Development of automatic blood sampling method using non-contact estimation of blood vessel depth and force measurement

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本研究では，生体内の血管の深さや方向を0.5mm以下の誤差で高精度計測するとともに，模擬血管穿刺時に採血針に作用する力の変化を利用することで，確実に皮膚血管モデルに自動穿刺する方法を確立することを目的とする。血管位置の３次元計測には，赤外線ステレオカメラを利用し，赤外線の生体組織内での屈折や散乱を考慮して血管の中心軸を通る方程式を導出する。これまでの研究から，模擬皮膚内の模擬血管に対して、あらゆる方向から均一に照射された赤外線が散乱すると，皮膚上に現れる血管像は血管の真上付近に現れることを確認している。そこで令和３年度では，指向性の強いレーザ光を使用し，拡散の程度を細かく変更した媒体内に埋め込んだ物体の位置の見え方がどのように変化するのか実験的に調査した。媒体には，水で薄めた牛乳を使用し，２方向からレーザ光を照射して媒体内の深さをステレオ視の原理で計測した。実験の結果，拡散物質の濃度を増加させると媒体内に埋め込んだ物体の深さは徐々に浅く見える傾向にあり，濃度が20%程度になると，ヒトの血管位置を推定したときと同様に，物体の深さが皮膚表面付近に推定されることを確認した。また，拡散物質の濃度を増加させたり，照射するレーザ光の強度を増加させたりすると，拡散によって模擬皮膚表面に現れる拡散光の面積も増加することを確認した。このことは，ヒトの肌の場合にも同様であったことから，人の皮膚と同等の特性を有する牛乳濃度の同定が可能であることが示唆された。また，採血針に作用する力を測定可能な穿刺ロボットを開発し，模擬血管への自動穿刺を行う実験を行った結果，模擬血管上壁に針が振れた直後の力覚の変化と逆血の有無から，穿刺成否の判定および穿刺失敗時に血管が逃げた方法の評価が可能であることを確認した。血管の逃げた方法を知ることにより，次に血管穿刺する位置の調整が可能になると考える。