cutting a low frequency signal such as a hum signal and a high frequency signal such as a switching power supply noise. To do.

A/D変換部34は、BPF増幅器33から出力されたビート信号に対して、A/D変換処理を行い、量子化されたビート信号であるビートデータを出力する。   The A / D converter 34 performs A / D conversion processing on the beat signal output from the BPF amplifier 33, and outputs beat data that is a quantized beat signal.

周波数解析部35は、ビートデータに対して、例えばDSPにより、FFT(Fast Fourier Transform:高速フーリエ変換)等の周波数解析を行い、パワースペクトルP(f)を出力する。該出力されたパワースペクトルP(f)は、流量2次元推定部26に入力される。   The frequency analysis unit 35 performs frequency analysis such as FFT (Fast Fourier Transform) on the beat data using, for example, a DSP, and outputs a power spectrum P (f). The output power spectrum P (f) is input to the flow rate two-dimensional estimation unit 26.

ここで、周波数解析の一具体例を、図5を参照して説明する。図5は、周波数解析の一例を示す概念図である。   Here, a specific example of frequency analysis will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a conceptual diagram showing an example of frequency analysis.

図5において、A/D変換部34から出力されたビートデータは、周波数解析部35の、例えばメモリ等により構成されるバッファに蓄積される。尚、バッファの容量は、例えばFFTの実行するためのポイント数nに相当する。   In FIG. 5, beat data output from the A / D conversion unit 34 is accumulated in a buffer of the frequency analysis unit 35, for example, constituted by a memory. Note that the capacity of the buffer corresponds to, for example, the number of points n for executing FFT.

バッファからの出力であるバッファデータに対し、ハニング窓で、FFTを実行するための前処理が施される。その後、ハニング窓の窓関数により制限されたデータに対し、FFT部においてnポイントのFFT演算が行われる。   Preprocessing for performing FFT is performed on the buffer data, which is output from the buffer, using a Hanning window. Thereafter, an n-point FFT operation is performed in the FFT unit on the data limited by the window function of the Hanning window.

FFT部によるFFT演算の結果は、複素共役部による複素共役処理の後、パワースペクトルP(f)としてn/2ポイントのデータが出力される。   As a result of the FFT operation by the FFT unit, n / 2 point data is output as the power spectrum P (f) after the complex conjugate process by the complex conjugate unit.

再び図1に戻り、流量2次元推定部26は、パワースペクトルP(f)に基づいて、1次モーメント1stM及び平均周波数fmを算出する。   Returning to FIG. 1 again, the flow rate two-dimensional estimation unit 26 calculates the first moment 1stM and the average frequency fm based on the power spectrum P (f).

ここで、1次モーメント及び平均周波数の算出方法の一具体例を、図6を参照して説明する。図6は、1次モーメント及び平均周波数の算出方法の一例を示す概念図である。   Here, a specific example of the calculation method of the first moment and the average frequency will be described with reference to FIG. FIG. 6 is a conceptual diagram showing an example of a method for calculating the first moment and the average frequency.

図6において、流量2次元推定部26の1次モーメント積算部は、パワースペクトルP(f)と周波数ベクトルfとを乗算し、規定帯域(ここでは、f0〜f1)で積算することにより、1次モーメントとして、1stM=Σ{f・P(f)}を出力する。   In FIG. 6, the first moment accumulation unit of the flow rate two-dimensional estimation unit 26 multiplies the power spectrum P (f) and the frequency vector f, and accumulates them in a specified band (here, f0 to f1). As the next moment, 1stM = Σ {f · P (f)} is output.

流量2次元推定部26の積算部は、パワースペクトルP(f)を、規定帯域(ここでは、f0〜f1)で積算し、Ps=Σ{P(f)}を出力する。流量2次元推定部26の除算部は、1次モーメント1stMを、積算部の出力であるPsで除算した値を、平均周波数fmとして出力する。   The integrating unit of the flow rate two-dimensional estimating unit 26 integrates the power spectrum P (f) in a specified band (here, f0 to f1), and outputs Ps = Σ {P (f)}. The division unit of the flow rate two-dimensional estimation unit 26 outputs a value obtained by dividing the first moment 1stM by Ps, which is the output of the integration unit, as an average frequency fm.

(流量推定)
次に、以上のように構成された流体評価装置100による流量の推定処理(つまり、流量2次元推定部26における処理)について説明する。
(Flow estimation)
Next, flow rate estimation processing (that is, processing in the flow rate two-dimensional estimation unit 26) by the fluid evaluation device 100 configured as described above will be described.

LPF演算部25から出力された透過光量TDCと、血液の濃度に対応するヘマトクリット値Hctとの関係は、例えば図4のようになる。図4は、ヘマトクリット値と透過光量の関係の一例を示す図である。   The relationship between the transmitted light amount TDC output from the LPF calculation unit 25 and the hematocrit value Hct corresponding to the blood concentration is, for example, as shown in FIG. FIG. 4 is a diagram illustrating an example of the relationship between the hematocrit value and the amount of transmitted light.

図4に示すように、血液の濃度が高くなると(即ち、ヘマトクリット値Hctが大きくなると)、例えば赤血球による光の散乱や吸収が増加することに起因して、透過光量TDCは減衰する。   As shown in FIG. 4, when the blood concentration increases (that is, when the hematocrit value Hct increases), the amount of transmitted light TDC attenuates due to, for example, an increase in light scattering and absorption by red blood cells.

ここで、本願発明者の研究によれば、透過光量TDCは、ヘマトクリット値Hctに応じて主に変化するが、体外循環血液回路を構成するチューブ内を流れる血液の流速にも依存していることが、判明している。   Here, according to the study by the present inventor, the transmitted light amount TDC mainly changes according to the hematocrit value Hct, but also depends on the flow velocity of blood flowing in the tube constituting the extracorporeal circulation blood circuit. But it turns out.

また、周波数解析部35から出力されたビート信号のパワースペクトルP(f)と、周波数fとの関係は、例えば図7のようになる。図7は、周波数とパワースペクトルの関係の一例を示す図である。   Further, the relationship between the power spectrum P (f) of the beat signal output from the frequency analysis unit 35 and the frequency f is, for example, as shown in FIG. FIG. 7 is a diagram illustrating an example of the relationship between the frequency and the power spectrum.

図7に示すように、血液の流速が比較的低いとき、即ち、体外循環血液回路を構成するチューブ内を流れる散乱体としての赤血球の流れる速度が比較的遅いとき、低周波成分が高周波成分に比べて著しく多くなる(図7の破線参照)。他方、血液の流速が比較的高いとき、即ち、赤血球の流れる速度が比較的速いとき、高周波成分が比較的多くなる(図7の実線参照)。これは、移動体(ここでは、赤血球)の速度が速くなると、ドップラーシフト量が増加し、ビート信号の周波数スペクトルの周波数が比較的高い領域の成分が増加するためである。   As shown in FIG. 7, when the flow rate of blood is relatively low, that is, when the flow rate of red blood cells as scatterers flowing through the tubes constituting the extracorporeal circulation blood circuit is relatively slow, the low frequency component becomes the high frequency component. The number is significantly increased (see the broken line in FIG. 7). On the other hand, when the blood flow rate is relatively high, that is, when the flow rate of red blood cells is relatively high, the high-frequency component is relatively large (see the solid line in FIG. 7). This is because when the speed of the moving body (here, red blood cells) increases, the amount of Doppler shift increases, and components in a region where the frequency of the frequency spectrum of the beat signal is relatively high increase.

このようなパワースペクトルP(f)に基づいて求められた1次モーメント1stM及び平均周波数fm各々と、流速との関係は、例えば図8のようになる。図8は、流速と、1次モーメント又は平均周波数との関係の一例を示す図である。   The relationship between the first moment 1stM and the average frequency fm obtained based on the power spectrum P (f) and the flow velocity is as shown in FIG. 8, for example. FIG. 8 is a diagram illustrating an example of the relationship between the flow velocity and the first moment or the average frequency.

図8に示すように、1次モーメント1stM(図8の破線参照)及び平均周波数fm(図8の実線参照)の両方とも、流速が増加に伴い増加する。しかしながら、1次モーメント1stM及び平均周波数fmの両方とも、流速だけでなく、散乱体を含む流体の濃度(ここでは、ヘマトクリット値Hct)にも依存している。   As shown in FIG. 8, both the first moment 1stM (see the broken line in FIG. 8) and the average frequency fm (see the solid line in FIG. 8) increase as the flow velocity increases. However, both the first moment 1stM and the average frequency fm depend not only on the flow velocity but also on the concentration of the fluid containing the scatterer (here, the hematocrit value Hct).

ここで、平均周波数fmが、散乱体を含む流体の濃度に依存する理由について、図9を参照して説明する。図9は、流体の速度を一定にて測定したビート信号のパワースペクトルを、複数の流体濃度について実測した実測値の一例である。図9において、実線は、高濃度の流体についての実測値を示しており、一点鎖線は、低濃度の流体についての実測値を示している。また、太い破線は、アンプノイズを示しており、細い破線は、アンプノイズが無い場合の低濃度の流体についての理論値を示している。   Here, the reason why the average frequency fm depends on the concentration of the fluid containing the scatterer will be described with reference to FIG. FIG. 9 is an example of measured values obtained by actually measuring the power spectrum of the beat signal measured at a constant fluid velocity for a plurality of fluid concentrations. In FIG. 9, the solid line indicates the actual measurement value for the high-concentration fluid, and the alternate long and short dash line indicates the actual measurement value for the low-concentration fluid. A thick broken line indicates amplifier noise, and a thin broken line indicates a theoretical value for a low-concentration fluid when there is no amplifier noise.

アンプノイズは、増幅器初段のトランスインピーダンスアンプが発生するノイズが支配的であり、周波数が増加するに従い増加する。このアンプノイズはアンプ入力端子の寄生容量が関連している。アンプノイズの周波数特性は微分特性を有している。このため、周波数が高くなるほど、ノイズパワーが増加する。   The amplifier noise is dominated by the noise generated by the transimpedance amplifier at the first stage of the amplifier, and increases as the frequency increases. This amplifier noise is related to the parasitic capacitance of the amplifier input terminal. The frequency characteristic of the amplifier noise has a differential characteristic. For this reason, noise power increases as the frequency increases.

流体の濃度が高くなると、該流体に含まれる散乱体の単位体積当たりの数が増加するので、測定されるビート信号のパワーは周波数全体にわたり増加する。他方、流体の濃度が低くなると、該流体に含まれる散乱体の単位体積当たりの数が低下するので、測定されるビート信号のパワーは周波数全体にわたり低下する。   As the concentration of the fluid increases, the number of scatterers contained in the fluid per unit volume increases, so the power of the measured beat signal increases over the frequency. On the other hand, as the concentration of the fluid decreases, the number of scatterers contained in the fluid per unit volume decreases, so the power of the measured beat signal decreases across the frequency.

