DE102005016812B3

DE102005016812B3 - Vorrichtung zur Messung eines Drucks in einem Strömungskanal

Info

Publication number: DE102005016812B3
Application number: DE200510016812
Authority: DE
Inventors: Jörg Prof.Dr.-Ing. Himmel; Christian Dipl.-Ing. Sehestedt
Original assignee: Fachhochschule Koblenz
Current assignee: Fachhochschule Koblenz
Priority date: 2005-04-07
Filing date: 2005-04-07
Publication date: 2006-12-21
Anticipated expiration: 2025-04-08

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (1; 11) zur Messung eines Drucks in einem Strömungskanal mit einem geschlossenen Strömungskanal (2; 12), der mit einem Strömungsmittel (8; 18) gefüllt ist, das unter einem wohl definierten Druck steht, einer elastisch verformbaren Membran (3; 15), die so im und/oder am Strömungskanal (2; 12) angeordnet ist, dass eine Veränderung des Drucks im Strömungskanal (2; 12) eine Verformung der Membran (3; 15) bewirkt, einem elektromagnetischen Oszillator (6; 16), der ein elektromagnetisches Wechselfeld am Ort der elastisch verformbaren Membran (3; 15) erzeugt, und ein Messmittel, das die Frequenz des Wechselfeldes misst. Die Membran (3; 15) ist so angeordnet, dass eine Verformung der Membran (3; 15) eine Veränderung der Frequenz des Wechselfeldes bewirkt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung eines Drucks in einem Strömungskanal sowie eine Verwendung der Vorrichtung zur Messung eines Drucks einer Gehirnflüssigkeit bei einer Liquordrainage.
Dabei geht es um die Messung des Drucks eines Strömungsmittels, das sich in einem Strömungskanal befindet. Das Strömungsmittel wird dabei entweder durch ein gasförmiges oder fluides Medium gebildet bzw. aus einer Mischform solcher Medien. Als Strömungskanal dient üblicherweise ein Schlauch oder Rohr, das z. B. im Rahmen von verfahrenstechnischen Herstellungsprozessen durchströmt wird.
Aus dem Stand der Technik sind Rohrdruckmittler bekannt, die zur Bestimmung des mittleren Drucks in einem (Leitungs-) Rohr dienen und aus einem Rohr und einer darin eingesetzten Membran bestehen. Die Membran ist so angeordnet, dass sie das im Rohr eingeschlossene Strömungsmittel begrenzt. Zwischen dem eigentlichen Rohr und der Membran ist ein Druckvermittler aus Öl bzw. einer ähnlichen Flüssigkeit angeordnet. Der Druck im Rohrinneren wird von der Membran auf den Druckvermittler übertragen, registriert und gemessen.
Bedingt durch mechanische Belastung bei der Nutzung solcher Rohrdruckmittler können durch Veränderung der Materialeigenschaften und/oder unzulässige Belastung Risse oder Brüche in der Membran auftreten. Dies hat zur Folge, dass der flüssige Druckvermittler durch die Membran in das Rohrinnere einströmt, sich mit dem Strömungsmittel vermischt und es verunreinigt. Insbesondere in der Pharma- und Lebensmittelindustrie kann dies zu erheblichen Störungen im Herstellungsprozess und zur Beeinflussung der Produktqualität führen.
Aus der Offenlegungsschrift DE 100 39 609 ist ein Drucksensor ohne flüssigen Druckvermittler bekannt. Dabei wird der zu messende Druck über eine Druckbohrung zur Membran geführt. Der mechanische Aufbau des Sensors ist aufwendig und daher teuer. Mit diesem Drucksensor können weiterhin nur Drücke niedrigviskoser Medien gemessen werden.
Aus der Druckschrift DE 30 08 301 ist ein induktiver Sensor zur Druckmessung in Metallrohren bekannt. Dabei wird eine Sattelspule an ein Metallrohr angepresst. Durch Druck im Inneren des Metallrohres ist das Rohr selber unter einer druckabhängigen Dehnungsspannung. Abhängig von der Dehnungsspannung verändert sich die Permeabilität des Metallrohres, was eine Änderung der Induktivität der Sattelspule mit sich bringt. Die Induktivität ist messbar und stellt dadurch ein Maß für den Druck im Inneren des Metallrohres dar.
Bei dieser Ausführungsform ist die Messempfindlichkeit des Sensors jedoch sehr beschränkt. Insbesondere in der Medizintechnik wird jedoch eine hohe Druckempfindlichkeit benötigt, da hier oft nur sehr geringe Drücke gemessen werden müssen.
Weitere Vorrichtungen zur Messung eine Druckes in einem Strömungskanal sind aus den Druckschriften DE 30 35 186 A1 , DE 201 21 938 U1 , DE 28 23 670 A1 , AT 354 142 B , DE 906 625 C und DE 696 11 726 T2 bekannt.
Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine Vorrichtung zur Messung des Drucks in einem Strömungskanal bereitzustellen, die besonders kostengünstig und kompakt ist und dabei insbesondere ohne die Verwendung von flüssigen Druckmitteln arbeitet.
