DE1466784B2 - Mechanisch-elektrokapazitiver Meßwertumformer für medizinische, vorzugsweise plethysmographische Messungen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen mechanisch-elektrokapazitiven Meßwertumformer für medizinische, vorzugsweise plethysmographische Messungen, mit einer in einem Träger verstellbar angeordneten Kapazitätselektrode, zu der ein Körperteil oder -organ eines Patienten die Gegenelektrode bildet.

Mit einem derartigen Meßwertumformer werden mechanische Größen, wie z. B. Bewegungen, über Kapazitätsänderungen in elektrische meßbare Größen umgesetzt, wodurch sich die vorteilhafte Anwendbarkeit in der Plethysmographie ergibt.

Als Plethysmographen wurden ursprünglich mit Flüssigkeit gefüllte, meist zylinderförmige, mit einer Registriervorrichtung verbundene Gefäße zum Aufzeichnen der von der Durchblutung abhängigen Volumenänderung völlig dicht eingeführter Glieder oder freigelegter Organe bezeichnet. Heute ist der Begriff der Plethysmographie aber dahingehend erweitert worden, daß darunter auch die Messungen von Volumenänderungen entsprechender Körperteile mittels mechanisch-elektrokapazitiver Anordnungen gerechnet werden.

Beispielsweise werden Messungen des Augenrollens beim Schlafen mittels etwa an einem Brillenrahmen befestigter Meßelektroden gleichfalls als Plethysmographie bezeichnet.

Bei Messungen der vorstehend geschilderten Art müssen auch kleinste Volumenänderungen, d. h. geringste Abstandsveränderungen zwischen dem Körperteil und der Meßelektrode, verläßlich festgestellt und registriert werden. Die Meßempfindlichkeit sinkt etwa quadratisch mit der steigenden Dicke des Luftspaltes zwischen der Elektrode und der Oberfläche des zu untersuchenden Objektes, und somit ist überdies eine äußerste Annäherung der Elektrode an das Körperteil notwendig. Andererseits muß bei der dadurch erhaltenen hohen Empfindlichkeit auch darauf geachtet werden, daß im Laufe der Untersuchung nicht in der Nähe des Untersuchungsortes befindliche andere Gegenstände durch parasitäre Kapazitäten die Meßergebnisse verfälschen.

Bei den bisher üblichen mechanisch-elektrokapazitiven Meßwertumformern sind einstellbare Elektroden bekannt, deren Einstellung unmittelbar von Hand vorgenommen wird. Dabei läßt es sich jedoch nie vermeiden, daß der Einfluß der Kapazität der Hand oder des Instrumentes, mit dessen Hilfe die Elektrode manipuliert wird, in die Messung eingeht. Gleichzeitig treten dabei auch kaum wahrnehmbare Verschiebungen des Trägers der Elektrode und damit auch der Elektrode selbst gegenüber dem Meßobjekt auf. Auch ist es kaum möglich, während der Messung mit der erforderlichen Genauigkeit die Dicke des Luftspaltes zu verändern. Aus diesem Grunde ist es praktisch auch unmöglich, eine entsprechende Eichung des Meßapparates durchzuführen, derart, daß direkt die Dicke des Luftspaltes bei einer bestimmten, vorher eingestellten Empfindlichkeit angezeigt wird. Neben den technischen Störungen ergeben sich zudem noch bei der Veränderung der Elektrodeneinstellung Störungen in physiologischer Hinsicht, da jede Unregelmäßigkeit unerwünschte Reaktionen in den zu untersuchenden Funktionen des Objektes hervorruft.

Eine gewisse Verbesserung bringt ein Verstellmechanismus für eine medizinische Elektrode in Form eines Mikromanipulators, der aus »IRE Trans on Bio-Medical Electronics«, BME-9 April 1962, Seite 138/139, bekannt ist. Hier kann zwar die Gefahr der Einführung parasitärer Kapazitäten herabgesetzt werden, aber die übrigen Nachteile bleiben bestehen. Die Stellschrauben des Manipulators lassen auf Grund ihres Totganges genaueste Messungen nicht zu, und die Meßbedingungen sind nicht reproduzierbar.

Zweck der Erfindung ist es, die Nachteile der bekannten Ausführungen zu beseitigen. Dies wird ίο dadurch erreicht, daß die Verstellmittel für die Elektrode hydraulischer Art sind und aus mehreren räumlich gegeneinander versetzt, vorzugsweise im Dreieck, an der Elektrode angreifenden Stellgliedern von Arbeitszylindern bestehen, die durch je eine Steuerleitung mit gegenüber Ableseskalen verstellbaren Steuerschiebern von Steuerzylindern in Verbindung stehen.

