特許 6053807 流体濃度の測定方法および測定装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6053807

(24)【登録日】2016年12月9日

(45)【発行日】2016年12月27日

(54)【発明の名称】流体濃度の測定方法および測定装置

(51)【国際特許分類】

   G01N 21/59 20060101AFI20161219BHJP

【ＦＩ】

   G01N21/59 Z

【請求項の数】4

【全頁数】21

(21)【出願番号】特願2014-538208(P2014-538208)

(86)(22)【出願日】2013年2月25日

(86)【国際出願番号】JP2013054664

(87)【国際公開番号】WO2014050162

(87)【国際公開日】20140403

【審査請求日】2015年9月9日

(31)【優先権主張番号】PCT/JP2012/075082

(32)【優先日】2012年9月28日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000135036

【氏名又は名称】ニプロ株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】592059448

【氏名又は名称】原田電子工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001542

【氏名又は名称】特許業務法人銀座マロニエ特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】佐野 嘉彦

(72)【発明者】

【氏名】原田 証英

【審査官】 横尾 雅一

(56)【参考文献】

【文献】 特開昭５４−１５９２８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０６−０７０７９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０６−０３８９４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０８−０５４３３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−０２１５９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開昭６３−０５７５６６（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特表２００７−５１３３４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第５６０１０８０（ＵＳ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｎ ２１／００−２１／６１

Ｇ０１Ｎ ３３／４８−３３／９８

ＪＳＴＰｌｕｓ／ＪＭＥＤＰｌｕｓ／ＪＳＴ７５８０（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

光透過性のチューブ壁を持つ樹脂チューブ内を流れる流体としての血液の濃度を測定するに際し、
その樹脂チューブの延在方向に沿って互いに隣接して並ぶ前記樹脂チューブの表面上の３箇所の光供給箇所で前記樹脂チューブ内に光源から動脈血の酸素化ヘモグロビンと静脈血の脱酸素化ヘモグロビンとの両方の吸光率が等しい互いに同一波長の光を供給し、
それらの光供給箇所に対しその樹脂チューブの直径方向の反対側に位置する前記樹脂チューブの表面上の３箇所の受光箇所でそれぞれ、前記供給されてその樹脂チューブのチューブ壁内および樹脂チューブ内を流れる血液内を通過して来た光を受光して光の強度を求め、
それらの受光箇所での光の強度からランベルト−ベールの法則に基づき、前記３箇所の光供給箇所の各々についてそこからの光が前記樹脂チューブを直交および斜交して前記３箇所の受光箇所でそれぞれ受光された場合の光の強度と血液の濃度との関係を示す複数の関係式を求め、それらの関係式を前記３箇所の光供給箇所について連立させることにより、前記３箇所の受光箇所での光の強度と血液の濃度との関係を示す関係式を求め、その関係式に基づいて前記３箇所の受光箇所での光の強度から血液の濃度を求めて出力することを特徴とする流体濃度の測定方法。

【請求項2】

光透過性のチューブ壁を持つ樹脂チューブ内を流れる流体としての血液の濃度を測定する装置において、
前記樹脂チューブの延在方向に沿って互いに隣接して並ぶ前記樹脂チューブの表面上の３箇所に位置する光供給箇所で前記樹脂チューブ内に動脈血の酸素化ヘモグロビンと静脈血の脱酸素化ヘモグロビンとの両方の吸光率が等しい互いに同一波長の光を供給する光源と、
それらの光供給箇所に対しその樹脂チューブの直径方向の反対側に位置する前記樹脂チューブの表面上の３箇所の受光箇所でそれぞれ、前記供給されてその樹脂チューブのチューブ壁内およびその樹脂チューブ内の血液内を通過して来た光を受光してその光の強度を示す信号を出力する受光素子と、
それらの受光箇所での光の強度からランベルト−ベールの法則に基づき、前記複数箇所の光供給箇所の各々についてそこからの光が前記樹脂チューブを直交および斜交して前記３箇所の受光箇所でそれぞれ受光された場合の光の強度と血液の濃度との関係を示す複数の関係式をもとめ、それらの関係式を前記３箇所の光供給箇所について連立させることにより求めた、前記３箇所の受光箇所での光の強度と血液の濃度との関係を示す関係式に基づいて、前記３箇所の受光箇所での光の強度から血液の濃度を求めて出力する血液濃度出力手段と、
を具えることを特徴とする流体濃度の測定装置。

【請求項3】

前記血液濃度出力手段は、前記３箇所の受光箇所での光の強度と血液の濃度との関係を示す関係式を用いてあらかじめ求めて記憶した、前記３箇所の受光箇所での光の強度と血液の濃度との関係を示すテーブルを用いて、前記３箇所の受光箇所での光の強度から血液の濃度を求めて出力するものである、請求項２記載の流体濃度の測定装置。

