JPH0370491B2

JPH0370491B2 -

Info

Publication number: JPH0370491B2
Application number: JP58225216A
Authority: JP
Inventors: Makoto Yano; Michihiro Nakamura; Kyoichiro Shibatani
Original assignee: Nippon Koden Corp
Current assignee: Nippon Koden Corp
Priority date: 1983-11-28
Filing date: 1983-11-28
Publication date: 1991-11-07
Also published as: JPS60116332A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、血液中のガス濃度（又は分圧）を測
定ないし監視する装置に関するのである。更に詳
しく言えば、生体内監視用途において特別の有用
性を示す血管内に挿入可能な血液中の気体濃度測
定用装置に関するものである。

血液中の酸素、炭酸ガス等の気体成分の濃度を
知ることは生体の呼吸及び代謝機能の良否を知る
ために臨床検査においては極めて重要である。従
来、血液中の気体成分の濃度（又は分圧）を測定
する方法としては血液、特に動脈中の血液を抜き
取つて直接測定する方法が主として用いられる
が、この方法では経時的連続測定が不可能なこと
と患者に与えることが問題であつた。特に未熟
児、新生児の場合には頻繁な採血による侵襲が大
きいため実施に著しく困難を伴なつた。そのため
従来より血液中の気体成分の濃度を経時的連続測
定を行う方法として経皮的測定方法が主として用
いられている。この方法は例えば血液中の酸素濃
度の測定はポーラログラフイを応用した電極によ
り皮膚表面に拡散してくる血液中の酸素分圧を測
定したり、また酸素と接合したヘモグロビンの量
を皮膚を通して血液の吸光度の測定により求めら
れている。しかし、これらの方法は特定の物質に
対してのみ適用でき、他の物質に適用することは
不可能でありその装置も高価なものが多い。また
悲観血的測定方法のため測定精度も不充分であつ
た。このためICU、CCU等に収容されている重
症患者や手術中の患者あるいは未熟児や新生児の
輸液、麻酔、呼吸のコントロールに血液中の気体
成分の濃度をわずかな侵襲で精度良く連続的に測
定すことのできる血液中の気体濃度測定用装置の
開発が望まれていいる。

本発明者らは血液中の化学物質の濃度をモニタ
リングする装置として、既に血管内にカテーテル
を挿入し、そのカテーテル中にセンサーを留置し
て、常時輸液をカテーテル内に供給するとともに
測定時のカテーテル内に血液を吸引することによ
つて血液中の化学物質を測定する装置を特開昭55
−76639号に提案した。この装置によつて血液中
のK⁺、Na⁺、Cl^-、Ca⁺⁺等のイオン、グルコー
ス、尿素等の基質はそれぞれに対応するセンサー
を使用することにより非常にわずかな侵襲で血液
中の化学物質を連続的に測定することが可能であ
る。また、この装置ではセンサーは非測定時には
輸液と接触しているため輸液により常時較正を行
うことが可能でセンサーの零点や感度ドリフトが
あつても常に正しい値を得ることができるという
優れた効果を有しているが、この装置では血液中
のイオン等を測定することはできても血液中の気
体成分の測定を行うことは困難である。

本発明者らは上記装置で血液中の気体成分濃度
を測定するため鋭意検討した結果本発明に到達し
たものである。

すなわち本発明は血管内に挿入されるカテーテ
ルに連結された測定室内に気体分圧センサーを装
着し、該測定室と金属箔と有機高分子膜のラミネ
ートによつて構成され、かつ大気圧によつて平形
し得る輸液溜めとを導管で連結して該測定室内に
一定濃度の気体成分を含有する輸液を供給すると
ともに、該測定室内の輸液を吸引する手段により
適宜血液をカテーテル及び測定室内に吸引して上
記気体分圧センサーの少くとも検出部が血液と接
触するよう構成したことを特徴とする血液中の気
体濃度測定用装置である。

本発明の特徴の一つは一定濃度の気体成分を含
有する輸液を測定室内に供給して、輸液をセンサ
ー感応部と常時接触させることにある。かかる特
徴により血液中の気体濃度を連続的な測定が初め
て可能になつたのであり、かつカテーテルを血管
内に挿入したままでセンサーの較正が可能で、セ
ンサーに多少の零点や感度ドリフトがあつても常
に測定が可能なことである。本発明のもう一つの
特徴は血液を測定室に適宜吸引する手段を設けた
ことにある。かかる特徴により測定時にのみ測定
室内に血液を吸引させ、通常はセンサーは輸液と
しているので、センサーへの血栓の付着がなく安
定な測定が可能であることである。また測定時の
み血液が測定室内に吸引され、測定後血管内に戻
されるので血液の損失がないという利点を有して
いる。

