JPWO2009069417A1 - 血液流動性計測システム及び血液流動性計測方法 - Google Patents

血液流動性計測システム及び血液流動性計測方法 Download PDF

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Abstract

短時間で血液の流動性を計測することを課題とする。そのためには、血液を流路へ流して当該血液の流動性を計測する血液流動性計測システム１であって、流路での血液の流れを撮影するＴＶカメラ６と、ＴＶカメラ６によって得られた画像から、流路における血流状態を、血液の流動性として検出する画像処理部７とを備える構成とする。

Description

本発明は、血液流動性計測システム、及び血液流動性計測方法に関する。
近年、健康に対する関心の高まりとともに、健康のバロメータとして血液の流動性が注目されるようになっている。この流動性はサラサラ度などとも称され、流動性が高くサラサラであるほど健康であることを意味する。
この血液の流動性を調べる方法としては、例えば特許文献１に記載のように、微細な溝を有するフィルタに血液を通過させ、このときの通過に要する時間を計測する方法が知られている。更に、特許文献１に記載の方法では、フィルタの基板に透明ガラスを使用してカメラでフィルタ通過時の血球を観察することにより、血液の流動性を視覚的に捉えることも可能となっている。
特許第２６８５５４４号公報
しかしながら、特許文献１に記載の方法では、所定量の血液がフィルタを通過しきるまでの時間を計測する必要があり、この計測には時間を要していた。
本発明は、上記事情を鑑みてなされたもので、短時間で血液の流動性を計測することのできる血液流動性計測システム及び血液流動性計測方法の提供を課題とする。
前記の課題を解決するために、請求の範囲第１項に記載の発明は、
血液を流路へ流して当該血液の流動性を計測する血液流動性計測システムであって、
前記流路での血液の流れを撮影する撮影手段と、
前記撮影手段によって得られた画像から、前記流路における血流状態を、血液の流動性として検出する血流状態検出手段とを備えることを特徴とする。
請求の範囲第２項に記載の発明は、請求の範囲第１項に記載の血液流動性計測システムであって、
前記流路は、
血球径より狭い幅に形成された複数のゲートを有しており、
前記撮影手段は、
少なくとも１つの前記ゲートの出口領域での血液の流れを撮影し、
前記血流状態検出手段は、
前記出口領域における血流状態を、血液の流動性として検出することを特徴とする。
請求の範囲第３項に記載の発明は、請求の範囲第２項に記載の血液流動性計測システムであって、
前記血流状態検出手段は、前記出口領域における血液中の血球の動きを検出して、当該血球の速度ベクトルを、前記血流状態として求めるものであることを特徴とする。
請求の範囲第４項に記載の発明は、請求の範囲第２項に記載の血液流動性計測システムであって、
前記血流状態検出手段は、前記出口領域のうち血球を含む部分と含まない部分との境界線を直線として検出して、当該直線が前記ゲートの中心線となす角度を、前記血流状態として求めるものであることを特徴とする。
請求の範囲第５項に記載の発明は、請求の範囲第２項に記載の血液流動性計測システムであって、
前記血流状態検出手段は、前記出口領域のうち血球を含む部分と含まない部分との両範囲をそれぞれの色の違いにより認識して、当該両範囲の面積比を、前記血流状態として求めるものであることを特徴とする。
請求の範囲第６項に記載の発明は、請求の範囲第３項〜第５項のいずれか一項に記載の血液流動性計測システムであって、
前記血流状態を、所定量の血液が前記ゲートを通過するのに要する時間，血球の変形能，又は血液の粘度に換算する換算手段を備えることを特徴とする。
請求の範囲第７項に記載の発明は、請求の範囲第１項に記載の血液流動性計測システムであって、
前記流路は、
内部の血液に作用するストレスの変化領域を有しており、
前記撮影手段は、
血流方向における前記変化領域前後での血液の流れを撮影することを特徴とする。
請求の範囲第８項に記載の発明は、請求の範囲第７項に記載の血液流動性計測システムであって、
前記流路は、
内径が血球径より狭い小径流路と、
血流方向における前記小径流路の前後に配設され、当該小径流路よりも断面積の大きい大径流路とを有し、
前記変化領域は、前記小径流路と前記大径流路との接続部であることを特徴とする。
請求の範囲第９項に記載の発明は、請求の範囲第７項または第８項に記載の血液流動性計測システムであって、
前記血流状態検出手段は、前記変化領域前後における血液の速度、血流の向き及び血球の凝集度合いの少なくとも１つを、前記血流状態として求めるものであることを特徴とする。
請求の範囲第１０項に記載の発明は、請求の範囲第７項〜第９項のいずれか一項に記載の血液流動性計測システムであって、
前記流路は、
表面に微細な溝を有する第１の基板と、
前記第１の基板の表面に当接する平面部を有する第２の基板とを接合することによって、前記溝及び前記平面部で形成される空間であることを特徴とする。
請求の範囲第１１項に記載の発明は、請求の範囲第７項〜第９項のいずれか一項に記載の血液流動性計測システムであって、
前記流路は、
一端部に流入口を有し、他端部に流出口を有する窪みを複数個並列配置し、且つこの窪み相互を区画する壁部に、前記流入口と流出口とを結ぶ直線に対しほぼ直交する方向において、窪み相互を連通する微細な溝を有してなる第１の基板と、
前記第１の基板の表面に当接する平面部を有する第２の基板とを接合または圧着することによって、前記窪み及び溝と、前記平面部とで形成される空間であることを特徴とする。
請求の範囲第１２項に記載の発明は、血液流動性計測方法であって、
請求の範囲第１項〜第１１項のいずれか一項に記載の血液流動性計測システムを用いて血液の流動性を計測することを特徴とする。
請求の範囲第１項に記載の発明によれば、流路での血液の流れを撮影する撮影手段と、撮影手段によって得られた画像から前記流路における血流状態を血液の流動性として検出する血流状態検出手段とを備えるので、撮影手段で画像が撮影されるタイミングであれば、随時血液の流動性を検出することができる。したがって、所定量の血液がフィルタを通過しきるまでの時間を計測していた従来の場合と比較して、短時間で血液の流動性を計測することができる。
請求の範囲第２項に記載の発明によれば、ゲートの出口領域での血液の流れを撮影する撮影手段と、撮影手段によって得られた画像から出口領域における血流状態を血液の流動性として検出する血流状態検出手段とを備えているので、撮影手段で画像が撮影されるタイミングであれば、随時血液の流動性を検出することができる。したがって、所定量の血液がフィルタを通過しきるまでの時間を計測していた従来の場合と比較して、短時間で血液の流動性を計測することができる。
請求の範囲第６項に記載の発明によれば、前記血流状態を、所定量の血液がゲートを通過するのに要する時間，血球の変形能，又は血液の粘度に換算する換算手段を備えているので、上記の速度ベクトル，角度，面積比といった血流状態を、ゲート通過に要する時間，血球の変形能，又は血液の粘度といった血液の流動性を示す別の代表的なパラメータに換算することができ、より幅広い血液診断を行うことができる。
請求の範囲第７項に記載の発明によれば、流路は内部の血液に作用するストレスの変化領域を有しており、撮影手段は血流方向における変化領域前後での血液の流れを撮影するので、凝集が生じ易い位置で血流状態を検出することができる。従って、多面的に血流状態を検出することができる。
請求の範囲第８項に記載の発明によれば、流路は内径が血球径より狭い小径流路と、血流方向における小径流路の前後に配設され、当該小径流路よりも断面積の大きい大径流路とを有し、変化領域は小径流路と大径流路との接続部であるので、血管における血液のストレス変化領域を擬似的に再現し、この変化領域の前後で血流状態を検出することができる。
本実施の形態における血液流動性計測システムの概略構成図である。 本実施の形態におけるフィルタの断面図である。 （ａ）本実施の形態におけるゲートの一部分の上面図であり、（ｂ）同部分の下流側から見た側面図である。 （ａ）健全な血液を流した場合の血流動画中の一静止画であり、（ｂ）その動画中の血球の動きを速度ベクトル表示した図である。 （ａ）健全度の低い血液を流した場合の血流動画中の一静止画であり、（ｂ）その動画中の血球の動きを速度ベクトル表示した図である。 血流動画を画像処理して流動性を調べる工程のフロー図である。 速度ベクトルＶを求めた例を示す図である。 （ａ）角度θを健全な血液について求めた例を示す図であり、（ｂ）健全度の低い血液について求めた例を示す図である。 （ａ）面積比Ｒを健全な血液について求める場合の例を示す図であり、（ｂ）健全度の低い血液について求める場合の例を示す図である。 換算手段が有する換算用データの例を示す図である。 実施の形態の第二の変形例におけるマイクロチップを示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は分解側面図、（ｃ）は（ａ）の部分拡大図である。 マイクロチップの流路を説明するための図であり、上側の図は平面図、下側の図は側面図である。 算出された速度ベクトルのディスプレイでの表示例を示す図である。 血流画像を処理してゲートの各領域における凝集部分を求めた例を示す図である。
符号の説明
１，１Ａ，１Ｂ 血液流動性計測システム
６，６Ａ，１Ｂ ＴＶカメラ（撮影手段）
７ 画像処理部（血流状態検出手段）
２０Ｂ ガラス平板（第２の基板）
２１Ｂ ベース板（第１の基板）
２６Ｂ 流路
３０，２１５Ｂ ゲート
８１ 換算手段
２１０Ｂ，２１１Ｂ 窪み部
２１０Ｂａ，２１１Ｂａ 貫通口（流入口，流出口）
Ｃ 出口領域
Ｈ 変化領域
Ｒ 面積比
Ｖ 速度ベクトル
θ 角度
以下、本発明の実施の形態について、図を参照して説明する。
［実施の形態］
まず、本実施の形態における血液流動性計測システムについて、その構成の概要を説明する。
図１に、本実施の形態における血液流動性計測システム１の構成図を示す。この血液流動性計測システム１は、注入口１０から注入された血液をフィルタ（マイクロチップともいう）２に通して排出部１１に導くもので、その過程で取得した情報から血液の流動性を調べるシステムである。当該システムは、フィルタ２中の血液の流れを撮影する撮影手段としてのＴＶカメラ６と、このＴＶカメラ６で撮影された動画像から血流状態を検出する血流状態検出手段としての画像処理部７と、この血流状態を診断する診断部８とを備えている。
また、血液流動性計測システム１は、血液をそのままフィルタ２に導くだけでなく、生理食塩水や生理活性物質など、他の液体と混合してフィルタ２に導く目的で、ミクサー３を介して流路に連結された複数の溶液びん１２を備えている。フィルタ２に導かれる血液等は、差圧制御部５がポンプ４を制御してフィルタ２前後の差圧を調整することにより、所望量が流れるようになっている。ミクサー３，ポンプ４，注入口１０のバルブ，及び診断部８は、シーケンス制御部９によって統合制御されている。なお、これら血液流動性計測システム１の各部は１つの装置として一体的に設けられていても良いし、互いに接続された別個の装置として設けられていても良い。
次に、上述した血液流動性計測システム１の構成要素のうち、主要なものについての詳細を説明する。
フィルタ２は、図２の断面図に示すように、シリコン単結晶基板２１とガラス平板２２との間に微細な流路群の孔部２３を備えている。この孔部２３に血液を導き、排出するために、ベース板２４および外筒２５がある。ベース板２４には血液の導入口２６および排出口２７があり、図中の矢印の順にしたがって血液が流れる。また、孔部２３の前後での各圧力は圧力センサ２８，２９によって検出され、これによる圧力信号Ｐ１，Ｐ２が図１に示す差圧制御部５へ送られる。
フィルタ２が有する孔部２３は、図３（ａ），（ｂ）に示すように、２つの六角形の土手３１に挟まれる部分として形成されるゲート３０を多数備えている。このゲート３０は、内部領域Ａ、入口領域Ｂ、及び出口領域Ｃを形成しており、血液に作用するストレスの変化領域Ｈをこれらの遷移部分に有している。ここで、ストレスとは、血液内に生じる物理的な力をいう。また、図３（ａ）はガラス平板２２側から見た孔部２３の一部の上面図、（ｂ）は下流側から見た同部の側面図である。本図はゲート３０の２個分の範囲を拡大した図であるが、本実施の形態の孔部２３は全部で７８５４個のゲート３０を備えている。土手３１の上面は平面になっており、本図に示さないガラス平板２２と接合されている。導入口２６から導かれた血液中の成分、例えば赤血球は、ゲート３０の中を変形しながら図３（ａ）の下方向へ通過する。なお、この孔部２３は、図３（ａ），（ｂ）に示す寸法に形成されるが、特に限定されるものではない。但し、ゲート３０の幅（図中の６．４μｍ）は、変形を観察する対象、例えば赤血球の血球径（約８μｍ）よりも狭くする必要がある。
ＴＶカメラ６は、例えばデジタルＣＣＤカメラであり、血流の動画像を取り込むのに十分な解像度を有したフレームレート３０００ｆｐｓ（ｆｌａｍｅ／ｓｅｃ）の高速カメラである。このＴＶカメラ６は、フィルタ２の上部に設置され、孔部２３を通過する血液の流れをガラス平板２２側から撮影する。その撮影範囲は、図３（ａ）に示すように、少なくとも１つのゲート３０の内部領域Ａ、入口領域Ｂ、及び出口領域Ｃを含む範囲であればよく、本実施の形態においては複数のゲート３０の各領域を含む範囲となっている。但し、血液の流動性を計測するには、後述するように、少なくとも出口領域Ｃを含む範囲であればよい。入口領域Ｂ及び出口領域Ｃは、図３（ａ）に示す範囲に限定されず、後述するように、比較する血液の血流状態計測で用いられた範囲と同一であればよい。ＴＶカメラ６によって得られた血流動画は、図示しないディスプレイに表示できるようになっている。なお、このＴＶカメラ６は、静止画を撮影するものであってもよい。
画像処理部７は、ＣＰＵ等の解析手段や半導体メモリ等の記憶手段などを備え、ＴＶカメラ６と電気的に接続されている。そして、ＴＶカメラ６によって得られた血流動画を処理して、ゲート３０の出口領域Ｃにおける血流状態を血液の流動性として検出する。この画像処理部７が検出する血流状態とは、具体的には、血球の速度ベクトルＶや、血球を含む部分と含まない部分との境界線の向きを示す角度θ、これら両部分の面積比Ｒである。但し、画像処理部７は、変化領域Ｈの前後における血液の速度、血流の向き及び血球の凝集度合いの少なくとも１つの変化を、血流状態として検出することとしても良い。画像処理部７は、血液動画の鮮明度に応じて、これら血流状態の少なくとも１つを検出するようになっており、本実施の形態においては、速度ベクトルＶを検出するようになっている。検出された血流状態は、図示しないディスプレイに表示できるようになっている。
診断部８は、ＣＰＵ等の解析手段や半導体メモリ等の記憶手段などの他、画像処理部７が検出した血流状態を他の流動性パラメータに換算する換算手段８１を備えており、画像処理部７と電気的に接続されている。血流状態から換算される流動性パラメータとは、具体的には、所定量の血液がゲート３０を通過するのに要する時間、血球の変形能、及び血液の粘度である。換算手段８１は、例えば後述の図１０に示すような、血流状態から流動性パラメータへの換算用テーブルを有している。但し、図１０は、角度θから、ゲート３０を通過する時間への換算を行うためのテーブルである。診断部８は、血流状態を流動性パラメータのいずれかに換算するとともに、この血流状態又は流動性パラメータから血液の健全度を診断する。また、診断部８は、血液の健全度を判定するのに必要なデータを備えている。流動性パラメータや診断結果は、図示しないディスプレイに表示できるようになっている。なお、診断部８は、ＰＣ等により画像処理部７と一体的に構成してもよい。また、換算手段８１が換算する流動性パラメータは、例えば、血球の性状を示す他の値や、特定の病状の定量値などとしてもよい。
続いて、本実施の形態における血液流動性計測システム１による血液の流動性計測方法について説明する。
まず、フィルタ２に血液を流して血流を撮影するまでの工程を説明する。
最初に、注入口１０に計測対象の血液を注ぐとともに、必要に応じて溶液びん１２に生理食塩水等を加える。そして、フィルタ２に差圧をかけて血液及び生理食塩水等（以下、血液と略す）をフィルタ２へ流すと同時に、ＴＶカメラ６でゲート３０を通過する血液の流れを撮影する。
このとき、例えば、フィルタ２に１０〜３０ｃｍＡｑの差圧をかけると、１００μｌの血液が流れるのに３０〜１８０ｓの時間が掛かる。したがって、図３（ａ），（ｂ）に示す断面積（６．４μｍ×４．５μｍ）を有する７８５４個のゲート３０を流れる血液の速度は２．４６〜１４．７μｍ／ｍｓ（＝１００／（６．４×４．５×７８５４）／（１８０〜３０）×１０＾６）であり、３０００ｆｐｓのＴＶカメラ６が１フレーム撮る間に血液は０．８２〜４．９μｍ（＝（２．４６〜１４．７）／３０００×１０＾３）進む。この距離はゲート３０の出口領域Ｃでの流出方向の長さ３１．５μｍより短いので、連続する複数フレームにおいて同一の血球を認識することができる。
こうして撮影した血流動画の例を図４及び図５に示す。図４は健全な血液を流した場合の例であり、図５は健全度の低い血液を流した場合の例である。また、両図における（ａ）は実際の動画中の一静止画であり、（ｂ）は後述する方法により動画中の血球の動きを速度ベクトルで表示したものである。健全な血液を流した場合、図４に示すように、ゲート３０通過後の出口領域Ｃにおいて血球は一様に直線的な流れとなっている。一方、健全度の低い血液を流した場合、図５に示すように、出口領域Ｃにおいて一部の血球に角度がついて斜めに流れるようになる。
次に、撮影された血流動画を画像処理して流動性を調べる工程を説明する。この工程は、図６に示すフローに沿って以下のように実行される。
最初に、血流動画中の各フレームを抽出し、処理するフレームを１つ設定する（Ｓ１）。そして、検査するゲート３０を同じく１つ設定する（Ｓ２）。
これに続き、ゲート３０の出口領域Ｃでの血流状態を計測する（Ｓ３）。このステップでは、ＴＶカメラ６のフレームレートにより、出口領域Ｃにおける血球の挙動が捕捉できる場合とできない場合とで、それぞれ異なる種類の血流状態を血液の流動性として計測する。
血球の挙動が捕捉できる場合、つまり本実施の形態のように、出口領域Ｃにおいて連続するフレームで同一の血球を認識できる場合には、血流状態として血球の速度ベクトルＶを求めることができる。この速度ベクトルＶを求める方法は、例えば特開２００１−２６４３１８号公報や特開２００６−２２３７６１号公報に記載のように、血球の２次元速度マップを作成する手法を用いてもよいし、他の手法によってもよい。但し、速度ベクトルを求めるには連続する少なくとも２フレームが必要となるので、別の１フレームについて同様の処理を行う後述のステップＳ５を含むサイクルによって、当該速度ベクトルが求められる。
こうして求めた速度ベクトルＶの例を図７及び表１に示す。図７及び表１は、ゲート３０の中心線上及びその左右の位置における速度と角度を求めた結果である。角度は、血流方向（図７の下方向）を０°として、図７の正面視に反時計回りを＋、時計回りを−としている。但し、これら図７及び表１は、後述する図６のステップＳ４及びＳ５を経て、全ゲート３０及び全フレームについて速度ベクトルＶを求めた例である。なお、ゲート３０の中心線上の血球はその健全度によらず直線的に流れるので、角度によって健全度を把握するには左右の位置の血球のみの計測としてもよい。また、左右の位置は、出口領域Ｃの範囲内であれば特に限定されない。
上記の速度ベクトルＶは、ＴＶカメラ６によって血流動画が少なくとも２フレーム分だけ撮影されれば、随時計測することが可能である。したがって、従来の方法のように所定量の血液がフィルタを通過する時間を計測する必要なく、短時間での計測が可能である。
上記の血流状態計測（図６のＳ３）が完了した後、同様の計測を全ゲート３０について行い（Ｓ４）、続いて、全ゲート３０についての血流状態計測を所定数のフレームについて行う（Ｓ５）。そして、求めた血流状態の統計処理を行う（Ｓ６）。これは、例えば、全ゲート３０及び所定数のフレームについての平均値やばらつき等を算出して、血流状態の代表値を求める処理である。但し、この統計処理は、血流が安定している最小限のフレームに対して行われればよく、こうすることにより、所定量の血液が流れる血流動画を全て処理する必要なく、短時間での血流状態の計測が可能となる。
次いで、統計処理された血流状態の換算処理を行う（Ｓ７）。これは、診断部８が備える換算手段８１によって実行される。換算手段８１は、血流状態として求めた速度ベクトルＶを、ゲート３０を通過する時間，血球の変形能，又は血液の粘度といった別の流動性パラメータに換算する。この換算は、換算手段８１が有する換算用データを参照して実行される。
このような換算手段８１を用いれば、血流状態としての速度ベクトルＶを、ゲート通過に要する時間，血球の変形能，又は血液の粘度といった血液の流動性を示す別の代表的なパラメータに換算することができ、より幅広い血液診断を行うことができる。
最後に、診断部８が血流状態又はこれを換算した流動性パラメータに対する診断を行う（Ｓ８）。この診断は、流動性パラメータに対して行われる場合には、診断部８が有する基準に基づいて血液の健全度が判定される。また、血流状態、つまり速度ベクトルＶに対して行われる場合には、例えば、速度ベクトルＶの角度の値が０°で健全とし、大きくなるほど健全度が低くなるとすればよい。このとき、複数の血球個々について角度を評価してもよいし、代表する１つの血球だけを評価してもよい。
以上のように、本実施の形態における血液流動性計測システム１によれば、流路（少なくとも１つのゲート３０の出口領域Ｃ）での血液の流れを撮影するＴＶカメラ６と、ＴＶカメラ６によって得られた画像から、当該流路（出口領域Ｃ）における血流状態を、血液の流動性として検出する画像処理部７とを備えているので、ＴＶカメラ６によって血流動画が少なくとも２フレーム分だけ撮影されれば、血流状態として速度ベクトルＶを随時計測することが可能である。したがって、従来の方法のように所定量の血液がフィルタを通過する時間を計測する必要なく、短時間での計測が可能である。
また、換算手段８１を備えているので、血流状態としての速度ベクトルＶを、ゲート通過に要する時間，血球の変形能，又は血液の粘度といった血液の流動性を示す別の代表的なパラメータに換算することができ、より幅広い血液診断を行うことができる。
［実施の形態の第一の変形例］
続いて、血液流動性計測システム１の第一の変形例について説明する。なお、上記実施の形態と同様の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。
血液流動性計測システム１Ａは、図１に示すように、上記実施の形態におけるＴＶカメラ６に代えて、ＴＶカメラ６Ａを備えている。ＴＶカメラ６Ａは、フレームレートが３０ｆｐｓの動画撮影用のカメラである。
この血液流動性計測システム１Ａによる血液の流動性計測方法について説明する。
まず、フィルタ２に血液を流して血流を撮影するまでの工程は、上記実施の形態と同様である。但し、本変形例においては、ゲート３０を流れる血液の速度が上記実施の形態と同じ２．４６〜１４．７μｍ／ｍｓであっても、ＴＶカメラ６Ａのフレームレートが３０ｆｐｓと小さいために、このＴＶカメラ６Ａで１フレーム撮る間に血液は８１．９〜４９１μｍ（＝（２．４６〜１４．７）／３０×１０＾３）も進んでしまう。そして、この距離が出口領域Ｃの流出方向の長さ３１．５μｍより長いために、連続するフレームで同一の血球を認識できない。
次に、撮影された血流動画を画像処理して流動性を調べる工程を説明する。この工程は、上記実施の形態と同様に、図６に示すフローに沿って以下のように実行される。
最初に、血流動画中の各フレームを抽出し、処理するフレームを１つ設定する（Ｓ１）。そして、検査するゲート３０を同じく１つ設定する（Ｓ２）。
これに続き、ゲート３０の出口領域Ｃでの血流状態を計測する（Ｓ３）。本変形例では、上述のように、出口領域Ｃにおいて連続するフレームで同一の血球を認識できない。このような場合には、出口領域Ｃのうち血球を含む部分と含まない部分との境界線の向きを示す角度θか、或いはこれら両部分の面積比Ｒを、血流状態として求めることができる。これら角度θや面積比Ｒであれば、以下に述べるように、１枚の静止画、つまり動画１フレームから求めることが可能である。
角度θは次のように求める。まず、画像の出口領域Ｃに対して、血球を含む部分と含まない部分との境界線の強調や２値化処理等を行って、この境界線の近似直線を求める。これには最小二乗法や直線ハフ法といった既知の手法を用いればよい。そして、求めた直線の傾きから、基準線であるゲート３０の中心線と当該直線とのなす角度を、求める角度θとして算出する。
こうして求めた角度θは、健全な血液であれば、図８（ａ）に示すように０に近くなり、健全度の低い血液であれば、図８（ｂ）に示すように大きくなる。
また、面積比Ｒは次のように求める。まず、画像の出口領域Ｃに対して、色の違いで２値化処理を行う。これは、主に色の濃度の違いで処理される。これにより、図９（ａ），（ｂ）に示すように、血球を含む部分を色の濃い部分（Ｄ，Ｆ）と、血球を含まない部分を色の薄い部分（Ｅ，Ｇ）として、それぞれ識別することができる。ここで、図９（ａ）は健全な血液を流した場合、図９（ｂ）は健全度の低い血液を流した場合の例である。そして、血球を含む部分の面積が全体の面積に占める割合を、求める面積比Ｒとして算出する。つまり、図９（ａ）では、Ｒ＝Ｄ／（Ｅ１＋Ｄ＋Ｅ２）となり、図９（ｂ）では、Ｒ＝Ｆ／（Ｇ１＋Ｆ＋Ｇ２）となる。なお、図９に示すように、色を識別する範囲は図３の出口領域Ｃと厳密に一致する必要はなく、後述するように、比較対照の血液と同一の範囲で比べることができればよい。但し、流出方向に長い範囲とした方が、血液の健全度によって面積比Ｒの値に差が出やすく、好ましい。
また、上述の面積比Ｒに代えて、代表長さＬを血流状態として求めてもよい。この代表長さＬは、血球を含む部分の下辺の長さ、つまり図９（ａ），（ｂ）に示すＬ１，Ｌ３を、そのまま用いればよい。更に、この代表長さＬに代えて、血球を含む部分の上辺と下辺との比、つまり図９（ａ），（ｂ）でのＬ１／Ｌ２，Ｌ３／Ｌ４を、血流状態として求めてもよい。
上記の角度θ，面積比Ｒは、ＴＶカメラ６によって血流動画が１フレームでも撮影されれば、随時計測することが可能である。したがって、従来の方法のように所定量の血液がフィルタを通過する時間を計測する必要なく、短時間での計測が可能である。
上記の血流状態計測（図６のＳ３）が完了した後、全ゲート３０についての同様の計測から統計処理まで（Ｓ４〜Ｓ６）を上記実施の形態と同様に行う。
次いで、統計処理された血流状態の換算処理を行う（Ｓ７）。これは、診断部８が備える換算手段８１によって実行される。換算手段８１は、血流状態として求められた角度θと面積比Ｒとの少なくとも１つを、ゲート３０を通過する時間，血球の変形能，又は血液の粘度といった別の流動性パラメータに換算する。この換算は、換算手段８１が有する、例えば図１０に示すような換算用テーブルを参照して実行される。図１０は、角度θから、ゲート３０を通過する時間への換算を行うためのテーブルである。
このような換算手段８１を用いれば、血流状態としての角度θ及び面積比Ｒを、ゲート通過に要する時間，血球の変形能，又は血液の粘度といった血液の流動性を示す別の代表的なパラメータに換算することができ、より幅広い血液診断を行うことができる。
最後に、診断部８が血流状態又はこれを換算した流動性パラメータに対する診断を行う（Ｓ８）。この診断は、流動性パラメータに対して行われる場合には、診断部８が有する基準に基づいて血液の健全度が判定される。また、血流状態に対しては次のように行われる。角度θについては、例えば、その値が０°で健全とし、大きくなるほど健全度が低くなるとすればよい。面積比Ｒについては、単純に小さいほど健全度が低いとしてもよいし、健全な血液と検査対象の血液とのそれぞれの面積比Ｒの比率を用いて判定してもよい。但し、健全な血液との比率を用いる場合には、両者の計測において出口領域Ｃを同一の範囲とする必要がある。なお、代表長さＬについても、面積比Ｒと同様に判定することができる。
以上のように、血液流動性計測システム１Ａによれば、ＴＶカメラ６Ａによって血流動画が１フレームでも撮影されれば、血流状態として角度θ及び面積比Ｒを随時計測することが可能である。したがって、従来の方法のように所定量の血液がフィルタを通過する時間を計測する必要なく、短時間での計測が可能である。
また、換算手段８１を備えているので、血流状態としての角度θ及び面積比Ｒを、ゲート通過に要する時間，血球の変形能，又は血液の粘度といった血液の流動性を示す別の代表的なパラメータに換算することができ、より幅広い血液診断を行うことができる。
［実施の形態の第二の変形例］
続いて、血液流動性計測システム１の第二の変形例としての血液流動性計測システム１Ｂについて説明する。なお、上記実施の形態と同様の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。
血液流動性計測システム１Ｂは、図１に示すように、上記実施の形態におけるフィルタ２に代えてマイクロチップ２Ｂを、ＴＶカメラ６に代えてＴＶカメラ６Ｂを備えている。
マイクロチップ２Ｂは、図１１に示すように、矩形状のガラス平板２０Ｂ及びベース板２１Ｂを重ね合わせて形成されている。
ガラス平板２０Ｂは、平板状に形成されており、ベース板２１Ｂの内側面（図１１（ｂ）では上側の面）を覆っている。
ベース板２１Ｂは、両端部に窪み部２１０Ｂ，２１１Ｂを、これら窪み部２１０Ｂ，２１１Ｂの間に複数の溝部２１２Ｂ，…を有している。
このうち、窪み部２１０Ｂは、注入口１０と連通する貫通口２１０Ｂａを底面に有しており、血液を貯留する上流側貯留部２２Ｂをガラス平板２０Ｂとの間に形成している。
同様に、窪み部２１１Ｂは、排出部１１と連通する貫通口２１１Ｂａを底面に有しており、血液を貯留する下流側貯留部２３Ｂをガラス平板２０Ｂとの間に形成している。
また、複数の溝部２１２Ｂ，…は、窪み部２１０Ｂと窪み部２１１Ｂとを結ぶ方向（図中のＸ方向）に対して平行に延在するよう配設され、上述のＸ方向に延在するテラス部２１３Ｂによって仕切られた状態となっている。これら複数の溝部２１２Ｂ，…は、互い違いに窪み部２１０Ｂ、または窪み部２１１Ｂに連通しており、これにより、上流側貯留部２２Ｂから血液を流入させる上流側血液回路２４Ｂと、下流側貯留部２３Ｂに血液を流入させる下流側血液回路２５Ｂとを、ガラス平板２０Ｂとの間に形成している。
テラス部２１３Ｂの上端部には、図１１（ｃ）や図１２に示すように、六角形状の土手部２１４ＢがＸ方向に複数配列されており、頂面でガラス平板２０Ｂに当接している。これら複数の土手部２１４Ｂは互いとの間にゲート２１５Ｂを形成しており、このゲート２１５Ｂは、図中のＹ方向に血液を流す微細な流路２６Ｂをガラス平板２０Ｂとの間に形成している。つまり、この流路２６Ｂは、表面に微細な溝としてのゲート２１５Ｂを有するベース板２１Ｂと、このベース板２１Ｂの表面に当接する平面部を有するガラス平板２０Ｂとを接合することによって、これらゲート２１５Ｂ及び平面部で形成される空間となっている。但し、この流路２６Ｂは、一端部に血液の流入口としての貫通口２１０Ｂａを有し、他端部に流出口としての貫通口２１１Ｂａを有する窪み部２１０Ｂ，２１１Ｂを２個並列配置し、且つこれらの窪み部２１０Ｂ，２１１Ｂ相互を区画する壁部に、Ｙ方向において窪み部２１０Ｂ，２１１Ｂ相互を連通する微細な溝としてのゲート２１５Ｂとを有してなるベース板２１Ｂと、このベース板２１Ｂの表面に当接する平面部を有するガラス平板２０Ｂとを接合または圧着することによって、窪み部２１０Ｂ，２１１Ｂ及びゲート２１５Ｂと、平面部とで形成される空間全体としても良い。なお、特に限定はされないが、流路２６Ｂは、上流側血液回路２４や下流側血液回路２５よりも断面積が狭くなっている。
また、流路２６Ｂは、内径が血球径より狭いゲート２１５Ｂの内部領域Ａと、Ｙ方向における内部領域Ａの前後に配設され、当該内部領域Ａよりも断面積の大きいゲート２１５Ｂ上下流の入口領域Ｂ及び出口領域Ｃとを有している。そして、内部領域Ａと入口領域Ｂとの接続部、及び内部領域Ａと出口領域Ｃとの接続部は、流路２６Ｂ内部の血液に作用するストレスの変化領域Ｈである。つまり、ストレスの変化は、血球が変形しないと通過できないゲート２１５Ｂの内部領域Ａの存在によって生じると考えられる。なお、ゲート２１５Ｂの内径は、１〜１０μｍ程度が好ましく、５〜１０μｍ程度が更に好ましい。
このようなマイクロチップ２Ｂにおいては、注入口１０から導入された血液は上流側貯留部２２Ｂで貯留され、上流側血液回路２４Ｂから流路２６Ｂ、下流側血液回路２５Ｂを通過した後、下流側貯留部２３Ｂに貯留されて排出部１１から排出されることとなる。そして、より詳細には、図１２に示すように、流路２６Ｂを流れる血液中の血球、例えば赤血球は、まずゲート２１５Ｂ上流の入口領域Ｂを通った後、ゲート２１５Ｂの内部領域Ａを変形しながら通過し、最後にゲート２１５Ｂ下流の出口領域Ｃを通過することとなる。なお、このようなマイクロチップ２Ｂとしては、例えば特開２００５−２６５６３４号公報や特許２５３２７０７号公報、特許２６８５５４４号公報に開示のものを用いることができる。
ＴＶカメラ６Ｂは、撮影範囲がゲート２１５Ｂの内部領域Ａ、入口領域Ｂ、及び出口領域Ｃを含む範囲となっている。但し、ＴＶカメラ６Ｂは、Ｙ方向における変化領域Ｈ前後での血液の流れを撮影できればよく、つまり、その撮影範囲が、少なくとも内部領域Ａと入口領域Ｂとの接続部、又は内部領域Ａと出口領域Ｃとの接続部を含む範囲であればよい。このＴＶカメラ６Ｂは、その他の点においては、上記実施の形態におけるＴＶカメラ６と同様に構成されているが、上記実施の形態の第一の変形例と同様に低フレームレートであってもよい。
続いて、血液流動性計測システム１Ｂによって計測された血液の流動性を例示する。なお、流動性の計測方法は上記実施の形態又はその第一の変形例と同様に行われる。
図１３及び表２〜４に、血液の流動性として速度ベクトルＶを求めた例を示す。図１３は算出された速度ベクトルＶのディスプレイでの表示例、表２は各ゲート２１５Ｂにおける各領域Ａ〜Ｃでの血液の速度、表３及び表４は入口領域Ｂ及び出口領域Ｃにおける各ゲート２１５Ｂでの血流の向き（角度）をそれぞれ示している。また、表３，４の角度は、表１の角度と同様の要領で示している。図１３に示すように、速度の変化（図中の濃淡の変化）は、各領域Ａ〜Ｃの接続部、つまりストレスの変化領域Ｈ近傍で大きくなっていることが分かる。
また、図１４及び表５に、血液の流動性として血球の凝集度合いを求めた例を示す。図１４は、血流画像を処理してゲート２１５Ｂの領域Ａ〜Ｃにおける凝集部分を求めた例であり、図中の黒塗り部分が画像処理の対象部、黒塗り部分内の白抜きが凝集部分を示している。表５は、図１４の画像処理結果から、各ゲート２１５Ｂにおける各領域Ａ〜Ｃでの凝集度合いとして凝集の面積率を算出した例である。図１４に示すように、凝集は、各領域Ａ〜Ｃの接続部、つまりストレスの変化領域Ｈ近傍で生じ易くなっている。
