JPS63130045A - 結合センサ - Google Patents

結合センサ

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JPS63130045A
JPS63130045A JP62290429A JP29042987A JPS63130045A JP S63130045 A JPS63130045 A JP S63130045A JP 62290429 A JP62290429 A JP 62290429A JP 29042987 A JP29042987 A JP 29042987A JP S63130045 A JPS63130045 A JP S63130045A
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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】 この発明は、血液中の酸素(O゜)および二酸化炭素(
CO2)の経皮測定のための結合センサに関するもので
ある。
血液中のガス02および/またはCO2の経皮モニタの
ための測定センサが開示されている。測定プローブとも
呼ばれるこのような測定センサ、または略してセンサが
、基準または対電極として作用する金属本体を電気的に
加熱し、かつ制御装置を介して一定の温度に維持するこ
ともまた、DE−C3−2145400号に開示されて
いる。電気加熱は、これに2つの機能を有する。一方で
、暖めることによりn1定プローブの下の皮膚および組
織が充血し、かつ他方で測定プローブの一定の温度を維
持することにより、そこに含まれる物理的または電気化
学的測定エレメントの特性が安定化される。さらに、成
る条件の下では、測定プローブの温度を維持するのに所
要の加熱入力が、相対的局部の血液の流れをモニタする
のに用いられ得る。フッ7、フッ7およびリュッパース
(Huch、Huch  and  Ljibbers
)による本、すなわち「経皮り02  (Transc
utaneous  pOz)J、チーメーフエルラー
ク・スツットガルトーニューヨーク(Thieme  
Verlag  Stuttgart −New  Y
ork)1981を比較されたい。この本の101頁な
いし107頁に、酸素がボラログラフィにより測定され
る、酸素の分圧、I)02の経皮モニタのためのセンサ
および測定装置が述べられ、かつ78頁ないし80頁に
、経皮p02モニタの有効性に、適当なセンサ温度が必
要であることが指摘される。この目的のための最小温度
は43℃であるとみなされ、通常45℃までの温度が用
いられる。
これらの温度での皮膚の損傷を避けるために、43℃の
動作温度で約4時間ごとに、皮膚の表面の他のところに
測定センサを置くことが時々必要になる。この情況は信
頼のおける人々による注意および監督を要求し、それは
経験上、家庭環境においては仮定され得ない。それにも
かかわらず、このようなモニタを実行し得るために実施
される手順は、一定時間交互に加熱されかっpO2測定
のために用いられる2個のセンサの利用を伴う。
フエルラーク・シャタウアーψシュツットガルト(VE
RLAG  5CHATTAUERStuttgart
)  拳ニューヨーク 1985年、134頁ないし1
35頁、ホムバッハ/ヒルゲ(HOMBACH/HI 
LGER) 、ホルタモニタ技術、ヘルツ(Holte
r  Monitoring  Technique、
Hergb、)におけるピータ−・エイチ・ジェイ(P
ETER,H。
J、)による論文、包括的アプローチにおけるホルタモ
ニタ技術(Hotter  Monitoring  
Technique  in  a  Compreh
ensive  Approach)、睡眠中無呼吸の
移動性モニタ(Ambulatory  Monito
ring  of  5leepAp n e a)を
比較されたい。しかしながら、この解決の不利な点は、
2個のセンサが必要であり、それが特に小さな子供達に
困難をもたらすことと、予め設定された時間間隔で測定
プローブ間に切換えるための複雑な電子手段が必要であ
ることである。さらに、必要である、2個のセンサの同
定較正から問題が生じる。
二酸化炭素(Co2)の経皮モニタのためのil!J定
プローブは、たとえばDE−Al−2911343号お
よびDE−AI−3232515号に述べられる。これ
らの測定センサはpHal定電極金電極、それは、CO
□透過膜により包まれかつCO2ガスの拡散を介する、
測定されるべき材料とのガス交換を受ける、電解溶液の
薄い層のpHをnj定する。これにおいて、たとえばD
E−AI  29 11 343号内の実施例における
