JP2006263018A - 輸液ラインモニタリングシステムおよび輸液ラインのモニタリング方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、輸液ラインモニタリングシステムおよび輸液ラインのモニタリング方法に関し、特に、輸液ラインの異常を容易に検出することを可能にした輸液ラインモニタリングシステムおよび輸液ラインのモニタリング方法を提供することである。
【解決手段】 本発明の輸液ラインモニタリングシステム１０は、電源線１１と生体１２との間に形成される静電容量Ｃｐにより誘導される電源周波数信号を輸液ライン１３に装着した電極１４から取り出している。取り出された電源周波数信号は、監視手段１５によって、直流電圧（実効値）に変換され、この直流電圧とあらかじめ設定された閾値とを比較することにより、輸液ラインの状態をモニタリングしている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、輸液ラインモニタリングシステムおよび輸液ラインのモニタリング方法に関し、特に、輸液ラインの異常を容易に検出することを可能にした輸液ラインモニタリングシステムおよび輸液ラインのモニタリング方法に関するものである。

患者に対して、薬の投与、栄養あるいは水分の補給を行う方法として輸液が挙げられる。また、血液透析や腹水の持続濃縮再注入のように、生体内に挿入されたチューブを介して血液、体液を交換する場合には、灌流が行われている。現在、この輸液や灌流時において、輸液ライン（静脈針、カテーテル、輸液チューブ）の外れに伴う血液の逆流による出血、脱水および薬の漏れによる皮膚炎症等が指摘され、最悪のケースとして失血死も報告されている。従って、輸液や灌流時に輸液ラインが確保されているかどうかをモニタリングすることは非常に重要である。以下に従来の輸液ラインモニタリング装置を説明する。

図６を参照して、従来の重力方式の輸液ラインモニタリング装置１００を説明する。薬液ボトル１０４から流出する薬液は、カテーテルチューブ１０５内を通って所定の箇所へ移動する。このとき、薬液は液面検出部１０６へ移動し、ジョイント部１０２の内部を通過する際に滴下検出部１０３内を移動する。そして、点滴監視装置１０１と連動するストッパー１０８により薬液の流出が制御される。

点滴監視装置１０１は、カテーテルチューブ１０５内の液面を監視する液面検出部１０６とジョイント部１０２の内部において滴下する薬液の通過を検出する滴下検出部１０３からの信号を基に作動する。そして、滴下検出部１０３および液面検出部１０６の検出結果に基づいて点滴の異常判定を行う。例えば、ジョイント部１０２において滴下が停止しており、且つカテーテルチューブ１０５の液面が在る場合は、薬液停滞と判断される。そして、ジョイント部１０２において滴下が停止しており、且つカテーテルチューブ１０５の液面が無い場合は薬液切れと判断される（特許文献１参照）。

次に、図７を参照して、生体と輸液ラインに装着した電極との間の電気インピーダンスを測定し、輸液ラインの状態を検出する輸液ラインモニタリング装置１１０を説明する。薬液は薬液ボトル１１１から管路１１２を通過して、その先端に接続された金属製の針または細管を介して生体１１９内に流入する。管路１１２には端子電極１１３が設けられており、生体１１８に装着された細管挿入部１１４の近傍には端子電極１１５が設けられている。この端子電極間に交流電流を印可し、導電経路となる輸液のインピーダンス変化をモニタ装置１１７で監視することにより、輸液ラインの状態を監視している（特許文献２参照）。
特開２００４−１４７８７０号公報 特開２０００−１４００９２号公報

しかしながら、上記した特許文献１記載の方法では、ストッパー１０８から流出した薬液を監視することができず、薬液の漏れ、注射針の抜けなどの異常を検出することができなかった。従って、患者から針やチューブなどが外れた場合、血液の逆流による出血、脱水および薬液の漏れによる皮膚炎症などが生じ、最悪のケースとして失血死に至るケースが報告されている。更に、点滴筒部分がない灌流では、この方法を使用することができなかった。

