JPH0556899B2

JPH0556899B2 -

Info

Publication number: JPH0556899B2
Application number: JP63178522A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Myata; Kyoshi Takagi; Susumu Myahara; Takashi Kawabata
Original assignee: Nippon Zeon Co Ltd
Current assignee: Zeon Corp
Priority date: 1988-07-18
Filing date: 1988-07-18
Publication date: 1993-08-20
Also published as: JPH0226532A

Description

【発明の詳細な説明】イ産業上の利用分野本発明は、注入液の生体への注入によつて、生
体に注入される熱量を測定する注入熱量測定装
置、更に、この測定した注入熱量を用いて従来よ
り更に正確な熱希釈法による血流量を測定する装
置に関する。

ロ従来技術従来、血液の流速を測定する方法としては、レ
ーザードプラー法、パルス変調ドプラー法、超音
波ドプラー法、ピトー管カテーテル法、ホツトフ
イルム法等がある。しかし、これらの方法では、
血管の断面形状や速度分布が明らかにならないの
で、心拍出量（トータル流量）の測定のためには
他の方法を併用する必要がある。原理的にトータ
ル流量を測定できる方法として、インピーダンス
法、電磁流量計法、アドミタンスプレスモグラフ
イー等があるが、特定の血管内の流量をカテーテ
ルを経皮挿入して測定するための十分な方法では
ない。

そこで、血管径の度他や血管内の流速分布の影
響を受けずに血流量（特に心拍出量）を測定でき
る優れた方法として、フイツク（Fick）の法則
を利用した熱希釈法や色素希釈法が用いられてい
る。これらの方法は、冷水塊による低温や色素に
よる着色の如き体外から注入された物理量が血液
によつて希釈される速度を測定し、この測定値か
ら心拍出量を求めるものである。

熱希釈法によれば、第６図のように、大静脈１
を通してカテーテル２を心臓３の右心房４、更に
は右心室５を経て肺動脈６にまで導き、右心房４
内へ冷水７を注入し、先端付近のセンサ（通常は
サーミスタ）８によつて血液の温度変化を測定す
る。即ち、冷水７による低温状態から血流により
回復する様子をサーミスタ８により抵抗変化とし
て測定する。なお、図中の９は左心房、１０は左
心室、１１は肺動脈、１２は大動脈である。カテ
ーテル２は、第７図及び第７図の−線矢視断
面図である第８図に示すように、その本体１３に
は冷水注入用の側孔１４、サーミスタ８、バルー
ン１６が夫々設けられ、かつこれらに対応して冷
水供給用のルーメン１７、サーミスタ配線用のル
ーメン１８、圧力測定用ルーメン１９、バルーン
への空気送り込み用のルーメン２０が夫々形成さ
れたものである。但し、第１図に示す如き４９で
示されるサーミスタは設けていない。そして、第
６図の如くにカテーテル２を挿入（通常は経皮挿
入）して血流に乗せるに際し、バルーン１６を膨
らませて（第７図では一点鎖線のように）カテー
テル２を運ぶ。

こうして、センサ８によつて得られた血液の温
度変化を下記式(1)により心拍出量に換算すること
が一般に行われている。

Vb＝Ct・Vi（Tb−Ti）60／∫〓／_pΔTb(t)dt×1000×
Ci・Si／Cb・Sb＝Ct・Qi・60／Cb・Sb・∫〓／_pΔTb(t)
dt×1000……(1) 〔但し、 Vb：心拍出量（血液流量）（／min） Ct：カテーテル補正係数 Vi：注入された冷水の量（ml） Tb：血液の冷水注入前の温度（℃） Ti：注入された冷水の温度（℃） Cb：血液の比熱（Kcal／ｇ） Sb：血液の比重（ｇ／cm³） Ci：注入水の比熱（Kcal／ｇ） Si：注入水の比重（ｇ／cm³）ｔ：時間（秒）（sec） ΔTb：血液の温度変化〕 (1)式中、Cb、Sb、Ci及びSiは定数であつて予
め測定しておけば既知である。従つて、Viを規
定しておけば、Tb、Tiを測定することによりVb
が求められる。

