JP7250978B1 - 流体濃度測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】管路の内部の流体の濃度を簡易かつ高精度に測定できるようにすることにある。【解決手段】流体濃度測定装置が、管路をその内部に通路を残しながら直径方向への圧縮変形状態で収容する一定幅の溝を有するケースと、前記溝の両側壁に直交する一本の軸線上で両側壁の一方と同一平面上に位置する投光面を有する投光用光拡散ブロックと、前記軸線上で両側壁の他方と同一平面上に位置して前記投光面と対向する受光面を有する受光用光拡散ブロックと、前記投光用光拡散ブロックの投光面の所定領域に２種類の波長の透過光を供給する発光素子と、前記受光用光拡散ブロックの受光面の所定領域から前記２種類の波長の透過光を供給される受光素子と、前記２種類の波長の透過光強度を受光素子からの信号によって計測する透過光強度計測手段と、前記２種類の波長の透過光強度と別途に得た入力強度とから前記流体の濃度を求めて出力する流体濃度出力手段とを備える。【選択図】図１

Description

この発明は、光透過性でかつ変形可能な管路の内部の流体の濃度を測定する流体濃度測定装置に関するものである。

従来の流体濃度測定装置としては、例えば特許文献１記載のものが知られており、ここにおける測定装置は、半導体ウエハを洗浄処理する流体としての処理液の濃度を測定するもので、処理液供給配管の途中に測定体を複数設け、各測定体内に、処理液中を通過する光の光路長さを異ならせた光透過部を設け、処理液の性質に応じた光路長さの光透過部に光源からの光を供給し、その光透過部において処理液中を透過した光を光検出器で受光してその光の強度を調べ、その光の強度からランベルト－ベールの法則に基づいて処理液の濃度を求めている。

しかしながら上記従来の装置を、樹脂チューブ等の光透過性の管路の内部の血液や薬液等の流体の濃度測定に適用しようとすると、光透過性の管路を横切る光路に光を通過させる必要があるが、光路長さとなる管路の内径も管路の壁厚さも実測が困難であり、特に管路が変形可能な樹脂チューブの場合はその変形によって内径が変化する可能性があり、それゆえこのような場合の血液や薬液等の濃度の測定は極めて困難で、従来は実質上その測定ができなかった。

このため本願発明者は、特許文献２に示されるように、ケースの上面に沿って所定方向に延在する溝を備えるとともに、樹脂チューブを間に挟んで直径方向に圧縮変形させるようにその溝の側壁部に向かい合わせに固定された発光ユニットと受光ユニットとの対を相互に光路距離が異なるよう二対備え、それぞれの光路距離について発光ユニットで発光して受光ユニットで受光した光の強度からランベルト－ベールの法則に基づき、樹脂チューブの内部の流体の濃度を求める流体濃度測定装置を提案している。

特開平１０－３２５７９７号公報 国際公開第２０１４／１７０９８５号

この従来の流体濃度測定装置では、正確な濃度測定のために発光ユニットおよび受光ユニットに対して樹脂チューブを確実に密着させることが肝要であり、そのために発光ユニットおよび受光ユニットで狭窄部を形成してその狭窄部で樹脂チューブを圧縮変形させるようにしているが、樹脂チューブを適切に圧縮変形させて溝の狭窄部に装着するのが難しく、また光透過領域が狭いことから、樹脂チューブの表面に傷があってその傷の位置が変わったりすると測定誤差が生じ、未だ改良の余地があることが判明した。そして測定を終えて樹脂チューブを装置から取り外す際も、樹脂チューブが溝の狭窄部に引っかかり、無理に引っ張れば樹脂チューブや溝周辺に不具合を生じさせる可能性があった。

