JP3696682B2 - 流速測定用センサプローブ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は流速測定用センサプローブ、特に、病院等の医療施設における検査室、手術室、集中治療室等において心機能検査及び循環動態の把握に用いられる血管内の血流速を測定するための流速測定用センサプローブに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、血流速を測定する方法として、ドプラー現象を利用したレーザードプラー法、超音波ドプラー法、パルスドプラー法等が、又、流速による熱冷却を利用したホットフィルム法、平衡温度検出法等がある。そして、心拍出量を測定する方法としては、電磁血流計法、インピーダンス法、色素希釈法、熱希釈法等があるが、最近では簡便さと再現性の良さから、肺動脈にカテーテルを留置する熱希釈法が広く用いられている。
【０００３】
しかしながら、熱希釈法で得られる情報は不連続で間欠的であり、また測定ごとに冷生理食塩水等を注入するための操作を行わねばならず、手技の煩雑さと共に、反復した冷生理食塩水等の注入に伴う感染、体温低下、水分量の負荷、及び心負荷による患者負荷の増加のために心拍出量の把握が必要な重症患者ほど測定回数が限られている、等の問題があった。
【０００４】
それゆえ、心拍出量を連続的に測定する試みとして、Delaunois らは、１９７３年に加温体と測温体をカテーテル内に別々に配置して、流速による熱冷却を利用して血流速を連続して計測する方法を報告している。また、本発明者らは、本願と同出願人による特開昭６１−１２５３２９号、特開平３−１２８０３９号及び特開平３−２２１８１５号等において、熱希釈法により求めた心拍出量と、流速による熱冷却を利用して測定されたその平衡する温度と周囲の血液温度との、３個のパラメータにより連続的な心拍出量を算出する心拍出量測定装置、及び加温体と測温体とを単一の抵抗体にし、放熱手段と発熱手段とを隣接させた流速センサプローブを開発し開示した。
【０００５】
そして熱伝達に関するセンサ部については、熱希釈法に基づく流量測定用カテーテルとして、測温部がカテーテル本体とは実質的に断熱された状態にし、熱応答の改善を図った特開平２−１２３０号が開示されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記従来例で示したようにDelaunois らの方法では、加温体と測温体とをカテーテル内に別々に配置し、カテーテルの先端部に放熱部分を有しているため、右心カテーテルとして製作する場合、カテーテルプローブとして小型化できないとともに肺動脈圧を計測するためのプローブ先端の孔ないしはルーメンを設けられない、あるいは血管壁に近接または接触した場合に測定精度が悪くなる恐れがあるといった不都合があった。
【０００７】
また、本発明者らが開発し開示した方法においては、右心カテーテルとして製作できるものの、センサ部をカテーテル本体の外周回りの一部にしか取り付けてないため、センサ部が血管壁に接触または近接した場合に、センサ部が血管壁の影響を大きく受けて測定精度を悪くする恐れがあった。そして、センサ部がカテーテル周囲の一部分であるために、血管内において流速分布がある血流速の測定に対しては、血管壁に近接した位置の計測のみでは平均流速を反映しきれないなどの問題点があった。同様の問題点は、熱応答の改善を図った特開平２−１２３０号に開示されているカテーテルについても同様に、センサ部が血管壁に接触または近接した場合に測定精度を悪くする恐れがあり、血管内において流速分布がある血流速の測定に対しては、平均流速を反映しきれていなかった。
