JPH06510463A - 干渉低減回路を有する電気化学式測定装置 - 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】 干渉低減回路を有する電気化学式測定装置産業上の利用分野 本発明は一般的には流体の特定の化学的特性、例えば人血に含まれるイオン、ガ スおよび代謝物質のようなある種の分析値の濃度を電気的に測定するためのシス テムに関わり、さらに詳細にはそのような測定システムに於ける電気的干渉の影 響を低減するための電気回路に関する。

この一般的な種類のシステムは、病院に於ける患者治療で通常的に使用される種 類の点滴注入システムに組み込まれた血液化学診断システムの形式をとることが できる。この様な点滴システムは栄養剤、治療薬等を直接患者の体内に、速度を 制御しながら、かつ最大の効果が得られるように正確な量で注入する。点滴シス テムは思考の静脈（ＩＶ）ボートに接続され、ここでは中空の針／カテーテルを 組合せたものが患者の血管内に挿入され、それから点滴液が血管内に、通常は螺 動ポンプ（ｐｅｒｉｓｔａｌｔｉｃ　ｐｕｍｐ）を使用して、速度を制御しなが ら注入される。この種の点滴装置に接続されている血液の化学的性質監視システ ムは、定期的に血液試料を抜き取るためにＩＶボートを使用し、血液イオン濃度 等の測定を実施し、その後血液を廃棄するかまたは患者の体内に再注入する。そ の後システムは点滴液の注入を再開する。

この様に組み合わされた点滴注入兼血液の化学的監視システムは、注入管とカテ ーテルとを含みここを通して点滴液が患者に供給され、血液試料が抜き取られれ る。注入管には電気化学式センサを存する電極部材が組み入れられており、この センサは定期的に血液試料に曝されて電気的信号を分析器に送り、対応する血液 化学データに変換される。制御ユニットは定期的に短い時間の間、注入液の注入 を停止しその間に血液試料が患者から注入管に抜き取られて電極部材に回送され 、これはつづいて電気信号を発生する。分析器が電気信号を受信した後、制御ユ ニットは血液を廃棄するかまたはこれを患者の体内に再注入し、点滴液の流れが 再開される。

電極部材は通常、基準電極と複数のセンサ電極とを含み、その各々は対象とする 個別のイオンに対して感応する。電極は全て電極部材の基板に組み込まれている 。電気化学式センサは、これらか感応する特定の物質種に接したことに応じての み、電圧または電流いずれかの電気信号を生成する、従って血液中のこれらの・ 　物質種の量の選択的測定が行える。センサ電極は例えば、酸素分圧（ｐｏｔ） および二酸化炭素分圧（Ｉ）Ｃｏ、）　、グルコース、カリウム、水素イオン、 塩素、カリウム、およびナトリウムの測定を行える。

常患者が発生源てあって、これは点滴管に沿って血液または点滴液を伝って導か れる。適切な電位測定の低域フィルタはこのノイズを低減出来る；しかしながら 本質的な不正確さは残存する。点滴管が患者に対して相対的に移動すると、がな り大きなノイズを生じ、ノイズの効果を低減させるフィルタリングまたはその他 の処置をより困難にする。

従って、この特殊な種類の電気化学式測定システムで、点滴管を伝って導かれる 電流ノイズからの干渉を受けにくいシステムの必要性が望まれている。本発明は この要求を満足させるものである。

発明の目的と要約 本発明は、管の内に配置された導電性の液体の予め定められたパラメータを測定 するための装置並びに関連する方法に関わり、管の一方の端のノイズ源から管を 伝って導かれる電流干渉の悪影響を基本的に除去するのに効果を有するものであ る。本装置並びに方法は特に点滴システムの一部として、血液の化学的分析を行 うのに有効である。

