JPWO2020157926A1 - 流速特定装置 - Google Patents
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Abstract
Description
このレーザー血流計は、レーザー光源により各二本で一組のレーザー光線を照射しかつ信号処理手段により該当測定領域に発生した干渉波を観測した光電センサーからの電気信号の演算処理をする動作を繰り返し行う。そのため、このレーザー血流計は、直交した各三方向の血流速度を逐次算出することで、血流速度及び血流方向を逐次算出する。
非球形の固体と液体とを含み、流路を流れる混合液に向けて照射光を照射する照射部と、
前記照射部が照射して前記流路を流れる前記混合液により反射された反射光を検出する検出部であって、前記照射光の光軸と前記反射光の光軸とを含む仮想平面の平面視にて、前記反射光の光軸を挟んで少なくとも一方側に配置されている検出部と、
前記検出部が検出した前記反射光の光量を用いて、前記混合液の流速を特定する特定部と、
を備える流速特定装置である。
以下、本発明の第1、第2及び第3実施形態について図面を参照しながら説明する。次いで、各実施形態の変形例について図面を参照しながら説明する。なお、参照するすべての図面では同様の機能を有する構成要素に同様の符号を付し、明細書では適宜説明を省略する。
以下、第1実施形態について説明する。まず、本実施形態の流速特定装置10の機能及び構成について図1A、図1B等を参照しながら説明する。次いで、本実施形態の流速特定装置10による血液BL(混合液の一例、図1A等参照)の流速特定動作について図3A〜図3B等を参照しながら説明する。なお、本実施形態の効果については、血液BLの流速特定動作の説明の中で説明する。
図1Aは、本実施形態の流速特定装置10を示す図であって、流速特定装置10をチューブTB(流路の一例)にセットした状態における縦断面図である。図1Bは、図1Aの状態の流速特定装置10及びチューブTBの上面図である。
本実施形態の流速特定装置10は、チューブTBを流れる血液BLに照射され血液BLに反射された光(反射光L2)を検出し、検出した反射光L2の光量を用いて、血液BLの流速を特定する機能を有する。
本実施形態の流速特定装置10は、照射部20と、検出部30と、制御部40(特定部の一例)とを備えている。
ここで、血液BL及びチューブTBは、本実施形態の流速特定装置10の構成要素ではない。しかしながら、血液BLの流速は本実施形態の流速特定装置10の特定対象であり、チューブTBは流速特定装置10により血液BLの流速を特定する(測定する)際に血液BLを流すための部材として利用される。そこで、本実施形態の流速特定装置10の各構成要素の説明の前に、血液BL及びチューブTBについて説明する。
血液BLは、赤血球BC(非球形の固体の一例)と血漿BP(液体の一例)とを含んで構成されている(図1A、図3A〜図3C等参照)。チューブTBは、一例として照射部20が照射する光(照射光L1)を透過可能な材料で形成され、血液BLを流すための管とされている(図3A〜図3C参照)。赤血球BCの形状は、一例として、直径7μm〜8μm、厚さ1μm〜2μmで、周縁側の部分が内側の部分よりも厚い円盤状とされていることで、非球形の固体の一例とされている。
照射部20は、一例としてレーザー光源とされ、図1Aに示されるように、チューブTBを流れる血液BLに向けてコヒーレントな光(照射光L1)を照射する機能を有する。照射部20は、自身が出射する照射光L1がチューブTB、すなわち、チューブTBを流れる血液BLに対して斜め方向に光軸L1Aを有するように配置されている。本実施形態では、チューブTBに対する光軸L1Aの角度を角度θ1(一例として45°)とする。
