JPH05508328A

JPH05508328A - 熱拡散流モニターを備えた多元プローブ

Info

Publication number: JPH05508328A
Application number: JP50440291A
Authority: JP
Inventors: パワーズ，アレクサンドロス．ディー．
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1990-03-02
Filing date: 1991-01-16
Publication date: 1993-11-25
Also published as: AU7253591A; WO1991012765A1; CA2076667A1; EP0517734A4; EP0517734A1

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】熱拡散流モニターを僅えた多元プローブ皮工皇１本発明は生体組織の血流の測定、特に熱拡散流の概念に基づく血流の測定、生体組織圧力の測定装置に関し、また複数の臨界的生理的パラメーターを同時に監視することによって人体組織の機能を評価し得る装置に関する。

探Ｊ口り量熱拡散流監視の概念を用いた最先の報文は１９６０年第後半に現われている。その研究はＣａｒｔｅｒ等によって行われ、［Ｃａｒｔｅｒ　Ｌ、Ｐ、、Ａｔｋｉｎｓｏｎ　Ｊ、Ｒ，著「制御された低血圧症において熱拡散によって測定された皮買血流」、Ｊ、　Ｎｅｕｒａｌ、　Ｎｅｕｒｏｓｕｒｇ、　Ｐｓｙｃｈｉａｔｒｙ　３　ｓ＠、　９０６〜９１３頁（１９〕３）ゴ、ベルテイエ素子が使用されている。ベルティエ素子が流れを検知できる（冷却速度の測定によって）には、問題の生体組織を露出することを要すると共に、センサーと生体組織表面とを均一に接触させることが必要である。ベルテイエ素子は広く用いられているが、この測定システムの悩みはそのセンサー寸法が比較的に大きな点及びその出力が変動し易い点にある。

後に１９８０年代になって、下記の種々の改良が施された：・センサー出力を安定させる信号処理に関する改良・２点システムを用いるセンサーの簡素化構成であって、その１点は熱源であり、他の１点はそれから稍離れた位置に設置される温度センサーであるものが作り出された。

しかし、依然としてその大きな寸法に起因して、このプローブを生体組織表面に設置するには目で見ながら行う必要が残りていると共に、このセンサーチップと生体組織の表面との不十分な接触に起因する指示値の信頼性欠如とその用途を制約している。

ｌ豆旦Ｊ１２本発明によれば、信頼性が高く小型で、センサーの位置決めが容易な上に、血流、圧力及び他の臨界的生理パラメーターを同時にモニターすることができ、しかも適合性に優れた熱拡散流モニター（以下ｒＭＰＴＤＦＭＪと称する）付多元プローブが提供される。

本発明のＭＰＴＤＦＭは流速計を用い、きわめて小さな切開口から生体組織自体の基買中に設置可能であって、目視による位置決めを要しない、ＭＰＴＤＦＭの設置システムは、医療において各種のモニター、例えば圧力モニターを設置するために一般に用いられるシステムである。その設置は、皮膚に約１ｃｍの小さな切り口を設け、次に関連する生体組織を開口させる０例えば脳外科手術の場合のように骨から成る掩蓋に穿孔し、最後に上記の開口を通してＭＰＴＤＦＭを生体組織の基買中へ挿入する手順からなる。この方式では、本発明のデバイスは患者のかたわらで迅速に設置され得るばかりでなく、巨視位置決めに必要な大規模の手術は不要である。

それに加えて、熱拡散流モニターは生化学物質を検出及び監視するためのＭＰＴＤＦＭを形成する多元パラメーターモニターと矛盾なく作動し得ると同様に、圧力モニターとの矛盾なく作動し得ると言う優れた受容性を備えている。

最後にＭＰＴＤＦＭに流速計が使用されていることにより、予期しなかった電気的特性に基づく利点がある。

特に、このセンサーへ電流が供給されることによって流速計を定温モードで作動させることができる。すなわち、周囲の生体組織中を流れる血流によって流速計のセンサーチップが冷却されると、それに応じて電気がセンサーへ流れて温度を自動的に調整する。この電流の変化は指示値となフて直接に測定される。電流の直接測定は。

