JP2000504606A - 脳ｐＯ▲下２▼測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、人間の脳組織内の酸素分圧を決定するための測定装置に関し、該装置は、限定された表面を持つポ−ラログラフィ陰極（１１）及び陽極（１３）が配置され電解液で満たされた空間（８）の周りを、その測定領域において、組織と適合するプラスチック製の薄くフレキシブルなチュ−ブ（７）で囲むプロ−ブ（５）から構成されている。チュ−ブ（７）は、少なくとも測定領域においては酸素を透過でき、電極（１１、１３）が、装置外部のプロ−ブ（５）端部において、ポ−ラログラフィ電圧を発生するために電極（１１、１３）に電圧源を印加し、測定増幅器によって測定電流を決定する、測定装置に接続される。測定装置のリフレッシュ装置は、電極が切換ったとき直ちに所定の時間電極に逆極性で電流を供給するように配置され、且つ、上記電解液が酢酸塩であることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は請求項１で述べた種類の上位概念に関する。 ドイツ雑誌 Acta Neurochir、 1993(Suppl)59,第50-57ペ−ジ で表題「脳組織ｐＯ₂ 測定」の第51ペ−ジから、同じく ドイツ雑誌 Medizintechnik、110、 第２号、第44−53ペ−ジ （別刷） 及び Acta Neurochirungica、1993(Suppl.) 59、第50-57ペ−ジ により、薄く、フレキシビリティな、クラ−ク型カテ−テルプロ−ブで直接脳組 織を測定することは公知である。 雑誌 Biotelemetry Patient Monitoring 6、 1979、第16-31ペ−ジ、 及び ドイツ雑誌 Proceedings Dtsch．Ges．Biomed．Techn. (1973)第29、30ペ−ジ「生体内測定」 W.Mindt から、非常に薄く、非常にフレキシビリティなチュ−ブ状の、クラ−ク型ｐＯ₂ プロ−ブで構成されたカテ−テルが、この目的に適していることが述べられてい る。 このようなプロ−ブは、適切な取付技術により、後に公開される特許出願 ドイツ 195 02 183.5 に記載されているように、脳組織中に設置することができる。このようなプロ− ブは、微小な径、高度のフレキシビリティにより、脳組織及び他の敏感な身体組 織の長時間測定に適している。これは、組織の運動（脈、呼吸）に追随し、組織 を破壊することなしに、周囲の組織にほんの僅かな圧力の影響を及ぼす結果、酸 素供給は測定値に雑音を混入する方法では影響を与えない。 他方、このような極端に薄いプロ−ブはその僅かな測定に基いて、長時間測定 の技術的遂行に関して欠点を有している。 この種の概念に従う種類のブローブは、十分の一ミリメ−トル弱の内径、５、 ６デシメ−トルの長さであるものが典型的である。電解液が充填された内部空間 は大きさmm³ 弱であるが、そのうち、ただ、非常に小さい陰極表面領域の非常に 小さい部分のみが利用される。このような僅かな電解液の量は、クラ−ク型ＰＯ₂ プロ−ブにとって異常に小さく、且つ長時間測定に とって不利である。 クラ−ク型ｐＯ₂ プロ−ブは電解液空間に酸素拡散膜を介して取り囲んでいる 酸素を侵入させる。酸素は拡散抵抗に逆い、膜を通して散乱する。単位時間当た りの電解液に進入する酸素量は、雰囲気の酸素分圧に依存してる。適当な貴金属 から構成される陰極と、汎用の銀から構成され、場合によっては塩化銀表面をも っている陽極の２電極により、進入した酸素は還元される。結果として発生した 電流（測定電流）は一義的に流入拡散した酸素流、つまり周囲の酸素分圧に依存 する。これに対して、電極には適切なポ−ラログラフィ電圧が印加される。 電解液として、水性の塩溶液、通常は塩化ナトリウムが使われる。酸素還元の 場合、水酸化物が発生する。陽極の銀が塩化銀として溶解する。銀は、確かに陽 極に十分蓄えられている。この種概念によるプロ−ブ内の非常に少ない電解液の 蓄えは、しかし、比較的速く消耗する。電気化学的平衡が変動すると、結果とし て測定電流と流入する酸素流との関係が変動する。