(57)【要約】【課題】生体内に近い状態での血液特性の計測を行う。【解決手段】血液特性を計測する血液特性解析システム１であって、血液が通過する少なくとも１つの流路２６を有するマイクロチップ２と、流路２６の内部領域Ｂ、入口領域Ａ、及び出口領域Ｃの少なくとも１つの領域における血液の流れを撮影するＴＶカメラ３と、ＴＶカメラ３による血流画像を解析して血液特性を算出可能な演算処理部７０と、流路２６の上流側と下流側とにおける血液の圧力差ΔＰを、所定の周期Ｔ又は変動的な周期Ｔ’で変化させることが可能な血流制御部９と、を備える。【選択図】図１
2010066041.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
血液特性を計測する血液特性解析システムであって、
血液が通過する少なくとも１つの流路を有するマイクロチップと、
前記流路の内部領域、入口領域、及び出口領域の少なくとも１つの領域における血液の流れを撮影する撮影手段と、
前記撮影手段による血流画像を解析して血液特性を算出可能な解析手段と、
前記流路の上流側と下流側とにおける血液の圧力差を、所定の周期又は変動的な周期で変化させることが可能な圧力制御手段と、
を備えることを特徴とする血液特性解析システム。
【請求項２】
前記圧力制御手段は、前記流路の断面積を変化させることにより、当該流路の上流側と下流側とにおける血液の圧力差を変化させることが可能であることを特徴とする請求項１に記載の血液特性解析システム。
【請求項３】
前記圧力制御手段は、前記流路の上流側と下流側とにおける血液の圧力差を、加圧及び／又は減圧により生じさせることを特徴とする請求項１又は２に記載の血液特性解析システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、血液特性解析システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
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。この血液の流動性はサラサラ度などとも称され、流動性が高くサラサラであるほど健康であることを意味している。
【０００３】
この血液の流動性を調べる方法としては、圧力差を付与することでマイクロチップ内の微細な流路に血液を通過させ、通過に要する時間を計測する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。この技術では、マイクロチップ上板の透明ガラスを介してカメラでマイクロチップ通過時の血球を観察することにより、血液の流動性を視覚的に捉えることが可能となっている。また、この特許文献１に記載の技術以外にも、同様の装置で撮影した血流画像を解析することにより、流動性を含む様々な血液特性を計測する技術が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００４】
ところで、本来、生体内の血管は常に脈動しており、血管内の血液にはこの脈動による変動的なストレスが加わっている。
【特許文献１】特許第２６８５５４４号公報
【特許文献２】特開２００６−１４５３４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１、２に記載の技術では、流路を通過する血液に付与される圧力差が常に一定であったために、生体内の血管の脈動を十分に模擬できていなかった。
【０００６】
本発明は、上記事情を鑑みてなされたもので、従来に比べ、生体内に近い状態での血液特性の計測を行うことができる血液特性解析システムの提供を課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、
血液特性を計測する血液特性解析システムであって、
血液が通過する少なくとも１つの流路を有するマイクロチップと、
前記流路の内部領域、入口領域、及び出口領域の少なくとも１つの領域における血液の流れを撮影する撮影手段と、
前記撮影手段による血流画像を解析して血液特性を算出可能な解析手段と、
前記流路の上流側と下流側とにおける血液の圧力差を、所定の周期又は変動的な周期で変化させることが可能な圧力制御手段と、
を備えることを特徴とする。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の血液特性解析システムであって、
前記圧力制御手段は、前記流路の断面積を変化させることにより、当該流路の上流側と下流側とにおける血液の圧力差を変化させることが可能であることを特徴とする。
【０００９】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の血液特性解析システムであって、
