WO2010137471A1 - 凝集量計測装置及び凝集量計測方法 - Google Patents

凝集量計測装置及び凝集量計測方法 Download PDF

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修司 一谷
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    • G06T2207/30104—Vascular flow; Blood flow; Perfusion

Definitions

  • the present invention relates to an aggregation amount measuring apparatus and an aggregation amount measuring method.
  • a blood flow image of blood extracted from only white blood cells is analyzed, and a method of calculating the amount and area of accumulated white blood cells as an amount of aggregation (see, for example, Patent Document 2), or a blood flow image of blood extracted from only red blood cells. And a method for calculating the aggregation rate (aggregation amount) of erythrocytes (see, for example, Patent Document 3) has been proposed.
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide an aggregation amount measuring apparatus and an aggregation amount measuring method capable of calculating the amount of aggregation in a shorter time and at a lower cost than in the past.
  • the invention according to claim 1 is an aggregating amount measuring device, Photographing means for photographing blood flow; Blood flow information calculating means for calculating a blood cell velocity or a flow angle formed by a blood cell flow direction and a reference direction from a blood flow image obtained by the imaging means; Aggregation region discriminating means for discriminating an aggregation region where aggregation has occurred based on the velocity or flow angle of the blood cells; An aggregation amount calculating means for calculating an aggregation amount in the aggregation region; It is characterized by providing.
  • the invention according to claim 2 is the aggregation amount measuring apparatus according to claim 1,
  • the aggregation amount calculation means extracts a blood cell retention part where blood cells are retained from the aggregation area based on the edge amount or concentration of blood cells in the aggregation region in the blood flow image, and the area of the blood cell retention part Is calculated as the amount of aggregation.
  • the aggregation region discriminating means is At each position in the blood flow image, it is determined whether or not the velocity or flow angle of the blood cell has changed more than the determination criterion with respect to the state in which the blood cell is flowing, and the portion that has changed more than the determination criterion As a change part, When the flow path through which the blood flows is formed with a width wider than the diameter of the blood cell, and there is a region surrounded by the changed portion in the flow channel, the region is determined as the aggregation region And When the flow path through which the blood flows has a gate formed with a width equal to or smaller than the diameter of the blood cell, and there is the change portion in the inflow portion of the blood to the gate, a region inside the gate Is determined as the aggregation region.
  • the imaging means images the blood flow in a state where the blood starts to flow and a time lapse state in which time has elapsed from the state where the blood starts.
  • the agglomeration area discrimination means discriminates the agglomeration area in the time-elapsed state, assuming that the state of starting to flow is a state in which blood cells are flowing.
  • the invention according to claim 5 is a method for measuring the amount of aggregation, A photography process to photograph the flow of blood; From the blood flow image obtained in the imaging step, blood flow information calculating step for calculating the velocity of blood cells, or the flow angle between the blood cell flow direction and the reference direction, An agglutination region discrimination step for discriminating an agglomeration region where aggregation occurs based on the velocity or flow angle of the blood cells; An aggregation amount calculating step for calculating an aggregation amount in the aggregation region; It is characterized by providing.
  • Invention of Claim 6 is the aggregation amount measuring method of Claim 5, Comprising: In the aggregation amount calculation step, based on the edge amount or concentration of blood cells in the aggregation region in the blood flow image, a blood cell retention portion where blood cells are retained is extracted from the aggregation region, and the area of the blood cell retention portion Is calculated as the amount of aggregation.
  • the invention according to claim 7 is the aggregation amount measuring method according to claim 5 or 6,
  • the aggregation region discrimination step At each position in the blood flow image, it is determined whether or not the velocity or flow angle of the blood cell has changed more than the determination criterion with respect to the state in which the blood cell is flowing, and the portion that has changed more than the determination criterion As a change part, When the flow path through which the blood flows is formed with a width wider than the diameter of the blood cell, and there is a region surrounded by the changed portion in the flow channel, the region is determined as the aggregation region And When the flow path through which the blood flows has a gate formed with a width equal to or smaller than the diameter of the blood cell, and there is the change portion in the inflow portion of the blood to the gate, a region inside the gate Is determined as the aggregation region.
  • Invention of Claim 8 is the aggregation amount measuring method of Claim 7, Comprising: In the imaging step, the blood flow in the state where the blood begins to flow and in the time elapsed state where time has elapsed from the state where the blood began to flow is imaged, The aggregation region determining step is characterized in that the aggregation region in the time lapsed state is determined with the blood flow starting state being the state in which blood cells are flowing.
  • the amount of aggregation is calculated for this aggregation region.
  • a blood cell retention portion where blood cells are retained is extracted from the aggregation region, and the area of the blood cell retention portion is calculated as the aggregation amount.
  • the aggregation amount is further calculated for the aggregation region based on the edge amount or concentration of the blood cell. That is, the determination of the occurrence of aggregation is made twice. Therefore, the occurrence of aggregation can be determined with higher accuracy.
  • FIG. 1 is a block diagram showing the overall configuration of an aggregation amount measuring apparatus 1 according to the present invention.
  • the agglutination amount measuring apparatus 1 guides blood from a supply tank 10 through a filter 2 to a discharge tank 11, and obtains an aggregation amount of blood cells in the blood from information acquired in the process. is there.
  • the amount of aggregation refers to a quantitative value that will be described later indicating the degree of occurrence of aggregation
  • aggregation refers to the accumulation of blood cells and binding in agglomerated form.