また、特許文献２記載の方法では、患者に端子電極１１５を装着し、微弱な交流電流を流す必要があり、長時間の電極装着による皮膚炎症が生じる点、交流電源装置が必要となる点などの問題点が指摘されている。

本発明は、上記問題を鑑みて成されたものである。発明の目的は、患者に負担をかけずに輸液ラインが確実に患者に確保されているかを検出することができる輸液ラインモニタリングシステムおよび輸液ラインのモニタリング方法を提供することにある。

本発明の輸液ラインモニタリングシステムは、生体に輸液、血液あるいは体液を注入あるいは灌流する輸液ライン内を流れる輸液、血液あるいは体液の状態を監視する輸液ラインモニタリングシステムにおいて、生体に静電誘導により発生する電源周波数信号を輸液ラインに設けた電極を介して取り出し、電源周波数信号は前記輸液ラインが確保されている場合と確保されてない場合とで異なる値を示すことにより輸液ライン内の輸液、血液あるいは体液の状態を監視することを特徴とする。

また、本発明の輸液ラインモニタリングシステムは、電源周波数信号は、生体と電源線との間に形成される静電容量によって生体に静電誘導されることを特徴とする。

また、本発明の輸液ラインモニタリングシステムは、電源線は建物内に配線された商用交流電源線であることを特徴とする。

更に、本発明の輸液ラインモニタリングシステムは、電源周波数信号は増幅された後に、バンドパスフィルタで電源周波数信号を抽出し、ＲＭＳ−ＤＣコンバータで直流電圧に変換して監視することを特徴とする。

本発明の輸液ラインのモニタリング方法は、中間に電極を設けた生体に輸液、血液あるいは体液を注入あるいは灌流する輸液ラインを処置するステップと、生体に静電誘導により発生する電源周波数信号を電極から取り出し、監視部で可変利得増幅器を用いて電源周波数信号を増幅して輸液ライン確保時の直流電圧に変換するステップと、予め輸液ライン確保時の直流電圧より小さい閾値を設定するステップと、直流電圧が前記閾値より小さくなると、輸液、血液あるいは体液が漏れたことを看護スタッフに通信をするステップとを備えたことを特徴とする。

本発明の輸液ラインモニタリングシステムによれば、生体に静電誘導により発生する電源周波数信号を輸液ラインに設けた電極を介して取り出し、電源周波数信号が輸液ライン確保時と非確保時とで異なる値を示すことにより輸液ライン内の輸液、血液あるいは体液の状態を監視している。従って、輸液ラインが確実に生体に接続されているかをリアルタイムで監視することができるので、生体から輸液ラインが外れた場合の血液の逆流による出血、脱水および薬液のもれによる皮膚炎症など被害を最小限にくい止めることができる。また、生体に電流を流さないので、生体に貼着する電極などが不要となり生体に負担が生じない。更に、従来では交流電源装置を用いていたが、既存の電源線を用いることによりシステム全体を簡略化および小型することが可能となる。従って、本システムを適用可能な環境が従来よりも広がり、病院以外でも簡単に輸液ラインを監視することができる。

また、本発明の輸液ラインのモニタリング方法によれば、静電誘導により発生する電源周波数信号を直流電圧に変換して閾値を設定し、この直流電圧が閾値よりも小さくなると看護スタッフに通信される。従って、輸液ラインに異常が発生した場合でも早急な対処が可能となる。

図１を参照して、本形態の輸液ラインモニタリングシステム１０について説明する。

本形態の輸液ラインモニタリングシステム１０は、電源線１１と生体１２との間に形成される静電容量Ｃｐによって誘導された電源周波数信号を輸液ライン１３に装着した電極１４により検出することを特徴としている。ここでは誘電体は、導体である電源線１１および生体１２との間に存在する空気である。

