JPS60116332A - 血液中の気体濃度測定用装置 - 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】 本発明は、血液中のガス濃度（又は分圧）を測定ないし
監視する装置に関するものである。更に詳しく言えば、
生体内監視用途において特別の有用性を示す血管内に挿
入可能な血液中の気体濃度測定用装置に関するものであ
る。

血液中の酸素、炭酸ガス等の気体成分の濃度を知ること
は生体の呼吸及び代謝機能の良否を知るために臨床検査
においては極めて重要である。従来、血液中の気体成分
の濃度（又は分圧）を測定する方法としては血液、特に
動脈中の血液を抜き取って直接測定する方法が主として
用いられるが、この方法では経時的連続測定が不可能な
ことと患者に苦痛を与えることが問題であった。特に未
熟児、新生児の場合には頻繁な採血による侵襲が大きい
ため実施に著しく困難を伴なった。そのため従来よシ血
液中の気体成分の濃度を経時的連続測定を行う方法とし
て経皮的測定方法が主として用いられている。この方法
は例えば血液中の酸素濃度の測定はボーラログラフイを
応用した電極によシ皮膚表面に拡散してくる血液中の酸
素分圧を測定したシ、また酸素と結合したヘモグロビン
の量を皮膚を通して血液の吸光度の測定によ請求められ
ている。しかし、これらの方法は特定の物質に対しての
みに適用でき、他の物質に適用することは不可能であシ
その装置も高価なものが多い。また非観血的測定方法の
ため測定精度も不充分であった。このためＩＣＵ、’Ｏ
Ｃ！Ｕ等に収容されている重症患者や手術中の患者ある
いは未熟児や新生児の輸液、麻酔、呼吸のコントロール
に血液中の気体成分の濃度をわずかな侵襲で精度良く連
続的に測定することのできる血液中の気体濃度測定用装
置の開発が望まれている。

本発明者らは血液中の化学物質の濃度をモニタリングす
る装置として、既に血管内にカテーテルを挿入し、その
カテーテル中にセンサーを留置して、常時輸液をカテー
テル内に供給するとともに測定時にカテーテル内に血液
を吸引することによって血液中の化学物質を測定する装
置を特開昭５５−７６６３９号に提案した。この装置に
よって血液中のＰ　Ｎａ＋　０Ｊ−１ｃａ”等のイオン
、グルコース、尿素等の基質はそれぞれに対応するセン
サーを使用することにより非常にわずかな侵襲で血液中
の化学物質を連続的に測定することが可能である。

また、この装置ではセンサーは非測定時には輸液と接触
しているため輸液によシ常時較正を行うことが可能でセ
ンサーの零点や感度ドリフトがあっても常に正しい値を
得ることができるという優れた効果を有しているが、こ
の装置では血液中のイオン等を測定することはできても
血液中の気体成分の測定を行うことは困難である。

本発明者らは上記装置で血液中の気体成分濃度を測定す
るため鋭意検討した結果本発明に到達したものである。

すなわち本発明は血管内に挿入されるカテーテルに連結
された測定室内に気体分圧センサーを装着し、該測定室
と金属箔と有機高分子膜のラミネートによって構成され
、かつ大気圧によって平形し得る輸液溜めとを導管で連
結して該測定室内に一定濃度の気体成分を含有する輸液
を供給するとともに、該測定室内の輸液を吸引する手段
によシ適宜血液をカテーテル及び測定室内に吸引して上
記気体分圧センサーの少くとも検出部が血液と接触する
よう構成したことを特徴とする血液中の気体濃度測定用
装置である。

本発明の特徴の一つは一定濃度の気体成分を含有する輸
液を測定室内に供給して、輸液をセンサー感応部と常時
接触させることにある。かかる特徴によシ血液中の気体
濃度の連続的な測定が初めて可能になったのであシ、か
つカテーテルを血管内に挿入したままでセンサーの較正
が可能で、センサーに多少の零点や感度ドリフトがあっ
ても常に正確な測定が可能なことである。本発明のもう
一つの特徴は血液を測定室に適宜吸引する手段を設けた
ことにある。かかる特徴によシ測定時にのみ測定室内に
血液を吸引させ、通常はセンサーは輸液と接しているの
で、センサーへの血栓の付着がなく安定な測定が可能で
あることである。また測定時にのみ血液が測定室内に吸
引され、測定後面管内に戻されるので血液の損失がない
という利点を有している。

次に本発明装置の一実施例を図面にて説明する。

第１図に示されているように本発明装置は血管１２内に
挿入するカテーテ／Ｌ／１と該カテーテｌｖ１に連結さ
れた測定室５内に装着された気体成分の濃度を測定する
センサー２と、一定濃度の気体成分を含有する液体を収
容した輸液溜め１１と、該輸液溜めと測定室３を連結す
る導管９及び該測定室内に血液を吸引する吸引手段（第
１図ではローラーポンプ２２を使用している）で構成さ
れている。

