JP6404446B2

JP6404446B2 - 流速計測装置とそれに用いる管

Info

Publication number: JP6404446B2
Application number: JP2017500224A
Authority: JP
Inventors: 智夫五明; 英路平; 直人友安
Original assignee: Aichi Tokei Denki Co Ltd
Current assignee: Aichi Tokei Denki Co Ltd
Priority date: 2015-02-19
Filing date: 2015-02-19
Publication date: 2018-10-10
Anticipated expiration: 2035-02-19
Also published as: WO2016132512A1; JPWO2016132512A1

Description

本明細書で開示する技術は、流速計測装置とそれに用いる管に関する。

特許文献１（日本国特開２００８‐２７２０８５号公報）に、体内にある血管を流れる血液の流速を計測する血流センサが開示されている。この血流センサは、発光素子と受光素子と制御部を備えており、人体の近くに置いて用いられる。発光素子が、体表面に向けてレーザー光を発光する。発光素子が発光したレーザー光は、その一部が体表面で反射し、他の一部は体内に入射して血管を流れる赤血球で反射する。受光素子は、体表面からの反射光と、赤血球からの反射光を受光する。前者は、血液の流速によるドップラー効果を受けていない参照光となり、後者は血液の流速によるドップラー効果を受けている計測光となる。制御部は、受光素子が受光した、体表面からの反射光（参照光）と赤血球からの反射光（計測光）を重ね合わせた光に基づいて、ヘテロダイン技術によって赤血球の流速を計算する。この種の血流センサは、レーザードップラー式の血流センサと呼ばれている。

医療現場では、体内を流れる血液を体外に送り出し、体外に送り出した血液を再び体内に送り戻す体外循環が行われている。体外循環用の管が体内の血管に接続され、体内の血管を流れる血液が体外の管に流入し、体外の管を流れた血液が体内の血管に戻る。

体外循環用の管を流れる血液の流速を計測するために、特許文献１の血流センサを用いることが考えられる。この場合、体外循環用の管の近くに血流センサの発光素子と受光素子が配置される。そして、発光素子が、管を流れる血液に向けてレーザー光を発光する。発光素子が発光したレーザー光の一部が管で反射して参照光となり、レーザー光の他の一部が管を流れる血液に入射して血液中の赤血球で反射して計測光となる。受光素子が、管による反射光（参照光）と赤血球による反射光（計測光）を受光する。

体外循環用の管は、患者の血液が流れるので患者ごとに交換する必要がある消耗品である。この消耗品である体外循環用の管に対して血流センサを常に固定しておくことは非現実的な方法であるので、消耗品である管に対して血流センサを脱着可能にしておき、患者ごとに交換された新たな管に対して血流センサを取り付けることが考えられる。

体外循環用の管を患者ごとに交換すると、新たな管に対して血流センサを取り付けるたびに管に対する血流センサの位置が変わる可能性がある。そうすると、管を流れる血液の流速を計測するたびに管に対する発光素子の位置が変わる。計測のたびに管に対する発光素子の位置が変わると、発光素子が発光したレーザー光が管に入射する位置が計測のたびに変わり、血液の流速を計測する位置が計測のたびに変わる。

また、管を流れる血液の流速は管内の位置によって異なっており、管を断面視したときに管の中心部を流れる血液の流速が速く、それに比べて管の管壁の近くを流れる血液の流速が遅い。したがって、血液の流速を計測する位置が計測のたびに変わると、流速が速い位置を流れる血液の流速を計測するときと、流速が遅い位置を流れる血液の流速を計測するときが混在してしまう。そうすると、血液の流速が不明確になってしまう。

そこで本明細書は、血液の流速を計測する位置を固定できる技術を開示する。

本明細書に開示する流速計測装置は、管と、管に脱着可能なセンサ部を備えている。管は、体外に取り出した血液を外部から視認できる透明な管壁と、管壁の一部を覆う遮光膜を備えている。遮光膜に発光素子用開口と受光素子用開口が形成されている。センサ部は、レーザー光を発光する発光素子と、レーザー光を受光する受光素子と、センサ部を管に脱着可能に固定する固定具を備えている。発光素子用開口が発光素子の発光面より小さい。受光素子用開口が受光素子の受光面より小さい。固定具によって管にセンサ部を固定すると、発光面の一部に発光素子用開口が含まれ、受光面の一部に受光素子用開口が含まれる。発光素子が発光したレーザー光の一部が発光素子用開口を通過して管内に入射し、管内の血液で反射して受光素子用開口を通過したレーザー光であって流速によるドップラー効果を受けた計測光が受光素子に入射する。

このような構成によれば、遮光膜に発光素子用開口が形成されており、発光素子用開口が発光素子の発光面より小さいので、発光素子用開口に対する発光素子の位置がずれたとしても、発光素子の発光面と発光素子用開口が重なり、発光素子が発光したレーザー光が発光素子用開口を通過する。よって、管に対して発光素子が配置されたときに、計測のたびに発光素子の位置が変わったとしても、発光素子が発光したレーザー光が発光素子用開口を通して管内に入射する。したがって、発光素子が発光したレーザー光が管内に入射する位置が計測のたびに変わることを抑制できる。このように、計測のたびに管に対する発光素子の位置が変わったとしても、発光素子用開口によって管内に入射するレーザー光の位置が変わらないので、血液の流速を計測する位置を固定できる。

