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JP5535002B2 - 血液成分濃度測定装置 - Google Patents

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Description

本発明は、血液浄化療法等において、血液中の酸素飽和濃度などの血液成分の濃度を測定する血液成分濃度測定装置に関する。
血液浄化療法は、体内から取り出された血液中の有害物質や不要物質を、膜や吸着剤を用いて除去して体内に戻す療法で、血液透析、血液濾過透析、血液濾過、血液吸着などの種類がある。
例えば血液透析療法中の患者の管理は、血圧変動と全身症状の両方を観察することで行われている。例えば透析中の患者の血圧低下は、除水に伴う循環血流量の減少が主原因とされているため、各種血液量測定モニターを用いて患者の血液量をモニタリングしながら、透析治療が行われている。しかし、この循環血液量測定モニターは、患者の全身症状を示すものでないため、全身症状である呼吸状態や血液循環動態を把握することはできない。
一般に患者の呼吸は血液循環に大きな影響を与えており、特に、循環血液量が減少している患者では、呼吸変動が大きくなると報告されている（非特許文献１）。全身症状の一つの呼吸状態を把握する手段として、血液中の動脈血酸素飽和度（ＳｐＯ2）を測定する方法がある。血液中の動脈血酸素飽和度を計測する装置として、経皮的酸素飽和度モニター（パルスオキシメータ）が広く知られており、これは、例えば指先に付けた発光部と受光部を用いて血液中に光を入射させ、その透過光を検出し、その光信号を分析することで、血液中の動脈血酸素飽和度を算出することができる。この経皮的酸素飽和度モニターは、検出した光強度の波形から、動脈血に関係する人体の拍動の周期成分を抽出して最終的に酸素飽和度を算出している（特許文献１参照）。人体の拍動の周期成分を抽出するのは、この拍動の周期成分では、酸素濃度に応じて変動する赤色光（R）と赤外光（IR）透過光量の変動比率が大きく、酸素飽和度をより正確に算出できるからである。よって、この測定方法では、酸素飽和度を算出する際に、光強度の波形から人体の拍動の周期を把握する必要がある。
しかしながら、この測定方法では、例えば寒さや痙攣等により患者に末梢循環不全等が生じると、光強度の波形における拍動の周期成分が相対的に弱くなるため、検出した光強度の波形から拍動の周期を正確に把握するのが困難になり、その結果酸素飽和度が正確に測定できないことがある。
患者の状態に影響されずに血液中の酸素飽和度を測定する手段として、体外循環を行う血液浄化回路にポンプ部手前に酸素飽和度モニターを設置することが報告されている（非特許文献１、２参照）。しかしながら、この場合では、例えば血液浄化回路特有の外乱等の影響を受けて、人体の拍動の周期の把握が正確かつ安定的に行われない可能性がある。
特公昭５３−２６４３７号公報
丸山一男：呼吸と循環、循環制御 １９９８年、１９（４）、Ｐ・４８４−４８８ 今井勝、他：日本医工学治療学会 医工学治療 ２００６年、１８（２）、Ｐ・８５−９３
本発明は、従来技術の有する前記課題を解決すべくなされたものであり、その目的とするところは、患者の状態の影響を受けにくい血液浄化回路において、血液中の酸素飽和度などの血液成分の濃度を正確かつ安定的に測定できる血液成分濃度測定装置を提供することにある。
上記目的を達成する本発明は、体内から取り出された血液を浄化して体内に戻すための血液浄化回路において血液中の所定の血液成分の濃度を測定する血液成分濃度測定装置であって、前記血液浄化回路の血液中に光を入射する発光部と、前記血液浄化回路の血液中を透過した前記光を検出する受光部と、前記受光部により検出された光強度の時間変化から、前記血液浄化回路の血液ポンプの駆動により前記血液浄化回路内に生じる血液の拍動の周期に対応する前記光強度の時間変化の周期成分を抽出し、当該周期成分に基づいて所定の血液成分の濃度を算出する算出部と、を有し、前記発光部及び前記受光部は、前記血液浄化回路の前記血液ポンプの下流側に設けられ、前記発光部と前記受光部を前記血液浄化回路に固定する固定部材と、前記血液浄化回路の前記発光部と前記受光部が固定される部分を覆う流路カバーと、をさらに有し、前記固定部材は、前記流路カバーを外側から押さえているものである。
本発明によれば、血液浄化回路では、血液ポンプの駆動により血液の拍動が生じる。この血液浄化回路内の血液の拍動を用いて、周期的に変化する光強度から血液成分の濃度を算出することにより、当該血液成分の濃度を正確かつ安定的に測定できる。また、発光部と受光部が、血液の拍動の乱れが少ない血液浄化回路の血液ポンプの下流側に設けられるので、血液成分の濃度の算出がより正確かつ安定的に行われる。
前記血液浄化回路は、前記血液ポンプの下流側に血液を浄化する血液浄化器を有し、前記発光部と前記受光部は、前記血液浄化回路の前記血液ポンプと前記血液浄化器の間に設けられていてもよい。