その時、測定は中断され、プ ロ−ブを交換しなければならない。その箇所、つまり組織内での電解液の新充填 はできない。 ドイツ雑誌 Laborpraxis Juli/August 198、第736- 739ペ−ジ 「新酸素測定システム」 Klausu Rommel に、この種のプロ−ブでの電解液消耗の課題が記載され、この課題の解決のため に３電極配置が提案されている。しかしながら、これは脳に使用されるプロ−ブ のための必要な僅かな径及び高度のフレキシビリティの理由で適切ではない。電 解液消耗はわずかに認められ、なくすることはできない。 ドイツ雑誌 Medical and Biological Engineering and Computing、30、1992、第121-122ペ−ジ から、医学用ｐＯ₂ プロ−ブは公知である。これは基本的にはクラ−クの原理に 従って動作し、しかもこの原理に対して典型的な膜ではなく、気体のみを通過す る膜のみならず、ポリウレタン製の膜を有している。この素材は水を通過する。 これはこの構成の場合でも膜の下で乾燥して析出した電解液塩を中和するために 、必要不可欠である。膜はイオンも通過できるので、プロ−ブは周囲のｐＨに依 存し、一定の周囲ｐＨの場合のみ正確に測定できる。そのため、測定は燐酸塩で 緩衝された溶液内で実行されることが示されている。医学的応用に対しては、雰 囲気の弱ｐＨに依存するために、乾燥した電解液の蓄えを外部に向かって放出す る、つまり組織に害を及ぼす可能性があるので、このプロ−ブは適していない。 米国 4950378 から、生理学的雰囲気における糖分析に有用なプロ−ブは公知である。これは、 クラ−クの原理で動作する本来のプロ−ブに 、糖をＨ₂ Ｏ₂ に置換する酵素を備えている。このプロ−ブでは、逆極性で時々 動作させることによって陰極表面の悪化を除去している。このプロ−ブでは、電 解液蓄えの課題は生じない。 本発明の課題は、古典的クラ−クプロ−ブの場合において、通気性のある膜及 び非常に少ない電解液蓄えで比較的長い測定時間を可能にする、この種概念に従 う種類の測定装置を提供することにある。 この課題は請求項１の特徴部分の構成により、発明に従い解決される。 この発明による構成では、電解液が、測定パラメ−タが安定でありつづけるに は余りにも少なくなる程に消耗する動作時間後に、リフレッシュ動作に切換えら れる。測定電流に対して逆方向に流れる復元電流により、測定時完了した電解液 の化学反応の還元で、リフレッシュされる。この時、リフレッシュ現象の間陰極 として動作するが、継続して陽極と表示されている陽極に、銀が再び沈積し、拡 散膜を通過して拡散する電解塩及び酸素を再び生成する。本来の関係が再び復元 すると、新たに測定を開始することができる。このような方法では、脳に重大な 被害を及ぼすおそれもあるプロ−ブの取外しをすることなしに、単にリフレッシ ュ期間中断する（数週間にわたる）長時間測 定が実行できる。その場合、測定では常に電解液は復元され、プロ−ブは安定し た許容範囲の動作パラメ−タで動作する。つまり、信頼できる測定値を提供する 。リフレッシュ切換え及び測定に再び戻る切換えは、一定時間間隔で手動又は自 動で実行される。この発明よる構成は高感受性の脳組織に特に適していが、他の 身体組織、特に非常に感受性のある人体組織にも使用することができる。このと き、電解液蓄え物には酢酸塩が予定される。 例えばナトリウム塩又はカリウム塩の形のこれらの塩は、測定時に発生する銀 塩が銀ハロゲン化物塩より本質的に良く溶解する点で、普通使用されるハロゲン 化物塩に対して有利である。それゆえ、リフレッシュ動作における、殆ど完全な 銀の再分離が対応する高電解液復元の前提を達成している。 請求項２の特徴部分は有利である。それ自体公知である方法では、塩／酸素混 合物の緩衝作用は、酸素の還元によって作用され、プロ−ブの測定パラメ−タに 影響を及ぼすｐＨの上昇を信頼できる範囲に維持するために使用される。 請求項３の特徴部分は有利である。比較的大きな電解液蓄え及び短い測定時間 を有するクラ−クプロ−ブの場合、銀塩表面又は銀塩酸化物表面（第２種の電極 ）を有する陽極が好まれる。