Dieses Problem wird durch eine Vorrichtung nach Anspruch 1 gelöst.
Die Vorrichtung umfasst einen geschlossenen Strömungskanal, der mit einem Strömungsmittel gefüllt ist, das unter einem wohl definierten Druck steht. Die Druckmessung ist dabei unabhängig von der Flussgeschwindigkeit des Strömungsmittels, wobei das Strömungsmittel insbesondere auch ruhen kann. Der Strömungskanal ist „geschlosse nen", d.h. zumindest entlang seines Querschnitts kann kein Strömungsmittel entweichen. An seinen längsseitigen Enden kann ein Ab- bzw. Zufluss angeordnet sein.
Die Vorrichtung weist eine elastisch verformbare, schlauchförmige Membran auf, die das Strömungsmittel im Strömungskanal umschließt und so im und/oder am Strömungskanal angeordnet ist, dass eine Veränderung des Druckes im Strömungskanal eine Veränderung des Durchmessers der schlauchförmigen Membran bewirkt oder zur Folge hat. Durch den Druck des Strömungsmittels wirkt eine Kraft auf eine Fläche, die entweder direkt oder über einen Mittler auf die Membran übertragen wird, die daraufhin verformt wird. Die Membran kann z.B. so angeordnet sein, dass sie den Strömungskanal begrenzt. Die elastisch verformbare Membran ist in einem elektromagnetischen Wechselfeld angeordnet, das von einem elektromagnetischen Oszillator erzeugt wird. Unter einem „elektromagnetischen Oszillator" wird hierbei ein System verstanden, dass ein elektromagnetisches Wechselfeld erzeugt.
Die Vorrichtung umfasst weiterhin ein Messmittel, dass die Frequenz des Wechselfeldes misst. Der Oszillator weist eine Spule als frequenzbestimmendes Glied auf, die das elektromagnetische Wechselfeld erzeugt. Dabei ist die Membran so im Innern der Spule angeordnet, dass eine Verformung der Membran eine Veränderung der Frequenz des Wechselfeldes bewirkt, da das Wechselfeld des Oszillators durch die Membran beeinflusst wird. Die gemessene Frequenz stellt somit ein Maß für den Druck im Strömungskanal dar.
Die Frequenz des Wechselfelds kann z.B. auch von der Ausdehnung einer Flüssigkeit im Strömungskanal abhängen, die bei Verformung der Membran zu- oder abnimmt. In diesem Fall hat die Verformung der Membran eine Frequenzänderung zur Folge.
Das Strömungsmittel selber ist entweder gasförmig, flüssig oder ein Gemisch aus solchen Medien. Gegebenenfalls können sogar feste Partikel im Strömungsmittel eingeschlossen sein.
Die Vorrichtung kommt gänzlich ohne einen flüssigen Druckvermittler aus, weswegen bei einer Beschädigung der Membran das Strömungsmittel nicht durch einen austretenden Druckvermittler verunreinigt wird. Als Membran dient z. B. eine dünne Metallfolie, die leicht verformbar ist, wodurch auch geringe Druckschwankungen vergleichsweise starke Verformungen der Membran und somit eine starke Beeinflussung des Wechselfeldes verursachen. Dadurch ist die erfindungsgemäße Vorrichtung gegenüber Druckveränderungen im Strömungskanal hochempfindlich.
Gleichzeitig ist der Aufbau der Vorrichtung sehr unkompliziert und schlicht, weswegen sie sehr kostengünstig herstellbar ist.
Vorzugsweise ist die Membran so ausgebildet und angeordnet, dass eine Verformung der Membran eine von dem Messmittel messbare Veränderung der Impedanz des Oszillators bewirkt, wodurch die Frequenz des vom Oszillator erzeugten Wechselfeldes verändert wird. Wie stark die Impedanz des Oszillators dabei verändert wird, wird insbesondere von der Entfernung der Membran vom Oszillator beeinflusst: Je näher die Membran am Oszillator angeordnet ist, umso stärker ist die Impedanzänderung bei Verformung der Membran.
In einer Ausführungsform ist der Oszillator als ein Hochfrequenzoszillator ausgebildet, der ein hochfrequentes Wechselfeld als elektromagnetisches Wechselfeld erzeugt. Dabei liegt die Frequenz des Wechselfeldes möglichst nahe an der Resonanzfrequenz des Oszillators. In diesem Frequenzbereich des Wechselfeldes sind Änderungen der vom Messmittel gemessenen Frequenz des Oszillators besonders gut registrierbar.
Bevorzugt ist zumindest eine Schicht der Membran elektrisch leitend ausgebildet. Beispielsweise kann die Membran selber elektrisch leitend oder mit einem elektrisch leitenden Material beschichtet sein. Durch das elektromagnetische Wechselfeld werden in der Membran Wirbelfelder induziert, die dem elektromagnetischen Wechselfeld des Oszillators entgegenwirken und dadurch die Impedanz des Oszillators beeinflussen.
