JPS6157769B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、充血誘起生理学的センサに用いら
れるヒータエレメント用フエイルセーフ熱保護回
路に関するものである。

医学上の診断の目的で、種々の形式の生理学的
センサが用いられている。そのようなセンサは患
者の皮膚を穿刺することなく、様々な生理現象の
経皮性測定およびモニタのために用いられる。典
型的な応用は血流、血液酸素含量、砂糖含量、ア
ルコール含量、二酸化炭素含量、血液のPHなどの
測定である。特に、このような生理学的センサが
用いられる主要分野の１つは、出生前の胎児の酸
素消費の管理に関する分野である。典型的にはこ
のような装置は患者の外部に取付けられる。この
センサはセンサの場所で、局部的な充血療法の目
的のため外部加熱エレメントによつて加熱され
る。

通常、内部加熱エレメントは電気的なものであ
るが、流体加熱されたエレメントが知られてい
る。通常は、所望の温度範囲は37ないし45℃の範
囲（98.6ないし113〓）でありかつ適当なサーモ
スタツトによつて制御される。センサ自体は最小
の大きさに抑えられることが好ましい。したがつ
て、センサエレメント、ヒータおよび、小さなサ
ーミスタのような熱センサのみが生理学的センサ
に装着される。サーモスタツトのようなヒータ制
御装置、温度表示装置およびヒータ電源が別の遠
隔制御モジユールに装着される。制御モジユール
は小さな多導体ケーブルによつて生理学的センサ
へ接続される。

任意の電気的制御装置では、制御回路の誤動作
の危険が常にある。このように、もしもサーモス
タツト自体が誤動作すれば、またはサーモスタツ
トからの温度検知ラインに間違いがあれば、患者
は、生理学的センサが過熱すれば危険にさらされ
る。

１次温度制御回路に過ちがあつた場合に引継ぎ
のための第２のバツクアツプ温度センサおよびサ
ーモスタツトを付加することが知られている。し
かしながら、このような構成によれば、遠隔の制
御モジユールにさらに複雑さが加わるのみなら
ず、付加的な導体も必要になる。

特に、胎児の酸素消費の管理に用いる場合に
は、当該センサと遠隔の制御モジユールとを結ぶ
接続ケーブルは細くかつしなやかなものでなけれ
ばならない。

それ故に、この発明の目的はセンサ自体へ作り
付けにされ、従来の温度自動調節する温度制御回
路の破滅的な失敗の場合においてもヒータ制御シ
ステムに関係なくセンサの加熱エレメントを自動
的に切り離す、そのような熱保護回路を提供する
ことである。

この発明の好ましい局面に従つて、生理学的セ
ンサが、電気的に動力が与えられる温度自動調節
的に制御される内部ヒータによつて加熱される。
独立した、一定以上の温度の熱保護回路が生理学
的センサの内部に取り付けられて、その温度が予
め定められるレベルを超えるとき、ヒータへの電
源を遮断する。

この発明の他の局面では、ヒータ電源を含む遠
隔制御モジユールが設けられる。遠隔制御モジユ
ールは、電源をヒータへ相互接続するため１対の
電源リード線を含む多導体ケーブルによつて生理
学的センサへ結合される。ヒータに隣接して取り
付けられる、鎖錠継電器と協働する常閉過温スイ
ツチが電源リード線の１つと直列に結合される。
このスイツチは過剰な温度上昇を検知するときヒ
ータ電源を逆転できないように遮断するために開
く。

この発明の他の局面では、過温スイツチは電源
リード線の１つと直列な可溶性接合部である。温
度が予め定められるレベルを超えるとき、可溶性
接合部が溶け、もとへ戻ることなくヒータへの電
源を切り離す。

この発明のさらに他の局面では、常開過温スイ
ツチがヒータを横切つてシヤントに接続される。
過剰な温度上昇を検知するとき、スイツチが閉じ
てヒータを短絡させかつ不能化する。短絡による
電流増はヒータ電源を遮断するように制御モジユ
ールのブレーカを通過する。

今第１図を参照して、生理学的センサ１０が示
されており、このセンサ１０は電力および制御信
号を送りかつセンサから測定信号を受けるための
多導体ケーブル１４によつて遠隔制御ユニツト１
２へ結合される。限定によるものではなく単に例
によれば、生理学的センサ１０は患者の血液中の
酸素のような気体の濃度の経皮性決定のための分
極電流計であつても良い。典型的なセンサはクラ
ーク（CIark）型のものでありかつ通常直径が２
ないし３cmの円形プレートの態様である。センサ
は患者の皮膚１１と直接接触して配置される。

