(57)【要約】【課題】本発明は、チューブの可膨張性カフ（２２）上に配される電極列（２６）を備えて製造される気管内チューブ（１０）を提供する。【解決手段】  電極列は、複数の検出電極および１つの電流電極を含む。可膨張性カフ上の電極列は、例えば、ＭｉｃｒｏＰｅｎ（登録商標）等の容積式ディスペンシング・システムによって塗布される。接地電極（４２）は、可膨張性カフと気管内チューブの中点との略中間でチューブ上に配置される。気管内チューブは哺乳類の対象の気道に部分的に挿入され、可膨張性カフを膨張させて所定位置にチューブを固定すると、電極列が大動脈に相対的に近接して気管粘膜と密着する。気管内チューブは、心拍出量等の心臓パラメータの測定に有用である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基端部と先端部とを備えるチューブと、可膨張性カフと、接地電極と、複数の検出電極と、電流電極とを含む装置であって、
前記各検出電極が、略直線状の電極ランナに操作上連結された電極パッチを含み、前記電流電極が、略直線状の電極ランナに操作上連結された電極パッチを含み、
前記検出電極と前記接地電極は、可膨張性カフと前記チューブの先端部に配され、
前記可膨張性カフに配された前記各電極ランナの部分は、梁状構造体を形成することを特徴とする装置。
【請求項２】
前記各検出電極と接地電極について、前記チューブに配された前記電極ランナの部分は、実質的に湾曲せずに略直線状に基端−先端方向に延び、
隣接する梁状構造体間の周方向距離は、前記カフの外径が最大となる、膨張した可膨張性カフの領域において、前記可膨張性カフが前記チューブの先端部と接触する領域よりも大きくなることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記可膨張性カフを膨張させる細管をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記検出電極と前記接地電極は、前記検出電極と前記電流電極に塗布する前に前記可膨張性カフと前記チューブに塗布した高分子下層によって、前記可膨張性カフから分離されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項５】
高分子上層が、前記電極パッチの一部と前記電極ランナ全体と接触し、
前記高分子上層が、前記チューブとカフに電極を塗布した後、前記電極に塗布されることを特徴とする請求項２に記載の装置。
【請求項６】
前記高分子下層が紫外線硬化型接着剤を含み、前記電極が導電性インクを含み、前記高分子上層が紫外線硬化型接着剤を含むことを特徴とする請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記複数の検出電極が５つの検出電極であり、当該５つの検出電極を組み合わせることで、３つの直交する検出電極の組を設けることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項８】
前記チューブが気管内チューブであることを特徴とする請求項７に記載の装置。
【請求項９】
前記電流電極は、前記チューブの先端部と中点から略等距離で、前記チューブの先端部に配されていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
前記接地電極は、前記チューブの基端−先端寸法で測定して少なくとも１センチメートルの長さであることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項１１】
ａ）第１部分と、膨張させることが可能な第２部分とを備える装置を供給する工程と、
ｂ）少なくとも部分的に前記第２部分を膨張させる工程と、
ｃ）膨張させた前記第２部分の像を写し、画像データを得る撮像工程と、
ｄ）容積式ディスペンシング・システムに指示を行って、前記画像データに基づいて、膨張させた前記第２部分の領域に高分子下層を塗布する工程と、
ｅ）少なくとも前記高分子下層の一部に、前記画像データに基づいて、導電材料を塗布する工程と、
ｆ）前記導電材料の一部に、前記画像データに基づいて、高分子上層を塗布する工程とを含むことを特徴とする装置の製造方法。
【請求項１２】
前記ｆ）工程が、前記導電材料の一部に、前記画像データに基づいて、高分子上層を塗布し、前記導電材料の複数の領域に高分子上層を塗布せずに、複数の電極パッチを形成する工程を含むことを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記撮像工程が、動的ビデオ画像を取り込む工程を含むことを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
前記撮像工程が、前記第２部分の１つまたはそれ以上の輪郭を特定するのに用いる複数の画像を取り込む工程を含むことを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１５】
前記高分子下層、前記導電材料、および前記高分子上層の少なくとも１つは、容積式ディスペンシング・システムによって塗布されることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１６】