前記圧力制御手段は、前記流路の上流側と下流側とにおける血液の圧力差を、加圧及び／又は減圧により生じさせることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、血液が通過する流路の上流側と下流側とにおける当該血液の圧力差を、所定の周期又は変動的な周期で変化させることが可能であるので、生体内の血管の脈動を模擬して血液特性の計測を行うことができる。したがって、流路を通過する血液に付与される圧力差が一定であった従来の計測に比べ、生体内に近い状態での血液特性の計測を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態について、図を参照して説明する。
図１は、本実施の形態における血液特性解析システム１の全体構成を示すブロック図である。
【００１２】
この図に示すように、血液特性解析システム１は、血液を供給槽１０からマイクロチップ（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複数種類の血液特性を計測するものである。
【００１３】
具体的には、血液特性解析システム１は、主に、マイクロチップ２と、マイクロチップ２内の血液の流れを撮影するＴＶカメラ３と、ＴＶカメラ３で撮影された血流画像に基づいて血液特性を計測するパソコン７と、血流画像を表示するディスプレイ８と、マイクロチップ２内の血流を制御する血流制御部９とを備えている。なお、本実施の形態における血液特性解析システム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マイクロチップ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、血流制御部９内の差圧制御部９１が加圧ポンプ１５及び減圧ポンプ１６を制御してマイクロチップ２前後の差圧を調整することにより、マイクロチップ２内を所望量だけ流れるようになっている。また、上述の血流制御部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。
【００１４】
図２（ａ）（ｂ）（ｃ）は、図１に示されたマイクロチップ２を図示したものである。図２（ａ）はマイクロチップを上面から見た図（平面図）であり、図２（ｂ）は側面図、図２（ｃ）はマイクロチップの一部を拡大した部分拡大図である。
マイクロチップ２は、図２に示すように、矩形状のガラス平板２０及びベース板２１を重ね合わせて形成されている。
ガラス平板２０は、平板状に形成されており、ベース板２１の内側面（図２（ｂ）では上側の面）を覆っている。
【００１５】
ベース板２１は、両端部に窪み部２１０，２１１を、これら窪み部２１０，２１１の間に複数の溝部２１２，…を有している。
【００１６】
このうち、窪み部２１０は、供給槽１０と連通する貫通口２１０ａを底面に有しており、血液を貯留する上流側貯留部２２をガラス平板２０との間に形成している。
同様に、窪み部２１１は、排出槽１１と連通する貫通口２１１ａを底面に有しており、血液を貯留する下流側貯留部２３をガラス平板２０との間に形成している。
【００１７】
また、複数の溝部２１２，…は、窪み部２１０と窪み部２１１とを結ぶ方向（図中のＸ方向）に対して平行に延在するよう配設され、上述のＸ方向に延在するテラス部２１３によって仕切られた状態となっている。これら複数の溝部２１２，…は、互い違いに窪み部２１０、または窪み部２１１に連通しており、これにより、上流側貯留部２２から血液を流入させる上流側血液回路２４と、下流側貯留部２３に血液を流入させる下流側血液回路２５とを、ガラス平板２０との間に形成している。
【００１８】
図３（ａ）（ｂ）は、マイクロチップ２の流路を説明するための図であり、図３（ａ）（ｂ）ともに、上側の図は、テラス部２１３を上から見た平面図であり、下側の図は、図３（ａ）（ｂ）を側面から見た断面図である。
テラス部２１３の上端部には、図２（ｃ）や図３（ａ）（ｂ）に示すように、六角形状の土手部２１４がＸ方向に複数配列されており、頂面でガラス平板２０に当接している。
【００１９】
これら複数の土手部２１４，…は互いとの間にゲート２１５を形成しており、このゲート２１５は、Ｘ方向の直交方向（以下、Ｙ方向とする）に血液を流す微細な流路２６を、ガラス平板２０との間に形成している。つまり、この流路２６は、表面に微細な溝としてのゲート２１５を有するベース板２１と、このベース板２１の表面に当接する平面部を有するガラス平板２０とを接合することによって、これらゲート２１５及び平面部で形成される空間となっている。なお、特に限定はされないが、図２の仮想線Ａ−Ａ，Ｂ−Ｂに示す位置で流路２６や上流側血液回路２４，下流側血液回路２５を切断した場合に、流路２６は上流側血液回路２４や下流側血液回路２５の内部よりも断面積が狭くなっている。より詳細には、流路２６の断面形状は赤血球の形状（真ん中が窪んだ円盤形状であり、断面が扁平な楕円形状）に合わせて扁平な長方形をなしており、この流路２６の断面のサイズは赤血球のサイズより小さくなっている。これにより、毛細血管などの細い血管を赤血球が自身の形状を変形させながら通過していく状態が観察でき、また、血管中での血液のさらさら度を模擬的に再現することができる。
【００２０】
図４はマイクロチップ２の可動部を説明するための図である。
