KR20080019204A - 생체조직의 산소 함량을 측정하기 위한 탐침 및 이러한탐침을 구비한 카테터 - Google Patents

Abstract

탐침(1)은 생체 조직의 산소 함량을 측정하기 위해 사용된다. 탐침은 일 단부를 통해 광원에 근접하게 광학적으로 연결될 수 있고 타 단부를 통해 광센서에 근접하게 광학적으로 연결될 수 있는 하나 이상의 광섬유(2)를 포함한다. 산소 감응 염료(5)는 섬유(2)의 원위 단부면(4)에 배치되어 광학적으로 연결된다. 염료(5)와 함께 원위 단부면(4)을 구비하는 원위 섬유부(6)는 염료(5)를 구비한 원위 단부면(4)을 둘러싼 가스실(8)을 밀폐 영역에서 한정하는 산소 투과성, 액체 불투과성 막(7)에 의해 포위된다. 탐침(1)은 온도 센서(30)와 바람직하게는 압력 센서(28)를 또한 포함하는 카테터(14)의 부재이다. 그 결과, 측정 위치에서 방해 환경 영향에 대한 섬유의 민감도가 감소되고 측정 결과를 해석하는 능력이 향상되는 탐침이 형성된다.

탐침, 카테터, 광섬유, 생체조직, 센서

Description

생체조직의 산소 함량을 측정하기 위한 탐침 및 이러한 탐침을 구비한 카테터{PROBE FOR MEASURING THE OXYGEN CONTENT IN BIOLOGICAL TISSUE, AND CATHETER WITH SUCH A PROBE}

본 발명은 특허청구범위 제1항의 전제부에 따른 생물학적 물질(biological material)의 산소 함량(oxygen content)을 측정하기 위한 탐침(probe)에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 이러한 유형의 탐침을 포함하는 카테터(catheter)에 관한 것이다.

산소의 측정은, 특히 의료 분야에서 매우 중요한 과제이다. 헤모글로빈에 구속되지 않은 용존산소(dissolved oxygen)의 양을 생체 내에서 결정하는 것은 생물학적 물질, 특히 조직에 대한 공급을 파악하는 데 있어 중요하다. 산소 함량의 측면에서 검사되는 생물학적 물질의 또 다른 예는 혈액 또는 액체와 같은 체액이다. 이러한 과정에 있어서 결정적인 요소는 검사될 조직 내의 산소 분압(partial pressure)이다. 간질액(interstitial fluid)에 물리적으로 용해된 산소의 분압은 세포 수준에서의 산소의 이용률(availability)에 해당한다. 조직 내의 산소의 측정은 특히 심장혈관분야(cardiovascular field)와 신경외과분야(neurosurgical field)에서 사용되며, 이식의학(transplant medicine)의 분야에서도 사용된다. 전 술한 경우에 있어서, 산소에 특히 반응하는 센서 시스템 또는 탐침을 구비한 카테터는 주로 측정을 위해 사용된다.

전술한 유형의 탐침은 국제 공개 특허 공보 WO 93/05702 A1호에 개시되어 있다. 광섬유(fibre optics)를 이용하여 조직의 산소 파라미터를 측정하는 또 다른 탐침이 미국 특허 공보 US 5,673,694호, US 5,995,208호, US 5,579,774호 및 상기 공보에 인용된 공보에 개시되어 있다. 또 다른 광섬유 산소 탐침은 J.I. 피터슨 등, 분석화학(Anal Chem) 1984년, 56, 62-67페이지에 개시되어 있다. 또 다른 광섬유 탐침은 미국 공개 특허 공보 US 4,752,115 A호, US 5,142,155 A호 및 US 4,861,727 A호에 개시되어 있다.