前記血液浄化回路は、前記血液ポンプと前記血液浄化器の間に動脈側ドリップチャンバーを有している場合、前記発光部と前記受光部は、前記血液浄化回路の前記血液ポンプと前記動脈側ドリップチャンバーの間に設けられていてもよい。
前記血液成分濃度測定装置は、前記血液浄化回路の流路に接続され他の部分よりも径が大きいポンプチューブをさらに有し、前記発光部と前記受光部は、前記ポンプチューブに設けられていてもよい。
前記固定部材は、前記発光部と前記受光部を前記血液浄化回路に押し付けて固定するものであってもよい。
前記流路カバーは、前記血液浄化回路の前記発光部と前記受光部が固定された部分を圧迫し、弾力性を有していてもよい。
前記流路カバーは、前記血液浄化回路の前記発光部と前記受光部が固定された部分を外部の光が入らないように覆っていてもよい。
前記流路カバーは、前記血液浄化回路に対し取り外し自在に構成されていてもよい。
血液成分濃度測定装置は、前記発光部と前記受光部を保持する保持部材をさらに有し、前記固定部材の前記血液浄化回路側の面には、前記保持部材を収容する凹部が形成されていてもよい。
前記保持部材と前記固定部材との間には、弾力性のある部材が介在されていてもよい。
前記固定部材は、前記血液浄化回路に対し取り外し自在に構成されていてもよい。
前記発光部と前記受光部は、前記血液浄化回路において気泡が滞留しない斜め或いは上下方向に延びる流路、又は水平方向に延びる流路の下面又は側面に設けられていてもよい。
前記発光部は、波長８５０ｎｍ〜１０００ｎｍの光（赤外光）を発する第１発光部と、波長５００ｎｍ〜７００ｎｍの光（赤色光）を発する第２発光部を備え、前記血液成分の濃度が血液中の酸素飽和度であってもよい。
本発明によれば、血液浄化療法時の血液成分の濃度測定を正確かつ安定的に行うことができる。この結果、例えば患者の症状発現の前兆となる所定の血液成分の濃度変化を正確かつ確実に把握することができる。よって、症状発現前に患者に対する早期処置が可能となり、患者QOLの著しい向上を図ることが可能となる。
血液浄化装置の構成の概略を示す説明図である。 センサ部が設けられた血液ポンプのチューブの説明図である。 センサ部の構成の概略を示す断面図である。 センサ部の構成の概略を示す横面図である。 血液の酸素飽和度測定の主な工程を示すフローチャートである。 ピロー状の流路に設けられたセンサ部の構成を示す縦断面図である。 実施例１で測定された酸素飽和度の推移を示すグラフである。 実施例２で測定された酸素飽和度の推移を示すグラフである。 比較例１におけるセンサ部の位置を示す血液浄化回路の説明図である。 比較例１のセンサ部の構成を示す説明図である。 比較例１で測定された酸素飽和度の推移を示すグラフである。
以下、図面を参照して、本発明の好ましい実施の形態について説明する。図１は、本実施の形態に係る血液成分濃度測定装置１が搭載される血液浄化装置１０の構成の概略を示す説明図である。
図１に示すように血液浄化装置１０は、体内から取り出した血液を浄化させて体内に戻すための血液浄化回路２０を有している。
血液浄化回路２０には、血液と接するため生体適合性に優れた軟質素材が用いられ、特に、フタル酸ジエチルヘキシル(DOP)入り塩化ビニルアルコール、2−エチルヘキシルトリメート(TOTM)入り塩化ビニルアルコール、シリコンゴムが好適である。
血液浄化回路２０には、血液を圧送して血流を生じさせる血液ポンプ３０、回路内の気泡を取り除く動脈側ドリップチャンバー３１、血液を浄化処理する血液浄化器３２、血液浄化器３２の下流側に設けられる静脈側ドリップチャンバー３３などが設けられている。
血液ポンプ３０は、例えばチューブポンプであり、複数のローラを有する回転体が回転し、複数のローラが順次一定の間隔で血液浄化回路２０の流路（チューブ）を扱いて血液に拍動を生じさせながら血液を圧送できる。血液ポンプ３０は、図２に示すように血液浄化回路２０の他の流路２１ａよりも径が大きいポンプチューブである流路２１ｂを有している。
血液ポンプ３０の駆動により生じる血液の拍動の周期は、回転体の回転数（ポンプの回転数）とローラの数により設定される。血液ポンプ３０の駆動は、図１に示すポンプ制御部４０により制御される。血液ポンプ３０による血液の拍動の周期Fは、例えばポンプ制御部４０から後述の血液成分濃度測定装置１の算出部６２に出力できる。
動脈側ドリップチャンバー３１は、例えば血液ポンプ３０と血液浄化器３２の間の流路２１に設けられている。
血液浄化器３２は、血液浄化回路２０の動脈側ドリップチャンバー３１の下流側に設けられている。血液浄化器３２には、血液中の有害物質や不要物質などの所定成分を分離する中空糸膜や所定成分を吸着する吸着材などが設けられている。
血液成分濃度測定装置１は、例えばセンサ部６０と、センサ制御部６１と、算出部６２を有している。
