KR100304144B1 - 비침습혈액분석장치와그방법 - Google Patents

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이시하라껜
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Abstract

[1. 청구범위에 기재된 발명이 속한 기술분야]
생체의 혈관에 흐르는 혈액을 광학적으로 계측하고 혈액검사에 필요한 혈구성분을 분석하는 장치 및 방법
[2. 발명이 해결하려고 하는 기술적 과제]
생체의 혈관내를 이동하는 혈구를 정밀도좋게 촬상하고, 촬상한 화상으로부터 혈구의 형태나 수를 해석하여, 비침습으로 혈액을 분석할 수 있는 장치 및 그 방법
[3. 발명의 해결방법의 요지]
생체 일부에 포함된 혈관내의 검출영역을 조명하는 광조사수단, 조명된 검출영역을 촬상하는 촬상수단, 촬상수단과 생체 1부를 상대적으로 고정하는 고정수단과, 촬상수단의 촛점을 검출영역에 대해 안정화하는 안정화수단과, 촬상수단으로 촬상된 화상을 처리하고 검출영역중에 포함되는 혈구의 형태나 수를 해석하는 해석수단을 갖추고, 광조사수단 또는 촬상수단이 1만분의 1 내지 10억분의 1초의 광조사나 촬상시간에 1화상을 형성하도록 구성된 비침습혈액분석장치 및 그 방법
[4. 발명의 중요한 용도]
혈액분석장치 및 방법

Description

비침습 혈액분석장치와 그 방법
제1도는, 본 발명의 실시예 1을 나타내는 구성설명도.
제2도는, 검출영역의 예를 나타내는 설명도.
제3도는, 검출영역의 예를 나타내는 설명도.
제4도는, 검출영역의 예를 나타내는 설명도.
제5도는, 실시예 2의 요부를 나타내는 구성설명도.
제6도는, 검출영역의 예를 나타내는 설명도.
제7도는, 검출영역의 예를 나타내는 설명도.
제8도는, 촬상된 화상을 나타내는 설명도.
제9도는, 화상을 윈도우로 자른 상황을 나타낸 설명도.
제10도는, 적혈구수산출순서를 나타내는 플로우챠트.
제11도는, 평균적혈구 용적산출순서를 나타내는 플로우챠트.
제12도는, 헤모글로빈 산출순서를 나타내는 플로우챠트.
제13도는, 헤모글로빈 산출순서를 나타내는 플로우챠트.
제14도는, 헤모글로빈 산출순서를 나타내는 플로우챠트.
제15도는, 백혈구분류순서를 나타내는 플로우챠트.
제16도는, 혈류속도 산출 원리르 나타내는 플로우챠트.
제17도는, 실시예에서의 소식자의 장착예를 나타내는 설명도.
제18도는, 본발명의 실시예 3을 나타내는 구성설명도.
제19도는, 제18도에 나타낸 실시예의 헤마토 크릿트값 산출순서를 나타내는 플로우챠트.
제20도는, 본발명의 실시예 4를 나타내는 구성설명도.
제21도는, 제20도에 나타낸 실시예의 변형예를 나타내는 설명도.
제22도는, 제21도의 요부를 나타내는 설명도.
제23도는, 제21도의 부분확대도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
12 : 혈관 14 : 혈류방향
16 : 피부면 20 : 분석장치본체
22 : 광원 24 : 광섬유
26 : 확산기 28 : 감광판
30 : 시준렌즈 34 : 색선별거울
36 : 실상 38 : 렌즈
40 : CCD 42 : 전송로
44 : 비디오시스템 46 : 화상처리회로
48 : 적혈구수산출수단 50,101 : 평균적혈구용적산출수단
52 : 헤모글로빈량산출수단 54A,100 : 헤마토크릿트값산출수단
54B ; 평균혈색소량산출수단 54C : 혈색소농도산출수단
56A : 백혈구수산출수단 56B : 백혈구분류수단
57 : 혈류속도산출수단 58 : 소식자
60 : 슬릿 61 : 편광필터
66 : 투명판 67 : 차광판
71 : 지지대 74 : 미동소자
75 : 손가락 76 : 광매체
본발명은 비침습(non-invasive)으로 혈액의 분석을 하는 장치와 그 방법에 관하여, 좀더 상세하게는 생체의 혈관에 흐르는 혈액을 광학적으로 계측하여 혈액검사에 필요한 혈구성분을 분석하는 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
일반적으로 혈액을 분석하여 얻어지는 혈구수, 헤마토크릿트값, 헤모글로빈량, 적혈구수(평균 적혈구용적 MCV, 평균혈색소량MCH, 평균혈색소농도 MCHC)등의 혈액학상의 검사항목은 진단, 치료등을 위해 극히 중요하며, 임상검사에 있어서 가장 빈번히 검사되는 항목의 하나이다.
이들 혈액검사는, 생체로부터 혈구를 채취(채혈)하고 그 시료를 분석장치에서 분석하는 형태로 진행된다.
그러나, 이 채혈시에는 생체에 적지않는 고통을 주는 외에, 채취된 혈액을 분석장치가 설치되어 있는 검사실로 옮겨져 분석되기 때문에 진단중에 즉시 혈액검사를 할 수 없다.
또한, 간염이나 에이즈등의 감염성 환자에 사용한 채혈용 주사기로의 의료사고의 위험은 항시 존재하고 있다.
그래서, 생체로부터 혈액을 채취하지 않고 전혀 비침습적으로 혈액검사가 이루어지는 장치의 개발이 장기간에 걸쳐 요망되고 있다.
또한, 그러한 장치를 환자의 머리맡에 두면 병의 상태를 즉시 파악하는데 유용하게 된다.
이러한 장치에 관련한 종래기술로서는, 생체표면의 관찰부위에 광을 조사하여 천분의 1초 정도의 셔터속도로 주기적으로 비디오촬상하고, 그 얻어진 각 정지화상으로부터 혈류의 불연속점을 식별하여 각 정지화상상을 순차적으로 이동하는 혈류불연속점의 위치로부터 혈류속도를 산출하도록 한 비디오 현미경이나, 안구의 결막모세혈관의 적혈구를 촬상하는 고속셔터부착 비디오카메라를 갖춘 분석장치가 알려져 있다(예를들면 일본국 특개평 4-161915호 공보 및 미합중국 특허 4998533참조)
그런데, 생체내의 혈관에서는, 중소동정맥으로 부터 세동정맥, 그리고 모세혈관에 이르기까지 혈액은 항시 흐르고 있고 그 속도는 초속5-수십㎜이다.
혈류속도를 초속 10㎜로하여, 상기 종래기술과 같이 천분의 1초의 셔터속도로 적혈구(직경8-10미크론)을 촬상하면 천분의 1초간에 적혈구는 그 직경분의 거리만큼 이동하기 때문에 적혈구의 화상은 그 직경분만큼 이동하게 된다.
또한, 혈관중에는 적혈구가 그 직경정도 또는 그 이하의 간격으로 상호 인접하는 일이 많기 때문에 촬상된 적혈구들 거의 모두가 이 화상이동에 의해 중첩되게 된다.
따라서, 촬상한 화상으로 부터 혈구의 형태나 수를 해석하여 혈액의 각 검사항목을 정량적으로 측정한다는 것은 종래 기술로는 어려웠다.
한편, 미합중국 특히 제4998533호에 개시된 분석장치는, 안구의 결막모세혈관을 비디오카메라로 촬영하도록 하고 있으나, 안구는 원래 미동하는 성질을 갖고 있기 때문에 비디오카메라의 촛점이 안구의 피촬상부분에 대하여 항시 상대적으로 이동하므로 비디오카메라는 피촬상부분의 동일영역을 반복촬영하기 곤란하다.
어떤 물체를 안구에 밀착시켜 안구의 미동을 기계적으로 정지하는 일은 안구를 손상시킬 위험성이 있으므로 불가능하다.