輸液時には、例えばポリ塩化ビニルチューブで形成された輸液ライン１３の中が導電性の輸液で満たさせている。従って、輸液は生体に誘導された電源周波数信号と同様の周波数信号を有している。輸液ラインが確保されている場合は、電極１４で取り出された電源周波数信号が生体に誘導された電源周波数信号と同一である。しかし、輸液ラインが遮断された場合は電極１４での電源周波数信号が検出される。従って、電源１４から取り出した電源周波数信号を測定することで、輸液ライン１３の状態を確認することができる。

本形態では、先ず、輸液ラインが確保されている場合の電源周波数信号および確保されていないときの電源周波数信号をそれぞれ実効値（直流電圧）に変換する。そして、この実効値の中間値を閾値として定め、輸液中の電源周波数の実効値を閾値と比較して輸液ラインの状態を監視している。閾値よりも実効値の方が高ければ輸液ラインが確保されていると判断し、低ければ確保されていないと判断される。この詳細については後述する。

電源線１１は、建物内に配線された電灯線や電力線であり、例えば１００Ｖまたは２００Ｖの商用交流電源線（東日本では５０Ｈｚ、西日本では６０Ｈｚ）である。本形態では、６０Ｈｚの商用交流電源線を採用して説明していく。

生体１２は、主に人体や動物であるが、静電誘導が発生するものであれば本形態の輸液ラインモニタリングシステムを適用することが可能である。電源線１１と生体１２との距離は特に規定はないが、電源周波数信号が静電誘導により導電体１２に誘導されるための距離であればよい。

輸液ライン１３は、内部に薬液や血液が流れる、チューブ、カテーテルなどから構成される。そして、一端には針や細管が設けられており、これを生体１２の所望の箇所に挿入することにより生体１２内に薬液や血液などの輸液を流入させることができる。また、輸液ライン１３の他端は、薬液ボトル１６に接続されている。更に、輸液ライン１３の経路の途中には電極１４が設けられている。

電極１４は、輸液ライン１３の周囲を囲むように形成されている。本形態では、輸液ライン１３の少なくとも一部は塩化ビニルチューブから構成されており、そのチューブに設置されている。そして、電極１４は監視手段１５と接続されている。

監視手段１５は、電極１４から出力された電源周波数信号を監視する役割を有している。この電源周波数信号の変化によって、輸液ラインに生じる不具合を発見することができる。具体的には、監視手段１５は電源周波数信号が輸液ライン確保されている場合と確保されていない場合とで異なる値を示すことにより輸液ライン内の輸液の状態を監視することができる。この電源周波数信号は微少信号であるため、増幅する必要がある。ここでは、電源周波数信号を増幅させるための回路図のみを図示しており、これは後述する可変利得増幅器に内蔵される回路である。電極１４から取り出された電源周波数は、数十ｍＶから数百ｍＶであり、抵抗Ｒ１の値はオペアンプ１５２の非反転入力（＋）の入力に適した電圧になるように選ばれる。具体的には３５００ＫΩとしている。そして、ポテンションメータ１５１の分割抵抗Ｒ２によって後段のオペアンプ１５２の利得が調整され、この電源周波数信号が一定の出力電圧に増幅される。ポテンションメータ１５１の一端はオペアンプ１５２の出力に接続され、他端はアースされており、可変端子はオペアンプ１５２の反転入力（−）に接続される。この結果、ポテンションメータ１５１の分割抵抗Ｒ２の分割比を調整してオペアンプ１５２を可変利得増幅器として用いる。

図２を参照して、監視手段１５について詳述する。監視手段１５では、先ず輸液ライン１３に装着された電極１４から取り出された電源周波数信号が可変利得増幅器２０によって増幅される。次に、バンドパスフィルタ２１によって電源周波数信号に含まれたノイズが除去される。そして、ＲＭＳ−ＤＣコンバータ２２によって実効値（直流電圧）に変換される。最後にマイクロコンピュータ２３が、この実効値を基にして輸液ラインが確保されているかを判断する。そして、輸液ラインが確保されていないと判断されると、ＰＨＳ２４などの通信手段によって看護スタッフに通報される。

