JPS5912972B2 - 圧力変換器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 医学的および生理学的圧力測定、特に観血式血圧測定に
対しては、一般に液体を充填した合成樹脂製のカテーテ
ルが使用され、このカテーテルにより圧力信号が被測定
範囲から外部の圧力変換器に流体的に伝達され、そこで
液圧が電気信号に変換される。

このような測定装置の欠点は、圧力変換器により形成さ
れる電気的圧力信号がその伝達特性が十分でないため正
確には測定圧力に対応しないことにある。

この理由から測定範囲に、たとえば血管に直接挿入でき
る小型の圧力変換器が既に開発されている。

この種の小型圧力変換器の一実施例においては、カテー
テルの先端に取付けられたダイアフラムの動きがたとえ
ば半導体素子などの歪み発信器により検出され、電気信
号に変換される。

この圧力変換器は優れた性能を有するにも拘らず、実際
には使用されていない。

なぜならその経費が高いばかりでなく、生体組織の近く
に電気構成部材を挿入することは患者にある種の危険を
及ぼすおそれがあるからである。

本発明の目的は、構造が極めて簡単で従って従来のもの
より製造経費が低廉な小型圧力変換器を提供することに
ある。

その場合圧力変換器の使用に際して患者に対する絶対的
な安全性が得られねばならない。

この目的は本発明によれば、２つの同心的なカテーテル
を備え、細い方のカテーテルの一端はコックを介して液
体容器に接続され、他端は太い方のカテーテル内に円筒
室として形成される測定室に接しており、この測定室に
は細い方のカテーテルから毛細管が突出し、他方では開
放端を有する短管が取付けられており、これにより測定
室の一部は前記容器から細い方のカテーテル内をコック
および毛細管を介して測定室に導入される液体で、残り
は短管を介して封じ込められたガスで充填され、測定室
にはその都度のガス容積、従って被測定圧力に対応する
電気量を形成するための電極が配置され、該電極は電気
信号を処理するための回路装置に接続されることにより
達成される。

圧力変換器には、測定室内のそのときの温度に応じて電
気信号を形成する温度依存抵抗を設けると好適である。

測定室内の液体として電解質、たとえば生理食塩水を使
用すれば、それ自体が負の温度係数を有する抵抗である
ので有利である。

測定室内の液体には２つの電極、たとえば白金線が浸漬
され、両電極間のその都度の抵抗を測定するための回路
装置に接続されるようにすると良い。

又測定室の内部には液体と絶縁された２つのコンデンサ
箔を設け、両者間の液量が測定すべき圧力に応じて変化
するようにすることも有利である。

更に本発明によれば、測定室内の液体の比抵抗に対する
温度係数を、ガスの容積に及ぼす温度の影響を除去する
ように選定すると有利である。

又測定室内の液体の誘電率は、同様に測定室内における
ガスの容積に及ぼす温度の影響が除去されるように選定
される。

以下図面について本発明の実施例を詳細に説明する。

図から明らかなように、圧力変換器は２つの同心的な合
成樹脂製のカテーテル１，２を備えており、それらの間
に２つの白金線３が配置されている。

細い方のカテーテル２はその端面で円筒室４を画成して
おり、この円筒室は本来の測定室を構成する。

カテーテル２には毛細管５が密に接続されており、この
毛細管は中空カテーテル２の内室を測定室４の内室に連
結しており、室４の内部に突出している。

カテーテル１，２は、エポキシ樹脂（エトキシ樹脂）６
により互いに結合され、この樹脂は密閉作用も果す。

生理食塩水７が図示しない容器から細い方のカテーテル
２内をコック１０および毛細管５を介して測定室４に注
入されると、短管９の開放端（図の左側）から測定室４
に亘って空気８が封じ込められる。

次いでコック１０が閉じられ、左端が開いている短管９
と共にカテーテルがたとえば血管に挿入されると、封入
された空気８の容積カポイル・マリオツドの法則により
変化する。