부분적으로 용해된 분압, 즉 자유산소(free oxygen)의 분압을 광섬유를 이용하여 측정하기 위한 기존의 측정 방법은 동적 산소 소광법(dynamic oxygen quenching)이다. 이 방법에 있어서, 예를 들어 백금착화합물(platinum complex)과 같은 매트릭스 내에 내장되는 형광 염료는 광섬유의 원위 단부에 안착된다. 형광 염료는 일반적으로 염료의 흡수대(absorption band)로 동조된 레이저 조사(laser irradiation)에 의하여 섬유를 통해 광학적으로 여기된다. 따라서, 여기된 염료 분자는 동일 파장 또는 적색편이 파장을 갖는 광을 방출함으로써, 예를 들어 1 내지 60 ㎲ 범위의 시간 간격을 갖고서 정상상태로 복귀한다. 산소의 존재 하에서, 정상상태로의 이러한 전이(transition)는 충돌 과정에 의한 조사 없이도 발생할 수 있다. 이러한 방식으로, 섬유를 통해 반사된 광의 강도가 감소한다. 이러한 감소는 형광 염료의 인근 주변부 내의 자유산소와 비례한다. 기존의 섬유 광학 센서는 산 란광(scattered light)에 극히 민감하며, 헤어라인 균열(hairline crack) 또는 섬유 꼬임(fibre kinking)과 같은 강도 영향 인자(intensity-influencing factor)에 극히 민감하다. 이러한 민감성은 형광 염료에 의해 반사된 광의 상변위가 잠금 기법(lock-in technique)을 사용하여 방사된 광에 대해 측정되는 경우에 감소할 수 있다. 이 방법에 있어서, 장기간 형광 상태가 동적 산소 소광의 비조사 충돌 과정(radiation-free collision process)에 통계적으로 보다 영향을 받는다는 점이 이용된다. 그럼에도 불구하고, 기존의 섬유 광센서는 잠금 기법이 측정 중에 사용됨에도 비록 낮은 수준이긴 하나 산란광 및 강도 영향 인자에 대한 민감성을 나타낸다. 또한, 기존의 섬유 광센서를 동일한 조직 영역에 사용하는 것이 자유산소 함량에 대한 매우 상이한 값을 초래하므로, 이로부터 단일 측정을 해석하는 것을 거의 불가능하게 한다는 점이 발견되었다.

따라서, 본 발명의 목적은 측정 위치에서의 섬유의 민감도가 방해 환경 영향에 대하여 감소하고 측정 결과를 해석하기 위한 능력이 향상되는 방식으로 전술한 유형의 탐침을 개발하는 것이다.

이러한 목적은 특허청구범위 제1항의 특징부에 기재된 특징을 갖는 탐침에 의하여 본 발명에 따라 달성된다.

본 발명에 따르면, 산소 투과성(oxygen-permeable) 및 동시에 액체 불투과성(liquid-impermeable) 막을 이용하여 원위 섬유부를 둘러싼 가스실을 형성하는 것이 염료 주변의 측정 부피(measuring volume)를 유리하게 증가시킴을 알게 되었다. 측정 부피는 염료를 둘러싼 이웃 재료 또는 조직으로 더 이상 감소되지 않으며, 가스실을 한정하는 막의 외부 주변 영역으로 확대된다. 따라서, 가스실 내에 형성한 산소 분압은 가스실을 한정하는 막의 외면 상의 평균 자유산소 함량의 측정이다. 따라서, 민감한 부피의 확대는 탐침을 둘러싼 생체조직 내의 국지적 수준이지만 고립되지 않은 지점에서 산소 공급의 의학적으로 이용 가능한 표시로 이어진다. 따라서, 조직의 상태는 순전히 고립된 지점에서의 측정에 비해 높은 기준으로 평가될 수 있으며, 이는 종래 기술의 섬유 광학 측정 방법에 의해 달성된다. 이와 동시에, 막은 상기 지점에서의 측정을 방해하는 위험이 방지되도록 가스실 내의 원위 섬유부를 보호한다. 본 발명에 따른 섬유 광학 센서의 견고성(robustness)은 전술한 잠금 기법을 이용하여 추가로 증가한다. 섬유 광센서를 이용하여, 조직의 산소 함량뿐만 아니라 예를 들어 혈액 또는 액체 등의 체액과 같은 여타 생물학적 물질의 산소 함량이 측정될 수 있다. 산소 감응 염료(oxygen sensitive dye)는 예를 들어, 백금착화합물 또는 루테늄착화합물일 수 있다. 산소 감응 염료는 코팅(coating)으로서 존재하거나, 또는 막 벽의 적어도 일부에 통합된다. 염료는 염료 분자와 섬유의 원위 단부면 사이의 광 경로가 가능한 한 직선이 되도록 배치되어야 한다. 따라서, 염료는 섬유의 원위 단부면에 직접 코팅되는 것이 바람직하다. 염료를 구비한 원위 섬유 단면 앞의 부피를 완전하게 충전하는 것과 달리, 본 발명에 따른 막 벽의 코팅부 또는 부재로서의 염료의 배치는 염료의 광 반응이 부피 내부에 포함되어 바람직하지 않은 방식으로 소실되는 다른 염료 분자에 의해 흡수되지 않는다는 장점을 갖는다.