또한, 미합중국특허 제4998533호에는 RBC수, HCT, MCV 및 MCHC를 측정하는 경우가 기재되어 있으나, 그 구체적인 순서에 대해서는 어떤 기재도 없다.
본발명은, 이러한 사정을 감안하여 된 것으로, 생체의 혈관내를 이동하는 혈구를 정밀도가 좋게 촬상하고, 촬상한 화상으로부터 혈구의 형태및/또는 수를 해석하여 비침습으로 혈액을 분석할 수 있는 장치및 그 방법을 제공하는 것이다.
즉 본발명은, 생체 일부에 포함된 혈관내의 검출영역을 조명하는 광조사수단, 조명된 검출영역을 촬상하는 촬상수단, 촬상수단과 생체 일부를 상대적으로 고정하는 고정수단, 촬상수단의 촛점을 검출영역에 대해 안정화시키는 안정수단및, 촬상수단에 의해 촬상된 화상을 처리하고 상기 검출영역중에 포함되는 혈구의 형태및/또는 수를 해석하는 해석수단을 갖추고, 상기 광조사수단또는 촬상수단이 1만분의 1초내지 10억분의 1(10-4-10-9)초의 광조사 또는 촬상시간에 1화상을 형성시키도록 구성되어 있는 비침습 혈액분석장치를 제공하는 것이다.
이 분석장치는, 비침습적으로 생체의 혈액을 분석하는 것을 특징으로 하고, 생체로는 인간을 포함하는 포유동물인것이 바람직하다.
광조사수단으로 조명하는 검출영역을 포함한 생체의 일부란 접촉물에 의해 손상을 받기 어려운 피부를 갖고 그 피하에 혈관을 갖는 부분, 예를들면 입술, 손가락, 귓불등으로, 외부로부터의 접촉물에 의해 쉽게 손상될 수 있는 부분, 예컨데 안구는 제외된다.
혈관내의 검출영역이란, 생체에 있는 그대로 존재하는 혈관내의 소정영역을 의미한다.
즉, 본 발명에서는, 이 소정영역을 검출영역이라 칭하고 이 영역은 혈관내에 존재하는 혈구를 개개로 구별할 수 있는 체적을 갖는 영역이다.
이 영역은, 혈관의 혈류방향에 대해 수직이나 경사방향의 2개의 단면으로 구획된 영역이어도 좋다.
이러한 검출영역의 구획폭은, 구체적으로는 10-20미크론정도가 바람직하다.
한편, 대상으로 하는 혈관의 두께는 특별히 한정되지는 않으나, 재현성이 양호한 결과를 얻기 위해서는 가급적 새동, 정맥인것이 바람직하다.
또한, 새동, 정맥으로 얻어진 혈구정보는, 굵은 혈관(중, 대동, 정맥)의 정보로 환산할 수 있다.
또한 본발명은, 촬상수단과 생체의 일부를 고정하고, 생체의 혈관내의 검출영역을 조명하는 공정과, 검출영역에 촬상수단의 촛점을 안정시키고, 검출영역을 포착하여 촬상하고, 촬상된 화상을 처리하여 검출영역중에 포함되는 혈구의 형태나 수를 해석하는 공정으로 이루어지고, 상기 광조사공정 또는 촬상공정이 일만분의 1초 내지 10억분의 1초의 광조사 또는 촬상시간에 1화상을 형성하는 것을 특징으로 하는 비침습혈액분석방법도 제공한다.
본발명의 광조사수단에는, 광원으로서 레이저나 할로겐램프 또는 텅스텐램프와 같은 연속적으로 광을 조사하는 연속광원, 또는 펄스레이저(예를들면 스펙트라피식스사제, 7000시리즈)나 멀티스트로브(예를들면(주)스가와라겐꾸쇼제, DSX시리즈)와 같은 연속적으로 광을 조사하는 단속 광원을 사용할 수 있다.
연속광원에는 통상 광셔터를 조합하여 단속광원으로 사용하는 것이 바람직하다.
그리고, 광셔터로서는 공지의 음향광학효과소자 (acoustic-optic modulator) 또는 전기광학효과소자(electro-optic modulator)등을 사용할 수 있다.
또한, 이들 단속광원의 광조사(섬광)시간은 10-4-10-9초로 설정할 수 있다.
또한, 광조사수단은 상기 광원외에 광섬유, 각종반사경, 편광소자, 각종렌즈, 프리즘, 슬릿및 필터등을 선택적으로 갖추고 이들 조합으로 광원으로부터의 광을 검출영역으로 도출하도록 해도 좋다.
특히, 광조사수단은, 검출영역을 편광으로 조명하기 위한 평광수단을 갖춘것이 바람직하다.
본발명의 촬상수단에는, 일반적인 가시광용, 적외광용 또는 자외광용CCD 촬상소자를 사용할 수 있으나, 특히 셔터속도가 10-4초이상의 전자셔터기능을 갖춘CCD촬상소자, 예를들면 소니(주) 제XC-73/CE 또는 XC-75/75CE형(최대 셔터속도 50만분의 1초의 가변셔터부착)을 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 촬상수단은 상기 CCD촬상소자외에 광섬유, 각종반사경, 편광소자, 각종렌즈, 프리즘, 슬릿, 필터및 상보강장치등을 선택적으로 갖추고, 이들의 조합으로 검출영역으로 부터의 반사광을 CCD촬상소자에 도입하도록 해도 좋다.
특히 촬상수단은, 검출영역으로 부터의 불필요한 산란광성분을 제거하기 위한 편광수단을 갖추는 것이 바람직하다.
본발명에 있어서는, 광조사수단 또는 촬상수단이 일만분의 1 내지 10억분의 1초의 광조사 또는 촬상의 시간에 1화상을 형성하도록 구성된다.
예를들면 혈관중을 초속 10㎜로 이동하는 적혈구는 1만분의 1초에 1미크론씩 이동하기 때문에 본발명의 구성에 의해 촬상된 적혈구의 화상이동은 적혈구의 직경(10미크론)의 10%로 된다.
이 정도의 화상이동이라면, 혈관내의 혈구형태의 분석 및 혈구수의 계수가 가능하다는 것은 실험적으로 확인했다.
또한 이들을 10만분의 1초의 시간에 1화상을 형성하도록 하면 100분의 1(0.1%)로 제어되고 1화상의 형성시간이 짧을수록 혈구의 형태및 수의 해석 정밀도는 향상한다.
그러나, 1화상의 형성시간이 짧게될수록 촬상수단의 수광광량은 적게되기 때문에, 광조사 수단의 광량이나 촬상수단의 수광감도를 증대시킬 필요가 생긴다.
따라서, 1화상의 형성시간은 1만분의 1초 내지 10억분의 1초인것이 바람직하고 5만분의 1초 내지 20만분의 1초인것이 특히 바람직하다.
그리고, 1만분의 1초 내지 10억분의 1초의 광조사 또는 촬상시간에 1화상을 형성하기 위해서는, 단속광원을 갖춘 광조사수단과 CCD촬상소자를 갖춘 촬상수단을 조합시키거나 또는 연속광원을 갖춘 광조사 수단과 전자셔터부착 CCD촬상소자를 촬상수단을 조합시키는 것이 바람직하다.
또한, 광조사수단과 촬상수단은, 해석수단이 복수의 화상에 기초하여 혈구의 색조를 함유한 형태/또는 수를 해석할 수 있도록 복수의 화상을 소정의 시간간격으로 촬상하도록 구성되는 것이 바람직하다.
또한 촬상수단은, 촬상한 화상을 기억하기 위한 기록수단, 예를들면 화상메모리나 비디오테이프레코더를 더 갖춰도 좋다.
