JPS62243533A - 血流計測装置 - 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） 本発明は経皮的血中ガスセンサ、例えば酸素センサや炭
酸ガスセンサに適宜被覆して、血中ガスセンサとともに
局部循環血液量をも経皮的に測定する血流計測装置に関
する６のである。

（従来の技術） 従来より、加熱体で被験苔の皮膚表面を加熱しながら皮
下組織の毛細血管中の酸素濃度あるいは炭酸ガス濃度を
測定する一方で、上記加熱体を皮下の血流による冷却効
果に抗して一定温度に保持し、そのときに必要な加熱電
力を測定することにより血流量を測定することが知られ
ている。（特開昭５５−８８７５０号） （発明が解決しようとする問題点） ところが、上記測定装置で血流量を測定する場合、皮膚
表面を加熱する加熱体の冷却要因には、測定対象である
局部循環血流量のほかに、（イ）加熱体装着部付近の人
体組織への静的熱伝導による放熱、 （ロ）加熱体全体から空気中への放熱、（）→加熱体と
計測部とを接続するセンサリード線から突気中への放熱 があり、これら３つの放熱による冷却効果が測定誤差と
なる。

このうち、（イ）の静的熱伝導は個人差および測定部位
による差が小さく、末梢部位では結搾による血流停止で
その値を知ることができるので、補償が容易である。こ
れに対し、（ロ）、（ハ）の加熱体およびセンサリード
線から空気中への放熱は、室内の温度や、空気の流動に
より変動するので、補償が容易でない。

（問題点を解決するための手段） 本発明首らは、種々の考察および実験の結果、加熱体を
覆う断熱カバーの外表面の温度と、加熱体を一定温度に
保持するための加熱電力とが比例関係（線形）にある事
実を見い出した。

この発明は、上記事実に基づいてなされたもので、市販
の経皮的血中酸素または炭酸ガスセンサの加熱体を利用
し、該センサを覆う着脱自在の断熱カバーを設け、該断
面カバーの外表面の温度を検出し、上記断熱カバーの温
度に対するセンサの加熱体の加熱電力を外部同期入力回
路から入力し入力された加熱電力と、カバー温度とから
、カバー温度に関して線形の演算式に基づいて上記加熱
電力の部間補償を行なうことにより、加熱電力のうち血
流により奪われる熱量を供給する血流加熱電力を算出し
、これによって、血流量を測定するように構成している
。

（作　　用） 上記構成によれば、血流量測定の際の３つの誤差要因、
つまり、（イ）加熱体装着部付近の人体組織への静的熱
伝導による放熱、（ロ）加熱体から空気中への放熱、お
よび（ハ）加熱体と計測部とを接続するセンサリード線
から空気中への放熱による測定誤差が、すべて補償され
るので、正確な血流加熱電力、つまり血流量が得られる
。また、ガスセンサの加熱体を利用するため断熱カバー
と断面カバーの温度検出素子を用意すればよく加熱装置
が不要になる。しかも、血流加熱電力の計測部は、単純
な演算回路の組合せにより構成できるため、この回路に
設けた外部同期入力回路から加熱電力を入力すれば容易
に血流量を測定できる。

（実施　例） 以下、この発明の実施例を図面にしたがって説明する。

焦 第１図は血中酸素センサに断面カバー２９を被覆した装
置の断面図である。同図において、１１は被験者の皮膚
表面１２に接触する酸素透過性の電極膜で、この電極膜
１１に、ＫＣＩを主体とする電解液１３が含浸されてい
る。上記電解液１３に接触して、はぼ円柱状の陰極１４
と、はぼ円筒状の陽極１５とが配置されており、両極１
４．１５の間は、合成樹脂のような電気絶縁物１６によ
り仕切られている。上記陰極１４は、たとえば金または
白金からなり、陽極１５は、たとえば銀からなる。両極
１４．１５には、それぞれリード線２５Ｂ、２５ｂが接
続されでいる。

