JP3103131B2 - 血液の組成パラメータの値を予測するシステムとその方法 - Google Patents

血液の組成パラメータの値を予測するシステムとその方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は血液の組成パラメータの
値を予測するシステムとその方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】血液ガス、水素イオン(pH) その他の電
解物質、グルコース、赤血球、又はそれ等に類する物等
の様な血液成分の存在及び/又はそれらの濃度と言った
血液の多種の組成パラメータの値を測定する事がしばし
ば必要であり或いは望まれて来ている。係る血液の組成
パラメータ値を測定する事は、蛍光技術或いは吸光技術
を用いる事によって、電気化学的に或いは光学的に実行
されて来ている。
【0003】係る血液の組成パラメータは、例えば蛍光
センサーを使用してリアルタイムにモニターする事が可
能である。該センサーは、血液通路に近接して設けられ
たセンサーハウジング或いはカセットの中に配置せしめ
られる。該センサーは、一つの波長を有する励起光( e
xciting light )により発光され、それぞれのセンサー
は、該センサーが反応する血液内の組成パラメータの値
に応じて変化する強度を持った蛍光発光信号を放射す
る。
【0004】これ等の信号は、次いで関連する組成パラ
メータに関係した量的情報或いはそれ等の値を提供する
為に処理される。該センサーが血液の組成パラメータに
曝されると、期間的には数分の経過時間の間に該センサ
ーから放射される信号は或る初期値から最終の或いは平
衡化された値に変化する。
【0005】この様に発生する遅延時間は或る問題を引
き起こす。 何となれば、平衡状態が発生する以前に経
過する時間は血液が凝血する時間に重要な意味を有して
いる。従って、検出値が平衡状態に到達するのを待つ一
方で、該カセット内に於ける凝血の危険が存在している
のである。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、上記
した係る従来の欠点を改良し、係る問題点が発生するか
なり以前に平衡値を予測するシステムと方法を提供する
ものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は上記した目的を
達成するため、以下に記載されたような技術構成を採用
するものである。即ち、本発明に係るシステムに於いて
は、血液の組成パラメータの値を、迅速に且つ簡便に決
定するものであり、又本発明に係る方法に於いては、血
液が該センサーと接触しなければならない時間を顕著に
減少させると言う方法で上記の目的を実現している。
【0008】従って、患者から抽出された血液サンプル
は、当該患者に直ちに帰還せしめられ、それにより血液
の凝固と言う危険がそれに従って減少する。簡単に言え
ば、本発明の構成によるシステムは、血液サンプルを抽
出するための手段である血液を貯留する為の手段、血液
の組成パラメータの値に関連した信号を発生する為のセ
ンサー手段及び該センサー手段に結合され、該信号を解
析し且つ該血液の組成パラメータ値を表示する出力を発
生させる為のコンピュータ手段とを含んでいる。
【0009】該システムは遅延応答手段を含んでいる。
従って、該センサーにより発生された信号は、時間的に
変化する波形P(t)を有しており、該波形は、該セン
サーは血液と接触した時間t0 において発生する初期値
P(t0 )からその後の時間tE において発生する平衡
値P(tE )に変化する。
【0010】係るシステムに於ける遅延応答(delayed
response )は、該センサーが血液と接触した時間t0
平衡状態が発生する時間tE との間の遅延を発生させる
ものである。係る遅延は、多数の要因により形成される
ものであるが、本発明に於ける一具体例に於いては、そ
の大きな要因の一つは、該血液と該センサーのインジケ
ータ( indicator ) との間に介挿されている物理的なバ
リヤ(保護膜等)である。例えば、本発明に使用される
インジケータは、検査対象の血液ガスに応答する蛍光性
インジケータで有っても良く、又該インジケータは当該
検査対象の血液ガスに対して透過性のある半透過性バリ
アによって該血液から物理的に分離されるもので有って
も良い。
【0011】該検査対象の血液ガス或いはその他の組成
パラメータが該バリアを透過して該インジケータと接触
するのに要する時間は、遅延原因の一つである。その他
の遅延原因は、該インジケータが該血液の組成パラメー
タと接触せしめられるか、あるいは該血液の組成パラメ
ータの影響を受けた後に、該インジケータが組成パラメ
ータに応答するに要する時間である。係る両遅延はセン
サーそのものにより生起されるものである。
【0012】本発明に係るシステムに於いては、その他
の遅延要素が存在するかも知れないが、電子機器により
生ずる遅延は、一般的には無視しても良い。従って、実
際問題としては、該遅延は該センサーによって導入され
るものと考える事が出来る。
【0013】該センサーにより発生した信号は、指数関
数から変位(deviate)する。本発明の主要な形態によれ
