JPH0663050A - 物理的又は化学的なパラメーターを直接又は間接的に光学的に決めるためのセンサー装置 - Google Patents

物理的又は化学的なパラメーターを直接又は間接的に光学的に決めるためのセンサー装置

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JPH0663050A
JPH0663050A JP5093308A JP9330893A JPH0663050A JP H0663050 A JPH0663050 A JP H0663050A JP 5093308 A JP5093308 A JP 5093308A JP 9330893 A JP9330893 A JP 9330893A JP H0663050 A JPH0663050 A JP H0663050A
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Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 人間又は動物の身体内における物理的又は化
学的なパラメーターをより正確に検出し、その際高い分
解能でもって測定場所に対する計測値の正確な従属関係
が可能で且つ毒性のある指示薬も使用が許される様なセ
ンサー装置を提案。 【構成】 指示薬２を含んでいる指示薬室と、指示薬用
の励起照射線４を供給する照射源３と、指示薬から出る
計測照射線８を検出する検出器９とから成る、センサー
装置であって、人間又は動物の身体における測定のため
に、指示薬室がカプセル１から構成されており、口、
鼻、胃、腸、血管、気管支、膀胱等の様な身体中空部内
に挿入可能乃至は組織５内に移植可能であり、励起照射
線及び指示薬から出る計測照射線用のカプセル材料が 6
00nmと1300nmの間の波長領域において透過性であり、そ
してカプセル材料乃至はその外側層１７がバイオ適合性
がある構成。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、計測すべき化学物質又
は物理量のための透過性の指示薬室で、少なくとも１つ
の指示薬を含んでいる指示薬室と、指示薬用の励起照射
線を供給する照射源と、指示薬から出る計測照射線を検
出する検出器とから成り、その際照射源と指示薬との間
の接触又は指示薬と検出器との間の接触が、専ら励起照
射線乃至は計測照射線を介して行われる様な、物理的又
は化学的なパラメーターを直接又は間接的に光学的に決
めるためのセンサー装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】初めに述べた種のセンサー装置は、例え
ばドイツ連邦共和国特許公開第 30 01669号公報から知
られている。指示薬室から指示薬が洗い流されるのを避
けるために、この指示薬室はそれをシールしている膜に
等極（共有）結合している。この膜はそれによって、指
示薬の遊離が増えることなく、測定すべき物質のために
より良く浸透性とさせることが出来る。
【０００３】人間及び動物の組織、特に皮膚は、約 600
nmと1300nmとの間の赤色波長領域及び赤外線波長領域に
おいて光学的な照射線に対して比較的良好な透過性であ
ることが知られている。この領域において特性的な吸収
スペクトルを有している身体固有の物質があるので、こ
れらの身体の内部の物質は−言わば光学的な窓を通して
−身体に侵入しなくても（非侵入的に）検出することが
出来る。
【０００４】これらの窓は例えば、血管内ヘモグロビン
の酸素飽和度を測光的に測定するために利用されてい
た。今日役立てられる技術でもって例えば新生児の頭蓋
内の酸化されたり還元されたりしたヘモグロビンの測定
が行え、その結果これにより脳の酸素供給を連続的に監
視することが可能となった。ヘモグロビンの動脈の酸素
飽和度を検出する脈拍オキシメトリー(oxymetry)におい
ても光学的窓のこの現象が利用される。
【０００５】最近では身体で作られない物質でも身体の
中に導入され、露出された機関表面で測定が成される
（VANDERKOOT等他著: 生化学ジャーナル、Vol.262, No.