前記容積式ディスペンシング・システムは、前記高分子下層、前記導電材料または前記高分子上層の塗布の間、前記第２部分の表面に実質的に垂直に保持されるペン先を含むことを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記装置は、前記ペン先に対する少なくも３つの独立した動作軸を備えるステージ上に取り付けられることを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記装置は、前記ペン先に対する少なくも４つの独立した動作軸を備えるステージ上に取り付けられ、当該４つの独立した動作軸が、ａ）前記ペン先に垂直な方向に沿った動作と、ｂ）前記ペン先に対して進退する方向に沿った動作と、ｃ）前記ペン先に垂直な軸に沿った回転動作と、ｄ）前記ペン先に平行な軸に沿った回転動作の軸であることを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
ａ）基端部と先端部とを備えるチューブと、前記チューブの先端部に配された可膨張性カフとを供給する工程と、
ｂ）少なくとも部分的に前記カフを膨張させる工程と、
ｃ）膨張させた前記カフの像を写し、画像データを得る撮像工程と、
ｄ）容積式ディスペンシング・システムに指示を行って、膨張させた前記カフの領域と、前記チューブの先端部の領域に対して、高分子下層を塗布し、その際、前記画像データに基づいて、膨張させた前記カフの領域に前記高分子下層を塗布する工程と、
ｅ)少なくとも前記高分子下層の一部に、前記画像データに基づいて、導電材料を塗布して、複数の電極を形成する工程と、
ｆ）前記導電材料の一部に、前記画像データに基づいて、高分子上層を塗布し、前記導電材料の複数の領域に高分子上層を塗布せずに、複数の電極パッチを形成する工程とを含むことを特徴とする気管内チューブの製造方法。
【請求項２０】
ａ）基端部と先端部とを備えるチューブと、前記チューブの先端部に配された可膨張性カフとを供給する工程と、
ｂ）少なくとも部分的に前記カフを膨張させる工程と、
ｃ）膨張させた前記カフの像を写し、画像データを得る撮像工程と、
ｄ）容積式ディスペンシング・システムに指示を行って、前記画像データに基づいて、膨張させた前記カフの領域に高分子下層を塗布する工程と、
ｅ)少なくとも前記高分子下層の一部に、前記画像データに基づいて、導電材料を塗布して、複数の電極を形成する工程と、
ｆ）前記導電材料の一部に、前記画像データに基づいて、高分子上層を塗布し、前記導電材料の複数の領域に高分子上層を塗布せずに、複数の電極パッチを形成する工程とを含む方法によって製造された装置。
【請求項２１】
ａ）ペン先を含む容積式ディスペンシング・システムを供給する工程と、
ｂ）基体を、前記ペン先に対する４つの独立した動作軸、すなわち、ｉ）前記ペン先に垂直な方向に沿った動作と、ｉｉ）前記ペン先に対して進退する方向に沿った動作と、ｉｉｉ）前記ペン先に垂直な軸に沿った回転動作と、ｉｖ）前記ペン先に平行な軸に沿った回転動作の軸、を備えるステージ上に取り付ける工程と、
ｃ）静止画像またはビデオ画像を取り込むことで、前記基体の像を写し、画像データを得る撮像工程と、
ｄ）前記容積式ディスペンシング・システムに指示を行って、前記画像データに基づいて、少なくとも前記基体の領域に材料を塗布する工程とを含むことを特徴とする非繰り返し式に形成された基体に材料を塗布する方法。
【請求項２２】
前記画像データを処理して、前記基体の３次元描写を生成し、
前記材料が塗布されている前記基体の領域に実質的に垂直な角度で、前記ペン先が保持されることを特徴とする請求項２１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、哺乳類の対象における心拍出量を測定する装置を提供する。当該装置は、チューブと可膨張性カフとを含み、対象の大動脈にきわめて近接した位置に配置される可膨張性カフ上の複数の電極により、各電極から供給される電流による組織の刺激に続く電圧変化を測定するように構成される。電極は容積式ディスペンシング・システムを用いてチューブおよびカフに印刷されて、装置の耐久性が改善される。
【背景技術】
【０００２】
心拍出量とは、心臓、例えば、心室によって毎分送り出される血液量の算出値である。心拍出量は、心拍数×１回拍出量に等しい。対象の心拍出量を理解することは、急性の外傷又は疾病の対象を治療する際に重要であるだけでなく、慢性心臓病患者のケアにも重要である。最近まで心拍出量測定は、肺動脈カテーテル法が基準であった。例えば、特許文献１、特許文献２および特許文献３参照のこと。
【０００３】
心拍出量を含む生理学的および病理学的特性を測定するため、生体インピーダンス法（Bioelectrical impedance analysis: ＢＩＡ法）が開発された。ＢＩＡを行う場合、多数の電極により電気的に監視される組織内に低レベル交流が導入され、組織の多数の部位間で異なる電圧が測定される。この測定から、刺激された組織の電気インピーダンス（電気抵抗とリアクタンス）が計算される。以前は、大動脈の血流を表す電気抵抗を測定するために、外部電極（特許文献４）と内部電極（特許文献５および特許文献６）の両方が用いられていた。これらの内部電極は食道カテーテルに取り付けられていたが、可膨張性カフ上に電極を追加することで気管内チューブを適応することが可能であることが後に分かり、これにより心拍出量のより正確な測定が可能となった。特許文献７および特許文献８参照のこと。
【０００４】