血液ガス分析器において長い間知られてきた既知のガラ
ス電極を用いるか、またはより最近では、DE−Al−
3232515号で述べられるような、特別なイリジウ
ム/イリジウム酸化物電極を用いて、pHが測定される
酸素および二酸化炭素の両方をモニタすることが望まし
く、かつ決定的な場合それが必要゛になる。
したがって、DE−AI−2305049号は、1個の
センサハウジングにおいてI)02およびpCO2のた
めのセンサを空間的に結合するという、本来自明の提案
を開示する。この提案は今では、満足のいくp02測定
を確実にするように、同様に少なくとも43℃まで加熱
されなければならない結合りOz /pco□センサに
至っている。
さらに、規定された時間間隔における再較正がpCO2
の部分n1定に必要であり、それはたとえばDE−Al
−2305049号において特定されるようにガラス電
極によりもたらされる。
この発明は、延長された期間、たとえば昼夜にわたって
センサを再配置するためにか、他のセンサに切換えるた
めにか、または較正手順のためにこのモニタを中断する
のを必要とすることなく、モニタするための1個のセン
サを用いて、血液中の二酸化炭素および酸素を同時にか
つ連続して経皮測定するために結合センサまたは結合測
定プローブを提供するという問題に基づく。
たとえば、夜間の呼吸障害を伴う患者、またはいわゆる
小児急死症候群(SIDS)により脅かされる子供のモ
ニタにおいて、この問題に対する解決が必要になる。こ
れは、可能な場合、彼等の障害のより正確な診断のため
か、または臨床監督から家庭環境への遷移の期間、安定
性のために、ある最低限度まで自宅で続けられるように
病院内で行なわれたモニタのいずれかのために、家庭環
境における彼等の自然環境においてこのように患者もま
たモニタされるべきであることが明らかであるからであ
る。しかしながら、信頼のおけない測定または患者への
危険の恐れなく家庭環境においてこの型式のモニタのた
めの測定装置を素人でも作動することが可能でなければ
ならない。
特許請求の範囲第1項で述べられるように、この発明に
よる解決は、これまで開示された解決とは異なり、1個
の測定センサにおいてpc0211)1定装置が酸素の
分圧1)02を測定するための装置とではなく、血液の
酸素飽和度s02の分光測定のための測定装置と結合さ
れるよう、に、結合経皮測定酸素/二酸化炭素センサの
ために利用可能な、延長された期間の中断されない経皮
pCO2モニタの可能性を作り上げるという考えに基づ
く。第1に、これは、43℃またはそれ以上に皮膚を加
熱させることがもはや必要ではないので、皮膚上の測定
場所の局部過熱の問題をなくする。
これまで必要であった、pCO2モニタのためのセンサ
の一部の折々の較正の他の問題を解決することは、次の
ような驚くべき発見により可能であった、すなわち、D
E−AI−3232515号で述べられるような経皮p
cO2it11定のための、かつpHIIJ定のための
イリジウム/イリジウム酸化物電極がこうして取付けら
れる測定センサが、非常に低いドリフトを有するので、
折々の較正なしに、すなわち24時間モニタを中断する
ことなく、たとえば42℃のより低い動作温度で動作さ
れ得て、かつ皮膚の損傷なしに患者の皮膚上の場所に残
され得るという驚くべき発見により、可能であった。 
多くの場合、血液酸素飽和度SO□の測定が、患者をモ
ニタするのに充分であるということもまた明らかになっ
た。これは特に、たとえば5IDSの危険のある子供ま
たは夜間無呼吸の危険のある患者をモニタするための、
上記の家庭環境での利用に適用される。
この発明の教示の最初の態様により、血液中の酸素(O
2)および二酸化炭素(CO2)の経皮Apl定のため
の結合センサは、指示薬溶液におけるpH測定の原理に
括づ<pcO2のための測定装置と、種々の波長の光を
放出する発光ダイオードと、それに関する1個または2
個以上の光電受信機との組合わせで構成されてもよい、
酸素飽和度sO□の分光決定のための測定装置とを含む
。光の人力および出力はまた光導体を介してなされ得て
、評価装置においてスペクトル光の発生および測定がな
される。この発明の好ましい実施例における2個の発光
ダイオードの波長は、一方が、特にヘモグロビンまたは
酸素ヘモグロビンに対して等吸収である赤外領域、かつ
好ましくはλ−805nmにあり、他方の波長が赤の領
域、特に約λ=650nmにあるように選択される。
信号評価が、脈拍酸素計測定法の原理に基づくこと、す
なわち発光ダイオードおよび/または信号評価を断続的
に請け、かつ測定される区域の動脈充填の脈拍位相に調
和して行なうことが特に都合良い。この原理は本来既知
であり、かつたとえばヨシア(YoshLa)/シマダ
