JPS59500896A - Oxygen partial pressure measuring device using optical fiber - Google Patents
Oxygen partial pressure measuring device using optical fiberInfo
- Publication number
- JPS59500896A JPS59500896A JP57503315A JP50331582A JPS59500896A JP S59500896 A JPS59500896 A JP S59500896A JP 57503315 A JP57503315 A JP 57503315A JP 50331582 A JP50331582 A JP 50331582A JP S59500896 A JPS59500896 A JP S59500896A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- dye
- porous
- probe
- light
- oxygen
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Landscapes
- Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)
- Measurement Of The Respiration, Hearing Ability, Form, And Blood Characteristics Of Living Organisms (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。 (57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.
Description
【発明の詳細な説明】 元ファイバーPO2探針 本出願は先に出願した米国特許出願査号363.425.1982年3月30日 出願、発明の名称「光ファイバー酸素分圧(PO2)探針」の部分継続出願であ シ、上記出願のFJ−3谷については引例に停台する。[Detailed description of the invention] Original fiber PO2 probe This application was previously filed in U.S. Patent Application No. 363.425 on March 30, 1982. The application is a partial continuation application with the title of the invention "Optical fiber oxygen partial pressure (PO2) probe". Regarding FJ-3 of the above-mentioned application, please refer to the references.
本発明の分野 本発明は酸素分圧の測定に関し、特に血液+組織中の酸素分圧全測定するため注 入する元ファイバー探針装Uに関する。Field of the invention The present invention relates to the measurement of oxygen partial pressure, and especially to measuring the total oxygen partial pressure in blood + tissue. Regarding the original fiber probe device U to be input.
本発明の背景 生理学上の叡索測定は以下のごとく、佃々の理由によシ貞保である。Background of the invention Physiological measurements are difficult to determine for a number of reasons, as described below.
0 移動機能(第1図ンは酸素の運搬と分配の基本的な決定素である。0 Transfer function (Figure 1) is a fundamental determinant of oxygen transport and distribution.
Q ヘムへの02の吸着は、動物界において酸素の蓄積と運搬の最も広く用いら れているメカニズムである。Q. Adsorption of 02 to heme is the most widely used method for oxygen storage and transport in the animal kingdom. This is the mechanism that is used.
0 ヘムをはめ込む対応の蛋白質変化(グロビン)はその吸着特性を制御し、移 動機能の形を決め、ヘムを特殊な槌の要求に適合させる。0 The corresponding protein change (globin) that fits heme controls its adsorption properties and Determine the shape of the dynamic function and adapt the hem to the requirements of the special mallet.
Oグロビン鎖も、生物化学信号、特に亘侠なpi(,2,3−ジホスホグリセレ ートおよびC02に曲線を調節するための制御ループの一部分である。The O-globin chain also plays a role in biochemical signals, especially the noble pi(,2,3-diphosphoglycerate). part of the control loop for adjusting the curve to C02 and C02.
○ 人Thテは、約200のヘモグロビンの遺伝変態が知られておジ、大部分は 、無害だが、中には運搬機能の変質作用(鎌形セルの疾患等)によシ病的なもの がある。○ Approximately 200 genetic mutations of hemoglobin are known in humans, and most of them are , harmless, but some of them are pathological due to altered transport function (such as sickle cell disease) There is.
0 それゆえ、酸素分圧PO2の直接揃足は生理学上の刺青における個体の酵素 運搬行動を観察するうえで必要である。0 Therefore, the direct alignment of the oxygen partial pressure PO2 is the enzyme of the individual in the physiological tattoo. This is necessary to observe transportation behavior.
さらに、適i;lJな組織の酸素処理は、即応容性のサンプリングやPO2レベ ルの連続的な監視全必要とする徐々な外科や集中看護状態において最も富要な容 易に使えるものの一つである。In addition, adequate tissue oxygenation is important for rapid sampling and PO2 levels. Continuous monitoring of the most critical conditions in gradual surgical or intensive nursing situations that require continuous monitoring of all It is one of the easiest things to use.
いくつかの技術やシステムが知られているが、それらはどれも最適とは゛ぎえな い。たとえば、 クラーク電極(膜−拡散、電流)は小型化には寄与しない。Several techniques and systems are known, but none of them are optimal. stomach. for example, Clark electrodes (membrane-diffusion, current) do not contribute to miniaturization.
拡散作用に依任し念ものは、標摩化や偏差という問題がつき豆とう。Anything that relies on diffusion has the problem of polarization and deviation.
厳密な厖位差(賦化還元)電極は特に困難である。Strictly differential (potential reduction) electrodes are particularly difficult.
米国特許4.20 ]、 222 (Haase) は、血液流の酸素気体の分 圧′fj:副定するため生体の血管に仲人し得るようにした、光ファイバーを用 いた光学カテーテルについて開示している。U.S. Pat. No. 4.20], 222 (Haase) describes the Pressure ′fj: In order to sub-determine the discloses an optical catheter.