気管内チューブの挿入方法は挿管と呼ばれ、可膨張性カフの収縮時に行われる。可膨張性カフ上の電極と、気管内チューブの外面上の電極リードがあると、挿管はより複雑で危険性が増すことになる。さらに、膨張時に電極が可膨張性カフに付着することで、挿入前にカフが収縮すると、異常（例えば、電極の縁が尖る、電極リードの破損）につながる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第３，９１５，１５５号明細書
【特許文献２】米国特許第３，７２６，２６９号明細書
【特許文献３】米国特許第３，６５１，３１８号明細書
【特許文献４】米国特許第４，８７０，５７８号明細書
【特許文献５】米国特許第４，８５２，５８０号明細書
【特許文献６】米国特許第４，８３６，２１４号明細書
【特許文献７】米国特許第６，０９５，９８７号明細書
【特許文献８】米国特許第６，２９２，６８９号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述した点を鑑みて、電気インピーダンスを測定することで、安全、正確、効率的且つ連続的に心拍出量を測定するための装置および方法を提供することが所望される。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
一般に、本発明の特徴は、装置の一部が大動脈に非常に近接して道管組織に接触するように設置される新規な装置を用いて、心拍出量および異常な心臓機能を特徴とする疾病の検出を行うことに関する。
【０００８】
一態様として、本発明は、基端部と先端部とを備えるチューブと、可膨張性カフと、接地電極と、複数の検出電極と、電流電極とを含む装置を提供する。一般に、各検出電極と電流電極は、概ね直線状の電極ランナに操作上連結された電極パッチを含み、検出電極と電流電極が可膨張性カフとチューブの先端部に配され、可膨張性カフに配された各電極ランナの部分は梁状構造体を形成する。特定の実施形態では、チューブに配された電極ランナの部分は、実質的に湾曲せずにチューブに沿って概ね直線状に基端−先端方向に延びる。さらに、隣接する梁状構造体間の周方向距離は、カフの外径が最大となる、膨張した可膨張性カフの領域において、可膨張性カフがチューブの先端部と接触する領域よりも大きくなる。幾つかの実施形態では、装置が可膨張性カフを膨張させる細管をさらに含んでいる。
【０００９】
装置は検出電極と電流電極を備え、これら検出電極と電流電極は、検出電極と電流電極に塗布する前に、可膨張性カフとチューブに塗布した高分子下層によって、可膨張性カフから分離される。装置は、電極パッチの一部と電極ランナ全体と接触する高分子上層も備え、この高分子上層は、チューブとカフに電極を塗布した後、電極に塗布される。特定の実施形態では、高分子下層がウレタンオリゴマー／アクリル酸塩モノマーのブレンド（例えば、Ｄｙｍａｘ（登録商標）１−２０３２３樹脂、コネチカット州、トリントン）等のメディカルグレード接着剤を含み、電極は、樹脂および硬化時に高分子マトリックス材を形成する揮発性溶剤に懸濁された導電性の銀微粒子（例えば、Ｃｒｅａｔｉｖｅ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ−ＣＭＩ  １０１−５９）を含む。或いは高分子上層が、ウレタンオリゴマー／アクリル酸塩モノマーのブレンド（例えば、Ｄｙｍａｘ（登録商標）１−２０３２３樹脂）等のメディカルグレード接着剤を含む。
【００１０】
装置は、少なくとも３つの検出電極を含むが、３つ、４つ、５つ、または５つ以上の検出電極でもよい。例えば、５つの検出電極を組み合わせる場合、３つの直交する検出電極の組を設けることができる。装置のチューブは気管内チューブでもよい。また、電流電極は、電極ランナの端子（基端−先端方向においてチューブの中間部付近）と可膨張性カフとの間で、チューブの先端部に配されている。特定の実施形態では、チューブの基端−先端寸法で測定して、電流電極は少なくとも１センチメートルの長さ（例えば、１センチメートル、２センチメートルまたはそれ以上）である。幾つかの実施形態では、電流電極は、チューブの円周方向約９０°、１２０°または約１８０°に亘って延びている。必要であれば、接地電極はチューブ上に配置される。
【００１１】
他の態様として、本発明は、第１部分と、膨張させることが可能な第２部分とを備える装置を供給する工程と、少なくとも部分的に第２部分を膨張させる工程と、膨張させた第２部分の像を写し、画像データを得る撮像工程と、容積式ディスペンシング・システムに指示を行って、画像データに基づいて、膨張させた第２部分の領域に高分子下層を塗布する工程と、少なくとも高分子下層の一部に、画像データに基づいて、導電材料を塗布する工程と、導電材料の一部に、画像データに基づいて、高分子上層を塗布する工程によって、装置を製造する方法を提供する。特定の実施形態では、導電材料の複数の領域に高分子上層を塗布せずに、複数の電極パッチを形成する。撮像工程は、動的ビデオ画像等の画像を取り込む工程を含む。撮像工程は、特定の実施形態では、第２部分の１つまたはそれ以上の輪郭を特定するのに用いる複数の画像を取り込む工程を含む。
【００１２】
特定の実施形態では、高分子下層、導電材料、または高分子上層のうち、１つまたはそれ以上のものは、容積式ディスペンシング・システムによって塗布される。容積式ディスペンシング・システムは、高分子下層、導電材料、または高分子上層の塗布の間、第２部分の表面に実質的に垂直に保持されるペン先を含んでいる。
【００１３】
