JPWO2018078727A1

JPWO2018078727A1 - 流体測定装置

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Publication number: JPWO2018078727A1
Application number: JP2018546975A
Authority: JP
Inventors: 立石　潔; 潔立石; 渉小野寺; 村上　智也; 智也村上; 麻華里縣; 玄紀安達
Original assignee: Nikkiso Co Ltd; Pioneer Corp
Current assignee: Nikkiso Co Ltd; Pioneer Corp
Priority date: 2016-10-25
Filing date: 2016-10-25
Publication date: 2019-09-05
Anticipated expiration: 2036-10-25
Also published as: CN109863390B; US11333602B2; JP6739541B2; EP3534150A4; EP3534150B1; US20200056990A1; WO2018078727A1; EP3534150A1; CN109863390A

Abstract

流体測定装置は、流体（２００）に光を照射する照射部（１２０）と、流体によって散乱された光を受光する受光部（１３１，１３２）と、受光部の受光信号に基づいて、流体の逆流を検出する検出部（３１０）と、検出部の検出結果と受光部の受光信号とに基づいて、流体の濃度を示す推定濃度情報を算出する算出部（３２０，３３０）とを備える。これにより、流体に一時的な逆流が発生した場合でも、流体濃度を正確に測定することが可能である。

Description

本発明は、光を照射して流体に関する情報を測定する流体測定装置の技術分野に関する。

この種の装置として、流体に光を照射すると共に散乱光を受光して、流体の濃度や流量及び流速等を測定するものが知られている。例えば特許文献１では、人工透析装置を流れる血液に光を照射して、血液の濃度（ヘマトクリット値）や血流量を測定する技術が開示されている。

特許第５５８６４７６号公報

人工透析装置において、患者から採取された血液はポンプの力でチューブ内を流れる。しかしながら、ポンプの特性上、チューブ内において血液が一時的に逆流してしまうことがあり、その結果、光を利用した測定が正確に行えなくなるおそれがある。

上述した特許文献１では、血液の逆流に関して何ら記載されていない。このため、仮に血液の逆流が生じた場合、血液の濃度や血流量を正確に測定できないという技術的問題点が生ずる。

本発明が解決しようとする課題には上記のようなものが一例として挙げられる。本発明は、流体に関する情報を正確に測定可能な流体測定装置を提供することを課題とする。

上記課題を解決するための第１の流体測定装置は、流体に光を照射する照射部と、前記流体によって散乱された光を受光する受光部と、前記受光部の受光信号に基づいて、前記流体の逆流を検出する検出部と、前記検出部の検出結果と前記受光部の受光信号とに基づいて、前記流体の濃度を示す推定濃度情報を算出する算出部とを備える。

上記課題を解決するための第２の流体測定装置は、流体に光を照射する照射部と、前記流体によって散乱された光を受光する受光部と、前記受光部の受光信号が示す受光強度の変化量が所定値以上であることを検出する検出部と、前記検出部の検出結果と前記受光部の受光信号とに基づいて、前記流体の濃度を示す推定濃度情報を算出する算出部とを備える。

第１実施例に係る流体測定装置の全体構成を示す概略構成図である。第１受光素子及び第１Ｉ−Ｖ変換器の構成を示す回路図である。第１実施例に係る逆流補正濃度推定部の構成を示すブロック図である。逆流検出部の構成を示すブロック図である。補正処理部の構成を示すブロック図である。光量に関する各信号の時間的な変動の一例を示すグラフである。流体濃度と透過光量との関係を示すグラフである。濃度変換部の構成を示すブロック図である。比較例に係る濃度の推定誤差を示すグラフである。第１実施例に係る濃度の推定誤差を示すグラフである。第２実施例に係る逆流補正濃度推定部の構成を示すブロック図である。第３実施例に係る逆流補正濃度推定部の構成を示すブロック図である。

＜１＞
本実施形態に係る第１の流体測定装置は、流体に光を照射する照射部と、前記流体によって散乱された光を受光する受光部と、前記受光部の受光信号に基づいて、前記流体の逆流を検出する検出部と、前記検出部の検出結果と前記受光部の受光信号とに基づいて、前記流体の濃度を示す推定濃度情報を算出する算出部とを備える。

本実施形態に係る第１の流体測定装置の動作時には、照射部から流体に向けて光が照射される。なお、照射される光は、例えばレーザ光であり、ファブリペロー型（ＦＰ）レーザ光源や分布帰還型（ＤＦＢ）レーザ光源を用いて照射される。また、流体の具体例としては血液等が挙げられるが、照射部からの光を照射可能な状態で流れているものであれば測定対象となり得る。