この発明は上記課題を有利に解決することを目的とするものであり、この発明の流体濃度測定装置は、
自由状態で長手方向に一様な壁厚および外径を有する、直径方向に弾性的に圧縮変形可能な光透過性の管路の内部を流れる流体の濃度を測定する装置であって、
所定方向に延在して前記管路をその内部に通路を残しながら直径方向への圧縮変形状態で収容する一定溝幅の部分を長手方向の少なくとも一部に持つ溝を有するケースと、
前記一定溝幅の部分にて前記溝の両側壁に直交する一本の軸線上で前記両側壁の一方と同一平面上に位置する投光面を有する投光用光拡散ブロックと、
前記軸線上で前記両側壁の他方と同一平面上に位置して前記溝幅と等しい所定距離を置いて前記投光面と対向する受光面を有する受光用光拡散ブロックと、
前記投光用光拡散ブロックの前記投光面の、前記軸線を中心とした所定領域に、水への吸光度は殆どもしくは全くゼロであるが前記流体への吸光度は高い第１の波長と、水への吸光度が高い第２の波長との２種類の波長の透過光を供給する発光素子と、
前記受光用光拡散ブロックの前記受光面の、前記軸線を中心とした所定領域から前記２種類の波長の透過光を供給される受光素子と、
前記発光素子から供給されて前記投光面から投光され、前記受光面から受光されて前記受光素子に供給される前記２種類の波長の透過光の強度を前記受光素子からの信号によって計測する透過光強度計測手段と、
前記投光面と前記受光面との間で前記管路を透過した前記２種類の波長の透過光の強度と、前記管路への前記２種類の波長の透過光の別途に得た入力強度とから前記流体の濃度を求めて出力する流体濃度出力手段と、
を備えることを特徴とするものである。

かかるこの発明の流体濃度測定装置にあっては、自由状態で長手方向に一様な壁厚および外径を有する、直径方向に弾性的に圧縮変形可能な光透過性の管路の内部を流れる流体の濃度を測定するに際し、その管路をケースの、一定溝幅の部分を長手方向の少なくとも一部に持つ溝内に、直径方向への圧縮変形状態で収容して、前記一定溝幅の部分にて前記溝の両側壁に直交する一本の軸線上でその両側壁の一方と同一平面上に位置する投光面を有する投光用光拡散ブロックと、前記軸線上でその両側壁の他方と同一平面上に位置して前記溝幅と等しい所定距離を置いて前記投光面と対向する受光面を有する受光用光拡散ブロックとの間に配置し、次いで発光素子から投光用光拡散ブロックの前記投光面の、前記軸線を中心とした所定領域に供給された、水への吸光度は殆どもしくは全くゼロであるが前記流体への吸光度は高い第１の波長と、水への吸光度は高いが前記流体への吸光度は極めて低い第２の波長との２種類の波長の透過光が、前記軸線上で投光面から管路に投光されて、その管路の管壁および内部を通る水または前記流体を透過し、前記軸線上で投光面に所定距離を置いて対向する受光用光拡散ブロックの受光面の、前記軸線を中心とした所定領域から受光されて受光素子に供給される。

また上記工程に次いでもしくは上記工程に先立って、管路の代わりにキャリブレーション用の基準ブロックが、前記軸線上で投光用光拡散ブロックの投光面と受投光用光拡散ブロックの受光面との間に配置され、次いで管路の場合と同様に発光素子から投光用光拡散ブロックの、前記軸線を中心とした所定領域に供給された前記２種類の波長の透過光が、前記軸線上で投光面からその基準ブロックに投光されてその基準ブロックを透過し、受光用光拡散ブロックの受光面の、前記軸線を中心とした所定領域から受光されて受光素子に供給される。

そして透過光強度計測手段が、発光素子から供給されて投光面から軸線上で投光され、その軸線上で受光面から受光されて受光素子に供給された前記２種類の波長の透過光の強度を受光素子からの信号によって計測し、次いで流体濃度出力手段が、投光面と受光面との間で前記管路を透過した前記２種類の波長の透過光の強度と、投光面と受光面との間で前記規準ブロックを透過した前記２種類の波長の透過光の強度から別途に得られた前記管路への前記２種類の波長の透過光の入力強度とから、例えばランベルト・ベールの法則に基づいて、管路の内部を流れる前記流体の濃度を求めて出力する。

従って、この発明の流体濃度測定装置によれば、例えば塩化ビニール製の樹脂チューブ等の、自由状態で長手方向に一様な壁厚および外径を有する直径方向に変形可能な光透過性の管路を、その内部に通路を残しながらケースの溝内に直径方向の圧縮変形状態で収容して、一本の軸線上で投光用光拡散ブロックの投光面とそれに所定距離を置いて対向する受投光用光拡散ブロックの受光面との間に基準ブロックと交代で配置するとともに、吸光度が互いに大きく異なる２種類の波長の透過光をその管路の内部を流れる水と流体とに用いることで、管路の表面に傷があったりしても管路の内部の流体の濃度を簡易にかつ高精度に測定することができ、溝内からの管路の取り外しも容易に行うことができる。

なお、この発明の流体濃度測定装置においては、前記流体は前記管路の内部を流れる血液であってもよく、このようにすれば、例えば人工透析等のために検査対象者の血管から採血針で採取されて管路を流れる血液の濃度を簡易にかつ連続的に測定することができるので好ましい。

