JPS5931330B2 - ガス測定用カテ−テル - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は生体等の血液または組織中に存在する一種また
はそれ以上のガスを採取し、マススペクトロメータのよ
うな分析装置とともに使用するカテーテルに関するもの
である。

この種形式のカテーテルは従来より種々開発され、その
代表的なものとしては米国特許第３．６５８，０５３号
（特公昭５５−４４２１号）、米国特許第３，８９３，
４４８号、特開昭５０−８０１８７号等が知られている
。

これら従来のものはそれぞれ構造上の相違はあるが、ガ
ス透過性材料としてシリコーンまたはテフロンの膜を利
用している。

このようにシリコーンまたはテフロン膜を用いて分析ガ
スを採取する方法は、後に詳述するようにシリコーンま
たはテフロン媒体中のガス拡散によるものであるため、
その応答時間が非常に長いという欠点があった。

その一例を挙げると、肉厚が０．２６Ｆａのシリコーン
膜の酸素ガスおよび炭酸ガスの９０％応答時間はそれぞ
れ５０秒および６０秒であり、０．０５ｍの肉厚のテフ
ロン膜の酸素ガスおよび炭酸ガスの９０％応答時間はそ
れぞれ８０秒および１３０秒であった。

このようにガス検出に対する応答時間が長いと、体内の
ガス圧の変化等に対する対応処置が遅れるばかりではな
く、微量の変化を確認することが困難である。

また、シリコーン膜のガス透過性はテフロン膜に比べて
優れているが、強度的に弱く、肉厚を薄くすると破れる
危険性があるためカテーテルの外径を細くすることは危
険であった。

さらに、シリコーン膜やテフロン膜を介してガスを採取
する場合は、ガス摂取量は血液または組織中のガス分圧
および血液の温度変化に影響を受けるので、ガス分圧測
定中に血液の温度が変化すればそのつど補正をしなけれ
ばならないという欠点もあった。

従って、本発明の目的は血液または組織中のガス採取時
の応答時間が従来のものに比較して著しく短かく、ガス
採取に際して生体等に悪影響を与えることなく、また従
来のように温度変化による補正を行わなくても済み、機
械的強度が大きく安全なガス測定用カテーテルを提供し
ようとするにある。

本発明は、生体等の血液または組織中に存在する一種ま
たはそれ以上のガスを採取するための分析装置とともに
使用するカテーテルにおいて、このカテーテルを、前記
ガスを透過しない材料製の先端部分に開口を有する細管
と、この細管の外周面および一方の端面に被覆したガス
透過性のポリプロピレン製中空糸状多孔質膜とで構成し
たガス測定用カテーテルを提供する。

また、本発明は、ガス不透過性細管が金属性チューブで
構成され、その先端部側面に所要寸法および個数のガス
導入孔を形成したガス測定用カテーテルを提供する。

本発明はさらに、ガス不透過性細管が金属性チューブで
構成され、この細管に多孔質体または弾性体を管端部分
から突出して装着し、これらの上にポリプロピレン製中
空糸状多孔質膜を被覆したガス測定用カテーテルを提供
する。

本発明はまた、ガス不透過性細管が塩化ビニリデンまた
は塩化ビニリデンと他のプラスチックとのコンパウンド
で構成され、この管の先端部側面に所要寸法および個数
のガス導入孔を形成したガス測定用カテーテルを提供ス
ル。

さらに、本発明は、ガス不透過性細管が内側およびまた
は外側に塩化ビニリデン被膜を形成した適当なプラスチ
ック製の管で構成され、この細管に多孔質体または弾性
体を管端部分から突出して装着し、これらの上にポリプ
ロピレン製中空糸状多孔質膜を被着したガス測定用カテ
ーテルを提供する。

次に、本発明による生体等の血液または組織のガス測定
用カテーテルを図面に示す実施例につき詳細に説明する
。

この種形式のカテーテル１は、第１図に示すように、例
えば、フィルタ付コネクタ２および連結チューブ３を介
してマススペクトロメータのような分析装置４に接続さ
れ、血管５に刺通して使用される。

この際、従来のカテーテルの場合にはシリコーン膜ある
いはテフロン膜を経て拡散してくるガスを検出し、後述
する本発明によるカテーテルの場合にはポリプロピレン
製中空糸状多孔質膜を経て流入するガスを検出する。

