CH653236A5

CH653236A5 - Pickup for the transcutaneous polarographic determination of the partial pressure of a gas

Info

Publication number: CH653236A5
Application number: CH422381A
Authority: CH
Inventors: Helmut Dipl-Ing Leist; Karl-Heinz Pomorin
Original assignee: Hellige Gmbh
Priority date: 1980-06-27
Filing date: 1981-06-26
Publication date: 1985-12-31
Also published as: DE3024203C2; JPS6220813B2; DE3024203A1; JPS5731845A

Description

Die vorliegende Erfindung hat sich zum Ziel gesetzt, derartige Messwertaufnehmer für die transcutane polarographische Bestimmung des Partialdrucks von Gasen noch zu verbessern, und zwar hinsichtlich der Thermostatisierung durch die Beheizung der Anode und hinsichtlich des Wärmeüberganges an den Messzellen der Haut, um die Hyperämisie-rung zu erhöhen und eine bessere Korrelation zum arteriellen Partialdruck des Gases zu erreichen.

Mit einer Ausbildung von Messwertaufnehmern für die transcutane polarographische Bestimmung des Partialdrucks von Gasen gemäss der Lehre von Anspruch 1 werden diese Forderungen vorteilhaft erfüllt, ohne dass auf die günstigen Eigenschaften bisher vorgeschlagener Mehrkathodensysteme für transcutane polarographische Messwertaufnehmer verzichtet werden muss. Da der Querschnitt der einzelnen Messzellen wesentlich geringer ist als der Querschnitt einer Messzelle, die mehrere Kathoden enthalten soll, und da zwischen den einzelnen Messzellen das gut wärmeleitende Anodenmaterial in genügend dicker Zwischenschicht verbleibt, ist die Wärmeleitung von dem beheizten Rand des An- • odenblocks bis in die Mitte der Anode, wo die Messzellen verteilt angeordnet sind, nicht behindert. Diese Zwischenschichten bilden gute Wärmebrücken und Wärmeleiter zu den einzelnen Messzellen und zu den Hautpartien, die unter den Messzellen liegen, so dass der Vorgang der Hyperämisie-rung sehr begünstigt wird. Die Hyperämisierung der von den empfindlichen Teilen des Messwertaufnehmers bedeckten Körperzone ist daher praktisch gleichmässig und verzögerungsfrei.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben. Um die Vorteile der Erfindung auszunützen, ist es zweckmässig, wenigstens drei Messzellen der in Anspruch 1 definierten Art zu verwenden und diese in den Ecken eines gleichmässigen Vielecks bzw. gleichmässig auf einem Kreisumfang anzuordnen. Dabei braucht die Dicke der verbleibenden Zwischenschichten aus dem metallischen Anodenmaterial nicht sehr gross zu sein, so dass der gegenseitige Abstand zwischen den einzelnen Messzellen geringer ist als ihr Abstand vom Mantel bzw. Rand des Anodenblocks. Dieser ist, wie an sich schon bekannt, mit einem elektrischen Heizwiderstand, vorzugsweise in Form einer den Mantel des Blocks umgebenden Heizwicklung ausgestattet. Zur Temperaturüberwachung und zur Steuerung der Heizleistung in dem Sinne, dass eine vor5

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bestimmte Temperatur im Anodenblock aufrechterhalten wird, ist zweckmässig unmittelbar im Anodenblock ein Temperaturfühler eingebaut, der über Leitungslitzen, die in der Signalleitung untergebracht sind, mit der in einem entfernten Messgerät untergebrachten Regelschaltung für die Heizleistung in Verbindung steht, wodurch die Temperatur konstant gehalten wird.

Die Erfindung wird im folgenden anhand einer Ausführungsform eines Messwertaufnehmers beschrieben, die in der Figur in einem Schnitt parallel zur Aufnehmerachse dargestellt ist. Zur Vereinfachung der Beschreibung und Zeichnung hat dieser Aufnehmer nur zwei Kathoden. Praktisch werden es vorzugsweise drei oder mehr sein.

