JPH03503082A - 携帯型血液化学測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 携帯型血液化学測定装置 １亙豆見 本発明は、与えられた標本の電気化学的特性を正確に測定する携帯型装置に関す る０本発明は特に、全血標本のｐＨ値を含む血液ガス群を測定する装置に関する 。

１見１盃 血液のｐＨ値は、一般に代謝パラメータで監視され、試験を受ける個体に正常な 生理的酸塩基平衡が存在するかどうかを判定する手段を提供する０人体中ではｐ Ｈ値が非常に微妙に平衡している。動脈血液に関する正常値は、個体が生存でき る下限及び上限を７．００から７．７０として、７．２５から７．４５の範囲に ある。

心拍停止又は医学的生命停止が生じた際には、代謝機能は嫌気性となって、過剰 な酸塩を産み出す結果となる。

これに伴い、血液のｐ　Ｈ（ＩＩを低下させる。

医療関係者が十分１ＫＩＩしているように、全血のｐＨ値を正確かつ早急に判定 することによって、心拍停止の患者の安全で有効な蘇生と処置が促進される。不 幸なことに、年間６４０，０００件の心拍停止患者の中、現在のＰＨＨ析装置が 余りにも大型で現場でｐＨ値を監視する能力がないため、３６０，０００件の患 者が病院に到着する前に死亡してνする。更に、現在のｐＨ分析装置は熟練した 実験室技師による操作が必要な複雑な機械装置である０例えば、これらの装置の 校正は自動的には行われない。校正を行う前に、成形態の機械的操作によって測 定用カセットに電解液を注入しなければならない。

これに加えて、これらの装置系でＯｐＨ値の判定は、１９０６年にフレマー（Ｃ ｒ＠ｍａｒ）によって叙述されたガラス電極を基本としている。これらの電極は ２つの半電池で構成され、その１つが基準無電圧を発生し、もう一方はガラス膜 で構成されている。これらの電極には、半電池の電流の変動があるため絶えず校 正を必要とすること、蛋白質の沈着の堆積を取り除く洗浄液による膜表面の劣化 があること、大量の標本を必要とすることを含む幾つかの欠点がある。

ケータ（Ｋａｔｓｒ）による米国特許第４，３４０，４５７号は、活性カリウム の判定に使用するための、濡れた状態で電気化学的接触状態に保存できる金属電 極を開示している。しかし、これらの電極は、校正を行う前に更に水化と操作を 必要とする。更に、使用の前に校正液を取り除かなければ実際の測定を行えない 。

米国特許、クラインバーブら（にｌｅｉｎｂｅｒｇ　ａｔ　ａｌ）による米国特 許第３．７４２，５９４号、ニードラックら（Ｎｉｓｄｒａｃｈ　ｓｔ　ａｌ） による米国特許第３，９２６，７６６号、及び、オーエンら（Ｏｗｅｎ　ｅｔ　 ａｌ）　　による米国特許第４，５６１，９６３号は、種々の体液の電気化学的 測定のための金属電極を開示している。これらの装置系は総て、面構造物ではな く、本発明で用いている化学ペーストの薄膜が持っているような導電性を有しな い、線状のプローブを使用している。更に、これらの電極は、製造が極めて困難 な液体密封性を必要とする。

ヒギンズら（Ｈｌｇｇｔｎｓ　ａｔ　ａｌ）による米国特許第４゜５４５．３８ ２号では、金属電極を開示している。これらの装置系は単センサ電極で、ｐＨ値 測測定実行する能力がない。

ダイアモンドら（Ｄｉａｍｏｎｄ　ｅｔ　ａｌ）による米国特許第４．２７２， ２４５号及び第４，３４２，９６４号では、血液標本のｐＨ値測測定ための、金 属電極を利用する装置と方法を開示している。しかし、この方法は、系を校正し 、カセット内にある標本と基準電極の間の電解架橋を与えるために用いられる、 電解液を必要とする０校正は自動的に行われるのではなく、電解液は機械的な操 作を行うことによって注入される。この電解液は熱に弱く、冷蔵庫に貯蔵しなけ ればならない。測定される標本のｐＨｆｉａは熱の関数なので、使用に先立ち、 電解液を収めるカセットを３７１０に暖めなければならない、暖めた後、カセッ トは約１時間の貯蔵寿命を有する。そのために、この方法によるＰＨ値測測定は 、電解液を収めるカセットを適切に取り扱わなければ正確な値を得られない。

これによって、緊急な状況において無用な遅れを生じる。

これに加えて、この装置では一度に１個のカセットしか処理できない設計になっ ている０次の標本を手動で装着しなければならないので、ユーザは或一定の時間 だけ待たなければ正確な測定ができないために、緊急な状況の中で一層の遅れを 生じる。更に、カセットが上向きになっている時にしか測定できない、これに加 えて、これらの特許で実施される測定器は卓上型の大型で、加熱と測定その他の 機能を実現するために商用電源を必要とする。

血液ガス測定装置系では更に困難が生じる０回路が電極系に接触して出入りする 状態で電極系が用いられる時には、良好な小さな抵抗での接触を得るのが難しい 。これは、大きな抵抗を有する信号源を電極が伴っているからである。したがっ て、電極系と回路の間の良好な小さな接触抵抗を与えるにためは電流が不足する 。この事実は、摺動の全接点表面でさえも或程度の絶縁を持たせる表面層がある ことに拠る。非常に高い回路インピーダンスで動作する時には、この層によって 電圧測定の質を下げることが十分あり得る。

一兜ｍ示− したがって、ＰＨ債水準を含む全血の血液ガス群を測定するための、医療技師、 看護人、医師、その他開業医が用いる安価な携帯型装置を提供するのが本発明の 目的である。