センサ部６０は、例えば、血液ポンプ３０と動脈側ドリップチャンバー３１との間であって図２に示すように血液ポンブ３０の流路２１ｂに設けられている。なお、センサ部６０が設けられる血液ポンプ３０の流路２１ｂの肉厚は、４ｍｍ以下、より好ましくは３ｍｍ以下に設定されている。こうして、流路２１ｂは、例えば、ショアＡ硬度が３０〜７０程度に設定され、血液浄化回路２０の他の部分２１ａよりも柔軟に形成されている。また、流路２１ｂは、反射光を効率的に受光するために、上述のように内径が血液浄化回路２０の他の流路２１ａよりも大きくなっている。例えば他の流路２１ａの内径が３．５ｍｍ程度に対し、流路２１ｂの内径は５ｍｍ以上になっている。
例えばセンサ部６０は、図３に示すように血液浄化回路２０の血液中に光を入射する発光部７０と、血液中を透過した光を検出する受光部７１と、発光部７０と受光部７１を保持する保持部材７２と、発光部７０と受光部７１を流路２１ｂに固定する固定部材７３と、発光部７０と受光部７１が固定された部分の流路２１ｂを覆う流路カバー７４を有している。
流路カバー７４は、例えば不透明の材質で弾力性を有している。図４に示すように流路カバー７４は、２つに分割されており、それぞれが板状に形成され、内側に流路２１ｂの形状に適合する半円柱状の凹部が形成されている。これにより、流路カバー７４は、血液浄化回路２０の流路２１ｂを両側から挟み込んで覆って、流路２１ｂを圧迫固定できる。また、流路カバー７４は、流路２１ｂに対し取り外し可能になる。さらに、流路カバー７４は、発光部７０と受光部７１が固定された部分の流路２１ｂを外部の光が入いらないように覆っている。
流路カバー７４には、図３に示すように例えば発光部７０と受光部７１が嵌め込まれ、当該発光部７０と受光部７１の光が通過する２つの貫通孔８０が設けられている。貫通孔８０は、血液浄化回路２０の流路方向Ｘに沿って設けられている。また、貫通孔８０は、図４に示すように流路２１ｂに対し直角方向Ｙの中央に設けられている。
図３に示すように保持部材７２は、例えば薄板状に形成され、表面に発光部７０と受光部７１を流路方向Ｘに沿って所定の間隔で保持している。
固定部材７３は、例えば四角状の一対の平板部１００と、当該平板部１００同士を固定する締結部材１０１を有している。
平板部１００は、例えば流路カバー７４よりも剛性のある例えば金属により形成されている。一方の平板部１００の内側中央には、凹部１０２が形成され、当該凹部１０２に保持部材７２が嵌め込まれて位置決めされている。保持部材７２と平板部１００の凹部１０２の底面との間には、弾力性のある緩衝シート１０３が介在されている。
上記流路カバー７４や緩衝シート１０３には、弾性を有する軟質素材が用いられており、ショアＡ硬度が１〜８５、特に４〜７０程度に設定されている（ＪＩＳ Ｋ ７２１５準拠）。具体的には、シリコンゴム、ブチルゴム、アクリルゴム、ウレタンゴムなどが用いられている。
一対の平板部１００は、流路カバー７４を両側から挟んで、締結部材１０１により互いに内側に締め付けられることによって、流路カバー７４を外側から押さえている。これにより、保持部材７２の発光部７０と受光部７１が貫通孔８０に嵌め込まれた状態で流路２１ｂの表面に接触し押し付けられる。また、締結部材１０１の締め付けを弛めることによって、固定部材７３を流路２１ｂや流路カバー７４から取り外すことができる。なお。流路カバー７４による流路２１ｂの最終的な圧迫固定率は、１００〜１７５％であることが好ましい。圧迫固定率とは、圧迫されていない状態の測定部４０の径をＤとし、圧迫によって変動した径をΔｄとした場合に、（Ｄ＋Δｄ）／Ｄ×１００（％）で表したものである。なお、圧迫固定できれば、上記方法にこだわる必要はない。
締結部材１０１は、例えばネジやナットからなり、平板部１００の四隅に設けられている。
発光部７０は、発光用のＬＥＤまたはレーザーダイオードを備えており、少なくとも二種類の波長の光を発することができる。例えば発光部７０は、血液による影響の少ない５００nm以上の波長の光を発し、血液中の酸化ヘモグロビンに吸収され易い波長８５０ｎｍ〜１０００ｎｍの第１の光（赤外光）を発する第１発光部７０ａと、血液中の還元ヘモグロビンに吸収され易い波長５００〜７００nmの第２の光（赤色光）を発する第２発光部７０ｂを有している。
センサ部６０が設けられた血液浄化回路２０の流路２１ｂは、当該流路２１ｂに気泡が滞留しないようになっており、例えば、上下方向に向けられている。これにより、センサ部６０による光の検出が気泡に邪魔されることがなく適正に行われる。なお、センサ部６０のある流路２１ｂは、鉛直方向に対し傾斜していてもよい。
センサ制御部６１は、センサ部６０における発光と受光を制御している。センサ部６０の受光部７１で受光された光は、センサ制御部６１に出力される。センサ制御部６１は、当該光の情報を算出部６２に出力できる。
算出部６２は、例えば信号処理回路やコンピュータにより構成され、血液ポンプ３０の駆動により血液浄化回路２０内に血液の拍動が生じ、受光部７１により検出された光強度の時間変化（波形）から、血液の拍動に対応する周期成分を抽出し、当該周期成分に基づいて所定の血液成分の濃度としての血液酸素飽和度を算出できる。