【請求項4】

前記血液濃度出力手段は、前記３箇所の受光箇所での光の強度と血液の濃度との関係を示す関係式に基づき、あらかじめ実験により求めて記憶した、前記３箇所の受光箇所での光の強度と実際の血液の濃度との関係を示すテーブルを用いて、前記３箇所の受光箇所での光の強度から血液の濃度を求めて出力するものである、請求項２記載の流体濃度の測定装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、光透過性のチューブ壁を持つ樹脂チューブ内を流れる流体として特に血液の濃度をランベルト−ベールの法則に基づいて測定する方法および装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来の流体濃度の測定方法および測定装置としては、例えば特許文献１記載のものが知られており、ここにおける測定方法および測定装置は、半導体ウエハを洗浄処理する流体としての処理液の濃度を計測するもので、処理液供給配管の途中に測定体を複数設け、各測定体内に、処理液中を通過する光の光路長さを異ならせた光透過部を設け、処理液の性質に応じた光路長さの光透過部に光源からの光を供給し、その光透過部において処理液中を透過した光を光検出器で受光してその光の強度を調べ、その光の強度からランベルト−ベールの法則に基づいて処理液の濃度を求めている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開平１０−３２５７９７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、上記従来の流体濃度の測定方法および測定装置では、各光透過部における光路長さが厳密に判明しており、それゆえあらかじめ光路長さが設定された計算式を用いて流体の濃度を容易に求めることができる。その一方で、光透過性のチューブ壁を持つ樹脂チューブ内を流れる流体として、特に血液の濃度が測定できると、医療等の分野において極めて役立つであろうということが予想される。

【0005】

しかしながら上記従来の方法および装置を、光透過性のチューブ壁を持つ樹脂チューブ内を流れる血液の濃度測定に適用しようとすると、光透過性のチューブ壁を持つ樹脂チューブを横切る光路に光を通過させる必要があるが、光路長さとなる樹脂チューブの内径もチューブ壁厚さも実測が困難であり、しかも樹脂チューブは変形によって内径も壁厚さも変化する可能性があり、それゆえチューブ内を流れる血液の濃度の測定は極めて困難で、従来は実質上その測定ができなかった。

【課題を解決するための手段】

【0006】

この発明は、上述の点に鑑みて従来の流体濃度の測定方法および測定装置の課題を有利に解決するものであり、この発明の流体濃度の測定方法は、光透過性のチューブ壁を持つ樹脂チューブ内を流れる流体としての血液の濃度を測定するに際し、
その樹脂チューブの延在方向に沿って互いに隣接して並ぶ前記樹脂チューブの表面上の３箇所の光供給箇所で前記樹脂チューブ内に光源から動脈血の酸素化ヘモグロビンと静脈血の脱酸素化ヘモグロビンとの両方の吸光率が等しい互いに同一波長の光を供給し、
それらの光供給箇所に対しその樹脂チューブの直径方向の反対側に位置する前記樹脂チューブの表面上の３箇所の受光箇所でそれぞれ、前記供給されてその樹脂チューブのチューブ壁内および樹脂チューブ内を流れる血液内を通過して来た光を受光して光の強度を求め、
それらの受光箇所での光の強度からランベルト−ベールの法則に基づき、前記３箇所の光供給箇所の各々についてそこからの光が前記樹脂チューブを直交および斜交して前記３箇所の受光箇所でそれぞれ受光された場合の光の強度と血液の濃度との関係を示す複数の関係式を求め、それらの関係式を前記３箇所の光供給箇所について連立させることにより、前記３箇所の受光箇所での光の強度と血液の濃度との関係を示す関係式を求め、その関係式に基づいて前記３箇所の受光箇所での光の強度から血液の濃度を求めて出力することを特徴とするものである。

【0007】

また、この発明の血液濃度の測定装置は、光透過性のチューブ壁を持つ樹脂チューブ内を流れる流体としての血液の濃度を測定する装置において、
前記樹脂チューブの延在方向に沿って互いに隣接して並ぶ前記樹脂チューブの表面上の３箇所に位置する光供給箇所で前記樹脂チューブ内に動脈血の酸素化ヘモグロビンと静脈血の脱酸素化ヘモグロビンとの両方の吸光率が等しい互いに同一波長の光を供給する光源と、
それらの光供給箇所に対しその樹脂チューブの直径方向の反対側に位置する前記樹脂チューブの表面上の３箇所の受光箇所でそれぞれ、前記供給されてその樹脂チューブのチューブ壁内およびその樹脂チューブ内の血液内を通過して来た光を受光してその光の強度を示す信号を出力する受光素子と、
それらの受光箇所での光の強度からランベルト−ベールの法則に基づき、前記複数箇所の光供給箇所の各々についてそこからの光が前記樹脂チューブを直交および斜交して前記３箇所の受光箇所でそれぞれ受光された場合の光の強度と血液の濃度との関係を示す複数の関係式をもとめ、それらの関係式を前記３箇所の光供給箇所について連立させることにより求めた、前記３箇所の受光箇所での光の強度と血液の濃度との関係を示す関係式に基づいて、前記３箇所の受光箇所での光の強度から血液の濃度を求めて出力する血液濃度出力手段と、
を具えることを特徴とするものである。