このカテーテルは血液の気体分音通過させ、血液の液体分の侵入を防ぐ半透板部 材から敗る。元ファイバーに入る反射可視光線の強要は、入射光線の強度と比較 した時、血液流の酸素気体の分圧に正確に対応している。This catheter has a semi-transparent plate that allows the gaseous part of the blood to pass through and prevents the liquid part of the blood from entering. Defeat from wood. The intensity of the reflected visible light entering the original fiber is compared to the intensity of the incident light. , which corresponds precisely to the partial pressure of oxygen gas in the blood stream.
米国特許3.814.081 (Mori)は、生きている動物の体の血液fL ’に飽和するハ累の含有百分率を測定するための、光学カテーテルについて開示 している。発光光ファイバーンステムと受光システム全互いに隣接して設ける。U.S. Patent No. 3.814.081 (Mori) discloses that blood fL Discloses an optical catheter for measuring the percentage of HA content that saturates at are doing. The light emitting fiber optic stem and the light receiving system are all placed adjacent to each other.
カテーテルの先端を動物の体の血液運搬器官に差し入れる。醒累飽和度を、血液 流から反J?11/、元ファイバーで受ける光波の光吸収分光分析によつ′C演 1]定する。The tip of the catheter is inserted into a blood-carrying organ in the animal's body. Awakening saturation, blood Anti-J from style? 11/, 'C performance by optical absorption spectroscopy analysis of light waves received in the original fiber. 1] Determine.
米国特許3.8 Q 7.390 (Ostrowski他)は、生体の心臓血 管系の中にカテーテルチップ分差し込み、活発な状態の人間の血徹流の皿故酸素 飽和の状態を監視するための、光フアイバーカテーテルについて開示している。U.S. Patent 3.8 Q 7.390 (Ostrowski et al.) Insert the catheter tip into the tubing system and remove the oxygen from the plate of active human blood flow. A fiber optic catheter for monitoring saturation conditions is disclosed.
米国特許4.033.330 (Willis他)は、血液中の二岐化炭素れ度 及び血液のPHヲ決定するための皮膚を貴く光学pH測定装置を示した一般的関 連事項を示す。U.S. Pat. and a general reference illustrating an optical pH measuring device for determining the pH of blood. Indicates related matters.
米国特許4.041.532は動脈血管内の酸素及び二数化炭素のような気体の 濃度や分圧、そして種々の期間の血液のpHの測定、及び監視に用いる装置を教 示する一般的関連事項を示している。U.S. Pat. Teach the equipment used to measure and monitor the concentration, partial pressure, and pH of blood over various time periods. Indicates generally relevant information.
PO2電極の文献はかなシ多くあるが、有用な電極はまたない。There is a lot of literature on PO2 electrodes, but there are no useful electrodes.
ルミ坏ツセンス消光による酸素の測定も教示されている。Measurement of oxygen by luminescence quenching is also taught.
1930年代にそのアイデアは生でれはしたが、実用化はほとんどされておらず 、螢光の酸素消光は害として広く知ら九でいる。米国特許3.612.866 (Stevens) は、芳香族分子、その誘導体、および脂肪族ケトンへの気 体状酸素の分子ルミ坏ツセンス消光効果に基づいた、液体あるいは気体の敲素含 有凝度を測定するための製置について開示している。Although the idea was born in the 1930s, it was hardly ever put into practical use. However, oxygen quenching of fluorescent light is widely known to be harmful. US Patent 3.612.866 (Stevens), aromatic molecules, their derivatives, and aliphatic ketones. Oxygen-containing liquid or gas based on the molecular luminescence quenching effect of physical oxygen. Discloses an arrangement for measuring coagulation.
酸素測定用のルミイツセンス消光の他の応用例は、(1)「シリカゲル吸着染料 の効果の初期観察JH,カウンキ−(Kautsky) とA、ヒルシx (H irsch) 1930年代初期、例えばH、カラツキ−とA、ヒルシエの「無 機及び一般化学」222.126−34.1935゜ (2) 「ho照光による02の測定」、M、ボラック(pollack) 、 P 、プリングスハイム(Pringsheim) 、D 、 ターウッド(T erwood) 、化学物理ジャーナル(、T 、 CC11e、Phys、) 、12.295−9.1944゜ 光感度の要覧j1.B。ベールマン(Berlman)”芳香族分子の螢光スペ クトルのノ・ンドプツク“、アカデミツク出版(Acade+1llc Pre ss)、1965゜(4) rアクリルシート上の7クリフラビンを用いた10 tO「rで測定した02」、Gy、オーパン(Qrban入Zs、スエンテイー メイ(Szen t irmay)、J、パン:T (Patko)、”Pro c、of the Intl、Conf、on Lum1nescence”、 1 9 66 、V、 11611−3.1968゜(5)[ロッド(rod s)の9ん元観察によシ測定したアクリA・類中の02の拡散効率」、G、シャ ク(Sliawン、トランス。Other applications of lumitsusensense quenching for oxygen measurements include (1) “Silica gel adsorbed dyes”. Initial observation of the effect of JH, Kautsky and A, Hirschi x (H irsch) In the early 1930s, for example, H. Kalacki and A. Machinery and General Chemistry” 222.126-34.1935゜ (2) "Measurement of 02 by HO illumination", M, Pollack, P., Pringsheim, D., Tarwood (T. erwood), Chemical Physics Journal (, T, CC11e, Phys,) , 12.295-9.1944° Overview of photosensitivity j1. B. Berlman “Fluorescence Spectrum of Aromatic Molecules” "No Ndopsk of Kutor", Akademik Publishing (Acade + 1llc Pre ss), 1965゜(4) 10 using 7 Cliff Lavin on acrylic sheet tO "02 measured by r", Gy, Open (Zs with Qrban, Suentee May (Szentirmay), J, Pan: T (Patko), “Pro c, of the Intl, Conf, on Lum1nescence”, 1966, V, 11611-3.1968゜(5) [rod s) ``Diffusion efficiency of 02 in AcryA・class measured by 9-dimensional observation'', G, Sha (Sliawn, trance.
