JP6762009B2 - Body fluid viscosity measuring device - Google Patents
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Description
本発明は、体液の粘性を計測する体液粘性測定装置に関する。 The present invention relates to a body fluid viscosity measuring device for measuring the viscosity of a body fluid.
体液の粘性を計測することは、健康状態を知る上で有効である。例えば、人の場合、脱水状態になっていたり、心筋梗塞や脳梗塞等を患っていたりすると、血液の粘性が上昇することが確認されている。また、血液粘度が上昇すると糖尿病発症のリスクが大きくなることが知られている。
体液の粘性の計測には様々な方法があり、その具体例が例えば特許文献1に記載されている。特許文献1には、基準粘度を有する基準流体と粘度を測定しようとする測定対象流体とを管の両側からそれぞれ注入し、管に一定間隔で連結された複数のカウンティングチャンネルのうち、測定対象流体が流れ込んだ数によって、測定対象流体の粘性を計測する方法が開示されている。
Measuring the viscosity of body fluids is effective in knowing the state of health. For example, in the case of humans, it has been confirmed that the viscosity of blood increases when dehydrated or suffering from myocardial infarction or cerebral infarction. It is also known that the risk of developing diabetes increases as the blood viscosity increases.
There are various methods for measuring the viscosity of body fluids, and specific examples thereof are described in, for example,
しかしながら、特許文献1に記載の方法では、計測精度がカウンティングチャンネルの配置ピッチに依存するという課題があった。
本発明は、かかる事情に鑑みてなされるもので、計測精度が構造に依存するのを抑制した上で体液の粘性を計測可能な体液粘性測定装置を提供することを目的とする。
However, the method described in
The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a body fluid viscosity measuring device capable of measuring the viscosity of a body fluid while suppressing the measurement accuracy from depending on the structure.
前記目的に沿う本発明に係る体液粘性測定装置は、流路を流れる体液の粘性を計測する体液粘性測定装置であって、前記流路に設けられ、外部の電源に接続される第1の導電部と、前記流路に設けられ、該流路内の前記体液を介して前記第1の導電部に電気的に接続される第2の導電部と、前記第2の導電部に接続された出力端子から出力される電気信号が所定の時間長当たりに予め定められた値以上上昇するタイミングの間隔から前記体液の粘性を算出する演算手段とを備え、前記第1、第2の導電部は、合わせて少なくとも3つあって、それぞれ前記体液の流れに沿って前記流路の異なる位置に配されている。 The body fluid viscosity measuring device according to the present invention according to the above object is a body fluid viscosity measuring device for measuring the viscosity of a body fluid flowing through a flow path, and is a first conductive device provided in the flow path and connected to an external power source. A second conductive portion provided in the flow path and electrically connected to the first conductive portion via the body fluid in the flow path, and a second conductive portion connected to the second conductive portion. The first and second conductive portions include a calculation means for calculating the viscosity of the body fluid from a timing interval at which an electric signal output from the output terminal rises by a predetermined value or more per predetermined time length. , At least three in total, each of which is arranged at a different position in the flow path along the flow of the body fluid.
本発明に係る体液粘性測定装置において、前記演算手段は、更に前記出力端子から出力される電気信号の大きさから前記体液の電気伝導性及び粘性を算出するのが好ましい。 In the body fluid viscosity measuring device according to the present invention, it is preferable that the calculation means further calculates the electrical conductivity and viscosity of the body fluid from the magnitude of the electric signal output from the output terminal.
本発明に係る体液粘性測定装置において、前記第1、第2の導電部は、前記体液の流れに沿って交互に配置されているのが好ましい。 In the body fluid viscosity measuring device according to the present invention, it is preferable that the first and second conductive portions are alternately arranged along the flow of the body fluid.
本発明に係る体液粘性測定装置において、前記第1、第2の導電部の配置ピッチは一定であるのが好ましい。 In the body fluid viscosity measuring apparatus according to the present invention, it is preferable that the arrangement pitch of the first and second conductive portions is constant.
本発明に係る体液粘性測定装置において、前記流路の幅は、前記体液が毛細管現象によって流れる大きさであるのが好ましい。 In the body fluid viscosity measuring device according to the present invention, the width of the flow path is preferably the size at which the body fluid flows due to the capillary phenomenon.
本発明に係る体液粘性測定装置において、前記第2の導電部は複数あって、該複数の第2の導電部は一つの前記出力端子に接続されるのが好ましい。 In the body fluid viscosity measuring device according to the present invention, it is preferable that there are a plurality of the second conductive portions, and the plurality of second conductive portions are connected to one output terminal.
本発明に係る体液粘性測定装置において、前記第2の導電部は複数あって、該複数の第2の導電部はその電気的状態がそれぞれ独立に監視され、各該第2の導電部に前記体液が接触した瞬間の時刻が記録されるのが好ましい。 In the body fluid viscosity measuring device according to the present invention, there are a plurality of the second conductive portions, and the electrical states of the plurality of second conductive portions are independently monitored, and each of the second conductive portions has the said. It is preferable that the time at the moment of contact with the body fluid is recorded.
本発明に係る体液粘性測定装置において、前記流路の前記第1、第2の導電部の配置領域の下流側で、前記体液に試薬液を合流させて、該体液及び該試薬液の混合液の粘性を所定の値に調整する液供給機構と、前記混合液の電気伝導率及び電解質濃度を計測する濃度導出手段とを更に備えるのが好ましい。 In the body fluid viscosity measuring apparatus according to the present invention, the reagent solution is merged with the body fluid on the downstream side of the arrangement region of the first and second conductive portions of the flow path, and the body fluid and the reagent solution are mixed. It is preferable to further provide a liquid supply mechanism for adjusting the viscosity of the mixture to a predetermined value, and a concentration deriving means for measuring the electric conductivity and the electrolyte concentration of the mixed liquid.
