(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
血管を通じて患者に液体を供給するシステムであって、前記システムが管を有し、前記管が、血管に対する前記管の遠位端の位置をモニタリングして、前記遠位端が血管内の位置を占めているか否かを確かめる装置を有し、前記装置が、
前記遠位端を加熱する加熱素子と、
前記遠位端の外部によって伝達される熱を示す測定信号を生成するセンサ装置と、
前記測定信号を基準レベルと比較する比較器装置とを有し、前記基準レベルが前記血管内の血液の最低流速に応じて前記測定信号によって得られる値に等しい、システム。
【請求項２】
前記センサ装置が、前記加熱素子が一定レベルの電力を与えられる間に前記加熱素子の温度を測定する第１の温度センサを有する、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記センサ装置が、前記加熱素子から離れた位置における温度を測定する第２の温度センサを有し、前記センサ装置が前記第１及び第２の温度センサによって測定される温度間の差を測定する、請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記加熱素子がサーミスタを有し、前記サーミスタがホイートストンブリッジに埋め込まれ、前記温度センサが前記サーミスタの抵抗を決定するための電圧計を有する、請求項２に記載のシステム。
【請求項５】
前記第１の温度センサによって測定される前記加熱素子の温度と一定基準温度との間の偏差に基づいて、前記加熱素子に与えられる前記電力を制御する制御回路を有し、前記センサ装置が前記加熱素子に与えられる前記電力を測定する、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記加熱素子がサーミスタを有し、前記サーミスタがホイートストンブリッジに埋め込まれ、前記サーミスタを有する前記ホイートストンブリッジの脚にかかる電圧が動作中にフィードバック回路によって制御される、請求項５に記載のシステム。
【請求項７】
前記センサ装置が、動作中に前記加熱素子が一定レベルの電力を与えられる間に前記管の長手方向軸に平行な成分を持つ軸に沿って前記加熱素子の両側の所定位置における温度間の差を測定する第１の温度センサを有する、請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
前記センサ装置が、動作中に前記加熱素子に与えられる前記電力が、第２の温度センサによって測定される前記加熱素子の前記温度と一定基準温度との間の偏差に基づいて制御回路によって制御される間、前記管の長手方向軸に平行な成分を持つ軸に沿って前記加熱素子の両側の所定位置における温度間の差を測定する第１の温度センサを有する、請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
前記センサ装置が、動作中に前記加熱素子が電力パルスを与えられる間に前記遠位端の温度を測定するための第１の温度センサを有し、前記センサ装置が、その後に熱パルスが前記第１の温度センサによって検出される持続期間を測定する、請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
前記センサ装置が第１の温度センサと第２の温度センサを有し、前記第１及び第２の温度センサが前記管の長手方向軸に平行な成分を持つ軸に沿って前記加熱素子の両側の位置にあり、前記加熱素子が動作中に電力パルスを与えられ、前記センサ装置が、その後に熱パルスが前記第１及び第２の温度センサによって検出される持続期間の差を測定する、請求項１に記載のシステム。
【請求項１１】
ＲＦ通信用アンテナと、前記加熱素子に電力供給するための電磁放射を受信するコイルとを有する、請求項１に記載のシステム。
【請求項１２】
前記加熱素子と前記センサ装置が機械的に柔軟な担体に取りつけられるシリコン基板上に加工される、請求項１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記センサ装置が熱電対列を有する温度センサを有する、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１４】
血管を通じて患者から血液を採取するように更に構成された、請求項１に記載のシステム。
【請求項１５】