次に、以上のように構成された血液成分濃度測定装置１で行われる血液酸素飽和度測定について説明する。図５は、当該血液酸素飽和度測定の主な工程を示すフローチャートである。例えば血液浄化装置１０における血液浄化処理中は、血液ポンプ３０により血液が圧送され、血液浄化回路２０内に血液が流れている。このとき血液ポンプ３０のローラの駆動により、血液浄化回路２０内に所定の周期Ｆの血液の拍動が生じる。そして、この血液浄化処理中に、センサ部６０において発光部７０から血液浄化回路２０内の血液中に光が連続的に入射される（図５の工程Ｓ１）。このとき、第１発光部７０ａと第２発光部７０ｂの発光が交互に行われ、血液中の酸化ヘモグロビンに吸収され易い波長の第１の光と、血液中の還元ヘモグロビンに吸収され易い波長の第２の光が血液中に交互に入射される。この発光の周期は、拍動の周期Ｆより十分に短く設定されている。
発光部７０から発光された光は、血液中で反射し、受光部７１で検出される（図５の工程Ｓ２）。受光部７１の光信号は、算出部６２に出力される。算出部６２では、先ず受光部７１の出力信号から、第１の光と第２の光の光強度がそれぞれ抽出される。これにより、第１の光の光強度の時間変化と、第２の光の光強度の時間変化が求められる（図５の工程Ｓ３）。また、ポンプ制御部４０から算出部６２に、血液浄化回路２０における血液の拍動の周期Ｆが提供される（図５の工程Ｓ４）。なお、血液の拍動の周期Ｆは、ポンプ制御部４０から、センサ制御部６１を経由して算出部６２に出力されてもよい。この拍動の周期Ｆは、血液ポンプ３０のポンプ回転数とローラ数の駆動設定から計算により得てもよいし、ポンプ回転数をモニタリングすることにより得てもよい。また、拍動の周期Ｆは、血液ポンプ３０の出口部分で圧力変動をモニタリングすることにより得てもよい。そして、ポンプ制御部４０から得た血液の拍動の周期Ｆを用いて、第１の光と第２の光の光強度の時間変化から、上記拍動の周期Ｆに対応した周期成分のみが抽出される。次に、第１の光と第２の光の周期Ｆに対応した周期成分の強度比が求められ、予め求められている当該第１の光の光強度と第２の光の光強度との強度比と、血液酸素飽和度との関係式を用いて、前記第１の光と第２の光の周期Ｆに対応した周期成分の強度比から血液酸素飽和度が算出される（図５の工程Ｓ５）。なお、拍動の周期Ｆは第１の光あるいは第２の光の光強度の時間変化から求めても良い。
本実施の形態によれば、血液浄化回路２０において、血液ポンプ３０の駆動により安定した周期の血液の拍動が生じる。そして、発光部７０及び受光部７１により血液浄化回路２０の血液を通過した光の強度を検出し、前記血液ポンプ３０の駆動により生じる血液の拍動の周期Ｆを用いて、前記光の強度から血液酸素飽和度を算出している。これにより、血液酸素飽和度を正確かつ安定的に測定できる。また、発光部７０と受光部７１が、血液の拍動の乱れが少ない血液浄化回路２０の血液ポンプ３０の下流側に設けられるので、血液酸素飽和度の算出がより正確かつ安定的に行われる。
発光部７０と受光部７１は、血液浄化回路２０の血液ポンプ３０と血液浄化器３２の間に設けられているので、血液浄化回路２０で血液の拍動の乱れが少ない部分で光の検出を行うことができる。よって、血液ポンプ３０の駆動による血液の拍動の周期Ｆと、発光部７０及び受光部７１による光強度を用いた血液酸素飽和度の算出がより正確かつ安定的に行われる。
さらに発光部７０と受光部７１は、血液浄化回路２０の血液ポンプ３０と動脈ドリップチャンバー３１の間に設けられているので、血液浄化回路２０で血液の拍動の乱れがさらに少ない部分で光の検出を行うことができる。よって、血液ポンプ３０の駆動による血液の拍動の周期Ｆと、発光部７０及び受光部７１による光強度を用いた血液酸素飽和度の算出がさらに正確かつ安定的に行われる。
また発光部７０と受光部７１は、他の流路２１ａよりも径が大きい血液ポンプ３０のチューブである流路２１ｂに設けられているので、血液浄化回路２０で血液の拍動の乱れが最も少ない部分で光の検出を行うことができる。よって、血液ポンプ３０の駆動による血液の拍動の周期Ｆと、発光部７０及び受光部７１による光強度を用いた血液酸素飽和度の算出がさらに正確かつ安定的に行われる。また、流路２１ｂの径が大きく、発光部７０から入射された光が血液中で十分に反射するので、当該反射光を効率的に受光し、光強度の検出を効率的かつ確実に行うことができる。
血液成分濃度測定装置１は、発光部７０と受光部７１を流路２１ｂに流路カバー７４を介して固定する固定部材７３を有しているので、発光部７０及び受光部７１が流路２１ｂに対しずれることがなく、血流に対する光の発光や受光を正確かつ安定的に行うことができる。
固定部材７３は、発光部７０と受光部７１を血液浄化回路２０側に押し付けて固定しているので、発光部７０及び受光部７１と流路２１ｂが常に接触し、血流に対する光の発光や受光を正確かつ安定的に行うことができる。
