JPS618029A - 血液中の気体濃度監視装置 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は、血液中の気体濃度（または分圧）を測定ない
し監視する装置に関するものである。

さらに詳しく言えば、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監視装
置に関するものである。

（従来の技術） 血液中の気体成分、とくに酸素と次酸ガヌの濃度を知る
ことは生体の呼吸および代謝材能の良否を知るために臨
床上きわめて重要である。

とくに手術中患者、ＩＣＵ収容患者、あるいはＣＣＵ収
容患者で人工呼吸下に置かれている患者においては血液
中の酸素や炭酸ガヌ濃度を連続的に監視することが麻酔
や人工呼吸のコントロールのために強く望まれる。か＼
る血液中の気体濃度の連続的監視装置として最近、たと
えば特開昭５８−７３３４２号に開示されたような酸素
センサ、あるいは特開昭５８−６８６６１号に開示され
たよりな次酸ガスセンサが実用化されてきた。

さて一方において、最近血液を体外回路に取シ出し、該
回路中に設けられた中空糸状気体交換膜の外側に血液を
接触せしめ、内側にモニタガヌを流し、モニタガス中の
酸素濃度を測定することによって血液中の酸素濃度を測
定できる装置が発表された（田村俊世、新医療、１０巻
、煮ｌ０１８３頁（１９８３）　）。

（発明が解決しようとする問題点） これらのセンサの開発によって一応血液中の気体濃度の
連続測定が可能となってきたが、前者の気体濃度監視装
置には以下に列挙するような問題点がある。

（１）センサ自身を血管内に挿入するためにセンサを滅
菌することが必要であシ、かつセンサを使い捨てとする
必要があった。これはきわめて不経済と言わざるを得な
い。

（２）センサをひとたび血管内に留置すると、標準溶液
でセンサの校正をおこなうことが不可能である。しかし
通常いかなるセンサも零点や感度が経時変化（ドリフト
）するために、畏時間の連続測定が不可能であった。

（３）　　センサを直接血管内に留置する場合、生体の
侵襲度をできる限シ小さくするためにセンサ自身を！径
化することが不可欠である。現在酸素センサ、炭酸ガス
センサそれぞれは細径化に成功しているが、この両者を
複合化した場合軸径化がきわめて困難である。

一方後者の方式はセンサが血液と直接接触することがな
いので上記の第１の問題点は解決される。またセンサは
体外に設置されるので必要に応じて校正を行なうことも
可能であるので第２の問題点も解消する。さらに酸素と
炭酸ガスの両者を同時に測定することも可能と思われる
。しかし、この方法には無視し得ない重大な欠点が存在
する。それは気体濃度測定のためにわざわざ血液を体外
の回路に取シ出さねばならないことである。したがって
、この方法は人工心肺とが人工透析の体外循環回路の血
液〃ヌの監視〈は使用できるかも知れないが、体外循環
回路を必要としない大多数の通常の重症患者の血液ガス
の監視に使用するには余シにも患者への負担が大きすぎ
る。

以上のどとぐ、血液中の気体濃度の連続監視を目的とす
る公知の装置はそれぞれ問題点を有し、広く臨床に用い
られるに到っていないように思われる。

（問題点を解決するための手段） 本発明者らは従来の血液ガス監視装置の問題点を解消し
、実用性の高い方式について鋭意研究の結果本発明に到
った。本発明の最大の特徴はガス交換機能を有し、かつ
血管内に挿入可能なカテーテ／Ｌ／（以下これをガス交
換カテーテルと称す）を用いることにある。

（作　用） 血管内に挿入されるカテーテルの内側にバ一定の濃度の
気体成分を含有するキャリヤ溶液が一定の流速で流され
、カテーテル最外部にある気体透過性膜を介してカテー
テル外部を流れる血液とガス交換を行なう。ガス交換後
のキャリヤ溶液は体外に設置された測定室に導かれ、キ
ャリヤ溶液中の気体濃度もしくはそれと相関関係を有す
る化学成分が測定され、それによって間接的に血液中の
気体濃度の測定がなされるというものである。このよう
なガス交換カテーテルを用いることによシ、患者の血液
を体外の回路に取シ出すことなく、血液ガスの連続監視
が可能となる。

