JP6818048B2 - 計測装置、情報出力装置、計測方法、コンピュータプログラム及び記録媒体 - Google Patents

Description

本発明は、光を照射して流体に関する情報を計測する計測装置、情報出力装置、計測方法、コンピュータプログラム及び記録媒体の技術分野に関する。

この種の装置として、流体に光を照射すると共に散乱光を受光して、流体の濃度や流量及び流速等を測定するものが知られている。例えば特許文献１及び２では、血液に光を照射して、その際の透過光や反射光の検出強度に基づいて、血液の特性を求めるという技術が開示されている。

特表２００３−５０８１４３号公報 特開平１１−１０４１１４号公報

血液は、例えば透明なチューブを流れており、計測用の光はチューブを介して血液に照射される。このため、血液を透過する透過光の光路長は、チューブの肉厚に応じて変化することになる。

ここで特に、透過光の光量は、光路長に対して指数関数的に変化する。よって、チューブの肉厚が変化すると、透過光の光量も大きく変動する。従って、透過光量に基づいて血液に関する情報（例えば、ヘマトクリット値）を推定するためには、チューブの肉厚が既知であることが求められる。

しかしながら、チューブは屈曲性のある柔軟なものであることが要求されるため、肉厚を精密に制御して作成することが難しい。また、血液を流すチューブでは特に、紫外線や放射線を用いた滅菌や蒸気滅菌工程において収縮が生じてしまうことがある。このため、製造ロットなどによってチューブの肉厚にばらつきが生じてしまう。

この結果、特許文献１及び２に記載されているように、透過光量に基づいて血液に関する情報を計測しようとすると、チューブの肉厚のばらつきの影響を受けて、計測結果が大きく変わってしまうという技術的問題点が生ずる。

本発明が解決しようとする課題には上記のようなものが一例として挙げられる。本発明は、流体に関する情報を正確に測定可能な計測装置、情報出力装置、計測方法、コンピュータプログラム及び記録媒体を提供することを課題とする。

上記課題を解決するための計測装置は、内部に流体を流すことが可能な第１部材に光を照射する照射部と、前記第１部材の内部の流体によって散乱された散乱光を受光する第１受光部と、前記第１部材の厚さに関する第１情報を取得する取得部と、前記第１受光部の受光信号及び前記第１情報に基づいて、前記流体に関する第２情報を生成する生成部とを備える。

上記課題を解決するための情報出力装置は、内部に流体を流すことが可能な第１部材の厚さに関する第１情報を出力する情報出力装置であって、光を照射する照射部と、前記照射部が照射した光の照射位置を検出可能な受光部と、前記照射部が照射した光の光路上に前記第１部材が存在しない場合の前記照射位置と、前記光路上に前記第１部材が存在しており前記第１部材内部に前記流体が存在しない場合の前記照射位置とに基づいて、前記第１情報を出力する出力部とを備える。

上記課題を解決するための計測方法は、内部に流体を流すことが可能な第１部材に光を照射する照射工程と、前記第１部材の内部の流体によって散乱された散乱光を受光する第１受光工程と、前記第１部材の厚さに関する第１情報を取得する取得工程と、前記第１受光工程の受光信号及び前記第１情報に基づいて、前記流体に関する第２情報を生成する生成工程とを含む。

上記課題を解決するためのコンピュータプログラムは、内部に流体を流すことが可能な第１部材に光を照射する照射工程と、前記第１部材の内部の流体によって散乱された散乱光を受光する第１受光工程と、前記第１部材の厚さに関する第１情報を取得する取得工程と、前記第１受光工程の受光信号及び前記第１情報に基づいて、前記流体に関する第２情報を生成する生成工程とをコンピュータに実行させる。

上記課題を解決するための記録媒体は、上述したコンピュータプログラムが記録されている。

第１実施例に係る計測装置の全体構成を示す概略構成図である。 第１実施例に係る透過光量測定部の構成を示す平面図である。 第１実施例に係る肉厚測定部の構成を示す平面図である。 図３のＡ−Ａ’線断面図である。 照射位置の違いからチューブ肉厚を算出する方法を示す概念図である。 透過光量とヘマトクリットとの関係を示すグラフである。 第１実施例に係る計測装置による肉厚測定動作の流れを示すフローチャートである。 第１実施例に係る計測装置によるヘマトクリット測定動作の流れを示すフローチャートである。 第２実施例に係る計測装置の全体構成を示す概略構成図である。 第３実施例に係る測定部の構成を示す平面図である。

＜１＞
本実施形態に係る計測装置は、内部に流体を流すことが可能な第１部材に光を照射する照射部と、前記第１部材の内部の流体によって散乱された散乱光を受光する第１受光部と、前記第１部材の厚さに関する第１情報を取得する取得部と、前記第１受光部の受光信号及び前記第１情報に基づいて、前記流体に関する第２情報を生成する生成部とを備える。

本実施形態に係る計測装置の動作時には、照射部から第１部材の内部を流れる流体に向けて光が照射される。なお、照射される光は、例えばレーザ光であり、ファブリペロー型（ＦＰ）レーザ光源等を用いて照射される。また、流体の具体例としては血液等が挙げられるが、照射部からの光を照射可能な状態で流れている散乱体を含むものであれば計測対象となり得る。