779デーソサエテイー (Trans、 Faraday Soc、) 63 .2181−9、1967゜ (6)「消光率対PO2によって測定したアクリルフィルムの02透過性JP、 F、ジョーンズ(Jones)、ポリマーレターズ(Polymer Lett ers) 6.487−91.1968゜(7) rプラスナックフィルムおよ び多孔性ビーコー(Vy c o r )へ吸着した7A−オフ7ゼ:y (f 1uoranthene) に基つ(PO2O2測定口器、バーグマン(Be rgman) 、4−チャー(Nature) 218.396.1968゜ (8)「細胞内02測定用の探針(Probe) として用いた酪酸」、50人 、クツツブ(Knopp)、1.A、0ングミユール(Longmuir人生物 化学及び人生物理学Biochimica et Biophysica Ac ta) 279.393−7.1972゜(9)1種々の膜で囲んだ形態におけ るピレン酪酸のDMF溶液を用いる生理学的PO2の測定JD、W、ラッパー( Lubber)、N、オビツツ(Qpitz)、z、4−チュアフ(Natur f)、30c、532 3.1975゜ 本発明の要約 以上により、本発明の目的は上記のような公知技術の欠点を解決することにある 。779 Day Society (Trans, Faraday Soc,) 63 .. 2181-9, 1967゜ (6) “02 transmittance JP of acrylic film measured by extinction ratio vs. PO2, F. Jones, Polymer Lett ers) 6.487-91.1968° (7) r plus snack film and 7A-off7ze:y (f Based on 1uoranthene) (PO2O2 measurement mouthpiece, Bergmann (Be rgman), 4-char (Nature) 218.396.1968° (8) “Butyric acid used as a probe for intracellular 02 measurement”, 50 people , Knopp, 1. A. Longmuir Chemistry and Life Physics Biochimica et Biophysica Ac ta) 279.393-7.1972° (9) 1 In the form surrounded by various membranes Measurement of physiological PO2 using a DMF solution of pyrenebutyric acid JD, W, Lapper ( Lubber), N, Obitsu (Qpitz), z, 4-chuaf (Natur f), 30c, 532 3.1975° Summary of the invention In view of the above, an object of the present invention is to solve the above-mentioned drawbacks of the known techniques. .
本発明の他の目的は、改良された生体内のPO2測定を提供することである。Another object of the invention is to provide improved in-vivo PO2 measurement.
また、本発明の他の目的は改良されたPO2測定装置、特にルミネッセンス消光 を用いた酸素測定に基づき、また光フアイバー探針を有する装置を提供すること である。Another object of the present invention is to provide an improved PO2 measuring device, especially a luminescence quenching device. To provide an apparatus based on oxygen measurement using an optical fiber probe and having an optical fiber probe. It is.
さらに、本発明の他の目的は、作動原理としてルミネッセンス消光を用い、光学 倍率管を組み合わせた比較的単純な光学システムと、該光学倍率管によって作動 し、該光学システムによって検知t7た該ルミネッセンス消光に基づきPO2の 直接アナログ計算をするようにした電子演算回路を組み合わせて成る光フアイバ ー探針を使用した。PO2の測定装置を提供することにある。Furthermore, another object of the invention is to use luminescence quenching as the working principle and to A relatively simple optical system that combines a magnification tube and is operated by the optical magnification tube. and PO2 based on the luminescence quenching detected by the optical system. An optical fiber that combines electronic arithmetic circuits that perform direct analog calculations. -Used a probe. An object of the present invention is to provide a PO2 measuring device.
本発明による螢光消光の原理に基づいた酸素分圧測定用の典型的な光フアイバー 探針は、直径06龍、長さ約5Mの多孔性断面のプラスチックチューブ形状の端 末を有する2本の150マイクロメーターストランドのプラスチック光ファイバ ーから成る。このチューブは吸着性粒状支持体上にある染料を収納している。こ の基本的な構造は、ピーダーリン(Peterson) 等の米国特許4.20 0.110に開示されている生理学上のpH探針と同様である。Typical optical fiber for oxygen partial pressure measurement based on the principle of fluorescence quenching according to the invention The probe has a plastic tube-shaped end with a porous cross section and a diameter of 06 mm and a length of approximately 5 m. Two 150 micrometer strands of plastic optical fiber with Consists of - The tube contains the dye on an absorbent particulate support. child The basic structure of is described in U.S. Patent 4.20 of Peterson et al. This is similar to the physiological pH probe disclosed in US Pat. No. 0.110.
