JPH0229981B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は液体中の泡の存在の感知に関するもの
であり、特に、患者に対する注入過程における血
清または血液中の空気泡の検出に応用されるもの
である。このような操作では、ガスまたは空気が
液体と共に注入されないように保全することが重
要である。その理由は、空気塞栓が患者、特に極
めて重要であるかまたは早産もしくは罹患新生児
である患者の場合に非常に危険となるからであ
る。

空気泡が液体と一緒に患者に注入されるのを防
止するための種々な機器がこれまで開発され、こ
れらの典型的な例は米国特許第2835252号、同第
3812482号、同第3935876号および同第4114144号
に開示されているものである。このような機器
は、典型的には、監視されている注入液体中に気
泡が感知された場合に作動する警報器および／ま
たは遮断機構を備えている。これらの機器はまた
締切点（カツトオフポイント）までに注入された
液量を指示する読取り手段を備えているともあ
る。このような先行技術による計測は共通して、
低信号レベル、電子的ドリフトおよび／または難
しい機械的整合に起因する誤操作を受ける。

本発明は、主として、監視中の液体での泡の存
在が感知されるときの、センサーで発生する信号
応答を顕著に増大することにより、ある種の先行
技術の機器に固有の不都合を解消するものであ
る。

更に詳しくは、本発明は、泡が感知されないと
きのセンサーの出力と泡が感知されたときのセン
サーの出力との間に顕著に増大された差異を生じ
るような、監視中の液体の輻射線吸収特性を利用
するものであり、かかる増大された差異は、輻射
線を液体中を通してセンサーの方に指向させ、そ
してセンサーに到達し得る輻射線を液体により強
度に吸収される波長に制限することによりもたら
される。

本発明の好適な態様は、水性液体例えば血清ま
たは血液中の空気泡の存在を感知するのに特に適
合されている。センサーに到達し得る輻射線を
1.19〜25μm、好ましくは約1.92μmの波長に限し
た結果として、著しく増大された信号応答が生
じ、水はこれらの波長の輻射線を強度に吸収し得
る。

本発明のその他の目的、特長および利点は添付
図面を参照して以下の説明が進むにつれて明瞭と
なろう。

第１図は本発明装置の好適な形態を示した模式
図である。第２図は、波長0.70〜2.50μmの輻射線
に関する水の吸収係数を対数目盛で表わした曲線
図である。

第１図において、５は横断面で示すチユーブを
示し、このチユーブは例えば透明なガラスまたは
プラスチツクのような輻射線可透過性の材料で作
られている。チユーブ５は液体例えば血液または
血清のような液体を患者に注入するためのシステ
ム（図示されていない）の一部を形成していても
よく、供給源から患者に流れるときの、泡含量を
監視すべき液体６を収容するように適合されてい
る。

チユーブ５中の液体６を通つて輻射線−反応性
センサー８に向けられている輻射線源７からの輻
射線を指向させる手段が備えられている。輻射線
源７は好ましくは適宜の電源（図示されていな
い）に接続され、低い色温度すなわち約1500〓で
操作されている白熱ランプの形態をとるのが好ま
しい。矢印で示されるように、ランプ７からの輻
射線はチユーブ１０で保持し得るレンズ９により
チユーブ５の孔に焦点が合されている。

繊維光学シリンダーまたはその他の適当な広口
径光学系の形態をとり得る広口径輻射線集光手段
１１が、チユーブ１０と一直線をなしてチユーブ
５のランプ７の反対側に配置されている。集光手
段１１は、チユーブ５を通過した光源７からの輻
射線を集束し、この輻射線を縦方向にセンサー８
の方に伝導する。

センサー８に到達し得る光源７からの輻射線
を、液体６に強度に吸収される予め決められた波
長に制限するための手段が備えられている。図示
した態様では、この手段は集束手段１１とセンサ
ー８との間に介在するフイルター１２の形態をと
る。