第１実施例に係る流速計測装置の斜視図である。第１実施例に係る流速計測装置の断面図である。図２のIII−III断面図である。図２の要部の断面図である。センサ部と制御部のブロック図である。第２実施例に係る流速計測装置の要部の断面図である。第３実施例に係る流速計測装置の要部の断面図である。第４実施例に係る流速計測装置の断面図である。図８のIX−IX断面図である。図８の要部の断面図である。第５実施例に係る流速計測装置の要部の断面図である。第６実施例に係る流速計測装置の要部の断面図である。

以下に説明する実施形態の主要な特徴を列記する。なお、以下に記載する技術要素は、それぞれ独立した技術要素であって、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものである。

（特徴１）発光素子が発光したレーザー光の一部が発光素子用開口を通過して管壁に到達し、管壁の内面で反射して受光素子用開口を通過したレーザー光であって流速によるドップラー効果を受けていない参照光と、計測光の両者が前記受光素子に入射する。

（特徴２）遮光膜が管の外面に密着している。

特徴２の構成によれば、遮光膜に形成された発光素子用開口を通して強いレーザー光が管に入射するので、計測精度を高めることができる。

（特徴３）遮光膜と管の間に配置されている反射膜を更に備えている。発光素子が発光したレーザー光の一部が発光素子用開口を通過して反射膜に到達し、反射膜で反射して受光素子用開口を通過したレーザー光であって流速によるドップラー効果を受けていない参照光と、計測光の両者が受光素子に入射する。

このような構成によれば、受光素子が反射膜で反射された光を受光するので、強い参照光を受光することができる。

（特徴４）反射膜に受光素子用開口と対向している通過口が形成されている。管内の血液で反射して通過口と受光素子用開口を通過したレーザー光であって流速によるドップラー効果を受けた計測光が受光素子に入射する。

このような構成によれば、受光素子が受光する光の方向を限定することができる。これによって、流路の特定の位置を流れる血液に限定して流速を計測することができる。

（特徴５）発光素子用開口と受光素子用開口が管の軸方向に間隔をあけて形成されている。

このような構成によれば、発光素子用開口と受光素子用開口が血液の流れ方向に並ぶので、血液の流れ方向において大きなドップラー効果を受けた光を受光素子用開口を通して受光することができる。

（特徴６）発光素子用開口から露出している管壁の外面に粗面が形成されている。

このような構成によれば、粗面によってレーザー光が散乱するので、一部のレーザー光の進行方向が血液の流れ方向の成分を持つことになる。これによって、血液の流れ方向においてドップラー効果を受けることができる。また、粗面によって散乱したレーザー光の一部が管壁の内面で反射して受光素子に入射することがある。これによって、より強い参照光を得ることができる。

（特徴７）管壁の外面に発光素子用開口と対向している凹部が形成されている。凹部の底面が管の軸方向に対して傾斜している。

このような構成によれば、凹部の底面によってレーザー光が屈折するので、レーザー光の進行方向が血液の流れ方向の成分を持つことになる。これによって、血液の流れ方向においてドップラー効果を受けることができる。

（特徴８）遮光膜と反射膜の間に配置されている導光体を更に備えている。遮光膜が導光体の外面に密着しており、発光素子用開口から露出している導光体の外面に粗面が形成されている。
このような構成によれば、粗面によってレーザー光が散乱するので、一部のレーザー光の進行方向が血液の流れ方向の成分を持つことになる。これによって、血液の流れ方向においてドップラー効果を受けることができる。また、粗面によって散乱したレーザー光の一部が反射膜で反射して受光素子に入射することがある。これによって、より強い参照光を得ることができる。

（特徴９）遮光膜と反射膜の間に配置されている導光体を更に備えている。遮光膜が導光体の外面に密着しており、導光体の外面に発光素子用開口と対向している凹部が形成されている。凹部の底面が管の軸方向に対して傾斜している。
このような構成によれば、凹部の底面によってレーザー光が屈折するので、レーザー光の進行方向が血液の流れ方向の成分を持つことになる。これによって、血液の流れ方向においてドップラー効果を受けることができる。

［第１実施例］
図１に示すように、流速計測装置１は、管４と、管４に脱着可能なセンサ部２を備えている。管４は、管壁４１と遮光膜３０を備えている。センサ部２は、発光素子１０と受光素子２０と素子カバー７０を備えている。

図２に示すように、管壁４１は、血液Ｂが流れる流路４２を画定している。図３に示すように、管壁４１は、軸方向に直交する断面において長方形状に形成されている。管壁４１は、扁平した形状に形成されている。管壁４１は、例えば透明な樹脂やガラスによって形成されている。管壁４１は、光透過性を有しており、例えばレーザー光及び可視光を透過する。流路４２は、管４の軸４０ａに沿って延びている。血液Ｂが管４の軸４０ａに沿って流れる。管壁４１が透明なので、流路４２を流れる血液Ｂを外部から視認できる。管４は、患者ごとに交換される消耗品として用いられる。