(Shimada)/タナカ(Tanaka)による論
文、「指先における動脈酸素飽和度の分光測光器モニタ
(Spectrophotometric  Moni
torlng  of  ArterialOxyge
n  5aturation  in  the  F
ingertip)J、Med、Bi。
1、Engng、Comput、18;27−32(1
980)において述べられる。酸素計測定法の手順およ
びその歴史上の発展のさらに初期の基本的説明は、たと
えばウルリッヒ(ULLRICH)、フィジカリッシュ
テヒニツシエス・ツア・オクシメトリーウント・ファル
ブシュトツフィンイエクチオンスメトーデ(Phys 
ika 11schtechnisches  zur
  Oxymetrie  und  Farbsto
ffinjektionsmethode)(酸素計測
定法および染料注入方法の物理的および技術的局面)、
ヘリゲ・ミッタイルンゲン・ヒュア・ディ・メディツィ
ン(HELLIGE  MLtteilungen  
fur  die  Medizin)、第7号、4頁
ないし16頁(1964)に見られ得る。
このように、この発明は血液中の二酸化炭素の分圧(t
 c pcO2)および血液中の酸素飽和度(tcs0
2)を同時に連続して経皮測定するための結合測定プロ
ーブまたはセンサを作り、それは皮膚状の既知の小さな
センサ上に固定され得て、かつわずか42℃またはそれ
より低い温度まで加熱されかつその温度でサーモスタッ
トで調温される必要があり、これらの動作温度で達成さ
れる付加的利点は、脈拍酸素計測定法の測定信号の品質
が明らかに改良されかつ安定化されるということである
この発明の第2の基本的実施例において、二酸化炭素の
分圧pct2および酸素飽和度s02の両方が、純粋に
光学的に/分光的に測定される。
この場合、pH色調指示薬が用いられ、かつそれは、た
とえばアクリル樹脂と結合されかつ電解物と接触する薄
い層内に存在する。
この発明および有利な詳細は、例示の実施例に基づいて
、かつ図面を参照して以下で詳細に述べられる。
第1図は、環状ハウジング4を示し、これはプラスチッ
クから構成されかつ中央オリフィス15を有し、その中
に、ぴったり嵌まる金属本体5が挿入され、これは好ま
しくは銀(Ag)から構成され、かつ表示では上側に、
すなわち(後続の)測定表面10に被覆銀/塩化銀基準
電極3が設けられる。オリフィス15は、基準電極3の
表面をわずかに超えてぐるりと−回りして突き出す円筒
壁21により範囲を定められ、そのため、さらに端縁に
おける基準電極3のくぼみにより、電解物貯蔵槽22が
形成される。金属本体5は中央穿孔12を有し、それは
また基準電極3を通過し、かつその中に、好ましい実施
例ではイリジウム/イリジウム酸化物(I r/I r
Ox)電極でありかつたとえば2mmの直径を有するp
H1IIJ定電極1が同中心配置で嵌められる。この電
極1は、鋳型合成樹脂の層2により基準電極3に対して
、かつ金属本体5に対して絶縁される。DE−AI−3
232515号で開示されるように、Ir/I rox
電極1は、表面側で、すなわち膜13に面しかつ電解物
8内に浸漬される表面で酸化されるイリジウムの1個の
円筒部分から作られ得る。
しかしながら、イリジウムは比較的非常に高価な金属で
ある。このために、単に価格の理由で、表面上の、すな
わち電解物8内に浸漬される表面上のIr/IrOx電
極1の本体に、たとえば銀または銅から構成され得る電
極本体1aの残余のものに優れた導電性および伝熱性を
接続するイリジウムディスク11を設けることが概して
都合良い。
電解物8内に浸漬されるイリジウムディスク11の表面
は、この場合、電気化学的にまたは熱化学的に酸化され
、酸化物がイリジウム酸化水和物として水和形態で存在
することもまた可能になる。
基準電極3は、銀から構成される金属本体5の少なくと
も一部塩化表面により形成されるか、または銀/塩化銀
焼結金属の環状ディスクとして金属本体5上にめっきを
施されるかのいずれかである。
金属本体5は、その周囲の表面外郭の領域に、加熱コイ
ル7が挿入される広い円形環状チャネルが設けられる。
金属本体5に与えられる加熱入力は、少なくとも1個の
温度プローブ、たとえば偏心穿孔6に挿入されるサーミ
スタ23により制御される。たとえば再度サーミスタで
ある他の温度プローブ(図示せず)は、本来既知の態様
で金属本体5に挿入され得て、かつ金属本体の温度が、
予め設定され得る、たとえば42℃のしきい値数字を超
えると、加熱コイル7に与えられる加熱入力を直接中断
するための切換装置(図示せず)を制御する。
これまで述べられ、かつたとえばDE−Al−3232
515号カラ本来既知テアルpHDI定電極を有するp
