JPS5918664B2 - 漏血検知装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は微量の血液または血色素類の検知装置に関し、
特に、人工腎臓の漏血検知に適した血液検知装置に関す
る。

近年、利用者が急増している人工腎臓では、透析膜その
他の障害により透析液中に血液が流出することがあり、
万一これを放置すれば人命にもかかわる重大な事故にも
なりかねない。

ところが人工腎臓における漏血検知は、大量の透析液で
希釈されたきわめて低濃度の血液の混入を検知しなけれ
ばならない。例えば、現用の多くの透析装置では約２０
０１の透析液を使用するが、もし５ｒ！Ｌｔの失血を検
知するには０．００２５％よりも高感度の検知能力を備
え、しかも、長時間にわたつて安定に作動する必要があ
る。また、透析液中には気泡が度々混入するため、漏血
検知が気泡の存在による影響を受けないことも肝要であ
る。例えば従来、特公昭４５−３７７５７号公報に開示
されているように、検体を白色光源により連続照射し、
検体の透過光をハーフミラーにより二つの光束に分割し
てそれぞれ特性の異るフイルタを経て別個の受光器に入
射させ、両受光器の受光量の変化から検体中に血液成分
を含むことを検出する方式があるが、このような従来装
置によれば、受光器の出力信号が直流成分であるため、
オフセツトやドリフトが避け難く、安定に受光信号を増
幅するのが困難であり、測光部全体を厳重な遮光構造に
しなければならない欠点があつた。

そこで、本発明の主たる目的は、測定セル内に生じた０
．００１％の微量の漏血を迅速に検知するため、電圧、
温度、素子の特性等の変動にもかかわらず長時間にわた
つて安定に動作し、かつ、測定セル内に混入する気泡と
血色素成分とを明確に判別しうる高精度かつ高感度の漏
血検知装置の提供にある。

本発明の他の目的は、透析時に透析液の濃度が変動し、
或いは気泡等が混入しても、その影響を受けず血液成分
のみを検出する一検液二波長測定方式の漏血検知装置を
提供することにある。

本発明の他の目的は、測定セルの光透過位置に気泡が付
着しないための測定セルの形状の提供にある。本発明の
他の目的は、標準試料を実際に使用して感度の校正を行
わなくても、押ボタンを押すだけで綜合的な動作点検が
簡単に行える使用者にとつて便利な漏血検知装置の提供
にある。

次に本発明の実施例を説明する。

第１図に本発明実施例の光学装置の縦断面図を示し、補
助的に電子回路部のプロツク線図を示している。

測定セル１は、パイレツクスガラス等を用いた円柱形又
は角柱形のチユーブであつて、流入口２から供給された
検体は測定セル内を貫流して流出口３から流出する。

この測定セル１の中央部には、金属、ゴム等の不透明材
より成るホルダ４が嵌められ、その両端がＯリングパツ
キン５，６により封止されている。このホルダ４の測定
セル１の軸心対称位置にはそれぞれ貫通孔が形成され、
その一方の孔に集光レンズ付の複合発光ダイオード７が
、他方の孔に１個のフオトダイオード８がそれぞれ取付
けられ、発光ダイオード７の近傍には温度補償用サーミ
スタ９が取付けられている。発光ダイオード７とサーミ
スタ９とは小箱１０で遮蔽され各リード線がケーブル１
１にて導出され、また、フオトダイオード８は小箱１２
で遮蔽されてそのリード線がケーブル１３にて導出され
ている。上述の各部が光学装置２０を構成している。複
合型発光ダイオード７は、波長特性が異なり、かつ、電
気的に独立している２種の発光ダイオードより構成され
ている。第１の発光ダイオードＤ１は主として血色素の
吸収波長範囲に含まれる５２０ｎｍ〜６００ｎｍの波長
の光を発光する。第２の発光ダイオードＤ２は第１の発
光ダイオードの波長特性よりも長波長側に偏つた主とし
て６００ｎｍ〜７５０ｎｍの波長の光を発光する。フオ
トダイオード８は、第１の発光ダイオードと第２の発光
ダイオードの発光をともに検知しうる波長特性をもち、
その受光面の大きさは、測定セル１の直径又は横断面の
長さよりも小さく、好ましくは１／５以下が適当である
。実験によれば、第１の発光ダイオードの波長特性のピ
ークが５５５ｎｍ１第２の発光ダイオードの波長特性の
ピークが６９５ｎｍのものを使用し、測定セル１の直径
が８ｎの場合に、受光面が２×２ｎ以下のとき血液と気
泡の識別が容易であり、８Ｘ８ｎ以上になるとその識別
が困難となつた。発光駆動手段１４は、第１及び第２の
発光ダイオードを交互に発光駆動するために設けられた
もので、血液、気泡ともに存在しない第１の状態におい
て２個の発光ダイオードによるフオトダイオード８の出
力電気信号が等しくなるように、２個の発光ダイオード
への供給電力が調整されている。

