(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定室（８）内に配置された圧力センサ（２０）を有する、血液パラメータを体外測定するための貫流測定セルにおいて、
圧力センサ（２０）がアクティブな圧力センサ部（２０Ａ）及び非アクティブな圧力センサ部（２０Ｂ）を含み、
非アクティブな圧力センサ部（２０Ｂ）はアクティブな圧力センサ部（２０Ａ）と同じ構造を有するように形成され、
非アクティブな圧力センサ部（２０Ｂ）は、剛いカバーによって測定室（８）内を占める圧力から隔絶されていることを特徴とする、血液パラメータを体外測定するための貫流測定セル。
【請求項２】
測定室（８）内に付加的に少なくとも１つの電子化学センサ（２２）が配置されていることを特徴とする、請求項１記載の血液パラメータを体外測定するための貫流測定セル。
【請求項３】
第１供給チャネル（４；３２、３８）が測定室（８）の第１端部と接続され、第１供給チャネル（４；３２、３８）がカテーテルとの接続用に設けられ、圧力センサ（２０）が測定室（８）の第１端部に配置されていることを特徴とする、請求項１または２記載の血液パラメータを体外測定するための貫流測定セル。
【請求項４】
第２供給チャネル（６；４０）が測定室（８）の第２端部と接続され、第２供給チャネル（６；４０）が液体供給装置との接続のために設けられ、第１供給チャネル（４；３２、３８）及び第２供給チャネル（６；４０）が、それぞれ第１及び第２の断面積を有し、第１断面積は第２断面積よりも大きく構成されていることを特徴とする、請求項３記載の血液パラメータを体外測定するための貫流測定セル。
【請求項５】
測定室（８）の外側を占める外部の気圧を測定するために、測定室（８）の外側に外部圧力センサ（２６）が配置されていることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項記載の血液パラメータを体外測定するための貫流測定セル。
【請求項６】
外部圧力センサ（２６）が、アクティブな外部圧力センサ部と、非アクティブな外部圧力センサ部とを含み、非アクティブな外部圧力センサ部はアクティブな外部圧力センサ部と同じ構造を有するように形成され、非アクティブな外部圧力センサ部は剛いカバーによって外部の気圧から隔絶されていることを特徴とする、請求項５記載の血液パラメータを体外測定するための貫流測定セル。
【請求項７】
１つまたは複数の圧力センサ（２０）が、第１信号処理部（２４）と接続され、該信号処理部（２４）が１つまたは複数の圧力センサ（２０）とモノリシックにチップ（１６）上に集積されていることを特徴とする、請求項６記載の血液パラメータを体外測定するための貫流測定セル。
【請求項８】
１つまたは複数の外部圧力センサ（２６）が、第２信号処理部（２４）と接続され、該信号処理部（２４）は１つまたは複数の外部圧力センサ（２６）とモノリシックにチップ（１６）上に集積されていることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項記載の血液パラメータを体外測定するための貫流測定セル。
【請求項９】
全てのセンサ（２０、２２、２６）がモノリシックにチップ（１６）上に集積されていることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一項記載の血液パラメータを体外測定するための貫流測定セル。
【請求項１０】
付加的にセンサに配属された信号処理部（２４）がチップ（１６）上に集積されていることを特徴とする、請求項９記載の血液パラメータを体外測定するための貫流測定セル。
【請求項１１】
１つあるいは複数のチップ（１６）が、シリコンチップとして構成されていることを特徴とする、請求項７〜９のいずれか一項記載の血液パラメータを体外測定するための貫流測定セル。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、測定室内に配置された圧力センサを有する、血液パラメータを体外測定するための貫流測定セルに関する。
