JPH0347854B2

JPH0347854B2 -

Info

Publication number: JPH0347854B2
Application number: JP1113984A
Authority: JP
Inventors: Gutsudoin Buraian
Original assignee: BOC Group Inc
Current assignee: Messer LLC
Priority date: 1988-05-05
Filing date: 1989-05-06
Publication date: 1991-07-22
Also published as: US4901727A; EP0340908A2; EP0340908A3; JPH0217041A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、液体中に溶解したガスの検出に関
し、特に血液ガスの体内検出に適している。

（従来の技術）血液ガスは種々の従来技術の方法によつて検出
され、分析されてきており、その方法の１つが米
国特許第3983864号及び第4016864号に開示されて
いる。それらの特許に示されるように、キヤリヤ
ガスが特別のカテーテル・プローブの中に導入さ
れて室内に保持され、この室内で血液ガスはガス
透過膜を介してキヤリヤガスと平衡し、その後、
平衡した血液ガスを含んだキヤリヤガスが回収さ
れ、分析される。

カテーテルは体内で分析すべく求められた特定
の血管に導入される。平衡室がプローブ内に設け
られ、プローブを通るキヤリヤガスと、血液中に
含まれる血液ガスとを平衡させる。平衡は、平衡
室を取り囲み、かつ外面が分析すべき血液と直
接、接触しているガス透過膜を通して起こる。血
液ガスは、室内の分圧が血液のレベルに達するま
で、ガス透過膜を通つて平衡室に流入する。

キヤリヤガスは、平衡を確実に完了させる一定
時間、平衡室内に留まり、その時点で、キヤリヤ
ガスの小塊（Bolus）を含んだキヤリヤガスが、
平衡した血液ガスとともに取り出され、その含有
量がガスクロマトグラフのような分析器によつて
決定される。

真空装置が、平衡したガスの小塊を種々の弁装
置を介して分析器に運ぶのに用いられる。

そのような現在の装置がもつ難点の１つは、サ
ンプルガスが血液ガスと完全に平衡するのに、あ
る有限の時間を必要とし、かくして、一定時間内
に採取することができるサンプルの数が制限され
ることである。この時間は、透過材料を通して血
液ガスを直接受け入れる平衡室の面積と、平衡室
の容積との比に一部依存するだけでなく、膜の透
過能力のような他の要因にも一部依存する。効果
的で迅速であるためには、上述の比が大きくなけ
ればならず、即ち血液ガスが平衡室に流入する表
面積を、平衡室内のキヤリヤガスの体積に関して
大きくすることが必要である。

平衡室はそれ自身、通常、カテーテルの遠位端
部に配置され、その遠位端部にカテーテルの活性
長さを備えている。現在のカテーテルは、十分大
きな平衡室を備えるために、比較的長い活性長さ
をもち、従つて、カテーテルを利用する技術者
は、血液ガスを分析している血管内にその正確な
位置を定めることができないかもしれない。従つ
て、カテーテルの活性長さを最小にすることが望
ましい。

従来技術のカテーテルのもう１つの欠点は、キ
ヤリヤガスが異なる通路面積を通つてカテーテル
を通過することにあり、即ち、カテーテルを通る
ガスの通路が、一方の横断面積から寸法が大きく
異なる他の横断面積を通るときに、内部混合が起
こる。平衡した小塊とキヤリヤガスで取り囲まれ
た小塊の縁部との間で混合が起こり、その結果、
小塊それ自身の形成された縁部が壊される。

（発明の概要）本発明のカテーテル・プローブは環状入口毛管
を備えており、この環状入口毛管は、ガス供給源
からのキヤリヤガスを受け入れるとともに、プロ
ーブの遠位端部へのキヤリヤガスの通路を形成し
ている。遠位端部のところで、キヤリヤガスはガ
ス透過膜に取り囲まれた平衡室に入り、ガス透過
膜は分析すべき溶解ガスを含んだ液体と接触して
いる。好ましい実施態様では、ガス透過膜が患者
の血流に直接導入される。