また、後述する検波手段１５へ、２個の発光ダイオード
を交互駆動するための切換信号を提供している。光感知
信号検波手段１５は、フオトダイオード８の光電変換信
号の波形中に含まれているデータを分析して気泡の存在
に影響されずに血液の存在を検出するために設けられた
もので、両発光ダイオードに係る光感知素子の出力がバ
ランスしている第１の状態においては検出信号が出力さ
れず、漏血が生じたときには上記バランス状態が崩れて
第１の発光ダイオードに係る光感知出力が第２の発光ダ
イオードのそれよりも小さい第２の状態になつてプラス
側に偏位する検出信号を出力し、気泡が現れたときには
気泡による光散乱等により第２の発光ダイオードに係る
光感知出力が第１の発光ダイオードのそれよりも小さい
第３の状態になつてマイナス側に偏位する検出信号を出
力する。

出力装置１６は上記検波手段１５の出力信号を指示計、
記録計等に表示し、漏血量が設定値を超れたときには警
報装置が動作するように構成されている。このような構
成により気泡と血色素とを識別しうる理由は、気泡がセ
ル内を通過する際には相対的に光感知素子へ入射する長
波長側の光量が低下するのに対し、血色素が通過する際
には光吸収により短波長側の光量が低下することによる
。

従つて、それぞれの場合の出力信号は逆位相となり、位
相検波回路により気泡と血色素とを弁別することができ
る。第２図に、本発明実施例の電子回路部の構成を示す
。

第１図との関係は、方形波発振部２１、発光駆動部２２
、温度補償部２３、バランス調整部２４、および感度校
正部２５の各部が発光駆動手段１４を構成し、交流増巾
部２６、方形波増巾部２７、位相検波部２８が検波手段
１５を構成し、指示部２９、漏血レベル設定部３０、お
よび警報部３１が出力装置１６を構成している。第３図
に回路上各点Ａ−Ｈにおける電圧信号波形（４）〜（有
）及び警報部３１による警報音波形（１）を態様（１）
，（），（）にわけて示す。

方形波発振部２１は基準方形信号を発生する回路であつ
て、モノマルチバイブレータ等より成り、その発振周波
数１００Ｂｚ〜１００虚が適当である。

本実施例では７００ｚを採用しデユテイ比を１：１とし
た。また、抵抗、コンデンサの回路定数を変えることに
よりデユテイ比を変えることができるが、これを活用し
て発光ダイオードの光量を増大させることができる。即
ち、２個の発光ダイオードの発光効率又は量大電流定格
に差異がある場合、デユテイ比及び駆動電流の選定によ
り、両発光ダイオードのバランスを維持しながら、デユ
テイ比１：１の場合よりも発光量を増大させ綜合的感度
を向上させることができる。発光駆動部２２は、２種の
発光ダイオードＤ１及びＤ２を交互に発光させるための
回路である。