アンプノイズはビート信号のパワーには依存しないので、ビート信号のパワーが比較的小さい低濃度の流体は、アンプノイズの影響が比較的大きく、特に高周波領域においてビート信号のパワーが見かけ上増加する。他方で、ビート信号のパワーが比較的大きい高濃度の流体は、アンプノイズの影響を殆ど受けない。   Since the amplifier noise does not depend on the power of the beat signal, a low-concentration fluid with a relatively small beat signal power has a relatively large influence of the amplifier noise, and the beat signal power apparently increases particularly in a high frequency region. On the other hand, a high-concentration fluid with relatively high beat signal power is hardly affected by amplifier noise.

流体の速度を一定にしているため、理論上、流体の速度に比例する平均周波数fmは、流体の濃度が変化しても一定となる。しかしながら、アンプノイズの影響により、高濃度の流体についての実測値から得られる平均周波数(図9における黒丸参照)と、低濃度の流体についての実測値から得られる平均周波数(図9における太線白丸参照)と、は異なる(仮に、アンプノイズの影響がなければ、低濃度の流体の平均周波数は、図9に細線白丸で示す値となる)。   Since the fluid velocity is constant, the average frequency fm that is proportional to the fluid velocity is theoretically constant even if the fluid concentration changes. However, due to the influence of amplifier noise, the average frequency obtained from the actual measurement value for the high-concentration fluid (see the black circle in FIG. 9) and the average frequency obtained from the actual measurement value for the low-concentration fluid (see the thick white circle in FIG. 9). (If there is no influence of amplifier noise, the average frequency of a low-concentration fluid is a value indicated by a thin white circle in FIG. 9).

アンプノイズの影響を低減するために、半導体レーザ11のパワーを増大させるという対策も考えられるが、例えば消費電力の増大や、作業者や被験者の眼等への悪影響が生じる可能性がある。つまり、安全性や消費電力の観点から半導体レーザ11のパワー増大には限度がある。   In order to reduce the influence of the amplifier noise, a measure of increasing the power of the semiconductor laser 11 is conceivable. However, for example, an increase in power consumption or an adverse effect on the eyes of workers or subjects may occur. That is, the power increase of the semiconductor laser 11 is limited from the viewpoint of safety and power consumption.

上述の如く、透過光量TDCは、ヘマトクリット値Hct(即ち、濃度)及び流速に依存し、パワースペクトルP(f)、並びに、該パワースペクトルP(f)から求められる平均周波数fm及び1次モーメント1stMは、流速及び濃度に依存する。本願発明者は、透過光量TDCと、平均周波数fm又は1次モーメント1stMとの2つのパラメータに基づいて、血液のヘマトクリット値Hctと、流量又は流速との少なくとも一方を求めるという着想に至った。   As described above, the transmitted light amount TDC depends on the hematocrit value Hct (that is, the concentration) and the flow velocity, and the power spectrum P (f), and the average frequency fm and the first moment 1stM obtained from the power spectrum P (f). Depends on flow rate and concentration. The inventor of the present application has come up with the idea of obtaining at least one of the hematocrit value Hct of blood, the flow rate or the flow rate based on two parameters of the transmitted light amount TDC and the average frequency fm or the first moment 1stM.

尚、パワースペクトルP(f)、平均周波数fm及び1次モーメント1stMの求め方は、上述した方法に限定されず、公知の各種態様を適用可能である。   The method for obtaining the power spectrum P (f), the average frequency fm, and the first moment 1stM is not limited to the above-described method, and various known modes can be applied.

本実施例では、透過光量TDCと、平均周波数fm又は1次モーメント1stMとから血液の流量Qを求める方法について説明する。   In the present embodiment, a method of obtaining the blood flow rate Q from the transmitted light amount TDC and the average frequency fm or the first moment 1stM will be described.

流量2次元推定部26(図1参照)には、例えば図10に示すような、透過光量TDCと平均周波数fmとの関係を、流量毎に示すマップデータが予め格納されている。   The flow rate two-dimensional estimation unit 26 (see FIG. 1) stores in advance map data indicating the relationship between the transmitted light amount TDC and the average frequency fm for each flow rate, for example, as shown in FIG.

図10において、Line1、Line2及びLine3は、夫々、例えば、流量Q=50[ミリリットル/分]のときの透過光量TDCと平均周波数fmとの関係線、流量Q=100[ミリリットル/分]のときの透過光量TDCと平均周波数fmとの関係線、及び、流量Q=150[ミリリットル/分]のときの透過光量TDCと平均周波数fmとの関係線、を示している。   In FIG. 10, Line1, Line2, and Line3 are, for example, a relationship line between the transmitted light amount TDC and the average frequency fm when the flow rate Q = 50 [milliliter / minute], and when the flow rate Q = 100 [milliliter / minute]. A relationship line between the transmitted light amount TDC and the average frequency fm, and a relationship line between the transmitted light amount TDC and the average frequency fm when the flow rate Q = 150 [milliliter / min] are shown.

図10において、領域Ar1は、Line1の図面下側の領域を意味し、領域Ar2は、Line1及びLine2の間の領域を意味し、領域Ar3は、Line2及びLine3の間の領域を意味し、領域Ar4は、Line3の図面上側の領域を意味する。   In FIG. 10, a region Ar1 means a region below Line 1 in the drawing, a region Ar2 means a region between Line1 and Line2, and a region Ar3 means a region between Line2 and Line3. Ar4 means a region on the upper side of Line3 in the drawing.

図10に示すようなマップデータは、典型的には、濃度が既知の流体(ここでは、血液)に光を照射したときに得られる透過光量TDCと、平均周波数fmとの実測値を、複数の流量(流速)について求め、該求められた複数の実測値に基づいて、一の流量に対応する実測値から透過光量TDCと平均周波数fmとの関係線(例えば“Line1”等)を取得することにより構築すればよい。   The map data as shown in FIG. 10 typically includes a plurality of measured values of the transmitted light amount TDC and the average frequency fm obtained when the fluid (here, blood) having a known concentration is irradiated with light. The flow rate (flow velocity) is obtained, and a relationship line (for example, “Line 1”) between the transmitted light amount TDC and the average frequency fm is obtained from the actually measured values corresponding to one flow rate based on the obtained actually measured values. You can build it.

図10において、透過光量TDCを“x”、平均周波数fmを“y”とすると、流量Q=50[ミリリットル/分]を示すLine1は、“y=K1・x+C1”と表せる。同様に、流量Q=100[ミリリットル/分]を示すLine2は、“y=K2・x+C2”と表され、流量Q=150[ミリリットル/分]を示すLine3は、“y=K3・x+C3”と表される。尚、“K1”、“C1”、“K2”、“C2”、“K3”及び“C3”は、図10に示すマップデータを構築するために用いた実測値から求まる定数である。   In FIG. 10, when the transmitted light amount TDC is “x” and the average frequency fm is “y”, Line1 indicating the flow rate Q = 50 [milliliter / minute] can be expressed as “y = K1 · x + C1”. Similarly, Line2 indicating the flow rate Q = 100 [milliliter / minute] is expressed as “y = K2 · x + C2”, and Line3 indicating the flow rate Q = 150 [milliliter / minute] is expressed as “y = K3 · x + C3”. expressed. “K1”, “C1”, “K2”, “C2”, “K3”, and “C3” are constants obtained from the actual measurement values used to construct the map data shown in FIG.

本実施例に係る流量推定処理について、図10に加え、図11のフローチャートを参照して説明する。尚、LPF演算部25から出力された透過光量TDCに対応する値を“x”と、周波数解析部35から出力されたパワースペクトルP(f)に基づく平均周波数fmに対応する値を“y”とする。 The flow rate estimation processing according to the present embodiment will be described with reference to the flowchart of FIG. 11 in addition to FIG. The value corresponding to the transmitted light amount TDC output from the LPF calculation unit 25 is “x i ”, and the value corresponding to the average frequency fm based on the power spectrum P (f) output from the frequency analysis unit 35 is “y”. i ”.

図11において、流量2次元推定部26(図1参照)は、先ず、図10のLine1を示す“y=K1・x+C1”という式に、当該流体評価装置100による計測結果“x”(即ち、透過光量TDCの計測値)を代入して、Line1上で、透過光量TDCが“x”となる平均周波数fmの値である“y1”を求める。続いて、流量2次元推定部26は、該求められた“y1”と、当該流体評価装置100による計測結果“y”(即ち、平均周波数fmの計測値)とを比較する(ステップS101)。 In FIG. 11, the flow rate two-dimensional estimation unit 26 (see FIG. 1) first calculates the measurement result “x i ” (that is, the equation “y = K1 · x + C1” indicating Line 1 in FIG. , The measured value of the transmitted light amount TDC) is substituted, and “y1” which is the value of the average frequency fm at which the transmitted light amount TDC becomes “x i ” is obtained on Line1. Subsequently, the two-dimensional flow estimation unit 26 compares the obtained “y1” with the measurement result “y i ” (that is, the measured value of the average frequency fm) by the fluid evaluation device 100 (step S101). .

具体的には、流量2次元推定部26は、“y”から“y1”を減算する(即ち、“y−y1=y−(K1・x+C1)”)。この演算結果が負であれば、Line1上の点(x,y1)の方が、計測結果(x,y)より大きいことになる(即ち、計測結果は、マップデータ上においてLine1の下側に存在することとなる)。他方、演算結果が負でなければ、計測結果(x,y)は、Line1上の点(x,y1)と等しい又は点(x,y1)より大きいことになる(即ち、計測結果は、マップデータ上においてLine1上又はLine1の上側に存在することとなる)。 Specifically, the flow rate two-dimensional estimation unit 26 subtracts “y1” from “y i ” (that is, “y i −y1 = y i − (K1 · x i + C1)”). If this calculation result is negative, the point (x i , y 1) on Line 1 is larger than the measurement result (x i , y i ) (that is, the measurement result is the line 1 on the map data). Will be on the lower side). On the other hand, if the result is not negative, the measurement result (x i, y i) will be greater than the point on Line1 (x i, y1) is equal or point (x i, y1) (i.e., Measurement The result will be on Line1 or above Line1 on the map data).