しかし、(1)式の導出には、いくつかの仮定が含
まれている。この仮定の中には、注入液量は、
測定中に流れる血液量に較べて著しく小さい。
注入液は、温度変化測定部位迄に完全混合され
る。血液を流す血管壁と、血液との間で熱の流
入・流出がない。注入液温Ti及び血液温Tb
は、測定期間中一定である等がある。

この中で、及びの仮定は、十分に成立つて
いると考えられる。また、の仮定については、
患者による固体差が少なく、また、測定毎に異な
るものでははく、一般にカテーテル係数Ctと呼
ばれる補正係数を用いて修正される。仮定の中
の血液温は、測定に要する時間（一般に10秒〜２
分の間）では、一定と見なせるが、注入液温は、
一定ではない。即ち、注入液は従来、シリンジに
吸い上げられる前か、又は、シリジンとカテーテ
ルの間に設けた温度検出手段を用いて測定されて
来た。しかし、カテーテル内に前回測定時に残さ
れた注入液は、体外部分では室温によつて、ま
た、体内部分では、体温によつて温められてしま
う。このことは、測定間隔によつて、注入液の平
均温度が変わつてしまい、更に、この平均温度と
は異なる温度を注入液温として心拍出量の計算を
(1)式に基づいて行なつてしまう。このような注入
液温の一部の温度上昇を検出する手段をカテーテ
ル内部に設ける試みとして、特開昭62−101225号
公報に提案の発明がある。しかし、この温度検出
手段を用いるだけでは、下記(2)式に示される注入
された熱量Qiを正確に求めることは難しい。即
ち、注入液温Ti(t)及び、注入液流量Fi(t)は時間
関数であり、今、Ti(t)のみならず、Fi(t)も正確
に求める必要がある。上記特開昭62−101225に記
載の発明では、Ti(t)を正確に求める手段は提案
されているが、流量Fi(t)を正確に求める手段は提
案されていない。本発明はこれらを下記(2)式によ
り正確に求めることを同時に提案するものであ
る。

注入される熱量は、 Qi＝Ci・Si・∫^t _p｛Tb−Ti(t)｝×Fi(t)dt ……(2) である。

〔但し、 Qi：注入される熱量（Kcal） Ti：注入中のカテーテル注入液出口近傍の温度
と体温の差 Fi(t)：注入液流量（cm³／sec） Ci：注入液比熱（Kcal／ｇ．℃） Si：注入液比重（ｇ／cm³） to：注入時間（sec）〕従来、冷水の注入は人手によつて行つているの
で、冷水の流量Fi(t)を一定に保つことは至難の業
であり、このため、上記注入熱量Qiを正確に求
めることができない。

即ち、第９図は、シリンジ（注射器）６０を使
用し、カテーテル２を経由して図示しない肺動脈
中に冷水７を注入する要領を図解的に示す概略図
である。

人手によつて第９図のように冷水７を注入する
場合、注入開始時には指に力が入つて冷水７の流
量が大きく、時間の経過と共にこれが小さくなる
傾向がある。而もこの流量Fi(t)の変化の仕方はそ
の都度異なる。

カテーテル２の冷水注入口１４に近接してサー
ミスタ４９を配設し（通常はこのサーミスタ４９
は設けていない。）、冷水７の注入直前の温度を測
定して注入熱量Qiを補正することが考えられる
が、流量を測定する手段がなければ（流量測定の
好適な方法がない。）、上記の補正によつて注入熱
量を正確に求めることは困難であることは前述し
た通りである。

第１０図は第９図の要領で冷水注入を行うとき
の状況を示すものである。冷水流量Fi(t)は、前述
した理由から第１０図ａに示すように、注入開始
時に大きく、時間の経過に従つて小さくなつてい
く。サーミスタ４９で測定された冷水の温度Ti
(t)は、同図ｂに示すように、注入開始時にカテー
テル２内の冷水は体温によつて暖められているの
で、注入開始からこの暖められた注入液がサーミ
スタ４９を通過する間は温度は体温に近く、その
後は冷水が通過するので温度は低くなる。