  • the aggregation amount measuring apparatus 1 mainly determines the aggregation amount based on the filter 2, the TV camera 3 that captures the blood flow in the filter 2, and the blood flow image obtained by the TV camera 3.
  • a personal computer (PC) 7 for calculation, a display 8 for displaying a blood flow image and the like, and a differential pressure control unit 9 for controlling the blood flow in the filter 2 are provided.
  • a bottle 13 and the like are further provided.
  • the differential pressure control unit 9 controls the pressurization pump 15 and the decompression pump 16 to adjust the differential pressure across the filter 2. By doing so, the filter 2 flows by a desired amount.
  • the valve 10 a of the supply tank 10 and the like are integrated and controlled by the sequence control unit 17.
  • FIG. 2 is a sectional view of the filter 2.
  • the filter 2 includes a base plate 21, silicon single crystal substrates 22 and 22, an outer plate 23, and a glass flat plate 24.
  • the base plate 21 is formed in a flat plate shape, and has an introduction hole 21a that communicates the upper surface near the center and the outer surface, and a discharge hole 21b that communicates the upper surface near one side end and the outer surface. .
  • the introduction hole 21a and the discharge hole 21b are connected to the supply tank 10 and the discharge tank 11 from the outer surface of the base plate 21 via a blood tube (not shown).
  • the two silicon single crystal substrates 22 and 22 are both formed in a substantially flat plate shape, and are arranged in parallel on the upper surface of the base plate 21 with a predetermined gap therebetween.
  • An introduction hole 21 a of the base plate 21 is opened in the gap between the two silicon single crystal substrates 22 and 22.
  • a protruding portion 22a extends in the direction of arrow X (hereinafter referred to as X direction) at the upper end portions of the silicon single crystal substrates 22 and 22, and the upper end portion of the protruding portion 22a has a hexagonal shape.
  • a plurality of banks 22b are arranged in the X direction with the top surface in contact with the glass flat plate 24 (see FIG. 3).
  • the outer plate 23 is fixed to the upper surface end of the base plate 21 so as to surround the silicon single crystal substrates 22 and 22.
  • a predetermined gap is provided between the outer plate 23 and the silicon single crystal substrates 22, 22, and a discharge hole 21 b of the base plate 21 is opened in this gap.
  • the glass flat plate 24 is formed in a flat plate shape and is fixed to the upper surface of the outer plate 23. Further, between the lower surface of the glass flat plate 24 and the upper surface of the raised portion 22a, a channel portion 25 of a fine channel group is formed.
  • FIG. 3A is a view (plan view) of the flow path portion 25 as viewed from above, and FIG. 3B is a side sectional view thereof.
  • the flow path portion 25 includes a plurality of gates 25a formed between a plurality of bank portions 22b at the upper end of the raised portion 22a, and the gate 25a.
  • the upper terrace 25b is a space on the center side of the filter 2 (upper side in the drawing) and the downstream terrace 25c is a space outside the filter 2 (lower side in the drawing) with respect to the gate 25a.
  • the gate 25a is formed in a width t narrower than the blood cell diameter of red blood cells (about 8 ⁇ m) in the present embodiment.
  • the lengths la, lb, and lc in the direction of the arrow Y (hereinafter referred to as the Y direction) on the upstream terrace 25b, the gate 25a, and the downstream terrace 25c are all formed to be about 30 ⁇ m.
  • the width t of the gate 25a may be equal to or less than the blood cell diameter of the blood cell type to be measured for measuring the amount of aggregation, but is not limited thereto, and may be narrower than the width of the upstream terrace 25b and the downstream terrace 25c. .
  • the width t of the gate 25a is a width that allows passage of one blood cell as a width comparable to the blood cell diameter of the blood cell type to be measured for measuring the amount of aggregation, and the blood cell 2
  • the width should be such that the pieces cannot pass through in parallel.
  • the lower limit of the width t of the gate 25a is the minimum width through which blood cells can pass.
  • the upstream terrace 25b and the downstream terrace 25c should just be formed in the width
  • the blood introduced from the supply tank 10 through the introduction hole 21a passes through the flow path portion 25 from the center side to the outside of the filter 2 and then is discharged through the discharge hole 21b. It will be discharged into the tank 11. More specifically, blood cells C such as erythrocytes in the blood flowing through the flow path portion 25 first pass through the upstream terrace 25b, then pass through the gate 25a while being deformed, and finally pass through the downstream terrace 25c. .
  • pressure sensors E1 and E2 are provided upstream and downstream of the filter 2, and the pressure sensors E1 and E2 are configured to provide a difference between the measured filter upstream pressure P1 and filter downstream pressure P2.
  • the pressure is output to the pressure control unit 9.
  • the TV camera 3 is a digital CCD camera, for example, and is a high-speed camera having a resolution and a shutter speed sufficient for photographing a blood flow.
  • the TV camera 3 is installed opposite to the glass flat plate 24 in the filter 2 and photographs the blood flow passing through the flow path portion 25 over the glass flat plate 24.
  • the blood flow image obtained by the TV camera 3 is output to the personal computer 7 and displayed on the display 8.
  • the TV camera 3 is not particularly limited, but is a camera capable of shooting a moving image.
  • the personal computer 7 includes an arithmetic processing unit 70 that analyzes the blood flow image input from the TV camera 3 and calculates the aggregation amount of the blood cell C.
  • an arithmetic processing part 70 a conventionally well-known thing can be used.
  • the display 8 displays a blood flow image input from the TV camera 3, an analysis image analyzed by the personal computer 7, and the like.