付加的回路の必要性を解消する。この種の付加回路は他の熱的監視構成には必要とされるもので、熱源と温度モニターとの間の温度差を測定する回路である。

図面の簡単な説図１は、支持構造表面に装着された一般的な熱拡散血流モニターを示す。

図２は、ＭＰＴＤＦＭの態様を示す。

図３は、ＭＰＴＤＦＭに用いられる典型的な円錐形の熱フイルムプローブを示す。

図４は、単一プローブ表面への多元単一点センサーチップ位置決めの一態様を示す。

図５８−図５０は、阜−プローブ中の多元単一点センサーチップによる温度勾配監視の態様を示す。

図６ａ〜図６ｃは、生体組織圧を測定する態様を示す。

図７は、脳組織の晶質中へのＭＰＴＤＦＭプローブの位置決めの−ＦＪ様を示す。

図８は、カテーテル上に位置するサイドポートを備えたＭＰＴＤＦＭの一憇様を示す。

図９は、導入具を用いるＭＰＴＤＦＭの態様を示す。

１１１皇旦亙ｊ図１を参照すれば、ここには汎用の熱拡散血流プローブ／圧力モニター２が可撓性支持構造３の上に装着された状態が示されている。このモニター２は２点システムに基づくもので、点４は熱源であり、他の点６は生体組織の温度を測定する。これら２点すなわち４′ＥＬび６は共にセンサーチップ８を構成する。センサーチップ８は監視されるべき生体組織の表面に点４及び点６をそれぞれ密着させた状態で設置されている。熱源４は次いで所定温度、一般には４１℃まで昇温される。この所定温度は測定対象である生体組織の平常温度よりも高い、血流がこの領域を通過するに伴って、血流は熱を帯びた生体組織を冷却する。このようにして２点間の温度低下はその領域の血流の速度と関連付けられ得る０例えば、測定された温度が４１℃であれば、生体内には血流が殆ど又は全く存在しなかったことになり、他方、指示値が３５℃であれば、それは高度の冷却を伴う相当程度の血流が存在することを示す、センサーチップが相対的に大きなことから、得られる熱プローブもセンサーチップ、支持構造及び配線を含めて典型的寸法７１■ （幅）ｘ５ｍｍ（高さ）のものとなる、一般的に、プローブの長さはさほど重要ではない、というのは、いずれのプローブの末端も皮膚から突出してモニターと電流接続具１０によフて接続される必要があるからである。

上述の汎用の熱拡散血流プローブ２は液体で満たされたチューブ１２を圧力波が伝達されることにより生体組織圧を測定することにも用い得る。チューブ１２の一端１４は生体組織の自然液体に囲まれるように設置される。生体組織からの圧力変化は自然液体を介して伝達され、それは次いでチューブ１２末端の該液体へ直接に伝達される。生体組織圧が高い時は、自然液体はチューブ末端に流入し、それに対して生体組織圧が低い時はチューブ末端から液体が引き出される。この圧力差がチューブ内の液体移動を生じさせ、それは次にチューブの全長に伝達される。他端１６を圧力変換器で監視することによって、または液柱の高さ変化を測定することによって、直接の圧力が決定される。しかしながら、この方法によって決定される測定法は無視できない誤差の影響を受ける場合がある。その場合とは、測定／監視端１４が生体組織によって遮られる場合である。その理由は次の通りに、固体は圧力波をきわめてよく伝達するが、固体状の生体組織の体積は広範な圧力範囲において殆ど一定を保つことになる。従って、大幅な圧力変動にもかかわらず、チューブ１２の末端１４における生体組織による液体の移動は最小限であり、チューブ末端１６を監視したのでは、誤った圧力を得る結果となる。これとは対象的に、本発明で用いられるＭＰＴＤＦＭは生体ａＩｉ織圧測圧測定監視におけるこの精度不足を最小限にするか／または完全に解消する。

図２は、本発明のＭＰＴＤＦＭＩ　８の態様を示す０ＭＰＴＤＦＭ１８は熱拡散流モニター２０．圧力モニター２２、多元パラメーターモニター２４及び支持構造２６から形成されている。