従ってその都度の空気の容積は食塩水７の圧力、従って
測定すべき圧力に対応し、抵抗測定用のブリッジに組込
まれた白金線（電極）３を介して電気信号に変換される
。

即ち白金線３間の抵抗は、空気８の容積を規定する食塩
水の液柱の長さに依存する。

抵抗ブリッジ１２，１３は電極３の分極な防ぐため交流
電源１１から給電される。

ブリッジ１２．１３の出力信号を検出するため増幅器１
４が設けられる。

電気的圧力信号は装置１５により更に処理され、たとえ
ばディスプレイに表示される。

本発明による圧力変換器の寸法は極く小さく抑えること
ができる。

一つの実施例では外径は１．３ｍｍ、毛細管５の長さは
１．９ｍ叫こされる。

本発明による圧力変換器は、従来使用されたダイアフラ
ムの代りに封入された弾力的なガスの容積が利用される
点で従来の変換器の構造とは異なっている。

その利点は、ガスの容積の弾力性のため感度が高く、製
造技術的に困難なダイアフラムの据付が不要になる点に
ある。

ガスの容積が温度により膨張するので温度の影響を除去
するためには、負の温度係数を有する抵抗を補助的に設
けると有利である。

電解質、たとえば食塩水はこの種の抵抗媒体に属するの
で、このような電解質の使用により極めて良好な温度作
動特性が得られる。

この場合電解質自体が負の温度係数を有する抵抗を形成
する。

測定された温度の影響は発表された最良の値である約０
．５ｍｍＨｆ／’Ｃに匹敵し得る。

本発明は電気的圧力信号の形成のためのオーム抵抗の変
化を利用することに限られない。

たとえば容量的圧力変換器を上述の圧力変換器と同様に
構成することもできる。

これは、測定室４内の白金線３を絶縁材製のシリンダ１
６により液体７から絶縁することにより達成される。

絶縁材製のシリンダ１６は容量的測定の場合だけ使用さ
れるので、図には破線で示されている。

この場合液体は高い比抵抗と高い誘電率を示す必要があ
る。

この場合圧力変動は電極３間のキャパシタンスの変化に
変換される。

温度の補償は、液体の誘電率の温度依存性がガスの温度
膨張を補償するときに生じる。

ボイル・マリオツドの法則は非直線的関係を示すので、
変換器はある種の非直線性を有するが、これはしかし簡
単な分析式によって求められる。

上式においてＵは装置１５の出力電圧、αおよびβは定
数、ｐは発生圧力である。

測定結果によれば、上述の関数は生体医学上の測定で問
題となる圧力範囲では±１％以上の精度を有することが
判明している。

（１）式は、圧力変換器の非直線性を修正する直線化回
路を形成するのに利用される。

この回路には、装置１５から得られる出力電圧を可調整
定電圧と出力電圧との差で除するために利用される公知
のアナログ乗算器が接続される。

このようにアナログ的に行われる演算によれば、発生圧
力に関し±２％以上の精度を持つ直線的出力信号が得ら
れる。

演算はディジタル的にも行うことができる。

圧力変換器の流体力学的延性並びに液柱の慣性および粘
性が装置全体の力学的特性を規定する。

急速な圧力変化の実験によれば、圧力変換器は上述の寸
法において減衰率０．５の約９５Ｈｚの共振周波数を有
することが判明した。

寸法を更に小さくすれば共振周波数は著しく高められる
。

本発明による圧力変換器は測定にあたって必要な安全性
の枠内で種々の変形が可能である。

漏洩電流の発生を回避するには、圧力変換器をアースに
対し電気的にしゃ断すると良い。

これはたとえば、電源から１駆動される記録計等の制御
を圧力信号により可能にする公知の分離増幅器により行
うことができる。

この実施例はエネルギー消費が少なく、インバータを付
設するときにはアースから絶縁されたエネルギー源、た
とえば電池を容易に使用することができる。

抵抗ブリッジの入力電圧は約１００ ｍＶの低い振幅お
よび約２５ ｋＨｚの比較的高い周波数にする必要があ
る。

本発明においては測定室４内の液体の充填および液面レ
ベルの維持は毛細管現象を利用して行われる。

すなわち圧力変換器は前述のようにコック１０の側では
生理食塩水７を収容する図示しない容器に接続されてお
り、コック１０が開かれると食塩水７がカテーテル２お
よび毛細管５を介して測定室４に入り、更に短管９に流
入する。

次いでコック１０を閉じると、食塩水７は短管９の開放
端からは流出せずに圧力変換器内に、すなわち測定室４
内に留まる。

これは本発明による圧力変換器の寸法が前述のように外
径が１．３ｍｍ、毛細管５の長さが１．９ｍｍというよ
うにごく小さいことによる毛細管現象によるものである
。

なお測定室４内の食塩水７と封入空気８の間のメニスカ
スは食塩水に対する他方の境界を形成するものである。

また本発明の圧力変換器を上向きにした場合封入空気８
には水柱の長さ、すなわち約２７ｆｔｍに相当する圧力
が作用する。

これに対し血圧測定では水柱１３６０ｍｍ（１３，６Ｘ
１００ ）に相当するｉｏ。

ｍｍＨｆ１の圧力が測定される。

従って圧力変換器の位置変化による水頭圧変化はたとえ
ば血圧測定においては殆んど無視できるものである。

【図面の簡単な説明】

図は本発明の一実施例を示す圧力変換器の断面図および
電気結線図である。 １．２・・・・・・カテーテル、３・・・・・・白金線
（電極）、４・・・・・・測定室、５・・・・・・毛細
管、６・・・・・弧ポキシ樹脂、７・・・・・・食塩水
、８・・・・・・空気、９・・・・・・短管、１０・・
・・・・コック、１１・・・・・・交流電源、１２，１
３・・・・・・抵抗ブリッジ、１４・・・・・・増幅器
、１５・・・・・・電気信号処理装置。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １２つの同心的なカテーテル１，２を備え、細い方のカ
   テーテル２の一端はコック１０を介して液体容器に接続
   され、他端は太い方のカテーテル１内に円筒室として形
   成される測定室４に接しており、この測定室には細い方
   のカテーテル２から毛細管５が突出し、他方では開放端
   を有する短管９が取付けられており、これにより測定室
   ４の一部は前記容器から細い方のカテーテル２内をコッ
   ク１０および毛細管５を介して測定室４に導入される液
   体で、残りは短管９を介して封じ込められたガス８で充
   、填され、測定室４にはその都度のガス容積、従って被
   測定圧力に対応する電気量を形成するための電極３が配
   置され、該電極は電気信号を処理するための回路装置１
   １−１５に接続されることを特徴とする液圧に対応する
   電気信号・を形成するための圧力変換器。