冷水注入によつて注入される熱量の微小時間毎
の瞬間値は、第１０図ｃに示すように、同図ａに
略対応するように時間の経過によつて小さくなつ
ていく。

第１０図ｂに示す注入開始から終了迄の時間を
ti′、冷たい注入液が注入されている時間をtiとす
ると、ti′＞tiであるが、ti′＝tiと仮定して補正し
ている。従つて、このような方法では、注入熱量
を正確に求めることはできない。

ハ発明の目的本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので
あつて、注入液による注入熱量を正確に求めるこ
とのできる注入熱量測定装置を提供すること及
び、この結果得られた正確な注入熱量を用いて、
熱希釈法に基づく正確な血流量測定をも同時に提
供することを目的としている。

ニ発明の構成本発明は、注入されるべき注入液を定流量的に
供給する注入液定量供給手段と、前記注入液の注
入口近傍に配設された温度検出手段と、この温度
検出手段による検出情報に基いて前記注入液によ
る注入熱量を求める熱量測定手段とを有し、前記
注入液定量供給手段が、前記注入液を送出する第
一のシリンダ機構（例えば後述のシリンダ４８）
と、この第一のシリンダ機構を駆動するピストン
ロツドを有するピストン（例えば後述のピストン
４６ａ）を設けた第二のシリンダ機構（例えば後
述のエアシリンダ４６）と、この第二のシリンダ
機構を駆動制御する弁機構とを具備し、前記第二
のシリンダ機構が、前記ピストンによつて第一空
間と第二空間とに区分され、前記弁機構が、前記
第一空間に接続された第一の弁（例えば後述の電
磁弁４７Ba）と、前記第二空間に接続された第
二の弁（例えば後述の電磁弁４７Bb）とを有し、前記注入液の定流量的供給時には、気体圧発生
源（例えば後述の陽圧発生源５６）が前記第一の
弁を介して前記第一空間に接続され、かつ、前記
第二空間が前記第二の弁を介して外気に開放さ
れ、これにより生ずる前記第一空間と前記第二空間
との差圧で前記第二のシリンダ機構の前記ピスト
ンロツドの往動速度を制御するように構成された
注入熱量測定装置に係る。

ホ実施例以下、本発明の実施例を説明する。

第１図及び第２図は本実施例による注入熱量測
定装置を示すものである。但し、第６図〜第９図
で述べた部分と共通の部分には共通符号を付し、
その説明を省略することがある。

この装置において、注入液７は輸液ボトル４０
に保存され、注入ライン４１、コネクタ４２、更
には除菌フイルタ４３を通して注入液冷却装置４
４へ送られる。冷却装置４４としては、サーモモ
ジユール等が使用できるが、他の冷却手段も使用
してよい。

所定温度に冷却された注入液７は定量定速注入
装置４５に入り、ここで供給量（注入量）が一定
かつ定速度となされる。この注入装置４５はその
ために、エアシリンダ４６、電磁弁４７Aa、４
７Ab等からなつている。その詳細は、後に第３
図によつて説明する。

次いで、注入液はエアートラツプ５９を経てカ
テーテル２へ導かれ、ルーメン１７を通して所定
部位にある注入孔１４から体内（即ち、第６図の
如き状態で右心房４）へ注入される。注入孔１４
の上流側にこれに隣接してサーミスタ４９が配設
されていて、注入液７は注入直前に温度が測定さ
れる。

カテーテル２は第７図及び第８図に示したもの
と同様のものであるから、その各部の説明は省略
する。但し、カテーテル２としては、例えば米国
特許第439993号等に示される通常のものでよい。