次に本発明装置の一実施例を図面にて説明す
る。第１図に示されているように本発明装置は血
管１２内に挿入するカテーテル１と該カテーテル
１に連結された測定室３内に装着された気体成分
の濃度を測定するセンサー２と、一定濃度の気体
成分を含有する液体を収容した輸液溜め１１と、
該輸液溜めと測定室３を連結する導管９及び該測
定室内に血液を吸引する吸引手段（第１図ではロ
ーラーポンプ２２を使用している）で構成されて
いる。８はカテーテルにセンサー２を挿入するた
めの栓体、１５は測定回路、１０はドロツプチヤ
ンバー、１６は皮膚である。

本発明装置においてはモニタリングの間輸液の
ガス濃度を一定に保つことが重要である。このよ
うな方法としては予め一定のガス濃度の輸液を用
意しておき、その輸液を第１図で示す装置でカテ
ーテルへ供給する方法がある。この場合は輸液溜
め中のガスが測定あるいは保存中に容器を通して
外に逃げないことと、測定中に輸液溜めの液面が
下降して輸液溜めが減圧になつて輸液中のガス濃
度が変化しないように工夫する必要がある。この
ような方法としては(A)輸液溜めとしてその全部あ
るいは一部に気体不透過性で、かつ外圧により容
易に変形する袋状容器を用いる。(B)圧力により変
形しない金属やガラス容器を用いる。この場合に
は測定中に輸液に伴う容器内の減圧を積極的に防
止する必要がある。例えば第２図ａに示すように
輸液溜め１１に容器内の液面上部空間に開口する
排気管１４と液面下に開口するガス供給管２５を
取着し、該ガス供給管２５に減菌フイルター１３
を取り付ける方法、あるいは第２図ｂに示すよう
に輸液溜め１１の液面下に開口するガス供給管１
７の一端を水を収容した密閉容器１８の上部空間
に接続し該容器の水面下に減菌フイルター１３を
介してガス管を連結し、さらに容器の上部に排気
管１９を取り付ける方法により液溜め１１に常時
一定濃度のガスを輸液減量分より過剰に供給し
て、余分なガスを排気管より排気して液溜め内に
収容した輸液のガス濃度を一定に保つ必要があ
る。

(c)第３図に示すように輸液溜め１１とカテーテ
ル１または測定室３を連結する導管９に中空繊維
状、平膜状あるいはチユーブ状のガスを透過する
膜を用いる。この場合例えばシリコン膜やテフロ
ン多孔膜２０を匡体２１内に収容して匡体内に膜
を介して輸液室とガス室を形成し、該ガス室に水
で飽和された一定濃度のガスを連続的に供給する
ガス分圧平衡装置３２を用いることができる。第
３図ａはガスの入口２３、出口２４及び輸液の入
口２５、出口２６を有する匡体２１内にシリコン
チユーブ２０を収容し、該中空繊維の両端を輸液
の入口、出口に液密に取着した例であり、第３図
ｂは両端を樹脂で接着固定し、かつ該接着剤に端
部を開口を有するシリコン製の中空繊維をガスの
入口２３及び出口２４を有する円筒状の匡体内に
収容し、該匡体の両端に輸液入口２５及び出口２
６を有するキヤツプを取着した例である。本発明
の装置では輸液の量は非常に少なくてよいので、
小型のガス分圧平衡装置で外のガス分圧と等しい
ガス分圧を含む輸液を容易に得ることが出来る。

一定の濃度のガスを溶存する輸液を供給する上
記(A)、(B)、および(C)の方法のうち、(B)と(C)はいず
れも測定現場に標準ガスボンベを持ち込む必要が
あり、操作が煩雑となる。(A)の方法では定ガス輸
液の量が減少しても容器が大気圧によつて変形縮
小するので容器内のガス分圧は変化しない。その
ために測定現場に標準ガスボンベを持ち込む必要
がないのみならず、ガス補強装置やガス分圧平衡
装置を必要としないので、システムが単純化され
る。また操作も簡単である。(A)の方法に用いられ
る輸液溜め容器はます第１にガス透過性が十分小
さいことが必要である。この輸液溜め容器中には
工場で定ガス輸液が封入され、その後長期間の保
存中に輸液中のガス濃度が不変であることが必要
である。このような条件を満足するためには容器
としてガス不透過性の材料を用いることが必要で
ある。第２に輸液溜め容器は大気圧によつて変形
可能な程度の可撓性を有していることが必要であ
る。同一材料を用いた時、容器の器壁の厚みを増
すとガス透過性は減少するが、可撓性が失なわら
れる。通常の有機高分子材料のみを用いて、可撓
性とガス不透過性の両条件を満足する輸液溜めを
作ることは困難である。ポリビニルアルコールや
エチレン−ビニルアルコール共重合体は高分子材
料の中で最もガス透過性の小さい材料として知ら
れているが、それらの高分子膜を一つの層とする
ラミネートフイルムを用いても上記の２条件を満
足する容器を得ることは困難である。例えば40μ
の厚みのエチレン−ビニルアルコール共重合体層
をそれぞれの厚みが200μの２つのポリエチレン
の層ではさんだ３層ラミネートより成る容器は大
気圧でからうじて変形し得る可撓性を有している
が、それでもこの容器中に水と共に封入された炭
酸ガスは37℃で30日間保存の後、封入時の1/100
に減少してしまう。