특허청구범위 제2항에 따른 균일한 막 두께는 자유산소 분자가 막을 통해 산란하는 시간의 균일한 길이를 가지므로 분압 측정 신호의 시간 번짐(time smearing)을 방지한다. 이는 균일한 센서 특성으로 이어진다. 균일한 막 두께는 막 두께가 막의 전체 표면을 통해 정확하게 일정하다는 것을 의미하지 않는다. 전술한 균일 센서 특성에 실질적으로 영향을 미치지 않는 평균 막 두께로부터의 약간의 편차는 용인할 수 있다. 이러한 유형의 용인 가능한 예는, 예를 들어 200 ㎛의 범위이다. 장기 지속 형광을 구비한 산소 감응 염료는 막 두께에서의 편차에 의해 유발된 방해 영향을 상쇄할 수 있다. 이러한 이유로, 최대 60 ㎲의 형광 지속기간을 갖는 백금착화합물이 균일한 센서 특성에 바람직하다.

특허청구범위 제3항에 따른 가스실은 비용 효율적으로 제조될 수 있는 막을 사용하여 제조될 수 있다. 가스실의 종축이 섬유축과 평행하며 상기 섬유축으로부터 이격되어 배치되는 경우에, 가스실은 탐침의 또 다른 부재, 특히 센서를 배치하는 데 적합한 커다란 연속적인 자유 공간을 갖도록 형성될 수 있다. 축들이 일치하는 경우에, 이는 특히 제조 측면에서 장점을 갖는 회전 대칭 구조로 이어진다. 축들이 일치하는 경우에, 염료를 구비한 섬유의 원위 단부면이 가스실의 중앙에 위치하여 막을 통해 확산하는 자유산소의 측면에서 확산 길이 대칭이 존재하는 구성이 특히 바람직하며, 이는 측정 품질을 향상시킬 수 있다.

특허청구범위 제4항에 따른 막은 막 튜브가 예를 들어 연속 튜브를 길이로 절단함으로서 형성될 수 있으므로 매우 간단하게 제조될 수 있다.

특허청구범위 제5항에 따른 재료는 산소 투과성 및 액체 불투과성 성질과 관련하여 탐침에 이용하기에 적합하다.

특허청구범위 제6항에 따른 막은 측정부의 비틀림이 방지되도록 주변 조직에 잘 적응한다.

특허청구범위 제7항에 따른 공기로 충전되는 가스실은 가스 조성이 사용 전 탐침의 저장 중에 변경되는 것을 방지한다. 대안으로, 사용 전에 탐침을 가스 또는 가스 혼합물로 충전할 수 있으며, 상기 가스 또는 가스 혼합물은 산소 투과성 막을 통해 외부로 확산할 수 없을 정도로 큰 분자를 포함한다. 또한, 이러한 경우에 있어서, 가스실은 변화없이 사용 전에 탐침의 저장을 위해 충전된다.

특허청구범위 제8항에 따른 수증기 투과성은 가스실 내에 위치한 센서가 수증기로 인해 가스실 내의 가스의 증가한 열용량(heat capacity)으로 인하여 주변 온도에 보다 신속하게 적응될 수 있다. 이러한 방식에 있어서, 확립될 열평형을 위해 장기간 기다릴 필요 없이 가스실 내에서 온도를 신뢰 가능하게 측정할 수 있다. 따라서, 높은 정도의 수증기 투과성을 갖는 것이 중요하다면, 막은 특히, 테트라플루오로에틸렌-헥사플루오로프로필렌 공중합체(FEP)로부터 제조될 수 있다. 폴리에틸렌(PE)으로 제조되는 막은 비록 FEP에 비해 낮은 수준이지만 수증기 투과성을 갖는다.

또 다른 목적은 본 발명에 따른 탐침에 의하여 의미 있는 측정이 달성되는 카테터를 제공하는 것이다.

상기 목적은 특허청구범위 제9항에 특징을 갖는 카테터에 의하여 본 발명에 따라 달성된다.