演算結果が負である(即ち、“y−(K1・x+C1)<0”)と判定された場合(ステップS101:Yes)、流量2次元推定部26は、計測結果(x,y)が、マップデータ上においてLine1の下側の領域である領域Ar1に存在すると判定する(ステップS102)。 When it is determined that the calculation result is negative (ie, “y i − (K1 · x i + C1) <0”) (step S101: Yes), the flow rate two-dimensional estimation unit 26 determines the measurement result (x i , It is determined that y i ) exists in the area Ar1 which is the lower area of Line1 on the map data (step S102).

続いて、流量2次元推定部26は、計測結果(x,y)を用いて、流量Qを推定する(ステップS103)。図10に示すように、領域Ar1は、Line1の下側にあるので、流量2次元推定部26は、Line1に基づく外挿処理により、計測結果に対応する流量Qを推定する。 Subsequently, the flow rate two-dimensional estimation unit 26 estimates the flow rate Q using the measurement results (x i , y i ) (step S103). As shown in FIG. 10, since the area Ar1 is below Line1, the flow rate two-dimensional estimation unit 26 estimates the flow rate Q corresponding to the measurement result by extrapolation processing based on Line1.

具体的には、流量2次元推定部26は、先ず、Line1を示す“y=K1・x+C1”という式に、計測結果“x”を代入して、Line1上で、透過光量TDCが“x”となる平均周波数fmの値である“yH”(上述した、“y1”と同一値)を求める。つまり、yH=K1・x+C1である。 Specifically, the flow rate two-dimensional estimation unit 26 first substitutes the measurement result “x i ” into the expression “y = K1 · x + C1” indicating Line1, and the transmitted light amount TDC is “x” on Line1. “yH” (the same value as “y1” described above), which is the value of the average frequency fm that becomes “ i ”, is obtained. That is, yH = K1 · x i + C1.

流量2次元推定部26は、次に、求められた“yH”と計測結果“y”との差分に推定係数α2を乗算し、50を加算する(Line1が、流量Q=50[ミリリットル/分]に対応するため)ことにより、流量Qを求める。つまり、流量Q=50+α2(yi−yH)である。 Next, the flow rate two-dimensional estimation unit 26 multiplies the difference between the obtained “yH” and the measurement result “y i ” by the estimation coefficient α2 and adds 50 (Line1 has a flow rate Q = 50 [milliliter / To obtain the flow rate Q. That is, the flow rate Q = 50 + α2 (y i− yH).

ステップS101の処理において、演算結果が負でない(即ち、“y−(K1・x+C1)≧0”)と判定された場合(ステップS101:No)、流量2次元推定部26は、図10のLine2を示す“y=K2・x+C2”という式に、計測結果“x”を代入して、Line2上で、透過光量TDCが“x”となる平均周波数fmの値である“y2”を求める。続いて、流量2次元推定部26は、該求められた“y2”と、計測結果“y”とを比較する(ステップS104)。 When it is determined in the process of step S101 that the calculation result is not negative (that is, “y i − (K1 · x i + C1) ≧ 0”) (step S101: No), the flow rate two-dimensional estimation unit 26 The measurement result “x i ” is substituted into the expression “y = K2 · x + C2” indicating Line 2 of 10 and “y2” is the value of the average frequency fm at which the transmitted light amount TDC becomes “x i ” on Line2. ” Subsequently, the two-dimensional flow rate estimation unit 26 compares the obtained “y2” with the measurement result “y i ” (step S104).

比較結果が負である(即ち、“y−(K2・x+C2)<0”)と判定された場合(ステップS104:Yes)、流量2次元推定部26は、計測結果(x,y)が、マップデータ上においてLine1とLine2との間の領域である領域Ar2に存在すると判定する(ステップS105)。 When it is determined that the comparison result is negative (that is, “y i − (K2 · x i + C2) <0”) (step S104: Yes), the flow rate two-dimensional estimation unit 26 determines the measurement result (x i , It is determined that y i ) exists in the area Ar2 that is the area between Line1 and Line2 on the map data (step S105).

続いて、流量2次元推定部26は、計測結果(x,y)を用いて、流量Qを推定する(ステップS106)。図10に示すように、領域Ar2は、Line1及びLine2の間にあるので、流量2次元推定部26は、Line1及びLine2に基づく補間処理により、計測結果に対応する流量Qを推定する。 Subsequently, the flow rate two-dimensional estimation unit 26 estimates the flow rate Q using the measurement results (x i , y i ) (step S106). As shown in FIG. 10, since the region Ar2 is between Line1 and Line2, the flow rate two-dimensional estimation unit 26 estimates the flow rate Q corresponding to the measurement result by interpolation processing based on Line1 and Line2.

具体的には、流量2次元推定部26は、先ず、Line1を示す“y=K1・x+C1”という式に、計測結果“x”を代入して、Line1上で、透過光量TDCが“x”となる平均周波数fmの値である“yL”を求める。つまり、yL=K1・x+C1である。 Specifically, the flow rate two-dimensional estimation unit 26 first substitutes the measurement result “x i ” into the expression “y = K1 · x + C1” indicating Line1, and the transmitted light amount TDC is “x” on Line1. “yL”, which is the value of the average frequency fm that becomes “ i ”, is obtained. That is, yL = K1 · x i + C1.

同様に、流量2次元推定部26は、Line2を示す“y=K2・x+C2”という式に、計測結果“x”を代入して、Line2上で、透過光量TDCが“x”となる平均周波数fmの値である“yH” (上述した、“y2”と同一値)を求める。つまり、yH=K2・x+C2である。 Similarly, the flow rate two-dimensional estimation unit 26 substitutes the measurement result “x i ” into the expression “y = K 2 · x + C 2” indicating Line 2, and the transmitted light amount TDC becomes “x i ” on Line 2. “YH” (the same value as “y2” described above), which is the value of the average frequency fm, is obtained. That is, yH = K2 · x i + C2.

次に、流量2次元推定部26は、計測結果“y”が、求められた“yL”及び“yH”各々からどの程度離れているかを求め、例えば流量Q=50[ミリリットル/分]に対して補正することにより、流量Qを求める。つまり、流量Q=50+(100−50){(y−yL)/(yH−yL)}である。 Next, the flow rate two-dimensional estimation unit 26 obtains how far the measurement result “y i ” is from each of the obtained “yL” and “yH”, for example, at a flow rate Q = 50 [milliliter / minute]. On the other hand, the flow rate Q is obtained by correcting it. That is, the flow rate Q = 50 + (100−50) {(y i −yL) / (yH−yL)}.

ステップS104の処理において、比較結果が負でない(即ち、“y−(K2・x+C2)≧0”)と判定された場合(ステップS104:No)、流量2次元推定部26は、図10のLine3を示す“y=K3・x+C3”という式に、計測結果“x”を代入して、Line3上で、透過光量TDCが“x”となる平均周波数fmの値である“y3”を求める。続いて、流量2次元推定部26は、該求められた“y3”と、計測結果“y”とを比較する(ステップS107)。 In the process of step S104, when it is determined that the comparison result is not negative (ie, “y i − (K2 · x i + C2) ≧ 0”) (step S104: No), the flow rate two-dimensional estimation unit 26 The measurement result “x i ” is substituted into the expression “y = K3 · x + C3” indicating Line 3 of 10 and “y3” which is the value of the average frequency fm at which the transmitted light amount TDC becomes “x i ” on Line3. ” Subsequently, the flow rate two-dimensional estimation unit 26 compares the obtained “y3” with the measurement result “y i ” (step S107).

比較結果が負である(即ち、“y−(K3・x+C3)<0”)と判定された場合(ステップS107:Yes)、流量2次元推定部26は、計測結果(x,y)が、マップデータ上においてLine2とLine3との間の領域である領域Ar3に存在すると判定する(ステップS108)。 When it is determined that the comparison result is negative (that is, “y i − (K3 · x i + C3) <0”) (step S107: Yes), the flow rate two-dimensional estimation unit 26 determines the measurement result (x i , It is determined that y i ) exists in the area Ar3 which is an area between Line2 and Line3 on the map data (step S108).

続いて、流量2次元推定部26は、計測結果(x,y)を用いて、流量Qを推定する(ステップS109)。 Subsequently, the flow rate two-dimensional estimation unit 26 estimates the flow rate Q using the measurement results (x i , y i ) (step S109).

具体的には、流量2次元推定部26は、Line2を示す“y=K2・x+C2”という式に、計測結果“x”を代入して、Line2上で、透過光量TDCが“x”となる平均周波数fmの値である“yL”を求める。つまり、yL=K2・x+C2である。 Specifically, the flow rate two-dimensional estimation unit 26 substitutes the measurement result “x i ” into the expression “y = K2 · x + C2” indicating Line2, and the transmitted light amount TDC is “x i ” on Line2. “YL” which is the value of the average frequency fm is obtained. That is, yL = K2 · x i + C2.

同様に、流量2次元推定部26は、Line3を示す“y=K3・x+C3”という式に、計測結果“x”を代入して、Line3上で、透過光量TDCが“x”となる平均周波数fmの値である“yH” (上述した、“y3”と同一値)を求める。つまり、yH=K3・x+C3である。 Similarly, the flow rate two-dimensional estimation unit 26 substitutes the measurement result “x i ” for the expression “y = K3 · x + C3” indicating Line 3 and the transmitted light amount TDC becomes “x i ” on Line 3. “YH” (the same value as “y3” described above), which is the value of the average frequency fm, is obtained. That is, yH = K3 · x i + C3.

次に、流量2次元推定部26は、計測結果“y”並びに、求められた“yL”及び“yH”に基づいて、流量Q=100+(150−100){(y−yL)/(yH−yL)}という式に従って、流量Qを求める。 Next, the flow rate two-dimensional estimation unit 26 determines the flow rate Q = 100 + (150-100) {(y i -yL) / based on the measurement result “y i ” and the obtained “yL” and “yH”. The flow rate Q is obtained according to the equation (yH−yL)}.

ステップS107の処理において、比較結果が負でない(即ち、“y−(K3・x+C3)≧0”)と判定された場合(ステップS107:No)、流量2次元推定部26は、計測結果(x,y)が、マップデータ上においてLine3上又はLine3の上側の領域である領域Ar4に存在すると判定する(ステップS110)。 When it is determined in the process of step S107 that the comparison result is not negative (ie, “y i − (K3 · x i + C3) ≧ 0”) (step S107: No), the flow rate two-dimensional estimation unit 26 performs measurement. It is determined that the result (x i , y i ) exists in the area Ar4 that is on the line 3 or on the upper side of the line 3 on the map data (step S110).

続いて、流量2次元推定部26は、計測結果(x,y)を用いて、流量Qを推定する(ステップS111)。 Subsequently, the flow rate two-dimensional estimation unit 26 estimates the flow rate Q using the measurement results (x i , y i ) (step S111).