【０００８】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、流速測定用センサ部が位置する血管内断面における平均血流速を測定できるようにするとともに、流速センサが血管壁に近接または接触した場合においても、測定精度を悪くすることなく、なおかつ流速に対する感度をも向上させることにより、誤差の小さい測定を可能とする流速測定用センサプローブを提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の流速測定用センサプローブは、電流により加温されるとともに血流速により冷却されて平衡温度を検出する流速測定用センサ部を有する流速測定用センサプローブにおいて、前記流速測定用センサ部が、少なくともプローブ外周面に沿って伸びる熱良導体を有することにより、流速センサ部が血管壁に近接または接触した場合においても、血管壁に近接又は接触していない部分によって、血管壁に近接又は接触しない場合と同様に、熱の伝導が血液に対して行なわれるため測定精度を悪くすることなく、誤差の小さい血流速測定を可能とする。また、カテーテルチューブ外周面全体にわたって均一に熱伝導させることにより、従来のように微小部分のみの血管内の測定ではなく、より広範囲な血管内の箇所を測定することになるため、センサ部が位置するその血管断面内全体として、より正確な平均血流速を測定することを可能とする。ここで、前記流速測定用センサ部の加温体及び測温体が電気絶縁層を介して前記熱良導体と接触するようにするのが好ましい。
【００１０】
特に流速に対する感度をも向上させる目的には、前記流速測定用センサ部の加温体及び測温体が直接熱良導体と接触し、前記熱良導体に連なる樹脂層が少なくとも前記熱良導体の外部表面を形成することにより、加温体及び測温体と外部流体との距離が短くなり、熱交換が円滑に素早く行われるので、電気的絶縁性を保ちつつ、流速に対する感度を上昇させることを可能とする。更に、前記熱良導体に連なる樹脂層により前記熱良導体を緻密に囲包することにより、ハンダ付け等による接続の際に、位置決めを行いやすくし、作業性を向上させる他、緻密に囲包するようにすれば熱良導体と直接接触する必要のない部分に電気的絶縁性を持たせることができ、より電気的安全性を高めることを可能とする。
【００１１】
又、前記流速測定用センサ部の加温体及び測温体が、単一の抵抗体からなることにより、より小型化した流速測定用センサプローブが提供される。
又、前記流速測定用センサ部は、プローブの先端から少し基部側に位置させることにより、心臓の拍動、血液の流れ、等によって生じる流速センサ部の血管断面方向へのぶれの変動を、カテーテル先端部に流速センサ部を位置させる場合より低減することができ、より安定した血流速測定を可能とする。
【００１２】
又、前記熱良導体の形状が、リング状又は螺旋状又は網目状の形状を含むことが好ましい。又、前記熱良導体の材料が、金、白金、銀、銅、ステンレス等の金属であるが好ましい。
なお、流速測定用センサ部への加温は不図示の電流源によって供給される電力によって行われるとともに、流速測定用センサ部において検出した測温信号を処理するため、流速測定用センサ部のリード線を介して不図示のデータ処理装置に測温信号は伝送され、データ処理装置において周囲血液温度等とともに処理され、連続的な心拍出量値もしくは血流速情報として表示あるいは記録される。
【００１３】
【発明の実施の形態】
＜流速測定用センサ部の構成例＞
（第１の実施の形態）
図１は、本発明に係わる第１の実施の形態の流速測定用センサプローブにおける流速測定用センサ部の縦断面（図１の（Ａ））及び横断面（図１の（Ｂ））を示している。
【００１４】
図１において、センサ２には多くの場合、電流で加温されるとともに血流速により冷却される平衡温度を検出するため、例えば感温半導体であるサーミスタ、バリスタ、等が用いられる。そして、熱良導体３とセンサ２とを、電気的な絶縁性を保って固定するため、電気絶縁性高分子５、例えばエポキシ系接着剤にセンサ２をディッピングし、ディッピングしたセンサ２を熱良導体３に装着する。
【００１５】
熱良導体３は、図１においてはリング状をなしており、プローブ外周面に沿ってカテーテルチューブ１を覆っており、外周面全体にセンサ２によって加温された熱を供給するとともに、流速によって冷却される際の平衡温度をプローブ外周面全体で捉えて、センサ２に伝導するように構成されている。
従って、流速測定用プローブの流速測定用センサ部が管壁に、人体にあっては血管壁に近接又は接触した場合においても、測定精度を悪くすることなく、誤差の小さい流速測定を可能にするとともに、広範囲な管内の箇所を測定するため、より正確な平均血流速を測定することを可能にしている。
【００１６】