照射部から照射された光は、流体において散乱（透過又は反射）された後に、受光部において受光される。受光部は、例えばフォトダイオードとして構成されており、光の強度を検出して、受光信号（即ち、受光した光の強度を示す信号）を出力可能に構成されている。

流体において散乱された光は、流体の状態に応じて強度が変化している。よって、受光部において受光された光の強度を利用すれば、流体に関する情報（例えば、濃度等）を測定することができる。

本実施形態では特に、検出部において流体の逆流が検出可能となっている。なお、ここでの「逆流」とは、流体が本来とは異なる方向に流れることを意味しており、一時的或いは部分的なものも含まれる。検出部は、受光部から出力される受光信号に基づいて、流体の逆流を検出する。

流体の逆流に関する検出結果は、受光部から出力される受光信号と共に、流体の濃度を示す推定濃度情報を算出するために用いられる。推定濃度情報を算出する算出部は、例えば流体に逆流が生じているか否か、及び受光信号が示す光の強度に基づいて、流体の濃度を推定する。

ここで仮に、流体の逆流に関する情報が検出されていないとすると、推定濃度情報を正確に算出することが難しくなる。本願発明者の研究するところによれば、流体に逆流が発生すると、流体からの散乱光の強度が一時的に大きく変動することが判明している。このため、受光信号のみに基づいて流体の濃度を推定しようとすると、逆流発生時に誤った濃度が推定されてしまう。

しかるに本実施形態では、上述したように、検出部の検出結果と受光部の受光信号とに基づいて推定濃度情報が算出される。即ち、流体の濃度は、逆流の発生を考慮した上で推定される。従って、本実施形態に係る流体測定装置によれば、流体の濃度を正確に推定することが可能である。

＜２＞
本実施形態に係る流体測定装置の一態様では、前記検出部は、前記受光信号が示す受光強度の変化量が所定値以上である場合に、前記流体の逆流を検出する。

この態様によれば、受光強度の変化量と所定値とを比較することにより、流体の逆流を好適に検出することが可能である。なお「所定値」は、流体が逆流した場合の受光強度の変化量に対応して設定される値であり、理論的、実験的、あるいは経験的に求められ、予め設定されている。

＜３＞
本実施形態に係る流体測定装置の他の態様では、前記算出部は、（ｉ）前記流体の逆流が検出された逆流期間以外の他の期間では、前記受光信号に基づいて前記推定濃度情報を算出し、（ｉｉ）前記逆流期間では、前記受光信号を補正した補正信号に基づいて前記推定濃度情報を算出する。

この態様によれば、逆流期間以外の他の期間では、受光信号に基づいて推定濃度情報が算出されるが、逆流期間においては、受光信号を補正した補正信号に基づいて推定濃度情報が算出される。

すでに説明したように、逆流期間においては、散乱光の強度が一時的に大きく変動するため、受光信号をそのまま利用して濃度を推定しても、正確な値とはならない可能性がある。これに対し、逆流期間において補正信号を利用するようにすれば、逆流に起因した受光強度の変動の影響を抑制し、正確な濃度を推定することが可能である。

なお、補正信号の生成方法としては、例えばローパスフィルタによるフィルタリング処理等が挙げられる。

＜４＞
本実施形態に係る流体測定装置の他の態様では、前記算出部は、前記受光信号に基づいて第１濃度情報を算出すると共に、前記第１濃度情報を補正して第２濃度情報を算出し、（ｉ）前記流体の逆流が検出された逆流期間以外の他の期間では、前記第１濃度情報を前記推定濃度情報として出力し、（ｉｉ）前記逆流期間では、前記第２濃度情報を前記推定濃度情報として出力する。

この態様によれば、まず受光信号に基づいて第１濃度情報を算出され、更にその第１濃度情報を補正することで第２濃度情報が算出される。即ち、逆流が発生しているか否かによらず、２種類の濃度情報がそれぞれ算出される。なお、第２濃度情報の算出方法としては、例えばローパスフィルタによるフィルタリング処理等が挙げられる。

第１濃度情報及び第２濃度情報が算出されると、逆流の発生が検出される。そして、逆流期間以外の他の期間では、第１濃度情報（即ち、受光信号に基づいて算出された濃度情報）が推定濃度情報として出力される。一方で、逆流期間においては、第２濃度情報（即ち、第１濃度情報を補正した濃度情報）が推定濃度情報として出力される。

