JP3683273B2 - マイクロ透析装置 - Google Patents

Description

本発明は容器内に設けられた半透膜を有し、前記容器は共に内方管を包囲する外方管を形成する細長いマイクロ透析カテーテルを備え、前記内方管は前記カテーテルの末梢端に開口を有し、内方管の基部端に第一のラインが接続され、前記内方管と外方管との間に形成された空間の基部端に第二のラインが接続され、これらのラインの一方に接続されて透析液を供給するポンプおよび圧送貫流された透析液を第二のラインの自由端から収集する手段を設けた形式のマイクロ透析装置に関する。本発明はまた前記装置に使用するのに適したポンプおよびそれに適した動作方法にも関する。
この種のマイクロ透析カテーテルは細胞間体液中に含まれ、半透膜を通して拡散しうる種々な分子のインビボ分析に使用することができる。マイクロ透析カテーテルは供給される透析液を通して種々な分子を供給するのにも使用することができる。
上述した種類のマイクロ透析カテーテルはＳＥ−Ｃ−４３４２１４で知られている。この種のカテーテルを通して透析液を駆動するための小形ポンプも当業界で知られている。これらのポンプは通常注射器に使用される形式のシリンダとプランジャおよびシリンダ内でプランジャを前方へ動かすための駆動手段およびモータを含んでいる。かかるポンプ装置は、インスリンを周期的に供給し、供給のたびに供給量を変えることによってインスリンの供給を制御するようにしたインスリンポンプは特に間欠的に動作することがあるのに対して、通常連続的に動作する。
マイクロ透析装置における特徴は細いパイプから自由に滴下される液滴が１５マイクロリットル程度であるのに比較してマイクロ透析カテーテルを充填するのに要する液体の量は極めて少ない。即ち１マイクロリットル以下の量、例えば０．５マイクロリットルである。
静止装置の場合、透析液を連続的に貫流させて動作するのが通常であり、現実的である。可搬式装置の場合、特に患者が持ち運びするバッテリ作動されなければならない装置の場合、低電流消費が要求されるため、間欠的に動作するポンプが好ましい。しかし、市場で入手しうる装置は、過度に大量のサンプル流体を提供しがちであり、分析すべき物質は前記サンプル流体内で低濃度となる。市場で入手しうるインスリンポンプもあまり好適ではない。というのはインスリンポンプは取扱いが困難で面倒だからである。従って、本発明の目的は、特に実際のポンプ装置に関して改良された装置を提供するにある。
本発明によれば、この目的および他の目的は、上述した種類の装置のポンプが間欠的なポンピングのたびに、最大でもマイクロ透析カテーテルの縦方向における半透膜の範囲に対応する長さにわたって内方管と外方管との間の空間を占めうる容積にほぼ等しい所定量の流体を間欠的に供給するようになすことによって達成される。この流体の量は典型的なマイクロ透析カテーテルの場合、０．５マイクロリットル程度である。
この結果、効率が改善される。というのは、半透膜近くに位置していた流体だけが間欠的な各時期に移送されて置換えられるからである。各時期に大量の流体が置換えられるのであれば、溢流流体の一部は半透膜を通しての交換が行われる帯域に存在せず、このことは分析の観点で関与する流体量が分析すべき要素の無い流体によって不必要に希釈されてしまうことを意味する。このことは信号分析類推（signal analysis analogy）を使用した場合、Ｓ／Ｎ比が損われることを意味する。
ポンプはまた、管およびカテーテル内の、通常はほぼ１００μｌにおよぶ全ての流体を置換える初期洗浄を行いうるのが好ましい。場合によっては、注射器として構成されたポンプ室およびプランジャを、モータを備えた駆動装置内に取付けてマイクロ透析装置によって透析液をポンピングするように動作するポンプを形成する以前に手動で行うことができる。特に有利な実施例によれば、前記駆動装置はポンプ室とプランジャとを収容しかつバッテリ作動される電気モータへねじによって結合されたケーシングの形を有する。その場合、プランジャはポンプ室の外部に延長部を有し、この延長部はねじの周囲に弾性的に把持されうる直角に配置された開放した二叉状をなし、この二叉の内方に面した少なくとも一つの面には前記ねじの螺条のピッチに実質的に一致する周期性を有する溝のパターンを有し、この溝のパターンは二叉の溝の形成された内方に向いた面が弾性的に位置せしめられる側の螺条の傾斜に対応する傾斜をプランジャの移動方向に対して有する。正確に中心合わせする必要性を回避するために一面にのみ螺条を設けるのが特に効果的である。二叉はデルリン（Delrin）の如きプラスチックで形成するのが好ましい。ねじは金属から形成するのが好ましく、鋼から形成するのが好適である。
以下、本発明を、それに制限されることのない実施例および添付図面を参照して説明する。
図１はカテーテル、ポンプおよびサンプル収集手段を備えたマイクロ透析装置を概略的に示す。
図２は患者に取付けられたマイクロ透析装置を示す。
図３はマイクロ透析ポンプを示すブロック図である。
