CS252077B1

CS252077B1 - Trane-acute eonda for measuring blood gases

Info

Publication number: CS252077B1
Application number: CS857638A
Authority: CS
Inventors: Arnost Sebela; Antonin Vacek; Frantisek Machala
Original assignee: Arnost Sebela; Antonin Vacek; Frantisek Machala
Priority date: 1985-10-25
Filing date: 1985-10-25
Publication date: 1987-08-13
Also published as: CS763885A1

Abstract

Tranekutánní eonda slouží v lékařsrví ve «pojení e vyhodnocovacím zařízením k měření parciálního tlaku krevníoh plynů bezbolestným neínvaaivním způeobem. Sonda využívá tři polovodičově čipy s P-N přeohody, tvořící kompaktní celek s anodou měřioího systému, přičemž Jeden čip vyhřívá anodu na pracovní teplotu, druhý Je využit Jako teplotní čidlo regulátoru teploty a třetí elouží jako teplotní čidlo pro účely oohrany eyetému proti přehřátí, popřípadě též pro účely indikace teploty. Sonda má za provotu zvýšenou funkční spolehlivost a maximálně zvýšenou ochranu pacientů proti popáleninám při havarii teplotně regulačního systému. Volba součástí, meohanioké uspořádání a technologie výroby zaručují menší pracnost a nižší materiálové náklady ve srovnání s Jinými konkurenčními provedeními.Transcutaneous probe is used in medical practice in connection with evaluation devices to measure the partial pressure of blood gases in a painless, non-invasive way. The probe uses three semiconductor chips with P-N junctions, forming a compact unit with the anode of the measuring system, with one chip heating the anode to the working temperature, the second is used as a temperature sensor of the temperature controller and the third is used as a temperature sensor for the purpose of protecting the system against overheating, or also for the purpose of temperature indication. The probe has increased functional reliability and maximum increased protection of patients against burns in the event of a failure of the temperature control system. The choice of components, mechanical arrangement and production technology guarantee less labor and lower material costs compared to other competitive designs.

Description

Vynález ββ týká tranekutánnlch membránových sond, které ee používají v lékařství k měřeni parciálního tlaku krevních plynů, zejména kyslíku a kysličníku uhličitého v kapilární krvi.The invention ββ relates to trans-cutaneous membrane probes which are used in medicine to measure partial pressure of blood gases, in particular oxygen and carbon dioxide in capillary blood.

Tranekutánni eondy se aplikuji neinvaeivnlm způsobem, t.j. přikládají se např. na kůži pacienta. Sonda je obecně tvořena ayatémem elektrod ponořených do elektrolytu a překrytých aemlpermaabilni membránou, propustnou pro plyny a nepropustnou pro vodil a ionty. Ke zvýěení účinnosti přestupu měřeného plynu ž kapilární krve k elektrodám je kůža na etyčné ploše se sondou vyhřívána na konstantní teplotu v rozmez! asi 40 až 45°C. Teplo vyvolá lokální rozšířeni kapilární šitě v kůži a plyny difunuji z kapilární krva přes kůži a membránu k měřícím elektrodám. Proto bývá jedna z elektrod (vztažná elektroda-anoda) provedena jako·rovinná o ploše řádově 100 mm a na ni je tepelně vodivě navázán elektrický vyhříyaci prvek a teplotní čidlo. Oba tyto prvky jsou součásti elektrického regulačního obvodu, který stabilizuje teplotu na předem stanovené hodnotě.The transecutaneous probes are applied in a non-invasive manner, i.e. they are applied, for example, to the skin of the patient. The probe is generally comprised of an ayematous electrode immersed in an electrolyte and covered by an air permeable membrane, permeable to gases and impermeable to lead and ions. In order to increase the efficiency of the transfer of the measured gas from the capillary blood to the electrodes, the skin on the ethylene surface with the probe is heated to a constant temperature in the range! about 40 to 45 ° C. The heat causes a local spread of the capillary suture in the skin and the gases diffuse from the capillary blood through the skin and membrane to the measuring electrodes. Therefore, one of the electrodes (reference electrode-anode) is designed to be planar with an area of the order of 100 mm and an electrical heating element and a temperature sensor are thermally conductively coupled thereto. Both of these elements are part of an electrical control circuit that stabilizes the temperature at a predetermined value.