co2測定装置は、この発明によりs02測定装置と結
合され、それは与えられた第1の実施例において、一方
で2個の発光ダイオード24および25の形の2個の光
電エミッタ装置から、かつ他方で、好ましくはシリコン
フォトエレメント(Stフォトエレメント)である光電
受信装置26から構成される。2個の発光ダイオード装
置24および25は、基準電極3および金属本体5のA
g/Ag(、lの層のボール状の凹所27に挿入され、
その凹所には湿気および気密態様で、表面側で、すなわ
ち膜13に面する測定表面側で平らに研削されかつ摩耗
される透光鋳造組成物28が充填される。透光鋳造組成
物28はまた、発光ダイオード24および25のための
(付加的)不活性層としても作用し得る。光が発生する
ダイオード24および25の側面は電解物8の層に向け
られ、それは、以下で述べられるセンサを完成した後、
測定表面と膜との間にそれらのビームが相互に干渉し合
わないような態様で存在する。信号は、金属本体5の穿
孔30を通過するリード線29を介してダイオード24
および25に与えられる。穿孔30は同様に、適当な鋳
造樹脂が充填され得る。
光電受信装置26は、ダイオード24および25と類似
の態様で、同様に光を送る鋳造組成物32を用いてボー
ル状の凹所31内に挿入され、かつ測定表面または膜1
3および(後続の)電解物層8と整列される。信号は他
の穿孔34を通過するリード線33を介して取り出され
、この穿孔は同様に、金属本体5において、センサの最
終状態に設定された鋳造樹脂が充填される。
適当な励起で、2個の発光ダイオード24および25は
異なる波長の光を放出する。これらの波長のうちの1つ
は、ヘモグロビンおよび酸素ヘモグロビンの吸光係数と
一致するように、または換言すれば赤外領域において、
ヘモグロビンおよび酸素ヘモグロビンに対して等吸収で
あるように、特にλ−805nmに選択され、他のダイ
オードのための波長は、赤の領域で、たとえば約λ−6
50nmに選択される。既に上記のように、2個の発光
ダイオード24および25がトリガされ、かつ便宜上、
脈拍酸素計測定法の原理により信号が評価される。
測定手順のためにセンサを準備するために、図面から明
らかなように、基準電極3と、表面側で摩耗される透光
鋳造組成物28および32と、■r/1rOx電極1と
の連続表面14(17定表面)上に電解物8の小滴が置
かれる。単一使用のために造られるスナップオンリング
/膜装置9はそれから、結合センサ上に留められる。ゎ
ずがなわん状変形で作られるスナップオンリング9は、
内部に突き出す円形ロッキング端縁19を有する。スナ
ップオンリング9がハウジング4上に押されると、ロッ
キング端縁19はハウジング上の突き出しリム20の後
ろでロックし、かつco2および光を透過できる膜13
が、正確にセンタリングされた表面14上で張力をかけ
られ、電解物8の薄い層が間に挾まれる。膜13が予め
センタリングされかつ張力をかけられたままであるスナ
ップオンリング9は既知であり、かつたとえばDE−A
1−30 40 544号で述べられる。
純粋な光学的/分光的動作が存在し、がっ第2図に示さ
れる、この発明の第2の態様による結合センサは、理論
上、かつ設計および外部寸法により、第1図に示される
結合センサと類似の、または同一の態様で構成され得る
。同じ参照数字は、既に第1図に例示された対応する部
分およびエレメントを識別するのに用いられる。
しかしながら、第1図に示された実施例の変更として、
pH測定電極1は二酸化炭素の分圧pCO2の測定のた
めに本質的に発光ダイオードユニット41.光電受信ユ
ニット42およびこのエミッタ/受信機の結合を被覆す
る色調表示器の薄い層からなる光学/分光測定装置に置
き換えられる。
この場合、分光n1定のために用いるのに適する色調表
示器は、当業者に既知である。都合の良い実施例におい
ては、色調表示器はたとえば、n1定表面14内の中間
層45としてディスクの形で埋没されたアクリル樹脂の
薄い層で巻かれる。もし電解物8のpHが変化するなら
ば、アクリル樹脂ディスク45で巻かれた色調表示器の
光吸収または光反射特性が変化する。第2図の場合にも
、鋳造樹脂43および44が充填された測定表面14内
の凹所に、発光ダイオードユニット41および光電受信
ユニット42がそれぞれ挿入される。
第1図に示された実施例および第2図に示された実施例
では、発光ダイオード24.25.41および光電受信
ユニット26.42がどこか他の所に、たとえば測定装
置自体に置かれるのが可能であり、かつ光は薄いグラス
ファイバにより測定表面14に向けてかつ測定表面14
から離れて案内され得る。
【図面の簡単な説明】
m1図は、発明の概念の第1の態様に基づき、この発明