幾つかの実施形態では、装置は、ペン先に対する少なくも３つの独立した動作軸を備えるステージ上に取り付けられる。例えば、装置は、ペン先に対する少なくも４つの独立した動作軸を備えるステージ上に取り付けられ、当該４つの独立した動作軸が、前記ペン先に垂直な方向に沿った動作と、ペン先に対して進退する方向に沿った動作と、ペン先に垂直な軸に沿った回転動作と、ペン先に平行な軸に沿った回転動作の軸である。他の実施形態では、容積式ディスペンシング・システムは、ＭｉｃｒｏＰｅｎ（登録商標）（ＭｉｃｒｏＰｅｎ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ社、ニューヨーク州、Ｈｏｎｅｏｙｅ  Ｆａｌｌｓ）を含む。
【００１４】
さらに別の態様では、本発明は、基端部と先端部とを備えるチューブと、チューブの先端部に配された可膨張性カフとを供給する工程と、少なくとも部分的にカフを膨張させる工程と、膨張させたカフの像を写し、画像データを得る撮像工程と、容積式ディスペンシング・システムに指示を行って、画像データに基づいて、膨張させたカフの領域とチューブの先端部の領域に対して高分子下層を塗布する工程と、少なくとも高分子下層の一部に、画像データに基づいて、導電材料を塗布して、複数の電極を形成する工程と、導電材料の一部に、画像データに基づいて、高分子上層を塗布し、導電材料の複数の領域に高分子上層を塗布せずに、複数の電極パッチを形成する工程によって、気管内チューブを製造する方法を提供する。幾つかの実施形態では、容積式ディスペンシング・システムは、ＭｉｃｒｏＰｅｎ（登録商標）を含む。
【００１５】
さらに別の態様では、本発明は、基端部と先端部とを備えるチューブと、チューブの先端部に配された可膨張性カフとを供給する工程と、少なくとも部分的にカフを膨張させる工程と、膨張させたカフの像を写し、画像データを得る撮像工程と、容積式ディスペンシング・システムに指示を行って、画像データに基づいて、膨張させたカフの領域に高分子下層を塗布する工程と、少なくとも高分子下層の一部に、画像データに基づいて、導電材料を塗布して、複数の電極を形成する工程と、導電材料の一部に、画像データに基づいて、高分子上層を塗布し、導電材料の複数の領域に高分子上層を塗布せずに、複数の電極パッチを形成する工程とを含む方法によって製造された装置を提供する。
【００１６】
別の態様では、本発明は、ペン先を含む容積式ディスペンシング・システムを供給する工程と、ペン先に対する４つの独立した動作軸を備えるステージ上に基体を取り付ける工程と、静止画像またはビデオ画像を取り込むことで、基体の像を写し、画像データを得る撮像工程と、容積式ディスペンシング・システムに指示を行って、画像データに基づいて、少なくとも基体の領域に材料を塗布する工程によって、非繰り返し式に形成された基体に材料を塗布する方法を提供する。独立した動作軸は、ペン先に垂直な方向に沿った動作と、ペン先に対して進退する方向に沿った動作と、ペン先に垂直な軸に沿った回転動作と、ペン先に平行な軸に沿った回転動作の軸を含む。
【００１７】
特定の実施形態では、画像データを処理して、基体の３次元描写を生成し、材料を塗布している基体の領域に実質的に垂直な角度で、ペン先が保持される。特に定義しない限りは、明細書中で使用されるすべての学術用語は、本発明が属する技術分野における当業者が一般的に理解するものと同じ意味を持つものとする。明細書中で説明するものと同様または対応する方法および材料は、本発明の態様を実施または試験するのに利用できるが、好適な方法および材料は以下に説明する。明細書中に記載するすべての刊行物、特許出願、特許および他の参考文献は、参照により、その内容が本発明に含まれるものとする。矛盾が生じる場合、定義を含めて、本願明細書の意味とする。さらに、材料、方法、および実施形態は例示的なものに過ぎず、発明の内容を限定するものではない。
【発明の効果】
【００１８】
本明細書中で説明する気管内チューブは、哺乳類の対象における生理機能を測定するのに有益である。可膨張性カフの上に並べた電極を用いることで、例えば、心拍出量が測定され、病的状態を特定することができる。
【００１９】
添付の図面を参照することにより、本発明をさらに理解することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明による気管内チューブの一実施形態を示す略図である。
【図２】本発明による気管内チューブの部分断面図である。
【図３】本発明の電気部品の部分断面図である。
【図４】本発明で用いる容積式ディスペンシング・システムの略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明のさらに他の目的と特徴と利益は、次の詳細な説明から明確になる。しかしながら、本発明の好適な実施形態を示すものの、詳細な説明および特定の実施形態は、例示的なものに過ぎない。なぜなら、本発明の範囲内において、この詳細な説明から様々な変形および変更が可能であることは、当業者にとって明らかであるからである。
【００２２】
明細書中で説明する幾つかの実施形態において、本発明は、一般に気管内チューブ（気管内チューブまたはＥＴチューブ）として有用な装置に関する。気管内チューブは、哺乳類の対象、特に、急性または慢性の外傷または疾病に苦しむヒトの対象の生理特性を測定するのに有用である。例えば、気管内チューブは、哺乳類の対象における心拍出量を測定するのに使用される。気管内チューブは、一般に口を通して気管に挿入されるが、しばしば鼻の鼻孔を通して挿入されたり、ときには気管切開により挿入されたりする。
