JP2021524582A - 酸素供給器によって除去される二酸化炭素を測定するデバイス - Google Patents

Abstract

作動ガスの二酸化炭素を測定するためのデバイス（１）は：内側で作動ガスが搬送される管状本体（７）；管状本体（７）に配置された、光信号の少なくとも１つのエミッタ（８）；エミッタ（８）と反対側の管状本体（７）に配置された、光信号の少なくとも１つのレシーバ（９）；エミッタ（８）及びレシーバ（９）のうち少なくとも一方に配置された加熱手段（１０、１１）を備える。デバイス（１）は、加熱手段（１０、１１）の近くに位置付けられた少なくとも１つの温度センサ（１３、１４）と、エミッタ（８）、レシーバ（９）、加熱手段（１０、１１）、及びセンサ（１３、１４）に動作可能に接続された少なくとも１つの制御ユニット（１５）とを備える。制御ユニット（１５）は、温度センサ（１３、１４）によって測定された温度に依存して、レシーバ（９）によって検出された光信号の値を修正するよう構成された、修正手段を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、特に医療分野における、作動ガスの二酸化炭素を測定するためのデバイスに関する。

このタイプのデバイスで考えられる医療用途の１つは、体外血液循環路の内部におけるものである。心臓手術中に、体外血液循環が重要臓器の正しい機能を保証するために、重要臓器の潅流すなわち酸素を加えられた血液を供給することを主な目的として実現される。この目的のため、体外循環路に含まれたデバイスのうちの１つは、酸素供給器から成る。酸素供給器において、動脈の戻りラインに導入して血液を患者に戻す前に、患者の静脈取入れラインからの血液に酸素が加えられる。

詳細には、酸素供給器は、酸素を血液に供給するよう、及び／または血液から二酸化炭素を除去するよう意図された、作動ガスの入口チャネル及び出口チャネルを有する。

したがって、酸素供給器によって除去された二酸化炭素量は、体外循環の効率及び性能を評価するための、最重要のパラメータである。

この目的のため、または患者からの血液から除去される二酸化炭素量を検出するために、専門用語で「カプノメータ」と呼ばれるデバイスが一般的に使用される。

このようなデバイスは、作動ガスの出口チャネルに位置付けられ、酸素供給器から出るガスのフローを横断するよう適合された、光信号のエミッタと、このエミッタの反対側にある、光信号のレシーバとを備える。二酸化炭素の粒子は、赤外波長域におけるエネルギーを吸収するため、検出された信号が、如何にして存在する二酸化炭素量をトレースバックすることができるかを確認することは容易である。

光学デバイス、すなわちエミッタまたはレシーバにおいて考えられる凝結の存在が、得られた測定値を変化させる場合があるため、公知のタイプのいくつかのカプノメータは、凝結の形成を防止するよう適合された加熱手段の使用を備えている。

しかし、これら公知のタイプのデバイスも、いくつかの欠点を有する。

詳細には、実行された研究は、温度上昇につれて、放たれた光信号のパワーが低下することを示している。容易に理解され得るように、これは、検出される二酸化炭素量の評価の変更にも関わる。

本発明の主な目的は、血液から除去された二酸化炭素量を効率的かつ確実に検出するのを可能にする、血液の体外循環のための循環路において二酸化炭素量を測定するためのデバイスを提供することである。

この目的において、本発明の１つの目標は、経時的に連続した検出を実施することである。

本発明の別の目標は、単純、合理的、簡易、効果的な使用、かつ費用効率の良い解決策で、血液の体外循環のための循環路において、言及した先行技術の欠点を克服することが可能な、二酸化炭素を測定するためのデバイスを提供することである。

前述の目標は、特許請求項１による、作動ガスにおける二酸化炭素を測定するための、本デバイスによって実現される。

本発明の他の特徴及び利点は、添付の図表における非限定の表示によって示された、作動ガスの二酸化炭素を測定するためのデバイスの、好ましいが排他的ではない実施形態から、より明確となる。

本発明による体外循環のための循環路の概略図である。 本発明による二酸化炭素を測定するためのデバイスの、不等角投影分解組立図である。 図２のデバイスにおける一部の不等角投影図である。 本発明によるデバイスの制御論理の概略図である。