による結合センサを介するセクションの概略図を示す。 第2図は、第2の主たる解決に基づく結合センサのため
の、第1図の図に対応する例示の実施例を示す。 図において、1および3は電極、4はハウジング、5は
金属本体、7はコイル、8は電解物、9はスナップオン
リング/膜装置、11および45はディスク、22は貯
蔵槽、23はサーミスタ、24.25および41はダイ
オード、26および42は光電受信ユニット、28およ
び32は透光鋳造組成部分、29および33はリード線
・、43および44は鋳造樹脂である。

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)血液中の酸素(O_2)および二酸化炭素(CO
    _2)の経皮測定のための結合センサであって、共通セ
    ンサハウジング(4)を含み、CO_2および光が透過
    できる膜(13)により皮膚上の測定場所から分けられ
    た電解物(8)におけるCO_2の分圧(pCO_2)
    のための測定装置と、 分光測定法による血液酸素飽和度(sO_2)の測定の
    ための測定装置(24、25、26)とがそこに組入れ
    られる、結合センサ。
  2. (2)CO_2の分圧のための測定装置が、イリジウム
    /イリジウム酸化物測定電極を有する電気測定装置とし
    て設計される、特許請求の範囲第1項に記載の結合セン
    サ。
  3. (3)CO_2の分圧(pCO_2)のための測定装置
    が、CO_2および光が透過できる膜(13)により皮
    膚上の測定場所から分けられる電解物の比色pH測定の
    原理に基づいて設計される、特許請求の範囲第1項に記
    載の結合センサ。
  4. (4)サーモスタットで調温された電気加熱装置(6、
    7)を有する、特許請求の範囲第1項または第3項に記
    載の結合センサ。
  5. (5)分光測定のための測定装置が、センサの測定表面
    (14)に挿入されかつ異なる波長の光を放出する2個
    の発光ダイオード(24、25)を有し、かつ同様にセ
    ンサ測定表面(14)に挿入される少なくとも1個の光
    電受信機(26)を有する、特許請求の範囲第1項に記
    載の結合センサ。
  6. (6)分光sO_2測定のための測定装置が、異なる波
    長の光を放出する2個の発光ダイオードを有し、かつ少
    なくとも1個の光電受信ユニットを有し、かつ発光ダイ
    オードおよび受信ユニットが、センサ測定表面(14)
    上で終端となる光導体によりセンサに接続される、特許
    請求の範囲第1項または第3項に記載の結合センサ。
  7. (7)比色pH測定装置が、測定表面(14)に深く挿
    入される発光ダイオード(41)を有し、かつ同様に測
    定表面(14)に深く埋没される光電受信ユニット(4
    2)を有し、かつpH色調表示器が付加される中間層(
    45)が、電解物(8)に、または電解物(8)とダイ
    オード(41)の発光側面と光電受信ユニット(42)
    との間の中間層に設けられる、特許請求の範囲第3項に
    記載の結合センサ。
  8. (8)中間層(45)が、pH色調表示器を含むアクリ
    ル樹脂から構成される、特許請求の範囲第7項に記載の
    結合センサ。
  9. (9)発光ダイオード(24、25;41)および光電
    受信ユニット(26;42)が、透光鋳造組成物(28
    、32;43、44)によりセンサ測定表面(14)に
    埋没される、特許請求の範囲第5項ないし第7項のいず
    れかに記載の結合センサ。
  10. (10)一方の波長が電磁スペクトルの赤外領域に存在
    するように選択され、かつ他方の波長が電磁スペクトル
    の赤の領域に存在するように選択される、特許請求の範
    囲第5項または第6項に記載の結合センサ。
  11. (11)一方の波長がヘモグロビンおよび酸素ヘモグロ
    ビンに対して等吸収であるように選択されかつ好ましく
    はλ=805nmであり、かつ他方の波長が約λ=65
    0nmであるように選択される、特許請求の範囲第10
    項に記載の結合センサ。
  12. (12)発光ダイオード(24、25)がモニタおよび
    評価装置により、脈拍数に等しい速度で断続的に励起さ
    れ得て、かつ測定される区域の動脈充填の脈拍位相と調
    和して信号が評価される、特許請求の範囲第10項また
    は第11項に記載の結合センサ。
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