更に、測定対象の血液にユーザが決して接触することなく、ｐＨ値を測定するた めの装置系を提供するのが本発明のもう一つの目的である。

また、最少量の標本でｐＨ値測測定含む血液ガス群測定を可能にするのが本発明 のもう一つの目的である。

更にこれらに加えて、電極系と測定回路との間でこれら相互の良好な電気的接触 が可能になるインターフェイスを提供するのが本発明のもう一つの目的である。

これらの目的は、それぞれが測定用の構造物を持った、複数のカートリッジを受 は入れる携帯型装置の形で達成される。カートリッジの１つが装置中の定位置に 進む。

測定用構造物は自動的に校正され、温度測定が行われる。

総ての読みが正常な範囲にあれば、装置がユーザを促して、測定、分析対象の標 本がカートリッジに注入される。

ｐ　Ｈ（ＩＩのような血液ガス群の測定の徨、カートリッジが排出される。この 方法によって、ユーザは測定対象の血液に決して接触する必要がなくなる。

本発明の目的のもう一つの局面では、血液標本は、使い捨て式のカートリッジに 注入され、相互に結合された標本チャンバを含む一連の流れチャンバを通じて引 き出される。標本チャンバのチャンバ下流は過剰な標本を取り込む溢れチャンバ として働＜、ｐＨ１ｍ測定装置及び熱センサを配置した基板が標本チャンバの中 に置かれている。１１＆解液を用いてなく、また、校正と分析の際に熱感知装置 が実際の温度を現場で測定するように機能し、医療関係者の望むように読みを自 動的に修正するので、ｐ　Ｈ（ＩＩ測測定先立ってカートリッジの内容を熱する 必要がないのが、本発明の特徴である。

ｐＨ値測測定、０■、ＣＯ３等のその他の血液ガス群の測定に使用できる構造を 有する、電極系によって達成される。したがって、それぞれ異なったガスの測定 に使用される複数の電極によって、血液ガス群の総ての測定に使用できる０本発 明の電極は小型の面構造物である。このため、必要な電極を標本チャンバの中に 置くことができる。この電極系は両面プリント回路基板上に形成されている。こ のプリント回路基板の片面は、基板及び相応するｐＨアナライザとの間の電気的 接触を取る金メッキを施した複数のパッドを含む、このプリント回路基板のもう 一つの面上の銅線は、指示及び基準電極を形成する、小型の実質的に面状の構造 物である。指示電極は、電解液と接した時に安定な電圧を発生する能力を持った 、金属又は金属・金属の酸化物で被覆されている。

本発明の好ましい実施例では、電解液と接した時に安定な電圧を確実に発生する ように、基準電極は適切な金属・金属ハロゲン化物組合せで形成されている。

電極は更に化学ペーストの薄膜で被覆され、これによって指示電極と基準電極の 間の電気化学的接触を与える。

これに替えて、ペースト薄膜が基準電極を被覆し、指示電極用ペーストが、指示 電極と、基準電極に接している化学ペーストとの両方を被覆する薄膜ととなるよ うに、化学的被覆を２段階で行うこともできる。

これらの化学ペーストが２重の機能を持っていること、すなわち、化学ペースト が電極の校正と標本の測定との両方に用いられることが本発明の重要な側面であ る。言い換えれば、他の電極系と異なり、本発明の電極は実際の測定に先立って 校正用の材料を取り除く必要がないことである。

電極を面構造物に形成したことによって化学ペースト及び指示電極用ペーストの 薄膜の使用が可能となったことが本発明の特徴である。これらのペーストの化学 的成分によって、電極を電気化学的接触状態で貯蔵することが可能となり、これ によって、標本の注入に先立って予備的な水化と操作を行うことなく、即座に自 動的な校正を実施できる。更に、上記の電極構造物を収めたカートリッジは、室 温で貯蔵でき、化学成分の反応を保全するために冷蔵する必要がない。

本発明では、電極パッドを通じて流れる絶縁および非絶縁電流を発生する方法に よって、電極構造物と測定用電子機器の間の良好な電気的接触を保つことができ る。

本発明の目的と利点は更にあるが、これらは図面に関連して説明する以下の詳細 な叙述で明らかになる。

の 第１図は、本発明の携帯型装置の透視図である。

第２図は、本発明の好ましい実施例の使い捨て式カートリッジの立体分解図であ る。

第３図は、本発明の好ましい実施例の使い捨て式カートリッジの上面図である。

第４図は、第３図の４−４４に沿って切断した断面図である。

第５図は、第３図の５−５線に沿って切断した断面図である。

第６図は、第３図の６−６線に沿って切断した部分断面図である。

第７図は、本発明の好ましい実施例のプリント回路基板の透視図である。

第８図は、本発明の好ましい実施例のプリント回路基板の下面図である。

第９図は、第７図の９−９線に沿って切断した断面図である。

第１０図は、電極、熱センサ、及び関連回路の回路図である。

第１１図は、本発明の携帯型ｐＨ値測測定装置断面図である。

第１２図は、第１１図の１２−１２線に沿って切断した透視断面図である。

た　　の　　　　　　い　ン ここで第１図を参照すると、携帯型ＰＨ値渕定装置１０が示されている。携帯型 ＰＨ値測測定装置Ｏは、複数のカートリッジを受は入れるカートリッジ・ベイ１ ２を収容する外殻１１を含む、複数のカートリッジは、Ｕ型クリップ１４によっ て携帯型ｐＨ値測測定装置０に装荷される。新しいカートリッジ１６はＵ型クリ ップ１４に手で装荷される。クリップ１４は、カートリッジ１６を固定するため の長手方向リップ１５を具えている０次のカートリッジ１６は、クリップ１４が 一杯になるか、若しくは望みの数に達するまで、クリップ１４に装荷される。ス リーブ１７には、クリップ１４をカートリッジ・ベイ１２中に手で装荷できるよ うに、指笛めが用意されている。スリーブ１７は、携帯型ｐＨ値測測定装置１０ 中新しいカートリッジを確実に挿入するための障壁としても働く、スリーブ１７ は、カートリッジ・ベイ１２より全体として寸法が大きくなっている。

