JPH0751127B2 - 血液の特性を化学的に測定する装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、血液サンプルの若干の特性を測定する装置に
関し、具体的には、これらの特性のための一群のセンサ
と、これらのセンサを較正するのに使用する溶液とを含
む使い捨てカートリッジを使用する装置に関する。

先行技術 種々の臨床状態においては、pH、カルシウム、カリウム
イオン、及びヘマトクリットの濃度、O₂及びCO₂の分圧
等の患者の血液の若干の化学的特性を測定することが重
要である。例えば、フィラデルフィアのSaunders Compa
nyから1976年に刊行されたTietz編「臨床化学の基礎」
の第135頁以降の「電気化学」と、第849頁以降の「血液
のガス及び電解質」とを参照されたい。これらの状況
は、患者の日常的に医院へ通院することから、各状況毎
に要求される速さ、正確さ等が変化する心臓の切開手術
中の監視にまで及んでいる。

心臓切開手術中の血液の化学的特性の測定は、最も要求
される一組の判断基準を外科医に提供する。現在は、大
手術中の血液ガスの分析は、個々の血液サンプルを据え
置き型の研究室用血液ガス分析器に繰り返し搬送する
か、もしくは患者の心臓のバイパスするために使用され
る人工心肺装置の身体外血液回路と直結して配置された
センサの使用によって行われている。

血液・ガス分析に必要な個々の血液のサンプルを搬送す
ることは、本質的に血液サンプルが周囲の空気によって
汚染される危険性を増加させ、それにより若干の監視す
べき特性が変化してしまう恐れがある。加えて、これら
の分析装置は複雑且つ高価な装置であるから典型的には
病院の研究室だけに配置され、必要な場合には熟練した
技術者が操作している。その結果、手術、重体時の介
護、もしくは集中介護中に望ましくない遅れがもたらさ
れる。更に、これらの分析装置は、加圧された自立型タ
ンク内に貯蔵されているある量のガスの電解質溶液内へ
溶解させることによって適当な電解質参照混合液を生成
するために、バブル・トノメータを使用している。これ
らのガスタンクは頻繁に交換する必要はないが、非常に
厄介な手順である。最後に、これらの既存分析装置は、
次に使用する前に、全ての露出部分から前と患者の血液
による汚れを落として清潔にしなげればならない。

本明細書において使用する「トノメトリ」とは、所与の
温度における既知の圧力（部分圧）のガスと液体との平
衡を意味し、血液ガス分析においては血液とガス（通常
は炭酸ガス、酸素の混合ガス）との平衡を意味する。上
記「トノメータ」とは流体もしくは蒸気圧力を測定する
装置であり、良い「トノメータ」はサンプルを失うこと
なく一定温度で、迅速且つ完全な平衡状態を作るものを
いう。

直結センサを使用すると、搬送中の汚染の危険性及び遅
れは最小になるが、これらのセンサの応答は通常は使用
中に変化、即ち「ドリフト」するものであり、またこの
ドリフト率は一定ではない。現在の直結センサは、それ
らを身体外回路内へ配置する前にしか較正することがで
きない。従って、これらの直結センサに固有のドリフト
を監視することができないので、それらの読みの信頼性
は時間につれて低下し続ける。

発明の要旨 本発明は、汚染の危険を極限まで小さくし、装置の全寿
命にわたって精度を維持し、臨床状態で同時間的に迅速
に血液の化学分析を行うシステムに関する。

これらの特性は広範な応用に使用する機器に対して望ま
しいものではあるが、本発明の好ましい実施例を構成す
る血液化学分析装置は、血液収集装置、身体外分路装
置、もしくは手術、集中介護、重体介護中等の患者の生
命を維持するために使用される人工心肺装置のような生
体外（ev vivo）血液源に接続するようになっている。
本分析装置は、人工心肺装置のような流動血液源の静脈
もしくは動脈の何れかの流しチューブから生きた生体外
血液の少量の試験サンプルを転流させて、固体状態（も
しくはソリッド・ステート）の一群のマイクロ電極に露
出したチャネル内に実時間で直接流入させ得るように設
計されている。これらのマイクロ電極は流れる血液サン
プルの化学的特性に比例する電気信号を実時間で生成す
る。

電極群は、使い捨てカートリッジ内に、そして試験サン
プルを定温に維持する熱板に近接して収容されている。
カートリッジを血液化学分析装置内に挿入すると、電極
はセンサが生成した複数の電気信号の１つを選択する電
極インタフェースに接続され、選択された信号は分析装
置のマイクロプロセッサに印加されてアナログ形状から
分析、記憶及び表示に適するディジタル形状に変換され
る。