本発明の探針の開発では、上述の消光原理の応用においてかつて遭遇しなかった 3つの主な問題を解決する必要があった。すなわち、 1、染料は適切な酸素消光感度(活性状態の寿命が長い)、可視光による螢光励 起、および退色抵抗等の兼ねそなわった特性を有するものを見つけなくてはなら ない。45Qnm より短い波長の光を伝えるプラスチック光ファイバーは用い られない。紫外線透過性無機ファイバーは、もろいので本発明には不適当である 。In the development of the probe of the present invention, the above-mentioned extinction principle has been developed. Three main problems needed to be solved. That is, 1. The dye has appropriate oxygen quenching sensitivity (long life in active state) and fluorescence excitation by visible light. It is necessary to find a material that has both properties such as high brightness and resistance to fading. do not have. Plastic optical fibers that transmit light with wavelengths shorter than 45Qnm are not used. I can't do it. UV-transparent inorganic fibers are brittle and therefore unsuitable for the present invention. .
28 適切な疎水性、高酸素透過性外包物が必要であった。28 A suitable hydrophobic, high oxygen permeable envelope was required.
3、 吸着性支持体は対湿性を保持して染料を活性化させる必要があった。従来 のシリカ染料支持体は水質媒体の中では使用に適さない。3. The adsorbent support needed to maintain moisture resistance to activate the dye. Conventional Silica dye supports are not suitable for use in aqueous media.
本発明の探針装置は、皮ふ針を介して組織や血管に注入するのに適した小型で低 価格の探針を提供するものである。The probe device of the present invention is small and low profile, suitable for injection into tissue or blood vessels via a skin needle. It provides a price guide.
光フアイバー探針は、以下のように優れた点を有する。The optical fiber probe has the following advantages.
a、Q、 5 !II!θ以下のように極端に小さなサイズが可能である。a, Q, 5! II! Extremely small sizes such as θ or less are possible.
b、可撓性があり、小さな血管を縫うように通すことができいろいろな組織の中 に入って行くことができる。b.It is flexible and can be threaded through small blood vessels and into various tissues. You can go inside.
C1価格が安く、処分可能で、製造も容易である。C1 is cheap, disposable, and easy to manufacture.
d、電気的な障害を生じない。d.Does not cause electrical interference.
e、力学的方法にくらべ静的な測定に適している。e. It is more suitable for static measurements than mechanical methods.
酸素測定の機器としてのルミネッセンス消光の選択は、以下の要素に基づく。The choice of luminescence quenching as an instrument for oxygen measurement is based on the following factors:
1、可逆性指示薬がPO2探針に必要である。酸素用の可逆性比色定量(吸光度 )指示薬は不適当である。遷移金属錯体の酸素吸着剤は必要な安定性を有してな い。1. A reversible indicator is required for the PO2 probe. Reversible colorimetric determination for oxygen (absorbance ) The indicator is inappropriate. Transition metal complex oxygen adsorbents do not have the necessary stability. stomach.
2、芳香族分子は光吸収による活性化の際、酸素と伴に電荷移動錯体な形成する 。これは酸素に特有の不活性の螢光状態のメカニズムを生じる。衝突移動による 活性酸素を形成するほど高い分子の活性化エネルギーは必要はない、すなわち、 消光現象はルミ4ツセンスの司視光活性化で観夢することができる。2. When activated by light absorption, aromatic molecules form charge-transfer complexes with oxygen. . This results in an inert fluorescent state mechanism characteristic of oxygen. Due to collision movement It is not necessary for the activation energy of the molecule to be high enough to form active oxygen, i.e. The quenching phenomenon can be dreamed of by activating the visual light of the Lumi 4 senses.
螢光(および燐光)消光は活性分子のルミ坏ツセンス崩壊と拮抗する非ルミネッ センス崩壊モードの結果であり、活性状態の平均寿命が減少し発光強度も減少す る。(第2図参照)一定の照光によれば、励起状態の崩壊率は種々の崩壊モード の率の合計であり、衝突崩壊率は活性状態の平均寿命と衝突率に比例しくおおよ そ、螢光寿命に匹敵)、衝突率は消光気体の圧力に比例する。これら拮抗する崩 壊率は酸素の分圧P O2ト強度Iのシュテルンーフオルマーの式となる。Fluorescence (and phosphorescence) quenching is a non-luminescent reaction that counteracts the luminescence decay of active molecules. This is a result of the sense decay mode, and the average lifetime of the active state decreases and the emission intensity also decreases. Ru. (See Figure 2) According to a constant illumination, the decay rate of the excited state varies between various decay modes. The collision decay rate is approximately proportional to the average life of the active state and the collision rate. The collision rate is proportional to the pressure of the quenching gas (comparable to the fluorescence lifetime). These antagonistic collapses The rupture rate is determined by the Stern-Former equation where the partial pressure of oxygen P is the intensity I of O2.
(0,シュテルン&M、フォルマー、フイジカリツシエ、ツアイトシュリフト、 20.183−8、H919)、ここで、工0は消光が行われていない状態の強 度、Plは定数で牛油光状態の圧力。定数は螢光寿命を意味する対応する消光の 比例を有するので、上記の式は観察した発光寿命、TOおよびTを用いて表わす ことができる。(0, Stern & M, Vollmer, Fujikaritssier, Zeitschrift, 20.183-8, H919), where 0 is the intensity of the state without quenching. degree, Pl is a constant and the pressure of the oil light state. The constant means the fluorescence lifetime and the corresponding quenching Since it has a proportionality, the above equation can be expressed using the observed luminescence lifetime, TO and T. be able to.