また、上記のサーミスタ４９による注入液温度
測定値と、上記のサーミスタ８による血液温度測
定値とは共に、各サミースタ導線５０，５１によ
つて取出されるが、この際、電気抵抗の変化を電
流に変換するブリツジ回路、信号の増巾回路、経
時のドリフトを補償する自動ゼロ調整回路が設け
られている。そして、各サーミスタ４９及び８か
らの各信号は、Ａ／Ｄ変換器３２でデジタル化さ
れ、このデジタル信号はCPU３５で処理される。
CPU３５からは、血流量をはじめ注入液温度、
注入量等を表示する信号が発光ダイオード、液晶
等の表示装置３６に入力され、所定の各表示が自
動的になされる。他方、定量定速注入装置４５か
らの出力及び注入液側温部（サーミスタ４９）か
らの出力は熱量計３３に入力し、前記(2)式に従つ
て注入熱量に変換されて表示装置３６に出力し、
上記表示内容と共に表示される。また、そうした
表示内容はプリンタ３７によつて同時に記録され
るようになつている。

上記において、Ａ／Ｄ変換器３２、CPU３５
等は表示装置３６を含む外部装置５２に内臓され
ている。なお、Ａ／Ｄ変換器３２には更に、注入
液の注入条件設定部５３及び警報設定装置５４が
付属せしめられ、また表示装置３６側には警報装
置５５が接続される。

第３図は定量定速注入装置４５の構造を示す概
略図である。電磁弁４７Ｂは２個の電磁弁４７
Baと４７Bbとからなり、コンプレツサとエアタ
ンクとからなる（又はガスボンベからなる）陽圧
発生源５６から圧縮空気（又は高圧ガス）Ｇが一
方の電磁弁４７Baを経由してエアシリンダ４６
内のピストン４６ａの背面側に供給される。エア
シリンダ４６内のピストン４６ａの前面側空間
は、他方の電磁弁４７Bbを経由して外部に開放
されている。

先ず、輸液ボトル４０から上流側の電磁弁４７
Aaを経由してシリンジ４８内に注入液７が所定
量供給される。このとき、下流側の電磁弁４７
Abは閉じている。次に、上流側の電磁弁４７Aa
が閉じ、次いで下流側の電磁弁４７Ab及び電磁
弁４７Baが開き、陽圧発生源５６からエアシリ
ンダ４６に供給されるガスＧの圧力によつてピス
トン４６ａが実線矢印方向に移動することによ
り、ピストン４６ａに連結されたシリンジ４８の
ピストン４８ａが往動（実線矢印）してシリンジ
４８内の注入液７が図示省略したエアトラツプを
経由してカテーテル２へ所定量送られる。このと
き、電磁弁４７Bbは、適度に開いてエアシリン
ダ４６内のピストン４６ａの前面側空間にある空
気を外部へ逃がし、ピストン４６ａの往動が一定
速度となるように制御する。従つて、シリンジ４
８からカテーテル２へ送られる注入液７は、一定
速度で送られる。注入液７の１回の注入が終る
と、電磁弁４７Baが閉じ、電磁弁４７Bbが全開
してピストン４６ａが復往可能となる。次に、下
流側電磁弁４７Abが閉じると共に電磁弁４７Aa
が開いてシリンジ４８内に注入液７が送られピス
トン４８ａ及びこれに連結するピストン４６ａが
復動（一点鎖線矢印で示す。）し、次の注入液注
入に備える。

即ち、ピストン４６ａの往動及び複動は、ピス
トン４６ａの背面側空間（第一空間と前面側空間
（第二空間）との圧力の差によつてなされる。ピ
ストン４６ａの往動時の速度は、電磁弁４７Ba，
４７Bbの前述した開き方により、ピストン前後
の圧力の差に従つて一定速度に制御され、この機
構は、複雑な制御回路を必要とせず、簡単な構造
にできる。その上、電磁弁４７Ba，４７Bbの開
閉は瞬間的になされるので、電気信号による制御
のような、パルスによる時間的な遅れや電気信号
入力に対する機械的動作の立上りの遅れが無く、
注入液の定流量供給が極めて正確になる。