【発明の効果】

【0008】

かかるこの発明の流体濃度の測定方法によれば、光透過性のチューブ壁を持つ樹脂チューブ内を流れる流体としての血液の濃度を測定するに際し、その樹脂チューブの延在方向に沿って互いに隣接して並ぶ前記樹脂チューブの表面上の３箇所の光供給箇所で光源が前記樹脂チューブ内に動脈血の酸素化ヘモグロビンと静脈血の脱酸素化ヘモグロビンとの両方の吸光率が等しい互いに同一波長の光を供給し、それらの光供給箇所に対しその樹脂チューブの直径方向の反対側に位置する前記樹脂チューブの表面上の３箇所の受光箇所でそれぞれ、前記供給されてその樹脂チューブのチューブ壁内および樹脂チューブ内を流れる血液内を通過して来た光を受光して光の強度を求め、それらの受光箇所での光の強度からランベルト−ベールの法則に基づき、前記３箇所の光供給箇所の各々についてそこからの光が前記樹脂チューブを直交および斜交して前記３箇所の受光箇所でそれぞれ受光された場合の光の強度と血液の濃度との関係を示す複数の関係式を求め、それらの関係式を前記３箇所の光供給箇所について連立させることにより、前記樹脂チューブのチューブ壁厚さおよび内径の項を打ち消して前記３箇所の受光箇所での光の強度と血液の濃度との関係を示す関係式を求め、その関係式に基づいて前記３箇所の受光箇所での光の強度から血液の濃度を求めて出力するので、樹脂チューブのチューブ厚さや内径が不明であったり変化したりしても、また血液が動脈血であると静脈血であるとにかかわらず、樹脂チューブ内を流れる血液の濃度を高精度に測定することができる。

【0009】

そしてこの発明の流体濃度の測定装置によれば、光透過性のチューブ壁を持つ樹脂チューブ内を流れる流体としての血液の濃度を測定する装置において、前記樹脂チューブの延在方向に沿って互いに隣接して並ぶ前記樹脂チューブの表面上の３箇所に位置する光供給箇所で光源が、前記樹脂チューブ内に動脈血の酸素化ヘモグロビンと静脈血の脱酸素化ヘモグロビンとの両方の吸光率が等しい互いに同一波長の光を供給し、それらの光供給箇所に対しその樹脂チューブの直径方向の反対側に位置する前記樹脂チューブの表面上の３箇所の受光箇所でそれぞれ受光素子が、前記供給されてその樹脂チューブのチューブ壁内およびその樹脂チューブ内の血液内を通過して来た光を受光してその光の強度を示す信号を出力し、そして血液濃度出力手段が、それらの受光箇所での光の強度からランベルト−ベールの法則に基づき、前記複数箇所の光供給箇所の各々についてそこからの光が前記樹脂チューブを直交および斜交して前記３箇所の受光箇所でそれぞれ受光された場合の光の強度と血液の濃度との関係を示す複数の関係式をもとめ、それらの関係式を前記３箇所の光供給箇所について連立させることにより前記樹脂チューブのチューブ壁厚さおよび内径の項を打ち消して求めた、前記３箇所の受光箇所での光の強度と血液の濃度との関係を示す関係式に基づいて、前記３箇所の受光箇所での光の強度から血液の濃度を求めて出力するので、樹脂チューブのチューブ厚さや内径が不明であったり変化したりしても、また血液が動脈血であると静脈血であるとにかかわらず、樹脂チューブ内を流れる血液の濃度を高精度に測定することができる。

【0010】

なお、この発明の流体濃度の測定装置においては、前記血液濃度出力手段は、前記３箇所の受光箇所での光の強度と血液の濃度との関係を示す関係式を用いてあらかじめ求めて記憶した、前記３箇所の受光箇所での光の強度と血液の濃度との関係を示すテーブルを用いて、前記３箇所の受光箇所での光の強度から血液の濃度を求めて出力するものでも良く、このようなテーブルを用いれば、３箇所の受光箇所での光の強度から短時間で容易に血液の濃度を求めて出力することができる。

【0011】

また、この発明の流体濃度の測定装置においては、前記血液濃度出力手段は、前記３箇所の受光箇所での光の強度と血液の濃度との関係を示す関係式に基づき、あらかじめ実験により求めて記憶した、前記３箇所の受光箇所での光の強度と実際の血液の濃度との関係を示すテーブルを用いて、前記３箇所の受光箇所での光の強度から血液の濃度を求めて出力するものでも良く、このようなテーブルを用いても、３箇所の受光箇所での光の強度から短時間で容易に血液の濃度を求めて出力することができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】この発明の流体濃度の測定方法の一実施例を示す説明図である。