Polarographische Messwertaufnehmer, deren Weiterentwicklung Ziel der Erfindung ist, haben im allgemeinen eine flache Scheiben- oder plättchenförmige Gestalt mit einem Durchmesser von 1 bis 2 cm. Die messtechnisch wichtigen Organe sind die Kathoden 1,2,... vorzugsweise aus Platin bzw. Platindraht und eine Referenz-Elektrode vorzugsweise aus Silber oder aus einer Silberlegierung, die bei der Ausführungsform gemäss der Erfindung einen Anodenblock 5 bildet. In der Figur sind zwar nur zwei derartige Kathoden 1 und 2 dargestellt, jedoch wird man vorzugsweise drei Kathoden oder auch einige mehr verwenden. Zwischen diesen Kathoden und der Anode fliesst bei angelegter Spannung in Gegenwart von Sauerstoff ein polarographischer Strom, der über Signalleitungen 1 a, 1 b und 13 a einem Strommessgerät bzw. dem Registrier- und Auswertegerät zugeführt wird. Die Leitungen sind normalerweise in einer einzigen Patientenleitung vereinigt.

Gemäss der Lehre der Erfindung ist nun jede Metallkathode 1,2,... innerhalb eines eigenen isolierenden Körpers, Zylinders oder Prismas aus Glas angeordnet und bildet mit diesem Körper je eine Messzelle Ml, M2,.... aus welchen die Enden der zugehörigen Kathoden in den Elektrolyt-Raum 4 hineinragen. Dieser Elektrolyt-Raum ist nach aussen von einer Membran 15 abgedeckt, welche bei der Applikation des Messwertaufnehmers auf die Haut- oder Körperpartie zu liegen kommt, an welcher der Sauerstoff-Partialdruck bzw. der Partialdruck des messend zu erfassenden Gases festgestellt und laufend messend verfolgt werden soll.

Die genannten Organe sind in einem Grundkörper 11 vorzugsweise aus Kunststoff eingesetzt, über den mittels eines Ringes 8 aus Kunststoff die Membran 15 unter Belassung eines dünnen Zwischenraums 4 gespannt wird. In dem letzteren befindet sich der pastenförmige oder flüssige Elektrolyt, der die leitende Verbindung zwischen den Kathoden 1,2,... und der Anode 5 herstellt. Eine ringförmige Fassung 10 aus Kunststoff bildet den äusseren Anschluss, in den das Ende der Patientenleitung 9 mündet. Als Heizorgan dient eine elektrische Widerstandswicklung 6, die um den Mantel des Anodenblocks 5 gelegt ist und über die Anschlussleitung 6a mit der Stromquelle und der Regelschaltung für die Heizleistung in Verbindung steht. Zur Kontrolle und Regelung der Temperatur ist weiterhin in den Anodenblock 5 ein Temperaturfühler 7 eingesetzt, der über die Leitungen 7a mit der Regelschaltung in Verbindung steht. Für eine ausreichende Hyperämisierung ohne Gefährdung der Hautpartie wird zweckmässig die Temperatur im Anodenblock auf einem konstanten Wert über der normalen Körpertemperatur gehalten. Die einzelnen Messzellen Ml, M2... aus den Isolatorkörpern lb, 2b ... mit den Kathoden 1,2 ... stecken in Bohrungen des Anodenkörpers 5, die in gleichmässiger Verteilung im mittleren Bereich des Anodenkörpers angebracht sind.

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1 Blatt Zeichnungen

Claims

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1. Messwertaufnehmer für die transcutane polarographi-sche Bestimmung des Partialdrucks eines Gases, insbesondere von Sauerstoff, mit wenigstens zwei Kathoden (1 und 2), die innerhalb einer gemeinsamen Anode (5) angeordnet sind, und einem mit Elektrolyt (4) gefüllten Raum, der mit einer für das zu messende Gas durchlässigen Membran (15) abgeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, dass jede Metallkathode (1,2,...) innerhalb eines eigenen elektrisch isolierenden Körpers lb, 2b,...) angeordnet ist, der von dem Metall der Anode (5) umgeben ist und mit dem zusammen jede Kathode je eine Messzelle Ml, M2,...) bildet, und dass der Metallkörper der Anode mit einer elektrischen Heizung (6) und einem Temperaturfühler (7) ausgerüstet ist, mit deren Hilfe er auf konstanter Temperatur gehalten wird.