このように、逆流期間において補正した第２濃度情報を出力するようにすれば、逆流に起因した受光強度の変動の影響を抑制し、正確な推定濃度情報を出力することが可能である。

＜５＞
本実施形態に係る流体測定装置の他の態様では、前記算出部は、（ｉ）前記受光信号に基づく前記第１濃度情報を、所定期間内に複数回算出し、（ｉｉ）複数回算出された前記第１濃度情報のうち、前記流体の逆流が検出された逆流期間以外の他の期間において算出された前記第１濃度情報のみの平均値を、前記所定期間の前記推定濃度情報として出力する。

この態様によれば、複数回算出された第１濃度情報のうち、逆流期間以外の他の期間において算出された値のみが、推定濃度情報の算出に用いられる。言い換えれば、逆流期間において算出された値は、推定濃度情報の算出には用いられない。

この結果、逆流に起因して誤った値として算出された第１濃度情報は、推定濃度情報に影響を与えない。よって、逆流による影響を排除して、正確な推定濃度情報を算出することが可能である。

なお、「所定期間」は、推定濃度情報を算出する周期として設定される期間であり、任意の期間として設定することができる。

＜６＞
本実施形態に係る流体測定装置の他の態様では、前記受光部は、前記流体を透過した透過光を主として受光すべく配置した第１受光素子、及び前記流体で反射された反射光を主として受光すべく配置した第２受光素子を有する。

この態様によれば、第１受光素子及び第２受光素子によって、透過光及び反射光を別々に受光することができる。よって、透過光及び反射光のそれぞれの特性を利用して、より好適に逆流を検出する、或いは推定濃度情報を算出することができる。

＜７＞
上述した受光部が第１受光素子及び第２受光素子を有する態様では、前記検出部は、前記反射光に対応する前記受光信号に基づいて、前記流体の逆流を検出してもよい。

反射光は、流体に逆流が発生すると、強度が大きく減少する性質を有している。このため、反射光の受光信号（即ち、反射光の受光強度）を利用すれば、好適に流体の逆流を検出することが可能である。

＜８＞
或いは受光部が第１受光素子及び第２受光素子を有する態様では、前記算出部は、前記検出部の検出結果と前記透過光に対応する前記受光信号とに基づいて、前記推定濃度情報を算出してもよい。

透過光の強度は、流体の濃度に応じて一対一の関係を保ちながら変動する。このため、透過光の受光信号（即ち、透過光の受光強度）を利用すれば、好適に推定濃度情報を算出することができる。

＜９＞
本実施形態に係る第２の流体測定装置は、流体に光を照射する照射部と、前記流体によって散乱された光を受光する受光部と、前記受光部の受光信号が示す受光強度の変化量が所定値以上であることを検出する検出部と、前記検出部の検出結果と前記受光部の受光信号とに基づいて、前記流体の濃度を示す推定濃度情報を算出する算出部とを備える。

本実施形態に係る第２の流体測定装置によれば、受光部の受光信号が示す受光強度の変化量が所定値以上であることが検出され、その検出結果に基づいて推定濃度情報が算出される。受光強度の変化量が所定値以上である場合、受光信号に基づいて正確な濃度を推定することが難しくなる。このため、受光強度の変化量が所定値以上であることを検出できれば、流体の濃度の推定精度が悪化してしまうことを抑制できる。

従って、本実施形態に係る第２の流体測定装置によれば、上述した第１の流体測定装置と同様に、流体の濃度を正確に推定することが可能である。なお、本実施形態に係る第２の流体測定装置においても、上述した第１の流体測定装置における各種態様と同様の各種態様を採ることが可能である。

本実施形態に係る流体測定装置の作用及び他の利得については、以下に示す実施例において、より詳細に説明する。

以下では、図面を参照して流体測定装置の実施例について詳細に説明する。

＜第１実施例＞
第１実施例に係る流体測定装置について、図１から図１０を参照して説明する。なお、以下では、流体測定装置が血流濃度を測定する装置として構成される場合を例にとり説明を進める。

＜全体構成＞
先ず、図１を参照して、本実施例に係る流体測定装置の全体構成について説明する。ここに図１は、第１実施例に係る流体測定装置の全体構成を示す概略構成図である。

