JPS6157772B2 - - Google Patents

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JPS6157772B2
JPS6157772B2 JP55057597A JP5759780A JPS6157772B2 JP S6157772 B2 JPS6157772 B2 JP S6157772B2 JP 55057597 A JP55057597 A JP 55057597A JP 5759780 A JP5759780 A JP 5759780A JP S6157772 B2 JPS6157772 B2 JP S6157772B2
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JP
Japan
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carbon dioxide
electrode
glass electrode
preamplifier
sensor
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JP55057597A
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JPS56152639A (en
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Junichi Hiramoto
Tamotsu Fukai
Shinichi Ookawa
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Sumitomo Electric Industries Ltd
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Sumitomo Electric Industries Ltd
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Publication date
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Priority to AU69967/81A priority patent/AU546505B2/en
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Priority to EP19810301887 priority patent/EP0039243B1/en
Priority to CA000376538A priority patent/CA1154091A/en
Priority to DE8181301887T priority patent/DE3172480D1/de
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    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
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    • A61B5/145Measuring characteristics of blood in vivo, e.g. gas concentration, pH value; Measuring characteristics of body fluids or tissues, e.g. interstitial fluid, cerebral tissue
    • A61B5/1491Heated applicators
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    • A61B5/1477Measuring characteristics of blood in vivo, e.g. gas concentration, pH value; Measuring characteristics of body fluids or tissues, e.g. interstitial fluid, cerebral tissue using chemical or electrochemical methods, e.g. by polarographic means non-invasive