前記加熱素子と前記センサ装置が前記管の壁の中にある、請求項１から１４のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項１６】
前記加熱素子と前記センサ装置が前記管と同軸上に配置される、請求項１から１５のいずれか１項に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は血管に対する管の遠位端の位置をモニタリングするための装置に関する。
【０００２】
本発明はさらに血管を介して液体を交換するためのシステムに関する。
【背景技術】
【０００３】
特許ＵＳ‐Ａ４９７１０６８は、金属カニューレと、カニューレ上に取り付けられる温度感受性インジケータとを有する針を開示する。血管侵入は血液がカニューレに入り上記温度感受性インジケータに達する場合に温度感受性インジケータの色の変化によって視覚的に示される。
【０００４】
特許ＵＳ‐Ａ４９７１０６８において開示される針の問題は、注入手順中に、すなわち患者に液体が供給される手順中に、カニューレが血管の内側の位置を維持するか否かをモニタリングすることができないことである。つまり、ＵＳ‐Ａ４９７１０６８に開示される針は、血管侵入を観察するために、従って血管内のカニューレの位置を観察するために、温度感受性インジケータまでカニューレに血液自体が流れ込むことを要する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、管の遠位端に対して血管の内側の位置が維持されるか否かをモニタリングすることができる、導入部で規定された類の装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の目的は本発明にかかるシステムによって達成される。本発明にかかるシステムは、血管を通じて患者に液体を供給するシステムであって、前記システムが管を有し、前記管が、血管に対する前記管の遠位端の位置をモニタリングして、前記遠位端が血管内の位置を占めているか否かを確かめる装置を有し、前記装置が、前記遠位端を加熱する加熱素子と、前記遠位端の外部によって伝達される熱を示す測定信号を生成するセンサ装置と、前記測定信号を基準レベルと比較する比較器装置とを有し、前記基準レベルが前記血管内の血液の最低流速に応じて前記測定信号によって得られる値に等しい。
【０００７】
加熱素子に与えられる電力のレベルを考えると、血管内の血液の流速に応じて、遠位端の外部からの熱伝達は血管の内側及び外側の位置に対して著しく異なる。管の遠位端の外部による熱伝達を示す測定信号を生成することによって、血管の内側の管の遠位端の位置が血管の外側の位置から識別できるようになる。ここで基準レベルは血管内の最低流速に応じて測定信号によって得られる値に等しく、この値は熱伝達の最低レベルに対応する。従って、測定信号が基準レベルと比較してより高いレベルの熱伝達を示す場合、管の遠位端は血管の内側に位置するはずである。結果として、測定信号が基準レベルと比較してより小さいレベルの熱伝達を示す場合、管の遠位端は血管の外側に位置するはずである。よって、測定信号を基準レベルと比較することで、遠位端が本当に血管の内側の位置を占めるか否かを確かめることができる。
【０００８】
後者の比較に基づいて、医療専門家は遠位端の位置に関して知らされる。つまり、比較器装置はさらに測定信号と基準レベルの比較に基づいて血管に対する遠位端の位置を示す信号を生成する。
【０００９】
遠位端の位置をモニタリングするために管の外側の血流が利用されることが留意される。従って、血液が恒久的に管を通って流れる必要はない。結果として、本発明にかかる装置は、管を介して患者から血液が引かれるサンプル採取手順、及び液体が血管に向かって管を通って流れる注入手順中に血管に対する遠位端の位置をモニタリングすることができる。
【００１０】
サンプル採取手順中及び注入手順中の両方において、内側の遠位端の位置は例えば患者の運動によってかく乱しやすい。血管の内側の遠位端位置が消える場合、すなわち遠位端がもう血管の内側にない場合、上記血管の周辺組織に液体が供給される。その結果として、刺激、腫脹、及び／又は痛みが患者に生じる。
【００１１】
本発明にかかる装置は、かかる手順の全段階中に、つまり患者と流体を交換する過程中だけでなく、血管侵入に専念するかかる手順の開始時においても、管の遠位端位置をモニタリングするのに適していることがさらに留意される。
【００１２】
本明細書において血管とは静脈と動脈の両方を含むと見なされる。