  • the differential pressure control unit 9 is connected to the sequence control unit 17, the pressure pump 15, and the pressure reduction pump 16, and controls the differential pressure before and after the filter 2 in accordance with a control command from the sequence control unit 17. Yes. More specifically, the differential pressure control unit 9 controls the pressure pump 15 upstream of the filter 2 and the pressure reduction pump 16 downstream of the filter 2 so that the filter upstream pressure P1 and the filter downstream pressure P2 become predetermined pressures. To do. Note that the differential pressure control unit 9 and the sequence control unit 17 may be configured integrally with the personal computer 7.
  • FIG. 4 is a flowchart of the aggregation amount measuring method.
  • step S1 blood to be measured is passed through the filter 2 (step S1). Specifically, blood to be measured is poured into the supply tank 10 and physiological saline or the like is added to the solution bottle 13 as necessary. Then, a predetermined differential pressure is applied to the filter 2 by the differential pressure control unit 9, and blood flows through the filter 2.
  • the TV camera 3 is used to photograph the flow of blood passing through the flow path section 25 (step S2).
  • the TV camera 3 captures moving images of at least the blood flow in a state in which blood starts to flow (a state in which blood starts to flow) and a state in which a predetermined time has elapsed from the state in which the blood starts to flow (time elapse state) To do.
  • the predetermined time is a time sufficient for aggregation to occur in the flow path portion 25.
  • step S3 the velocity vector of blood cell C is calculated (step S3).
  • This step is performed by the arithmetic processing unit 70 of the personal computer 7 analyzing the blood flow image obtained in step S2.
  • a known method described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-223761 and Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-148270 can be used.
  • the calculation of the velocity vector is performed for at least two states, that is, a blood flow start state and a time passage state.
  • FIG. 5A is a velocity vector diagram of the blood cell C in a state where blood starts to flow
  • FIG. 5B is a velocity vector diagram of the blood cell C in a time lapse state.
  • the staying blood cell C is shown as it is.
  • the blood cell C flows smoothly through the flow path portion 25 without staying, but stays with time and aggregation occurs.
  • step S4 the velocity and flow angle of the blood cell C are calculated.
  • the arithmetic processing unit 70 calculates the velocity of the blood cell C and the flow angle between the flow direction of the blood cell C and the reference direction from the velocity vector of the blood cell C calculated in step S3, Calculation is performed for each blood cell C in each time-lapse state.
  • an arbitrary direction can be set as the reference direction at each position in the imaging region.
  • the flow direction (streamline) at each position in the state where blood starts to flow is used as the reference direction.
  • the present invention is not limited to this, and the Y direction (see FIG. 3) may be used as the reference direction common to each position as the flow direction of the entire imaging region.
  • an agglomerated region where agglomeration has occurred is determined (step S5).
  • the arithmetic processing unit 70 determines the aggregation region in the elapsed time state based on the velocity or flow angle of the blood cell C calculated in step S4. Specifically, the arithmetic processing unit 70 compares the speed or the flow angle of the blood cell C in the time lapse state at each position in the blood flow image with that in the state where the blood cell starts flowing. Then, the amount of change in the velocity or the flow angle of the blood cell C is calculated as compared with the state in which the flow starts.
  • the amount of change may be a difference amount or a ratio.
  • the length or direction of the arrow representing the velocity vector in FIG. 5B is compared with that at the same position in FIG. Extract as Then, when there is a region surrounded by the change portion D in the upstream terrace 25b and the downstream terrace 25c, which are flow paths formed wider than the diameter of the blood cells as described above, the arithmetic processing unit 70 to determine the region as a cohesive region R 1. Also when there is a change portions D to the inlet of the blood into the gate 25a is a wide gate formed under size or less of blood cells, to determine the area of the internal gate 25a as an aggregating region R 2.
  • the region inside the gate is a region obtained by adding a region formed with a width equal to or smaller than the diameter of the blood cell and a region surrounded by the changed portion D including at least a part of the region.
  • a modified example of the method for extracting the changed portion D may be as follows. At each position in the blood flow image, the amount of change with respect to the “flow start state” in which the blood cell C velocity or flow angle in the time lapse state is flowing is calculated. Then, in the comparison with the other position, the part where the calculated change amount has changed more than the other position is extracted as the changed part D.
  • step S6 the amount of aggregation in the aggregation regions R 1 and R 2 is calculated.
  • the arithmetic processing unit 70 determines the blood cell retention portion where the blood cells C are retained based on the edge amount or concentration of the blood cells C in the aggregation regions R 1 and R 2 in the blood flow image as the aggregation regions R 1 , extracted from R 2, it calculates the area of the blood cell trapping portion as a flocculating amount.
  • the arithmetic processing unit 70 applies a Sobel filter in both the vertical and horizontal directions to the aggregation regions R 1 and R 2 in the blood flow image.
  • a portion where the edge amount is equal to or larger than a predetermined threshold is extracted as a blood cell retention portion, and the area is calculated. If necessary, a portion having an area smaller than a preset value may be subtracted from the blood cell retention portion as noise, or the blood cell type in the blood cell retention portion may be determined using hue or luminance.
  • the arithmetic processing unit 70 aggregates the dark part as the part including the blood cell C and the light part as the part not including the blood cell C. A portion where the image color density in the regions R 1 and R 2 is equal to or higher than a predetermined threshold is extracted as a blood cell retention portion, and the area is calculated.