検出部30は、照射部20が照射してチューブTBを流れる血液BLにより反射された光(反射光L2)を検出する機能を有する。本実施形態の検出部30は、図1Aに示されるように、反射光L2の光軸L2Aを挟んで一方側に配置されている第1検出部32と、他方側に配置されている第2検出部34とを有している。ここで、チューブTBに対する光軸L2Aの角度を角度θ2とすると、角度θ2は―45°、すなわち、―θ1である。
また、図1Aは、光軸L1Aと光軸L2Aとを含む仮想平面(図示省略)を平面視した図(当該仮想平面に直交する方向から見た図)ともいえる。そうすると、図1Aに示されるように、第1検出部32と第2検出部34とは、光軸L1Aと光軸L2Aとを含む仮想平面(図示省略)の平面視にて、それぞれ、光軸L2Aを挟んで、一方側及び他方側(両側)に配置されている。この場合の光軸L2Aとは、チューブTBの中の血液BLが流れていない場合の光軸とされる。別言すると、本実施形態では、第1検出部32と第2検出部34とは、光軸L2Aを挟んで、チューブTBの中の血液BLが流れていない場合の光軸L2Aを対象線として、線対称に配置されている関係を有する。
なお、第1検出部32及び第2検出部は、後述する血液BLの流速特定動作時に、それぞれ、血液BLによって反射した光を検出すると、それぞれの検出信号を制御部40に送信するようになっている。
制御部40は、照射部20及び検出部30を制御する機能と、検出部30の第1検出部32及び第2検出部から送信された各検出信号を受信して、血液BLの血流方向(流れる方向)、流速等を特定する機能とを有する。そして、制御部40の記憶装置42には、後者の機能を発揮するための測定プログラムCPが収容されている。
なお、制御部40の具体的な機能については、後述する本実施形態の血液BLの流速特定動作の説明の中で説明する。
次に、本実施形態の流速特定装置10による血液BLの流速特定動作について、主に図3A〜図3Bを参照しながら説明する。
血液BLは、前述のとおり、ほぼ赤血球BCで構成される血球(固体)部分と、ほぼ水分からなる血漿BPが混じり合った混合液である。赤血球BCはその中央部分が凹んだ円盤状の形状をしていることが知られている。そして、このような形状の固体が液体とともに流れた場合に、各赤血球BCが同一の方向を向く(同じように傾いた姿勢になる)ことも知られている(図3B及び図3C参照)。本実施形態の流速特定装置10は、この現象を利用して血流方向を特定する。
−1:Vdiff<−|α|
0:Vdiff≦|α|
1:Vdiff>|α|
ここで、αは、設定した定数である。
血液BLが正方向に流れている状態(図3B参照)では、赤血球BCが図3Bのように配向した状態となり反射光L2は図3Aの場合に対して時計回りに傾いた塊となって反射される。これに伴い、図3Aの状態に比べて、第1検出部32に入射する反射光L2の検出強度は減少し、第2検出部34に入射する反射光L2の検出強度は増大することになる。
また、図3Cの場合、すなわち、血流方向が図3Bの場合と逆方向の場合、図3Aの状態に比べて、第1検出部32に入射する反射光L2の検出強度は増大し、第2検出部34に入射する反射光L2の検出強度は減少することになる。
ここで、横軸の毎分流量ml/Min.が正の場合、すなわち、Vdiff(=VB−VA)>0の場合は血液BLの流れる方向は正方向と特定される。これに対して、横軸の毎分流量ml/Min.が負の場合、すなわち、Vdiff(=VB−VA)<0の場合は血液BLの流れる方向は逆方向と特定される。さらに、Vdiff≦|α|の場合、すなわち、VBとVAとの差が定められた差α(基準差の一例)以下の場合、血液BLは流れていないと特定される。
図5は、本実施形態の流速特定装置10の測定プログラムCPにより補正して得られる血流速度を示すグラフである。図4のグラフのとおり、得られた毎分流量に(条件式1)の係数αを乗じることで血液BLの速度が得られる。さらに、この血液の速度と血液回路の断面積(チューブTBの断面積)等の大きさのパラメータを用いて計算することで血流量を求めることができる。
