JPWO2018123044A1 - 計測装置、情報出力装置、計測方法、コンピュータプログラム及び記録媒体 - Google Patents
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Abstract
Description
本実施形態に係る計測装置は、内部に流体を流すことが可能な第1部材に光を照射する照射部と、前記第1部材の内部の流体によって散乱された散乱光を受光する第1受光部と、前記第1部材の厚さに関する第1情報を取得する取得部と、前記第1受光部の受光信号及び前記第1情報に基づいて、前記流体に関する第2情報を生成する生成部とを備える。
本実施形態に係る計測装置の一態様では、前記照射部が照射した光の照射位置を検出可能な第2受光部を更に備え、前記取得部は、前記第2受光部で検出された前記照射位置に基づいて、前記第1情報を取得する。
上述した照射位置を検出可能な態様では、前記取得部は、前記照射部が照射した光の光路上に前記第1部材が存在しない場合の前記照射位置と、前記光路上に前記第1部材が存在しており前記第1部材内部に前記流体が存在しない場合の前記照射位置とに基づいて、前記第1情報を取得してもよい。
上述した照射位置に基づいて第1情報を取得する態様では、前記光路上に前記第1部材が存在しない場合の前記照射位置を記憶する記憶部を更に備え、前記取得部は、前記記憶部に記憶された前記照射位置と、前記光路上に前記第1部材が存在しており前記第1部材内部に前記流体が存在しない場合の前記照射位置とに基づいて、前記第1情報を取得してもよい。
本実施形態に係る計測装置の他の態様では、前記生成部は、前記第1情報に基づいて、前記第1受光部の受光信号を前記第1部材が所定の厚さである場合の受光信号に補正して、前記第2情報を生成する。
本実施形態に係る計測装置の他の態様では、前記生成部は、前記第1情報が所定の範囲内の値でない場合に、所定の基準値を前記第1情報の値に代入して、前記第2情報を生成する。
本実施形態に係る計測装置の他の態様では、前記第1受光部及び前記第2受光部は共通の受光素子を含んで構成されている。
上述した共通の受光素子を含んで構成される態様では、前記共通の受光素子を前記第1受光部として機能させる場合には、前記共通の受光素子を前記第2受光部として機能させる場合よりも、前記照射部から強い光を出力するように制御する照射制御手段を更に備えてもよい。
或いは共通の受光素子を含んで構成される態様では、前記第1受光部及び前記第2受光部の受光信号を増幅して出力する増幅器と、前記共通の受光素子を前記第1受光部として機能させる場合には、前記共通の受光素子を前記第2受光部として機能させる場合よりも、前記増幅器のゲインを大きくするように制御する増幅制御手段を更に備えてもよい。
本実施形態に係る計測装置の他の態様では、前記第1受光部及び前記第2受光部は、前記流体を透過した透過光を受光する位置に配置されており、前記流体で反射された反射光を受光する位置に配置された第3受光部と、前記第3受光部の受光信号に基づいて、前記流体に関する第3情報を生成する第2の生成部とを更に備える。
本実施形態に係る情報出力装置は、内部に流体を流すことが可能な第1部材の厚さに関する第1情報を出力する情報出力装置であって、光を照射する照射部と、前記照射部が照射した光の照射位置を検出可能な受光部と、前記照射部が照射した光の光路上に前記第1部材が存在しない場合の前記照射位置と、前記光路上に前記第1部材が存在しており前記第1部材内部に前記流体が存在しない場合の前記照射位置とに基づいて、前記第1情報を出力する出力部とを備える。
本実施形態に係る計測方法は、内部に流体を流すことが可能な第1部材に光を照射する照射工程と、前記第1部材の内部の流体によって散乱された散乱光を受光する第1受光工程と、前記第1部材の厚さに関する第1情報を取得する取得工程と、前記第1受光工程の受光信号及び前記第1情報に基づいて、前記流体に関する第2情報を生成する生成工程とを含む。
本実施形態に係るコンピュータプログラムは、上記課題を解決するためのコンピュータプログラムは、内部に流体を流すことが可能な第1部材に光を照射する照射工程と、前記第1部材の内部の流体によって散乱された散乱光を受光する第1受光工程と、前記第1部材の厚さに関する第1情報を取得する取得工程と、前記第1受光工程の受光信号及び前記第1情報に基づいて、前記流体に関する第2情報を生成する生成工程とをコンピュータに実行させる。
本実施形態に係る記録媒体は、上述したコンピュータプログラムが記録されている。
第1実施例に係る計測装置について、図1から図8を参照して説明する。なお、以下では、計測装置が血液のヘマトクリット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。
先ず、図1を参照して、本実施例に係る計測装置の全体構成について説明する。図1は、第1実施例に係る計測装置の全体構成を示す概略構成図である。