  • the aggregation amount measuring apparatus 1 According to the aggregation amount measuring apparatus 1 described above, after the aggregation regions R 1 and R 2 are determined based on the velocity or flow angle of the blood cell C, the aggregation amount is calculated for the aggregation regions R 1 and R 2 . Done. Thereby, it is possible to calculate the amount of aggregation while shortening the analysis time and reducing the analysis cost without performing the analysis process on the region where the aggregation does not occur. Therefore, the amount of aggregation can be calculated in a shorter time and at a lower cost than in the past.
  • the aggregation amount is further determined based on the edge amount or concentration of the blood cell C with respect to the aggregation regions R 1 and R 2 . Is calculated. That is, the determination of the occurrence of aggregation is made twice. Therefore, the occurrence of aggregation can be determined with higher accuracy.
  • step S4 of the aggregation amount measurement method flow two of the velocity and the flow angle of the blood cell C are calculated in step S4 of the aggregation amount measurement method flow.
  • step S5 only one of them used to determine the aggregation region in step S5 is used. It may be calculated.
  • the area of the blood cell retention portion in the aggregation regions R 1 and R 2 is calculated as the aggregation amount
  • the standard deviation or flow angle of the blood cell C calculated in step S4 may be used as the aggregation amount. You may obtain

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Abstract

　短時間且つ低コストで凝集量を算出する。　そのための凝集量計測装置は、血液の流れを撮影するＴＶカメラ３と、ＴＶカメラ３によって得られた血流画像から血球Ｃの速度又は流れ角度を算出し、当該血球Ｃの速度又は流れ角度に基づいて凝集領域Ｒ１，Ｒ２を判別し、当該凝集領域Ｒ１，Ｒ２における凝集量を算出する演算処理部７０とを備える。

Description

凝集量計測装置及び凝集量計測方法
　本発明は、凝集量計測装置及び凝集量計測方法に関する。
　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。この血液の流動性を調べる方法としては、微細な溝を有するフィルタに血液を通過させて、通過に要する時間を計測する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
　ところで、流動性が低い血液では、血球が滞留して集塊状に結合していく凝集が発生しやすい。この凝集の発生は血液の流動性に大きく影響するため、凝集の発生の程度を凝集量として定量化することや、その高精度な計測方法の確立が望まれている。
　そこで、白血球だけを抽出した血液の血流画像を解析し、滞留する白血球の数量及び面積を凝集量として算出する方法（例えば、特許文献２参照）や、赤血球だけを抽出した血液の血流画像を解析し、赤血球の凝集率（凝集量）を算出する方法（例えば、特許文献３参照）が提案されている。
特許第２６８５５４４号公報 特開２００１－２６４３１８号公報 特開２００６－７１４７５号公報
　しかしながら、上記特許文献２，３に記載の方法では、凝集の発生の程度に拘らず所定の画像範囲全てについて解析処理を行うため、凝集が発生していない領域に対しても解析処理がなされてしまう。その結果、解析時間が長くなり、解析コストもかさんでしまう。
　本発明は、上記事情を鑑みてなされたもので、従来に比べ、短時間且つ低コストで凝集量を算出することのできる凝集量計測装置及び凝集量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、請求項１に記載の発明は、凝集量計測装置であって、