Alternativ hierzu ist das Strömungsmittel selber elektrisch leitend. In diesem Fall kann die Membran z. B. aus einem elastischen Polymer bestehen. Bei druckbedingter Verformung der Membran verändert sich die Ausdehnung des Raumgebietes, das das Strömungsmittel im Strömungskanal einnimmt. Auch hierdurch wird die Impedanz des Oszillators verändert.
Bevorzugt begrenzt die Membran die Ausdehnung des Strömungsmittels im Strömungskanal zumindest teilweise. Die Membran kann z. B. als Innenhaut des Strömungskanals ausgebildet sein und somit in direktem Kontakt zum Strömungsmittel stehen.
Bei einer elektrisch leitfähigen Membran wird insbesondere bei Veränderung des Außendurchmessers eine Impedanzänderung des Oszillators hervorgerufen. Bei einem elektrisch leitfähigen Strömungsmittel beeinflusst insbesondere die Veränderung des Innendurchmessers der schlauchförmigen Membran die Impedanz des Oszillators.
Die Spule besteht aus mindestens einer Wicklung eines metallischen Leiters.
Die Spule ist dabei vorteilhaft so angeordnet, dass der Strömungskanal durch das Innere der Spule verläuft. Das von der Spule erzeugte Wechselfeld weist im Spuleninneren die höchste Feldstärke auf. Durch eine Veränderung im Spuleninneren ist die Beeinflussung des Induktionswiderstandes durch eine Verformung der Membran besonders ausgeprägt.
Dabei und bei Verwendung einer schlauchförmigen Membran verlaufen die Längsachse der Spule, die Längsachse der schlauchförmigen Membran und die Längsachse des Strömungskanals im Wesentlichen parallel zueinander. Fallen die drei Längsachsen zusammen, begrenzt die schlauchförmige Membran den Strömungskanal und ist selber von der mindestens einen Wicklung der Spule umwickelt. Dabei ist insbesondere bei einer elektrisch leitfähigen Membran zumindest ein Trägermaterial der Spule zwischen Membran und den Spulwicklungen sowie ein Raumgebiet angeordnet, in das sich die Membran ausdehnen kann, ohne die Wicklungen der Spule zu berühren.
In einer Ausführungsform weist die Vorrichtung einen Mikrocontroller auf, an den die vom Messmittel gemessene Frequenz des Oszillators als digitales Frequenzsignal zur weiteren Auswertung gesendet wird. Ein Auswertmittel berechnet aus dem gemessenen Frequenzwert den Druck im Inneren des Strömungskanals. Liegt das Signal digital vor, kann es besonders gut weiteren Korrektur- oder Auswertrechnungen unterzogen werden.
Dabei sind besonders bevorzugt sowohl der Mikrocontroller als auch das Auswertmittel auf einem Trägermaterial der Spule angeordnet, wodurch die Vorrichtung besonders kompakt und klein fertigbar ist.
In einer Ausführungsform wird durch eine Referenzmessung eine Einflussgröße gemessen, deren Veränderung eine druckunabhängige Verformung der Membran verursachen kann. Die Einflussgröße kann dabei insbesondere die Temperatur oder eine Beschleunigung sein. Die Referenzmessung kann z. B. durch eine zweite Membran und einen zwei ten Oszillator durchgeführt werden, wobei die Referenzmembran vorzugsweise aus demselben Material wie die eigentliche Membran ausgebildet ist, jedoch unter den im Strömungskanal vorherrschenden Drucken nicht verformbar ist.
Dabei kann das Ergebnis der Referenzmessung vom Auswertmittel in die Berechnung des Drucks im Inneren des Strömungskörpers eingerechnet werden. Dadurch wird die Messung exakter, da z. B. Temperatureinflüsse aus dem Messergebnis herausgerechnet werden können.
Bei dieser Ausführungsform wird die Vorrichtung vorzugsweise so angesteuert, dass die Referenzmessung und die Messung der Frequenz des Oszillators durch das Messmittel zu gegeneinander versetzten Zeitpunkten erfolgen. Dadurch wird ausgeschlossen, dass die elektromagnetischen Wechselfelder sich gegenseitig beeinflussen und dabei das Messergebnis verfälscht wird.
Vorzugsweise befindet sich zwischen der Membran und dem Oszillator ein Hohlraum. Der Hohlraum kann z.B. mit einem Vakuum, einem Feststoff, einem Gas und/oder einer Flüssigkeit ausgefüllt sein. Dies hat den Vorteil gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Drucksensoren mit flüssigen Druckvermittlern, dass bei Beschädigung der Membran keine Verunreinigung durch einen austretenden Druckvermittler verursacht werden.
In einer Ausführungsform ist die Membran elektrisch leitfähig ausgebildet und weist eine Dicke auf, die größer ist als die Eindringtiefe des elektromagnetischen Wechselfeldes. Die Eindringtiefe der auf der Membran induzierten Wirbelfelder berechnet sich nach dem Skineffekt. Ist die Dicke der Membran größer als die Eindringtiefe, so wird das Strömungsmittel durch die Membran vom Wechselfeld abgeschirmt und somit nicht beeinflusst. Dies dient zum Schutz besonders empfindlicher Strömungsmittel.