固体の冷却速度を測定するために流速計を用いることは従来記載例がなく、流速計は一般に、物質の連続流が測定区域を通過する場合にだけ用いられている（すなわち、流体又は空気流）、シかも流速計と別異の方式とを単一の監視プローブ中に組合せたものは市販品として製作されたこともなく、試作品として記載された例もない。

熱拡散流モニター２０は円錐形の熱フィルムまたは熱ワイヤ−プローブ２８の形で直径２ｍ厘のカテーテル３０（図３）に装着される。プローブ２８は単一点センサーであり、熱源としても温度モニターとしても働く、単一点構成はセンサーチップ３２の寸法を小さくするとともに、多元センサーチップを単一・プローブ（図４）上に装着可能にする６円錐形の熱フイルムプローブからなるセンサー３４は通常は裏打ち材３６、例えば石英の表面にニッケルまたは白金を薄層で析出させ、このフィルム末端に接続されたリード線３８によって電子バックに接続して製作される１石英製の二重保護被覆４０は上記薄層表面上に析出された引き裂き又は化学反応による損傷を防止する。

図４に示されたＮ２の態様には、支持構造４４を備えた阜−プローブ４２が示されており、該プローブは多元センサーチップ４６を備え、生体組織の種々の部位における血流を同時に監視できる。それに加えて、センサーチップ４６から成るアレー４８は生体組織の血流を更に正確に反映するものであり、それは単一部位において行われる測定に伴うサンプリングエラーを最小にすることによる。

図５ａ〜図５ｃを参照すると、そこに示されている態様はアレー４８内において単一点センサーチップ４６の機能を定期的に変えることによって温度勾配を監視するものである。第１の態様（図５ａ）においては、単一点センサーチップ４６は熱源として働いている。その他車一点センサーチップ５０は温度モニターとして働き、熱源４６からの距１１Ｅ　ｄ　ｔが増加するに伴う温度低下を測定するために用いられる。３４２の態様（図５ｂ）においては、複数個の単一点センサーチップ５２〜５６が熱源とし−で働いている。その他のセンサー５Ｂは介在距離ｄ。

における温度低下を測定するために用いられる。第３の態様（図５ｃ）においては、単一チップセンサーから成るアレー４８の全域が定期的に加熱される。これにより、アレー４８は恰も加熱されたワイヤーのように機能しそれ自身の冷却速度を監視することができる。

生体組織圧を測定する（図６８参照）には、可動膜／歪ゲージ６０を備えた圧力変換＠２２を生体組織に接触して設置する。圧力変化が生体組織を通じて伝達されるに応じて、圧力変化はこの可動膜／歪ゲージ６０をその中立位置から変位させる。圧力変化の度合いは２つの基本的方法のいずれかを用いて測定される。１４１の方法（図６ｂ）においは、圧力変換器２２中へ空気を圧送する空気圧回路６２を用いて生体組織圧を均衡させ、可動膜／歪ゲージ６０をその中立位置へ復帰させる。この平衡状態を得るために用いられる圧力は測定され、直ちに生体組織圧に関連付けられる。′ｓ２の方法（図８ｃ）においては、光ファイバーから成るセンサーケーブル６４及び光検知器６６が用いられる。当初は、可動膜／歪ゲージシステム６０は中立位置にあり、光フアイバーケーブル６５から発射された光６１は膜６０に連結された反射表面６３に入射した後に、光検知器６６へ向けて完全に方向を統一される。生体組織圧が変化するに伴い、膜６０も変位し、反射表面６３による光の方向も変化し、その結果として光検知器６６への反射光線束６７も変化する。光検知器６６で測定した光強度の変化はセンサーケーブル６４を通じて伝達され、指示値となる。この指示値は生体組織圧と直接に関係付けられる。このようにして、本発明の熱拡散モニターは種々の型式の圧力モニターシステムと矛盾を全く生じないように作成され得る。脳室の空所のような液体充満箇所に対しては、液体充満柱を備えた圧力モニターを用いることが有利である。

本発明のＭＰＴＤＦＭに用いられる多元パラメーターモニターは周知であり、多少改良されたものも本発明の原理に本質的な影響を及ぼさずに利用できる６本発明の好適態様に用いられる多元パラメーターモニターとしては、温度、酸素及び電圧センサーを備えたＴＯＰ　Ｃａｔ、Ｍ１１１８９−１９プローブ、０ｔｔｏ　５ｅｎｓｏｒｓ　Ｃｏｒｐｏｒａｔｆｏｎ　（４４１０６オハイオ州　クリーブランド　セーダー通１１０００）製を例示すれば十分であろう。