Známá provedeni transkutánnlch sond jsou většinou konstruována tak, že plošná elektroda přechází na vnitřní straně do válcového trnu, na kterém je navinut odporový drát, který slouží jako vyhřivaci prvek. 3ako čidlo teploty bývá v těle plošné elektrody umístěn termistor. V Jiných případech se jako čidlo teploty využívá samotné vyhřivaci vinuti, které je vyrobeno z materiálu β tepelně závialým odporovým koeficientem.Known embodiments of transcutaneous probes are generally designed such that the flat electrode passes on the inside to a cylindrical mandrel on which a resistive wire is wound, which serves as a heating element. As a temperature sensor, a thermistor is mounted in the electrode body. In other cases, the heating coil itself, which is made of β material with a thermally dependent resistance coefficient, is used as the temperature sensor.

Tato uspořádáni transkutánních sond mají jisté nevýhody, k nimž patři v prvé řadě provozní nespolehlivost,. způsobená bu9 přerušením křehkých kontaktů k odporovým drátům nebo zkraty ve vinuti odporového drátu. Oe-li toto vinutí použito zároveň jako teplotní čidlo, dochází tak při částečném jeho zkratu k přehřívání eondy a tim jednak k chybnému měření, jednak k nebezpečí popáleni pacientů. K přehřátí může dojit též při poruše termistoru, přívodního kabelu nebo při havárii elektrických obvodů regulátoru teploty, který je umistěn mimo sondu. K dalším nevýhodám patři pracnost výroby velmi tenkého a křehkého odporového drátu s mechanicky málo odolnou isolacl. Vztažná plošná elektroda bývá zhotovena jako jeden celek β válcovým trnem ze stříbra, což zvyšuje náklady na výrobu sondy.These transcutaneous probe arrangements have certain disadvantages, which primarily include operational unreliability. caused either by breaking the brittle contacts to the resistive wires or by shorts in the resistor wire winding. If this winding is also used as a temperature sensor, if the sensor is partially short-circuited, the probe will overheat and, on the one hand, the measurement will be erroneous and, on the other hand, there will be a risk of burning patients. Overheating can also occur in the event of a thermistor, lead-in cable or electrical circuit breakdown outside the probe. Other disadvantages include the laboriousness of producing a very thin and brittle resistance wire with mechanically poorly resistant insulation. The reference electrode is made as a whole by a β cylindrical mandrel of silver, which increases the cost of the probe.

Tyto dosavadní nevýhody odstraňuje provedeni transkutánni sondy dle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že montážní základ a zároveň anodu tvoři kovové mezikruží vlisované čelně do pouzdra a opatřené na vnější straně vrstvou stříbra, přičemž ve vnitřním otvoru anody je umístěna skleněná průchodka se zataveným drátem tvořícím katodu & ne vnitřní straně nese anoda nejméně tři polovodičová čipy, které jsou od nl elektricky izolovány, zatímco v pouzdru je rovnoběžně s anodou umístěno dolní kontaktní mezikruží a ned ním horní kontaktní mezikruží, přičemž vývody anody, katody a nejméně tři polovodičových čipů jsou připojeny vždy nejméně dvěma paralelními vodiči ke kontaktům dolního kontaktního mezikruží_r které je spojeno drátovými spojkami s horním kontaktním mezikružím, ke kterému jsou připojeny vodiče přívodního kabelu a pouzdro je vyplněno izolační hmotou a uzavřeno čepičkou, zatímco na vnější straně anody je vytvořena vrstva elektrolytu, fcterá je pokryta polopropustnou membránou.These disadvantages are avoided by the transcutaneous probe according to the invention, characterized in that the mounting base and the anode are formed by a metal annulus pressed into the sleeve and provided with a silver layer on the outside, with a glass lead with a sealed wire forming the anode opening. the anode carries at least three semiconductor chips, which are electrically insulated from the AC, while the lower contact annulus and the lower contact annulus are located parallel to the anode, the anode, cathode terminals and at least three semiconductor chips being connected in each case at least two parallel conductors to the contacts of the lower contact annulus _r which are connected by wire couplings to the upper contact annulus, to which the leads of the lead-in cable are connected and the housing is filled with insulating material and closed with a cap While an electrolyte layer is formed on the outside of the anode, which is covered by a semipermeable membrane.