【００１３】
本発明にかかる装置の好適な実施形態において、センサ装置は、加熱素子が一定レベルの電力を与えられる間に加熱素子の温度を測定するための第１の温度センサを有する。この実施形態は比較的少しの電子部品を有するという利点を持ち、それによって本発明にかかる装置の小型化と、上記装置の製造コストの削減を可能にする。後者の品質は本発明にかかる装置の廃棄可能性を高める。つまり、この実施形態は装置を廃棄することによって生じる経済的損失を大幅に小さくする。勿論、本発明にかかる装置は必ずしも廃棄される必要はなく、すなわちこれは長期使用を可能にする。
【００１４】
本発明にかかる装置のさらなる好適な実施形態において、センサ装置は加熱素子から十分に離れた位置における温度を測定するように構成される第２の温度センサを有し、センサ装置は第１及び第２の温度センサによって測定される温度間の差を測定するように構成される。ここで、加熱素子から十分に離れた位置とは、加熱素子による熱伝達によってほとんど影響を受けない温度を持つ位置を意味する。この実施形態は、周囲温度変動に関してロバストであるため、管の遠位端の位置を正確に記録することができる点で有利である。つまり、上記変動は第１及び第２の温度センサによって測定される温度間の差に測定信号を基づかせることによって補正される。
【００１５】
本発明にかかる装置のさらなる好適な実施形態は、一定基準温度と第１の温度センサによって測定される加熱素子の温度との間の偏差に基づいて加熱素子に与えられる電力を制御するための制御回路を有し、センサ装置は加熱素子に与えられる電力を測定するように構成される。この実施形態は一定基準温度において加熱素子の温度を制御することによって、血管の内側の血液と血管周辺組織の過剰加熱が防止されるという利点を持つ。
【００１６】
本発明にかかる装置のさらなる好適な実施形態において、センサ装置は、動作中に加熱素子が一定レベルの電力を与えられる間に、管の長手方向軸に平行な成分を持つ軸に沿って加熱素子の両側の所定位置における温度間の差を測定するように構成される第１の温度センサを有する。この実施形態は血管内の流れ方向を測定することができる点で有利である。この品質は、血管が異なる流れ方向に沿って血液を運ぶ、動脈若しくは静脈のいずれかにおいて遠位端を位置付けることが必須である用途において特に有用である。従って、この実施形態は効果的に動脈と静脈を区別することを可能にする。
【００１７】
本発明にかかる装置のさらなる好適な実施形態において、センサ装置は管の長手方向軸に平行な成分を持つ軸に沿って加熱素子の両側の所定位置における温度間の差を測定するように構成される第１の温度センサを有し、動作中に加熱素子に与えられる電力は一定基準温度と第２の温度センサによって測定される加熱素子の温度との間の偏差に基づいて制御回路によって制御される。この実施形態は遠位端が血管の内側に位置するか否かをモニタリングする感度を増す点で有利である。つまり、管の遠位端が血管の外側に位置する場合、この実施形態によって生成される測定信号の値は基準レベルと著しく異なる。それに加えて、この実施形態は血管の内側の血液及び血管周辺組織からの過剰加熱を防ぐ点で有利である。さらに、この実施形態は有利なことに血管内の血流の方向を測定することができる。
【００１８】
本発明にかかる装置のさらなる実用的な実施形態において、センサ装置は、動作中に加熱素子が電力パルスを与えられる間に管の遠位端の外部の温度を測定するための第１の温度センサを有し、センサ装置はその後に熱パルスが第１の温度センサによって検出される持続期間を測定するように構成される。
【００１９】
本発明にかかる装置のさらなる好適な実施形態において、センサ装置は第１の温度センサと第２の温度センサを有し、第１及び第２の温度センサは管の長手方向軸に平行な成分を持つ軸に沿って加熱素子の両側の位置にあり、加熱素子は動作中に電力パルスを与えられ、センサ装置はその後に熱パルスが第１及び第２の温度センサによって検出される持続期間の間の差を測定するように構成される。この実施形態は血管内の血流の方向を測定することができる点で有利である。この品質は、血管が異なる流れ方向に沿って血液を運ぶ、動脈若しくは静脈のいずれかにおいて管の遠位端を位置付けることが必須である用途において特に有用である。従って、この実施形態は効果的に動脈と静脈を区別することを可能にする。
【００２０】
