JPH01229940A

JPH01229940A - 光分析用キュベット

Info

Publication number: JPH01229940A
Application number: JP18296088A
Authority: JP
Inventors: Takuo Aoyanagi; 青柳　卓雄; Katsuyuki Miyasaka; 勝之宮坂
Original assignee: Nippon Koden Corp
Current assignee: Nippon Koden Corp
Priority date: 1987-11-19
Filing date: 1988-07-22
Publication date: 1989-09-13

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［発明の目的］（産業上の利用分野）本発明は、光源部から照射された光を試料を介して受光
部で受けとり、その透過光の強さに応じた前記受光部の
出力により前記試料の光分析を行なう分析装置に用いら
れる光分析用キュベツトに関する。詳しくは、上記分析
装置は例えばパルスオキシメータのように試料の内圧か
脈動することを利用し、試料層の厚さの変化に応じた透
過光量の変化から光学的分析を行なう装置であり、ある
いは、内圧が脈動しない試料において試Ｎ槽の厚さを変
えることでその透過光量を変化させ、その試料の透過光
量の変化から光学的分析を行なう装置である。

（従来の技術〉パルスオキシメータは、生体組織に相異なる複数個の波
長の光を照射し、その動脈血の血液層の厚さが脈動によ
り変化することにより変化する各波長の透過光の弓を測
定し、これらから動脈血の酸素飽和度を求めるものであ
る。このようなパルスオキシメータの校正は、実際に用
いる上で是非必要なことである。その校正は、例えば生
産者がその生産するパルスオキシメータの性能を評価す
るために必要であり、使用者が使用前に精度を確認する
為に必要であり、また故障、修理の際に　　′必要であ
る。このパルスオキシメータの校正は、パルスオキシメ
ータを生体に適用して得られた測定値と、その生体の動
脈血を採取して求めた値とを比較することにより行なう
ことができる。しかし、上記のように校正が必要となる
場合が多くおり、任意の場所、時、に任意の回数行なう
必要があり、また、充分広い範囲の酸素飽和度値におい
て行なう必要がおるため、このような校正方法では不便
である。これに代えて、光透過性の平行２平板を壁部の
一部とする試料槽に血液を入れ、弾ｉ生部月を使用して
上記２平板間の距離が血液内圧の脈動によって変化する
ようにしたキュベツトを用いることができる。

しかし、校正すべき装置のプローブをそのようなキュベ
ツトに直接装着すると、試料層を脈動させたときに、発
光部と受光部との間の位置関係が変動するため、測定上
の誤差が生じる。例えば、発光部、受光部間の光軸の周
期的なずれ、また、夫々の平板に装置された発光部、受
光部の装着位置の周期的なずれが生じ、このため種々の
誤差が生じてくる。

一方、一般に試料の成分の光学的分析においては、２枚
の透明平板を有する試料槽に試料を入れ、これら透明平
板とその間に介在する試料に光を透過させ、その減光度
を測定することにより試料の分析を行っている。この種
の従来の一般的方法では、２平板間の距離は予め正しく
測定されていることが必要であり、また、２平板に光吸
収がある場合にはそれを補正することが必要である。し
かし、パルスオキシメータの原理で試料の分析を行なう
ならば、２平板間の距離は必ずしも正しく測定しなくと
もよく、また２平板自身が減光特性を持つものでも良い
のである。ところがこの方法で分析を行なう場合、用い
られるキュベツトに適当なものがなかった。

（発明が解決しようとする問題点）従来のキュベツトを用いた光学的分析では、キュベツト
に分析装置のプローブが装着されたとき、その光源部と
受光部との間の距離及び相互の位置関係が変化するため
受光部の出力が正しい測定値とならず、分析結果に大き
な誤差が生じていた。本発明はこのような問題に鑑みな
されたもので、正しく光学的分析が行える光分析用キュ
ベツトを提供することを目的とする。

［発明の構成］（問題点を解決するための手段）そこで本出願の第１の発明では、試料を収容し、相互に
対向する所定の２箇所の壁部は光透過性を有する光透過
部とされ、かつ前記試料の出入口となる開口部が設けら
れた試料槽と、前記光源部と前記受光部との間を所定の
距離に保って夫々を支持すると共に前記光源部及び前記
受光部の間にそれらと前記２つの光透過部が対向する状
態として前記試料槽を支持する支持手段とを具備し、前
記試料槽は所定の力を与えられると前記２つの光透過部
の少なくとも一方がその隣接する前記光源部又は前記受
光部に対し接近又は離間する方向に移動するようにされ
ている構成とした。

