JP6770270B2 - 血流障害検出装置 - Google Patents
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Description
また、上記血流障害検出装置の構成において、例えば、前記複数の種類の感知手段の一つは、前記血流情報として脈波または心拍を計測する。
また、上記血流障害検出装置の構成において、例えば、前記複数の種類の感知手段の一つは、前記血流情報として色を計測する。
また、上記血流障害検出装置の構成において、例えば、前記複数の種類の感知手段の一つは、前記血流情報として温度を計測する。
また、上記血流障害検出装置の構成において、例えば、血液に特異的に吸収される色を検知する発光素子と受光素子とからなる脈波または心拍を計測する第1の感知手段と、異なる二つ以上の色を検知する発光素子と受光素子とからなる色を計測する第2の感知手段とから構成される。さらに、前記第1の感知手段は緑色の光を用い、前記第2の感知手段は赤色の光と緑色の光を用いても良い。
また、上記血流障害検出装置の構成において、例えば、前記センサーシートは透明な粘着層が積層されてなり、この粘着層で生体に貼り付けられる。
また、上記血流障害検出装置の構成において、例えば、前記センサーシートは、少なくとも一部が透明であり、前記センサーシートを前記生体組織に貼り付けた状態で、前記生体組織の色を観察できる。
また、上記血流障害検出装置の構成において、例えば、前記複数の感知手段の少なくとも一つは、生体組織の参照点の血流情報を計測し、前記解析手段は前記参照点の血流情報を参照して前記生体組織の血流障害を検出する。
なお、上記本発明の特定の構成は任意に組み合わせることができる。
本発明の一実施形態に係る血流障害検出装置100は、センサーシート10と、センサーシートを制御する制御装置20と、センサーの計測出力を解析するコンピュータ30とから構成される。センサーシート10は、柔軟性を有する薄い基材11上に、感知手段となる複数の反射型光センサー12が実装されている。また、基材11上には、光センサー12へ電力を供給する電力線とセンサー出力を読み出す信号線となる配線13が形成されている。
複数の光センサー12に接続された配線13は、基材11の一端に向かって引き回され、帯状のセンサーシート10の一端で制御装置20と接続する端子部14に集結されている。また、センサーシート10は、測定対象である生体組織に貼り付けて使用されるため、基材11の光センサー12が実装されている面には、センサーシート10を生体組織に固定するための固定手段である粘着層15が積層されている。粘着層15は光センサー12の配置に応じた窓が開いており、測定対象面と光センサー12との距離を適切に維持するスペーサーとしての役割も有している。また、粘着層15の光センサー12の配置部に窪みを設け、センサーシート10の貼り付け面を粘着層15で密閉する構成は、センサーシート10の洗浄・滅菌処理、センサーシート10への雑菌付着防止、硬い光センサー12による生体への損傷防止のために有効である。
図3は、本発明の一実施形態に係る感知手段である光センサーの断面構成を模式的に示した図である。光センサー40には、二組の反射型光センサー素子41、44がパッケージ47に組み込まれ構成されている。パッケージ47は直方体形状をしており、その下面に光センサー素子41、44の発光面と受光面が設けられている。また、パッケージ47には、光センサー素子41
、44の駆動電源供給と出力読出しのための図示していない配線端子が設けられており、配線13に接続される。反射型光センサー素子41、44は、それぞれ発光素子42、45と受光素子43、46の組合せからなり、発光素子42、45からの光が測定対象物に向けて出射され、その光の測定対象物からの反射光をそれぞれ受光素子43、46が検出し、反射光の強度およびその時間変化から測定対象物の特性を計測する。
脈波・心拍測定用光センサーとして、新日本無線株式会社製のNJL5303R_Jを使用した。この光センサーは波長570nmにピークを持つ緑色発光ダイオードと緑色に受光感度のピークを持つフォトトランジスタから構成されたフォトリフレクタであり、反射光による計測に適用できる。
