JPH027657B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、酸素分圧測定用の測定表示装置を
自動キヤリブレーシヨンするための方法と装置に
関するものである。

医療測定技術分野では、体組識中の酸素分圧を
経皮的に測定するためのポーラログラムセンサ
が、一般に知れている。ポーラログラムセンサの
特性は長期間のうちに変化し、特に電解液の乾燥
によつて変化する。さらに、これらのセンサのパ
ラメータは、温度のほかに、特に気圧および相対
湿度のような周囲の条件に依存する。

ポーラログラムセンサでは複雑な化学的・物理
的関係が存在するので、測定表示装置のキヤリブ
レーシヨン手続は時間がかかり、かつその手段を
実行するためには熟練したスタツフを必要とす
る。

装着されたセンサ下においては患者の表面に約
100％の湿度が存在することを考慮しなければな
らないので、完全なキヤリブレーシヨン手続は、
０バランスの調整と、これに続く湿度100％のた
めのキヤリブレーシヨン値の決定とからなる。

ポーラログラムセンサのためのキヤリブレーシ
ヨン方法は、たとえばドイツ特許第2608727号お
よびドイツ特許公開番号第2945207号において既
に知られている。これらの方法によつてキヤリブ
レーシヨンを行なうには、標準ガスまたは補助ガ
スが必要である。

さらに、ポテンシヨスタツトセンサおよびポー
ラログラムセンサの電気的なキヤリブレーシヨン
が、ドイツ特許第2929387号において知られてい
る。そこで述べられた目的によれば、試験ガスま
たはキヤリブレーシヨン溶液を用いたキヤリブレ
ーシヨンの時間的間隔は、或る単一の測定点であ
る特定的な時間的な点において測定電極の活性
と、キヤリブレーシヨンされたばかりの動作電極
の活性とを比較することによつて、動作電極の経
時的な活性変化を自動的に固定しかつ補償するこ
とにより、かなり延長されている。しかしなが
ら、少なくとも日常の測定においてスタツフによ
るキヤリブレーシヨン手続の実施を完全に不要と
するために、およびキヤリブレーシヨン手続にお
けるキヤリブレーシヨンガスまたは補助ガスの使
用を不要とするために、この発明による方法およ
び発明に基づく装置に対する要請が存在してい
た。さらに、キヤリブレーシヨン手続は、センサ
の動作特性線上における単一の点に対してだけで
なく、特性線の全動作範囲にわたつて実施される
べきである。

したがつて、特許請求の範囲第１項および第５
項においてそれぞれ記載されたこの発明は、自動
キヤリブレーシヨン方法および自動キヤリブレー
シヨン装置の実現を目的とするものであり、これ
らは、酸素分圧測定のためのポーラログラムセン
サおよびそれに対応する測定表示装置の使用者
が、センサと測定表示装置との組合わせの測定表
示精度が自動キヤリブレーシヨンによつて不所望
に損われることなく、日常の測定のための時間の
かかる複雑なキヤリブレーシヨンを行なう必要性
を解消する。

この発明の思想の他の有利な局面は、従属項に
おいて特徴づけられている。

公知の手動キヤリブレーシヨン方法に比べて、
この発明は、センサとそれに対応する測定表示装
置との組合わせのキヤリブレーシヨンが使用者に
とつて単純であり、さらに迅速かつ自動的である
という利益を提供する。

この装置をスイツチオンした後に、使用者は自
動的にキヤリブレーシヨンされた測定表示装置を
入手することができる。特に熟練したスタツフ
は、この装置のキヤリブレーシヨンでは、もはや
必要ではない。そのキヤリブレーシヨン電圧は、
センサの動作特性線の単一の点に対してのみ行な
われるのではなく、ポーラログラムセンサの特性
線はキヤリブレーシヨンの間にその特性線の全範
囲にわたつて完全にトレースされ、そして患者を
測定するときの動作点は特性線の最も傾斜の小さ
な部分の点に自動的に固定される。すなわち、実
際に患者について測定するときに用いられる一定
値の分極電圧が決定される。さらに、正確な測定
のために、キヤリブレーシヨン溶液または標準ガ
スを用いてキヤリブレーシヨン手続を実行する可
能性をも有している。

この発明の例示的な実施例は、詳細な動作の説
明に関連する図面を参照して以下において述べら
れる。

第１図は、自動キヤリブレーシヨン装置のこの
発明による一実施例のブロツク図を示す。第２図
は、第１図の装置の一部の有利な実施例の略図的
な接続図を示す。第３図は、酸素分圧の様々な値
に対する典型的なポーラログラムの変化を示す図
である。