온도 센서는 산소 함량 측정의 열적 의존성이 상쇄되도록 한다. 바람직하게 제공된 압력 센서는 파악될 추가 압력 정보가 산소 함량 측정과 결합되는 경우에 귀중한 특정 조직 정보를 제공하도록 한다. 산소 함량과 압력이 측정되는 이러한 유형의 혼합된 측정의 결과에 의하여, 산소 함량과 압력 특성의 원동력이 상호 관련되는 범위가 예를 들어 검사될 수 있다. 따라서, 조직 압력과 산소 분압의 상관관계가 파악될 수 있다. 단일 카테터를 이용하여 다양한 생리학적 파라미터를 검출하는 것은 별도의 카테터 적용 지점을 갖는 다수의 개별 카테터를 적용하는 것과 비교하여 감염 및 출혈의 위험을 감소시킨다. 바람직한 부분 금속 카테터 팁은 예를 들어 CT와 같은 상형성 과정에서 상기 카테터 팁이 가시화되도록 한다. 그 결과, 소망한 영역의 목표 지점에 배치할 수 있다. 이는, 천자 통로(puncture channel)에서의 출혈, 카테터 위치 영역에서의 부기와 같은 감소된 산소 분압값을 갖는 병태생리적 사건(pathophysiological event) 또는 국지적 허혈(local ischaemia)의 경우에 국지적 상황 또는 전체적 상황을 차별화하는 것이 요구된다. 카테터의 또 다른 장점은 탐침과 관련하여 전술된 것이다.

특허청구범위 제10항에 따른 온도센서는 섬유 광학 산소 함량 측정의 온도 의존성의 우수한 상쇄를 허용하며, 이는 온도가 산소 함량 측정과 동일한 지점에서 측정되기 때문이다. 수치는 체온저하(hypothermia) 및 고열(hyperthermia)의 경우에 연속적인 온도 보정의 결과로 인해 신뢰할 수 있다.

특허청구범위 제11항에 따른 카테터 팁은 개별 카테터 부재의 개수의 감소로 이어진다.

본 발명의 실시예는 도면을 참조로 하여 아래에 보다 자세하게 기재된다.

도 1은 생체조직의 산소함량을 측정하기 위한 탐침의 개략적인 종단면도;

도 2는 광섬유의 원위 섬유부가 막에 의해 한정되는 가스실로 추가적으로 가압되는 탐침의 도 1과 유사한 도면;

도 3은 도 2의 III-III 선을 따라 절취한 단면도;

도 4는 탐침의 또 다른 실시예를 관통하는 도 3의 단면도와 유사한 단면도;

도 5는 생체조직의 산소 함량을 측정하기 위한 탐침의 또 다른 실시예를 구비한 카테터를 관통하는 종단면도;

도 6은 도 5의 VI-VI 선을 따라 절취한 개략적인 단면도;

도 7은 카테터의 또 다른 실시예를 관통하는 도 5의 단면도와 유사한 단면도; 및

도 8은 도 7의 VIII 화살표에 따른 정면도.

도 1 내지 도 3은 생체 조직 내의 산소 함량을 측정하기 위한 탐침의 제1 실시예를 도시한다. 탐침(probe)(1)은, 예를 들어 도 5에 도시된 유형인 카테터(catheter)의 부재일 수 있다.

탐침(1)은 광섬유(2)를 포함한다. 검사가 실시될 생체 조직으로부터 떨어진 근위 단부(proximal end)(3)는 한편으로 광원 다른 한편으로 광센서와 선택적으로 결합될 수 있다. 광섬유(2)는 단일 섬유 또는 섬유 다발일 수 있다.

산소 감응 염료(5)는 검사가 실시될 생체 조직을 향한 광섬유(2)의 원위 단부면(distal end face)(4) 상에 배치된다. 염료(5)는 광섬유(2)의 원위 단부면(4)에 선택적으로 결합된다. 원위 단부면(4)은 염료(5)로 코팅된다. 원위 단부면(4)을 포함한 원위 섬유부(6)는 염료(5)와 함께 산소 투과성, 액체 불투과성 막(7)에 의해 둘러싸인다. 막(7)은 수증기가 통과 가능하도록 구성된다. 막은 폐쇄된 영역에서 원위 단부면(4)을 염료(5)로 둘러싸는 가스실(gas compartment)(8)을 한정한다. 원위 단부면(4)을 염료(5)로 코팅함에 대한 대안으로서, 막(7)의 내벽을 적어도 부분 영역에서 염료(5)로 코팅할 수 있다. 코팅될 선택 영역은 원위 단부면(4)에 의해 가시될 수 있는 영역이며, 다시 말해서 상기 영역에는 원위 단부면(4)으로부터 직접적인 광경로가 있다. 또 다른 변형예에 있어서, 염료(5)를 막(7)의 벽에 통합할 수 있다.