図４は注射器の形式のポンプ室を収容するための、駆動装置を備えたケーシングの断面図であって、図３に示す構成に対応するものである。
図５は注射器のプランジャロッドに取付けられる走行ナットを示す。
図６は図３の線IV−IVに沿った断面図である。
図１はポンプＢによって流体の供給を受け、収集器Ｃへ流体を送るカテーテルＡを備えたマイクロ透析装置を極めて概略的に示す。半透膜Ａ１が管Ａ２を包囲する外方ケーシングを形成し、管Ａ２はポンプＢに接続された供給管に接続され、管Ａ２と膜Ａ１との間の空間は収集器Ｃに接続された排出管に接続されている。カテーテルＡは通常、図２に示すように組織中へ挿入され、本発明によるポンプＢは収集器Ｃについて概略的に示すのと同様に患者の身体に取付けられる。
図３の原理図はマイクロ透析ポンプの作動要素および伝動装置２を介してねじ３を駆動する駆動モータ１を示している。後からより詳細に説明するように、オープンナット４が前記ねじをまたいで設けられており、このオープンナット４は注射器または同類物６に相当するポンプのプランジャロッドに取付けられまたはプランジャロッドと一体的に形成される。電源はバッテリの形であり、このバッテリはモータ駆動ユニット９を介してモータ１へ電流を供給するようマイクロコントローラ８によって制御される。モータは貫通軸を有し、その伝動歯車から遠い方の端部にコードホイール１０を担持している。このコードホイール１０は光学センサ１１（光源と光センサとの組合せ）によって感知される明暗の縞（図示せず）を有し、モータの回転信号を光学論理手段を介してマイクロコントローラ８へ送る。
図４に破断して示すところから判るように、モータ１、コードホイール１０、歯車装置とねじ３およびバッテリ７は全てハウジング２０内に小ぢんまりと装着されている。他の構成要素は図４に示す回路板２１に装着されている。図面には示していないが、上部が２２で枢支されており、１回のみの使用形式でかつ「またぎナット」４を設けることのできる注射器を、その出口端１３を開口２３内に位置させかつねじ３の回転時に並進運動するようにプランジャロッドを接続した状態で蓋の下にしっかりと嵌めて把持しうるようになっている。
この簡単な構成はナット４を用いることによって可能になる。ナット４は図５および図６により詳細に示すようにＵ形の凹所を有し、その一方のＵ脚に螺条３０が切られており、脚の間の距離はねじ３の螺条に適合されている。
一実施例においては、ねじはＳＭＳ１７０１に従ってＭ５×０．５の度を有し、螺条を切る以前のＵ脚間の距離は４．５ｍｍである。Ｕ脚上の直線切削螺条３０はナットの幅方向（cross direction）に対して１．９５°の角度をなすのが好適である。ナットはデルリン（Delrin）の如きプラスチック材料で形成するのが好ましい。
図示の実施例においては、モータ１は歯車装置２によって１０８：１の全体比を得るように従来のギヤーボックス９（図示せず）と組合されている。従来の使い捨て注射器（３ｍｌ）を使用する場合、注射器はモータの１回転毎に０．５μｌの流体を放出する。ねじのピッチは０．５ｍｍであり、モータが１／１０８回転すると約４μｍの並進運動が得られる。モータは常時同一方向に回転するので、存在する如何なる遊びも無視しうる程度の作用しか有しない。
公称１２Ｖ用に設計されたモータを使用する場合、４Ｖのバッテリによって適当な供給速度を得ることができる。その場合、モータの１回転に約１／１０秒を要する。装置を間欠的に使用し、１分毎にモータを１回転させると、バッテリの消耗は非常に低いのでバッテリは１５日の暦日持続しうるであろう。しかし、調査期間が３暦日より長いことは稀である。
上述したように、マイクロ透析カテーテルを挿入する時、充填および洗浄期間を取る必要がある。これは例えば毎分１５μｌの流量で１００μｌの流体を放出すること、即ち１分置きにモータ１回転である。更に、この期間中に全ての伝動遊びおよび間隙がならされる。それに続くサンプリング期間においては、流体は毎分１回転で、即ち間欠的に０．５μｌの量で放出される。
この例は０．５μｌまたはそれより無視しうる程度大きい有効容積を有するマイクロ透析カテーテルに関する。他のマイクロ透析カテーテルを使用する場合、ポンプをそれに適合させなければならない。というのは、余分な流体を圧送することなく、従ってサンプル溶液を希釈することなく、供給の機会のたびにカテーテルの作動部分内の流体を置換えるということが考えだからである。本発明とは関係はないが、例えば糖尿病の糖値の変化または他の変化の如き代謝発生変化の速度に応じて例えば１５分、３０分または１時間といった後続する時間の間に、通常個々のサンプル量を収集しうる。他の場合、装置は患者に物質を投与するのに使用されるので、この例が全てであると考えるべきではない。
図４の破断図に示した構成はほぼ実物大であるため、例えば図２に示す如く患者が携えることができ、また患者は感じるほどの不快感を経験することはなく、如何なる情況でも、ワーキングサンプルの採取時にも使用しうることを容易に理解しうるであろう。ひもや接着テープによって、この装置を患者の身体に取付けうることは当業者に容易に理解しうるであろう。