次に、第2実施形態について図6及び図7を参照しながら説明する。本実施形態の説明では、本実施形態の構成要素に、第1実施形態の構成要素と同等の構成要素を用いる場合、同じ名称、符号等を用いることとする。以下、本実施形態における第1実施形態と異なる部分について説明する。
本実施形態の流速特定装置10Aは、第1実施形態の流速特定装置10の場合(図1A参照)に対して、検出部30が第1検出部32のみで構成されている点のみ異なる。すなわち、本実施形態の場合、検出部30は、光軸L1Aと光軸L2Aとを含む仮想平面(図示省略)の平面視にて、光軸L2Aを挟んで、両側のいずれか一方側に配置されている。
次に、第3実施形態について図8及び図9A〜図9Cを参照しながら説明する。本実施形態の説明では、本実施形態の構成要素に、第1実施形態の構成要素と同等の構成要素を用いる場合、同じ名称、符号等を用いることとする。以下、本実施形態における第1実施形態と異なる部分について説明する。
本実施形態の流速特定装置10Cは、第1実施形態の流速特定装置10の場合(図1A参照)と異なり、照射部20Cは、自身が出射する照射光L1がチューブTB、すなわち、チューブTBを流れる血液BLに対して垂直方向(チューブTBの径方向)に光軸L1Aを有するように配置されている。また、照射部20Cが照射する光L1は、コヒーレントな光ではなく、チューブTBの径方向に光軸L1Aを有しつつ広がりを有する光とされている。また、本実施形態の場合、第1検出部32及び第2検出部33は、照射部20Cの両側(光軸L1Aを挟んで両側)に配置されている。
本実施形態において第1実施形態の場合と異なる点は以上である。
本実施形態の場合、前述の点で第1実施形態の構成と異なるが、流速による血液BLの散乱分布(図9A〜図9C参照)は、第1実施形態の場合(図3A〜図3C参照)と同じ傾向の散乱分布となる規則性を有する。
非球形の固体と液体とを含み、流路を流れる混合液に向けて照射光を照射する照射部と、
前記照射部が照射して前記流路を流れる前記混合液により反射された反射光を検出する検出部であって、前記照射光の光軸と前記反射光の光軸とを含む仮想平面の平面視にて、前記反射光の光軸を挟んで少なくとも一方側に配置されている検出部と、
前記検出部が検出した前記反射光の光量を用いて、前記混合液の流速を特定する特定部と、
を備え、
前記検出部は、前記仮想平面の平面視にて、前記反射光の光軸を挟んで一方側に配置されている第1検出部と、他方側に配置されている第2検出部とを有し、
前記特定部は、前記第1検出部が検出した反射光の第1光量と前記第2検出部が検出した反射光の第2光量とを比較して、前記混合液の流速を特定する、
流速特定装置である。
以下、参考形態の例を付記する。
1.
非球形の固体と液体とを含み、流路を流れる混合液に向けて照射光を照射する照射部と、
前記照射部が照射して前記流路を流れる前記混合液により反射された反射光を検出する検出部であって、前記照射光の光軸と前記反射光の光軸とを含む仮想平面の平面視にて、前記反射光の光軸を挟んで少なくとも一方側に配置されている検出部と、
前記検出部が検出した前記反射光の光量を用いて、前記混合液の流速を特定する特定部と、
を備える流速特定装置。
2.
前記検出部は、前記仮想平面の平面視にて、前記反射光の光軸を挟んで一方側に配置されている第1検出部と、他方側に配置されている第2検出部とを有し、
前記特定部は、前記第1検出部が検出した反射光の第1光量と前記第2検出部が検出した反射光の第2光量とを比較して、前記混合液の流速を特定する、
1.に記載の流速特定装置。
3.
前記特定部は、前記第1光量が第2光量よりも多くかつ前記第1光量と第2光量との差が基準差よりも大きい場合、前記混合液の流れる方向を前記流路の一方から他方に向く第1方向と特定し、前記第1光量が第2光量よりも少なくかつ前記第1光量と第2光量との差が前記基準差よりも大きい場合、前記混合液の流れる方向を第1方向と逆の第2方向と特定する、
2.に記載の流速特定装置。
4.