【０００２】
【従来の技術】
上記形式の貫流測定セルは、国際公開第９２／０５４４９号から公知である。この貫流測定セルは第１測定室を含み、この第１測定室の内部には複数の電気化学センサが配置されている。第１測定室の流入口は、液体連絡導管を介して切換ユニットに接続されている。第１測定室の流出口には、液体供給装置が接続されている。切換ユニットの切換位置に応じ、測定液体、洗浄溶液又は較正溶液が液体供給装置によって吸込まれて測定室を通過し、断層部内へ供給される。貫流測定セルの第２測定室内には圧力センサが、第１測定室から隔離されて配置されている。第２測定室は、別の液体連絡導管を介して上記の切換ユニットに接続されている。切換ユニット内では、「準備」及び「測定」の切換状態中に測定チャネルとの接続が行われるので、これらの切換位置において連続的な圧力測定を行うことができる。
【０００３】
複数の電子化学的に測定された血液パラメータ、例えばｐＨ値、ｐＯ２値、ｐＣＯ２値や電解質濃度の体外測定のための別の貫流測定セルが、米国特許第４８４１９７４号明細書に記載されている。この貫流測定セルは、動脈の留置カテーテルに接続される。複数のセンサが、測定チャネルの壁内にある貫流測定セル内に配置されている。センサはそれ自体が、イオン感応性の電界効果トランジスタとして構成され、シリコンチップ上に共存して集積されている。この時、制御電極としてダイヤフラムが用いられる。このダイヤフラムは、測定媒体、即ち採取した血液との境界面を形成している。配属された評価電子回路が同様にチップ上に集積され、センサと共に一つの構成ユニットを形成している。このチップの構造は、Ｗ．Ｇｕｍｂｒｅｃｈｔ，  Ｄ．Ｐｅｔｅｒｓ，  Ｗ．Ｓｃｈｅｌｔｅｒ，  Ｗ．Ｅｒｈａｒｄｔ，  Ｊ．Ｈｅｎｋｅｌ，  Ｊ．Ｓｔｅｉｌ，  Ｕ．Ｓｙｋｏｒａ著の論文“Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  ｐＯ２，  ｐＣＯ２，  ｐＨ  Ｓｅｎｓｏｒ  Ｓｙｓｔｅｍ  ｆｏｒ  Ｏｎｌｉｎｅ  Ｂｌｏｏｄ  Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ”（Ｓｅｎｓｏｒｓ  ａｎｄ  Ａｃｔｕａｔｏｒｓ  Ｂ，  １８−１９，１９９４年，  ７０４〜７０８頁）にも記載されている。
【０００４】
ヨーロッパ特許公開第７１４０１７号公報には、ＣＭＯＳ技術における従来の工程と両立して製造できる、シリコン薄膜圧力センサが記載されている。ＣＭＯＳ製造工程と両立可能（コンパチブル）というのは、センサの製造時に必要である付加的な工程ステップを、標準的なＣＭＯＳ工程ステップ中に、これを妨害することなく組入れることができるという意味である。この技術は、表面マイクロ工学技術ともいう。圧力センサに加えて、そこでは同一チップ上に、さらに電子回路がモノリシックに集積されている。
【０００５】
これに対し、表面マイクロ工学と類似した技術があるが、これはバルク・マイクロ工学技術とも呼ばれる。この場合センサは、表面マイクロ工学技術の場合よりもはるかに深く、シリコン基板材料にエッチングされる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、小型で頑丈な、血液パラメータを体外測定するための貫流測定セルを構成することである。これによって、取扱いが容易であり、雑音を受けにくい血液モニタリング装置を構築することができる。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題は、圧力センサがアクティブな圧力センサ部と非アクティブな圧力センサ部を含み、非アクティブな圧力センサ部がアクティブな圧力センサ部と同じ構造を有するように形成され、非アクティブな圧力センサ部が剛いカバーによって測定チャネル内を占める圧力から隔絶されていることによって解決される。