色計測用光センサーにはデジタルカラーセンサー(浜松ホトニクス社:S9706)を使用した。このセンサーは、露光時間を変化させることでセンサー感度を調整することが可能である。色成分に関して、赤(中心波長615nm)、緑 (中心波長540nm)、青(中心波長465nm)にそれぞれ感度を持つセンサーからなり、256段階のデジタル値を赤、緑、青の順で出力する。また、色計測のための光源としては、白色発光ダイオードを用いた。
脈波・心拍計測用光センサーと色計測用光センサーは、柔軟で生体適合性の高いシリコーン素材(Polydimethylsilocane:PDMS)からなる厚さ1mmのPDMSに一定間隔にくぼみを作り、センサーを嵌めこむことで固定した。これにより、センサーシートの貼り付け面はPDMSからなる粘着層で密閉される。血流計測用光センサーシートには6個のセンサーを2列×3行の多点で配置し、図11に示すように、図示されていない制御装置20と有線で結線した。
今回動物実験に使用するウィスター種ラットの心拍数は毎分250回から450回である。すなわち、心拍の周波数は4.1Hzから7.5HzHzとなる。この着目周波数でセンサー出力を正確処理するために、制御装置20へノイズ除去のハイパスフィルタ回路とローパスフィルタ回路とを組み込んだ。これらの処理は、解析手段であるコンピュータ上でソフト的に行うことも可能である。脈波・心拍計測用光センサーと色計測用光センサーの制御は、入出力機能と無線通信機能が組み込まれた電池駆動のマイクロプロセッサーボードを用いて構成した。脈波・心拍計測用光センサーの受光量による出力電圧変化は微小であるため、出力電圧が0Vから5Vに収まる程度に、制御装置20内で増幅したのちに、アナログデジタル変換し、デジタルデータとして無線通信によって5ミリ秒ごとにコンピュータに送信する。コンピュータ上では、受け取った値を数値データとして保存し、値を波形として表示できるようにした。また、色計測用光センサーも同様に、コンピュータに送信される。露光時間は、赤色成分の値が256レベルの中央付近になるように調整した。本実施例では、脈波・心拍計測用光センサーと色計測用光センサーは、別々に構成されているため、それぞれのセンサーが使う発光素子によるクロストークを防ぐために、光センサーは時分割で交互に動作させた。
動物実験にはウィスター種のラットを使用した。図11に示すように、鼠径部分の皮弁を3cm×4cmの大きさに左右それぞれ1つ切り離し、体と脚の付け根付近にある大動脈と大静脈でのみ繋がっている状態で移植した。切り離した状態の皮弁は縮んでいるため、皮弁の周辺を縫合し、切り離す前の状態に可能な限り近づけた。
血流障害のモデルとして、移植した皮弁に対して、図12に示すように、動脈または静脈をクランプして、鬱血モデルとなる静脈を遮断した静脈塞栓と、虚血モデルとなる動脈を遮断した動脈塞栓を評価した。血流異常時と通常時それぞれの血流状態の比較を行うため、作製した左右の皮弁のうち、片方にのみクランプ操作を行い、他方をリファレンスとした。
左右の皮弁のそれぞれに、健常部に亘って保護テープを貼り、その上に脈波・心拍計測用光センサー(中央側に貼られている)と色計測用光センサー(外側にそれぞれ1箇所に貼られている)とを合わせて貼り付けた。脈波・心拍計測用光センサーシートの端の1つの光センサーは、健常部に位置しており、それぞれのセンサーシートでのリファレンスとして計測ができるようにした。
図13は、動脈を遮断した虚血モデルにおける、遮断前後の血流計測用光センサーの出力である。図13(a)に示すように、動脈の遮断前において、脈波・心拍計測用光センサーは心拍に呼応した脈を検出しており、皮弁の血流計測を実現している。一方、動脈を遮断した虚血状態では、遮断直後から心拍に呼応した脈は検出されていない。このことにより、本実施例において、完全なる虚血に対しては、脈波・心拍計測用光センサーが機能していることが示された。