平衡室はカテーテル・プローブの活性長さを備
え、またキヤリヤガスを通す細長い、曲がりくね
つた通路を備えている。後で明らかになるよう
に、細長い、曲がりくねつた通路は、好ましくは
透過膜の内面の下に形成されたらせん状通路であ
り、それにより、平衡室の容積はプローブの外面
で強制的に薄層（又は外殻）とされる。キヤリヤ
ガスがらせん状の平衡室に沿つてうねつて進むの
で、その外表面はガス透過膜と接触しており、ま
た平衡室を通過するキヤリヤガスの体積に関して
比較的大きい。

かくして、単位平衡容積当たりの活性表面積の
比率が高く、50：１のオーダーであるので、平衡
処理の迅速性が高められる。

その上、キヤリヤガスがカテーテル・プローブ
の活性長さを通過する時に、細長い、曲がりくね
つた通路を通るので、平衡処理を行うのに、カテ
ーテルの単位直線長さ当たり大変大きな平衡表面
積を利用できるようにすることができる。かくし
て、カテーテル・プローブの活性長さを減じ、そ
れにより、使用者は分析している患者の血流内の
位置をより正確に確かめることができる。曲がり
くねつたらせん状通路の長さは重要である。なぜ
ならば、その長さが、中央に配置された毛細出口
管（輸送毛管）に入る血液ガスの小塊の長さを表
すからである。

この小塊は、出口管を通る輸送中に、キヤリヤ
ガスとの混合を引き起こす対流・拡散作用によつ
て侵食される。混合作用は、初期にガス小塊の前
縁及び後縁で顕著であり、小塊の中央部内に保持
される初期分圧情報に対する小塊の最小長さ
（ｌ）は次の関係から算出することができる。

ｌ＝｛４／３＊a²＊Ｕ＊Ｌ／Ｄ｝^1/2 ここに、ａ＝出口管の半径、Ｌ＝出口管の長さ、Ｕ＝キヤリヤガスの速度、Ｄ＝キヤリヤ／小塊相互拡散係数。

カテーテル・プローブの遠位端部に隣接する開
口端部を有する、中央に配置されたもう１つの毛
細出口管が平衡したキヤリヤガスを受け入れ、こ
の毛細出口管を通して、平衡したキヤリヤガスの
小塊が取り出され、分析器に差し向けられる。

もう１つの特徴として、キヤリヤガスがカテー
テル・プローブを通つて前進する時にキヤリヤガ
スが通る種々の通路の横断面積が、実質的に等し
いように設計されており、かくして、平衡したキ
ヤリヤガスと非平衡のキヤリヤガスの不注意によ
る混合が最少にされる。特に、環状入口毛管の横
断面積、平衡室の細長い、曲がりくねつた通路の
横断面積及び毛管出口の横断面積は実質的に等し
い。

（実施例）まず第１図を参照すると、本発明のカテーテ
ル・プローブを使用できるガス分析装置全体の概
略図が示されている。

第１図にはカテーテル・プローブ１０が略式
で、一部切り欠いて示してあり、カテーテル・プ
ローブ１０は、分析すべき患者の血流に挿入され
る遠位端部１２を有する。カテーテル・プローブ
１０は、後述するように、キヤリヤガスをカテー
テル・プローブ１０に送出する環状毛管入口１６
を備えている。カテーテル・プローブ１０の遠位
端部１２に又はこれに隣接する位置に開口端部２
０を有する出口毛管１８が設けられており、この
出口毛管１８はキヤリヤガスをカテーテル・プロ
ーブ１０から取り出す。

ガス透過膜２２がカテーテル・プローブ１０の
外部を構成しており、後述するように、そこを通
して、その中に形成された平衡室２４に血液ガス
を流入させる。ご承知のように、平衡室２４は環
状毛管入口１６からキヤリヤガスを受け入れ、そ
の後、キヤリヤガスは平衡室２４を通過した後に
出口毛管１８の開口端部２０に入る。

平衡室２４は、後に明らかになる理由により、
ガス透過膜２２の内面に直接接触して形成されて
いる。ワイヤ２５が、出口毛管１８を形成する中
央導管２６の周りに巻かれている。平衡室２４を
配置したカテーテル・プローブ１０の部分が活性
長さであり、第１図に寸法Ａで示してある。

弁２８がカテーテル・プローブ１０へのガスの
導入を調節し、またカテーテル・プローブ１０か
らガスを取り出すのに使用される。本装置に使用
するのに適した弁は、米国特許第4706700号に示
され、説明されており、従つて、ここでは概略的
にのみ説明する。