管壁４１は患者の体内の血管（図示省略）に接続されており、患者の血管から流路４２に血液Ｂが流入する。流路４２を流れた血液Ｂは、再び患者の血管に送り戻される。このように、患者の血液Ｂが患者の血管から体外に一旦送り出され、再び患者の血管に送り戻されることにより、血液Ｂの体外循環が行われる。体外に取り出した血液Ｂを管壁４１の外部から視認できる。血液Ｂには、様々な成分が含まれている。例えば、血液Ｂには、赤血球、白血球、血小板、血漿、リンパ球などの成分が含まれている。

遮光膜３０は、遮光性を有しており、光を透過しない。遮光膜３０は、例えば黒色の樹脂や繊維によって形成されている。遮光膜３０は、無光沢である。遮光膜３０は、管壁４１に固定されている。遮光膜３０は、管壁４１の外面４３に密着している。遮光膜３０は、管壁４１の外面４３の一部を覆っている。遮光膜３０は、管壁４１の軸方向と周方向のそれぞれに延びている。センサ部２を管４に取り付けると、遮光膜３０は、管壁４１と発光素子１０及び受光素子２０との間に配置されている。遮光膜３０は、発光素子１０の発光面１１と受光素子２０の受光面２１を覆っている。遮光膜３０に発光素子用開口３１と受光素子用開口３２が所定間隔をあけて形成されている。

図４に示すように、発光素子用開口３１と受光素子用開口３２は、遮光膜３０を貫通している。発光素子用開口３１と受光素子用開口３２は、管壁４１の軸方向に間隔をあけて形成されている。発光素子用開口３１が血液Ｂの流れ方向の上流側に形成されており、受光素子用開口３２が血液Ｂの流れ方向の下流側に形成されている。発光素子用開口３１と受光素子用開口３２のそれぞれは、平面視において円形に形成されている。発光素子用開口３１と受光素子用開口３２のそれぞれは、管壁４１の外面４３と対向している。発光素子用開口３１と受光素子用開口３２のそれぞれから管壁４１の外面４３の一部が露出している。発光素子用開口３１は、発光素子１０と管壁４１の間に形成されている。受光素子用開口３２は、受光素子２０と管壁４１の間に形成されている。発光素子用開口３１は発光素子１０の発光面１１より小さい。受光素子用開口３２は、受光素子２０の受光面２１より小さい。

発光素子１０は、発光素子用開口３１と対向している。発光素子１０の発光面１１の一部が発光素子用開口３１から露出している。発光素子１０の発光面１１の面積が発光素子用開口３１の開口面積より大きい。受光素子２０は、受光素子用開口３２と対向している。受光素子２０の受光面２１の一部が受光素子用開口３２から露出している。受光素子２０の受光面２１の面積が受光素子用開口３２の開口面積より大きい。発光素子１０と受光素子２０は、管４の軸方向に所定間隔をあけて並んで配置されている。発光素子１０が血液Ｂの流れ方向の上流側に配置されており、受光素子２０が血液Ｂの流れ方向の下流側に配置されている。発光素子１０の中心部と受光素子２０の中心部の距離ｗ１は、発光素子用開口３１の中心部と受光素子用開口３２の中心部の距離ｗ２と同じ距離である。

発光素子１０と受光素子２０は、素子カバー７０に固定されている。素子カバー７０は、発光素子１０と受光素子２０を覆っている。素子カバー７０は、遮光性を有しており、光を透過しない。素子カバー７０の色は、黒色が好ましい。また、素子カバー７０は、無光沢であることが好ましい。素子カバー７０は、発光素子１０と受光素子２０に不要な光が入らないように光を遮断する。

図１に示すように、素子カバー７０には、ベルト７１（固定具の一例）が固定されている。ベルト７１は、センサ部２を管４に対して脱着可能に固定する。ベルト７１は、管壁４１に巻き付けられて管壁４１に固定される。ベルト７１の一端部が素子カバー７０に固定されている。ベルト７１の他端部は、例えばバックルや面ファスナー（図示省略）によって締結される。血液Ｂの流速を計測するときは、ベルト７１によってセンサ部２を管４に固定する。管４にセンサ部２を固定すると、発光素子１０の発光面１１の一部に発光素子用開口３１が含まれる。また、受光素子２０の受光面２１の一部に受光素子用開口３２が含まれる。

発光素子１０としては、例えばレーザーダイオード（ＬＤ）を用いることができる。発光素子１０は、発光面１１の全体からレーザー光を発光する。発光素子１０の発光面１１から発光されるレーザー光は、均一な強度分布であることが好ましい。図４に示すように、発光素子１０は、管４内を流れる血液Ｂに向けてレーザー光Ｌを発光する。また、発光素子１０は、発光素子用開口３１を通してレーザー光Ｌを発光する。発光素子１０が発光したレーザー光Ｌの一部が、発光素子用開口３１を通過して管４内に到達する。発光素子１０が発光したレーザー光の他の一部は、遮光膜３０によって遮断される。レーザー光Ｌが発光素子用開口３１を通過するときに、遮光膜３０が障害物となってレーザー光Ｌが回折する。回折によってレーザー光Ｌの一部の進行方向が変わる。レーザー光Ｌの他の一部は、進行方向が変わらずに直進する。回折によって進行方向が変わったレーザー光Ｌ１と、進行方向が変わらずに直進するレーザー光Ｌ２のそれぞれが管４内に入射する。