ば、コンピュータ手段は、初期値P(t0 )と平衡値P
(tE )との間に発生する屈曲点P(tI ) の発生を検
出する手段と同時に該波形P(t)が指数関数的に該屈
曲点P(tI ) から該平衡値P(tE )に変化すると言
う推測の基に該平衡値P(tE )の推定値を計算する手
段とを含んでいる。
【0014】好ましくは、該平衡値P(tE )の推定値
を計算する手段は以下の関係式を使用するものである。 (A+B)est =P(tI ) +〔Tau×MAX(dp/dt)〕 ここで、(A+B)est は平衡値P(tE )est の推定
であり、Tauは該屈曲点後の指数型時間応答(expone
ntial time response)を表す定数であり、又MAX(d
p/dt)は該屈曲点P(tI ) における波形P(t)
の傾斜を示すものである。
【0015】二酸化炭素に関しては、該Tauの推定値
は以下の関係式を使用して計算される。 TAUest =K1 +K2 /MAX(dp/dt) ここで、TAUest はTauの推定値であり、K1 は第
1の定数で、K2 は第2の定数である。又MAX(dp
/dt)は該屈曲点P(tI ) における波形P(t)の
傾斜を示すものである。
【0016】二酸化炭素に関する該Tauの推定値の為
に、K1 は経験的に15と決定され、又K2 は5.5と
決定される。より一般的には、Tauは以下の関係式の
使用して何れの血液組成パラメータでも効果的に推定す
る事が出来る。 TAU est =K1+K2×MAX (dp/dt)K3+K4× MAX(dp/pdt)K5 ここで、MAX(dp/dt)は該屈曲点P(tI ) に
おける波形P(t)の傾斜を示すものであり、又MAX
(dp/pdt)は該屈曲点P(tI ) の近傍で発生す
る該波形P(t)に於ける比例的傾斜の最大値を示すも
のである。又K1 、K2 、K3 、K4 、K5 は定数であ
る。
【0017】本発明は、酸素分圧、二酸化炭素分圧、pH
値、グルコース、赤血球、その他の電解物質、又はそれ
等に類する物等を含んだ血液の多種の組成パラメータの
値を発生させるのに使用される。これ等の値は生体内
(in vivo ) 、生体外試験管内(in vitor) 或いは生体
外系循環ループ(in an extracorporeal loop)等で測定
されるもので有っても良い。然しながら、本発明は特に
係る測定作業が出来るだけ迅速に行われる様に患者の安
全と快適性と言う様な何らかの理由がある場合に係る測
定値を発生させるのに適している。
【0018】センサー手段は血液の組成パラメータに関
する値に関係する時変信号(time-varying signal)を発
生するものであれば光学的なもの、電気化学的なもの、
或いはその他の如何なる形式のもので有っても良い。然
しながら、光学的測定手段は特定の利点を提供出来、従
って本発明は蛍光センサー(fluoresent sensors )を使
用した方法に特に適用されるものである。
【0019】
【実施例】以下に本発明に係る血液の組成パラメータの
値を予測するシステムとその方法に関する具体例を図面
を参照しながら説明する。図1は検査対象の血液組成パ
ラメータを測定する為の集合体構造を説明する図であ
る。本発明に係るシステムの動作の原理の或るもの及び
採用されている部品等に付いては米国再発行特許Re第
31,879号及び出願中の米国特許出願第229,6
17号に開示されているものと同一である。
【0020】係る両文献は本発明に係るシステムの構造
と動作に関して詳細を知る上に参考となる。一般的に
は、該集合体構造10は洗浄液(flush solution) 源1
1を含んでおり、該洗浄液は該洗浄液源11から流れ出
て、管12と多種の流量を制御する制御部材13を通っ
てセンサー集合体14に指向される。
【0021】該洗浄液は例えば、ヘパリン化された食塩
水の様な抗凝血液(anticlotting solution)で有っても
良く、又流量制御部材は真空を引く機能を有するシリン
ダ/ ピストン型のシリンジの様な形をしている体積変動
子(volume oscillator)の様な構造を含んでいるもので
有って良い。該シリンジを手動で操作する事により、患
者16から管15を介して血液サンプルが抽出され該セ
ンサー集合体14(図1参照)の使い捨て型ハウジング
部17に導入される。
【0022】血液が該ハウジング部17に導入された
後、装置20からの励起光が光ファイバーの19の光
ファイバーに沿って該ハウジング部17内にある3個の
センサー18に伝達される。本具体例では、該センサー
18は酸素分圧、二酸化炭素(CO2)分圧、及び水素イ
オン濃度とにそれぞれ応答する。
【0023】該センサー18のそれぞれは、励起光から
異なった波長の蛍光発光信号を個別に発生する。そして
係る蛍光発光信号はそれぞれが応答する血液組成パラメ
ータのそれぞれに関連せしめられている。係る3種の蛍
光発光信号は別々の光ファイバーを介して或いは光ファ
イバー群19のチャネルを介して該装置20に伝達され
る。
【0024】該装置20はそれぞれの蛍光発光信号を該
励起光から識別するものである。該ハウジング部17と
センサー18の構成の一つに関する詳細は本願発明と同
一の譲受人が出願している米国特許出願番号第229.
617号に実施例の形で示されている。
【0025】図2は又センサー18の一つの例を示した
ものである。該センサー18は蛍光インジケータを担持
している高分子マトリックス21と皮膜の形をしている
半透過性バリア23とを含んでおり、該半透過性バリア
23は検出されるべき組成パラメータを透過させるもの
である。
【0026】該マトリックス21と皮膜23は該使い捨
てハウジング部17の凹部25に担持されている。光フ
ァイバー27は励起光を該透過性のハウジング部17に
案内し、それによって該マトリックス21にあるインジ
ケータにも案内され更には該蛍光発光信号を該装置20
に戻すものである。
【0027】本発明に於いては多くの異なった形態を持
つセンサーが使用しえる。しかしながら、図2から明ら
かな様に、該マトリックスにより担持されている蛍光イ
ンジケータと接触する為に、検査対象の組成パラメータ
が該半透過性バリア23と又該マトリックス21を透過
する為に時間がかかる。一旦該組成パラメータが該マト
リックス21内のインジケータと接触すると、更に該イ
ンジケータが該組成パラメータの存在に対して反応する
為に付加的な時間が必要とされる。
【0028】そして、係る現象は特に二酸化炭素の場合
に顕著である。従って、該二酸化炭素に関する予測値P
(tE )は特に重要である。酸素、及びpHに関しては
該蛍光インジケータに対する反応は迅速であり従って酸
素に対する一次的遅延はバリア23を通過する際及び該
マトリックス21を透過する際のものである。
【0029】該センサーの一つから発生される蛍光発光
信号の一つは図2に於ける矢印29により表示されてい
る。該装置20は、該光信号21から情報を抽出する為
に必要な構成部品を含んでいる。従って、該装置20
は、光受光器31の様な変換器を含むものであり、該変
換器は光信号に関連する電気信号を発生する手段として
作用する。
【0030】それに加えて、該装置は、例えば該電気信
号を増幅する為の増幅器33の様な信号調整部材或いは
該電気信号に関連するデジタルデータを発生する為のア
ナログ/デジタルコンバータ35を含むもので有っても
良い。デジタルデータは公知の手段によりマイクロプロ
セッサと適宜の支援ハードウエア及びソフトウエア等を
含むマイクロプロセッサ回路37と結合されているもの
である。
【0031】これ等の部品は、公知の技術に従って多く
の異なる形状、構成をとるもので有っても良く、それに
よってマイクロプロセッサは該デジタルデータを読出
し、かつそれを処理してその結果を表示するか、さもな
ければその結果を読み出す手段を提供する。
【0032】該マイクロプロセッサ回路37は例えばオ
ペレータとの対話を可能とする為のえ表示装置とキーパ
ッドとを含んでいるもので有っても良く、更には該信号
を解析し血液サンプルに於ける組成パラメータの値を表
示する出力を発生させる為のセンサー手段に結合された
コンピュータ手段として作動する光受光器31、増幅器
33及びアナログ/デジタルコンバータ35を接続され
ていても良い。
【0033】本発明によれば、マイクロプロセッサ回路
37は所定の血液組成パラメータに関する最終的な表示
値(つまり平衡値)を予測する為に構成されたプログラ
ムを含んでいる。かく構成する事は、血液が該ハウジン
グ部17に留まっていなければならない時間を減少させ
それにより凝血の発生をさける為に重要な事である。
【0034】該センサー集合体14は遅延応答を有して
おり、それにより、該遅延応答が発生した信号は、該ハ
ウジング部17に血液サンプルが注入された時刻t0
於いて発生する初期値P(t0 )からその後の時刻tE
で発生する平衡値P(tE )に変化する様に、指数関数
から変位する時変波形P(t)(time-varying wavefor
m)を有している。従って、該波形P(t)は、それが少
なくとも真の指数関数に対する漸近線的接近に良く類似
していると言う意味に於いて、該平衡値P(tE )に接
近する。
【0035】図4は、二酸化炭素(CO2)の分圧に応答
する蛍光センサー18に関する波形P(t)のプロット
を示すものである。t=0と表示されている横軸の点は
血液が注入された時刻を示す点である。(すなわち、血
液がハウジング部17に注入された時刻)縦軸上の初期
値P(t0 )は二酸化炭素(CO2)の分圧に関係するも
のであり、それは、血液が注入される以前に於ける初期
の値を示し(即ち、洗浄液の値である)、平衡値P(t
E )の点は平衡状態に到達した後に最終的に示される二
酸化炭素(CO2)の分圧に関するものである。(即ち、
血液サンプルの平衡値である)
【0036】問題は、該波形P(t)が初期値P
(t0 )(例えば0.3mmHg) から漸近線的或いは平衡
化された値P(tE )(例えば40mmHg)に非指数関数
的な図4に示す『P(t)ACTUAL』と表示された線に沿
って変化する事である。係るP(t)ACTUAL曲線はそれ
が時刻tI に於ける屈曲点に到達する迄、実質的に理想
的な指数関数曲線(『IDEAL EXPONENTIAL 』と表示され
ている)から変位し、その後理想的指数関数曲線に近似
する。
【0037】もし、線が指数関数曲線で有れば、該線上
の2つの点に関する座標は該平衡値P(tE )を決定す
る為に充分な情報を提供する事になろう。然し、二酸化
炭素(CO2)に関する該波形P(t)については係る関
係が適用されない。又酸素の場合(図5参照)とpH値
(図6参照)に付いても異なって来る。
【0038】これに関し、図5に於ける上側のプロット
は血液サンプルに於ける酸素(O2 )分圧に応答するセ
ンサーセンサー集合体14の場合の波形P(t)のプロ
ットを示すものである。係る場合には、波形P(t)は
初期値P(t0 )(即ち空気について、150mmHg) か
らそれより高い(例えば酸素を摂取している患者につい
て220mmHg) である平衡値P(tE 1 )に変化する。
【0039】一方、図5に於ける下側のプロットは又血
液サンプルに於ける酸素(O2 )分圧に応答するセンサ
ーセンサー集合体14の場合の波形P(t)のプロット
を示すものである。係る場合には、波形P(t)は初期
値P(t0 )からそれより低い(例えば酸素を摂取して
いない患者に対して80mmHg) である平衡値P
(tE 2 )に変化する。何れの場合においても、実際の
線(『P(t)ACTUAL』と表示されている)はそれが時
刻tI に於ける屈曲点に到達する迄、実質的に理想的な
指数関数曲線(『IDEAL EXPONENTIAL 』と表示されてい
る)から変位し、その後理想的指数関数曲線に近似す
る。
【0040】同様に、図6における上側と下側のプロッ
トは、血液サンプルのpH値に応答するセンサー集合体
14の場合における波形P(t)のプロットを示すもの
である。上側プロットに関しては、該波形P(t)は通
常値より高い(例えば該洗浄液に関してのpH値を8.
5と仮定する)初期pH値P(t0 1 )から平衡値P
(tE )(例えば通常の患者の血液に関してpH値が
7.4である)に変化する。
【0041】又下側プロットに関しては、該波形P
(t)は通常値より低い(例えば他の洗浄液に関しての
pH値を6.0と仮定する)初期pH値P(t02)から
最終的平衡値P(tE )に変化する。同じ様に、実際の
線(『P(t)ACTUAL』と表示されている)は、それが
時刻tI に於ける屈曲点に到達する迄、実質的に理想的
な指数関数曲線(『IDEAL EXPONENTIAL 』と表示されて
いる)から変位し、その後理想的指数関数曲線に近似す
る。
【0042】真の指数関数からの変位が存在するにも係
わらず、本発明は該波形P(t)は該屈曲点P(tI )
が発生した後は真の指数関数応答に接近すると言う認識
の基に平衡値を推測する。換言するならば、それは、該
屈曲点P(tI ) から指数関数的に変化し、その中で、
該波形は少なくとも以下に示す関係式により表される形
の指数関数に接近する。 P(t)=A×(1−exp〔−t/Tau〕)+B
【0043】図4乃至6に示された波形P(t)のそれ
ぞれのプロットに付いての該屈曲点、即ち、傾斜の変化
率が0である点、は『INFLECTION POINT』と表示されて
おり、又それぞれの屈曲点は時刻t=0と該プロットが
実質的に平衡値に到達した時刻t=tE (場合によっ
て、tE 、tE1、tE2となる)との間の時刻tI に於い
て発生する。
【0044】係る特性を使用して、本発明は、抽出時間
とスタート時間の推定を必要とする事なく平衡値を予測
する。更に、本発明は時間消費的超越関数(time-consum
ing transcendental function ) を計算する必要もな
い。その代わりに、該平衡値は該波形P(t)の現在
値、現在測定された傾斜、経験的なTauの予測値及び
指数関数的応答時間等を使用して予測値を計算する事に
より予測するものである。
【0045】係る計算は、連続する操作に於ける差が実
質的に小さくなる迄繰り返される。係る点に関し、屈曲
点を越える波形P(t)のプロットが、指数関数の形態
を取るものと仮定すると、即ち、 P(t)=A×(1−exp〔−t/Tau〕)+B (1) ここで、Bは初期値であり、又Aは、酸素又はpHにつ
いて、所定の条件の下に於ける指数関数的増加の或いは
減少の量を示し、又(A+B)は、漸近線的値である。
【0046】 そして、dp/dt=A×(1/Tau)×exp〔−t/Tau〕 dp/dt=(A+B−P(t))/Tau (2) そして (A+B)=P(t)+(Tau×dp/dt) (3) 従って、(A+B)は関係式(3)とTauの経験的推
定値とを使用して計算する事が出来る。
【0047】本発明に係る一態様によれば、二酸化炭素
CO2 に対しては該Tauの推定は以下の関係式を使
用して計算する事が出来る。 TAUest =K1 +K2 /MAX(dp/dt) (4) ここで、TAUest はTauに値の推定値であり、K1
=15、K2 =5.5、更にMAX(dp/dt)は、
該屈曲点に於いて評価される波形P(t)の第1の導関
数(derivative)である。(即ち、屈曲点に於ける傾斜で
ある)
【0048】係る推測は、使用されるセンサーの特性を
分析する事によって促進される。第1には、一般的に、
CO2 、O2 、pH、或いはその他の組成パラメータの
分圧を決定する為の如何なるセンサーもより高い分圧、
より高いpH値、或いはより高いその他の組成パラメー
タ値に対してより迅速に或いはより低速に応答するもの
である。CO2 の場合には、Tauは(A+B)を以て
逆に変化する。
【0049】然かしながら、本発明は又、波形P(t)
の第1の導関数或いはその傾斜が殆ど全てのセンサー及
び殆ど全ての分圧、pH値そしてその他の組成パラメー
タに対して、該屈曲点は表れる程度に迄は、おおよそ一
致した挙動を示し、又該波形は一般的には、該屈曲点を
越えれば指数関数的となると言う事を認識しているもの
である。係る観察は、最終的な或いは漸近線的な波形P
(t)の表示値の予測を促進するものである。
【0050】本発明に於ける一態様に於いては、Tau
は該屈曲点P(tI) を追跡し次いで上記した関係式
(4)を用いてTauの推定値を計算する事により推定
される。次いで、(A+B)の新しい値が式(3)を用
いて計算される。その後、(A+B)の新しい値は前の
値と比較され、もしその差が十分に小さい場合には(例
えば、1%以下の変化である場合等)、その新しい値が
漸近線的或いは最終的な表示値として採用されるもので
ある。
【0051】そうでない場合には、他の操作が実行され
る。勿論、該平衡値P(tE )を決定する為に採用され
る正確にプログラムされた工程は、その決定が屈曲点P
(tI ) の発生とその後の波形P(t)の指数関数的挙
動に基づいている範囲内で開示されているより広範囲の
発明思想内で変更することは可能である。
【0052】上記に示されているK1 、K2 の値は、本
発明の他の態様に於いては、該波形P(t)の多数のプ
ロットに対する視覚試験の後に経験的に決定されても良
く又二酸化炭素に対するdp/dtは、該屈曲点P(t
I ) に於ける傾斜dp/dtが各センサーに於ける経験
的に観察されたTauに対して逆相関に有る事を示して
いる。
【0053】更に係る関係は、平衡値P(tE )の広範
囲に亘たって維持されている。より一般的には、Tau
以下の関係式を用いて推定する事も可能である。 TAU est =K1+K2×MAX (dp/dt )K3+K4× MAX(dp/pdt)K5 (5) ここで、MAX(dp/dt)は該屈曲点P(tI ) に
おける波形P(t)の傾斜を示すものであり、又MAX
(dp/pdt)は該屈曲点P(tI ) の近傍で発生す
る該波形P(t)に於ける比例的傾斜の最大値を示すも
のである。又K1 、K2 、K3 、K4 、K5 は定数であ
る。係る関係式は、血液の如何なる組成パラメータに対
するTauを効果的に推定するのに使用される。上記の
関係式より、CO2 に関してはK3 =−1、K4 及びK
5 =0である事が理解され、それによって、CO2 に適
用しえる関係式(4)と代替しえるものである。
【0054】上記式(5)における“K”項の全ての値
を決定する為に、時間に関する圧力或いはpHの実際の
波形を広範囲な平衡値P(tE )に亘たってプロットし
そして幾つかのかかる波形の群から式(5)を用いて最
小自乗法解析が実行され、該波形群に最良に適合する
“K”項の値を設定する。ここで、図7乃至図9のフロ
ーチャートを検討すると、それらは本発明に係る予測ア
ルゴリズムに従って平衡値P(tE )を予測する工程に
含まれたいる論理回路を示している。
【0055】該予測アルゴリズムは、マイクロプロセッ
サー回路37により使用される他のマイクロプロセッサ
ープログラムと一体化されている。スタートに於いて
は、血液は該ハウジング部17に導入されそして該プロ
グラムはCO2に関する値或いは分圧を含む初期条件を
セットする。もし、時刻tが0で有れば、初期条件Ta
u=TAUK1 は15秒に設定され又上記の工程が繰り
返される。
【0056】もし、フローチャトに於ける繰り返し数或
いはサンプル数を表すtが0以外の値で有る場合にはC
2 に関する最初から4個のデータが表示され且つ記録
される。そして予測された圧力の最終値、P(tE )、
が各測定値P(m)測定値P(m)と等しい値に設定さ
れる。次に、標準シュバツキ─ゴレイ多項式フィルタ方
式(standard Savitzky-Golaypolynomial filter method
s )を使用し、且つ圧力に関する第4と第5番目の測定
値に対するCO2 値並びに圧力値とを用いて第1次導関
数がブロック39で計算される。
【0057】該ブロック39に於いて、P(tE )も又
式(3)と第4と第5のサンプルを使用して計算され
る。次いで、第6番目のCO2 値が、将来の演算処理の
為にブロック41でバッファに記録され、続いて該第6
番目のサンプルとシュバツキ─ゴレイ法を用いてP
(t)曲線に関する第1次導関数がブロック43で計算
される。
【0058】図8の上部に於けるブロック45に於いて
は、連続して測定されたCO2 値が該ブロック41、4
3におけると同じ方法で演算処理され、そして第1次導
関数が連続的にモニターされる。該第1次導関数に対す
るモニタリングは今回の第1次導関数を前回計算された
第1次導関数と比較すると共に、今回得られた第1次導
関数が前回得られた第1次導関数より小さい場合を識別
する事により該屈曲点を決定するのに使用される。
【0059】係る状況が発生した場合には、屈曲点を通
過したものであり、前回のサンプ時に屈曲点は発生した
ものと推定する。もし、該屈曲点に到達しなかった場合
には、ブロック47に於いてP(tE )と該P(tE
の第1次導関数であるdpo(t)が計算され、又ブロ
ック49で安定度(stability)が決定される。
【0060】例えば、該安定度は連続するサンプルに関
してのP(tE )の第1次導関数を比較してそして測定
されたCO2 の分圧が、もし連続して計算されたP(t
E )値の変動が、それ以前に得られた値より小さい場合
に安定であると判断する事により決定される。もし、C
2値が安定でない場合には、演算処理はブロック51
に進み、当該サンプルが時間経過(time out) となった
かどうかの検査を実行する。
【0061】もしスタートボタンを押してから例えば2
分間と言うような、予め定められた時間が経過していな
い場合には当該サンプルは時間経過していないものと判
断する。屈曲点前の期間、即ち屈曲点に到達する以前の
期間に於いては、ブロック53は常に真或いはYESで
ある(true) 。
【0062】従って、図8に関連して上記で説明した演
算処理は該屈曲点に到達するまで繰り返される。そし
て、該屈曲点に到達したら、ブロック55に於いて、T
auの値がCO2 に関しては式(4)により、又他の血
液組成パラメータに関しては式(5)により設定され
る。
【0063】今、ブロック53が誤り又はNO(false)
であるので、演算処理は図9に於いてブロック57に進
み、CO2 が安定でないかどうかを再び決定する。も
し、係る状態が誤り又はNO(false)であるとすると、
計算されたCO2 値或いは分圧、P(tE )、は安定で
ありそして適当な最終値が決定される。然しながら、該
CO2 の推定値P(tE )が安定でない限りは、ブロッ
ク59に於いてサンプル時間が経過したと言う理由から
最終的な分圧を決定する事なしに、当該演算処理は終了
せしめられる。
【0064】従って、サンプルが時間経過していないと
推定されるならば、図9に示される演算処理は、該CO
2 値が安定していると決定される迄繰り返され、その値
はCO2 の様な血液ガスの場合には、その分圧に関する
最終値として採用される。図8に於けるブロック49と
51は安全性の為特性を示している。従って、もしC
2 の状態が安定していないと言う判断が誤り又はNO
である場合には、即ち、CO2 の値が屈曲点が検出され
る以前に安定した場合、又はブロック51でサンプルが
時間経過してしまった場合、当該演算処理は終了する。
【0065】該CO2 が安定である場合には、該CO2
値P(tE )の適当な最終的が決定された事になる。サ
ンプル時間が経過した場合には、最も新しく計算された
値P(tE )(ブロック47で計算された)がおおよそ
の推定値として使用される。
【0066】例えば、スタートボタンが非常に長く押圧
され、該ハウジング部17内に血液を導入する時間がそ
れに続く場合にはブロック49が誤り又はNOとなるか
も知れない。ブロック47(図8)の計算がブロック6
1で繰り返され、そこでCO2 値が安定したものとして
決定されるかどうかを繰り返しテストする。
【0067】ブロック51と59は又サンプルが該ハウ
ジング部17内に留まっている事の出来る総制限時間を
提供し、そしてもし、その制限時間が平衡値が決定され
る以前に到達した場合には、当該サンプルを該ハウジン
グ部17から患者の体内に戻す。
【0068】如何なる場合でも、当該サンプルは所定の
時間が経過する以前に、或いは時刻tE のうち何れか早
く発生する時点以前に患者に戻される。通常は、該サン
プルは該屈曲点の検出時と時刻tE との間の適当な時点
で患者に戻される。好ましくは、該サンプルは該屈曲点
が検出された後直ぐに患者に戻されるものである。
【0069】本発明の例示的具体例が上記に示され且つ
説明されたが、本発明の精神と範囲から必ずしも逸脱し
ない範囲で当業者により実施され得る多くの変更、修正
及び代替があり得る事は明らかである。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は本発明に係る検査対象の血液組成パラメ
ータを測定する為の構成体を示す概略図である。
【図2】図2は、本発明に係るセンサーの一例を示す拡
大断面図である。
【図3】図3は、図1の装置で使用される部材のブロッ
クダイアグラムである。
【図4】図4は時間に対するセンサーの出力との関係で
示される二酸化炭素の分圧をプロットしたグラフであ
る。
【図5】図5は時間に対する酸素分圧をプロットした2
種のグラフである。
【図6】図6は時間に対する血液のpHをプロットした
2種のグラフである。
【図7】図7は、本発明に係る平衡値を予測する為の方
法に関するフローチャートを示すものである。
【図8】図8は、本発明に係る平衡値を予測する為の方
法に関するフローチャートを示すものである。
【図9】図9は、本発明に係る平衡値を予測する為の方
法に関するフローチャートを示すものである。
【符号の説明】
10…測定装置 11…洗浄液源 12…管 13…流量制御部 14…センサー集合体 17…ハウジング部 18…センサー 19…光ファイバー群 20…処理装置 21…マトリックス 23…被覆 25…凹部 27…光ファイバー
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ウィリアム ウォルター ミラー アメリカ合衆国,ミネソタ 55144− 1000,セント ポール,スリーエム セ ンター(番地なし) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) A61B 5/145 G06F 19/00

Claims (16)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 血液の組成パラメータの値を決定するシ
    ステムで有って、該システムは血液サンプルを貯留する
    為の手段、 該血液貯留手段に設けられ、血液の組成パラメータの値
    に関連した信号を発生する為のセンサー手段、 該センサー手段に結合され、該信号を解析し且つ該血液
    の組成パラメータ値を表示する出力を発生させる為のコ
    ンピュータ手段とを含んでおり、 該システムに於いては遅延応答手段が設けられ、該遅延
    応答手段に於いては信号が、該センサー手段が血液と接
    触した時間t0 において発生する初期値P(t0 )から
    その後の時間tE において発生する平衡値P(tE )に
    変化する時に指数関数から変位する様な時間的に変化す
    る波形P(t)を有しており、 該コンピュータ手段は、初期値P(t0 )と平衡値P
    (tE )との間に発生する屈曲点P(tI ) の発生を検
    出する手段を含んでおり、 更に該システムは該波形P(t)が指数関数的に該屈曲
    点P(tI ) から該平衡値P(tE )に変化すると言う
    推測の基に該平衡値P(tE )の推定値を計算する手段
    とを含んでいる事を特徴とする血液の組成パラメータの
    値を決定するシステム。
  2. 【請求項2】 該血液の組成パラメータは血液ガスであ
    り、該センサー手段は該血液ガスに応答するものであ
    り、且つ該信号は該血液ガスの分圧に関連するものであ
    る事を特徴とする請求項1記載のシステム。
  3. 【請求項3】 該血液の組成パラメータは二酸化炭素で
    あり、該センサー手段は該二酸化炭素に応答するもので
    あり、且つ該信号は該二酸化炭素の分圧に関連するもの
    である事を特徴とする請求項1記載のシステム。
  4. 【請求項4】 該血液の組成パラメータは酸素であり、
    該センサー手段は該酸素に応答するものであり、且つ該
    信号は該酸素の分圧に関連するものである事を特徴とす
    る請求項1記載のシステム。
  5. 【請求項5】 該血液の組成パラメータはpHであり、
    該センサー手段は該pHに応答するものであり、且つ該
    信号は該pHに関連するものである事を特徴とする請求
    項1記載のシステム。
  6. 【請求項6】 該センサー手段は該血液ガスに応答する
    蛍光センサーである事を特徴とする請求項2記載のシス
    テム。
  7. 【請求項7】 該血液の組成パラメータがCO2 であ
    り、該蛍光センサーはCO2 に応答するもので事を特徴
    とする請求項6記載のシステム。
  8. 【請求項8】 該平衡値P(tE )の推定値を計算する
    手段は以下の関係式を使用するものである事を特徴とす
    る請求項1記載のシステム。 (A+B)est =P(tI ) +〔Tau×MAX(dp/dt)〕 ここで、(A+B)est は平衡値P(tE )est の推定
    であり、Tauは定数であり、又MAX(dp/dt)
    は屈曲点P(tI ) における波形P(t)の傾斜を示す
    ものである。
  9. 【請求項9】 該平衡値P(tE )の推定値を計算する
    手段は以下の関係式を使用してTauの値を推定する為
    の計算手段を含んでいる事を特徴とする請求項8記載の
    システム。 TAUest =K1 +K2 /MAX(dp/dt) ここで、TAUest はTauの推定値であり、K1 は第
    1の定数で、K2 は第2の定数であり、又MAX(dp
    /dt)は該屈曲点P(tI ) における波形P(t)の
    傾斜を示すものである。
  10. 【請求項10】 該K1 の値は約15であり、該K2
    値はは約5.5である事を特徴とする請求項9記載のシ
    ステム。
  11. 【請求項11】 該平衡値P(tE )の推定値を計算す
    る為の手段は、以下の関係式の使用してTAUの推定値
    を計算する為の手段を含んでいる事を特徴とする請求項
    8記載のシステム。 TAU est =K1+K2×MAX (dp/dt)K3+K4× MAX(dp/pdt)K5 ここで、MAX(dp/dt)は該屈曲点P(tI ) に
    おける波形P(t)の傾斜であり、又MAX(dp/p
    dt)は該屈曲点P(tI ) の近傍で発生する該波形P
    (t)に於ける比例的傾斜の最大値を示すものであり、
    又K1 、K2 、K3 、K4 、K5 は定数である。
  12. 【請求項12】 該屈曲点が発生する時間の後で且つ該
    平衡値を発生する時 間以前に該血液サンプルを該血液貯
    留手段から患者に戻す手段を更に備える事を特徴とする
    請求項1に記載のシステム。
  13. 【請求項13】 初期値P(t0 )から平衡値P
    (tE )迄の時間で変化する波形を持った信号により血
    液の組成パラメータの値に関連した信号を発生させる工
    程、 該初期値P(t0 )と該平衡値P(tE )との間で発生
    する屈曲点P(tI )を発生を検出する工程、 該波形P(t)が指数関数的に該屈曲点P(tI ) から
    該平衡値P(tE )に変化すると言う推測の基に該平衡
    値P(tE )の推定値を計算する工程、 とから構成されている事を特徴とする血液の組成パラメ
    ータの値を予測する方法。
  14. 【請求項14】 該平衡値P(tE )の推定値を計算す
    る工程は以下の関係式を使用するものである事を特徴と
    する請求項13記載の方法。 (A+B)est =P(tI ) +〔Tau×MAX(dp/dt)〕 ここで、(A+B)est は平衡値P(tE )est の推定
    であり、Tauは定数であり、又MAX(dp/dt)
    は屈曲点P(tI ) における波形P(t)の傾斜を示す
    ものである。
  15. 【請求項15】 該平衡値P(tE )の推定値を計算す
    る工程は以下の関係式を使用してTauの値を推定する
    為の計算を含んでいる事を特徴とする請求項14記載の方
    法。 TAUest =K1 +K2 /MAX(dp/dt) ここで、TAUest はTauの推定値であり、K1 は第
    1の定数で、K2 は第2の定数であり、又MAX(dp
    /dt)は該屈曲点P(tI ) における波形P(t)の
    傾斜を示すものである。
  16. 【請求項16】 該K1 の値は約15であり、該K2
    約5.5である事を特徴とする請求項15記載の方
    法。
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