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Verfahren zum Bestimmen des Volumens einer strömungsfähigen Substanz
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen des Volumens einer strömungsfähigen
Substanz, bei welchem dieser eine bekannte Dosis eines radioaktiven Stoffes zugemischt
und die Strahlungsstärke einer bekannten Menge der Mischung bestimmt wird.
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Das Verfahren gemäß der Erfindung eignet sich insbesondere zur Messung
des Volumens des im Körper zirkulierenden Blutes.
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Die Bestimmung des Blutvolumens kann für den Arzt eine wichtige Voraussetzung
für die Entscheidung sein, welche Maßnahmen getroffen werden müssen. Vor allem nach
Unfällen kann eine rasche Bestimmung des Volumens des zirkulierenden Blutes von
lebensentscheidender Bedeutung sein.
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Es ist bekannt, das Blutvolumen mittels der sogenannten Radioaktivitätsverdünnungsmethode
zu ermitteln. Hierbei wird eine kleine Menge von Serumalbumin, roten Blutkörperchen
oder einem anderen Bestandteil des Blutes mit einer genau bekannten Menge eines
radioaktiven Isotops markiert. Dieses Präparat wird dann in den Blutkreislauf eingespritzt,
und nach einer Zeitspanne, die eine gute Durchmischung des eingespritzten Präparates
mit dem zirkulierenden Blut gewährleistet, wird eine Blutprobe entnommen und die
Aktivität eines genau abgemessenen Volumens dieser Probe bestimmt. Das Gesamtvolumen
des zirkulierenden Blutes ergibt sich dann als das Produkt des Volumens der entnommenen
Blutprobe mit dem Verhältnis der Gesamtaktivität der verabreichten Dosis zur Aktivität
der Probe.
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Das bekannte Verfahren ist relativ umständlich.
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Man muß nämlich zunächst eine genau bekannte, sterile und für die
Injektion geeignete Dosis und eine Vergleichsdosis zubereiten. Hierfür benötigt
man für beide Dosen volumetrische Glasgefäße, einen für Laboratoriumszwecke bestimmten
Präzisions-Szintillationszähler und geeignete Strahlungsnormale.
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Nach der Verdünnung der radioaktiven Dosis im Körper und Entnahme
der Blutprobe müssen deren Volumen genau gemessen und ihre Aktivität unter Berücksichtigung
der Vergleichs dosis bestimmt werden. Die Eigenaktivität des Szintillationszählers
sowie eventuelle Umwelteinflüsse, z. B. Röntgenstrahlung, sind bei der Auswertung
zu berücksichtigen.
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Die Radioaktivitätsverdünnungsmethode hat sich wegen ihrer Umständlichkeit
in der Praxis bisher nicht recht durchsetzen können. Für die vielen Verfahrensschritte,
wie die mehrfach vorzunehmenden Volumenmessungen, Pipettierungen, Verdünnungen,
das Arbeiten mit Strahlungsquellen, vier Zählerdurchgänge mit zusätzlicher Einberechnung
der Eigenaktivität, eine zweimalige Subtraktion und Multiplikation usw., werden
im allgemeinen mindestens zwei Personen, und zwar verhältnismäßig gut ausgebildete
Fachkräfte benötigt. Die Messungen müssen in einem speziell eingerichteten Labor
vorgenommen werden. Ein ganz entscheidender Nachteil des bekannten Verfahrens besteht
außerdem darin, daß das Resultat normalerweise erst Stunden nach Beginn der Untersuchung
zur Verfügung steht.
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Aus diesen Gründen machen Chirurgen und praktizierende Klinikärzte
bisher verhältnismäßig selten klinischen Gebrauch von diesem Verfahren, das an sich
wertvolle Information über den Zustand eines Patienten geben könnte.
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Es ist Aufgabeder Erfindung, ein Verfahren zum Bestimmen des Volumens
einer strömungsfähigen Substanz, insbesondere des im Körper zirkulierenden Blutes,
anzugeben, das wesentlich einfacher ist als das bekannte Verfahren und daher auch
von einer Hilfskraft in kurzer Zeit und trotzdem mit guter Genauigkeit durchgeführt
werden kann.