特に、第１１図と第１２図に示すようにクリップ１４がカートリッジ・ベイ１２ に入る際には、クリップ１４はカートリッジ・フォロア・ブロック７４に接触す る。

カリフォルニア州セリトスのアソシエーテッド・スプリング社（Ａｓｓｏｃｉａ ｔａｄ　Ｓｐｒｉｎｇ、　Ｃ５ｒｒｉｔｏｓ、　ＣＡ）のＣＦＯ１５−００５０ 型のような張カ一定のスプリング７２が挿入され、その一端がカートリッジ・フ ォロア・ブロック７４にビン止めされている。スプリング７２のもう一端は、ク リップ１４によってフォロア・ブロック７４がチャネル７３に沿って後方に押し 込まれるにつれてスプリング７２に力が掛かるように、外殻１１に固定されてい る。スリーブ１７が外殻１１の外側縁に接触した時、クリップ１４は取り除かれ 解除される。クリップ１４が外れると、クリップ１４によって下向きに押しつけ られていた往復突出部９０が持ち上がり、カートリッジ１６の捕捉溝７６に係合 する。カートリッジ・ベイ１２内の定位置にカートリッジ１６があるので、この 状態で測定を開始することができる。標本人力ポート１３の下の測定位置にある カートリッジ１６と測定装置１０の間の電気的接触は既に確立されている。

測定装置１０は、カートリッジ・ベイ１２内のカートリッジの現状の数を表示す るカートリッジ収納機構（図示されていない）を更に含む。この数は以下に述べ る表示装置によってユーザに示される。

携帯型ｐＨ値測測定装置０は、装ｆｆ１ｌｏ上に配置されたオン・オフ（ｏｎｌ ｏｆｆ）釦（図示されていない）によって起動される。装置が起動されると、測 定装置１０は、正常な動作を確認するための一連の自動及び自己診断式の試験を 実行する。総ての状態が正常であれば、以下に更に詳細に述べるように一切のオ ペレータの操作なしに測定機構が自動的に校正され、温度測定が行われる。自己 診断試験中に行われた測定に正常な範囲を外れるものがあれば、現状のカートリ ッジを取り出し、新しいカートリッジを挿入してもう一度過程を繰り返すように 、第１図の読み取り装Ｎ２２（液晶式が好ましい）がユーザに指示を与える。

挿入したカートリッジについてｉＩＩ！ｌＨされると、測定結果はメモリに蓄積 され、ユーザにその旨を伝えて、その後、カートリッジ１６に標本を注入できる 。その後、第１図及び第４図に示すように、測定対象の血液標本を入れた注射器 針１８を外殻の穴（標本人力ポート１３）を経て上部シール２０を通じてカート リッジ１６に注入して、カートリッジ１６に血液標本を加える。

測定装置１０の表面に配置された静脈用選択釦２１及び動脈用選択釦２５によっ て、ユーザが静脈血液用、又は動脈血液用の何れに装置を用いるのかを選択でき る。

実際の動作では、もし装置が静脈血液用モードになっていれば、動脈血液に対し ては読み取り値が計算され、変換因子が適用される。ｐＨ値はポテンショメータ で測定され、温度補正が計算されて、測定対象の標本のｐ　Ｈｉｍに相当する値 は３７°Ｃに補正されて、読み取り装置２２に表示される。

ここで第１１図及び第１２図を参照すると、読み取り値が得られた徨に、測定装 置ｌＯ上にある、スプリング動作の釦８２によってカートリッジは排出される。

これによって、実質的にＬ型メンバ８４がビン８１の周りを時計方向に回転して 、押し棒８６を測定装置１０の末端の方へ引き寄せる。押し棒８６が引き寄せら れる動作でＶ型スプリング７９に引っ張り力が加わる。これによって、反対側の 突出部８０を外殻１１の最も近い端の方へ旋回させる。この状態で、ユーザがカ ートリッジ・ペイ扉２４を側面方向に押して、ノツチ７８を反対側の突出部８０ に係合させる。これによって、使用済みカートリッジが排出される間、カートリ ッジ・ペイ扉２４を開いた状態に保つ、ｔｌＦＬ棒８６が測定装置１０の末端の 方に引き寄せられる時、測定装置１０の末端にあるベルクランク８８がビン８１ の周りを時計方向に回転する。この運動によって、往復突出部９０に下向きの力 を及ぼし、使用済みカートリッジを解除する。スプリングで取付けられたカート リッジ・フォロア・ブロック７４は、カートリッジに力を加えるために張カ一定 のスプリング７２で押しつけられているが、測定装置１０から使用済みカートリ ッジを力強く前向きに排出するように動くことができる。これによって、使用済 みカートリッジを消毒ビンに廃棄することができる。ベルクランク８２Ａは、ス プリング８７でもう一つの往復突出部９２に取り付けられている。ベルクランク ８２Ａが押し棒８６の動きによって反時計方向に回転すると、スプリング８７が 突出部９２を上方向に押す、この上方向への運動は２つのことに役立つ。第１は 、使用済みカートリッジの動きが制御されるように装着されているカートリッジ に摩擦力を加えることである。加えて、突出部９２が次のカートリッジをカート リッジ上の捕捉溝７６に係合して捕捉することである。これによってカートリッ ジが外れるのを防ぐ。

釦８２が押されると、反対側の突出部８０が反時計方向に回転して、カートリッ ジ・ペイ扉２４を閉じた位置に止める。スプリング８５は、カートリッジ・ペイ 扉２４が開かれていた時には力が掛かっていたが、カートリッジ・ペイ扉２４を 閉じるための力を与える。

釦８２が押された時、第１１図に示すように排出機構は停止位置に戻る。往復突 出部９２は下向きに移動し、同時に別の往復突出部９０は上向きに移動する。こ のように突出部９０は突出部９２と位置を交代し、新しいＰＨ値測測定できるよ うに定位置にｉｌｌ捉溝７６を捕捉する。カートリッジのこの排出及び前進方法 によって、ユーザが血液を収めたカートリッジに接触することを排除する。

第１２図は、第１１図の１２−１２１１ｆｉに沿って切断した透視断面図である 。ここでは、カートリッジ１６は血液標本を受は入れる状態にあるが、標本人力 ボート１３と一直線になっていることが分かる。図に示すように、このように− 直線になることによって、針誘導装置３４は標本人力ボート１３の下に配置され る。

