DE1912187A1 - Auf vorwaehlbare Temperaturen einstellbare Sonde fuer medizinische Anwendungen - Google Patents

Description

• Auf vorwählbare Temperaturen einstellbare Sonde für medizinische Anwendungen.
• Die Erfindung betrifft eine auf vorwählbare, von der Körpertemperatur abweichende Temperaturen einstellbare Sonde für edizinische Anwendungen, insbesondere zur Prüfung von Gleichmewichtserhaltungsmechanismen durch thermische Reizung.
• In verschiedenen Bereichen der Medizin ist es wünschenswert, lokal begrenzte Bezirke des Gewebes oder des Knochengerüstes abzukühlen oder zu erwärmen. Die erforderlichen negativen oder positiven Temperaturdifferenzen gegenüber der Körpertemperatur können recht unterschiedlich sein. So werden bspw. in der Hals-Nasen-Ohren-Heilkunde zur Prüfung von Gleichgewiciitserhaltungsmechanismen u.ä. durch Temperaturreize im Ohr positive und nenative Temperaturdifferenzen bis zu etwa 7 Grad benötigt, die iiblicherweise durch Wasserspiilungen erzeugt werden. (Lit.: R.
• Mittermaier, "Die experimentellen Gleichgewichtsprüfungen, Hals-Nasen-Ohren-Heilkunde" Bd.III, Teil 1, Thieme-Verlag, Stuttgart 1965, S.581-642; M.Spector, "Dizziniess and Vertigo", Trune and Stratton, Inc., New York, London 1967, 5.56-67).
• Diese Methode hat den Nachteil der Infektionsgefahr und der an großen Trägheit hinsichtlich der Anwendung wechselnder Temperatiiren bei Mehrfachreizungen. Für chirurgische Anwendungen sind gekühlte Sonden mit Arbeitstemperaturen bis zu 16000 bekannt, die zum zerstörenden Einfrieren von Gewebepartien (Tumore u.ä.) zum Manipulieren der Augenlinse und für andere Zwecke verwendet werden. (Lit.: S.Molnar, K.P.Lange, J.H.Ziemann, "Der Urologe" 7(1968)107-109; A.A.Gage, M.J.Gonder, W.A.Soames, F.G.
• Emmings, "Military Medicine" (1967) S.550; E.R.Tjomas, "Transactions american Academy of Ophtalmology and Otolaryngology", Jan./Febr. 1967, 8.133). Diese Sonden werden durch Zirkulation von flüssigem Frigen bzw. Stickstoff oder durch Joule-Thomson-Entspannung von komprimiertem Frigen b.ä. gekühlt. Sie sind je nach verwendetem Kältemittel auf einen engen Temperaturbereich beschränkt. Darüber hinaus bereitet die Einstellung von Zwischentemperaturen Schwierigkeiten und eine Temperaturegelung der Sondenspitze ist kaum möglich.
• Andererseits ist aus der Elektrotechnik die Erzeugung von Kälte, mit Peltierelementen bekannt. Peltierelemente werden in Kiihl-Aggregaten von Klimaanlagen, Kühlschränken, Kühlboxen u.ä. verwendet (Lit.: bspw. DBP 1.229.557; E*Elein, H.Walz "Glas-Instrumenten-Technik" 11(1967)405-411; DAS 1.284.566).
• Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine neue medizinische Temperatur-Sonde zu entwickeln, bei der die Nachteile der bekannten Sonden vermieden sind. Das Kennzeichen der Erfindung ist darin zu sehen, daß eine einen elektrischen Temperaturfühler enthaltende, auswechselbare Sondenspitze aus wärmeleitfähiF*em Material vorgesehen ist, welche in einen Sondenträger eingreift, der mindestens ein Peltieralemant in Verbindung mit einem Wärmetauscher aufnimmt, wobei die Sondenspitze mit der einen thermischen Kontaktstelle des Peltierelementes in wärmeleitender Verbindung steht und die andere thermische Kontaktstelle des Peltierelementes über den Kontakt mit dem Wärmetauscher kühlbar ist, und daß eine in an sich bekannter Weise aufgebaute Regelschaltung vorgesehen ist, welche in Abhängigkeit von der einstellbaren Solltemperatur am elektrischen Temperaturfühler del1 Stromdurchgang durch das Peltierelement steuert. Eine derartige Sonde hat den Vorteil, daß Temperaturen in einem weiten Bereich unterhalb und oberhalb Körpertemperatur exakt und mit sehr geringer Verzögerung einstellbar sind uni über jede gewünschte Zeit konstant gehalten oder nach einem vorgegebenen Programm, auch im Wechsel zwischen kalt und warm, variiert Werden können.