しかし、このとき、測定パラメ−タは電解液の陰イ オン濃度 に左右される。非常に小さい電解液蓄え及び長い測定時間を有する、この種概念 によるプロ−ブでは、純銀陽極（第１種の電極）が好ましい。このとき、依存性 のない、したがって、長時間にわたって安定したプロ−ブパラメ−タで測定でき る。 請求項４の特徴部分は有利である。外側から電極状態を、例えば化学的方法又 は電気的方法で決定するること、従って、電解液が多く消耗した結果逆動作に切 換えなければならない時点を決めることは不可能である。この種概念によるプロ −ブの場合、スペース的理由を確かに排除する、特定の測定装置でのみこれは可 能であろう。もし、測定期間及び測定電流が測定されるならば、これから電解液 消耗が、例えば電流の時間積分から計算できる。事実上の電解液消耗に対する正 確な量が明かになり、そして、余りにも強力な電解液消耗に基づき、プロ−ブが 所与のパラメ−タ範囲を逸脱し、リフレッシュされなければならい時点を正確に 呈示することができる。したがって、測定装置は最適な長い測定時間でリフレッ シュ中断期間を自動的に切換えることができる。 請求項５の特徴部分は有利である。プロ−ブに設けられたデ−タ担体は他のプ ロ−ブパラメ−タとは別に、例えば製造に関するデ−タ、シリ−ズ番号、検量デ −タ、患者デ−タ等が記憶され、かつ、先行の測定時間中の特に測定電流の期間 、経過が記憶される。もし、測定真っ最中にプロ−ブが測定機器から切 離され、他の測定機器と結合すると、測定装置は許容範囲の電解液消耗まで測定 を継続し、許容範囲外になるとき初めてリフレッシュに切換えることができる。 これは多くの場合、プロ−ブを測定機器から切離さなければならないとき、例え ば患者の洗浴、特に他のベットに移動するときに有利である。この時、測定装置 を持って行かなくてもよく、新しいベットの側にある測定装置を使用することが できる。 図面では、発明が例示的に、図式的に描かれている。次のように図示されてい る。 第１図 プロ−ブ及び測定装置を具備した本発明による測 定装置を有する患者の部分断面頭部 第２図 第１図の測定装置のプロ−ブの軸断面 第３図 第１図の測定器の図式化した原理図 第１図は患者の頭部１、部分的に切断した頭骸冠２及び脳組織３を示す。 差込み部４は、頭骸冠２の穴内に固定、例えばねじ込まれる。これによって、 プロ−ブ５は脳組織内の測定箇所６まで差込まれる。差込み部４は多数のプロ− ブを差込むために形成され、例えば脳の内部圧力を測定する、図示されていない 圧力プロ−ブを、なお追加して収納することができる。 図示されたプロ−ブ５は脳組織３内の酸素分圧を決定するために使用される。 これは第２図に断面図で描かれている。 プロ−ブ５はクラ−クの原理に従ってｐＯ₂ プロ−ブで構成されている。酸素 拡散膜を形成する、例えばポリエチレン製の、包囲されたチュ−ブ７を有してい る。チュ−ブは例えば外径0.6mm、壁厚0.1mm である。プロ−ブ5 の前方にある 測定領域は、電解液のｐＨを長期間一定に維持するために、数ｃｍの長さにわた り電解液８、特に、ナトリウム酢酸塩、ナトリウム燐酸塩、酢酸及びナトリウム ジヒドロ燐酸塩の水溶液で満たされている。 チューブ７は、例えば 200mmの残り長さにわたりシ−ル材９で封止されている 。その外側の端部はプラグ１０が固定されている。図示された先端部分に何も設 けず、残りの長さにわたり絶縁物１２を有している例えば白金又は金製の陰極１ １が、同様に銀製の陽極１３が、プラグ１０から次の、電解液空間内にまで延び ている。 チュ−ブは、例えばその全長にわたり電解液で満たすこともでき、短い端部が シ−ル材９で封止されている。電気化学的プロセスは陰極の非常に狭い領域にお いてのみ生じるので、そのとき、非常に小さい電解液空間の場合と、本質的に同 一の状態 である。長間隙の比較的大きな電解液空間の更に離れた領域は、長い拡散路によ り無関係のままである。 プロ−ブ５はプラグ１０により測定器１５のプラグ結合部１４に結合される。 測定器１５は、第１図で示すように、その差込みスリットにデ−タ担体１８が差 込まれる読取装置１７の表示器１６を有している。