本発明にかかる装置のさらなる好適な実施形態は、ＲＦ通信用アンテナと、加熱素子に電力供給するための電磁放射を受信するためのコイルとを有する。この実施形態は、センサ装置と加熱素子が無線動作を可能にする、つまり加熱素子を駆動しセンサ装置によって生成される測定信号に応答するいかなる回路からもセンサ装置と加熱素子が物理的に完全に切断されるという利点を持つ。結果として、煩わしい配線が管に取り付けられない。こうした配線が無いことは、医療専門家が本発明にかかる装置を操作するのを大いに容易にする。
【００２１】
本発明にかかる装置の好適な実施形態において、加熱素子とセンサ装置は機械的に柔軟な担体に取り付けられるシリコン基板上に加工される。この実施形態は有利なことに、センサ装置と加熱素子を例えば円形若しくは矩形断面を持つ管の形状に一致させることを可能にする。結果として、本発明にかかる装置の特定用途に応じて、広範な形状が管に対して利用され得る。
【００２２】
本発明にかかる装置の実用的な実施形態において、センサ装置はドープポリシリコン熱電対列を有する温度センサを有する。
【００２３】
本発明のさらなる目的は導入部で規定した類のシステムを提供することである。この目的は本発明にかかるシステムによって達成される。本発明にかかるシステムは管を有し、管は本発明にかかる装置を備える。
【００２４】
本発明にかかるシステムの好適な実施形態において、加熱素子とセンサ装置は管と実質的に同軸上に配置される。この文脈において、同軸上とは長手方向に共通軸を共有する本体若しくは表面の配置と解釈されるものとする。従って円形及び非円形の本体及び表面の両方が同軸配置を可能にする。この実施形態は管の遠位端の位置が検出可能な精度を有利に増加する。つまり、センサ装置、加熱素子及び管を同軸上に配置することによって、管の断面を通ってのびる面に面対称が作られる。後者の面対称は管の遠位端の外部を空間的により均等に加熱すること、及び管の遠位端の外部によってその環境に伝達される熱を示す測定信号を空間的により精密に生成することを可能にする。
【００２５】
本発明にかかるシステムのさらなる好適な実施形態において、加熱素子とセンサ装置は管の壁の中にある。この実施形態は、センサ装置と加熱素子が血管内の血液及び管を介して交換される流体と物理的に接触することを防ぐという利点を持つ。後者の品質は静脈内注入などの医療用途にとって重要である。つまり、これらの用途においてはセンサ装置、加熱素子及び／又はそれらの部品が放出されるような緊急事態を防ぐことが全く重要である。好適には、血液とセンサ装置及び加熱素子との間の距離による熱抵抗を減らすために、センサ装置と加熱素子の両方が管の外面の比較的近隣に設置される。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明にかかるシステムの一実施形態を概略的にあらわし、本発明にかかる装置は加熱素子の温度を測定するための第１の温度センサを有する。
【図２】本発明にかかるシステムの一実施形態を概略的に示し、本発明にかかる装置は周囲温度変動を補正するための第２の温度センサを有する。
【図３】図２に描かれる実施形態にかかるセンサ装置と加熱素子を具体化するための電子回路の一実施形態を概略的に描く。
【図４】本発明にかかるシステムの一実施形態を概略的にあらわし、本発明にかかる装置は加熱素子の温度を制御するための制御回路を有する。
【図５】本発明にかかるシステムの一実施形態を概略的に示し、本発明にかかる装置は加熱素子の両側にある第１及び第２の温度センサを有する。
【図６】本発明にかかるシステムの一実施形態を概略的にあらわし、本発明にかかる装置は加熱素子の両側にある第１及び第２の温度センサと、加熱素子に対する基準温度を維持するためのフィードバックコントローラとを有する。
【図７】本発明にかかるシステムの一実施形態を概略的に描き、本発明にかかる装置は一連の電力パルスを与えられる加熱素子を有する。
【図８】本発明にかかるシステムの一実施形態を概略的に示し、本発明にかかる装置は加熱素子の両側にある第１及び第２の温度センサを有し、加熱素子は電力パルスを与えられる。
【図９】本発明にかかるシステムの一実施形態を概略的にあらわし、センサ装置と加熱素子は管の壁の中にある。
【図１０】図９に描かれる実施形態の平面図を概略的に示す。
【図１１】図４に描かれる実施形態にかかるセンサ装置、加熱素子及び制御回路を具体化するための電子回路の一実施形態を概略的に描く。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
