JPH07136248A - 血液濃度検知センサー - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 簡便な機器構成で高精度かつ高感度な血液濃
度検知センサーとする。 【構成】 発光素子２から射出させた光Ｌを半透鏡１２
によって反射光Ｌｒと透過光Ｌｔに分離し、反射光Ｌｒ
を第２受光素子１３に入射させて反射光Ｌｒの強度Ｉｒ
を測定する。透過光Ｌｔを、小窓１１ａから透析液溜１
内へ入射させ、全反射鏡１０ａ、１０ｂ間で複数回反射
させ、小窓１１ｂから第１受光素子３へ入射させて透過
光Ｌｔ’の強度Ｉｔ’を測定する。透析液４に血液が混
入していれば透過光Ｌｔ’の強度Ｉｔ’に減衰が起こる
ので２つの受光強度Ｉｒ、Ｉｔ’を比較すれば、透析液
溜１内を通過している透析液４に混入している血液濃度
を測定できる。また光路長が長いので強度Ｉｔ’の減衰
が大きくなり感度が上がる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、透析液中に混入した血
液の濃度を高精度かつ高感度に検知できるセンサーに関
する。

【０００２】

【従来の技術】人口透折器で使用される透祈液には、機
器が正常に作動していれば患者の血液混入は起こらない
ようになっているが、極く微量でも血液の混人が認めら
れる場合には機器を停止する必要がある。血液の混入を
検出するために従来より種々の血液濃度検知センサーが
用いられているが、従来のセンサーとしては、原理的に
は例えば図８に示すようなものが知られている。このセ
ンサーは、測定領域となる透析液溜１の側壁を挟んで、
発光素子２（発光ダイオード、レーザー、電球等）と受
光素子３を対向させて配置し、発光素子２から透析液４
の通過流路と直交方向に光Ｌを入射させて透析液４内を
通過させるものである。もちろん透析液溜１の側壁は、
光Ｌの通過する部分は窓状に透光性を有する構成とす
る。即ち本装置は、透析液溜１内を通過してきた透過光
Ｌ’を受光素子３によって検出し、入射光Ｌと透過光
Ｌ’の光量変動を測定し、その減衰量で血液の混入を検
出するとともに、混入した血液濃度を測定するというも
のである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところでレーザーや発
光素子等においては、電源電圧の変動やレーザーや電球
自身の温度変化等によって光の出力変動が生じやすい。
即ち、従来の血液濃度検知センサーでは発光素子２から
射出される光の強度変化がそのまま受光素子への受光強
度の変化となって反映されてしまう。このため透析液４
と無関係な変動でもそのまま血液濃度変化として計測し
てしまい、正確な血液濃度を測定できず、これがＳ／Ｎ
比低下の最大の原因となっていた。

【０００４】さらに近年の人工透祈器の小型化に伴い、
測定領域（透析液溜の光路方向長さ）が通常５ｃｍ程度
と短くなっており、一般的な血液濃度（通常１０ｐｐｍ
〜数１００ｐｐｍ）では光の減衰量が小さく、信号成分
としての差も非常に小さくなって血液濃度の測定感度が
低下している。もちろん、従来においては、これらの影
響を極力抑えるための安定化電源回路や温度補正回路が
用いられているが、正確な測定を目指そうとすると高価
かつ複雑な回路構成を必要とするため、機器の製造コス
トが上昇し、保守、調整も難しくなってしまうというよ
うになっていた。

【０００５】本発明はこのような従来の問題点に鑑みて
なしたもので、簡便な機器構成で高精度かつ高感度な血
液濃度検知センサーを提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明に係る血液濃度検
知センサーは上記目的を達成するために、透析液の流路
をはさんで平行に対向配置した２枚の全反射鏡と、一側
の上記全反射鏡の外側に上記流路内へ射出光を入射可能
に配置した発光素子と、他側の上記全反射鏡の外側に上
記発光素子と同一の光軸を共有せず上記流路内で上記２
枚の全反射鏡間で繰り返し反射してきた光を入射可能に
配置した第１の受光素子と、上記発光素子の近傍で該発
光素子から射出した光の一部を上記流路への入射前に反
射させる半透鏡と、該半透鏡により反射された光を受光
する位置に配置した第２の受光素子とからなる構成とし
たものである。