血液成分濃度測定装置１は、血液浄化回路２０の発光部７０と受光部７１が固定される部分の流路２１ｂを覆う流路カバー７４を有し、固定部材７３は、流路カバー７４を外側から押さえている。これにより、外部の振動や流路２１ｂ自体の振動などの外乱が血液の拍動に影響することを抑制できる。
流路カバー７４は、発光部７０と受光部７１が固定された部分の流路２１ｂを圧迫し、弾力性を有しているので、血液の拍動を抑制しない程度に流路２１ｂ自体の動きを規制できる。これにより、例えば長時間の体外循環により生じる血液浄化回路２０の振動より発光部７０及び受光部７１と流路２１ｂが位置ずれすることを防止できる。よって、発光部７０と受光部７１による光の強度の検出を正確かつ安定的に行うことができる。
流路カバー７４は、発光部７０と受光部７１が固定された部分の流路２１ｂを外部の光が入らないように覆っているので、外部自然光によるノイズを防ぐことができ、受光部７１により検出された光の強度に基づく血液酸素飽和度を正確かつ安定的に行うことができる。また、本実施の形態では、流路カバー７４が流路２１ｂに密着しているので、流路２１ｂ内から外部への光の散乱も防止され、発光部７０と受光部７１による血液への発光と受光が効率的かつ確実に行われる。
流路カバー７４は、血液浄化回路２０に対し取り外し自在に構成されているので、血液浄化回路２０の適正な部分に発光部７０や受光部７１を取り付けることができる。
血液成分濃度測定装置１は、発光部７０と受光部７１を保持する保持部材７２を有し、固定部材７３の血液浄化回路２０側の面には、保持部材７２を収容する凹部１０３が形成されている。これにより、発光部７０と受光部７１を固定部材７３にしっかり固定することができ、位置ずれしないので、発光部７０及び受光部７１による光の強度の検出を正確かつ安定的に行うことができる。
保持部材７２と固定部材７３との間には、弾力性のある緩衝シート１０３が介在されているので、発光部７０と受光部７１を適正な力で流路２１に押し付けることができる。また外部から固定部材７３に伝わった振動などを吸収し、当該振動が血液の拍動に影響することを抑制できる。なお、緩衝シート１０３を流路カバー７４と保持部材７２との間に入れて緩衝度合いを調整してもよい。
固定部材７３は、血液浄化回路２０に対し取り外し自在に構成されているので、必要に応じて血液浄化回路２０の適正な部分に発光部７０や受光部７１を取り付けることができる。
センサ部６０は、血液浄化回路２０の気泡が滞留しない部分に設けられているので、例えば治療中の圧力の変化や気温の変化により、血液浄化回路２０内に微小気泡が発生しても、微小気泡がセンサ部６０に留まることはない。この結果、気泡により入射光が影響を受けることがなく、酸素飽和度測定をより正確に行うことができる。
発光部７０は、波長８５０ｎｍ〜１０００ｎｍの光を発する第１発光部と、波長５００〜７００nmの光を発する第２発光部を備え、各光を用いて、血液中の酸素飽和度を測定している。かかる場合、酸素飽和度の精度よく測定できる。
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。酸素飽和度モニターの反射型を用いて説明したが、発光部７０と受光部７１を血液浄化回路２０を挟んだ対向する位置に設置して、透過型酸素飽和度モニターを用いることも可能である。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
例えば以上の実施の形態では、センサ部６０が血液ポンプ３０のポンプチューブである流路２１ｂに設置されていたが、血液ポンプ３０より下流側であれば血液浄化回路２０の他の部分に設定されていてもよい。また、例えば図６に示すようにセンサ部６０が設けられる血液浄化回路２０の流路２１ｃが、軟質で径が大きいピロー状に形成されていてもよい。流路２１ｃには、例えば血液と接するため生体適合性に優れた軟質素材が用いられ、特に、フタル酸ジエチルヘキシル(DOP)入り塩化ビニルアルコール、2−エチルヘキシルトリメート(TOTM)入り塩化ビニルアルコール、シリコンゴムが好適である。また、流路２１ｃの肉厚は、４ｍｍ以下、より好ましくは３ｍｍ以下に設定されている。こうして、流路２１ｃは、ショアＡ硬度が３０〜７０程度に設定され、血液浄化回路２０の流路２１の他の部分よりも柔軟に形成されている。また、流路２１ｃは、反射光を効率的に受光するために、内径が血液浄化回路２０の他の部分よりも大きくなっており、例えば他の部分の内径が３．５ｍｍ程度に対し、流路２１ｃの内径は５ｍｍ以上になっている。
上記実施の形態において、血液浄化回路２０のセンサ部６０が設置された流路２１ｂが上下方向、または傾斜され、気泡が上方に血液と共に流れるように設置されていたが、気泡に影響を受けにくい他の構造として、例えば血液浄化回路２０が水平に設置されても、発光部７０と受光部７１を血液浄化回路２０の下面若しくは側面に配置し、当該発光部７０と受光部７１の近くに気泡が滞留しないようにしてもよい。例えば発光部７０と受光部７１のある水平面から３ｍｍ以上上方まで気泡が滞留しないように血液浄化回路２０の径や、発光部７０及び受光部７１の位置を設定してもよい。