また、本出願の第２の発明では、上記第１の発明の構成
に、前記光源部又は前記受光部と、移動する前記光透過
部との間に配置されるコリメータを加えた構成とした。

ここに、コリメータとは、平行光のみを通し、それ以外
の光を遮断する様にした導光路であって、具体的には、
光吸収性物質で作られた細長い管路、あるいは光ファイ
バなどで構成されるものである。

更に、本出願の第３の発明では、上記第１の発明の構成
に、前記光源部と前記試料槽との間、又は、前記受光部
と前記試料槽との間に設けられるマスクを加えた構成と
した。

更に、本出願の第４の発明では、上記第１の発明の構成
に、前記試料を所定の温度に保つ試料温度保持手段を加
えた構成とした。

更に、本出願の第５の発明では、上記第１の発明におい
て、移動しない側の光透過部を光散乱性のものとした。

（作用）第１の発明において、本キュベツトに装着されるプロー
ブの光源部、受光部は、支持手段によってその間が一定
に保たれるように支持される。

このため外部から与えられる所定の力により光透過部が
移動しても光源部、受光部はその間の距離は一定でおり
、またそれらの装着位置がずれることもない。

第２の発明において、第１の発明の作用の他に次のよう
な作用が得られる。光が散乱性である場合、コリメータ
に接する光源部に対して光透過部が移動するとこの間に
コリメータが無ければ光透過部に当たる単位面積当りの
光の強さが変化する。

しかし、本発明では光源部と光透過部の間にコリメータ
が設けられているのでその単位面積当りの光の強さがそ
の移動による影響をうけることはない。同様に、コリメ
ータに接する受光部に対して光透過部が移動してもその
間にコリメータが設けられているので受光部が受ける単
位面積当りの光の強さは、その移動による影響をうけな
い。

第３の発明において、第１の発明の作用の他に、マスク
が光源部から照射された直後の光または受光部が受けと
る直前の光のうちから測定に都合の良い光のみを選択す
るという作用が得られる。

第４の発明において、キュベラ１〜内の試料は所定の温
度に保たれる。このため光学的分析装置の校正を正確に
行なうことができる。

第５の発明において、移動しない側の光透過部を透過し
た光は散乱光となる。

（実施例）第２図は本発明のキュベツトの概念を示す斜視図であり
、第１図は第２図に示すＡ−Ａ線断面図であり、第３図
は本発明のキュベツトの分解斜視図でおる。

これらの図に示すように、本キュベツトは複数の板状部
月をネジで固着して成るものである。図中１は１１１１
体板、２はマスク、３はスペーサ、４は弾性板、５はス
ペーサ、６はコリメータ、７は剛体板を夫々示す。これ
らは上記の順序に配置され、ネジ８とナツト９により密
接に重ねられた状態で固着される。

剛体板１には２つの穴部が設けられており、これらの穴
部に夫々管１０．１１が嵌合する状態で植設されている
。剛体板１は光透過性かつ光散乱性であり、材質はアク
リル樹脂が用いられている。管１０、１１もアクリル樹
脂である。

マスク２は、その中央部と上記剛体板１の２つの穴部に
夫々対応する位置に穴部２ａ、　２ｂが設けられている
。マスク２は剛体板１の裏面側に光遮断性のペイントを
塗布したものでも良い。

スペーサ３は試料槽となるべきもので、中央部から長手
方向にかけて穴部３ａが設けられている。

材質は合成ゴムである。

弾性板４は弾性を有する部材のフィルム状のもので、材
質はプラスチックである。

スペーサ５は弾性板４のたわみに必要な空間を確保する
ためのものであり、そのための穴部５ａが設けられてい
る。

コリメータ６は光吸収性の板状の部材に穴部６ａを設け
たものである。材質はアクリル樹脂である。

剛体板７は剛体板１と同様に光透過性かつ光散乱性であ
る。材質はアクリル樹脂でおる。

このように構成されたＨｔｌにおいて、剛体板１、マス
ク２、スペーサ３、及び弾性板４が試料槽１５を形成し
、剛体板１の中央部及びこの中央部に対向する弾性板４
の部分が夫々試料槽１５の光透過部１６、１７になる。

また、管１０．１１の通路が夫々試料の出入口となる開
口部１８．１９である。尚、支持手段は剛体板１及び剛
体板７と、これら両者間の距離を一定に保つための手段
及び試料槽１５を支持する手段から成るので、ここで用
いられている部材のうち管１０．１１を除いた全てによ
って構成されるものである。