12, 第5476-5482 頁, 1987年) 。そこで指摘された波長
領域内で例えば血清アルブミンに結合されている酸素指
示薬のリン光が血管内部で測定され、そうして脳表面に
おける血管内の酸素濃度が決められる。組織内の配分問
題並びに組織成分の反作用はしかしながら間違った測定
の原因と成りうる。例えば幾つかの血管が上下に重なっ
ている時、局所限定が指示薬信号自体によって行われる
ので、正確な局所限定は殆ど不可能となる。別の欠点
は、毒性が無く全く生物学的な反応が引き起こされない
指示薬しか利用することが出来ないということである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、初め
に述べた種の装置から出発して、人間又は動物の身体内
における物理的又は化学的なパラメーターをより正確に
検出し、その際高い所属部の分解能でもって測定場所に
対する計測値の正確な従属関係が可能で且つ毒性のある
指示薬も使用が許される様なセンサー装置を提案するこ
とである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】この課題は本発明によれ
ば次の様にして解決される。即ち指示薬室がカプセルと
して構成されており、そのカプセルが、口、鼻、胃、
腸、血管、気管支、膀胱等の様な身体中空部内に挿入可
能乃至は組織内に移植可能であり、励起照射線及び指示
薬から出る計測照射線の為のカプセル材料が 600nmと13
00nmの間の波長領域において透過性であり、そしてカプ
セル材料乃至はその外側層がバイオ適合性がある様にし
て解決される。
【０００８】決して希釈化や組織内で指示薬の前以て見
える分配が起こらないので、本発明による手段によって
物理的な又は化学的なパラメーターを決定する場所を一
義的に限定することが出来る。カプセルによる指示薬材
料を包囲し、生物学的組織と指示薬材料との間の直接的
な接触を避けることによって、毒性のある又は組織に不
適合な指示薬材料をも使用することが出来ることにな
る。
【０００９】指示薬がマトリックス内にある時には、勿
論このマトリックスも 600nmと1300nmの間の領域で透過
性である必要がある。指示薬は、その光学的な特性の変
化と共に測定すべきパラメーターに直接反応させること
が出来るか又は間接的に、即ち反応生成物又は中間反応
を介して間接的に反応させることが出来る。指示薬とし
て蛍光性指示薬及び吸収性指示薬が適している。これに
関連してバイオ適合性とは、カプセル材料が出来るだけ
生物的に安定しており、身体の生物的な経過に対して本
質的な変化乃至は障害を引き起こさないものと理解され
たい。測定すべき物質は選択的な拡散性及び可溶性によ
っても、又はカプセル材料中でのキャリアーによって増
やすことができ、それにより計測の正確さをより高める
ことが出来る。
【００１０】カプセルは例えば 600nmと1300nmの間の波
長領域内で透過性のポリマー又はガラスから作ることが
出来る。更に以下に詳細に述べられる変形実施例におい
てカプセルは特に有利には透析膜から作ることも良い。
【００１１】カプセルがその機能に障害を起こさず熱及
び場合によっては圧力又は照射線を利用することによっ
て滅菌可能である時には、付加的な長所がある。利用の
仕方に応じてカプセルの種々の外側形状が考えられ、こ
のカプセルは 600nmと1300nmの間の波長領域内で利用で
きる測定窓に基づいて以下では「ウインドー・オプトー
デ (window optode)」とも称される。
【００１２】そうして特に胃腸領域を検査するために、
ほぼ球形、レンズ形又は円筒形で丸味付けられた端部を
もって構成されたカプセルを考えることもでき、そのカ
プセルは何らの難しさもなく飲み込むことが出来る。例
えば１μｍ以下の直径を有するポリマーカプセルを既に
作ることが出来た。空間的に測定する場合、種々の光学
的な特性を有する幾つかの指示薬を同時に利用するのが
特に有利であり、これらの指示薬は唯一のカプセル又は
幾つかのカプセル内に入れられている。
【００１３】本発明の発展形状ではまた糸状又はホース
状に形成したカプセルを考えることも良く乃至はカプセ
ルを平面的に構成しても良い。１又は幾つかの平面的に
構成したウインドー・オプトーデを移植することによっ
て例えば筋肉化膿性の移植をする場合に組織−ｐＨを測
定することによって、規定に従う酸素供給が行われるか