進行方向が変わって管壁４１に入射したレーザー光Ｌ１は、管壁４１内を進行し、管壁４１と流路４２の界面（管壁４１の内面）で反射する。レーザー光Ｌ１は、血液Ｂの外で反射する。また、管壁４１に入射したレーザー光Ｌ１は、管壁４１の内面に接する部分の血液Ｂに含まれる静止した赤血球で反射することもある。反射したレーザー光Ｌ１は、受光素子用開口３２に向かって進行する。このレーザー光Ｌ１は、ドップラー効果を受けていない参照光となる。受光素子用開口３２に向かって進行したレーザー光Ｌ１は、受光素子用開口３２を通過して受光素子２０に入射する。すなわち、管壁４１の内面で反射して受光素子用開口３２を通過したレーザー光であって流速による波長変化を受けていない参照光が受光素子２０に入射する。

一方、進行方向が変わらずに管壁４１に入射したレーザー光Ｌ２は、管壁４１を通過し、流路４２に入射する。管壁４１から流路４２に入射するレーザー光Ｌ２は、管壁４１と流路４２の界面（管壁４１の内面）を透過する。流路４２に入射したレーザー光Ｌ２は、血液Ｂ内を進行する。血液Ｂ内を進行するレーザー光Ｌ２は、血液Ｂに含まれる赤血球Ｒに当たって反射する。レーザー光Ｌ２が赤血球Ｒで反射して反射光Ｓが生じる。移動する赤血球Ｒで光が反射することで、反射の前後で光の波長及び周波数が変化する。よって、レーザー光Ｌ２の波長及び周波数と反射光Ｓの波長及び周波数は異なる。赤血球Ｒで反射した反射光Ｓは、ドップラー効果を受けている計測光となる。その後、反射光Ｓは、流路４２から管壁４１に出射し、受光素子用開口３２に向かって進行する。管壁４１に出射する反射光Ｓは、流路４２と管壁４１の界面において屈折する。受光素子用開口３２に向かって進行した反射光Ｓは、受光素子用開口３２を通過して受光素子２０に入射する。すなわち、管壁４１内の血液で反射して受光素子用開口３２を通過したレーザー光であって流速による波長変化を受けた計測光が受光素子２０に入射する。

受光素子２０としては、例えばフォトダイオード（ＰＤ）を用いることができる。受光素子２０は、反射したレーザー光を受光する。受光素子２０は、受光面２１のどこでも光を受光できる。受光素子２０は、受光素子２０に入射する光を受光し、受光した光量に対応する電気信号を出力する。受光素子２０は、管壁４１で反射された光（ドップラー効果を受けていない参照光）と、赤血球Ｒで反射された光（ドップラー効果を受けている計測光）を受光する。受光素子２０が受光した光（管壁４１による反射光と赤血球Ｒによる反射光）は、管壁４１の中を流れる血液Ｂの流速を計算するために用いられる。

図５に示すように、流速計測装置１は、発光素子１０と受光素子２０に接続された制御部１００を備えている。制御部１００は、発光素子１０および受光素子２０を制御する。制御部１００は、受光素子２０が受光した光に基づいて、管壁４１の中を流れる血液Ｂの流速を計算することができる。また、制御部１００は、血液Ｂの流量を計算することができる。制御部１００は、ヘテロダイン技術を用いて計算を行う。ヘテロダイン技術は、周波数が異なる２つの波（光）を重ね合わせてうなり（ビート）を生じさせ、このうなりを用いて計算を行う方法である。ヘテロダイン技術は、２つの波（光）の周波数の差、すなわち、ドップラーシフトを利用して計算を行う方法である。制御部１００は、ヘテロダイン技術を用いて、参照光と計測光の周波数の差を計算し、その計算結果から血液Ｂの流速を計算する。ヘテロダイン技術については公知であるので、詳細な説明を省略する。制御部１００は、計算した血液Ｂの流速および流量をモニタ（図示省略）に出力する。

上記の説明から明らかなように、上記の流速計測装置１は、管４と、管４に脱着可能なセンサ部２を備えている。管４は、体外に取り出した血液Ｂを外部から視認できる透明な管壁４１と、管壁４１の一部を覆う遮光膜３０を備えている。遮光膜３０に発光素子用開口３１と受光素子用開口３２が形成されている。センサ部２は、レーザー光を発光する発光素子１０と、レーザー光を受光する受光素子２０と、センサ部２を管４に脱着可能に固定するベルト７１を備えている。発光素子用開口３１が発光素子１０の発光面１１より小さく、受光素子用開口３２が受光素子２０の受光面２１より小さい。ベルト７１によって管４にセンサ部２を固定すると、発光面１１の一部に発光素子用開口３１が含まれ、受光面２１の一部に受光素子用開口３２が含まれる。発光素子１０が発光したレーザー光の一部が発光素子用開口３１を通過して管壁４１内に入射する。管壁４１内の血液Ｂで反射して受光素子用開口３２を通過したレーザー光であって流速による波長変化を受けた計測光が受光素子２０に入射する。