第２図から第６図に更に示すように、使い捨てのカートリッジ１６は、カートリ ッジに蓄積されている可能性のある静電気を大気中に放電する、望ましくは炭素 充填ポリマのような静電導通材料で作られた、箱型のハウジング２７を含む。使 い捨てのカートリッジ１６の上部シール２０は、これに限られる訳ではないがシ リコン・ポリマのような弾性材料で作られている。上部シール２０は、カートリ ッジ１６内の液体密封状態を維持するために、端末空気抽気ボート２８と関連し て動作する。

端末空気抽気ボート２８は、望ましくは疎水性を有する、サブミクロン濾過器３ ０を含む、サブミクロン濾過器３０は、静的な状態で濾過器３０の圧力差限界が 高くなっていて、カートリッジ１６がら空気の自由な出入りを妨げるように、カ ートリッジ１６と外気との間の圧力差を与えるべく作られている。標本が注入さ れる時、空気圧力が生じる。これによって、測定対象の標本がカートリッジ１６ に入り、カートリッジ１６内の空気を端末空気抽気ボート２８から押し出して、 カートリッジ１６内に収められている一連の相互に接続された流れチャンバを通 じて、標本の方向性を持った流れを作り出す。

更に、測定対象の血液標本を収めている注射器１９に取り付けられた針１８は、 長手方向に延びる針誘導装置３４に入り、上部シール２０を射し通す。

第４図から第６図までに更に示すように、針誘導装置３４は、上部シール２０上 に形成され、針を標本チャンバ３８に向けて方向づける誘導装置として役立つ壁 ３４によって範囲を限定される。針誘導装ｆｌ！３４は、プリント回路基板４４ 上に配置されている測定用構造物４０及び熱センサ４２から片寄っている。プリ ント回路基板４４は、標本チャンバ３８の底部境界を形成しく第２図参照）、は ぼ１５．９ｍｍｘ１５．９ｍｍｘ１５．９ｍｍ　（０，６２５１ｎｃｈｅｓ　Ｘ 　Ｏ，６２５１ｎｃｈｅｓ　Ｘ　Ｏ，６２５ｉｎｃｈｅｓ）の寸法を有する。こ の形状によって、針１８が測定用構造！ｌ！１４０及び熱センサ４２に接触して これらを破損するのを防ぐ、プリント回路基板４４は、針がカートリッジ１６の 底部から侵入するのを防ぐ障壁にもなる。

プリント回路基板４４は、箱型のハウジング２７の底部に関連する定位置にフィ ンガ２９で支持される。製造工程では、これらのフィンガ２９は、最初から箱型 のハウジング２７の側壁の一部として形成され、その後、プリント回路基板４４ が箱型のハウジング２７の底部に対して配置された後に、熱成型される。ガスケ ット３１は、プリント回路基板４４と箱型のハウジング２７の底部との間に配置 されて、シールを形成する。

血液標本は、針１８が針誘導装置！１３４を通じて標本チャンバ３８に入った後 に、注射器１９から加えられる。その後、血液が標本チャンバ３８に流入する。

標本チャンバ３８は、針誘導装＠３４の長手方向軸に沿って一定の深さを有して いる。標本チャンバ３８は、その深さに対して直角に外側に向いて延長している 。血液が標本チャンバ３８に流入する地点と、中間空気抽気ボート４６の位置と の間に測定装置及び熱センサが配置されるように、細管状の中間空気抽気ボート ４６が配置される。このように中間空気抽気ボート４６を配置することによって 、空気泡の形成を防ぐ。更に、中間空気抽気ボート４６は、標本チャンバ３８に 捕捉されている空気が排気して、血液が測定装置４０及び熱センサ４２を越えて 標本チャンバ３８に流入することを可能にする。この方法によって、測定装置４ ０への血液の方向性を持った流入が達成され、血液が重力に比較して高い表面張 力を有するにもかかわらず、標本チャンバ３８は、水平Ｏ＠から垂直９０°まで のどのような姿勢にあっても充填される。

標本チャンバ３８が一杯になった時、血液は、第３図及び第６図の溢れボート５ ０を通じて充填センサ５２を越えて７中間空気抽気ボート４６と実眞的番二向か い合って配置されている一連の溢れチャンバ５４に流れ出す。

ｐＨ値測測定は微量の血液しか必要とせず、ユーザがこのような微量の血液を制 御された状態で取り出すことはできないので、溢れチャンバ５４がこのように存 在することが望ましい。

中間空気抽気ボート４６の寸法は溢れチャンバ５４と比較して非常に小さいので 、血液は空気抽気ボート４６中に細管現象と血液表面張力で保持される。標本チ ャンバ３８が完全に充填された後、血液は溢れチャンバ５４を充たす。

溢れチャンバ５４は、針誘導装置３４及び標本チャンバ３８を取り囲む、相互に 接続された一連の流路を形成する。溢れチャンバ５４の１つが充たされた時、充 満した溢れチャンバと上流の溢れチャンバに接続する側路に血液が洩れ出す。

相互に接続された溢れチャンバ３２のこの形態によって、測定装置１０が水平か ら垂直までの連続的な姿勢に置かれている測定装置１０中でカートリッジ１６を 用いることが可能になる。したがって、測定装置１０が手で支持されて、位置を 変える時、読み取りができる。

充填センサ５２によって標本の存在が検知された時、測定装置１０の電子回路が 音の信号を発し、測定装置４０、熱センサ４２、及び充填センサ５２に共有され ている共通の回路から充填センサ５２を切り離して、これにより、ｐＨ値測測定 可能にする。血液を通じて接点５６Ｄに接地接点５６Ｂから電流５３を加え、そ の後、これらの接点の間に生じている電圧を測定することによって、充填センサ ５２と接地接点５６Ｂの間のインピーダンスが特に測定される。これについては 第１０図を参照する。接地接点５６Ｂと充填センサ５２との間に血液が存在する 時、測定されたインピーダンスは、血液が充填センサ５２に到達する水準に達し ていない時に比較して実質的に低い、血液が充填センサ５２に到達するこの水準 に達していない時、インピーダンスは実質的に無限大である。血液が存在する時 に対して血液が存在しない時には、インピーダンスの大きさに少なくとも２桁の 差がある。