本発明に係る体液粘性測定装置において、前記演算手段は、前記濃度導出手段が計測した前記混合液の電解質濃度を用いて前記体液の粘性を算出するのが好ましい。 In the body fluid viscosity measuring device according to the present invention, it is preferable that the calculation means calculates the viscosity of the body fluid by using the electrolyte concentration of the mixed solution measured by the concentration deriving means.
本発明に係る体液粘性測定装置において、それぞれ、前記流路、合わせて少なくとも3つの前記第1、第2の導電部及び前記出力端子を有する電極ユニットP、Qが設けられ、該電極ユニットPの該流路の出側は、該電極ユニットQの該流路の入り側に、前記体液から特定の物質を取り除くトラップを介して接続され、前記演算手段は、前記電極ユニットP、Qを流れる前記体液の粘性をそれぞれ算出してもよい。 In the body fluid viscosity measuring device according to the present invention, electrode units P and Q having the flow path, at least three of the first and second conductive portions and the output terminal, respectively, are provided, and the electrode unit P is provided. The exit side of the flow path is connected to the entry side of the flow path of the electrode unit Q via a trap that removes a specific substance from the body fluid, and the calculation means flows through the electrode units P and Q. The viscosity of each body fluid may be calculated.
本発明に係る体液粘性測定装置において、前記流路及び合わせて少なくとも3つの前記第1、第2の導電部を有するチップと、前記チップが装着される被装着体とが設けられ、前記被装着体には、装着された前記チップの前記第1の導電部を前記電源に接続する第1の回路と、装着された該チップの前記第2の導電部を前記出力端子に接続する第2の回路とが設けられていてもよい。 In the body fluid viscosity measuring device according to the present invention, a chip having the flow path and at least three of the first and second conductive portions in total, and a mounted body to which the chip is mounted are provided, and the mounted body is provided. The body has a first circuit for connecting the first conductive portion of the mounted chip to the power supply, and a second circuit for connecting the second conductive portion of the mounted chip to the output terminal. A circuit may be provided.
本発明に係る体液粘性測定装置において、前記流路、合わせて少なくとも3つの前記第1、第2の導電部及び前記出力端子を有する電極ユニットRと、前記電極ユニットRと同じ構造の電極ユニットSとが設けられ、前記演算手段は、粘性が判明している標準サンプル液を前記電極ユニットSの流路に流して算出した前記標準サンプル液の粘性を基に、前記体液を前記電極ユニットRの前記流路に流して算出した前記体液の粘性を補正してもよい。 In the body fluid viscosity measuring device according to the present invention, the electrode unit R having the first and second conductive portions and the output terminal having at least three in total, and the electrode unit S having the same structure as the electrode unit R. Based on the viscosity of the standard sample solution calculated by flowing a standard sample solution whose viscosity is known to flow through the flow path of the electrode unit S, the calculation means applies the body fluid to the electrode unit R. The viscosity of the body fluid calculated by flowing through the flow path may be corrected.
本発明に係る体液粘性測定装置において、前記流路、合わせて少なくとも3つの前記第1、第2の導電部及び前記出力端子を有する電極ユニットR’と、前記電極ユニットR’と同じ構造の電極ユニットS’と、前記電極ユニットS’の流路に、前記体液の粘性を変化させる粘性調整液を供給する液供給手段とが設けられ、前記演算手段は、前記電極ユニットR’の流路を流れる前記体液の粘性及び前記電極ユニットS’の流路を流れる前記粘性調整液及び前記体液の混合液の粘性をそれぞれ算出するようにしてもよい。 In the body fluid viscosity measuring device according to the present invention, the electrode unit R'having the flow path, the first and second conductive portions and the output terminal in total, and an electrode having the same structure as the electrode unit R' A liquid supply means for supplying a viscosity adjusting liquid for changing the viscosity of the body liquid is provided in the flow path of the unit S'and the electrode unit S', and the calculation means passes through the flow path of the electrode unit R'. The viscosity of the flowing body liquid and the viscosity of the viscosity adjusting liquid flowing through the flow path of the electrode unit S'and the viscosity of the mixed liquid of the body liquid may be calculated respectively.
本発明に係る体液粘性測定装置は、流路に設けられた第1の導電部と、流路に設けられ、流路内の体液を介して第1の導電部に電気的に接続される第2の導電部と、第2の導電部に接続された出力端子から出力される電気信号が所定の時間長当たりに予め定められた値以上上昇するタイミングの間隔から体液の粘性を算出する演算手段とを備え、第1、第2の導電部が、合わせて少なくとも3つあって、それぞれ体液の流れに沿って流路の異なる位置で体液に接触するので、計測精度が構造に依存するのを抑制して、粘性を計測することが可能である。 The body fluid viscosity measuring device according to the present invention has a first conductive portion provided in the flow path and a first conductive portion provided in the flow path and electrically connected to the first conductive portion via the body fluid in the flow path. A calculation means for calculating the viscosity of body fluid from the interval at which the electrical signal output from the second conductive portion and the output terminal connected to the second conductive portion rises by a predetermined value or more per predetermined time length. There are at least three first and second conductive parts in total, and each of them comes into contact with the body fluid at different positions in the flow path along the flow of the body fluid, so that the measurement accuracy depends on the structure. It is possible to suppress and measure the viscosity.
続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
図1、図2、図3(A)に示すように、本発明の一実施の形態に係る体液粘性測定装置10は、流路11を流れる体液Fの粘性を計測する装置であって、流路11に設けられ、外部の交流電源(外部の電源の一例)Vに入力端子40を介して接続される第1の導電部12、13、14、流路11に設けられた第2の導電部15、16、17、18、及び、第2の導電部15、16、17、18に接続された出力端子19から出力されている電気信号が単位時間当たりに予め定められた値以上上昇するタイミングの間隔から、体液Fの粘性を算出する演算手段44を有している。以下、詳細に説明する。
Subsequently, an embodiment embodying the present invention will be described with reference to the attached drawings, and the present invention will be understood.