消光の良好な感度は、長い平均寿命の励起状態を必要とする。極端に長い寿命( 数秒)を持つ燐光は消光に対し過敏であるが、強度は弱い。螢光は消光に対し感 度は弱いが、高輝度を有する(高量子収量)。p+は輝度と感度の最良の妥協点 を得るため、測定すべき圧力の等級にある。(第3図参照)図面の簡単な説明 本発明の他の目的および利点は以下の説明および特許請求の範囲、そして添付の 図面より明らかになろう。ちなみに、第1図は人体の血液の酸素の古典的な濃度 対圧力の関係を示したグラフである。Good sensitivity of quenching requires long average lifetime excited states. Extremely long lifespan ( Phosphorescence with a period of several seconds) is sensitive to quenching, but the intensity is weak. Fluorescence is sensitive to quenching. Although the intensity is low, it has high brightness (high quantum yield). p+ is the best compromise between brightness and sensitivity is in the class of pressure to be measured in order to obtain . (See Figure 3) Brief explanation of the drawing Other objects and advantages of the invention will be found in the following description and claims, as well as in the appended claims. This will become clearer from the drawings. By the way, Figure 1 shows the classical concentration of oxygen in the human body's blood. It is a graph showing the relationship between pressure and pressure.
第2図は光学的に励起した分子の不活性化の拮抗モードの概略説明図である。FIG. 2 is a schematic illustration of the competitive mode of inactivation of optically excited molecules.
第3図はP’とPO2の関係を示す概略説明図である。FIG. 3 is a schematic diagram showing the relationship between P' and PO2.
第4図は本発明によるPOz探針の実施例の図解である。FIG. 4 is an illustration of an embodiment of a POz probe according to the invention.
第5図は本発明による典型的な観察データとシュテルンーフオルマーの理論値を 比較したグラフである。Figure 5 shows typical observation data and theoretical values of the Stern-Former according to the present invention. This is a comparison graph.
第6図と第7図は本発明による光学システムおよび検査探針な用いた単純なアナ ログ機器の電子演算システムをそれぞれ概略示した図である。Figures 6 and 7 show a simple analysis using an optical system according to the invention and an inspection probe. FIG. 3 is a diagram schematically illustrating the electronic calculation system of the log device.
望ましい実施例の詳細な透型 添付図面、特に第4図において、本発明のPO2探針は8で示されるように構成 される。PO2探針8は使用する過程ですでに開発されたpH探針の後に作られ たものである。(米国特許4.200.110、バダーリン他、参照)このPO 2探針8では、吸着支持体16の染料15は断面形状が多孔性のポリエチレン製 チューブ10の内側に入れられ、まわりの酸素との迅速な平衡を得、染料含包体 16を汚染からまもる。Detailed transparency of the preferred embodiment In the accompanying drawings, particularly FIG. 4, the PO2 probe of the present invention is constructed as shown at 8. be done. PO2 probe 8 is made after the already developed pH probe in the process of use. It is something that (See U.S. Pat. No. 4.200.110, Baderin et al.) This PO In the two-probe 8, the dye 15 of the adsorption support 16 is made of polyethylene with a porous cross section. placed inside the tube 10 to quickly equilibrate with the surrounding oxygen and dye inclusions. Protect 16 from contamination.
チューブ10は一端を閉じ、中心に同って細く閉じた先端部9を作る。一対の可 撓性プラスチック光ファイバー12.14は、たとえば150マイクロメータ・ −ストレンドのプラスチック光ファイバーを用い、チューブ10の他端にファイ バーの端末が染料含包体16の染料15に光学的に露出するように固着する。チ ューブ10は約5uの長さ、0.6龍の直径の断面多孔性ポリマーチューブから 成る。The tube 10 is closed at one end, creating a narrow, closed tip 9 at the center. A pair of possible The flexible plastic optical fiber 12.14 is, for example, 150 micrometers thick. - Use a stranded plastic optical fiber and attach the fiber to the other end of the tube 10. The ends of the bars are fixed in such a way that they are optically exposed to the dye 15 of the dye-containing body 16. blood Tube 10 is made from a cross-sectional porous polymer tube approximately 5U long and 0.6mm in diameter. Become.
背い光の照光が一方の光ファイバー12を通って染料15ン励ル9し°C蛍元を おこ3−0散乱した青光を伴った緑の螢光光線は他方の光7アイバー14に入り 測定機器に伝わる。(第6図、第7図参照)。青光の強度■0は光学補正用の基 準値と[7て用い、緑光の強度■は酸素消光の値である。The backlight illumination passes through one of the optical fibers 12 to excite the dye 15°C and fluoresce it. Oko 3-0 The green fluorescent ray with the scattered blue light enters the other light 7 eye bar 14 transmitted to the measuring equipment. (See Figures 6 and 7). Intensity of blue light ■0 is the basis for optical correction The quasi value and [7] are used, and the intensity of green light (■) is the value of oxygen quenching.
シュテルンーフオルマーの関係は消光によるPO2を測定するための直線の定量 基準を提供する。(第5図参照)曲線の関係は広く見られるものであり(シュテ ルンーフォルマ−(基づきプロットしたデーターの文献は大きい)、等式にデー クーを合わぜるように酸素圧に指数をつけることをしばしばおこなう。The Stern-Holmer relationship is a linear quantification for measuring PO2 due to quenching. Provide standards. (See Figure 5) The relationship between the curves is widely seen (St. Runeformer (there is a large literature on data plotted based on it), We often add an index to oxygen pressure, similar to adding coos.
この指数関係式の理論的解釈は理解困難であるが、曲線データーは強度測定の際 オフセット定数によって適切に合わすことができ、これは機器を用いる背景や非 消光ルミ4ツセンスの際、説明できる。しかし機器の設計のためには、強度比の 指数mかカッコの指数nを用いることはより実用的である。Although the theoretical interpretation of this exponential relationship is difficult to understand, the curve data is useful when measuring strength. The offset constant can be used to properly match the This can be explained in the case of quenched luminescence. However, for equipment design, the strength ratio It is more practical to use the index m or the bracket index n.
簡単なアナログ機器を探針の測定値を算出するために構成した。(第6図および 第7図参照)最もI rrmhg P 02に近いPO2の測定は0.1 %の 強度測定誤差以上の精度を必要とする。様器的には、限界要因として光源の安定 性がある。A simple analog device was constructed to calculate the measurements of the probe. (Figure 6 and (See Figure 7) The measurement of PO2 closest to IrrmhgP02 is 0.1%. Requires accuracy greater than the strength measurement error. The limiting factor is the stability of the light source. There is sex.
上述のごとく、適切に選択する必要のある上記システムの3つの特徴、すなわち 染料15、染料支持体16、および外包物10がある。As mentioned above, there are three characteristics of the above system that need to be selected appropriately, namely: There is a dye 15, a dye support 16, and an envelope 10.
適切な染料15は以下のような特性を有する。Suitable dyes 15 have the following properties:
a、鋭角に曲げた時に破損せず、高可撓性を有し、焼き着けなどで容易に光学的 結合ができる形状のプラスチック光ファイバーによって伝えることが可能な可視 波長によって励起可能、および可視波長の発生を可能としなくてはならない。a. It does not break when bent at an acute angle, has high flexibility, and is easily optically damaged by burning etc. Visible light that can be transmitted by plastic optical fibers shaped to allow coupling It must be possible to excite the wavelength and generate visible wavelengths.
b、光に対し安定で適切な経時抵抗性を持たなくてはならない。b. It must be stable to light and have adequate resistance over time.
C1有毒であってはならない。C1 Must not be toxic.
d、1皿油gPO2に最も近い測定を行うのに必要とするに充分な酸素消光感度 (励起状態の長い平均寿命)を持たなくてはならない。d. Oxygen quenching sensitivity sufficient to provide the closest measurement to 1 dish oil gPO2. (long average lifetime of excited state).
染料15の選択にあたって多くの紫外線励起染料が高消光感度(ベンゼンはその 最も高いものの一つである)を有すると(・う問題があり、可視光線励起の要求 は、この要求に適合する染料を見つけるのをより困難にする。望ましい染料はべ りレンジブチレートである。他の望ましい染料はピランプロダクト(Pylan Products) LX 7878゜最適ではないが使用可能な染料はテラ ジル、ブリリャント、7ラビン(Te r asil Br1lliant F lavine) 80F F1ナイロサン ブリリヤント フラビy (Nyl osan Br1lliant Flavine) 、7クリジン、イx o −(Acridine Yel low)、ブリリヤント サ#77 7ラピy (Brilliant 5ulfaflavine)、2.7−ジクロル フ ルオレセイン、アクリジン オレンジ(Acridine Orange) 、 クマリy (Coumar in) 34、クマリン6、フルオレセインナトリ ウム(オーラニン、 Auranine)、およびある種のローダミンである。When selecting dye 15, many UV-excited dyes have high quenching sensitivity (benzene has One of the highest requirements for visible light excitation is the makes it more difficult to find dyes that meet this requirement. Desirable dye base It is a microwaved butyrate. Other desirable dyes are Pylan products. Products) LX 7878゜The dye that can be used is Terra, although it is not optimal. Jill, Brilliant, 7 Rabin (Te r asil Br1lliant F lavine) 80F F1 Nylosan Brilliant Flaviy (Nyl osan Br1lliant Flavine) ,7cridine,ix o -(Acridine Yel low), Brilliant Sa#77 7 Lapiy (Brilliant 5ulfaflavine), 2,7-dichloroflavine Luorescein, Acridine Orange, Coumar in 34, Coumarin 6, Fluorescein Natori Auramine, and certain rhodamines.
その他は前記の参考文献に記載されている。Others are described in the references cited above.
望ましい染料支持体16に関しては、昔かβ消光効果がシリカゲルに観察されて おり、高感度がこの支持体で得られる。Regarding the preferred dye support 16, a β-quenching effect has long been observed in silica gel. and high sensitivity can be obtained with this support.