いずれの方式においても、血液の例につき説明すると膜
を経て採取されるガスは真空度が１０−１ ）−ル程度
の分析装置側と動脈血液（通常、０２分圧１００ｍＨｇ
。

ＣＯ２分圧４０１ｍＨｇ）との間の圧力勾配により血液
側からカテーテル側へ移行し、やがて平衡に達する。

平衡に達するまでの時間が応答時間であるが、９０係以
上の平衡には圧力（濃度）勾配が小さくなるために時間
を要するから一般的には９０％応答時間を測定している
。

この応答時間は前述したようにできるだけ短かい方が良
いのであるが膜を構成する材料のガス透過係数により左
右される。

本発明のカテーテルに用いるポリプロピレン製中空糸状
多孔質膜と従来のシリコーンおよびテフロン膜等との特
性を比較すると表１のようになる。

上表１から明らかなように、従来のカテーテルのように
肉厚０．２６Ｍのシリコーン膜を用いた場合には０２ガ
スとＣＯ２ガスの９０係応答時間がそれぞれ５０秒と６
０秒であり、内厚０．０５７１ｇＮ、のテフロン膜を用
いた場合には０２ガスとＣＯ２ガスの９０係応答時間が
それぞれ８０秒と１３０秒であるのに比して、本発明で
用いるポリプロピレン製中空糸状多孔質膜の場合には９
０％応答時間は僅か数秒にすぎず、非常に速く、種々の
処置を有効に行うことができる。

このように本発明で用いるポリプロピレン製中空糸状多
孔質膜が従来のカテーテルで用いられているシリコーン
またはテフロン膜に比較して著しくその応答時間が短縮
される理由は次のように考えられる。

カテーテルに用いるガス透過性膜のガス透過係数は拡散
係数（ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ ）と溶解度（５ｏｌｕｔｉ
ｏｎ）との積であり、ガス体が生体等から膜媒体中に溶
解し、溶解ガスが膜媒体内を拡散しテ出ていく単位時間
光りの量である。

シリコーンおよびテフロン膜では血液または組織中のガ
スがこれらの材料中に溶解していき、これらの材料中を
拡散していく特質を利用しているため、拡散速度が遅く
、従って応答時間が長くなっている。

これに反し、本発明で用いるポリプロピレン製多孔質膜
ではこの材料中に溶解した後材料中に無数にある空孔を
経て流れ（体積流）でいくために、拡散に比して著しく
速い流れとなる。

従って、その応答時間は上表の如く著しく異ってくる。

このように、本発明のカテーテル番と用いる膜材料は従
来の膜材料におけるようないわゆる拡散現象を利用して
いす、本発明は従来のものとは異なる技術思想に基づく
新規なものであることがこの説明からも理解される。

このように、本発明のカテーテルに用いるポリプロピレ
ン製中空糸状多孔質膜のガス透過量は多い。

現実に、ある血液または組織からの摂取量が多すぎると
、摂取した部分のガス濃度が下がりこの部分に他の部分
から拡散してくるガス量を上回ってしまい、実際の値以
下の値が測定され、測定の意味をなさなくなる恐れがあ
る。

本発明で用いるポリプロピレン多孔質膜はガス透過係数
が１０□４のオーダーであり、このような事態にはなら
ないことが確認された。

また、この種測定が連続して長時間性われた場合に、ガ
スの摂取量が多すぎると生体に影響を及ぼすが、この問
題についても実施例につき後述するように本発明のカテ
ーテルでは影響がないことが確認された。

また、本発明のカテーテルに用いるポリプロピレン製中
空糸状多孔質膜は次のような特性を有している。

空孔率を１０〜６０チの範囲に亘って変更可能であり、
カテーテルの形態に応じて応答時間を調節でき、かつ、
ガス摂取量を最適にすることができる。

また、疎水性であるので、濡れによるガス透過効率の低
下が少ない。

さらに、機械的強度にも優れ、柔軟であって屈曲による
膜の破れは発生しに＜＜、また、引張強度も大きい。

そして、破裂強度は５Ｋｐ／７以上であり、透水圧は１
０Ｋｐ／ｄ以上であるので、破裂圧までは水を透過する
ことはない。

また、血液凝固を起しにくい性質も有している。

次に、本発明のカテーテルの種々の構成例およびそれを
血液ガス測定に用いた実施例につき説明する。

実施例 Ｉ 第２図に示すように、本発明によるカテーテル６の第１
構成例では、ガス不透過性の金属性チューブ７の先端部
に側孔８が形成され、金属性チューブ７上にポリプロピ
レン製（以下、ＰＰ製と称す）中空糸状多孔質膜９が被
覆されている。