【００２３】
図１に示す、哺乳類対象の心拍出量を測定する装置１０は、基端部１４と先端部１６とを備えるチューブ１２を含む。チューブ１２は、一般に、シリコーンゴム、ポリ塩化ビニルまたはポリプロピレン等の医学的に承認された合成高分子材料により形成される。米国特許第３，５９９，６４２号および第４，５９３，６９０号を参照することとし、その内容は本発明に含まれるものとする。先端部１６は、挿管の間対象に挿入され、一般に、挿入を容易にするために滑らかで湾曲した先端１８を備える勾配付き端部を有する。チューブの基端部１６は、人工呼吸器等の医療機器への接続に適したカプラー部材２０を含む。先端部１６には可膨張性カフ２２が接続され、可膨張性カフ２２を膨張させると、装置１０を囲繞する気道を閉塞させて、人工呼吸器により患者の呼吸を完全に制御しながら、適正な位置にチューブを固定することができる。一般に、可膨張性カフ２２は、挿管時に対象を負傷させる危険性を減少させる目的のため、対象の気道に挿入する際には、完全に収縮される。カフ２２の膨張および収縮は、チューブの基端部に挿入される小さな二次細管２４を通して制御される。
【００２４】
装置１０は、チューブの先端部および可膨張性カフに操作上連結される数個の電極２４も含む。電極は２つの主要な特徴、すなわち、一般に長方形で可膨張性カフの外面上に配される電極パッチ２６と、電極パッチとその（電極ランナの）終端点との間で基端部−先端部方位に延びるとともに、外部ワイヤ３０のバンドルまたはシースに装着される電極ランナ２８と、を備える。集まった外部ワイヤ３０はフレキシブル回路又はフレックス回路となる。一般に、電極ランナは、基端部−先端部方位においてチューブの中間部付近で終端する。特定の実施形態において、電極パッチ２６は長方形（例えば、正方形）の形状を有するが、本発明は、明細書中に説明された方法や技術分野の教示により製造可能である電極パッチの如何なる形状（例えば、円形、楕円形の他、三角形、五角形、六角形、七角形または八角形等の多面体）も提供できることが認識されるべきである。電極パッチ２６は、その隅部または側部で電極ランナ２８に接続される。電極パッチは、電極パッチ２６と電極ランナ２８とのインターフェースである三角形形状の導電性材料３２を含んでもよい。
【００２５】
本発明の特定の実施形態においては、電極ランナ２８と外部ワイヤ３０は、導電性化合物を用いて接続される。電極ランナ２８と外部ワイヤ３０との典型的な接続例を、図３Ａと図３Ｂに概略的に示す。外部ワイヤ３０は絶縁シースで囲繞されない端部６８で終端するが、操作上、柔軟な支持材７２に連結されるトレースされた導電回路材７０と接続される。柔軟な支持材７２は、薄くて柔軟な特性を備える如何なる好適な材料でもよく、例えば、ポリイミド材またはポリアミド材（ＤｕＰｏｎｔ社製のＫａｐｔｏｎ（登録商標）ポリイミドフィルム）等が好適である。トレースされた導電回路材７０および柔軟な支持材７２は、直列状の孔７４を含む。電極ランナ２８がチューブ１２に印刷された後、トレースされた導電回路材７０および柔軟な支持材７２が電極ランナ２８の端子上に塗布されることで、複数の孔７４が各電極ランナ２８基端部と整列する。導電性高分子材料３４（例えば、導電性化合物ＥＰ−６００（登録商標）エポキシ樹脂、ニューハンプシャー州、ロンドンデリー）を塗布し、孔７４を充填または部分的に充填することで、電極ランナ２８と外部ワイヤ３０との電気的な接続を形成する。必要であれば、約１０分〜約２時間の時間、約１１０℃の温度に加熱した容器内に装置を載置すること等で、導電性高分子材料３４を硬化させる。電極ランナ２８と外部ワイヤ３０との接続部には、絶縁材７８が塗布される。絶縁材７８は、シーリングテープ、成形シーリングカラー、または電極を体液から保護して装置の耐久性を向上させる二段メディカルエポキシ（例えば、Ｈｅｎｋｅｌ社製のＬｏｃｔｉｔｅ（登録商標）Ｍ−１２１ＨＰエポキシ）等の医学的に承認された高分子材料である。
【００２６】
外部ワイヤ３０が接続される電極ランナ２８の端部どうしの間隔の取り方には配慮を要する。一般には、電極ランナ２８の隣接する端部どうしでは、少なくとも約１ミリメートルの間隔を設けることが好適である。このように間隔を設けることにより、隣接する端部間での静電容量が蓄積されることを防止する。また、この間隔により、高電位で電気的不全が生じる危険性が減少される。
【００２７】
本発明の幾つかの実施形態では、複数の電極が可膨張性カフ２２に配置される。電極パッチ２６の装着は、組織内に流れる電流によって生じる電圧の検出と測定が最も良くできることを条件にある程度決定される。膨張させたカフの外面に多数の電極パッチ２６が配置された例を図２に示す。特定の実施形態では、少なくとも２つの検出電極、好適には３つ、４つまたは５つの検出電極を含む複数の検出電極が設けられる。５つの検出電極を組み合わせることで、３つの直交する検出電極の組を設けることができる。
【００２８】
可膨張性カフ２２の領域でチューブとは接触しない電極ランナ２８の部分は、梁状構造体３６を形成するように製造される。このような構成によって、可膨張性カフ２２の収縮時でも、可膨張性カフ上の電極ランナは実質的に直線状で堅いままである。このような梁状構造体３６は、電極の耐久性を増加して可膨張性カフ２２の収縮を容易にするので、対象への挿入時における装置１０の機能性に重要な意味を持つ。チューブの先端部１６が対象の気管に配置され、可膨張性カフ２２を膨張して装置を所定位置に固定すると、電極パッチ２６が対象の食道壁と密着する。呼吸周期の間、膨張させたカフ２２に加わる圧力は律動的に増加して減少する。梁状構造体３６は、この周期の間は明らかな形状変化はしないものの、可膨張性カフの部分が梁状構造体３６の間で実質的な形状変化を起こすことで、梁状構造体３６に加わる力を減少して、電極の耐久性を増加させる。