第４図は注入液が注入されているときの経時的
状況を示すグラフである。第４図ａは注入液の注
入量を示し、注入時間ti′（１〜30sec）の間、ピス
トン４６ａの定速往動により、注入量は略一定に
なつていることを示している。１サイクルの注入
液の注入量は0.5〜20c.c.である。第４図ｂはサー
ミスタ４９によつて測定された注入液の注入直前
の温度を示し、注入開始から（ti′−ti）の間は、
先に第１０図で説明した理由から、注入液の温度
は略体温と同じであつて、（ti′−ti）の時間を経
過した時点から注入液の温度が低下する。但し、
tiは低温の注入液の注入時間である。注入熱量
は、第４図ｃに示すように、注入時間ti′の間は同
図ｂの温度変化と同様な変化を示す。

第４図から、注入液の流量を略一定にすること
により、注入液の注入温度を測定するだけで注入
熱量を求められることが理解できよう。このこと
は(2)式においてFi(t)が一定であり、(2)式を下記(3)
式のように変形させることを意味する。

Qi＝Ci・Si・Vi・｛Tb−∫^to _pTi(t)dt｝ ……(3) 第５図は、参考例を示すものであつて、第３図
のエアシリンダに替えて、減速モータ５８によつ
て駆動するボールねじ送り機構５７を使用し、駆
動軸５７ａの回動によつてシリンジ４８のピスト
ン４８ａを一定速度で往動させ、シリンジ４８内
の注入液７をカテーテル２へ一定速度で送出すよ
うにした例を示す。

本実施例の注入熱量測定装置は、上記した構成
としたことにより、例えば５分毎に注入熱量を正
確に自動測定し、これを表示し、かつプリンタに
その時刻と共に記録することができる。従つて、
注入熱量を連続的ではないにしても断続的に自動
測定が可能に構成されており、実質的に連続モニ
ターに近い臨床的効果を得ることができる。その
上、注入熱量のほか、熱希釈法を適用して前記(1)
式に基く演算により、第２図、第１図のようにし
て血流量をも併せて自動測定、表示第１図の６５
及び記録ができる。その結果、測定結果を表示装
置及びプリンタの使用によつて断続的に自動的に
出力せしめ、操作者はそのような出力をまとめて
確認又はチエツクするだけで済む。

しかも、上記した定量定速注入装置４５の使用
によつて、冷却された注入液（冷水塊）の注入速
度のばらつきがなくなり、従つて測定結果の誤差
を小さくできることも大きな利点である。

なお、上記した注入条件設定部５３によつて臨
床的に必要な注入熱量や血流量の下限又は／及び
上限の値を設定し、かつその限界値を実際の注入
熱量や血流量が外れたときにこれに対応して警報
装置５５が警告を発するようにできるので、臨床
的な価値がより発揮できる。

また、上記に使用する注入液として、患者の体
液維持に用いられる維持液、又は栄養補強のため
の輸液を使用するのが望ましい。

通常、患者にとつて経口摂取が不可能となつた
場合、体表面その他から失われる水分や電解質を
輸液によつて補う必要があり、これを維持液と言
う。維持液は個人差があるが、通常は体表面単位
面積当たり水分では1500ml／m²／dayとされてお
り、普通の日本人では体表面が1.5〜2.0m²程度で
あるから、必要な水分は2250〜3000ml／day、例
えば2500ml／day程度となる。そこで、本実施例
の装置によれば、注入液に上記の維持液又は輸液
を用いることにより、血流量の測定と同時に維持
液等の補給も行え、非常に効率的であり、体液の
バランスを失うことなしに熱希釈法の実施に必要
な注入液を供給できる。

以上、本発明を例示したが、上述の例は本発明
の技術的思想に基づいて更に変形が可能である。

例えば、上述の注入熱量測定装置の各構成部分
又は部分の種類、材質等は種々変更してよく、ま
た測温素子はサーミスタがよいが、それ以外であ
つてもよい。血流量の測定インターバルも種々変
化させてよい。注入液の温度測定の位置も上述の
ものに限定されることはない。また、本発明の装
置に用いるカテーテルは、上述の如くに心臓に挿
入するだけでなく、他の部位にも適用可能であ
る。また、注入熱量を測定すれば足りる場合は、
第２図中の血流量測定のみのための部分は省略可
能であることは言う迄もない。