次に、透過光量測定部10及び肉厚測定部20の各部の配置について、図2から図4を参照して詳細に説明する。図2は、第1実施例に係る透過光量測定部の構成を示す平面図である。図3は、第1実施例に係る肉厚測定部の構成を示す平面図である。図4は、図3のA−A’線断面図である。
次に、PSD132を用いた肉厚測定の原理について、図5を参照して詳細に説明する。図5は、照射位置の違いからチューブ肉厚を算出する方法を示す概念図である。なお、図3及び図4に示すように、透過光はチューブ200の側面を2回透過することになるが、ここでは簡単のため、1回だけ透過するものとして説明する。
ここで、L、L'は、それぞれ下記数式(2)、(3)のように表すことができる。
L'=d・tanθ' ・・・(3)
これら数式(2)、(3)を数式(1)に代入すると、下記数式(4)が得られる。
次に、数式(4)をdについて解くと、下記数式(5)が得られる。
また、屈折の法則により、θ、θ'、及びnの間には、下記数式(6)の関係が成立し、この数式(6)を変形すると、下記数式(7)が得られる。
θ’=arcsin((sinθ)/n) ・・・(7)
この結果、数式(5)に数式(7)を代入すると、チューブ200の肉厚dは、ΔL、θ、nから求めることができる。ここで、θは機器の設計で決まる定数であり、nはチューブ200の材質によって決まる定数である。よって、チューブ200が存在しない場合のPSD132上の照射位置a、及びチューブ200が存在する場合のPSD132上の照射位置bを測定すれば、その差分ΔLが求まり、チューブ200の肉厚dを決定することができる。
次に、実際の測定動作を開始する前に実施すべき事前準備について、図6を参照して詳細に説明する。図6は、透過光量とヘマトクリットとの関係を示すグラフである。
図6に示すように、数式(8)の関数fは、具体的には、透過光量T0が多いほど、ヘマトクリットhtが高くなるようなものとなる。本願発明者の実験によれば、数式(8)の具体例は、下記数式(9)のようになることが分かっている。
なお、牛血液を用いた実験では、A=800、B=0.33という結果が得られている。ただし、これらの値は、レーザダイオード131、132の出力や、増幅器151、152のゲイン、或いは使用するAD変換部160によって異なるため、あくまで一例である。
ht=A'−B'×Log(T0):A'、B'は実験により求まる係数 ・・・(11)
次に、既知の血液濃度(ヘマトクリット)の血液を用いて、複数の既知の肉厚dxのチューブ200における透過光量を測定しておく。これらから肉厚dxのチューブ200を用いて計測した透過光量を、肉厚がd0であるチューブ200を用いて計測した場合の透過光量に補正する式(以下、適宜「補正式」)が求まる。補正式は、肉厚dxのときの透過光量をTx、肉厚d0のときの透過光量をT0とすると、下記数式(12)のように表される。
以下では、数式(12)の具体例を求める。一般に入射光Iinに対して透過光Tは、下記数式(13)のように表される。
なお、αは定数、OPは光路長である。光路長OPは、チューブレール250の幅RLからチューブ200の肉厚dを引いた値となるので、下記数式(14)のように表すことができる。
ここで、チューブの肉厚がd0の場合及びdxの場合を考えると、下記数式(15)及び(16)が得られる。
Tx=Iin×10^{−α×(RL−2×dx)} ・・・(16)
次に、数式(15)を数式(16)で割り算すると、下記数式(17)が得られる。
ここで両辺対数を取ると、下記数式(18)、(19)、(20)のように式を整理できる。
Log(T0)=Log(Tx)+2×α×Δd ・・・(19)
T0=10^(Log(Tx)+2×α×Δd) ・・・(20)
この数式(20)が、上記数式(12)の具体例である。なお、数式(20)は、あくまで補正式の一例であり、実験的に求めたデータを近似できる関数であればよい。例えば、同じ実験データから、下記数式(21)を補正式とすることもできる。
この場合、a2、a1、a0を決定できれば、T0が求まる。
次に、チューブ200の肉厚を測定する肉厚測定動作の流れについて、図7を参照して詳細に説明する。図7は、第1実施例に係る計測装置による肉厚測定動作の流れを示すフローチャートである。
次に、チューブ200を配置して、チューブ200が存在する場合の照射位置b(図5参照)を取得する(ステップS102)。
次に、血液のヘマトクリットを測定するヘマトクリット測定動作の流れについて、図8を参照して詳細に説明する。図8は、第1実施例に係る計測装置によるヘマトクリット測定動作の流れを示すフローチャートである。
次に、第2実施例に係る計測装置について、図9を参照して説明する。図9は、第2実施例に係る計測装置の全体構成を示す概略構成図である。
次に、第3実施例に係る計測装置について、図10を参照して説明する。図10は、第3実施例に係る測定部の構成を示す平面図である。
