JPH11104114A - 血液特性の計測装置 - Google Patents

血液特性の計測装置

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JPH11104114A
JPH11104114A JP9267384A JP26738497A JPH11104114A JP H11104114 A JPH11104114 A JP H11104114A JP 9267384 A JP9267384 A JP 9267384A JP 26738497 A JP26738497 A JP 26738497A JP H11104114 A JPH11104114 A JP H11104114A
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JP
Japan
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light
blood
transmitted
light emitting
transmitted light
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JP9267384A
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English (en)
Inventor
Taketoshi Mori
武寿 森
Toshihiko Nojiri
利彦 野尻
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Terumo Corp
Original Assignee
Terumo Corp
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Publication date
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  • Measurement Of The Respiration, Hearing Ability, Form, And Blood Characteristics Of Living Organisms (AREA)
  • External Artificial Organs (AREA)
  • Investigating Or Analysing Biological Materials (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 人工心臓、あるいは人工心肺などの体外補助
循環システムにおいて、血液内に光反射板を設置し、こ
れに光を照射し、その透過光強度を計測して血液の特性
を測定する計測装置を提供する。 【解決手段】 血液中に光を照射し、その透過光強度に
基づいて当該血液の特性を計測する計測装置であって、
発光素子105により所定波長の光を発光し、その光を
光ファイバ103をとおして血液流路101内に照射す
る。この照射された光は反射板102により反射され、
その反射光は光ファイバ104を通って受光素子106
に送られて、そこで透過光強度が検出される。こうして
検出された透過光強度に基づいて、その血液のヘマトク
リット値、或いは酸素飽和度が測定される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば埋め込み型
人工心臓或いは体外循環システムにおけるへマトクリッ
ト値及び酸素飽和度等を計測する血液特性の計測装置に
関するものである。
【0002】
【従来の技術】血液循環による酸素運搬量及び生体の酸
素消費量を知るために、血液のヘマトクリット値及び動
静脈における血液の酸素飽和度等が測定される。このよ
うな計測には、パルスオキシメトリ法による体外からの
計測する方法、血液を必要量採取して血液分析機にかけ
て計測する方法、及び、血液を循環させる血液回路から
分岐した計測専用回路による計測等がある。このような
血液の計測原理は、上述したいずれの方法でも、特定波
長の光を発する1乃至複数種の光源からの光を血液中に
照射し、その透過光或いは反射光を用いて血液成分によ
る光の吸収、散乱を検出して計測対象物の比率などを求
めている。また計測対象の種類により、計測に使用する
光源の波長を選択し、例えばヘマトクリット値と酸素飽
和濃度の計測では波長660nm近傍と波長805nm
近傍の光を使用し、さらに、水分の影響を取り除くため
波長1250nm近傍の光が用いられている。
【0003】上述したパルスオキシメトリ法は、皮膚を
通して体外から血液中に光を照射する非侵襲的な計測方
法であるため安全性に優れているが、生体組織を通して
計測するため、血液を必要量採取する方法に比べ精度が
悪いといった問題がある。また、特開昭62−2655
63号公報や特開昭63−24143号公報に記載のよ
うな血液からの散乱光あるいは反射光を計測する方法で
は、光の到達距離が一定でないため計測精度を上げるの
は困難である。そのため近年、体外循環システムでは、
米国特許(USP5456253)のように血液流路に
一定の狭い流路を形成する専用の計測用チャンバを用い
て、血液中の透過光量を計測する装置が使用されてい
る。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかし、このような透
過光量を計測する方法では、血液を挟んで発光素子と受