ヘ発明の効果本発明は、注入液の定流量的な供給時には、第
二のシリンダ機構のピストンによつて区分される
第一空間に第一の弁を介して気圧発生源が接続さ
れ、かつ、前記ピストンによつて区分される第二
空間が第二の弁を介して外気に開放され、前記第
一空間と前記第二空間との差圧で前記ピストンの
ピストンロツドの往動速度が制御されるので、こ
のピストンロツドで駆動される第一のシリンダ機
構は注入液を正確に定流量的に送出する。従つ
て、注入液の注入口近傍で注入液の温度を検出す
ることによつて注入熱量が注入温度から直接的に
求められること、及び前記の注入液の正確な定流
量的供給により、注入熱量の測定が正確になさ
れ、併せて血流量の測定も正確になされ、医療行
為が安全に遂行される。また、上記のような差圧
方式による駆動制御は、複雑な制御回路を必要と
せず、簡単な構造とすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第３図及び第４図〜第８図は本発明の
実施例を示すものであつて、第１図は注入熱量測
定装置の概略図、第２図は同装置のフロー図、第
３図は注入液定量定速注入装置の概略断面図、第
４図は注入液注入の状況を示し、同図ａは流量
を、同図ｂは検出温度を、同図ｃは注入熱量を
夫々経時的に示すグラフ、第６図は注入熱量測定
時のカテーテル挿入状態を示す概略断面図、第７
図はカテーテルの要部正面図、第８図は第７図の
−線矢視拡大断面図である。第５図は参考例
による注入液定量定速注入装置の概略断面図であ
る。第９図及び第１０図は従来例を示すものであ
つて、第９図はカテーテルへ注入液を供給する要
領を示す概略断面図、第１０図は注入液注入の状
況を示し、同図ａは流量、同図ｂは検出温度を、
同図ｃは注入熱量を夫々経時的に示すグラフであ
る。なお、図面に示された符号に於いて、１……大
動脈、２……カテーテル、４……右心房、５……
右心室、６……肺動脈、７……注入液、８，４９
……サーミスタ、１４……注入液注入孔（側孔）、
１６……バルーン、１７，１８，１９，２０……
ルーメン、２３……ブリツジ回路、２４……増巾
回路、２５……自動ゼロ調整回路、３１……注入
温度測定部、３２……Ａ／Ｄ変換器、３３……熱
量計、３５……CPU、３６……表示装置、３７
……プリンタ、４４……注入液冷却装置、４５…
…注入液定量定速注入装置、４６……エアシリン
ダ、４７Aa，４７Ab，４７Ba，４７Bb……電
磁弁、４８……シリンジ、５３……注入条件設定
部、５４……警報設定装置、５５……警報装置、
５６……陽圧発生源、５７……ボールねじ送り機
構、５８……モータである。

Claims

【特許請求の範囲】１注入されるべき注入液を定流量的に供給する
注入液定量供給手段と、前記注入液の注入口近傍
に配設された温度検出手段と、この温度検出手段
による検出情報に基いて前記注入液による注入熱
量を求める熱量測定手段とを有し、前記注入液定
量供給手段が、前記注入液を送出する第一のシリ
ンダ機構と、この第一のシリンダ機構を駆動する
ピストンロツドを有するピストンを設けた第二の
シリンダ機構と、この第二のシリンダ機構を駆動
制御する弁機構とを具備し、前記第二のシリンダ
機構が、前記ピストンによつて第一空間と第二空
間とに区分され、前記弁機構が、前記第一空間に
接続された第一の弁と、前記第二空間に接続され
た第二の弁とを有し、前記注入液の定流量的供給時には、気体圧発生
源が前記第一の弁を介して前記第一空間に接続さ
れ、かつ、前記第二空間が前記第二の弁を介して
外気に開放され、これにより生ずる前記第一空間と前記第二空間
との差圧で前記第二シリンダ機構の前記ピストン
ロツドの往動速度を制御するように構成された注
入熱量測定装置。