JP6415775B1 - 血液凝固時間測定用カートリッジ及び血液凝固時間測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】血液を効果的に撹拌させてより短時間で凝固時間が計測できる血液凝固時間測定用カートリッジ、及びこの血液凝固時間測定用カートリッジを使用する血液凝固時間測定装置を提供する。
【解決手段】本発明の血液凝固時間測定用カートリッジは、測定流路４の一端側に設けられ、測定流路４に血液を導入する注入口５と、測定流路４の他端側に設けられ、測定流路４の空気又は注入口５から測定流路４に導入された血液を吸引又は加圧可能な連通口８と、測定流路４の所定部分に対して光を透過させることが可能であって、連通口８から測定流路４の空気又は血液を吸引又は加圧するに伴って測定流路４で往復運動する血液が所定部分において存在するか否かが光によって検出される検出エリア２５、２６と、を備え、測定流路４は、少なくとも一部に螺旋状流路２１を有する。
【選択図】図４

Description

本発明は、血液が凝固するまでの時間を計測する際に使用する血液凝固時間測定用カートリッジ、及びこの血液凝固時間測定用カートリッジを使用する血液凝固時間測定装置に関する。

透析や循環器系の手術で行う人工心肺などの体外循環を行う場合、或いは心臓カテーテルの処置を行う場合にあっては、血液の凝固を防ぐために、例えばヘパリンなどの抗凝固剤が使用されている。このような抗凝固剤は、投与量が不足すると体外循環路が閉塞してしまうことがあり、また投与量が過剰であると止血が困難になるため、適切な量で使用することが重要である。従来、このような場合においては、例えば血液に凝固促進剤を混ぜることによって血液の凝固を促進させるとともに、血液が所定の割合で凝固したと判断される時間（血液の凝固時間）を計測することによって、凝固促進剤の投与量や投与する時期を判断する手法が取り入れられており、そのための技術として様々なものが提案されている。

例えば特許文献１には、直線状に延在するとともに途中に狭窄部分を設けた毛細管を備える測定用カートリッジと、空気ポンプを備える測定装置とからなり、カートリッジを測定装置にセットすることによって空気ポンプをそれぞれの毛細管に接続させ、毛細管に投入した血液を空気ポンプで往復運動させることによって狭窄部分で凝固を促進させ、この往復運動に要する時間の変化から血液の凝固時間を計測する技術が示されている。

米国特許第５３７２９４６号明細書

ところで、血液の凝固を早めてより短時間で且つ正確に凝固時間を計測するには、血液を効果的に撹拌させることが望ましい。ここで特許文献１のカートリッジでは、血液を往復運動させて流れの向きを切り替えるとともに、狭窄部分を通過させて流れの速度等を変化させることによって血液を撹拌しているが、更に効果的に且つ確実に血液を撹拌させて、より短時間で且つ正確に血液の凝固時間が計測できるカートリッジが求められている。

本発明はこのような問題点を解決することを課題とするものであり、血液を効果的に撹拌させてより短時間で且つ正確に凝固時間が計測できる血液凝固時間測定用カートリッジ、及びこの血液凝固時間測定用カートリッジを使用する血液凝固時間測定装置を提供することを目的とする。

本発明は、血液が収容される測定流路と、前記測定流路の一端側に設けられ、該測定流路に血液を導入する注入口と、前記測定流路の他端側に設けられ、前記測定流路の空気又は前記注入口から該測定流路に導入された血液を吸引又は加圧可能な連通口と、前記測定流路の所定部分に対して光を透過させることが可能であって、前記連通口から該測定流路の空気又は血液を吸引又は加圧するに伴って該測定流路で往復運動する前記血液が該所定部分において存在するか否かが光によって検出される検出エリアと、を備え、前記測定流路は、少なくとも一部に螺旋状流路を有し、前記螺旋状流路は、前記注入口と前記連通口とをつなぐ溝部の壁面と、該溝部に収容されるとともに表面において螺旋状に周回する螺旋状溝部を有する軸状部材の外周面との間で画定されるものであり、前記溝部は、該溝部の壁面から突出して前記測定流路を狭めた狭窄部を形成するとともに前記軸状部材を間に挟んで前記検出エリアの近傍に位置する一対の凸部を有する血液凝固時間測定用カートリッジである。