また、第２図に示すように切欠部２１を有する構成とし
たのは、このキュベツトにプローブを装着した場合に、
その発光部、受光部を夫々剛体板１．７の中央部に位置
させるのを容易とするためであり、かつ、このキュベツ
トから試料が漏れないように各板状の部材の接触面積を
大きくとるためである。

次にこのように構成されたキュベツトの作用を使用方法
と共に説明する。このキュベツトを使用する場合には、
操作者はまず管ｉｏ、　１ｉに対し、第４図に示すよう
に開閉コック２２．２３を介して管２４゜２５を取付け
、更に管２５には開閉コック２６を介して管２７を取付
ける。そしてキュベツト３０を垂直方向に立てた状態で
固定する。このようにキュベツト３０を垂直方向に立て
るのは、試料槽１５の内部の空気を除去し易いからであ
る。次に操作者は分析装置のプローブを第２図に示した
切欠部２１に嵌合ざぜ、そのプローブの発光部３１を剛
体板１の中央部、すなわち光透過部１６に装着し、その
プローブの受光部３２を上記光透過部１６に対向する剛
体板７の中央部に装着する。このようにプローブをキュ
ベツト３０に装着すると、発光部３１から照射される光
は、第１図の矢印Ｘに示すように、剛体板１、マスク２
の穴部２ａ、スペーサ３の穴部３ａ、弾性板４、スペー
サ５の穴部５ａ、コリメータ６の穴部６ａ及び剛体板７
を経て受光部３２に達する。

操作者は、第４図に示した開閉コック２２．２３゜２６
を全て開として試料をキュベツト３０に注入する。

そして第１図に示した試料槽１５に試料が充填されると
開閉コック２２と開閉コック２６を閉とする。開閉コッ
ク２３は開となっている。管２５は弾力性を有する材質
のものが用いられており、操作者はこの管２５を指先で
摘み圧迫する。このとき試料槽１５は密閉された状態で
試料を圧迫されるから弾性板４は試料の圧力によりスペ
ーサ５の穴部５ａ側に撓む状態となる。そして操作者が
この圧迫を解除すると、弾性板４はその弾力によりもと
の状態となる。

このような操作をくり返し行うならば、弾性板４が変動
し、試料槽１５の厚さはあたかも脈動する動脈血による
如く変動する。この変動の間に受光部３２に達した光は
そこで光電変換され電気信号とされ、その信号は分析装
置に至る。そして分析装置は試料の分析結果を表示する
。

ここで、パルスオキシメータの校正のためにキュベツト
を用いる場合について述べるならば、キュベツト３０の
中の血液の酸素飽和度は例えばＣＯオキシメータ等によ
ってその値が正しく測定できるから、操作者はパルスオ
キシメータが表示する値とそのキュベツト３０の血液の
酸素飽和度との関係を求めることにより、その校正を行
なうことができる。

本実施例によれば、剛体板１，７のいずれにも光散乱性
のものを用いているので、夫々に装着される発光部３１
、受光部３２の位置が測定中に多少ずれてもそのずれに
よる影響を少なくすることができる。

また本実施例によれば、弾性板４と剛体板７との間にコ
リメータ６が配置されている。本実施例では発光部３１
が取付けられる剛体板１が光散乱性であるから試料槽１
５の入射光は散乱光であり、また試料槽１５の透過光も
散乱光である。弾性板４を透過した光はコリメータ６、
剛体板７を経て受光部３２の受光面に至るが、ここでコ
リメータ６が無いとすると、受光面にあける光量は正確
に試料槽１５の厚さに応じた変化を示さなくなる。なぜ
ならば、散乱光は距離と共に減衰するので散乱光の発生
源即ち弾性板４と、受光面との距離の変動の影響を受け
て受光する散乱光の量に誤差を生ずるのでおる。コリメ
ータ６はこの誤差を補正するために設けられたものでお
る。すなわち、弾性板４を透過した光はコリメータ６に
よって平行光のみ取り出され、剛体板７を介して受光部
３２に至る。このようにすれば、弾性板４の透過光が散
乱光であっても、受光部３２は試料槽１５の試料の厚さ
に応じた光量を正確に受は取ることができる。

また、本実施例では剛体板１とスペーサ３との間にマス
ク２を設けている。このマスク２は、入射光が本キュベ
ツトの中央部を通過するように設けたもので、このマス
ク２により、弾性板４の撓みは中央で大きく、周辺にお
いて少ないがそのような不均一の影響を避け、中央部の
みを測定の対象とすることを可能ならしめる。