Die Membran ist bevorzugt als auswechselbares, gesondertes Bauteil ausgebildet. Dies ist sinnvoll, da die Membran durch die Verformung belastet wird und somit gegebenenfalls ein Verschleißteil darstellt.
Die Membran kann z. B. aus Edelstahl gefertigt sein, wodurch sie einerseits besonders stabil ist und andererseits nicht chemisch mit dem Strömungsmittel reagiert.
In einer Ausführungsform ist der Strömungskanal der Vorrichtung als mit einem Gehirn verbundener Gehirnkatheterschlauch ausgebildet, der an einem ersten Ende als Gehirnkatheder mit dem Gehirn eines Patienten verbunden ist. Dabei ist der Gehirnkatheterschlauch mit Gehirnflüssigkeit gefüllt, die im Gehirnkatheterschlauch denselben Druck aufweist wie im Gehirn selber.
Die Bestimmung des Drucks der Gehirnflüssigkeit, dem so genannten „Liquor", ist für einige medizinische Anwendungen sehr wichtig. Die Gehirnflüssigkeit enthält eine Vielzahl Ionen und ist dadurch elektrisch leitfähig. Die Membran kann deshalb als Silikonschlauch ausgebildet sein, dessen Innendurchmesser sich bei Änderung des Liquordrucks verändert. Dadurch verändert sich auch das Raumgebiet, den die Gehirnflüssigkeit als elektrisch leitfähige Flüssigkeit im Wechselfeld des Oszillators einnimmt.
In einer Ausführungsform weist der Gehirnkatheterschlauch an seinem zweiten Ende ein Ventil auf, das bei Verwendung der Vorrichtung bei einem Liquordrainagevorgang in einem geschlossenen Zustand ein Austreten von Gehirnflüssigkeit aus dem zweiten Ende verhindert. In einem offenen Zustand dient das Ventil zum Auslassen von Gehirnflüssigkeit aus dem Gehirnkatheterschlauch, wodurch der Druck der Gehirnflüssigkeit im Gehirn des Patienten verringert wird. Bei Patienten, bei denen Unverhältnismäßigkeiten bei der Produktion oder dem Abfluss von Liquor auftreten, muss der Druck der Gehirnflüssigkeit von außen reguliert werden. Dazu ist ein erfindungsgemäßer Gehirnkatheder mit Druckmesser und Ventil besonders geeignet.
Dabei ist das Ventil so ausgebildet, dass es sich bei Verwendung der Vorrichtung bei einem Liquiddrainagevorgang automatisch öffnet , wenn der Druck im Gehirnkatheterschlauch einen Höchstwert übersteigt. Das Ventil schließt sich automatisch, wenn der Druck im Gehirnkatheterschlauch unter einen Mindestwert sinkt. Durch die Messvorrichtung wird der Liquordruck jederzeit überwacht und in dieser Ausführungsform automatisch reguliert. Die Öffnungszeit des Ventils kann z. B. zeitgesteuert erfolgen und sich jedes Mal für einen festen Zeitraum öffnen. Dies stellt medizinisch einen großen Vorteil gegenüber den bisherigen Lösungen dar.
Vorteilhaft weist die Vorrichtung bei Verwendung bei einem Liquordrainagevorgang einen Beschleunigungssensor auf, der eine Beschleunigung des Gehirns z. B. durch Bewegung misst. Bei der Berechnung des Drucks der Gehirnflüssigkeit wird eine durch die Beschleunigung des Gehirns verursachte Druckbeeinflussung im Gehirnkatheterschlauch herausgerechnet, wodurch die Messung unabhängig von der Patientenbewegung erfolgt. Bisher musste der Kopf des Patienten fixiert werden, wenn der Liquordruck gemessen werden sollte. Diese Fixierung des Patienten kann mit einer erfindungsgemäßen Liquordrainage eingespart werden.
Dies ermöglicht insbesondere, dass die Vorrichtung als stationsunabhängige, mobile Tragevorrichtung ausgebildet ist. Die erfindungsgemäße Lösung ermöglicht es z. B., die Vorrichtung mit samt Gehirnkathederschlauch in der Größe eines Hörgerätes zu produzieren, die der Patient jederzeit an seinem Kopf trägt und die für einen Druckausgleich der Gehirnflüssigkeit sorgt.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann zur Messung des Druckes einer Gehirnflüssigkeit bei einer Liquordrainage gemäß Anspruch 25 verwendet werden.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von in Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
1A und 1B einen von einem Strömungsmittel durchflossenen induktiven Rohrdruckmittler in schematischer Schnittdarstellungen in einem Quer- und einem Längsschnitt;
2 einen alternativen induktiven Rohrdruckmittler in einem schematischen Längsschnitt;
3 tabellarisch aufgetragene Messergebnisse zur Abhängigkeit der Frequenzänderung eines Oszillators vom Messkörperdurchmesser für einen Rohrdruckmittler aus den 1 bzw. 2;
4 eine Liquordrainage mit einer Messvorrichtung zum Messen eines Liquordrucks in einem Gehirnkathederschlauch, die zur Druckmessung eine druckbedingte Verformung eines Gehirnkathederschlauches misst;
5 eine alternative Liquordrainage, die zur Druckmessung eine Änderung des Innendurchmessers eines Gehirnkathederschlauches misst; und
6 die Liquordrainage aus 4 einschließlich Bewegungssensor und Auswerteinheit.