具体的には、流量2次元推定部26は、先ず、Line3を示す“y=K3・x+C3”という式に、計測結果“x”を代入して、Line3上で、透過光量TDCが“x”となる平均周波数fmの値である“yL”(上述した、“y3”と同一値)を求める。つまり、yL=K3・x+C3である。 Specifically, the flow rate two-dimensional estimation unit 26 first substitutes the measurement result “x i ” into the expression “y = K3 · x + C3” indicating Line3, and the transmitted light amount TDC is “x” on Line3. “yL” (the same value as “y3” described above), which is the value of the average frequency fm that becomes “ i ”, is obtained. That is, yL = K3 · x i + C3.

流量2次元推定部26は、次に、求められた“yL”と計測結果“y”との差分に推定係数β2を乗算し、150に加算する(Line3が、流量Q=150[ミリリットル/分]に対応するため)ことにより、流量Qを求める。つまり、流量Q=150+β2(y−yL)である。 Next, the flow rate two-dimensional estimation unit 26 multiplies the difference between the obtained “yL” and the measurement result “y i ” by the estimation coefficient β2 and adds it to 150 (Line 3 has a flow rate Q = 150 [milliliter / To obtain the flow rate Q. That is, the flow rate Q = 150 + β2 (y i −yL).

尚、上述した流量の推定には、図10に示すような、透過光量TDCと平均周波数fmとの関係を、流量毎に示すマップデータに代えて、透過光量TDCと1次モーメント1stMとの関係を、流量毎に示すマップデータを用いて行われてよい。   In the above-described flow rate estimation, the relationship between the transmitted light amount TDC and the average frequency fm as shown in FIG. 10 is replaced with the map data shown for each flow rate, and the relationship between the transmitted light amount TDC and the first moment 1stM. May be performed using map data indicating each flow rate.

尚、流量2次元推定部26は、流量Qに加えて又は代えて、血液の流速を求めてよい。この場合、流量2次元推定部26は、例えば求められた流量Qに基づいて流速を求めてもよいし、例えば図10に示すようなマップデータを流速について構築して、該構築されたマップデータに基づいて流速を求めてもよい。流量Qから流速を求める方法には、公知の各種態様を適用可能である。   The flow rate two-dimensional estimation unit 26 may obtain the blood flow velocity in addition to or instead of the flow rate Q. In this case, the flow rate two-dimensional estimation unit 26 may obtain the flow velocity based on the obtained flow rate Q, for example, construct map data as shown in FIG. 10 for the flow velocity, and construct the constructed map data The flow rate may be obtained based on Various known modes can be applied to the method for obtaining the flow velocity from the flow rate Q.

(効果)
次に、本実施例に係る流体評価装置100の効果について、図12を参照して説明する。図12(a)は、平均周波数のみから流量を推定した場合の推定結果の一例である。図12(b)は、透過光量及び平均周波数から流量を推定した場合の推定結果の一例である。図12に示す推定結果は、流量(即ち、体外循環血液回路を構成するチューブ内を流れる血液の流量Q)を一定に保って、血液の濃度(ヘマトクリット値Hct)を変化させた場合の推定結果である。
(effect)
Next, the effect of the fluid evaluation apparatus 100 according to the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 12A is an example of an estimation result when the flow rate is estimated only from the average frequency. FIG. 12B is an example of an estimation result when the flow rate is estimated from the transmitted light amount and the average frequency. The estimation results shown in FIG. 12 are the estimation results when the blood concentration (hematocrit value Hct) is changed while the flow rate (that is, the flow rate Q of blood flowing in the tube constituting the extracorporeal circulation blood circuit) is kept constant. It is.

平均周波数fmのみから流量Qを推定した場合、図12(a)に示すように、濃度が低くなるほど、推定された流量Qは大きくなっている。つまり、平均周波数fmのみから流量Qを推定すると、濃度が低くなるほど誤差が大きくなってしまう。   When the flow rate Q is estimated from only the average frequency fm, as shown in FIG. 12A, the estimated flow rate Q increases as the concentration decreases. That is, if the flow rate Q is estimated only from the average frequency fm, the error increases as the concentration decreases.

他方で、本実施例のように、透過光量TDC及び平均周波数fmから流量Qを推定した場合、図12(b)に示すように、流量Qは濃度に依存せず一定である。即ち、流体評価装置100によれば、血液の濃度の影響を受けずに、流量Qを精度良く求めることができる。   On the other hand, when the flow rate Q is estimated from the transmitted light amount TDC and the average frequency fm as in this embodiment, the flow rate Q is constant without depending on the concentration, as shown in FIG. That is, according to the fluid evaluation apparatus 100, the flow rate Q can be obtained with high accuracy without being affected by the blood concentration.

本実施例に係る「半導体レーザ11」及び「レーザ駆動部12」は、本発明に係る「光源」の一例である。本実施例に係る「受光素子21及び31」は、本発明に係る「受光部」、「第1受光部」及び「第2受光部」の一例である。本実施例に係る「LPF演算部25」は、本発明に係る「第1情報出力部」の一例である。本実施例に係る「周波数解析部35」及び「流量2次元推定部26」は、本発明に係る「第2情報出力部」の一例である。   The “semiconductor laser 11” and “laser driver 12” according to the present embodiment are examples of the “light source” according to the present invention. The “light receiving elements 21 and 31” according to the present embodiment are examples of the “light receiving portion”, the “first light receiving portion”, and the “second light receiving portion” according to the present invention. The “LPF calculation unit 25” according to the present embodiment is an example of the “first information output unit” according to the present invention. The “frequency analysis unit 35” and the “flow rate two-dimensional estimation unit 26” according to the present embodiment are examples of the “second information output unit” according to the present invention.

本実施例に係る「パワースペクトルP(f)」、「平均周波数fm」及び「1次モーメント1stM」は、本発明に係る「ビート信号に基づく情報」の一例である。本実施例に係る「透過光量TDC」は、本発明に係る「受光量情報」の一例である。本実施例に係る「流量Q」は、本発明に係る「流量又は流速に関するパラメータ」の一例である。図10に示す「マップデータ」は、本発明に係る「対応関係情報」の一例である。図10の「Line1」、「Line2」及び「Line3」は、本発明に係る「関係線」の一例である。   “Power spectrum P (f)”, “average frequency fm”, and “first moment 1stM” according to the present embodiment are examples of “information based on beat signals” according to the present invention. The “transmitted light amount TDC” according to the present embodiment is an example of “light reception amount information” according to the present invention. The “flow rate Q” according to the present embodiment is an example of the “parameter relating to the flow rate or flow velocity” according to the present invention. “Map data” shown in FIG. 10 is an example of “correspondence information” according to the present invention. “Line 1”, “Line 2”, and “Line 3” in FIG. 10 are examples of “relation lines” according to the present invention.

<第1変形例>
次に、本実施例に係る流体評価装置の第1変形例について、図13を参照して説明する。尚、第1変形例について、上述した第1実施例と重複する説明を省略すると共に、図面上における共通箇所には同一符号を付して示す。図13は、第1実施例の第1変形例に係る流量推定の概念を示す概念図である。
<First Modification>
Next, a first modification of the fluid evaluation apparatus according to the present embodiment will be described with reference to FIG. In addition, about the 1st modification, while abbreviate | omitting the description which overlaps with 1st Example mentioned above, the same code | symbol is attached | subjected and shown to the common location on drawing. FIG. 13 is a conceptual diagram illustrating the concept of flow rate estimation according to a first modification of the first embodiment.

本変形例では、計測結果(x,y)が、マップデータの領域Ar2又は領域Ar3(図10参照)に存在し、補間処理により流量Qを求める方法が、上述した第1実施例と異なる。 In this modification, the measurement result (x i , y i ) is present in the area Ar2 or area Ar3 (see FIG. 10) of the map data, and the method for obtaining the flow rate Q by interpolation processing is the same as in the first embodiment described above. Different.

具体的には、流量2次元推定部26は、先ず、計測点PからLine1へおろした垂線の長さdL、及び、該計測点PからLine2へおろした垂線の長さdHを求める(図13参照)。   Specifically, the flow rate two-dimensional estimation unit 26 first obtains the length dL of the perpendicular drawn from the measurement point P to Line 1 and the length dH of the perpendicular drawn from the measurement point P to Line 2 (FIG. 13). reference).

ここで、長さdL={y−(K1・x+C1)}/{√(1−K1)}であり、長さdH={(K2・x+C1)−y}/{√(1−K2)}である。 Here, the length dL = {y i − (K1 · x i + C1)} / {√ (1−K1 2 )}, and the length dH = {(K2 · x i + C1) −y i } / { √ (1-K2 2 )}.

次に、流量2次元推定部26は、長さdL及び長さdHを用い、計測点Pが、例えば流量Q=50[ミリリットル/分](即ち、Line1)からどの程度ずれているかを求めることにより、流量Qを求める。具体的には、流量2次元推定部26は、“流量Q=50+(100−50){dL/(dL+dH)}”という式に従って、流量Qを求める。   Next, the flow rate two-dimensional estimation unit 26 uses the length dL and the length dH to determine how much the measurement point P deviates from, for example, the flow rate Q = 50 [milliliter / minute] (that is, Line 1). Thus, the flow rate Q is obtained. Specifically, the flow rate two-dimensional estimation unit 26 obtains the flow rate Q according to the formula “flow rate Q = 50 + (100−50) {dL / (dL + dH)}”.

<第2変形例>
次に、本実施例に係る流体評価装置の第2変形例について、図14を参照して説明する。尚、第2変形例について、上述した第1実施例と重複する説明を省略すると共に、図面上における共通箇所には同一符号を付して示す。図14は、図1と同趣旨の、第1実施例の第2変形例に係る流体評価装置の構成を示すブロック図である。
<Second Modification>
Next, a second modification of the fluid evaluation apparatus according to the present embodiment will be described with reference to FIG. In addition, about the 2nd modification, while omitting the description which overlaps with the 1st Example mentioned above, the same code | symbol is attached | subjected and shown to a common location on drawing. FIG. 14 is a block diagram showing a configuration of a fluid evaluation apparatus according to a second modification of the first embodiment having the same meaning as in FIG. 1.

図14において、本変形例に係る流体評価装置200は、半導体レーザ11、レーザ駆動部12、受光素子21、I−V変換部22、LPF増幅器23、A/D変換部24及び42、LPF演算部25、流量2次元推定部26、BPF増幅器41並びに周波数解析部43を備えて構成されている。   In FIG. 14, a fluid evaluation apparatus 200 according to this modification includes a semiconductor laser 11, a laser driving unit 12, a light receiving element 21, an IV conversion unit 22, an LPF amplifier 23, A / D conversion units 24 and 42, and LPF calculation. Unit 25, flow rate two-dimensional estimation unit 26, BPF amplifier 41, and frequency analysis unit 43.