図示の単純化した実施例では 、デ−タ担体１８は紛失しないようにプロ−ブ５のプラグ１０と安全鎖１９で結 合されている。 デ−タ担体１８として自由に読み書き可能な、今日まで例えば現金カ−ド又は テレフォンカ−ドとして使用されているような、任意の商用のデ−タ担体が使用 されることができる。第１図では、メモリチップ及び接点を有するデ−タ担体が 描かれている。デ−タ担体１８は磁気面又は磁気光学書込み可能な面を有する物 でも可能である。デ−タ担体１８のデ−タを書込む又は読取るために使用する読 取装置１７は、デ−タ担体の種類に適応している。最も単純な例では、読取装置 １７はディスケット読取装置で、デ−タ担体１８は対応したディスケット、例え ば3.5"ディスケットでも可能であろう。 デ−タ担体は図示された実施例とは別の方法でプロ−ブを紛失しないように結 合されることができる。例えば、プラグ１０内に挿入されることもできる。その 際、プラグ結合部１４は書 込み、読取り装置として形成されることができる。 測定機器１５の電子的動作は、第３図にかなり図式的にブロック図で描かれて いる。 プラグ１０が結合部１４に差込まれ、第３図に描かれていないデ−タ担体１８ が読取装置１７に差込まれるならば、測定機器は準備状態となる。測定動作状態 で図示されている。その際、プロ−ブ５の電流回路は測定増幅器２０を介してポ −ラログラフィ電圧源２１に接続されている。ポ−ラログラフィ電圧源２１はプ ロ−ブ５内で電解液を通して陰極１１、陽極１３間に測定電流を流すことができ 、その大きさは測定増幅器２０で算定され、対応する導線結線（全体の見通しを 改善するために第３図において、導線は個々には参照番号を付してはいない。） を介して表示器１６に表示される。表示器１６の代わりに電流の測定値は図示さ れていない方法で外部の装置、例えば中央計算装置又は他の分析・評価装置、テ レメ−タ等のような装置に導くこともできる。 プラグ結合部１４から測定増幅器２０までの導線に、切換制御装置２３によっ て２つの切換位置に動作できる切換スイッチ２２が設けられている。第３図では 、測定位置で描かれている。切換スイッチ２２が他の位置、リフレッシュ位置に 切換えられるならば、第３図の電圧源２１及び２４内に記入された極性が表示さ れているように、逆極性の電圧がプロ−ブ５に印加す る復元電圧源２４にプロ−ブ５は直接接続される。これによって、電解液内での 陰極１１と陽極１３との間の電流の流れが測定方向に対し強制的に逆方向にされ 、測定で開始された化学的現象の逆転で電解液がリフレッシュされる。 リフレッシュ動作と測定動作との切換は、例えば所与の時間間隔で自動的にな されるか、又は測定機器１５の外側に設けられている、図示されていないスイッ チにより手動によって制御される。 測定機器１５の図示された実施態様において、デ−タ線及び制御線を介して測 定機器の他の機能要素に接続される中央制御装置２５が設けられている。これら の導線の場合、デ−タ信号ないし制御信号が流れる方向が矢印でそれぞれ示され ている。制御装置２５は送信線及び受信線で読取装置１７に接続されている。こ れによって、測定の際使用されるための大多数のデ−タは受信されることができ る。このようなデ−タは例えばプロ−ブの製造デ−タ、例えば、サンプル固有の 標準デ−タである。これらのデ−タは、プロ−ブの製造者によってデ−タ担体１ ８に記憶される。このプロ−ブに固有なデ−タは、制御装置２０によって適切な 選別に従い、デ−タ送信線を介して測定増幅器２０に与えられる。これにより、 増幅器は測定値を対応して訂正する。 更に、例えば、希望により表示器１６に表示できる、患者特有なデ−タ（姓名 、年齢等）はデ−タ担体１８に記憶されることができる。 デ−タ受信線は測定増幅器２０から制御装置２５に導かれる。したがって、測 定デ−タはこれらを後に読みだすためにデ−タ担体１８に継続して記憶される。 更に、制御装置２５は、例えば何時でもプロ−ブの年齢、つまり許容範囲の使用 期間を調査することができるようにするために、プロ−ブ５の測定時間をデ−タ 担体１８に継続して記憶する。 