どうかを制御することが出来る。
【００１４】別の利用範囲は、例えば脳手術後、頭蓋骨
を閉じた時の脳表面でのｐＨ値を局所的に測定すること
である。適当なカプセル乃至はウインドー・オプトーデ
を挿入（移植）後に、患者に僅かの煩わしさしか無く外
部からｐＨ値の制御を行うことが出来る。挿入時の傷が
閉じられ、光ファイバーを用いての直接的な接触が必要
ないので、侵入法での測定に比べて感染の危険を最小に
留めることが出来る。
【００１５】ウインドー・オプトーデは簡単な外科的手
段で固定することが出来る。例えばカプセルは糸で一列
に並べたり又は平面的なネットワークに固定することも
可能である。測定又は周期的計測が終わった後、カプセ
ルを再び除去したり、その計測機能を検査することも出
来る。
【００１６】本発明の発展形態では、カプセルはその局
所限定に対して複数の粒子を備え、それら粒子は光学的
な位置測定又は超音波又はレントゲン線を用いて身体の
内部での位置測定を可能にする。
【００１７】更に特に、カプセルが少なくとも１つの反
射面を有している時に、反射光での測定に対して長所と
することができ、前記反射面は指示薬又は指示薬を入れ
ている層に隣接する。カプセルの内部の指示薬は例えば
水性ゲル層内にあっても良い。
【００１８】ウインドー・オプトーデの原理は、適切な
指示薬を利用に供する全ての大きさの測定に対して応用
することが出来る。特にイオン濃度、ガス分圧、酵素-
又は基質- 濃度、イオン強さ、圧力又は温度の測定のた
めに指示薬物質が設けられているように成されている。
【００１９】特にｐＨ、カリウム- 、カルシウム- 、ナ
トリウム- 又はマグネシウムイオン- 濃度、炭素酸化
物、酸素又はアンモニアの分圧の如き化学値並びに圧力
及び温度の如き物理的値を挙げることが出来る。グルコ
ース、乳酸塩、クレアチニン等の基質を決めることも可
なり重要であり、その基質は適当な指示薬や上述したセ
ンサー装置でもって可能となる。
【００２０】
【実施例】次に図面に基づいて本発明の実施例を詳細に
説明することにする：図１に示したセンサー装置では例
えば幼児の胃の中でｐＨ値の計測を行うことが出来る。
この為に胃の中にカプセル１を入れ、そのカプセルが指
示薬２を包囲している。 600nmと1300nmの間の波長領域
にある照射源３から出る励起照射線４は身体組織５、胃
壁６、胃内腔７内にあるカプセル１を浸透し、指示薬２
を作用させる。指示薬２から出る計測用照射線８は、カ
プセル１、胃壁６及び身体組織５を通過した後、評価ユ
ニット１０と結合している検出器９に達する。図示した
例ではカプセル１の内部にはｐＨ指示薬を有する水性ゲ
ルがある。
【００２１】カプセル材料はＨ+ - イオンに対して透過
性の透析膜であり、その結果胃の中で変化するｐＨ値は
指示薬の光学的なパラメーターに影響を及ぼし、計測照
射線における変化は検出器９によって検出することが出
来る。カプセル１は一本の糸１１に固定することも出来
るし、又は幾つかのカプセル１が一本の糸１１で一列に
並べて設けることもでき、従って限定された距離を置い
て幾つかのｐＨの計測を行うことが出来る。カプセル１
乃至はＨ+ - イオン用のカプセル膜を選択できるという
ことは、例えばカプセル内に２つのｐＨ指示薬を予定
し、イオン指示薬のイオン強度感度を制御するために、
センサー及びアクチュエーター４という本(1983) 473か
ら479 頁で知られた計測法が利用される時には、必ずし
も必要という訳ではない。
【００２２】勿論適当な指示薬を選択することによっ
て、カリウム、カルシウム、ナトリウム又はマグネシウ
ムの如き別のイオンも測定することが出来る。吸収- 又
は蛍光指示薬を利用することもでき、その光学的な特性
は直接的な周囲のｐＨ値によって決定される。センサー
装置でその時それぞれの使用された指示薬に応じて吸収
変化又は蛍光変化が周知の方法で計測される。
【００２３】外部から手の届く身体空洞にIR- ウインド
ー・オプトーデで非侵入性のｐＨ測定の別の例が図２に
図示されている。口内のｐＨ値の測定のためのカプセル
１がここでは歯１２に固定されており、２アーム状の光
ファイバー１３によって搬送された励起照射線及び計測
照射線はカプセル１の領域において頬１４を浸透する。
光ファイバー１３の配置は、最大信号が得られる様に選
択されている。図１による配置の場合に透射光での測定
が行われる（図３に対応するカプセルの詳細を参照）一