その場合に、この発明の液体濃度測定装置においては、前記２種類の波長は、水に殆どもしくは全く吸収されず血液へは酸化ヘモグロビンにも脱酸化（還元）ヘモグロビンにも同程度吸収される波長である８０５ｎｍ付近と、水への吸光度が高い波長である１４５０ｎｍ付近とに設定してもよく、このようにすれば、管路の内部を流れる血液の濃度を、他の波長で設定した場合と比較してヘモグロビンの酸化・脱酸化により変化せずに、簡易にかつ高精度に測定することができるので好ましい。

また、この発明の液体濃度測定装置においては、前記発光素子および前記受光素子の少なくとも一方は、前記一本の軸線上に並んで位置して前記２種類の波長の光をその軸線上で発光または受光する２つの素子を持つものでもよく、このようにすれば２種類の波長の光の光軸を正確に一致させることができるので好ましい。

さらに、この発明の液体濃度測定装置においては、前記発光素子および前記受光素子の少なくとも一方は、前記一本の軸線上に位置して前記２種類の波長の一方の光をその軸線上で発光または受光する１つの素子と、前記２種類の波長の他方の光を前記一本の軸線上に位置するダイクロイックミラーで反射させて発光または受光する1つの素子とを持つものでもよく、このようにしても２種類の波長の光の軸線を正確に一致させることができるので好ましい。

そして、この発明の液体濃度測定装置においては、前記投光面と前記受光面との間に挿脱可能に配置されて前記投光面および前記受光面に密接する光透過性の基準ブロックを備えていてもよく、このようにすれば前記投光面から投光される前記２種類の波長の透過光の強度を求めることができる。

その場合に、前記基準ブロックは、前記溝内で前記軸線を横切る使用位置と前記溝内から外れた待機位置との間で移動可能に前記ケースに収容されていてもよく、このようにすれば液体濃度測定装置の取り扱いを容易にするとともに基準ブロックの不使用時の紛失を防止することができるので好ましい。

（ａ）および（ｂ）は、この発明の流体濃度測定装置の一実施形態としての血液濃度測定装置の構成を、管路としての樹脂チューブをケースの溝内に配置するとともに基準ブロックをケース内の待機位置に後退させた状態で示す外観斜視図および一部切り欠き斜視図である。 （ａ）および（ｂ）は、上記実施形態の血液濃度定装置の構成を、基準ブロックをケースの溝内の使用位置に前進させた状態で示す外観斜視図および一部切り欠き斜視図である。 （ａ），（ｂ）および（ｃ）は、上記実施形態の血液濃度定装置の、発光素子として発光ダイオードを用いた３種類の構成を模式的にそれぞれ示す断面図である。 （ａ）および（ｂ）は、上記実施形態の血液濃度定装置の、発光素子としてレーザーダイオードを用いた２種類の構成を模式的にそれぞれ示す断面図である。 （ａ）は、図３（ｂ）に示す構成の、バンドパスフィルタを用いた一変形例を模式的に示す断面図、（ｂ）は、そのバンドパスフィルタの透過光の波長と強度の関係を示す説明図である。 （ａ）および（ｂ）は、上記実施形態の血液濃度定装置の、受光素子として光センサを用いた２種類の構成を模式的にそれぞれ示す断面図である。 （ａ）および（ｂ）は、上記実施形態の血液濃度定装置の、受光素子として光センサを用いたさらに２種類の構成を模式的にそれぞれ示す断面図である。 （ａ）～（ｅ）は、上記実施形態の血液濃度測定装置における血液濃度の測定手順を示す説明図である。 血液と水とにおける透過光の波長と吸光度の関係を示す特性図である。

以下、この発明の実施の形態について図面に基づき詳細に説明する。図１（ａ）および図１（ｂ）は、この発明の流体濃度測定装置の一実施形態としての血液濃度測定装置の構成を、管路としての樹脂チューブをケースの溝内に配置するとともに基準ブロックをケース内の待機位置に後退させた状態で示す外観斜視図および一部切り欠き斜視図である。また、図２（ａ）および図２（ｂ）は、上記実施形態の血液濃度定装置の構成を、基準ブロックをケースの溝内の使用位置に前進させた状態で示す外観斜視図および一部切り欠き斜視図である。