Auf diese Weise wird eine Einstellbarkeit der Meßelektrode gegenüber dem zu untersuchenden Körperteil erreicht, die bezüglich ihrer Feinheit von den bisher bekannten Meßwertumformern nicht erreicht wird. Außerdem können Änderungen der Einstellung der Elektrode ohne jegliche technische oder physiologische Störung am Meßort vorgenommen werden, wobei eine vollkommene Reproduzierbarkeit der Einstellung erzielt wird, da die Stellglieder der. Arbeitszylinder streng proportional den Wegen der Steuerschieber in den Steuerzylindern bewegt werden.

Weitere Vorzüge und Ausgestaltungsmerkmale des Umformers nach der Erfindung gehen aus den nachstehend an Hand von Zeichnungen erläuterten Ausführungsbeispielen hervor. Es zeigt F i g. 1 ein Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung in schematischer Darstellung,

F i g. 2 eine Ansicht der Elektrodenanordnung von unten,

F i g. 3 eine Teilschnittdarstellung der Lagerung der Elektrode auf der Trägerplatte und F i g. 4 ein anderes Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung.

In F i g. 1 sind zunächst drei Steuerzylinder, die hier als Injektionsspritzen 10,20,30 ausgeführt sind, zu erkennen, die in einem gemeinsamen Ständer 123 angeordnet sind. Die Ausgänge der Steuerzylinder sind mit Steuerleitungen 12, 22 und 32 verbunden, die über Dreiweghähne 11, 21 und 31 durch die Steuerleitungen 13, 23 und 33 zu den an einer Trägerplatte 55 angeordneten Arbeitszylindern 51, 52, 53 fortgesetzt sind. Am zweiten Ausgang der Dreiweghähne 11, 21 und 31 sind hydraulische Leitungen 41, 42 und 43 vorgesehen, die zu einem gemeinsamen weiteren Steuerzylinder 40 für die Druckflüssigkeit führen. Auch dieser weitere Steuerzylinder wird im dargestellten Beispiel durch eine Injektionsspritze dargestellt, durch deren Betätigung die gesamte Meßeinrichtung bei gleichzeitiger Entlüftung mit einer Druckflüssigkeit (Wasser, Öl u. dgl.) gefüllt wird.

Wenn die Dreiweghähne 11,21 und 31 derart eingestellt sind, daß jede Injektionsspritze 10, 20 und 30 mit dem zugehörigen Arbeitszylinder 51, 52 und 53 verbunden ist, so kann jeder Arbeitszylinder individuell durch Verschiebung der zugehörigen Steuerschieber der Steuerzylinder, das ist der Kolben der Injektionsspritze 10,20 und 30, eingestellt werden. Auf diese Weise ist es möglich, die Elektrode 50 nicht nur bezüglich ihres Abstandes, sondern auch bezüglich ihrer Neigung einerseits zur festen Träger-

platte 55, und andererseits zum Meßobjekt einzustellen.

Wenn jedoch die Dreiweghähne 11, 21 und 31 derart eingestellt werden, daß der gemeinsame weitere Steuerzylinder 40 gleichzeitig mit allen Arbeitszylindem 51,52 und 53 verbunden ist, dann kann bei Betätigung seines Steuerschiebers eine Translationsbewegung der Elektrode 50 entlang ihrer Achse mit höchster Genauigkeit erzielt werden.

Schließlich können die Dreiweghähne 11, 21 und 31 auch so eingestellt werden, daß sowohl die Injektionsspritzen 10,20 und 30 als auch der gemeinsame weitere Steuerzylinder 40 mit den Arbeitszylindern 51, 52 und 53 verbunden sind.

In F i g. 2 sind die Steuerleitungen 13, 23 und 33 von den Dreiweghähnen zu den auf der ortsfesten Trägerplatte 55 angeordneten strichliert angedeuteten Arbeitszylindern und die die Trägerplatte überragende Elektrode 50 dargestellt.

In F i g. 3 ist die detaillierte Ausbildung eines Ar- so beitszylinderns zu erkennen. Die Ausführung umfaßt ein Stellglied, das als Beutel 56 aus Gummi oder ähnlichem Material ausgebildet und an den in die Trägerplatte 55 eingesetzten Anschluß 57 angeschlossen ist. Der Beutel 56 ist in einer Dose 54, die fest in einer Fassung 63 gehaltert ist, gelagert. Es sind drei Fassungen 63 auf einer gemeinsamen Platte vorgesehen, die vorzugsweise im Dreieck angeordnet sind. Auf der anderen Seite der Platte ist mittels einer Isolationsunterlage 59 die Elektrode 50 befestigt, die durch einen elastischen Streifen 58 oder eine Feder leicht zur Trägerplatte 55 hin gespannt wird. An die freien Enden der Anschlüsse 57 sind dann die Steuerleitungen 13, 23 und 33 (F i g. 1) angeschlossen.