【０００７】本発明に係る血液濃度検知センサーは上記
目的を達成するために、円筒内面を全反射鏡面とし該全
反射鏡面により透析液の流路を囲む全反射鏡と、上記全
反射鏡の外側から上記流路内へ射出光を入射可能に配置
した発光素子と、上記全反射鏡の外側にあって該発光素
子と同一の光軸を共有せず上記流路内で上記全反射鏡間
で繰り返し反射してきた光を入射可能に配置した第１の
受光素子と、上記発光素子の近傍で該発光素子から射出
した光の一部を上記流路への入射前に反射させる半透鏡
と、該半透鏡により反射された光を受光する位置に配置
した第２の受光素子とからなる構成としたものである。

【０００８】本発明に係る血液濃度検知センサーは、上
記全反射鏡が、透析液の流れ方向でずれた位置に鏡面を
取り除いた小窓を有し、該小窓の一方に上記発光素子
を、他に上記受光素子を対応させて配置した構成とする
ことができる。

【０００９】本発明に係る血液濃度検知センサーは、上
記全反射鏡の軸方向を、上記透析液の流れ方向と直交す
るように配置した構成とすることができる。

【００１０】本発明に係る血液濃度検知センサーは、上
記全反射鏡の軸方向を、上記透析液の流れ方向に沿うよ
うに配置した構成とすることができる。

【００１１】

【実施例】以下本発明の実施例を図面を参照して説明す
る。なお以下では従来と共通する部分には共通する符号
を付して重複する説明は省略する。

【００１２】図１により第１実施例のセンサーの構成を
説明する。図中１０ａ、１０ｂはそれぞれ全反射鏡で、
測定領域となる透析液溜１の側壁内面に透析液４の通過
流路と平行に対向配置してある。これら全反射鏡１０
ａ、１０ｂには、透析液４の流れ方向でずれた位置に鏡
面を取り除いて光が透過できるようにした小窓１１ａ、
１１ｂが形成してある。

【００１３】発光素子２は一側の全反射鏡１０ａの外側
に、第１受光素子３は他側の全反射鏡１０ｂの外側に配
置してあり、発光素子２は小窓１１ａに光を入射可能
に、第１受光素子３は小窓１１ｂから出てくる光が入射
可能な位置に配置してある。即ち、発光素子２と第１受
光素子３の光軸はずれており、発光素子２から射出した
光のうち、小窓１１ａから透祈液溜１内へ入射して２枚
の全反射鏡１０ａ、１０ｂ間で繰り返し反射し、小窓１
１ｂから外部へ出てくる光のみが第１受光素子３へ入射
するようになっている。なお発光素子２には、部品構成
が簡単でビームの広がり角の小さい（指向性のよい）半
導体レーザー素子を用い、血液中の赤血球（ヘモグロビ
ン）による散乱によって減衰が多い赤色半導体レーザー
または赤血球（ヘモグロビン）の補色になり光吸収によ
る減衰が多い青色半導体レーザーのいずれかを用いると
よい。

【００１４】また発光素子２と小窓１１ａの間には半透
鏡１２が設けてあり、発光素子２から射出した光Ｌの一
部を透析液溜１への入射前に反射させ、反射光Ｌｒと透
過光Ｌｔの二光束に分離するようになっている。また半
透鏡１２で反射された反射光Ｌｒを受光する位置には第
２受光素子１３が設けてある。この半透鏡１２の反射率
ｒは後述の理由によってｒができるだけ小さく透過率の
高いものとするのがよい。

【００１５】次に本実施例の作用を、図２ないし図４を
も参照して説明する。基本的な動作としては上述の説明
からも明らかなように、発光素子２から射出させた光Ｌ
を図２のように半透鏡１２によって反射光Ｌｒと透過光
Ｌｔの二光束に分離する。反射光Ｌｒは、第２受光素子
１３に入射し、第２受光素子１３は入射した反射光Ｌｒ
の強度Ｉｒに対応する検出信号を出力する。一方透過光
Ｌｔは、全反射鏡１０ａの小窓１１ａから測定領域であ
る透析液溜１内へ入射し、図２に示すように全反射鏡１
０ａ、１０ｂ間で反射を数回ないし数１０回繰り返し、
全反射鏡１０ｂの小窓１１ｂから外部へ射出して第１受
光素子３へ入射する。第１受光素子３は入射した透過光
Ｌｔ’の強度Ｉｔ’に対応する検出信号を出力する。

【００１６】透析液溜１内を通過している透析液４に血
液が混入していない状態で反射光Ｌｒの強度Ｉｒと透過
光Ｌｔ’の強度Ｉｔ’とを測定してこれを基準データと
しておき、次に透析を行なっていて透析液４が透析液溜
１内を通過している状態で同様の測定を行なう。このと
き透析液４に血液が混入していれば、第１受光素子３に
入射する透過光Ｌｔ’の強度Ｉｔ’に滅衰が起こる。こ
れら２つの受光強度Ｉｒ、Ｉｔ’を比較すれば、透祈液
溜１内を通過している透析液４に混入している血液濃度
を測定できる。もちろん測定のためには強度Ｉｒ、Ｉ
ｔ’を比較、演算する手段を必要とするが、この手段と
してはコンピューター等を採用すればよいので説明は省
略する。