第７図から第９図までを参照すると、ｐＨ値測測定、両面プリント回路基板４４ 上に形成された測定装置４０を経由して行われる０両面プリント回路基板４４は 、ＦＲ４型フェノール・エポキシのような強化型ポリマで作ることができる。こ の他の好ましい材料として、強化型紙ポリマ、種々の成型型ポリマ、強化を又は 充填型の多層ポリマ、又はその他の標準のプリント回路基板を含む。

これらの材料は円滑な平面を具えている必要はなく、ポリエーテル・スルフォン のようなプラスチック材料の３次元プラスチック成型でも良い。このプリント回 路基板は、パッド５６を表面の外延上に、電極基本構造物及び熱センサ取付用パ ッドとをプリント回路基板４４の内側表面上に形成するために、周知の技法でエ ツチングされた鋼の層を含む。

第８図に示す好ましい実施例のように、メッキ貫通穴、５８Ａから５８０までを 有する４つの電気接触パッド５６Ａから５６Ｄがある。線５２は、貫通線５８Ｄ によってパッド５６Ｄに接続されている。電気接触パッド５６Ｂは、電源及び接 地が適切なシーケンスで行われるように、他のパッドより長くなっている。電気 接点パッド５６Ａから５６Ｄは、総ての測定に作用するように携帯型ｐＨ値測測 定装置中配置された、第１２図のスプリング張力を受けるパッド９１と接触を保 つように作られている。

測定装置４０は、指示電極４０Ｂ及び基準電極４０Ａから成り、プリント回路基 板４４の内側表面上に形成されている。これらの電極の下に、標準のプリント回 路基板エツチング技法で鋼バッド６０が形成されている。測定装ｆｌ！４０にこ のプリント回路基板技法を用いたことによって、再現性の高い、安価な大量生産 技術が提供される。

第９図を参照すると、指示電極４０Ｂ用の銅バッド６０は、表面全体を望ましく は銀の、金属６２で被覆されており、更にその上を金か白金、白金属の金属、又 は電解液に接触した時に安定な電圧を発生する能力のあるその他の金属で被覆さ れている。これに替えて、領土にアンチモンを重ね更にアンチモン酸化物を被覆 したような金属・金属酸化物で指示電極を形成することができる。

クラインバーブによる米国特許第３，７４２，５９４号、及びニードラックらに よる米国特許第３，９２６，７６６号は、アンチモン電極を形成する方法を開示 している。

基準電極４０Ａ用の銅パッド６０は、基準電極４０Ａが電解液と接した時に安定 な電圧を確実に発生するように、金属・金属ハロゲン化物組合せで被覆されてい る。

好ましい実施例では、基準電極４０Ａは、表面全体を銀６４で被覆され、希釈さ れた塩化水素酸中で陽極酸化によって形成された、銀塩化物で更に被覆されてい る。これに替えて、当技術分野で周知のカロメル電極で基準電極４０Ａを構成す ることができる。

好ましい実施例では、製作シーケンスは以下のとおりである。すなわち、（１） 表面外延上の電気接点用線、内側表面上の電極基本構造物及び熱センサ用パッド を含む、鋼線の形成、（２）総ての線への銀被覆、及び、（３）指示電極用構造 物と、プリント回路基板４４上の残りの導電構造物、すなわち、基準電極構造物 以外の総ての部分とについての金被覆、である。

第９図に示すように、測定装置４０は、例えばキンヒドロン、標準ｐＨ７パツフ ア、及びバインダのような、ｐＨ値指示剤を含む化学ペースト６８の薄膜で被覆 される。現在の例においてもｐＨ７パツフアは使用されてきたが、これ以外のＰ Ｈバッファ値も使用できることを理解すべきである。もしアンチモン・アンチモ ン酸化物電極を使用するならば、追加の指示剤は必要ない。

本発明のもう一つの実施例において、ｐＨ値指示刑なして化学ペーストが薄膜と して基準電極４０Ａを取り囲むように基準電極４０Ａを被覆し、指示剤ペースト がｐＨ値指示剤と共に、指示電極４０Ｂと、基準電極に接触する化学ペーストと の両方を取り囲む薄膜として形成される。

測定装置４０の総合的な構造によって、測定装置４０の表面のみが測定対象の標 本に触れるだけで良いので、僅かに数滴といった、非常に小量の標本の使用が可 能となる。更に、使用される化学剤の性質により、試薬の反応性を保存するため に冷蔵する必要がなくなり、電極が電気化学的接触の状態で貯蔵されるので、自 動校正が可能となる。

標本溶液のｐＨ値は、基準電極４０Ａと指示電極４０Ｂとの間に発生した電圧差 を以下の方法で測定することによって測定される。キンヒドロンは、ヒドロキノ ンとキノンの等モル混合液から抽出され、ｐＨ値に感応する酸化還元剤を形成す る。キンヒドロンは、キノンの酸化還元型である。当技術分野で周知のように、 これら２種から成る混合液が指示電極４０Ｂを形成するために用いられる金属の ような不活性金属と接触する時、反応は下に示すような両方向に進行する。

この反応への作用力は酸性度とレドックス結合に接触する溶液のｐＨ値に依存す る。かくして、半電池の起電力（ｅｍｆ）は、上述したレドックス結合が化学物 質及びペーストと接触している時、基準電極４０Ａに対する指示電極４０Ｂによ って測定することができる。この電圧は、ペーストと接触している時に標本の導 入に先立って基準電極と指示電極で測定された電圧と比較され、適切な方程式に よって標本のｐ　Ｈｆａが決定されて、携帯型涜定装ｆｉｌＯ中のマイクロプロ セッサに蓄積される。

第１０図を参照すると、電極の電圧は、バッド５６Ａ及び５６Ｂの電圧を以下の 方法で測定することによって得られる。測定用増幅器２０４は、電圧フォロアと して形作られ、非逆行性の入力は接点パッド５６Ａに結合している。以下に説明 するように、離れた２つの接点で接点パッド５６Ａに結合しているホトトランジ スタ２００のコレクタとエミッタを使用して隔絶された電流ループが形成される 。その後、この隔絶された電流ループは切断される。測定用増幅器２０４は、ホ トトランジスタ２００のエミッタに結合されているが、低い電気抵抗を通じて電 極電圧の測定２０６を行うことができる。第１０図で分かるように、この測定は 接地接点５８Ｂを基準としている。