【図2】上記実施例の流体濃度の測定方法を示す説明図である。

【図3】上記実施例の流体濃度の測定方法を示す説明図である。

【図4】上記実施例の流体濃度の測定方法を示す説明図である。

【図5】上記実施例の流体濃度の測定方法を示す説明図である。

【図6】上記実施例の流体濃度の測定方法を示す説明図である。

【図7】上記実施例の流体濃度の測定方法を示す説明図である。

【図8】上記実施例の流体濃度の測定方法を示す説明図である。

【図9】上記実施例の流体濃度の測定方法を示す説明図である。

【図10】上記実施例の流体濃度の測定方法を示す説明図である。

【図11】この発明の流体濃度の測定方法の一実施例を示す説明図である。

【図12】上記実施例の流体濃度の測定方法を示す説明図である。

【図13】上記実施例の流体濃度の測定方法を示す説明図である。

【図14】上記実施例の流体濃度の測定方法を示す説明図である。

【図15】上記実施例の流体濃度の測定方法を示す説明図である。

【図16】上記実施例の流体濃度の測定方法を示す説明図である。

【図17】上記実施例の流体濃度の測定方法を示す説明図である。

【図18】上記実施例の流体濃度の測定方法を示す説明図である。

【図19】この発明の流体濃度の測定装置の一実施例を示す構成図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、本発明の実施の形態を実施例によって、図面に基づき詳細に説明する。ここに、図１〜１０は、この発明の流体濃度の測定方法の一実施例における測定および計算手順を順次に示す説明図である。
この実施例の流体濃度の測定方法は、光透過性のチューブ壁を持つ実質的に透明な樹脂チューブ内を流れる、流体としての、特に血液の濃度を測定するものであり、ここでは、図１に示すように、光源としての３つの発光ダイオードＫＡ，ＫＢ，ＫＣからそれぞれ出力された光が、樹脂チューブの延在方向に沿って互いに隣接して並ぶその樹脂チューブの表面上の３箇所に位置する光供給箇所で樹脂チューブ内に供給され、樹脂チューブのそれらの発光ダイオードに近い側のチューブ壁と、樹脂チューブ内の血液と、それらの発光ダイオードから遠い側（反対側）のチューブ壁とを通過して、それらの光供給箇所に対しその樹脂チューブの直径方向の反対側に位置する樹脂チューブの表面上の３箇所の受光箇所で３つの光センサＳＡ，ＳＢ，ＳＣに到達するものとし、光センサに到達する経路は、最も光強度が強い部分を考え、光源としての３つの発光ダイオードＫＡ，ＫＢ，ＫＣからそれぞれ出力された光は、

【0014】

【数1】

の経路をそれぞれ進むものとするモデルを考える。

【0015】

【数2】

とし、
樹脂チューブ内の血液の吸光係数をεＨ、濃度をＣＨとし、
センサ間距離を、センサＳＡ−ＳＢ間およびＳＢ−ＳＣ間：ＬＮ、センサＳＡ−ＳＣ間：ＬＦと設定し、
樹脂チューブの内径を、ＰＡ２−ＰＡ３：ＤＡ、ＰＢ２−ＰＢ３：ＤＢ、ＰＣ２−ＰＣ３：ＤＣとする。

【0016】

次に、図３に示すように、発光ダイオードＫＡのみが発光した場合を考える。ＰＡ１，ＰＡ２，ＰＡ３，ＰＡ４，ＰＣ３，ＰＣ４の各点を通過するときの光の強さをそれぞれＩＡ１，ＩＡ２，ＩＡ３，ＩＡＧ，ＩＡＣ３，ＩＡＦとすると、ランベルト−ベールの法則により、図４に示すように、

【数3】

となる。

【0017】

(2)式を(1)式で割ると、

【数4】

となる。

【0018】

同様に、図５に示すように、発光ダイオードＫＣのみが発光した場合を考えると、

【数5】

となる。

【0019】

次に、(3)式×(4)式を考えると、

【数6】

【0020】

対数をとると、

【数7】

従って、

【数8】

となる。

【0021】

【0022】

(3)式および(4)式を求めたのと同様にして、図６に示す、
ＰＡ１−ＰＡ２−ＰＡ３−ＰＡ４
ＰＡ１−ＰＡ２−ＰＢ３−ＰＢ４
ＰＢ１−ＰＢ２−ＰＢ３−ＰＢ４
ＰＢ１−ＰＢ２−ＰＡ３−ＰＡ４
の４本の光路に対し、図７および図８に示すように各点を通過するときの光強度ＩＡ１，ＩＡ２，ＩＡ３，ＩＡＧ，ＩＡＢ３，ＩＡＮ，ＩＢ１，ＩＢ２，ＩＢ３，ＩＢＧ，ＩＢＡ３，ＩＢＮをランベルト−ベールの法則により求めると、ＩＡＧは(1)と同じであるので、

【数9】

【0023】

(6)式および(7)式より、

【数10】

同様に、

【数11】

【0024】

次に、(8)式×(9)式を考えると、

【数12】

【0025】

対数をとると、

【数13】

従って、

【数14】

となる。

【0026】

次に、樹脂チューブの３箇所の内径ＤＡ，ＤＢ，ＤＣの補正を行う。
ＩＡＧ（図３参照）とＩＣＧ（図５参照）、ＩＡＦ（図３参照）とＩＣＦ（図５参照）が異なる値をとるのは、ＤＡ≠ＤＣであることによるので、図９に示すように、ＤＡ−ΔｄＦ＝ＤｘＦ＝ＤＣ＋ΔｄＦとなる内径ＤｘＦを考え、図１０に示すように、光路長にあわせてＩＡＧ，ＩＣＦ，ＩＡＦ，ＩＣＧをそれぞれ補正し、ＩＨＡＧＦ，ＩＨＣＦ，ＩＨＡＦ，ＩＨＣＧとする（ＤｘＦとΔｄＦとを用いて表す）と、