これらの図に示すようにこの実施形態の血液濃度測定装置は、自由状態で長手方向に一様な壁厚および外径を有する、直径方向に弾性的に圧縮変形可能な光透過性の管路としての、例えば塩化ビニール製の樹脂チューブＴの内部を流れる血液Ｂの濃度を測定する装置であって、所定方向に延在して樹脂チューブＴをその内部に通路を残しながら直径方向への圧縮変形状態で収容する、少なくとも長手方向の一部、ここでは実質的に全体が一定幅Ｌの、例えば断面コ字状の溝１ａを有するケース１と、その溝１ａの長手方向中央部でその溝１ａの両側壁に直交する一本の軸線Ｘ上でその両側壁の一方と同一平面上に位置する投光面２ａを有する例えば矩形の厚板状の投光用光拡散ブロック２と、その軸線Ｘ上で前記両側壁の他方と同一平面上に位置して溝幅Ｌと等しい所定距離を置いて投光面２ａと対向する受光面３ａを有する例えば投光用光拡散ブロック２と同一の形状および寸法の受光用光拡散ブロック３とを備えている。

なお、投光用光拡散ブロック２および受光用光拡散ブロック３には、後述する透過光がレーザーダイオードからの光の場合はガラスや石英製のマイクロレンズアレイ使用無機拡散板が適しており、透過光が発光ダイオードからの光の場合はアクリルやポリウレタン製のマイクロレンズアレイ使用有機拡散板が適している。

また、この実施形態の血液濃度測定装置は、投光用光拡散ブロック２の投光面２ａと受光用光拡散ブロック３の受光面３ａとの間に挿脱可能なようにケース1内に昇降可能に配置されて、溝１ａの両側壁間に上昇した使用位置でそれら投光面２ａおよび受光面３ａに密接するとともに、使用位置から下降した待機位置で溝１ａの両側壁間から外れて位置する光透過性、例えば塩化ビニール製の基準ブロック４と、その基準ブロック４を使用位置へ向けて常時軽く付勢するとともに溝１ａ内への樹脂チューブＴの圧縮配置時には基準ブロック４の裾広がりの下部に形成された凹部内に圧縮収容されるコイルバネ等の弾性部材５とを備えている。なお、基準ブロック４を変形容易な材料で形成すれば、さほど高精度の寸法にしなくても、使用位置で高さ方向または長手方向に圧縮して厚さ方向に膨張させることで、投光面２ａおよび受光面３ａに容易に密接させることができる。

さらにこの実施形態の血液濃度測定装置は、投光用光拡散ブロック２の投光面２ａの、軸線Ｘを中心とした所定領域に、水Ｗへの吸光度は殆どもしくは全くゼロであるが血液Ｂへの吸光度は高い第１の波長λ１と、水Ｗへの吸光度は高いが血液Ｂへの吸光度は極めて低い第２の波長λ２との２種類の波長の透過光を供給する発光素子６と、受光用光拡散ブロック３の受光面３ａの、軸線Ｘを中心とした所定領域から上記２種類の波長λ１．λ２の透過光Ｐを供給される受光素子７とをケース１内に備えている。なお、投光面２ａと受光面３ａとの所定領域は、それらの間に樹脂チューブＴの圧縮変形部分を挟んで軸線Ｘ方向に整列していれば大きさは問わず、樹脂チューブＴの圧縮変形部分より小さくてもよいが、樹脂チューブＴの圧縮変形部分の幅に近い大きさであれば、圧縮変形部分の表面に傷があってもその傷の透過光強度への影響をより良く緩和することができる。

そしてこの実施形態の血液濃度測定装置は、発光素子６から供給されて投光用光拡散ブロック２の投光面２ａから投光され、受光用光拡散ブロック３の受光面３ａから受光されて受光素子７に供給される２種類の波長λ１．λ２の透過光の強度Ｐを受光素子７からの電気信号によって計測する、透過光強度計測手段としての透過光強度計測部８と、投光面２ａと受光面３ａとの間で基準ブロック４または、樹脂チューブＴのチューブ壁およびその内部の血液Ｂを透過した上記２種類の波長の透過光の強度Ｐから樹脂チューブＴの内部の血液Ｂの濃度を求めて出力する通常のマイクロコンピュータを有する、流体濃度出力手段としての血液濃度出力部９とを備えている。

図３（ａ），図３（ｂ）および図３（ｃ）は、上記実施形態の血液濃度定装置における発光素子として発光ダイオードを用いた３種類の投光部の構成を模式的にそれぞれ示す断面図であり、図４（ａ）および図４（ｂ）は、上記実施形態の血液濃度定装置における発光素子としてレーザーダイオードを用いた２種類の投光部の構成を模式的にそれぞれ示す断面図である。