In den Figuren sind ähnliche bzw. einander entsprechende Merkmale durch gleiche Bezugszeichen gekennzeichnet.
Die 1A zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Rohrdruckmittlers als Vorrichtung zur Messung des Drucks eines Strömungsmittels in einem Strömungskanal. Der Rohrdruckmittler 1 hat die Form eines Rohres bzw. eines Zylindermantels. Das Zylinderinnere des Rohrdruckmittlers 1 ist hohl und wird in einem Nutzungszustand von einem Strömungsmittel 8 wie etwa Gas oder einer Flüssigkeit durchflossen. Das Strömungsmittel 8 befindet sich im Strömungskanal 2, der von einer schlauchförmigen Membran 3 begrenzt wird, die ebenfalls die Form eines Zylindermantels aufweist. Die Membran 3 trennt das Strömungsmittel 8 von den äußeren Schichten des Rohrdruckmittlers 1, indem sie das Strömungsmittel 8 entlang des Zylindermantels vollständig umgibt.
Das Strömungsmittel 8 übt von innen her einen Druck gegen die zylindermantelförmige Membran 3 aus (siehe Pfeile in der 1A). Die Membran 3 besteht aus einer elektrisch leitfähigen Metallfolie, die durch den Druck des Strömungsmittels 8 elastisch verformbar ist. Erhöht sich der Druck des Strömungsmittels 8, so nimmt auch der Zylinderdurchmesser der Membran 3 zu. Fällt der Druck des Strömungsmittels 8 wieder, vermindert sich auch der Zylinderdurchmesser der Membran 3.
Die Membran 3 wird durch eine Luftschicht 4 von einer Spule 6 getrennt. Die Spule 6 ist ebenfalls zylinderförmig, wobei ihr Spuleninneres durch den Strömungskanal 2 und die den Strömungskanal 2 umgebende Membran 3 gebildet wird. Sowohl die Spule 6, als auch der Strömungskanal 2 und die Membran 3 besitzen eine gemeinsame Zylinderachse.
Abhängig vom Druck im Strömungsmittel 8 verändert sich nicht nur der Zylinderdurchmesser der Membran 3, sondern auch die Breite des Hohlraumes 4, da die Spule 6 als Oszillator durch die im Strömungskanal 2 anliegenden Drücke im Wesentlichen unverformt bleibt.
Die 1B zeigt einen Längsschnitt durch den Rohrdruckmittler der 1A. Darin ist zu erkennen, dass die Spule 6 aus mehreren Windungen eines Drahtes aufgebaut ist, der vom Trägermaterial 6' der Spule 6 getragen wird. Längs der Zylinderachse versetzt umgibt den Strömungskanal 2 eine zweite Spule, die Referenzspule 7. Die Referenzspule 7 wird vom Referenzträgermaterial 7' getragen und dadurch in ihrer Form gehalten.
Beim Rohrdruckmittler 1 der 1A und 1B ist die Spule 6 an eine nicht dargestellte Stromquelle angeschlossen, die ein hochfrequentes Wechselfeld erzeugt, und dient als Hochfrequenzoszillator, der im Spuleninneren ein hochfrequentes, elektromagnetisches Wechselfeld erzeugt. Induktionsbedingt erzeugt die Spule 6 dabei auf der Außenfläche der metallischen Membran 3 Wirbelfelder, die dem elektromagnetischen Wechselfeld entgegengerichtet sind. Der Außendurchmesser der metallischen Membran 3 bestimmt dabei den Induktionswiderstand bzw. die Impedanz und somit die genaue Schwingungsfrequenz der Spule 6. Aus der Schwingungsfrequenz der Spule 6 wird durch ein nicht dargestelltes Auswertmittel der Außendurchmesser der Membran 3 und daraus der Druck des Strömungsmittels 8 berechnet.
An der Stelle der Referenzspule 7 ist die Membran 3 so ausgebildet, dass sie durch die im Strömungskanal 2 herrschenden Drücke nicht elastisch verformbar ist. Wie bei der Spule 6 wird auch bei der Referenzspule 7 ein elektromagnetisches Wechselfeld im Strömungskanal 2 erzeugt und die Schwingungsfrequenz der Referenzspule 7 gemessen. Die Schwingungsfrequenz der Referenzspule 7 ist dabei durch die starre Ausbildung der Membran 3 unabhängig von dem Druck im Strömungskanal 2. Das Messergebnis an der Referenzspule 7 wird vom Auswertmittel in die Berechnung des Drucks des Strömungsmittels 8 einberechnet und dient dazu, äußere Umstände, die die Form der Membran 3 beeinflussen könnten, wie z. B. die Temperatur, aus dem Messergebnis herauszurechnen. Dadurch stellt der von der Spule 6 gemessene Druck des Strömungsmittels 8 einen temperaturunabhängigen Messwert für den Druck des Strömungsmittels 8 dar.