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Description

【発明の詳細な説明】
本発明は組織内又は血液中の炭酸ガスの濃度
(又は分圧)を経皮的に測定する電極装置に関す
るものである。血液中の炭酸ガス濃度を知ること
は、生体の呼吸及び代謝機能の良否並びに血液中
のPH濃度の近似値を知るための臨床検査において
極めて重要である。従来、血液中の炭酸ガスの濃
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つて直接測定する方法が
主として用いられているが、この方法では経時的
連続測定が不可能であることと患者に苦痛を与え
ることが問題であつた。特に、未熟児・新生児の
場合には採血による侵襲が大きいため実施に著し
い困難を伴なつた。 経皮的電極方式は、上記の直接方法とは異なり
血液から組織を通じて拡散された炭酸ガスを皮膚
面で捕捉し、患者に苦痛を与えることなく、経時
的に連続測定が出来るものである。 従来、経皮血中炭酸ガスセンサーとしては、皮
膚から拡散してくる炭酸ガスを炭酸ガス透過性の
薄膜を通して炭酸ガス分圧に応じてPHの変化する
電解液中に平衡溶解させ、該PHの変化をガラス電
極と外部比較電極の電位差として検出し測定して
いる。 第1図は従来用いられている経皮的血中炭酸ガ
スセンサーの断面構造を示したものである。 第1図について説明すると、PH応答性ガラス薄
膜1を底部に接合した絶縁性ガラス支持管2の内
部に緩衝液3及び内部電極4を封入したガラス電
極及び銀・塩化銀電極等よりなる外部比較電極5
の電位差をリード線6,7で読み取る構造となつ
ている。 この方法はPH応答性ガラス薄膜1のインピーダ
ンスが一般のガラス電極でも108Ω程度あり、経
皮血中炭酸ガスセンサーの様に微少ガラスを使用
する場合109Ω〜1010Ωに及ぶ。 このためリード線部で静電結合、電磁誘導など
にもとづくノイズをひろい易い欠点がある。 第2図には上記欠点を除去すべく一般に試みら
れている方法を示す。改良された経皮的血中炭酸
ガスセンサーの断面構造図を示す。 PH応答性ガラス薄膜21を底部に接合した絶縁
性ガラス電極支持管22の内部に緩衝液23及び
内部電極24を封入したガラス電極の電位読取り
用リード線26にセンサーに内蔵したプリアンプ
27を接続し、プリアンプのインピーダンス変換
機能により低インピーダンス化して計測部接続用
リード線28にガラス電極電位を送り出してい
る。 皮膚及び電極部を加熱恒温化するための発熱体
30及び感熱体31により、必要に応じて皮膚及
び電極部を加熱恒温化する様になつている。 しかしながらプリアンプを内蔵した第2図に示
すセンサーの場合でもなお、 (i) プリアンプを内蔵するためにセンサーが大き
くなる。このため未熟児・新生児に使用する場
合体表面に装着する平面部位がない。 (ii) ガラス電極からプリアンプまでのリード線部
は高インピーダンスのため、この部分からノイ
ズをひろう。 (iii) ガラス電極からプリアンプまでのリード線部
をシールドするために特別にシールドを設けな
ければならない。 (iv) 患者の姿勢の変化により、センサーが横転あ
るいは倒立した場合、ガラス電極内の緩衝液が
移動して液切れを起し、センサーとしての働き
が失なわれる。 (v) 寒冷地で保管あるいは輸送する場合、緩衝液
が凍結してガラス電極が破損する。 (vi) 経皮測定時にセンサーを加熱するとガラス電
極部の温度分布により、緩衝液の蒸発・結露な
どによつて、緩衝液組成が局所的に変化するこ
とにより測定値に異常が出る。 (vii) ガラス電極内緩衝液リークにより絶縁不良を
起し易い。 (viii) PH応答性ガラス薄膜が破損し易い。 (ix) 加熱体による加熱は皮膚及び電極部分の加熱
恒温化を目的としているためガラス電極外部に
設置されたプリアンプの恒温化には十分機能せ
ず、プリアンプの温度が変化することによる出
力電圧のドリフトに基づくセンサーの測定精度
低下が生じる。 などの欠点がある。 本発明は前記従来の欠点を除去すべくなされた
ものであつて、その構造を第3図に示す。 以下第3図により本発明につき説明する。 PH応答性ガラス薄膜41を底部に接合した絶縁
性ガラス電極支持管42の内部底面に導電性固体
膜43を形成し、該ガラス電極支持管42内にプ
リアンプ44を設置し、PH応答性ガラス薄膜41
に生じた起電力を導電性固体膜43及び電位読取
り用リード線45により、プリアンプに導き、プ
リアンプ44で低インピーダンス出力に変換した
後、計測部接続用リード線46に送出する。 外部比較電極47はガラス電極を包囲する形に
設置し、この外部比較電極の電位は比較電極リー
ド線48によつて取り出した。発熱体50及び感
熱体51は従来と同様に設置した。 この様に、本発明によるセンサーは (イ) プリアンプがガラス電極内に収容されている
ため、センサーが小型に出来、未熟児・新生児
に使用する場合など体表面の平面部分が小面積
の場合でも装着が容易に出来る。 (ロ) プリアンプが外部比較電極47で包囲された
ガラス電極内に設置されているため外部比較電
極が外部電磁界のシールドの役割をはたすため
静電結合、電磁誘導によるノイズを受けない。 (ハ) プリアンプが加熱恒温化の対象物であるガラ
ス電極内に設置されているため、温度変化が従
来に比較し、きわめて少く、プリアンプのゲイ
ン、オフセツトのドリフトがきわめて小さくな
る。 (ニ) 患者の姿勢によりセンサーが横転あるいは倒
立してもガラス電極内部に液体が存在しないた
めセンサーとしての機能を損うことがない。 (ホ) 感冷地でガラス電極内緩衝液の凍結によるガ
ラス電極破損のおそれが全くない。 (ヘ) ガラス電極内緩衝液のリークによる絶縁低下
などが発生する恐れがない。 (ト) ガラス電極内が固体で充填されているので、
PH応答性ガラス薄膜の機械強度が増し、破損し
難くなる。 など従来法の欠点を改良している。 以下具体例につき説明する。 実験に使用されたPH応答性ガラス薄膜41とし
てLiO225モル%、BaO8モル%、SiO267モル%の
組成の厚さ120μmのものを用い、外径6mm、内
径5mm、高さ8mmの高絶縁性エポキシ樹脂よりな
るガラス電極支持管42にシリコーン接着剤を用
いて接合し、その内側底面に、真空蒸着法により
銀を70μm蒸着し導電性固体膜43とした。 プリアンプ44として金属ケース型MOS型
FETを用い(直径4mm×高さ4mmのものを用い
た)導電性固体膜43とプリアンプのリード線4
5は銀粉入り導電性エポキシ接着剤により接合し
た。 ガラス電極内部のプリアンプ、リード線を除く
空間部49には常温硬化型のシリコーンゴムコン
パウンドを充填し、機械強度の増大及び絶縁性能
の増強を計つた。 プリアンプの回路は第4図に示すものとし、プ
リアンプ44はMOS型FET53から構成され
る。シールドのためプリアンプのケースは外部比
較電極と接続した。 以上の結果、従来法として第1図に示すセンサ
ー(以下従来法―1と表示)及び従来法として第
2図に示すセンサー(以下従来法―2と表示)及
び本発明による上記実験例に示したセンサーの性
能比較表を第1表に示す。
【表】 比較実験は経皮的血中炭酸ガスセンサーの前述
以外の部分例えば第1図で8、第2図で29、第
3図59で示す高分子膜としてポリ四弗化エチレ
ンの13μmのものを共通して用い、該高分子膜と
ガラス電極の間に保持される電解液として0.005
モルNaHCO3と0.02モルのNaClを含む水溶液を共
通に用い、ガラス電極と高分子膜との間にはこれ
も共通して40μm厚のレンズペーパー製スペーサ
ーを挿入した。 センサーの加熱温度も43.5℃で同一にして比較
実験を行つた。 第1表で明らかな様に本発明による経皮的血中
炭酸ガスセンサーはプリアンプを内蔵しない従来
法センサーとは、ノイズレベルの点でははるかに
有利であり、又プリアンプを内蔵した従来法やセ
ンサーに較べてドリフトが非常に小さく、又ノイ
ズレベルも小さくなつている。 又、本発明による経皮的血中炭酸ガスセンサー
はガラス電極内に緩衝液を含んでいないため第1
表の小児の測定値に見る如く、運動激しくセンサ
ーの姿勢が大きく変化する場合でも安定して測定
出来、本発明によれば、非侵襲であり、かつ経時
的な測定をなし得るという経皮計測の優れた利点
を維持しつつ、さらに従来の経皮的血中炭酸ガス
センサーに付随した電磁気的ノイズの問題、ドリ
フトの問題を解決するとともにセンサーの姿勢変
化に伴う測定不能の問題をも解決出来る。 なお上記は導電性固体膜として銀蒸着膜を用い
た例を示したが、この他に銀粉入り導電性塗料を
用いても全く同様に導電性固体膜が形成可能であ
り、又ガラス電極支持管として高絶縁性エポキシ
樹脂を用いる例を示したが、これ以外にガラス、
セラミツクなどの絶縁体も勿論使用可能である。
【図面の簡単な説明】
第1図は経皮的血中炭酸ガスセンサーのプリア
ンプ非内蔵型の従来品の説明図であり、第2図は
経皮的血中炭酸ガスセンサーのプリアンプ内蔵型
の従来品の説明図であり、第3図は本発明による
経皮的血中炭酸ガスセンサーの構造説明図であ
り、第4図は電位差測定回路の説明図である。 1,21,41……PH応答性ガラス薄膜、3,
23……緩衝液、4,24……内部電極、43…
…導電性固体膜、27,44,53……プリアン
プ、5,25,47……外部比較電極、54……
センサー、55……計測部、56……リード線。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 炭酸ガス透過性の高分子膜を患者の皮膚上に
    設置し、当該高分子膜の皮膚と対向する側に電解
    質溶液を保持し、皮膚より炭酸ガスが高分子膜を
    通して電解質溶液中に拡散平衡し血中炭酸ガス分
    圧の変化に応じて、電解質溶液のPHが変化し、こ
    のPH変化をガラス電極及び外部比較電極の電位差
    として検出する経皮的血中炭酸ガスセンサーにお
    いて、PH応答性ガラス薄膜を底部に有するガラス
    電極支持管の内部底面に導電性固体膜を形成して
    なるガラス電極内部にプリアンプを設置し外部比
    較電極をガラス電極をとりまく様に設置したこと
    を特徴とする経皮的血中炭酸ガスセンサー。
JP5759780A 1980-04-29 1980-04-29 Sensor for measuring carbon dioxide gas in blood through skin Granted JPS56152639A (en)

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JP5759780A JPS56152639A (en) 1980-04-29 1980-04-29 Sensor for measuring carbon dioxide gas in blood through skin
DK189081A DK159838C (da) 1980-04-29 1981-04-28 Transkutan carbondioxidmaaleenhed
US06/258,628 US4458685A (en) 1980-04-29 1981-04-29 Transcutaneous carbon dioxide measurement electrode assembly
AU69967/81A AU546505B2 (en) 1980-04-29 1981-04-29 Transcutaneous co2 measuring sensor
CA000376480A CA1153794A (en) 1980-04-29 1981-04-29 Transcutaneous carbon dioxide measuring sensor
EP19810301887 EP0039243B1 (en) 1980-04-29 1981-04-29 Transcutaneous carbon dioxide measuring assembly
CA000376538A CA1154091A (en) 1980-04-29 1981-04-29 Transcutaneous carbon dioxide measurement electrode assembly
DE8181301887T DE3172480D1 (en) 1980-04-29 1981-04-29 Transcutaneous carbon dioxide measuring assembly

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JP5759780A JPS56152639A (en) 1980-04-29 1980-04-29 Sensor for measuring carbon dioxide gas in blood through skin

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JPS56152639A JPS56152639A (en) 1981-11-26
JPS6157772B2 true JPS6157772B2 (ja) 1986-12-08

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JPS56152639A (en) 1981-11-26
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CA1154091A (en) 1983-09-20

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