１７は被験者の皮膚表面１２を加熱するための加熱体で
、銀、銅、アルミニウム、またはこれらの合金のような
熱伝導性に優れた材料からなる加温部材１８を有し、こ
の加温部材１８の外周の溝２０に、加温部材１８を加熱
するための電熱線からなる加熱コイル１９が巻装されて
いる。この加熱スイル１９には、リード線２５０が接続
されている。まｔ、上記加温部材１８の上部には、加温
部材１８の温度を検出する温度検出素子２２が装着され
ている。この温度検出素子２２番ζはリード線２５ｄが
接続されている。上記リード線の他端は計測部５０に接
続されている。

上記陰極１４、陽極１５、電気絶縁物１６、加熱体１７
、温度検出素子２２、およびそれらのリード線２５ａ−
ｗｄは、外形を整えるために、エポキシ系またはテフロ
ン等からなる整形体２６でモールドされて、一体の酸素
センサ２７を形成している。ここで、上記陰極１４、陽
極１５．電気絶縁物１６および加熱体１７は、互いの間
に若干の隙間を有した状態でモールドされている。２８
は電極膜１１を固定するためのリング状の電極膜ホルダ
で、上記整形体２６の下部に嵌合されている。

加熱体１７からの熱は、陰極１４および陽極１５を介し
て皮膚表面１２に加えられるようになっている。本発明
装置は上記酸素センサ２７の皮膚加熱面２７ａ（陰極１
４および陽極１５の下面）と、電極膜ホルダ２８とを残
して、他の部分を着脱自在の断熱カバー２９で覆ってい
る。上記断熱カバー２９は、酸素センサ２７からの放熱
を抑制するためのものであるから、上記電極膜ホルダ２
８を覆ってもよく、要するに、酸素センサ２７の少なく
とも皮膚加熱面２７Ｂを残して、他の部分を覆うもので
あればよい。

上記断熱カバーはポリウレタン、ポリスチロール、ポリ
エチレン、ゴム等の高分子材料よりなる発泡体、または
メタル磁器等の発泡体よりなり、センサの側面および上
端面を被覆するように構成され、その表面は塩化ビニー
ル、Ａ、　Ｂ　Ｓ、ポリウレタン、セラミック等の薄膜
で保護されている。

断熱カバーは市販の各センサに使用できるように複数ケ
用意しておくことが好ましい。断熱カバー２９と酸素セ
ンサ２７との間には、断熱効果を向上させるために空気
層３０を設けることが好ましい。上記断熱カバー２９は
、はぼ円筒形であり、その上面に、断熱カバー２９の外
表面の温度を検出する温度検出素子３２が装着されてい
る。２５ｅは、温度検出素子３２と計測部３３とを接続
するリード線である。

上記各温度検出素子２２．３２は、サーミスタまたは白
金抵抗体等からなる。測定時には、皮膚加熱面２７ａを
除いて、薄い両面接着テープ３７を張り付けて皮膚表面
１２に装着された酸素センサ２７を断面カバー２９で被
覆する。

つぎに、この発明の特徴である局部循環血流量の測定原
理について説明する。

まず、第１図の断熱カバー２９を被覆した酸素センサ２
７を恒温槽の中に入れ、加温部材１８の温度、つまり加
熱体１７の温度を、４３°Ｃ１４４°Ｃのそれぞれに保
ち、恒温槽の温度を変化させたとき、つまり周囲温度を
変化させたときの加熱体１７の加熱に必要な加熱電力を
測定した。その結果を第２図に示す。

同図より、周囲温度と加熱電力との間には直線関係があ
り一加熱体１７の設定温度が変化しても、勾配は同じで
、平行移動することがわかる。これは、一般に、高温体
（センサ）から低温体（周囲の空気）への熱伝達の量は
、両番の温度差に比例することから、容易に理解できる
。

つづいて、同一のセンナを手のひらに装着して恒温槽の
中に入れ、加熱体１７を４３℃に保って一恒温槽の温度
、つまり周囲温度を変化させ、そのときの断熱カバー２
９の温度と、定常血流状態および止血状態の加熱電力と
の関係を調べた。その結果を第３図に示す。