　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血流画像から、血球の速度、又は血球の流れ方向と基準方向のなす流れ角度を算出する血流情報算出手段と、
　前記血球の速度又は流れ角度に基づいて、凝集が発生している凝集領域を判別する凝集領域判別手段と、
　前記凝集領域における凝集量を算出する凝集量算出手段と、
　を備えることを特徴とする。
　請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の凝集量計測装置であって、
　前記凝集量算出手段は、前記血流画像中の前記凝集領域における血球のエッジ量又は濃度に基づいて、血球が滞留している血球滞留部を当該凝集領域から抽出し、当該血球滞留部の面積を前記凝集量として算出することを特徴とする。
　請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の凝集量計測装置であって、
　前記凝集領域判別手段は、
　前記血流画像中の各位置において、前記血球の速度又は流れ角度が、血球が流れている状態に対して判定基準よりも大きく変化したか否かを判定し、判定基準よりも大きく変化した部分を変化部分として抽出し、
　前記血液が流れる流路が前記血球の径よりも広い幅に形成された場合であって、当該流路中に前記変化部分に囲まれた領域があるときは、当該領域を前記凝集領域として判別し、
　前記血液が流れる流路が、前記血球の径以下の幅に形成されたゲートを有する場合であって、当該ゲートへの前記血液の流入部に前記変化部分があるときは、当該ゲート内部の領域を前記凝集領域として判別することを特徴とする。
　請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の凝集量計測装置であって、
　前記撮影手段は、前記血液の流し始めの状態と、当該流し始めの状態から時間が経過した時間経過状態とにおける前記血液の流れを撮影し、
　前記凝集領域判別手段は、前記流し始めの状態を血球が流れている状態として、前記時間経過状態における前記凝集領域を判別することを特徴とする。
　請求項５に記載の発明は、凝集量計測方法であって、
　血液の流れを撮影する撮影工程と、
　前記撮影工程で得られた血流画像から、血球の速度、又は血球の流れ方向と基準方向のなす流れ角度を算出する血流情報算出工程と、
　前記血球の速度又は流れ角度に基づいて、凝集が発生している凝集領域を判別する凝集領域判別工程と、
　前記凝集領域における凝集量を算出する凝集量算出工程と、
　を備えることを特徴とする。
　請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の凝集量計測方法であって、
　前記凝集量算出工程では、前記血流画像中の前記凝集領域における血球のエッジ量又は濃度に基づいて、血球が滞留している血球滞留部を当該凝集領域から抽出し、当該血球滞留部の面積を前記凝集量として算出することを特徴とする。
　請求項７に記載の発明は、請求項５又は６に記載の凝集量計測方法であって、
　前記凝集領域判別工程では、
　前記血流画像中の各位置において、前記血球の速度又は流れ角度が、血球が流れている状態に対して判定基準よりも大きく変化したか否かを判定し、判定基準よりも大きく変化した部分を変化部分として抽出し、
　前記血液が流れる流路が前記血球の径よりも広い幅に形成された場合であって、当該流路中に前記変化部分に囲まれた領域があるときは、当該領域を前記凝集領域として判別し、
　前記血液が流れる流路が、前記血球の径以下の幅に形成されたゲートを有する場合であって、当該ゲートへの前記血液の流入部に前記変化部分があるときは、当該ゲート内部の領域を前記凝集領域として判別することを特徴とする。
　請求項８に記載の発明は、請求項７に記載の凝集量計測方法であって、
　前記撮影工程では、前記血液の流し始めの状態と、当該流し始めの状態から時間が経過した時間経過状態とにおける前記血液の流れを撮影し、
　前記凝集領域判別工程は、前記流し始め状態を血球が流れている状態として、前記時間経過状態における前記凝集領域を判別することを特徴とする。
　本発明によれば、凝集が発生している凝集領域が血球の速度又は流れ角度に基づいて判別された後、この凝集領域に対して凝集量の算出が行われる。これにより、凝集が発生していない領域に対して解析処理を行うことがなく、解析時間を短縮し解析コストを低減しつつ凝集量を算出することができる。したがって、従来に比べ、短時間且つ低コストで凝集量を算出することができる。
　また更に、血流画像中の凝集領域における血球のエッジ量又は濃度に基づいて、血球が滞留している血球滞留部を当該凝集領域から抽出し、当該血球滞留部の面積を凝集量として算出するようにした場合には、血球の速度又は流れ角度に基づいて凝集領域が判別された上で、更にその凝集領域に対して血球のエッジ量又は濃度に基づいて凝集量の算出が行われる。つまり、凝集の発生の判定が２重になされることになる。したがって、凝集の発生をより高精度に判定することができる。
凝集量計測装置の全体構成を示すブロック図である。 フィルタの断面図である。 （ａ）流路部の平面図であり、（ｂ）側断面図である。 凝集量計測方法のフローチャートである。 （ａ）血液の流し始め状態における血球の速度ベクトル図であり、（ｂ）時間経過状態における血球の速度ベクトル図である。
　以下、本発明の実施形態について、図を参照して説明する。
　図１は、本発明に係る凝集量計測装置１の全体構成を示すブロック図である。
　この図に示すように、凝集量計測装置１は、血液を供給槽１０からフィルタ２に通して排出槽１１へ導き、その過程で取得される情報から血液中の血球の凝集量を求めるものである。なお、本実施形態において、凝集量とは、凝集の発生の程度を表す後述の定量値をいい、凝集とは、血球が滞留して集塊状に結合することをいう。