弁２８は、中に主室３２を形成した外ハウジン
グ３０を備えている。入口３４が外ハウジング３
０に設けられており、適当な供給源（図示せず）
からキヤリヤガスを受け入れる。好ましいキヤリ
ヤガスはアルゴンであるが、他のキヤリヤガス、
例えばヘリウムを採用してもよい。明らかなよう
に、かくして、キヤリヤガスは入口３４を通して
室３２に導入される。

主室３２は又、矢印Ｂを参照して更に示すよう
に、環状毛管入口１６と直接連通しており、環状
毛管入口１６は、中央導管２６の外面とチユーブ
３３の内面との間に形成され、明らかなように、
平衡室２４へのキヤリヤガスの通路を形成してい
る。

弁２８は更に、主室３２内に内室３６を備えて
おり、内室３６は固定壁３８と移動壁４０によつ
て形成されている。第１図の実線位置に示すよう
に、移動壁４０は固定壁３８に関して変位し、そ
れにより内室３６が開かれて主室３２と容易に連
通するようになつている。

又明らかなように、中央導管２６は、出口毛管
１８が内室３６の内部と連通するように、固定壁
３８に密封されている。別の毛細導管４２が又、
内室３６の内部と連通して、主室３２の外部に通
ずる出口導管４４への通路を形成しており、毛細
導管４２は又、後に説明するように、ガス分析用
の質量分析計のような分析器と連通している。

ソレノイド４６が電気的に付勢及び消勢が可能
で、移動壁４０を、固定壁３８に着座したその点
線位置と、固定壁３８から変位したその実線位置
との間を移動させ、かくして、内室３６を主室３
２に関して選択的に開閉する。ガス抜き孔４８が
又、外ハウジング３０に形成されている。

次に、本装置の作動を以下に簡潔に説明する。
ソレノイド４６が適当に付勢されたとき、移動壁
４０はその点線位置に移動して内室３６を閉じ
る。この位置では、キヤリヤガスは、質量分析計
によつて引かれて、出口導管４４に作用する弱い
真空によつて、カテーテル・プローブ１０を含む
装置を通して連続的に引かれる。その真空によ
り、キヤリヤガスは、その供給源から弁２８の主
室３２に引き入れられ、その後引き続いて、環状
毛管入口１６、平衡室２４、出口毛管１８、内室
３６及び毛細導管４２を通して、出口導管４４に
引かれる。

カテーテル・プローブ１０を利用して血液ガス
のサンプルを採取したいときは、ソレノイド４６
を作動して移動壁４０をその実線位置に移動さ
せ、主室３２に対して内室３６を開く。内室３６
が主室３２に対して今は完全に開いているので、
質量分折計によつて引かれた真空により、キヤリ
ヤガスは、直接、入口３４を通して、及び毛細導
管４２を通して、出口導管４４に引かれ、それに
より、カテーテル・プローブ１０への流れをパイ
パスさせる。

かくしてカテーテル・プローブ１０に入れられ
たキヤリヤガスは停止状態に維持され、そして血
液からガス透過膜２２を通つて平衡室２４内のキ
ヤリヤガスに流入した血液ガスによつて平衡が起
こる。平衡が完了するのに十分な時間が経過した
後、ソレノイド４６は移動壁４０をその点線位置
に戻して内室３６を閉じ、カテーテル・プローブ
１０に流れを再び引き起こす。しかしながら、こ
の時に、カテーテル・プローブ１０からのキヤリ
ヤガスの流れは、種々の血液ガスが患者の血液か
ら平衡しているキヤリヤガスの小塊を含む。この
小塊は質量分析計に留まり、そこで検知され、血
液ガスが分析される。

次に第２図及び第３図移り、本発明のカテーテ
ル・プローブ１０の構成の詳細を説明する。

環状毛管入口１６は、チユーブ３３の外面と、
中央導管２６との間に形成されている。チユーブ
３３は、好ましくは市販のボリマー製チユーブで
あり、その好適な一例は、商品名Kel−Ｆで市販
されている結晶性ポリトリフルオロクロロエチレ
ンである。チユーブ３３に要求されるのは、それ
がカテーテル・プローブ１０に剛性をいくらか与
え、また患者の血管に沿つて導入できるように十
分可撓性をもつことである。好ましい実施態様に
おいて、種々の構成部分の寸法を示すと、チユー
ブ３３は、約0.250mmの外径と約0.160mmの内径を
もつ。