（実施例） 次に本発明装置の基本構成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まずガス交換カテー
テ！ｖ１、キャリヤ溶液の注液装置８、測定室９、セン
サ１０、導管６と７、および必要に応じてコック１５と
１６を主たる構成要素とする。まずガス交換カテーテル
１は内管２とガス交換膜から成る外管３、ガス交換能の
ない管体４、および該カテーテル留置針等に接続するた
めに使われるストッパー５より成る。ガス交換能のない
管体４は、ガス交換可能部（この場合はカテーテル先端
部）の膜面積を一定とするために設けられる。注液装置
８はキャリヤ溶液１７を一定流速でガス交換カテーテル
中に送入する。測定室９にはセンサ１０が設置される。

１１はコネクタ、１３はリード線、１４はコネクタのピ
ンで、これがモニタに接続される。１５と１６はキャリ
ヤ溶液の流路を変更するだめのコックである。通常の測
定の場合コック１５は開、１６は閉とされ、キャリヤ溶
液は注入装置からコック１５、導管６を経てガス交換カ
テーテルの内管２の内側へ送入され、内管２の外側で血
液とガス交換を行なった後導管７を経て測定室９に送入
され、廃液口によシ廃棄される。一方センサの校正をす
る時にはコック１５を閉、１６を開としキャリヤ溶液を
注入装置８から直接測定室９に送入する。

次に本発明装置の詳細について各構成要素ごとに説明す
る。まずガス交換カテーテルについて説明する。ガス交
換カテーテルの形としてはいくつかの形が考えられるが
、ｔＪ１図に示した二重管構造が最も実用的であると考
えられる。

ガス交換カテーテルの外径（第１図ではガス不透過性膜
４の部分の外径）は１．０謔以下、好ましくは０．６ｍ
以下であることが望ましい。これ以上太くなると血管内
へ留置する時の患者の苦痛が大きくなシすぎる。ガス交
換カテーテルの最も重要な部分は気体透過性膜３である
。まず該膜は当然のことながら気体透過能の高い素材よ
り成るものでなければならない。最も好ましい素材はシ
リコーンゴム均質膜であるが、多孔性のポリプロピレン
、多孔性テフロン等の疎水性多孔性膜でもかまわない。

膜の厚みとしては１０μ霞から１００μｍ程度が望まし
い。膜厚がこの範囲以上になると気体透過能が低下する
し、カテーテル全体の外径が太くなるので好ましくない
。厚みが１０μｍ以下になると、膜の機械的強度が不十
分となシ、またビンボールが生成しやすくなるので好ま
しくない。気体透過性膜管体部分３の長さとしては臨床
的には短いほど好ましいが、あまシ短かすぎるとガス交
換に有効な膜面積が不十分となるので実用的には】ｃｌ
Ｋから５ａ程度が好ましい。ガス交換カテーテルの内管
２はキャリヤ溶液をカテーテルの先端部まで送入する管
体とし、ての働きと同時に、カテーテルの形状を保持す
るだめの芯管としての働きも有しているので、ある程度
の剛直性を有していることが必要である。たとえば７．
７−ンレヌ、ポリプロピレン、テフロン、ポリカーボネ
ート、ポリエチレン等の管体が用いられる。内管２の肉
厚は上記の剛直性を失わない範囲で薄ければ薄いほど好
ましい。この肉厚が薄いほどキャリヤ溶液の流路の体積
を大きくすることができ、それだけキャリヤ溶液のカテ
ーテル内滞留時１間、したがって気体透過膜との接触時
間を長くすることができ、それによってよシ平衡に近い
ガス交換を行なうことが可能である。実用的には内管の
肉厚としては１０μｍから１００μｍが好ましい。気体
不透過性管体４は可能な限シ肉薄で、かつ気体透過能の
低いものであることが必要である。材質としてはポリエ
チレン、ポリプロピレン、テフロン、ポリ塩化ビニル１
ナイロン、ホリビニルアルコール、エチレン−ビニルア
ルコール共重合体、酢酸セルロース等の高分子材料（非
多孔性）、あるいはアルミニウムの蒸着膜等の金属薄膜
が用いられる。

次に注液装置については第１図の８に示したような注射
器が一つの例である。この場合には計器の代シにローラ
ポンプを用いるととも可能である。注液速度はガス交換
カテーテμの太さや長さによって変るが大体０．１〜５
　、Ｉｌ／ｂｒ　と微量である。しかも注液速度の時間
的変動は測定値に誤差をもたらすので、±１０％以内に
おさめることが必要である。