20 肉厚測定部
25 測定部
30 信号処理部
110,111,112 LDドライバ
120,121,122 レーザダイオード
123,124 コリメータレンズ
131,135 フォトダイオード
132 PSD
140,141,142 IV変換部
150,151,152 増幅器
160 AD変換部
170 信号演算部
180 記憶部
Claims (14)
- 内部に流体を流すことが可能な第1部材に光を照射する照射部と、
前記第1部材の内部の流体によって散乱された散乱光を受光する第1受光部と、
前記第1部材の厚さに関する第1情報を取得する取得部と、
前記第1受光部の受光信号及び前記第1情報に基づいて、前記流体に関する第2情報を生成する生成部と
を備えることを特徴とする計測装置。 - 前記照射部が照射した光の照射位置を検出可能な第2受光部を更に備え、
前記取得部は、前記第2受光部で検出された前記照射位置に基づいて、前記第1情報を取得する
ことを特徴とする請求項1に記載の計測装置。 - 前記取得部は、前記照射部が照射した光の光路上に前記第1部材が存在しない場合の前記照射位置と、前記光路上に前記第1部材が存在しており前記第1部材内部に前記流体が存在しない場合の前記照射位置とに基づいて、前記第1情報を取得することを特徴とする請求項2に記載の計測装置。
- 前記光路上に前記第1部材が存在しない場合の前記照射位置を記憶する記憶部を更に備え、
前記取得部は、前記記憶部に記憶された前記照射位置と、前記光路上に前記第1部材が存在しており前記第1部材内部に前記流体が存在しない場合の前記照射位置とに基づいて、前記第1情報を取得する
ことを特徴とする請求項3に記載の計測装置。 - 前記生成部は、前記第1情報に基づいて、前記第1受光部の受光信号を前記第1部材が所定の厚さである場合の受光信号に補正して、前記第2情報を生成することを特徴とする請求項1から4のいずれか一項に記載の計測装置。
- 前記生成部は、前記第1情報が所定の範囲内の値でない場合に、所定の基準値を前記第1情報の値に代入して、前記第2情報を生成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計測装置。
- 前記第1受光部及び前記第2受光部は共通の受光素子を含んで構成されていることを特徴とする請求項1から6のいずれか一項に記載の計測装置。
- 前記共通の受光素子を前記第1受光部として機能させる場合には、前記共通の受光素子を前記第2受光部として機能させる場合よりも、前記照射部から強い光を出力するように制御する照射制御手段を更に備えることを特徴とする請求項7に記載の計測装置。
- 前記第1受光部及び前記第2受光部の受光信号を増幅して出力する増幅器と、
前記共通の受光素子を前記第1受光部として機能させる場合には、前記共通の受光素子を前記第2受光部として機能させる場合よりも、前記増幅器のゲインを大きくするように制御する増幅制御手段を更に備える
ことを特徴とする請求項7に記載の計測装置。 - 前記第1受光部及び前記第2受光部は、前記流体を透過した透過光を受光する位置に配置されており、
前記流体で反射された反射光を受光する位置に配置された第3受光部と、
前記第3受光部の受光信号に基づいて、前記流体に関する第3情報を生成する第2の生成部と
を更に備えることを特徴とする請求項1から9のいずれか一項に記載の計測装置。 - 内部に流体を流すことが可能な第1部材の厚さに関する第1情報を出力する情報出力装置であって、
光を照射する照射部と、
前記照射部が照射した光の照射位置を検出可能な受光部と、
前記照射部が照射した光の光路上に前記第1部材が存在しない場合の前記照射位置と、前記光路上に前記第1部材が存在しており前記第1部材内部に前記流体が存在しない場合の前記照射位置とに基づいて、前記第1情報を出力する出力部と
を備えることを特徴とする情報出力装置。 - 内部に流体を流すことが可能な第1部材に光を照射する照射工程と、
前記第1部材の内部の流体によって散乱された散乱光を受光する第1受光工程と、
前記第1部材の厚さに関する第1情報を取得する取得工程と、
前記第1受光工程の受光信号及び前記第1情報に基づいて、前記流体に関する第2情報を生成する生成工程と
を含むことを特徴とする計測方法。 - 内部に流体を流すことが可能な第1部材に光を照射する照射工程と、
前記第1部材の内部の流体によって散乱された散乱光を受光する第1受光工程と、
前記第1部材の厚さに関する第1情報を取得する取得工程と、
前記第1受光工程の受光信号及び前記第1情報に基づいて、前記流体に関する第2情報を生成する生成工程と
をコンピュータに実行させることを特徴とするコンピュータプログラム。 - 請求項13に記載のコンピュータプログラムが記録されていることを特徴とする記録媒体。
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