【数15】

となる。
なお、添え字Ｈは補正後に関するものであることを示し、添え字Ｇは光供給箇所の真下の受光箇所への光路に関するものであることを示し、添え字Ｎは光供給箇所の真下から近い方の受光箇所への傾斜した光路に関するものであることを示し、添え字Ｆは光供給箇所の真下から遠い方の受光箇所への傾斜した光路に関するものであることを示す（以下でも同様）。

【0027】

上記の値を用いて(5)式を内径ＤｘＦに対し当てはめると、

【数16】

【0028】

ここで、ＩＨＡＦ×ＩＨＣＦ、ＩＨＡＧＦ×ＩＨＣＧをそれぞれ求めると、

【数17】

【0029】

同様に、

【数18】

【0030】

よって、(11)式に(12)式と(13)式を代入すると、

【数19】

となる。

【0031】

【数20】

と同等といえる。

【0032】

よって、

【数21】

が成立する。

【0033】

また、図１１，１２および図１３，１４を参照して上述したと同様に補正を行うと、内径ＤｘＮＡとＤｘＮＣとに対し、

【数22】

が得られる。

【0034】

図１１は、上記実施例の測定方法を実施し得る、この発明の流体濃度の測定装置の一実施例を示す構成図であり、この実施例の流体濃度の測定装置は、光透過性のチューブ壁を持つ実質的に透明な樹脂チューブ内を流れる、流体としての血液の濃度を測定する装置であって、樹脂チューブＴの延在方向に沿って互いに隣接して並ぶその樹脂チューブＴの表面上の３箇所に位置する光供給箇所で樹脂チューブ内Ｔに、動脈血の酸素化ヘモグロビンと静脈血の脱酸素化ヘモグロビンとの両方の吸光率がほぼ等しい例えば５９０ｎｍ付近の波長の光を供給する光源としての３つの発光ダイオード１（図１のＫＡ，ＫＢ，ＫＣ）と、それらの発光ダイオード１との間に樹脂チューブＴを配置されてそれらの発光ダイオード１にそれぞれ対向し、上記供給されてその樹脂チューブＴの壁内およびその樹脂チューブＴ内の血液内を通過して来た光を受光してその光の強度を示す信号を出力する受光素子としての３つの光センサ２（図１のＳＡ，ＳＢ，ＳＣ）と、それら３つの光センサ２の出力信号を入力される通常のマイクロコンピュータ３と、そのマイクロコンピュータ３の出力信号を画面表示するディスプレイ装置４と、を具えている。

【0035】

ΔｄＮは微少量であるため０とすると、上記の三つの式から近似的に、

【数24】

とおけるので、上記(18)式に上記(16)式および(17)式を代入して、

となる。

【0036】

なお、管路内径Ｄ＝４ｍｍ、ＬＮ＝２ｍｍ、Δｄ＝０．０２５ｍｍの場合を考えると、

【数25】

【0037】

ここで、図１７の直角三角形ＡＢＣを考え、点Ａ−Ｂ間の距離をＤｘとすると、

【数26】

また、

【数27】

【0038】

(20)式および(21)式より、

【数28】

【0039】

(20)式および(22)式より、

【数29】

となる。

【0040】

さらに、上記実施例の方法および装置では、光源として発光ダイオードを用いたが、これに代えて、例えばレーザーダイオードを用いても良い。

【0041】

ここで、(22)式、(23)式、(26)式の構成を考えると、

【数32】

となって、ＬＦ，ＬＮは固定値であり、ＩＡＦ，ＩＡＧ，ＩＢＧ，ＩＣＦ，ＩＣＧ，ＩＡＮ，ＩＢＮ(A)，ＩＢＮ(C)，ＩＣＮは測定値であるから、これらの式は測定値および固定値のみで構成される。

【0042】

そして、上記実施例の方法および装置では、３箇所の光供給箇所で光を供給し、各光供給箇所からの光を３箇所の受光箇所でそれぞれ受光して光の強度を求めているが、これに代えて、４箇所以上の光供給箇所で光を供給し、各光供給箇所からの光を各光供給箇所に対応する４箇所以上の受光箇所でそれぞれ受光して光の強度を求めてもよく、光供給箇所および受光箇所がそれぞれ４箇所以上の場合には、３箇所の光供給箇所および受光箇所の場合の効果に加えて、得られた結果を平均化する等により測定精度をより高めることができる。