また本発明は、上述した血液凝固時間測定用カートリッジをセットする血液凝固時間測定装置であって、前記検出エリアに対応する位置に設けられ、光によって前記血液を検出可能な検出手段を備えるものでもある。

本発明の血液凝固時間測定用カートリッジにおいて、血液が収容される測定流路は、少なくとも一部に螺旋状流路を有するものである。すなわち、螺旋状流路を通過させることで血液を効果的に且つ確実に撹拌させることができるため、血液の凝固時間をより短い時間で且つ正確に計測することができる。また螺旋状流路によって、カートリッジの長手方向の長さは変えることなく測定流路の流路長を長くすることができる効果も得られる（測定流路の流路長はそのままでカートリッジの長手方向の長さを短くできる効果が得られるようにしてもよいし、両効果を組み合わせてもよい）。

螺旋状流路は種々の構成で形成することが可能であるが、注入口と前記連通口とをつなぐ溝部と、この溝部に収容されるとともに表面において螺旋状に周回する螺旋状溝部を有する軸状部材と、を備え、溝部の壁面と軸状部材の外周面との間で螺旋状流路が画定されるようにする場合は、より簡易に且つ安価に構成することができる。また、血液の凝固を検出するには、凝固し始めて粘度が上がった血液が通りにくくなるように、螺旋状流路の通路の高さ及び幅はできるだけ狭めることが好ましく、このように軸状部材を溝部に配置する構成を採用することによって、旋状流路の通路高さ及び幅を高い寸法精度で狭めることができるため、血液の凝固時間の計測をより早く且つ安定的に行うことができる。

また溝部に、この溝部の壁面から突出し、軸状部材を間に挟むとともに検出エリアの近傍に位置する一対の凸部を設ける場合は、軸状部材を所定の位置に収めることができるとともに、凸部によって測定流路が狭められた部分（狭窄部）では、粘度が上がった血液は通りにくくなるため、検出エリアにおいて血液の有無を安定的に検出することができる。そして凸部の少なくとも一つに、軸状部材に面する側と反対側において傾斜面を設ける場合は、血液が狭窄部を通過する際、気泡を巻き込みにくくなるため、気泡による誤検知が抑制されて、検出エリアで血液の有無を検出する精度をより安定させることができる。

本発明に従う血液凝固時間測定用カートリッジの一実施形態を示す斜視図である。 図１に示す血液凝固時間測定用カートリッジに関し、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は正面図であり、（ｃ）は右側面図である。 図１に示す血液凝固時間測定用カートリッジに関し、（ａ）は、図２（ａ）に示すＡ−Ａに沿う断面図であり、（ｂ）は底面図である。 （ａ）は図３におけるＢ部の部分拡大断面図であり、（ｂ）は図３におけるＣ部の部分拡大断面図である。

以下、添付図面を参照しながら本発明に従う血液凝固時間測定用カートリッジ（以下、「カートリッジ」と称する）の一実施形態について説明する。

本実施形態のカートリッジは、全体として扁平状になるベース１と、ベース１の底面側でベース１に固着される薄板状の閉塞板２を備えている。

ベース１は、無色透明の合成樹脂で形成されている。なお合成樹脂に限られず、ガラス等で形成してもよい。また無色透明に限られず、少なくとも後述する検出エリアで光が透過する有色透明であってもよい。また検出エリア以外は透明でなくてもよい。また閉塞板２は、無色透明の合成樹脂（薄いシート）で形成されているが、ベース１と同様に、本発明の機能を満たす限りにおいて種々の素材や色で形成することが可能である。またベース１と閉塞板２との結合は、粘着性のもので貼着させても良いし、例えば超音波を使って溶着させてもよい。

ベース１の底面には、図３に示すように断面積に対して長く延在する溝部３が設けられていて、溝部３と閉塞板２との間には、後述するように血液が収容される測定流路４が形成されている。

そして測定流路４の一端側には、血液を導入可能な注入口５が設けられている。注入口５は、外周面が円柱状をなすとともに内周面が円錐状に設けられた開口部６とつながっている。また開口部６の径方向外側には、円環状をなす余剰血液受け部７が設けられている。