Die Spule 6 und die Referenzspule 7 werden dabei zeitlich versetzt betätigt, um eine gegenseitige Beeinflussung der Schwingungsfrequenzen zu vermeiden.
Die 2 zeigt ein alternatives Ausführungsbeispiel eines Rohrdruckmittlers 1. Spule 6 und Referenzspule 7 sind dabei in einer Aussparung eines Rohres 5 ausgebildet, die in diesem Fall den Hohlraum 4 zwischen der Membran 3 und der Spule 6 bildet. Die Membran ist hierbei nur entlang der Aussparung bzw. dem Hohlraum 4 ausgebildet und an ihren Zylinderenden fest mit der Rohrwand 5 verbunden, in die die Membran 3 stufenlos übergeht. Durch den Innendruck des Strömungsmittels 8 wird die Membran 3 zumindest im Inneren der Spule 6 nach außen gedrückt.
In 3 sind Messergebnisse aufgetragen, die die Abhängigkeit der Frequenzänderung vom Durchmesser der innerhalb der Spule 6 angeordneten Membran 3 angeben. Die Messungen wurden an einer Spule mit einem Innendurchmesser von 7 mm durchgeführt, wobei die Frequenzänderung von 0 MHz auf einen Messkörperdurchmesser von 1 mm geeicht wurde. Beträgt der Durchmesser der im Inneren der Spule angeordneten Membran knapp 7 mm, so hat sich die Frequenz des Oszillators um über 5 MHz verändert.
Bei den in den 1A, 1B und 2 dargestellten Rohrdruckmittlern kann alternativ auch lediglich das Strömungsmittel 8 elektrisch leitend ausgebildet sein, während die Membran 3 aus einem Polymer besteht. In diesem Falle ist die Impedanz der Spule 6 vom Innendurchmesser der Membran 3 abhängig.
In 4 ist eine Liquordrainage 11 in einem schematischen Längsschnitt dargestellt, wie sie bei Patienten mit Unverhältnismäßigkeiten bei der Produktion und/oder dem Abfluss von Gehirnflüssigkeit („Liquor") auftreten. Dem Patienten wird ein Gehirnkatheder 12 gelegt, der aus einem Silikonschlauch 15 besteht und mit dem Liquorhaushalt im Gehirn eines Patienten verbunden ist. Der Silikonschlauch 15 füllt sich mit Liquor, bis der Flüssigkeitsdruck im Innern des Gehirnkatheders 12 dem Flüssigkeitsdruck im Gehirn des Patienten entspricht.
Der Silikonschlauch 15 wird von einem Klemmring 19 umgeben, der eine Spule 16 trägt. Steigt der Liquordruck im Inneren des Gehirnkatheterschlauches 12 durch eine Überproduktion von Liquor 18 im Gehirn des Patienten, so dehnt sich der Silikonschlauch 15 aus. Dabei erfolgt eine Ausdehnung des Silikonschlauchs 15 insbesondere in eine Ausbuchtung 23 des Klemmrings 19 hinein. Die Ausbuchtung 23 befindet sich dabei im Spuleninneren der Spule 16, so dass die Veränderung des Schlauchdurchmessers dort geschieht, wo das magnetische Wechselfeld der Spule 16 als Hochfrequenzoszillator am größten ist. Die Liquorflüssigkeit 18 enthält eine Vielzahl von Ionen und ist deswegen elektrisch leitfähig. Damit hängt die Impedanz der Spule 16 vom Innendurchmesser des Silikonschlauchs 15 ab. Aus einer Messung der Frequenz der Spule 16 kann deswegen der Liquordruck des Liquors 18 berechnet werden. Der Silikonschlauch 15 dient in dieser erfindungsgemäßen Ausführungsform als Membran und Begrenzungsschicht des Liquors 18.
Der Gehirnkatheder 12 weist an dem Ende, das dem mit dem Gehirn verbundenen Ende gegenüberliegt, ein Ventil 21 auf. Das Ventil 21 ist üblicherweise geschlossen, wodurch ein Abfließen von Liquor 18 aus dem Inneren des Schlauches 15 verhindert wird. Ist der Liquordruck im Inneren des Gehirnkatheders 12 und somit im Inneren des Gehirns des Patienten zu hoch, kann das Ventil geöffnet werden und dient dann zum Abfluss von Liquor und zur Regelung des Liquorhaushaltes im Gehirn des Patienten.
Die 5 zeigt eine alternative Liquordrainage 11, die analog zur Liquordrainage 11 der 4 in einem schematischen Längsschnitt dargestellt ist. Der Gehirnkatheder 12 ist dabei von einem zylinderförmigen Klemmring 19' umgeben, der mit seinem Innen durchmesser an den Außendurchmesser des Schlauchs 15 angrenzt. Der Klemmring 19' ist aussparungslos ausgebildet und verhindert dadurch ein Aufweiten des Schlauches 15.