• Im Zusammenhang der vorliegenden Anmeldung soll der Begriff Peltierelement ganz allgemein sämtliche elektrothermischen Anordnungen einschließen, bei denen durch Stromdurchgang eine Temperaturdifferenz zwischen einer Kaltstelle und einer Warmstelle eintritt. Insbesondere erweist es sich als zweckmäßig und nach dem gegenwärtigen Stand der Technik wegen der geringen Leistungsfähigkeit eines einzelnen Peltierelementes erforderlich, Kombinationen mehrerer Peltieralemente in der Form einer Batterie oder auch als Peltierkaskade, d.h. als Serienschaltung mehrerer Poltierbatterien anzuwendan.
• Um eine wirkungsvolle Kühlung des Wärmetauschere mit einfachen Mitteln zu erreichen, kann es zweckmdßig sein, daß der Wärmetauscher als mit Kühlrippen vernschener, luftkühlbarer Einsatz aus gut wärmelsitenden Material biidet ieto Es kKnn andererseits aber auch von Vorteil sein, daß der Wärmetauscher als flässigkeitsdurchströmberes Einsatzstück ausgebildet ist. Ein derartiger Wärsetauscher ermöglicht die Verwendung verschisdener Kühlmittel (bspw. Wasser, Eiswasser, Frigen, etc.) und dait eine Variation der Temperatur über einen größeren Bereich als bei Luftkühlung. Für einen kurzzeitigen Betrieb der Sonde kann es günstig sein, daß der Wärnetauscher eine für eine vorgegebene Betriebszeit bemessene Füllung eines Kühlmedium sufnimmt. Die Sonde wird in diesem Fall handlicher, da keine Zuleitungen für das Kühlsystem erforderlich sind.
• Un bei Bohandlungen im Körperinneren den temperaturreiz auf die gewünschte Gewaba- oder Knochenpartie beschränken zu können und um bei tiefen Temparturen die erforderliche lälteleistung zu vermindern, kann es zweckmäßig auin, daß die mit der Sondenspitze verbundens Änltstelle das @lbierelementes sowie ein Teiletück der Sondanspitze mit @ner Wärme@ plation umgeben sind. Es kann isbui norteilhaft seit, daß die Wärmeisolation als Vakuumantel @oxgebildet ist, Es kann ferner nä@@ch sein, @ @rfindung lerert auszubilden, l@f sur Schaffur, @i@r einel@l@@ @@@ apper @@r die Sondenspitze und das Peltierelement an einem als Wärmetauscher ausgebildeten Ring aus gut wärmeleitendem Material gehaltert sind, welcher von am Kopf befestigbaren rageteilen an einem entsprechend der Kopfform durchmesserveratellbaren Tragering aus schlecht wärmeleitendem Material getragen wird. Eine derartige Sonde ist besonders praktisch für Temperaturreizungen im Ohr, da nie am Kopf des Patienten gehaltert werden kann und sehr bequem zu handhaben ist. Es kann dabei von Vorteil sein, daß die Sondenspitze an einer mit einem Scharnier versehenen, am Ring verschiebbar befestigten Lasche klappbar vorgesehen ist, und daß als Wärmeübertraungsölement zwischen dem Feltierelement und dem Ring ein elastisches, gut wärmeleitendes Verbindungsstück vorgesehen ist. Eine derartige Ausbildung ermöglicht die genaue Justierung der Sondenspitze entsprechend der Lage des Ohrs am Kopf des Patienten. Ferner kann die. Sondenspite ausgewechselt werden, ohne daß die Vorrichtung vom Kopf des Patienten abgenommen zu werden braucht.