このような構成によれば、遮光膜３０に発光素子用開口３１が形成されており、発光素子用開口３１が発光素子１０の発光面１１より小さいので、発光素子用開口３１に対する発光素子１０の位置がずれたとしても、発光素子１０の発光面１１と発光素子用開口３１が重なり、発光素子１０が発光したレーザー光Ｌが発光素子用開口３１を通過する。例えば、発光素子１０の位置が管４の軸方向に少しずれたとしても、発光素子１０が発光したレーザー光Ｌが発光素子用開口３１を通過する。よって、管４に対して発光素子１０が配置されたときに、計測のたびに発光素子１０の位置が変わったとしても、発光素子１０が発光したレーザー光Ｌが発光素子用開口３１を通して管壁４１に入射する。したがって、発光素子１０が発光したレーザー光Ｌが管４内に入射する位置が計測のたびに変わることを抑制できる。このように、計測のたびに発光素子１０の位置が変わったとしても、発光素子用開口３１によって発光素子１０が管壁４１内に入射するレーザー光の位置が変わらないので、血液の流速を計測する位置を固定できる。

以上、一実施形態について説明したが、具体的な態様は上記実施形態に限定されるものではない。以下の説明において、上述の説明における構成と同様の構成については同一の符号を付して説明を省略する。

［第２実施例］
第２実施例に係る流速計測装置では、図６に示すように、管壁４１の外面４３の一部に粗面４４が形成されている。粗面４４は、発光素子用開口３１と対向している。粗面４４が発光素子用開口３１から露出している。すなわち、発光素子用開口３１から露出している管壁４１の外面４３に粗面４４が形成されている。粗面４４の表面粗さは、粗面４４の周囲における管壁４１の外面４３の表面粗さより粗い。

第２実施例に係る流速計測装置では、発光素子１０が発光したレーザー光Ｌが発光素子用開口３１を通過して粗面４４から管壁４１に入射する。レーザー光Ｌが粗面４４を通過するときに、粗面４４によってレーザー光Ｌが散乱し、レーザー光Ｌの一部の進行方向が変わる。

散乱によって進行方向が変わったレーザー光Ｌ３は、管壁４１を通過し、流路４２に入射する。管壁４１から流路４２に入射するレーザー光Ｌ３は、管壁４１と流路４２の界面（管壁４１の内面）を透過する。流路４２に入射したレーザー光Ｌ３は、血液Ｂの中を進行する。血液Ｂの中を進行するレーザー光Ｌ３は、血液Ｂに含まれる赤血球Ｒに当たって反射する。赤血球Ｒで反射した反射光Ｓは、ドップラー効果を受けている計測光となる。その後、反射光Ｓは、流路４２から管壁４１に出射し、受光素子用開口３２に向かって進行する。管壁４１に出射する反射光Ｓは、流路４２と管壁４１の界面を透過する。受光素子用開口３２に向かって進行した反射光Ｓは、受光素子用開口３２を通過して受光素子２０に入射する。

このような構成によれば、粗面４４によってレーザー光Ｌが散乱してレーザー光Ｌの進行方向が変わるので、レーザー光Ｌの進行方向が血液Ｂの流れ方向の成分を持つことになる。これによって、血液Ｂの流れ方向においてドップラー効果を受けることができる。また、粗面４４によって散乱したレーザー光Ｌの一部が管壁４１の内面で反射して受光素子２０に入射することがある。これによって、より強い参照光を得ることができる。

［第３実施例］
第３実施例に係る流速計測装置では、図７に示すように、管壁４１の外面４３に凹部８０が形成されている。凹部８０は、発光素子用開口３１と対向している。凹部８０が発光素子用開口３１から露出している。凹部８０の底面８１が管４の軸方向に対して傾斜している。底面８１は、発光素子用開口３１と対向している。底面８１は、血液Ｂの流れ方向の上流側を向いている。

第３実施例に係る流速計測装置では、発光素子１０が発光したレーザー光Ｌが発光素子用開口３１を通過して凹部８０の底面８１から管壁４１に入射する。レーザー光Ｌが凹部８０の底面８１を通過するときに、レーザー光Ｌが屈折して進行方向が変わる。

屈折によって進行方向が変わったレーザー光Ｌ４は、管壁４１を通過し、流路４２に入射する。管壁４１から流路４２に入射するレーザー光Ｌ４は、管壁４１と流路４２の界面（管壁４１の内面）で屈折する。流路４２に入射したレーザー光Ｌ４は、血液Ｂの中を進行する。血液Ｂの中を進行するレーザー光Ｌ４は、血液Ｂに含まれる赤血球Ｒに当たって反射する。赤血球Ｒで反射した反射光Ｓは、ドップラー効果を受けている計測光となる。その後、反射光Ｓは、流路４２から管壁４１に出射し、受光素子用開口３２に向かって進行する。管壁４１に出射する反射光Ｓは、流路４２と管壁４１の界面を透過する。受光素子用開口３２に向かって進行した反射光Ｓは、受光素子用開口３２を通過して受光素子２０に入射する。

このような構成によれば、凹部８０の底面８１によってレーザー光Ｌが屈折してレーザー光Ｌの進行方向が変わるので、レーザー光Ｌの進行方向が血液Ｂの流れ方向の成分を持つことになる。これによって、血液Ｂの流れ方向においてドップラー効果を受けることができる。

［第４実施例］
第４実施例に係る流速計測装置１では、図８、図９及び図１０に示すように、管４が、反射膜５０と導光体６０を更に備えている。反射膜５０は、遮光性を有しており、光を透過しない。反射膜５０は、例えば黒色の樹脂や繊維によって形成されている。反射膜５０は、光を反射する。反射膜５０は、管壁４１に固定されている。反射膜５０は、管壁４１の外面４３に密着している。反射膜５０は、管壁４１の外面４３の一部を覆っている。反射膜５０は、管４の軸方向と周方向のそれぞれに延びている。反射膜５０は、遮光膜３０と管壁４１の間に配置されている。反射膜５０に上流側通過口５１と下流側通過口５２が所定間隔をあけて形成されている。