【００２９】
可膨張性カフ２２上に位置する電極ランナ２８の領域は、収縮時にカフ２２が潰れる機能を増加させるように一列に配置され、可膨張性カフ２２の下にあるチューブの部分に対して電極パッチと梁状構造体３６が略平坦になる。特定の実施形態では、多数の梁状構造体３６は、可膨張性カフの基端部３８がチューブと接触する点から電極パッチまで延びている。
【００３０】
電極ランナ２８は、チューブの先端部に沿って隣接する電極ランナに略平行に配置される。電極ランナ２８の幅は調整可能である。例えば、電極ランナ２８の幅は約０．１ミリメートルから約２ミリメートルの範囲とすることができ、好適な実施形態では、電極ランナ２８はチューブ１２の先端部に沿って約１ミリメートルの幅である。電極ランナ２８は、可膨張性カフ２２の近位にあるチューブ上の一点で、隣接する電極ランナ２８から離れる。換言すると、隣接するランナ２８間の距離は、チューブ１２の先端部１６の長さに沿って略均一であるが、電極ランナ２８が可膨張性カフ２２に近づくにつれて増加する。電極ランナ２８は可膨張性カフ２２の表面に沿って略直線的に延び、梁状構造体３６を形成して隣接する梁状構造体３６から離間する。このような離間は、可膨張性カフ２２が最大周長４０となる位置の近傍にある電極パッチ２６に電極ランナ２８が近づくにつれて増加する。このような離間の結果、隣接する梁状構造体３６間の周方向距離は、カフ２２の最大外径４０が得られる、膨張した可膨張性カフの領域において、可膨張性カフ２２がチューブ３８の先端部と接触する領域よりも大きくなる。このような離間により、可膨張性カフ２２の収縮時、チューブ１２に対して、電極パッチ２６と梁状構造体３６を平坦に折り曲げる機能を向上させることができる。
【００３１】
装置１０は、電流電極４２も含む。電流電極４２は、チューブの先端部１８と装置の中点４６との間に位置する略長方形形状の電極パッチ４４を有する。好適には、電流電極４２は、チューブによって形成される曲線の外側半径上に位置する。このような配向により、電流電極４２と対象の気管とのより良い接触が得られる。電流電極４２は、電流電極として機能するのに十分な領域である。例えば、電流電極４２の電極パッチ４４は、基端−先端方位で測定して、少なくとも２８ミリメートル長である。電流電極４２は、装置のフレックス回路３０から電流電極４２の電極パッチ４４まで遠位に延びる電極ランナ４８も含む。幾つかの実施形態では、電流電極は、チューブの円周方向約９０°、１２０°または約１８０°に亘って延びている。ここで、電流電極ランナ４８は導電材料から製造され、導電材料の塗布前にチューブに塗布する高分子下層によって、チューブから分離される。電流電極４４の電極パッチが、高分子下層によってチューブから分離されてもよい。さらに、電流電極ランナ４８は、導電材料に塗布する高分子上層によって被覆される。
【００３２】
完全に膨張すると、カフ２２は、気管内チューブの位置を固定するのに十分な寸法となり、対象の気管に対して下方または上方のいずれの方向にも実質的な移動がなくなる。例えば、カフ２２は、少なくとも２０ミリメートルの最大外径を有する。
【００３３】
特定の実施形態では、装置は可膨張性カフ２２を膨張させる細管２４も含む。例えば、細管２４は基端部５０と先端部５２を備え、先端部５２は、カフ２２から延びて、チューブの先端部１６の内部空間内を通り、中線４６付近の基端部でチューブ１２から出る。細管の基端部５０は、圧力下でカフ２２を膨張させるエアまたは他の気体用の入口５４を備える。細管２４の基端部５０は、エア入口穴５６と当該穴５６内の弁手段５８とを備えた弁ハウジングとなり、入口５４は常閉であるが、圧力下では入口穴５６を通してエアを供給し、カフ２２を膨張させることができる。
【００３４】
特定の実施形態では、装置１０が生体インピーダンスレコーダに操作上連結され、インピーダンスレコーダは検出電極と電気的に連結される。気管の内部または外部に並べた電極センサを用いる血流の生体インピーダンス解析は、当業者には周知である。例えば、米国特許第５，７９１，３４９号および第６，０９５，９８７号を参照することとし、その内容は本発明に含まれるものとする。
【００３５】
容積式ディスペンシング・システムを用いる気管内チューブへの電極の組立て
【００３６】
特定の実施形態において、本発明は、可膨張性カフ２２上に電極２４を並べた装置１０を提供する。これらの電極２４は、容積式ディスペンシング・システム６０を用いた新規な印刷手法によりチューブ１２に塗布される。ここでは、装置１０の表面および関連する可膨張性カフ２２に材料を塗布するのに有益な方法として、この手法について詳述するが、ここで説明する印刷手法は、非繰り返し式に形成された基体（例えば、医療機器で使用する拡張バルーン）への材料の塗布にも有益であることは、当業者は認識するであろう。
【００３７】
印刷手法は、一般に、非繰り返し式に形成された基体の撮像工程と、基体上に１つまたはそれ以上の材料を塗布する工程と、２つの工程を含む。塗布工程は、書き込み（ｗｒｉｔｉｎｇ）、印刷（ｐｒｉｎｔｉｎｇ）または当業者に公知の他の如何なる相応の用語にも対応する。これら２つの一般的工程を次に述べる。