種々の検討の結果、可撓性とガス不透過性の両
条件を満足する容器の材料としては金属箔と有機
高分子膜のラミネートが最も優れていることが明
らかとなつた。金属としてはアルミニウム、クロ
ム、ニツケル、銅、モリブデン等各種のものが使
用できるが、価格や製造の容易さからアルミニウ
ムが好適である。金属箔の厚みとしては0.01ない
し100μが好ましい。厚みが0.01μ以下ではガス不
透過性が不十分となり、厚みが100μ以上では可
撓性が不十分になる。このような金属箔は通常の
方法で作られたものでもよいし、蒸着やスパツタ
リングによつてラミネート用の高分子膜上に形成
されたものでもよい。ラミネートに用いる高分子
膜としてはポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ
エステル、ポリアミド、ポリ塩化ビニル等各種の
ものを用いるこができる。金属と高分子膜のラミ
ネートとしては通常高分子膜／金属膜／高分子膜
の３層構造のものが用いられる。ラミネート全体
の厚みは可撓性を失わないように設計されるべき
であるが、通常30ないし1000μ程度である。

本発明に使用される気体分圧センサーは公知の
センサーを用いることができる。このセンサーは
例えばポーラログラフ式の酸素センサー、セベリ
ングハウス法による炭酸ガス電極、アンモニア電
極等をあげることができる。患者への侵襲による
影響を少くし、かつ逆流させる血液の量を少なく
するため、カテーテルまたは／及び測定室を小型
することが必要である。そのためセンサーは小型
であればある程好ましい。その意味で、前記ポー
ラログラフ式酸素センサーやFETを利用した気
体分圧センサーが好ましい。特に本願出願人が特
開昭56−2546号で提案したガスセンサーは小型で
かつ高精度のため本発明に用いるセンサーとして
好ましいものである。また特定のガス濃度を測定
するセンサーだけでなく精度のガスセンサー、例
えば酸素と炭酸ガスセンサーをカテーテル内に挿
入することもできる。この場合一度に多成分のガ
ス濃度を同時に測定することが出来適用範囲が広
まる利点がある。また気体分圧センサーの他に
H⁺、Na⁺、K⁺、Ca⁺⁺、Cl^-等のイオン電極、グ
ルコース、尿素等のセンサーを併用して使用する
ことも可能である。しかしガスセンサーは比較電
極と一体化して用いられるが、イオンセンサー等
は別に比較電極を設ける必要がある。この場合比
較電極は輸液等の電動性の液によりイオンセンサ
ーと電気的につながつているばよい。従つて比較
電極は、輸液の導管あるいはカテーテル内に設け
ることができる。センサー部を小型化するために
は比較電極をセンサーと一体化することが好まし
い。