固定部材７３や流路カバー７４は、他の構成であってもよく、一体化していてもよい。また一対の固定部材７３の片同士が一端側で連結され、当該連結部を軸に回動できるようにしてもよい。この場合、血液浄化回路２０を、固定部材７３の二つの片の間に入れて挟み込み、固定部材７３の２つの片を閉めて互いに固定することによって、血液浄化回路２０を固定してもよい。流路カバー７４も固定部材７３と同様に２つの片同士が一端側で連結され、当該連結部を軸に回動できるようにしてもよい。
以上の実施の形態では、血液中に酸素飽和度を測定する例であったが、本発明は、酸素飽和度以外の血糖などの血液成分の濃度を測定する場合にも適用できる。
以下、本発明を実施例にしたがって具体的に説明するが、本説明はこれらに限定されるものではない。
（実施例１）
実施例１は、図１に示したようにセンサ部６０を血液ポンプ３０の下流側（血液ポンプ３０と動脈側ドリップチャンバー３１の間）に設定し、図６に示すようにセンサ部６０の流路２１ｃをピロー状に形成した血液成分濃度測定装置１を使用した。具体的には、センサ部６０として、反射型センサーであるマシモSETラディカルパルスオキシメータを用い、ラディカルにおける酸化ヘモグロビンと還元ヘモグロビンの吸光度割合を測定する発光部７０の赤色光と赤外光の波長は、それぞれ６６０nmと９０５nmを使用した。
ピロー状の流路２１ｃとして、透析用血液回路（日本工業規格 JIS T 3248 ）の陰圧検出部分（縦１５．６mm、横３６．７mm、高さ１５．９mm、硬度５２（ショアＡ硬度）を用いた。固定部材７３における、発光部７０及び受光部７１側の平板部１００には、縦４０mm、横７８mm、厚さ１０mmのもの用い、その反対側の平板部１００には、縦４０mm、横７８mm、厚さ３mmのものを用いた。固定部材７３及び流路カバー７４により、ピロー状の流路２１ｃを挟み込み、１０７％の圧迫固定率で圧迫固定した。
流路カバー７４には、シリコン素材を用いた。発光部７０及び受光部７１側の流路カバー７４の片は、縦３０ｍｍ 横５０ｍｍ、厚み６ｍｍとした。当該流路カバー７４の片には、６ｍｍΦの穴を開け貫通孔８０とした。反対側の流路カバー７４の片は、縦３０ｍｍ 横５０ｍｍ、厚み８ｍｍとした。また、緩衝シート１０３は、縦２５ｍｍ、横３０ｍｍ、厚み１．５ｍｍとした。緩衝シート１０３の硬度は、１４（ショアＡ硬度）、流路カバー７４の硬度は、３２（ショアＡ硬度）であった。なお、センサ部６０における血液の流れは、下から上である。
酸素飽和度の測定は、マシモ社製情報解析ソフトＶｅｒ．１．７．０ Ｓａｔ ｐａｒｔｎｅｒにより行った。測定時の透析条件としては、血液流量２００ｍＬ／分、透析液流量５００ｍＬ／分、透析液温度３６．４℃から３６．８℃で行った。
透析処理時、除水により患者の酸素飽和度が一旦低下することが起こる。その時に血液濃度測定装置１を用いて行われた酸素飽和度および血圧の測定結果を図７に示した。図７に示すように、実施例１の血液濃度測定装置１を用いて測定された酸素飽和度は、時間と共に明確にかつ滑らかに低下しており、当該測定が正確かつ安定的に行われている。また、図７のグラフ中の（４）の圧力測定時には、患者の圧力が低下している。実施例１の酸素飽和度測定によれば、（４）の圧力測定時に向けて次第に酸素飽和度が低下していくことが正確に把握できるため、この患者の圧力低下を事前に正確に予測することができる。この実施例１の場合、センサ部６０を用いて、血液ポンプ３０の陽圧の拍動による光強度の周期的な波形も安定しており周期成分を確実に測定することができ、その周期成分から計算された酸素飽和度は、図７に示す様に、ばらつきが少ない結果が得られた。
拍動波形の内容成分である、拍動成分と非拍動成分の割合を表す還流指標（%）（Ｐerfusion Index 以下 ＰＩと略す）は１０．０±１．５と拍動成分の割合が高い数値が得られた。一般にＰＩが０．２以上が好ましく、数値が高い程、測定精度が高いと言われているが、この事からも本実施例１の酸素飽和度測定値が拍動成分から精度よく得られた数値であることが確認できた。以上、酸素飽和度の精度向上により、生体反応である酸素飽和度の変動が明確に把握でき、血液透析治療中における酸素飽和度が明らかに低下の８分後に血圧（収縮期血圧）低下が出現したことを確認できた（図７）。
（実施例２）
実施例２は、図１に示したようにセンサ部６０を血液ポンプ３０の下流側（血液ポンプ３０と動脈側ドリップチャンバー３１の間）に設定し、図３及び図４に示すように血液ポンプ３０のポンプチューブである流路２１ｂにセンサ部６０を設けた血液成分濃度測定装置１を使用した。具体的には、センサ部６０として、反射型センサーであるマシモSETラディカルパルスオキシメータを用い、ラディカルにおける酸化ヘモグロビンと還元ヘモグロビンの吸光度割合を測定する発光部７０の赤色光と赤外光の波長は、それぞれ６６０nmと９０５nmを使用した。