方で、図２による配置での測定は反射光で行われ、その
際特にカプセル内の吸収指示薬を使用する場合に反射面
１５が設けられ、その反射面は指示薬２又は指示薬を収
容する層に隣接している。図４及び図５にはその様なカ
プセルの詳細が示されており、その際図４で反射面１５
は平らに、また図５では凹面状に構成されている。図２
による配置の場合には反射面は歯１２に接合するカプセ
ル１の側に設けられている。
【００２４】図２における如き似た様な計測形状のもの
が、鼻の中のＯ2 - 又はCO2 - 分圧の計測のためにも利
用することができ、その際適当な指示薬を有するウイン
ドー・オプトーデが鼻の中に固定され、励起照射線の導
入乃至は計測照射線の取り出しが鼻に接合し眼鏡状の装
置を介して行うことが出来る。この手段によって患者は
完全に解放されて動くことができ、呼吸も妨害されな
い。
【００２５】図６によれば、計測照射線８が入射する励
起照射線４に対して平行に反射される様に、カプセル１
の内部に幾つかの反射面１５を設けることも出来る。身
体の中の正確な測定個所を限定することが出来るように
するために、カプセル１は内部にしかしまたカプセル壁
内に複数の粒子１６を備えることができ、それら粒子は
光学的な局所位置又は超音波又はレントゲン線を用いた
局所位置を許すものである。図７に図示したカプセルは
カプセル壁内にこの様な粒子１６を備え、その際固有の
カプセルはバイオ適合性の層１７によって取り囲まれて
いる。
【００２６】最後に図８には、平面的なネットワーク１
８に固定された幾つかのカプセル１の移植（埋め込ん
だ）後、非侵入性のｐＨ測定が図示されている。従って
例えば組織のｐＨの計測によって、組織１９と移植体
（埋め込み体）２０との間で規定通りの酸素供給が行わ
れるかどうかが制御される。前記した様に、移植された
ウインドー・オプトーデの形状は、移植が行われる組織
の構造に合わせられ、そうして例えばネットワーク１８
の代わりに小さな領域に対して平坦なオプトーデを使用
することが出来る。例えばネットワーク１８の横糸２１
に対して身体によって再び吸収可能な材料を使用する
と、縦糸２２を用いた適当な形状の場合に連続的な計測
の終わりにカプセルを組織から引き出すことが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるセンサー装置を略図で示したもの
である。
【図２】図１によるセンサー装置の変形実施例を示す。
【図３】封入された指示薬を有するカプセルの変形実施
例で、図１及び図２によるセンサー装置の所謂「ウイン
ドー・オプトーデ」を示す。
【図４】封入された指示薬を有するカプセルの変形実施
例で、図１及び図２によるセンサー装置の所謂「ウイン
ドー・オプトーデ」を示す。
【図５】封入された指示薬を有するカプセルの変形実施
例で、図１及び図２によるセンサー装置の所謂「ウイン
ドー・オプトーデ」を示す。
【図６】封入された指示薬を有するカプセルの変形実施
例で、図１及び図２によるセンサー装置の所謂「ウイン
ドー・オプトーデ」を示す。
【図７】封入された指示薬を有するカプセルの変形実施
例で、図１及び図２によるセンサー装置の所謂「ウイン
ドー・オプトーデ」を示す。
【図８】ネットワーク上の幾つかのカプセルの配置を示
す。
【符号の説明】
１ カプセル ２ 指示薬 ３ 照射源 ４ 励起照射線 ５ 身体組織 ６ 胃壁 ７ 胃内腔 ８ 計測照射線 ９ 検出器 １０ 評価ユニット １１ 糸 １２ 歯 １３ 光ファイバー １４ 頬 １５ 反射面 １６ 粒子 １７ バイオ適合性の層 １８ ネットワーク １９ 組織 ２０ 移植体（埋め込み体） ２１ 横糸 ２２ 縦糸

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項０１】 計測すべき化学物質又は物理量のため
    の透過性の指示薬室で、少なくとも１つの指示薬を含ん
    でいる指示薬室と、指示薬用の励起照射線を供給する照
    射源と、指示薬から出る計測照射線を検出する検出器と
    から成り、その際照射源と指示薬との間の接触又は指示
    薬と検出器との間の接触が、専ら励起照射線乃至は計測
    照射線を介して行われる様な、物理的又は化学的なパラ
    メーターを直接又は間接的に光学的に決めるためのセン
    サー装置において、指示薬室は、口、鼻、胃、腸、血
    管、気管支、膀胱等の様な身体中空部内に挿入可能乃至