また測定流路４の他端側には、連通口８が設けられている。連通口８は、後述するダイヤフラムへの押し込み量を変えることによって、測定流路４内の空気や注入口５から測定流路４に導入された血液を、吸引又は加圧することが可能である。

そして測定流路４の中央部分には、底面側に突出するようにして設けられた一対の凸部（一端側凸部９と他端側凸部１０）が設けられていて、これらによって、図４（ａ）の拡大図に示すように測定流路４を狭めた狭窄部（一端側狭窄部１１、他端側狭窄部１２）を形成している。また一端側凸部９において、他端側凸部１０が位置する側と反対側には、傾斜面（一端側傾斜面１３）が設けられている。同様に、他端側凸部１０において、一端側凸部９が位置する側と反対側には、傾斜面（他端側傾斜面１４）が設けられている。

ベース１は、上述した開口部６や余剰血液受け部７の反対側において、全体的に円筒状になる筒状壁１５を備えている（図３（ａ）参照）。筒状壁１５の内周面は、底面側が小径であって、拡径する部位を挟んで天面側が大径になる形状をなしている。そして筒状壁１５の内側空間は、底面側において連通口８と接続している。なお本実施形態では、筒状壁１５の内側空間全体を空気室１６と称する。

筒状壁１５の天面側には、空気室１６を閉鎖するダイヤフラム１７が設けられている。ダイヤフラム１７は、例えば厚みが薄く弾性を有するゴムなどで形成されている。また筒状壁１５の径方向外側には、筒状壁１５を挿通させて筒状壁１５に嵌合保持されるとともに、筒状壁１５との間でダイヤフラム１７を挟持する環状のホルダー１８が設けられている。ここで、ダイヤフラム１７を底面側に向けて押し込むと、空気室１６の容積が小さくなるため、空気室１６を加圧することができる。また初期状態においてダイヤフラム１７を底面側に向けて押し込んでおけば、押し込みを緩めることによって空気室１６の容積が大きくなるため、空気室１６を減圧することができる。なお、ダイヤフラム１７を天面側に向けて引き上げることによって、空気室１６を減圧してもよい。

そして溝部３の内側において、一端側凸部９と他端側凸部１０の間には、軸状部材１９が収容されている。軸状部材１９の外径は、測定流路４の内径と略同じか若干小さい程度であり、また軸状部材１９の全長は、一端側凸部９から他端側凸部１０に至る間隔と略同じか若干小さい程度である。このため軸状部材１９は、溝部３で殆ど移動することはない。そして軸状部材１９の表面には、図４（ａ）の部分拡大図に示すように、螺旋状に周回する螺旋状溝部２０が設けられている。これにより、溝部３及び閉塞板２の壁面と軸状部材１９の外周面との間には、螺旋状流路２１が形成される。ここで本実施形態の軸状部材１９は、雄ねじ（例えばＭ１の雄ねじ）を利用して形成されている。このため軸状部材１９を安価に形成することができる。

ところで、螺旋状流路２１を含む測定流路４において、これらの流路を画定する溝部３の壁面には、血液の凝固を促進させる凝固促進剤が塗布されている。なお凝固促進剤は、測定流路４に面する閉塞板２の壁面に塗布してもよいし、軸状部材１９の外周面に塗布してもよい。

またベース１の天面には、図１、図２に示すように、ベース１の外縁部に位置するとともにホルダー１８を取り囲んで平面視においてコ字状をなす外縁壁２２が設けられている。また、外縁壁２２の幅方向内側には、一対の内側側壁２３が設けられている。更に、余剰血液受け部７とホルダー１８の間には、一対の内側側壁２３をつなぐ板状部（遮蔽部）２４が設けられている。

またベース１と閉塞板２は、測定流路４の所定部分に対して光を透過可能な検出エリアを備えている。本実施形態においては、図３（ａ）に示すように、一端側凸部９の近傍であって注入口５側に位置する一端側検出エリア２５と、他端側凸部１０の近傍であって連通口８側に位置する他端側検出エリア２６とを備えている。なお、一端側検出エリア２５は、遮蔽部２４に対して他端側検出エリア２６寄りに位置している。