照射部から照射された光は、流体において散乱（透過又は反射）された後に、第１受光部において受光される。受光部は、例えばフォトダイオードを含んで構成されており、散乱光の強度を検出して、受光信号（即ち、受光した光の強度を示す信号）を出力可能に構成されている。

ここで本実施形態では特に、取得部によって第１部材（例えば、透明チューブ）の厚さに関する第１情報が取得される。第１情報は、第１部材の厚さを直接的に示す情報であってもよいし、第１部材の厚さに依存して変動するような値を示す情報（即ち、第１部材の厚さを間接的に示す情報）であってもよい。

第１受光部の受光信号及び第１情報が取得されると、生成部により流体に関する第２情報が生成される。即ち、本実施形態に係る生成部は、第１受光部の受光信号だけでなく、第１部材の厚さに関する第１情報に基づいて、流体に関する第２情報を生成する。なお、第２情報の一例としては、流体の濃度を示す情報が挙げられる。

流体において散乱された光は、流体の状態に応じて強度が変化する。よって、第１受光部の受光信号を利用すれば、流体に関する情報を計測することができる。一方で、第１受光部の受光信号（言い換えれば、受光強度）は、第１部材の厚さによっても大きく変化する。このため、第１部材の厚さが既知でなければ、流体に関する第２情報を正確に生成することは難しい。

しかるに本実施形態では、上述したように第１部材の厚さに関する第１情報が取得される。このため、第１部材の厚さが計測結果に与える影響を考慮して、流体に関する第２情報を正確に生成することが可能である。

＜２＞
本実施形態に係る計測装置の一態様では、前記照射部が照射した光の照射位置を検出可能な第２受光部を更に備え、前記取得部は、前記第２受光部で検出された前記照射位置に基づいて、前記第１情報を取得する。

この態様によれば、例えばＰＳＤ（Position Sensitive Detector）等を含んで構成される第２受光部によって、照射部から照射された光の照射位置が検出される。そして、検出した照射位置に基づいて、第１部材の厚さに関する第１情報が取得される。このように構成すれば、照射部から照射された光（即ち、流体に関する第２情報を生成するために用いる光）を利用して、第１部材の厚さに関する第１情報を取得することができる。

＜３＞
上述した照射位置を検出可能な態様では、前記取得部は、前記照射部が照射した光の光路上に前記第１部材が存在しない場合の前記照射位置と、前記光路上に前記第１部材が存在しており前記第１部材内部に前記流体が存在しない場合の前記照射位置とに基づいて、前記第１情報を取得してもよい。

照射部から照射された光は、第１部材が存在しない場合には直進するが、第１部材が存在している場合には第１部材の屈折率に応じ屈折し、厚さに依存した照射位置の変位が生ずる。このため、照射部が照射した光の光路上に第１部材が存在する場合と、存在しない場合とでの照射位置の違いに基づいて、第１部材の厚さに関する第１情報を取得することができる。

＜４＞
上述した照射位置に基づいて第１情報を取得する態様では、前記光路上に前記第１部材が存在しない場合の前記照射位置を記憶する記憶部を更に備え、前記取得部は、前記記憶部に記憶された前記照射位置と、前記光路上に前記第１部材が存在しており前記第１部材内部に前記流体が存在しない場合の前記照射位置とに基づいて、前記第１情報を取得してもよい。

第１部材が存在しない場合の照射位置は、一度測定した後は、レーザの照射方向がずれたり、第２受光部の位置がずれたり、ビームプロファイルが変わったりしない限りは変化しない。このため、第１部材が存在しない場合の照射位置を記憶部で記憶しておけば、その都度測定する必要がなくなり、より容易に第１情報を取得することが可能となる。

＜５＞
本実施形態に係る計測装置の他の態様では、前記生成部は、前記第１情報に基づいて、前記第１受光部の受光信号を前記第１部材が所定の厚さである場合の受光信号に補正して、前記第２情報を生成する。

この態様によれば、第１受光部の受光信号が、第１部材が所定の厚さである場合の受光信号に補正される。なお、ここでの「所定の厚さ」は、第１部材の厚さの基準となる値として予め設定される値であり、例えば第１部材の平均的な厚さに応じた値として設定されている。

上述した補正によれば、第１受光部の受光信号を所定の基準（即ち、所定の厚さに応じた基準）に補正することができる。よって、第１部材の厚さがどのような値であったとしても、厚さの違いによる影響を排除して、正確な第２情報を生成することが可能である。

＜６＞
本実施形態に係る計測装置の他の態様では、前記生成部は、前記第１情報が所定の範囲内の値でない場合に、所定の基準値を前記第１情報の値に代入して、前記第２情報を生成する。