【０００８】
【発明の実施の形態】
これにより、構造は同じであるが非アクティブな圧力センサ部の出力信号は、血圧センサと同様に、他の影響パラメータ、例えば温度、基板材料内の応力、並びに製造に起因する可変性等によって影響を受けていて、これらの雑音影響を修正するために利用することができる。
【０００９】
本発明の有利な実施形態は、測定室内に付加的に少なくとも１つの電気化学センサを配置することにより得られる。圧力センサを有する１つあるいは複数の電気化学センサを、ケーシング内に配置することによって、一方では、センサの取扱いが容易になり、また貫流測定セルが妨害を受けにくくなる。他方では、これによって、同一ケーシング内に付加的に評価電子回路を配置することができる。そうすれば、このケーシング内には、血液パラメータを検出するための全てのセンサが収容されることになる。
【００１０】
本発明の有利な実施形態は、第１供給チャネルを測定室の第１端部と接続し、この第１供給チャネルはカテーテルと接続するために設けられていて、また圧力センサを測定チャネルの第１端部に配置することにより得られる。圧力センサを患者の近くに配置することにより、十分に動脈の血圧を減衰なしで測定できる。
【００１１】
別の有利な実施形態においては、第２供給チャネルが測定室の第２端部と接続され、この第２供給チャネルは液体供給装置と接続するために設けられていて、第１及び第２供給チャネルは第１ないしは第２断面積を有していて、第１断面積は第２断面積より大きく構成されている。確実な測定を行うために、分析すべき血液サンプルは、全測定チャネルを通過し、さらに第２供給チャネルへ供給しなくてはならない。第２供給チャネルの小さい断面積は、貫流測定セル内の、血液パラメータの測定に必要な全容積を、できる限り少なく保つ。
【００１２】
別の有利な実施形態においては、測定チャネルの外側を占める外部の気圧を測定するために、測定室の外側に外部圧力センサが配置されている。外部圧力センサによって外部の気圧が測定され、それから、動脈の血柱（Ｂｌｕｔｓａｅｕｌｅ）と繋がっている圧力センサによって測定される圧力から、この外部の気圧を差し引くことができる。測定室内に配置された圧力センサは周辺気圧と動脈の血圧の和を測定するので、差形成により動脈の血圧を求めることができる。外部圧力センサと周囲の気圧は、ケーシング内の孔によって接触させることができる。この孔は、水分を透過させないダイヤフラムによって仕切ることができる。このダイヤフラムは、気圧は伝達するが、噴霧された水、大気中の湿気、その他これに類するものの進入は防止する。
【００１３】
別の有利な実施形態においては、外部圧力センサはアクティブな外部圧力センサ部と非アクティブな外部圧力センサ部を含み、非アクティブな外部圧力センサ部はアクティブな外部圧力センサ部と同じ構造を有するように形成されていて、非アクティブな外部圧力センサ部は剛いカバーによって外部の気圧から隔絶されている。こうして外部圧力センサの測定値からもまた、妨害影響を除去することができる。
【００１４】
低コストで小型の貫流測定セルは、別の有利な実施形態に従って形成される。即ち、１つあるいは複数の圧力センサが第１信号処理部と接続されており、１つあるいは複数の圧力センサを有するこの信号処理部が、モノリシックに１つのチップ上に集積されていることによって形成できる。信号処理部は例えばＣＭＯＳ技術によって製造でき、また圧力センサはＣＭＯＳと両立可能な表面マイクロ工学技術によって製造できる。
【００１５】
測定用にも少量の血液しか必要としない、特に小型な貫流測定セルは、別の特に有利な実施形態に従い、全てのセンサがモノリシックにチップ上に集積されていることにより形成できる。今日使用されている表面マイクロ工学技術は、ＣＭＯＳと両立可能な工程ステップを組入れながら、あらゆるセンサのモノリシック集積を可能にしている。
【００１６】