中央導管２６は、好ましくは機械強度を得るた
めに数層のポリアミドを塗布した石英ガラス製で
あり、オーストラリアのサイエンテイフイツク・
グラス・エンジニアリング社（Scientific Glass
Engineering Co.）から市販されている。この材
料は種々のフアイバーオプチツクスの用途に商用
されており、好ましくは約0.150mmの外径と0.025
mmから0.050mmの内径をもつ。かくして、中央導
管２６の内面は出口毛管１８を形成し、従つて、
例示の実施態様では約2.0×10^-3mm²の断面積をも
つ。従つて、環状毛管入口１６は寸法的に0.160
mmの外径と約0.152mmの内径をもち、かくして、
同様に約2.0×10^-3mm²の断面積をもつと計算する
ことができる。

ワイヤ２５は平衡室２４の、細長い曲がりくね
つた通路を形成するのに用いられる。好ましく
は、ワイヤ２５は中央導管２６の外面の周りにら
せん状に巻かれており、チユーブ３３の終端部５
２で始まり、カテーテル・プローブ１０の遠位端
部１２に隣接する中央導管２６の開口端部２０ま
で連続している。ワイヤ２５は、好ましくはモリ
ブデンでできており、金のような、水の凝縮を抑
制する塗膜をもつ。好ましい実施態様の寸法で
は、ワイヤ２５は約0.05mmの直径をもち、そのピ
ツチは約0.10mmである。製造の際、ワイヤ２５は
中央導管２６の周りに引張り巻きされ、中央導管
２６上のポリアミドの塗膜にある程度埋め込まれ
る。そのため、平衡室２４の細長い、曲がりくね
つた通路の断面積は約2.5×10^-3mm²である。

平衡室２４の外周にはガス透過膜２２が固定さ
れている。ガス透過膜２２は、約50ミクロンの厚
さをもつシリコンゴムで容易に作ることができ
る。

今や理解することができるように、平衡室２４
は、実際上、細長い、曲がりくねつた通路であ
り、この通路は環状毛管入口１６から出口毛管１
８に通じ、キヤリヤガスはこの通路に沿つて通さ
れる。平衡室２４がガス透過膜２２の内面と直
接、接触しているので、大きな表面積がカテーテ
ル・プローブの活性長さ、即ち寸法Ａの範囲に設
けられる。かくして、キヤリヤガスの標本の単位
体積に対する表面積の比は比較的大きく、与えら
れている寸法によれば、その比は約50：１であ
る。かくして、活性長さの寸法を、５cm未満、好
ましくは２cm未満にすることができ、それでもな
お、平衡室２４に沿う通路長さは、所望の平衡を
完全に生じさせるのに十分である。

また、好ましい寸法によれば、環状毛管入口１
６、平衡室２４の細長い、曲がりくねつた通路及
び出口毛管１８の横断面積は実質的に同じであ
り、従つて、カテーテル・プローブ１０を通るキ
ヤリヤガスの通路全体の横断面積は実質的に同じ
であり、かくして、平衡した標本を含んだ小塊と
キヤリヤガスとの混合が減少される。

本発明を特定の実施態様によつて説明したが、
ここに開示した血液ガス分析用のプローブは、当
業者によつて他の構成に修正又は変更されること
が理解されるであろう。従つて、本発明は広く解
釈され、また請求の範囲の範囲及び精神によつて
のみ限定されるべきである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、キヤリヤガスの流れと、本発明を利
用する装置の制御とを示す概略図である。第２図
は、本発明のカテーテル・プローブの、特にその
活性長さを示す断面図である。第３図は、本発明
に従つて構成されたカテーテル・プローブの構成
部品を示す、一部切り欠いた斜視図である。１０……カテーテル・プローブ、１２……遠位
端部、１６……毛管入口、１８……毛管出口、２
２……ガス透過膜、２４……平衡室、２５……ワ
イヤ、２６……中央導管、Ａ……活性長さ。