【0043】

かくしてこの発明の流体濃度の測定方法によれば、光透過性のチューブ壁を持つ樹脂チューブ内を流れる流体としての血液の濃度を測定するに際し、その樹脂チューブの延在方向に沿って互いに隣接して並ぶ前記樹脂チューブの表面上の３箇所の光供給箇所で光源が前記樹脂チューブ内に動脈血の酸素化ヘモグロビンと静脈血の脱酸素化ヘモグロビンとの両方の吸光率が等しい互いに同一波長の光を供給し、それらの光供給箇所に対しその樹脂チューブの直径方向の反対側に位置する前記樹脂チューブの表面上の３箇所の受光箇所でそれぞれ、前記供給されてその樹脂チューブのチューブ壁内および樹脂チューブ内を流れる血液内を通過して来た光を受光して光の強度を求め、それらの受光箇所での光の強度からランベルト−ベールの法則に基づき、前記３箇所の光供給箇所の各々についてそこからの光が前記樹脂チューブを直交および斜交して前記３箇所の受光箇所でそれぞれ受光された場合の光の強度と血液の濃度との関係を示す複数の関係式を求め、それらの関係式を前記３箇所の光供給箇所について連立させることにより、前記樹脂チューブのチューブ壁厚さおよび内径の項を打ち消して前記３箇所の受光箇所での光の強度と血液の濃度との関係を示す関係式を求め、その関係式に基づいて前記３箇所の受光箇所での光の強度から血液の濃度を求めて出力するので、樹脂チューブのチューブ厚さや内径が不明であったり変化したりしても、また血液が動脈血であると静脈血であるとにかかわらず、樹脂チューブ内を流れる血液の濃度を高精度に測定することができる。

【0044】

そしてこの発明の流体濃度の測定装置によれば、光透過性のチューブ壁を持つ樹脂チューブ内を流れる流体としての血液の濃度を測定する装置において、前記樹脂チューブの延在方向に沿って互いに隣接して並ぶ前記樹脂チューブの表面上の３箇所に位置する光供給箇所で光源が、前記樹脂チューブ内に動脈血の酸素化ヘモグロビンと静脈血の脱酸素化ヘモグロビンとの両方の吸光率が等しい互いに同一波長の光を供給し、それらの光供給箇所に対しその樹脂チューブの直径方向の反対側に位置する前記樹脂チューブの表面上の３箇所の受光箇所でそれぞれ受光素子が、前記供給されてその樹脂チューブのチューブ壁内およびその樹脂チューブ内の血液内を通過して来た光を受光してその光の強度を示す信号を出力し、そして血液濃度出力手段が、それらの受光箇所での光の強度からランベルト−ベールの法則に基づき、前記複数箇所の光供給箇所の各々についてそこからの光が前記樹脂チューブを直交および斜交して前記３箇所の受光箇所でそれぞれ受光された場合の光の強度と血液の濃度との関係を示す複数の関係式をもとめ、それらの関係式を前記３箇所の光供給箇所について連立させることにより前記樹脂チューブのチューブ壁厚さおよび内径の項を打ち消して求めた、前記３箇所の受光箇所での光の強度と血液の濃度との関係を示す関係式に基づいて、前記３箇所の受光箇所での光の強度から血液の濃度を求めて出力するので、樹脂チューブのチューブ厚さや内径が不明であったり変化したりしても、また血液が動脈血であると静脈血であるとにかかわらず、樹脂チューブ内を流れる血液の濃度を高精度に測定することができる。

【0045】

上記の(27)式に上記の各固定値と各測定値とを当てはめると、血液濃度（ヘマト（赤血球）濃度）ＣＨが求められるが、計算が複雑であること、および実際の血液では赤血球による光の散乱があるため、ランベルト−ベールの法則を拡張して光の散乱のある媒体に適用したモディファイド・ランベルト−ベールの法則を適用する必要があり、この場合にも当然に厳密な計算は可能であるが、計算がさらに複雑になることから、この実施例の測定方法では、処理の単純化および、数学関数コマンドを持たない組み込みＣＰＵ（中央処理ユニット）で直接濃度を求める場合等を考慮して、実際の血液濃度ＣＨと、上記式の光強度測定値を含む各項の値を指標とする血液濃度ＣＨの値との間の変換テーブルをあらかじめ作成してメモリ内に記憶しておき、光強度測定値が得られたらそれらの値から変換テーブルおよび発光ダイオードＫＡ，ＫＢ，ＫＣの発光波長に対応する血液吸光係数εＨの値等の上記既知の固定値を用いて血液濃度ＣＨの値を読み出し、それを出力するようにしてもよい。