• Die Erfindung hat zahlreiche Vorteile gegenüber den bekannten Vorrichtungen. Es sind beliebige Temperaturen in einem weiten Bereich sowohl oberhalb als auch weit unterhalb Körpertemperatur einstellbar. Bekanntlich kann der Peltier-Effekt lediglich durch Umpolen des Stromes umgekehrt werden, d.h. im vorliegenden Fall kann die Sondenspitze sowohl gekuhlt als erwärmt werden. Ein Gerät nach der Erfindung kann damit für die verschiedensten Anwendungen sowohl als Reizgeber als auch zur Therapie oder in der Chirurgie eingesetzt werden, gegebenenfalls auch als Mehrzweckgerät. Neben der Einstellung von Temperatureinzelwerten kann die Temperatur im Gegensatz zu den bekannten Vorrichtungen lediglich durch Variation der Stromzufuhr zum Peltierelement nach einem vorgegebenen Programm variiert werden, was sowohl für diagnostische als auch für therapeutische Zwecke von besonderem Interesse ist. So sind bspw. Kalt/ Warm-Zyklen möglich oder es kann in vorgegebener Weise langsam abgckuhlt bzw. erwärmt werden. Es werden darüber hinaus Anwendungsgebiete erschlossen, die mit den bekannten Methoden nicht zugänglich waren, wie bspw. Ohrenuntersuch Trommelfellperforation oder Otitis externa, Mehrfachreizungen, etc. Ferner zeichnet sich die Erfindung durch eine einfache, betriebssichere Bauweise aus und ist bequem zu handhaben.
• In den figuren sind vorschiedene Ausführungsboispiole der Erfindung dargestallt; es zeigen Figur 1 einen Schnitt durch eine Sonde für eryochirurgische Anwendungen, Figur 2 einen vertikalen Schnitt durch eine als Rizgeber im Ohr anwendbare Sonde und Figur 3 eine Teilansicht des un 90° gedrchten Systems aus Figur 2.
• Wie Fig.1 zeigt, ist eine Sendenspitze (1) mittels einer Halterungsvorrichtung (2) an einer thermischen Kontaktstelle einer Peltierkaskade (3) befestigt. Anstelle der Peltierkaskade kann jedoch auch eine entsprechend leistungsstarke Peltierbatterie, ein Peltierelement c.ä. verwendet werden. Die Halterungsvorrichtung (2) ist heir als Schraubverbindung ausgebildet, in welche die auswochselbare Sondenspltze (1) eingeschraubt wird. Sie kann jedoch auch bspw. als Ster@verbindung, Rastverbindung oder auch Lötverbindung ausgebildet sein. Die andere thermischs Kontaktstelle der Feltierkaskade (3) ist mit einem Wärmetauscher (4) verbunden, der hier als von einem Kühlmedium durchströmter Hohlkörper ausgebildet ist. Der Wärmatauscher-Hohlkörper kann auch anders geformt sein als es in Fig.1 veranschaulicht ist, bspw. als Rohrschlange o.ä.
• Das Kühlmedium, bspw. Leitungswasser, Elswasser, Ealslösung o.ä., tritt durch einen Anschluß (5) in den Wärmetauscher (4) ein, durchströmt diesen unter Kühlung der Paltierkaskade (3) und tritt über den Anschluß (6) wieder aus dem System aus. Die Peltierkaskade (3), der Wärmetauscher (4) sowie die Zuleitungen (5,6) sind in ein Hüllrohr (7) eingesetzt, das Handgriff für die Sondenspitze (1) ausgebildet ist. Für kurzzeitigen Betrieb kann der Wärmetauscher auch als Behälter ausgebildet sein, der mit einem gewissen Vorrat an Kühlmedium (Z.B. Eis) gefüllt wird.