図14は、静脈を遮断した鬱血モデルにおける、遮断後の脈波・心拍計測用光センサーの出力を示している。図14(a)に示されるように、遮断直後では、波形は図13(a)の正常状態との違いは全く見られない。更に遮断から20分後の波形も、図14(b)に示すように、心拍に呼応した脈が観測されており、脈の有無や脈の強弱だけでは、鬱血は直ちに検出することはできないことを示している。図14(c)は、静脈遮断後40分を経過した時の波形であるが、40分を経過して波形より血流異常が検出できる状態に至った。
鬱血の場合、まず静脈遮断により静脈血が皮弁から出て行くことができず、動脈からの血流が皮弁内部に溜まる。それに従い、皮弁内の血管内部圧力が上昇し、この血圧をあるレベルを超えると血流が停止する。つまり鬱血では、脈波形が計測されなくなるまで、皮弁内部に血液が充満し、脈波・心拍計測用光センサーでは、鬱血状態の検出に時間を要することになる。
以上の評価結果は、血流の計測のみでは、鬱血を早期に検出することが困難であり、血流と色の両方の計測結果を総合的に評価して判断をすることの有効性を示している。また、虚血においても、完全なる遮断でなく、血流の低下を検知するには、色の情報も重要であることを示している。
Claims (10)
- 生体組織の血流状態を調べる装置であって、
前記生体組織の異なる血流情報を計測する複数の種類の感知手段を、柔軟な基材上にそれぞれ複数配置してなるセンサーシートと、
前記複数の種類の感知手段の出力を解析する解析手段と、を有し、
前記センサーシートは、少なくとも一部が透明であり、前記センサーシートを前記生体組織に貼り付けた状態で、前記生体組織の色を観察でき、
前記センサーシートを前記生体組織に貼り付けて得られる、前記解析手段からの前記生体組織の異なる血流情報により、前記生体組織の血流障害を検出することを特徴とする、血流障害検出装置。 - 前記複数の種類の感知手段の一つは、前記血流情報として脈波または心拍を計測することを特徴とする、請求項1に記載の血流障害検出装置。
- 前記複数の種類の感知手段の一つは、前記血流情報として色を計測することを特徴とする、請求項1に記載の血流障害検出装置。
- 前記複数の種類の感知手段の一つは、前記血流情報として温度を計測することを特徴とする、請求項1に記載の血流障害検出装置。
- 血液に特異的に吸収される色を検知する発光素子と受光素子とからなる脈波または心拍を計測する第1の感知手段と、異なる二つ以上の色を検知する発光素子と受光素子とからなる色を計測する第2の感知手段とを有することを特徴とする、請求項1に記載の血流障害検出装置。
- 前記第1の感知手段は緑色の光を用い、前記第2の感知手段は赤色の光と緑色の光を用いることを特徴とする、請求項5に記載の血流障害検出装置。
- 前記センサーシートは透明な粘着層が積層されてなり、この粘着層で生体に貼り付けられることを特徴とする、請求項1に記載の血流障害検出装置。
- 前記複数の感知手段の少なくとも一つは、生体組織の参照点の血流情報を計測し、前記解析手段は前記参照点の血流情報を参照して前記生体組織の血流障害を検出することを特徴とする、請求項1に記載の血流障害検出装置。
- 前記生体組織の血流障害の検出が、血流障害が鬱血であるか虚血であるかを検出することを特徴とする、請求項1に記載の血流障害検出装置。
- 生体組織の血流状態を調べる装置であって、
前記生体組織の異なる血流情報を計測する複数の種類の感知手段を、柔軟な基材上にそれぞれ複数配置してなるセンサーシートと、
前記複数の種類の感知手段の出力を解析する解析手段と、を有し、
前記センサーシートは、少なくとも一部が透明であり、前記センサーシートを前記生体組織に貼り付けた状態で、前記生体組織の色を観察でき、
前記感知手段は、遮光された光センサーを含み、
前記センサーシートの光センサー部とは反対の表面は、前記光センサーの遮光された部分が皮膚と同系色にマスキングされ、
前記センサーシートを前記生体組織に貼り付けて得られる、前記解析手段からの前記生体組織の異なる血流情報により、前記生体組織の鬱血であるか虚血であるかの血流障害を検出することを特徴とする、血流障害検出装置。
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