受光素子21から出力される検出電流には、レーザ光のドップラーシフトに起因するビート信号が含まれる。   The detection current output from the light receiving element 21 includes a beat signal resulting from the Doppler shift of the laser light.

BPF増幅器41は、I−V変換部22から出力された電圧信号に含まれる所定周波数帯域の信号成分以外の他の周波数帯域の信号成分をカットした上で増幅する。   The BPF amplifier 41 cuts and amplifies a signal component in a frequency band other than a signal component in a predetermined frequency band included in the voltage signal output from the IV converter 22.

具体的には、BPF増幅器41は、例えばハム信号等の低周波信号、及び、例えばスイッチング電源ノイズ等である高周波信号をカットして、所定周波数帯域の信号成分に相当するビート信号を増幅し出力する。   Specifically, the BPF amplifier 41 amplifies a beat signal corresponding to a signal component of a predetermined frequency band by cutting a low frequency signal such as a hum signal and a high frequency signal such as a switching power supply noise. To do.

A/D変換部42は、BPF増幅器41から出力されたビート信号に対して、A/D変換処理を行い、量子化されたビート信号であるビートデータを出力する。   The A / D conversion unit 42 performs A / D conversion processing on the beat signal output from the BPF amplifier 41, and outputs beat data that is a quantized beat signal.

周波数解析部43は、ビートデータに対して、例えばDSPにより、FFT等の周波数解析を行い、パワースペクトルP(f)を出力する。該出力されたパワースペクトルP(f)は、流量2次元推定部26に入力される。   The frequency analysis unit 43 performs frequency analysis such as FFT on the beat data using, for example, a DSP, and outputs a power spectrum P (f). The output power spectrum P (f) is input to the flow rate two-dimensional estimation unit 26.

<第3変形例>
次に、本実施例に係る流体評価装置の第3変形例について、図15を参照して説明する。尚、第3変形例について、上述した第1実施例と重複する説明を省略すると共に、図面上における共通箇所には同一符号を付して示す。図15は、図1と同趣旨の、第1実施例の第3変形例に係る流体評価装置の構成を示すブロック図である。
<Third Modification>
Next, a third modification of the fluid evaluation apparatus according to the present embodiment will be described with reference to FIG. In addition, about the 3rd modification, while abbreviate | omitting the description which overlaps with 1st Example mentioned above, the same code | symbol is attached | subjected and shown to a common location on drawing. FIG. 15 is a block diagram showing a configuration of a fluid evaluation apparatus according to a third modification of the first embodiment having the same meaning as in FIG.

図15において、本変形例に係る流体評価装置300は、半導体レーザ11、レーザ駆動部12、LED51、LED駆動部52、受光素子21及び31、I−V変換部22及び32、LPF増幅器23、A/D変換部24及び34、LPF演算部25、流量2次元推定部26、BPF増幅器33並びに周波数解析部35を備えて構成されている。   In FIG. 15, the fluid evaluation apparatus 300 according to this modification includes a semiconductor laser 11, a laser driving unit 12, an LED 51, an LED driving unit 52, light receiving elements 21 and 31, IV conversion units 22 and 32, an LPF amplifier 23, The A / D conversion units 24 and 34, the LPF calculation unit 25, the flow rate two-dimensional estimation unit 26, the BPF amplifier 33, and the frequency analysis unit 35 are provided.

半導体レーザ11は、単色性及び干渉性が高く、且つ広く流通している、例えば780nmの波長のレーザ光を出射可能な半導体レーザである。LED51は、血液の酸素飽和度に依存しない、例えば805nmの波長の光を出射可能なLEDである。   The semiconductor laser 11 is a semiconductor laser that can emit laser light having a wavelength of, for example, 780 nm, which has high monochromaticity and interference and is widely distributed. The LED 51 is an LED that can emit light having a wavelength of, for example, 805 nm that does not depend on the oxygen saturation of blood.

レーザ駆動部12及びLED駆動部52各々には、レーザ光とLED光とが交互に被測定対象に照射されるように(即ち、時分割駆動されるように)、信号LD_En及び信号LED_Enが入力される。また、レーザ駆動部12とA/D変換部34とが同期して作動するように、該A/D変換部34にも信号LD_Enが入力される。同様に、LED駆動部52とA/D変換部24とが同期して作動するように、該A/D変換部24にも信号LED_Enが入力される。   Each of the laser drive unit 12 and the LED drive unit 52 receives a signal LD_En and a signal LED_En so that the measurement target is alternately irradiated with laser light and LED light (that is, time-division driven). Is done. Further, the signal LD_En is also input to the A / D converter 34 so that the laser driver 12 and the A / D converter 34 operate in synchronization. Similarly, the signal LED_En is also input to the A / D conversion unit 24 so that the LED driving unit 52 and the A / D conversion unit 24 operate in synchronization.

本変形例に係る「半導体レーザ11」及び「LED51」は、夫々、本発明に係る「第1光源」及び「第2光源」の一例である。   The “semiconductor laser 11” and “LED 51” according to the present modification are examples of the “first light source” and the “second light source” according to the present invention, respectively.

<第2実施例>
本発明の流体評価装置に係る第2実施例について、図16乃至図19を参照して説明する。第2実施例では、流量に代えて又は加えて、血液の濃度を示す指標であるヘマトクリット値が推定されること以外は、上述した第1実施例と同様である。よって、第2実施例について、第1実施例と重複する説明を省略すると共に、図面上における共通箇所には同一符号を付して示し、基本的に異なる点についてのみ、図16乃至図19を参照して説明する。
<Second embodiment>
A second embodiment of the fluid evaluation apparatus of the present invention will be described with reference to FIGS. The second embodiment is the same as the first embodiment described above except that a hematocrit value that is an index indicating the blood concentration is estimated instead of or in addition to the flow rate. Accordingly, in the second embodiment, the description overlapping with that of the first embodiment is omitted, and the common portions in the drawings are denoted by the same reference numerals, and only the points that are basically different are shown in FIGS. The description will be given with reference.

本実施例に係る流体評価装置100の流量2次元推定部26(図1参照)は、例えば図16に示すような、透過光量TDCと平均周波数fmとの関係を、ヘマトクリット値毎に示すマップデータ、及び、例えば図17に示すような、透過光量TDCと1次モーメント1stMとの関係を、ヘマトクリット値毎に示すマップデータの少なくとも一方が予め格納されている。   The flow rate two-dimensional estimation unit 26 (see FIG. 1) of the fluid evaluation apparatus 100 according to the present embodiment, for example, as shown in FIG. For example, as shown in FIG. 17, at least one of map data indicating the relationship between the transmitted light amount TDC and the first moment 1stM for each hematocrit value is stored in advance.

図16において、Line1、Line2及びLine3は、夫々、例えば、ヘマトクリット値Hct=35%のときの透過光量TDCと平均周波数fmとの関係線、ヘマトクリット値Hct=30%のときの透過光量TDCと平均周波数fmとの関係線、及び、ヘマトクリット値Hct=25%のときの透過光量TDCと平均周波数fmとの関係線、を示している。   In FIG. 16, Line1, Line2, and Line3 are, for example, a relationship line between the transmitted light amount TDC and the average frequency fm when the hematocrit value Hct = 35%, and the transmitted light amount TDC and the average when the hematocrit value Hct = 30%. A relationship line with the frequency fm and a relationship line between the transmitted light amount TDC and the average frequency fm when the hematocrit value Hct = 25% are shown.

図17において、Line1、Line2及びLine3は、夫々、例えば、ヘマトクリット値Hct=35%のときの透過光量TDCと1次モーメント1stMとの関係線、ヘマトクリット値Hct=30%のときの透過光量TDCと1次モーメント1stMとの関係線、及び、ヘマトクリット値Hct=25%のときの透過光量TDCと1次モーメント1stMとの関係線、を示している。   In FIG. 17, Line1, Line2, and Line3 are, for example, a relationship line between the transmitted light amount TDC and the first moment 1stM when the hematocrit value Hct = 35%, and the transmitted light amount TDC when the hematocrit value Hct = 30%. A relationship line with the first moment 1stM and a relationship line between the transmitted light amount TDC and the first moment 1stM when the hematocrit value Hct = 25% are shown.

図16及び図17において、領域Ar1は、Line1の図面左側の領域を意味し、領域Ar2は、Line1及びLine2の間の領域を意味し、領域Ar3は、Line2及びLine3の間の領域を意味し、領域Ar4は、Line3の図面右側の領域を意味する。   In FIG. 16 and FIG. 17, a region Ar1 means a region on the left side of Line1 in the drawing, a region Ar2 means a region between Line1 and Line2, and a region Ar3 means a region between Line2 and Line3. The region Ar4 means a region on the right side of the drawing of Line3.

図16及び図17に示すようなマップデータは、典型的には、濃度が既知の流体(ここでは、血液)に光を照射したときに得られる透過光量TDCと、平均周波数fm又は1次モーメント1stMとの実測値を、複数の流速について求め、該求められた複数の実測値に基づいて、一の濃度の流体についての透過光量TDCと、平均周波数fm又は1次モーメント1stMとの関係線(例えば“Line1”等)を取得することにより構築すればよい。   The map data as shown in FIG. 16 and FIG. 17 typically includes a transmitted light amount TDC obtained when light is irradiated to a fluid (here, blood) having a known concentration, an average frequency fm, or a first moment. Measured values for 1stM are obtained for a plurality of flow rates, and based on the obtained measured values, a relationship line between the transmitted light amount TDC for a fluid of one concentration and the average frequency fm or first moment 1stM ( For example, “Line 1” or the like may be acquired.

パワースペクトルP(f)から求められる平均周波数fm及び1次モーメント1stMは、上述の如く、例えばアンプノイズの影響を受ける。また、透過光量TDCは、流体に含まれる散乱体の影響を受けると、本願発明者は考えている。このため、実測値から、図16及び図17に示すようなマップデータを構築することが、最終的に求められるヘマトクリット値Hctの精度や信頼性の観点から望ましい。特に、図16及び図17からわかるように、Line1、Line2及びLine3各々の傾きは、ヘマトクリット値Hctにより異なることが、本願発明者の実験により判明しているので、例えばシミュレーション等の実測以外の方法によりマップデータを構築することは極めて困難である。   As described above, the average frequency fm and the first moment 1stM obtained from the power spectrum P (f) are affected by, for example, amplifier noise. Further, the inventor of the present application considers that the transmitted light amount TDC is affected by a scatterer included in the fluid. For this reason, it is desirable from the viewpoint of the accuracy and reliability of the finally determined hematocrit value Hct to construct map data as shown in FIGS. In particular, as can be seen from FIG. 16 and FIG. 17, it has been found by experiments of the present inventor that the slopes of Line1, Line2, and Line3 differ depending on the hematocrit value Hct. It is extremely difficult to construct map data.