定電圧１Ｃ３３，３４は、例えばモトローラ社製ＭＣ−
７８０５ＣＰ型について説明すると、ＤＣ．ｌＯの入力
端子３５，３６とＤＣ．５定電圧出力端子３７，３８を
有し、入力端子の電圧変動、周囲温度の変化にかかわら
ず出力端子の電圧は一定に保たれる。基準方形信号囚は
、トランジスタＴＲｌより成るインバータを通してスイ
ツチングトランジスタＴＲ２を開閉制御し、また同時に
、トランジスタＴＲ３，ＴＲ４より成る２段インバータ
を通してスイツチングトランジスタＴＲ５を開閉制御す
る。従つて、２個のスイツチングトランジスタＴＲ２と
ＴＲ５は互に逆位相で開閉制御される。定電圧１Ｃ３３
，３４の入力電圧は、電源ライン＋からスイツチングト
ランジスタＴＲ２又はＴＲ５を通して供給されているか
ら、２個の発光ダイオードＤ１及びＤ２は、第３図の信
号（３）及び（Ｏで示されているように、交互に発光駆
動される。即ち、この定電圧駆動回路は、発光素子Ｄｌ
，Ｄ２の直前にそれぞれ定電圧１Ｃを接続し、各定電圧
１Ｃと一般用電源線の間にそれぞれスイツチング回路を
設け、このスイツチング回路を方形波発振回路の出力信
号に基づき交互に開閉制御する回路構成より成り、発光
素子Ｄ１及びＤ２の輝度をそれぞれ独立的に高度に安定
化させている。

定電圧１Ｃ３４の出力線に接続されている可変抵抗Ｒ１
とこれに並列接続されているサーミスタ９は温度補償部
２３を構成しており、発光ダイオードＤ２の駆動電流を
調整して、温度変化による両発光ダイオードの発光強度
の比率が変動を抑えている０さらに発光ダイオードＤ２
の駆動線に直列接続されている可変抵抗ＶＲ２はバラン
ス調整部２４を構成しており、第２の発光ダイオードＤ
２の発光強度を調節することにより両発光ダイオードに
よるフオトダイオード８の出力のバランスを調整してい
る。感度校正部２５は、光学系及び電子回路系を含む綜
合的感度をチエツクするために設けられたもので、外か
ら操作できる押ボタンスイツチ３９と可変抵抗ＶＲ３の
直列回路が第１の発光ダイオードＤ１と並列に接続され
ている。

このスイツチ３９がオンになると擬似的に所定の漏血量
に相当する光量変化が生じる。この感度校正機能により
、綜合的感度の経年変化を容易にチエツクすることがで
きる。また、可変抵抗器ＶＲ３の調節位置と血色素濃度
との関係を比較校正しておけば、標準試料を常備して要
時ごとに調整操作を行わなくとも、つまみを回動させる
だけで任意の擬似漏血状態をつくり出すことができ、こ
れにより警報レベルの設定なども容易に行うことができ
る。フオトダイオード８の出力信号はコンデンサＣによ
り交流分だけが取り出され、交流増巾部２６にて増巾さ
れる。

このときの交流増巾部２６の入力信号波形（自）を第３
図に示す。漏血、気泡ともにない場合は交互発光による
２種の光がバランスしているから、態様（１）に示すよ
うに、何らの方形波形も現れない。漏血が生じたときは
血色素による吸収が短波長側の発光ダイオードの光にお
いて顕著に現れ、態様（）に示すような方形波が現れる
。このアンバランスをプラス側のアンバランスと呼ぶ。
また、気泡が光路を遮ぎつたときは、長波長側の発光ダ
イオードの光のフオトダイオードへの入射量がより多く
減少するから、態様（１）に示すように、血色素の吸収
の場合とは逆位相をもつた方形波が現れる。このアンバ
ランスをマイナス側のアンバランスと呼ぶ。交流増巾部
２６は、ホトトランジスタの出力信号に現れたアンバラ
ンス成分を高利得増巾する回路であつて、帯域巾は広帯
域のものが好ましく、実施例ではＤＣから５００Ｋ１１
ｚの帯域巾のものを使用した。