図１において、本実施例に係る流体測定装置は、レーザ駆動部１１０と、半導体レーザ１２０と、第１受光素子１３１及び第２受光素子１３２と、第１Ｉ−Ｖ変換器１４１及び第２Ｉ−Ｖ変換器１４２と、第１ＬＰＦ増幅器１５１及び第２ＬＰＦ増幅器１５２と、第１Ａ／Ｄ変換器１６１及び第２Ａ／Ｄ変換器１６２と、逆流補正濃度推定部３００とを備えて構成されている。

レーザ駆動部１１０は、半導体レーザ１２０を駆動するための電流を発生する。

半導体レーザ１２０は、「照射部」の一具体例であり、レーザ駆動部１１０において発生された駆動電流に応じたレーザ光を、被測定対象２００（例えば、血流等）に対して照射する。

第１受光素子１３１及び第２受光素子１３２は、「受光部」の一具体例であり、半導体レーザ１２０から照射されたレーザ光のうち、血液２００で散乱された散乱光を受光する。第１受光素子１３１は、受光した透過光の強度に応じて検出電流を出力する。一方、第２受光素子１３２は、受光した反射光の強度に応じて検出電流を出力する。

第１Ｉ−Ｖ変換器１４１及び第２Ｉ−Ｖ変換器１４２は、第１受光素子１３１及び第２受光素子１３２から出力された検出電流をそれぞれ電圧に変換して、検出電圧を出力する。

第１ＬＰＦ増幅器１５１及び第２ＬＰＦ増幅器１５２は、第１Ｉ−Ｖ変換器１４１及び第２Ｉ−Ｖ変換器１４２から出力された検出電圧から、ノイズを含む不要な成分である高周波成分を除去すると共に増幅し、透過信号（即ち、透過光に関する情報を示す信号）及び反射信号（即ち、反射光に関する情報を示す信号）として出力する。

第１Ａ／Ｄ変換器１６１及び第２Ａ／Ｄ変換器１６２は、入力されるアナログの透過信号及び反射信号を量子化し、デジタルのデータとして出力する。第１Ａ／Ｄ変換器１６１は、透過光の光量を示す透過光量ＴＤＣを出力する。一方、第２Ａ／Ｄ変換器１６２は、反射光の光量を示す反射光量ＲＤＣを出力する
逆流補正濃度推定部３００は、反射光量ＲＤＣに基づいて被測定対象２００の逆流を検出する。また、逆流の検出結果及び透過光量ＴＤＣに基づいて、被測定対象２００の推定濃度を算出して、結果を外部装置（例えば、ディスプレイ等）に出力する。

＜各部の構成と動作＞
次に、図２から図８を参照して、流体測定装置の各部の構成及び動作について詳細に説明する。

＜受光素子及びＩ−Ｖ変換器＞
図２を参照して、受光素子及びＩ−Ｖ変換器の構成及び動作について説明する。ここに図２は、第１受光素子及び第１Ｉ−Ｖ変換器の構成を示す回路図である。

図２に示すように、被測定対象２００からの散乱光のうち、主に前方散乱光を含む透過光は、第１受光素子１３１で検出される。

第１受光素子１３１は、半導体によるフォトディテクタを含んで構成されている。フォトディテクタのアノードは基準電位となるグランド電位に接続される。一方、フォトディテクタのカソードは演算増幅器Ａｍｐの反転端子に接続される。演算増幅器Ａｍｐの非転端子は、基準電位となるグランド電位に接続される。

演算増幅器Ａｍｐの反転端子と出力端子の間には、帰還抵抗Ｒｆが接続されている。演算増幅器Ａｍｐと帰還抵抗Ｒｆにより、所謂トランスインピーダンスアンプが構成される。トランスインピーダンスアンプ（第１Ｉ−Ｖ変換器）１４１の電流電圧変換作用により、検出電流は検出電圧に変換される。

なお、具体的な図示は省略しているが、被測定対象２００からの散乱光のうち、主に後方散乱光を含む反射光は、第２受光素子１３２（図１参照）により検出される。第２受光素子１３２は、半導体によるフォトディテクタにより構成されており、第１受光素子１３１と同様に、トランスインピーダンスアンプ（第２Ｉ−Ｖ変換器）１４２が構成される。

＜逆流補正濃度推定部＞
図３を参照して、逆流補正濃度推定部の構成及び動作について説明する。ここに図３は、第１実施例に係る逆流補正濃度推定部の構成を示すブロック図である。