カートリッジ内の金属板は熱ユニットに接している。こ
の熱ユニットは、金属板の温度を監視し、熱を発生して
その熱を金属板に伝え、金属板を通して熱を電極に接し
ているサンプルに伝えてサンプルの温度を定温に維持す
るようになっている。

カートリッジは、参照もしくは較正用電解質溶液（即
ち、較正を含むクオリティ・コントロールの目的のため
の溶液であって、以後、制御溶液もしくは較正溶液と称
する）のための少なくとも１つの、そして好ましくは２
つの袋の形状のコンテナと、分析後の廃液を収集するの
に適する貯蔵袋もしくは槽をも含む。カートリッジを挿
入すると、カートリッジ内の選択弁がマイクロプロセッ
サによって制御されているシャフトに結合し、較正溶液
もしくは試験サンプルの何れかが電極を横切って流れる
ことができるようになる。

カートリッジを通して流体を流すように駆動する力（例
えば、正の圧力もしくは吸引力）は、分析装置内の回転
可能な駆動ローラがチューブの露出した部分をカートリ
ッジ上のポンプスロットの湾曲した壁に対して押し付け
てそれをつぶすようになっている蠕動ポンプによって与
えられる。ローラが回転すると、較正溶液もしくは試験
サンプルの何れかが、それぞれの源から電極チャネルを
横切っているカートリッジのチューブを通って廃液貯蔵
袋内へ流される。駆動ローラの回転はマイクロプロセッ
サによって制御される。

上述した特色に加えて、分析装置はシステムの動作の時
間基準を与える内部ディジタル時計、バックアップ電池
電源、操作者のためのキーボード、表示装置及びプリン
タをも含んでいる。

動作時には、全ての接続が適当に行われた後に、選択弁
及び駆動ローラが共働いて較正溶液を電極チャネル内へ
流入させ、電極が発生した信号がマイクロプロセッサに
よって分析され、表示される。分析済の流体は廃液収集
貯蔵袋内へ導かれる。マイクロプロセッサは較正溶液及
び試験サンプルの分析のこのサイクルを予め選択され
た、そして操作員が制御キーボードを通して入力した頻
度で制御して繰り返す。またキーボードは、分析装置が
自動サイクルモード中であっても、任意の時点に操作員
が直ちに分析を行うことが可能にする（但し２乃至３分
間のリサイクル時間の間だけは制限される）。手術の後
に、カートリッジ及び人工心肺装置の静脈及び動脈流を
カートリッジに接続するチューブが廃棄され、分析装置
は新たなカートリッジを使用する準備が整う。

図面の簡単な説明 本発明の上記の、及び他の目的、及び特徴は、添付図面
を参照しての以下の説明から明白になるであろう。

第１図は、血液化学分析装置の好ましい実施例の主要部
分を示す概略図、 第２図は、第１図の分析装置と共に使用するカートリッ
ジの一実施例を挿入端から見た斜視図、 第３図は、カートリッジの実施例の部分斜視図、 第４図は、カートリッジの実施例を後端から見た図、 第５図は、カートリッジに含まれる選択弁の分解図、 第6A図は、カートリッジに含まれる電極カードの平面
図、 第6B図は、第6A図の電極カードの断面時、 第７図は、カートリッジの挿入端の端壁の部分斜視図で
あって、蠕動ポンプスロットを示す図、 第８図は、第１図の血液化学分析装置内の、カートリッ
ジの若干の部分との接続関係を示す図、そして 第９図は、血液化学分析装置の制御パネルの一実施例の
正面図であって、表示器及びキーボードを示す図であ
る。

好ましい実施例の説明 血液の特性を化学的に測定する本発明の装置は種々の臨
床及び実験に使用することが可能であるが、以下の説明
では本発明の好ましい実施例を大手術に使用するものと
して述べる。この説明が本発明の適用範囲を制限するも
のと理解すべきではない。

第１図は、患者10が人工心肺装置12によって生命を維持
されているような手術中の使用に適する血液化学分析シ
ステムの概要図である。この分析システムは、二方弁18
を使用して選択することによって、人工心肺装置12の静
脈流14もしくは動脈流15の何れかからの血液の試験サン
プルを、一群の感知電極62−69を含むカートリッジ20へ
直接供給することができる。これらの電極62−69は、血
液サンプルの個別の特性に比例する電気信号を生成す
る。これらの信号は、カートリッジ10が挿入される血液
化学分析装置80内に含まれているマイクロプロセッサ10
0へ伝送される。これらの信号を分析した後に、マイク
ロプロセッサ100は表示装置104を制御して血液サンプル
のこれらのパラメタの値を表示させ、患者10の状態に関
する情報を外科医に提供する。