【００１７】具体的には透過光Ｌｔ’の強度Ｉｔ’は、
ここで対象としているような極めて微量の血液が混入し
た液体中では、透析液４中に混入した血液濃度（赤血球
濃度）に正比例して減衰するので、Ｉｔ’／Ｉｒから混
入した血液濃度を測定することができる。すなわち血液
濃度ｎが０のときのＩｔ’をＩｔ０とすれば、Ｉｔ’／
Ｉｒは、図３のように変化する（但し図中１０、１１、
１２は光路長であり、１０＜１１＜１２とする。）。例
えばＩｔ’／Ｉｒ＝ａで１＝１１ならばｎ＝ｎ１と計測
される。換言すれば、発光素子２が射出する光に強度変
化が生じても第１受光素子３に入射する透過光Ｌｔ’の
強度Ｉｔ’、第２受光素子１３に入射する反射光Ｌｒの
強度Ｉｒはともに同じ比率の変化を受け、強度変化の影
響は完全に取り除かれる。

【００１８】また、同一の血液濃度中でもその中を透過
する光の距離（即ち光路長１）が長くなればそれに比例
して強度Ｉｔ’の減衰が大きくなり感度を上げることが
できる。すなわち感度（基準となる濃度変化Δｎに対す
る光の強度の減衰量Δ（Ｉｔ’／Ｉｒ）の比）

【数１】｜Δ（Ｉｔ’／Ｉｒ）／Δ（ｎ）｜ は、Δ（Ｉｔ’／Ｉｒ）が光路長１に正比例するので図
４のように表すことができ、全反射鏡１０ａ、１０ｂに
よる反射の回数を増やして光路長１を増すことによって
上げることができる。但し、上限は第１受光素子３の最
小の検出可能強度で決まる。このため入射側で用いた半
透鏡１２の透過強度はできるだけ大きい方がよいが、第
２受光素子１３に関しても第１受光素子３と同じことが
言えるので、その条件を満足する範囲内で反射率ｒの小
さい、換言すれば透過率の大きい半透鏡１２を用いれば
良い。通常半透鏡１２の反射率ｒは数％とするとよい。

【００１９】次に図５、図６により第２実施例のセンサ
ーの構成を説明する。図中２０は全反射鏡で、測定領域
となる円筒状の透析液溜２１の側壁内面に、軸方向が透
析液４の通過方向と直交するように形成、配置してあ
る。また全反射鏡２０には、透析液４の流れ方向からず
れた位置に鏡面を取り除いて光が透過できるようにした
小窓２２ａ、２２ｂが形成してある。

【００２０】その他の構成はほぼ第１の実施例と同様で
あるので図示は省略してあるが、発光素子２は小窓２２
ａに光を入射可能に、第１受光素子３は小窓２２ｂから
出てくる光が入射可能な位置に配置する。即ち、発光素
子２と第１受光素子３の光軸はずれており、発光素子２
から射出した光のうち、小窓２２ａから透析液溜２１内
へ入射して全反射鏡２０により図６に示すような形態で
繰り返し反射し、小窓２２ｂから外部へ出てくる光のみ
が第１受光素子３へ入射する。また発光素子２と小窓２
２ａの間に半透鏡１２を設け、発光素子２から射出した
光Ｌの一部を透祈液溜２１への入射前に反射させ、二光
束に分離する点も同様である。なお、第１の実施例のよ
うに直方体で相対するミラー面の平行度を出すよりも、
本実施例のように円筒状のミラーの真円度を出すほうが
容易であり、例えば長い中空円筒の内面全体を蒸着によ
りミラー化し、その後、所要の厚さで円筒軸に対して直
角に切断すれば、製造が容易で、大量生産も可能とな
る。

【００２１】この第２実施例は測定動作についても先の
実施例と同様であるので、詳細な説明は省略するが、測
定領域が直方体の場合には内部で透析液４の流れに乱流
を生じやすいのに対して測定領域である透析液溜２１内
に透析液４の流れを妨げる部位が少なく、透析液４が比
較的スムーズに流れるようになり、また透折液４内の混
入血液が比較的透析液溜め２１の中心部を通過すると考
えられるが、本実施例では光路が測定領域の中心部を通
る機会が多くなるので、感度がさらに向上する。