일반적으로 혈액검사항목으로서의 혈구수는, 혈액단위체적당 존재하는 혈구의 개수로서 산출되기 때문에 그 산출에는 검출영역의 체적(용적)을 알 필요가 있다.
따라서, 본 발명이 대상으로 하는 혈관내의 검출영역은, 그 영역에 존재하는 혈구를 개별적으로 광학적으로 구별할 수 있는 3차원적 체적영역을 함유한 것으로, 그 검출영역의 체적(용적)의 산출은 예컨데 다음과 같은 방법으로 실시한다.
(1) 촬상된 화상면적, 촬상수단의 촬상가능심도(촛점심도) 및 촬상배율로부터 산출한다.
(2) 광조사수단으로 혈관내의 소정체적의 영역만을 조명하고 조명된 영역을 촬상한다.
(3) 촬상된 혈관벽의 검출영역에서의 내경을 계측하고 검출영역의 체적을 산출한다.
상기 (2)의 방법에서는, 광조사수단으로 혈관의 혈류방향에 수직 또는 경사방향에서 슬릿광을 조사하여 혈관을 슬릿광으로 분할되도록 조명하고, 슬릿광으로 분할된 영역을 그 단면방향으로 부터 촬상수단에 의해 촬상하도록 해도 좋다.
이렇게 하여 혈관중을 흐르는 혈구의 동태를 혈관의 혈류방향에서 촬상할 수 있고 검출영역의 체적은 혈관단면의 면적과 슬릿폭의 크기로 부터 산출된다.
또한, 이러한 혈관단면의 촬상에서는, 촬상수단의 촬상면이 피촬상면에 대하여 경사(아오리)촬영할 수 있도록 배치되는 것이 바람직하다.
그래서 단면전체에 촛점을 맞출수 있다(경사촬영에 대해서는, 사진 촬영 기술의 하나로서 공지이므로 그 설명을 생략한다).
본발명의 해석수단은, 촬상수단으로 촬상된 화상의 전처리를 하기 위해 각종필터, r보정, 색보정, 보간, 셔터보정, 색조변환, 컬러발란스 보정, 화이트 발란스, 셰이딩보정등의 기능을 선택적으로 갖는 아나로그및/또는 디지탈방식의 화상처리수단을 갖추는 것이 바람직하다.
그리고 해석수단은, 적혈구 및/또는 백혈구의 수를 산출하는 산출수단, 헤마토크릿트값을 산출하는 헤마토크릿트산출수단, 검출영역으로 부터의 반사광강도를 해석하여 헤모글로빈량(HGB)를 산출하는 헤모글로빈량산출수단, 혈구의 형태로부터 평균적혈구체적(MCV)와 평균혈색소량(MCH)와 평균혈색소농도(MCHC)를 산출하는 수단, 혈구의 형태를 해석하여 분류하는 수단 및 세동정맥 또는 모세혈관으로 부터 얻어진 혈구정보를 중대동정맥에 대응하는 혈구정보로 환산하는 수단등을 갖추는 것이 바람직하다.
또한 이 해석수단은, 디지탈시그널프로세서(DSP), 예를들면 텍사스인스트루먼트사의 TMS 320C30을 사용하여 구성해도 좋다.
본발명의 비침습혈액분석장치는, 광조사수단으로부터 조사되는 광을 혈관내의 검출영역에 조사하고, 또 조명된 검출 영역으로 부터의 반사광을 정확히 (촬상이동없이)촬상하기 위해 적어도 생체의 일부와 촬상수단을 상대적으로 고정하는 고정수단과, 촬상수단의 촛점을 검출영역에대해 안정화시키는 안정화수단을 갖춘것이 바람직하다.
이러한 목적에 대하여 이 장치는 그 자체에 또는 별개로서 고정수단과 안정화수단을 갖춘것이 바람직하다.
이러한 수단의 구조는, 분석장치와 검출영역에 관계에서 적절히 설계되고, 또한 검출영역의 존재하는 생체부위의 형상과 크기에 대응하여 결정된다.
예를들면 검출영역이 입술부의 모세혈관인 경우에는 제17도에 나타난 바와같은 수단을 사용할 수 있다.
또한 검출영역이 손가락의 모세혈관인 경우에는 제21도에 나타난 수단을 사용할 수 있다.
또한 본발명은, 별도의 관찰에 따르면, 촬상수단과 생체의 일부를 상대적으로 고정하는 공정과, 생체의 일부에 포함되는 혈관내의 검출영역을 조명하는 공정과, 촬상수단의 핀트를 검출영역에 대해 안정화하는 공정과, 촬상수단에 의하여 검출영역을 촬상하는 공정과, 촬상수단에 의하여 촬상된 화상을 처리하고, 상기한 검출영역중에 포함되는 혈구의 형태나 수를 해석하는 공정을 갖추고, 상기한 광조사 공정 또는 촬상공정이 1만분의 1초내지 10억분의 1초의 광조사 또는 촬상시간에 1화상을 형성시키는 것을 특징으로 하는 비침습 혈액분석방법을 제공하는 것이다.
이하, 도면과 관련한 실시예에 기초하여 본발명을 상술하지만, 본발명은 여기에 한정되는 것은 아니다.
[실시예 1]
제1도는 본발명의 실시예 1의 구성을 나타내는 구성설명도이다.
제1도에 나타낸바와같이 생체의 피부면(16)의 내부에 존재하는 혈관(12)의 검출영역 V를 조명하기 위한 광조사수단은, 레이저광원(22), 광섬유(24) 및 슬릿(60)으로 구성된다.
또한, 조명된 검출영역 V를 촬상하기 위한 촬상수단은, 셔터속도가 10만분의 1초의 전자셔터부착 CCD(40), 렌즈(38), 편광필터(61) 및 비디오시스템(44)로 구성된다.
그리고, 촬상수단에 갖추어진CCD(40)으로 촬상된 화상을 처리하고, 검출영역 V중에 함유된 혈구의 형태나 수를 해석하는 해석수단은 화상처리회로(46), 적혈구수산출수단(48), 평균적혈구용적산출수단(50), 헤모글로빈량산출수단(52), 헤마토크릿트값산출수단(54A), 평균혈색소량산출수단(54B), 평균혈색소농도산출수단(54C), 백혈구수산출수단(56A), 백혈구분류수단(56B) 및 혈류속도산출수단(57)을 갖춘다.
그리고 CCD(40)은, 레이저광으로 조명된 검출영역 V를 10만분의 1초의 촬상시간(셔터속도)로 촬상할때마다 1프레임의 화상을 형성한다.
이 실시예에서는 제2도에 나타낸바와 같이, 광조사수단으로 혈관(12)의 혈류방향(14)에 대하여 경사방향의 단면으로 원판형으로 단면적 S, 두께 T의 박편상의 검출영역 V를 형성하고, 영역 V중에 존재하는 혈구를 촬상한다.
또한, 제1도에서는, 피부면(16)이하를 편의상 확대해 나타내고 있다.
광원(22)는 분석장치본체(20)내에 수납되어 있다.
또한, 광섬유(24)의 선단부, 슬릿(60), CCD(40), 렌즈(38) 및 편광필터(61)은 소식자(58) 내에 들어있다.
광원(22)의 출사하는 레이저광은 광섬유(24)의 선단을 나오면서 슬릿(60)으로 규제되고 두께 T의 얇은 띠상의 광비임(슬릿광)으로 되어, 생체를 조사한다.
플라스틱 또는 유리의 투명판(66)은 소식자 선단(59)를 피부면(16)에 밀접시켜 안정된 화상을 얻기 위한 것이다.
상기 광비임(슬릿광)이 혈관(12)를 횡단하면 혈관의 특정영역만이 조사되고 검출영역V가 형성된다.
영역 V로부터의 반사광은 편광필터(61) 및 렌즈(38)을 통하여 CCD(40)의 수광면으로 수광되고 촬상된 화상은 전송로(42)를 통하여 비디오시스템(44)에 기록된다.