第５図は、本発明の他の実施例の分解図である。

この図に示すように本キュベツトはその構成が上記第１
の実施例と同じでおる。しかし、本キュベツトは剛体板
７側に発光部が取付けられ、剛体板１側に受光部が取付
けられるものである。従って発光部から照射された光は
、第５図の矢印Ｙに示すように、剛体板７、コリメータ
６、スペーサ５、弾性板４、スペーサ３、マスク２及び
剛体板１を経て受光部に至る。本実施例の場合、弾性板
４に入射する前の光がコリメータ６により平行光のみと
される。このようにすれば、弾性板４が変動してもその
弾性板４に当る光量は一定となる。尚、この実施例では
、マスク２は剛体板１の中央部を通る光のみが受光部に
至るようにするものである。

このキュベツトも試料槽の中に試料を充填し、この試料
の内圧を変化させて弾性板４を変動させ、試料槽の厚さ
を変化させるものである。

第６図に示す実施例は弾性板４を、この弾性板４に取付
けられた把手４０によって変位させるようにしたもので
おる。この実施例において、第１図に示したものと同一
の構成要素には同一の番号を付してその説明は省略する
。この把手４０はコの字型に形成された棒状の部材から
成り、その両端部は弾性板４に固着されている。そして
弾性板４に対し直角方向となっている部分は、コリメー
タ６及び剛体板７に穿設された２つの穴部旧を挿通され
た状態となっている。把手４０の弾性板４と平行となっ
ている部分にはツマミ４２が設けられている。

本実施例を用いるには、まず試料槽１５に試料を充填す
る。この場合も第４図に示した如く管１０．１１にコッ
ク、菅笠接続して垂直方向に立てて用いると試料槽１５
内の空気を完全に追放できる。ただしこの場合試料槽１
５は管１０、または管１１を介して外部に開放された状
態として用いる。そして操作者は把手４０のツマミ４２
を持って把手４０を弾性板４に対し直角方向に変動させ
ると弾性板４もこれに応じて変動する。このとき、試料
槽１５の厚さは変化し、試料の内圧による変化と同じ変
化をする。

第７図に示す実施例は、第１図に示した実施例における
弾性板４の代わりにピストン５０を設けている。このピ
ストン５０は光透過性でありかつ光散乱性である。この
実施例において、第１図に示したものと同一の構成要素
には同一番号を付してその説明は省略する。そして第１
図の実施例のスペーサ５の穴部５ａはシリンダ５１とさ
れている。そしてピストン５０はこのシリンダ５１内を
移動するようにされている。ピストン５０は、第６図に
示したものと同様の把手４０が、コリメータ６及び剛体
７に穿設された２つの穴部４１を挿通された状態で取付
Ｃブられている。このような構造としても、第６図に示
した実施例と同様の作用、効果が得られる。

尚、パルスオキシメータなど、生体の動脈血にもとづく
透過光の脈動を利用して血液中の光吸収物質の測定を行
なう装置の校正を行なうためには、試料槽内の血液には
高Ｓ度のアルブミン液を加える。それは次の理由による
。キュベツトにおける赤血球の光散乱に比して、生体組
織における赤血球の光散乱は弱い。その原因はおそらく
、生体組織中における赤血球は組織内に極めて稀薄に分
布しており、赤血球が組織と直接に接してその界面にお
ける光の反射屈折が少ないものが多いからである。この
状態をキュベツトで模擬する為に、血液中に屈折率の高
い流体を入れるのである。アルブミン液はその流体の一
例である。

また、血液中の光吸収物質、例えばヘモグ。ビンは、温
度によってその光吸収特性が異なるから、各実施例にお
いて温度を体温と等しり３７°Ｃに設定すれば、パルス
オキシメータなど血液の光学的分析を行なう装置の校正
を正確に行なうことができる。

第８図に示す実施例は、試料の温度を保持する試料温度
保持手段が設けられたキュベツトを示す図である。この
実施例におけるキュベツト本体は第５図に示したものと
同様であるので各部に同一の番号を付してその説明は省
略する。この実施例の試料温度保持手段は、管１０．１
１とプローブ装着に必要なスペースとを除いてキュベツ
ト本体の表面を覆うように設けられた熱交換部６１と、
この熱交換部６１の両端に接続され温水等の熱エネルギ
ー媒体６２を導くための管６３と、管６３の途中に設け
られたポンプ６４及び温度制御部６５から成る。温度制
御部６５は、ポンプ６４から送られてくる熱エネルキー
媒体６２を予め定められた温度にして熱交換部６１に与
えるものである。