位相検波部２８は、方形波発振部の基準方形波囚の位相
を基準として交流増巾部２６の出力信号（ト）を位相検
波する。

この位相検波出力は、第３図（Ｇ）に示すように直流信
号に平滑されて指示部２９に送られる。指示部２９は例
えばマイクロアンメータより成つており、態様（１）に
おいては指針は零を指示し、態様（）においてはプラス
側に振れ、態様（）においてはマイナス側に振れる。漏
血レベル設定部３０は、例えば演算増巾器より成る電圧
比較回路を内容としており、位相検波部出力が設定基準
値をこえるとき出力（有）がＨ（４）レベルになる。

従つて信号（有）は、第３図に示すように、態様（１）
及び態樵ｌ）においてはＬ（ｔ）レベル、血色素が検出
された態様（）のときのみＨレベルとなる。警報部３１
はマルチバイブレータ等の警報音声信号発生回路とブザ
ー等の発音器を有して警報音１を発し、また、警報ラン
プを点灯させる。なお、漏血レベル設定或いは警報設定
にメータリレーを用いても良い。第４図及び第５図に、
測定セルの改良された形状を示す。

本発明装置は、流れてゆく気泡をよく識別することがで
きるが、気泡がセルの壁面に付着するど透過光量が低下
し感度低下を招くので好ましくない。この改良発明は、
いくつかの気泡が測定セル内に流入したとき、発光透過
位置４１又は５１の手前でこれら気泡の侵入を抑え、さ
らに気泡がオーバーフロした場合にも発光透過位置の流
速が速いため光路内で停溜することなく通過してしまう
測定セルの形状を提供する。その特徴とするところは、
検体流入口４２又は５２から発光透過位置４１又は５１
に至る間に、測定セルの断面積が上流から下流に向つて
１７ｔ，乃至１／３程度に減少する段部４３又は５３が
形成されていることにある。

このような段部を設けることにより、検体の流速は段部
よりも上流の太径部分では比較的低速度であり、段部よ
りも下流の細径部分では比較的高速度となるから、気泡
がセル内壁に付着する場合は必ず太径部分に付着し、そ
れが一旦遊離するときは一気に発光透過位置４１又は５
１を通り抜けてしまうので細径部分に再付着することが
ない。以上の説明から明らかなように、本発明の第１の
特徴は、交互に発光駆動される長波長側発光素子と短波
長側発光素子と、それら２種の発光素子による発光の測
定セル透過光を受光する光感知素子とを設け、正常時に
おける光感知信号の２種の発光素子に係るものが同じレ
ベルになるよう発光側において調整され、受光側におい
ては単に交流信号の大きさとその位相のみに着目すれば
、血液又は気泡のいずれかの有無およびその量を検知す
ることができるよう構成されていることである。

本発明の第２の特徴は、２種の発光素子の強度のバラン
スを安定化するため、特に、前段にスイツチング回路、
その後段に定電圧１Ｃを配した回路構成を用い、一般の
定電圧電源の出力からまず方形波信号をつくりその後に
この方形波を定電圧化し、定電圧１Ｃの出力に直接発光
ダイオードを接続したことにある。本発明の第３の特徴
は、上記バランスを積極的に破つて所定のアンバランス
状態を作り出すことにより感度チエツクを行う回路を設
けたことにある。

本発明の第４の特徴は、測定セルの発光透過位置に気泡
が付着するのを防止する測定セルの形状にある。本発明
の実施例を用いて、３０１の検液中に血液、気泡をそれ
ぞれ添加した場合の実験結果を第１表に示す。