８はカテーテルにセンサー２を挿入するための栓体、１
５は測定回路、１０はドロップチャンバー、１６は皮膚
である。

本発明装置においてはモニタリングの間輸液のガス濃度
を一定に保つことが重要である。このような方法として
は予め一定のガス濃度の輸液を用意しておき、その輸液
を第１図で示す装置でカテーテルへ供給する方法がある
。この場合は輸液溜め中のガスが測定あるいは保存中に
容器を通して外に逃げないことと、測定中に輸液溜めの
液面が下降して輸液溜めが減圧になって輸液中のガス濃
度が変化しないように工夫する必要がある。このような
方法としては（４）輸液溜めとしてその全部あるいは一
部に気体不透過性で、かつ外圧によシ容易に変形する袋
状容器を用いる。ＣＢ）圧力によシ変形しない金属やガ
ラス容器を用いる。この場合には測定中に輸液に伴う容
器内の減圧を積極的に防止する必要がある。例えば第２
図（ａ）に示すように輸液溜め１１に容器内の液面上部
空間に開口する排気管１４と液面下に開口するガス供給
管２５を取着し、該ガス供給管２５に滅菌フィルター１
３を取シ付ける方法、あるいは第２図（ｂ）に示すよう
に輸液溜め１１の液面下に開口するガス供給管１７の一
端を水を収賽した密閉容器１８の上部空間に接続し該容
器の水面下に滅菌フィルター１３を介してガス管を連結
し、さらに容器の上部に排気管１９を取シ付ける方法に
よシ液溜め１１に常時一定濃度のガスを輸液減量分より
過剰に供給して、余分なガスを排気管より排気して液溜
め内に収容した輸液のガス濃度を一定に保つ必要がある
。

（ｅ）第６図に示すように輸液溜め１１とカテーテル１
または測定室５を連結する導管９に中空繊維状、平膜状
あるいはチューブ状のガスを透過する膜を用いる。この
場合例えばシリコン膜やテフロン多孔膜２０を国体２１
内に収賽して国体内に膜な介して輸液室とガス室を形成
し、該ガス室に水で飽和された一定濃度のガスを連続的
に供給するガス分圧平衡装置５２を用いることができる
。第３図（ａ）はガスの入口２６、出口２４及び輸液の
入口２５、出口２６を有する国体２１内にシリコンチュ
ーブ２０を収容し、該中空繊維の両端を輸液の入口、出
口に液密に取着した例であシ、第３図（ｂ）は両端を樹
脂で接着固定し、かつ該接着端に端部な開口を有するシ
リコン製の中空繊維をガスの入口２３及び出口２４を有
する円筒状の国体内に収容し、該国体の両端に輸液入口
２５及び出口２６を有するキャップを取着した例である
。本発明の装置では輸液の量は非常に少なくてよいので
、小型のガス分圧平衡装置で外のガス分圧と等しいガス
分圧を含む輸液を容易に得ることが出来る。

一定の濃度のガスを溶存する輸液を供給する上記（４）
、（Ｉ３）、および（Ｑの方法のうち、申）と（Ｑはい
ずれも測定現場に標準ガスポンベを持ち込む必要があシ
、操作が煩雑となる。（４）の方法では定ガス輸液の量
が減少しても容器が大気圧によって変形縮小するので容
器内のガス分圧は変化しない。そのために測定現場に標
準ガスボンベを持ち込む必要がないのみならず、ガス補
給装置やガス分圧平衡装置を必要としガいので、システ
ムが単純化される。また操作も簡単である。（４）の方
法に用いられる輸液溜め容器はまず第１にガス透過性が
十分小さいことが必要である。この輸液溜め容器中には
工場で定ガス輸液が封入され、その後長期間の保存中に
輸液中のガス濃度が不変であることが必要である。この
ような条件を満足するためには容器としてガス不透過性
の材料を用いることが必要である。第２に輸液溜め容器
は大気圧によって変形可能な程度の可焼性を有している
ことが必要である。同一材料を用いた時、容器の器壁の
厚みを増すとガス透過性は減少するが、可撓性が失なわ
れる。通常の有機高分子材料のみを月いて、可撓性とガ
ス不透過性の両条件を満足する輸液溜めを作ることは困
難である。ポリビニルアルコールやエチレン−ビニルア
ルコール共重合体は高分子材料の中で最もガス透過性の
小さい材料として知られているが、それらの高分子膜を
一つの層とするラミネートフィルムを用いても上記の２
条件を満足する容器を得ることは困難である。例えば４
０μの厚みのエチレン−ビニルアルコール共重合体層を
それぞれの厚みが２００μの２つのポリエチレンの層で
はさんだ３層ラミネートよシ成る容器は大気圧でからう
して変形し得る可撓性を有しているが、それでもこの容
器中に水と共に封入された次酸ガスは３７℃で６０日間
保存の後、封入時の１／１００に減少してしまう。