デ−タ担体１８は、例えば安全鎖１９を介して又は他の方法で紛失しないよう にプロ−ブ５と結合しているために、この方法では常にデ−タ担体１８のデ−タ 蓄積に頼ることのできる、異なった測定機器を有するプロ−ブが使用できる。プ ロ−ブは恰も測定機器から切離されていないかのように動作する。 図示された実施例では、制御装置２５が測定動作とリフレッシュ動作との切換 えのために、対応する制御線を介して切換制御装置２３を制御し、ポ−ラログラ フィ電源２１及び復元電源２４をも、動作種類によりこれを閉又は開状態にする ために制御する。 制御装置２５は電圧源、従ってポ−ラログラフィフィ電圧源 ２１及び復元電圧源２４によって供給される電圧を制御することができ、又は同 様に復元電圧源２４の場合その出力電流を制御することができる。他の構成では 、復元電圧源２４によって供給される電流は、有効な回路構成で測定増幅器２０ を通して流すことができるため、電流はリフレッシュ動作を監視することができ る。 制御装置２５は、測定増幅器２０によって測定活動の間、測定電流の大きさを 継続的に保持し、更にタイマ−２６の時間信号を保持する。これから電解液消耗 を、例えば、電流の時間積分で算定することができる。例えばデ−タ担体１８か ら読みだしている電解液消耗の限界値から、制御装置２５は、電解液が消耗する 時点を決定でき、その時に、リフレッシュ動作に切換えることができる。そのと き、又、類似の方法で期間及び電流量を決定し、十分にリフレッシュされた電解 液量に基づいて測定動作に切換えることができる。 測定動作又はリフレッシュ動作の間、医学的又は組織学的な理由からプロ−ブ ５の測定器１５からの切離しが、例えば患者の他のベットへの移動の場合に必要 ならば、緊急の状態がデ−タ担体１８に記憶され、患者の移動終了後に再び測定 器又は他の測定器に結合される。これで、デ−タ担体１８のデ−タにより、動作 の中断前に中止されたその場所から正確に続行できる。 言及したように制御装置２５は、読取装置１７によりデ−タを継続してデ−タ 担体１８に記憶させることができ、又はデータ自体を中間メモリに記憶させ、プ ロ−ブ５の切離しが差し迫っているときの必要に応じてのみ記憶させることがで きる。同様に、制御装置は読みだすべきデ−タを、必要な場合デ−タ担体１８か ら個々に読み取ってくるか又はプロ−ブ５の接続時デ−タ担体から完全にダウン ロ−ドし、自己の中間メモリに蓄積させることができる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．測定領域において、電解液（８）で満たされ、限定された表面を有するポ− ラログラフィ陰極（１１）及び陽極（１３）が配置されている空間を、組織に適 合する合成樹脂製の薄く、フレキシブルなチュ−ブ（７）で囲んだプロ−ブ（５ ）を具備し、その際、チュ−ブ（７）は少なくとも測定領域において酸素が通過 できるように形成され、且つ、人体（頭部１）の外側にあるプロ−ブ（５）の端 部側のこれらの電極（１１、１３）が測定機器（１５）に接続され、ポ−ラログ ラフィ電圧を発生するために電圧源（２１）が電極（１１、１３）に印加され、 測定増幅器（２０）により測定電流が決定されるように構成された、人間の脳組 織（３）内の酸素分圧を測定するための測定装置において、時々の電極接続の切 換え後、所定時間逆極性電流を供給するリフレッシュ装置（２４）を設け、且つ 電解液（８）として酢酸塩が用意されていることを特徴とする測定装置。 ２．酢酸塩が緩衝目的に適合する酢酸混合物内に、及び燐酸塩が同じく適合する ジヒドロ燐酸塩混合物内に用意されていることを特徴とする請求項１に係る測定 装置。 ３．陽極（１３）が銀表面を有することを特徴とする請求項１に係る測定装置。 ４．測定機器（１５）は、プロ−ブ（５）のポ−ラログラフィ動作中の期間及び 測定電流を検出し、その後リフレッシュ動作の時点、期間、及び電流量を算出す ることを特徴とする請求項１に係る測定装置。 ５．測定機器（１５）が、ポ−ラログラフィ動作の動作デ−タを継続して又はプ ロ−ブの切離しの時、装置に設置されたデ−タ担体（１８）に書込み、且つこれ らのデ−タはプロ−ブ（５）の接続時、デ−タ担体（１８）から読み出すことを 特徴とする請求項４に係る測定装置。