上流側通過口５１と下流側通過口５２は、反射膜５０を貫通している。上流側通過口５１と下流側通過口５２のそれぞれは、平面視において円形に形成されている。上流側通過口５１と下流側通過口５２は、管４の軸方向に間隔をあけて形成されている。上流側通過口５１が血液Ｂの流れ方向の上流側に形成されており、下流側通過口５２が血液Ｂの流れ方向の下流側に形成されている。上流側通過口５１と下流側通過口５２のそれぞれは、管壁４１の外面４３と対向している。上流側通過口５１と下流側通過口５２のそれぞれから管壁４１の外面４３の一部が露出している。上流側通過口５１は、発光素子用開口３１と対向している。上流側通過口５１は、発光素子１０と管壁４１の間で開口している。下流側通過口５２は、受光素子用開口３２と対向している。管４の軸方向と直交する方向において、下流側通過口５２と受光素子用開口３２が直線上に並んでいる。下流側通過口５２は、受光素子２０と管壁４１の間で開口している。上流側通過口５１と下流側通過口５２の間に反射部５３が形成されている。

導光体６０は、例えば透明な樹脂やガラスによって形成されている。導光体６０は、光透過性を有しており、例えばレーザー光及び可視光を透過する。導光体６０は、遮光膜３０と反射膜５０の間に配置されている。導光体６０は、管壁４１と発光素子１０及び受光素子２０との間に配置されている。導光体６０は、管壁４１と並んで配置されている。導光体６０は、管壁４１に対して固定されている。

遮光膜３０は、導光体６０に固定されている。遮光膜３０は、導光体６０の外面６３に密着している。遮光膜３０は、導光体６０の外面６３を覆っている。遮光膜３０は、導光体６０を挟んで反射膜５０と対向している。遮光膜３０は、導光体６０と発光素子１０及び受光素子２０との間に配置されている。遮光膜３０は、管壁４１に対して固定されている。

発光素子用開口３１と受光素子用開口３２のそれぞれは、導光体６０の外面６３と対向している。発光素子用開口３１と受光素子用開口３２のそれぞれから導光体６０の外面６３の一部が露出している。発光素子用開口３１は、発光素子１０と導光体６０の間で開口している。受光素子用開口３２は、受光素子２０と導光体６０の間で開口している。

第４実施例に係る流速計測装置では、発光素子１０が発光したレーザー光Ｌが、発光素子用開口３１を通過して導光体６０に入射する。レーザー光Ｌが発光素子用開口３１を通過するときに、遮光膜３０が障害物となってレーザー光Ｌが回折する。回折によってレーザー光Ｌの進行方向が変わる。

進行方向が変わって導光体６０に入射したレーザー光の一部Ｌ５は、導光体６０内を進行して反射膜５０に到達し、反射膜５０で反射する。レーザー光Ｌ５は、反射膜５０の反射部５３で反射する。反射膜５０で反射したレーザー光Ｌ５は、受光素子用開口３２に向かって進行する。反射膜５０で反射したレーザー光Ｌ５は、ドップラー効果を受けていない参照光となる。受光素子用開口３２に向かって進行したレーザー光Ｌ５は、受光素子用開口３２を通過して受光素子２０に入射する。すなわち、反射膜５０で反射して受光素子用開口３２を通過したレーザー光であって流速による波長変化を受けていない参照光が受光素子２０に入射する。

また、進行方向が変わって導光体６０に入射したレーザー光の他の一部Ｌ６は、導光体６０を通過し、上流側通過口５１を通過して管壁４１に入射する。管壁４１に入射したレーザー光Ｌ６は、管壁４１を通過し、流路４２に入射する。管壁４１から流路４２に入射するレーザー光Ｌ６は、管壁４１と流路４２の界面（管壁４１の内面）で屈折する。流路４２に入射したレーザー光Ｌ６は、血液Ｂの中を進行する。血液Ｂの中を進行するレーザー光Ｌ６は、血液Ｂに含まれる赤血球Ｒに当たって反射する。赤血球Ｒで反射した反射光Ｓは、ドップラー効果を受けている計測光となる。その後、反射光Ｓは、流路４２から管壁４１に出射し、下流側通過口５２に向かって進行する。管壁４１に出射する反射光Ｓは、流路４２と管壁４１の界面を透過する。下流側通過口５２に向かって進行した反射光Ｓは、下流側通過口５２を通過して導光体６０に入射する。導光体６０に入射したレーザー光Ｌ６は、導光体６０を通過し、受光素子用開口３２を通過して受光素子２０に入射する。すなわち、管壁４１内の血液Ｂで反射して下流側通過口５２と受光素子用開口３２を通過したレーザー光であって流速による波長変化を受けた計測光が受光素子２０に入射する。受光素子２０は、下流側通過口５２と受光素子用開口３２を通して反射光Ｓを受光する。