Claims

【特許請求の範囲】１患者の血流に導入するための遠位端部を有す
る血液ガス用カテーテル・プローブであつて、 (a) キヤリヤガスを受け入れるための入口と、 (b) キヤリヤガスとキヤリヤガスに含まれた血液
ガスとを前記カテーテル・プローブから取り出
すための出口と、 (c) 前記カテーテル・プローブの前記遠位端部に
設けられ、前記入口から前記出口まで連続的な
ガス流路を形成する平衡室と、 (d) 前記カテーテル・プローブに取り付けられ、
且つ前記平衡室を取り囲むガス透過膜とを備
え、前記透過膜は患者の血液に接触して、前記
透過膜を通つて前記平衡室内の前記キヤリヤガ
スに流入した血液ガスを平衡させるようになつ
ており、 (e) 前記平衡室は細長い曲がりくねつた通路を備
え、該通路は、前記平衡室内のキヤリヤガスの
単位体積に対して、血液ガスが前記透過膜を通
る、高い比率の表面積を有する、血液ガス用カ
テーテル・プローブ。２前記細長い曲がりくねつた通路がらせん状通
路である、請求項１に記載の血液ガス用カテーテ
ル・プローブ。３単位体積に対する表面積の前記高い比率が約
50：１である、請求項２に記載の血液ガス用カテ
ーテル・プローブ。４患者の血流に導入するための遠位端部を有す
る血液ガス用カテーテル・プローブであつて、 (a) 所定の横断面積を有する、キヤリヤガスを受
け入れるための入口と、 (b) 所定の横断面積を有する、溶解血液ガスを前
記カテーテル・プローブから取り出すための出
口と、 (c) 最小の所定長さと所定の一様な横断面積とを
もち、前記入口と前記出口との間を接続する、
細長い、曲がりくねつた通路を有する平衡室
と、 (d) 前記平衡室を取り囲み、患者の血液と接触
し、血液ガスを通して、前記平衡室内に入れた
前記キヤリヤガスと平衡させるようになつたガ
ス透過膜とを備え、前記入口、前記出口及び前記平衡室の前記通
路の前記横断面積が実質的に等しい、血液ガス
用カテーテル・プローブ。５前記実質的に等しい断面積が約2.0×10mmで
ある、請求項４に記載の血液ガス用カテーテル・
プローブ。６ガスを含んだ液体中に導入するための遠位端
部を有し、前記液体中のガスを分析するための血
液ガス用カテーテル・プローブであつて、 (a) 前記カテーテル・プローブの遠位端部に所定
長さ達しない位置の近くで終わる、キヤリヤガ
スを前記カテーテル・プローブに送出するため
の毛管入口と、 (b) 前記ガス用カテーテル・プローブの遠位端部
まで又はその近くに延び、且つキヤリヤガス及
び分析するガスを前記ガス用カテーテル・プロ
ーブから取り出すための毛管出口を中に形成し
た中央導管と、 (c) 前記入口の終端で始まり前記中央導管の端部
まで、前記中央導管の外面の周りにらせん状に
巻かれたワイヤと、 (d) 前記中央導管の前記外面との間にらせん状の
曲がりくねつた平衡室を形成するために、前記
カテーテル・プローブに取り付けられ、前記ワ
イヤの周りに密封されたガス透過膜とを備え、
前記ガス透過膜が、そこを通つて前記平衡室内
の前記キヤリヤガスに流入するガスを平衡させ
る材料から成る、血液ガス用カテーテル・プロ
ーブ。７前記ワイヤが、水の凝縮を抑制する材料でで
きた外面を有する、請求項６に記載の血液ガス用
カテーテル・プローブ。８前記ワイヤが金でできた外面を有する、請求
項７に記載の血液ガス用カテーテル・プローブ。９前記毛管入口が所定横断面積をもつ環状入口
である、請求項６に記載の血液ガス用カテーテ
ル・プローブ。１０前記毛管入口、前記平衡室及び前記毛管出
口がすべて所定横断面積をもち、それらが実質的
に等しい、請求項６に記載の血液ガス用カテーテ
ル・プローブ。１１前記平衡室を形成した前記カテーテル・プ
ローブの直線長さが２cm又はそれよりも小さい、
請求項６に記載の血液ガス用カテーテル・プロー
ブ。