これらの図を詳細に参照すると、参照番号１は、作動ガスにおける二酸化炭素を測定するデバイスを全体的に示す。

デバイス１は、例えばガス混合タイプの作動ガスを内側で搬送する管状本体７、管状本体７に配置された少なくとも１つの光信号のエミッタ８、及びエミッタ８と反対側の管状本体７に配置された、少なくとも１つのレシーバ９を備える。管状本体７は、箱状本体２０ａ、２０ｂの内側に配置される。図２に示される実施形態において、箱状本体２０ａ、２０ｂは、部分２０ａ及び２０ｂから構成され、ねじ部材２１によって共に接続される。

適切には、エミッタ８及びレシーバ９は、赤外フォトダイオードのタイプである。エミッタ８及びレシーバ９は、例えばＩｎＡｓＳｂ／ＩｎＡｓタイプのダイオードから構成される。

より詳細には、管状本体７は、透明材料で作られた「キュベット」タイプである。

そのときデバイス１は、エミッタ８及びレシーバ９のうちの少なくとも一方に配置された加熱手段１０、１１を備える。

加熱手段１０、１１は、エミッタ８に配置された少なくとも第１の加熱手段１０を備える。

好ましくは、加熱手段１０、１１は、レシーバ９に配置された第２の加熱手段１１も備える。

有利には、加熱手段１０、１１は、少なくとも１つの貫通穴１２が設けられた、相関的な加熱要素から構成される。少なくとも１つの貫通穴１２は管状本体７に面し、内部には、対応するエミッタ８またはレシーバ９が挿入される。加熱要素１０、１１には、電源手段に接続された相関的な抵抗器１９が設けられる。加熱要素１０、１１は、例えば金属材料などの熱伝導材料で好適に作られる。したがって加熱手段は、管状本体７の両側に配置され、互いに面した２つの加熱要素１０、１１を備え、その第１の加熱要素１０は、中にエミッタ８が挿入される相関的な穴１２を有し、第２の加熱要素１１は、中にレシーバ９が挿入される相関的な穴１２を有する。

加熱要素１０、１１も、箱状本体２０ａ、２０ｂの内側に位置される。箱状本体２０ａ、２０ｂと管状本体７との間、及び管状本体７と加熱手段１０、１１との間は、例えばＯ型リングなどの封止手段２２が好適に挟まれる。

図２及び図３に示される実施形態において、加熱手段１０、１１は、箱状本体２０ａ、２０ｂの内部に配置された関連の支持要素２３ａ、２３ｂに固定される。

本発明によると、デバイス１は、加熱手段１０、１１の近くに位置付けられた、少なくとも１つの温度センサ１３、１４と、エミッタ８、レシーバ９、加熱手段１０、１１、及びセンサ１３、１４に動作可能に接続された少なくとも１つの制御ユニット１５と、を備える。

デバイス１は、第１の加熱手段１０の近くに配置された、少なくとも第１の温度センサ１３を備える。さらに詳細には、第１のセンサ１３は第１の加熱要素１０と関連付けられる。

好ましくは、デバイス１は、第２の加熱手段１１の近くに配置された、第２の温度センサ１４も備える。さらに詳細には、第２のセンサ１４は第２の加熱要素１１と関連付けられる。

制御ユニット１５は修正手段を備える。この修正手段は、レシーバ９によって検出された光信号の値を、センサ１３、１４のうちの少なくとも一方によって測定された温度に依存して、修正するよう構成される。

有利には、制御ユニット１５は、第１の動的時間範囲においてレシーバ９によって受け取られた信号の平均に応じて、フィルタにかけられた光信号Ｓｆを計算するための第１の手段と、第２の動的時間範囲において温度センサ１３、１４によって測定された平均温度に応じて、フィルタにかけられた温度Ｔｆを計算するための第２の手段と、下記の公式によって修正された光信号Ｓｃを計算するための第３の手段と、を備える。
Ｓｃ＝Ｓｆ＋（Ｔｒ−Ｔｆ）×Ｃ
ここで、Ｓｆはフィルタにかけられた光信号、Ｔｒは予め設定可能な基準温度、Ｔｆはフィルタにかけられた温度、及びＣは予め設定可能な係数に相当する。

用語「動的時間範囲」は、時間内に変動する所定の長さの時間範囲を意味する。すなわち、対応する信号の平均値が計算される時間範囲は、時間の経過に伴って変動する。

フィルタにかけられた光信号、及びフィルタにかけられた温度を計算するための、動的時間範囲の使用は、加熱手段の構築制限を原因とする任意の温度変動、及び、センサ１３、１４と、相関的な光デバイス８、９との間の距離を原因とする温度測定の不正確さを、修正することを可能にする。

好ましくは、フィルタにかけられた温度Ｔｆは、第２の動的時間範囲において第１の温度センサ１３によって測定される平均温度に相当する。

基準温度Ｔｒは、好ましくは４１℃から４３℃の間、例えば４２℃に等しい。

係数Ｃは、好ましくは８１から８１．５の間、例えば８１．２に等しい。

適切には、デバイス１は、加熱手段１０、１１の温度を制御するための制御手段１７、１８を備える。制御手段１７、１８は、加熱手段１０、１１の温度を実質的に所定の値に維持するよう構成される。この所定の温度値は、例えばハードウェア手段を使用してオペレータによって設定することができる。

制御手段１７、１８は、加熱手段１０、１１の温度を、予め設定された温度に達するまで上げるよう構成される。一旦、予め設定された温度を超過すると、制御手段１７、１８は、関連の抵抗器１９における電流フローを遮断する。加熱手段１０、１１の温度が、予め設定された温度を下回ると、制御手段１７、１８は、再び抵抗器１９における電流フローを開始する。制御手段１７、１８は、温度センサに動作可能に接続される。この温度センサは、センサ１３、１４とは別であり、図では詳細に視認できないが、加熱手段１０、１１の近くに配置される。

より詳細には、制御手段１７、１８は、第１の加熱手段１０の第１の制御手段１７、及び第２の加熱手段１１の第２の制御手段１８を備える。

図１の実施形態において、デバイス１は、参照番号３０で識別される体外血液循環のための循環路に挿入され、血液酸素供給器２を備える。血液酸素供給器２には、酸素を加えられることになる血液のための少なくとも１つの入口ポート３と、酸素を加えられた血液のための少なくとも１つの出口ポート４と、酸素を血液に供給し、及び／または二酸化炭素を血液から除去するよう意図された、例えば空気または酸素などの作動ガスの少なくとも１つの入口チャネル５及び少なくとも１つの出口チャネル６と、が設けられる。より詳細には、管状本体７は出口チャネル６に接続される。

有利には、循環路３０は、例えば入口チャネル５に関連付けられた磁束計タイプなどの、作動ガスの流量の測定手段１６も備える。

より詳細には、測定手段１６は制御ユニット１５に動作可能に接続され、制御ユニット１５は、測定された作動ガスの流量及び修正された光信号Ｓｃに依存して、血液から除去された二酸化炭素のパーセンテージを計算するための、第４の手段を備える。

フィルタにかけられた光信号Ｓｆと、存在する二酸化炭素量との間の関係は直線型であり、下記に示される破線を伴うグラフによって示される。グラフは、横座標には二酸化炭素の濃度、及び縦座標には受け取った電気信号のパワーをｍＶで表わす。

第１、第２、第３、及び第４の計算する手段は、専用のソフトウェア及び／またはハードウェアを使用して実行される。

本発明による方法を履行するときのデバイスの機能は、以下のとおりである。

最初に、光信号を伴う少なくともエミッタ８及びレシーバ９を提供することが必要である。

より詳細には、デバイスは上述に従って提供され、したがってデバイスには、酸素供給器２の出口チャネル６に接続することができる管状本体７が設けられ、酸素供給器２の反対側の出口チャネルに、エミッタ８及びレシーバ９が位置付けられる。

一旦、体外血液循環が開始されると、エミッタ８による光信号は、酸素供給器２から出て来る作動ガスを横断するよう適合されて送られ、信号自体はレシーバ９によって受け取られる。

本発明で言及される方法は、エミッタ８及びレシーバ９に凝結が形成するのを防止するために、エミッタ８及びレシーバ９のうちの少なくとも一方を加熱することと、加熱されたエミッタ８及び／またはレシーバ９の温度を検出することと、この検出した温度に依存して光信号を修正することと、も提供する。

有利には、修正段階は、順番に以下のステップを含む。
−フィルタにかけられた光信号Ｓｆを、第１の動的時間範囲においてレシーバ９によって受け取られた信号の平均値に応じて計算するステップ。
−フィルタにかけられた温度Ｔｆを、第２の動的時間範囲においてエミッタ８及び／またはレシーバ９で測定された平均温度に応じて計算するステップ。
−基準温度Ｔｒを設定するステップ。
−一定値Ｃを設定するステップ。
−下記の公式によって、修正された光信号Ｓｃを計算するステップ。
Ｓｃ＝Ｓｆ＋（Ｔｒ−Ｔｆ）×Ｃ
ここで、Ｓｆはフィルタにかけられた光信号、Ｔｒは基準温度、Ｔｆはフィルタにかけられた温度、及びＣは一定数に相当する。

好ましくは、フィルタにかけられた温度Ｔｆは、エミッタ８で測定された平均温度に相当する。

次に、計算された光信号Ｓｃは処理され、送られた光信号と比較することによって、作動ガスに存在する二酸化炭素量を判定する。

酸素供給器に入る作動ガスの流量も測定され、酸素供給器から出て来る二酸化炭素のパーセンテージが計算される。

実際に、説明した発明が、意図する目標を実現することが確認された。詳細には、本発明が言及する二酸化炭素を測定するためのデバイスは、体外循環路の酸素供給器から出て来る作動ガスに存在する、二酸化炭素量に関する信号を得るのを可能にし、相関的な光デバイス（エミッタ及びレシーバ）に加えられた熱の影響を考慮に入れるという事実が強調される。

詳細には、本発明によるデバイスは、加熱手段の温度の変動と、温度が光デバイスではなく加熱手段自体で検出されるという事実との両方に起因する、温度測定誤差を制限するのを可能にする。

Claims (16)

1. 作動ガスの二酸化炭素を測定するためのデバイス（１）であって、
   内側で作動ガスが搬送される、管状本体（７）と、
   前記管状本体（７）に配置された、光信号の少なくとも１つのエミッタ（８）と、
   前記管状本体（７）において前記エミッタ（８）の反対側に配置された、前記光信号の少なくとも１つのレシーバ（９）と、
   前記エミッタ（８）及び前記レシーバ（９）のうちの少なくとも一方に配置された、加熱手段（１０、１１）と
   を備え、
   前記加熱手段（１０、１１）の近くに位置付けられた少なくとも１つの温度センサ（１３、１４）と、前記エミッタ（８）、前記レシーバ（９）、前記加熱手段（１０、１１）、及び前記温度センサ（１３、１４）に動作可能に接続された少なくとも１つの制御ユニット（１５）とを備え、前記制御ユニット（１５）は、前記温度センサ（１３、１４）によって測定された温度に依存して、前記レシーバ（９）によって検出された前記光信号の値を修正するよう構成された修正手段を備えることを特徴とする、デバイス（１）。
2. 前記修正手段は、第１の動的時間範囲において前記レシーバ（９）によって受け取られた信号の平均に応じて、フィルタにかけられた光信号（Ｓｆ）を計算するための第１の手段と、第２の動的時間範囲において前記温度センサ（１３、１４）によって測定された平均温度に応じて、フィルタにかけられた温度（Ｔｆ）を計算するための第２の手段と、下記の公式
   Ｓｃ＝Ｓｆ＋（Ｔｒ−Ｔｆ）×Ｃ
   によって修正された光信号（Ｓｃ）を計算するための第３の手段と、を備えることを特徴とし、
   ここで、Ｓｆは前記フィルタにかけられた光信号、Ｔｒは予め設定可能な基準温度、Ｔｆは前記フィルタにかけられた温度、及びＣは予め設定可能な係数に相当する、請求項１に記載のデバイス（１）。
3. 前記加熱手段（１０、１１）は、前記エミッタ（８）に配置された少なくとも第１の加熱手段（１０）を備えることと、前記加熱手段（１０、１１）は、前記第１の加熱手段（１０）の近くに配置された少なくとも第１の温度センサ（１３）を備えることと、前記フィルタにかけられた温度（Ｔｆ）は、前記第２の動的時間範囲において、前記第１の温度センサ（１３）によって測定された平均温度に相当することと、を特徴とする、請求項２に記載のデバイス（１）。
4. 前記加熱手段（１０、１１）は、前記レシーバ（９）に配置された第２の加熱手段（１１）を備えることと、前記加熱手段（１０、１１）は、前記第２の加熱手段（１１）の近くに配置された少なくとも第２の温度センサ（１４）を備えることと、を特徴とする、請求項３に記載のデバイス（１）。
5. 前記加熱手段（１０、１１）は、少なくとも１つの貫通穴（１２）が設けられた、少なくとも相関的な加熱要素を備え、少なくとも１つの前記貫通穴（１２）は、前記管状本体（７）に面し、内部には前記エミッタ（８）または前記レシーバ（９）が挿入されることを特徴とする、請求項３または４に記載のデバイス（１）。
6. 前記温度センサ（１３、１４）は、前記加熱要素（１０、１１）と関連付けられることを特徴とする、請求項５に記載のデバイス（１）。
7. 前記基準温度（Ｔｒ）は、４１℃から４３℃の間であることを特徴とする、請求項２〜６のうちいずれか一項に記載のデバイス（１）。
8. 前記予め設定可能な係数（Ｃ）の値は、８１から８１．５の間であることを特徴とする、請求項２〜７のうちいずれか一項に記載のデバイス（１）。
9. 前記エミッタ（８）及び前記レシーバ（９）は、赤外フォトダイオードのタイプであることを特徴とする、請求項１〜８のうちいずれか一項に記載のデバイス（１）。
10. 体外血液循環のための循環路（３０）であって、
    酸素を加えられることになる血液のための少なくとも１つの入口ポート（３）と、酸素を加えられた血液のための少なくとも１つの出口ポート（４）と、酸素を血液に供給するよう、ならびに／または二酸化炭素を血液から除去するよう意図された、作動ガスの少なくとも１つの入口チャネル（５）及び少なくとも１つの出口チャネル（６）とが設けられた、血液酸素供給器（２）を備え、
    請求項１〜９のうちいずれか一項に記載の、二酸化炭素を測定するためのデバイス（１）を備え、前記管状本体（７）は、前記作動ガスの前記出口チャネル（６）に接続されることを特徴とする、循環路（３０）。
11. 前記入口チャネル（５）と関連付けられた、作動ガスの流量の測定手段（１６）を備えることを特徴とする、請求項１０に記載の循環路（３０）。
12. 前記測定手段（１６）は、前記制御ユニット（１５）に動作可能に接続され、前記制御ユニット（１５）は、測定された作動ガスの流量及び修正された光信号（Ｓｃ）に依存して、血液から除去された二酸化炭素のパーセンテージを計算するための、第４の手段を備えることを特徴とする、請求項１１に記載の循環路（３０）。
13. 作動ガスの二酸化炭素を測定する方法であって、
    内側で作動ガスが搬送される、少なくとも１つの管状本体（７）を供給するステップと、
    光信号の少なくとも１つのエミッタ（８）、及び前記光信号の少なくとも１つのレシーバ（９）を供給するステップと、
    前記管状本体（７）を通過する光信号を送るステップと、
    前記レシーバ（９）によって前記光信号を受け取るステップと、
    前記エミッタ（８）及び前記レシーバ（９）のうちの少なくとも一方を加熱するステップと
    を含み、
    前記方法は、
    加熱された前記エミッタ（８）及び／または加熱された前記レシーバ（９）の温度を測定するステップと、
    修正された光信号（Ｓｃ）を得るために、前記測定された温度に依存して、受け取った前記光信号を修正するステップと、
    前記管状本体（７）を通過する前記作動ガスに存在する二酸化炭素量を判定するために、前記修正された光信号（Ｓｃ）を処理するステップと
    を含むことを特徴とする、方法。
14. 前記修正するステップは、
    第１の動的時間範囲において前記レシーバ（９）によって受け取られた前記光信号の平均に応じて、フィルタにかけられた光信号（Ｓｆ）を計算するステップと、
    第２の動的時間範囲において測定された平均温度に応じて、フィルタにかけられた温度（Ｔｆ）を計算するステップと、
    基準温度（Ｔｒ）を設定するステップと、
    所定の係数（Ｃ）を設定するステップと、
    下記の公式
    Ｓｃ＝Ｓｆ＋（Ｔｒ−Ｔｆ）×Ｃ
    によって、前記修正された光信号（Ｓｃ）を計算するステップと
    を含むことを特徴とし、
    ここで、Ｓｆは前記フィルタにかけられた光信号、Ｔｒは前記基準温度、Ｔｆは前記フィルタにかけられた温度、及びＣは前記所定の係数に相当する、請求項１３に記載の方法。
15. 前記測定された温度は、前記エミッタ（８）の温度と相関することを特徴とする、請求項１３または１４に記載の方法。
16. 前記方法は、
    血液酸素供給器（２）を備えた体外血液循環のための少なくとも１つの循環路を供給するステップであって、前記血液酸素供給器（２）には、酸素を加えられることになる血液のための少なくとも１つの入口ポート（３）、酸素を加えられた血液のための少なくとも１つの出口ポート（４）、ならびに作動ガスのための少なくとも１つの入口チャネル（５）及び少なくとも１つの出口チャネル（６）が設けられ、少なくとも１つの前記入口チャネル（５）及び少なくとも１つの前記出口チャネル（６）は、酸素を血液に供給するよう、ならびに／または二酸化炭素を血液から除去するよう意図された、供給するステップと、
    前記管状本体（７）を前記出口チャネル（６）に接続するステップと
    を含むことを特徴とする、請求項１３〜１５のうちいずれか一項に記載の方法。

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