別の有利な実施形態においては、センサに配属された信号処理部もまた、チップ上にモノリシックに集積されている。これにより、一方では、センサを有する貫流測定セルがいっそう妨害を受けにくくなり、他方では、測定信号を雑音を受けにくい伝達形式に変換することができる。
【００１７】
【実施例】
次に、本発明を４つの図面をもとに説明する。
【００１８】
図１に示した２路式貫流測定セルは、化学的及び物理的血液パラメータの体外測定のために使用される。支持体ブロック２内には供給チャネル４及び６が挿入されていて、これらのチャネルはそれぞれ、測定チャネル８として構成された測定室の一方の端部に通じている。供給チャネル４、６は他方の端部においてそれぞれホース状導管用かあるいはまたカテーテル用の接続手段と接続されている。接続手段としては、医療技術における通常の、固定式かあるいはまた取外し可能な接続部材が考えられるが、これらは図１には記載されていない。第１供給チャネル４は、２路式貫流測定セルを動脈のカテーテルへ接続するために設けられている。第２供給チャネル６は特に、２路式貫流測定セルを、供給用ポンプへ接続するために設けられている。このポンプは、血液サンプルを動脈から測定チャネル８に供給する。供給チャネル４、６は、まず長手方向に支持体ブロック２の内部に伸び、それから側面部１４へ向かって湾曲し、そこで測定チャネル８内に通じている。ここで供給チャネル４及び６は、側面部１４に対して直角に折り曲げられている。供給チャネル４の断面積は、動脈の血圧をほとんど減衰させることなく測定チャネル８へ導くことのできる大きさに構成されている。これに対し、測定チャネル８の容積及び第２供給チャネル６の断面積はできる限り小さく構成されているが、これは、貫流測定セルにおける必要な全サンプル容積をできる限り少なく保つためである。測定チャネル８の壁部は、シリコン半導体チップ１６によって形成される。このチップは、側面部１４から距離を置いて配置されている。この距離が測定チャネル８の高さを決定する。周囲を取り囲むシールリング１８は、半導体チップ１６と支持体ブロック２との間の領域を封止する。シールリング１８はそれとともに、測定チャネル８の側部を制限し、同じく側面部１４における供給チャネル４及び６の開口部を制限している。
【００１９】
半導体チップ１６上の、測定チャネル８を制限している側には、全てのセンサが集積して載置されている。供給チャネル４の延長部には、まず圧力センサ２０が配置されている。測定チャネル８の中には、半導体チップ１６上に他の血液パラメータ、例えば血液ガス値、電解質濃度、代謝質濃度等を測定するためのその他のセンサ２２、並びに温度センサ、また場合によっては流量センサが配置されている。電気化学センサは、薄膜及び厚膜技術によって製作され、圧力センサは表面マイクロ工学技術によって製作されている。同様に、有利にはＣＭＯＳ技術によって半導体チップ１６上に集積されているのは、センサに属する信号処理回路２４である。信号処理回路２４は、測定信号をディジタル化するアナログ−ディジタル変換器を含んでいるが、これは、チップ１６から他の電子評価回路への、雑音を受けにくい信号伝送を可能にするためである。
【００２０】
圧力センサは、圧力に依存する測定信号を送出するアクティブな圧力センサ部２０Ａと、それと同じ構造の、剛いカバー２０Ｃにより測定チャネル８内を占める圧力から隔絶されている、非アクティブな圧力センサ部２０Ｂを含んでいる。構造は同じであるが非アクティブな圧力センサ部の出力信号も、アクティブな圧力センサ部の出力信号と同様に、妨害となる影響パラメータ、例えば温度、基板材料内のひずみ、製造に起因するトレランスなどによって影響されており、これらの妨害影響を修正するために利用することができる。
【００２１】
