DE1954058A1 - Medizinischer Sender - Google Patents

Description

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Oszillator aktiviert und gleichzeitig den Oszillator moduliert. Dementsprechend erfordert der Sender keine herkömmliche Stromversorgung, wie eine Batterie undeinen externen, ausserhalb des Körpers befindlichen Energiesender.

Beschreibung

Diese Erfindung betrifft einen medizinischen Miniatur-Sender zum Ermitteln einer physiologischen Veränderlichen in einem menschlichen Körper und zum Senden eines Signals an einen Empfänger,
der sich ausserhalb des menschlichen Körpers befindet, und insbesondere betrifft sie einen oral verschluckbaren Miniatur-Sender zur Messung des pH-Wertes oder irgend einer anderen Veränderlichen im Magen-Darm-Trakt.

Die physiologischen Veränderlichen im menschlichen Körper, wie
der pH-Wert und der Magendruck, wurden bis jetzt unter Verwendung eines Magenschlauches gemessen, der von den Patienten verschluckt wird. Erstens verursacht der Magenschlauch Schmerzen, und zweitens kann man mit ihm schwer den pH-Wert oder den Druck im Darm messen. Seit kurzem wird solchen Nachteilen erfolgreich begegnet durch die Verwendung von Radiofernmesskapseln. Sie lieferten
brauchbare Informationen für die Forschung in der Medizin. Ein
breiter Überblick über diese Geräte kann z.B. aus den folgenden Literaturstellen gewonnen werden:

Mackay: Radiotelemetering from within the Human Body. IRE Transactions on Medical Electronics,
Vol. ΜΕ-β, No. 2, pp. 100-105, Juni 1959.
Nagumo et al.: Echo Capsule for Medical Use

(A Battery less Endoradiosonde)
IRE Transactions on Bio-Medioal Electronics,
Vol. BME-9, No. 3, pp. 195-199, JuIi 1962.
USA-Patentschrift 3 133 537, Muth .... 19. Mai 1964

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Die herkömmlichen Geräte zur drahtlosen Messung einer physiologischen Veränderlichen in einem menschlichen Körper werden von einer Batterie oder dgl. betrieben, die in das Gerät eingeschlossen ist, oder sie werden von aussen drahtlos mit Energie versorgt. Die Verwendung einer Batterie oder dgl. macht das Gerät grosser und komplizierter. Ein von aussen mit Energie versorgtes Gerät benötigt einen externen En^ergiesender und wird gewöhnlich in einem abgeschirmten Raum betrieben.

Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist dementsprechend ein medizinischer Sender, der eine physiologische Veränderliche in einem menschlichen Körper messen kann, ohne eine herkömmliche Batterie oder dgl. als integralen Teil des medizinischen Senders zu verwenden.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist ein medizinischer Sender, der eine physiologische Veränderliche in einem menschlichen Körper messen kann, ohne einen extei^en, ausserhalb des menschlichen Körpers angeordneten Energiesender zu verwenden.

Diese und andere Ziele der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung deutlich werden, wenn diese in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen betrachtet wird, in denen

Fig. 1 ein Blockdiagramm des medizinischen Senders zur Messung einer physiologischen Veränderlichen in einem menschlichen Körper gemäss der vorliegenden Erfindung ist.

Fig. 2 ist eine Ausführungsform des medizinischen Senders gemääs Fig. 1.

Fig. 5 ist die Kurvenform einer Spannung in dem medizinischen Sender gemäss-Fig. 2.

Fig. 4 ist die Beziehung zwischen einer Spannung aufgrund einer physiologischen Veränderlichen und verschiedenen Zeitintervallen,

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die von dem medizinischen Sender gemäss Fig. 2 erzeugt wird.

Fig. 5 ist eine Ausführungsform einer bevorzugten Schaltung des medizinischen Senders gemäss der vorliegenden Erfindung.

Fig. 6 ist eine Reihe von Wellenformen, die vom medizinischen Sender der Fig. 5 erzeugt werden.

Fig. 7 ist die Beziehung zwischen dem pH-Wert und der EMK einer Antimonelektrode in Bezug auf eine gesättigte Karomelelektrode. ( caromel electrode ).

Ein medizinischer Sender gemäss der vorliegenden Erfindung besteht aus einem Detektor zur Erzeugung einer Spannung, die mit einer physiologischen Veränderlichen in einem menschlichen Körper in Beziehung steht, aus einem Begrenzernetzwerk, einer Speicherkapazität und einem Oszillator, und sein Arbeitsmechanismus basiert auf dem neuartigen Prinzip, dass die Spannung vom Detektor einen Oszillator betreibt und ihn gleichzeitig moduliert.