この発明によれば、第１図に明らかなように、
中央処理装置４は、出力整合回路（インターフエ
イス）３および分極電圧発生器２を介して、ポー
ラログラムセンサ１を動作させ、このポーラログ
ラムセンサの出力信号（分極信号）は、アナロ
グ・デイジタルコンバータ６で変換された後に、
入力整合回路（インターフエイス）５を介して中
央処理装置４に伝達され、中央処理装置はこの信
号を記憶のために読書メモリ８に伝達する。気圧
計のセル１１の出力信号がアナログ・デイジタル
コンバータ１０で変換されて、入力整合回路（イ
ンターフエイス）９を介して中央処理装置４に伝
えられる。限界ポーラログラムは、実際のポーラ
ログラムの値と比較するために読出専用メモリ７
内に記憶されている。第３図において、破線によ
る曲線は限界ポーラログラムの例を示しており、
実線による曲線は実際のポーラログラムの例を示
している。

センサ１は、酸素分圧測定のための公知の様式
で構成されており、センサ自身とセンサの測定表
面に隣接する測定対象物とを加熱するための装置
が設けられている。

さらに説明される方法で中央処理装置４が自動
キヤリブレーシヨン手続の開始信号を与えられた
後に、中央処理装置４は出力整合回路（インター
フエイス）３に制御信号を与える。出力整合回路
３は、分極電圧発生器２がセンサ１に可変分極電
圧を与えることを可能にする。

分極電圧の時間的な変化は三角形の形状をして
いる。その分極電圧は、適切な初期値で初まり、
１ミリボルト／秒ないし10ミリボルト／秒の一定
速度で、好ましくは４ミリボルト／秒ないし６ミ
リボルト／秒の一定速度で、プリセツトし得る最
大値0.5ボルトないし５ボルト、好ましくは0.5ボ
ルトないし2.0ボルトまで増大する。最大値に達
した後には、初期値から最大値にまで最初の例で
増加したのと同一のかつ一定速度で、分極電圧が
その初期値まで戻る。たとえば、その初期値は
0.05ボルトである。しかしながら、その初期値は
センサの形式、温度および他のパラメータに依存
することを注意すべきである。この発明の好まし
い実施例では、キヤリブレーシヨン手続を実行す
る際の時間を節約するために、分極電圧が、測定
の見地から特に重要である特性線の或る範囲内で
のみ上述された増加または減少速度で増加または
減少することを可能にし、特性線の他の範囲内で
は分極電圧の増大された変化速度で増加方向また
は減少方向にトレースすることが好ましい。増加
方向または減少方向における分極電圧の段階的変
化を特性線のそれらの範囲内で観察してもよく、
そのセンサの固有のポーラログラムの変化は、さ
らに述べられる限界ポーラログラムの変化から、
かなりの確実性で予め予想され得る。

ポーラログラムセンサ１は、そのセンサ固有の
分極信号を供給し、それはアナログ・デイジタル
コンバータ６の入力に加えられる。デイジタル化
されたセンサ１の測定信号は、入力整合回路（イ
ンターフエイス）５を介して、中央処理装置４に
伝えられ、それは記憶のために読書メモリ８に伝
えられる。

読出専用メモリ７内では、電気信号の形態で限
界ポーラログラムが記憶されており、この信号の
値は、多数のポーラログラムによる測定を比較す
ることによつて実験的に決定されており、かつこ
の電気信号は測定表示装置の製造過程において適
当なデイジタルフオーマツトで読出専用メモリ７
内に入力されている。

中央処理装置４は、読書メモリ８に記憶された
現実のポーラログラムの値を、読出専用メモリ７
内に記憶された限界ポーラログラムと比較する。
中央処理装置４は、センサ１の特性線の様々な点
において、誤差を含まぬ理論値を用いて０点
（Ｉ／I₀＝０）からのセンサ固有の理論的残余電
流偏差を演算し、この決定された残余電流偏差値
を記憶のために読書メモリ８内に設けられた記憶
領域に伝達する。現実のポーラログラムと限界ポ
ーラログラムとの比較によつて、上下限の２つの
限界ポーラログラムに挾まれた許容誤差帯からは
み出したポーラログラムが識別され、センサ１の
キヤリブレーシヨンが可能か否かが判断され、可
能であれば特性線上の動作点が固定される。すな
わち、許容誤差帯からはみ出したたポーラログラ
ムはキヤリブレーシヨン不可能なものであつて、
装置の部品の修理または交換を必要とするであろ
う。