分析装置の操作者はキーボード102を使用して、手術中
に分析装置が行う分析の所望の頻度をマイクロプロセッ
サ100にプログラムする。マイクロプロセッサ100は分析
装置80内の選択弁駆動手段82を制御してカートリッジ20
内の選択弁40と共働させ、共にカートリッジ20内に含ま
れる較正溶液袋22及び較正溶液袋24から、次いで静脈流
14もしくは動脈流15から、流体が順次に流れて電極群62
−69に露出されている電極チャネル61内へ流れることが
できるようにする。袋22及び24からの較正溶液は、電極
62−69を２点較正するために使用される。同様な手法
で、選択された間隔で、血液サンプルの分析が次々に行
われる。殆どの場合には分析の前には１点較正が行わ
れ、時折、精度を維持し続けるために２点較正が行われ
る。手術が完了すると、もしくは較正溶液が尽きた場合
にはカートリッジ20は破棄され、分析装置の爾後の使用
に備えるために新しいカートリッジ20と交換される。

これらの全ての特色及び付加的な特色に関して、以下に
更に詳細に説明する。

カートリッジ及び較正溶液：血液を模擬する較正溶液 第２図及び第３図に示す箱状のカートリッジ20は、好ま
しくは堅固なプラスチック製とする。カートリッジ20
は、第１図に示す血液化学分析装置80内に挿入すること
ができ、且つ後述する要素と適切に係合できるような寸
法である。

カートリッジ20の主ボデーは部分的に囲われていて、そ
の内容物、即ち柔軟な２つの較正溶液袋22及び24、及び
廃液収集袋28を保護する。較正溶液袋22及び24は頭隙を
有しておらず、後述するように、既知の個別の電気化学
的特性を有するように特別に処方することが好ましい溶
液及びその中に溶解されたガスを含む。袋詰めされた較
正（もしくは参照）溶液の技術に関しては合衆国特許4,
116,336号を参照されたい。第３の袋28即ち廃液収集袋
は空の状態から始まり、分析後の破棄される較正溶液及
び血液を収集するように企図されている。好ましくは、
第４図に示すように較正溶液袋22及び24の外側に廃液収
集袋28を配置して取り囲むようにする。

参照溶液 袋22及び24は各々ガスに対して不透過性であり、分析装
置が監視しようとする値の範囲にわたる化学的特性の既
知の値を有する水性較正溶液もしくは制御溶液（溶解し
たガス及び電解質について電気化学的に血液を模擬する
溶液）を含む。２つの袋内の較正溶液のこれらの特性の
値は異なっているので、２つの較正溶液を電極62−69に
順次に曝すことによって電極の測定特性の２点較正もし
くはブラケット（例えば、高及び低）較正を行うことが
できる。

袋22及び24内の酸素及び二酸化炭素のようなガスの濃度
を、周囲圧及び温度には無関係に既知の一定のレベルに
維持するために、溶液を袋詰めする時に特別な手法で溶
液にガスが添加される。本発明の特色として、以下に説
明する一実施例における袋詰めは、通常の使用中に溶液
が遭遇するものとは異なる圧力及び温度の条件の下で遂
行されるので、有利なことには、袋詰め時には溶液をガ
スで完全に飽和させることができ、使用中には同じ溶液
が適当に不飽和になるという重要な、しかし従来は実現
することができなかった結果がもたらされる。典型的に
は、袋詰め中の温度は使用中の温度よりも高く、また袋
詰め中の周囲圧は使用中の周囲圧力よりも低くす。例え
ば、酸素、二酸化炭素、及び窒素で平衡（トノメータ）
させる血液を模擬する溶液の場合、袋詰めは約625乃至
約700mm Hgの圧力で、またほぼ45乃至50℃の範囲の温度
で行うことができ、より高い温度は必要としない。袋詰
め中の溶液はガスで完全に飽和し、袋は空気の捕捉を極
力抑えながら密封される。後刻、温度及び範囲圧が通常
の使用時の値になった時には袋詰めされた溶液は飽和し
ておらず、しかもそれらの分析物濃度は初期充填時に達
成した既知の値を保持していることが分かった。使用中
の溶液は飽和していないのであるから、溶液内のガスが
ガス泡沫となって除気されることはない。