図16において、透過光量TDCを“x”、平均周波数fmを“y”とすると、ヘマトクリット値Hct=35%を示すLine1は、“y=−K35・x+C35”と表せる。同様に、ヘマトクリット値Hct=30%を示すLine2は、“y=−K30・x+C30”と表され、ヘマトクリット値Hct=25%を示すLine3は、“y=−K25・x+C25”と表される。尚、“K35”、“C35”、“K30”、“C30”、“K25”及び“C25”は、図16に示すマップデータを構築するために用いた実測値から求まる定数である。   In FIG. 16, when the transmitted light amount TDC is “x” and the average frequency fm is “y”, Line 1 indicating a hematocrit value Hct = 35% can be expressed as “y = −K35 · x + C35”. Similarly, Line2 indicating a hematocrit value Hct = 30% is expressed as “y = −K30 · x + C30”, and Line3 indicating a hematocrit value Hct = 25% is expressed as “y = −K25 · x + C25”. “K35”, “C35”, “K30”, “C30”, “K25”, and “C25” are constants obtained from the actual measurement values used to construct the map data shown in FIG.

図17において、透過光量TDCを“x”、1次モーメント1stMを“y”とすると、ヘマトクリット値Hct=35%を示すLine1は、“y=−K35・x+C35”と表せる。同様に、ヘマトクリット値Hct=30%を示すLine2は、“y=−K30・x+C30”と表され、ヘマトクリット値Hct=25%を示すLine3は、“y=−K25・x+C25”と表される。尚、“K35”、“C35”、“K30”、“C30”、“K25”及び“C25”は、図17に示すマップデータを構築するために用いた実測値から求まる定数である。   In FIG. 17, when the transmitted light amount TDC is “x” and the first moment 1stM is “y”, Line 1 indicating a hematocrit value Hct = 35% can be expressed as “y = −K35 · x + C35”. Similarly, Line2 indicating a hematocrit value Hct = 30% is expressed as “y = −K30 · x + C30”, and Line3 indicating a hematocrit value Hct = 25% is expressed as “y = −K25 · x + C25”. “K35”, “C35”, “K30”, “C30”, “K25”, and “C25” are constants obtained from the actual measurement values used to construct the map data shown in FIG.

以下説明する本実例に係るヘマトクリット推定処理には、図16及び図17に示すマップデータのいずれも用いることができるが、ここでは、図16に示すマップデータを用いて説明する。   In the hematocrit estimation process according to this example to be described below, any of the map data shown in FIGS. 16 and 17 can be used, but here, description will be made using the map data shown in FIG.

本実例に係るヘマトクリット推定処理について、図16に加え、図18のフローチャートを参照して説明する。尚、LPF演算部25から出力された透過光量TDCに対応する値を“x”と、周波数解析部35から出力されたパワースペクトルP(f)に基づく平均周波数fmに対応する値を“y”とする。 The hematocrit estimation process according to this example will be described with reference to the flowchart of FIG. 18 in addition to FIG. The value corresponding to the transmitted light amount TDC output from the LPF calculation unit 25 is “x i ”, and the value corresponding to the average frequency fm based on the power spectrum P (f) output from the frequency analysis unit 35 is “y”. i ”.

図18において、流量2次元推定部26(図1参照)は、先ず、図16のLine1を示す“y=−K35・x+C35”という式に、当該流体評価装置100による計測結果“y”(即ち、平均周波数fmの計測値)を代入して、Line1上で、平均周波数fmが“y”となる透過光量TDCの値である“x1”を求める。続いて、流量2次元推定部26は、該求められた“x1”と、当該流体評価装置100による計測結果“x”(即ち、透過光量TDCの計測値)とを比較する(ステップS201)。 In FIG. 18, the flow rate two-dimensional estimation unit 26 (see FIG. 1) first adds the measurement result “y i ” (“y = −K35 · x + C35”) indicating the Line 1 in FIG. That is, the measured value of the average frequency fm) is substituted, and “x1” that is the value of the transmitted light amount TDC at which the average frequency fm becomes “y i ” is obtained on Line1. Subsequently, the flow rate two-dimensional estimation unit 26 compares the obtained “x1” with the measurement result “x i ” (that is, the measured value of the transmitted light amount TDC) by the fluid evaluation device 100 (step S201). .

具体的には、流量2次元推定部26は、“x1”から“x”を減算する(即ち、“x1−x=(C35−y)/K35−x”)。この演算結果が正であれば、Line1上の点(x1,y)の方が、計測結果(x,y)より大きいことになる(即ち、計測結果は、マップデータ上においてLine1の左側に存在することとなる)。他方、演算結果が正でなければ、計測結果(x,y)は、Line1上の点(x1,y)と等しい又は点(x1,y)より大きいことになる(即ち、計測結果は、マップデータ上においてLine1上又はLine1の右側に存在することとなる)。 Specifically, the flow rate two-dimensional estimation unit 26 subtracts “x i ” from “x1” (that is, “x1−x i = (C35−y i ) / K35−x i ”). If this calculation result is positive, the point (x1, y i ) on the Line 1 is larger than the measurement result (x i , y i ) (that is, the measurement result is the Line 1 on the map data). Will be on the left). On the other hand, if the result is not positive, the measurement result (x i, y i) will be greater than the points on Line1 (x1, y i) equal to or point (x1, y i) (i.e., Measurement The result will be on Line 1 or on the right side of Line 1 on the map data).

演算結果が正である(即ち、“(C35−y)/K35−x>0”)と判定された場合(ステップS201:Yes)、流量2次元推定部26は、計測結果(x,y)が、マップデータ上においてLine1の左側の領域である領域Ar1に存在すると判定する(ステップS202)。 When it is determined that the calculation result is positive (that is, “(C35−y i ) / K35−x i > 0”) (step S201: Yes), the flow rate two-dimensional estimation unit 26 determines the measurement result (x i , Y i ) is determined to exist in the area Ar1 that is the area on the left side of Line1 on the map data (step S202).

続いて、流量2次元推定部26は、計測結果(x,y)を用いて、ヘマトクリット値Hctを推定する(ステップS203)。 Subsequently, the flow rate two-dimensional estimation unit 26 estimates the hematocrit value Hct using the measurement results (x i , y i ) (step S203).

ここで、ヘマトクリット値Hctの推定について、図16を参照して説明を加える。図16に示すように、領域Ar1の計測点P1は、Line1の左側にあるので、流量2次元推定部26は、Line1に基づく外挿処理により、計測点P1に対応するヘマトクリット値Hctを推定する。   Here, the estimation of the hematocrit value Hct will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 16, since the measurement point P1 of the area Ar1 is on the left side of Line1, the flow rate two-dimensional estimation unit 26 estimates the hematocrit value Hct corresponding to the measurement point P1 by extrapolation processing based on Line1. .

具体的には、流量2次元推定部26は、先ず、Line1を示す“y=−K35・x+C35”という式に、計測結果“y”を代入して、Line1上で、平均周波数fmが“y”となる点P2に係る透過光量TDCの値である“xH”(上述した、“x1”と同一値)を求める。つまり、xH=(C35−y)/K35である。 Specifically, the flow rate two-dimensional estimation unit 26 first substitutes the measurement result “y i ” into the expression “y = −K35 · x + C35” indicating Line1, and the average frequency fm is “1” on Line1. “xH” (the same value as “x1” described above), which is the value of the transmitted light amount TDC related to the point P2 corresponding to y i ”, is obtained. That is, xH = (C35−y i ) / K35.

流量2次元推定部26は、次に、求められた“xH”と計測結果“x”との差分に推定係数αを乗算し、35を加算する(Line1が、ヘマトクリット値Hct=35%に対応するため)ことにより、ヘマトクリット値Hctを求める。つまり、ヘマトクリット値Hct=35+α(xH−x)である。 Next, the flow rate two-dimensional estimation unit 26 multiplies the difference between the obtained “xH” and the measurement result “x i ” by the estimation coefficient α and adds 35 (Line1 is set to a hematocrit value Hct = 35%). Therefore, the hematocrit value Hct is obtained. That is, the hematocrit value Hct = 35 + α (xH−x i ).

再び図18に戻り、ステップS201の処理において、演算結果が正でない(即ち、“(C35−y)/K35−x≦0”)と判定された場合(ステップS201:No)、流量2次元推定部26は、図16のLine2を示す“y=−K30・x+C30”という式に、計測結果“y”を代入して、Line2上で、平均周波数fmが“y”となる透過光量TDCの値である“x2”を求める。続いて、流量2次元推定部26は、該求められた“x2”と、計測結果“x”とを比較する(ステップS204)。 Returning to FIG. 18 again, in the process of step S201, when it is determined that the calculation result is not positive (that is, “(C35−y i ) / K35−x i ≦ 0”) (step S201: No), the flow rate 2 The dimension estimation unit 26 substitutes the measurement result “y i ” for the expression “y = −K30 · x + C30” indicating Line 2 in FIG. 16, and transmits the average frequency fm “y i ” on Line 2. “X2” which is the value of the light quantity TDC is obtained. Subsequently, the flow rate two-dimensional estimation unit 26 compares the obtained “x2” with the measurement result “x i ” (step S204).

比較結果が正である(即ち、“(C30−y)/K30−x>0”)と判定された場合(ステップS204:Yes)、流量2次元推定部26は、計測結果(x,y)が、マップデータ上においてLine1とLine2との間の領域である領域Ar2に存在すると判定する(ステップS205)。 When it is determined that the comparison result is positive (that is, “(C30−y i ) / K30−x i > 0”) (step S204: Yes), the flow rate two-dimensional estimation unit 26 determines the measurement result (x i , Y i ) is determined to exist in the area Ar2 that is the area between Line1 and Line2 on the map data (step S205).

続いて、流量2次元推定部26は、計測結果(x,y)を用いて、ヘマトクリット値Hctを推定する(ステップS206)。 Subsequently, the flow rate two-dimensional estimation unit 26 estimates the hematocrit value Hct using the measurement results (x i , y i ) (step S206).

ここで、ヘマトクリット値Hctの推定について、図16を参照して説明を加える。図16に示すように、領域Ar2の計測点P3は、Line1及びLine2の間にあるので、流量2次元推定部26は、Line1及びLine2に基づく補間処理により、計測点P3に対応するヘマトクリット値Hctを推定する。   Here, the estimation of the hematocrit value Hct will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 16, since the measurement point P3 of the area Ar2 is between Line1 and Line2, the flow rate two-dimensional estimation unit 26 performs the hematocrit value Hct corresponding to the measurement point P3 by interpolation processing based on Line1 and Line2. Is estimated.