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Ein Verfahren zum Bestimmen des Volumens einer strömenden Substanz,
bei welchem dieser eine bekannte Dosis eines radioaktiven Stoffes zugemischt und
die Strahlungsstärke einer bekannten Menge der Mischung bestimmt wird, ist gemäß
der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß der Substanzmenge, deren Volumen zu bestimmen
ist, vor dem Zusetzen des radioaktiven Stoffes eine Probe (Reinprobe) ent-
nommen
wird, daß die Zählrate der zuzusetzenden Dosis direkt gemessen wird, daß die Zählrate
der bekannten Menge der Mischung gemessen und der dabei ermittelte Bruttozählratenwert
durch Abziehen der Zählrate eines entsprechenden Volumens der Reinprobe korrigiert
wird und daß das Verhältnis der Zählrate der Dosis zur korrigierten Zählrate der
Mischungsprobe, das gleich dem Verhältnis des zu ermittelnden Volumens der Substanz
zu dem Volumen der gemessenen Mischungsprobe ist, ermittelt wird.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung wird die Zählrate des unbenutzten
Restes der Dosis gemessen und der Zählratenwert der Dosis dadurch korrigiert, daß
von dem Zählratenwert für die Gesamtdosis der Zählratenwert des Dosisrestes abgezogen
wird.
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Vorzugsweise wird zum Bestimmen des Verhältnisses die Zählrate der
Dosis über eine bestimmte Zeit integriert, der sich ergebende Zählwert wird gespeichert,
von dem gespeicherten Zählwert wird die Zählrate der Mischung abgezogen, und gleichzeitig
wird zu ihm die Zählrate der Reinprobe hinzuaddiert, und es wird die dem gesuchten
Volumen proportionale Zeit bis zum Erreichen des Zählwertes Null gemessen.
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Vorzugsweise wird beim Messen der Zählrate der Dosis diese im Abstand
von der Meßvorrichtung und teilweise gegen diese abgeschirmt angeordnet.
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Zur Messung der Zählraten der Rein- und Mischungsproben werden diese
vorzugsweise je in ein Gefäß konstanten Durchmessers gebracht, das dann in eine
Strahlungsmeßeinrichtung eingebracht wird, die so ausgebildet ist, daß nur ein vollständig
gefüllter Teil der Gefäße von der Meßeinrichtung erfaßt wird.
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Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung näher erläutert, es zeigt
F i g. 1 eine Einrichtung, an Hand deren das Verfahren gemäß der Erfindung beschrieben
wird, und F i g. 2 ein Diagramm zur Erläuterung des Verfahrens gemäß der Erfindung.
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Die in Fig. 1 dargestellte Einrichtung enthält einen rohrförmigen
Meßkopf 12, der mit einem Bleimantel abgeschirmt ist und an seinen Enden zwei Sekundärelektronenvervielfacherröhren
(SEV) 22,32 mit Szintillationskristallen 28 bzw. 38 aufnimmt. Der Meßkopf 12 hat
drei Öffnungen 26, 36, 40 zur Aufnahme von Proben; die Öffnung 40 liegt in der Mitte
zwischen den Szintillationskristallen, während die Öffnung 26, 36 jeweils einen
der Kristalle durchsetzt.
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Zwischen der Mittelöffnung 40 und den Szintillatorkristallen sind
jeweils Filter 44 angeordnet, an deren der Öffnung 40 zugewandten Seite konzentrische
Scheiben 42 angeordnet sind. Die Öffnungen 26, 36 dienen zur Aufnahme von Reagenzgläsern
od. dgl., die die zu messenden Proben enthalten, während in die Öffnung 40 eine
Injektionsspritze mit der zu injizierenden Dosis eingesetzt werden kann.
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Die Ausgänge der SEV 22, 32 sind an Impulsformerstufen 24 bzw. 34
angeschlossen, deren Ausgänge mit jeweils einem Schaltarm eines Betriebsartenwahlschalters
50, 52, 54, 56 angeschlossen sind.
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Die Stellungen dieses Schalters sind mit P = Probenmessung; D = Dosismessung;
R = Restmessung und L = Löschung (Rückstellung) bezeichnet.
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Die Einrichtung enthält außerdem noch einen Zähler 60, einen reversierbaren
Zählspeicher 70 mit
einer Vorwärtszähl-Eingangsklemme 71, einer Rückwärtszähl-Eingangsklemme
73 und einer Ausgangsklemme 148, ferner ein Steuergerät 100, einen Oszillator 110,
einen Zeitgeber 120, einen Wandler 125, ein Anzeigegerät 130 sowie Toleranzanzeigegeräte
80, 90, 135. Die Schaltung dieser Teile ist aus F i g. 1 ersichtlich, auf ihre Funktion
wird, soweit es für die Erfindung wesentlich ist, im folgenden eingegangen.