限定するものではないが、例として上述した二点較正の
ためのＡ及びＢと名付けた較正溶液の好ましい実施例
は、以下のようなトノメトリを用いた。

処方及びトノメトリ手順 較正溶液A:Na⁺,Ca⁺⁺,PCo₂,pH 37℃及び大気圧において８％Co₂−N₂ガスで平衡させ
る。

平衡（トノメータリング）を開始した後に添加されるカ
ルシウム塩を除き、全ての化合物を計量し、混合し、そ
して希釈する。

これは次のパラメタレベルを与える。

較正参照溶液B:Na⁺,Ca⁺⁺,PCo₂,pH 50℃及び700mm Hg絶対圧力において21％O₂−４％Co₂−N
₂ガスを使用して平衡させて調製した。

カルシウム塩を除く全ての混合物を計量し、転送し、そ
してH₂Oで希釈する。平衡を開始した後にカルシウム塩
を添加する。

これは次のパラメタレベルを与える。

以上のように、本発明の好ましい実施例による血液化学
測定装置もしくは監視装置において使用するための袋詰
めされた形状の較正溶液は、静脈血液もしくは動脈血液
を電気化学的に模擬する水溶液を容れた柔軟な、ガスを
透過させない、空隙の無いパッケージからなっている。
溶液は電解質（カリウム及びカルシウムイオン）と、既
知の部分圧で溶解したガスとを含む。上記袋詰めされた
溶液は、上記較正溶液Ｂによって例示してあるような安
定な形状で血液を電気化学的に模擬しているものと見做
すことができる。袋詰めされた溶液内の合計ガス圧は、
使用温度、即ち貯蔵及び監視中に遭遇する温度において
約0.82乃至約0.92気圧（625乃至700mm Hg）の範囲内に
ある。パッケージは上述したように柔軟な袋であって
も、もしくは他の適当なコンテナパッケージであっても
よい。

上記袋詰めされた血液を模擬する溶液の調製は、従来の
実現されなかった適合性の問題を含むことが分かった。
因みに、普通のトノメトリ手順によって溶液を調製する
場合には、カルシウムイオンが非イオン沈澱物として溶
液から制御できない分離をすることから、化合物は適合
できないことが分かっている。

従って、本発明の別の好ましい面は、カルシウムの不用
な沈澱を伴わずに、酸素ガス、二酸化炭素ガス、カリウ
ムイオン及びカルシウムイオンを含む袋詰めされた血液
を模擬する較正溶液を製造する方法に関する。この方法
は、所定の濃度のカリウムイオンを含む水で緩衝された
溶液を作る段階と、得られた溶液をガスに曝して平衡さ
せる段階と、そして平衡化手順を開始した後に平行させ
た溶液に所定量のカルシウムイオンを導入する段階とか
らなり、得られた溶液は所望のイオンパラメタに関して
安定であり、またこの溶液は適当に袋詰めすることがで
きる。

本発明のさらなる好ましい方法の一面は、通常の大気圧
において貯蔵及び血液ガスを監視するために、上述した
電気化学的に安定な、平衡化した血液を模擬する溶液の
パッケージを製造する方法に関する。この方法は、溶液
をほぼ大気圧に、且つ上記使用温度より高い温度に維持
しながら、密封された、柔軟な、ガスを透過させない、
空隙の無い（即ち、頭隙が０の）容器内に溶液を袋詰め
することからなる。この袋詰めは、それ自体は公知であ
る適当なパッケージ手段の何れかを用いて行うことがで
きる。

本発明のパッケージ面の好ましい実施例は、柔軟な、ガ
スを透過させないパッケージに関する。このパッケージ
は、血液ガス電解質分析に使用するための血液を模擬す
る較正溶液を含み、この較正溶液は酸素及び二酸化炭素
で平衡されたカリウム及びカルシウムイオンを含み、パ
ッケージの内容物は使用状態の下では全て液体であっ
て、空隙もしくは泡は全く存在しない。

較正溶液袋22及び24は共に、第３図及び第４図に示すよ
うにチューブ取付け具26を含み、これらのチューブ取付
け具自体はそれぞれ、それらの較正溶液チューブ23及び
25に接続されている。較正溶液チューブ23及び25は、後
述するように後に選択弁40に接続される。

分析後に破棄される血液及び較正溶液を収集するのに適
する廃液収集袋28が、ガスに対しては半透明性であるが
血液及び較正溶液の液体成分に対しては不透過性の材料
で形成されている。即ち、血液及び較正溶液の液体成分
だけが廃液収集袋28の中に入るように企図されているの
である。好ましい実施例では、袋22、24及び28はカート
リッジ20の主ボデー内に収容されていて、較正溶液袋22
及び24が空になったことによって生じたカートリッジ20
内の空間を一杯になった廃液収集袋28が占めるようにな
っている。

第４図に示すように、廃液収集袋28もチューブ取付け具
26を有し、電極カード60の出口端からの廃液チューブ76
に接続される。逆止め弁77（第３図）が廃液収集袋28へ
の流路内に配置されていて、逆流を防いでいる。

カートリッジ20の後端、即ち血液化学分析装置80への挿
入端とは反対側の端は、第２図及び第３図に示すように
血液取り入れ口30を含む。この血液取り入れ口30は、チ
ューブ16によって、手術中の患者10を生命を維持するた
めに使用される人工心肺装置12の静脈血液流14もしくは
動脈血液流15の何れかへ接続される。操作者はチューブ
16内の弁18を使用して静脈血液流14もしくは動脈血液流
15の何れかからの血液サンプルの選択を制御する。血液
取り入れ口30は、カートリッジ20の内部の袋22と24との
間をを通過している血液取り入れチューブ32によって、
カートリッジ20の挿入端の選択弁40に接続されている。

第２図及び第３図に示すようにカートリッジ20の挿入端
は、選択弁40、電極カード60、蠕動ポンプスロット74、
及び金属板70（第6B図）を含む。好ましい実施例では、
カートリッジ20のこの挿入端はカートリッジ20のプラス
チックの外囲材料の張り出た側面及び上面によって保護
されているが、血液化学分析装置80の接続部分に対して
は露出されている。

第２図及び第３図に示すように、選択弁40、電極カード
60、及び蠕動ポンプスロット74は全て血液化学分析装置
80内の対応する接続部分に結合されるようになってい
る。プラスチック製の挿入端の壁50はカートリッジ20の
主ボデーの内側の袋を部分的に保護し、またカートリッ
ジ20を挿入した時にカートリッジ20と血液化学分析装置
80の対応部分の間に十分に結合が得られるようにする。

第５図に示すように、選択弁40は厚手のプラスチック環
で形成されている回転プラグ42を有し、この回転プラグ
42には最終的に電極チャネル61の入口端まで達している
電極入口チューブ58が挿入されている。回転プラグ42
は、回転プラグ42の中心を通り、端壁50を通ってカート
リッジ20の内部まで達しているボルト46によって、挿入
端壁50に密着されている。カートリッジ20の内部へ伸び
るボルト46は、ばね48を貫通してからナット47によって
締め付けられ、このナット47によって回転プラグ42とボ
ルト46の頭44とが密着させられる。ばね48は回転プラグ
42を挿入端壁50へ押しつけるように働く。ボルトの頭の
外端は、カートリッジ20を分析器80内へ挿入した時に駆
動シャフト84（第８図）を受け入れてそれと係合するよ
うになっている孔（例えば六角孔）を有している。

回転プラグ42は、挿入端壁50の３つの孔52、54及び55を
有する部分に接している。血液サンプル取り入れ孔52は
カートリッジ20の内部において血液取り入れチューブ32
に接続され、較正溶液取り入れ孔54及び55はカートリッ
ジ20の内部において較正溶液チューブ23及び25にそれぞ
れ接続されている。回転プラグ42と接触する各取り入れ
孔52、54及び55はゴム環56によってシールされ、電極入
口チューブ58に対する漏れ防止結合を構成している。

第５図に示すように、マイクロプロセッサは回転プラグ
42を駆動して選択弁40を制御することによって電極入口
チューブ58を、血液取り入れチューブ32、較正溶液取り
入れチューブ23、もしくは較正溶液取り入れチューブ25
の何れかに整列させることができ、これらのチューブの
１本が整列すると他の２本のチューブの流れは閉塞され
る。

カートリッジ20の挿入端の別の特色は、第6A図及び第6B
図に明示されている電極カード60である。電極カード60
は、ポリ塩化ビニル製であって概ね矩形の形状であり、
一群の電極62−69を含んでいる。電極カード60は、これ
らの電極群が突出して血液化学分析装置80内の電極イン
タフェース94と接続されるように、挿入端壁50に固定さ
れている。

好ましくは、各電極62−69は、人の血液の個別の特性を
分析することができるように個別に形成された平らな固
体状態電極とする。各電極62−69を個別に形成すると、
試験サンブルの異なる化学的特性に比例する複数の電圧
もしくは電流が得られる。これらの固体状態電極は、イ
オン選択膜型（好ましい型である）、金属／金属酸化物
型、もしくはポーラログラフ型（電気分解自記法を遂行
する装置の商品名であって、これもまた好ましい型であ
る）の何れであってもよく、これらは全て公知である。
形成された電極62−69の内部分析物感知端は電極チャネ
ル61と、このチャネルの中を流れる任意の試験サンプル
とに露出され続ける。電極チャネル61は、一方の端を電
極入口チューブ58に、また他方の端を廃液チューブ76に
接続され、電極62−69に露出されるサンプルを流すよう
になっている。好ましい一実施例では、電極チャネルの
流路は断面が矩形（例えば1mm×2mm）であって、合計容
積は約80ul.にしてある。

電極カード60は、電極チャネル61に接して配置されてい
る金属板70によって裏打ちされている。この金属板70は
分析装置80内の熱ユニット96と接触し、サンプルがチャ
ネル61内にある間、サンプルの温度をマイクロプロセッ
サ100が監視し、制御できるようにしている。

各電極62−69の外端には導電性材料が上張りされてい
る。この導電性材料は電極カード60の先端まで伸びてい
て、カートリッジ20が挿入された時にサンプルを分析す
る電極と、電極インタフェース94（分析装置80内に収納
されているマイクロプロセッサ100に接続されている）
とを接続する。マイクロプロセッサ100は、他の機能に
加えて、分析結果を監視し、記憶し、そして表示するよ
うにプログラムされている。

第７図は、カートリッジ20の挿入端に配置されている蠕
動ポンプスロット74を示している。蠕動ポンプスロット
74は挿入端壁50内の凹んだスロットである。チャネル61
の出口端から廃液収集袋28の袋取り付け具26まで伸びる
廃液チューブ76は、その途中で挿入端壁50を小してカー
トリッジ20の主ボデーから引き出され、蠕動ポンプスロ
ット74を横切るように垂下している。カートリッジ20を
分析装置80内に挿入すると、分析装置80内の駆動ローラ
90が廃液チューブ76の露出している部分を蠕動ポンプス
ロット74の凹んだ壁に押し付けてつぶす。駆動ローラ90
が回転すると、試験サンプルは電極カード60のチャネル
61を横切り、廃液チューブ76を通って廃液収集袋28内へ
流入させられる。

血液化学分析装置 好ましい実施例においては、血液化学分析装置80は、図
１の概要図に示すように、選択弁駆動手段82、蠕動ポン
プ駆動手段88、熱ユニット96、電極インタフェース94、
マイクロプロセッサ100、操作員のためのキーボード10
2、プリンタ106、表示装置104、内部ディジタル時計108
及びバックアップ電源110を収容している。

血液化学分析装置80への電力は、分析装置を標準電気コ
ンセントへ接続することによって供給される。較正を維
持するために30分までは分析装置へ給電可能な標準的な
電池装置からなるバックアップ電源110が血液化学分析
装置80内に収容されている。

血液化学分析装置80内に含まれる内部ディジタル時計10
8は標準設計のものであり、分析装置の動作の時間基準
を与える。

第１図及び第８図に示す選択弁駆動手段82は、選択弁40
のボルト46の端内に嵌合して較正溶液もしくは試験サン
プルの何れかを電極62−69へ選択的に導くように作動す
る回転可能なシャフト84を含むことが好ましい。シャフ
ト84の位置は、ソレノイド86を介してマイクロプロセッ
サ100によって制御される。

第１図及び第８図に示す蠕動ポンプ駆動手段88は、カー
トリッジ22を血液化学分析装置80内に挿入した時に、蠕
動ポンプスロット74を横切って垂下している廃液チュー
ブ76の部分と接触して、カートリッジ20を通して流体を
流すように蠕動ポンプを駆動する回転可能な蠕動ポンプ
駆動ローラ90を備えている。電動機92によって作動され
る駆動ローラ90の回転は、マイクロプロセッサ100によ
って制御される。

熱ユニット96は抵抗加熱器及びサーミスタを有し、抵抗
加熱器はサーミスタが監視する電極チャネル61内のサン
プルの温度を所定の一定温度に維持するようにマイクロ
プロセッサ100によって制御される。熱ユニット96が発
生する熱はチャネル61に接している金属板70に導かれ
る。

血液化学分析装置80内の電極インタフェース94はカート
リッジ20が挿入された時に電極62−69を分析装置80に接
続し、電極62−69が生成した複数の信号の１つを選択す
る。この選択された信号はマイクロプロセッサ100に印
加され、マイクロプロセッサ100はこの信号をアナログ
形状からディジタル形状に変換し、信号を更に処理す
る。

マイクロプロセッサ100は、上述した諸手段を制御し、
プリンタ106及び表示装置104を制御するようにプログラ
ムされている。更に、マイクロプロセッサ100は電極62
−69から較正信号及び試験サンプル信号を受信し、分析
し、そして記憶する。

キーボード102はタッチセンス膜を有する標準のキーボ
ード装置であって、前部パネルに取り付けられ、第９図
に示すようなフォーマットを有している。操作者は、キ
ーボード102によって、較正溶液もしくは試験サンプル
の入力を開始させ、患者及び操作者の識別情報を入力
し、印刷もしくは表示機能を開始させ、時計を合わせ、
温度を設定し、そしてこれらのデータを入力することが
可能である。

好ましい実施例では、表示器104は標準の、市販されて
いる発光ダイオード装置であって、第９図に示すフォー
マットを有している。マイクロプロセッサ100によって
制御されるこの表示器104は、静脈流14及び動脈流15の
両者からの最後のサンプルに関するpH及びCo₂とO₂の圧
力（mm Hg）の読みを定常的に表示すると共に、最後の
サンプルについて操作者が選択したヘマトクリット、K⁺
もしくはCa⁺⁺の読みをも表示する。表示器104は、現在
の温度、三顧飽和、塩基過剰、合計二酸化炭素、重炭酸
塩、酸素消費率、もしくはそれまでに消費された合計血
液量、並びにバックアップ電源装置の状態もを表示する
ことが可能であり、これらは全て操作者の判断によって
表示可能である。

プリンタ106は、時間、日付け、患者及び操作者の識別
番号、及び温度、並びに上述した表示器104が表示でき
る血液特性の全てのパラメタの値のハードコピーを供給
するようになっているドットマトリクスもしくは感熱プ
リンタのような標準プリンタである。

動作 動作させるには、電力を血液化学分析装置80に供給し、
カートリッジ20を挿入する。チューブ16によって血液取
り入れ口30を、手術患者10の生命を維持する普通の人工
心肺装置12の静脈血液流14及び動脈血液流15に接続す
る。自動的作動弁18によって、操作者は静脈流14もしく
は動脈流15の何れかを選択することができる。カートリ
ッジ20の内部では、血液取り入れ口30からの血液取り入
れチューブ32が較正溶液袋22と24との間を通って選択弁
40に接続されている。

カートリッジ20を血液化学分析装置80内に挿入すると、
選択弁40のボルトの頭44が分析装置80内のシャフト84に
連結され、電極カード60が分析装置80内のコネクタ95内
に挿入されてマイクロプロセッサ100に接続され、そし
て蠕動ポンプスロット74が分析装置80内の回転駆動ロー
ラ90と係合する。カートリッジ20内の金属板70が分析装
置80内の熱ユニット76に接触して、電極チャネル61内の
サンプルの温度が監視され、制御されるようになる。

血液サンプルの周期的分析の自動サンプルを開始させる
には、操作者がキーボード102を使用して所望の分析頻
度をマイクロプロセッサ100へ入力する。これによりマ
イクロプロセッサ100は、ボルトの頭44内に嵌合してい
るシャフト84を駆動して選択弁40の回転プラグ42を回転
させて電極入口チューブ58を較正溶液孔54もしくは55の
一方と整列させる。孔54はチューブによって一方の較正
溶液袋22に接続され、孔55は他方の較正溶液袋24に接続
されている。マイクロプロセッサ100は先ず第１の袋22
内の較正溶液を選択し、次いで第２の袋24内の較正溶液
を選択することによって、電極62−69の２点較正を遂行
する。一旦回転プラグ42が適所に位置決めされると、ロ
ーラ90が廃液チューブ76の一部分、即ち蠕動ポンプスロ
ット74を横切って垂下している部分に沿って回転し、適
切な較正溶液を電極カード60のチャネヴ61内へ引き込
む。