同図より一加熱電力とカバー温度とが直線関係にあるこ
とがわかる。この事実が、この発明の重要な基礎である
。

上記直線関係が得らｒしたのは、第２図の結果と合せて
考えて、断熱カバー２９の温度と周囲ｍ度とが比例関係
にある之めと考えられる。このような加熱ｔカとカバー
温度とが比例直線関係にあるセンナを用いて、断熱カバ
ー２９の温度を測定すれば、放熱による測定誤差を容易
に修正でさることになる。

そこで、加熱体１７を一定温度に保つための加熱電力を
Ｈとすると、Ｈは次式で表わされる。

Ｈ＝−ＡＴ＋Ｂ＋Ｈ（ｆｌ　　　　　　　　　　・・・
（１）へ二加熱電力の温度係数 Ｂ：温度Ｏ℃での空気中への放熱量 ■げ）：血流加熱電力 ここで、上記Ａは、カバー温度に対する加熱電力の変化
率を示す感度に相当するものであり、その大きさは、人
体における加温部材装着部位の相違、および加温部材装
着部位近の人体組織への静的熱伝導による放熱量の個人
差により、ばらつきはあるものの、大体−６〜−８ｍＷ
／℃である。この人は、断熱カバーを被覆した酸素セン
ナをその被験習の皮膚表面に装着して、異なる２つの周
囲温度の下（たとえば室内とこれより高い恒温槽内）で
−加熱電力とカバー温度とを測定し、その差の比、△Ｈ
／△Ｔから容易に求められる。また、上記Ｂの空気中へ
の放熱量は、先に述べた、（ロ）加熱体から空気中への
放熱量と、（ハ）センサリード線２５ａ　％　ｅがら空
気中への放熱量の両方を含んでいる。

上記Ｈ（ｆｌの血流加熱電力は、加熱電力のうち血流に
より奪われる１力をいう。

たとえは、ある周囲温度（たとえば室りでのカバー温度
、止血状＋ｍの加熱゛「シカを、それぞれＴｌ、Ｈ，と
すると、止血時は１（ｆｆ）＝ｏであるから、（１）式
％式％ これを（１）式に代入して、 Ｈ＝　−Ａ　（Ｔ　−Ｔ＋　）　＋　ＬＬｔ＋Ｈ（ｆ）
　　・・・（２）また、上期周囲温度でのカバー温度、
定常血流状態の加熱電力および血流加熱温度を、それぞ
れＴ２．１ｉ２、■げ）とすると、（１）式は、Ｈ２＝
　　　ａＴｌ　＋　Ｂ　＋　Ｈｔ（Ｔｌ故に、 Ｂ　＝　Ａ　Ｔ２＋川−Ｈｔ（ｆ） これを（１）式に代入して、 Ｈ＝−Ａ（Ｔ−Ｔ２）　　＋１ｉ２−Ｈｔ（ｆ）＋Ｂ（
ｆ）・・・（３）と表わさ几る。

故に、（２）式または（３）式を利用して、放熱による
測定誤差の補正、つまり、血流量測定の温度補償ができ
る。

第４図に本発明装置の計測部の一例を示す。酸素濃度の
計測部は、従来公知のものが用いられる。

本発明では従来の計測部の加熱電力の駆動回路からの同
期信号を入力する回路５ｏから入力された信号と感度信
号及び断熱カバー温度信号から上記（２）式を用いて温
度補償を行なう。

つぎにこの発明の特徴である血流量計測回路３５につい
て説明する。

血流量計測回路３５には同期信号入力回路５４へ酸素セ
ンサの加熱体１７へ出力する加熱電力が外部同期入力信
号として入力される。血流量計測回路へ入力された加熱
電力は周知の回路構成の２乗増幅器からなる電力測定器
５５により検出される。