Provedeni transkutánni sondy dle vynálezu objasní obr. 1, kde je uveden přiklad provedeni v příčném řezu a obr. 2, kde je totéž provedení v řezu rovnoběžném s čelem sondy. Základ sondy tvoři anoda _1, v jejímž středu je zatmelena skleněná průchodka 4, v niž je zatavena drátová katoda £>.. Anoda máAn embodiment of the transcutaneous probe according to the invention is illustrated by Fig. 1, in which an exemplary embodiment is shown in cross-section, and Fig. 2, wherein the same embodiment is in cross-section parallel to the front of the probe. The base of the probe is formed by an anode 1, in the center of which the glass bushing 4 is sealed, in which the wire cathode 4 is sealed.

- 3 tvar mezikruží zhotoveného z mosazi nebo mědi a na vnějěi straně je pokryta vrstvou 2 stříbra. Anoda _i je čelně umístěna dó válcového dutého pouzdra 2 z izolační hmoty. Na vnitřní sfraně anody JL, jsou umístěny elektricky izolovaně tři polovodičové čipy J5, 7, 8 s P-N přechody. Tři polovodičové čipy 2» Ζ» fi jsou mechanicky spojeny s anodou JL tepelně vodivým tmelem. Nad anodou 1, je na vnitřní straně umístěno dolní kontaktní mezikruží (3 a nad nim horní kontaktní mezikruží 10. Dolní kontaktní mezikruží 2 ^θ horní kontaktní mezikruží 10' jsou vyrobena z izolantu a opatřena kontaktními kovovými segmenty. Na dolni kontaktní mezikruží 9 jaou připojeny přívody tři polovodičových čipů 6, J7, 8. Oednotlivé přívody ke třem polovodičovým čipům jeou provedeny vždy nejméně dvěma paralelními vodiči. Na horní- kontaktní mezikruží 10 jsou připojeny vodiče přívodního kabelu 11. Stejnolehlé kontakty dolního kontaktního mezikruží 2 ® horního kontaktního mezikruži 10 jsou vzájemně elektricky propojené drátovými epoji. Pouzdro 2 je až po úroveň horního kontaktního mezikruží 10 vyplněno izolační hmotou 12, například silikonovým kaučukem. Pouzdro 2 je shora uzavřeno čepičkou 13, kterou prochází přívodní kabel 11. Anoda J. spolu s katodou 5 je na vnější etraně potažena polopropustnou membránou 15, která je držena pryžovým fixačním kroužkem 16. Mezi čelní plochou anody 1, a polopropustnou membránou 15 je měřicí elektrolyt 14.’ fbuzdro 2 je na vnější straně opatřeno závitem (metrickým nebo bajonetovým), na který je našroubováno fixační mezikruži 17, se samolepícím kroužkem 18, který drží sondu na těle pacienta.- 3 shape of annulus made of brass or copper and on the outside is covered with a layer of 2 silver. The anode 1 is placed in front of a cylindrical hollow housing 2 of insulating material. Three semiconductor chips J5, 7, 8 with PN junction are placed on the inner side of the anode JL. Three semiconductor chips 2 »Ζ» fi are mechanically connected to the anode JL by a thermally conductive sealant. Above the anode 1, on the inside there is a lower contact annulus (3 and above it an upper contact annulus 10. The lower contact annulus 2 ^{θ of the} upper contact annulus 10 'are made of insulator and provided with metal contact segments. three semiconductor chips 6, J7, 8. The leads to the three semiconductor chips are each made of at least two parallel conductors The leads of the lead 11 are connected to the upper contact ring 10. The same contacts of the lower contact ring 2 ® of the upper contact ring 10 are electrically mutually The housing 2 is filled up to the level of the upper contact annulus 10 with an insulating material 12, for example silicone rubber, and the housing 2 is closed from the top by a cap 13 through which the lead-in cable 11 passes. between the front surface of the anode 1 and the semipermeable membrane 15 is a measuring electrolyte 14. The housing 2 is provided on the outside with a thread (metric or bayonet) to which the fixing ring 17 is screwed, with a self-adhesive ring 18 that holds the probe on the patient's body.