何れかの較正溶液が電極62−69に接触すると、溶液の個
別のイオン特性もしくはガス濃度に比例する複数の電圧
もしくは電流が電極インタフェース94へ伝送され、電極
インタフェース94はこれらの信号の１つを選択する。こ
の選択された信号はマイクロプロセッサ100へ印加さ
れ、アナログ形状からディジタル形状に変換される。電
極インタフェース94は順次に他の各電圧信号を選択して
行く。２点較正が完了すると、マイクロプロセッサ100
は回転プラグ42を回転させて、電極入口チューブ58と血
液サンプル孔52とを整列させる。駆動ローラ90は血液サ
ンプルをチャネル61内へ引き込み、同時に較正溶液を廃
液チューブ76を通して廃液収集袋28内へ圧入させる。血
液サンプルの複数の電圧もしくは電流信号が測定され、
個別のパラメタが２点構成に従って値を決定され、血液
化学分析装置80上の適切な手段を通して表示される。ま
た血液サンプルの個別のパラメタのこれらの値は、爾後
の呼び戻し及び表示のためにマイクロプロセッサ100内
に記憶することができる。

チャネル61内のサンプルの温度は、金属板70の温度をサ
ーミスタによって監視し、熱ユニット96によって制御す
ることによって一定に維持される。

較正溶液及び血液サンプルの分析のシーケンスは、操作
者が予め選択した間隔で繰り返させる。殆どの場合、直
後の間隔における分析では、電極62−69の１点較正が行
われ、時折、精度を維持するために２点再較正がマイク
ロプロセッサ100によって遂行される。

代替として、１回分の血液サンプルを血液取り入れ口30
から取り入れて上述したシーケンスを遂行してもよく、
これによりシステムを研究室設置型の血液化学分析装置
として動作させることができる。

較正溶液が尽きた後に、もしくは特定の患者の手術が終
了した後に使用済のカートリッジ20を破棄し、血液化学
分析装置の次の使用に備えて新しいカートリッジに交換
することができる。

以上のように、本血液化学分析装置は経済的な、高度な
自動化された、且つ汚染を生じることがない手段を提供
するものであって、手術中の患者の状態を反映している
患者の血液特性に関する情報を殆ど即時に外科医に提供
する。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ウイマン ジヤツク エス アメリカ合衆国 ミシガン州 48104 ア ン アーバー スプリングブルツク 3267 (72)発明者 ヘンダーシヨツト リツキー ジー アメリカ合衆国 ミシガン州 48105 ア ン アーバー サンドルウツド サークル 2319 (56)参考文献 特開 昭58−152537（ＪＰ，Ａ) 米国特許4116336（ＵＳ，Ａ)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】箱状のボデーを有し、そしてこのボデーの
   外に蠕動圧送チューブ部分を出している流体チューブを
   有しており、一回使用すると取り替える形式の感知カー
   トリッジと、この感知カートリッジとは別体となってい
   て、カートリッジのボデーを受け、そしてそのボデーへ
   接続するようになっていて感知カートリッジと一緒に作
   動する血液化学分析装置とを備え、 この血液化学分析装置に装填して一回だけ使用し、使用
   後は捨てる感知カートリッジのボデーは、 既知の化学特性の較正溶液を満たしたコンテナと、 血液サンプルを直接受けるボデーの取り入れ口手段と、 血液サンプルの個別の化学的特性に比例した電気信号を
   発生する一群の感知電極と、 この電極群に開いており、そして前記の取り入れ口手段
   と前記のコンテナとに開いて連通しているチャンネル
   と、 前記の血液化学分析装置により駆動されて前記の較正溶
   液か、前記の血液サンプルかの何れかを前記のチャンネ
   ルに選択的に流す流体チューブと多位置弁装置とを備
   え、 前記の血液化学分析装置は、血液化学分析装置に前記の
   感知カートリッジが挿入されるとカートリッジと相互接
   続する蠕動ポンプと弁駆動手段とを含み、この弁駆動手
   段は接続されるとカートリッジの弁装置の位置を制御し
   て前記の較正溶液か、前記の血液サンプルかの何れかを
   前記のチャンネルに選択的に連通させ、前記の蠕動ポン
   プは接続されると前記の流体チューブの蠕動圧送チュー
   ブ部分に圧送関係に接触して前記の選択された流体を流
   し、 更に、前記の血液化学分析装置は、前記のカートリッジ
   のボデーの挿入時に電極群と電気接触し、較正溶液もし
   くは血液サンプルへ露出された電極群が発生した電気信
   号を受けて分析する電極インターフェースを含む手段を
   含んでいる ことを特徴とする血液を化学分析するための臨床化学分
   析装置。