熱良導体３は、図１のように必ずしもリング状の形状でなくてもよく、プローブの外周面に沿って外套部１を覆って伸びていればよく、例えば半弧状やさらに短いもの、あるいはコイル状の形状であってもよい。これら他の例の一部を図７に示す。また、図１において熱良導体３は板状に示されているが、網目状等の形状であってもよく、材料としては、熱伝導性のよいもので安全性の高いものであればよく、特に、金、白金、銀、銅、ステンレス等の金属であれば好適である。ここで、形状の最低条件としては、熱良導体３の一部が血管壁に近接又は接触した場合にも、熱良導体３の他の部分が血管壁に近接した低血流速の領域から離れてること、且つ、熱良導体３の一部の血管壁への近接又は接触の影響が所望の測定精度に対して無視できる程度に、熱良導体３の血液への接触の全面積が広いこと、が考えられる。
【００１７】
図１に示した流速測定用センサ部では、カテーテルチューブ１と熱良導体３との境界に、水中及び血液中の使用に耐えるように、例えばエポキシ系樹脂からなる耐水性物質４がコーティングされているとともに、ディッピングしたセンサ２を支持するため、支持体として例えばエポキシ系樹脂からなる高分子接着剤６が、流速測定用センサ部付近のプルーブ内部に充填されており、更にセンサ２へ電流を供給し測温信号を導くためにリード線７が接続されている。
【００１８】
（第２の実施の形態）
図４は、本発明に係わる第２の実施の形態の流速測定用センサプローブにおける流速測定用センサ部のプローブへの巻き付け前の状態を示している。
図４に示した流速測定用センサ部では、加温体及び測温体からなるセンサ２が直接熱良導体３と接触し、該熱良導体３に連なる電気絶縁性高分子５からなる樹脂層がカテーテルプローブの外部表面を形成するように構成されている。このとき、熱良導体３と前記絶縁性高分子５からなる樹脂層とは、接着剤を用いて接着してあっても良い。
【００１９】
（第３の実施の形態）
図５は、本発明に係わる第３の実施の形態の流速測定用センサプローブにおける流速測定用センサ部のプローブへの巻き付け前の状態を示している。
図５に示した流速測定用センサ部では、熱良導体３が加温体及び測温体からなるセンサ２に直接接触する箇所以外に、熱良導体３に連なる電気絶縁性高分子からなる樹脂層８を内部及び端部にも形成するようにしてあり、その端部９は製作後にプローブ外側の段差をなくするため、接合面に対してテーパーあるいは切り欠き（不図示）が対をなすように形成されている。
【００２０】
したがって、本実施の形態による流速測定用センサ部では、熱良導体３とセンサ２とが直接接触する構造となり、加温体から外部流体への熱伝達及び外部流体から測温体への熱伝達が向上し、流速センサの感度がより一層向上し正確な測定を可能とする。同時に内部及び端部にも電気絶縁性高分子の樹脂層を形成し熱良導体３を緻密に囲包することにより、ハンダ付け等による接続の際に位置決めを行いやすく作業性が向上する．樹脂層８が緻密に囲包していれば、生体への電流の漏れをなくし、より電気的安全性を高めた流速測定用センサプローブの提供を可能とする。好ましくは、流速測定用センサ部の加温体及び測温体が、単一の抵抗体からなることにより、より小型化した流速測定用センサプローブを簡易に製作することを可能とする。
【００２１】
＜流速測定用センサプローブの構成例＞
図６は、本発明に係わる流速測定用センサプローブとしての一実施の形態であり、リング状の熱良導体３を有する流速測定用センサ部２０をカテーテルチューブ１に装着し、心拍出量測定用カテーテルとした場合である。
図６において、流速測定用センサ部２０は、心臓の心動及び血液の流れ等によって生じるぶれの変動を低減するため、カテーテルチューブ１の先端から少し基部側に位置させて取り付けられている。
【００２２】
センサ部自身がぶれの変動を起すと、流体の流速に加えて、センサ部自身のぶれの変動の速度が加わるため、正確な流速測定を困難とする。このため、自由度の大きい先端部より自由度の少ない中間部、すなわち流速測定用センサ部は、カテーテルチューブ１の先端から少し基部側に位置させて取り付けられている。
ここで、図６を使用して、心拍出量測定用カテーテルについて説明する。具体的には、カテーテルチューブ１の先端から１．５〜８．０ｍｍ程度にセンサ部を取り付けるのが好ましい（更に、バルーンより基部側に）。
【００２３】