この態様によれば、第２情報が生成される前に、第１情報が所定の範囲内の値であるか否かが判定される。なお、ここでの「所定の範囲」とは、第１情報が正常に取得されたか否かを判定するために予め設定された範囲であり、第１情報として取得され得る値（例えば、一般的な第１部材の厚さに応じた値）を含む範囲として設定される。このため、第１情報が所定の範囲内の値である場合には、第１情報が正常に取得されており、一方で第１情報が所定の範囲内の値でない場合には、第１情報が正常に取得されていないことを判定できる。

本態様では、第１情報が所定の範囲内の値でない場合（即ち、第１情報が正常に取得されていない場合）には、取得された第１情報に所定の基準値が代入されて、第２情報が生成される。なお、ここでの「所定の基準値」とは、第１部材の厚さの基準となる値として予め設定される値であり、例えば第１部材の平均的な厚さに応じた値として設定されている。このようにすれば、予期せぬ不具合等に起因して第１情報を正常に取得できなかった場合に、第２情報が異常な値を示す情報として生成されてしまうことを防止できる。

＜７＞
本実施形態に係る計測装置の他の態様では、前記第１受光部及び前記第２受光部は共通の受光素子を含んで構成されている。

この態様によれば、第１受光部及び第２受光部の構成を共通化することで、装置構成の簡単化や小型化を実現することができる。

＜８＞
上述した共通の受光素子を含んで構成される態様では、前記共通の受光素子を前記第１受光部として機能させる場合には、前記共通の受光素子を前記第２受光部として機能させる場合よりも、前記照射部から強い光を出力するように制御する照射制御手段を更に備えてもよい。

この場合、共通の受光素子が第２受光部として機能する場合には、比較的弱い光が照射部から出力されるため、ダイナミックレンジが不必要に拡大されてしまうことを防止できる。

＜９＞
或いは共通の受光素子を含んで構成される態様では、前記第１受光部及び前記第２受光部の受光信号を増幅して出力する増幅器と、前記共通の受光素子を前記第１受光部として機能させる場合には、前記共通の受光素子を前記第２受光部として機能させる場合よりも、前記増幅器のゲインを大きくするように制御する増幅制御手段を更に備えてもよい。

この場合、共通の受光素子が第２受光部として機能する場合には、増幅後の信号が比較的小さく制御されるため、ダイナミックレンジが不必要に拡大されてしまうことを防止できる。

＜１０＞
本実施形態に係る計測装置の他の態様では、前記第１受光部及び前記第２受光部は、前記流体を透過した透過光を受光する位置に配置されており、前記流体で反射された反射光を受光する位置に配置された第３受光部と、前記第３受光部の受光信号に基づいて、前記流体に関する第３情報を生成する第２の生成部とを更に備える。

この態様によれば、１つの照射部からの光によって、透過光及び反射光の両方を受光することができる。これにより、互いに異なる流体に関する情報（即ち、第２情報及び第３情報）を夫々生成することが可能である。

＜１１＞
本実施形態に係る情報出力装置は、内部に流体を流すことが可能な第１部材の厚さに関する第１情報を出力する情報出力装置であって、光を照射する照射部と、前記照射部が照射した光の照射位置を検出可能な受光部と、前記照射部が照射した光の光路上に前記第１部材が存在しない場合の前記照射位置と、前記光路上に前記第１部材が存在しており前記第１部材内部に前記流体が存在しない場合の前記照射位置とに基づいて、前記第１情報を出力する出力部とを備える。

本実施形態に係る情報出力装置によれば、照射部から光を照射することで、流体が流れる第１部材の厚さに関する第１情報を取得し、出力することができる。

＜１２＞
本実施形態に係る計測方法は、内部に流体を流すことが可能な第１部材に光を照射する照射工程と、前記第１部材の内部の流体によって散乱された散乱光を受光する第１受光工程と、前記第１部材の厚さに関する第１情報を取得する取得工程と、前記第１受光工程の受光信号及び前記第１情報に基づいて、前記流体に関する第２情報を生成する生成工程とを含む。

本実施形態に係る計測方法によれば、上述した計測装置と同様に、第１部材の厚さに関する第１情報が取得されるため、第１部材の厚さが計測結果に与える影響を考慮して、流体に関する第２情報を正確に生成することが可能である。

なお、本実施形態に係る計測方法においても、上述した本実施形態に係る計測装置における各種態様と同様の各種態様を採ることが可能である。

＜１３＞
本実施形態に係るコンピュータプログラムは、上記課題を解決するためのコンピュータプログラムは、内部に流体を流すことが可能な第１部材に光を照射する照射工程と、前記第１部材の内部の流体によって散乱された散乱光を受光する第１受光工程と、前記第１部材の厚さに関する第１情報を取得する取得工程と、前記第１受光工程の受光信号及び前記第１情報に基づいて、前記流体に関する第２情報を生成する生成工程とをコンピュータに実行させる。

本実施形態に係るコンピュータプログラムによれば、上述した本実施形態に係る計測方法と同様の工程を実行させることで、第１部材の厚さが計測結果に与える影響を考慮して、流体に関する第２情報を正確に生成することが可能である。