• Die Sondenspitze (1) ist im Ausführungsbeispiel als abgewinkelter Rundstab, bspw. aus Silber, mit abgerundeten freiem Ende ausgebildet. Sie kann jedoch auch beliebige andere Formen haben, bspw, gerade sein, ein dem speziellen Anwendungszweck entsprechend geformtes fraias Ende aufweisen, ziegsam sein o.ä. In Fig.1 ist die Sondenspitz@ teilweise von einer Wärmeisolation (8) umgeben. Als Wärmelsolation kann entweder ein Vakuummantel oder eines der trannten Zärmeisolationsmaterialien (bspw. Superisolierung) dienen, Eine entsprechende Wärmeisolation (9) umgibt such das mit dar Sonde bundene Ende der Feltierkaskale (ä) einschl rungsvorrichtung (2), Die Wärmeischlatien ( falls entfallen, wenn nur klein@@ @en@era über der Umgabung an der Sondenspl@@ einge Die Sondenspit @its aus einem @istarind bestehen, welches eins @ite Wäkzneleltfähigkeit and @@ns @@is @@ringe Wärmekapazität bes@tst. Ein in dieser Hinsicht besonders verteilhaftes Material ist Silber, das darüber hinaus wegen seiner entibakteriellen Wirkung such von nedizinischen Standpunkt Verteile besitzt. Weiters geeignets Materiallen sind @upfer, Alun@nium, Quarz u.a.
• In einer Bohrung (10) in der Sondenspitze (1) ist ein elektrischer Temperaturfühler (11) angeeränst, der über die Zuleitungen (12) an ein Ragelgerät (13) angeschlossen ist. Als Temperaturfühler (11) kann ein NTC-Widerstand (Thermistor, Kohlewiderstand) ein Thermoelement oder ein anderer zur Erfassung kleiner Temperaturdifferonzen im gewünschten Temport@rbereich geeigne-' ter temperaturfühler verwendet serden. Das Megelgerät (13) steht andererseits über eine Zuleitung (14) mit der Peltierkaskade (3) in Verbindung, so daß die der Peltierhaskade (3) zugeführte Stromstärke durch das Regelgerät (13) entsprechend den vom Temperaturfühler (11) abgegebenen Signalen variiert werden kann. Das Regelgerät entspricht dem Stand der Technik, ist zweckmäßigerweise sowohl für Notzbetrieb als auch fur Batteriebetrieb ausgebildet ud Lann eine Programmsteuerung der Temperatur der Sondenspitze ermöglichen.
• Fig.2 und 3 zeigen eine als Reizgeber für die Diagnostik und Therapie des Ohres ausgebildene Temperatursonde. Teile, die der Ausführungsform in Fig.1 entsprochen, sind mit derselben Ziffer bezeichnet und werden hier nicht noch einmal beschrieben. Anstelle einer Peltierkeskade ist hier eine Peltierbatterie (3') vorgesehen. Die Peltierbatterie (3') mit der Sondenspitze (1) ist sn einer verschiebbaren Lasche (15) aus gut wärmeleitenden Material (Cu, Al) befestigt, welche von einem Ring (16) getragen wird, der sbenfalls aus gut wärmeleitenden Material besteht und itt Kühlrippen (17) versehen ist. Die Kühlrippen (17) sind außen von einen Ring (17a) umgeben, der zur Erhöhung der Stabilität dient. Der Ring (16) steht mit der ihn umgebenden Ltift in Wärmeaustausch und dient hier als Wärmetauscher für die Peltierbatterie (3'). Die Lasche (15) weist ein Scharnier 913) auf, so daß die Sondenspitze (1) durch Verschieben der Lasche (15) in der Höhe verstellt und durch Abklappen des unteren Teils der Lasche (15) seitlich bewegt werden kann. Zur Wärmeübertragung zwischen der Peltierbatterie (3') und dem m Wärmetauscherring (16) sind elastische wärmeleitende Verbindungsstücke (19) (bspw. geflochtene Kupferbänder) vorgeschen.
• Der Riag (16) ist an der Innenseite mit einem Tragesyatem (20) verbunden, welches zweckmäßig aus einem elastischen schlecht wärieleitenden Material (z.B. Teflon oder Leder) besteht.