As shown in FIGS. 1, 2, and 3 (A), the body fluid viscosity measuring
粘性の計測対象である体液Fは、電解質溶液であり、例えば、人の血液、髄液、汗、唾液、涙である。
体液粘性測定装置10は、図1、図2に示すように、交流電源Vにスイッチ20を介して接続される電極ユニット21を備えている。電極ユニット21は、図1、図2、図3(A)に示すように、流路11が設けられ、第1の導電部12、13、14及び第2の導電部15、16、17、18を具備するチップ22と、チップ22が装着される被装着体23を有している。
The body fluid F whose viscosity is to be measured is an electrolyte solution, for example, human blood, cerebrospinal fluid, sweat, saliva, and tears.
As shown in FIGS. 1 and 2, the body fluid viscosity measuring
チップ22は、図2、図3(A)に示すように、前後に長い矩形状の板材24及び上側に板材24が固定された前後に長い板状のベース部材25を備えている。
板材24には、底面側に板材24の長手方向に沿って凹部26が形成され、板材24の上面から凹部26の一側にかけて形成された開口部27及び板材24の上面から凹部26の他側にかけて形成された開口部28が設けられている。本実施の形態では、開口部27が体液Fの導入口、開口部28が体液Fの排出口であるが、開口部28を体液Fの導入口、開口部27を体液Fの排出口として利用してもよい。
As shown in FIGS. 2 and 3A, the
In the
チップ22の流路11は、板材24の底面をベース部材25の上面に接触させて固定することで板材24の凹部26の開口がベース部材25の上面で塞がれて形成されている。流路11は親水性を有し、流路11の幅は、体液Fが毛細管現象によって流路11内を移動できる大きさであり、例えば、10μm〜500μmの範囲である。そのため、開口部27から体液Fが導入されると、体液Fが毛細管現象によって流路11内を開口部27側(一側)から開口部28側(他側)に進行し、流路11内には一側から他側に向かって流れが生じる。
The
本実施の形態では、シルウェット(Silwet)を含有したPDMS(ジメチルポリシロキサン)によって板材24を形成し、流路11の親水性を確保しているが、親水性処理は、これに限定されるものではない。
In the present embodiment, the
ベース部材25の上面には、第1の導電部12、13、14をそれぞれ有する導線32、33、34及び第2の導電部15、16、17、18をそれぞれ有する導線35、36、37、38が設けられている。なお、本実施の形態では、ベース部材25がガラスによって形成されているが、これに限定されない。
On the upper surface of the
そして、導線35(導線32〜34、36〜38についても同じ)は、図2、図3(A)に示すように、第2の導電部15(導線32〜34、36〜38については、それぞれ第1の導電部12〜14及び第2の導電部16〜18)が流路11内に配されていればよく、本実施の形態のように、ベース部材25の左端から右端に渡って、導線35全体が、ベース部材25の上面に密着している必要はない。
例えば、図3(B)に示すように、第2の導電部15を流路11の上側に固定して、ベース部材25から離れるように導線35を配線してもよいし、図3(C)に示すように、一端が流路11内に配されるように導線35を配線してもよい。これらは、導線32〜34、36〜38についても同じである。
Then, as shown in FIGS. 2 and 3 (A), the conductor 35 (the same applies to the
For example, as shown in FIG. 3 (B), the second
流路11においては、図1、図2に示すように、体液Fの流れに沿って、第2の導電部15、第1の導電部12、第2の導電部16、第1の導電部13、第2の導電部17、第1の導電部14及び第2の導電部18が順に並べられている(即ち、第1の導電部及び第2の導電部は体液の流れに沿って交互に配置されている)。
従って、開口部27に導入された体液Fは、流路11内を進みながら、第2の導電部15、第1の導電部12、第2の導電部16、第1の導電部13、第2の導電部17、第1の導電部14及び第2の導電部18に順に接触し、第1の導電部12、13、14及び第2の導電部15、16、17、18は、体液Fの流れに沿って流路11の異なる位置で体液Fに接触する。
In the
Therefore, the body fluid F introduced into the
また、第2の導電部15、第1の導電部12、第2の導電部16、第1の導電部13、第2の導電部17、第1の導電部14及び第2の導電部18の配置ピッチは一定である。よって、開口部27から導入された体液Fは、一定(実質的に一定)の時間間隔で、第2の導電部15、第1の導電部12、第2の導電部16、第1の導電部13、第2の導電部17、第1の導電部14及び第2の導電部18に順に到達する。
Further, the second
体液Fは電気伝導性を有するため、開口部27から導入された体液Fが第2の導電部15を通過して第1の導電部12まで達し、流路11の開口部27から第1の導電部12までの領域全体に体液Fが存在する状態になった際、第2の導電部15は、流路11内の体液Fを介して、第1の導電部12に電気的に接続される。その後、体液Fが第2の導電部16まで達した際には、第2の導電部16が、体液Fを介して、第1の導電部12及び第2の導電部15に電気的に接続される。そして、体液Fが第2の導電部18まで達した際には、全ての第1の導電部12、13、14及び第2の導電部15、16、17、18が、体液Fを介して電気的に接続される。
Since the body fluid F has electrical conductivity, the body fluid F introduced from the opening 27 passes through the second
被装着体23は、図1、図2に示すように、内側にチップ22が嵌め込まれる枠部39を備えている。枠部39には、交流電源Vに接続される入力端子40と、入力端子40から3つに枝分かれした導線を有する回路41(第1の回路)が、左側に設けられ、出力端子19と、出力端子19から4つに枝分かれした導線を有する回路42(第2の回路)が、右側に設けられている。
枠部39の内側にチップ22が嵌め込まれる(即ち、被装着体23に、チップ22が装着される)ことによって、チップ22は、第1の導電部12、13、14が回路41を介して入力端子40に接続され、第2の導電部15、16、17、18が回路42を介して出力端子19に接続される。
As shown in FIGS. 1 and 2, the mounted
By fitting the
即ち、複数の第2の導電部15、16、17、18は回路42に接続され、回路42は第2の導電部15、16、17、18を一つの出力端子19に接続する。以下、特に記さない限り、チップ22は被装着体23に装着されているものとする。
出力端子19には、図1に示すように、スイッチ43を介して、演算手段44が接続されている。スイッチ43は、図1に示すように、演算手段44の接続先を、電極ユニット21の出力端子19から、較正(校正)用の基準抵抗44aに切り替えることができる。