図２の、図１のＩＩと記された切断面に沿った断面図は、第１供給チャネル４を示している。第１供給チャネル４の延長部には、アクティブな圧力センサ部２０Ａが半導体チップ１６上に配置されている。圧力センサ部２０Ａに加えて半導体チップ１６上にはさらに、測定チャネル８の外側を占める外部の気圧を測定するために、外部圧力センサ２６が集積されている。外部圧力センサ２６は、測定チャネル８内の圧力センサと同様に、アクティブな外部圧力センサ部と非アクティブな外部圧力センサ部とを、妨害となる影響パラメータを補償するために含んでいる。外部圧力センサ２６は、水分は透過させないが気圧は伝達するダイヤフラムによって、周囲から隔離することができる。
【００２２】
患者の血圧値は、原則的に次の様にして求められる。即ちまず、アクティブな圧力センサ部２０Ａと外部圧力センサ２６との、妨害影響を除去した圧力測定値が形成される。この妨害影響を除いた圧力測定値は、例えば差の形成、即ちアクティブな圧力センサ部２０Ａの測定値から、非アクティブな圧力センサ部２０Ｂの値を差し引くことによって求められる。血圧値自体は、その後別の差形成によって、即ち場合によって妨害影響を除去した血圧測定値から、場合によって妨害影響を除去した外部の大気圧を差し引くことによって得られる。この信号処理の少なくとも一部が、半導体チップ１６上に集積された電子信号処理回路によって行われる。
【００２３】
図３の、切断面ＩＩＩに沿った断面図は、特に測定チャネル８の断面積を示している。測定チャネル８は、半導体チップ１６と支持体ブロック２との間の距離、及びその他のセンサ２２の大きさによって実質的に決定されている。
【００２４】
図４において断面図で示した３路式貫流測定セルは、図１の２路式貫流測定セルのものと同じ半導体チップ１６を使用していて、液体ガイドチャネルだけが変更されている。支持体ブロック３０には、真直ぐに延びた、大きな断面積を有する貫流チャネル３２が組込まれている。貫流チャネル３２は、対向する左側部３４及び右側部３６に開口している。左側部３４の開口部は、動脈の留置カテーテルとの接続のために構成され、一方右側部３６の開口部は、注加溶液用貯蔵容器との接続のために設けられている。貯蔵容器は、これに所属した供給装置を有する。
【００２５】
貫流チャネル３２からは、分岐部３８が測定チャネル８へ通じている。貫流チャネル３２の断面積は、分岐部３８の断面積と少なくとも同じ大きさであり、分岐部３８の断面積は、測定すべき動脈の血圧を減衰させることなく圧力センサ２０まで導くのに十分な大きさを有している。貫流チャネル３２の一部、即ち左側部３４から分岐部３８の開口部までと、そこからさらに測定チャネル８までは、図１の２路式貫流測定セルの第１供給チャネル４に相当する。測定チャネル８の他方の端部には、接続チャネル４０が通じている。接続チャネル４０は、同様に右側部３６に開口している。接続チャネル４０は、血液供給装置を接続するために設けられている。血液供給装置によって、血液サンプルを採取したり、それを測定チャネル８内のセンサ２０Ａ及び２２へポンプで汲み入れることができる。この接続チャネル４０は、図１の２路式貫流測定セルの第２供給チャネル６に相当する。
【図面の簡単な説明】
【図１】化学センサと圧力センサを有する２路式貫流測定セルの概略的な断面図である。
【図２】図１の平面ＩＩで切断した２路式貫流測定セルの断面図である。
【図３】図１の平面ＩＩＩで切断した２路式貫流測定セルの断面図である。
【図４】化学センサと圧力センサを有する３路式貫流測定セルの概略的な断面図である。
【符号の説明】
２  ２路式貫流測定セル用支持体ブロック
４、６  供給チャネル
８  測定チャネル
１４  側面部
１６  半導体チップ
１８  シールリング
２０Ａ  アクティブな圧力センサ部
２０Ｂ  非アクティブな圧力センサ部
２０Ｃ  剛いカバー
２２  その他のセンサ
２４  信号処理回路
２６  外部圧力センサ
３０  ３路貫流測定セル用支持体ブロック
３２  貫流チャネル
３４  左側部
３６  右側部
３８  分岐部
４０  接続チャネル
【図１】
0003841922.tif 000002
【図２】
0003841922.tif 000003
【図３】
0003841922.tif 000004
【図４】
0003841922.tif 000005