このＰＰ製中空糸状多孔質膜９は先端１０で熱溶融によ
り密閉され、金属性チューブ７とカテーテル基部１１で
は加熱引張することにより全体的に密着されている。

カテーテル６内はマススペクトロメータ４により１０
”）−ル程度の真空にされているので、血液中のガス
は側孔８を覆っているＰＰ製中空糸状多孔質膜９を通っ
てカテーテル６内を経てマススペクトロメータ４に至り
、そこで分析される。

この構成例において、金属性チューブ７に外径０．２Ｍ
の側孔８を８個あけるとガスの透過面積は０．２５−と
なる。

空孔率２５％で、空気透過量０．５２Ｘ１０−れ心漂／
史Ｃ・ｄ・儂Ｈｇ ％肉厚が０．０５ｍｍであるＰＰ製
中空糸状多孔質膜９を用いると１秒間のガス摂取量は０
．９９ ｘ １０ ”ＣＣ／ｓｅｃとなる。

この場合、９０係応答時間は表Ｉに示す通り数秒で非常
に速く、この程度のガス摂取量なら長時間測定を続けて
も生体に影響を及ぼすことはない。

実施例 ■ 第３図に示すように、本発明によるカテーテル６の第２
構成例では、ガス透過性の金属チューブ７の先端部に焼
結体のようなガス透過性の多孔質体１２が金属性チュー
ブ７の外径と同じ外径にて接続されており、これらの上
にＰＰ製中空糸状多孔膜９を被覆しである。

ＰＰ製中空糸状多孔質膜９は先端１０で熱溶融により密
閉され、カテーテル基部１１では金属性チューブ７と加
熱引張により密着されている。

血液中のガスはＰＰ製中空糸状多孔質膜９の先端部１０
を通り、多孔質体１２を経てカテーテル６内に導かれる
。

カテーテル６の外径を０．５７１ｍ、ガス透過先端部１
０の長さを４ｗｌ１１多孔質体１２の空孔率を３０係と
し、空孔率２５％、空気透過量０．５２Ｘ１０ ’ｃ
ｃｃｍ、／ｓｅｃ −ｃｒｌｔ −ｃｒｎ ＨｇのＰＰ
製中空糸状多孔質膜９（肉厚０．０５ｍ）を用いると、
１秒間のガス摂取量は７．４４ｘｌＯ”ｃＣ７史Ｃとな
る。

この場合、９０％応答時間は表Ｉに示す通り数秒で非常
に速く、またこの程度のガス摂取量であれば生体に影響
はない。

多孔質体１２を設けであるので、金属性チューブ７に側
孔を形成する工程が省かれ製作が容易になり、また広い
範囲からガスを摂取することができる。

実施例 ■ 第４図に示すように、本発明によるカテーテル６の第３
構成例ではガス不透過性の金属チューブ７の先端部に金
属性チューブ７と外径が同じであるスプリングネット等
の弾性体１３が中継管１４により支持され、これらの上
にＰＰ製中空糸状多孔質膜９が被覆されている。

この多孔質膜９は先端１０で熱溶融により密閉され、カ
テーテル基部１１では金属性チューブ７と加熱引張によ
り密着されている。

血液中のガスは弾性体１３を被覆するＰＰ製中空糸状多
孔質膜９を通り、スプリング等の弾性体１３の隙間を経
てカテーテル６内に導入される。

かような構成において、カテーテル外径を０．５履、ス
プリング長を４ｗｌ１とし、空孔率１５％、空気透過量
０．３１Ｘ１０−４匡・儒／史Ｃ・ｄ・のＨｇのＰＰ製
中空多孔質膜９（肉厚０．０５７１ｇＩｌ）を用いると
、１秒間のガス摂取量は７．４ｘｌＯ’ｃｃ／ＳｅＣと
なる。