以上のように、血液流動性計測システム１Ｂによれば、上記実施の形態及びその第一の変形例と同様の効果が得られるのは勿論のこと、流路２６Ｂは内部の血液に作用するストレスの変化領域Ｈを有しており、ＴＶカメラ６ＢはＹ方向における変化領域Ｈ前後での血液の流れを撮影するので、凝集が生じ易い位置で血流状態を検出することができる。従って、多面的に血流状態を検出することができる。
また、流路２６Ｂは内径が血球径より狭いゲート２１５Ｂの内部領域Ａと、Ｙ方向における内部領域Ａの前後に配設され、当該内部領域Ａよりも断面積の大きい入口領域Ｂ及び出口領域Ｃとを有し、変化領域Ｈは内部領域Ａと入口領域Ｂ及び出口領域Ｃとの接続部であるので、血管における血液のストレス変化領域を擬似的に再現し、この変化領域の前後で血流状態を検出することができる。
なお、上記実施の形態の第二の変形例においては、内部領域Ａと入口領域Ｂとの接続部及び内部領域Ａと出口領域Ｃとの接続部をストレスの変化領域Ｈとしているが、流路２６Ｂと、上流側血液回路２４又は下流側血液回路２５との接続部を当該変化領域Ｈとしてもよい。
また、その他の点においても、本発明は、上記実施の形態及びその変形例に限定されるものではなく、適宜変更可能であるのは勿論である。

Claims (12)

  1. 血液を流路へ流して当該血液の流動性を計測する血液流動性計測システムであって、
    前記流路での血液の流れを撮影する撮影手段と、
    前記撮影手段によって得られた画像から、前記流路における血流状態を、血液の流動性として検出する血流状態検出手段とを備えることを特徴とする血液流動性計測システム。
  2. 前記流路は、
    血球径より狭い幅に形成された複数のゲートを有しており、
    前記撮影手段は、
    少なくとも１つの前記ゲートの出口領域での血液の流れを撮影し、
    前記血流状態検出手段は、
    前記出口領域における血流状態を、血液の流動性として検出することを特徴とする請求の範囲第１項に記載の血液流動性計測システム。
  3. 前記血流状態検出手段は、前記出口領域における血液中の血球の動きを検出して、当該血球の速度ベクトルを、前記血流状態として求めるものであることを特徴とする請求の範囲第２項に記載の血液流動性計測システム。
  4. 前記血流状態検出手段は、前記出口領域のうち血球を含む部分と含まない部分との境界線を直線として検出して、当該直線が前記ゲートの中心線となす角度を、前記血流状態として求めるものであることを特徴とする請求の範囲第２項に記載の血液流動性計測システム。
  5. 前記血流状態検出手段は、前記出口領域のうち血球を含む部分と含まない部分との両範囲をそれぞれの色の違いにより認識して、当該両範囲の面積比を、前記血流状態として求めるものであることを特徴とする請求の範囲第２項に記載の血液流動性計測システム。
  6. 前記血流状態を、所定量の血液が前記ゲートを通過するのに要する時間，血球の変形能，又は血液の粘度に換算する換算手段を備えることを特徴とする請求の範囲第３項〜第５項のいずれか一項に記載の血液流動性計測システム。
  7. 前記流路は、
    内部の血液に作用するストレスの変化領域を有しており、
    前記撮影手段は、
    血流方向における前記変化領域前後での血液の流れを撮影することを特徴とする請求の範囲第１項に記載の血液流動性計測システム。
  8. 前記流路は、
    内径が血球径より狭い小径流路と、
    血流方向における前記小径流路の前後に配設され、当該小径流路よりも断面積の大きい大径流路とを有し、
    前記変化領域は、前記小径流路と前記大径流路との接続部であることを特徴とする請求の範囲第７項に記載の血液流動性計測システム。
  9. 前記血流状態検出手段は、前記変化領域前後における血液の速度、血流の向き及び血球の凝集度合いの少なくとも１つを、前記血流状態として求めるものであることを特徴とする請求の範囲第７項または第８項に記載の血液流動性計測システム。
  10. 前記流路は、
    表面に微細な溝を有する第１の基板と、
    前記第１の基板の表面に当接する平面部を有する第２の基板とを接合することによって、前記溝及び前記平面部で形成される空間であることを特徴とする請求の範囲第７項〜第９項のいずれか一項に記載の血液流動性計測システム。
  11. 前記流路は、
    一端部に流入口を有し、他端部に流出口を有する窪みを複数個並列配置し、且つこの窪み相互を区画する壁部に、前記流入口と流出口とを結ぶ直線に対しほぼ直交する方向において、窪み相互を連通する微細な溝を有してなる第１の基板と、
    前記第１の基板の表面に当接する平面部を有する第２の基板とを接合または圧着することによって、前記窪み及び溝と、前記平面部とで形成される空間であることを特徴とする請求の範囲第７項〜第９項のいずれか一項に記載の血液流動性計測システム。
  12. 請求の範囲第１項〜第１１項のいずれか一項に記載の血液流動性計測システムを用いて血液の流動性を計測することを特徴とする血液流動性計測方法。
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