【0046】

図１９は、上記実施例の測定方法を実施し得る、この発明の流体濃度の測定装置の一実施例を示す構成図であり、この実施例の流体濃度の測定装置は、光透過性の管壁を持つ管路としての実質的に透明な樹脂チューブ内を流れる、流体としての血液の濃度を測定する装置であって、樹脂チューブＴの延在方向に沿って互いに隣接して並ぶその樹脂チューブＴの表面上の３箇所に位置する光供給箇所で樹脂チューブ内Ｔに、動脈血の酸素化ヘモグロビンと静脈血の脱酸素化ヘモグロビンとの両方の吸光率がほぼ等しい例えば５９０ｎｍ付近の波長の光を供給する光源としての３つの発光ダイオード１（図１のＫＡ，ＫＢ，ＫＣ）と、それらの発光ダイオード１との間に樹脂チューブＴを配置されてそれらの発光ダイオード１にそれぞれ対向し、上記供給されてその樹脂チューブＴの壁内およびその樹脂チューブＴ内の血液内を通過して来た光を受光してその光の強度を示す信号を出力する受光素子としての３つの光センサ２（図１のＳＡ，ＳＢ，ＳＣ）と、それら３つの光センサ２の出力信号を入力される通常のマイクロコンピュータ３と、そのマイクロコンピュータ３の出力信号を画面表示するディスプレイ装置４と、を具えている。

【0047】

かかる実施例の流体濃度の測定装置にあっては、３つの発光ダイオード１から例えば順次に出力された各光が、樹脂チューブＴのそれらの発光ダイオード１に近い側のチューブ壁と、樹脂チューブＴ内の血液と、それらの発光ダイオード１から遠い側（反対側）のチューブ壁とを通過して３つの光センサ２にそれぞれ到達し、それら３つの光センサ２の出力信号を入力されたマイクロコンピュータ３が、上述の変換テーブルおよび固定値を用いた簡単な演算により血液濃度ＣＨの値を求め、それをディスプレイ装置４で表示する。それゆえマイクロコンピュータ３とディスプレイ装置４とは流体濃度出力手段に相当する。なお、この実施例では、３つの光センサ２の出力信号が適度なレベルになるように、３つの発光ダイオード１がそれぞれ発光する光の強度を適宜調節するが、この３つの発光ダイオード１をマイクロコンピュータ３に接続するとともに、３つの光センサ２の出力信号が適度なものかつ安定したものになるようにモニタリング用の光センサを各発光ダイオード１に増設してこれらもマイクロコンピュータ３に接続し、３つの発光ダイオード１がそれぞれ発光する光の強度をマイクロコンピュータ３でフィードバック制御するようにしても良い。

【0048】

従って、この実施例の流体濃度の測定装置によれば、マイクロコンピュータ３が、それら３箇所の受光箇所での３つの光センサ２の出力信号が示す光の強度から、ランベルト−ベールの法則に基づき、３箇所の光供給箇所の各々についてそこからの光を３箇所の受光箇所でそれぞれ受光する場合の光の強度と血液の濃度との関係を示す３つの関係式をもとめ、それらを３箇所の光供給箇所について連立させることにより求めた、管壁厚さとしての樹脂チューブＴの壁厚さを含まずに３箇所の受光箇所での光の強度と血液の濃度との関係を示す関係式に基づいて、３箇所の受光箇所での光の強度から血液の濃度を求めてディスプレイ装置４で表示出力するので、樹脂チューブＴの壁厚さや発光強度が不明であったり変化したりしても、樹脂チューブＴ内を流れる血液の濃度を高精度に測定することができる。

【0049】

しかも、この実施例の流体濃度の測定装置によれば、マイクロコンピュータ３は、メモリに記憶した、３箇所の受光箇所での光の強度と流体の濃度との関係を示す関係式を用いてあらかじめ別途求めた、３箇所の受光箇所での光の強度と血液の濃度との関係を示すテーブルを用いて、３箇所の受光箇所での光の強度から血液の濃度を求めてディスプレイ装置４で出力するので、３箇所の受光箇所での光の強度から短時間で容易に血液の濃度を求めて出力することができる。

【0050】

以上、図示例に基づき説明したが、この発明は上述の例に限定されるものでなく特許請求の範囲の記載範囲内で適宜変更し得るものであり、例えば上記実施例の方法および装置では、３箇所の受光箇所での光の強度と血液の濃度との関係を示すテーブルを用いて、３箇所の受光箇所での光の強度から血液の濃度を求めて出力しているが、これに代えて、ランベルト−ベールの法則に基づき、３箇所の受光箇所での光の強度と血液の濃度との関係を示す関係式を用いて光の強度から血液の濃度を演算により求めて出力するようにしても良く、その場合に、ランベルト−ベールの法則として、光の散乱を考慮したモディファイド・ランベルト−ベールの法則を適用して３箇所の受光箇所での光の強度と血液の濃度との関係を示す関係式を求めても良い。

【0051】

また、上記３箇所の受光箇所での光の強度と血液の濃度とに上記関係式に基づく有意な関係があることが判明しているので、その関係に基づき、流体濃度出力手段としてのマイクロコンピュータ３が、あらかじめ実験により求めて記憶した、複数箇所の受光箇所での光の強度と実際の流体の濃度との関係を示すテーブルを用いて、それら複数箇所の受光箇所での光の強度から流体の濃度を求めて出力するようにしても良い。さらに、上記実施例の方法および装置では、動脈血の酸素化ヘモグロビンと静脈血の脱酸素化ヘモグロビンとの両方の吸光率がほぼ等しい光として、５９０ｎｍ付近の波長の光を用いているが、これに代えて、例えば５２０ｎｍ，５５０ｎｍ，５７０ｎｍあるいは８０５ｎｍ付近の波長の光を用いても良い。