ｐＨ値は温度の関数なので、上記で測定したｐＨ値には温度変化に関する補正を 施さなければならない。これは、測定装置４００近くに配置され、第４図に示す ようにプリント回路基板４４の内側表面上に配列されている熱センサ４２によっ て、達成される。熱センサ４２は、表面取付型若しくは押型のシリコン・サーミ スタであることが望ましい。測定装置４０の近くに配置されているために、熱セ ンサ４２は測定装置４０の試験前の温度と、測定を受ける血液標本が標本チャン バ３８に導入された際の温度とを正確に測定することが可能である。熱センサ４ ２は、指示電極４０Ｂによって共有されている共通の接点５６Ｂに結合されてい る。ここで、第１０図参照する。電圧及び温度の測定は順次行うことができ、温 度の変化は、携帯型測定装置１０中のマイクロプロセッサ（図示されていない） 内にプログラムされた血液温度係数を得られたｐＨ値に乗じることによって総て 補正できる。各電極に関して同様な補正ができる。第１０図を参照すると、温度 は、熱センサ接点５６Ｃと接地接点５６Ｂとの間に電流、■を加えることと、こ れら２つの接点の間の電圧を測定することとによって測定される。

その壕、以下の既知の方程式によって抵抗、Ｒが決定できる。

■ Ｒ＝　− ■ 本出願の晟初の部分で簡単に論じたように、本発明の電極系のような高い信号源 インピーダンスを有する測定回路で遭遇する問題の１つは、電極と測定用電子回 路との間の良好な電気的接触を達成するのが困難なことである。第１２図で分か るように、カートリッジ１６が血液標本を受は入れるための位置に前進すると、 バッド５６Ａから５６Ｄが、相当するスプリング張力を受けるバッド９１と接触 するようになる。本発明の好ましい実施例において、バッド５６Ａから５６Ｄ、 及びスプリング張力を受けるバッド９１は金メッキされている。しかし、摺動型 金接点を用いてさえも、カートリッジ１６が定位置に前進すると表われる、幾ら かの絶縁状態を示す表面層が残る。測定されるべき高い信号源インピーダンスと 共に、この絶縁層は実行される測定の質を十分に下げ得る。

本発明において、遭遇する電気化学的電池パラメータによって、測定用電子回路 が１０′！Ω以上の入力インピーダンスを有し、漏洩電流が１０−”Ａ以下であ ることが望ましい、電池自身の出力インピーダンスは１０１１Ωの規模で良い、 この結果として、測定用電子回路に対する静電容量負荷は厳密に避けなければな らない。

新しいカートリッジ１６が血液標本を受は入れるために前進すると、接点が或意 味では微小溶接して低抵抗を提供するようになることにおいて重要な、乾接点を 通じて十分な電流を流すことによって、電極と測定用電子回路との間に良好な電 気的接触が達成される。実際の場合、電極ＩＥ池に対する電気接点は接点バッド の形で作られることを理解すべきである。測定用接点はこれらの接点パッドに物 理的に接触し、接点パッドでの電圧を測定する。

かくして、良好な低電気的接触を達成するために、１組の測定用接点の１つから 接点パッドに出入りし、他の測定用接点に戻る電流を発生させなければならない 、この電流は電子回路の他の部分総てから隔絶されていなければならない。この ような電流の発生は、用いられる電流のタイミングを作り出し、これを制御する 制御機能と共同しなければならないものの、しかし、隔絶されていなければなら ない。言い換えると、遠隔作用が望ましい。

良好な接触を達成したならば、発生電流によって生じる可能性のある接点上の電 圧低下がないように、電流を制御し、遮断できることが望ましい。このような電 圧低下は、測定に予測できない電圧の片寄りを与えることになろう。

上記のような電流が予測できる形で流れる幾つかの機構について考えられる１例 えば、２つの接点の両方の上にに熱電対を置いてみても良い。その中の１つに僅 かに熱を加える。不具合なことに、ここで用いられている珍しい金属には制御不 能な熱電電流が生じる。更にこのような系は応答が遅い。加熱した後、その熱電 対をさまして、もう１つの熱電対と同温度に保たなければならない。

もう１つの例では、電流ループ中に変圧器の２次巻き線を置く、この２次巻き線 中の電流を】次巻き線の電流で加える。この形態は良く動作するが、１次駆動回 路はやや複雑で、ＩＥ流の向きを制御することが容易ではない。

第１０図で分かるように、本発明の好ましい実施例では、ホトダイオード又はホ トトランジスタ２００を電流ループ中に配置しである。発光ダイオード（ＬＥＤ ）２０２又はその他の光源を起動して、ホトダイオード又はホトトランジスタの 電流を生じさせる。トランジスタ２００のコレクタはバッド５６Ａの１点に物理 的に接触し、パッド５６Ａの別の１点にトランジスタ２００のエミッタが物理的 に接触している。ＬＥＤの駆動回路は２Ｎ２９０２型のようなＰＮＰ　トランジ スタを用いた普通の単純なエミッタ回路である。ヒユーレット・パラカード・パ ロアルト（Ｈｅｗｌａｔｔ　Ｐａｃｋａｒｄ　ｏｆ　Ｐａ１ｏ　Ａｌｔｏ）社の ４Ｎ３５型のような光学的アイソレータが容易に入手でき、これにはホトトラン ジスタ及びＬ　Ｅ　Ｄが含まれる。

このような構造物を用いる２答によって、電流の大きさと向きの両方を制御でき 、容易に遮断もできる。更に、これには顕著な熱ａＸ流もない。本発明の好まし い実施例では、トランジスタ２００に約５０から１００μＡの電流が生じる。上 記の低接触抵抗を形成するためには、一般的に、測定の対象とする電流の２乃至 ３倍の電流を用いるべきである。