更に詳細には、本装置は基準電極と流体路に沿って間隔を於いて配置されている 複数のセンサ電極とを存する電極部材を含み、信号増幅器と共に、基準電極と各 々のセンサ電極との間の電圧を検出し、内部に含まれる液体の個別のセンサが感 応する予め定められたパラメータに対応する電圧信号を出力する。センサ電極は イオン感応電極並びにその他の種類の電気化学式センサを含むことが可能である 。第−並びに第二ノイズ低減電極もまた電極部材の、基準並びにセンサ電極の反 対側に配置されている。高インピーダンスの入力端子と低インピーダンスの出力 端子とを具備したノイズ低減増幅器が第−及び第二ノイズ低減電極の間に、その 入力端子をノイズ源から最も遠い電極部に接続し、またその出力端子をノイズ源 に最も近い電極部に接続するように、接続されている。従って電流干渉はノイズ 低減増幅器を通して迂回され、基準電極とセンサ電極とが配置されている点滴管 部分をバイパスする。従って信号増幅器から発生される電圧信号は、本質的に電 流干渉の影響は受けない。

本発明のその他の更に詳細な特徴は、ノイズ低減増幅器が演算増幅器の形式を取 り、その反転入力端子がノイズ源から最も遠（に配置されているノイズ低減電極 に接続され、その非反転入力端子が接地基準電位に接続されていることである。

電流干渉は通常は交流のみてあり、ノイズ低減増幅器は交流電流の全帯域を）く イバスするように動作する。

本発明のその他の特徴並びに長所は提出された実施例を添付図面と共に行う以下 の説明から明かとなろう、添イ４図面は例として発明の原理を図示している。

図面の簡単な説明 第１図は、本発明の実施例に基づく点滴装置と血液化学分析システムとの組合せ の概略図であり、患者の腕に取り付けられた状態を図示する。

第２図は、ノイズ低減回路を有する電極／増幅器構成部品の概略回路図を示し、 この構成部品は第１図の分析システムの一部である。

第２Ａ図は、第２図の電極／増幅器構成部品内の各電極に対する一つの等価回路 の概略回路図を示す。

第２Ｂ図は、第２図の電極／増幅器構成部品内の各電極に対する別の等価回路の Ｉａｌ１５回路図を示す。

実施例の詳細な説明 本発明の実施例の以下の説明は限定的な意味としてではな（、単に本発明の一般 的原理を示す目的でなされている。記述は本発明を実施するのに現在考えられる 最良の方法である。

第１図には、患者の腕１１に接続されて使用されている状態の点滴注入兼血液化 学分析システムが図示されている。制御装置１５て制御される注入ポンプ１３は 点滴液を、液源１７から患者の腕白の血管へ、点滴チューブ１９および中空針２ １を経由してポンプ注入する。一つの電極部材２３が点滴管の中央部に、点滴液 が患者に注入される途中にその上を通るように配置されている。

定期的に制御装置１５はポンプ１３が点滴液を患者にポンプ注入する動作を中断 させ、その代わりに方向を反転させて血液試料を患者から引き抜く。この血液試 料は点滴チューブ１９を通して電極部材２３に達するまで後方へ吸引され、部材 か血液の特定の特性を測定できるようにしている。測定が完了すると、ポンプは 血液試料を患者に再注入し、点滴液のポンプ注入を再開する。

電極部材２３は第２図にかなり詳細に図示されている。これは一つの基準電極２ ５と四つの個別のセンサ電極２７ａ−２７ｄとを含み、これらは点滴液流路に沿 って互いに間隔を置いて配置され、ここを流れる液体に接するように構成されて いる。各々のセンサ電極は電気化学センサを含み、これと基準電極との間に電位 を生じるように適正に配置されており、この電位は電気化学的センサが感応する 隣接する液体の予め定められたパラメータに応じて変化する。この様にして通常 測定されるパラメータの例は、ｐＨ１ナトリウム、カリウム及びカルシウムの濃 度、それにグルコース、ヘマトクリッ！・、そして酸素分圧（ｐｏｔ）および二 酸化炭素分圧（ｐＣＯ２）を含む。増幅器２９ａ−２９ｄは、基準電極とそれぞ れのセンサ電極２７ａ−２７ｄとの間で生じる差電圧を増幅するように配置され ており、増幅された測定信号を線３１ａ−３１ｄ上の出力に与える。