この表から明らかなように、約０．０１５％の血液の存
在に対しても、メータは約１０μＡの振れを指示し、ま
た気泡に対しては負の振れを示した。

なおこの実験を行つた条件下でのメータ針のゆらぎは４
８時間にわたつて殆んど認められず種々な妨害物による
影響が極めて少なく、血液の検出限界を０．００１％以
下にすることが出来た。なお、プリント基板上の発振部
、増巾部、スイツチング回路、定電流回路等を構成して
いる回路素子の温度によるドリフトは、室温２５℃より
約４０℃まで温度を急変させた場合に約５０〜７０？の
指針のドリフトが生じたが、本発明による定電圧駆動方
式の場合には約３％以下の温度ドリフトしか生じなかつ
た。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明実施例を示すもので、光学装置の縦断面
図と電子回路部のプロツク線図を示す。 第２図は本発明実施例の電子回路部の構成を示すプロツ
ク線図及び回路図である。第３図は、第２図の作用を説
明するタイムチヤートである。第４図及び第５図は第１
図の測定セル１の改良実施例を示す図である。１・・・
・・・測定セル、７・・・・・・発光素子、８・・・・
・・光感知素子、９・・・・・・サーミスタ、１４・・
・・・・発光駆動手段、１５・・・・・・光感知信号検
波手段、１６・・・・・・出力装置、２２・・・・・・
発光駆動部、２３・・・・・・温度補償部、２４・・・
・・・バランス調整部、２５・・・・・・感度校正部、
３３，３４・・・・・・定電圧１Ｃ１４３，５３・・・
・・・段部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 入口から出口へ向けて連続的に検体が流れる測定セ
   ルと、その測定セルを照射する位置に互に隣接して並設
   され５２０ｎｍ〜６００ｎｍの範囲内に波長特性のピー
   ク値をもつ第１の発光素子とその第１の発光素子よりも
   長波長側にピーク値をもつ第２の発光素子から成る発光
   装置と、基準信号に従い交互に開閉制御される第１及び
   第２のスイッチング素子と、これら第１及び第２のスイ
   ッチング素子の開閉に従い１個の電源により上記第１及
   び第２の発光素子を交互に発光該動する発光駆動回路と
   、上記第１及び第２の発光素子の出力の比率を手動によ
   り調整する調整手段と、上記第１及び第２の発光素子と
   対向して配設され上記第１及び第２の発光素子の上記測
   定セル透過光を受光する受光素子と、上記第１の発光素
   子による上記受光素子の出力と上記第２の発光素子によ
   る上記受光素子の出力が平衡している状態に対し、上記
   第１の発光素子による上記受光素子の出力の減少に応じ
   た検出信号を発する検出手段と、感度チェックを指示す
   る押ボタンスイッチと、そのスイッチの動作により上記
   第１の発光素子の発光強度を減少させ或いは上記第２の
   発光素子の発光強度を増大させて上記平衡している状態
   を破る手段とを有し、上記押ボタンスイッチが押された
   とき所定の漏血量に相当する漏血検出信号が現れるよう
   にした漏血検知装置。 ２ 入口から出口へ向けて連続的に検体が流れる測定セ
   ルと、その測定セルを照射する位置に互に隣接して並設
   され５２０ｎｍ〜６００ｎｍの範囲内に波長特性のピー
   ク値をもつ第１の発光素子とその第１の発光素子よりも
   長波長側にピーク値をもつ第２の発光素子から成る発光
   装置と、基準信号に従い交互に開閉制御される第１及び
   第２のスイッチング素子と、これら第１及び第２のスイ
   ッチング素子の開閉に従い１個の電源により上記第１及
   び第２の発光素子を交互に発光駆動する発光駆動回路と
   、上記第１及び第２の発光素子の出力の比率を手動によ
   り調整する調整手段と、上記第１及び第２の発光素子と
   対向して配設され上記第１及び第２の発光素子の上記測
   定セル透過光を受光する受光素子と、上記第１の発光素
   子による上記受光素子の出力と上記第２の発光素子によ
   る上記受光素子の出力が平衡している状態に対し、上記
   第１の発光素子による上記受光素子の出力の減少に応じ
   た検出信号を発する検出手段と、上記測定セルの検体流
   入口と発光透過位置の間に形成された測定セルの断面積
   が上流から下流に向つて減少する段部とを有し、上記測
   定セル内の検体中に血液が含まれているとき上記検出信
   号が発せられるよう構成された漏血検知装置。