JP5137129B2 - 血液細胞の力学的特性測定装置 - Google Patents
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Description
図1(a),(b)は、本発明による血液細胞の力学特性測定装置の構成例を概略的に示すものであり、図1(a)はせん断応力負荷機構部を正面から見た状態を示し、図1(b)はせん断応力負荷機構部を側面方から見た状態を示している。図1(a),(b)において、10はせん断応力負荷機構部、20はリニアアクチュエータ、30は照射光源部、40は受光部、50はデータ解析処理部である。せん断応力負荷機構部10はベースB上に載置されている。
データ解析処理部50は受光部40としての撮像装置により撮像された血液細胞を含む試料についての画像を解析し、血液細胞の形状変化から、粘弾性特性等を求める。
〔血液細胞の力学的特性の測定〕
前述の本発明による血液細胞の力学的特性測定装置を用いた血液細胞を含む試料についての力学的特性の測定について説明する。試料は採取し洗浄された赤血球を濃度16%Wt、粘度16.93cPのデキストラン中に浮遊させた溶液(ヘマトクリット濃度Ht:0.5%)とし、せん断応力負荷機構部10における固定平板11と可動平板13との間で2枚の間隙板12の間の空間に注入し載置する。
(a)撮像された画像の解析による血液細胞の力学的特性の測定
リニアアクチュエータの動作によるせん断応力負荷機構部における試料に対してせん断応力負荷を加えた状態で、照明光源部で光を照射し透過光について高速撮像装置で試料を撮像する。液細胞の形状を測定することから、倍率40倍の顕微鏡レンズ系を備え、撮像倍率を120×160μmとし、撮像コマ数500枚/secの高速撮像装置で撮像し、それにより得られた画像の解析によりDIを求める。また、画像の解析により赤血球の移動による流れの速度vが求められる。このように試料についての高速撮像装置での撮像により得られた画像の解析で求められたれた変形指数(DI)としてのL/W、速度vの時間変化及びDIの周波数解析結果は図3(a),(b)に示されるようになる。
(b)透過・反射光強度測による血液細胞の力学的特性の測定
血液細胞を含む試料についての透過光または反射光の強度を測定することによる血液細胞の力学的特性の測定の場合には、図1(a),(b)の血液細胞の力学的特性の測定装置において、受光部40側が光強度測定装置になり、照射光源部30としてパルス光を発光するもの、チョッパによりパルス光化するもの等を用いる。
〔せん断応力負荷機構部についての評価〕
本発明による血液細胞の力学的特性測定装置においては、せん断応力負荷機構部における固定平板と可動平板との間に間隙板を介在させ、磁石と鉄製薄片との吸引作用により可動平板を固定平板側に押圧した状態でリニアアクチュエータの作用により可動平板を往復動させて血液細胞を含む試料にせん断応力負荷を加えるようにしている。このように可動平板に押圧力を作用させることにより、可動平板が往復動に際して浮き上がりを生ずる不安定さが格段に減少し、その結果、押圧力を作用させない場合に比して、固定平板と可動平板との間隙がより一定に保たれ、平板間の平行な流れ場が維持され、血液細胞の力学的特性の測定が精度よくなされることになる。以下、これらの点について実測的に検証した結果について示す。
(a)可動平板振幅の計測
可動平板を往復動させる際の可動平板と固定平板との内面の間隔(間隙板の厚さに相当する)を振幅とする。これは図6におけるA−B−Cとなる。A,B,Cをレーザ変位計(精度0.05μm)で計測する。固定平板間で両間隙板の間に注入する間隙流体は水(粘度1.0cP)とし、間隙板としてのシムテープ(金属テープ)の厚さは70±5μm、可動平板の分解作業を行って3回計測を行う。A,B,Cの計測箇所は光軸の位置とその両側にそれぞれ2mm離れた位置との系3箇所であり、リニアアクチュエータの駆動条件は周波数4Hz、振幅1mmとする。
(b)流れ場内の赤血球の平行度の評価