本発明のＭＰＴＦＤＭＩ　ａ用の支持構造２６はフレキシブルで、熱的に安定で、しかも多元センサーを備えていながら、なおかつ小型であり、更に生体組織へのアレルギーがないことを要する。支持構造２６の作成原料は周知であり、医療用カテーテル等に用いられるシリコンを基買とする各種材料をも包含する。

図７に示されたー態様の操作においては、本発明のＭＰＴＤＦＭプローブ１８を生体組織の表面へではなく、生体組成（脳）フＯの基買中へ設置する。器官−脳を被覆する生体組織７２は頭骸の皮膚及び骨である。中空ボルト７４はＭＰＴＤＦＭｌＢを生体組織中の静止位置に支持するのに用いられ、電線３８の出口を外部の電気器具へ接続できるようにする。接続組織だけに関する第２の態様においては、ＭＰＴＤＦＭＩ　８が挿入後に、生体組織をプローブの周囲で閉じてもよい、その目的はボルト７４を用いる代わりに投錨効果を提供することにある。プローブを生体組織内側に設置してしまえば、センサーの位置決めは容易となり、同様に熱センサ−チップ３２と生体組織７０との間の接触不良が生ずる機会は劇的に低減される。この接触不良は以前の表面デバイスに誤差を生じさせる主因であった。

カテーテル３０のような支持構造からの化学的及び熱的干渉を除くことによって指示値を更に正確にするために、及び多量の生体組織を監視できるようにするために、センサーチップ３２を適当なカテーテル３０（図８）のサイドポート７６から突出させてもよい、この構成においては、センサーチップ３２は測定位置にあり、生体組織に完全に取り囲まれていた。

ＭＰＴＤＦＭＩ　８の生体組織中への挿入の期間中に、生体組織の損傷が生じ得る。それはＭＰＴＤＦＭＩ８が器官内を通過する際に肉体の変形が生ずる結果である。

この損傷は身体に血流の局部的増加を引き起こし、結局は血流量の不正確な測定を生じさせる。測定値におけ一誤差を最小にするために、及び測定値に誤差が入り込む可能性を除くために、導入具７８を用いることもできる（図９）、導入具フ８は本貫的にＭＰＴＤＦＭｌａ自体よりも大きな直径の円筒構造である。導入具７８は先ず生体組織中へ挿入される。導入具フ８が一旦所定位置に設置されれば、このＭＰＴＤＦＭは導入具の中心を通して挿入できる０次に導入具７８を取り外し、生体組織がその当初の位置へ復帰するに伴ってプローブ上のＭＰＴＤＦＭ１８部位が取り囲まれる。

当業者は下記のことの意義を十分に理解するであろう。すなわち、本発明を図示するために提示され、しかも望ましい実施態様は単に説明のためのものであること、並びに同一の原理が血流を監視すると共に、圧力及び臨界生理学パラメーターを監視するためにＭＰＴＤＦＭを用いることができることは理解できよう、更に下記のことも理解できるであろう、すなわち他の種々の改良又は変更、特にプローブの構造に関するものは本発明の要旨及び本買から逸脱しないで実行可能と思われる。従って、上記に加えて下記のことも理解できるはずである。すなわち、本発明は後記のものであって各請求項が指向する本発明の手段と機能的に均等なものと明白に認識できるすべてのシステム構成を画定するものと解釈されるべきである。

ｚ要　約　書信頼性が高く、小型で、センサーの位置決めが寥易な上に、血清圧力及び他の臨界生理パラメーターを同時Ｃモニターすることができ、しかも適合性に優れた熱拡散流モニター付多元プローブ（ＭＰＴＤＦＭ）を提供するこのＭＰＴＤＦＭは、熱拡散流モニター（２０）、圧モニター（２２）、多元パラメーターモニター（２４）及び支持構造体（２６）の組合せにより構成される。