図３（ａ）に示す例では、投光用光拡散ブロック２の、樹脂チューブＴに当接する投光面２ａの軸線Ｘを中心とした所定領域に、軸線Ｘに対して傾斜した向きに波長λ１の光を発光するＬＥＤ（発光ダイオード）６ａと、軸線Ｘを挟んでＬＥＤ６ａと対称に位置して波長λ２の光を発光するＬＥＤ（発光ダイオード）６ｂとから透過光を、その投光用光拡散ブロック２を通して均一に拡散させて供給する。

図３（ｂ）に示す例では、投光用光拡散ブロック２の、樹脂チューブＴに当接する投光面２ａの軸線Ｘを中心とした所定領域に、軸線Ｘ上で波長λ１の光を発光するＬＥＤ（発光ダイオード）６ａと、軸線Ｘから逸れた位置で発光した波長λ２の光の向きをダイクロイックミラー６ｃで軸線Ｘに一致する向きに変えるＬＥＤ（発光ダイオード）６ｂとから透過光を、その投光用光拡散ブロック２を通して均一に拡散させて供給する。

そして図３（ｃ）に示す例では、投光用光拡散ブロック２の、樹脂チューブＴに当接する投光面２ａと反対向きの面上に交互に多数並んだ波長λ１の光を発光するＬＥＤ（発光ダイオード）６ａと波長λ２の光を発光するＬＥＤ（発光ダイオード）６ｂとから投光面２ａの軸線Ｘを中心とした所定領域に透過光を、その投光用光拡散ブロック２を通して均一に拡散させて供給する。

図４（ａ）に示す例では、図３（ａ）に示す例におけるＬＥＤ６ａ、６ｂに換えて波長λ１のレーザー光を発光するＬＤ（レーザーダイオード）６ｄと波長λ２のレーザー光を発光するＬＤ（レーザーダイオード）６ｅを、ＬＥＤ６ａ、６ｂと同様に配置し、それらからレーザー光の透過光を、その投光用光拡散ブロック２を通して均一に拡散させて、投光面２ａの軸線Ｘを中心とした所定領域に供給する。

また、図４（ｂ）に示す例では、図３（ｂ）に示す例におけるＬＥＤ６ａ、６ｂに換えて波長λ１のレーザー光を発光するＬＤ（レーザーダイオード）６ｄと波長λ２のレーザー光を発光するＬＤ（レーザーダイオード）６ｅを、ＬＥＤ６ａ、６ｂと同様に配置し、軸線Ｘ上で波長λ１のレーザー光を発光するＬＤ６ｄと、軸線Ｘから逸れた位置で発光した波長λ２のレーザー光の向きをダイクロイックミラー６ｃで軸線Ｘに一致する向きに変えるＬＤ６ｅとから透過光を、その投光用光拡散ブロック２を通して均一に拡散させて、投光面２ａの軸線Ｘを中心とした所定領域に供給する。

図５（ａ）は、図３（ｂ）に示す構成の、バンドパスフィルタを用いた一変形例を模式的に示す断面図、図５（ｂ）は、そのバンドパスフィルタの透過光の波長と強度の関係を示す説明図である。この変形例では、図５（ｂ）に示す１４５０ｎｍを中心波長λｃとした所定透過領域を持つバンドパスフィルタ６ｆを、投光部６の、図３（ｂ）に示すＬＥＤ（発光ダイオード）６ａとダイクロイックミラー６ｃとの間に配置して、ＬＥＤ６ａからの不要な波長の光を除去している。

図６（ａ）および図６（ｂ）は、上記実施形態の血液濃度定装置における受光素子として光センサを用いた２種類の受光部の構成を模式的にそれぞれ示す断面図であり、また図７（ａ）および図７（ｂ）は、上記実施形態の血液濃度定装置における受光素子として光センサを用いたさらに２種類の受光部の構成を模式的にそれぞれ示す断面図である。

図６（ａ）に示す例では、受光用光拡散ブロック３の、樹脂チューブＴに当接する受光面３ａの軸線Ｘを中心とした所定領域で受光してその受光用光拡散ブロック３を通して均一に拡散させた波長λ１の光と波長λ２の光を、同一パッケージ内でその軸線Ｘ上に波長λ１の光を受光する受光素子と波長λ２の光を受光する受光素子とを並べて持つ光センサ７によって受光して、それら波長λ１の光と波長λ２の光とを光センサ７で電気信号に変換して出力する。なお、光センサ７は、波長λ１の光と波長λ２の光の両方に対して感度がある受光素子をパッケージ内に持つものでもよい。