図３に示すように、逆流補正濃度推定部３００は、逆流検出部３１０、補正処理部３２０、及び濃度変換部３３０を備えて構成されている。なお、逆流検出部３１０は、「検出部」の一具体例であり、補正処理部３２０及び濃度変換部３３０は「算出部」の一具体例である。

逆流補正濃度推定部３００の一方の入力には、量子化されたデジタル値である透過光量ＴＤＣが入力される。逆流補正濃度推定部３００の他方の入力には、量子化されたデジタル値である反射光量ＲＤＣが入力される。

反射光量ＲＤＣは、逆流検出部３１０に入力される。逆流検出部３１０は、反射光量ＲＤＣに急激な時間変化が生じている場合に、被測定対象２００が逆流していると判定する。逆流検出部３１０からは、検出結果である逆流検出フラグＲｖｓＦが出力され、補正処理部３２０の制御入力に入力される。

補正処理部３２０には、逆流検出フラグＲｖｓＦに加えて、量子化されたデジタル値である透過光量ＴＤＣが入力される。補正処理部３２０は、逆流検出フラグＲｖｓＦに応じて透過光量ＴＤＣを補正して、補正透過光量ＴＤＣｈを濃度変換部３３０に出力する。

濃度変換部３３０は、補正透過光量ＴＤＣｈに応じて被測定対象２００の濃度を推定し、推定濃度を出力する。

＜逆流検出部＞
図４を参照して、逆流検出部の構成及び動作について説明する。ここに図４は、逆流検出部の構成を示すブロック図である。

図４に示すように、逆流検出部３１０は、ＬＰＦ（ローパスフィルタ）３１１、閾値生成部３１２及び比較部３１３を備えて構成されている。

逆流検出部３１０に入力された反射光量ＲＤＣは、ＬＰＦ３１１により平均化され、ＲＤＣＬｐが取得される。ＲＤＣＬｐは閾値生成部３１２に出力される。

閾値生成部３１２では、入力された過去の反射光量平均値ＲＤＣＬｐに所定の係数（例えば０．９）を乗算され、閾値Ｔｈｌｄが生成される。閾値Ｔｈｌｄは「所定値」の一具体例であり、反射光量ＲＤＣの急激な変化を検出するための値として生成される。

比較部３１３には、ＬＰＦ３１１を通していない反射光量ＲＤＣと、閾値Ｔｈｌｄとが入力される。比較部３１３では、反射光量ＲＤＣと閾値Ｔｈｌｄとの大小比較により、反射光量ＲＤＣの急激な低下が検出される。反射光量ＲＤＣの急激な低下が検出された場合、逆流が生じていると判定され、比較部３１３からは逆流検出フラグＲｖｓＦ＝１が出力される。一方で、反射光量ＲＤＣの急激な低下が検出されない場合（即ち、反射光量ＲＤＣの時間変化が穏やかであり変化が少ない場合）、逆流は生じていないと判定され、比較部３１３からは逆流検出フラグＲｖｓＦ＝０が出力される。

＜補正処理部＞
図５を参照して、補正処理部の構成及び動作について説明する。ここに図５は、補正処理部の構成を示すブロック図である。

図５に示すように、補正処理部３２０は、ＬＰＦ３２１、選択部３２２、及びＬＰＦ３２３を備えて構成されている。

補正処理部３２０に入力された透過光量ＴＤＣは、ＬＰＦ３２１により平均化され、ＴＤＣＬｐが取得される。平均化されていない透過光量ＴＤＣは、逆流が発生している期間において、短い周期で上下に変動し、ランダム信号が印加されたような状態として観測される（例えば、図６等を参照）。逆流が生じている場合、順流から逆流に転じる過程で流れが乱れて乱流が生じ、透過光量が激しく時間変動するためと考えられる。これに対し、ＴＤＣＬｐは、ＬＰＦ３２１による平均化作用により、逆流が生じている期間においても、穏やかな時間変化となりレベルは安定する。

選択部３２２には、透過光量ＴＤＣ、ＴＤＣＬｐ、及び逆流検出フラグＲｖｓＦが入力される。選択部３２２は、ＲｖｓＦ＝１が入力されている期間（即ち、逆流が生じている期間）においては、平均化されたＴＤＣＬｐを選択出力し、ＲｖｓＦ＝０が入力されている期間（即ち、逆流が生じていない期間）においては、ＬＰＦ３２１を通していない透過光量ＴＤＣを選択出力する。このような選択部３２２の選択作用により、ランダムノイズが印加されている透過光量ＴＤＣは除去され、ＴＤＣＬｐに置き換えられる。このため、選択部３２２の出力信号は逆流によるノイズが除去された信号となる。