種々の検討の結果、可撓性とガス不透過性の両条件を満
足する容器の材料としては金属箔と有機高分子膜のラミ
ネートが最も優れていることが明らかとなった。金属と
してはアルミニウム、クロム、ニッケル、銅、モリブデ
ン等各種のものが使用できるが、価格や製造の容易さか
らアルミニウムが好適である。金属箔の厚みとしては０
．０１ないし１００μが好ましい。厚みが０．０１　μ
以下ではガス不透過性が不十分となり、厚みが１００μ
以上では可焼性が不十分になる。このような金属箔は通
常の方法で作られたものでもよいし、蒸着やスパッタリ
ングによってラミネート用の高分子膜上に形成されたも
のでもよい。ラミネートに用いる高分子膜としてはポリ
エチレン、ポリプロピレン、ポリエステル、ポリアミド
、ポリ塩化ビニル等各種のものを用いることができる。

金属と高分子膜のラミネートとしては通常高分子膜／金
属箔／高分子膜の６Ｎ構造のものが用いられる。ラミネ
ート全体の厚みは可焼性を失わないように設計されるべ
きであるが、通常３０ないし１０００μ程度である。

本発明に使用される気体分圧センサーは公知のセンサー
を用いることができる。このセンサーは例えばポーラロ
グラフ式の酸素センサー、セパリングハウス法による炭
酸ガス電極、アンモニア電極等をあげることができる。

患者への侵襲による影響を少くし、かつ逆流させる血液
の量を少なくするだめ、カテーテルまたは／及び測定室
を小型にすることが必要である。そのためセンサーは小
型であればある程好ましい。その意味で、前記ポーラロ
グラフ式酸素センサーやＦＥＴを利用した気体分圧セン
サーが好ましい。特に本願出願人が特開昭５６−２５４
６号で提案したガスセンサーは小型でかつ高精度のため
本発明に用いるセンサーとして好ましいものである。ま
た特定のガス濃度を測定するセンサーだけでなく複数の
ガフセンサー、例えば酸素と炭酸ガスセンサーをカテー
テル内に挿入することもできる。この場合一度に多成分
のガス濃度を同時に測定することが出来適用範囲が広ま
る利点がある。また気体分圧センサーの他に’ｉｔ、　
Ｈａ、　Ｋ”、　Ｏａ””　、　Ｃ４−等（Ｄ　イ：ｋ
　７　電ｆｆｉ、、クルコーヌ、尿素等のセンサーを併
用して使用することも可能である。しかしガスセンサー
は比較電極と一体化して用いられるが、イオンセンサー
等は別に比較電極を設ける必要がある。この場合比較電
極は輸液等の電導性の液によシイオンセンサーと電気的
につながっていればよい。従って比較電極は、輸液の導
管あるいはカテーテル内に設けることができる。センサ
ー部を小型化するためには比較電極をセンサーと一体化
することが好ましい。

またこれらのセンサーのカテーテルへの挿入方法は直接
カテーテル内に挿入されていなくても第１図に示すよう
にカテーテルの後端に連結された測定室内に挿入しても
よい。

本発明の装置においては血液がセンサを収納しているカ
テーテルもしくは測定室内に逆流され、１回の測定が完
了すると血液は輸液によって再び生体中に押し戻される
。この時、センサの表面に血栓が生成するとセンサの応
答速度が遅くなったり、感度が低下したりする。そのた
めに、センサ表面への血栓生成を防止することは本発明
の装置の実用化に際して極めて重要である。本発明者ら
はセンサ表面への血栓生成について詳細な検討をおこな
った結果、センサを収納している測定室の輸液入口と出
口を結ぶペクト／Ｌ／（以下これを輸液流ベクトルと称
す）と気体分圧センサの長軸方向のなす角度（のが０な
いし４５°である時に血栓の生成が少ないことを見出し
た。角度θの定義について図を用いて説明する。第４図
においては２木のセンサ３１がセンサ支持棒ｙの先端に
取シ付けらね測定室容器３３の中に収納されている。３
４は輸液の入口であシボンプおよび輸液バッグに連結さ
れている。３５は輸液の出口であシ患者の血管に至る。