【００２２】図７により本発明の第３実施例を説明す
る。本実施例は第２実施例のセンサーの配置態様を変え
て、透析液溜２１の軸方向が透析液４の通過方向と沿う
ように配置して、透析液４の流れをより一層スムーズに
したものである。その他の構成及び作用はほぼ第２実施
例と同様であるので説明は省略する。

【００２３】

【発明の効果】本発明に係る血液濃度検知センサーは、
発光素子が射出する光に強度変化が生じても第１受光素
子に入射する透過光、第２受光素子に入射する反射光と
もに同じ比率の強度変化が生じ、その強度変化の影響は
相殺により完全に取り除かれ、高精度化、即ち高Ｓ／Ｎ
比化がはかれるようになるという効果がある。また強度
変化の比に対応するために従来必要とされていた安定化
電源回路や温度補正回路などが一切不要になり、回路的
にかなり簡便化できるようになるという効果が得られ
る。さらに全反射鏡による反射の回数を増やして光路長
を増加させることによって高感度化が簡単に達成できる
ようになるという効果もある。

【００２４】請求項２に係る血液濃度検知センサーは、
上記共通の効果に加え、測定領域内での透析液の流れが
よりスムーズになり、また測定領域内に入射した光が測
定領域の中心部をより多く通るようになって測定感度が
さらに向上するという効果がある。さらに、製作の容易
な円筒状の鏡を用いることにより製造コストがより安価
になるという効果もある。

【００２５】請求項５に係る血液濃度検知センサーは、
上記共通の効果に加え、透析液の流れを非常にスムーズ
にすることが可能になるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る血液濃度検知センサーの第１実施
例を示す斜視図である。

【図２】図１の装置における光の通過形態を示す断面図
である。

【図３】光路長をパラメーターとしたときの光の強度比
と血液濃度との関係を示すグラフである。

【図４】光路長と感度の関係を示すグラフである。

【図５】本発明に係る血液濃度検知センサーの第２実施
例を示す斜視部分図である。

【図６】図５の装置における光の通過形態を示す断面図
である。

【図７】本発明に係る血液濃度検知センサーの第３実施
例を示す斜視部分図である。

【図８】従来の血液濃度検知センサーの一実施例を示す
斜視図である。

【符号の説明】

１、２１ 透析液溜 ２ 発光素子 ３ 第１受光素子 ４ 透析液 １０ａ、１０ｂ、２０ 全反射鏡 １１ａ、１１ｂ、２２ａ、２２ｂ 小窓 １２ 半透鏡 １３ 第２受光素子 Ｌ 発光素子の射出光 Ｌｒ 反射光 Ｌｔ、Ｌｔ’透過光

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 透析液の流路をはさんで平行に対向配置
   した２枚の全反射鏡と、一側の上記全反射鏡の外側に上
   記流路内へ射出光を入射可能に配置した発光素子と、他
   側の上記全反射鏡の外側に上記発光素子と同一の光軸を
   共有せず上記流路内で上記２枚の全反射鏡間で繰り返し
   反射してきた光を入射可能に配置した第１の受光素子
   と、上記発光素子の近傍で該発光素子から射出した光の
   一部を上記流路への入射前に反射させる半透鏡と、該半
   透鏡により反射された光を受光する位置に配置した第２
   の受光素子とからなる血液濃度検知センサー。
2. 【請求項２】 円筒内面を全反射鏡面とし該全反射鏡面
   により透析液の流路を囲む全反射鏡と、上記全反射鏡の
   外側から上記流路内へ射出光を入射可能に配置した発光
   素子と、上記全反射鏡の外側にあって該発光素子と同一
   の光軸を共有せず上記流路内で上記全反射鏡間で繰り返
   し反射してきた光を入射可能に配置した第１の受光素子
   と、上記発光素子の近傍で該発光素子から射出した光の
   一部を上記流路への入射前に反射させる半透鏡と、該半
   透鏡により反射された光を受光する位置に配置した第２
   の受光素子とからなる血液濃度検知センサー。
3. 【請求項３】 上記全反射鏡が、透析液の流れ方向でず
   れた位置に鏡面を取り除いた小窓を有し、該小窓の一方
   に上記発光素子を、他に上記受光素子を対応させて配置
   したことを特徴とする請求項１または２の血液濃度検知
   センサー。
4. 【請求項４】 上記全反射鏡の軸方向を、上記透析液の
   流れ方向と直交するように配置したことを特徴とする請
   求項２または３の血液濃度検知センサー。
5. 【請求項５】 上記全反射鏡の軸方向を、上記透析液の
   流れ方向に沿うように配置したことを特徴とする請求項
   ２または３の血液濃度検知センサー。