血液ポンプ３０の流路２１ｂとして、透析用血液回路（日本工業規格 JIS T 3248 ）の血液ポンプ用チューブ部分（内径８．０mm、外径１２．０mm、長さ３２５mm：硬度４５（ショアＡ硬度））を用いた。固定部材７３における、発光部７０及び受光部７１側の平板部１００には、縦４０mm、横４４mm、厚さ１０mmのもの用い、その反対側の平板部１００には、縦４０mm、横４４mm、厚さ３mmのものを用いた。固定部材７３及び流路カバー７４により、流路２１ｂを挟み込み、１０３％の圧迫固定率で圧迫固定した。
流路カバー７４には、シリコン素材を用いた。発光部７０及び受光部７１側の流路カバー７４の片は、縦３０ｍｍ、横４４ｍｍ、厚み５ｍｍとした。当該流路カバー７４の片には、６ｍｍΦの穴を開け貫通孔８０とした。反対側の流路カバー７４の片は、縦３０ｍｍ、横４４ｍｍ、厚み６ｍｍとした。また、緩衝シート１０３は、縦２５ｍｍ、横３０ｍｍ、厚み１．５ｍｍとした。緩衝シート１０３の硬度は、１４（ショアＡ硬度）、流路カバー７４の硬度は、３２（ショアＡ硬度）であった。なお、センサ部６０における血液の流れは、下から上である。
酸素飽和度の測定は、マシモ社製情報解析ソフトＶｅｒ．１．７．０ Ｓａｔ ｐａｒｔｎｅｒにより行った。測定時の透析条件としては、血液流量２００ｍＬ／分、透析液流量５００ｍＬ／分、透析液温度３６．４℃から３６．８℃で行った。
透析処理時、除水により患者の酸素飽和度が低下した時に実施例２の血液濃度測定装置１を用いて行われた酸素飽和度および血圧の測定結果を図８に示した。図８に示すように、実施例２の血液濃度測定装置１を用いて測定された酸素飽和度は、時間と共に明確にかつ滑らかに低下しており、当該測定が正確かつ安定的に行われている。また、図８のグラフ中の（４）の血圧測定時には、患者の血圧が低下している。実施例２の酸素飽和度測定によれば、（４）の血圧測定時に向けて次第に酸素飽和度が低下していくことが正確に把握できるため、この患者の血圧低下を事前に正確に予測することができる。この実施例２の場合、センサ部６０は、血液ポンプ３０の拍動による圧送の直後であり、且つ、同一回路径であり、回路特有の外乱等の影響も少なく、血液ポンプ３０の周波性成分を確実に測定することができた。また、実施例２と実施例１を比較した場合、実施例２では、酸素飽和度の測定時のばらつきは減少し、ノイズの減少も確認した。実施例２が血液浄化回路２０におけるセンサ部６０を設置する場所としてより好ましいことが判明した。
実施例２の場合、実施例１でも表したＰＩが１５．０±２．０とかなり高値を示し、センサ部６０を設置する場所としての信頼性が実施例１よりも高いことが確認できた。
図８に示すように、実施例２により、血液透析治療中における酸素飽和度が明らかに低下の１０分後に血圧（収縮期血圧）低下が出現したことを確認できた。
一般に、血液透析治療の除水に伴う循環血液量の変化に対し、正常時には自律神経による血管収縮により血圧の恒常性が維持されるが、異常時には自律神経バランスがくずれ、肺血流量減少、呼吸性変動の影響により、酸素飽和度減少及び血圧低下が起こると言われている。本発明における血液成分濃度測定装置１により、血液透析治療における循環血液量変化への対応が出来なくなった体の不調において、呼吸性変動の影響による血圧低下を確実に予測することができる。
（比較例１）
比較例１は、図９に示すようにセンサ部１２０を血液ポンプ３０の上流側（血液ポンプ３０と患者の脱血穿刺部の間）に設定し、図１０に示したようにセンサ部１２０が設けられる血液浄化回路２０の流路２１ｄをピロー状に形成した血液成分濃度測定装置を使用した。センサ部１２０は、発光部１３０と、受光部１３１と、発光部１３０と受光部１３１の保持部１３３と、緩衝シート１３２と、これらの収納部１３４を備え、発光部１３０と受光部１３１がピロー状の流路２１ｄに接触されている。具体的には、センサ部１２０として、反射型センサーであるマシモSETラディカルパルスオキシメータを用い、ラディカルにおける酸化ヘモグロビンと還元ヘモグロビンの吸光度割合を測定する発光部１３０の赤色光と赤外光の波長は、それぞれ６６０nmと９０５nmを使用した。
ピロー状の流路２１ｄとして、透析用血液回路（日本工業規格 JIS T 3248 ）の陰圧検出部分（縦１５．６mm、横３６．７mm、高さ１５．９mm、硬度５２（ショアＡ硬度））を用いた。収納部１３４（縦３１．０mm、横７１．０mm、高さ３１.０mm、板厚み５.０ｍｍ）内で、発光部１３０、受光部１３１によりピロー状の流路２１ｄを挟み込み、１２５％の圧迫固定率で圧迫固定した。保持部１３２は、シリコン素材を用い、縦２５ｍｍ横３０ｍｍ、厚み２．５ｍｍ、１５（ショアＡ硬度）とした。発光部１３０、受光部１３１のある部分には６ｍｍΦの穴を開け光路とした。
酸素飽和度の測定は、マシモ社製情報ソフトフィジオログを用いて行った。測定時の透析条件としては、血液流量２００ｍＬ／分、透析液流量５００ｍＬ／分、透析液温度３６．４℃から３６．８℃で行った。なお、センサ部１２０における血液の流れは水平であり、センサ部１２０は血液浄化回路２０の下面に配置した。