여기서는, 영역 V로 부터의 반사광을 원반모양의 단면(62)의 방향에서 촬상하기 때문에, 카메라에 의한 촬상기술로 알려진 경사촬영법을 응용하고 있다.
즉, 단면(62)와 렌즈(88)과, CCD(40)의 촬상면을 광축에 대해 경사촬영할 수 있는 위치관계에 있으므로 단면(62)전체에 촛점을 맞춘상이 촬상된다.
단면적 S는, 촬상된 단면의 화상면적을 촬상배율의 2승으로 나누어 구해진다.
두께 T 즉, 대상의 광비임의 두께는 슬릿(60)의 슬릿폭으로부터 알수 있으므로 영역 V의 체적은 계산으로 구해진다.
또한, 촬상된 단면의 화상은 소정면적의 윈도우로 자르고, 그 윈도우면적을 촬상배율의 2승으로 제한값에 두께 T를 곱하여 영역V의 체적으로 해도 좋다.
영역 V의 두께T는, 예를들면 10미크론정도로 얇게 형성되므로, CCD로 촬상되는 평면화상에 혈구가 겹쳐질 확율은 높지않으나, 반대로 겹쳐져 있어도 2개의 혈구가 완전히 상하로 중첩되어 있지 않는한 화상처리에 따라 혈구를 하나씩 화상상에 식별하는 것이 용이하다.
또한, 1매(1프레임)의 화상만으로도 상기와 같이 혈구수를 산출하는 것은 가능하나, 본실시예에서는 해석정밀도를 높히기 위해 수십매 내지 수백프레임의 화상을 연속촬영하도록 하고 있다.
즉, 원래부터 혈관내의 넓은 범위의 혈구분포를 구하고 여기에 기초하여 각 지수를 산출하고자 하나, 여기서는 그대신에 혈관내의 동일검출영역을 연속촬상한 복수의 화상으로부터 혈구분포를 구하고 여기에 기초하여 통계적으로 신뢰할 수 있는 각지수를 산출하고 있다.
촬상수단에 고속 게이트부착 상보강재를 사용한 경우에는 혈관에의 광조사량이 적게되어도 선명한 화상이 얻어지므로 생체에의 광조사에 의한 열상등의 심려가 없고 광원도 힘이 약한 것이어도 좋다.
제1도에 나타낸바와같이 광학계를 일체로하여 하나의 소식자(58)중에 묶어서 콤팩트하게 취급이 용이하고 소식자 선단(59)를 투명판(66)을 통하여 피부면(16)에 대는것만으로 측정이 가능하게 된다.
제17도는, 소식자(58)을 장착장치에 장착하여 피시험자에 고정하여 입술부의 혈관을 측정하는 상태를 나타내는 설명도이고, 100a는 피시험자의 전액부에 소식자장착장치(100)을 고정하는 액부고정부, 100b는 피시험자의 턱부에 소식자 장착장치(100)을 고정하는 턱부고정부이다.
도면에서와 같이 소식자장착장치를 사용하여 검출영역으로서의 입술부에 소식자(58)을 안정화수단, 예를들면 투명판(66)을 통하여 밀착시키면 투명판(66)의 마찰작용에 의해 소식자(58)의 선단이 피시험자의 피부면에 고착하여 소식자(58)의 선단과 입술부의 상대적인 미소진동이 억제되기 때문에 촬상계의 촛점이 안정함과 동시에 검출영역의 기계적인 이동이 방지된다.
또한 수광계에 편광필터(61)을 갖추도록 하면, 불필요한 산란광성분이 제거될 수 있고, 또 색대비가 좋은 화상이 얻어진다.
이때, 조사계에는 편광필터가 없어도 수광계의 필터만으로 색대비는 상당히 개선되나, 조사계에도 편광필터를 갖추거나, 직선 편광레이저를 편파면보존섬유로 도입하는 등의 방법을 사용하는 것이 바람직하다.
또한 제1도, 제2도에서는, 혈관(12)의 혈류방향(14)에 대하여 경사방향의 단면에서 원반모양으로 검출용 체적영역V를 형성하나, 제3도에 나타난바와 같이 혈관(12)의 혈류방향(14)에 수직인 단면에서 원반모양으로, 직경W, 두께T의 박편원주상으로 영역V를 형성해도 좋다.
이 경우에도, 제1도와 같이 경사촬영을 하면 혈관의 혈류방향에 수직인 단면의 화상이 촬상된다.
직경W는 혈관지름으로 구해지고, 두께T는 조사계의 비임폭으로 결정된다.
혈관의 원반상단면의 화상의 진원에 근사한 경우에는 그 단면적인 직경W로부터 간단히 계산된다.
단면 형상이 진원에서 먼경우에는 제2도의 경우와 같이 단면적 S를 구하면 된다.
제2도, 제3도의 경우에도, 영역V전체가 촬상화면중에 들어가지 않는 경우도 있다.
즉, 제4도에 나타난바와같이, 영역 V중의 일부의 영역V만이 촬상화면가득히 사출되는 경우이다.
그 경우에는 촬상하면 가득히 나타난 전체를 바꾸어 검출영역V의 확대화상으로 생각하면 좋다(V′를 바꿔V로 생각한다).
이와같이하여, 혈관중을 흐르는 혈구의 동태를 혈관의 혈류방향에서 촬상할수 있게 된다.
제1도에서, 비디오시스템(44)는 CCD(40)으로 촬상된 화상을 기록하기 위한 비디오테이프레코더(VTR)을 갖춘다.
기록된 화상은, 화상처리회로(46)으로 처리 된후, 적혈구수산출수단(48), 평균적혈구용적산출수단(50), 헤모글로빈량산출수단(52), 헤마토크릿트값산출수단(54A), 평균혈색소량산출수단(54B), 평균혈색소농도산출수단(54C), 백혈구수산출수단(56A), 백혈구분류수단(56B) 및 혈류속도 산출수단(57)로 보내져 혈구의 색조를 포함한 형태및/또는 수가 해석되고 혈액검사 항목의 각값이 산출된다.
또한, 화상처리회로 (46)은 각종필터, r보정, 보간, 셔터보정, 색조변환, 컬러발란스보정, 화이트발란스, 셰이딩보정등의 기능을 선택적으로 갖춰 화상의 전처리를 한다.
그다음, 적혈구수산출수단(48)에 대해 설명한다.
이 수단(48)에 대해 설명한다.
이 수단(48)에서는, 영역V의 화상중의 적혈구수를 계수하여, 단위체적중의 적혈구수(RBC)가 산출된다.
그 순서는 제10도의 플로우챠트에 나타난바와 같다.
즉, 영역V를 촬상한 화상을 비디오시스템(44)로부터 제8도에 나타낸바와 같이 1프레임씩 판독하고(스텝S11), 판독한 화상을 제9도에 나타낸바와 같이 소정크기의 윈도우로 나누고(스텝S12), 윈도우내의 적혈구를 인식하여 윈도우내의 적혈구수a를 구한다(스텝S13).
이 조작을 소정의 프레임수F만큼 반복하여 그때마다 얻어진 적혈구수a의 누계n을 구하고(스텝S14, S15), 단위체적당 평균적혈구수 No = Ko.n/F를 산출한다(스텝 16).
여기서 Ko는, 윈도우크기와 촬상배율과 영역V의 두께 T로부터 구한, 단위 체적당의 적혈구수를 산출하기 위한 변환계수이다.
그리고, 필요하다면, 얻어진 No에 보정계수 K1을 곱하여 세동정맥(모세혈관)데이타로 부터 중대동정맥등에 대응하는 적혈구수(RBC)로 환산하다(스텝S17).