막(7)은 균일한 두께를 가지며, 여기서 상기 두께는 가스실(8)을 한정한다. 소정의 값으로부터 막 두께의 허용 가능한 공차는 산소 분압의 소망한 측정 동력의 함수이다. 예를 들어 200 ㎛의 공차는 뇌조직에서 수행되는 측정에 대해 용인 가능하다는 점이 인정되었다. 도 1 내지 도 3에 도시된 탐침에 있어서, 가스실(8)은 원통형이다. 가스실 종축(9)은 적어도 원위 섬유부(6)에서 섬유축(10)과 일치한다.

도 1 내지 도 3에 도시된 실시예에 있어서, 막(7)은 실리콘 고무로 제조된다. 대안으로서, 막(7)은 아래의 재료들 중 하나로 제조될 수도 있다. 폴리에틸렌(PE), 테플론(PTFE) 또는 테트라플루오로에틸렌-헥사플루오로프로필렌 공중합체(FEP). 막(7)은 가스실(8) 내의 가스압력의 영향 하에서 변형될 정도로 충분히 유연하다. 따라서, 가스실(8)의 형상은 주변 기압의 함수로서 제공되는 개별 가스 압력에 적응될 수 있다.

적용에 따르면, 섬유(2)는 탐침(1) 내의 막(7)에 대해 다양한 방식으로 배치될 수 있다. 도 1의 위치에 있어서, 섬유(2)는 막(7)에 의해 둘러싸인 원위 섬유부(6)가 가스실(8)의 길이에 비해 짧은 방식으로 가스실(8) 내로 짧은 거리 삽입된다. 도 2에 도시된 위치에 있어서, 섬유(2)는 가스실 내로 삽입된 원위 섬유부(6)가 가스실(8) 길이의 대략 절반이 되도록 상기 가스실(8) 내로 추가 삽입된다. 도 2의 위치에 있어서, 섬유(5)를 구비한 원위 단부면(4)은 가스실(8) 내부에 대칭되게 중심 배치되어 막(7)을 통해 확산하는 자유산소의 관점에서 확산길이대칭이 있다.

탐침(1)은 아래의 방식으로 사용된다:

탐침(1)은 상기 탐침을 선택적으로 포함하는 카테터와 함께 환자 내의 생체 조직의 측정 위치로 최초 삽입된다. 가스실(8)은 탐침(1)이 사용되기 전에 공기로 채워진다. 광원 및 광센서 모두는 섬유(2)에 근접하게 결합된다. 막(7)은 환자의 생체조직에 의해 외부적으로 둘러싸인다. 자유산소, 즉 헤모글로빈에 구속되지 않은 산소는 외부로부터 막(7)을 통해 확산할 수 있어서 상기 가스실(8)을 투과한다. 가스실(8)이 액체 밀봉 방식으로 외부로부터 폐쇄되므로, 액체뿐만 아니라 조직도 가스실(8)을 통과할 수 없다.

염료(5)는, 가스실(8) 내에 제공된 산소 분자의 영향 하에서 상기 염료(5)에 연결된 광으로 인하여 광의 양이 광센서에 의해 측정될 수 있으며 염료(5)로부터 광섬유(2)로 공급되는 광이 가스실(8) 내의 자유산소의 농도의 함수가 되도록, 연결된 광(coupled light)의 파장으로 동조된다. 가스실(8)을 한정하는 막(7)의 균일한 두께는 상기 막(7)을 둘러싼 생체조직으로부터 가스실(8)로 자유산소의 균일한 침투 시간을 상응하게 보장한다. 따라서, 서로 다른 침투 시간으로 인한 측정 오류는 발생할 수 없다.

광원으로부터 섬유(2)로 연결된 광으로 인하여 염료(5)로부터 섬유(2)로 역공급되는 광의 양이 광센서를 이용하여 측정된다. 역공급된 광의 이러한 양은 가스실(8) 내의 산소 함량의 측정이며, 이로 인해 막(7)을 둘러싼 생체조직 내의 헤모글로빈에 구속되지 않은 산소, 즉 자유산소의 양이다. 대안으로, 예를 들어 잠금 기술을 이용하여 연결된 광의 위상의 함수로서 역공급된 광의 상변위를 측정할 수 있다. 염료(5)의 영속 상태는 충돌 과정에 의하여 정상 상태에 비해 산소 유도 비방사선 전이(oxygen-induced radiation-free transition)에 통계적으로 더욱 영향을 받기 쉬우며, 역공급된 광에 기여하는 형광 상태의 평균 지속이 변화되며, 그 결과 잠금 참조(lock-in reference)로서 사용될 수 있는 방사된 신호에 대한 측정 가능한 상변위로 이어지는 형광 상태의 평균 지속기간이 변화된다.