なお、本実施形態に係るコンピュータプログラムにおいても、上述した本実施形態に係る計測装置における各種態様と同様の各種態様を採ることが可能である。

＜１４＞
本実施形態に係る記録媒体は、上述したコンピュータプログラムが記録されている。

本実施形態に係る記録媒体によれば、上述した本実施形態に係るコンピュータプログラムを実行させることで、第１部材の厚さが計測結果に与える影響を考慮して、流体に関する第２情報を正確に生成することが可能である。

本実施形態に係る計測装置、情報出力装置、計測方法、コンピュータプログラム及び記録媒体の作用及び他の利得については、以下に示す実施例において、より詳細に説明する。

以下では、図面を参照して計測装置、情報出力装置、計測方法、コンピュータプログラム及び記録媒体の実施例について詳細に説明する。

＜第１実施例＞
第１実施例に係る計測装置について、図１から図８を参照して説明する。なお、以下では、計測装置が血液のヘマトクリットを測定する装置として構成される場合を例にとり説明を進める。

＜全体構成＞
先ず、図１を参照して、本実施例に係る計測装置の全体構成について説明する。図１は、第１実施例に係る計測装置の全体構成を示す概略構成図である。

図１において、本実施例に係る計測装置は、透過光量測定部１０と、肉厚測定部２０と、信号処理部３０とを備えて構成されている。

透過光量測定部１０は、ＬＤドライバ１１１と、レーザダイオード１２１と、フォトダイオード１３１とを備えている。ＬＤドライバ１１１は、レーザダイオード１２１を駆動するための電流を発生する。レーザダイオード１２１は、「照射部」の一具体例であり、ＬＤドライバ１１１において発生された駆動電流に応じたレーザ光を、その内部に血液が流れるチューブ２００に対して照射する。フォトダイオード１３１は、「第１受光部」の一具体例であり、レーザダイオード１２１から照射されたレーザ光のうち、血液で散乱された散乱光（主に、透過光）を受光する。フォトダイオード１３１は、受光した透過光の強度に応じて受光信号を出力する。

肉厚測定部２０は、ＬＤドライバ１１２と、レーザダイオード１２２と、ＰＳＤ１３２とを備えている。ＬＤドライバ１１２は、レーザダイオード１２２を駆動するための電流を発生する。レーザダイオード１２２は、「照射部」の一具体例であり、ＬＤドライバ１１２において発生された駆動電流に応じたレーザ光を、チューブ２００に対して照射する。ＰＳＤ１３２は、「第２受光部」の一具体例であり、レーザダイオード１２２から照射されたレーザ光のうち、チューブで屈折された透過光を受光する。ＰＳＤ１３２は、受光した透過光の強度に応じて２つの受光信号を出力するように構成されており、これら２つの出力を演算することで、レーザ光の照射位置（ＰＳＤ１３２のどの位置にレーザ光が照射されたか）を検出することができる。

なお、ＰＳＤ１３２に代えて、他の位置検出デバイスを利用してもよい。例えば、受光エリアが２つに分割されたフォトダイオードや、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）等の撮像素子を用いた場合でも、レーザ光の照射位置を検出することができる。

信号処理部３０は、ＩＶ変換部１４１、１４２と、増幅器１５１，１５２と、ＡＤ変換部１６０と、信号演算部１７０と、記憶部１８０とを備えている。ＩＶ変換部１４１は、フォトダイオード１３１から出力された受光信号を電圧に変換して出力する。ＩＶ変換部１４２は、ＰＳＤ１３２から出力された受光信号を電圧に変換して出力する。増幅器１５１は、ＩＶ変換部１４１から出力された電圧を増幅して出力する。増幅器１５２は、ＩＶ変換部１４２から出力された電圧を増幅して出力する。ＡＤ変換部１６０は、増幅器１５１、１５２から出力された信号を量子化して、デジタル信号として出力する。信号演算部１７０は、「取得部」及び「生成部」の一具体例であり、入力された信号を演算して各種情報を出力可能に構成されている。信号演算部１７０が実行する演算処理については後に詳述する。記憶部１８０は、例えば不揮発性のメモリとして構成されており、ＰＳＤ１３２の検出結果の一部を記憶可能に構成されている。

信号処理部３０の処理結果は、図示せぬ外部装置（例えば、ディスプレイ等）に出力される。

＜測定部の配置＞
次に、透過光量測定部１０及び肉厚測定部２０の各部の配置について、図２から図４を参照して詳細に説明する。図２は、第１実施例に係る透過光量測定部の構成を示す平面図である。図３は、第１実施例に係る肉厚測定部の構成を示す平面図である。図４は、図３のＡ−Ａ’線断面図である。

図２に示すように、透過光量測定部１０は、チューブレール２５０に保持されたチューブ２００に対して、レーザダイオード１２１が斜め（例えば、３°）からレーザ光を照射できるように配置されている。レーザダイオード１２１とチューブレール２５０との間には、レーザダイオード１２１から出射されたレーザ光をコリメートするためのコリメータレンズ１２３が配置されている。チューブレール２５０は、チューブ２００を嵌め込むことが可能なＵ字型になっており、部分的にレーザ光を通すための窓が開いている。レーザ光が抜ける先にはフォトダイオード１３１が配置されており、血液で満たされたチューブ２００を透過した光量を検出できる構成になっている。