　具体的には、凝集量計測装置１は、主に、フィルタ２と、フィルタ２内の血液の流れを撮影するＴＶカメラ３と、ＴＶカメラ３によって得られた血流画像に基づいて凝集量を算出するパソコン（ＰＣ）７と、血流画像等を表示するディスプレイ８と、フィルタ２内の血流を制御する差圧制御部９とを備えている。なお、本実施形態における凝集量計測装置１には、生理食塩水や生理活性物質などの液体を血液と混合してフィルタ２に導けるよう、ミクサー１２を介して流路に連結された複数の溶液びん１３等が更に具備されている。そして、生理食塩水や生理活性物質などの液体と混合した血液（以下、血液という）は、差圧制御部９が加圧ポンプ１５及び減圧ポンプ１６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、フィルタ２内を所望量だけ流れるようになっている。また、上述の差圧制御部９やミクサー１２の他、供給槽１０のバルブ１０ａ等は、シーケンス制御部１７によって統合制御されている。
　図２は、フィルタ２の断面図である。
　フィルタ２は、図２に示すように、ベース板２１、シリコン単結晶基板２２，２２、外側板２３及びガラス平板２４を含んで構成されている。
　ベース板２１は、平板状に形成されており、中央近傍の上面と外側面とを連通する導入孔２１ａ、及び一側端寄りの上面と外側面とを連通する排出孔２１ｂを有している。これら導入孔２１ａ及び排出孔２１ｂは、ベース板２１の外側面から血液チューブ（図示せず）を介して供給槽１０及び排出槽１１に連結されている。
　２つのシリコン単結晶基板２２，２２は、いずれも略平板状に形成されており、互いに所定の隙間を介した状態でベース板２１の上面に並設されている。この２つのシリコン単結晶基板２２，２２間の隙間には、ベース板２１の導入孔２１ａが開口している。また、シリコン単結晶基板２２，２２の上端部には、隆起部２２ａが矢印Ｘの方向（以下、Ｘ方向という）に延在しており、この隆起部２２ａの上端部には、六角形状の土手部２２ｂが頂面をガラス平板２４に当接させてＸ方向に複数配列されている（図３参照）。
　外側板２３は、シリコン単結晶基板２２，２２の周囲を囲んでベース板２１の上面端に固定されている。外側板２３とシリコン単結晶基板２２，２２との間には所定の隙間が設けられ、この隙間にベース板２１の排出孔２１ｂが開口している。
　ガラス平板２４は、平板状に形成されており、外側板２３の上面に固定されている。また、ガラス平板２４の下面と隆起部２２ａの上面との間には、微細な流路群の流路部２５が形成されている。
　図３（ａ）は、流路部２５を上面から見た図（平面図）であり、図３（ｂ）は、その側断面図である。
　流路部２５は、図３（ａ），（ｂ）に示すように、隆起部２２ａ上端部の複数の土手部２２ｂ，…に挟まれて形成される複数のゲート２５ａと、当該ゲート２５ａよりもフィルタ２中央側（図中の上側）の空間である上流テラス２５ｂと、ゲート２５ａよりもフィルタ２外側（図中の下側）の空間である下流テラス２５ｃとから構成されている。
　このうち、ゲート２５ａは、本実施形態においては、赤血球の血球径（約８μｍ）よりも狭い幅ｔに形成されている。また、特に限定はされないが、上流テラス２５ｂ，ゲート２５ａ，下流テラス２５ｃにおける矢印Ｙの方向（以下、Ｙ方向という）の各長さｌａ，ｌｂ，ｌｃは、いずれも約３０μｍに形成されている。なお、ゲート２５ａの幅ｔは、凝集量を計測する計測対象の血球種の血球径以下であればよいが、これに限定されず、上流テラス２５ｂ及び下流テラス２５ｃの幅よりも狭ければよい。より好ましくは、ゲート２５ａの幅ｔは、凝集量を計測する計測対象の血球種の血球径に対し、当該血球径と同程度の幅として、血球１個が通過可能な幅であって血球２個が並列して同時に通過できない程度の幅であるのがよい。但し、ゲート２５ａの幅ｔが血球径よりも狭い幅であると、当該ゲート２５ａを通過する血球の変形の様子を容易に観察できる点で好ましい。このゲート２５ａの幅ｔの下限としては、血球が通過可能な最小の幅である。また、上流テラス２５ｂ及び下流テラス２５ｃは、血球径よりも広い幅に形成されていればよい。
　以上の構成を具備するフィルタ２においては、供給槽１０から導入孔２１ａを通じて導入された血液は、当該フィルタ２の中央側から外側へ向かって流路部２５を通過した後、排出孔２１ｂを通じて排出槽１１へ排出されることとなる。より詳細には、流路部２５を流れる血液中の血球Ｃ、例えば赤血球は、まず上流テラス２５ｂを通過した後、ゲート２５ａを変形しながら通過し、最後に下流テラス２５ｃを通過することとなる。
　また、フィルタ２の上流及び下流には、図１に示すように、圧力センサＥ１，Ｅ２が設けられており、この圧力センサＥ１，Ｅ２は、計測したフィルタ上流圧力Ｐ１，フィルタ下流圧力Ｐ２を差圧制御部９へ出力するようになっている。
　ＴＶカメラ３は、例えばデジタルＣＣＤカメラであり、血液の流れを撮影するのに十分な解像度及びシャッタースピードを有した高速カメラである。このＴＶカメラ３は、フィルタ２におけるガラス平板２４に対向して設置され、流路部２５を通過する血液の流れをガラス平板２４超しに撮影する。ＴＶカメラ３によって得られた血流画像は、パソコン７に出力されるとともに、ディスプレイ８に表示されるようになっている。なお、ＴＶカメラ３は、特に限定はされないが、動画が撮影可能なカメラである。
　パソコン７は、ＴＶカメラ３から入力された血流画像を解析して血球Ｃの凝集量を算出する演算処理部７０を備えている。このような演算処理部７０としては、従来より公知のものを用いることができる。
　ディスプレイ８は、ＴＶカメラ３から入力された血流画像や、パソコン７によって解析された解析画像等を表示する。