第１図に図示されるような血液化学分析システムでは、希望しない電流の形で電 気干渉が患者を発生源として点滴チューブ１９に沿って内部液、すなわち点滴液 そして／または血液を通して導かれ、実行中の電位測定に干渉することが知られ ている。この電流干渉は交流成分のみを有し、基本的に患者モして／または点滴 チューブの動きに影響される。この電流は、基準電極２５と各々のセンサ電極２ ７ａ−２７ｄとの間に配置される液体の固有抵抗と共に電位測定に影響を与える 。

本発明では、電流干渉のバイパス路が一つの演算増幅器３３によって具備されて 精）、こオ）はくれそれ第一および第二ノイズ低減電極３５および３７の間に接 続さ第１、基準電極ｔ）　５　Ｊ、；よび複数のセンサ電極２７ａ−２７ｄとは 反対側に配置さｔｌている。ｒＬ極部材のひと−）の好適な形状が、−緒に条環 されている係属の米国特、ｎＩ！ＩＩＷ第０７１５８１，８０３号、デイヒ、ソ ドに、つｔン（７）名前ＴＴ）−ｒイルされている、名称“電気化学センサ装置 並びに方法“に、詳細に記述されており１、これはこ、＝でも参照されている。

特に、演算増幅器の負または反転入力端子は患Ｊ丁からにシし離れて配置さオｌ でいるノイズ低減電極３５に接続されており、−力増幅２′？、の出力端−ｒは 患汗の最も近くに配置されているノイズ低減電極３７に接続されている１、増幅 器の正、また１よ４ト反転入力端子は接地基ｉ￥！電位に接続さねている。

従来と同様、演算増幅器３３は比較的高い入力インピーダンスを有し、にれは比 較的低いその出力インピーダンスの数桁以にの大きさである。その結果、患者を 発生源どし点滴チューブ１９内の導電性流体を伝って電極部材２３まで流れるノ イズ電流は容易に演ｐ、増幅器の出力端ｒに迂回し１、これは電流シンクのよう な（至）きをする。この様にして電流が信号電極２７ａ−２７ｄと基準電極２５ との間の液体に沿って流れる１−とが防止される。従ってこれらの電極間で行わ れる電圧測定は基本的に、この患δを発生源とする電流干渉の悪影響を受けない 。

、ノイズ低減電極３５および３７は任意の適当な構造と成し得る。好適に第一ノ イズ低減電極３５は純銀、銀メツキ鋼、または点滴液に直接接触するステンレス 鋼のビンの形状をしている。第二ノイズ低減電極３７も同様の構造も取り得るが 、イオン感応電極、例えばセンサ電極２７ａ−２７ｄの様なナトリウム感応電極 の形状も可能である。

基！？１ｆｆｉ２５、センサＳｌｔ極２７ａ−２７ｄおよびノイズ低減電極３５ および３７は抵抗器３９と特定電１丁の電ｉ＊４１とを直列接続した形と等価な 電気回路を有すると考えられる。これは第２Δ図に図示されている。

電極の別の形状として、第２Ｂ図に図示するような、抵抗器４３とキャノくシタ ４５とを並列に組合せ電池４７と直列接続した、更に複雑な等価回路を有するよ うに弯えることかできる。

基準電極とセンサ電極２７ａ　２７ｄの場合、等価回路内の電池が直流電圧差を 生じ１、これらば増幅器２９ａ−，２９ｄて増幅さｔ］る。電極を通って流れる 電流は無視てきる程度であるので、電極抵抗値は重要ではない。更に、ノイズ低 減電極３５および３７て生しる直流電流差は関係しない、なぜならノイズ低減回 路は単に患者を発生源とする交流電流干渉のバイパス路としてのみ機能するから である。演算増幅器３３のフィー　ドハソクキャパシタ４９は、ノイズ信号の帯 域幅に打ち勝つため回路の交流帯域幅を適切な範囲に限定する。