Za provozu pracuje sonda v popisovaném uspořádáni takto: Systém meřících elektrod, t.j. anoda JL a katoda 2 pracuje běžně známým způsobem a není třeba jej zde popisovat. Anoda JL, je vyhřívána na konstantní hodnotu teploty v rozmezí 40 až 45°C, čímž jé dosaženo účinnějšího převodu měřeného plynu z kapilární krve přes pokožku pacienta a polopropustnou membránu 15 do měřicího elektrolytu 14 ke katodě 5· Vyhřátí anody JL na pracovní teplotu je provedeno prvním polovodičovým čipem 6, který je napájen elektrickým proudem z elektrického regulačního okruhu umístěného mimo sondu. Teplota anody 2 je pro účely regulace snímána druhým .polovodičovým čipem 7 a pro účely ochrany sondy proti přehřátí, popřípadě též pro účely přímé indikace teploty je snímána třetím polovodičovým čipem 8. Spojením druhého polovodičového čipu 7 a třetího polovodičového čipu 8 s vhodným elektrickým ochranným obvodem je možno vyloučit přehřát! sondy jako důsledek havárie kterékoliv Části teplotně regulačního systému včetně přívodního kabelu sondy. Současným využitím druhého polovodičového Čipu 2 ® třetího polovodičového čipu 8, které jsou na sobě nezávislé, ke snímání teploty je tedy možno, žnáeobit provozní spolehlivost sondy. Zaliti vnitřku sondy izolační hmotou 12 snižuje tepelné ztráty sondy, zlepšuje teplotní regulaci a zvyšuje mechanickou odolnost sondy a jeji provozní spolehlivost. K větší spolehlivosti přispívá též několikanásobné spojeni přívodů k třem polovodičovým čipům 6, 7, J3.In operation, the probe in the described arrangement operates as follows: The measuring electrode system, i.e., the anode 11 and the cathode 2, operate in a conventional manner and need not be described herein. The anode JL is heated to a constant temperature in the range of 40 to 45 ° C, thereby achieving a more efficient transfer of the measured gas from the capillary blood through the patient's skin and a semipermeable membrane 15 to the measuring electrolyte 14 to the cathode 5. a first semiconductor chip 6 which is supplied with power from an electrical control circuit located outside the probe. The temperature of the anode 2 is sensed for control purposes by the second semiconductor chip 7, and for the purpose of protecting the probe against overheating, or for direct indication of temperature, it is sensed by the third semiconductor chip 8. By connecting the second semiconductor chip 7 and Overheating can be excluded! the probes as a result of the accident of any part of the temperature control system, including the probe lead. By using the second semiconductor chip 2 ® of the third semiconductor chip 8, which are independent of each other, it is therefore possible to render the probe operational in reliability. Embedding the inside of the probe with insulating material 12 reduces the heat loss of the probe, improves temperature control, and increases the mechanical resistance of the probe and its operational reliability. Multiple connection of leads to three semiconductor chips 6, 7, 13 also contributes to greater reliability.

Claims

OBJECT OF THE INVENTION

Transcutaneous blood gas probe, characterized in that the mounting base and at the same time the anode (1) form a metal annulus, pressed into the housing (2) and provided with a silver coating (3) on the outside, with an anode (1) in the inner opening. a glass feedthrough (4) with a sealed wire forming the cathode (5) is located, and on the inside the anode (1) carries at least three semiconductor chips (6, 7, 8) which are electrically insulated therefrom, while in the housing (2) a lower contact annulus (9) and an upper contact annulus (10) are arranged parallel to the anode (1), the anode (1), cathode (5) and at least three semiconductor chips (6, 7, 8) being connected at least two parallel conductors to the contacts of the lower contact annulus (9), which is connected by wire couplings to the upper contact annulus (10), to which the leads of the lead-in cable (11) are connected and the housing (2) is filled with an insulating material (12) and closed by a cap (13), while on the outside of the anode (1) an electrolyte layer (14) is formed which is covered by a semipermeable membrane (15).