In F i g. 4 wird die Bewegung der Flüssigkeitssäule und damit die Bewegung der Stellglieder der Arbeitszylinder 51, 52 und 53 durch als kalibrierte Pipetten 15,25 und 35 ausgeführte Steuerzylinder bemessen. Die Pipetten sind über Einweghähne 16, 26 und 36 sowie über die Anschlußleitungen 17, 27 und 37 mit einem gemeinsamen Druckgefäß 45 zur Einspeisung von Druckluft verbunden. Dieses Gefäß kann beispielsweise als ein aufgeblasener Gummiballon ausgebildet sein. Mittels der Einweghähne 16, 26 und 36 werden dann Verschiebungen der Flüssigkeitssäulen in den einzelnen Pipetten 15, 25 und 35 mit Hilfe der als Steuerschieber wirkenden Luftsäulen bewirkt, woraus sich dann entsprechende Verschiebungen der (in diesem Fall nicht dargestellten) Stellglieder der Arbeitszylinder 51, 52 und 53 ergeben. Die nicht dargestellten Arbeitszylinder sind mit den Pipetten 15, 25 und 35 mittels der Steuerleitungen 13, 23 und 33 verbunden.

Die weitere Anschlußleitung 47 und der in dieser angeordnete weitere Einweghahn 46, dessen Ausgang mittels eines Vierweghahnes 48 und T-Stücken 18, 28 und 38 an die kalibrierten Pipetten 15, 25 und 35 angeschlossen ist, ermöglichen eine simultane Verschiebung der Flüssigkeitssäulen in allen drei Pipetten 15, 25 und 35. Auf diese Weise kann wiederum eine Translationsverschiebung der Elektrode 50 gegen ihre feste Trägerplatte 55 erzielt werden.

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Mechanisch-elektrokapazitiver Meßwertumformer für medizinische, vorzugsweise plethysmographische Messungen mit einer in einem Träger verstellbar angeordneten Kapazitätselektrode, zu der ein Körperteil oder -organ eines Patienten die Gegenelektrode bildet, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstellmittel für die Elektrode hydraulischer Art sind und aus mehreren räumlich gegeneinander versetzt, vorzugsweise im Dreieck, an der Elektrode (50) angreifenden Stellgliedern von Arbeitszylindern (51, 52, 53) bestehen, die durch je eine Steuerleitung (12, 13; 22, 23; 32, 33) mit gegenüber Ableseskalen verstellbaren Steuerschiebern von Steuerzylindern (10, 20, 30; 15,25,35) in Verbindung stehen (F i g. 1).

2. Meßwertumformer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wege der Stellglieder der Arbeitszylinder (51, 52, 53) proportional den Wegen der Steuerschieber der Steuerzylinder (10, 20, 30; 15, 25, 35) sind.

3. Meßwertumformer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerzylinder mit den verstellbaren Steuerschiebern Injektionsspritzen (10, 20, 30) sind.

4. Meßwertumformer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß mittels Dreiweghähnen (11,21,31) an die Steuerleitungen (12,13; 32, 23; 32, 33) ein weiterer Steuerzylinder (40) über hydraulische Leitungen (41, 42, 43) angeschlossen ist (Fig. 1).

5. Meßwertumformer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerzylinder Pipetten (15, 25, 35) sind und die Steuerschieber durch Luftsäulen gebildet werden, die von einer Druckluftspeisung herrühren (F i g. 4).

6. Meßwertumformer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckluftspeisung ein Druckgefäß (45) umfaßt, das einerseits über Anschlußleitungen (17,27 und 37) mit Einweghähnen (16,26,36) zur individuellen Speisung der Pipetten (15, 25, 35) und andererseits über in die genannten Anschlußleitungen (17, 27 37) geschaltete T-Stücke (18, 28, 38), einen Vierweghahn (48) und eine den T-Stücken gemeinsame weitere Anschlußleitung (47), mit den Pipetten (15, 25, 35) verbunden ist (Fig. 4).

7. Meßwertumformer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellglied jedes Arbeitszylinders (51,52,53) aus einem elastischen Beutel (56) besteht, der am Anschluß (57) der Steuerleitungen (13,23, 33) dicht aufgesetzt ist, in einer Dose (54) geführt wird, sich auf eine Trägerplatte (55) aufstützt und an einer mit der Elektrode (50) verbundenen Platte angreift (F i g. 1 und 3).

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen