JP3262336B2 - 血液の化学的性質をモニタする装置 - Google Patents

血液の化学的性質をモニタする装置

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Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 本発明は一般に患者の血液の化学的性質をモニタする
装置に関し、特に患者からの血液試料をセンサ組立体内
への吸引を制御する装置に関する。
本発明は、特に血液の化学的性質を測定するために周
期的に中断しながら概ね連続して患者への注入流体を注
入するシステムに使用するのに適している。そのような
システムは米国特許第4,573,968号に記載されている。
そのようなシステムにおいては、注入ポンプは注入チュ
ーブとカテーテルとを介して患者の体内中へ適当な注入
流体を注入するが、カテーテルを介して患者から血液試
料を注入チューブに接続されたセンサ組立体内へくみ出
すためにその方向を間欠的に反転させる。適当なセンサ
組立体の物理的形態は米国特許第5,165,406号に記載さ
れている。センサ組立体は患者の血液の種々の状態、す
なわちパラメータに対応する電気信号を発生させる複数
のセンサを含む。そのようなパラメータの例としては二
酸化炭素、酸素、カリウム、カルシウム、ナトリウムの
濃度、並びにヘマトクリット、温度およびpHを含む。こ
れらの信号は分析器に供給され、該分析器は前記信号を
医療関係者が読み取り可能な形式に変換する。
この種のシステムにおいては、供給された血液が、そ
の真正な試料がセンサ組立体の全ての個々のセンサまで
到達するように患者からくみ出されることが重要であ
る。しかしながら、カテーテル内の液体の容量はケース
バイケースで変動しうるのでくみ出すべき血液の量を適
正に決めることは困難である。従って、患者からの血液
の化学的性質を検出するセンサ組立体内への血液試料の
くみ出し量を正確に、かつ繰り返し調整する改良された
方法と装置とに対する要求がある。本発明はこれら、お
よびその他の要求を満足させる。
発明の要約 本発明は血液の化学的性質を検出するためのセンサ組
立体内の所定位置までの患者の血液試料の吸引を正確、
かつ繰り返し制御するための改良された装置に関する。
本発明はセンサ組立体の個々のセンサ全てに血液試料が
確実に到達し、かつ隣接する注入流体の希釈作用を最小
にするように十分追加の血液がくみ出されるよう保証す
る。本発明は、化学的分析のために、間欠的に反転さ
れ、患者から血液試料を吸引している間に患者に注入流
体を概ね連続して注入する注入システムの一部として特
に使用される。
特に、本発明の装置は、制御装置によって制御され、
通常注入チューブとカテーテルとを介して流体源から患
者内へ順方向に注入流体をくみ出す逆転可能な注入ポン
プを含む。制御装置はポンプを逆方向へ間欠的に作動さ
せ注入チューブに接続された血液の化学的性質を検出す
るセンサ組立体内へ患者から血液試料をくみ出す。制御
装置はセンサ組立体のセンサによって発生した信号をモ
ニタした血液がセンサへ到来したことを検出し、その
後、逆方向でのポンプの作動を停止させる。次に、セン
サによる信号がモニタされ、患者の血液の所定のパラメ
ータを指示する。
本発明の別の、更に詳しい特徴においては、その信号
が患者の血液試料の到来方向においてモニタされるセン
サは二酸化炭素センサ、酸素センサ、カリウムセンサ、
カルシウムセンサ、ナトリウムセンサ、ヘマトクリット
センサ、温度センサ、ぶどう糖センサ、およびpHセンサ
からなる群から選択される。本発明の好適形態におい
て、制御装置は、二酸化炭素センサとカルシウムセンサ
との双方とによって発生した信号の所定の組合わせに応
答して血液試料の到来を検出する。
本発明の別の詳しい特徴においては、本装置はセンサ
組立体の１個以上のセンサから受け取った所定の信号に
応答してアラームを起動させる。アラームは、また注入
ポンプが逆方向に作動開始した後の所定時間内に血液試
料が到来したのを検出できなかったことに応答して、お
よび注入ポンプが逆方向に作動開始した後急過ぎる時間
に血液試料の到来を検出したことに応答しても作動す
る。
本発明の更に別の詳しい特徴においては、制御装置
は、血液試料の到来が検出された後の所定時間に逆方向
の注入ポンプの作動を停止させる。この停止は、患者か
ら所定の追加の量の血液がくみ出された後に行われるこ
とが好ましい。
本発明のその他の特徴および利点については、例とし
て本発明の原理を示している添付図面に関連した、好適
実施例についての以下の説明から明らかとなる。
図面の簡単な説明 図１は、本発明に使用するのに適した自動注入および
血液検査装置の概略図、 図２は、本発明に使用するのに適した第１の血液化学
的性質を検出するセンサ組立体であって、二酸化炭素、
酸素、カリウム、カルシウム、およびナトリウムの濃度
を指示するセンサ並びにヘマトクリット、温度およびpH
を指示するセンサを含むセンサ組立体の平面図、 図３は、本発明に使用するのに適した第２の血液の化
学的性質を検出するセンサ組立体であって、ぶどう糖の
濃度を指示するセンサを含むセンサ組立体の平面図であ
る。
好適実施例の説明 例示のために図面、特に図１を参照すると、注入流体
を患者11に注入している間に患者の血液の多数のパラメ
ータを間欠的にモニタするシステムが示されている。本
システムは注入流体源15から、注入チューブ17、血液の
化学的性質を検出するセンサ組立体19およびカテーテル
21を介して患者に注入流体を順方向にくみ出すための注
入ポンプ13を含む。注入流体は適当な濃度の生理学的等
浸透圧塩水であることが好ましい。もっとも、前記流体
は患者に投与するための選択した栄養剤あるいは医薬を
含有してもよい。
システム制御装置23は適当な時間に注入ポンプ13がそ
の方向を反転させ、カテーテル21を介してセンサ組立体
19内へ血液を患者11からくみ出すようにさせる。前記ポ
ンプのこのような逆転は所定の時間間隔において、ある
いは制御装置が医療関係者によって発せられた手動によ
る指令を受け取ると発生するようにしうる。
適当な血液の化学的性質を検出する一センサ組立体19
が図２に示されている。該組立体は、隣接する流体の個
別のパラメータを指示する信号を各々発生させる複数の
分析センサを含む。そのようなパラメータの例として
は、二酸化炭素、酸素、カリウム、カルシウムおよびナ
トリウムの濃度を含む。そのようなセンサによって検出
可能なその他のパラメータとしてはヘマトクリット、温
度およびpHを含む。
所望の分析を実行するために、患者の血液試料を、セ
ンサ組立体19の分析センサの全てと接触する位置にくみ
出す必要がある。更に、隣接する注入流体による血液の
何らかの希釈作用を最小にするために十分追加の血液を
くみ出すことが望ましい。
患者の血液試料が適当な位置にくみ出された後、各種
の分析センサからの電気信号が分析器25（図１）によっ
て読み取られ、かつ分析される。センサが読み取られる
前に約８秒の短い安定時間が経過するようにされる。分
析器はセンサからの電気信号を患者の血液の一種以上の
成分の濃度、あるいはその他のパラメータの指示に変換
する。これらの指示は患者を監視している医療関係者に
よって読み取りが可能である。
その後、分析が完了した後、制御装置23は再びポンプ
13を順方向に作動させセンサ組立体19から血液試料を洗
い出して患者11に戻す。次に、注入流体の患者へのくみ
出しが再開される。このくみ出しは時間当たり約１から
10ミリリットルという比較的低い流量で行ないうる。
注入ポンプ13が逆方向に作動すると、概ね一定の流量
で患者の血液をくみ出す。しかしながら、センサ組立体
19と患者11との間に位置したカテーテル21の長さと内容
積とは変動しうるため、一定時間の間に血液を単にくみ
出したとしても血液がセンサ組立体の所望の位置まで到
達するという保証は可能でない。従って、血液試料が所
定位置に到達したことを検出する何らかの手段が必要と
される。必要に応じ、所望位置に血液試料が到達したこ
とを検出するための専用のセンサをセンサ組立体内に設
けることが可能である。しかしながら、そのような専用
のセンサはセンサ組立体に対して費用と複雑さとを増
す。
本発明によれば、センサ組立体内の所望の位置への血
液試料の到来を検出するためにセンサ組立体19内でのそ
のような専用のセンサの必要性は制御装置23が、センサ
組立体に既に存在している１個以上の分析センサからの
信号をモニタするように構成することにより排除され
る。モニタされつつあるセンサからの所定の信号あるい
は信号の変化の検出に応答して制御装置は逆方向でのポ
ンプの作動を停止させる。
前述のように、血液試料が先ずモニタされている分析
センサに達した後追加の量の血液が患者11からくみ出さ
れ、隣接の注入流体の希釈作用を最小にする。そのよう
な希釈作用を完全に排除するためには数ミリリットルが
必要であるが、血液がモニタされつつあるセンサに到来
したことが検出された後単に約0.1から1.0ミリリットル
の追加の血液をくみ出すだけで許容しうる程度に小さ
く、かつ繰り返し可能レベルまで希釈作用を低減するこ
とが可能である。従って、制御装置23は、ポンプ13を切
り替える前にセンサに血液試料が到来したことを検出し
た後、どの程度の持続時間が必要であろうとも血液をく
み出し続けるようにプログラム化される。
更に、制御装置23は、患者の血液試料の到来がポンプ
の逆転の開始後の所定の最大時間経過内に検出されなか
った場合、そしてまた血液試料の到来が所定の最小時間
の経過前に行われたことが検出された場合、アラームを
起動させ、注入ポンプ13のスイッチを切るようにプログ
ラム化されることが好ましい。このことによってセンサ
の故障あるいはその他のシステムの故障の場合に患者か
ら血液をくみ出すよう無限に作動しないように保証し、
また医療関係者にセンサの故障、注入チューブ17あるい
はカテーテル21の詰まり、あるいはその他のシステムの
故障を喚起させる。
図２を再度参照すると、本発明によるシステム内に組
み込み可能な血液の化学的性質を検出するためのセンサ
組立体19の第１の実施例が示されている。センサ組立体
は、二酸化炭素センサ27、酸素センサ29、カリウムセン
サ31、サーミスタ33、カリウムセンサ35、ナトリウムセ
ンサ37、およびpHセンサ39を含む多数の分析センサを含
むものとして示されている。各センサは特定の成分の濃
度、あるいは隣接して位置している別の何らかのパラメ
ータを指示する電気信号を発生させる。二酸化炭素セン
サおよび酸素センサ、並びに基準電極41はセンサ組立体
の第１の室43に隣接して位置しており、一方残りのセン
サは第２の室45に隣接して位置している。
３個のステンレス鋼製のスリーブ47a,47bおよび47cが
第１の室と第２の室43との間で第１の室への入口、かつ
第２の室の出口においてそれぞれ位置している。スリー
ブは隣接する流体と直接接触するように配置され、スリ
ーブ47aおよび47bは相互に短絡している。先ず、３個の
スリーブは、全てスリーブ47bとスリーブ47cとの間の流
体の電導性を測定することにより作動するヘマトクリッ
トセンサの一部を形成している。第２に、スリーブ47a
と47bとは遮断された接地に接続され患者11を電気ショ
ックから保護する。第３に３個のスリーブは全て、さも
なければ各種のセンサ27〜39によって発生する信号に干
渉する可能性のある、カテーテル21および注入チューブ
17に沿って進行する電流を排除しようとするノイズ低減
回路（図示せず）の一部を形成している。そのようなノ
イズ低減回路の一例が米国特許第5,220,920号に記載さ
れている。
逆転可能な注入ポンプ13は患者11から血液試料をくみ
出すにつれて、血液は先ず二酸化炭素センサ27と検出接
触し、その後まもなくカルシウムセンサ35と検出接触す
るようになる。血液試料が二酸化炭素センサに到来する
と、血液は通常著しくより多くの分解した二酸化炭素を
塩水の注入流体よりも多く運んでいるために、発生した
信号は増加し始める。分析器25が二酸化炭素センサから
の信号が基本線レベル以上の５から15ミリボルト高いレ
ベルまで上昇したことを検出すると、タイマが作動す
る。
タイマの作動の後、分析器25はカルシウムセンサ35に
よって発生した信号のモニタを開始する。この信号はタ
イマの作動後７から10秒以内に基準線レベル以上に同様
に上昇したことを示すはずである。これは、血液が通常
使用している注入流体以上に著しく多いイオン化したカ
ルシウムを運んでいるためである。カルシウムセンサの
信号の予期した上昇が実際にこの時間内に発生したとす
れば、血液試料は二酸化炭素センサ27とカルシウムセン
サ35との双方に到達しているものと考えられる。
分析器がカルシウムセンサ35からの信号のレベルの上
昇を検出すると、制御装置23は患者11から追加の0.1か
ら1.0ミリリットルの血液をくみ出すのに十分な時間逆
方向に注入ポンプ13を作動し続ける。センサ組立体19の
内部構造は、血液試料の先導縁部が組立体のハウジング
内に位置したチューブ49の長さに概ね全体に亘ってくみ
出されるようなものである。この位置において、血液試
料はセンサ組立体の残りの分析センサ27-39全てと検出
接触しているはずである。くみ出された血液の先導縁部
は調整のため、および血液を過剰にくみ出すことによっ
て生じる不当な遅れを避けるための双方の目的から組立
体ハウジング内に留まっていることが好ましい。
患者11から規定の追加の量の血液がくみ出された時点
において、分析センサ27〜39のいずれか、あるいは全て
の読み取りを行なうことが出来る。分析器25はこれらの
センサからの種々の信号を読み取り、それらを患者の血
液の化学的性質の状態の指示に変換する。次に、分析器
はプリント記録、光学ディスプレイ、デジタルデータ通
信、あるいはその他の適当な手段を介して医療関係者に
これらの血液の状態を通信することが出来る。
本発明による血液の化学的性質のための検出システム
は、また故障あるいはその他の不具合な状態が検出され
た場合、医療関係者に注意を喚起する安全／警告特性を
含みうる。例えば、分析器25が二酸化炭素センサ27およ
び（または）カルシウムセンサ35からの信号の予期され
た上昇を検出することなく注入ポンプ13の逆転後所定の
最大時間が経過したとすれば、故障状態が存在していた
ことが検出される。これは、例えばラインにおける障害
あるいは１個あるいは双方のセンサの故障による可能性
がある。このようなことが発生すると、制御装置23はポ
ンプの作動を停止させ、アラーム50（図１）を起動さ
せ、医療関係者に注意を喚起する。更に、ポンプを逆転
させた後、二酸化炭素センサおよび（または）カルシウ
ムセンサからの信号において急激な顕著な変化が見られ
る場合、ラインに気泡が介在している可能性があると評
価される。このようなことが発生した場合も、制御装置
はポンプの作動を停止させ、アラームを起動させて医療
関係者に注意を喚起する。
図３を参照すると、本発明によるシステムに組み込む
のに適した血液の化学的性質を検出するセンサ組立体1
9′の第２の実施例が示されている。このセンサ組立体
は単に単一の分析センサ51、すなわちグルコーズセンサ
を含むものとして示されている。このセンサは隣接して
どのような流体が介在していようともグルコースの濃度
を指示する電気信号を発生させる。前記センサはセンサ
組立体の単一の室53に隣接して位置されている。くみ出
された血液試料の到来を検出するために使用するようス
テンレス鋼製のスリーブ55aと55bとが前記室の入口と出
口とにそれぞれ位置している。図２に示すセンサ組立体
19におけるステンレス鋼製スリーブ47a,47b,および47c
の場合と同様、これらのスリーブ55aおよび55bもまた、
ショックに対する保護のため遮断された接地を提供し、
かつノイズ低減回路で使用する電極を形成するために使
用することができる。そのようなノイズ低減回路は米国
特許第5,220,920号に記載されている。
図３に示すセンサ組立体19′において、分析器25はス
テンレス鋼製スリーブ55aおよび55bの間で流体の電導性
をモニタすることにより室53の位置におけるくみ出され
た血液試料の到来を検出する。電導性が所定の限界値を
上回ることが検出されると、そのような到来が推測され
る。次に、約0.4ミリリットルである追加の血液の量が
隣接する注入流体の希釈作用を最小にする。血液試料の
先導縁部はセンサ組立体のハウジング内に位置したチュ
ーブ57の長さの略全体に亘ってくみ出される。一対の離
隔したスプール59aおよび59bの周りにチューブを巻くこ
とにより追加のチューブ長さが提供される。
前述の説明から、本発明は、各々が特定のパラメータ
に感応する多数のセンサを有した特殊なセンサ組立体内
へ患者から間欠的に血液試料をくみ出す、患者の血液の
化学的性質をモニタする改良されたシステムを提供する
ことが認識される。これらの種々のセンサによって発生
した信号が読み取られた後、本システムは血液試料を患
者に再注入させる。センサ組立体内の所望の最適位置に
順次血液試料をくみ出すことは１個以上の分析センサに
よって発生した信号をモニタすることにより達成され
る。このため、注入チューブおよびカテーテルが各種の
長さおよび内容積を持つようにすることが可能で、所望
位置に血液試料が到来したことを検出する個別のセンサ
を設ける必要性を排除している。
本発明を組み込んだ流体注入および血液検査システム
の好適実施例をその理解と図示のために詳しく説明して
きた。例えば、使用されるセンサの配置、数量およびタ
イプは顕著に変動しうる。本発明の原理から逸脱するこ
となくその他の修正も十分可能である。従って、本発明
の範囲は、請求の範囲が法的に有効である均等物の全て
の範囲と共に、主として請求の範囲によって規定される
べきである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 カーリイ，ケネス アメリカ合衆国92056 カリフォルニア 州オーシャンサイド，ナイトホーク ウ ェイ 5088 (72)発明者 レタナ，ルイス アメリカ合衆国92129 カリフォルニア 州サンディエゴ，ケストレル ストリー ト 12497 (56)参考文献 特開 昭61−213037（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−26069（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−203947（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−101968（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−181738（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−131240（ＪＰ，Ａ) 特表 平３−505821（ＪＰ，Ａ) 米国特許5165406（ＵＳ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) A61B 5/145

Claims (10)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】患者に注入流体を注入する間に患者の血液
    の所定のパラメータをモニタする装置において、 患者の血管へ挿入するように形成された注入ラインとカ
    テーテルと、 注入流体源と注入ラインとカテーテルとの間に接続され
    た逆転可能な注入ポンプと、 注入ラインに存在する流体の第１の所定のパラメータを
    示す信号を提供する第１のセンサを含み、前記注入ライ
    ンに接続された、血液の化学的性質のセンサ組立体と、 注入ラインとカテーテルとを通して注入流体をポンプで
    くみ患者へ注入するため、注入ポンプを順方向に作動さ
    せ、そしてカテーテルと注入ラインとを通して患者から
    血液試料をくみ出して該血液の化学的性質のセンサ組立
    体の前記第１のセンサに接触させるため、順方向の注入
    ポンプの作動を間欠的に中断して注入ポンプを逆方向に
    作動させる制御装置とを含み、 前記制御装置が更に該血液の化学的性質のセンサ組立体
    の前記第１のセンサによって提供される信号をモニタ
    し、前記第１のセンサへの血液試料の到着を示す信号の
    変化を検出し、 前記制御装置が、前記第１のセンサへの血液試料の到着
    を示す前記第１のセンサにより提供される信号の変化の
    検出に応答して、逆方向の注入ポンプの作動を停止さ
    せ、 前記第１のセンサによって提供された信号が、血液試料
    が前記第１のセンサと接触している際に患者の血液の第
    １の所定のパラメータを示すことを特徴とする患者の血
    液の所定のパラメータをモニタする装置。
  2. 【請求項２】血液の化学的性質のセンサ組立体の第１の
    センサが、二酸化炭素センサ、酸素センサ、カリウムセ
    ンサ、カルシウムセンサ、ヘマトクリットセンサおよび
    ナトリウムセンサとからなる群から選択されることを特
    徴とする請求の範囲第１項に記載の装置。
  3. 【請求項３】血液の化学的性質のセンサ組立体の第１の
    センサが二酸化炭素センサであり、 血液の化学的性質のセンサ組立体が更にカルシウムセン
    サを含み、 前記制御装置が二酸化炭素センサによって発生した第１
    の信号とカルシウムセンサによって発生された第２の信
    号との所定の組み合わせに応答して第１のセンサへの血
    液試料の到着を検出するように構成されていることを特
    徴とする請求の範囲第１項に記載の装置。
  4. 【請求項４】血液の化学的性質のセンサ組立体の第１の
    センサがヘマトクリットセンサ、温度センサおよびpHセ
    ンサとからなる群から選択されることを特徴とする請求
    の範囲第１項に記載の装置。
  5. 【請求項５】第１のセンサからの所定の信号に応答して
    作動可能なアラームを更に含むことを特徴とする請求の
    範囲第１項に記載の装置。
  6. 【請求項６】前記制御装置が逆方向の注入ポンプの作動
    を開始させた後所定時間内に血液の化学的性質のセンサ
    組立体の第１のセンサからの所定の信号が不在であるこ
    とに応答して作動可能なアラームを更に含むことを特徴
    とする請求の範囲第１項に記載の装置。
  7. 【請求項７】前記制御装置が血液の化学的性質のセンサ
    組立体の第１のセンサへの血液試料の到着を検出した後
    所定時間に逆方向の注入ポンプの作動を停止させるよう
    に構成されていることを特徴とする請求の範囲第１項に
    記載の装置。
  8. 【請求項８】前記制御装置が、血液の化学的性質のセン
    サ組立体の第１のセンサへの血液試料の到着を検出した
    ことに続いて患者から所定の追加量の血液がくみ出され
    た後、逆方向の注入ポンプの作動を停止させるように構
    成されていることを特徴とする請求の範囲第１項に記載
    の装置。
  9. 【請求項９】前記血液の化学的性質のセンサ組立体が第
    １のセンサの他に、隣接する流体の異なる所定のパラメ
    ータを示す信号を各々が発生する複数のセンサを更に含
    み、 前記装置が、血液試料がセンサと接触している間に前記
    センサ組立体の複数のセンサによって発生した信号をモ
    ニタして患者の血液の複数の異なる所定のパラメータを
    測定するモニタを更に含むことを特徴とする請求の範囲
    第１項に記載の装置。
  10. 【請求項１０】前記血液の化学的性質のセンサ組立体が
    更に第２のセンサを含み、 前記制御装置が、患者の血液試料をくみ出して前記血液
    の化学的性質のセンサ組立体の第２のセンサと接触さ
    せ、第２のセンサによって提供された信号をモニタし、
    第２のセンサへの血液試料の到着を示す信号の変化を検
    出するように構成されており、 前記制御装置が更に第１のセンサと第２のセンサとの双
    方への血液試料の到着の検出に応答して逆方向における
    注入ポンプの作動を停止させるように構成され、 第２のセンサによって提供された信号が、血液試料が第
    ２のセンサと接触している際に患者の血液の第２の所定
    のパラメータを示すことを特徴とする請求の範囲第１項
    に記載の装置。
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