도 1 내지 도 3에 도시된 구성에 있어서, 막(7)은 일체로 구성된다. 막(7)의 재료는 섬유 진입의 영역에서 가스실(8) 내부로 광섬유(2)에 대한 밀봉을 제공한다.

단순화를 위해 도 1 내지 도 3을 참조하여 기술될 수도 있는 탐침(1)의 다른 변형예에 있어서, 막(7)은 원통형 가스실(8)의 외벽(jacket wall)을 한정하는 막 튜브(11)를 포함한다. 섬유로부터 떨어져 있는 막 튜브(11)의 단면 단부(end-face end)는 밀봉 덮개(12)를 구비한다. 밀봉 덮개는 막 튜브(11)와 동일한 재료로 제조될 수 있다. 대안으로, 밀봉 덮개(12)를 막 튜브(11)의 재료와 다른 재료, 특히 완전 액체 불투과성 재료로 제조할 수 있으며, 이는 막 튜브(11)가 산소 투과성으로 되기 충분하다. 섬유를 향한 측면 상의 막 튜브(11)는 밀봉 덮개(12)와 동일한 재료로 제조될 수 있는 밀봉 링(13)에 의하여 섬유(2)에 대해 밀봉된다.

도 4의 탐침(1)의 구성은 도 4의 탐침의 가스실 종축(9)이 가스실(8)의 섬유축(10)과 일치하진 않지만 상기 섬유축에 평행하다는 점에서 도 1 내지 도 3의 구성과 상이하다. 이러한 방식으로, 도 4에 도시된 구조의 가스실(8)은 예를 들어, 추가 센서와 같은 추가 구성요소가 수용될 수 있는 보다 큰 연속적인 자유 공간을 구비한다.

도 5 및 도 6은 탐침(1)의 또 다른 구성을 갖는 카테터(14)를 도시한다. 카테터(14)는 상기 카테터가 도 1 내지 도 4와 관련하여 전술된 카테터와 다른 점만 아래에 기술된다. 도 1 내지 도 4를 참조하여 전술된 부재에 대응하는 부재는 동일한 도면 부호를 가지며 도 1 내지 도 4의 부재의 구조와 기능이 다른 경우에만 기술된다. 카테터(14)는 하우징(15)을 구비한다. 도시된 구성에 있어서, 상기 하우징은 티타늄으로 제조되지만 다른 재료로도 제조될 수 있다. 하우징(15)은 일체로 제조되며 원위 하우징부(16), 중앙 하우징부(17) 및 근위 하우징부(18)로 구조적으로 구별된다. 원위 하우징부(16)는 그 원위 단부에서 비외상 카테터 팁(atraumatic catheter tip)(19)에 의해 가려진다. 원위 하우징부(16)의 외주에서, 카테터 팁(19)이 막(7)의 막 튜브(11) 내로 통합된다.

카테터 팁(19)은 막(7)의 밀봉 덮개이다. 막(7)의 원위 외주 단부(20)는 중앙 하우징부(17)의 원주 단차(21) 상으로 가압된다. 외주 단차(21)의 외경은 막 튜브(11)의 내경에 비해 약간 크다.

가스실(8)의 일부이며, 통공(23)에 의해 역시 가스실(8)의 일부인 원위 하우징부(16)의 원통형 내부와 연결되는 환형 공간(22)이 막 튜브(11)와 원위 하우징부(16) 사이에 존재한다. 염료(5)를 구비한 광섬유(2)의 원위 섬유부(6)는 상기 내부로 삽입된다. 또한, 섬유(2)는 중앙 하우징부(17)로 삽입된 밀봉 바디(24)를 최초 관통하며, 예를 들어 실리콘 고무로 제조될 수 있다. 또한, 섬유(2)는 근위 하우징부(18)와 카테터 튜브(25)의 원통형 내부를 관통한다. 카테터 튜브는 근위 하우징부(18) 내에 형성된 외주 단차(26) 상으로 가압된다.

