高速高精度電気インピーダンス計測による非侵襲血管内異物の検出

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13780691
• Research Institution: Kitasato University
• Principal Investigator: 根武谷 吾 北里大学, 医療衛生学部, 専任講師 (00276180)
• Keywords: 電気インピーダンス / 血栓 / Bluetooth / 高精度 / リング電極 / 生体モデル / 血管 / 栓子

Research Abstract

本研究では、電気インピーダンス法を用いて頸動脈および静脈中に飛来する栓子を、無侵襲検出するための基礎検討を行った。検討事項は、「高感度検出のための電極配置」、「血栓のインピーダンス周波数特性」、「Bluetoothによる測定装置の無線化」であった。
(1)高感度検出のための電極配置:
従来のアレイ電極配置よりも高感度検出が可能な、ガード電極付リング電極配置を提案し、その検出感度を調べた。実験は、2mS/cmの食塩水を満たした250mm角アクリル水槽の側面に電極を設置し、直径3.9mmのプラスチックビーズ(模擬栓子)を、糸で電極中心軸上に固定して電気インピーダンスを測定した(測定周波数100kHz、付加電流1mArms)。ガード電極付リング電極のインピーダンス変化率は、アレイ電極配置に比べて、末梢静脈までの距離(2〜5mm)において最大約35倍、頸動脈までの距離(18mm)において最大約3倍程度増加することがわかった。
(2)血栓のインピーダンス周波数特性:
豚血液の凝固に伴う電気インピーダンス特性の変化を測定し、凝固血液の検出が可能かどうかを検討した。Ag-AgCl4電極を配置した測定用セルに、採取後2分経過した豚血液を100ml入れ、血液凝固過程における電気インピーダンスの周波数特性変化を測定した。測定周波数は、100kHzから1MHzまで100kHz毎とした。血液採取後の時間経過にともない、インピーダンスの大きさが増加し、位相が遅れていくことがわかった。インピーダンスの大きさの変化は、100kHzで最大であり、位相遅れでは、1MHzで最大であった。この結果を考慮して、5mm角の血栓通過時のインピーダンス変化を、両周波数について測定したところ、明確な変化が認められた。
(3)Bluetoothによる測定装置の無線化:
無拘束測定を目的として、Bluetoothによる測定装置の無線化を行った。通信精度を評価したところ、16bit×14,000個の既知データを5回無線送信時の通信誤り率が0%であり、安定した測定データ通信が実現できることがわかった(通信距離を6m:通信速度9600bps)。

Research Products

• [Publications] Satoru Nebuya: "Accuracy of an optically isolated tetra-polar impedance measurement system"Medical & Biological Engineering & Computing. 40・6. 647-649 (2002)
• [Publications] Satoru Nebuya: "Bubble detection using a high accuracy electrical impedance measurement"Proceedings of the VI International Conference on Electrical Bio-Impedance. 6. 627-630 (2001)
• [Publications] 根武谷 吾: "高精度高周波生体インピーダンス測定システムの開発"第16回生体・生理工学シンポジウム論文集. 16. 71-72 (2001)
• [Publications] 根武谷 吾: "高速高精度電気インピーダンス計測による気泡栓子検出"第16回生体・生理工学シンポジウム論文集. 16. 73-74 (2001)
• [Publications] 根武谷 吾: "電気インピーダンス法による栓子の非侵襲検出-検出可能な気泡栓子サイズの検討-"第17回生体・生理工学シンポジウム論文集. 17. 45-46 (2002)
• [Publications] 根武谷 吾: "電気インピーダンス法による栓子高感度検出のための電極配置"第41回日本エム・イー学会抄録・論文集. 41(発表予定). (2003)