また、図６（ｂ）に示す例では、受光用光拡散ブロック３の、樹脂チューブＴに当接する受光面３ａの軸線Ｘを中心とした所定領域で受光してその受光用光拡散ブロック３を通して均一に拡散させた波長λ１の光と波長λ２の光を、軸線Ｘに対して傾斜した向きで波長λ１の光を受光する光センサ７ａと、軸線Ｘを挟んで光センサ７ａと対称に位置して波長λ２の光を発光する光センサ７ｂとで、それぞれ電気信号に変換して出力する。

図７（ａ）に示す例では、受光用光拡散ブロック３の、樹脂チューブＴに当接する受光面３ａの軸線Ｘを中心とした所定領域で受光してその受光用光拡散ブロック３を通して均一に拡散させた波長λ１の光と波長λ２の光を、軸線Ｘに対して傾斜した向きで波長λ１の光を受光する光センサ７ａと、軸線Ｘを挟んで光センサ７ａと対称に位置して波長λ２の光を発光する光センサ７ｂとでそれぞれコンデンサレンズ７ｃを介して強めて受光し、電気信号に変換して出力する。

また、図７（ｂ）に示す例では、図５（ａ）に示す構成における、波長λ１の光を発光するＬＥＤ６ａと波長λ２の光を発光するＬＥＤ６ｂとに換えて、波長λ１の光を受光する光センサ７ａと波長λ２の光を受光する光センサ７ｂとを配置するとともに、バンドパスフィルタ６ｆを除き、受光用光拡散ブロック３の、樹脂チューブＴに当接する受光面３ａの軸線Ｘを中心とした所定領域で受光してその受光用光拡散ブロック３を通して均一に拡散させた波長λ１の光と波長λ２の光を、ダイクロイックミラー７ｄで方向を変えて光センサ７ａで受光するとともに、ダイクロイックミラー７ｄを透過させて光センサ７ｂで受光し、それら光センサ７ａと光センサ７ｂとでそれぞれ電気信号に変換して出力する。

図１（ｂ）および図２（ｂ）に示す血液濃度出力部９は、投光面２ａと受光面３ａとの間で基準ブロック４または、樹脂チューブＴのチューブ壁およびその内部の血液Ｂを透過した上記２種類の波長の透過光の強度Ｐから、通常のマイクロコンピュータを用いて、樹脂チューブＴの内部の血液Ｂの濃度を求めて出力する。

図８（ａ）～図８（ｅ）は、上記実施形態の血液濃度測定装置における血液濃度の測定手順を示す説明図である。ここではまず、図８（ａ）に示すように、基準ブロック４をケース１の溝１ａ内の使用位置に配置して、波長λ１の光を発光素子６から供給して投光用光拡散ブロック２の投光面２ａから基準ブロック４に投光し、基準ブロック４を透過して受光用光拡散ブロック３の受光面３ａから受光され、受光素子７に供給された波長λ１の透過光の強度Ｐｃλ１を受光素子７からの電気信号によって計測する。

次いで、図８（ｂ）に示すように、基準ブロック４をケース１の溝１ａ内の使用位置に配置したままで、波長λ２の光を発光素子６から供給して投光用光拡散ブロック２の投光面２ａから基準ブロック４に投光し、基準ブロック４を透過して受光用光拡散ブロック３の受光面３ａから受光され、受光素子７に供給された波長λ２の透過光の強度Ｐｃλ２を受光素子７からの電気信号によって計測する。

次いで、図８（ｃ）に示すように、基準ブロック４を例えば溝１ａの下方の待機位置に弾性部材５の弾性力に抗して押し込むことで溝１ａ外に位置させ、代わりに樹脂チューブＴをケース１の溝１ａ内に押し込んでその溝１ａの両側壁とそれらと同一平面上に位置する投光用光拡散ブロック２の投光面２ａおよび受光用光拡散ブロック３の受光面３ａとで挟むことで、樹脂チューブＴを内部に通路を残しながら直径方向に圧縮変形させ、その状態で樹脂チューブＴの内部に水Ｗを通して、波長λ１の光を発光素子６から供給して投光用光拡散ブロック２の投光面２ａから樹脂チューブＴに投光し、樹脂チューブＴのチューブ壁および内部の水Ｗを透過して受光用光拡散ブロック３の受光面３ａから受光され、受光素子７に供給された波長λ１の透過光の強度ＰＴＷλ１を受光素子７からの電気信号によって計測する。