【００３８】
可膨張性カフ２２は、外面に電極２４を印刷する前に、少なくとも部分的に膨張される。膨張したカフ２２が立体的に固有変化するので、電極２４を位置決めする前に、膨張させたカフ２２の形状を理解する必要がある。そのため、張性させたカフ２２はビデオまたは静止画像を取り込むことで撮像される。特定の実施形態では、膨張させたカフ２２とチューブの先端部１６における隣接領域のビデオ画像が集められ、膨張したカフ２２の輪郭を示すマップを生成するコンピュータ６２等の処理システムに送られる。他の実施形態では、輪郭画像マップを生成するため、１つまたはそれ以上の静止画像が取り込まれ、（デジタル印刷等により）再生される。一般に、３つまたはそれ以上の静止画像を取り込んで輪郭画像マップを生成する。好適な実施形態においては、８つの画像が取り込まれる。
【００３９】
上記で得られた輪郭マップからの情報は、１つまたはそれ以上の印刷寸法を変更することで輪郭マップに応答することが可能な容積式ディスペンシング・システム６０に供給される。容積式ディスペンシング・システムは、（ペン先等の）書込みヘッド６４と、少なくとも３つの独立した次元に基体を動かすことができる基体ステージ６６とを含む。書込みヘッド６４は、基体ステージ６６に対する動作が可能である。書込みヘッド６４は、高分子下層および上層と、電極２４を形成するのに用いる導電材料を含む、液体または半固体材料を基体に塗布する。
【００４０】
容積式ディスペンシング・システム６０の典型例を図４に示す。書込みヘッド６４は、図４にｙ軸として示す１つの次元にのみ動くことができる軸に取り付けられる。これに対して、基体ステージ６６は、図４にｘ軸、φ（ｚ軸に沿った時計回りまたは反時計回りの回転）、およびθ（ｘ軸に沿った時計回りまたは反時計回りの回転）として示す少なくとも３つの独立した次元に動くことができる。特定の実施形態では、基体ステージ６６は、図４にｙ軸として示す４番目の独立した次元に動くことが可能である。
【００４１】
好適には、容積式ディスペンシング・システム６０は、サンドイッチ形式で電極２４を印刷するのに使用される。サンドイッチ形式では、電極パッチ２６の一部と、外部ワイヤ３０に接触する電極ランナ２８の端部３０を除いて、導電材料は、その底部（すなわちチューブに最も近接する領域）が高分子下層によって囲繞され、その上部（すなわちチューブから最も離間した領域）が高分子上層によって囲繞される。高分子上層によって被覆されない電極パッチ２６の一部は、対象の気管への挿入時に、気管粘膜に直接接触することが可能となる。このようにして、書込みヘッド６４は、膨張させたカフ２２の領域に高分子下層を塗布する。高分子下層を塗布する領域は、上述した輪郭マップから得られた画像データに基づくものである。装置１０のフレックス回路３０から延びる書込みヘッド６４は、チューブ１６の先端部にあり、少なくとも部分的に膨張したの可膨張性カフ２２まで延びる、薄くて幅狭の材料層に直接書き込む。例えば、可膨張性カフ２２は、約１０〜約４０ｃｍＨ２Ｏ、例えば、約２５ｃｍＨ２Ｏの膨張圧力で膨張させる。書込みヘッド６４のコースは、膨張したカフ２２とチューブの先端部１６の輪郭に関する情報に基づいて制御されるので、多数の平行線をチューブ１２の基端−先端軸に沿って形成することができる。ここで、高分子下層として有用な材料には、Ｄｙｍａｘ（登録商標）１−２０３２３樹脂等の紫外線（ＵＶ）硬化型樹脂や、Ｃｒｅａｔｉｖｅ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ社製の導電インク（例えば、ＣＭＩ−１１５−３０）が含まれる。下層の印刷前に、チューブ１２およびカフ２２をエタノール等の溶剤または（イオン銃等の）物理的手段を用いて洗浄し、異物を除去してもよい。印刷後、紫外線による露光、可視光の照射または同様の硬化剤によって、下層を任意に硬化させる。
【００４２】
印刷をする前に、カフ２２に皺や他のひずみがあってもよい。特定の実施形態では、下層の印刷前に、例えば、３０〜１００℃（例えば約６０℃）で、カフ２２の膨張後所定時間（例えば、１〜６０分、好適には約４５分）加熱して、チューブ１２または可膨張性カフ２２の皺を除くこともできる。代わりに、物理的な力をカフ２２に加えて、印刷前に皺を除くこともできる。
【００４３】
電極の印刷前に、可膨張性カフ２２の形状を変更することもできる。例えば、装置の先端部１８に最も近接するカフ２２の端部に真空を加えることで、カフ２２を変形させることもできる。好適には、この変形により、チューブの基端部から離れるにつれて可膨張性カフ２２によってできる角度を減少させ、カフに対する印刷が容易になる。
【００４４】
特定の実施形態では、カフの１つまたはそれ以上の領域を、基端−先端軸に沿った先端方向にカフを引っ張る突起またはフィンガーと接触させることで、カフ２２の基端部に物理的な力を加えることもできる。電極パッチ２６および電極ランナ２８の印刷は、可膨張性カフ２２における突起と接触しない部分または突起により隠れない部分に、書込みヘッド６４を当てることで行われる。物理的な力を加えることで、可膨張性カフ２２の皺を減らすかすべての皺を除き、可膨張性カフ２２に所定の書込み面を形成するので、書込み工程の前に、膨張させたカフ２２を撮像する必要がなくなる。
【００４５】