以上の説明から、本発明はチコーブ内に配置され、電流干渉に曝されている例え ば血液の様な導電性液体の特定の化学的特性を電気的に測定するための、改善さ れたシステムを提供１７ている、−とが理解されよう。測定は流体管内に配置さ れた基準電極とセンサ電極の間の電位を測定することで行われる。電流干渉に対 するバイパス路が一対のノイズ低減電極によって提供されており、これらは基準 電極とセンサ電極の反対側に配置され、比較的低い出力インピーダンスと比較的 高い入力−インピーダンスを有する増幅器と、相互に接続されている。特に、干 渉電流は直接増幅器の出力端子に流れ込むので、基準及びセンサ電極が干渉とは 独立にそれらの間に確実に電位を発生させることがてきる。１２０ｄｂ程度のノ イズ低減が容易に実現できる。

本発明を今回提出した実施例を参照して詳細に説明してきたが、本技術分野に精 通の者は種々の変更が本発明から離れる事なく行い得ることを理解されよう。

従って本発明は以下の請求の範囲でのみ定義される。

国際調査報告 国際調査報告

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. １．管路内に配置された導電性液体の予め定められたパラメータを測定するため の装置で、望ましくない電流が流体を伝って管路の一方の端のノイズ源から導か れる環境で使用される、装置であって：互いに間隔をおいて管にその管内の導電 性流体に接するように取り付けられるようになっている、基準電極及びセンサ電 極と；基準電極とセンサ電極との間の電圧を増幅し、対応する増幅信号を提供す るための信号増幅手段と； 互いに間隔をおいて管に、その管内の導電性流体に接するように、また基準電極 とセンサ電極とが第一及び第二ノイズ低減電極の間に配置されるように取り付け られるようになっている、第一および第二ノイズ低減電極と；高インピーダンス を備えた入力端子と、低インピーダンスを備えた出力端子とを有するノイズ低減 増幅器で、第一及び第二ノイズ低減電極の間にその入力端子がノイズ源から最も 離れたノイズ低減電極に接続され、その出力端子がノイズ源に最も近いノイズ低 減電極に接続され、ノイズ源を発生源とする全ての電流が管路内で基準電極とセ ンサ電極との間に配置された導電性液体を、ノイズ低減増幅装置を流れる事でバ イパスし、これに依って信号増幅装置で生成される増幅された信号が本質的に電 流の悪影響を受けないように配置されている、ノイズ低減増幅手段とを含む、前 記装置。
2. ２．請求項第１項記載の装置に於いて、ノイズ低減増幅装置がノイズ源から最も 遠いノイズ低減電極に接続された反転入力端子と、接地基準電位に接続された非 反転入力端子と、そしてノイズ源に最も近いノイズ低減電極に接続された出力端 子とを具偏した演算増幅器を含む、前記装置。
3. ３．請求項第１項記載の装置に於いて：前記装置が更に１つ以上の付加センサ電 極を含み；そして信号増幅手段が、各々が基準電極と個別のセンサ電極との間の 電圧を増幅し、対応する増幅された信号を提供するための複数の増幅器を含む、 前記装置。
4. ４．請求項第１項記載の装置に於いて：ノイズ源がある帯域幅を有する交流電流 を発生し；そしてノイズ低減増幅手段が全帯域幅に渡っての交流電流を導通させ るようになっている。
5. ５．請求項第１項記載の装置に於いて：管の一方の端が患者に接続され； 導電性液体が血液であり；そして 基準電極とセンサ電極とがこれらの間に血液の予め定められたパラメータを示す 電圧を生じるように適正に配置されている、前記装置。
6. ６．請求項第１項記載の装置に於いて、第一および第二ノイズ低減電極が銀、銀 メッキ鋼、またはステンレス鋼で形成されたピンである、前記装置。