【0052】

さらに、上記実施例の方法および装置では、光源として発光ダイオードを用いたが、これに代えて、例えばレーザーダイオードを用いても良く、また、管路として樹脂チューブを用いたが、これに代えて、管路としてガラス管を用いても良く、そして、上記実施例の方法および装置では、液体としての血液の濃度を測定したが、これに代えて、他の液体の濃度測定に用いることもでき、その場合には光源から供給する光として、その液体による吸収率が高い波長の光を選択すると、管壁の厚さ等に応じて３箇所の受光箇所での光の強度に差異が出易いので好ましい。

【0053】

さらに、上記実施例の方法および装置では、３箇所の光供給箇所からの光が混ざらないようにそれらの光供給箇所から順次に光を供給し、各光供給箇所からの光を３箇所の受光箇所でそれぞれ受光して光の強度を求めているが、これに代えて、例えば３箇所の光供給箇所からの光に互いに異なる周波数の変調をかけてそれらの光を同時に供給し、３箇所の受光箇所でそれぞれ受光した光をそれらの周波数でフィルタリングすること（変調ロックイン方式）で、各光供給箇所からの光の強度を分別して処理するようにしても良い。

【0054】

そして、上記実施例の方法および装置では、３箇所の光供給箇所で光を供給し、各光供給箇所からの光を３箇所の受光箇所でそれぞれ受光して光の強度を求めているが、これに代えて、２箇所または４箇所以上の光供給箇所で光を供給し、各光供給箇所からの光を各光供給箇所に対応する２箇所または４箇所以上の受光箇所でそれぞれ受光して光の強度を求めてもよく、光供給箇所および受光箇所がそれぞれ２箇所の場合には、管路の壁厚さが判明するので、例えば樹脂チューブ等の管路の装着による誤差を吸収することができる。また光供給箇所および受光箇所がそれぞれ３箇所の場合には、管路の壁厚さおよび内径が判明するので、上記実施例の如くして検査対象の血液濃度を求めることができる。そして光供給箇所および受光箇所がそれぞれ４箇所以上の場合には、得られた結果を平均化する等により測定精度をより高めることができる。

【産業上の利用可能性】

【0055】

かくしてこの発明の流体濃度の測定方法によれば、樹脂チューブやガラス管等の光透過性の管路内を流れる血液や薬液等の流体の濃度を測定するに際し、その管路の延在方向に沿って互いに隣接して並ぶ前記管路の表面上の２以上の複数箇所の光供給箇所で光源が前記管路内に光を供給し、それらの光供給箇所に対しその管路の直径方向の反対側に位置する前記管路の表面上の２以上の複数箇所の受光箇所でそれぞれ、前記供給されてその管路の壁内および管路内を流れる流体内を通過して来た光を受光して光の強度を求め、それらの受光箇所での光の強度からランベルト−ベールの法則に基づき、前記複数箇所の光供給箇所の各々についてそこからの光を前記複数箇所の受光箇所でそれぞれ受光する場合の光の強度と流体の濃度との関係を示す複数の関係式を求め、それらの関係式を前記複数箇所の光供給箇所について連立させることにより、管壁厚さを含まずに前記複数箇所の受光箇所での光の強度と流体の濃度との関係を示す関係式を求め、その関係式に基づいて前記複数箇所の受光箇所での光の強度から流体の濃度を求めて出力するので、管壁厚さが不明であったり変化したりしても、管路内を流れる血液や薬液等の流体の濃度を高精度に測定することができる。

【0056】

そしてこの発明の流体濃度の測定装置によれば、樹脂チューブやガラス管等の光透過性の管路内を流れる流体の濃度を測定する装置において、前記管路の延在方向に沿って互いに隣接して並ぶ前記管路の表面上の２以上の複数箇所に位置する光供給箇所で光源が前記管路内に光を供給し、それらの光供給箇所に対しその管路の直径方向の反対側に位置する前記管路の表面上の複数箇所の受光箇所でそれぞれ受光素子が、前記供給されてその管路の壁内およびその管路内の流体内を通過して来た光を受光してその光の強度を示す信号を出力し、そして流体濃度出力手段が、それらの受光箇所での光の強度からランベルト−ベールの法則に基づき、前記複数箇所の光供給箇所の各々についてそこからの光を前記複数箇所の受光箇所でそれぞれ受光する場合の光の強度と流体の濃度との関係を示す複数の関係式をもとめ、それらを前記複数箇所の光供給箇所について連立させることにより求めた、管壁厚さを含まずに前記複数箇所の受光箇所での光の強度と流体の濃度との関係を示す関係式に基づいて、前記複数箇所の受光箇所での光の強度から流体の濃度を求めて出力するので、管壁厚さが不明であったり変化したりしても、管路内を流れる血液や薬液等の流体の濃度を高精度に測定することができる。

【符号の説明】

【0057】

１ 発光ダイオード
２ 光センサ
３ マイクロコンピュータ
４ ディスプレイ装置
Ｔ 樹脂チューブ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】