　差圧制御部９は、シーケンス制御部１７，加圧ポンプ１５及び減圧ポンプ１６と接続されており、シーケンス制御部１７からの制御指令に応じてフィルタ２前後の差圧を制御するようになっている。より詳細には、差圧制御部９は、フィルタ上流圧力Ｐ１及びフィルタ下流圧力Ｐ２が所定の圧力となるように、フィルタ２上流の加圧ポンプ１５とフィルタ２下流の減圧ポンプ１６とをそれぞれ制御する。なお、この差圧制御部９やシーケンス制御部１７は、パソコン７と一体に構成してもよい。
　続いて、凝集量計測装置１を用いて血球Ｃの凝集量を計測する凝集量計測方法について、主に図４を参照して説明する。
　図４は、凝集量計測方法のフローチャートである。
　この図に示すように、まず、フィルタ２へ計測対象の血液を流す（ステップＳ１）。具体的には、供給槽１０へ計測対象の血液を注ぐとともに、必要に応じて溶液びん１３へ生理食塩水等を加える。すると、差圧制御部９によりフィルタ２に所定の差圧が加えられて血液がフィルタ２へ流される。
　次に、ＴＶカメラ３により、流路部２５を通過する血液の流れを撮影する（ステップＳ２）。このとき、ＴＶカメラ３は、少なくとも、血液の流し始めの状態（流し始め状態）と、当該流し始めの状態から所定の時間が経過した状態（時間経過状態）とにおける血液の流れをそれぞれ動画撮影する。ここで、所定の時間とは、流路部２５で凝集が発生するのに十分な時間である。
　次に、血球Ｃの速度ベクトルを算出する（ステップＳ３）。このステップは、パソコン７の演算処理部７０がステップＳ２で得られた血流画像を解析することにより行われる。この速度ベクトルの算出には、特開２００６－２２３７６１号公報や特開２００２－１４８２７０号公報等に記載の公知の方法を用いることができる。そして、この速度ベクトルの算出を、血液の流し始め状態と時間経過状態との少なくとも２つの状態に対して行う。
　このステップＳ３での速度ベクトルの算出により、図５（ａ），（ｂ）に示すような解析画像が得られる。ここで、図５（ａ）は、血液の流し始め状態における血球Ｃの速度ベクトル図であり、図５（ｂ）は、時間経過状態における血球Ｃの速度ベクトル図である。但し、図５（ｂ）では、滞留している血球Ｃをその状態のまま図示している。これらの図に示すように、血液の流し始めでは血球Ｃは滞留することなく滑らかに流路部２５を流れるが、時間の経過に伴って滞留していき、凝集が発生する。
　次に、図４に示すように、血球Ｃの速度と流れ角度とを算出する（ステップＳ４）。このステップでは、演算処理部７０は、ステップＳ３で算出された血球Ｃの速度ベクトルから、血球Ｃの速度、及び血球Ｃの流れ方向と基準方向とのなす流れ角度を、血液の流し始め状態及び時間経過状態それぞれでの各血球Ｃについて算出する。
　ここで基準方向とは、撮影領域の各位置でそれぞれ任意の方向を設定可能であり、本実施形態としては血液の流し始め状態における各位置での流れ方向（流線）を基準方向としている。なおこれに限られず、撮影領域全体の流れ方向としてＹ方向（図３参照）を各位置共通の基準方向として用いてもよい。
　次に、凝集が発生している凝集領域を判別する（ステップＳ５）。このステップでは、演算処理部７０は、ステップＳ４で算出した血球Ｃの速度又は流れ角度に基づいて、時間経過状態における凝集領域を判別する。具体的には、演算処理部７０は、血流画像中の各位置における時間経過状態における血球Ｃの速度又は流れ角度を、血球が流れている流し始め状態のものと比較する。そして、流し始め状態に比べて血球Ｃの速度又は流れ角度の変化量を算出する。算出した変化量が判定基準よりも大きいか否かを判定し、判定基準よりも大きく、つまり大きく変化した部分を変化部分Ｄとして抽出する。なお変化量としては差分量でもよく比率でもよい。
　つまり、図５（ｂ）での速度ベクトルを表す矢印の長さ又は方向を、図５（ａ）での同一位置のものと比較し、判定基準よりも大きく変化している部分を変化部分Ｄとして抽出する。それから、演算処理部７０は、前述のように血球の径よりも広い幅に形成された流路である上流テラス２５ｂ及び下流テラス２５ｃ中に変化部分Ｄに囲まれた領域があるときは、当該領域を凝集領域Ｒ１として判別する。また血球の径以下の幅に形成されたゲートであるゲート２５ａへの血液の流入部に変化部分Ｄがあるときは、ゲート２５ａ内部の領域を凝集領域Ｒ２として判別する。ゲート内部の領域とは、血球の径以下の幅に形成された領域及びこの領域に少なくとも一部が含まれる変化部分Ｄに囲まれた領域を加えた領域である。
　なお、変化部分Ｄの抽出方法の変形例として以下のようにしてもよい。血流画像中の各位置において、時間経過状態における血球Ｃの速度又は流れ角度の血球が流れている「流し始め状態」に対する変化量を算出する。そして、算出した変化量が他の位置との比較において、他の位置よりも大きく変化した部分を変化部分Ｄとして抽出する。
　次に、凝集領域Ｒ１，Ｒ２における凝集量を算出する（ステップＳ６）。このステップでは、演算処理部７０は、血流画像中の凝集領域Ｒ１，Ｒ２における血球Ｃのエッジ量又は濃度に基づいて、血球Ｃが滞留している血球滞留部を凝集領域Ｒ１，Ｒ２から抽出し、当該血球滞留部の面積を凝集量として算出する。
　具体的には、エッジ量に基づいて血球滞留部を抽出する場合には、演算処理部７０は、血流画像中の凝集領域Ｒ１，Ｒ２に対し垂直及び水平の両方向へＳｏｂｅｌフィルタをかけることで凝集領域Ｒ１，Ｒ２内の血球Ｃのエッジを取り出した後、このエッジ量が所定の閾値以上の部分を血球滞留部として抽出し、その面積を算出する。なお、必要に応じて、予め設定した値より小さい面積の部分をノイズとして血球滞留部から減じてもよいし、色相や輝度を利用して血球滞留部内の血球種を判別してもよい。
　また、濃度に基づいて血球滞留部を抽出する場合には、演算処理部７０は、色の濃い部分を血球Ｃが含まれる部分とし、色の薄い部分を血球Ｃが含まれない部分として、凝集領域Ｒ１，Ｒ２内の画像色の濃度が所定の閾値以上の部分を血球滞留部として抽出し、その面積を算出する。