光素子とを対向して配置させる必要があり、さらに血液
による光吸収と光の散乱、更には血液による光の反射の
ため、それら発光素子と受光素子との間の間隔が制限さ
れ、更にはこれら発光素子と受光素子との間を通過する
血液量を制限するためのスリット状の流路等が必要とな
る。しかしながら、このようなスリット状の流路は、例
えば人工心臓や体外循環回路のように比較的多量の血液
を流さなければならない血液回路等で使用できないとい
う問題がある。
【0005】本発明は上記従来例に鑑みてなされたもの
で、人工心臓、あるいは人工心肺などの体外補助循環シ
ステムにおいて、血液内に光反射板を設置し、これに光
を照射し、その透過光強度を計測して血液の特性を測定
する計測装置を提供することを目的とする。
【0006】また本発明は、血液回路を通して多量の血
液が流れるような状況においても、正確に血液の特性を
計測できる血液の計測装置を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明の血液特性の計測装置は以下のような構成を備
える。即ち、血液中に光を照射し、その透過光強度に基
づいて当該血液の特性を計測する計測装置であって、所
定波長の光を発光する発光手段と、前記血液流路中に設
けられ、前記発光手段により発光された光を当該血液流
路中で反射するための反射材と、前記反射材で反射され
た光を受光して透過光強度を検出する受光手段と、前記
受光手段により検出された透過光強度に基づいて前記血
液の特性を求める演算手段とを有することを特徴とす
る。
【0008】
【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して本発明
の好適な実施の形態を詳しく説明する。
【0009】図1は、本発明の実施の形態の基本原理を
説明するための図である。
【0010】図1において、101は血液流路で、その
内部を図示のように血液が流れている。102は反射板
で、血液流路101内で血液の流れる方向に沿って配置
されている。103,104のそれぞれは光ファイバ
で、発光素子105で発光された光は光ファイバ103
を通って血液流路101内の血液を通過して反射板10
2に照射され、その反射板102で反射された光が光フ
ァイバ104を通って受光素子106に入力される。
【0011】ここで反射板102は、ステンレス表面を
鏡面状にしたもの、または、硝子製の反射鏡等を使用す
る事ができるが、本実施の形態では経時的な安定性を考
慮してステンレスを使用した。なお、この反射板102
の反射率は理想的にはほぼ100%とする。また発光素
子105は、ヘマトクリット値の計測のみの場合は光の
波長780nmから830nmの1つのLED又は半導
体レーザ素子を使用する事が可能であるが、ここでは光
量の制御が比較容易な半導体レーザを使用した。さらに
血液中の酸素飽和度を計測する場合は、さらに650n
mから680nmの波長の光を発光する発光素子(図2
の発光素子107)を使用する。受光素子106は、入
射した光の光量を検出するためのもので、ここではフォ
トダイオードまたはフォトトランジスタを使用する。
【0012】こうして発光素子105により発光された
光を光ファイバ103を通して血液流路101内の反射
板102に照射し、この反射板102からの光を光ファ
イバ104を通して受光素子106に導くことにより、
血液流路101を流れる血液のヘマトクリット値、及
び、あるいは酸素飽和度を求めることができる。尚、血
液の酸素飽和度を計測する場合は、図2に示すように、
波長780nmの波長の光を発光する発光素子105か
らの光と、波長660nmの光を発光する発光素子10
7からの光をそれぞれ光ファイバを通して光結合器10
8に入力し、その後一本の光ファイバ103により血液
流路101内に導く。ここでは発光素子105,107
は交互に駆動され、それぞれの光が反射板に照射され、
その反射板102により反射された光が光ファイバ10
4を通して受光素子106に送られて、各波長の光の透
過光強度が計測回路111により計測され、目的とする
ヘマトクリット値或いは酸素飽和度が算出される。
【0013】図3は、血液流路101内に設置した反射
板102近傍の拡大図で、ここでは説明のために血液中
の血球301を模式的に示している。
【0014】血液中の血球による影響が生じない状態で
は、光ファイバ103を通して入射された光は反射板1
02により反射されて、そのまま受光側の光ファイバ1
04に入射される。しかし、血液中に含まれる血球によ
り光の吸収、散乱が増加し、光ファイバ104に入射さ
れる透過光強度が低下する。ここで、この照射光強度と
入射光強度との比に基づいて、その血液中におけるヘマ
トクリット値、或いは酸素飽和度が測定される。
【0015】図4は本実施の形態の酸素飽和度測定装置
の概略構成を示すブロック図で、前述の図面と共通する
部分は同じ番号で示し、その説明を省略する。
【0016】図4において、発光素子105は例えば波
長780nmの光を発射し,発光素子107は例えば波
長660nmの光を発射する。これら2つの発光素子1
05,107はそれぞれ交互に駆動される。受光素子1
06で検知された信号は増幅器401で増幅され、各発
光素子の駆動タイミングに応じてA/D変換器402で
デジタル信号に変換されて透過光強度が得られる。
【0017】一般にはヘモグロビン濃度は、波長780
nmの光の透過光強度Iから次式により計算される。
【0018】[Hb]=a−b×log10I ここで、a,bは光センサの特性に依存する係数であ