    は組織内に移植可能であるカプセル（１）として構成さ
    れており、励起照射線及び指示薬から出る計測照射線の
    為のカプセル材料が 600nmと1300nmの間の波長領域にお
    いて透過性であり、そしてカプセル材料乃至はその外側
    層（１７）がバイオ適合性があることを特徴とするセン
    サー装置。
  2. 【請求項０２】 カプセル（１）がほぼ球形、レンズ形
    又は円筒形で丸味付けた端部をもって構成されているこ
    とを特徴とする請求項１に記載のセンサー装置。
  3. 【請求項０３】 カプセル（１）が糸状又はホース状に
    構成されていることを特徴とする請求項１に記載のセン
    サー装置。
  4. 【請求項０４】 カプセル（１）が平らに構成されてい
    ることを特徴とする請求項１に記載のセンサー装置。
  5. 【請求項０５】 カプセル（１）が滅菌可能であること
    を特徴とする請求項１から請求項４のうちの１項に記載
    のセンサー装置。
  6. 【請求項０６】 カプセル（１）がその局所限定のため
    に複数の粒子（１６）を有しており、それら粒子が光学
    的な位置測定又は身体内部で超音波又はレントゲン線に
    よって位置測定を可能にすることを特徴とする請求項１
    から請求項５のうちの１項に記載のセンサー装置。
  7. 【請求項０７】 カプセル（１）は少なくとも１つの反
    射する面（１５）を有しており、その反射面は指示薬に
    又は指示薬（２）を入れる層に隣接していることを特徴
    とする請求項１から請求項６のうちの１項に記載のセン
    サー装置。
  8. 【請求項０８】 カプセル（１）の内部にある指示薬
    （２）が、水性ゲル層内にあることを特徴とする請求項
    １から請求項７のうちの１項に記載のセンサー装置。
  9. 【請求項０９】 １つ又は幾つかのカプセル（１）が、
    糸（１１）で一列に並んでいることを特徴とする請求項
    ２に記載のセンサー装置。
  10. 【請求項１０】 幾つかのカプセル（１）が平らなネッ
    トワークに固定されていることを特徴とする請求項２に
    記載のセンサー装置。
  11. 【請求項１１】 カプセル（１）が 600nmと1300nmの間
    の波長領域において透過性であるポリマー又はガラスか
    ら出来ていることを特徴とする請求項１から請求項１０
    のうちの１項に記載のセンサー装置。
  12. 【請求項１２】 カプセル（１）が透析膜から出来てい
    ることを特徴とする請求項１１に記載のセンサー装置。
  13. 【請求項１３】 指示薬物質が、カプセル（１）内のイ
    オン濃度、ガス分圧、酵素- 又は基質- 濃度、イオン強
    さ、圧力又は温度を測定するために設けられていること
    を特徴とする請求項１から請求項１２のうちの１項に記
    載のセンサー装置。
JP5093308A 1992-04-23 1993-04-20 物理的又は化学的なパラメーターを直接又は間接的に光学的に決めるためのセンサー装置 Expired - Fee Related JPH0793930B2 (ja)

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AT0083892A AT399229B (de) 1992-04-23 1992-04-23 Sensoranordnung zur direkten oder indirekten optischen bestimmung physikalischer oder chemischer parameter

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JPH0663050A true JPH0663050A (ja) 1994-03-08
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EP (1) EP0567447B1 (ja)
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AT (2) AT399229B (ja)
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