　以上の凝集量計測装置１によれば、凝集領域Ｒ１，Ｒ２が血球Ｃの速度又は流れ角度に基づいて判別された後、この凝集領域Ｒ１，Ｒ２に対して凝集量の算出が行われる。これにより、凝集が発生していない領域に対して解析処理を行うことがなく、解析時間を短縮し解析コストを低減しつつ凝集量を算出することができる。したがって、従来に比べ、短時間且つ低コストで凝集量を算出することができる。
　また、血球Ｃの速度又は流れ角度に基づいて凝集領域Ｒ１，Ｒ２が判別された上で、更にその凝集領域Ｒ１，Ｒ２に対して血球Ｃのエッジ量又は濃度に基づいて凝集量の算出が行われる。つまり、凝集の発生の判定が２重になされることになる。したがって、凝集の発生をより高精度に判定することができる。
　なお、本発明は上記実施形態に限定して解釈されるべきではなく、適宜変更・改良が可能であることはもちろんである。
　例えば、上記実施形態では、凝集量計測方法フローのステップＳ４において血球Ｃの速度と流れ角度との２つを算出することとしたが、ステップＳ５での凝集領域の判別に用いるいずれか一方のみを算出することとしてもよい。
　また、凝集領域Ｒ１，Ｒ２内の血球滞留部の面積を凝集量として算出することとしたが、ステップＳ４で算出した血球Ｃの速度の標準偏差や流れ角度を凝集量としてもよいし、予め設けた変換テーブルでこれらを変換した他の凝集量を求めてもよい。この場合には、滞留した血球を特定する必要がなく、容易に凝集量を算出することができる。また、一般に、血球Ｃの速度は変形能の算出に用いられるため、凝集量と併せて変形能も同時に算出することができる。
　１　凝集量計測装置
　３　ＴＶカメラ（撮影手段）
　２５　流路部（流路）
　２５ａ　ゲート
　７０　演算処理部（血流情報算出手段、凝集領域判別手段、凝集量算出手段）
　Ｃ　血球
　Ｄ　変化部分
　Ｒ１，Ｒ２　凝集領域

Claims (8)

  1. 　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血流画像から、血球の速度、又は血球の流れ方向と基準方向のなす流れ角度を算出する血流情報算出手段と、
    　前記血球の速度又は流れ角度に基づいて、凝集が発生している凝集領域を判別する凝集領域判別手段と、
    　前記凝集領域における凝集量を算出する凝集量算出手段と、
    　を備えることを特徴とする凝集量計測装置。
  2. 　前記凝集量算出手段は、前記血流画像中の前記凝集領域における血球のエッジ量又は濃度に基づいて、血球が滞留している血球滞留部を当該凝集領域から抽出し、当該血球滞留部の面積を前記凝集量として算出することを特徴とする請求項１に記載の凝集量計測装置。
  3. 　前記凝集領域判別手段は、
    　前記血流画像中の各位置において、前記血球の速度又は流れ角度が、血球が流れている状態に対して判定基準よりも大きく変化したか否かを判定し、判定基準よりも大きく変化した部分を変化部分として抽出し、
    　前記血液が流れる流路が前記血球の径よりも広い幅に形成された場合であって、当該流路中に前記変化部分に囲まれた領域があるときは、当該領域を前記凝集領域として判別し、
    　前記血液が流れる流路が、前記血球の径以下の幅に形成されたゲートを有する場合であって、当該ゲートへの前記血液の流入部に前記変化部分があるときは、当該ゲート内部の領域を前記凝集領域として判別することを特徴とする請求項１又は２に記載の凝集量計測装置。
  4. 　前記撮影手段は、前記血液の流し始めの状態と、当該流し始めの状態から時間が経過した時間経過状態とにおける前記血液の流れを撮影し、
    　前記凝集領域判別手段は、前記流し始めの状態を血球が流れている状態として、前記時間経過状態における前記凝集領域を判別することを特徴とする請求項３に記載の凝集量計測装置。
  5. 　血液の流れを撮影する撮影工程と、
    　前記撮影工程で得られた血流画像から、血球の速度、又は血球の流れ方向と基準方向のなす流れ角度を算出する血流情報算出工程と、
    　前記血球の速度又は流れ角度に基づいて、凝集が発生している凝集領域を判別する凝集領域判別工程と、
    　前記凝集領域における凝集量を算出する凝集量算出工程と、
    　を備えることを特徴とする凝集量計測方法。
  6. 　前記凝集量算出工程では、前記血流画像中の前記凝集領域における血球のエッジ量又は濃度に基づいて、血球が滞留している血球滞留部を当該凝集領域から抽出し、当該血球滞留部の面積を前記凝集量として算出することを特徴とする請求項５に記載の凝集量計測方法。
  7. 　前記凝集領域判別工程では、
    　前記血流画像中の各位置において、前記血球の速度又は流れ角度が、血球が流れている状態に対して判定基準よりも大きく変化したか否かを判定し、判定基準よりも大きく変化した部分を変化部分として抽出し、
    　前記血液が流れる流路が前記血球の径よりも広い幅に形成された場合であって、当該流路中に前記変化部分に囲まれた領域があるときは、当該領域を前記凝集領域として判別し、
    　前記血液が流れる流路が、前記血球の径以下の幅に形成されたゲートを有する場合であって、当該ゲートへの前記血液の流入部に前記変化部分があるときは、当該ゲート内部の領域を前記凝集領域として判別することを特徴とする請求項５又は６に記載の凝集量計測方法。
  8. 　前記撮影工程では、前記血液の流し始めの状態と、当該流し始めの状態から時間が経過した時間経過状態とにおける前記血液の流れを撮影し、
    　前記凝集領域判別工程は、前記流し始め状態を血球が流れている状態として、前記時間経過状態における前記凝集領域を判別することを特徴とする請求項７に記載の凝集量計測方法。
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