具体的には、流量2次元推定部26は、先ず、Line1を示す“y=−K35・x+C35”という式に、計測結果“y”を代入して、Line1上で、平均周波数fmが“y”となる点P4に係る透過光量TDCの値である“xL”を求める。つまり、xL=(C35−y)/K35である。 Specifically, the flow rate two-dimensional estimation unit 26 first substitutes the measurement result “y i ” into the expression “y = −K35 · x + C35” indicating Line1, and the average frequency fm is “1” on Line1. “xL”, which is the value of the transmitted light amount TDC related to the point P4 corresponding to y i ”, is obtained. That is, xL = (C35−y i ) / K35.

同様に、流量2次元推定部26は、Line2を示す“y=−K30・x+C30”という式に、計測結果“y”を代入して、Line2上で、平均周波数fmが“y”となる点P5に係る透過光量TDCの値である“xH” (上述した、“x2”と同一値)を求める。つまり、xH=(C30−y)/K30である。 Similarly, the flow rate two-dimensional estimation unit 26 substitutes the measurement result “y i ” for the expression “y = −K30 · x + C30” indicating Line 2, and the average frequency fm is “y i ” on Line 2. “XH” (the same value as “x2” described above), which is the value of the transmitted light amount TDC related to the point P5, is obtained. That is, xH = (C30−y i ) / K30.

次に、流量2次元推定部26は、計測結果“x”が、求められた“xL”及び“xH”各々からどの程度離れているかを求め、例えばヘマトクリット値Hct=35%に対して補正することにより、ヘマトクリット値Hctを求める。つまり、ヘマトクリット値Hct=35−(35−30){(x−xL)/(xH−xL)}である。 Next, the flow rate two-dimensional estimation unit 26 obtains how far the measurement result “x i ” is from each of the obtained “xL” and “xH”, and corrects, for example, the hematocrit value Hct = 35%. Thus, the hematocrit value Hct is obtained. That is, the hematocrit value Hct = 35− (35−30) {(x i −xL) / (xH−xL)}.

再び図18に戻り、ステップS204の処理において、比較結果が正でない(即ち、“(C30−y)/K30−x≦0”)と判定された場合(ステップS204:No)、流量2次元推定部26は、図16のLine3を示す“y=−K25・x+C25”という式に、計測結果“y”を代入して、Line3上で、平均周波数fmが“y”となる透過光量TDCの値である“x3”を求める。続いて、流量2次元推定部26は、該求められた“x3”と、計測結果“x”とを比較する(ステップS207)。 Returning to FIG. 18 again, in the process of step S204, when it is determined that the comparison result is not positive (that is, “(C30−y i ) / K30−x i ≦ 0”) (step S204: No), the flow rate 2 The dimension estimation unit 26 substitutes the measurement result “y i ” into the expression “y = −K25 · x + C25” indicating Line 3 in FIG. 16, and transmits the average frequency fm “y i ” on Line 3. “X3” which is the value of the light quantity TDC is obtained. Subsequently, the flow rate two-dimensional estimation unit 26 compares the obtained “x3” with the measurement result “x i ” (step S207).

比較結果が正である(即ち、“(C25−y)/K25−x>0”)と判定された場合(ステップS207:Yes)、流量2次元推定部26は、計測結果(x,y)が、マップデータ上においてLine2とLine3との間の領域である領域Ar3に存在すると判定する(ステップS208)。 When it is determined that the comparison result is positive (ie, “(C25−y i ) / K25−x i > 0”) (step S207: Yes), the flow rate two-dimensional estimation unit 26 determines the measurement result (x i , Y i ) is determined to exist in the area Ar3 that is the area between Line2 and Line3 on the map data (step S208).

続いて、流量2次元推定部26は、計測結果(x,y)を用いて、ヘマトクリット値Hctを推定する(ステップS209)。 Subsequently, the flow rate two-dimensional estimation unit 26 estimates the hematocrit value Hct using the measurement results (x i , y i ) (step S209).

具体的には、流量2次元推定部26は、Line2を示す“y=−K30・x+C30”という式に、計測結果“y”を代入して、Line2上で、平均周波数fmが“y”となる透過光量TDCの値である“xL”を求める。つまり、xL=(C30−y)/K30である。 Specifically, the flow rate two-dimensional estimation unit 26 substitutes the measurement result “y i ” into the expression “y = −K30 · x + C30” indicating Line2, and the average frequency fm is “y i ” on Line2. “XL”, which is the value of the transmitted light amount TDC, is obtained. That is, xL = (C30−y i ) / K30.

同様に、流量2次元推定部26は、Line3を示す“y=−K25・x+C25”という式に、計測結果“y”を代入して、Line3上で、平均周波数fmが“y”となる透過光量TDCの値である“xH” (上述した、“x3”と同一値)を求める。つまり、xH=(C25−y)/K25である。 Similarly, the flow rate two-dimensional estimation unit 26 substitutes the measurement result “y i ” into the expression “y = −K25 · x + C25” indicating Line 3 and the average frequency fm is “y i ” on Line 3. “XH” (the same value as “x3” described above), which is a value of the transmitted light amount TDC. That is, xH = (C25−y i ) / K25.

次に、流量2次元推定部26は、計測結果“x”並びに、求められた“xL”及び“xH”に基づいて、ヘマトクリット値Hct=30−(30−25){(x−xL)/(xH−xL)}という式に従って、ヘマトクリット値Hctを求める。 Next, the two-dimensional flow estimation unit 26 determines the hematocrit value Hct = 30− (30−25) {(x i −xL) based on the measurement result “x i ” and the obtained “xL” and “xH”. ) / (XH−xL)}, the hematocrit value Hct is obtained.

ステップS207の処理において、比較結果が正でない(即ち、“(C25−y)/K25−x≦0”)と判定された場合(ステップS207:No)、流量2次元推定部26は、計測結果(x,y)が、マップデータ上においてLine3の右側の領域である領域Ar4に存在すると判定する(ステップS210)。 When it is determined in the process of step S207 that the comparison result is not positive (that is, “(C25−y i ) / K25−x i ≦ 0”) (step S207: No), the flow rate two-dimensional estimation unit 26 It is determined that the measurement result (x i , y i ) exists in the area Ar4 that is the area on the right side of Line3 on the map data (step S210).

続いて、流量2次元推定部26は、計測結果(x,y)を用いて、ヘマトクリット値Hctを推定する(ステップS211)。 Subsequently, the flow rate two-dimensional estimation unit 26 estimates the hematocrit value Hct using the measurement results (x i , y i ) (step S211).

具体的には、流量2次元推定部26は、先ず、Line3を示す“y=−K25・x+C25”という式に、計測結果“y”を代入して、Line3上で、平均周波数fmが“y”となる透過光量TDCの値である“xL”(上述した、“x3”と同一値)を求める。つまり、xL=(C25−y)/K25である。 Specifically, the flow rate two-dimensional estimation unit 26 first substitutes the measurement result “y i ” into the expression “y = −K25 · x + C25” indicating Line3, and the average frequency fm is “3” on Line3. “xL” (the same value as “x3” described above), which is a value of the transmitted light amount TDC to be y i ”, is obtained. That is, xL = (C25−y i ) / K25.

流量2次元推定部26は、次に、求められた“xL”と計測結果“x”との差分に推定係数βを乗算し、25から減算する(Line3が、ヘマトクリット値Hct=25%に対応するため)ことにより、ヘマトクリット値Hctを求める。つまり、ヘマトクリット値Hct=25−β(x−xL)である。 Next, the flow rate two-dimensional estimation unit 26 multiplies the difference between the obtained “xL” and the measurement result “x i ” by the estimation coefficient β and subtracts it from 25 (Line 3 reduces the hematocrit value Hct = 25%). Therefore, the hematocrit value Hct is obtained. That is, the hematocrit value Hct = 25−β (x i −xL).

尚、本実施例では、Line1、Line2及びLine3各々を1次関数により表したが、1次関数に限らず、例えば2次関数、3次関数等の他の関数により表されてよい。ヘマトクリット値Hctを求める際の外挿処理及び補間(内挿)処理に、線形近似を用いたが、該線形近似に限らず、他の近似が用いられてよい。   In the present embodiment, each of Line1, Line2, and Line3 is represented by a linear function, but is not limited to a linear function, and may be represented by other functions such as a quadratic function and a cubic function. Although linear approximation is used for extrapolation processing and interpolation (interpolation) processing when obtaining the hematocrit value Hct, other approximations may be used instead of the linear approximation.

図16及び図17各々のマップデータは、Line1、Line2及びLine3の3本の関係線に限らず、4本以上の関係線を含んで構成されていてよい。更に、マップデータは、2次元(ここでは、透過光量TDC及び、平均周波数fm又は1次モーメント1stM)に限らず、例えば透過光量TDC、平均周波数fm及びヘマトクリット値Hctをパラメータとする3次元マップ又はテーブルであってもよい。   Each of the map data in FIGS. 16 and 17 is not limited to the three relational lines Line1, Line2, and Line3, and may include four or more relational lines. Further, the map data is not limited to two dimensions (here, the transmitted light amount TDC and the average frequency fm or the first moment 1stM), for example, a three-dimensional map using the transmitted light amount TDC, the average frequency fm, and the hematocrit value Hct as parameters. It may be a table.

(効果)
次に、本実施例に係る流体評価装置100の効果について、図19を参照して説明する。図19(a)は、透過光量のみからヘマトクリット値を推定した場合の推定結果の一例である。図19(b)は、透過光量及び平均周波数からヘマトクリット値を推定した場合の推定結果の一例である。図13に示す推定結果は、血液濃度(即ち、ヘマトクリット値Hct)を一定に保って、流速を変化させた場合の推定結果である。
(effect)
Next, the effect of the fluid evaluation apparatus 100 according to the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 19A is an example of an estimation result when the hematocrit value is estimated only from the transmitted light amount. FIG. 19B is an example of an estimation result when the hematocrit value is estimated from the transmitted light amount and the average frequency. The estimation result shown in FIG. 13 is an estimation result when the blood flow (ie, hematocrit value Hct) is kept constant and the flow rate is changed.

透過光量TDCのみからヘマトクリット値Hctを推定した場合、図19(a)に示すように、流速が高くなるほど、ヘマトクリット値Hctも大きくなっている。つまり、透過光量TDCのみからヘマトクリット値Hctを推定すると、流速が高くなるほど誤差が大きくなってしまう。   When the hematocrit value Hct is estimated only from the transmitted light amount TDC, the hematocrit value Hct increases as the flow velocity increases, as shown in FIG. That is, if the hematocrit value Hct is estimated from only the transmitted light amount TDC, the error increases as the flow velocity increases.