またこれらのセンサーのカテーテルの挿入方法
は直接カテーテル内に挿入されていなくても第１
図に示すようにカテーテルの後端に連結された測
定室内に挿入してもよい。

本発明の装置においては血液がセンサを収納し
ているカテーテルもしくは測定室内に逆流され、
１回の測定が完了すると血液は輸液によつて再び
生体中に押し戻される。この時、センサの表面に
血栓が生成するとセンサの応答速度が遅くなつた
り、感度が低下したりする。そのために、センサ
表面への血栓生成を防止することは本発明の装置
の実用化に際して極めて重要である。本発明者ら
はセンサ表面への血栓生成について詳細な検討を
おこなつた結果、センサを収納している測定室の
輸液入口と出口を結ぶベクトル（以下これを輸液
流ベクトルと称す）と気体分圧センサの長軸方向
のなす角度（θ）が０ないし45゜である時に血栓
の生成が少ないことを見出した。角度θの定義に
ついて図を用いて説明する。第４図においては２
本のセンサ３１がセンサ支持棒３７の先端に取り
付けられ、測定室容器３３の中に収納されてい
る。３４は輸液の入口でありポンプおよび輸液バ
ツクに連結されている。３５は輸液の出口であり
患者の血管に至る。センサ支持棒を測定室容器に
固定するための栓体である。第４図において輸液
入口Ａと同出口Ｂを結ぶベクトルABが輸液流ベ
ルトルであり、センサの長軸方向はCDの方向で
ある。この両者のなす角度は図中にθで示された
角度である。第４図においてθは45゜以下である
ことが明らかである。第５図においては４１はセ
ンサ、４２は測定室容器、４３と４４はそれぞれ
輸液の入口と出口である。この場合輸液流ベクト
ルABとセンサの長軸方向CD90゜に交叉している
ことがわかる。本発明者らは測定室容器の構造や
測定室内でのセンサの配置等と血栓の生成のしや
すさについて検討し、その結果輸液もしくは血液
の流れる方向とセンサの長軸方向とのなす角度が
血栓生成を支配する重要な因子であることを見出
した。すなわち第５図のように輸液流ベクトルと
センサの長軸方向とが直交している場合、センサ
の周囲に最も血栓が生成しやすい。それに対して
第４図のように輸液流ベクトルとセンサの長軸方
向とのなす角度が45゜以下の場合血栓は生成しに
くくなる。

第１図において輸液の導管９及びカテーテル１
は公知のものを用いることができるが、これらの
材質は輸液中のガス成分の濃度がセンサー部へ届
くまでに変化しないように、適度のガスバリアー
性が必要である。これらの材質及び管壁の厚さ
は、測定するガスの種類に応じて選ぶことができ
るが通常ポリ塩化ビニルチユーブ、ナイロンチユ
ーブ、あるいは内厚のシリコンチユーブが好適に
使用できる。

気体分圧と同時にイオン等の化学物質を測定す
る場合には、輸液留めとして一定濃度の気体とそ
れらのイオン種を含有させておけば、一種の輸液
によつて多種類のセンサーの較正をおこなうこと
ができる。センサーの零点のみを較正するために
は輸液の種類としては一種類で十分であるが、零
点と感度の２点較正を必要とする場合には各成分
濃度の異なる２種類の輸液を設けて順次別々の輸
液によりセンサーの較正を行うことが必要であ
る。

輸液をカテーテルまたは測定室へ供給する手段
としては通常ポンプを用いる。第１図ではローラ
ーポンプを用いた例を示している。かかるポンプ
はローラ３０を偏心して配置することによりポン
プ２２の回転に伴いローラ３０の設置された領域
では血液の吸引が行われローラの設置されていな
い領域では輸液が行われるため自動的に測定でき
る利点がある。またマイクロコンピユーターでロ
ーラーポンプを適宜正逆方向に回転させてもよ
い。

本発明の装置において気体分圧センサーを設置
する測定室は一定の温度に保持することが望まし
い。通常の気体分圧センサーやイオンセンサーの
感度やゼロ点は温度によつて敏感に変化する。ま
た血液中の気体の分圧やイオンの活量自身も温度
と共に変化する。したがつて、通常血液中の気体
分圧やイオン活量は37℃付近で測定される。本装
置においても測定室の温度を37℃付近に保持して
測定をおこなうことが望ましい。そのために測定
室を恒温箱に収納することが望ましい。

以上のように本発明の血液中の気体濃度測定用
装置は、 (1) 血液は測定時のみ吸引され、測定後血管内へ
もどされるので血液のロスが少ない。

(2) 通常は輸液がなされているので、センサーへ
の血栓の付着がなく安定な測定が可能である。

(3) センサーには輸液剤と血液が交互に接触する
ので、輸液剤によつて較正を行なうことがで
き、センサーのドリフトをチエツクできる。

(4) 電気回路が身体に挿入されることがないので
安全性が高い。

があげられ、本発明の装置を用いることによりは
じめて血液損失の少ない安定した血液中の気体成
分のモニタリングが可能となぬつたのである。

【図面の簡単な説明】

図は本発明装置の一実施例を示すものであり、
第１図は本発明装置の一部断面図である。第２図
及び第３図は輸液中のガス分圧を一定にするため
の装置の一例を示す説明図である。第４図および
第５図は測定室内におけるセンサの配置例を示す
説明図である。

Claims

【特許請求の範囲】

１血管内に挿入されるカテーテルに連結された
測定室内に気体分圧センサーを装着し、該測定室
と金属箔と有機高分子膜のラミネートによつて構
成され、かつ大気圧によつて変形し得る輸液溜め
とを導管で連結して、該測定室内に一定濃度の気
体成分を含有する輸液を供給するとともに、該測
定室内の輸液を吸引する手段により適宜血液をカ
テーテル及び測定室内に吸引して、上記気体分圧
センサーの少くとも検出部が血液と接触するよう
構成したことを特徴とする血液中の気体濃度測定
用装置である。