血液温度測定部１９は周囲の血液温度、肺動脈に留置された場合には肺動脈血液温度を測定するために設けられており、カテーテルチューブ１内に埋設されたリード線を介して温度センサコネクタ１７に連結されている。バルーン１２は、カテーテルを挿入し、肺動脈等へ進める際にバルーン膨張ライン口１４より二酸化炭素、空気等の気体で膨張され、血流に乗せてカテーテルチューブ１の先端部を目的とする留置位置へ導く役目をしている。また、カテーテルが肺動脈に留置された場合には、圧力測定孔１１に連なる圧力測定ライン口１５より導かれる圧力を、バルーン１２が収縮している場合には肺動脈圧として、膨張している場合には肺動脈楔入圧として不図示の圧力センサに導き、各圧力計測を可能にしている。
【００２４】
指示液吐出孔１３は指示液注入ライン口１６と連なっており、熱希釈法によって心拍出量を計測する際に、指示液を右心房から吐出できるように配置されている。冷却された生理食塩水等の指示液は、シリンジによって指示液注入ライン口１６より注入される。流速センサコネクタ１８は、カテーテルチューブ１内に埋設されたリード線を介して流速測定用センサ部２０に連結されており、流速測定用センサ部２０において検出された測温信号が流速センサコネクタ１８に伝送される。
【００２５】
さらに、不図示の心拍出量測定装置、等のデータ処理装置へ、流速センサコネクタ１８から測温信号が伝送されるとともに、温度センサコネクタ１７からも周囲血液温度信号が伝送され、血流速情報もしくは連続的な心拍出量値として表示及び記録される。
このように、図６で示した心拍出量測定用カテーテルは、流速測定用センサプローブの一態様として実現される。
尚、図示の構成では、加温体及び測温体を単一の抵抗体で構成しているが本発明ではこれに限定されず、加温体と測温体を別々の抵抗体で構成してもよい。
【００２６】
【実施例】
第１の実施の形態による流速測定用センサプローブを使用して、図２において、空気中室温におけるセンサ部の発熱によるプローブ外周上の表面温度（サーモグラフィーにて測定）について、又、図３において、同じ流量の水中においてセンサ部の各部を管壁に接触させた場合と接触させない場合とでセンサの測温した温度差（流水の実際の温度との温度差）について、本実施の形態による流速測定用センサプローブと従来のプローブとをそれぞれ比較した。その効果は以下のように明白である。尚、図２及び図３において、０°はセンサの付いている位置、１８０°はセンサの反対側を示している。
【００２７】
図２において、本実施の形態によるプローブと従来のプローブとを比較したとき、本実施の形態による流速測定用センサプローブは、センサ部外周上の表面温度が２〜５℃、従来のプローブより低くなっている。これは、本実施の形態によるプローブは、流速測定用センサ部がプローブ外周面に沿った熱良導体を有しているため、従来のプローブと比較して表面積を大きくすることができ、放熱の効率がよくなるためであり、従来と同等の電力を与える場合、センサ部の温度をより低くすることができるため、生体内で使用するに際しては、血球の損傷、熱傷等への危険性を減ずることができる。又、加温部（０°）との温度差の最大値は、本実施の形態によるプローブで２．１℃、従来のプローブで３．２℃であり、加温の均一性が高くなっていることが分かる。
【００２８】
図３において、本実施の形態によるプローブと従来のプローブとを比較した時、従来のプローブでは、センサ部が外套部表面の周回りの一部にのみ位置されているため、センサの付いている部分が管壁に接触した場合には、管壁に接触していない場合との温度差が２．２℃程度であり、管壁へ接触することの悪影響を大きく受けていることが判る。一方、本実施の形態による流速測定用センサプローブは、管壁に接触する位置にあまり影響されず、温度差で０．２℃程度であり、センサ部が管壁に接触した場合の影響は、従来のプローブの１／１０程にまで軽減していることがわかる。
【００２９】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、流速測定用センサ部の熱良導体を介してカテーテルチューブの外周に均一に熱伝達させることにより、流速測定用センサプローブが管壁に近接または接触した場合においても誤差の小さい測定を可能とする。 しかも、熱良導体が外套部外周に取り付けられることで、熱伝達面積が広範囲に及ぶため、同じ電力を供給した場合、センサ部表面の温度が従来のものより低下し、生体に悪影響を及ぼす危険性を低くする。