2. Messwertaufnehmer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch isolierenden Körper lb, 2b,...) zylinderförmig ausgebildet sind.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Messwertaufnehmer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch isolierenden Körper (lb, 2b,...) prismenförmig ausgebildet sind.

4. Messwertaufnehmer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch isolierenden Körper (lb, 2b,...) aus Glas bestehen.

5. Messwertaufnehmer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch isolierenden Körper (lb, 2b,...) aus Kunststoff bestehen.

6. Messwertaufnehmer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens drei Messzellen (Ml, M2,...) innerhalb der blockartigen Anode (5) angeordnet sind, und dass die Messzellen (Ml, M2,...) im Querschnitt betrachtet die Ecken eines gleichmässigen "Vierecks bilden.

7. Messwertaufnehmer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens drei Messzellen (Ml, M2,...) innerhalb der blockartigen Anode (5) angeordnet sind, und dass die Messzellen (Ml, M2 ...) im Querschnitt betrachtet, gleichmässig auf einen Kreisumfang angeordnet sind.

8. Messwertaufnehmer nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Messzellen (Ml,

M2,...) derart in einer mittleren Zone des Blocks der Anode (5) angeordnet sind, dass ihr gegenseitiger Abstand geringer ist als der Abstand vom Mantel bzw. Rand des Anodenblocks (5).

9. Messwertaufnehmer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser der einzelnen Kathoden (1,2,...) 10 um bis 50 um beträgt.

Es sind Messwertaufnehmer für die transcutane polaro-graphische Bestimmung des Partialdrucks von Gasen, insbesondere von Sauerstoff im lebenden Gewebe bzw. im Blut bekannt (US-Patent 3 929 603 und DE-OS 2 835 730), die mit einer oder mit mehreren Kathoden sowie mit einer Anode ausgestattet sind. In den genannten Fällen sind alle Kathoden, die z.B. aus Platin oder aus Gold bestehen, als dünne zylindrische Rohre oder als Drähte ausgebildet und im Inneren eines gemeinsamen, beheizten Anodenblocks aus Silber angeordnet. Mittels Glas oder einem Epoxyd-Harz sind sie gegen den Anodenblock isoliert. Die Isolierung dient auch zur Halterung und Fixierung der Kathoden.

Des weiteren sind auch schon Messwertaufnehmer für die transcutane polarographische Bestimmung des Partialdrucks von Gasen vorgeschlagen worden (KIMMICH, H.P.; SPAAN, V.G.; KREUZER, F.: Transcoutaneous Measurement of pa02 at 37 °C with a Triple Electrode System, Acta Anaesth. Scand. Suppl. 68; 28...32 (1978)), bei welchen mehrere Kathoden in je einem eigenen Isolierkörper angeordnet sind, der von je einer beheizten eigenen Anode umgeben ist, wobei diese Anoden thermisch und elektrisch von einander isoliert sind.

Schliesslich wurden bei solchen Messwertaufnehmern auch schon mehrere Kathoden in je einem eigenen Isolierkörper innerhalb einer gemeinsamen Anode angeordnet, die nicht beheizt ist (FATT, I. and HELEN, R. St., A Multica-thode Polarographic Oxygen Sensor and its Performance. J. Appi. Physiol. 27:435...437 (1969)).

Die Vorteile des Mehrkathodensystems mit einzelnen Mikrokathoden für transcutane Messwertaufnehmer sind folgende:

Der Messwert, also der Partialdruck z.B. von Sauerstoff wird über eine grössere Fläche der Haut gemittelt. Gemäss der Zahl der Kathoden wird der Messstrom vervielfacht, ohne dass die günstigen Eigenschaften der Mikrokathoden (geringer 02-Verbrauch, kurze Zeitkonstante) verschlechtert werden, wie es der Fall wäre, wenn man die gleiche Vervielfachung des Messstroms durch Vergrösserung einer Kathode erzielen wollte. Voraussetzung ist allerdings, dass der Abstand der Kathoden untereinander grösser ist als der Durchmesser der einzelnen Kathoden.