現場での全血ｐＨ値測測定関する総てのパラメータを測定する方法が本発明によ って提供されることが明白になった。上述の装置は携帯型であり、極めて少量の 標本しか必要としないので、救急隊員及びそれに類する人々が緊急事態の中で容 易に測定を行うことができる。測定対象の血液にユーザが接触する必要が決して ないので、血液との接触に伴う危険が排除される。好ましい実施例を参照しつつ 本発明を開示したが、本発明を実施するに当たって本発明の独特な構想に対する 種々の変形を行うことが可能であることを理解すべきである。したがって、ｐＨ 値の測定に関して本発明の測定構造物及び化学物質について開示したが、本発明 の系を用いての血液ガスのその他のパラメータの測定のようなこれに替る用途も 考えられる。以下の請求項によって本発明を定義し、これらの請求項の範囲にあ る構造物及び同類はこれらの請求項によって網羅されることを意図している。

１Ｆエロ？　−４−Ｉ”エロトー５− 国際調査報告 −１ＦＩＩＪＩ鴫１＾−−ｋＪＩ−””ＰＣＴ／ｌＪｓＥ１８１０３９１０

Claims (35)

【特許請求の範囲】
1. １．標本の電気化学的特性を測定するための携帯型の装置であって、 クリップから複数のカートリッジを受け入れるために用いられるカートリッジ・ ベイを収容するための外殻と、 前記カートリッジの１つを前記装置内の測定位置に前進させるための装置と、 前記装置内に配置されたカートリッジに注入されている標本の電気化学的特性を 表示するための装置と、前記標本の電気化学的特性に相当する情報が表示された 後に、該標本を保持している前記カートリッジを前記装置から排出するための装 置 とから成る、測定装置。
2. ２．前記標本が血液であり、測定されるべき前記電気化学的特性がｐＨ値を含む 、請求項１記載の携帯型装置。
3. ３．請求項１記載の携帯型装置であって、前記前進装置が、 前記外殻に一端に固定された張力一定型のスプリングと、 前記張力一定型スプリングの他端に取り付けられたカートリッジ・フォロア・ブ ロックと、前記カートリッジを前記装置を出し入れさせるにつれて前記カートリ ッジ・フォロア・ブロックがチャネルの長手方向に沿って移動できるように、該 カートリッジ・フォロア・ブロックを受け入れるべく用いられるチャネルであっ て、前記カートリッジが前記装置に挿入されるにつれて前記張力一定型スプリン グが負荷され、更に、前記カートリッジ・フォロア・ブロックが前記張力一定型 スプリングからの力を前記カートリッジに与えるチャネル とから成る、請求項１記載の測定装置。
4. ４．請求項１記載の携帯型装置であって、前記カートリッジが捕捉溝を含み、 更に、前記排出装置が、 ユーザによって作動される起動装置と、前記起動に応答して、前記標本を保持す る前記カートリッジから外れ、その後、新しいカートリッジの前記捕捉溝と係合 するような、カートリッジの捕捉溝と係合できる往復突起部を与えるための、前 記起動に応答する装置 とから成る、測定装置。
5. ５．請求項４記載の携帯型装置であって、前記起動装置が、 スプリングで起動される釦と、 押し棒と、 片側が前記釦と連係し、他方が前記挿し棒と連係する、旋回できるように前記外 殻で支持された実質的にＬ型のメンバと、 旋回できるように前記外殻上に支持されていて、第１のベルクランクが前記押し 棒によって回転された時に前記往復突起部に上向きの力を与えるように該往復突 起部の１つと連係し、第２のベルクランクが前記押し棒によって回転されるにつ れて前記往復突起部に下向きの力を与えるように該往復突起部の別のもう１つと 連係している、実質的に向かい合っている第１と第２のベルクランクを含む、前 記押し棒と連係する、実質的にＵ型のメンバ とを含む、測定装置。
6. ６．前記表示装置が液晶表示装置から成る、請求項１記載の携帯型装置。
7. ７．標本の電気化学的特性を測定するための携帯型の装置であって、 クリップから複数のカートリッジを受け入れるために用いられるカートリッジ・ ベイを収容するための外殻と、 前記カートリッジの１つを前記装置内の測定位置に前進させるための装置と、 測定位置にあるカートリッジヘの標本の注入に先立って、現場で測定構造物を自 動校正するための装置と、前記装置内に配置されたカートリッジに注入されてい る標本の電気化学的特性を表示するための装置と、前記標本の電気化学的特性に 相当する情報が表示された後に、該標本を保持している前記カートリッジを前記 装置から排出するための装置 とから成る、測定装置。
8. ８．血液標本のｐＨ値を測定するための携帯型の装置であって、 複数のカートリッジを収容するために用いられる外殻と、 前記カートリッジの１つを前記装置内の測定位置に前進させるための装置と、 前記装置中に配置された前記カートリッジに注入されている血液標本のｐＨ値を 測定するための、該カートリッジ内に配置され、該ｐＨ値を前記携帯型装置上の 液晶表示装置上に表示するための測定装置と前記ｐＨ値が測定された後に、該血 液標本を保持している前記カートリッジを前記装置から排出するための装置 とから成る、測定装置。
9. ９．液体標本を受け入れるための液体密封型の使い捨てカートリッジであって、 外殻と、 前記外殻の壁を形成するために配置された基板と、前記基板上に配置された、前 記標本の電気化学的特性を測定するための電極装置と、 前記基板上に配置された、前記電極装置の校正に使用するための標本の温度を測 定するための熱感知装置と、 該標本と前記電極装置との接触が達成されるように、前記外殻内で、標本の流れ を決定し、前記標本を受け入れて標本の流れを方向づける形態を有する、複数の 相互に接続された流れチャンバ とから成るカートリッジ。
10. １０．前記標本が血液であり、測定されるべき電気化学的特性が血液のｐＨ値で ある、請求項９記載の使い捨てカートリッジ。