この例では、９０％応答時間は表Ｉに示す通り数秒で非
常に速く、この程度の摂取量であれば生体に影響を及ぼ
さない。

また、先端部に弾性体が支持されているので柔軟であり
、血管に挿入しても血管に負担がかからないので好まし
い。

実施例 ■ 第５図に示すように、本発明によるカテーテル６の第４
構成例では、内面およびまたは外面に厚さ１０μの塩化
ビニリデンをコートした肉厚の厚いＰＰ製チューブ１５
の先端部に小径部１６を形成し、この小径部１６に側孔
８を設け、この小径部上にＰＰ製中空糸状多孔質膜９を
かぶせ、その基部１７においてＰＰ製チューブ１５に融
着し、先端部１０は熱溶融により密閉されている。

血液中のガスは側孔８を覆っているＰＰ製中空糸状多孔
質膜９を通過し、カテーテル６内に導入される。

かかる構成において、外径が０．２麿の側孔８を８個形
成するとガス透過面積はｏ、２５ｍ１となる。

空孔率２５係、空気透過量０．５２Ｘ １０ ’ＣＣ
Ｃ７７Ｌ／ｓｅｃ −ｃｒｄ −ｃｒｎ ＨｇであるＰ
Ｐ製中空糸状多孔質膜９（肉厚０．０５ｍ）を角いると
、１秒間のガス摂取量は０．９９ Ｘ １０−５ｃｃ、
＆ｃとなる。

９０係応答時間は表Ｉに示す通り僅か数秒にしかすぎな
い。

カテーテル６の全長を３００＋Ｊ外径ｏ、 ｓ ｍ、肉
厚０．３ｍとすると、ＰＰ製中空糸状多孔質膜９以外か
らの０２．ＣＯ２，Ｎ２全部のガス摂取量は１秒間で４
．９３ Ｘ １０ ’ＣＣ／ｓｅｃとなる。

コノ量は側孔８を覆っているＰＰ製中空糸状多孔質膜９
からのガス採取量の０．５％にあたり、測定には殆んど
影響を及ぼさない。

また、カテーテル６は柔軟であるので血管に負担がかか
らない。

実施例 ■ 第６図に示すように、本発明によるカテーテル６の第５
構成例では、内面およびまたは外面に厚さ１０μの塩化
ビニリデンをコートした肉厚の厚（１）ＰＰ製チューブ
１５の先端部をテーパ状に内径も小さく細く加工し、多
孔質体１２に先端部１０を熱溶融により密閉したＰＰ製
中空糸状多孔質膜９をかぶせてこれをチューブ１５の小
径先端部１８に挿入融着する。

血液中のガスはＰＰ製中空糸状多孔質膜９の先端部１０
を通過し、多孔質体１２を経てカテーテル６内に導入さ
れる。

この構成において、外径が０．２ｍ、肉厚が０．０５Ｍ
、先端部１０の長さが４履、空孔率が２５係で空気透過
量が０．５２Ｘ１０−れｌ漂／史Ｃ０ｃｎｔ 、 ｃｒ
ｒＬＨｇであるＰＰ製中空糸状多孔質膜９、空骨−ＪＬ
率３０％の多孔質体１２を用いると、１秒間のガス摂取
量は２．９８ ｘ １０−５ＣＣ／ｓｅｃとなる。

カテーテル６の外径を０．８ｗ１．、肉厚を０．３７１
１！Ｉ１１全長を３０ＯＮとすると、多孔質膜９以外か
らの全ガス摂取量は４．９３ ｘ １０ ”ｃｃ ／
ｓｅｃとなる。