【００３０】
また、流速センサをカテーテルプローブの基部側に位置させることで、血流速による血管内の断面方向へのセンサのぶれを低減でき、安定した正確な流速測定を可能とする。
更に、本発明によれば、熱良導体とセンサとが直接接触する構造となり、製造の際の作業性が向上し、また、加温体から外部流体への熱伝達及び外部流体から測温体への熱伝達が向上し、流速センサの感度がより一層向上し正確な測定を可能とする。
【００３１】
同時に内部及び端部にも電気絶縁性高分子の樹脂層を形成することにより、生体への漏れ電流をなくし、より電気的安全性を高めた流速測定用センサプローブの提供を可能とする。
より好ましくは、流速測定用センサ部の加温体及び測温体が、単一の抵抗体からなることにより、より小型化した流速測定用センサプローブを簡易に製作することを可能とする。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係わる流速測定用センサプローブの流速測定用センサ部の構造を示す図である。
【図２】空気中室温におけるセンサ部外周上の表面温度について、本発明による流速測定用センサプローブと従来のセンサプローブとを比較した図である。
【図３】同じ流量の水中において、センサ部を管壁に接触させた場合と接触させない場合とでセンサの測温した温度差について、本発明による流速測定用センサプローブと従来のセンサプローブとを比較した図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態に係わる流速測定用センサ部の構造を示す断面図である。
【図５】本発明の第３の実施の形態に係わる流速測定用センサ部の構造を示す断面図である。
【図６】本発明の実施の形態に係わる流速測定用センサプローブを有する心拍出量測定用カテーテルを示す図である。
【図７】本発明の実施の形態に係わる流速測定用センサプローブの流速測定用センサ部の他の構造例を示す図である。
【符号の説明】
１ カテーテルチューブ
２ センサ
３ 熱良導体
４ 耐水性物質
５，８，９ 電気絶縁性高分子
６ 高分子接着剤
７ リード線
１１ 圧力測定孔
１２ バルーン
１３ 指示液吐出孔
１４ バルーン膨張ライン口
１５ 圧力測定ライン口
１６ 指示液注入ライン口
１７ 温度センサコネクタ
１８ 流速センサコネクタ
１９ 血液温度測定部
２０ 流速測定用センサ部

Claims (8)

1. 電流により加温されるとともに血流速により冷却されて平衡温度を検出する流速測定用センサ部を有する流速測定用センサプローブにおいて、
   前記流速測定用センサ部が、少なくともプローブ外周面に沿って伸びる熱良導体を有し、
   前記熱良導体と接触する樹脂層が前記熱良導体の外表面を形成することを特徴とする流速測定用センサプローブ。
2. 前記流速測定用センサ部の加温体及び測温体が直接前記熱良導体の内表面と接触することを特徴とする請求項１記載の流速測定用センサプローブ。
3. 前記熱良導体に接触する樹脂層が前記熱良導体を緻密に囲包することを特徴とする請求項１記載の流速測定用センサプローブ。
4. 前記流速測定用センサ部の加温体及び測温体が、単一の抵抗体からなることを特徴とする請求項１記載の流速測定用センサプローブ。
5. 前記流速測定用センサ部は、プローブの先端から少し基部側に位置させることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１つに記載の流速測定用センサプローブ。
6. 前記熱良導体の形状が、リング状又は螺旋状又は網目状の形状を含むことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１つに記載の流速測定用センサプローブ。
7. 前記熱良導体の材料が、金属であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１つに記載の流速測定用センサプローブ。
8. 前記熱良導体の材料が、金、白金、銀、銅、ステンレスのいずれかであることを特徴とする請求項７に記載の流速測定用センサプローブ。

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