That is, the plurality of second
As shown in FIG. 1, a calculation means 44 is connected to the
演算手段44は、時計機能及び出力端子19から出力されている電流(電気信号の一例)の値を計測する機能を有し、計測した電流値を時刻情報に関連付けることができる。
開口部27に導入され流路11を進む体液Fの先頭部が開口部28に向かって進むのに従って、体液Fの先頭部は、第2の導電部15、第1の導電部12、第2の導電部16、第1の導電部13、第2の導電部17、第1の導電部14及び第2の導電部18を順に通過し、出力端子19から出力されている電流値(以下、単に「出力電流値」とも言う)は段階的に上昇する。出力電流値の段階的な上昇は、体液Fの先頭部が第1の導電部12に到達してから開始する。
The calculation means 44 has a clock function and a function of measuring the value of the current (an example of an electric signal) output from the
As the head portion of the body fluid F introduced into the
演算手段44は、出力電流値が所定の時間長(本実施の形態では、0.5〜3秒間)当たりに予め定められた値以上上昇する時刻を検出して、出力電流値の段階的な上昇が生じたタイミングを検知できるように設計されている。演算手段44には、以下の値が予め登録されている。 The calculation means 44 detects a time when the output current value rises by a predetermined value or more per predetermined time length (0.5 to 3 seconds in the present embodiment), and gradually increases the output current value. It is designed to detect the timing of the rise. The following values are registered in advance in the calculation means 44.
登録されている値:第2の導電部15から第1の導電部12までの距離、第1の導電部12から第2の導電部16までの距離、第2の導電部16から第1の導電部13までの距離、第1の導電部13から第2の導電部17までの距離、第2の導電部17から第1の導電部14までの距離、第1の導電部14から第2の導電部18までの距離
Registered values: the distance from the second
流路が毛細管である場合(つまり流路の断面が円形である場合)は、流路内を移動する流体の運動方程式は容易に解くことができ、Washburnの式として知られる周知の結果が得られる。直径Dの毛細管中を移動する、粘性率η、表面張力γの流体の場合、Washburnの式は以下の式(1)のように表される。 When the flow path is a capillary (ie, the cross section of the flow path is circular), the equation of motion of the fluid moving in the flow path can be easily solved, resulting in the well-known result known as the Washburn equation. Be done. In the case of a fluid having a viscosity η and a surface tension γ that moves in a capillary tube having a diameter D, the Washburn equation is expressed as the following equation (1).
ここで、Lは流体の毛細管中への侵入距離、tは流体が毛細管中に侵入を始めてからの時間、θは接触角である。 Here, L is the invasion distance of the fluid into the capillary, t is the time from when the fluid starts invading the capillary, and θ is the contact angle.
一方、本発明のように、流路の断面が円形ではなく矩形である場合は、1)流体の運動が軸対称でないことに加え、2)流体の接する4つの面の接触角がすべて同じとみなすことができない等の理由で、流体の運動を解析的に解くことは困難である。しかし、式(1)からの類推で、流体の侵入距離Lと侵入時間tの間に、以下の式(2)の関係が成り立つことが容易に推測され、これは実験的に確認することができる。 On the other hand, when the cross section of the flow path is rectangular instead of circular as in the present invention, 1) the motion of the fluid is not axisymmetric, and 2) the contact angles of the four surfaces in contact with the fluid are all the same. It is difficult to analytically solve the motion of a fluid because it cannot be regarded. However, by analogy with the equation (1), it is easily estimated that the relationship of the following equation (2) holds between the invasion distance L of the fluid and the invasion time t, which can be confirmed experimentally. it can.
ここで、Cは、流路の幾何学的形状(幅と高さ)及び流路内表面の性質(それぞれの面の接触角)によって決まる流路固有の定数である。定数Cの値は、粘性率η及び表面張力γの判明している体液類似の電解質溶液(基準溶液)の流動を記録することによって決定することができる。 Here, C is a constant unique to the flow path, which is determined by the geometric shape (width and height) of the flow path and the properties of the inner surface of the flow path (contact angle of each surface). The value of the constant C can be determined by recording the flow of a body fluid-like electrolyte solution (reference solution) having a known viscosity η and surface tension γ.