センサ支持棒を測定室容器に固定するだめの栓体である
。第４図において輸液入口Ａと同出口Ｂを結ぶベクトル
ＡＢが輸液流ベクトルであシ、センサの長軸方向はＣＤ
の方向である。この両者のなす角度は図中にθで示され
た角度である。第４図においてθは４５°以下であるこ
とが明らかである。

第５図においては４１はセンサ、４２は測定室容器、４
３と４４はそれぞれ輸液の入口と出口である。この場合
輸液流ベクトルＡＢとセンサの長軸方向ＣＤ９０°に交
叉していることがわかる。本発明者らは測定室容器の構
造や測定室内でのセンサの配置等と血栓の生成のしやす
さについて検討し、その結果輸液もしくは血液の流れる
方向とセンサの長軸方向とのなす角度が血栓生成を支配
する重要な因子であることを見出した。すなわち第６図
のように輸液流ベクトルとセンサの長軸方向とが直交し
ている場合、センサの周囲に最も血栓が生成しやすい。

それに対して第４図のように輸液流ベクトルとセンサの
長軸方向とのなす角度が４５°以下の場合血栓は生成し
にくくなる。

第１図において輸液の導管９及びカテーテル１は公知の
ものを用いることができるが、これらの材質は輸液中の
ガス成分の濃度がセンサー部へ届くまでに変化しないよ
うに、適度のガスバリアー性が必要である。これらの材
質及び管壁の厚さは、測定するガスの種類に応じて選ぶ
ことができるが通常ポリ塩化ビニルチューブ、ナイロン
チューブ、あるいは内厚のシリコンチューブが好適に使
用できる。

気体分圧と同時にイオン等の化学物質を測定する場合に
は、輸液部めとして一定濃度の気体とそれらのイオン種
を含有させておけば、一種の輸液によって多種類のセン
サーの較正をおこなうことができる。センサーの零点の
みを較正するためには輸液の種類としては一種類で十分
であるが、零点と感度の２点較正を必要とする場合には
各成分濃度の異る２種類の輸液を設けて順次別々の輸液
によシセンサーの較正を行うことが必要である。

輸液をカテーテルまたは測定室へ供給する手段としては
通常ポンプを用いる。第１図ではローラーポンプ２２を
用いた例を示している。かかるポンプはローラ６０を偏
心して配置することによシボフグ２２０回転に伴いロー
フ３Ｑの設置された領域では血液の吸引が行われローラ
の設置されていない領域では輸液が行われるため自動的
に測定できる利点がある。またマイクロコンピュータ−
でローラーポンプを適宜正逆方向に回転させてもよい。

本発明の装置において気体分圧センサーを設置する測定
室は一定の温度に保持することが望ましい。通常の気体
分圧センサーやイオンセンサーの感度やゼロ点は温度に
よって敏感に変化する。また血液中の気体の分圧やイオ
ンの活量自身も温度と共に変化する。したがって、通常
血液中の気体分圧やイオン活量は６７℃付近で測定され
る。本装置においても測定室の温度を３７℃付近に保持
して測定をおこなうことが望ましい。そのために測定室
を恒温箱に収納することが望ましい。

以上のように本発明の血液中の気体濃度測定用装置は、 １）血液は測定時のみ吸引され、測定後面管内へもどさ
れるので血液のロスが少ない。

２）通常は輸液がなされているので、センサーへの血栓
の付着がなく安定な測定が可能である。

３）センサーには輸液剤と血液が交互に接触するので、
輸液剤によって較正を行なうことができ、センサーのド
リフトをチェックできる。

４）電気回路が身体に挿入されることがないので安全性
が高い。

があげられ、本発明の装置を用いることによシはじめて
血液損失の少ない安定した血液中の気体成分のモニタリ
ングが可能となったのである。

【図面の簡単な説明】 図は本発明装置の一実施例を示すものであシ、第１図は
本発明装置の一部断面図である。第２図及び第５図は輸
液中のガス分圧を一定にするだめの装置の一例を示す説
明図である。第４図および第５図は測定室内におけるセ
ンサの配置例を示す説明図である。 持許出願人　：、・４、ソ咀咄Ｊ・」 代　理　人　弁理士本多堅 区 （Ｎ Ｃ） 捺 第４図 第５１３

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 血管内に挿入されるカテーテルに連結された測定室内に
   気体分圧センサーを装着し、該測定室と金属箔と有機高
   分子膜のラミネートによって構成され、かつ大気圧によ
   って変形し得る輸液部めとを導管で連結して、該測定室
   内に一定濃度の気体成分を含有する輸液を供給するとと
   もに、該測定室内の輸液を吸引する手段によシ適宜血液
   をカテーテル及び測定室内に吸引して、上記気体分圧セ
   ンサーの少くとも検出部が血液と接触するよう構成した
   ことを特徴とする血液中の気体濃度測定用装置である。