土手部２１４は、図４に示すように、Ｘ方向に移動可能な可動部２１４ａ、及びベース板２１と一体に形成された静止部２１４ｂから形成されている。可動部２１４ａは、流路２６を形成するＹ方向に平行な流路壁のうち、Ｙ方向中央の流路壁部分２６ａを含んで方形状に形成され、アクチュエータ２７によりＸ方向へ所定範囲だけ移動可能になっている。この可動部２１４ａの移動により、流路２６の一部分の断面積を任意に変化させることができる。
なお、可動部２１４ａは、上記構成に限定されず、流路２６の少なくとも一部分における流路壁を含んでＸ方向へ移動可能に構成されていればよく、更には、流路２６の断面形状を変化させる構成であってもよい。この断面形状を変化させる構成としては、例えば、流路壁部分２６ａの上端をＸ方向へ傾かせるものや、形状記憶材等の使用により流路壁部分２６ａを湾曲させるもの等が可能である。また、可動部２１４ａ、静止部２１４ｂ、及びアクチュエータ２７は、図示の簡略化のため、図２及び図３では図示を省略している。
【００２１】
可動部２１４ａを駆動するアクチュエータ２７は、可動部２１４ａに対応してベース板２１内にそれぞれ埋設されており、後述の駆動制御部９２と接続されて駆動制御されるようになっている（図１参照）。このアクチュエータ２７は、特に限定はされないが、圧電アクチュエータ又は圧電超音波リニアアクチュエータである。このようなアクチュエータ２７としては、例えば特開平７−２９８６５６号公報、特開２００６−６６９７６号公報、又は特開２００７−５７５８１号公報に開示のもの等を用いることができる。
【００２２】
以上のマイクロチップ２の構造をふまえ、図１にもどり、本願実施例の説明を行う。供給槽１０から導入された血液は上流側貯留部２２で貯留され、上流側血液回路２４から流路２６、下流側血液回路２５を通過した後、下流側貯留部２３に貯留されて排出槽１１から排出されることとなる。（より詳細には、図３に示すように、流路２６を流れる血液中の血球、例えば赤血球は、まずゲート２１５上流の入口領域Ａを通った後、ゲート２１５の内部領域Ｂを変形しながら通過し、最後にゲート２１５下流の出口領域Ｃを通過することとなる。）
【００２３】
なお、このマイクロチップ２の前後には、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、計測したチップ上流圧力Ｐ１，チップ下流圧力Ｐ２を血流制御部９へ出力するようになっている（図１参照）。但し、これら圧力センサＥ１，Ｅ２は、マイクロチップ２の入口，出口近傍での血液の圧力を計測できればよく、例えばマイクロチップ２の前後にそれぞれ圧力調整容器を設けて、この各容器内の圧力を計測するようにしてもよい。
【００２４】
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ための高速カメラあるいは、動画が撮影可能なカメラなどが用いられる。このＴＶカメラ３は、マイクロチップ２におけるガラス平板２０に対向して設置され、流路２６を通過する血液の流れをガラス平板２０越しに撮影する。その撮影範囲は、複数のゲート２１５における入口領域Ａ〜出口領域Ｃを含む範囲となっている。但し、この撮影範囲は、図２、図３で示されている各ゲート２１５における入口領域Ａ、内部領域Ｂ、出口領域Ｃのうちの少なくとも１つの領域を含む範囲であればよい。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。
【００２５】
パソコン７は、ＴＶカメラ３と接続されており、当該ＴＶカメラ３が出力した画像情報から複数種類の血液特性をそれぞれ算出可能な演算処理部７０を備えている。なお、血液特性とは、血液の性状等を示す種々の特性値であり、血液の圧力や速度等の他、血液の凝集能といった流動性に関するものを含む。凝集能とは、血球が滞留して集塊状に結合する凝集現象の発生しやすさを表す定量値であり、滞留した血球からなる血球滞留部に含まれる各血球種の面積、個数、面積割合、又は個数割合などで表される。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。
【００２６】
ディスプレイ８は、パソコン７と接続されており、ＴＶカメラ３が出力した撮影画像や、パソコン７によって算出された血液特性を表示するようになっている。
【００２７】
血流制御部９は、マイクロチップ２前後の差圧を制御する差圧制御部９１と、アクチュエータ２７の駆動を制御する駆動制御部９２とを備え、シーケンス制御部１７からの制御指令に応じてこれら差圧制御部９１及び駆動制御部９２が所定の制御を行うようになっている。なお、血流制御部９及びシーケンス制御部１７をパソコン７と一体に構成し、このパソコン７が前記所定の制御を行うようにしてもよい。
【００２８】
差圧制御部９１は、チップ上流圧力Ｐ１及びチップ下流圧力Ｐ２が所定の圧力となるように、マイクロチップ２上流の加圧ポンプ１５とマイクロチップ２下流の減圧ポンプ１６とをそれぞれ制御する。
駆動制御部９２は、マイクロチップ２の流路２６において、対向する流路壁部分２６ａ間の距離ｗ（図４参照）が所定値となるように、アクチュエータ２７の駆動を制御する。