キャリヤ溶液の導管６と７は次の条件を満足することが
必要である。まず第１に気体透過能が低いこと、第２に
可能な限シ内容積が小さいことである。キャリヤ溶液と
外部雰囲気とのガス交換はカテーテルのガス交換膜３０
部分のみで行われ、その他の流路途中で行われてはなら
ない。またキャリヤ溶液の導管の内容積は小さいほどす
みやかな応答が得られる。したがって、導管の材質とし
てはポリエチレン、ポリプロピレン、テフロン、ポリ塩
化ビニル、ナイロン、ポリビニルアルコール、エチレン
−ビニルアルコール共重合体、酢酸セルロース等の気体
透過能の低いものが用いられ、その内径としては０．５
ｗｎ以下が望ましい。

同様の条件は測定室９についても要求される。

すなわち測定室もガス透過能の低い材質で作られ、かつ
キャリヤ溶液の流路容積が小さくなるような形であるこ
とが必要である。測定室９は必要に応じて恒温ボックス
中に収納される。センサ１０としては測定対象気体の種
類に応じて各種のものが用いられる。例えば酸素に対し
てはポーラロ方式の酸素電極（分離電極タイプおよびＣ
１ａｒｋ電極タイプ）、質量分析装置、光フアイバ方式
酸素センサ等が、炭酸ガスセンサに対してはＳｅｖｅｒ
ｉｎｇｈａｕｓ型ＰＣＯ２七ンサ、赤外線方式炭酸ガヌ
センサ、質量分析装置、光ファイバ方式炭酸ガヌセンサ
、あるいは後述のｐＨセンサ（重度酸イオン含有キャリ
ヤ溶液と組み合わせる）等が、アンモニアに対してはア
ンモニアガス電［、ｐＨセンサ（アンモニウムイオン含
有キャリヤ溶液と組み合わせ）等が用いられる。

臨床医学の分野で最もモニタリングの必要性の高い血液
ガスは酸素と炭酸ガスである。そこでこれらの血液ガヌ
のモニタリングについてよシ詳細な説明をする。壕ず血
液中の炭酸ガスをモニタリングする方法としては大別し
て２つの方法が挙げられる。第１の方法は、キャリヤ溶
液として例えば一定の疾酸ガスを溶存する生理食塩水を
用い、センサとして例えばＳｅｖｅｒｉｎｇｈａｕｓ型
炭酸ガスセンサを用い石炭酸ガスセンサ２の方法はキャ
リヤ溶液として一定濃度の重炭酸イオンと塩素イオン、
および炭酸ガスを含有す、る溶液を用い、センサとして
ｐＨセンサを用いる方法である。このうち第２の方法は
キャリヤ溶液のｐＨが下式によって示されるごとく、液
中の炭酸ガス濃度に応じて変化することを利用するもＣ
Ｏ２十Ｈ２０＝＝ＨＣＯ３−＋　Ｈ”のである。すなわ
ちキャリヤ溶液中に炭酸ガスが増加するとｐＨが低下す
るので、逆にキャリヤ溶液のｐＨを測定することによっ
て炭酸ガス濃度を計測することができる。これはＳｅｖ
ｅｒｉｎｇｈａｕｓ型次酸ガヌセンサと同一の原理に基
づく方法と言える。すなわち、この場合重炭酸イオンは
炭酸ガス濃度の変化によるｐＨの変化を大きくするため
に用いられ、また塩素イオンはｐＨセンサの比較電極（
例えば液絡式Ａｇ／Ａｇ　（Ｊ　［極）の電位を一室に
保つために用いられる。一般に Ｓｅｖｅｒｉｎｇｈａｕｓ型次酸ガヌセンサの応答はｐ
Ｈセンサの応答に比べておそいので、早い応答を得るた
めには第２の方法を用いることが望ましい。次に酸素の
測定について述べる。酸素の測定のために用いるキャリ
ヤ溶液は一定濃度の酸素を含有する溶液であればよい。

センサとしては上に述べた分離電極タイプおよびＣ１ａ
ｒｋ電極タイプの酸素電極が実用的であるが、一般的に
前者の方が応答が早いので、早い応答が要求される場合
には分離電極タイプの酸素電極を用いることが望ましい
。