또한, 스텝S3에서의 적혈구의 화상인식처리에 대해서는, 공지의 방법을 사용하는(예컨데 아끼히데 하시즈메 등저 「적혈구 자동식별 알고리즘과 그 평가」 의용전자와 생체공학 제28권 제1호(1990년 3월)참조)것도 가능하고, 적혈구가 0.1미크론정도이동한 2매의 연속촬상화상(매초 10㎜의 혈류로 10만분의 1초의 시간차)끼리를 감산처리하여 움직이고 있는 적혈구의 주변가장자리만이 추출간조된 2차원차분화상으로부터 적혈구 인식을 보다 고속으로 할수도 있다.
그다음, 평균적혈구 용적산출수단(50)에 대해 설명한다.
이 수단(50)에서는, 화상으로부터 적혈구 1개마다의 면적을 구하고 그 평균값에 소정의 계수를 곱해 체적값을 산출하고 평균적혈구 용적(MCV)를 구하고 있다.
그 순서는 제11도의 플로우차트에 나타낸바와 같다.
즉, 비디오시스템(44)로부터 1프레임씩 화상을 판독하고(스텝S21), 판독한 화상을 소정크기의 윈도우로 나누고(스텝S22), 윈도우내의 적혈구를 인식하여 각 적혈구의 직경d1을 구하고, 그 평균치 b를 산출한다(스텝S23).
이 조작을 소정의 프레임수F만큼 반복하여 그때마다 얻어진 평균치b의 누계 V를 구하고(스텝S24, S25), 이 누계 V를 프레임수 F로 나누어 평균직경 Va를 산출하고(스텝 S26), 직경으로부터 용적으로 환산하는 함수 f(실험적으로 구한 함수)를 사용하여 용적 Vo를 구한다(스텝 S27).
그리고, 얻어진 Vo에 보정계수 α1을 곱하여 세동정맥이나 모세혈관의 데이타로 부터 중대동정맥등에 대응하는 평균적혈구용적(MCV)를 구한다(스텝S18).
그다음, 헤모글로빈량 산출수단(52)에 대해 설명한다.
이 수단에서는 영역V로의 입사광강도와 영역V로부터의 반사광강도로 부터, 다음 원리에 따라 단위체적당 총헤모글로빈량(HGB)를 산출한다.
입사광강도를 Io(λ), 반사광강도(I(λ)로 하면,
I(λ) = Io(λ).α(λ)x esp((ε1(λ)HgbO2+ ε2(λ)Hgb)) ........... (1)
여기서,
α(λ) : 산란항(파장의존성)
ε1(λ) : 산소화형 Hgb의 흡수계수(파장의존성)
ε2(λ) : 탈산소화형 Hgb의 흡수계수(파장의존성)
HgbO2 : 산소화형 Hgb의 농도
Hgb : 탈산소화형 Hgb의 농도
λ : 파장
이고, 단위체적당 총헤모글로빈량 HGB는, HGB = HgbO2+ Hgb로 구해진다.
(1)식의 산란항은 적당한 파장λ를 선택하여 근사적으로 정수로 보는것이므로, 이것을 α0로 놓으면 (1)식은, Iog(I(λ)/Io(λ)) = (ε1(λ)HbO2+ ε2(λ)Hg) + Iog α0로 된다.
그런데 I(λ)/Io(λ)는 측정하여 얻어지는 값이다.
ε1(λ), ε2(λ)는 선택된 파장에 대하여 정수로 되고 미지량은 HgbO2, H, α0의 3개 이므로,
(a) 적당한 3파장에 대하여 I(λ)/Io(λ)를 계측하여 HgbO2, Hgb가 구해진다.
(b) α0가 생체에 의존하지 않고 일정하다고 가정하면 α0를 미리 실험적으로 구해놓아 2파장에 대해 계측하면 HgbO2, Hgb가 구해진다(실용상, α0를 일정하게해도 문제는 없다).
(c) 또, 흡광도가 산소화형 및 탈산소화형 Hgb에서 같은 파장(예를들면 525㎜)을 선택하면, ε1(λ)=ε2(λ)로 되기 때문에 단위체적당 총헤모글로빈량을 파장으로 구할 수 있다.
또한, 혈액분석의 분야에서는 단위체적당 총헤모글로빈량을 단순히(총)헤모글로빈(량)으로 부르기 때문에 이하 여기에 따른다.
상기 원리에 기초하여, 헤모글리빈량 산출수단(52)는 총헤모글로빈량(HGB)를 산출하나, 이것은 제12-제14도의 플로우챠트에 나타낸 3개의 순서 가운데 어느하나로 실시한다.
우선, 제12도에 나타낸 순서는, 화상의 강도의 총합으로 부터 반사광강도 I(λ)를 구하는 것을 특징으로 한다.
즉, 비디오시스템(44)로부터 1프레임씩 화상을 판독하고(스텝S31), 판독한 화상을 소정크기의 윈도우로 나누어(스텝S32), 윈도우내의 적혈구를 인식하고, 그 적혈구상의 강도S를 구한다(스텝33).
그리고, 화상의 배경(백그라운드)의 강도b를 구한다(스텝S34).
이상의 조작을 소정의 프레임수F만큼 반복하여 그때마다 얻어진 강도 s.b의 각누계 S.B를 구한다(스텝S35, S36).
그리고, S와 B의 차로부터(강도I(λ)를 구하는 함수g에 의해 강도 I(λ)를 산출한다(스텝S37).
또한, 함수g는 실험적으로 구한것이다.
그다음, Io(λ)는 이미 알고있는것으로, (1)식으로 부터 총 헤모글빈량, HGB량을 구한다(스텝S38).
이어서, 제13도에 나타낸 순서는, 절혈구의 평균농도로 부터 반사광 강도 I(λ)구하는 것을 특징으로 한다.
즉, 비디오시스템(44)로부터 1프레임씩 화상을 판독하고(스텝S41), 판독한 화상을 소정크기의 윈도우로 나누어(스텝S42), 윈도우내의 적혈구를 인식하고, 그 적혈구상 하나에 대하여 평균산란광강도 C를 구한다(스텝S43).
이상의 조작을 소정프레임수F만큼 반복하여 그때마다 얻어진 강도C의 누계 C를 구하고(스텝S44, 45), 적혈구 1개의 평균산란광강도 Ca를 산출한다(스텝S46).
그리고, 평균강도 Ca와 적혈구수 RBC로부터 I(λ)를 구하는 함수(실험적으로 구한것)을 사용하여, I(λ)를 구한다(스텝S47).
Io(λ)를 아는 값으로 하여 (1)식으로부터 총헤모글로빈량 HGB를 산출한다(스텝S48).
또한, 상기 2개의 순서(제12도와 제13도)의 양쪽을 실시하여 프레임간의 차가 적은 쪽을 채용해도 좋다.
또한 광원(2)가 2파장의 광을 조사하는 경우에는 각 파장에 대해 제12도의 순서 또는 제13도의 순서를 실시하고 (1)식에 기초하여 헤모글로빈량을 구하나, 이 경우에는 산소화헤모글로빈량 및 탈산소화헤모글로빈량을 각각 구할수가 있다.
그다음, 제14도에 나타낸 순서는, 광원(22)가 3파장 또는, 백색 내지 넓은 띠스펙트럼을 갖는 광을 조사하는 경우에, 화상의 색조로부터 헤모글로빈량을 구하는 것을 특징으로 한다.
즉, 비디오시스템(44)로 부터 1프레임씩 화상을 판독하고, 판독한 화상을 소정크기의 윈도우로 나누고 윈도우내의 적혈구를 인식함과 동시에, 적혈구상의 R(적색), G(녹색), B(청색)의 각 성분 r,g,b를 추출한다(스텝S51, S52, S53).
이상의 조작을 소정프레임수F만큼 반복하여 그때마다 얻어진 성분 r,g,b의 각 누계 R,G,B를 산출한다(스텝S54, S55).