気圧計のセル１１が、周囲の空気の大気圧を測
定する。アナログ・デイジタルコンバータ１０
は、気圧に相当するアナログ信号を、それに対応
するデイジタル信号に変換する。デイジタル化さ
れた大気圧の電気信号は、入力整合回路（インタ
ーフエイス）９を介して中央処理装置４に伝えら
れる。

大気圧および測定表示装置上で選択され得るセ
ンサ１の温度に比例した電気信号に基づいて、中
央処理装置４は、相対湿度100％における酸素分
圧の理論値を演算する。上述したように、この相
対湿度100％は、患者に使用するに際してセンサ
１の測定表面の下方で生じる湿度である。

なお、当業者に周知のように、酸素分圧は次式
で計算できる。

P₀₂＝（P_A−P_H20）×0.21 ここで、P₀₂は酸素分圧、P_Aは周囲の空気の圧
力、P_H20は水蒸気の分圧、0.21は空気中に含まれ
る酸素の割合を示す。ここで、各温度における水
蒸気分圧は物理ハンドブツクから知ることができ
る。

自動キヤリブレーシヨン手続の間、ポーラログ
ラフセンサ１は第２図による保持装置１２内にあ
り、この保持装置は測定表示装置の表面プレート
に取付けられている。

パルス状の電流によつて、センサとそのセンサ
の測定表面に隣接する測定対象物とを電気的に加
熱するための装置（図示せず）が、センサ１に組
込まれている。同様に、温度センサ（図示せず）
がセンサ１の温度を測定し、たとえばパルス幅変
調によつて、制御回路を介してセンサの温度を制
御する。

保持装置１２内に設けられたもう１つのセンサ
１３は、センサ１の加熱電流から生じる磁場を検
出し、かつ比較器１４へ対応する信号を入力す
る。たとえば、このセンサ１３は誘導センサであ
つてもよいが、他の磁場感応センサもまた用いる
ことができる。比較器１４は、誘導センサ１３で
検出された温度信号を、測定表示装置からセンサ
１の加熱電流回路へ伝えられた加熱電流パルスと
比較し、双方の信号の位相関係が一致していれ
ば、自動キヤリブレーシヨン手続を開始するため
の開始信号を入力整合回路５を介して中央処理装
置４に入力する。

上述の開始信号を発生するための装置は、測定
表示装置に取付けられたセンサ１が保持装置１２
内にある場合にのみ、自動キヤリブレーシヨン手
続がトリガされることを確実にする。センサ１が
キヤリブレーシヨン手続の間に適切な保持装置１
２内に固定されていなくて既に患者に対して使用
されている場合に起こるかもしれず、かつ危険な
結果をもたらすかもしれない誤つたキヤリブレー
シヨンは排除される。なぜならば、そのような場
合には比較器１４が２つの入力信号の位相が一致
したことを見出すことができず、キヤリブレーシ
ヨン手続が開始されないからである。同様に、セ
ンサがキヤリブレーシヨンのために誤つた測定表
示装置に対して誤つて接続されている場合、たと
えば酸素分圧測定用の第２の測定表示装置のよう
な他の装置によつてキヤリブレーシヨンが開始さ
れることも排除される。

第２図は、キヤリブレーシヨン手続の間に保持
装置１２内に固定されているポーラログラムセン
サ１を示しており、もう１つのセンサ１３は、セ
ンサ１からパルス形状の加熱電流の結果として信
号を受取るために固定されている。加熱電流に比
例する信号と比較するために、センサ１３は入力
された信号を比較器１４に伝達し、他方、比較器
１４からの出力信号は入力整合回路５を介して中
央処理装置４に伝えられる。測定表示装置と一体
のガス混合チヤンバ１５からの麻酔ガスを用いて
キヤリブレーシヨンする場合、保持装置１２内に
固定されたセンサ１の測定表面にそのガスが送ら
れる。

第３図は、分極電圧Ｕにおける分極電流Ｉの飽
和電流値I₀に対る比率をプロツトしたグラフであ
る。第３図は、酸素分圧の３種類の値、すなわち
０％O₂、21％O₂（周囲の空気）および100％O₂対
する同一のポーラログラムセンサ１のポーラログ
ラムの典型的な変化を示している。出に述べた限
界ポーラログラムによる適切な許容誤差帯が、各
場合について破線で示されている。