１つのガス交換カテーテμを用いて酸素と炭酸ガスの両
者を同時に測定することも可能である。その場合にもい
くつかの方式が考えられるが、早い応答が要求される場
合には次の方法を用いることが望ましい。まずキャリヤ
溶液としては重炭酸イオン、塩素イオン、炭酸ガヌ、お
よび酸素を含有する水溶液を用いるセンサとしてはｐＨ
センサおよび分離電極タイプの酸素電極を用いる。キャ
リヤ溶液中の重炭酸イオンの濃度は通常０．ＯＩＭから
０．５Ｍ、塩素イオンの濃度としては０．ＯＩＭから３
Ｍが望ましい。またキャリヤ溶液中の炭酸ガス分圧とし
ては１０から１００闘Ｈｇ好ましくは３０男・ら６０謔
Ｈｙが望ましい。キャリヤ溶液中の酸素分圧としては１
０から３００　ｗｎＨｙ、好ましくは１００から２００
＋＋＋ｍ４が望ましい。センサｉｏとしてはできる限シ
小型のｐＨ−酸素複合電極を用いることが必要である。

そのために、ｐＨセンサとして電界効果トランジスタ型
ｐＨセンサを、ＰＨセンサ用の比較電極としてＡｇ／Ａ
ｇＣ１型液絡式比較電極もしくはＡｇ／ＡｇＣ１線その
ものを、また酸素電極として分離電極タイプのものを用
い、これらの電極を可能な限り小型に複合化することが
望ましい。上記の電極のうちｐＨセンサ用の比較電極と
酸素電極の陽極は必ずしも測定室９の中に収納されてい
る必要はなく、キャリヤ浴液によって電極本体と液絡さ
れている他の場所、たとえば廃液口１２の下流側に設置
されていてもかまわない。ｐＨセンサ本体と酸素電極の
陰極は測定室９内の互いＫできる限シ接近した位置に設
置されることが望ましい。

（発明の効果） 以上の説明で明らかなごとく、本発明は従来技術のごと
く血液を体外に取り出すのではなく、キャリヤ溶液を逆
に体内に送入して生体情報を取シ出そ、うというもので
ある。本発明の装置は次に述べるよう碌数多くの利点を
有し、実用的見地からみて極めてユニークで、かつ優れ
たものである。

（１）　ガフ交換カテーテルは容易に滅菌でき、かつ極
めて安価であるので、センサを直接血管に入れる方式に
比して血液ガスの連続監視を安価に行なうことができる
。

（２）血液を体外に取シ出さないので大規模な体外循環
回路を必要としない。そのために経済的であるのはもち
ろんのこと貴重な血液をロスすることが多く、血栓防止
のために投与されるヘパリンの量も微量でよいが、場合
によっては投与する必要もない。

（３）　　センサは体外に設置されるので使い捨てでは
ない。また校正も可能で、さらにサイズの制約もゆるい
ので複合化が容易である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の装置の構成を例示する断面図である。 １・・・・ガス交換カテーテル、２・・・・　内管、３
−・・−ガス交換膜、４・・・・・・・・ガス不透過性
膜、５−・・栓体、６．７・・・・・・・・キャリヤ溶
液導管、８・・・・・・・キャリヤ溶液注入装置、９　
・・・・・・測定室、１０　・・・・センサ、１１・・
・・コネクタ、１２・・・・・・・廃液口、１３・・・
・・・・リード線、１４・・・・・・・コネクタピン、
１５．１６・・山・・コック１７・・・・キャリヤ溶液
、１８　・　血　管特許出願人　株式会社　り　ラ　し 代　理　人弁理士本多　堅 第１図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 先端部が閉そくされ、内部にキャリヤ溶液用の往路と復
   路とを有し、かつ最外部の少くとも一部分が気体透過性
   膜より成る血管内に挿入される管体の往路側に導管で連
   結された注液装置によつて、該管体内に一定濃度の特定
   気体成分を含有するキャリヤ溶液を供給し、血液と気体
   透過膜を介して気体交換せしめたキャリヤ溶液を、該管
   体の復路側に導管で連結された測定室内に導き、該測定
   室内にキャリヤ溶液中の特定気体の濃度に応じて変化す
   る化学種に対するセンサを設けたことを特徴とする血液
   中の気体濃度監視装置。