高透過性支持体は個々の染料分子を酸素衝突にさらすため必要である。液体また は固体中の染料浴液はこれらの物質の低酸素透過性のおかげで、感光性がない。A highly permeable support is necessary to expose individual dye molecules to oxygen bombardment. liquid also Dye baths in solids are not photosensitive due to the low oxygen permeability of these materials.
無機吸着剤による問題は、消光が湿度に敏感であるという点であり、消光および /または螢光は生理学上の測定条件である湿度100%で破壊されてしまう。The problem with inorganic adsorbents is that quenching is sensitive to humidity; Or the fluorescence is destroyed at 100% humidity, which is a physiological measurement condition.
多孔性ポリマーのような有機吸着剤は、7′Ij光感度を犠牲にしてこの湿度の 問題を回避しており、この記載についての繰り返し試験により決定し得るポリマ ーを選択するのが望ましい。多孔性ポリマー、ローム&ハース[アンバーライ) XAp 4 J (f%ohm & Haas″Amberlite XAD 4”)、非イオン性疎水ポリマーは望ましい支持体16である。他の例は、ガス クo ムQ (Qas Chrom Q) 、アンバーライト(Ambe r I i t e )XAD 2.XAI) 8 、りfy (Dow)XFS 4022 、シーr−7スー マングイレ クロモソープ(JohnsJvia nville Chromosorb) Nos、101,102,103,1 04,105,106゜107.108、ウォーターズ ポラバック(Wate rs Porapak)Nos 、N、P、PS、Q、R,S、QS、’11. ”;ハミ水非透過性容器が本実施例の透過性外包物工0に必要である。Organic adsorbents such as porous polymers can absorb this humidity at the expense of 7'Ij photosensitivity. Polymers that avoid the problem and can be determined by repeated testing of this description It is preferable to select Porous polymer, Rohm & Haas [Amberly] XAp 4 J (f%ohm & Haas″Amberlite XAD 4”), nonionic hydrophobic polymers are preferred supports 16. Other examples include Qas Chrom Q, Amber Light I i e )XAD 2. XAI) 8, Rify (Dow)XFS 4022, Sea R-7 Sue Manguile Chromo Soap (JohnsJvia nville Chromosorb) Nos, 101, 102, 103, 1 04,105,106゜107.108, Waters Polaback (Wate rs Porapak) Nos, N, P, PS, Q, R, S, QS, '11. A water-impermeable container is necessary for the permeable outer packaging method 0 of this example.
多孔性ポリプロピレン シート セラ坏−ゼ(Celanese)「セルガード (Celgard)jで熱シールによってチューブ形状にしたものが望ましい。Porous polypropylene sheet Celanese "Celguard" (Celgard) j into a tube shape by heat sealing.
上記実施例は気体システムにJ6いてと同様に水質感体の中で行い、試験動物で 満足のいく働きをした。The above examples were carried out in an aqueous environment in the same way as in the gas system, and test animals were It worked satisfactorily.
光ファイバーと酸素ii’tll定用のルミ坏ツセンス消光の組み合わせ使用は 新規で優れたものであると考えられる。上述のごとく本発明の重要な%徴は、多 孔性ポリマー支持体の使用と、染料の適切な選択と、多孔性被覆物または外包物 の使用である。染料支持体16として多孔性ポリマーを用いることは最良の効果 のための要である。上記のごとく、望ましい被覆物11)i’l:セルガード( Celgard)で形成したものであるが、他の多孔性物負も使うことができる 。The combined use of optical fiber and luminescence quenching for oxygen II'tll determination is It is considered to be new and excellent. As mentioned above, the important characteristics of the present invention are Use of porous polymeric supports and appropriate selection of dyes and porous coatings or envelopes The use of Using a porous polymer as the dye support 16 has the best effect. It is the key to As mentioned above, desirable coatings 11) i’l: Celgard ( Celgard), but other porous materials can also be used. .
様々な態様が可能であシ、探針全作る別の方法、たとえば2本の光ファイバーで はなく単一のファイバーと、適尚に機器部を改良したものを用いて、探針のサイ ズを小さくすることができる。Various configurations are possible, including other ways of making the entire probe, e.g. with two optical fibers. The tip size is The size can be reduced.
第7図の典型的な光学システムにおいて、ファイバー14の光学出力はコリメー ターレンズ18を介して45°に傾けた二色フィルター19に伝えられる。透過 光成分は青フイルタ−20を通9、第1光学倍率管21に至る。反射光成分は緑 フィルター224−mc、第2光学倍率管23に至る。第6図に示すごとく、九 学倍率管21.23からの出方電流は、各々電流一定圧父換回路24.25に供 給され、その得られた電圧信号は各々能動フィルター26.27’に通して、商 (Ii/■緑)に指数mf与える手段を有する尿算回路28の入力となる。回路 28の出力を最終演算回路29に供給してPO2アナログ値を算出する。すなわ ち演算回路29では入力信号から数量1全引き、第6図に示すように係数P’を つける。In the typical optical system of FIG. 7, the optical output of fiber 14 is collimated. The light is transmitted through a mirror lens 18 to a dichroic filter 19 tilted at 45 degrees. transparent The light component passes through a blue filter 20 9 and reaches a first optical magnification tube 21 . The reflected light component is green It reaches the filter 224-mc and the second optical magnification tube 23. As shown in Figure 6, nine The output currents from the magnification tubes 21 and 23 are supplied to constant current pressure exchange circuits 24 and 25, respectively. The obtained voltage signals are respectively passed through active filters 26 and 27' to This becomes an input to a urine calculation circuit 28 having means for giving an index mf to (Ii/■green). circuit The output of 28 is supplied to the final calculation circuit 29 to calculate the PO2 analog value. Sunawa In other words, the arithmetic circuit 29 subtracts the entire quantity 1 from the input signal, and calculates the coefficient P' as shown in FIG. Put on.