図３及び図４に示すように、肉厚測定部２０は、チューブレール２５０に保持されたチューブ２００に対して、レーザダイオード１２２が斜め（例えば、３０°）からレーザ光を照射できるように配置されている。レーザダイオード１２２とチューブレール２５０との間には、レーザダイオード１２２から出射されたレーザ光をコリメートするためのコリメータレンズ１２４が配置されている。チューブレール２５０は、チューブ２００を嵌め込むことが可能なＵ字型になっており、部分的にレーザ光を通すための窓が開いている。レーザ光が抜ける先にはＰＳＤ１３２が配置されており、チューブ２００を透過した光の照射位置を検出できる構成になっている。

なお、透過光量測定部１０については断面図がないが、概ね図４に示す肉厚測定部２０と同様の位置関係となる。

＜肉厚測定の原理＞
次に、ＰＳＤ１３２を用いた肉厚測定の原理について、図５を参照して詳細に説明する。図５は、照射位置の違いからチューブ肉厚を算出する方法を示す概念図である。なお、図３及び図４に示すように、透過光はチューブ２００の側面を２回透過することになるが、ここでは簡単のため、１回だけ透過するものとして説明する。

図５に示すように、照射光のチューブ２００への入射角をθ、照射光のチューブ２００での屈折角をθ’、チューブ２００の屈折率をｎ、チューブ２００の肉厚をｄ、チューブ２００が存在しない場合のＰＳＤ１３２上のレーザ光の照射位置を点ａ、チューブ２００が存在している場合のＰＳＤ１３２上の照射位置を点ｂとする。

この時、点ａと点ｂとの差をΔＬとし、図のようにＬ、Ｌ'を設定すると、これらの関係は下記数式（１）のように表される。

ΔＬ＝（Ｌ−Ｌ'） ・・・（１）
ここで、Ｌ、Ｌ'は、それぞれ下記数式（２）、（３）のように表すことができる。

Ｌ＝ｄ・ｔａｎθ ・・・（２）
Ｌ'＝ｄ・ｔａｎθ' ・・・（３）
これら数式（２）、（３）を数式（１）に代入すると、下記数式（４）が得られる。

ΔＬ＝ｄ・（ｔａｎθ−ｔａｎθ'） ・・・（４）
次に、数式（４）をｄについて解くと、下記数式（５）が得られる。

ｄ＝ΔＬ／（ｔａｎθ−ｔａｎθ'） ・・・（５）
また、屈折の法則により、θ、θ'、及びｎの間には、下記数式（６）の関係が成立し、この数式（６）を変形すると、下記数式（７）が得られる。

ｓｉｎθ／ｓｉｎθ’＝ｎ ・・・（６）
θ’＝ａｒｃｓｉｎ（（ｓｉｎθ）／ｎ） ・・・（７）
この結果、数式（５）に数式（７）を代入すると、チューブ２００の肉厚ｄは、ΔＬ、θ、ｎから求めることができる。ここで、θは機器の設計で決まる定数であり、ｎはチューブ２００の材質によって決まる定数である。よって、チューブ２００が存在しない場合のＰＳＤ１３２上の照射位置ａ、及びチューブ２００が存在する場合のＰＳＤ１３２上の照射位置ｂを測定すれば、その差分ΔＬが求まり、チューブ２００の肉厚ｄを決定することができる。

なお、すでに述べたように、実際にはチューブ２００の入射側の側面と、反対側の側面とで、照射光は２回チューブ２００を透過する。この場合のチューブ２００の肉厚ｄは、チューブ２００の厚みが２×ｄとなることを考慮すれば、同様に求めることができる。

＜事前準備＞
次に、実際の測定動作を開始する前に実施すべき事前準備について、図６を参照して詳細に説明する。図６は、透過光量とヘマトクリットとの関係を示すグラフである。

まず、既知の肉厚ｄ０のチューブ２００を用いて、複数の既知の血液濃度（ヘマトクリット）で得られた透過光量を測定しておけば、透過光量からヘマトクリットへ換算するための式（以下、適宜「換算式」）が求まる。

透過光量をＴ_０、求めるヘマトクリットをhtとすれば、換算式は下記数式（８）のように表される。

ｈｔ＝ｆ（Ｔ_０） ・・・（８）
図６に示すように、数式（８）の関数ｆは、具体的には、透過光量Ｔ_０が多いほど、ヘマトクリットｈｔが高くなるようなものとなる。本願発明者の実験によれば、数式（８）の具体例は、下記数式（９）のようになることが分かっている。

ｈｔ＝Ａ×Ｔ_０^−Ｂ ・・・（９）
なお、牛血液を用いた実験では、Ａ＝８００、Ｂ＝０．３３という結果が得られている。ただし、これらの値は、レーザダイオード１３１、１３２の出力や、増幅器１５１、１５２のゲイン、或いは使用するＡＤ変換部１６０によって異なるため、あくまで一例である。