この構成によれば、キュベツト本体は熱交換部６１内に
おける熱エネルギー媒体６２と同じ温度になり、更に試
料槽内の試料もその温度となる。従って本実施例を人体
の血液分析装置の校正に用いるならば、その温度を３７
℃に設定する。このようにすればキュベツトの試料を人
体の血液に一層近似させることができ、装置の校正を正
確に行うことができる。

尚、以上の実施例において、試料槽の光透過部く第１図
、第５図、第６図、第８図に示す実施例では弾性板４、
第７図に示す実施例ではピストン５０）は手動によって
変位させるようにしたが、モータにより駆動するように
しても良い。例えば、第１図に示した実施例ではモータ
により駆動される拍動性ポンプで血液が循環する回路を
作成し、その回路に直列に、あるいは並列に本キュベツ
トを接続しても良い。

［発明の効果〕本発明によれば、光分析装置のプローブの光源部及び受
光部間の距離が一定に保たれるので安定した測定値が（
ｑられる。また、コリメータを用いたので試料槽の厚さ
を変化させたときに受光部が受取る光重は、正しく試料
槽の厚さに応じた値とすることができる。また、マスク
を設けたので本キュベツトの中央部の光のみが測定に用
いられるので、精度の高い測定を行なうことができる。

更に試料の温度を所定の温度の保つ手段を設けたので、
キュベツト内血液を生体組織内血液により一層似せるこ
とができ、光学的分析装置の校正を正確に行なうことが
できる。

本発明を用いるならば、内圧の脈動する試料の光学的分
析を正しく行うことができる。また、生体組織内の動脈
血の脈動を利用した動脈血の光学的分析装置の校正を行
うことができる。また、内圧の脈動しない試料に対して
も、その試料槽の厚みを外部からの力で変化させ、パル
スオキシメータと同様の原理を用いれば、その試料の光
学的分析を正確に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明キュベツトの断面図、第２図はその斜視
図、第３図はその分解斜視図、第４図は本発明キュベツ
トの使用状態を示す図、第５図〜第８図は他の実施例を
示す図である。１・・・剛体板　　　　２・・・マスク３・・・スペー
サ　　　４・・・弾性板５・・・スペーサ　　　６・・
・コリメータ７・・・剛体板　　　　１５・・・試料槽
１６、１７・・・光透過部　１８．１９・・・開口部６
１・・・熱交換部　　　６４・・・ポンプ６５・・・温
度制御部代理人　弁理士　本　１）　　崇第１図第２図第４図第５図第６図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）光源部から照射された光を試料を介して受光部で
受けとり、その透過光の強さに応じた前記受光部の出力
により前記試料の光分析を行なう分析装置に用いられる
光分析用キュベットにおいて、試料を収容し、相互に対
向する所定の２箇所の壁部は光透過性を有する光透過部
とされ、かつ前記試料の出入口となる開口部が設けられ
た試料槽と、前記光源部と前記受光部との間を一定の距離に保つて夫
々を支持すると共に前記光源部及び前記受光部の間にそ
れらと前記２つの光透過部が対向する状態として前記試
料槽を支持する支持手段とを具備し、前記試料槽は所定の力を与えられると前記２つの光透過
部の少なくとも一方がその隣接する前記光源部又は前記
受光部に対し接近又は離間する方向に移動して試料槽の
厚みが変化するようにされていることを特徴とする光分
析用キュベット。
（２）移動する側の光透過部と、この光透過部と隣接す
る光源部又は受光部との間には平行光のみを通過させる
コリメータが配置されていることを特徴とする請求項（
１）記載の光分析用キュベット。
（３）光源部と試料槽との間、受光部と前記試料槽との
間の少なくとも一方にはマスクが設けられ、前記光源部
または前記受光部から所定の距離にあつて前記光源部と
前記受光部とを結ぶ光軸に対し直交する平面における所
定の領域に当接する光のみを通過させるようにしたこと
を特徴とする請求項（１）又は（２）記載の光分析用キ
ュベット。
（４）試料を所定の温度に保つ試料温度保持手段を具備
することを特徴とする請求項（１）乃至（３）いずれか
に記載の光分析用キュベット。
（５）移動しない側の光透過部は光散乱性のものである
ことを特徴とする請求項（１）乃至（４）いずれかに記
載の光分析用キュベット。