本発明の装置は、センサー８が接続される電気
制御回路を有するシステム（図示されていない）
の一部を形成していても良い。かかる系は、セン
サー８の出力信号に応答してチユーブ５中の流れ
を遮断するための手段、遮断点までに注入された
液量を指示するための手段および／または泡がチ
ユーブ５に存在し、そしてその中の輻射線経路を
横切るときに警告音を発するための手段を有して
いてもよい。

本文に記載の方法および装置の基礎となる発明
思想は添付図面の第２図を参照すると最もよく理
解されよう。第２図において、0.70〜2.5μmの波
長の輻射線に関する水の吸収係数（α，cm^-1）を
対数目盛でプロツトする。展開された曲線は直線
的に増大する波長の輻射線について劇的に増大す
る一連の吸収能ピークを特徴とすることが観察さ
れよう。次の表は上述のピーク領域中の波長／吸
収能の大凡の関係を示す。

波 長（μm） 吸収係数(α,cm^-1) 0.77 0.027 0.98 0.45 1.19 1.00 1.45 25.00 1.92 106.00 先行技術による光検知機器は、一般に、可視光
波長および約0.98μmまでの赤外線範囲中の輻射
線を利用している。0.98μmの波長の輻射線に対
する水の吸収係数は0.45α，cm^-1であることが観
察される。ところが、より長い1.19、1.45および
1.92μmの波長の輻射線に対する水の吸収係数は、
それぞれ、0.98μmの波長の輻射線に対する水の
吸収係数0.45α，cm^-1の2.22、55.55および235.55
倍である。

本発明は、泡が輻射線経路に存在しないときの
センサー８の応答と泡が輻射線経路に存在すると
きの応答との間に劇的に増大された差異を提供す
るような具体的に説明した吸収能特性を利用して
いる。これは、センサー８に到達し得る輻射線
を、液体により強度に吸収される輻射線、すなわ
ち1μm以上の波長を有する輻射線に制限すべくフ
イルター１２を用いることによつて達成される。
上述した劇的に増大された差異は、泡が輻射線経
路に存在するときのセンサー８の相応する顕著に
増大した信号応答に反映される。

本発明においては、フイルター１２がセンサー
８に到達し得る輻射線を1.19、1.45および1.92μm
でのピークを含むの任意の波長に制限すると、セ
ンサー８による実質的に増大された信号反応を生
じるものであるが、フイルター１２として該輻射
線を1.92μmの波長を有する、すなわち、第２図
で最も強い吸収が生じる波長の輻射線に制限する
狭い帯域干渉フイルターを使用するのが現在のと
ころ好ましい。2.5μm以上の長い波長を使用する
ことが有利であるが、これらの波長は好ましいも
のではない。何故なら、このような波長を使用す
るときは特別な回路部品またはセンサー８を物理
的に冷却するための他の手段が必要となるからで
ある。

選択されたセンサー８は好適にはこれにより感
知すべき輻射線の波長またはその近辺でピーク応
答性能を有しているものである。更に詳しくは、
センサー８に到達し得る輻射線を1.92μmの波長
に制限するフイルター１２を用する場合、これに
利用する好適なセンサー８は約1.2μm〜約2.5μm
の応答領域および約2.0μmのピーク応答性能を有
する硫化鉛熱検知器である。

第１図に戻つて、例示した装置の操作を以下に
説明する。監視すべき水性液体６、例えば血清ま
たは血液がチユーブ５の中を流れ、ランプ７から
の輻射線がレンズ９により該液体に焦点を合わさ
れ、かつ部分的に該液体に吸収される。吸収され
ない該輻射線の部分は輻射線集束器１１に入り、
そして、1.92μmの波長を有する輻射線の部分の
みを許容するフイルター１２に伝達され、第２図
に示すように、水はかかる輻射線を非常に強く吸
収し、そのために該輻射線がほとんどセンサー８
に到達せず、その出力は実質的に零となる。

ランプ７からセンサー８への輻射線の経路中
に、液体６に置換して空気泡がチユーブ５を通過
すると、該輻射線の無視し得る量のみがこのよう
な泡に吸収される。従つて、輻射線は実質的に低
減されることなくチユーブ５を通過し、集束器１
１により集束し、フイルター１２に伝達される。
フイルター１２はセンサー８に到達する1.92μm
の波長の輻射線の部分のみを許容するので、この
波長の輻射線の空気による吸収能と、水による吸
収能との差異が、先行技術の光検知器で常用され
ている0.98μmフイルターを用いる場合生じる信
号応答と比べるとセンサー８の信号応答に非常に
大きな差異をもたらすこととなる。

本発明によりもたらされる信号応答の増大され
た差異は、以下に詳述する処理操作によつて説明
される。第１図に示した装置のセンサー８を増幅
器（図示されていない）の入力部に接続し、増幅
器の出力は調節可能で、ミリボルトで読み取られ
る。チユーブ５を輻射線経路から除去し、それに
よりセンサー８をランプ７からの最大量の輻射線
に曝す。次に、増幅器の出力を任意に100ミリボ
ルトに調節し、その次にチユーブ５を第１図に示
すように輻射線経路に再配置する。チユーブ５の
再配置によつて生じる輻射線の反射、屈折およ
び／または吸収に因り、センサー８に到達する輻
射線は減少し、センサー出力は相応して減少し、
その結果増幅器の出力が90ミリボルトに低下す
る。チユーブ５の中に液体が存在していないの
で、これは輻射線経路に気泡が存在しているとき
のセンサー８の応答を表わすものとなる。更にま
た、この状態では、センサー８の出力は、フイル
ター１２がセンサー８に到達し得る輻射線を
0.98μmの波長に制限するものであり、もしくは
該輻射線を1.92μmの波長に制限するものである
にかかわらず実質的に同一の値となる傾向にあ
る。

次に、チユーブ５に水が満たされ、フイルター
１２として、センサー８に到達し得る輻射線を
0.98μmの波長に制限するフイルターが用いられ
る。水の吸収能はこの波長で僅か約0.45α，cm^-1
であり（第２図参照）、すなわち非常に低いもの
であるので、センサー８に到達する0.98μm波長
の輻射線の量は水の吸収によつて極めて僅かにし
か減少しないで、その結果増幅器の出力は88ミリ
ボルトに低下する。

次に、フイルター１２として0.98μmフイルタ
ーの代りに1.92μmフイルターを使用する。この
波長での水の吸収能は106α，cm^-1であり（第２図
参照）、すなわち非常に強いものであるので、
1.92μm波長の輻射線の実質的に全部が水に吸収
され、その結果センサーおよび増幅器の出力が実
質的に零まで低下する。

前述の例示から、センサーに到達し得る輻射線
を監視すべき液体によつて強度に吸収される輻射
線に制限することによつて、液体中の泡の存在に
対する光検知器の信号応答が顕著に増大されるこ
とが明白である。更に詳しくは、前述の例示にお
いて、0.98μmフイルターを使用すると泡が存在
するときの増幅器出力は液体が輻射線経路に存在
する場合よりも僅か２ミリボルト高いことが観察
されよう。0.98μmフイルターを用いた場合に生
じる極少の応答とは正反対に、1.92μmフイルタ
ーを用いた場合、泡が存在するときの増幅器出力
は泡が輻射線経路に存在するときよりも90ミリボ
ルト高いこととなる。それ故、本発明の実施によ
つて生じる信号応答は、先行技術による泡感知装
置で得られる応答よりも約45倍大きいものとな
る。

本発明を一態様について記述してきたが、本発
明の精神を逸脱することなく種々の変化および変
形を記載した態様においてなし得るものであり、
そしてこのような変化はいずれも本発明の範囲内
に入るものとして企図されていることが明白であ
ろう。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の好適な形態を示した模式図で
あり、そして第２図は0.70〜2.50μmの波長の輻射
線に関する水の吸収係数を表わした曲線図であ
る。 ５…チユーブ、６…液体、７…ランプ、８…セ
ンサー、９…レンズ、１０…チユーブ、１１…輻
射線集束器、１２…フイルター。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 水性液体を通過するように指向させた輻射線
   の、該液体による吸収効果を感知することによ
   り、水性液体中の泡の存在を検出する方法におい
   て、 泡が輻射線経路に存在しない場合に液体内を通
   る輻射線経路に沿つて透過した輻射線量と、該輻
   射線経路内に存在する液体中の泡を透過した輻射
   線量との間の差異を増大せしめる、1.19〜2.5μm
   の間の波長を有する輻射線を輻射線経路に沿つて
   指向させ、この輻射線経路を通過した輻射線を検
   出することを特徴とする方法。 ２ 水性液体が血清である特許請求の範囲第１項
   記載の方法。 ３ 水性液体が血液である特許請求の範囲第１項
   記載の方法。 ４ 輻射線経路に沿つて指向させた輻射線を、検
   出される輻射線が1.19〜2.5μmまでの間の波長を
   有する輻射線に制限されるようフイルターする特
   許請求の範囲第１項記載の方法。 ５ 輻射線経路に沿つて指向させた輻射線が、
   1.19〜2.5μmまでの間の波長を有する輻射線を含
   み、検出される輻射線が、1.19〜、2.5μmまでの
   間の波長を有する輻射線である特許請求の範囲第
   １項記載の方法。 ６ 輻射線経路に沿つて指向させた輻射線が、
   1.4〜2.5μmまでの間の波長を有する輻射線を含
   み、検出される輻射線が1.4〜2.5μmまでの間の波
   長を有する輻射線である特許請求の範囲第１項記
   載の方法。 ７ 輻射線経路に沿つて指向させた輻射線が、
   1.45μmの波長を有する輻射線を含み、検出され
   る輻射線が1.45μmの波長を有する輻射線である
   特許請求の範囲第１項記載の方法。 ８ 輻射線経路に沿つて指向させた輻射線が、
   1.92μmの波長を有する輻射線を含み、検出され
   る輻射線が1.92μmの波長を有する輻射線である
   特許請求の範囲第１項記載の方法。 ９ 輻射線が、1500〓程度の温度で操作されるラ
   ンプにより供給される特許請求の範囲第１項記載
   の方法。 １０ 輻射線が、1500〓程度の温度で操作される
   ランプ（出力には1.9〜2.5μmまでの間の波長を有
   する輻射線が含まれる）により供給され、かつ検
   出される輻射線が1.9〜2.5μmまでの間の波長を有
   する輻射線である特許請求の範囲第１項記載の方
   法。 １１ 輻射線が1500〓程度の温度で操作されるラ
   ンプ（出力には1.92μmの波長を有する輻射線が
   含まれる）によつて供給され、かつ、検出される
   輻射線が1.92μmの波長を有する輻射線である特
   許請求の範囲第１項記載の方法。 １２ 水性液体中の泡の存在を検出する装置であ
   つて、 1.19〜2.5μｍまでの間の波長を有する輻射線を
   輻射線経路へ輻射する輻射線源； 1.19〜2.5μmまでの間の波長を有する輻射線を
   輻射線経路に沿つて集光し、指向させる輻射線経
   路内に配置される光学系； 水性液体を輻射線経路へ導く輻射線透過性のチ
   ユーブ； 水性液体による輻射線の吸収効果を感知する輻
   射線応答センサー； とを備えることを特徴とする装置。 １３ 輻射線源が、1500〓程度の温度で操作され
   るランプである特許請求の範囲第１２項記載の装
   置。 １４ 光学系が、輻射線応答センサーに到達しう
   る輻射線源からの輻射線を1.19〜2.5μmまでの間
   の所定波長の輻射線に制限する狭帯域干渉フイル
   ターを含む特許請求の範囲第１２項記載の装置。 １５ 輻射線応答センサーが、硫化鉛熱検知器で
   ある特許請求の範囲第１２項記載の装置。