図１１に酸素飽和度および血圧の測定結果を示した。血液ポンプ３０の拍動により、測定部では陰圧となり拍動波形が乱れ、周期成分が確実には得られにくくなった。その結果、酸素飽和度のばらつきが大きくなり、変化を的確に捉えにくくなり、酸素飽和度の変化による血圧低下を予測が難しくなった。
拍動成分の割合を示すＰＩにおいて１．０±０．５と数値が低くなり、実施例と比べ、センサ部１２０の設置箇所における測定は安定性に欠けることが判明した。
本発明は、血液中の老廃物等の有害物質を除去する血液浄化療法において広く応用可能である。血液成分の濃度測定が血液浄化回路を介して行えるので、特殊な測定部位を血液浄化回路内に取り付ける必要なく、また血液に触れないので、経済的になおかつ安全に使用できる。
１ 血液成分濃度測定装置
２０ 血液浄化回路
３０ 血液ポンプ
３１ 動脈側ドリップチャンバー
３２ 血液浄化器
３３ 静脈側ドリップチャンバー
４０ ポンプ制御部
６０ センサ部
６１ センサ制御部
６２ 算出部
７０ 発光部
７１ 受光部
７２ 保持部材
７３ 固定部材
７４ 流路カバー
Ｆ 周期

Claims (13)

  1. 体内から取り出された血液を浄化して体内に戻すための血液浄化回路において血液中の所定の血液成分の濃度を測定する血液成分濃度測定装置であって、
    前記血液浄化回路の血液中に光を入射する発光部と、
    前記血液浄化回路の血液中を透過した前記光を検出する受光部と、
    前記受光部により検出された光強度の時間変化から、前記血液浄化回路の血液ポンプの駆動により前記血液浄化回路内に生じる血液の拍動の周期に対応する前記光強度の時間変化の周期成分を抽出し、当該周期成分に基づいて所定の血液成分の濃度を算出する算出部と、を有し、
    前記発光部及び前記受光部は、前記血液浄化回路の前記血液ポンプの下流側に設けられ、
    前記発光部と前記受光部を前記血液浄化回路に固定する固定部材と、
    前記血液浄化回路の前記発光部と前記受光部が固定される部分を覆う流路カバーと、をさらに有し、
    前記固定部材は、前記流路カバーを外側から押さえている、の血液成分濃度測定装置。
  2. 前記血液浄化回路は、前記血液ポンプの下流側に血液を浄化する血液浄化器を有し、
    前記発光部と前記受光部は、前記血液浄化回路における前記血液ポンプと前記血液浄化器の間に設けられている、請求項１に記載の血液成分濃度測定装置。
  3. 前記血液浄化回路は、前記血液ポンプと前記血液浄化器の間に動脈側ドリップチャンバーを有し、
    前記発光部と前記受光部は、前記血液浄化回路における前記血液ポンプと前記動脈側ドリップチャンバーの間に設けられている、請求項２に記載の血液成分濃度測定装置。
  4. 前記血液浄化回路の流路に接続され他の部分よりも径が大きいポンプチューブをさらに有し、
    前記発光部と前記受光部は、前記ポンプチューブに設けられている、請求項１〜３のいずれかに記載の血液成分濃度測定装置。
  5. 前記固定部材は、前記発光部と前記受光部を前記血液浄化回路に押し付けて固定する、請求項１〜４のいずれかに記載の血液成分濃度測定装置。
  6. 前記流路カバーは、前記血液浄化回路の前記発光部と前記受光部が固定された部分を圧迫し、弾力性を有する、請求項１〜５のいずれかに記載の血液成分濃度測定装置。
  7. 前記流路カバーは、前記血液浄化回路の前記発光部と前記受光部が固定された部分を外部の光が入らないように覆っている、請求項１〜６のいずれかに記載の血液成分濃度測定装置。
  8. 前記流路カバーは、前記血液浄化回路に対し取り外し自在に構成されている、請求項１〜７のいずれかに記載の血液成分濃度測定装置。
  9. 前記発光部と前記受光部を保持する保持部材をさらに有し、
    前記固定部材の前記血液浄化回路側の面には、前記保持部材を収容する凹部が形成されている、請求項１〜８のいずれかに記載の血液成分濃度測定装置。
  10. 前記保持部材と前記固定部材との間には、弾力性のある部材が介在されている、請求項９に記載の血液成分濃度測定装置。
  11. 前記固定部材は、前記血液浄化回路に対し取り外し自在に構成されている、請求項１〜１０のいずれかに記載の血液成分濃度測定装置。
  12. 前記発光部と前記受光部は、前記血液浄化回路において気泡が滞留しない斜め或いは上下方向に延びる流路、又は水平方向に延びる流路の下面又は側面に設けられている、請求項１〜１１のいずれかに記載の血液成分濃度測定装置。
  13. 前記発光部は、波長８５０ｎｍ〜１０００ｎｍの光を発する第１発光部と、波長５００ｎｍ〜７００ｎｍの光を発する第２発光部を備え、前記血液成分の濃度が血液中の酸素飽和度である、請求項１〜１２のいずれかに記載の血液成分濃度測定装置。
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