演算手段44は、体液Fの先頭部が第1の導電部12から第2の導電部16まで移動することによって、出力電流値の1回目の段階的な上昇タイミングと出力電流値の2回目の段階的な上昇タイミングの時間間隔を検出し、検出した時間間隔及び第1の導電部12から第2の導電部16までの距離を、上述した式のt及びLにそれぞれ代入し、体液Fの粘性を算出する。
In the calculation means 44, the head portion of the body fluid F moves from the first
演算手段44は、同様の手順で、体液Fの先頭部の第2の導電部16から第1の導電部13までの移動、体液Fの第1の導電部13から第2の導電部17までの移動、体液Fの第2の導電部17から第1の導電部14までの移動、及び、体液Fの第1の導電部14から第2の導電部18までの移動によって、それぞれ体液Fの粘性を算出する。
In the same procedure, the calculation means 44 moves the head portion of the body fluid F from the second
よって、演算手段44は、出力電流値が所定の時間長当たりに予め定められた値以上上昇するタイミングの間隔から体液Fの粘性を算出することとなる。「出力電流値が所定の時間長当たりに予め定められた値以上上昇するタイミング」としているのは、体液Fの先頭部が第1の導電部12、第2の導電部16、第1の導電部13、第2の導電部17、第1の導電部14又は第2の導電部18を通過していないタイミングでも、出力電流値が多少上下することがあることから、体液Fの先頭部が第1の導電部12、第2の導電部16、第1の導電部13、第2の導電部17、第1の導電部14又は第2の導電部18を通過したタイミングを確実に検出するためである。
Therefore, the calculation means 44 calculates the viscosity of the body fluid F from the interval of the timing at which the output current value rises by a predetermined value or more per predetermined time length. The "timing at which the output current value rises by a predetermined value or more per predetermined time length" is defined as the first
本実施の形態では、開口部27から導入された体液Fが第2の導電部18まで移動する間に、体液Fの粘性を5回計測することができる。体系Fの粘性を計測するためには、少なくとも2回の出力電流値の段階的な上昇を要することから、第1、第2の導電部は、合わせて少なくとも3つあって、それぞれが流路の流れに沿って異なる位置に配されていることが必要である。
In the present embodiment, the viscosity of the body fluid F can be measured five times while the body fluid F introduced from the
また、演算手段44は、出力電流値が段階的に上昇するタイミングの時間間隔から体液Fの粘性を算出するのに加え、出力電流値の大きさからも体液Fの粘性を算出可能である。以下、出力電流値の大きさから体液Fの粘性を算出する方法を説明する。
演算手段44は、体液Fの先頭部が、第1の導電部12、第2の導電部16、第1の導電部13、第2の導電部17、第1の導電部14及び第2の導電部18を通過するごとに変化する出力電流値の大きさから、入力端子40、出力端子19間のインピーダンス(本実施の形態では、合成抵抗値)を求める。
Further, the calculation means 44 can calculate the viscosity of the body fluid F from the magnitude of the output current value in addition to calculating the viscosity of the body fluid F from the time interval of the timing at which the output current value gradually increases. Hereinafter, a method of calculating the viscosity of the body fluid F from the magnitude of the output current value will be described.
In the calculation means 44, the head portion of the body liquid F is a first
そして演算手段44は、求めたインピーダンスを基にして体液Fの電気伝導率(電気伝導性)及び粘性を導出する。入力端子40、出力端子19間のインピーダンスは、体液Fの電気伝導率によって決定されること、並びに、体液Fの電気伝導率と体液Fの粘性の間に直接的な相関関係があることは周知である(電気伝導率と粘性の間に相関関係があることは、例えば、Walden則によって知られている)。
Then, the calculation means 44 derives the electric conductivity (electrical conductivity) and viscosity of the body fluid F based on the obtained impedance. It is well known that the impedance between the
よって、演算手段44は、入力端子40、出力端子19間のインピーダンスから体液Fの電気伝導率及び粘性を求めることが可能である。なお、入力端子40、出力端子19間のインピーダンスは、出力電流値が段階的に大きくなるのに応じて段階的に小さくなる。
演算手段44による体液Fの粘性の導出には、出力電流値が段階的に上昇するタイミングからなされるもの(流体力学的観点による計測)と、出力電流値の大きさからなされるもの(電気伝導率を基にした計測)があり、状況に応じて、正確な値を選択可能である。
例えば、血液の凝固を抑制する抗凝固剤を血液に混合した場合には、電気伝導率に影響が出るため、流体力学的観点による計測値を選択することが考えられる。
Therefore, the calculation means 44 can obtain the electric conductivity and viscosity of the body fluid F from the impedance between the
Derivation of the viscosity of body fluid F by the calculation means 44 is performed from the timing at which the output current value gradually increases (measurement from a hydrodynamic point of view) and from the magnitude of the output current value (electrical conductivity). There is a rate-based measurement), and an accurate value can be selected according to the situation.
For example, when an anticoagulant that suppresses blood coagulation is mixed with blood, the electrical conductivity is affected, so it is conceivable to select a measured value from a hydrodynamic point of view.