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Um beispielsweise das Volumen des zirkulierenden Blutes bei einem
Patienten nach dem Verfahren gemäß der Erfindung zu bestimmen, wird zunächst eine
Injektionsspritze mit der zu injizierenden Flüssigkeit, beispielsweise Serumalbumin,
das ein Radioisotop bekannter Anfangsaktivität enthält, gefüllt und die gefüllte
Spritze in die Mittelöffnung 40 des Meßkopfes 12 eingesetzt. Der Betriebsartenwahlschalter,
der anfänglich in der Stellung L (Löschen) gestanden hatte, wird dann in die Stellung
(Dosismessung) geschaltet. In dieser Betriebsstellung, die in F i g. 1 dargestellt
ist, werden der Vorwärtszähl-Eingangsklemme 71 des Zählspeichers 70 über den Zähler
60 Impulse zugeführt, die ihn in Vorwärtsrichtung weiterschalten. Der Zählspeicher
70 speichert dabei Impulse von den SEV 22, 32 während einer festgelegten Zeitspanne,
die durch den Zeitgeber 120 bestimmt wird. Während der Dosismessung kann dem Patienten
eine Ungemischtblutprobe entnommen werden, die in ein Probenröhrchen abgefüllt und
für die anschließende Messung aufbewahrt wird.
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Nach Beendigung der beispielsweise eine Minute dauernden Dosismessung
durch den Zeitgeber 120 kann an den Anzeigevorrichtungen 80, 90, 135 festgestellt
werden, ob die Probe in Ordnung ist.
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Wenn die Dosis einwandfrei ist, wird sie dem Meßkopf entnommen und
dem Patienten intravenös injiziert. Um eine einwandfreie Vermischung der injizierten
Dosis mit dem zirkulierenden Blut zu gewährleisten, muß man nach der Injektion e.-.va
5 bis 10 Minuten verstreichen lassen, bevor man dem Patienten eine Gemischtprobe
entnimmt. Während dieser Wartezeit kann die Dosisrestaktivität gemessen werden,
indem man die Injektionsspritze wieder in die Mittelöffnung 40 einsetzt und den
Betnebsartenwahlschalter auf R schaltet. In dieser Schalierstellung werden die von
den beiden SEV 22, 32 erzeugten Impulse von der Gesamtzahl der während der Dosismischung
im Zählspeicher 70 gespeicherten Impulse während einer Zeitspanne subtrahiert, die
gleich der Zeitspanne ist, während der die Dosismessung erfolgte. Am Ende dieses
Meßintervalls steht also ein korrigierter Dosisnettozählwert zur Verfügung, wie
in F i g. 2 graphisch dargestellt ist.
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Ungefähr 5 bis 10 Minuten nach der Injektion der Dosis wird dem Patienten
eine Gemischtblutprobe entnommen und in einem Probenröhrchen in die Öffnung 26 des
Meßkopfes 12 gebracht, während gleichzeitig die vorher abgenommene Ungemischtprobe
in einem ähnlichen Röhrchen in die Öffnung 36 eingesetzt wird. Der Betriebsartenwahlschalter
wird auf P (Probenmessung) geschaltet, worauf die gleichzeitige Messung beider Proben
beginnt. Dabei werden die Impulse der aktivierten Gemischtprobe von dem im Zählspeicher
70 gespeicherten Zählwert subtrahiert, während die Impulse von der schwächeren Ungemischtprobe
zu dem im Zählspeicher 70 gespeicherten Zählwert addiert werden. Wenn der Zählwert
im Zählspeicher 70 den Wert Null erreicht, wird der Zählvorgang automatisch beendet.
Das Anzeigegerät
130 zeigt die für die Rückzählung auf Null benötigte
Zeit an, die direkt proportional dem korrigierten Verhältnis der Dosisaktivität
zur Probenaktivität ist. In Wirklichkeit ist die für die Rückzählung erforderliche
Zeit viel größer als sie in F i g. 2 dargestellt ist, die lediglich zur Veranschaulichung
des dem Verfahren gemäß der Erfindung zugrunde liegenden Prinzips dient.
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Bei geeigneter Festlegung der Parameter kann das Anzeigegerät 130
direkt in Volumeneinheiten geeicht werden.
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Das Verfahren gemäß der Erfindung ist also sehr einfach und rasch
durchzuführen. Besonders einfache Verhältnisse ergeben sich, wenn man bei der Messung
der Dosen der Rein- und Mischungsprobe einen Meßkopf der in Fig. 1 dargestellten
Art verwendet, bei dem nur ein durch die Geometrie des Meßkopfes bestimmter Teil
des Probenvolumens von der Meßeinrichtung erfaßt wird, da dann das Volumen der Proben
nicht besonders bestimmt zu werden braucht. Durch die gleichzeitige Messung der
Dosen der Rein- und Gemischtproben werden Umweltseinflüsse, z. B. Störungen durch
ein in der Nähe befindliches Röntgengerät, weitestgehend kompensiert.