本発明の範囲からはずれることなく種々の変更が可能であジ、本発明が図に示さ れた内容や明細書に記載の内容に限定されないことは当業者に明白と考えられる 。Various modifications may be made without departing from the scope of the invention, and the invention may be modified as shown in the figures. It is considered obvious to a person skilled in the art that the invention is not limited to the content given in the description or the content stated in the specification. .
浄書(内容に変更なし) 区 rつ 派 g− 国際調査報告 昭和59Iト 3月 10国 特許庁」と宮殿 1 ・11件の表示 PCT/U882101418 2 発明の名称 元ファイバーP02探針 東京都中央区明石町1番29−’、41ン済会ヒル6、補正の対象Engraving (no changes to the content) Ward r one sect g- international search report 1981 I March 10 countries Patent Office” and Palace 1.Displaying 11 items PCT/U882101418 2 Name of the invention Original fiber P02 probe 41 Nsaikai Hill 6, 1-29-' Akashi-cho, Chuo-ku, Tokyo, subject to correction
Claims (1)
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US363425 | 1982-03-30 | ||
US396055 | 1982-07-07 | ||
PCT/US1982/001418 WO1983003344A1 (en) | 1982-03-30 | 1982-10-15 | Fiber optic p¿o2? probe |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS59500896A true JPS59500896A (en) | 1984-05-24 |
JPH032533B2 JPH032533B2 (en) | 1991-01-16 |
Family
ID=22168274
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP57503315A Granted JPS59500896A (en) | 1982-03-30 | 1982-10-15 | Oxygen partial pressure measuring device using optical fiber |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS59500896A (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2016523576A (en) * | 2013-03-19 | 2016-08-12 | サージセンス コーポレイション | Instruments, systems and methods for measuring tissue oxygenation |
US12419550B2 (en) | 2014-04-05 | 2025-09-23 | Surgisense Corporation | Apparatus, systems, and methods for mapping of tissue oxygenation |
-
1982
- 1982-10-15 JP JP57503315A patent/JPS59500896A/en active Granted
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2016523576A (en) * | 2013-03-19 | 2016-08-12 | サージセンス コーポレイション | Instruments, systems and methods for measuring tissue oxygenation |
US12419550B2 (en) | 2014-04-05 | 2025-09-23 | Surgisense Corporation | Apparatus, systems, and methods for mapping of tissue oxygenation |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH032533B2 (en) | 1991-01-16 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4476870A (en) | Fiber optic PO.sbsb.2 probe | |
Peterson et al. | Fiber-optic sensors for biomedical applications | |
Papkovsky | Luminescent porphyrins as probes for optical (bio) sensors | |
US4785814A (en) | Optical probe for measuring pH and oxygen in blood and employing a composite membrane | |
Lakowicz et al. | Fluorescence lifetime-based sensing of pH, Ca2+, K+ and glucose | |
US4861727A (en) | Luminescent oxygen sensor based on a lanthanide complex | |
US5582170A (en) | Fiber optic sensor for in vivo measurement of nitric oxide | |
Kostov et al. | Low-cost optical instrumentation for biomedical measurements | |
US20030171666A1 (en) | Internal biochemical sensing device | |
KR20070085230A (en) | Fluorescent рH detector system and related methods | |
JPH04502509A (en) | Optical in vitro measurement of oxygen content in blood samples | |
JP7512105B2 (en) | FLUORESCENT NANOMATERIAL SENSORS AND RELATED METHODS - Patent application | |
EP0694164A1 (en) | Method for optically measuring chemical analytes | |
JPH0385430A (en) | Sensor element and manufacture thereof | |
JP2013528816A (en) | Oxygen detection using metalloporphyrin | |
Lübbers | Optical sensors for clinical monitoring | |
Walt | Fiber-optic sensors for continuous clinical monitoring | |
Orellana | Fluorescence-based sensors | |
JPH01280242A (en) | Oxygen concentration measuring device and oxygen concentration measuring method | |
JPS59500896A (en) | Oxygen partial pressure measuring device using optical fiber | |
Wolfbeis et al. | Recent progress in optical oxygen sensing | |
Dybko et al. | Comparison of two thermochromic solutions for fibre optic temperature probes | |
Zhang et al. | Optical pH sensor for physiological pH measurement | |
Kocincová | New pH sensitive sensor materials. Luminescent fiber-optic dual sensors for non-invasive and simultaneous measurement of pH and pO2 (dissolved oxygen) in biological systems | |
Peterson | Fiber optic chemical sensor development |