前記特定部は、前記第1光量と前記第2光量との差が前記基準差以下の場合、前記混合液が流れていないと特定する、
3.に記載の流速特定装置。
5.
前記特定部は、前記検出部が検出した前記反射光の光量を、前記流路を流れていない状態の前記混合液により反射された前記反射光の光量と比較して、前記混合液の流速を特定する、
1.に記載の流速特定装置。
6.
前記特定部は、前記検出部が検出した前記反射光の光量が第1基準量よりも多い場合、前記混合液の流れる方向を前記流路の一方から他方に向く第1方向と特定し、前記検出部が検出した前記反射光の光量が前記第1基準量より少ない第2基準量よりも多くかつ前記第1基準量以下の場合、前記混合液の流れる方向を前記第1方向と逆の第2方向と特定する、
1.又は5.に記載の流速特定装置。
7.
前記特定部は、前記検出部が検出した前記反射光の光量が前記第2基準量以下の場合、前記混合液が流れていないと特定する、
6.に記載の流速特定装置。
8.
前記混合液は、前記固体を赤血球とする血液とされている、
1.〜7.のいずれか1つに記載の流速特定装置。
Claims (8)
- 非球形の固体と液体とを含み、流路を流れる混合液に向けて照射光を照射する照射部と、
前記照射部が照射して前記流路を流れる前記混合液により反射された反射光を検出する検出部であって、前記照射光の光軸と前記反射光の光軸とを含む仮想平面の平面視にて、前記反射光の光軸を挟んで少なくとも一方側に配置されている検出部と、
前記検出部が検出した前記反射光の光量を用いて、前記混合液の流速を特定する特定部と、
を備える流速特定装置。 - 前記検出部は、前記仮想平面の平面視にて、前記反射光の光軸を挟んで一方側に配置されている第1検出部と、他方側に配置されている第2検出部とを有し、
前記特定部は、前記第1検出部が検出した反射光の第1光量と前記第2検出部が検出した反射光の第2光量とを比較して、前記混合液の流速を特定する、
請求項1に記載の流速特定装置。 - 前記特定部は、前記第1光量が第2光量よりも多くかつ前記第1光量と第2光量との差が基準差よりも大きい場合、前記混合液の流れる方向を前記流路の一方から他方に向く第1方向と特定し、前記第1光量が第2光量よりも少なくかつ前記第1光量と第2光量との差が前記基準差よりも大きい場合、前記混合液の流れる方向を第1方向と逆の第2方向と特定する、
請求項2に記載の流速特定装置。 - 前記特定部は、前記第1光量と前記第2光量との差が前記基準差以下の場合、前記混合液が流れていないと特定する、
請求項3に記載の流速特定装置。 - 前記特定部は、前記検出部が検出した前記反射光の光量を、前記流路を流れていない状態の前記混合液により反射された前記反射光の光量と比較して、前記混合液の流速を特定する、
請求項1に記載の流速特定装置。 - 前記特定部は、前記検出部が検出した前記反射光の光量が第1基準量よりも多い場合、前記混合液の流れる方向を前記流路の一方から他方に向く第1方向と特定し、前記検出部が検出した前記反射光の光量が前記第1基準量より少ない第2基準量よりも多くかつ前記第1基準量以下の場合、前記混合液の流れる方向を前記第1方向と逆の第2方向と特定する、
請求項1又は5に記載の流速特定装置。 - 前記特定部は、前記検出部が検出した前記反射光の光量が前記第2基準量以下の場合、前記混合液が流れていないと特定する、
請求項6に記載の流速特定装置。 - 前記混合液は、前記固体を赤血球とする血液とされている、
請求項1〜7のいずれか1項に記載の流速特定装置。
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