次いで、図８（ｄ）に示すように、樹脂チューブＴをケース１の溝１ａ内に配置して直径方向に圧縮変形させた状態でその内部の通路に水Ｗを通したままで、波長λ２の光を発光素子６から供給して投光用光拡散ブロック２の投光面２ａから樹脂チューブＴに投光し、樹脂チューブＴのチューブ壁および内部の水Ｗを透過して受光用光拡散ブロック３の受光面３ａから受光され、受光素子７に供給された波長λ２の透過光の強度ＰＴＷλ２を受光素子７からの電気信号によって計測する。

さらに、図８（ｅ）に示すように、樹脂チューブＴをケース１の溝１ａ内に配置して直径方向に圧縮変形させた状態でその内部の通路に水Ｗに変えて濃度測定対象の流体としての血液Ｂを通し、波長λ２の光を発光素子６から供給して投光用光拡散ブロック２の投光面２ａから樹脂チューブＴに投光し、樹脂チューブＴのチューブ壁および内部の血液Ｂを透過して受光用光拡散ブロック３の受光面３ａから受光され、受光素子７に供給された波長λ２の透過光の強度ＰＴＢλ２を受光素子７からの電気信号によって計測する。なお、これらの透過光強度の計測時の各波長の発光強度は変更しないものとする。

図９は、血液Ｂ中の酸化ヘモグロビンＨｂＯ_２および脱酸化ヘモグロビンＤＨｂと水Ｗとにおける透過光の波長と吸光係数の関係を示す特性図であり、この図から明らかなように波長λ１の光は、水Ｗへも血液Ｂへも吸収される中心波長１４５０ｎｍのものであり、波長λ２の光は、水Ｗに殆どもしくは全く吸収されず血液Ｂへは酸化ヘモグロビンＨｂＯ_２にも脱酸化（還元）ヘモグロビンＤＨｂにも同程度吸収される中心波長８０５ｎｍのものである。なお、水Ｗは図示のような透過光の波長と吸光係数の関係を持つ実質的に透明のものであればその成分は特に限定されず、例えば生理食塩水であってもよい。

それゆえ、これらの透過光強度のデータから血液濃度出力部９は、以下の手順で血液Ｂの濃度を求めることができる。
（１）波長λ１，λ２に対する基準ブロック４の吸光率（吸光係数）および反射損失は固定値であるから、投光面２ａから基準ブロック４への波長λ１，λ２の入力強度Ｉλ１，Ｉλ２が求められる。

（２）波長λ１に対する水Ｗが通った樹脂チューブＴの透過光強度ＰＴＷλ１には、チューブ壁および内部の水Ｗによる減衰と反射損失が含まれているが、波長λ２に対する水Ｗが通った樹脂チューブＴの透過光強度ＰＴＷλ２には、実質的にチューブ壁による減衰と反射損失のみが含まれているので、波長λ１と波長λ２との減衰比を考慮することで、樹脂チューブＴの内部の水Ｗによる減衰量のみが求められ、水Ｗの吸光率（吸光係数）から、樹脂チューブＴの内部の流体即ち血液Ｂの光路長が求められる。

（３）受光素子７に供給された波長λ２の透過光の強度ＰＴＢλ２では、樹脂チューブＴのチューブ壁による減衰とその内部の血液Ｂによる減衰とが含まれているが、上記の（２）において実質的にチューブ壁のみによる減衰量が求められているので、波長λ２の透過光の強度ＰＴＢλ２からそのチューブ壁のみによる減衰量を引くことで、樹脂チューブＴの内部の血液Ｂのみの減衰量が求められ、上記の（２）において樹脂チューブＴの内部の血液Ｂの光路長も求められているので、それらからランベルト・ベールの法則に基づく演算（例えば本願出願人が先に開示した特許第６２４６７９３号公報参照）により、樹脂チューブＴの内部の血液Ｂの濃度が求められる。

以上、図示の実施形態に基づいて説明したが、この発明の流体濃度測定装置は上述の実施形態に限定されるものでなく特許請求の範囲の記載範囲内で適宜変更することができ、例えば、溝１ａの断面形状はコ字状でなくＵ字状等でもよい。また、基準ブロック４は、ケース１内で使用位置と待機位置との間を移動させるのでなく、使用時に溝１ａ内の使用位置に配置し、不使用時はケース１から外しておくようにしてもよい。

さらに、血液濃度出力部９は、あらかじめランベルト・ベールの法則に基づく演算により作成した対応表を用いて、透過光強度のデータから血液Ｂの濃度を求めるようにしてもよい。そして、この発明の流体濃度測定装置の濃度測定対象の流体は、血液Ｂでなく薬液等であってもよい。