• Dieses Tragesysten dient zur Befestigung des Reizgerätes am Kopf des Patienten. Der Tragring (21) des Tragesystems (20) ist in Unfang verstellbar, so daß das Tragesysten (20) der Kopfgröße des Patienten genau angepaßt werden kann. Eine weitere Anpassungsmöglichkeit ist durch Verschieben der Sondenspitze (1) (einschließlich Peltierbatterie (3') und Lasche (15)) in vertikaler Richtung gegeben. durch Bewegen des.unteren Teils von Lasche (15) um das Scharnier (18) kann die Sondenspitze leicht in das Ohr des Patienten eingeführt oder wieder entfernt werden.
• Die in Fig.2 gezeigte Sondenspitze (1) ist an ihrem freien Ende als abnehmbare Kugel (1a) ausgebildet, kann Jedoch auch beliebig anders geformt sein.

Claims (8)

P a t e n t a n s p r ü c h e

1. Auf vorwählbare, von der Körpertemperatur abweichende Temperaturen einstellbare Sonde für medizinische Anwendungen, insbesondere zur Früfung von Gleichgewichtserhaltungsmechanismen durch thermische Reizung, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t, daß eine einen elektrischen Temperaturfühler (11) enthaltende, auswechselbare Sondenspitze (1) aus wärmeleitfähigen Material vorgesehen ist, welche in einen Sondenträger eingreift, der mindestens ein Peltierelement (3) in Verbindung mit eienm Wärmetauscher (4,16) aufnimmt, wobei die Sondenspitze (1) mit der einen thermischen Kontektstelle des Peltierelementes (3) in wärmeleitender Verbindung steht und die andere thermische Kontaktstelle des Peltierelementes (3) über den Kontakt mit dem Wärmetauscher (4,16) kühlbar ist, und daß eine in an sich bekanntor Weise aufgebaute Regelschaltung vorgesehen ist, welche in Abhängigkeit von der einstellbaren Soll temperatur am elektrischen Temperaturfühler (11) den Stromdurchgang durch das Peltierelement (3) steuert.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h. g e k e n n -z e i ¢ h n e t, daß der Wärmetauscher als mit Kühlrippen (17) verschener, luftkühlbarer Einsatz aus gut wärmeleitendem Material a@e gebildet ist.

3, Vorrichtung nach Anspruch 1, d a d u r a h g e k e n n -z o i c h n e t, daß der Wärmetauscher (4) als flüssigkeitsdurchströmbares Einsatatück ausgebildet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n -z e i ¢ h n e t, daß'der Wärmetauscher (4) eine für eine vorgegebene Betriebszeit bemessene Füllung eines Kühlmodiums aufnimmt.

5. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die mit der Sondenspitze (1) verbundene Kaltstelle des Peltierelementes (3) sowie ein Teilstück der Sondenspitze (1) mit einer Wärmeisolation (8,9) umgeben sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, , d a d u r e h g e k e n n -z e i c h n e t, daß die Wärmeisolation (8,9) als Vakuummantel ausgebildet ist.

7. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, d ad u r c h g e k e n fl o e i c h n e t, daß zur Schaffung einer einstellbaren Apparatur die Sondenspitze (1) und des Faltierelement (3) an einem als Wärmetauscher ausgebildeten Ring (16) aus gut wärmeleitendem Material gehaltert sind, welcher von am Kopf befatigbaren Trageteilen (20) an einem entsprschend der Kopfform durchmesserverstellbaren Tragering (21) aus schleicht wämeleitenden Material getragen wird.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, d a d u r c h g e k e n z e i c h n e t, daß die Sondanspitze (1) en einer mit einem Scharnier (18) versehenen, am Ring (16) verschiebbar befestigten Lasche (15) klappbar vorgesehen iot, und daß als Wärmeübortragungselement zwischen demPoltierelement (3) und dem Ring (16) ein elastisches, gut wärmeleitandes Verbindungastück (19) vorgeschen ist.