このような構成によれば、受光素子２０が、発光素子１０が発光して反射膜５０で反射されたドップラー効果を受けていない光を受光する。これによって、受光素子２０が強い参照光を受光することができる。また、受光素子２０が下流側通過口５２と受光素子用開口３２を通して反射光Ｓを受光するので、受光する反射光Ｓの方向を限定することができる。これによって、流路４２の特定の位置を流れる血液Ｂに限定して流速を計測することができる。そのため、ヘテロダイン技術によって流速を計算するときに計算を容易に行うことができる。

なお、上記の構成では、上流側通過口５１の位置と導光体６０の厚さを調節することによって、赤血球Ｒで反射光Ｓが上流側通過口５１と受光素子用開口３２の両方を通過しないようにすることが好ましい。すなわち、反射光Ｓが上流側通過口５１を通過した後に受光素子用開口３２を通過しないようにすることが好ましい。具体的には、上流側通過口５１の端部５１１が、発光素子用開口３１と受光素子用開口３２の中間部より上流側に位置することが好ましい。また、導光体６０の厚さｔ６０が管壁４１の厚さｔ４１より薄いことが好ましい。

［第５実施例］
第５実施例に係る流速計測装置では、図１１に示すように、導光体６０の外面６３の一部に粗面６４が形成されている。粗面６４は、発光素子用開口３１と対向している。粗面６４が発光素子用開口３１から露出している。すなわち、発光素子用開口３１から露出している導光体６０の外面６３に粗面６４が形成されている。粗面６４の表面粗さは、粗面６４の周囲における導光体６０の外面６３の表面粗さより粗い。

第５実施例に係る流速計測装置では、発光素子１０が発光したレーザー光Ｌが発光素子用開口３１を通過して粗面６４から導光体６０に入射する。レーザー光Ｌが粗面４４を通過するときに、粗面４４によってレーザー光Ｌが散乱し、レーザー光Ｌの進行方向が変わる。

散乱によって進行方向が変わったレーザー光Ｌ７は、導光体６０を通過し、上流側通過口５１を通過して管壁４１に入射する。管壁４１に入射したレーザー光Ｌ７は、管壁４１を通過し、流路４２に入射する。管壁４１から流路４２に入射するレーザー光Ｌ７は、管壁４１と流路４２の界面（管壁４１の内面）を透過する。流路４２に入射したレーザー光Ｌ７は、血液Ｂの中を進行する。血液Ｂの中を進行するレーザー光Ｌ７は、血液Ｂに含まれる赤血球Ｒに当たって反射する。赤血球Ｒで反射した反射光Ｓは、ドップラー効果を受けている計測光となる。その後、反射光Ｓは、流路４２から管壁４１に出射し、下流側通過口５２に向かって進行する。管壁４１に出射する反射光Ｓは、流路４２と管壁４１の界面を透過する。下流側通過口５２に向かって進行した反射光Ｓは、下流側通過口５２を通過して導光体６０に入射する。導光体６０に入射した反射光Ｓは、導光体６０を通過し、受光素子用開口３２を通過して受光素子２０に入射する。

このような構成によれば、粗面４４によってレーザー光Ｌが散乱してレーザー光Ｌの進行方向が変わるので、レーザー光Ｌの進行方向が血液Ｂの流れ方向の成分を持つことになる。これによって、血液Ｂの流れ方向においてドップラー効果を受けることができる。また、粗面６４によって散乱したレーザー光Ｌの一部が反射膜５０で反射して受光素子２０に入射することがある。これによって、より強い参照光を得ることができる。

［第６実施例］
第６実施例に係る流速計測装置では、図１２に示すように、導光体６０の外面６３に凹部９０が形成されている。凹部９０は、発光素子用開口３１と対向している。凹部９０が発光素子用開口３１から露出している。凹部９０の底面９１が管４の軸方向に対して傾斜している。底面９１は、発光素子用開口３１と対向している。底面９１は、血液Ｂの流れ方向の上流側を向いている。

第６実施例に係る流速計測装置では、発光素子１０が発光したレーザー光Ｌが発光素子用開口３１を通過して凹部９０の底面９１から導光体６０に入射する。レーザー光Ｌが凹部９０の底面９１を通過するときに、レーザー光Ｌが屈折して進行方向が変わる。

屈折によって進行方向が変わったレーザー光Ｌ８は、導光体６０を通過し、上流側通過口５１を通過して管壁４１に入射する。管壁４１に入射したレーザー光Ｌ８は、管壁４１を通過し、流路４２に入射する。管壁４１から流路４２に入射するレーザー光Ｌ８は、管壁４１と流路４２の界面（管壁４１の内面）で屈折する。流路４２に入射したレーザー光Ｌ８は、血液Ｂの中を進行する。血液Ｂの中を進行するレーザー光Ｌ８は、血液Ｂに含まれる赤血球Ｒに当たって反射する。赤血球Ｒで反射した反射光Ｓは、ドップラー効果を受けている計測光となる。その後、反射光Ｓは、流路４２から管壁４１に出射し、下流側通過口５２に向かって進行する。管壁４１に出射する反射光Ｓは、流路４２と管壁４１の界面を透過する。下流側通過口５２に向かって進行した反射光Ｓは、下流側通過口５２を通過して導光体６０に入射する。導光体６０に入射した反射光Ｓは、導光体６０を通過し、受光素子用開口３２を通過して受光素子２０に入射する。

また、上記実施例では、固定具の一例としてベルトを用いていたが、この構成に限定されるものではない。固定具の他の例として、クリップ等を用いてもよい。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

１；流速計測装置
２；センサ部
１０；発光素子
１１；発光面
２０；受光素子
２１；受光面
３０；遮光膜
３１；発光素子用開口
３２；受光素子用開口
４０；管
４０ａ；軸
４１；管壁
４２；流路
４３；外面
４４；粗面
５０；反射膜
５１；上流側通過口
５２；下流側通過口
６０；導光体
６３；外面
６４；粗面
７０；素子カバー
７１；ベルト
８０；凹部
８１；底面
９０；凹部
９１；底面
１００；制御部

Claims

流速計測装置であり、
管と、前記管に脱着可能なセンサ部を備えており、
前記管は、体外に取り出した血液を外部から視認できる透明な管壁と、前記管壁の一部を覆う遮光膜と、前記遮光膜と前記管壁の間に配置されている反射膜を備えており、前記遮光膜に発光素子用開口と受光素子用開口が形成されており、
前記センサ部は、レーザー光を発光する発光素子と、レーザー光を受光する受光素子と、前記センサ部を前記管に脱着可能に固定する固定具を備えており、
前記発光素子用開口が前記発光素子の発光面より小さく、
前記受光素子用開口が前記受光素子の受光面より小さく、
前記固定具によって前記管に前記センサ部を固定すると、前記発光面の一部に前記発光素子用開口が含まれ、前記受光面の一部に前記受光素子用開口が含まれ、
前記発光素子が発光したレーザー光の一部が前記発光素子用開口を通過して前記管内に入射し、前記管内の血液で反射して前記受光素子用開口を通過したレーザー光であって流速によるドップラー効果を受けた計測光と、前記発光素子が発光したレーザー光の一部が前記発光素子用開口を通過して前記反射膜に到達し、前記反射膜で反射して前記受光素子用開口を通過したレーザー光であって流速によるドップラー効果を受けていない参照光と、が前記受光素子に入射することを特徴とする流速計測装置。
前記反射膜に前記受光素子用開口と対向している通過口が形成されており、
前記管内の血液で反射して前記通過口と前記受光素子用開口を通過したレーザー光であって流速によるドップラー効果を受けた計測光が前記受光素子に入射することを特徴とする請求項１に記載の流速計測装置。
流速計測装置であり、
管と、前記管に脱着可能なセンサ部を備えており、
前記管は、体外に取り出した血液を外部から視認できる透明な管壁と、前記管壁の一部を覆う遮光膜を備えており、前記遮光膜に発光素子用開口と受光素子用開口が形成されており、
前記センサ部は、レーザー光を発光する発光素子と、レーザー光を受光する受光素子と、前記センサ部を前記管に脱着可能に固定する固定具を備えており、
前記発光素子用開口が前記発光素子の発光面より小さく、
前記受光素子用開口が前記受光素子の受光面より小さく、
前記固定具によって前記管に前記センサ部を固定すると、前記発光面の一部に前記発光素子用開口が含まれ、前記受光面の一部に前記受光素子用開口が含まれ、
前記遮光膜が前記管壁の外面に密着しており、
前記発光素子用開口から露出している前記管壁の前記外面に粗面が形成されており、
前記発光素子が発光したレーザー光の一部が前記発光素子用開口を通過して前記管内に入射し、前記管内の血液で反射して前記受光素子用開口を通過したレーザー光であって流速によるドップラー効果を受けた計測光が前記受光素子に入射することを特徴とする流速計測装置。
流速計測装置であり、
管と、前記管に脱着可能なセンサ部を備えており、
前記管は、体外に取り出した血液を外部から視認できる透明な管壁と、前記管壁の一部を覆う遮光膜を備えており、前記遮光膜に発光素子用開口と受光素子用開口が形成されており、
前記センサ部は、レーザー光を発光する発光素子と、レーザー光を受光する受光素子と、前記センサ部を前記管に脱着可能に固定する固定具を備えており、
前記発光素子用開口が前記発光素子の発光面より小さく、
前記受光素子用開口が前記受光素子の受光面より小さく、
前記固定具によって前記管に前記センサ部を固定すると、前記発光面の一部に前記発光素子用開口が含まれ、前記受光面の一部に前記受光素子用開口が含まれ、
前記遮光膜が前記管壁の外面に密着しており、
前記管壁の前記外面に前記発光素子用開口と対向している凹部が形成されており、
前記凹部の底面が前記管の軸方向に対して傾斜しており、
前記発光素子が発光したレーザー光の一部が前記発光素子用開口を通過して前記管内に入射し、前記管内の血液で反射して前記受光素子用開口を通過したレーザー光であって流速によるドップラー効果を受けた計測光が前記受光素子に入射することを特徴とする流速計測装置。
前記遮光膜と前記反射膜の間に配置されている導光体を更に備えており、
前記遮光膜が前記導光体の外面に密着しており、
前記発光素子用開口から露出している前記導光体の前記外面に粗面が形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の流速計測装置。
前記遮光膜と前記反射膜の間に配置されている導光体を更に備えており、
前記遮光膜が前記導光体の外面に密着しており、
前記導光体の前記外面に前記発光素子用開口と対向している凹部が形成されており、
前記凹部の底面が前記管の軸方向に対して傾斜していることを特徴とする請求項１又は２に記載の流速計測装置。