一万、断熱カバー２９に装置された温度検出素子３２の
抵抗変化から、測温ブリッジ５６および積分回路５７を
経て、断熱カバー２９の温度Ｔが検出される。上記積分
回路５７は、周囲温度変化に対する加熱電力の応答性と
、温度検出素子３２の応答性との差を補正するためのも
のであり、一般に、温度検出素子３２の応答時間の方が
短いので、温度検出素子３２からの信号の方に時定数を
与えるために用いられている。

５８は感度設定回路で、予め求めた感度（温度係数）Ａ
を外部からのダイヤル操作で設定するものである。この
感度設定回路５８と、上記積分回路５７からの温度Ｔを
表わす温度検出信号とが、温度補償回路５９の乗算回路
６０へ入力され、ＡＴを表わす信号が出力される。この
信号は、零点調整回路６１へ入力される。

零点調整回路６１では、外部からのダイヤル操作で、−
ＡＴ、　−ａｍに相当するバイアスが発生し、この−Ａ
Ｔ、−［１を零点とするように調整される。

つまり、周囲温度に対応した零点調整がなされる。

したがって、零点調整回路６１からは、Ａ（Ｔ−Ｔｌ）
−ｎｌを表わす信号が出力される。この信号は一補正演
算回路６２に入力され、電力測定器５５からの加熱電力
Ｈを表す信号に加算されて、ＨｔＡ　（Ｔ−Ｔ＋）　−
Ｈｔ（＝Ｈ（ｆｌ　）が得られる。

こうして得られた血流加熱電力Ｈｔｆｌは血流量に正確
に対応している。この血流加熱電力■げ）は血流加熱電
力表示器６３で表示される。

上記実施例とは異なり、（３）式を用いる場合には、調
整回路６１のバイアス値が、 −Ａ　’Ｉ’２−　Ｈ２＋　Ｈｘ（ｆ）となるだけで、
回路構成は全く同一でよい。

この発明は以上のような構成であるから、っぎの利点が
ある。

（１）血中ガスセンサに断熱カバーを被覆するだけでよ
いから、簡単に血中酸素濃度と血流量の同時測定ができ
る。

（２）周囲温度に対応して放熱意が補正されるので、血
流量の測定が精度よくなされる。

（３）感度設定回路５８に外部操作で入力する感度Ａは
、前述のように、２つの周囲温度で加熱電力Ｈおよびカ
バー温度Ｔを予め測定しておくことにより、容易に求め
られるから、測定操作が簡単である。

（発明の効果） 以上説明したように、この発明によれば、市販の血中ガ
スセンサに断熱カバーを被覆するだけで、血流量の測定
を精度よく行なうことができ、しかも、構造が簡単で操
作も容易である。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例による測定装置の縦断面図
、第２図および＠３図は第１図に示す装置の温度特性を
示す特性図、第４図は同実施例の全体構成を示す系統図
である。 １１・・・電極膜、１２・・・皮膚表面、１３・・・電
解液、１４・・・陰極、１５・・・陽極、】７・・・加
熱体、２２・・・温度検出素子、２７・・・酸素センサ
、２７Ｂ・・・皮膚加熱面、２９・・・断熱カバー、３
２・・・部間検出素子、２５ａ−ｅ・・・リード線、５
５・・・″ば力測定器、５８・・・感度設定回路、５９
・・・温度補償回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 経皮血中ガスセンサの皮膚加熱面を残して、他の部分を
   覆う着脱自在の断面カバー（２９）と、該断面カバーの
   外表面の温度を検出する温度検出素子（３２）と、この
   温度検出素子からの断面カバー温度信号と該経皮血中ガ
   スセンサ（２７）の加熱体（１９）への加熱電力信号と
   同期させる外部同期入力回路（５１）から入力された加
   熱電力信号及び感度設定回路（５８）からの感度信号を
   受けて、上記カバー温度に関して線形の演算式に基づい
   て上記加熱電力信号の温度補償を行なうことにより、加
   熱電力のうち血流により奪われる熱量を供給する血流加
   熱電力を算出する温度補償回路（５９）とを備えてなる
   血流計測装置。