그리고, 평균 원색성분 Ra, Ga, Ba를 구하고(스텝S56), 미리 실험적으로 구한 함수 f를 사용하여 총 헤모글로빈량 HGB를 산출한다(스텝S57).
이어서, 헤마토크릿트값 산출수단(54A)에 대해 설명한다.
이 수단은, 다음식을 연산하여 헤마토크릿트값 HCT를 산출한다.
HCT = α2x (MCV) x (RBC)
여기서 MCV는 평균적혈구 용적산출수단(50)으로, RBC는 적혈구수 산출수단(48)로 각각 구한값으로, α2는 세동정맥으로부터 중대동정맥에 대응하여 환산하기 위한 보정계수이다.
그다음, 평균혈색소량 산출수단(54B)에 대해 설명한다.
이 수단은, 다음식을 연산하여 평균혈색소량 MCH를 산출한다.
MCH = (HGB)/(RBC)
여기서 HGB는 헤모글로빈량 산출수단(52)에 의해, RBC는 적혈구산출수단(48)에 의해 각각 구해진 값이다.
이어서, 백혈구수 산출수단(56A)에 대해 설명한다.
이 수단(56A)에서는, 영역V의 화상중의 백혈구를 인식하고, 그 수를 계수하여 단위체적중의 백혈구 수가 산출된다.
그 순서는, 적혈구수(RBC)의 산출순서(제10도)와 동등하므로 설명을 생략하나, 백혈구는 적혈구에 비해 적기(약 천분의 1)때문에 프레임수F를 많게할 필요가 있다.
그리고 백혈구분류수단(56B)에 대해 설명한다.
이 수단(56B)에서는, 형태학적 특징으로 부터 백혈구를 림프구, 단구, 호중구, 호산구, 호염기구등으로 분류한다.
그 순서는 제15도의 플로우챠트에 나타낸바와 같다.
즉, 비디오 시스템(44)로부터 1프레임씩 화상을 판독하고(스텝S61), 판독한 화상을 소정크기의 윈도우로 나누어(스텝S62), 윈도우내의 백혈구를, 산란광강도나 색조등으로부터 인식한다(스텝S63).
그리고, 개개의 백혈구의 특징적인 변수(크기, 형상, 핵의크기, 핵의 형상등)을 구하고(스텝S64), 구한 특징적 변수에 의해 분류를 한다(스텝S65).
이상의 조작을 소정프레임수F만큼 반복하여 각 분류비율을 산출한다(스텝S65).
그다음, 혈류속도 산출수단(57)에 대해 설명한다.
이 수단(57)은 제2,3,4도에 나타난 바와같이, 혈관의 단면화상이 얻어지도록 되어, 제16도에 나타낸 원리(공간에 확산한 제로크로스법)으로 혈류속도를 산출하는 것이다.
즉, 제16(a)도에 나타낸 바와 같이 간격T를 갖는 평행한 평면 A,B로 구획된 검출영역V를 입자가 화살표 M방향으로 통과 할때, 그것을 화살표N방향에서 관측하는 것으로 한다.
동도(b)와 같이 시각t에서 10개의 입자가 관측되고, 시간△t후에 평면A에 가까운 입자(1), (9)가 영역V로부터 빠져나오고 시각t에서 영역V의 바깥쪽에서 평면B에 근접하고 있는 입자(11)이 영역V에 들어가면 영역V에 대하여 시간△t내에 새로이 출몰한 입자는, 제16(b)와 (c)도의 차를 취하면 제16(d)도와 같이 명료하게 된다.
그래서, 입자의 분포밀도가 일정하다고 하면 입자의 영역V에 대한 출몰의 빈도는 입자의 속도에 비례한다.
즉, 속도가 빠르면 출몰수가 많고 느리면 적게 된다.
따라서, 관측되는 평균 입자수를 Na, 시각t와, t+△t에 관측되는 화상의 차에 나타나는 입자수의 평균을 Aa라하면, △t시간에 Aa/2만큼 영역V로부터 나오게 된다.
Na개의 입자가 모두 거리T만큼 이동하는데 필요한 시간은 2△t.Na/Aa이기 때문에 입자의 평균속도 Xa는, Xa = T.Aa/(2△t. Na)...............(2)로 주어진다.
여기서 △t는 미리설정되는 값이도 T는 알려진 값이다.
이 원리를 이용하여 수단(57)은, 비디오 시스템(44)로부터 화상을 판독하여 촬상된 적혈구에 대하여 Na, Aa를 구하고, (2)식에 의해 혈류속도를 산출한다.
이와같이 하여 얻어진 각종혈구정보(산출치)는 모두 실험적으로 구한 보정계수를 곱하여 종래 임상적으로 사용되어온 중대동정맥으로 채용한 혈액정보로 환산할 수 있다.
[실시예 2]
제5도는, 본 발명의 실시예 2의 요부를 나타내는 구성설명도로서, 제6도에 나타내는 바와같이 광조사수단으로 혈관(12)의 혈류방향(14)와 병행하여 폭W, 길이L, 두께T의 박편상으로 검출영역V를 형성하고 영역V중에 존재하는 혈구수를 계수한 경우의 실시예를 나타낸것이다.
제5도에서도, 피부면(16)이하를 편의상 확대하여 나타내고 있다.
제5도에서는, 혈관(12)의 혈류방향은, 지면에 수직이다.
분석장치본체(20)은 제1도와 같기 때문에 도시를 생략한다.
분석장치본체(20)중의 광원(22)로부터 나온 광은, 광섬유(24)를 통하여 확산기(26)을 조사한다.
광은 확산기(26)에 의해 확산되고 감광판(28)을 균일하게 조사한다.
감광판(28)은 실질적으로 면발광체로 되어 실상(36)이 혈관(12)를 횡단하여 형성된다.
또한, 감광판(28)에는 광확산판, 예를들면 시그마고우자이(주)제의 프로스트형 확산판을 사용한다.
감광판(28)의 실상(36)의 두께는 T이다.
감광판(28)의 실상(36)과 혈관(12)가 교차한 영역이 검출영역V이다.
실상(36)의 광도와 실상(36)이외의 광도의 대비를 확보하기 위해서는, 적어도 피부면(16)으로 부터 실상(36)까지의 조사의 광로가 급격히 떨어지도록 하면 좋다.
영역V의 폭W는, 제5도, 제6도의 경우, 혈관의 지름과 일치하고 있다.
제5도의 영역V의 지면방향의 길이는 L이다(제6도 참조).
길이L은 광조사계의 조리개의 정도에 따라 정해진다.
영역V로부터의 반사광은, 색선별거울(34), 렌즈(38a)를 통하여 CCD(40a)로 수광된다.
CCD(40a)로 촬상된 화상을 해석하고 제1도, 제2도의 경우와 같이 영역V의 화상중의 혈구의 형태및/또는 수로부터 혈액검사의 각항목의 값이 구해진다.
또한, 제5도, 제6도에는, 감광판의 실상(36)과 혈관(12)가 교차한 경우를 나타내고 있으나, 혈관지름이 큰 경우에는 제7도에 나타낸 바와 같이 감광판(28)의 실상(36)이 완전히 혈관(12)의 내부에 형성되는 것도 있다.
이 경우에는 감광판의 실상(37)그것이 검출영역 V로 된다.
또한, 제6도의 경우에도, 제7도의 경우에도, 촬상계의 확대배율이 너무 높아 검출용체적영역 V의 전체가 촬상화면내에 들어가지 않는 경우도 있다.
이때는 촬상화면 전체를 검출영역V의 확대화상으로 생각하면 된다.
이 경우, 영역V의 폭W와 길이L의 실제치수는 화면의 가로폭과 세로폭을 각각 촬상계의 확대배율로 나누어 구해진다.
영역 V의 두께T는 감광판(28)의 실상(36)의 두께인것은 변화없다.