図１は血管を介して哺乳類と液体１０３を交換するためのシステム１０１を概略的に示す。システムは管１０４と、血管に対する管１０４の遠位端１０８の位置をモニタリングするための装置１０２を有する。加熱素子１０６は動作中に遠位端１０８の外部を加熱するために管１０４に埋め込まれる。このために加熱素子１０６はエネルギー源１１０（例えばバッテリ）によって一定電力を与えられる。それ自体既知である温度センサ１１２は加熱素子１０６の温度を測定するように構成される。測定信号１１４は加熱素子１０６の温度に関連する。一定組織温度を仮定すると、測定信号１１４は、遠位端１０８の外部によってその環境に、すなわち、血管の内側に位置する場合は遠位端１０８の周囲の血液、又は遠位端１０８が血管の外側に位置する場合は血管周辺組織に伝達される熱を示す。比較器装置１１６は測定信号１１４を基準レベルと比較するように構成される。この特定の実施例において、基準レベルは血管内の最低流速に応じて加熱素子１０６によって得られる温度に等しい。遠位端１０８が血管内に位置する場合、血液の流速に応じて、加熱素子１０６の温度は、管の遠位端１０８が血管の外側に位置する場合に加熱素子１０６が得る温度と比較して著しく減少する。従って基準レベルは、動作中に与えられる電力を考えて加熱素子１０６の温度に対する最大値に対応する。
【００２８】
図２は血管を介して哺乳類と液体２０３を交換するためのシステム２０１を概略的に示す。システムは管２０４と、血管に対する管２０４の遠位端２０８の位置をモニタリングするための装置２０２を有する。加熱素子２０６は動作中に管の遠位端２０８の外部を加熱するために管２０４に埋め込まれる。このために加熱素子２０６はエネルギー源２１０によって一定電力を与えられる。例えば温度計などの第１の温度センサ２１２が加熱素子２０６の温度を測定するように構成される。第２の温度センサ２１４は加熱素子２０６から距離Ｄ離れて位置する。ここで距離Ｄは好適には、第２の温度センサ２１４の温度に対する加熱素子２０６の影響を最小化するために加熱素子２０６の幅Ｗを少なくとも５倍超える。第２の温度センサ２１４は周囲温度を測定するように構成される。測定信号２１６は第１の温度センサ２１２と第２の温度センサ２１４によって測定される温度の差に関連する。比較器装置２１８は測定信号２１６を基準レベルと比較するように構成される。この特定の実施例において、基準レベルは血液の最低流速に応じた加熱素子２０６の温度と周囲温度の差に等しい。遠位端２０８が血管内に位置する場合、血液の流速に応じて、加熱素子２０６の温度は、管の遠位端２０８が血管の外側に位置する場合に得る温度と比較して著しく減少する。従って基準レベルは加熱素子２０６の温度に対する最大値に、故に加熱素子２０６の温度と周囲温度の差に対する最大値に対応する。
【００２９】
図３はセンサ装置と加熱素子を実現するための電子回路３０２を概略的に描く。電子回路３０２は、加熱素子としてはたらく、その電気抵抗とその温度との間に所定関係を持つサーミスタ３０４を有する。例えば図２を参照すると、サーミスタは管の遠位端２０８を加熱するように構成される。図３を参照すると、サーミスタ３０４はホイートストンブリッジ３０６に埋め込まれる。制御電圧源３０８はがホイートストンブリッジ３０６に電圧を印加する。電圧計３１０はサーミスタの抵抗とその温度との間の所定関係を利用することでサーミスタ３０４の温度を間接的に測定するように構成され、その結果抵抗温度計としてはたらく。周囲温度における変動はサーミスタ３０６から離して基準サーミスタ３１２を置くことによって説明される。そのために、基準サーミスタ３１２は最小散逸を保証するために比較的大きな電気抵抗を備える。加えて、サーミスタ３０４と基準サーミスタ３１２は実質的に等しい温度係数を備える。さらに、抵抗３１４と３１６がホイートストンブリッジ３０６に含まれる。抵抗３１４と３１６は好適にはサーミスタ３０４と比較して無視できる温度係数を備える。
【００３０】
図４は血管を介して哺乳類と液体４０３を交換するためのシステム４０１を概略的に示す。システムは管４０４と、血管に対する管４０４の遠位端４０８の位置をモニタリングするための装置４０２を有する。加熱素子４０６は動作中に管の遠位端４０８の外部を加熱するために管４０４に埋め込まれる。温度センサ４１０は加熱素子４０６の温度を測定するように構成される。温度センサ４１０の出力４１２は定値発生器４１６の出力４１４を介して与えられる一定基準温度と比較される。出力４１２すなわち加熱素子４０６の温度と、出力４１４すなわち一定基準温度との間の偏差はコントローラ４１８に与えられる。この特定の実施例において、コントローラ４１８は比例微分積分（ＰＩＤ）コントローラである。コントローラ４１８は上記偏差を電力４２０に変換する。例えば誘導結合によって動作中に電磁放射を受けてさらなる電力４２４を与えるために、コイル４２２がシステム４０２に設けられる。センサ４２８は加熱素子４０６に供給される総電力４２６、すなわち、血流が加熱素子４０６を冷却するという事実を考えて加熱素子４０６に対する一定基準温度を維持するために必要な電力を測定し、測定信号４３０を生成するように構成される。比較器装置４３２は測定信号４３０を基準レベルと比較するように構成される。この特定の実施例において、基準レベルは最小流量条件に応じて加熱素子４０６を一定基準温度に維持するために総電力４２６に対して必要な値に相当する。つまり、管の遠位端４０８が哺乳類の血管内に位置する場合、管の遠位端４０８の外部によってその環境に伝達される熱量は血流速度が増加するにつれて著しく増加する。従って、加熱素子４０６に対し一定基準温度を維持するために必要な総電力４２６は血流速度が増加するにつれて著しく増加する。あるいは、さらなる電力４２４が予め定められる場合、電力４２２を測定することは管の遠位端が血管の内側に位置するか否かをモニタリングするためにも実行可能である。
【００３１】
図５は血管を介して哺乳類と液体５０３を交換するためのシステム５０１を概略的に示す。システムは管５０４と、血管に対する管５０４の遠位端５０８の位置をモニタリングするための装置５０２を有する。加熱素子５０６は動作中に管の遠位端５０８の外部を加熱するために管５０４に埋め込まれる、そのために、電源５１０は動作中に一定レベルの電力を加熱素子５０６に与える。温度センサ５１２は加熱素子５０６の両側の位置における温度間の差を測定するように構成される。そのために温度センサ５１２は熱電対列５１４を有する。本明細書において、熱電対列は熱電対の直列接続をあらわす。熱電対列は絶対温度ではなく局所温度勾配若しくは局所温度差に関する出力を生じる。従って、熱電対列５１４は加熱素子５０６の両側の位置における温度間の差を記録する。ここで、この位置は管の長手方向軸５１６に平行な成分を持つ軸に沿って位置する。温度センサは測定信号５１８を生成する。血流速度が大きい程、加熱素子５０６にかかる温度非対称性は大きくなる。つまり、加熱素子５０６から熱電対列の片側へ血流の強制対流を介して熱が伝達される。比較器素子５２０は測定信号５１８を基準レベルと比較するように構成される。この実施例において基準レベルは、血管内の血液の最低流速、及び動作中に加熱素子に与えられる電力に応じて加熱素子５０６にかかる温度差によって得られる値に等しい。つまり、最低流速の場合、加熱素子５０６にかかる温度の非対称性は最小となる。血流速度が増加すると上記非対称性を拡大させ、測定信号５１８の絶対値の増加をもたらす。測定信号５１８の符号は血管内の血液の流れ方向を示す。比較器装置５２０は加えて測定信号５１８の符号をさらなる基準値と比較するように構成され得、さらなる基準値は可能な流れ方向のいずれか１つを示す。
【００３２】
図６は血管を介して哺乳類と液体６０３を交換するためのシステム６０１を概略的に示す。システムは管６０４と、血管に対する管６０４の遠位端６０８の位置をモニタリングするための装置６０２を有する。加熱素子６０６は動作条件中に管の遠位端６０８の外部を加熱するために管６０４に埋め込まれる。そのために、電力６１０が加熱素子６０６に供給される。第１の温度センサ６１２は加熱素子６０６の両側の位置における温度を測定するように構成される。そのために第１の温度センサ６１２は熱電対列６１４を有する。ここで、この位置は管６０４の長手方向軸６１６に平行な成分を持つ軸に沿って位置する。第１の温度センサ６１２は測定信号６１８を生成する。比較器素子６２０は測定信号６１８を基準レベルと比較するように構成される。この実施例において、基準レベルは血管内の血液の最低流速、及び動作中に加熱素子に与えられる電力に応じて加熱素子６０６の両側の位置における温度差によって得られる値に等しい。つまり、血流速度が増加すると上記温度差を増加させる。つまり、管の遠位端が血管内にある場合、熱は血流に沿って管の遠位端６０８の外部から伝達される。上記熱伝達は加熱素子６０６の両側の位置に関する温度非対称性を生じさせ、従って測定信号６１８の絶対値を増加させる。