（ｍ（７）量は多孔質体１２を覆っているＰＰ製中空糸
状多孔質膜９からのガス採取量の０．１７％にあたり、
測定には殆んど影響を及ぼさない。

また、このカテーテルの９０係応答時間は表Ｉに示す通
り僅か数秒である。

さらに、広い範囲からガスを摂取することができ、また
カテーテル本体より細くでき、血管等への挿入がより容
易である。

また、カテーテルは柔軟であるので血管に負担がかから
ない。

理解し易いように以上の実施例についてのデータを次表
■に簡潔に表示する。

以上の実施例および技術思想の説明から明らかなように
、本発明のガス測定用カテーテルは従来の同様のカテー
テルに比較して以下のような多くの効果を奏する。

（１）ガス分圧の変化に対する応答時間が短かい。

（２）被測定媒体の温度変化によって測定値に誤差が生
じない。

（３）ガス摂取量が１０ ”Ｃｆ、 ／ｓｅｃのオー
ダーであるから、血液の速さによる影響を受けず、長時
間の測定においても生体に影響を及ぼさない。

（４）ＰＰ製中空糸状多孔質膜を用いることによりカテ
ーテルの外径を細く、側孔の径を小さく数を少なくでき
、従って膜の破れる危険性を少なくでき、カテーテルの
生産工程が簡素化される。

（５）ＰＰ製中空糸状多孔質膜は血液凝固が起りにくい
。

本発明のガス測定用カテーテルは生体の血液および組織
中のガス測定のみならず、生体以外の組織あるいは人工
心肺の回路等においても利用できる。

また、上述した処は本発明の例示にすぎず、本発明の範
囲内で種々の変更を加えることができる。

例えば、ガス透過性の細管は実施例に挙げたステンレス
等の金属性チューブ、ガス不透過加工を施したプラスチ
ック類の外、ガス不透過特性を有するものであっである
程度の強度を有するものであれば何でも良い。

これは多孔質体１２、弾性体１３についても同様に構成
材料、形状等は上記例に限定されることはない。

【図面の簡単な説明】 第１図はカテーテルの使用状態を示す線図、第２〜６図
は本発明によるガス測定用カテーテルの種々の実施例の
縦断面図である。 １・・・・・・カテーテル、２・・・・・・フィルタ付
コネクク、３・・・・・・連結チューブ、４・・・・・
・マススペクトロメータ１．５・・・・・・血管、６・
・・・・・本発明のカテーテル、７・・・・・・金属性
チューブ、８・・・・・・側孔、９・・・・・・ＰＰ製
中空糸状多孔質膜、１０・・・・・・先端部、１１・・
・・・・基部、１２・・・・・・多孔質体、１３・・・
・・・スプリング、１４・・・・・・中継管、１５・・
・・・・ＰＰ製チューブ、１６・・・・・・小径部、１
７・・・・・・溶着部、１Ｂ・・・・・・テーパ状先端
部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 生体等の血液または組織中に存在する一種またはそ
   れ以上のガスを採取するための分析装置とともに使用す
   るカテーテルにおいて、このカテーテルを、前記ガスを
   透過しない材料製の先端部分に開口を有する細管と、こ
   の細管の外周面および一方の端面に被覆した前記ガス透
   過性のポリプロピレン製中空糸状多孔質膜とで構成した
   ことを特徴とするガス測定用カテーテル。 ２ 前記ガス不透過性細管を金属性チューブで構成し、
   先端部側面に所要寸法および個数の前記ガス導入孔を形
   成したことを特徴とする特許請求の範囲１記載のガス測
   定用カテーテル。 ３ 前記ガス不透過性細管を金属性チューブで構成し、
   前記細管に管端部分から多孔質体または弾性体を突出し
   て装着し、これらの上に前記ポリプロピレン製中空糸状
   多孔質膜を被着して可撓性およびまたは支持力を付与す
   るよう構成したことを特徴とする特許請求の範囲１記載
   のガス測定用カテーテル。 ４ 前記ガス不透過性細管を塩化ビニリデンまたは塩化
   ビニリデンと他のプラスチックとのコンパウンド（組成
   物）で構成し、この管の先端部側面に所要寸法および個
   数のガス導入用孔を形成したことを特徴とする特許請求
   の範囲１記載のガス測定用カテーテル。 ５ 前記ガス不透過性細管を内側およびまたは外側に塩
   化ビニリデン被膜を形成した適尚なプラスチック製の管
   で構成し、前記細管に多孔質体または弾性体を管端部分
   から突出して装着し、これらの上に前記ポリプロピレン
   製中空糸状多孔質膜を被着して可撓性およびまたは支持
   力を付与するよう構成したことを特徴とする特許請求の
   範囲１記載のガス測定用カテーテル。