かくしてこの発明の流体濃度測定装置によれば、例えば塩化ビニール製の樹脂チューブ等の、自由状態で長手方向に一様な壁厚および外径を有する直径方向に変形可能な光透過性の管路を、その内部に通路を残しながらケースの溝内に直径方向の圧縮変形状態で収容して、一本の軸線上で投光用光拡散ブロックの投光面とそれに所定距離を置いて対向する受投光用光拡散ブロックの受光面との間に基準ブロックと交代で配置するとともに、吸光度が互いに大きく異なる２種類の波長の透過光をその管路の内部を流れる水と流体とに用いることで、管路の表面に傷があったりしても管路の内部の流体の濃度を簡易にかつ高精度に測定することができ、溝内からの管路の取り外しも容易に行うことができる。

１ ケース
１ａ 溝
２ 投光用光拡散ブロック
２ａ 投光面
３ 受光用光拡散ブロック
３ａ 受光面
４ 基準ブロック
５ 弾性部材
６ 発光素子
６ａ、６ｂ ＬＥＤ
６ｃ ダイクロイックミラー
６ｄ，６ｅ ＬＤ
６ｆ バンドパスフィルタ
７ 受光素子
７ａ、７ｂ 光センサ
７ｃ コンデンサレンズ
７ｄ ダイクロイックミラー
８ 透過光強度計測部
９ 血液濃度出力部
Ｂ 血液
Ｔ 樹脂チューブ
Ｗ 水
Ｘ 軸線

Claims (7)

1. 自由状態で長手方向に一様な壁厚および外径を有する、直径方向に弾性的に圧縮変形可能な光透過性の管路の内部を流れる流体の濃度を測定する装置であって、
   所定方向に延在して前記管路をその内部に通路を残しながら直径方向への圧縮変形状態で収容する一定溝幅の部分を長手方向の少なくとも一部に持つ溝を有するケースと、
   前記一定溝幅の部分にて前記溝の両側壁に直交する一本の軸線上で前記両側壁の一方と同一平面上に位置する投光面を有する投光用光拡散ブロックと、
   前記軸線上で前記両側壁の他方と同一平面上に位置して前記溝幅と等しい所定距離を置いて前記投光面と対向する受光面を有する受光用光拡散ブロックと、
   前記投光用光拡散ブロックの前記投光面の、前記軸線を中心とした所定領域に、水への吸光度は殆どもしくは全くゼロであるが前記流体への吸光度は高い第１の波長と、水への吸光度が高い第２の波長との２種類の波長の透過光を供給する発光素子と、
   前記受光用光拡散ブロックの前記受光面の、前記軸線を中心とした所定領域から前記２種類の波長の透過光を供給される受光素子と、
   前記発光素子から供給されて前記投光面から投光され、前記受光面から受光されて前記受光素子に供給される前記２種類の波長の透過光の強度を前記受光素子からの信号によって計測する透過光強度計測手段と、
   前記投光面と前記受光面との間で前記管路を透過した前記２種類の波長の透過光の強度と、前記管路への前記２種類の波長の透過光の別途に得た入力強度とから前記流体の濃度を求めて出力する流体濃度出力手段と、
   を備えることを特徴とする流体濃度測定装置。
2. 前記流体は前記管路の内部を流れる血液である、請求項１記載の流体濃度測定装置。
3. 前記２種類の波長は、水に殆どもしくは全く吸収されず血液へは酸化ヘモグロビンにも脱酸化ヘモグロビンにも同程度吸収される波長である８０５ｎｍ付近と、水への吸光度が高い波長である１４５０ｎｍ付近とに設定する、請求項２記載の流体濃度測定装置。
4. 前記発光素子および前記受光素子の少なくとも一方は、前記一本の軸線上に並んで位置して前記２種類の波長の光をその軸線上で発光または受光する２つの素子を持つものである、請求項１から３までの何れか１項記載の流体濃度測定装置。
5. 前記発光素子および前記受光素子の少なくとも一方は、前記一本の軸線上に位置して前記２種類の波長の一方の光をその軸線上で発光または受光する１つの素子と、前記２種類の波長の他方の光を前記一本の軸線上に位置するダイクロイックミラーで反射させて発光または受光する1つの素子とを持つものである、請求項１から３までの何れか１項記載の流体濃度測定装置。
6. 前記投光面と前記受光面との間に挿脱可能に配置されて前記投光面および前記受光面に密接する光透過性の基準ブロックを備えている、請求項１から３までの何れか１項記載の流体濃度測定装置。
7. 前記基準ブロックは前記溝内で前記軸線を横切る使用位置と前記溝内から外れた待機位置との間で移動可能に前記ケースに収容されている、請求項６記載の流体濃度測定装置。

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