測定信号６１８の符号は血管内の血液の流れ方向を示す。比較器装置６２０は加えて測定信号６１８の符号をさらなる基準値と比較するように構成され得、さらなる基準値は可能な流れ方向のいずれか１つを示す。それ自体既知である第２の温度センサ６２２は加熱素子６０６の温度を測定するように構成される。加熱素子６０６の温度は定値発生器６２４によって与えられる一定基準温度と比較される。上記温度間の偏差は、この特定の実施例においては比例（Ｐ）コントローラであるコントローラ６２６に与えられる。電磁放射を受けてさらなる電力を生成するように構成されるコイル６２８によって与えられるさらなる電力を加えたコントローラ６２６の出力は、動作条件中に加熱素子６０６に与えられる電力６１０を構成する。好適には、熱電対列６１４と加熱素子６０６は管６０４の長手方向軸６１６に関して対称に位置する。
【００３３】
図７は血管を介して哺乳類と液体７０３を交換するためのシステム７０１を概略的に示す。システムは管７０４と、血管に対する管７０４の遠位端７０８の位置をモニタリングするための装置７０２を有する。加熱素子７０６は動作中に管の遠位端７０８の外部を加熱するために管７０４に埋め込まれる。そのために、加熱素子７０６はパルス発生器７１２によって一連の電力パルス７１０を与えられる。好適には、一連の電力パルス７１０は電力パルスの方形波として実現される。ここで、一連の電力パルスは少なくとも２つのパルスを有するが、好適には管の遠位端７０８の位置を恒久的にモニタリングできるようにするために２つよりもかなり多くのパルスを有する。パルス発生器７１２は電源７１４によって電力を供給される。パルス発生器７１２は一連の電力パルス７１０における立ち上がりが生じる時点を示す信号７１６を生成する。温度センサ７１８は管の遠位端７０８の外部における温度を測定するように構成される。温度センサ７１８は加えて温度パルスの立ち上がりが温度センサ７１８によって記録されるさらなる時点を示す出力７２０を生成するように構成される。測定信号７２２はこの時点とさらなる時点との差に関連する。それ自体既知である比較器素子７２４は測定信号７２２を基準レベルと比較する。ここで基準レベルは、パルス発生器７１２による電力パルスの立ち上がりの発生と温度センサ７１８による対応する温度パルスの検出との間の時間間隔に対する値に相当し、この値は血管内の血液の最低流速、及び加熱素子７０６に与えられる電力に応じて得られる。後者の時間間隔は最低流速に応じて最大値を得て、流速が増加するにつれて減少する。
【００３４】
図８は血管を介して哺乳類と液体８０３を交換するためのシステム８０１を概略的に示す。システムは管８０４と、血管に対する管８０４の遠位端８０８の位置をモニタリングするための装置８０２を有する。加熱素子８０６は動作中に管の遠位端８０８の外部を加熱するために管８０４に埋め込まれる。そのために、加熱素子８０６はパルス発生器８１２によって一連の電力パルス８１０を与えられる。パルス発生器８１２は動作中に電源８１４によって電力を供給される。システム８０２は第１の温度センサ８１６と第２の温度センサ８１８を有する。ここで第１の温度センサ８１６と第２の温度センサ８１８は管８０４の長手方向軸８２０に平行な成分を持つ軸に沿って加熱素子８０６の両側の位置にある。好適には、第１及び第２の温度センサ８１６及び８１８は長手方向軸８２０に平行な軸に沿って加熱素子８０６に関して対称に位置する。つまり、加熱素子８０６に対する第１及び第２の温度センサ８１６及び８１８の位置の差が説明される必要が無い。第１の温度センサ８１６は管の遠位端８０８の外部における温度を測定するように構成される。温度センサ８１６は加えて、温度パルスの立ち上がりが第１の温度センサ８１６によって記録される時点を示す出力８２２を生成するように構成される。第２のセンサ８１８は加熱素子８０６の反対側の位置において管８０４の外部における温度を測定するように構成される。第２の温度センサ８１８は加えて、さらなる温度パルスの立ち上がりが第２の温度センサ８１８によって記録されるさらなる時点を示す出力８２４を生成するように構成される。ここで、温度パルスとさらなる温度パルスは動作中に電力パルス８１４によって誘導される。測定信号８２６は出力８２２とさらなる出力８２４の差、すなわち温度パルスとさらなる温度パルスが第１及び第２の温度センサ８１６及び８１８によってそれぞれ検出される時点とさらなる時点の差に関連する。それ自体既知である比較器素子８２８は測定信号８２６を基準レベルと比較する。ここで基準レベルは立ち上がりが第１の温度センサ８１６によって検出される時点と、さらなる立ち上がりが第２の温度センサ８１８によって検出されるさらなる時点との間の時間間隔の値に相当し、この時間間隔は血管内の血液の最低流速と加熱素子８０６に与えられる電力とに応じて得られる。前述の時間間隔は最低血流速度に応じて最小値を得て、血流速度が増加するにつれて増加する。