このような構成になる本実施形態のカートリッジは、図示を省略する血液凝固時間測定装置（以下、「測定装置」と称する）にセットして血液の凝固時間を測定することが可能である。具体的には、長く延在するカートリッジのダイヤフラム１７が位置する側を測定装置に差し込んで、カートリッジを測定装置にセットする。なお、この状態においては、開口部６は測定装置の外側に位置している。また測定装置には、図３（ａ）に示すように、ダイヤフラム１７を所定の移動量で押し込むことが可能な押圧手段Ｓ１と、光によって血液の有無を検出可能な検出手段が設けられている。本実施形態における検出手段は、一端側検出エリア２５においては測定流路４を挟むように設けられる一端側光源Ｓ２及び一端側受光センサＳ３で構成されていて、他端側検出エリア２６においては、他端側光源Ｓ４及び他端側受光センサＳ５で構成されている。ここで、一端側光源Ｓ２及び他端側光源Ｓ４は赤外線を照射するものであって、一端側受光センサＳ３及び他端側受光センサＳ５は、照射された赤外線を受光するものである。ここで本実施形態の一端側受光センサＳ３及び他端側受光センサＳ５は、照射された赤外線の透過具合によって血液の有無を検知することができるように閾値が最適化されている。なお、一端側光源Ｓ２、一端側受光センサＳ３、他端側光源Ｓ４及び他端側受光センサＳ５の位置は、図示した例とは逆にして、一端側光源Ｓ２と他端側光源Ｓ４をカートリッジの底面側に設け、一端側受光センサＳ３と他端側受光センサＳ５をカートリッジの天面側に設けてもよい。また、このような透過型センサに替えて、反射型センサを使用してもよい。

そして、カートリッジを測定装置にセットした後は、測定する血液を分注器などで開口部６の内側に注入する。なお、血液を注入するに際しては、予め押圧手段Ｓ１でダイヤフラム１７を押し込んで空気室１６の容積を減らしておくこととする。ここで、血液の注入量は開口部６からこぼれない程度で十分であるが、血液を多く注入した場合でも、開口部６の径方向外側には余剰血液受け部７が設けられているため、開口部６からこぼれた血液を余剰血液受け部７内に貯めることができる。更に、余剰血液受け部７の外側には、遮蔽部２４が設けられているため、余剰血液受け部７を超えて血液が溢れることがあっても、一端側検出エリア２５や他端側検出エリア２６に流れ込むことはない。

その後は、押し込んだ押圧手段Ｓ１を引き戻すことによって空気室１６が減圧されるため、連通口８から測定流路４の空気を吸引して、開口部６に注入された血液を測定流路４内に引込むことができる。なお、この状態においては、螺旋状流路２１を通過させて他端側狭窄部１２を超えるまで血液を引込むものとする。他端側狭窄部１２を超えるまで血液が引込まれたか否かは、他端側受光センサＳ５によって血液を検出したか否かによって判断することができる。なお、押圧手段Ｓ１の引き戻し量と引込まれる血液の量には相関性があるため、押圧手段Ｓ１の引き戻し量に基づいて判断するようにしてもよい。また、一端側受光センサＳ３によって血液を検出した時点を押圧手段Ｓ１の引き戻し量の基準とし、そこからの引き戻し量に基づいて他端側狭窄部１２を越えるまで血液を引込むようにしてもよい。

しかる後は、押圧手段Ｓ１を再び押し込むことによって空気室１６を加圧して、測定流路４の血液を一端側狭窄部１１に向けて移動させる。これにより、他端側狭窄部１２に向けて螺旋状流路２１を通過させた血液を、逆向きに移動させることができる。

このようにして押圧手段Ｓ１の押し込みと引戻しを繰り返すことによって、空気室１６を加圧又は減圧することができるため、測定流路４の空気や血液は連通口８を通して加圧又は吸引され、それに伴い、血液を往復運動させることができる。すなわち、流れの向きが切り替わるため、血液を撹拌させることができる。また血液は、一端側狭窄部１１や他端側狭窄部１２を通過する際に流れの速度等が変化するため、この点でも効果的に撹拌される。更に本実施形態においては、螺旋状流路２１を通過させているため、血液をより一層効果的に撹拌させることができる。このようにして血液を撹拌させることによって、溝部３の壁面等に塗布された凝固促進剤を効率的且つ安定的に血液に溶解させることができる。