選択部３２２の出力信号は、ＬＰＦ３２３において平均化され、補正透過光量ＴＤＣｈとして出力される。ＬＰＦ３２３での平均化により、選択部３２２における選択切り替え時に発生するノイズが低減される。

＜逆流検出と補正処理の具体例＞
ここで図６を参照して、逆流検出部３１０による逆流検出と、補正処理部３２０による補正処理について、より具体的に説明する。ここに図６は、光量に関する各信号の時間的な変動の一例を示すグラフである。

本実施例に係る被測定対象２００である血液は、チューブポンプ（図示せず）の動力によってチューブ内を流れている。チューブポンプは、複数のローラが回転によりチューブをしごくことで、チューブ内の流体を移送するが、ポンプの構造上、回転に同期して脈動が生じる。この脈動により、血液の逆流が生じる場合がある。具体的には、流体は逆流と順流を繰り返し、総合的には順方向に移送されるが、回転に同期して、短時間ではあるが逆流により逆方向に移動している区間がある。逆流が生じている場合、ポンプの脈動により生じた流体濃度における粗密波が、密から疎に変化して、散乱光、例えば後方散乱光である反射光量が急激に低下すると考えられる。

図６において、区間Ａでは、反射光量ＲＤＣが閾値Ｔｈｌｄを超えて急激に低下しており、逆流が生じていると考えられる。このため、区間Ａでは、補正処理部３２０の出力である補正透過光量ＴＤＣｈとして、透過光量ＴＤＣではなく、平均化されたＴＤＣＬｐが出力されている。このようにすれば、逆流に起因して透過光量ＴＤＣに発生するノイズの影響を低減することが可能である。

一方、区間Ｂでは、反射光量ＲＤＣの時間変化は穏やかであり、流れは安定した密状態であると考えられ、逆流は生じていないと考えられる。このため、区間Ｂでは、補正処理部３２０の出力である補正透過光量ＴＤＣｈとして、透過光量ＴＤＣがそのまま出力されている。

＜濃度変換部＞
図７及び図８を参照して、濃度変換部の構成及び動作について説明する。ここに図７は、流体濃度と透過光量との関係を示すグラフである。また図８は、濃度変換部の構成を示すブロック図である。

図７に示すように、流体濃度が高くなると、透過光量ＴＤＣは指数関数的に減少するという特性がある。このため、これらの関係を利用すれば、透過光量ＴＤＣから流体濃度を推定することが可能である。

図８に示すように、濃度変換部３３０は、対数化部３３１及びテーブルリード部３３２を備えて構成されている。

対数化部３３１は、入力された補正透過光量ＴＤＣｈを対数化（言い換えれば、線形化）して、出力する。対数化により、テーブルリード部３３２で発生し得る変換誤差を抑制することができる。

テーブルリード部３３２は、図７に示す透過光量ＴＤＣと流体濃度の関係から導き出されたテーブルを記憶しており、対数化された補正透過光量ＴＤＣｈから推定濃度を算出し、出力する。なお、推定濃度の算出には、テーブルリードに代えて、多項式を利用した算出等の他の方法を採用することも可能である。

＜第１実施例の効果＞
次に、図９及び図１０を参照して、第１実施例に係る流体測定装置によって得られる技術的効果について説明する。ここに図９は、比較例に係る濃度の推定誤差を示すグラフである。また図１０は、第１実施例に係る濃度の推定誤差を示すグラフである。

既に説明したように、被測定対象２００に逆流が生じた場合、推定濃度に誤差が生じてしまうおそれがある。特に、人工透析装置においては、脱血用の針径が細く、ポンプの回転数が高く、設定流量が高い場合、逆流量が増加し、濃度推定誤差がより拡大することを実験により確認している。

図９に示すように、本実施例のように逆流を検出して透過光量ＴＤＣの補正を行わないとすると、逆流の発生に起因して推定濃度のばらつきが大きくなってしまう。

これに対し本実施例では、逆流を検出した場合に、透過光量ＴＤＣを過去の平均値ＴＤＣＬｐに置き換える処理を実行している。この結果、補正透過光量ＴＤＣｈは、逆流が生じている区間においても、波形が乱れることがない（例えば、図６等を参照）。

図１０に示すように、逆流を検出して透過光量ＴＤＣの補正を実施した場合、濃度推定のばらつきは小さくなり良好な特性を示す。

以上説明したように、第１実施例に係る流体測定装置によれば、流体に一時的な逆流が発生した場合でも、流体濃度を正確に推定することが可能である。

＜第２実施例＞
次に、第２実施例に係る流体測定装置について、図１１を参照して説明する。ここに図１１は、第２実施例に係る逆流補正濃度推定部の構成を示すブロック図である。

なお、第２実施例は、上述した第１実施例と比べて逆流補正濃度推定部の構成及び動作が異なるのみであり、その他の部分については第１実施例と概ね同様である。このため、以下では、既に説明した第１実施例と異なる部分について詳細に説明し、重複する部分については適宜説明を省略するものとする。

図１１に示すように、第２実施例に係る逆流補正濃度推定部３００ｂは、逆流検出部３１０ｂ、補正処理部３２０ｂ、及び濃度変換部３３０ｂを備えて構成されている。第２実施例では特に、濃度変換部３３０ｂが補正処理部３２０ｂよりも前段に設けられており、まず濃度が推定されてから補正処理が実行される。

濃度変換部３３０ｂでは、入力された透過光量ＴＤＣが、中間推定濃度Ｎｄに変換される。この変換は、図７及び図８で示した濃度変換と同様な手順で変換される。また、逆流検出部３１０ｂでは、反射光量ＲＤＣと閾値Ｔｈｌｄとの大小比較により、逆流の発生が検出され、逆流検出フラグＲｖｓＦが出力される。逆流検出も、図４で説明したものと同様の手順で実行される。

中間推定濃度ＮｄはＬＰＦ３２１ｂにて平均化され、ＮｄＬｐが取得される。中間推定濃度Ｎｄ及びＮｄＬｐは、選択部３２２ｂにおいて逆流検出フラグＲｖｓＦに従い選択出力され、ＬＰＦ３２３ｂで更に平均化された後、最終推定濃度として出力される。具体的には、逆流検出フラグＲｖｓＦ＝１の場合は、逆流が生じていると判断して、平均化されたＮｄＬｐを選択して出力する。一方で、逆流検出フラグＲｖｓＦ＝０の場合には、逆流が生じていないと判断して、平均化前のＮｄを選択して出力する。

この結果、最終推定濃度は、逆流が生じている区間においても、より正確な推定値として得られ、濃度推定特性は、ばらつきの少ない良好な特性となる。

以上説明したように、第２実施例に係る流体測定装置では、第１実施例のように透過光量ＴＤＣを補正するのではなく、推定濃度に対する補正が実行される。この場合でも、第１実施例と同様に、逆流の発生による影響を抑制でき、流体濃度を正確に推定することが可能である。

＜第３実施例＞
次に、第３実施例に係る流体測定装置について、図１２を参照して説明する。ここに図１２は、第３実施例に係る逆流補正濃度推定部の構成を示すブロック図である。

なお、第３実施例は、上述した第１及び第２実施例と比べて逆流補正濃度推定部の構成及び動作が異なるのみであり、その他の部分については第１及び第２実施例と概ね同様である。このため、以下では、既に説明した第１及び第２実施例と異なる部分について詳細に説明し、重複する部分については適宜説明を省略するものとする。

図１２に示すように、第３実施例に係る逆流補正濃度推定部３００ｃは、逆流検出部３１０ｃ、濃度変換部３３０ｃ、規定周期生成部４１０、積算部４２０、カウンタ４３０、除算部４４０、及びレジスタ４５０を備えて構成されている。

逆流検出部３１０ｃでは、反射光量ＲＤＣと閾値Ｔｈｌｄとの大小比較により、逆流の発生が検出され、逆流検出フラグＲｖｓＦが出力される。また濃度変換部３３０ｃでは、入力された透過光量ＴＤＣが、中間推定濃度Ｎｄに変換される。

積算部４２０は、入力される中間推定濃度Ｎｄを積算していき、規定周期生成部４１０が生成したタイミングパルスに従って積算値をクリアする。積算部４２０は、中間推定濃度Ｎｄが更新されるごとに積算するが、逆流検出フラグＲｖｓＦ＝１となる（即ち、逆流が検出されている）場合には、積算が禁止される。このため、積算部４２０では、逆流が検出されていない期間の中間推定濃度Ｎｄのみが積算されていく。積算部４２０の出力は、除算部４４０の分子側に入力される。

一方、除算部４４０の分母側には、カウンタ４３０の出力であるカウンタ値が入力される。カウンタ値は、中間推定濃度Ｎｄが更新されるごとにインクリメントされ、規定周期生成部４１０が生成したタイミングパルスによって初期化される。ただし、逆流検出フラグＲｖｓＦ＝１となる（即ち、逆流が検出されている）場合には、カウンタ値のインクリメントが禁止される。その結果、カウンタ値は、タイミングパルス発生時点で、規定周期内に含まれる有効データ数（言い換えれば、積算部４２０で積算されたデータ数）に一致する。

この結果、除算部４４０では、有効データの積算値（分子）が、有効データ数（分母）で除算され、有効データの平均値が算出される。有効データの平均値は、タイミングパルスが発生される周期ごとに、レジスタ４５０に保持される。レジスタ４５０は、有効データの平均値を最終推定濃度として出力する。この構成により、逆流が生じている区間のデータが積算から除外され、最終推定濃度の推定特性は、ばらつきの少ない良好な特性となる。

以上説明したように、第３実施例に係る流体測定装置では、逆流が発生していない期間のデータの平均値が最終推定濃度として出力される。このため、第１実施例及び第２実施例と同様に、逆流の発生による影響を抑制でき、流体濃度を正確に推定することが可能である。

本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、特許請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う流体測定装置もまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。

１１０レーザ駆動部
１２０半導体レーザ
１３１第１受光素子
１３２第２受光素子
１４１第１Ｉ−Ｖ変換器
１４２第２Ｉ−Ｖ変換器
１５１第１ＬＰＦ増幅器
１５２第２ＬＰＦ増幅器
１６１第１Ａ／Ｄ変換器
１６２第２Ａ／Ｄ変換器
２００被測定対象
３００逆流補正濃度推定部
３１０逆流検出部
３２０補正処理部
３３０濃度変換部

Claims

流体に光を照射する照射部と、
前記流体によって散乱された光を受光する受光部と、
前記受光部の受光信号に基づいて、前記流体の逆流を検出する検出部と、
前記検出部の検出結果と前記受光部の受光信号とに基づいて、前記流体の濃度を示す推定濃度情報を算出する算出部と
を備えることを特徴とする流体測定装置。
前記検出部は、前記受光信号が示す受光強度の変化量が所定値以上である場合に、前記流体の逆流を検出することを特徴とする請求項１に記載の流体測定装置。
前記算出部は、（ｉ）前記流体の逆流が検出された逆流期間以外の他の期間では、前記受光信号に基づいて前記推定濃度情報を算出し、（ｉｉ）前記逆流期間では、前記受光信号を補正した補正信号に基づいて前記推定濃度情報を算出することを特徴とする請求項１又は２に記載の流体測定装置。
前記算出部は、前記受光信号に基づいて第１濃度情報を算出すると共に、前記第１濃度情報を補正して第２濃度情報を算出し、（ｉ）前記流体の逆流が検出された逆流期間以外の他の期間では、前記第１濃度情報を前記推定濃度情報として出力し、（ｉｉ）前記逆流期間では、前記第２濃度情報を前記推定濃度情報として出力することを特徴とする請求項１又は２に記載の流体測定装置。
前記算出部は、（ｉ）前記受光信号に基づく前記第１濃度情報を、所定期間内に複数回算出し、（ｉｉ）複数回算出された前記第１濃度情報のうち、前記流体の逆流が検出された逆流期間以外の他の期間において算出された前記第１濃度情報のみの平均値を、前記所定期間の前記推定濃度情報として出力することを特徴とする請求項１又は２に記載の流体測定装置。
前記受光部は、前記流体を透過した透過光を主として受光すべく配置された第１受光素子、及び前記流体で反射された反射光を主として受光すべく配置された第２受光素子を有することを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の流体測定装置。
前記検出部は、前記反射光に対応する前記受光信号に基づいて、前記流体の逆流を検出することを特徴とする請求項６に記載の流体測定装置。
前記算出部は、前記検出部の検出結果と前記透過光に対応する前記受光信号とに基づいて、前記推定濃度情報を算出することを特徴とする請求項６又は７に記載の流体測定装置。
流体に光を照射する照射部と、
前記流体によって散乱された光を受光する受光部と、
前記受光部の受光信号が示す受光強度の変化量が所定値以上であることを検出する検出部と、
前記検出部の検出結果と前記受光部の受光信号とに基づいて、前記流体の濃度を示す推定濃度情報を算出する算出部と
を備えることを特徴とする流体測定装置。