또한, 제5도에 나타낸 실시예에서는 감광판(28)의 실상(36)을 생체내에 상을 맺어 검출영역 V를 생성했으나, 그외에도 레어저광을 집속젠즈나 주사수단을 통하여 다른 방향에서 생체에 조사하고, 동시에 생체내의 어떤 깊이로 촛점을 맺도록 하면(공촛점), 제5도와 같은 영역V를 형성할 수 있다.
어떤경우에도, 생체내의 어느깊이의 영역만이 광조사 되므로 생체의 다른 부위, 예를들면 측정대상인 혈관이 있는 위치보다도 더 깊은 부위로 부터의 산란광의 영향은 극히 적다.
[실시예 3]
제18도는 본 발명의 실시예 3을 나타내는 구성설명도이다.
제18도의 구성은, 제1도의 구성의 헤마토크릿트값 산출수단(54A)와 평균적혈구용적산출수단(50)을 각각 헤마토크릿트값 산출수단(100)과 평균적혈구 용적산출수단(101)로 치환한 것이고, 그외는 제1도의 구성과 동등하다.
우선 본실시예에서의 헤마토크릿트값 산출수단(100)에 대해 설명한다.
이 헤마토크릿트값 산출수단(100)에서는, 비디오시스템(44)로 촬상되고 화상처리회로(46)으로 처리된 화상에서의 일정영역내의 적혈구상의 점하는 면적비율로 부터 헤마토크릿트값(HCT)가 산출된다.
그 순서는, 제19도의 플로우챠트에 나타낸 바와 같다.
즉, 영역V를 촬상한 화상을 비디오시스템(44)로부터 제8도에 나타낸바와 같이 1프레임씩 화상을 판독하고(스텝S71), 판독한 화상을 소정크기의 윈도우로 나누고(스텝S72), 그 윈도우내의 화상을 적당한 값으로 적혈구의 부분만큼 산정하고(스텝S73), 그 적혈구상의 점하는 면적비율 AR(%)를 구한다(스텝S74).
이 조작을 소정의 프레임수 F만큼 반복하여(스텝S76), 그때마다 얻어진 AR의 누적치 h를 구하고 F로 나누어 평균치 F를 산출하고(스텝S77), 적혈구의 중첩을 보정하는 함수f(이론적 및 실험적으로구함)을 사용하여 H를 구한다(스텝S78).
이렇게하여 얻어진 H에, 보정계수인 α를 곱하여 세동정맥이나 모세혈관의 데이타로 부터 중대동정맥 등에 대응하는 헤마토크릿트값 HCT를 구한다(스텝S79).
그다음, 평균적혈구 용적산출수단(101)에 대해 설명한다.
이 수단은, 다음식을 연산하여 평균적혈구용적(MCV)를 산출한다.
MCV = (HCT)/(RBC)
여기서, HCT는 헤마토크릿트값 산출수단(100)에 의해, RBC는 적혈구수 산출수단(48)에 의해 각각 구해진 값이다.
제1도의 실시예의 헤마토크릿트값 산출수단(54A)에서는, 평균적혈구용적(MCV)와 적혈구수(RBC)로부터 헤마토크릿트값 HCT를 산출하도록 하고 있다.
이경우, MCV를 구하기 위해 적혈구 1개1개를 인식하고 그 형상을 분석할 필요가 있기 때문에 산출시간이 비교적 길게 된다.
그러나, 제18도에 나타난 실시예의 헤마토크릿트값 산출수단(100)에서는, 적혈구를 개개로 인식할 필요가 없고, 화상으로 부터 직접HCT가 얻어지므로 HCT의 산출시간이 매우 단축된다.
그리고, 산출시간이 단축되면 많은 화면에 대한 해석이 가능하게 되어 HCT의 산출정밀도도 향상한다.
[실시예 4]
제20도는, 본발명의 실시예 4를 나타내는 구성설명도이다.
제1도와 같은 부분에 대해서는 같은 번호를 붙인다.
제20도에서, 분석장치본체(20)중의 광원으로부터 나온 광은, 광섬유(24)를 통하여 소식자(58)내에 유도되고 확산기(26)을 조사한다.
광은 확산기(26)에 의해 확산되고 시준렌즈(30)에 의해 평행광으로 변환된다.
평행광의 중앙부는 원반상의 차광판(67)에 의해 차광되고, 평행광의 가장자리부는 고리모양거울(34a)와 (34b)를 통하여 소식자(58)의 선단(59)로부터 출사된다.
소식자선단(59)로부터 출사된 광은 투명판(66) 및 피부면(16)을 통하여 혈관(12)중의 검출영역 V를 조사한다.
영역V로부터의 반사광은 투명판(66) 및 대물렌즈(38b)를 통하여 CCD(40a)로 수광된다.
CCD(40a)로 촬상된 화상은 분석장치본체(20)으로 해석된다.
분석장치 본체(20)에 대해서는 실시예 1에서 이미 설명해서 여기서는 생략한다.
실시예 4의 특징은, 검출영역을 한외조명, 즉 암시야조명(dark field illumination)으로 조명하고 촬상되고 화상의 대비를 향상시키는 점이다.
여기서의 암시야 조명이란, 제23도에 나타낸 바와같이 조명광을 대물렌즈(38b)의 외측으로부터 검출영역V에 조사하는 조명방식이다.
즉, 조명광은 대물렌즈(38b)의 검출영역V에 대한 개구각θ보다도 큰각도 ∮1, ∮2로 영역V를 조명한다.
따라서, 조명광중에 피부면(16)에 반사되는 광은, 대물렌즈(38b)의 바깥쪽에 반사되고 CCD(40a)에는 도달하지 않으므로 CCD(40a)로 촬영되는 화상의 대비가 향상한다.
제21도는 제20도에 나타낸 소식자(58)과 피시험자의 1부(여기서는 손톱부분)을 상대적으로 고정하는 상태를 나타내는 설명도로서, L자형의 지지대(71)이 소식자(58)에 부착되어 있다.
소식자선단(59)는 소식자(58)에서 나오는 통(59a)와, 통(59a)에 선단바깥으로 화살표(a) 및 (b)방향으로 미끄러지기 가능하게 장착된 미끄러움직이는 통(59b)를 갖춘다.
미끄러움직이는 통(59b)의 선단에는 투명판(66)이 고정되어 있다.
통(59a)의 선단에는 미끄러움직이는 통(59b)를 화살표(b)방향으로 세력을 뻗는 스프링(72a), (72b)가 설치되어 있다.
내통(73a)는 대물렌즈(38b)와 고리거울(34b)를 내장하고 미동소자(74)를 통하여 소식자(58)에 고정되어 있다.
여기서, 지지대(71)은 통(59a), 미끄러움직이는 통(59a), 스프링(72a) (72b) 및 투명판(66)과 함께 고정수단을 구성하고, 미끄러움직이는 통(59b), 스프링(72a),(72b) 및 투명판(66)은 안정화 수단을 구성한다.
피시험자의 손가락(75)가 제21도와 같이 지지대(71)과 투명판(66) 사이에 삽입되면 스프링(72a)(72b)는 적당한 압력으로 투명판(66)을 손가락(75)의 손톱부에 압압한다.
그래서 손톱부의 혈관내의 검출영역이 CCD(40a)의 시야중에 고정되고, 손가락(75)의 미소진동에 의한 검출영역의 이동이 방지된다.
또한, CCD(40a)의 촛점조정은, 미동소자(74)에 의해 렌즈(38b)를 광축방향(화살표 a 또는 b방향)으로 이동시켜 수행할수 있다.
또한 미동소자(74)에는 예를들면 피에조소자를 사용한 소자p-720/p-721(피식인스트루먼트사제)초음파모타를 사용한 소자등을 적용할 수 있다.
또한, 투명판(66)은 피시험자에 대해 교환이 가능하도록 소식자 선단(59)에 붙이고 뗄수 있도록 부착되어 있다.