また、換算式としては、下記多項式（１０）や対数を使った数式（１１）を用いることもできるし、或いはＴ_０の値により領域を分割して、領域毎に１次式を用いることもできる。

ｈｔ＝ａ_ｎ・Ｔ_０ ^ｎ＋ａ_ｎ−１・Ｔ_０ ^ｎ−１＋・・・＋ａ₀・Ｔ_０＋ａ：ａ_ｎ、ａ_ｎ−１、・・・、ａ₀は実験により求まる定数 ・・・（１０）
ｈｔ＝Ａ'−Ｂ'×Ｌｏｇ（Ｔ_０）：Ａ'、Ｂ'は実験により求まる係数 ・・・（１１）
次に、既知の血液濃度（ヘマトクリット）の血液を用いて、複数の既知の肉厚ｄｘのチューブ２００における透過光量を測定しておく。これらから肉厚ｄｘのチューブ２００を用いて計測した透過光量を、肉厚がｄ_０であるチューブ２００を用いて計測した場合の透過光量に補正する式（以下、適宜「補正式」）が求まる。補正式は、肉厚ｄｘのときの透過光量をＴｘ、肉厚ｄ_０のときの透過光量をＴ_０とすると、下記数式（１２）のように表される。

Ｔ_０＝ｇ（Δｄ、Ｔｘ） Δｄ＝（ｄ_０−ｄｘ） ・・・（１２）
以下では、数式（１２）の具体例を求める。一般に入射光Ｉｉｎに対して透過光Ｔは、下記数式（１３）のように表される。

Ｔ＝Ｉｉｎ×１０＾（−α×ＯＰ） ・・・（１３）
なお、αは定数、ＯＰは光路長である。光路長ＯＰは、チューブレール２５０の幅ＲＬからチューブ２００の肉厚ｄを引いた値となるので、下記数式（１４）のように表すことができる。

ＯＰ＝（ＲＬ−２×ｄ） ・・・（１４）
ここで、チューブの肉厚がｄ_０の場合及びｄｘの場合を考えると、下記数式（１５）及び（１６）が得られる。

Ｔ_０＝Ｉｉｎ×１０＾｛−α×（ＲＬ−２×ｄ_０）｝ ・・・（１５）
Ｔｘ＝Ｉｉｎ×１０＾｛−α×（ＲＬ−２×ｄｘ）｝ ・・・（１６）
次に、数式（１５）を数式（１６）で割り算すると、下記数式（１７）が得られる。

Ｔ_０／Ｔｘ＝１０＾［｛−α×（ＲＬ−２×ｄ_０）｝−｛−α×（ＲＬ−２×ｄｘ）｝］ ・・・（１７）
ここで両辺対数を取ると、下記数式（１８）、（１９）、（２０）のように式を整理できる。

Ｌｏｇ（Ｔ_０）−Ｌｏｇ（Ｔｘ）＝−２×α（ｄｘ−ｄ_０） ・・・（１８）
Ｌｏｇ（Ｔ_０）＝Ｌｏｇ（Ｔｘ）＋２×α×Δｄ ・・・（１９）
Ｔ_０＝１０＾（Ｌｏｇ（Ｔｘ）＋２×α×Δｄ） ・・・（２０）
この数式（２０）が、上記数式（１２）の具体例である。なお、数式（２０）は、あくまで補正式の一例であり、実験的に求めたデータを近似できる関数であればよい。例えば、同じ実験データから、下記数式（２１）を補正式とすることもできる。

Ｔ_０＝（ａ_２×Δｄ^２＋ａ_１×Δｄ＋ａ_０） ・・・（２１）
この場合、ａ_２、ａ_１、ａ_０を決定できれば、Ｔ_０が求まる。

＜肉厚測定動作の流れ＞
次に、チューブ２００の肉厚を測定する肉厚測定動作の流れについて、図７を参照して詳細に説明する。図７は、第１実施例に係る計測装置による肉厚測定動作の流れを示すフローチャートである。

図７に示すように、肉厚測定動作時には、まずチューブ２００が存在しない場合の照射位置ａ（図５参照）を取得する（ステップＳ１０１）。なお、照射位置ａは、１度測定すれば、その後レーザダイオード１２２の位置がずれたり、ＰＳＤ１３２の位置がずれたり、ビームプロファイルが変わったりしない限り変わらない。このため、照射位置ａは記憶部１８０に保存され、以降は保存された値を読み出すことで取得される
次に、チューブ２００を配置して、チューブ２００が存在する場合の照射位置ｂ（図５参照）を取得する（ステップＳ１０２）。

照射位置ａ及びｂを取得したら、数式（５）、（７）を利用して、チューブ２００の肉厚ｄ１を算出する（ステップＳ１０３）。

次に、算出した肉厚ｄ１が、所定範囲内であるか否かを判定する（ステップＳ１０４）。ここで、肉厚ｄ１が所定範囲内である場合には（ステップＳ１０４：ＹＥＳ）、算出した肉厚ｄ１を出力する（ステップＳ１０５）。一方で、肉厚ｄ１が所定範囲内でない場合には（ステップＳ１０４：ＮＯ）、測定エラーを出力し再測定を促す（ステップＳ１０６）。

