JP7134430B2 - 体液粘性測定装置 - Google Patents
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Description
また、唾液腺から口腔内に分泌される唾液は、口腔内を湿らせて発声や食物の嚥下を円滑にする働き、及び、口腔内を清浄に保って虫歯や歯周病を防ぐ働きがある。更に、歯周病に罹患した患者の唾液粘度は健常者の唾液粘度より高いこと、唾液粘度が高いほど歯周病の重症度が増すことが指摘されている。
そして、従来、液体の粘性の測定には、毛細管粘度計(特許文献1参照)、回転粘度計(特許文献2参照)、転落球粘度計(特許文献3参照)、振動粘度計(特許文献4参照)等が用いられている。
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたもので、微量な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。
水平配置された断面円形(半径r)の管内を、以下の1)~4)に示す条件下で液体が流れる状況を検討する。
1)管は一端が液溜め部に満たされた液体に浸漬され、他端は大気圧中に配されている。管の一端が液溜め部内の液体に浸漬した時刻をゼロとする。
2)管内の液体には、表面張力による引力Fsが他端に向かって作用する。
3)液溜め部の容積は管内の容積に比べて大きく、管の一端から管内に浸入した液体が他端に到達するまで、管の一端は液溜め部内の液体に浸漬されている。
4)管の両端において液体に作用する圧力は等しい(圧力差が無い)。
ここで、粘性を計測する液体の種類が決まっていれば(例えば、人の唾液)、液体ごとの表面張力及び接触角の個体差は、液体ごとの粘性の個体差に比べて無視できる大きさである。このことを前提に式9を検討すると、x=l2、y=tとするxy座標系において、y=bx+aで表わされる直線の傾き、即ちbの値(以下、単に「b」とも言う)と液体の粘性とは、図1に示すように、比例関係にあることが分かる。図1において、粘性がゼロに近い領域で直線を破線で記しているのは、粘性が純水より低い体液は存在しないものと考えられるためである。
また、bと液体の粘性とは一対一の関係にあることから、bを液体の粘性の相対値として扱っても良い。bを液体の粘性の相対値と扱うことの活用例として、ある人の特定の体液について異なる時刻でbを求め、そのbの変化を調べることで、その人の該当の体液の粘性の相対的な変化(例えば朝食前に比べ朝食後に唾液の粘性が1.3倍になった等)を知ることが挙げられる。
管が鉛直から角度θ傾いている場合、式12のg(重力加速度)をgcosθに置き変えればよいことから、管内を移動する液体の運動方程式は以下の式13で表わすことができる。
式18をl≪lcの条件のもとで展開して、近似式を導く。まず、x=l/lcとおき、対数項のx2の項まで残すと、式21に示すように近似できる。
2πrσ・cosαを、2πrσ・cosα+πr2△Pに置き変えればよい。このとき、lcを以下の式23で示す。
図2(A)、(B)、(C)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、管11の内側に形成され体液BFが流れる流路と、体液BFが管11内の流路に沿って移動した移動距離及び移動距離の移動に要した移動時間に基づいて回帰分析し、体液BFの粘性を導出する演算手段12を備えている。以下、詳細に説明する。
体液BFの粘性を計測する際、ベース板13は水平配置されて一面側が上側に配される。以下、特に記載しない限り、ベース板13は一面側が上側に配された状態で水平配置されているとする。
管11は、断面円形で直線状であり、体液BFが接触する内壁面全体が親水加工されている。即ち、管11は親水性内壁面を有している。管11は、溝21に沿った状態で、一端から他端に渡り外周面の一部が溝21内に収まることによって、ベース板13の一面側に載置され、一端が貫通孔22内に配されて、水平に配置される。以下、特に記載しない限り、管11はベース板13の一面側に載置されているものとする。
演算手段12は、主として、ソフトウェアがインストールされたコンピュータによって構成でき、演算手段12には、予め、管11の一端から光センサ15検出位置までの距離(以下、l1とする)、管11の一端から光センサ16検出位置までの距離(以下、l2とする)、管11の一端から光センサ17検出位置までの距離(以下、l3とする)、管11の一端から光センサ18検出位置までの距離(以下、l4とする)、管11の一端から光センサ19検出位置までの距離(以下、l5とする)が入力されている。演算手段12は、増幅回路20からデジタル信号を受信し、そのデジタル信号を基に、体液BFが管11に沿ってl1移動した移動時間、体液BFが管11に沿ってl2移動した移動時間、体液BFが管11に沿ってl3移動した移動時間、体液BFが管11に沿ってl4移動した移動時間を求め、体液BFの粘性を導出する。
(1)管11がベース板13に載置されていない(非接触の)状態で、貫通孔22の上方から貫通孔22内に体液BFを入れる。液溜め部材14は疎水性を有することから、貫通孔22に入れられた体液BFが、スリット23を通って貫通孔22の外側に流れ出ることはない。
一方、式7は移動距離lの2次式であることから、移動距離lに任意の定数を加えることはできない。つまり、体液の移動距離lは、正確に管の一端(体液の導入端)を原点として測定しなければならない。
例えば、管を設ける代わりに、溝を設けてもよく(その場合、溝が流路となる)、管を設ける場合、その管は断面円形でなくてよい(例えば、断面四角形の管を採用可能である)。
そして、流路は鉛直に配されていてもよいし、水平に対し傾斜していてもよい。
そして、体液の移動を検出する位置は3箇所以上であればよく、5箇所である必要はない。
Claims (3)
- 体液の粘性を計測する体液粘性測定装置において、
毛細管現象による力の作用によって前記体液が流れる流路と、
前記体液が前記流路に沿って移動した移動距離及び該移動距離の移動に要した移動時間に基づいて回帰分析し、前記体液の粘性を導出する演算手段とを備え、
前記演算手段は、前記移動距離を基にした値の二乗を説明変数とし、前記移動時間を目標変数として回帰分析することを特徴とする体液粘性測定装置。 - 請求項1記載の体液粘性測定装置において、前記流路は、親水性内壁面を有する管内に形成されていることを特徴とする体液粘性測定装置。
- 請求項1又は2記載の体液粘性測定装置において、それぞれ前記流路の異なる位置に前記体液が到達したのを検出する少なくとも3つのセンサを更に備え、前記演算手段は、前記各センサが前記体液の到達を検出した時刻を基にして前記移動時間を導出することを特徴とする体液粘性測定装置。
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