第１図のセンサにおいて、カソード１６（好ま
しくはプラチナ）および基準電極１８が囲い２０
の内側に取り付けられる。ヒータコイル２２は基
準電極１８を囲む。囲い２０内のチヤンバ２４
が、適当な電気的に絶縁するポツト詰めした化合
物で充填されて、相互にかつ囲い２０からカソー
ド１６、基準電極１８、およびヒータコイル２２
を絶縁する。ケーブル１４における導体２６，２
８は、カソード１６と基準電極１８との間を流れ
る分極電流を、遠隔制御モジユール１２の上に取
り付けられた適当な記録または表示装置３０へ伝
送する。ケーブル１４における導体３２，３４は
第２図に関して後述される熱保護回路３６を介し
て、制御ユニツト１２のヒータ電源３３からヒー
タコイル２２へ電力を与える。サーミスタのよう
な温度センサ３８が生理学的センサ１０に取付け
られて、センサ１０の温度をモニタするため制御
ユニツト１２における表示器へケーブル１４の導
体４０，４２を介して信号を与える。温度センサ
３８からの信号はまたリード線４６，４８を介し
てヒータ電源３３へ送られて、ヒータ２２に対す
るヒータ電源の自動温度調節制御を行なう。外部
電源はプラグ５０を介してシステムへ与えられか
つ電源変動が適当なメータ５２によつてモニタさ
れる。

薄膜５４がカソード１６および基準電極１８の
下方面を被う。膜５４は適当な位置に保持されか
つ保持リング５６によつてシールされ、このリン
グ５６は、順次、ねじ切りされたリング５８およ
びシール用ガスケツト５９によつて囲い２０へ固
定される。適当な電解物が膜５４と電極１６およ
び１８との間のスペース６０に含まれる。膜５４
はポリエチレン、ポリプロピレンまたはポリテト
ラフルオロエチレンのようなプラスチツクから成
る。膜５４の本質的な品質は、測定されるべき拡
散された気体に対して透過性であるが、電解物に
対しては不透過性である。

通常、生理学的センサ１０の温度は、温度セン
サ３８の制御の下に、電源３３において従来のサ
ーモスタツト回路によつて一定に維持される。サ
ーモスタツト回路の誤動作の場合、熱保護回路３
６は誤動作が補正されるまでヒータ回路を不能化
する。

第１図の３６によつて一般的に示されている熱
保護回路は第２図により詳細に示されておりその
代替の構成は第３図および第４図に示されてい
る。第２図の実施例において、熱保護回路は、抵
抗として概略的に示されているヒータ２２と直列
接続された常閉温度検知スイツチ６４から成る。
センサ１０の温度が予め定められるレベルを超え
れば、スイツチ６２が開きヒータ２２への電源を
切り離す。スイツチ６２は、バイメタルのような
機構的なスイツチ、適当な温度係数を有する半導
体スイツチ、水銀―銀接触温度計、または43℃ぐ
らいに抵いキユーリ点を有する400Monelのよう
な強磁性材料を磁気ラツチとして用いているキユ
ーリ効果を用いる磁気スイツチのような任意の形
式の温度検知形態のものであつても良い。また、
上述の強磁性材料と組合せて用いられる固体ホー
ル効果素子が実用的であろう。

上述したような独力で用いられる簡単な熱スイ
ツチは必らずしも十分に保護的ではない。電源が
遮断された後にセンサ１０が冷却すると、スイツ
チ６２は再び閉じる。誤動作がその間にクリアさ
れない限り、過熱が再び生じる。したがつて、ス
イツチ６２は、遠隔制御ユニツト１２に取り付け
られたフエイルセーフ回路６４と協働する。フエ
イルセーフ回路６４は常開コンタクトアーム６８
を有する手動的に駆動される鎖錠継電器を含む。
手動リセツトボタン７０が設けられる。通常の状
態の下では、スイツチ６２は通常閉じられてい
る。ヒータ２２をターンオンするために、リセツ
トボタン７０が押圧されてコンタクトアーム６８
を閉じ、それによつて電源をヒータ２２へ与え
る。ヒータ２２によつて引き出された電流は図示
のように鎖錠断電器６６を閉じた状態に保持す
る。今、スイツチ６２が過熱により開けば、リレ
ー６６は必らず保持電流がないためコンタクト６
８を開放する。この状態の下に、もしもスイツチ
６２が再び閉じれば、ヒータはオペレータの干渉
なしに逆戻りすることができずに不動作的のまま
となろう。

第３図に示すような他の実施例において、熱保
護回路３６′はヒータ２２とシヤントに接続され
る常開スイツチ６２′を含む。過温を検知すると
き、スイツチ６２′が閉じ、ヒータ２２を短絡す
る。もちろん、電源リード線の短絡はリード線３
２，３４を破壊的に過熱するので、フエイルセー
フ回路６４′は従来の形式の過電流保護ブレーカ
または従来のヒユーズ７２を含む。第３図の保護
回路はまたヒータ２２が再び駆動されることがで
きる前にオペレータの干渉を必要とする。

今第４図を参照すると、熱保護回路３６″は低
い融解点合金から成る可溶性接合部７４のみから
成る。好ましい合金は40.95％のRi、22.10％の
Pb、18.10％のIn、10.65％のSrおよび8.20％のCd
を含む。この合金は46.5℃（115.7〓）で溶け、
公知の５相共晶合金である。そのような接合部は
逆戻りすることができない電源遮断を与える。な
ぜならば、電源は、誤動作がクリアされ新しい接
合部が挿入されるまでは、再度与えられることが
できないからである。