間隙板としてのシムテープ(金属テープ)の厚さは30±5μm、試料は洗浄された赤血球を濃度16%Wt、粘度16.93cPのデキストラン中に浮遊させた溶液(ヘマトクリット濃度Ht:0.5%)とする。リニアアクチュエータの駆動条件は周波数4Hz、振幅1mmとして、可動平板を往復動させ、試料の透過光を高速撮像装置で撮像し、得られた画像について画像処理を行って、図8のように基準水平線に対する赤血球の重心位置の移動方向の角度を求める。磁石と鉄製薄片により可動平板に押圧力を与えた時と、押圧力を与えない時について、それぞれ赤血球の移動方向の角度の値の分布範囲を求めて比較した結果は図9のようになる。このように、可動平板に押圧力を与えた場合には、押圧力を与えない場合に比して赤血球の移動方向の分布範囲が小さく、それだけ赤血球の上下の動きが抑えられて流れの平行度が高くなることがわかる。
11 固定平板
12 間隙板
13 可動平板
14 鉄製薄片
15 被覆材
16 伝達部材
17 ばね部材
20 リニアアクチュエータ
30 照射光源部
40 受光部
50 データ解析処理部
M 磁石
B ベース
S 間隙板で形成される空間
H 通孔
Claims (5)
- 血液細胞を含む試料に周期的なせん断応力負荷を加えるためのせん断応力負荷機構部と、前記せん断応力負荷機構部において周期的なせん断応力負荷を加えた状態の血液細胞を含む試料に光を照射するための照射光源部と、前記照射光源部により光を照射された血液細胞を含む試料からの透過光または反射光を受光する受光部と、前記受光部により受光された光信号データについて解析処理を行って血液細胞の力学的特性を求めるデータ解析処理部とを備えてなる血液細胞の力学的特性測定装置であって、
前記せん断応力負荷機構部は固定平板と、可動平板と、前記固定平板及び可動平板の間に介挿されて前記固定平板及び可動平板の間隔を維持するとともに前記固定平板及び可動平板の間において血液細胞を含む試料を載置するための空間を形成する間隙板と、前記可動平板を前記固定平板に対して平行方向に往復動させて前記固定平板及び可動平板の間において前記間隙板により形成された空間に載置された血液細胞を含む試料に周期的なせん断応力負荷を加えるためのアクチュエータと、前記可動平板が往復動する際に浮き上がるのを抑制するように前記可動平板に対し前記固定平板に向けて押圧するための押圧力付加手段を備えており、前記アクチュエータが弾性部材を介して前記可動平板を押圧しつつ往復動を伝えることにより試料に周期的なせん断応力負荷が加えられ、前記固定平板と可動平板との間隙が一定に保たれるとともに血液細胞を含む試料への周期的なせん断応力負荷による試料の平行な流れ場が維持され、前記固定平板及び可動平板の少なくとも一方が透明材料で形成されたものであることを特徴とする血液細胞の力学的特性測定装置。 - 前記受光部が高速撮像装置であり、該高速撮像装置により撮像された血液細胞を含む試料についての画像を前記データ解析処理部において解析処理してせん断応力負荷に応じた血液細胞の変形状態を求めるようにしたことを特徴とする請求項1に記載の血液細胞の力学的特性測定装置。
- 前記受光部が血液細胞を含む試料からの透過光または反射光の強度を測光する測光手段を備えており、前記データ解析処理部においては前記測光手段により取得された血液細胞を含む試料の透過光または反射光の強度のデータに基づき予め設定された血液細胞についての粘弾性モデルによる慣性、粘性、弾性、抗力を含むパラメータを求めるようにしたことを特徴とする請求項1に記載の血液細胞の力学的特性測定装置。
- 前記可動平板に対する押圧力付加手段は前記固定平板の外側における磁石と前記可動平板の外側における鉄製薄片とが前記間隙板を介在する前記固定平板及び可動平板を挟むように配置されてなり、前記磁石及び鉄製薄片の吸引作用により前記可動平板を押圧するようにしたことを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の血液細胞の力学的特性測定装置。
- 血液細胞を含む試料と接触する前記可動平板、間隙板及び固定平板を含む部分を交換可能でディスポーザブルなユニットとして形成し、かつ試料中の血液細胞に随意な周期的なせん断応力が加えられるようにしたことを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の血液細胞の力学的特性測定装置。
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