11. １１．貫通して前記標本を容れた注射器に針を挿入することができる、前記外殻 の一端に配置されたシールを該外殻が含む、請求項９記載の使い捨てカートリッ ジであって、前記相互に接続された流れチャンバが、標本を容れた前記注射器針 を前記カートリッジに案内するための、前記シールと一直線に整列している、針 案内装置と、 前記受け入れチャンバの至近ではあるが一直線上ではなく、前記電極装置が露出 されている、前記シールに対して前記カートリッジ反対側端の位置に配置され、 前記カートリッジ中に形成されている標本チャンバと、前記チャンバと前記電極 装置上とへの前記標本の流れを確実にすべく該標本チャンバから排気させるため の、前記標本チャンバと該標本チャンバ下流の前記相互に接続された流れチャン バの一部との交流を可能とするために前記外殻内に配置された中間空気抽気ポー トと、 前記相互に接続された流れチャンバと外気との交流をさせるために前記外殻内に 配列され、標本流路の末端に位置して、前記標本が水平０°から垂直９０°まで の如何なる姿勢でも前記電極装置と感熱装置とに正常に接触する、端末空気抽気 ボート とから成る、使い捨てカートリッジ。
12. １２．前記シールがシリコン・ポリマのような弾力性の物質である、請求項１１ 記載の使い捨てカートリッジ。
13. １３．前記針案内装置が、標本を容れた前記注射器針を前記標本チヤンバに向け て案内するために配置された壁によって制限される長手方向に延長するチャネル から成る、請求項１１記載の使い捨てカートリッジ。
14. １４．前記電極装置と前記感熱装置の近辺での泡の形成を防ぐために、前記中間 空気抽気ボートが該電極装置と該感熱装置の上に配置される、請求項１３記載の 使い捨てカートリッジ。
15. １５．前記端末空気抽気ポートが前記カートリッジの外に空気を通過させること ができるサブミクロン濾過器を含む、請求項１４記載の使い捨てカートリッジ。
16. １６．前記サブミクロン濾過器が疎水性である、請求項１５記載の使い捨てカー トリッジ。
17. １７．前記標本チャンバに注入される前記標本の過剰分を受け入れるために、前 記相互に接続された流れチャンバが、該標本チャンバと交流し、実質的に前記中 間空気抽気ボートと反対側に配置される溢れチャンバを含む、請求項１６記載の 使い捨てカートリッジ。
18. １８．前記標本が前記標本チャンバに注入されるにつれて、該標本が前記電極装 置と前記感熱装置とに接触するように前記相互に接続された流れチャンバが配置 されている、請求項１７記載の使い捨てカートリッジ。
19. １９．前記カートリッジに十分な量の標本が入ったことを検知するために前記標 本チャンバと交流する充満感知装置を更に含む、請求項１８記載の使い捨てカー トリッジ。
20. ２０．平滑である必要はなく、３次元プラスチック成型のような形でも良い、ポ リエーテル・スルフォンのようなプラスチック材料の、３次元プラスチック成型 で前記基板が形成されている、請求項９記載の使い捨てカートリッジ。
21. ２１．前記基板が、 前記電気化学的特性測定装置と前記感熱装置とを面上に配置している両面プリン ト回路基板と、前記両面プリント回路基板の反対側の面上に配置されているが、 前記電気化学的特性測定装置と前記感熱装置と交流する、前記カートリッジと相 応するｐＨアナライザとの間の電気的接触を作り出すための接点装置 とから成る、請求項９記載の使い捨てカートリッジ。
22. ２２．請求項２０又は請求項２１の何れかに記載の使い捨てカートリッジであっ て、 前記電気化学的特性測定装置が、 前記指示電極が、電解液に接触する際に安定な電圧を発生する能力のある金属被 覆を前記両面プリント回路基板の銅線の片面の全面上に含み、更に、前記基準電 極が、電解液に接触する際に安定な電圧を発生するように該両面プリント回路基 板の銅線のもう一方の片面上に被覆された適切な金属・金属ハロゲン化物組み合 わせを含み、また更に、該指示電極及び該基準電極が化学的試薬で取り囲まれて いて前記標本の注入前と注入後にｐＨ値に相当する電気的測定ができる、該両面 プリント回路基板の銅線上に形成されている指示電極及び基準電極 から成る、使い捨てカートリッジ。
23. ２３．前記電気化学的特性測定装置が平面状の小型の構造物から成る、請求項２ ２記載の使い捨てカートリッジ。
24. ２４．前記基準電極が銀・銀塩化物から成る、請求項２２記載の使い捨てカート リッジ。
25. ２５．前記基準電極がカロメル電池から成る、請求項２２記載の使い捨てカート リッジ。
26. ２６．前記指示電極が金、白金、又は白金属の金属で形成される、請求項２２記 載の使い捨てカートリッジ。
27. ２７．前記指示電極がアンチモン・アンチモン酸化物で形成される、請求項２２ 記載の使い捨てカートリッジ。
28. ２８．電気化学的分析に使用するための電極糸であって、該電極系が、 前記電極系と相応するｐＨアナライザとの間の接触を作り出すための接点装置を 面上に配置している基板と、 指示電極が、電解液に接触する際に安定な電圧を発生する能力のある金属被覆を 前記基板の銅線の片面の全面上に含み、更に、基準電極が、電解液に接触する際 に安定な電圧を発生するように被覆された適切な金属・金属ハロゲン化物組み合 わせを該基板の銅線のもう一方の片面上に含み、また更に、該指示電極及び該基 準電極が化学的試薬で取り囲まれていて前記標本の注入前と注入後に化学的試薬 の存在することによってｐＨ値に相当する電気的測定ができる、該基板の別の片 面上に形成されているが、前記接点装置と交流する、指示電極と基準電極 とから成る、電極系。
29. ２９．前記基板がプリント回路基板で形成される、請求項２８記載の電極系。
30. ３０．前記基板がポリエーテル・スルフォンのようなプラスチックの３次元のプ ラスチック成型で形成される、請求項２８記載の電極系。
31. ３１．前記指示電極と前記基準電極が平面状の小型の構造物から成る、請求項２ ８記載の電極系。
32. ３２．前記基準電極が銀・銀塩化物から成る、請求項２８記載の電極系。
33. ３３．前記基準電極がカロメル電池から成る、請求項２８記載の電極糸。
34. ３４．前記指示電極が金、白金、又は白金属の金属で形成される、請求項２８記 載の電極系。
35. ３５．前記指示電極がアンチモン・アンチモン酸化物で形成される、請求項２８ 記載の電極系。