平成　４年　９月　２日

Claims

【特許請求の範囲】

（１）生体組織の各部位における血流を監視するための熱拡散流監視モニター、生体組織圧を監視するための圧力モニター、生体組織の臨界的生理パラメーターを監視するための多元パラメーターモニター、及び生体組織内の該熱拡散流モニター、該圧力モニター及び該多元パラメーターモニターの各配置を支持する支持構造、より成る多元プローブシステム。
（２）熱拡散流モニターが円錐形の熱フィルムプローブある請求項１記載の多元プローブシステム。
（３）該熱拡散流モニターが、生体組織の種々の部位において血流を同時に監視するための多重センサーチップを備えた単一プローブである請求項１記載の多元プローブシステム。
（４）該単一プローブの単点センサーチップの一つが更に熱源としても機能し、残りのセンサーチップが該熱源からの距離ｄ１における温度降下を測定するための温度モニターとして機能するものである請求項３記載の多元プローブシステム。
（５）更に、前記センサーチップの複数が熱源として機能し、他の残りのセンサーが各熱源間の距離ｄ２における温度降下を測定するための温度モニターとして機能するものである請求項３記載の多元プローブシステム。
（６）すべてのセンサーチップがそれ自体の冷却速度をモニターするため定期的に加熱されるものである請求項３記載の多元プローブシステム。
（７）前記円錐形の熱フィルムプローブが裏打ち材表面上に薄層状に析出した金属で作られているものである請求項２記載の多元プローブシステム。
（８）該円錐形の熱フィルムプローブが更に前記薄層状金属層上に析出された石英の二重保護被覆を有するものである請求項７記載の多元プローブシステム。
（９）該圧力モニターが更に生体組織内の圧力変化を測定するための可動膜／歪ゲージを備えた圧力変換器でもある請求項１記載の多元プローブシステム。
（１０）空気圧回路が生体組織中の圧力変化を測定するために用いられる請求項９に記載の多元プローブシステム。
（１１）繊維−光学的光検知器が生体組織内の圧力変化を測定するために用いられる請求項９記載の多元プローブシステム。
（１２）該多元パラメーターモニターが生体組織の酸素含有量、温度、電圧及び電気伝導度を測定する請求項１記載の多元プローブシステム。
（１３）該支持構造がシリコン基材から構成されている請求項１記載の多元プローブシステム。
（１４）該支持構造が更に医手用カテーテルでもある請求項１３に記載の多元プローブシステム。
（１５）該多元プローブシステムが、約１ｃｍの皮膚を切開し、次いでモニターすべき器官を覆っている保護生体組織を約１ｃｍ開口して生体組織中に挿入されるものである請求項１記載の多元プローブシステム。
（１６）該熱拡散流モニターが監視されるべき生体組織中に挿入されたカテーテルのサイドポートを貫通して前方へ突き出されている請求項１記載の多元プローブシステム。
（１７）監視されるべき生体組織中へ該多元プローブシステムを押入するために更に挿入具が用いられる請求項１記載の多元プローブシステム。
（１８）円錐形の熱フィルムプローブよりなる生体組織の血流監視用熱拡散流モニター。
（１９）該プローブが更に生体組織の種々の部位において血流を同時に監視するための多元センサーチップをも備えている請求項１８記載の熱拡散流モニター。
（２０）該単一プローブの単点センサーチップの一つが更に熱源として働くと共に、それ以外のセンサーチップが該熱源からの距離ｄ１における温度低下を測定する温度モニターとしても働く請求項１９記載の熱拡散流モニター。
（２１）更に、前記センサーチップの複数が熱源として機能し、他の残りのセンサーが各熱源間の距離ｄ２における温度降下を測定するための温度モニターとして機能するものである請求項１９記載の熱拡散流モニター。
（２２）すべてのセンサーチップがそれ自体の冷却速度をモニターするため定期的に加熱されるものである請求項１９記載の熱拡散流モニター。
（２３）前記円錐形の熱フィルムプローブが裏打ち材表面上に薄層状に析出した金属で作られているものである請求項１８記載の熱拡散流モニター。
（２４）該円錐形の熱フィルムプローブが更に前記薄層状金属層上に析出された石英の二重保護被覆を有するものである請求項１８記載の熱拡散流モニター。