可変利得増幅器２０は、ポテンションメータ１５１とオペアンプ１５２から構成されており、入力された電源周波数信号を増幅して一定の直流電圧の出力を得る機能を有している。本形態では、オペアンプ１５２は０から１０ｋＨｚの範囲の周波数信号を増幅する働きがある。可変利得増幅器２０に入力される周波数信号は波形Ｆ１に示すように非常に微細であるため、利得を変化させて周波数信号の増幅度を調節し、所望の周波数信号に増幅される。本形態では、３．５ＭΩの固定入力抵抗と１０^１３Ωの高入力インピーダンス特性を有するオペアンプ１５２を採用した。本形態では、ポテンションメータ１５１の分割抵抗Ｒ２は、ＲＭＳ−ＤＣコンバータ２２から出力される実効値が０．８Ｖとなるように可変端子をマイクロコンピュータ２３で調節される。本形態では、おおよそ１０倍に増幅できるように設定されている。

バンドパスフィルタ２１は、増幅された周波数信号からノイズを除去し、所望の周波数信号を抽出する機能を有する。波形Ｆ２に示す周波数信号には、他のノイズが含まれているが、可変利得増幅器２２では０から１０ｋＨｚの範囲の信号のみを増幅しているので、高周波数の信号による影響が低減されている。従って、電源線１１の電源周波数信号を高精度に抽出することが可能となる。本形態では、中心周波数６０Ｈｚ、選択度Ｑを４に設定した２次バンドパスフィルタを採用した。

ＲＭＳ−ＤＣコンバータ２２（Root Mean Squared Value to Direct Current converter）は、電源周波数信号を直流電圧に変換する機能を有している。ここでは波形Ｆ３がＲＭＳ−ＤＣコンバータ２２によって波形Ｆ４に変換される。本形態では実効値（直流電流）が０．８Ｖに変換されるように、電源周波数信号が増幅されて入力されており、入力時の交流電圧はおおよそ１．１２Ｖである。ＲＭＳ−ＤＣコンバータ２２を用いることにより、マイクロコンピュータ２３に内蔵されたＡ／Ｄ変換器のサンプリング周波数を低下させている。このことにより、マイクロコンピュータ２３のクロック周波数を低減でき、システムの消費電力を低下させることが可能となる。本形態では、ＲＭＳ−ＤＣコンバータ２２を採用したが、通常の整流回路を採用することも可能である。

マイクロコンピュータ２３は、ＲＭＳ−ＤＣコンバータ２２からの出力信号を５０Ｈｚで取り込み、輸液ラインが確保されているかどうかを判断する閾値と実効値を比較する。そして、実効値が閾値よりも高ければ輸液ラインが確保されており、正常な輸液が行われていると判断する。実効値が閾値よりも低ければ、輸液ラインが遮断されていると判断され、ＰＨＳ等の通信手段によって看護スタッフに通報される。

閾値の設定方法は、輸液ラインが確保されているときの実効値と確保されていないときの実効値との中間点の値に設定されるが、安全性を考慮して中間点よりも上位に設定してもよい。具体的には、閾値はＲＭＳ−ＤＣコンバータ２２の直流出力電圧を０．８Ｖに設定しているので、マイクロコンピュータ２３内に０．６〜０．７Ｖに設定されている。

また、この監視手段１５は電極１４と計測回路を一体化し、例えば輸液ラインを構成するポリ塩化ビニルチューブへ容易に装着できる構造にすることができる。この場合、駆動電圧は±１．５Ｖとし、６００ｍＡ・ｈのリチャージャブル電池一個で駆動させることができる。