이와같이 투명판(66)이 교환가능하게 한것은 위생상의 이유때문이다(피시험자를 질환의 감염등으로 부터의 예방을 위함).
투명판(66)으로서는 유리판, 수지제의 가요성 필름등이 사용가능하다.
또한 투명판(66)자체는 교환하지 않고 손가락(75)에 교환가능한 필름을 밀차시키도록 해도 좋다.
그리고, 피부면(16)의 난반사를 방지하고, 보다 선명한 화상을 얻기위해 제22도에 나타낸 바와같이 액상이나 겔상의, 생체에 안전한 광매체(76)을 피부며(16)과 투명판(66)과의 사이에 개재시키는 것이 보다 바람직하다.
광매체(76)으로서는 오일이나 크림이 사용가능하다.
본실시예에서는 생체에 투명판(66)을 접촉시켰으나, 중앙부분에 광이 통과할 수 있도록 구멍(광로)를 갖고 있으면, 불투명판이어도 검출영역의 이동을 방지할 수 있으므로 사용할 수 있다.
이상과 같이 본 발명에 따르면, 생체로부터 혈액을 채취하지 않고 혈관내의 소정체적의 혈액을 비침습적으로 혈액상을 촬상할 수 있고, 그상을 해석하여 단위체적당 혈구수를 계수할수 있고, 헤마토크릿트값, 헤모글로빈량, 적혈구수도 산출할 수 있다.
또한, 생체외로 부터의 촬상임에도 불구하고 얻어지는 화상이 선명하기 때문에 백혈구 분류도 가능해진다.

Claims (24)

  1. 생체1부에 포함되는 혈관내의 검출영역을 조명하는 광조명수단, 조명된 검출영역을 촬상하는 촬상수단, 이 촬상수단과 생체1부를 상대적으로 고정하는 고정수단, 촬상수단의 촛점을 검출영역에 대하여 안정화시키는 안정화수단 및, 상기 촬상수단에 의해 촬상된 화상을 처리하고 검출영역중에 포함된 혈구의 형태나 수를 해석하는 해석수단을 갖추고, 상기 광조사 수단 또는 촬상수단이 1만분의 1초 내지 10억분의 1초의 광조사 또는 촬상시간에 1화상을 형성시키도록 구성된것을 특징으로하는 비침습혈액분석 장치.
  2. 제1항에 있어서, 안정화수단은 생체의 1부에 접촉하는 투광성부재를 갖추고, 촬상수단은 상기 투광성부재를 통하여 검출영역을 촬상하는 것을 특징으로하는 비침습 혈액분석장치.
  3. 제2항에 있어서, 투광성부재가 투광성을 갖는 판이거나 가요성 필름인것을 특징으로하는 비침습혈액분석장치.
  4. 제2항에 있어서, 안정화수단은, 투광성부재와, 생체의 1부와의 사이에 개재하는 액상 또는 겔상의 광매체를 더 갖춘것을 특징으로 하는 비침습혈액분석장치.
  5. 제1항에 있어서, 촬상수단은 검출영역에 대한 촛점을 조정하기 위한 조정수단을 더 갖춘 것을 특징으로하는 비침습혈액분석장치.
  6. 제1항에 있어서, 촬상수단이 검출영역으로, 부터의 광을 집광하는 대물렌즈를 갖추고, 광조사수단은 대물렌즈의 검출영역에 대한 개구각보다도 큰 각도로 검출영역을 조명하는것을 특징으로하는 비침습혈액분석장치.
  7. 제1항에 있어서, 촬상수단이 검출영역으로 부터의 반사광을 집광하는 광학계, 집광된 광을 수광하는 촬상소자와 촬상소자로 촬상된 화상을 기록하는 화상 기록수단으로 된것을 특징으로하는 비침습혈액분석장치.
  8. 제1항에 있어서, 검출영역이 혈구를 개개로 광학적으로 구별할 수 있는 체적영역을 함유한것을 특징으로하는 비침습혈액분석장치.
  9. 제1항에 있어서, 검출영역이 혈관의 혈류방향에 수직 또는 경사방향의 단면으로 구획된 영역인것을 특징으로 하는 비침습혈액분석장치.
  10. 제1항에 있어서, 촬상수단이 광조사수단에 의한 광조사방향과 비평행방향으로 집광하여 촬상할 수 있도록 구성된것을 특징으로 하는 비침습혈액분석장치.
  11. 제7항에 있어서, 검출영역의 피촬상면과 촬상소자의 촬상면이 경사촬영할수 있도록 배치된 것을 특징으로하는 비침습혈액분석장치.
  12. 제1항에 있어서, 광조사수단과 촬상수단이, 검출영역이 소정시간간격으로 촬상되도록 구성된것을 특징으로하는 비침습혈액분석장치.
  13. 제1항에 있어서, 촬상수단이 검출영역으로 부터의 불필요한 산란광성분을 제거하기 위한 편광수단을 갖춘것을 특징으로 하는 비침습혈액분석장치.
  14. 제1항에 있어서, 광조사수단이 검출영역을 편광으로 조명하기 위한 편광수단을 갖춘것을 특징으로하는 비침습혈액분석장치.
  15. 제1항에 있어서, 해석수단이 적혈구나 백혈구의 수를 해석하는것을 특징으로하는 비침습혈액분석장치.
  16. 제1항에 있어서, 해석수단이 헤마토크릿트값을 산출하는 것을 특징으로 하는 비침습혈액분석장치.
  17. 제1항에 있어서, 해석수단이 반사광강도를 해석하는 광강도 해석수단을 갖추고 이로 인해 헤모글로빈량을 산출하는것을 특징으로하는 비침습혈액 분석장치.
  18. 제1항에 있어서, 해석수단이 적혈구의 형태로 부터 평균 적혈구 체적을 산출하는것을 특징으로하는 비침습혈액분석장치.
  19. 제1항에 있어서, 해석수단이 혈구의 형태를 해석하고 분류하도록 구성된것을 특징으로 하는 비침습혈액분석장치.
  20. 제1항에 있어서, 해석수단이 세동정맥 또는 모세혈관으로부터 얻어진 혈구정보를 중대동정맥에 대응하는 혈구정보로 환산하는것을 특징으로하는 비침습혈액분석장치.
  21. 제1항에 있어서, 해석수단이 촬상된 화상에서의 일정영역내의 적혈구상이 점하는 면적의 비율로 부터 헤마토크릿트값을 산출하는 수단을 갖춘것을 특징으로하는 비침습혈액분석장치.
  22. 제1항에 있어서, 해석수단이 헤마토크릿트값과 적혈구수를 산출하고, 산출된 헤마토크릿트값을 적혈구수로 나누어 평균 적혈구용적을 산출하는것을 특징으로하는 비침습혈액분석장치.
  23. 촬상수단과 생체의 일부를 상대적으로 고정하는 공정과, 생체의 일부에 포함되는 혈관내의 검출영역을 조명하는 공정과, 촬상수단의 핀트를 검출영역에 대해 안정화 하는 공정과, 촬상수단에 의하여 검출영역을 촬상하는 공정과, 촬상수단에 의하여 촬상된 화상을 처리하고, 상기한 검출영역중에 포함되는 혈구의 형태나 수를 해석하는 공정을 갖추고, 상기한 광조사공정 또는 촬상공정이 1만분의 1초 내지 10억분의 1초의 광조사 또는 촬상시 간에 1화상을 형성시키는 것을 특징으로 하는 비침습 혈액분석 방법.
  24. 제23항에 있어서, 핀트를 안정화 하는 공정과, 검출영역을 촬상하는 공정이 각각 생체의 일부에 투광성부재를 접촉시키는 공정과, 그 투광성부재를 통하여 검출영역을 촬상하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 비침습혈액분석방법.
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