7. ７．請求項第１項記載の装置に於いて：ノイズ源から最も遠くに配置されている ノイズ低減電極が銀、銀メッキ鋼、またはステンレス鋼で形成されたピンであり ；そしてノイズ源の最も近くに配置されているノイズ低減電極が、導電性液体の 予め定められたパラメータに感応する、前記装置。
8. ８．点滴管内に患者から抜き取られた血液の予め定められたパラメータを測定す るための装置であって： 互いに間隔をおいて、その中へ血液が二つの電極に接触するように患者から抜き 出される点滴管内に、二つの電極の間に血液の予め定められたパラメータを示す 電圧か発生されるように、互いに間隔をおいて取り付けられるようになっている 、基準電極及びセンサ電極と； ここで、患者を発生源とする電流干渉が管内に含まれる血液を媒介して点滴管を 伝って導かれ； 互いに間隔をおいて点滴管内に、管内の導電性流体に接するように、また基準電 極とセンサ電極とが第一及び第二ノイズ低減電極の間に配置されるように取り付 けられるようになっている、第一および第二ノイズ低減電極と；高インピーダン スを備えた入力端子と、低インピーダンスを備えた出力端子とを有するノイズ低 減増幅手段で、第一及び第二ノイズ低減電極の間にその入力端子が患者から最も 離れたノイズ低減電極に接続され、その出力端子が患者に最も近いノイズ低減電 極に接続され、患者を発生源とする全ての電流が基準電極とセンサ電極との間に 配置された管路部を、ノイズ低減増幅手段を流れる事でバイパスし、これに依っ て基準電極とセンサ電極との間に生じる電位が本質的に電流の悪影響を受けない ように配置されている、ノイズ低減増幅手段とを含む、前記装置。
9. ９．請求項第８項記載の装置に於いて、ノイズ低減増幅手段が患者から最も遠い ノイズ低減電極に接続された反転入力端子と、接地基準電位に接続された非反転 入力端子と、そして患者に最も近いノイズ低減電極に接続された出力端子とを具 備した演算増幅器を含む、前記装置。
10. １０．請求項第８項記載の装置に於いて：患者から発化される電流ノイズがある 帯域幅を有する交流電流であり；そしてノイズ低減増幅手段が全帯域幅に渡って の交流電流を導通させるように適合されている、前記装置。
11. １１．請求項第８項記載の装置に於いて、第一および第二ノイズ低減電極が銀、 銀メッキ鋼、またはステンレス鋼で形成されたピンである、前記装置。
12. １２．請求項第８項記載の装置に於いて：ノイズ源から最も遠くに配置されてい るノイズ低減電極が銀、銀メッキ鋼、またはステンレス鋼で形成されたピンであ り；そしてノイズ源の最も近くに配置されているノイズ低減電極が、導電性液体 の予め定められたパラメータに感応する、前記装置。
13. １３．患者から点滴管内に引き抜かれた血液の予め定められれたパラメータを測 定するための方法であって： 互いに間隔をおいて配置された基準電極及びセンサ電極を有し、該センサ電極が 血液の特定のパラメータに感応する、電極と点滴管との組み立て体を用意する段 階と； 電極と点滴管との組み立て体を、血液が患者から引き抜かれ基準電極及びセンサ 電極のひとつまたは両方と接触するように配置し、ここで二つの電極の間で生じ る電位が血液の予め定められたパラメータを示し、また患者を発生源とする電流 干渉が、管内に含まれる血液によって点滴管を伝わって導通する段階と；ノイズ 低減増幅器を基準及びセンサ電極と反対側に配置された二つのノイズ低減電極の 間に接続し、ここで増幅器は、患者から発生される全ての電流干渉がノイズ低減 増幅器を通って流れることによって基準およびセンサ電極をバイパスするように 、患者から最も遠くに配置されたノイズ低減電極に接続された高インピーダンス 入力端子と、患者の最も近くに配置されたノイズ低減電極に接続された低インピ ーダンス出力端子とを有し、これにより基準およびセンサ電極の間で発生される 電位が本質的に電流の悪影響を受けないようにする、段階と；を含む前記方法。