図３に示すフローチャートを参照して、本形態の輸液ラインモニタリングシステムを説明する。

ステップ１において、患者などの生体に輸液ラインが確保されるように輸液ラインと監視装置が装着される。

ステップ２において、可変利得増幅器に利得と入力抵抗値を設定する。先ず、ポテンションメータで分割抵抗比を決めて利得を決定する。そして、入力抵抗値を設定し、輸液ラインが確保されているときの実効値が所望の値、例えば０．８Ｖになるように設定する。

ステップ３において、輸液ラインが確保されているときと確保されていないときの実効値から閾値を設定する。

ステップ４およびステップ５では、生体に取り付けられた輸液ラインが確保されているかどうかを判断している。具体的には、電極から取り出した電圧を実効値（直流電圧）に変換し、この実効値と閾値を比較している。実効値が閾値よりも大きければ輸液ラインが確保されていると判断される。電圧の取り込みは連続的に行われており、常に実効値と閾値との比較が行われている。そして、実効値が閾値よりも小さければ輸液ラインが確保されていないと判断され、ステップ６へ移行する。

ステップ６では、輸液ラインが外れたり、液漏れ、液の不足などが生じたと判断され、ＰＨＳなどの通信手段でスタッフに連絡する。

本形態では薬液ボトルからの輸液に関して記述しているが、血液透析や腹水の持続濃縮再注入のように、生体に処置された輸液ラインを介して血液、体液を交換する灌流にも採用することができる。灌流の場合、生体内の血液や体液を体外へ導き、ダイアライザなどの装置にて所定の処理を行った後、生体内に戻しているので、薬液ボトルは必要とされない。また、輸液ライン内を流れ、所定の箇所に移動される流体を輸液とする。

発明者は以下の実験を行い、閾値を設定した。実験は５階建てビルの３階に設置した在宅介護用ベッドを用いて行った。電源線はビル３階の天井と床下に単層１００Ｖと三層３００Ｖが配線されており、ベッドの真上２ｍの天井に蛍光灯の照明とベッドから１ｍ離れた場所に１００Ｖの電源コンセントがある状態で実験を行った。

実験を行う輸液セットに三方活栓、延長チューブを接続し、翼状針を組み合わせた。電極から翼状針までのチューブの長さを２ｍとした。輸液チューブの装着する電極は低周波治療用の大型粘着パッドを外径１．８ｍｍ、内径１．３ｍｍの延長チューブの周囲に巻き付けて装着した。輸液には生理食塩水を用いた。

電極は、翼状針から３０ｃｍに位置に装着した。また、輸液ラインが確保されている状態として腕に翼状針を接触させて輸液を流し、輸液ラインが確保されていない状態として翼状針を非接触状態にして実験を行った。輸液が確保されている状態（接触状態）とは、生体に通常の輸液行為が可能な状態である。この実験で、輸液ラインが確保されていない状態（非接触状態）とは、輸液ラインに生理食塩水が流れているが、翼状針が生体に装着されていない状態を指している。また、可変利得増幅器の利得は６ｄＢの固定値とした。

図４を参照して、この実験で得られた可変利得増幅器２０の入力抵抗値とＲＭＳ−ＤＣコンバータ２２によって得られた実効値との関係について説明する。実効値は入力抵抗の増加に伴い接触、非接触状態とも線形に増加した。ここでは入力抵抗を３５００ｋΩに設定した。このとき、接触時の実効値は０．８Ｖであり、非接触時の実効値は接触時の５０％の０．４Ｖであった。従って、閾値を接触時と非接触時の実効値の中間値より上位である０．６Ｖ〜０．７Ｖに設定した。具体的には、接触時と非接触時の実効値の差を取り、その５０％から７０％の値を非接触時の実効値に加えた値が閾値に設定されることが好ましい。

また、発明者は以下の実験を行い、閾値を設定した。ここでは輸液に５％の糖液を採用した。また、利得はマイクロコンピュータによって調節される。その他の実験条件は、実施例１と同じである。

図５を参照して、まず利得を６ｄＢに固定し、入力抵抗値を３５００ｋΩに設定した場合、接触時の実効値は０．３５Ｖであり、非接触時の実効値は０．１５Ｖであった。そこで、利得をマイクロコンピュータによって制御して、接触時の実効値が０．８Ｖとなるように設定すると、非接触時の実効値が０．３４Ｖとなった。従って、閾値は０．６Ｖ〜０．７Ｖの範囲内に設定される。

医療分野において、生体に栄養剤や血液などを輸液する際に、輸液ラインの遮断や漏れを探知するために使用することができる。また、１００Ｖや２００Ｖの商用交流電源線電灯線や電力線を用いて輸液ラインの状態を監視するため、大がかりな装置が不要であり、病院だけでなく在宅時においても本発明を容易に採用することができる。また、血液透析や腹水の持続濃縮再注入のように、生体内に挿入されたチューブを介して血液、体液を交換する灌流にも採用することができる。

本発明の輸液ラインモニタリングシステムを説明するための図である。 本発明の輸液ラインモニタリングシステムを説明するための図である。 本発明の輸液ラインモニタリングシステムを説明するためのフローチャートである。 本発明の輸液ラインモニタリングシステムを説明するための図である。 本発明の輸液ラインモニタリングシステムを説明するための図である。 従来の輸液ラインモニタリング装置を説明するための図である。 従来の輸液ラインモニタリング装置を説明するための図である。

符号の説明

１０ 輸液ラインモニタリングシステム
１１ 電源線
１２ 生体
１３ 輸液ライン
１４ 電極
１５ 監視手段
１５１ ポテンションメータ
１５２ オペアンプ
１６ 薬液ボトル
２０ 可変利得増幅器
２１ バンドパスフィルタ
２２ ＲＭＳ−ＤＣコンバータ
２３ マイクロコンピュータ
２４ ＰＨＳ
２５ 閾値
Ｃｐ 静電容量
Ｆ１〜Ｆ５ 波形
Ｓ１〜Ｓ６ ステップ
Ｒ１、Ｒ２ 抵抗

Claims (5)

1. 生体に輸液、血液あるいは体液を注入あるいは灌流する輸液ライン内を流れる輸液、血液あるいは体液の状態を監視する輸液ラインモニタリングシステムにおいて、
   前記生体に静電誘導により発生する電源周波数信号を前記輸液ラインに設けた電極を介して取り出し、前記電源周波数信号は前記輸液ラインが確保されている場合と確保されてない場合とで異なる値を示すことにより前記輸液ライン内の輸液、血液あるいは体液の状態を監視することを特徴とする輸液ラインモニタリングシステム。
2. 前記電源周波数信号は、前記生体と電源線との間に形成される静電容量によって前記生体に静電誘導されることを特徴とする請求項１記載の輸液ラインモニタリングシステム。
3. 前記電源線は建物内に配線された商用交流電源線であることを特徴とする請求項２記載の輸液ラインモニタリングシステム。
4. 前記電源周波数信号は増幅された後に、バンドパスフィルタで前記電源周波数信号を抽出し、ＲＭＳ−ＤＣコンバータで直流電圧に変換して監視することを特徴とする請求項１記載の輸液ラインモニタリングシステム。
5. 中間に電極を設けた生体に輸液、血液あるいは体液を注入あるいは灌流する輸液ラインを処置し、
   前記生体に静電誘導により発生する電源周波数信号を前記電極から取り出して、監視部で可変利得増幅器を用いて前記電源周波数信号を増幅して輸液ライン確保時の直流電圧に変換し、
   予め前記輸液ライン確保時の直流電圧より小さい閾値を設定し、
   前記直流電圧が前記閾値より小さくなると、輸液、血液あるいは体液が漏れたことを看護スタッフに通信をすることを特徴とする輸液ラインのモニタリング方法。
   
   

Images