再測定する場合には（ステップＳ１０６：ＹＥＳ）、ステップＳ１０２以降の処理を再び繰り返す。一方、再測定しない場合には（ステップＳ１０６：ＮＯ）、算出した肉厚ｄ１に代えて、基準肉厚ｄ０を出力する（ステップＳ１０７）。

なお、図７には記載していないが、ＰＳＤ１３２からの２つの出力の和が所定値以下となった場合も、測定エラーを出力して、基準肉厚ｄ０を出力するようにしてもよい。このようにすれば、チューブ２００内が空でないことに起因する計測エラーを好適に判別できる。

ちなみに、肉厚ｄ１に代えて基準肉厚ｄ０を出力する場合、肉厚測定機能をキャンセルしたのと同等になる。この場合、測定精度は多少悪化する可能性があるが、測定を続けることが可能となる。

＜ヘマトクリット測定動作の流れ＞
次に、血液のヘマトクリットを測定するヘマトクリット測定動作の流れについて、図８を参照して詳細に説明する。図８は、第１実施例に係る計測装置によるヘマトクリット測定動作の流れを示すフローチャートである。

図８に示すように、ヘマトクリット測定動作時には、まずチューブ２００の内部を血液で満たして、透過光量Ｔｘを取得する（ステップＳ２０１）。

次に、透過光量Ｔｘを、基準透過光量Ｔ_０に補正する（ステップＳ２０２）。具体的には、肉厚測定によって求めた肉厚ｄ１を用いて、数式（２０）から透過光量Ｔ_０を算出する。

次に、補正されたＴ０を用いて、数式（９）からヘマトクリットｈｔを算出し（ステップＳ２０３）、算出した結果を出力する（ステップＳ２０４）。

以上説明したように、第１実施例に係る計測装置によれば、ヘマトクリット測定動作の前に肉厚測定動作が実行され、チューブ２００の肉厚が測定される。このため、チューブ２００の肉厚にばらつきが生じているような場合においても、基準となる肉厚に基づいた補正を行い、正確に血液に関する情報を計測することが可能である。

＜第２実施例＞
次に、第２実施例に係る計測装置について、図９を参照して説明する。図９は、第２実施例に係る計測装置の全体構成を示す概略構成図である。

なお、第２実施例は、上述した第１実施例と比べて一部の構成及び動作が異なるのみであり、その他の部分については第１実施例と概ね同様である。このため、以下では、既に説明した第１実施例と異なる部分について詳細に説明し、重複する部分については適宜説明を省略するものとする。

図９に示すように、第２実施例に係る計測装置は、第１実施例の透過光量測定部１０及び肉厚測定部２０が、１つの測定部２５として構成されている。測定部２５は、ＬＤドライバ１１０と、レーザダイオード１２０と、ＰＳＤ１３２とを備えて構成されている。なお、第２実施形態ではＰＳＤ１３２のみから信号処理部３０へ出力が行われる。このため、信号処理部３０には、ＩＶ変換部１４０及び増幅器１５０がそれぞれ１つずつ設けられている。

第２実施例に係る計測装置では、測定部２５が、肉厚測定動作及びヘマトクリット測定動作の両方を実行する。肉厚測定動作については第１実施例と同様であるが、ヘマトクリット測定動作については、フォトダイオード１３１（図１参照）ではなく、ＰＳＤ１３２で透過光量Ｔｘが測定されることになる。この場合、ＰＳＤ１３２の２つの出力の和をフォトダイオード１３１の出力として扱えばよい。

また、肉厚測定動作時にはレーザダイオード１２０の出力を低く設定し、ヘマトクリット測定動作時にはレーザダイオード１２０の出力を高く設定することが好ましい。このようにすれば、ダイナミックレンジの拡大を防止することができる。或いは、肉厚測定動作時には増幅器１５０のゲインを低く設定し、ヘマトクリット測定動作時には増幅器１５０のゲインを高く設定することでも同様の効果が得られる。

以上説明したように、第２実施例に係る計測装置では、１つの光学系によって肉厚測定動作及びヘマトクリット測定動作を行うことができるため、部品点数の削減、組み立て工数の削減、省スペース化を実現することができる。

＜第３実施例＞
次に、第３実施例に係る計測装置について、図１０を参照して説明する。図１０は、第３実施例に係る測定部の構成を示す平面図である。

なお、第３実施例は、上述した第１及び第２実施例と比べて一部の構成及び動作が異なるのみであり、その他の部分については第１及び第２実施例と概ね同様である。このため、以下では、既に説明した第１及び第２実施例と異なる部分について詳細に説明し、重複する部分については適宜説明を省略するものとする。

図１０に示すように、第３実施例に係る計測装置では、肉厚測定部２０に、チューブ２００からの反射光を受光するためのフォトダイオード１３５が設けられている。フォトダイオード１３５は、反射光の強度を示す信号を出力可能に構成されている。

このように構成すれば、１つの光学系によって、透過光量及び反射光量に関する情報を取得できる。このため、透過光量を用いて測定することが難しい特性（例えば、血液の流量や流速）に関する情報を測定することができる。