ここで、演算手段44は、出力電流値が段階的に上昇するたびに、流体力学的観点による体液Fの算出と、電気伝導率を基にした粘性の算出を行う。よって、所定量(第1の導電部12、13、14及び第2の導電部15、16、17、18の全てが流路11内の体液Fで電気的に接続される量)の体液Fを開口部27から導入することによって、演算手段44は、体液Fについて、流体力学的観点並びに電気伝導的観点の2種類の測定方法で粘性をそれぞれ複数回算出可能である。
Here, the calculation means 44 calculates the body fluid F from the hydrodynamic point of view and calculates the viscosity based on the electric conductivity each time the output current value increases stepwise. Therefore, a predetermined amount of body fluid F (the amount in which all of the first
そして、演算手段44は、異なる測定方法で算出した複数の粘性値(本実施の形態では粘性係数)を基に、体液Fの最終的な粘性値を得る。例えば、算出した複数の粘性値の平均を最終的な粘性値にすることや、2つの測定方法のうち、粘性の各測定値にばらつきが小さい方を選択して最終的な粘性値を得ることができる。本実施の形態では、開口部27から導入された体液Fが第2の導電部18に到達するまで、出力電流値が段階的に6回上昇することから、演算手段44は、流体力学的観点からの粘性の計測を5回行い、体液Fの電気伝導率の値からの粘性の計測を6回行うこととなる。
Then, the calculation means 44 obtains the final viscosity value of the body fluid F based on a plurality of viscosity values (viscosity coefficients in the present embodiment) calculated by different measurement methods. For example, the average of a plurality of calculated viscosity values is used as the final viscosity value, or the one having the smaller variation in each measurement value of viscosity is selected from the two measurement methods to obtain the final viscosity value. Can be done. In the present embodiment, the output current value increases stepwise 6 times until the body fluid F introduced from the
また、算出された各粘性値に所定以上の差異が生じた場合や、出力電流値が所定の時間間隔で段階的に上昇しない場合、演算手段44は、異常ありを意味する信号を出力するように設計されている。
本実施の形態では、図1に示すように、演算手段44が主として2つの電気回路45、46によって構成されているが、電気回路の数は2つである必要はない。
また、本実施の形態では、第1の導電部12、13、14及び第2の導電部15、16、17、18が合わせて7つであるが、第1、第2導電部は合わせて少なくとも3つあればよい。
Further, when there is a difference of more than a predetermined value in each of the calculated viscosity values, or when the output current value does not gradually increase at a predetermined time interval, the calculation means 44 outputs a signal indicating that there is an abnormality. Is designed for.
In the present embodiment, as shown in FIG. 1, the arithmetic means 44 is mainly composed of two
Further, in the present embodiment, the first
また、本実施の形態においては、電極ユニット21が1つのみであったが、図4に示すように、2つの電極ユニット48、49(電極ユニットP、Q)を設けることも可能である。電極ユニット48、49はそれぞれ、基本的に電極ユニット21と同じ構造を備え、流路11、及び合わせて7つ(即ち、合わせて少なくとも3つ)の第1の導電部12、13、14及び第2の導電部15、16、17、18、及び出力端子19を有している。
Further, in the present embodiment, there is only one
電極ユニット48の流路11の出側(他側)は、電極ユニット49の流路11の入り側(一側)に、体液Fから特定の物質(例えば、体液Fが血液の場合、特定の物質は血球)を取り除くトラップ50を介して接続されている。なお、電極ユニット48、49において、電極ユニット21と同様の構成については同じ符号を付して詳しい説明を省略する(以下同じ)。
The exit side (other side) of the
従って、電極ユニット48の開口部27から導入された体液Fは、電極ユニット48の流路11を通過し、トラップ50で特定の物質が取り除かれた後、電極ユニット49の流路11を流れる。そのため、図示しない演算手段は、電極ユニット48の出力端子19からの出力電流値を基に、特定の物質が取り除かれていない体液Fの電気伝導率及び粘性を算出(粘性については2つの測定方法で算出、以下同じ)し、電極ユニット49の出力端子19からの出力電流値を基に、特定の物質が取り除かれた体液F(例えば、血球が除去された血漿を含む血液)の電気伝導率及び粘性を算出する。
Therefore, the body fluid F introduced from the
また、図5に示すように、流路11の第1の導電部12、13、14及び第2の導電部15、16、17、18の配置領域の下流側で、体液Fに試薬液を合流させて、体液F及び試薬液の混合液の粘性を所定の値に調整する液供給機構52を設けてもよい。
図5に示す例では、電極ユニット49の下流側に、電極ユニット49の流路11の出側に流路11の入り側が接続された電極ユニット51が設けられ、電極ユニット49の流路11と電極ユニット51の流路11の接続領域に、液供給機構52が管を介して連結されている。
Further, as shown in FIG. 5, a reagent solution is added to the body fluid F on the downstream side of the arrangement regions of the first
In the example shown in FIG. 5, an
電極ユニット51は、基本的に電極ユニット21と同じ構造を備え、液供給機構52は、例えば、ポンプ及び電磁弁を有して構成可能である。
液供給機構52は、例えば、体積比で体液Fの略20倍の蒸留水(試薬液の一例、以下、単に「水」とも言う)を、電極ユニット49、51の間で、体液Fに合流させて、体液F及び水の混合液の粘性率を水と同レベルにする。電極ユニット51の出力端子19には、出力端子19からの出力電流値を基に電極ユニット51の流路11を流れる混合液の電気伝導率及び混合液の電解質濃度を計測する図示しない濃度導出手段が接続されている。濃度導出手段は、例えば、ソフトウェアプログラムがインストールされた電子計算機によって構成可能である。
The
The
試薬液を体液Fに合流させる構成は、直列接続した2つの電極ユニットの間に液体供給機構を設けるものに限定されない。例えば、図6に示すように、2つの電極ユニット55、56を設け、電極ユニット55、56の各流路11に共通する一つの開口部27から導入された体液Fが電極ユニット55、56の各開口部28に向かって送られるようにし、開口部27と電極ユニット55の間に電極ユニット55の流路11に送られる体液Fに試薬液を合流させる液供給機構52を設けるようにしてもよい。
The configuration in which the reagent solution is merged with the body fluid F is not limited to the one in which the liquid supply mechanism is provided between the two electrode units connected in series. For example, as shown in FIG. 6, two
演算手段は、濃度導出手段から、濃度導出手段が計測した電気伝導率及び電解質濃度を取得可能であり、濃度導出手段が計測した混合液の電気伝導率又は混合液の電解質濃度を用いて体液Fの粘性を算出する。
ここで、インピーダンスを基に体液の粘性を算出する計算式には、その体液の電解質濃度が必要である。この点、体液の電解質濃度の値は体液の種類ごとに一定範囲であり、ばらつきが小さい。よって、計算式に電解質濃度の予め定められた値を代入すれば、電解質濃度を計測せずとも、対象とする体液の粘性を算出することができる。但し、電解質濃度をより正確に算出する観点においては、計測した電解質濃度を計算式に代入して粘性を算出するのが好ましい。
The calculation means can obtain the electric conductivity and the electrolyte concentration measured by the concentration derivation means from the concentration derivation means, and the body fluid F is used by the electric conductivity of the mixed solution or the electrolyte concentration of the mixed solution measured by the concentration derivation means. Calculate the viscosity of.