開示した３個の保護回路の選択のうち、低融解
点合金を用いるのが好ましく、その理由は、フエ
イルセーフ回路６４または６４′のような外部回
路が何ら必要とされないからである。しかしなが
ら、接合部が一旦溶けると、センサはリンクが置
き換えられるまでは再び用いられることができな
い。

ここまでは、典型的な実施例を電気的な加熱手
段によつて説明した。もちろん、センサ１０を介
して加熱された液体を循環させることも可能であ
る。そのような使用に対して、もちろん、熱保護
装置は、流体循環装置を切り離すための熱的に駆
動される手段と共に、熱的に作動される遮断弁を
含む。

さらに他の実施例において、充血がマイクロ波
を用いる透熱ラジエータによつて誘起される。第
５図を参照して、概略的態様で、生理学的センサ
１０の本質的なエレメントが示される。簡略化の
ために、本質的でない部分の詳細は示されていな
い。マイクロ波ラジエータ７６はカソード１６お
よび基準電極１８に隣接して保護容器７８の生理
学的センサ１０内に含まれる。ラジエータ７６は
センサ１０の下に横たわる患者の組織１１を放射
線で治療するように傾斜されても良い。電源ライ
ン５０は、フエイルセーフ回路６４″を介して経
由した後マイクロ波発生器７８へ電力を与える。
マイクロ波源は同軸ケーブルのような適当な導波
管８０を介してラジエータ７６へ伝達される。熱
保護回路は保護囲い８２の内側に取り付けられ、
そのため、それは患者の皮膚と直接接触する。リ
ード線８４，８６は熱保護回路３６をフエイルセ
ーフ回路６４″に相互接続する。熱保護回路３６
によつて行なわれる保護作用は、マイクロ波発生
器７８がヒータ２２に代わつて用いられる第２図
ないし第４図に示される手段の任意のものによつ
て実現されることができる。第５図の実施例にお
いては、マイクロ波ラジエータは組織を加熱する
が、生理学的センサ自体を加熱しない。したがつ
て、組織において発生された熱は対流によつて組
織を介して直接、皮膚が直接接触している熱保護
回路３６へ伝わる。このように、第５図におい
て、熱保護回路の作用はセンサヒータの温度によ
つてよりもむしろ皮膚の温度によつて制御され
る。

以上のように、この発明によれば、従来の温度
制御回路の誤動作時にも患者の安全を確保するこ
とができ、さらにセンサと制御ユニツトとの間の
接続ケーブルの数を増やす必要がないため、胎児
の酸素消費の管理にも適している。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の過温保護回路を用いる生理
学的センサの断面図である。第２図は鎖錠継働器
と直列な常閉スイツチを用いた、過温保護回路の
一実施例の概略図である。第３図は回路ブレーカ
と組合せて常開シヤントスイツチを用いる過温保
護回路の概略図である。第４図はヒータ電源回路
と直列な可溶性接合部を用いる過温保護回路の概
略図である。第５図は透熱加熱を用いる生理学的
センサを概略的に示す。 図におて、１０は生理学的センサ、１２は遠隔
制御ユニツト、１４はケーブル、１６はカソー
ド、１８は基準電極、２０は囲い、２２はヒータ
コイル、２４はチヤンバ、２６，２８，３２，３
４，４０および４２は導体、３０は記録または表
示装置、３６は熱保護回路、３８は温度センサ、
６２はスイツチ、６４はフエイルセーフ回路、６
８は常開コンタクトアーム、７８はマイクロ波発
生器、ならびに７６はラジエータを示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 生きている人間の組織に応用するために所定
   の温度範囲内で温度自動調節的に制御される電気
   的ヒータを有しかつ前記ヒータ用の電源を有する
   生理学的センサであつて、 前記ヒータの温度が前記温度範囲を超えた予め
   定められるレベルをさらに越えるときヒータ電源
   を不能化するための手段を備えた、生理学的セン
   サ。 ２ 前記不能化手段は鎖錠継電器と協働する常閉
   熱検知スイツチである、特許請求の範囲第１項記
   載のセンサ。 ３ 前記不能化手段は所望の融解点を有する合金
   接合部である、特許請求の範囲第１項記載のセン
   サ。 ４ 前記金属接合部の融解点は46.5℃である、特
   許請求の範囲第３項記載のセンサ。 ５ 前記電源不能化は逆戻りすることができな
   い、特許請求の範囲第１項記載のセンサ。 ６ 所望の生理学的現象の経皮性測定のための手
   段を含む改良された生理学的センサであつて、 温度自動調節的に制御されるマイクロ波ラジエ
   ータが設けられて生きている人間の組織の所望の
   場所に所望のレベルの充血を誘起し、 前記センサ内に設けられ、放射線の当てられた
   組織の温度レベルが予め定められた値を越えると
   き前記マイクロ波ラジエータを逆戻りすることが
   できないように独立的に不能化する手段を備え
   た、生理学的センサ。