밀봉 바디(24)의 외벽(27)은 중앙 하우징부(17)의 하우징 윈도우에 배치되며 상기 중앙 하우징부(17)의 주변 외벽과 정렬된다. 압력 센서(28)는 밀봉 바디(24) 내에 배치된다. 압력 센서는 밀봉 바디(24), 근위 하우징부(18) 및 카테터 튜브(25)를 통해 연장하는 신호선(29)에 의하여 중앙 제어부와 평가 유닛(미도시)에 연결된다.

도 4에 도시된 구성에서와 같이, 도 5 및 도 6에 도시된 탐침(1)에 있어서, 가스실 종축(9)은 섬유축(10)과 일치하지 않으며, 그로 인해 원위 하우징부에 의해 한정된 내부에 커다란 연속 자유 부피가 존재한다. 온도 센서(30)는 상기 내부에 배치된다. 온도 센서(30)의 근위 단부는 밀봉 방식으로 밀봉 바디(24) 내부로 삽입 된다. 신호선(31)은 온도 센서(30)를 중앙 제어부 및 평가 유닛에 연결한다. 신호선(31) 역시 밀봉 바디(24), 근위 하우징부(18) 및 카테터 튜브(25)를 관통한다.

카테터(14)의 기능은 도 1 내지 도 4의 탐침(1)의 용도에 대한 차이가 있을 경우에만 아래에 기재될 것이다. 카테터(14)가 환자의 측정 위치에 배치된 이후에, 카테터(14)를 둘러싼 생체조직의 산소 함량이 도 1 내지 도 4에 도시된 구성과 관련하여 전술한 바와 같은 탐침(1)을 이용하여 측정된다. 이와 동시에, 외벽(27)을 통하여 생체조직에 의해 압력 센서(28)에 가해진 압력은 압력 센서(28)에 의해 측정되며, 가스실(8) 내의 온도는 온도 센서(30)에 의해 측정된다. 측정값은 신호선(29, 31)들을 통해 중앙 제어부 및 평가 유닛에 제공되며, 광원 및 탐침(1)의 광센서가 상기 중앙 제어부 및 평가 유닛에 연결된다. 열평형이 이루어진 이후에, 측정 센서(30)에 의해 측정된 가스실(8) 내의 온도는 카테터(14)의 원위 하우징부(16)를 둘러싼 생체조직의 온도에 해당한다. 막 튜브(11)를 통해 관통하여 가스실(8)을 통과하는 수증기는 이러한 온도 균일화에 책임이 있으며, 신속한 온도 측정의 기본이다.

온도 센서(30)에 의해 측정된 온도의 결과로서, 산소 분압 측정부 내의 수증기 분압의 온도 의존성이 광섬유(2)를 통해 고려될 수 있다.

도 7 및 도 8은 생체조직 내의 산소 함량을 측정하기 위한 탐침을 포함하는 카테터의 추가 구성을 나타낸다. 도 1 내지 도 6을 참조로 하여 전술된 부재는 동일한 도면 부호를 가지며 개별적으로 다시 설명되지 않는다.

도 7 및 도 8에 도시된 카테터(14)는 주로 막(7)의 형태와 센서의 배치 면에 서 도 5 및 도 6의 카테터와 상이하다. 도 7 및 도 8에 도시된 구성에 있어서, 카테터 팁(32)은 도 5 및 도 6에 도시된 구성과 같은 고체 재료로 제조되지 않지만, 가스실(8)의 일부인 내측 홈(33)을 구비한다. 홈(33)은 막 튜브(11)와 동일한 재료로 제조되고 동일한 재료 두께를 갖는 단면 막부(34)에 의해 원위적으로 가려진다. 막부(34)는 상기 막부(34)가 상기 막부를 둘러싼 부분과 함께 비외상 카테터 팁을 형성하도록 상기 막부를 둘러싼 카테터 팁(32)의 부분 내부로 그 모서리에서 무봉합으로 결합한다. 막부(34)는 평행한 음영에 의해 도 8의 정면도에 도시된다. 염료(5)를 구비한 광섬유(2)는 도 7 및 도 8에 도시된 구성에서 카테터 팁(32)의 홈(33) 내부로 삽입된다.

도 7 및 도 8에 도시된 구성에 있어서, 가스실 종축(9)은 섬유축(10)과 일치하지 않으나, 상기 섬유축에 평행하게 거리를 두고서 배치된다.

도 7 및 도 8에 구성에 있어서, 온도 센서(30)는 가스실(8) 내에 배치되지 않고 근위 하우징부(18)에 배치된다.