【００３５】
図９は血管を介して哺乳類と流体９０４を交換するためのシステム９０２の一実施形態を概略的にあらわす。センサ装置と加熱素子は機械的に柔軟な担体９０６に取り付けられるシリコン基板に加工される。担体９０６の平面図を概略的に描く図１０を参照すると、担体９０６は熱電対列１００２を有する。この特定の実施例において、熱電対列１００２は半導体材料によって薄膜技術で実現される。ここで熱電対列１００２の接点は半導体材料のドーピングを介して具体化される。あるいは、熱電対列１００２は例えばアルミニウムなどの金属から製造される。加熱素子１００４は例えばアルミニウムなどの金属線によって実現される。熱電対列１００２は加熱素子１００４の両側の温度間の差を測定する。より具体的には温度は接点１００６とさらなる接点１００８において測定される。図９を参照すると、担体９０６は管９１０の壁９０８の中にある。壁９０８はポリイミドなどの適切なプラスチックで作られる。管９１０は内半径Ｒ１と外半径Ｒ２を持つ。担体９０６は半径Ｒ２において管９１０と同軸上に配置され、Ｒ１＜Ｒ２＜Ｒ３が成り立つ。好適には、血液と担体９０６の間の熱抵抗を減らすために、管の遠位端の位置をモニタリングする精度を増加する目的で、距離Ｒ３−Ｒ２は比較的小さく、例えば約６０μｍである。明らかに、担体９０６は管９１０を囲んでいる可能性がある血液と物理的に接触しない。好適には、担体９０６及び結果としてその中に加工されるセンサ装置と加熱素子は、空間的に高度に精密な測定信号を生成するために比較的大きな円弧を成す。
【００３６】
図１１は図４に描かれる実施形態にかかる温度センサ４１０、加熱素子４０６、及びコントローラ４１８を具体化するための電子回路１１０２を概略的に描く。電子回路１１０２は、加熱素子としてはたらく、その電気抵抗とその温度との間に所定関係を持つサーミスタ１１０４を有する。図４を参照すると、サーミスタ１１０４は管の遠位端４０８を加熱するように構成される。図１１を参照すると、サーミスタ１１０４はホイートストンブリッジ１１０６に埋め込まれる。周囲温度における変動はサーミスタ１１０４から離して基準サーミスタ１１０８を置くことによって説明される。基準サーミスタ１１０８による散逸はサーミスタ１１０４と比較して著しく大きな電気抵抗を持つ抵抗１１１０を設けることによって防止される。加えて、サーミスタ１１０４と基準サーミスタ１１１０は実質的に等しい温度係数を備える。さらに、抵抗１１１２と１１１４がホイートストンブリッジ１１０６に含まれる。抵抗１１１２と抵抗１１４は好適にはサーミスタ１１０４と比較して無視できる温度係数を備える。電圧源１１１６はホイートストンブリッジ１１０６に電圧を印加する。電子回路１１０２はホイートストンブリッジの脚にかかる電圧差をあらわす出力１１２０を生成するための演算増幅器（ｏｐ‐ａｍｐ）１１１８を有し、この出力１１２０はコントローラ１１２２に供給される。そのようにして、サーミスタ１１０４に供給される電力が制御される。結果として、サーミスタ１１０４に対する電気抵抗と温度との間の所定関係に基づいて、サーミスタの温度が一定値に効果的に維持される。
【００３７】
本発明は図面と前述の説明において詳細に図示され記載れているが、図示と記載は説明若しくは例示であって限定ではないと見なされるものとする。本発明にかかる装置とシステム及びそれらの全部品はそれ自体既知である工程及び材料を適用することによって作られることができることが留意される。クレームセット及び記載において"有する"という語は他の要素を除外せず、不定冠詞"ａ"若しくは"ａｎ"は複数を除外しない。クレーム中の任意の参照符号は範囲を限定するものと解釈されてはならない。クレームセットにおいて規定される特徴の全ての可能な組み合わせが発明の一部であることがさらに留意される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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