る。
【0019】本実施の形態では、演算部403は、異な
る波長の光による透過光強度比と酸素飽和度との関係式
を記憶しており、この関係式に基づいてA/D変換器4
02により変換された透過光強度を示すデジタル値を用
いて演算部403により酸素飽和度を求めた。
【0020】より好ましくは、更に波長1250nmの
光を発光する発光素子を備え、この発光素子より照射さ
れた光の透過光強度をI1とし、前述の波長780nm
の光の検出された透過光強度をI2、波長660nmの
光の検出された透過光強度をI3とし、各透過光強度比
I2/I1,I3/I1を基に酸素飽和度を求めることによ
り,血液中に含まれる他の成分による影響を軽減するこ
とができる。
【0021】また、演算部403では,A/D変換器4
02によりデジタル信号に変換されたデータをそのまま
用いるのではなく、例えば十数回サンプリングした値の
平均値を求め、その平均値に従って演算するようことに
より、ノイズなどによる影響を軽減できる。こうして演
算された結果は表示器404に出力されて表示される。
【0022】図5は、本実施の形態の血液計測装置を人
工心臓(遠心式血液ポンプ装置)に組み込んだ例を示す
図である。
【0023】図5では、磁気浮上型人工心臓のインペラ
501のステンレス板502を前述の反射板として利用
して、人工心臓内の血液のへマトクリット値及び酸素飽
和度を計測することができる。
【0024】以上説明したように本実施の形態によれ
ば、人工心臓、あるいは人工心肺などの体外補助循環シ
ステムにおいて、設置場所の制限を受けずに血液のヘマ
トクリット値及び酸素飽和度を連続的に計測することが
可能となる。
【0025】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、人
工心臓、あるいは人工心肺などの体外補助循環システム
において、血液内に光反射板を設置し、これに光を照射
し、その透過光強度を計測して血液の特性を測定する計
測装置を提供を提供できる。
【0026】また本発明によれば、血液回路を通して多
量の血液が流れるような状況においても、正確に血液の
特性を計測できるという効果がある。
【0027】
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態の計測装置の概略構成を示
す図である。
【図2】本実施の形態の計測装置で酸素飽和度の測定を
行う場合を示す拡大図である。
【図3】本実施の形態の計測装置の反射板近傍の拡大図
である。
【図4】本発明の実施の形態の計測装置の構成を示すブ
ロック図である。
【図5】本実施の形態の計測装置を人工心臓(遠心式血
液ポンプ装置)に組み込んだ例を示す図である。
【符号の説明】
101 血液流路 102 反射板 103,104 光ファイバ 105,107 発光素子 106 受光素子 108 光結合器 110,112 発光素子駆動回路 111 計測回路

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 血液中に光を照射し、その透過光強度に
    基づいて当該血液の特性を計測する計測装置であって、 所定波長の光を発光する発光手段と、 血液流路中に設けられ、前記発光手段により発光された
    光を当該血液流路中で反射するための反射材と、 前記反射材で反射された光を受光して透過光強度を検出
    する受光手段と、前記受光手段により検出された透過光
    強度に基づいて前記血液の特性を求める演算手段と、を
    有することを特徴とする計測装置。
  2. 【請求項2】 前記演算手段は、前記血液のヘマトクリ
    ット値及び酸素飽和度の少なくともいずれかを求めるこ
    とを特徴とする請求項1に記載の計測装置。
  3. 【請求項3】 前記発光手段により発光された光を前記
    血液中に導入するための光ファイバをさらに有すること
    を特徴とする請求項1に記載の計測装置。
  4. 【請求項4】 前記発光手段は、それぞれ異なる波長の
    光を照射する発光素子を有することを特徴とする請求項
    1に記載の計測装置。
JP9267384A 1997-09-30 1997-09-30 血液特性の計測装置 Withdrawn JPH11104114A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006518462A (ja) * 2003-02-20 2006-08-10 クオリジエン・インコーポレイテツド 診断装置および方法
JP2008148820A (ja) * 2006-12-15 2008-07-03 Chunichi Denshi Co Ltd 酸素飽和度測定装置
WO2018034143A1 (ja) * 2016-08-18 2018-02-22 コニカミノルタ株式会社 測定方法、測定装置および測定システム
US10092226B2 (en) 2011-12-23 2018-10-09 General Electric Company Method, arrangement, sensor, and computer program product for non-invasively measuring hemoglobin concentrations in blood

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