Bei zunehmendem Liquordruck im Inneren des Gehirnkatheders 12 wird die Schlauchwand 15 gestaucht, wobei der Außendurchmesser des Schlauches konstant bleibt und der Innendurchmesser des Schlauches 15 vergrößert wird. Dadurch verändert sich die Gesamtausdehnung des elektrisch leitfähigen Liquors 18 im Inneren der Spule 16 und somit die Impedanz der Spule 16.
In 6 ist schematisch die Liquordrainage 11 der 4 zusammen mit Anschlüssen und Auswerteinheiten der Spule 16 dargestellt. Dabei ist insbesondere ein Beschleunigungssensor 22 vorgesehen, der eine Bewegung des Gehirnkatheders 12 bzw. des Gehirns des Patienten registriert und diese an eine Auswerteinheit weiterleitet. Die Auswerteinheit erhält ein digitales Signal der Schwingungsfrequenz der Oszillatorspule 16 und gegebenenfalls einer nicht dargestellten Referenzoszillatorspule zur Temperaturmessung. Aus der Beschleunigungsmessung des Beschleunigungssensors 22 berechnet das Auswertmittel weiterhin Beschleunigungsbedingte Druckschwankungen im Liquor 18 und rechnet diese aus dem Mess- bzw. Rechenergebnis für den Liquordruck heraus. Die Daten können zum einen wie dargestellt an einem PC gesendet und von diesem ausgewertet werden. Zum anderen ist es geplant, die Auswerteinheiten sowie den Beschleunigungssensor 22 auf dem Klemmring 19 bzw. einem Träger der Liquordrainage 11 anzubringen und somit eine mobile Liquordrainage 11 bereitzustellen.
Die in 6 als „Oszillatoren" bezeichnete Einheit ist dabei nicht mit dem elektrischen Oszillator im Sinne des Anspruchs 1 zu verwechseln. Die mit „Oszillatoren" bezeichnete Einheit ist eine Kurzform für eine elektrische Oszillatorschaltung, die eine hochfrequente Wechselspannung erzeugt, an der die Spule 16 anliegt. Diese Spule erzeugt das zur Messung benötigte elektromagnetische Wechselfeld. Die Oszillatorschaltung zusammen mit der Spule 16 bilden einen elektromagnetischen Oszillator im Sinne des Anspruchs 1.
Bei einer solchen mobilen Liquordrainage 11 wird der Liquordruck ständig bzw. in regelmäßigen Abständen gemessen. Übersteigt der Liquordruck einen einstellbaren Höchstwert, so öffnet sich das Ventil 21 automatisch für eine kurze einstellbare Zeit und schließt sich wieder. Wenn der Liquordruck auf ein Normalmaß gefallen ist, bleibt das Ventil 21 geschlossen. Das Ventil 21 kann auch als eine Peristaltikpumpe zur kontinuierlichen Förderung des Liquors ausgelegt sein. Durch diesen Aufbau wird der Patient unabhängig von Pflegepersonal zur Liquordruckkontrolle.

1: Rohrdruckmittler
2: Strömungskanal
3: Membran
4: Holschicht
5: Rohrwand
6: Spule
6': Trägermaterial der Spule
7: Referenzspule
7': Trägermaterial der Referenzspule
8: Strömungsmittel
11: Liquordrainage
12: Gehirnkatheterschlauch
15: Schlauchwand
16: Spule
18: Liquor
19, 19': Klemmhalterung
21: Ventil
22: Beschleunigungssensor
23: Aussparung

Claims

Vorrichtung zur Messung eines Drucks in einem Strömungskanal mit – einem geschlossenen Strömungskanal (2; 12), der mit einem Strömungsmittel (8; 18) gefüllt ist, das unter einem Druck steht, – einer elastisch verformbaren, schlauchförmigen Membran (3; 15), die das Strömungsmittel (8; 18) im Strömungskanal (2; 12) umschließt und – so im und/oder am Strömungskanal (2; 12) angeordnet ist, dass eine Veränderung des Drucks im Strömungskanal (2; 12) eine Veränderung des Durchmessers der schlauchförmigen Membran (3; 15) bewirkt, – einem elektromagnetischen Oszillator (6; 16), der ein elektromagnetisches Wechselfeld am Ort der elastisch verformbaren Membran (3; 15) erzeugt, und – ein Messmittel, das die Frequenz des Wechselfeldes misst, wobei – der Oszillator (6; 16) eine Spule (6; 16) als frequenzbestimmendes Glied aufweist, die das elektromagnetische Wechselfeld erzeugt, wobei – die Membran (3; 15) so im Inneren der Spule (6; 16) angeordnet ist, dass eine Verformung der Membran (3; 15) eine Veränderung der Frequenz des Wechselfeldes bewirkt oder zur Folge hat.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (3; 15) so ausgebildet und angeordnet ist, dass eine Verformung der Membran (3; 15) eine von dem Messmittel messbare Veränderung der Impedanz des Oszillators (6; 16) und somit der Frequenz des vom Oszillator (6; 16) erzeugten Wechselfeldes bewirkt.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2 , dadurch gekennzeichnet, dass der Oszillator (6; 16) als ein Hochfrequenzoszillator ausgebildet ist, der ein hochfrequentes Wechselfeld als elektromagnetisches Wechselfeld erzeugt.
Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenz des Wechselfelds in einem Frequenzbereich von 50% bis 200% der Resonanzfrequenz des Oszillators (6; 16) liegt.
Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (3) elektrisch leitend oder leitend beschichtet ist.
Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Strömungsmittel (8; 18) elektrisch leitend ist, wobei sich bei druckbedingter Verformung der Membran (3; 15) die Ausdehnung des Raumgebiets verändert, den das Strömungsmittel (8; 18) im Strömungskanal (2; 12) einnimmt.
Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (3; 15) die Ausdehnung des Strömungsmittels (8; 18) im Strömungskanal (2; 12) zumindest teilweise begrenzt, insbesondere dessen Wandung ausbildet.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungskanal (2; 12) durch das Innere der Spule (6; 16) verläuft.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsachse der Spule (6; 16), die Längsachse der schlauchförmigen Membran (3; 15) und die Längsachse des Strömungskanals (2; 12) im Wesentlichen parallel zueinander verlaufen.
Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Mikrocontroller, an den die vom Messmittel gemessene Frequenz des Oszillators (6; 16) als digitales Frequenzsignal zur weiteren Auswertung gesendet wird.
Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Auswertmittel, das aus dem gemessenen Frequenzwert des Wechselfeldes den Druck im Inneren des Strömungskanals (2; 12) berechnet.
Vorrichtung nach Anspruch 10 und 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Mikrocontroller und das Auswertmittel auf einem Trägermaterial der Spule (6; 16) angeordnet sind.
Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch eine Referenzmessung mindestens eine Einflussgröße, insbesondere die Temperatur, gemessen wird, deren Veränderung eine druckunabhängige Verformung der Membran (3; 15) oder ihrer Materialeigenschaften verursacht.
Vorrichtung nach Anspruch 11 und 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Ergebnis der Referenzmessung vom Auswertmittel in die Berechnung des Drucks im Inneren des Strömungskanal (2; 12) eingerechnet wird.
Vorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung so angesteuert wird, dass die Referenzmessung und die Messung der Frequenz des Oszillators (6; 16) durch das Messmittel zu gegeneinander versetzten Zeitpunkten erfolgen.
Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Hohlraum (4; 23) zwischen der Membran (3; 15) und dem Oszillator (6; 16).
Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (3; 15) eine Dicke aufweist, die größer ist als die Eindringtiefe des elektromagnetischen Wechselfelds.
Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (3; 15) als auswechselbares, gesondertes Bauteil ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (3; 15) aus Edelstahl ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, der Strömungskanal (2; 12) als ein an einem ersten Ende mit einem Gehirn verbindbarer Gehirnkatheterschlauch (12) ausgebildet ist und mit Gehirnflüssigkeit unter dem Druck befüllbar ist, der im Gehirn herrscht.
Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ventil (21) den Gehirnkatheterschlauch (12) an einem zweiten Ende begrenzt, das bei Verwendung der Vorrichtung bei einem Liquordrainagevorgang in einem geschlossenen Zustand ein Austreten von Gehirnflüssigkeit (18) aus dem zweiten Ende des Gehirnkatheterschlauchs (12) verhindert und in einem offenen Zustand zum Auslassen von Gehirnflüssigkeit (18) aus dem Gehirnkatheterschlauch (12) dient.
Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil (21) so ausgebildet ist, dass es sich bei Verwendung der Vorrichtung bei einem Liquordrainagevorgang automatisch öffnet, wenn der Druck im Gehirnkatheterschlauch (12) einen Höchstwert übersteigt, und sich automatisch wieder schließt, wenn der Druck im Gehirnkatheterschlauch (12) unter einen Mindestwert sinkt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 22, gekennzeichnet durch einen Beschleunigungssensor (22) zur Messung einer Beschleunigung des Gehirns , der so ausgebildet ist, bei Verwendung der Vorrichtung bei einem Liquordrainagevorgang eine durch die Beschleunigung des Gehirn verursachte Druckbeeinflussung im Gehirnkatheterschlauch (12) aus der Messung des Drucks der Gehirnflüssigkeit (18) herauszurechnen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass sie als stationsunabhängige, mobile Tragevorrichtung ausgebildet ist.
Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 19 zur Messung des Drucks einer Gehirnflüssigkeit (18) bei einer Liquordrainage, wobei der Strömungskanal (2; 12) der Vorrichtung als ein Gehirnkatheterschlauch (12) ausgebildet ist und an einem ersten Ende mit einem Gehirn verbundenen wird, wobei der Gehirnkatheterschlauch (12) mit Gehirnflüssigkeit unter dem Druck gefüllt wird, der im Gehirn herrscht.