そして、血液が撹拌されて凝固促進剤が溶解すると、血液の粘度は上がっていき、一端側狭窄部１１や他端側狭窄部１２、螺旋状流路２１などでは血液の流れが悪くなる。すなわち、押圧手段Ｓ１の押し込みや引戻しのタイミングは変わらなくても、血液が凝固していない状態での一端側受光センサＳ３及び他端側受光センサＳ５で検知する血液の往復運動の周期と、血液の流れが悪くなったときに一端側受光センサＳ３等で検知される往復運動の周期は変わることになるため、この往復運動に要する時間の変化に基づいて、血液の凝固時間を算出することができる。

なお、血液が一端側狭窄部１１や他端側狭窄部１２を通過する際、流れの速度等が急激に変化すると、測定流路４の空気を巻き込んで空気の泡ができることがあり、この泡によって一端側受光センサＳ３及び他端側受光センサＳ５での血液の検知に影響が及ぶおそれがある。一方、本実施形態においては、一端側傾斜面１３と他端側傾斜面１４を設けることによって流れの速度等が徐々に変化するようにしている。このため、空気の泡が生じにくくなるため、血液の有無を検出する精度をより安定させることができる。

以上、本発明に従うカートリッジ、及び測定装置について具体的な実施形態を示しながら説明したが、本発明に従うカートリッジは、上述した実施形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に従う範疇で種々の変更を加えたものも含まれる。例えば本実施形態における螺旋状流路２１は、ベース１に設けた溝部３と、この溝部３に収容される軸状部材１９によって構成したが、ベース１に螺旋状の溝を形成したものでもよい。またダイヤフラム１７の固定方法も種々の手法が採用可能であり、例えば接着剤等を使用してベース１に固着させてもよい。また検出エリアは、一端側及び他端側の何れか一方のみでもよいし、３箇所以上設けてもよい。更に、図３に示すように本実施形態では、注入口５と軸状部材１９の間に一端側検出エリア２５を設け、連通口８と軸状部材１９の間に他端側検出エリア２６を設けたが、両検出エリアは、ともに注入口５と軸状部材１９の間に設けてもよいし、ともに連通口８と軸状部材１９の間に設けてもよい。

１：ベース
２：閉塞板
３：溝部
４：測定流路
５：注入口
６：開口部
７：余剰血液受け部
８：連通口
９：一端側凸部
１０：他端側凸部
１１：一端側狭窄部
１２：他端側狭窄部
１３：一端側傾斜面
１４：他端側傾斜面
１５：筒状壁
１６：空気室
１７：ダイヤフラム
１８：ホルダー
１９：軸状部材
２０：螺旋状溝部
２１：螺旋状流路
２２：外縁壁
２３：内側側壁
２４：遮蔽部
２５：一端側検出エリア
２６：他端側検出エリア

Claims (2)

1. 血液が収容される測定流路と、
   前記測定流路の一端側に設けられ、該測定流路に血液を導入する注入口と、
   前記測定流路の他端側に設けられ、前記測定流路の空気又は前記注入口から該測定流路に導入された血液を吸引又は加圧可能な連通口と、
   前記測定流路の所定部分に対して光を透過させることが可能であって、前記連通口から該測定流路の空気又は血液を吸引又は加圧するに伴って該測定流路で往復運動する前記血液が該所定部分において存在するか否かが光によって検出される検出エリアと、を備え、
   前記測定流路は、少なくとも一部に螺旋状流路を有し、
   前記螺旋状流路は、前記注入口と前記連通口とをつなぐ溝部の壁面と、該溝部に収容されるとともに表面において螺旋状に周回する螺旋状溝部を有する軸状部材の外周面との間で画定されるものであり、
   前記溝部は、該溝部の壁面から突出して前記測定流路を狭めた狭窄部を形成するとともに前記軸状部材を間に挟んで前記検出エリアの近傍に位置する一対の凸部を有する血液凝固時間測定用カートリッジ。
2. 請求項１に記載の血液凝固時間測定用カートリッジをセットする血液凝固時間測定装置であって、
   前記検出エリアに対応する位置に設けられ、光によって前記血液を検出可能な検出手段を備える血液凝固時間測定装置。

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