以上説明したように、第３実施例に係る計測装置では、部品点数の削減、組み立て工数の削減、省スペース化を実現しつつ、反射光量を用いた測定が可能である。

なお、上述した各実施形態では、血液に関する情報を計測する装置について説明したが、流体の散乱光から計測可能な情報であれば、本実施形態と同様の構成で計測可能である。

本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、特許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計測装置、情報出力装置、計測方法、コンピュータプログラム及び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。

１０ 透過光量測定部
２０ 肉厚測定部
２５ 測定部
３０ 信号処理部
１１０，１１１，１１２ ＬＤドライバ
１２０，１２１，１２２ レーザダイオード
１２３，１２４ コリメータレンズ
１３１，１３５ フォトダイオード
１３２ ＰＳＤ
１４０，１４１，１４２ ＩＶ変換部
１５０，１５１，１５２ 増幅器
１６０ ＡＤ変換部
１７０ 信号演算部
１８０ 記憶部

Claims (10)

1. 内部に血液を流すことが可能な第１部材に第１光を照射する第１照射部と、
   前記第１部材の内部の血液を前記第１光が透過した透過光を受光する第１受光部と、
   前記第１部材に第２光を照射する第２照射部と、
   前記第１部材を前記第２光が透過した透過光を受光する第２受光部と、
   前記第２受光部が受光した前記第２光に基づいて、前記第１部材の厚さに関する第１情報を取得する取得部と、
   前記第１受光部の受光信号及び前記第１情報に基づいて、前記血液の濃度に関する第２情報を生成する第１生成部と、
   前記第２光が前記血液で反射された反射光を受光する位置に配置された第３受光部と、
   前記第３受光部の受光信号に基づいて、前記血液の流速に関する第３情報を生成する第２生成部と
   を備え、
   前記第１生成部は、前記第１部材の厚さの基準となる値と前記第１情報とから厚み差を算出し、前記厚み差を用いて前記第１受光部の受光信号が示す受光強度を補正して、前記第２情報を生成する
   ことを特徴とする計測装置。
2. 前記取得部は、前記第２照射部が照射する前記第２光の光路上に前記第１部材が存在しない場合の前記第２受光部における照射位置と、前記光路上に前記第１部材が存在しており前記第１部材内部に前記血液が存在しない場合の前記第２受光部における照射位置とに基づいて、前記第１情報を取得することを特徴とする請求項１に記載の計測装置。
3. 前記光路上に前記第１部材が存在しない場合の前記照射位置を記憶する記憶部を更に備え、
   前記取得部は、前記記憶部に記憶された前記照射位置と、前記光路上に前記第１部材が存在しており前記第１部材内部に前記血液が存在しない場合の前記照射位置とに基づいて、前記第１情報を取得する
   ことを特徴とする請求項２に記載の計測装置。
4. 前記第１生成部は、前記第１情報が所定の範囲内の値でない場合に、所定の基準値を前記第１情報の値に代入して、前記第２情報を生成することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の計測装置。
5. 前記第１受光部及び前記第２受光部は共通の受光素子を含んで構成されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の計測装置。
6. 前記第１照射部及び前記第２照射部は１つの照射部からなり、
   前記共通の受光素子を前記第１受光部として機能させる場合には、前記共通の受光素子を前記第２受光部として機能させる場合よりも、前記照射部から強い光を出力するように制御する照射制御手段を更に備えることを特徴とする請求項５に記載の計測装置。
7. 前記第１受光部及び前記第２受光部の受光信号を増幅して出力する増幅器と、
   前記共通の受光素子を前記第１受光部として機能させる場合には、前記共通の受光素子を前記第２受光部として機能させる場合よりも、前記増幅器のゲインを大きくするように制御する増幅制御手段を更に備える
   ことを特徴とする請求項５に記載の計測装置。
8. 第１照射部より照射された第１光が、第１部材の内部の血液を透過した透過光を受光する第１受光工程と、
   第２照射部より照射された第２光が前記第１部材を透過した透過光を受光する第２受光工程と、
   前記第２照射部より照射された前記第２光が前記血液で反射された反射光を受光する第３受光工程と、
   前記第２受光工程で受光した受光信号に基づいて、前記第１部材の厚さに関する第１情報を取得する取得工程と、
   前記第１受光工程の受光信号及び前記第１情報に基づいて、前記血液の濃度に関する第２情報を生成する第１生成工程と、
   前記第３受光工程で受光した受光信号に基づいて、前記血液の流速に関する第３情報を生成する第２生成工程と
   を含み、
   前記第１生成工程では、前記第１部材の厚さの基準となる値と前記第１情報とから厚み差を算出し、前記厚み差を用いて前記第１受光部の受光信号が示す受光強度を補正して、前記第２情報を生成する
   ことを特徴とする計測方法。
9. 請求項８に記載の計測方法をコンピュータに実行させることを特徴とするコンピュータプログラム。
10. 請求項９に記載のコンピュータプログラムが記録されていることを特徴とする記録媒体。

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