Here, the calculation formula for calculating the viscosity of a body fluid based on impedance requires the electrolyte concentration of the body fluid. In this respect, the value of the electrolyte concentration of the body fluid is within a certain range for each type of body fluid, and the variation is small. Therefore, by substituting a predetermined value of the electrolyte concentration into the calculation formula, the viscosity of the target body fluid can be calculated without measuring the electrolyte concentration. However, from the viewpoint of more accurately calculating the electrolyte concentration, it is preferable to substitute the measured electrolyte concentration into the calculation formula to calculate the viscosity.
また、図7に示すように、電極ユニット21と同じ構造の2つの電極ユニット53、54(電極ユニットR、S)を設け、電極ユニット53の流路11に体液Fを流し、電極ユニット54の流路11に粘性が判明している標準サンプル液を流して、算出した体液Fの粘性を補正することもできる。
演算手段は、電極ユニット54の流路11に流した標準サンプル液の粘性及び電極ユニット53の流路11に流した体液Fの粘性をそれぞれ算出し、算出した標準サンプル液の粘性(具体的には、算出した標準サンプル液の粘性と、粘性が判明していた標準サンプル液の粘性の差)を基に、算出した体液Fの粘性を補正する。計測時の温度など環境の違いにより、算出される体液Fの粘性には多少の誤差が生じることが考えられるため、標準サンプル液の粘性を基に、算出した体液Fの粘性を補正するのは、より正確な粘性を得る上で好適である。更に、例えばサーミスター素子などの温度測定手段を電極ユニット上に設置して計測時の温度を記録し、より正確を期すこともできる。
Further, as shown in FIG. 7, two
The calculation means calculates the viscosity of the standard sample solution flowing through the
更に、図8に示すように、電極ユニット21と同じ構造の2つの電極ユニット58、59(電極ユニットR’、S’)及び電極ユニット59の流路11に体液Fの粘性を変化させる粘性調整液(例えば、凝固刺激試薬)を供給する液供給手段60を設け、演算手段が、電極ユニット58の流路11を流れる体液Fの粘性及び電極ユニット59の流路11を流れる粘性調整液及び体液の混合液の粘性をそれぞれ算出するようにしてもよい。これによって、例えば、粘性調整液が血液(体液Fの一例)を凝固する効果を容易に計測することが可能である。
Further, as shown in FIG. 8, the viscosity adjustment that changes the viscosity of the body liquid F in the
次に、本発明の作用効果を確認するために行った実験について説明する。
本実験においては、合わせて7つの第1、第2の導電部を有する電極ユニットを採用し、流路にショ糖を加えて粘度を上げた食塩水(以下、単に「食塩水」とも言う)を流した。図9、図10に、計測された出力電流の時間軸に対する推移を示す。なお、図10のグラフは、図9のグラフの一部を拡大したものであり、図10には、段階的に上昇する出力電流それぞれに対応する合成抵抗の値を記している。
図9、図10より、段階的に上昇する出力電流の各上昇値が略同じであること、並びに、出力電流が5〜6秒間隔で段階的に上昇したことが確認できた。その結果、段階的に上昇する出力電流それぞれから電気伝導率及び粘性を算出できることが分かる。
なお、図9において、Dは食塩水を導入した時点を示し、Wは流路に水を流して食塩水を洗い流した時点を示す。
Next, an experiment conducted to confirm the action and effect of the present invention will be described.
In this experiment, an electrode unit having a total of seven first and second conductive parts was adopted, and sucrose was added to the flow path to increase the viscosity of the saline solution (hereinafter, also simply referred to as "saline solution"). Shed. 9 and 10 show the transition of the measured output current with respect to the time axis. The graph of FIG. 10 is an enlargement of a part of the graph of FIG. 9, and FIG. 10 shows the value of the combined resistance corresponding to each of the output currents that gradually increase.
From FIGS. 9 and 10, it was confirmed that the respective increase values of the output current gradually increasing were substantially the same, and that the output current gradually increased at intervals of 5 to 6 seconds. As a result, it can be seen that the electric conductivity and the viscosity can be calculated from each of the output currents that gradually increase.
In FIG. 9, D indicates the time when the saline solution was introduced, and W indicates the time when the saline solution was washed away by flowing water through the flow path.
以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明は、上記した形態に限定されるものでなく、要旨を逸脱しない条件の変更等は全て本発明の適用範囲である。
例えば、体液の粘性の計測は流体力学的観点からのみでもよい。その場合、電流の大きさを定量的に記録する必要はなく、体液が第2の導電部に到達した時刻(体液が第2の導電部に接触した瞬間の時刻)のみを正確に記録すればよい。つまり、電流値をアナログ値として記録する必要はなく、デジタル値として記録すればよいこととなるので、図11に示すように、シングルチップマイコン61を用いた簡素な構成にすることができる。
Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and all changes in conditions that do not deviate from the gist are within the scope of the present invention.