【００２９】
図１を主に用いて、以下に、血液特性を計測する際の血液特性解析システム１の動作について説明する。
【００３０】
まずマイクロチップ２へ血液を流しつつ、図４に示されるマイクロチップ２内の流路２６内の血流をＴＶカメラ３で撮影する。より詳細には、シーケンス制御部１７が供給槽１０へ計測対象の血液を注入させつつ、必要に応じて溶液びん１３へ生理食塩水等を加えさせる。そして、シーケンス制御部１７が差圧制御部９１を介して加圧ポンプ１５及び減圧ポンプ１６を制御することによりマイクロチップ２に所定の差圧を作用させて当該マイクロチップ２に血液を流す一方、ＴＶカメラ３が流路２６内の血流を撮影する。
【００３１】
この際、図４に示されるマイクロチップ２内の流路壁部分２６ａ間の距離ｗは、駆動制御部９２により所定の周期で反復変動するように設定されている。こうして流路２６の断面積を変化させることにより、図５（ａ）に示すように、チップ上流圧力Ｐ１とチップ下流圧力Ｐ２との差、つまり流路２６の上流側と下流側とにおける血液の圧力差ΔＰを所定の周期Ｔで変化させることができる。このときの所定の周期Ｔとしては、例えば現代人の安静時における平均脈拍数６５回／分を模擬した値（６０／６５≒０．９２ｓｅｃ）とすればよいが、この値に限定されず、年齢・性別・健康状態等に応じた値に適宜設定することができる。また、血液の圧力差ΔＰは、流路２６を流れる血液の速度が０．１〜３０ｍｍ／ｓｅｃの範囲内となるよう制御される。これは主にＴＶカメラ３の撮影能力に依存する条件であり、例えばＴＶカメラ３がフレームレート１０００ｆｐｓ以上の高速カメラであれば、血液の速度が１０〜３０ｍｍ／ｓｅｃであってもよい。
【００３２】
また、このように周期的に変化する圧力差ΔＰは、加圧ポンプ１５及び／又は減圧ポンプ１６によってチップ上流圧力Ｐ１及び／又はチップ下流圧力Ｐ２を加圧及び／又は減圧することで生じさせてもよい。更には、これら加圧ポンプ１５及び／又は減圧ポンプ１６の駆動と、上記した流路壁部分２６ａ間の距離ｗの変動とを組み合わせてもよい。ｗの値としては、赤血球の血球径（約８μｍ）より小さい値であればよく、最も小さい値は、血管が詰まった状態を示す、ｗ＝０である。
【００３３】
なお、圧力差ΔＰの周期は、所定の値に限定されず、図５（ｂ）に示すように、変動的な周期Ｔ´としてもよい。この図は時間の経過とともに短くなる周期を示しているが、例えば時間の経過とともに長くなる周期でもよいし、ランダムに変化する周期でもよい。
【００３４】
次に、パソコン７が撮影画像を画像処理することによって血液特性を算出した後、算出結果や撮影画像そのものをディスプレイ８に表示させる。
【００３５】
以上のように、本実施の形態における血液特性解析システム１によれば、流路２６の上流側と下流側とにおける血液の圧力差ΔＰを所定の周期Ｔ又は変動的な周期Ｔ’で変化させることができるので、生体内の血管の脈動を模擬して血液特性の計測を行うことができる。したがって、流路を通過する血液に付与される圧力差が一定であった従来の計測に比べ、生体内に近い状態での血液特性の計測を行うことができる。
【００３６】
なお、上記実施の形態においては、圧力差ΔＰを付与することで流路２６に血液を通過させているが、当該流路２６を通過させる血液の量が制御可能であれば、血液に圧力差ΔＰを付与しなくとも、例えば電気泳動を利用した方法を用いてもよい。
【００３７】
また、その他の点についても、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、適宜変更可能であるのは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明に係る血液特性解析システムの全体構成を示すブロック図である。
【図２】マイクロチップを示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は分解側面図、（ｃ）は（ａ）の部分拡大図である。
【図３】マイクロチップの流路を説明するための図であり、上側の図は平面図、下側の図は側面図である。
【図４】マイクロチップの流路の可動部を説明するための図である。
【図５】流路の上流側と下流側とにおける血液の圧力差を示す図であり、（ａ）は所定の周期で変化している図であり、（ｂ）変動的な周期で変化している図である。
【符号の説明】
【００３９】
１      血液特性解析システム
２      マイクロチップ
３      ＴＶカメラ（撮影手段）
９      血流制御部（圧力制御手段）
２６    流路
７０    演算処理部（解析手段）
Ａ      入口領域
Ｂ      内部領域
Ｃ      出口領域
Ｔ、Ｔ’  周期
ΔＰ    圧力差
【図１】
2010066041.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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