高分子下層の印刷完了時、ディスペンシング・システム６０は、電極ランナ２８および電極パッチ２６を形成するのに用いる導電材料をどこに配置するかの機能的ロードマップを有する。一般に、導電材料によって形成される線幅は、高分子下層の線幅よりも小さいので、チューブの先端部１６または可膨張性カフ２２のいずれに対しても、導電材料が直接接触することはない。ここで、導電材料として有用な材料には、ＣＭＩ  １０１−５９（Ｃｒｅａｔｉｖｅ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ社、マサチューセッツ州、チングズバロ）等の導電インク、樹脂および溶剤に懸濁された銀または金粒子等の他の導電粒子が含まれる。印刷後、チューブ１２上の導電材料は、チューブの加熱等の方法で任意に硬化される。この硬化工程によって、導電粒子を囲繞する高分子マトリックスが形成される。限定されない一例として、チューブ１２を最適な容器内に載置して、容器を９０〜１５０℃（例えば、１２０℃）の温度で所定時間（例えば、３０分乃至５時間以上）加熱する。例えば、毎分０．１〜５℃ずつ温度を上昇させることで、容器の温度を徐々に増加させてもよい。
【００４６】
電極ランナ２８自体から直接信号を計測するわけではないので、電極ランナ２８の長さに亘って、導電材料の上から高分子上層７６が書き込まれる。上層は、膨張させたカフ２２の電極パッチ２６の外周の上から書き込まれる。例えば、電極パッチ２６の各面の外側１ミリメートルは、高分子上層によって被覆される。上層を設ける目的は、電極２４の耐久性を向上させて、信号処理時のエラーを防ぐことである。さらに、一実施形態では、上層が電極パッチ２６の外周から延びて、高分子下層に亘って、可膨張性チューブ２２の囲繞材料まで及んでいる。別の実施形態では、上層が電極パッチ２６の外周を超えて延びるものの、高分子下層を超えて延びることはない。このように延びることで、電極パッチ２６の可膨張性チューブ２２への装着を補強するシールが得られ、電極パッチ２６上の物理的なひずみによって、可膨張性チューブ２から電極パッチ２６が分離される可能性を減少させることができる。
【００４７】
ここで、高分子上層として有用な材料には、Ｄｙｍａｘ（登録商標）１−２０３２３樹脂等の紫外線（ＵＶ）硬化型樹脂や、Ｃｒｅａｔｉｖｅ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ社製の導電インク（例えば、ＣＭＩ−１１５−３０）が含まれる。上層の印刷前に、チューブ１２をエタノール等の溶剤または（イオン銃等の）物理的手段を用いて洗浄し、異物を除去してもよい。上層の印刷後、紫外線による露光、可視光の照射または同様の硬化剤によって、装置１０を任意に硬化させる。
【００４８】
心拍出量の測定
【００４９】
電極を備えた気管内チューブが、心拍出量を含む心臓機能の測定に有益であることはすでに上述している。米国特許第６，０９５，９８７号および第６，２９２，６８９号参照のこと。本明細書中で説明する気管内チューブは、哺乳類の対象における生理機能を測定するのに有益である。可膨張性カフの上に並べた電極を用いることで、例えば、心拍出量が測定され、病的状態を特定することができる。従って、本発明は、明細書中に実質的に記載した気管内チューブを提供することで、哺乳類の対象における心拍出量を測定する方法を提供している。気管内チューブは、気管内チューブに接続された電流電極と、複数の検出電極および１つの接地電極を有する電極列を含む可膨張性カフとを備え、カフを膨張させることでカフが気管粘膜と接触するように、大動脈に近接する気管内に位置決めされる。可膨張性カフが位置決めされると、電流電極を通して対象の気管に電流が導入され、電流電極と接地電極との間に配置された組織を電流が流れるように、電流電極と接地電極との間で電圧が確立される。１つまたはそれ以上の検出電極を用いて、組織内を流れる電流によって生じる電圧を検出する。その際、組織の生体インピーダンスの変化に応じて、電圧も変化する。一般に、チューブは、対象の口、鼻道または気管切開穴を通して、気管内に挿入するのに適している。
【００５０】
本発明は、詳述した特定の手法、プロトコル、構成、組成、試薬に限定されず、当業者に公知のものもさらに含む。さらに、明細書中で用いた用語は、特定の実施形態を説明するためだけのものであり、本発明の範囲を限定することを意図するものでないことは明らかである。
【００５１】
特に定義しない限りは、明細書中で使用されるすべての学術用語は、本発明が属する技術分野における当業者が一般的に理解するものと同じ意味を持つものとする。明細書中で説明するものと同様または対応する方法、装置および材料は、本発明を実施または試験するのに用いることができる。明細書中に記載するすべての刊行物および特許については、参照により、その内容が本発明に含まれるものとする。
【符号の説明】
【００５２】
１０・・装置，１２・・チューブ、１４・・基端部、１６・・先端部、２２・・カフ、２６・・電極パッチ、２８・・電極ランナ、６０・・容積式ディスペンシング・システム。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【国際調査報告】
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2011500172.tif 000009
2011500172.tif 000010
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