Claims (4)

1. 保持具を有するマイクロ透析装置であって、前記保持具内に設けられた半透膜を有し、前記保持具は前記半透膜と共に外方管を形成し、この外方管内に内方管が収容された細長いマイクロ透析カテーテル（Ａ）へ接続されるマイクロ透析装置であって、前記内方管は前記カテーテルの末梢端に開口を有し、前記内方管の基部端に第一のラインが接続され、前記内方管と外方管との間に形成された空間の基部に第二のラインが接続され、前記ラインの一方に接続されたポンプが透析流体を供給し、マイクロ透析装置を流れた透析流体を前記ラインの他方のものの端部から収集する手段（Ｂ）を備えたマイクロ透析装置において、前記ポンプは間欠的な時期毎に所定量の流体を間欠的に供給するように構成し、この所定量はマイクロ透析カテーテルの縦方向における前記半透膜の範囲によって規定される、内方管（Ａ２）と外方管（Ａ１）との間の空間内に取入れられうる容積に最大でもほぼ等しくすることを特徴とするマイクロ透析装置。
2. ポンプがバッテリ（７）と、電気モータ（１）と、歯車装置と、この歯車装置を介してねじに接続されるねじ（３）と、シリンダおよびこのシリンダ内を動きかつこのシリンダから突出したプランジャロッドを有するプランジャを含む取換え可能な射出注射器（６）とを収容するケーシング（２０）、並びに前記プランジャの末梢端において前記ねじと係合されうる螺条の切られたオープンナット手段及び間欠的に前記プランジャを前進させるモータ制御手段を備えていることを特徴とする請求の範囲第１項のマイクロ透析装置。
3. モータ（１）とねじ（３）との間に伝動手段を設け、モータ制御手段がモータの回転を感知するセンサ（１０，１１，１２）を含むことを特徴とする請求の範囲第２項のマイクロ透析装置。
4. 伝動手段は、モータの１回転が１０分の数マイクロリットル程度のポンプ送給量に相当するようになされていることを特徴とする請求の範囲第２項または第３項のマイクロ透析装置。

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