For example, the viscosity of a body fluid may be measured only from a hydrodynamic point of view. In that case, it is not necessary to quantitatively record the magnitude of the current, and only the time when the body fluid reaches the second conductive part (the time when the body fluid comes into contact with the second conductive part) can be accurately recorded. Good. That is, it is not necessary to record the current value as an analog value, but it is sufficient to record it as a digital value. Therefore, as shown in FIG. 11, a simple configuration using the single-
図11に示す例では、複数の導電部15、16、17、18(第2の導電部)がそれぞれ独立してシングルチップマイコン61の4つのチャンネル(入力端子)に接続されている。シングルチップマイコン61は、標準的に装備しているインプットキャプチヤー機能によって、導電部15、16、17、18の電気的状態をそれぞれ独立に監視し、4つのチャンネルの電圧値が変化したタイミング、即ち体液Fが導電部15、16、17、18に到達したタイミングの時刻を読み取って記録する。図12に示すt0、t1、t2、t3はそれぞれ体液Fの先頭部が導電部15、16、17、18に到達したタイミングを意味し、各チャンネルに対応するデジタル値はt0、t1、t2、t3で非連続的に上昇する。体液Fの粘性は、t0、t1の時間間隔、t1、t2の時間間隔、t2、t3の時間間隔を基に計測される。
そして、第1の導電部に交流電源を接続する代わりに、図11に示すように、直流電源Eを接続するようにしてもよい。
In the example shown in FIG. 11, a plurality of
Then, instead of connecting the AC power supply to the first conductive portion, the DC power supply E may be connected as shown in FIG.
また、体液が毛細管現象によって進む流路の代わりに、体液がポンプあるいは重力によって進む流路を採用してもよい。但し、毛細管現象によって体液が進行する流路を採用した場合、粘性を計測するために要する体液の量を少なくすることができる。
そして、本実施の形態では交流電源から入力端子に与えられる交流電圧の周波数が単一で一定であるが、入力端子に周波数が異なる複数の交流電圧を与えることもできる。入力端子に周波数が異なる交流電圧を与える場合、演算手段は、電気伝導率から粘性を算出するのに当たり、各周波数のインピーダンスを求めて体液の粘性を算出することとなる。
Further, instead of the flow path through which the body fluid travels due to the capillary phenomenon, a flow path through which the body fluid travels by a pump or gravity may be adopted. However, when a flow path through which the body fluid travels due to the capillary phenomenon is adopted, the amount of the body fluid required for measuring the viscosity can be reduced.
In the present embodiment, the frequency of the AC voltage applied from the AC power supply to the input terminal is single and constant, but a plurality of AC voltages having different frequencies can be applied to the input terminal. When AC voltages having different frequencies are applied to the input terminals, the calculation means calculates the viscosity of the body fluid by obtaining the impedance of each frequency when calculating the viscosity from the electric conductivity.
また、第1、第2の導電部が体液の流れに沿って交互に配置されている必要はない。更に、第1、第2の導電部の配置ピッチは一定でなくてもよい。
更に、第2の導電部が複数個ある場合、複数の第2の導電部を、一つの出力端子に接続する必要はなく、それぞれ別個の出力端子に接続してもよい。
Further, it is not necessary that the first and second conductive portions are alternately arranged along the flow of the body fluid. Further, the arrangement pitch of the first and second conductive portions does not have to be constant.
Further, when there are a plurality of second conductive portions, it is not necessary to connect the plurality of second conductive portions to one output terminal, and they may be connected to separate output terminals.
10:体液粘性測定装置、11:流路、12〜14:第1の導電部、15〜18:第2の導電部、19:出力端子、20:スイッチ、21:電極ユニット、22:チップ、23:被装着体、24:板材、25:ベース部材、26:凹部、27、28:開口部、32〜38:導線、39:枠部、40:入力端子、41、42:回路、43:スイッチ、44:演算手段、44a:基準抵抗、45、46:電気回路、48、49:電極ユニット、50:トラップ、51:電極ユニット、52:液供給機構、53、54、55、56、58、59:電極ユニット、60:液供給手段、61:シングルチップマイコン、E:直流電源、F:体液、V:交流電源 10: Body fluid viscosity measuring device, 11: Flow path, 12-14: First conductive part, 15-18: Second conductive part, 19: Output terminal, 20: Switch, 21: Electrode unit, 22: Chip, 23: Attached body, 24: Plate material, 25: Base member, 26: Recess, 27, 28: Opening, 32 to 38: Conductor, 39: Frame, 40: Input terminal, 41, 42: Circuit, 43: Switch, 44: Computational means, 44a: Reference resistance, 45, 46: Electric circuit, 48, 49: Electrode unit, 50: Trap, 51: Electrode unit, 52: Liquid supply mechanism, 53, 54, 55, 56, 58 , 59: Electrode unit, 60: Liquid supply means, 61: Single chip microcomputer, E: DC power supply, F: Body liquid, V: AC power supply
Claims (13)
前記流路に設けられ、外部の電源に接続される第1の導電部と、
前記流路に設けられ、該流路内の前記体液を介して前記第1の導電部に電気的に接続される第2の導電部と、
前記第2の導電部に接続された出力端子から出力される電気信号が所定の時間長当たりに予め定められた値以上上昇するタイミングの間隔から前記体液の粘性を算出する演算手段とを備え、
前記第1、第2の導電部は、合わせて少なくとも3つあって、それぞれ前記体液の流れに沿って前記流路の異なる位置に配されていることを特徴とする体液粘性測定装置。 A body fluid viscosity measuring device that measures the viscosity of body fluid flowing through a flow path.
A first conductive portion provided in the flow path and connected to an external power source,
A second conductive portion provided in the flow path and electrically connected to the first conductive portion via the body fluid in the flow path, and a second conductive portion.
It is provided with a calculation means for calculating the viscosity of the body fluid from the interval at which the electric signal output from the output terminal connected to the second conductive portion rises by a predetermined value or more per predetermined time length.
A body fluid viscosity measuring device, characterized in that there are at least three conductive portions in total, and the first and second conductive portions are arranged at different positions in the flow path along the flow of the body fluid.
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