他方で、本実施例のように、透過光量TDC及び平均周波数fmからヘマトクリット値Hctを推定した場合、図19(b)に示すように、ヘマトクリット値Hctは流速に依存せず一定である。即ち、流体評価装置100によれば、血液の流速の影響を受けずに、ヘマトクリット値Hctを精度良く求めることができる。   On the other hand, when the hematocrit value Hct is estimated from the transmitted light amount TDC and the average frequency fm as in this embodiment, the hematocrit value Hct is constant without depending on the flow velocity, as shown in FIG. That is, according to the fluid evaluation apparatus 100, the hematocrit value Hct can be obtained with high accuracy without being affected by the blood flow velocity.

本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う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もまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。   The present invention is not limited to the above-described embodiments, and can be appropriately changed without departing from the scope or spirit of the invention that can be read from the claims and the entire specification. A method, a computer program, and a recording medium are also included in the technical scope of the present invention.

11…半導体レーザ、12…レーザ駆動部、21、31…受光素子、22、32…I−V変換部、23…LPF増幅器、24、34…A/D変換部、25…LPF演算部、26…流量2次元推定部、33…BPF増幅器、35…周波数解析部、51…LED、52…LED駆動部、100、200、300…流体評価装置   DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Semiconductor laser, 12 ... Laser drive part, 21, 31 ... Light receiving element, 22, 32 ... IV converter, 23 ... LPF amplifier, 24, 34 ... A / D converter, 25 ... LPF calculating part, 26 ... 2D flow estimation unit, 33 ... BPF amplifier, 35 ... Frequency analysis unit, 51 ... LED, 52 ... LED drive unit, 100, 200, 300 ... Fluid evaluation device

Claims (7)

内部に流体が流れている被測定対象に光を照射する光源と、
前記照射された光の前記被測定対象からの散乱光を受光し、前記受光された散乱光に応じた受光信号を出力する受光部と、
前記出力された受光信号に含まれる前記受光部の受光量に関する情報である受光量情報を出力する第1情報出力部と、
前記出力された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基づく情報、前記出力された受光量情報、並びに前記受光量情報及び前記ビート信号に基づく情報の関係を規定する対応関係情報に基づいて、前記流体の流量及び前記流体の流速の少なくとも一方に関する情報を出力する第2情報出力部と、
を備え
前記対応関係情報は、前記受光量情報及び前記ビート信号に基づく情報各々を軸とする座標系において、前記流体の流量又は前記流体の流速に関するパラメータの複数の値に夫々対応すると共に、前記受光量情報と前記ビート信号に基づく情報との関係を規定する複数の関係線である
ことを特徴とする流体評価装置。
A light source that irradiates light to a measurement target in which a fluid flows inside;
A light receiving unit that receives scattered light from the object to be measured of the irradiated light and outputs a light reception signal corresponding to the received scattered light;
A first information output unit that outputs received light amount information that is information relating to the received light amount of the light receiving unit included in the output received light signal;
Correspondence that defines the relationship between the information based on the beat signal resulting from the Doppler shift of the light, the output light reception amount information, and the information based on the light reception amount information and the beat signal, included in the output light reception signal A second information output unit that outputs information related to at least one of the flow rate of the fluid and the flow rate of the fluid based on the relationship information;
Equipped with a,
The correspondence information corresponds to a plurality of values of parameters relating to the flow rate of the fluid or the flow velocity of the fluid, respectively, in a coordinate system having the information based on the received light amount information and the beat signal as axes, and the received light amount It is a plurality of relationship lines that define the relationship between information and information based on the beat signal
A fluid evaluation apparatus.
前記第2情報出力部は、前記座標系において前記出力された受光量情報及び前記出力された受光信号に含まれるビート信号に基づく情報により示される点と、前記複数の関係線のうち少なくとも一本の関係線とに基づいて、前記点に対応する前記流体の流量又は前記流体の流速に関するパラメータの値を特定することにより、前記流体の流量及び前記流体の流速の少なくとも一方に関する情報を出力することを特徴とする請求項に記載の流体評価装置。 The second information output unit includes at least one of the plurality of relational lines and the point indicated by the information based on the output light reception amount information and the beat signal included in the output light reception signal in the coordinate system. Output information related to at least one of the flow rate of the fluid and the flow rate of the fluid by specifying a parameter value relating to the flow rate of the fluid or the flow rate of the fluid corresponding to the point based on the relationship line of The fluid evaluation apparatus according to claim 1 . 前記受光部は、前記散乱光のうち前記被測定対象を透過し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被測定対象により反射された散乱光を受光する第2受光部と、を有し、
前記第1情報出力部は、前記第1受光部から出力された受光信号に含まれる前記第1受光部の受光量に関する情報である受光量情報を出力し、
前記第2情報出力部は、前記第2受光部から出力された受光信号に含まれる前記ビート信号に基づく情報と、前記出力された受光量情報と、前記対応関係情報とに基づいて、前記流体の流量及び前記流体の流速の少なくとも一方に関する情報を出力する
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の流体評価装置。
The light receiving section receives a first light receiving section that receives the scattered light that has passed through the object to be measured among the scattered light, and a second light receiving section that receives the scattered light reflected by the target to be measured among the scattered light. And having
The first information output unit outputs received light amount information that is information on the received light amount of the first light receiving unit included in the light reception signal output from the first light receiving unit,
The second information output unit includes the fluid based on the information based on the beat signal included in the light reception signal output from the second light receiving unit, the output light reception amount information, and the correspondence information. flow and fluid evaluation apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that for outputting information regarding at least one of the flow velocity of the fluid.
前記光源は、レーザ光を出射する第1光源と、レーザ光とは異なる光を出射する第2光源と、を有し、
前記受光部は、前記第1光源から出射されたレーザ光の前記被測定対象からの第1散乱光を受光し、前記受光された第1散乱光に応じて、前記ビート信号を含む受光信号を出力し、前記第2光源から出射された光の前記被測定対象からの第2散乱光を受光し、前記受光量情報を含む受光信号を出力する
ことを特徴とする請求項1乃至のいずれか一項に記載の流体評価装置。
The light source includes a first light source that emits laser light, and a second light source that emits light different from the laser light,
The light receiving unit receives first scattered light from the measurement target of laser light emitted from the first light source, and receives a light reception signal including the beat signal according to the received first scattered light. output, either the said light emitted from the second light source receives the second scattered light from the object to be measured, according to claim 1 to 3, characterized in that for outputting a light reception signal including the received light amount information The fluid evaluation apparatus according to claim 1.
内部に流体が流れている被測定対象に光を照射する光源と、前記照射された光の前記被測定対象からの散乱光を受光し、前記受光された散乱光に応じた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、
前記出力された受光信号に含まれる前記受光部の受光量に関する情報である受光量情報を出力する第1情報出力工程と、
前記出力された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基づく情報、前記出力された受光量情報、並びに前記受光量情報及び前記ビート信号に基づく情報の関係を規定する対応関係情報に基づいて、前記流体の流量及び前記流体の流速の少なくとも一方に関する情報を出力する第2情報出力工程と、
を備え
前記対応関係情報は、前記受光量情報及び前記ビート信号に基づく情報各々を軸とする座標系において、前記流体の流量又は前記流体の流速に関するパラメータの複数の値に夫々対応すると共に、前記受光量情報と前記ビート信号に基づく情報との関係を規定する複数の関係線である
ことを特徴とする流体評価方法。
A light source for irradiating light to a measurement target with fluid flowing therein, and scattered light from the measurement target of the irradiated light is received, and a light reception signal corresponding to the received scattered light is output. A fluid evaluation method in a fluid evaluation device comprising a light receiving unit,
A first information output step of outputting received light amount information which is information related to the received light amount of the light receiving unit included in the output received light signal;
Correspondence that defines the relationship between the information based on the beat signal resulting from the Doppler shift of the light, the output light reception amount information, and the information based on the light reception amount information and the beat signal, included in the output light reception signal A second information output step for outputting information on at least one of the flow rate of the fluid and the flow velocity of the fluid based on the relationship information;
Equipped with a,
The correspondence information corresponds to a plurality of values of parameters relating to the flow rate of the fluid or the flow velocity of the fluid, respectively, in a coordinate system having the information based on the received light amount information and the beat signal as axes, and the received light amount It is a plurality of relationship lines that define the relationship between information and information based on the beat signal
The fluid evaluation method characterized by the above-mentioned.
内部に流体が流れている被測定対象に光を照射する光源と、前記照射された光の前記被測定対象からの散乱光を受光し、前記受光された散乱光に応じた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、
前記出力された受光信号に含まれる前記受光部の受光量に関する情報である受光量情報を出力する第1情報出力部と、
前記出力された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基づく情報、前記出力された受光量情報、並びに前記受光量情報及び前記ビート信号に基づく情報の関係を規定する対応関係情報に基づいて、前記流体の流量及び前記流体の流速の少なくとも一方に関する情報を出力する第2情報出力部、
として機能させ
前記対応関係情報は、前記受光量情報及び前記ビート信号に基づく情報各々を軸とする座標系において、前記流体の流量又は前記流体の流速に関するパラメータの複数の値に夫々対応すると共に、前記受光量情報と前記ビート信号に基づく情報との関係を規定する複数の関係線である
ことを特徴とするコンピュータプログラム。
A light source for irradiating light to a measurement target in which fluid flows inside, and scattered light from the measurement target of the irradiated light is received, and a light reception signal corresponding to the received scattered light is output. A computer mounted on a fluid evaluation apparatus including a light receiving unit,
A first information output unit that outputs received light amount information that is information relating to the received light amount of the light receiving unit included in the output received light signal;
Correspondence that defines the relationship between the information based on the beat signal resulting from the Doppler shift of the light, the output light reception amount information, and the information based on the light reception amount information and the beat signal included in the output light reception signal A second information output unit that outputs information on at least one of the flow rate of the fluid and the flow rate of the fluid based on the relationship information;
To function as,
The correspondence information corresponds to a plurality of values of parameters relating to the flow rate of the fluid or the flow velocity of the fluid, respectively, in a coordinate system having the information based on the received light amount information and the beat signal as axes, and the received light amount It is a plurality of relationship lines that define the relationship between information and information based on the beat signal
A computer program characterized by the above.
請求項に記載のコンピュータプログラムを格納することを特徴とする記録媒体。 A recording medium storing the computer program according to claim 6 .
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