도 7 및 도 8에 도시된 카테터(14)의 기능은 도 5 및 도 6에 도시된 카테터의 기능에 대응한다. 도 7 및 도 8에 도시된 카테터(14)의 경우에 있어서, 온도는 수증기 분압의 온도 의존성을 정확하게 허용하기 위하여 근위 하우징부(18)의 영역에서 생체조직의 온도가 원위 하우징부(16)의 영역에서의 온도와 대응하는 것이 필요한 방식으로 근위 하우징부(18)의 영역에서 측정된다.

백금착화합물 또는 루테늄착화합물이 염료(5)로서 사용될 수 있다. 백금착화합물의 일반적인 형광 지속기간은 0% 공기 포화에서 60 ㎲이고 100% 공기 포화에서 20 ㎲이다. 루테늄의 일반적인 형광 지속기간은 0% 공기 포화에서 약 6 ㎲이고 100% 공기 포화에서 약 4 ㎲이다.

본 발명은 생체조직 내의 산소 함량을 측정하기 위한 탐침 및 이러한 탐침을 구비한 카테터에 이용될 수 있다.

Claims (11)

1. 생물학적 물질 내의 산소함량을 측정하기 위한 탐침(1)으로서,

   - 일 단부를 통해 광원에 근접하게 광학적으로 연결될 수 있으며 타 단부를 통해 광센서에 근접하게 광학적으로 연결될 수 있는 하나 이상의 광섬유(optical fibre)(2)와;

   - 섬유(2)의 원위 단부면(4)에 배치되어 상기 단부면에 광학적으로 연결되는 산소 감응 염료(oxygen-sensitive dye)(5)를 구비하는, 탐침(1)에 있어서,

   염료(5)와 함께 원위 단부면(4)을 포함하는 원위 섬유부(6)는, 염료(5)를 구비한 원위 단부면(4)을 둘러싼 가스실(8)을 둘러싸는 영역으로 한정하는 산소 투과성, 액체 불투과성 막(7)에 의해 둘러싸이며, 상기 염료(5)는,

   - 원위 단부면(4) 및/또는 가스실(8)의 범위를 정하는 막(7)에 코팅으로서 제공되거나, 또는

   - 막(7)의 벽의 적어도 일부로 편입되는 것을 특징으로 하는 산소함량 측정 탐침.
2. 제1항에 있어서,

   막(7)의 두께는 상기 막이 가스실(8)을 한정하는 곳에서 균일한 것을 특징으로 하는 산소함량 측정 탐침.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   가스실(8)은 적어도 일부 영역에서 원통형이며, 상기 가스실의 종축(9)은 원위 섬유부(6)의 섬유축(10)과 평행하거나 일치하는 것을 특징으로 하는 산소함량 측정 탐침.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

   막(7)은 막 튜브(11)를 포함하며, 상기 막 튜브의 단부(12, 13)는 가스실(8)을 한정하기 위해 액체의 침투에 대하여 밀봉되는 것을 특징으로 하는 산소함량 측정 탐침.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

   막(7)은 실리콘 고무(silicone rubber), 폴리에틸렌(PE), 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 또는 테트라플루오로에틸렌-헥사플루오로프로필렌 공중합체(FEP) 중 하나의 재료로 형성되는 것을 특징으로 하는 산소함량 측정 탐침.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,

   막(7)은 가스실(8) 내의 가스 압력의 영향 하에서 변형될 정도로 충분히 유연한 것을 특징으로 하는 산소함량 측정 탐침.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,

   가스실(8)은 탐침(1)의 삽입 전에 공기가 충전되는 것을 특징으로 하는 산소함량 측정 탐침.
8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,

   막(7)은 수증기 투과성으로 구성되는 것을 특징으로 하는 산소함량 측정 탐침.
9. 카테터(14)로서,

   - 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 탐침(1)과;

   - 상기 카테터를 둘러싼 생물학적 물질의 온도를 측정하기 위한 온도 센서(30)와;

   - 상기 카테터(14)를 둘러싼 생물학적 물질 내의 압력을 측정하기 위한 압력 센서(28)를 바람직하게 포함하는 것을 특징으로 하는 카테터(14).
10. 제9항에 있어서,

    온도 센서(30)는 가스실(8) 내의 적어도 일부에 배치되는 것을 특징으로 하는 카테터.
11. 제4항을 참조로, 제9항 또는 제10항에 있어서,

    카테터 팁(19; 32)은 막(7)의 막 튜브(11)의 원위 밀봉부를 나타내는 것을 특징으로 하는 카테터.

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