この発明によるキヤリブレーシヨン方法の好ま
しい変更において、センサ１は測定表示装置の表
面における保持装置１２内に存在する。キヤリブ
レーシヨンガスまたは標準ガスでセンサをキヤリ
ブレーシヨンする場合、酸素分圧測定用の測定表
示装置と一体のガス混合チヤンバ１５から、たと
えばN₂Oのような混合ガスキヤリブレーシヨン
手続の間にセンサ１の測定表面上を流れる。ガス
混合チヤンバ１５の出口開口は、保持装置１２の
すぐ近くに適当に設けられている。キヤリブレー
シヨンに必要なガスは、特には図示しない適切な
接続部によつて、たとえば病院の固定されたガス
供給管から測定表示装置に供給され得る。混合ガ
スがセンサ上を流れる間、ポーラログラムが既に
述べた方法でトレースされる。センサの特性線上
で、動作特性線の最小値からスタートしてその特
性線が所定の傾斜（最も緩い傾斜）になつた点が
動作点として選択さる。ポーラログラムが上述の
混合ガスを用いた方法で決定された後には、セン
サ１の測定表面が大気（21％O₂）にさらされ、
大気の酸素分圧に関するポーラログラムがさら
に、上述の混合ガスを用いた方法によつて固定さ
れた分極電圧Ｕで測定され、すなちポーラログラ
ムが21％O₂に対して外挿される。これによつて、
たとえばN₂Oガスの影響が排除されるのである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の自動キヤリブレーシヨン
装置による一実施例のブロツク図である。第２図
は、第１図の装置の一部の好ましい実施例のブロ
ツク図である。第３図は、酸素分圧の様々な値に
対するポーラログラムの典型的な変化を示すグラ
フである。 図において、１はセンサ、２は分極電圧発生
器、３は出力整合回路、４は中央処理装置、５は
入力整合回路、６はアナログ・デイジタルコンバ
ータ、７はリードオンリメモリ、８は読書メモ
リ、９は入力整合回路、１０はアナログ・デイジ
タルコンバータ、１１は気圧計、１２は保持装
置、１３はセンサ、１４は比較器、そして１５は
ガス混合チヤンバを示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ センサによつて酸素分圧を測定するための測
   定表示装置の自動キヤリブレーシヨンの方法であ
   つて、 セツトされ得る初期値から、動作範囲の上限に
   よつてプリセツトされる最大値まで一定速度で増
   加する分極電圧をセンサに加え、 前記最大値に達した後に、分極電圧を増加速度
   と等しい減少速度で初期値まで減少させ、 センサに印加された分極電圧の各値に関連する
   実際の電流値を測定し、かつ読書メモリ内に記憶
   させ、 多数のポーラログラムから実験的に決定された
   限界ポーラログラムであつて読出専用メモリ内に
   記憶された所望の電流値と、前記記憶された実際
   の電流値とを中央処理装置内で比較し、 センサの０値からの残余電流偏差を、誤差を含
   まぬ望まれる値からの実際の電流値の偏差から決
   定し、 残余電流偏差の値を保持するためのメモリの或
   る領域内に、センサの０点を固定する目的のため
   に前記残余電流偏差の値を記憶し、 センサの特性線が動作範囲内で最も緩い傾斜を
   示す点を前記センサの動作点として固定し、そし
   て 周囲の空気の測定された大気圧信号に基づい
   て、周囲の空気の酸素分圧の理論値をセンサの選
   択された温度における100％相対湿度における酸
   素分圧に外挿する各ステツプを備えることを特徴
   とする、自動キヤリブレーシヨン方法。 ２ ガス混合チヤンバからのガス混合物を前記セ
   ンサの測定表面上に流し、 ガス混合物をセンサ上に流す間に前記各ステツ
   プに基づいてポーラログラムをトレースし、 センサの特性線上の最小値から開始し、プリセ
   ツトされ得る規定された傾斜に達するところの点
   を決定し、 ガス混合チヤンバからのガス混合物のセンサ上
   での流れを停止し、 前記センサの測定表面を周囲の空気に対して露
   出し、そして 周囲の空気の酸素分圧についてのポーラログラ
   ムを、前記センサ上を混合ガスが流れる間にセツ
   トされた分極電圧でトレースし、それによつてポ
   ーラログラムが酸素濃度21％における状態へ外挿
   される各ステツプをさらに備える、特許請求の範
   囲第１項記載の方法。 ３ 測定の見地から特に重要な或る範囲では、セ
   ンサの特性線は増加速度または減少速度の第１の
   一定値W₁で上昇または下降し、他の範囲では、
   特性線は増加または減少速度の第２の値W₂で上
   昇または下降し、かつ前記第２の値W₂は第１の
   値W₁よりも大きいことを特徴とする、特許請求
   の範囲第１項記載の方法。 ４ 前記分極電圧はセンサの特性線の或る複数の
   範囲において増加方向または減少方向に段階的に
   変化させられ、そのセンサ固有のポーラログラム
   の変化は限界ポーラログラムの変化状況から予想
   される、特許請求の範囲第１項記載の方法。 ５ センサによつて酸素分圧を測定するための測
   定表示装置の自動キヤリブレーシヨンのための装
   置であつて、 出力整合回路３を介して分極電圧発生器２から
   分極電圧が印加されかつ中央処理装置４の制御下
   にあるセンサ１を備え、前記分極電圧は、動作範
   囲の上限によつてプリセツトされる最大値まで初
   期値から一定の増加速度で増大し、前記最大値に
   到達した後に前記増加速度と等しい減少速度で減
   少するものであり、さらに 前記印加された分極電圧の結果として前記セン
   サ１によつて生ぜられた測定信号を、アナログ・
   デイジタルコンバータ６内におけるアナログ・デ
   イジタル変換と入力整合回路５内における整合化
   の後に記憶するように、前記中央処理装置４によ
   つて制御される読書メモリ８と、 周囲の空気の圧力値を与える気圧計セル１１を
   備え、前記圧力値はもう１つのアナログ・デイジ
   タルコンバータ１０においてアナログ・デイジタ
   ル変換された後にもう１つの入力整合回路９を介
   して前記中央処理装置４に提供され、さらに 多数のポーラログラムから実験的に決定されて
   デイジタル化された限界ポーラログラムに対応す
   る電気的信号を記憶した読出専用メモリ７と、 前記限界ポーラログラムに対応して記録されて
   いる電流値と、記憶されている前記センサ固有の
   ポーラログラムの実際の電流値とを比較するため
   に前記中央処理装置４内に含まれる比較手段と、 実際の電流値と誤差を含まぬ望まれる値との比
   較から前記センサ１の０値からの理論的残余電流
   偏差を決定する前記中央処理装置４と、 前記残余電流偏差値を或る領域に記憶して前記
   センサ１の０点を固定するためにその領域を保存
   する前記読書メモリ８とを備え、 前記中央処理装置４は、前記センサ１の動作点
   をセンサ特性線が動作範囲において最も緩い傾斜
   を示す点に固定し、かつ周囲の空気の測定された
   大気圧信号に基づいて前記周囲の空気の理論的酸
   素分圧値を、前記センサ１の選択された温度にお
   ける100％相対湿度の場合に外挿するものである
   自動キヤリブレーシヨン用装置。 ６ パルス状の加熱電流によつて加熱されるセン
   サ１を備え、 前記センサ１は測定表示装置の表面プレート上
   の保持装置１２内に固定されており、前記保持装
   置１２内のもう１つのセンサ１３は前記測定表示
   装置によつて前記センサ１に与えられた加熱電流
   パルスを測定するものであり、 前記測定表示装置によつて前記センサ１に与え
   られた加熱電流パルスを前記もう１つのセンサ１
   ３によつて入力された電気信号と比較するための
   比較器１４をさらに備え、前記比較器１４に与え
   られた前記２つの電気入力信号が位相関係におい
   て一致しているならば比較器１４は信号を前記入
   力整合回路５を介して前記中央処理装置４に入力
   し、これが自動キヤリブレーシヨン手続のための
   トリガとなるものである、特許請求の範囲第５項
   記載の装置。 ７ ガス混合チヤンバ１５が測定表示装置内に設
   けられており、前記チヤンバ１５はガス混合物を
   保持装置１２内に保持された前記センサ１の測定
   表面上に送るものであり、 中央処理装置４を介する時間同期信号トリガリ
   ングによつて、前記測定表面上に混合ガスを流し
   ている間に前記センサ１によつてポーラログラム
   が走査され、 中央処理装置４はセンサ１の特性線上の動作点
   を、最小値から開始してこの特性線がプリセツト
   されて規定された傾斜に達するところに決定し、 センサ１の測定表面は、ガス混合チヤンバ１５
   からのガスの流れを遮断した後に周囲の空気にさ
   らされ、そして センサ１上を混合ガスが流れる間にセツトされ
   た分極電圧で周囲の空気の酸素分圧についてのポ
   ーラログラムが測定され、それによつて21％の酸
   素濃度における状態に外挿されるものである、特
   許請求の範囲第６項記載の装置。 ８ 前記センサ１はポーラログラムセンサであ
   る、特許請求の範囲第５項ないし第７項のいずれ
   かの項に記載の装置。 ９ 前記もう１つのセンサ１３は誘導センサであ
   る、特許請求の範囲第６項記載の装置。