Gemäss Fig. 1 besteht der medizinische Sender, der ein elektrisches Signal entsprechend einer physiologischen Veränderlichen in einem menschlichen Körper aussenden kann, aus einem Detektor 1 mit zwei Detektorklemmen 5 und 6, die die mit der physiologischen Veränderlichen in Beziehung stehende, ermittelte Spannung E liefern, aus einem Begrenzernetzwerk 2 mit zwei Eingangsklemmen 5¹ und 6¹, die mit den Klemmen 5 und 6 verbunden sind, und mit zwei Ausgangsklemmen 7* und 8', die einen Begrenzerstrom I liefern, aus einer Speicherkapazität 3 der Grosse C , die an den beiden Anschlüssen 7" und 8'' mit den beiden Ausgangsklemmen und 8' verbunden ist, und aus einem Oszillator 4 mit zwei Erregungsklemmen 7 und 8, die mit den Anschlüssen 7" und 8¹ ' der Speicherkapazität verbunden sind, und der keine Batterie oder dgJ- enthält. Der Oszillator 4 beginnt mit der Erzeugung einer .Schwingung mit der Frequenz f,wenn eine Spannung zwischen den beiden Erregungsklemmen 7 und 8 bis zu einer Startspannung V.

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ansteigt, und er beendet den Schwingvorgang, wenn die Spannung an den Klemmen J und 3 unter eine Stopspannung V absinkt. Durch den Oszillator 4 fliesst ein Leckstrom I, beim Verschwinden der Schwingung und ein Betätigungsstrom I während des Schwingvor-

ganges, wodurch die folgende Beziehung entsteht:

wobei (I₁) _v der Maximalwert des Lecks tromes I₁ ist, (I) . und

(I) ein Minimal- und ein Maximalwert des Begrenzerstromes I

ΤΠ3-Χ

sind und (I₀) . und (I ) „,, ein Minimal- und ein Maximalwert a mm a max

des Betatigungsstromes I sind.

Der Einfachheit halber wird die Spannung zwischen den beiden arregungsklemmen 7 und 8 definiert als eine Erregangsspannung V. Es ist notwendig, dass das Begrenzernetzwerk 2 ein passives Viornolnetzwerk ist, das keine Batterie oder dgl. enthält. Im allgemeinen werden der Begrenzerstrom I, der Leckstrom I, und der Betätigungsstrom I als Veränderliche mit der Zeit definiert, wie es'hierin später erklärt wird.

Ein Oszillator 4, der die folgenden Bedingungen erfüllt:

V„ln

^Vt > \

kann einen medizinischen Sender bilden, der die Beziehung (1) erfüllt durch Steuerung der Detektorspannung E und des Begrenzernetzwerkes 2. Der die Beziehung (1) befriedigende medizinische Sender arbeitet immer mit einer aussetzenden Oszillation. Wenn dor Oszillator 4 mit einer Erregungsspannung V versorgt wird, die kleiner ist als die Startspannung V., dann schwingt er nicht

Xj

und der Begrenzers trom I ist grosser als der Leckstrom I,. Dementsprechend wird die Speicherkapazität J> immer weiter durch einen I) trom aufgeladen, der sich aus der Differenz zwischen dem Begrenzerstrom I und dem teGk&tpQXh Iy i^&fÜt» bis die Erregungsspannung

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V auf die Startspannung V, angestiegen ist, und dann beginnt der Oszillator 4 zu schwingen.

Wenn der mit einer über der Stopspannung V liegenden Erregungs-

spannung V versorgte Oszillator 4 schwingt, dann ist der Betätigungsstrom I grosser als der Begrenzerstrom I. Dementsprechend a

wird die Speicherkapazität 3 mit einem Strom entladen, der sich aus der Differenz zwischen dem Betätigungsstrom I und dem Begren zerstrom I ergibt, bis die Erregungsspannung V unter die Stopspannung V absinkt und die Sciiwingung verschwindet.

Die Beziehung (I )_mav ^C Co.f. (V. -V ), die aus der Beziehung (1) abgeleitet ist, ermöglicht es dem Oszillator 4, viele Sehwingungszyklen mit der Frequenz f während eines Zeitintervalls zu wiederholen, indem der Oszillator 4 schwingt. Der medizinische Sender der vorliegenden Erfindung arbeitet deshalb immer mit aussetzender Schwingung.

Der Einfachheit halberwerden ein Zeitintervall, in dem der Oszillator 4 nicht schwingt, und ein Zeitintervall, in dem der Oszillator 4 schwingt, als Nichtschwingperiode t, bzw. als Schwingperiode tg definiert. Ein Zeitintervall, welches die Summe aus den Perioden t-, und t_o ist, wird als Periode T der aussetzenden Schwingung bezeichnet.

Die Nichtschwingperiode t, und die Schwingperiode t₂ sind eine Punktion des Begrenzerstromes I, der eine Punktion der ermittelten Spannung E ist. Deshalb ist die Periode T des medizinischen Senders auch eindeutig eine Punktion der ermittelten Spannung E. Demgemäss kann der medizinische Sender gemäss der vorliegenden Erfindung ein elektrisches Signal senden, welches einer physiologischen Veränderlichen in einem menschlichen Korper entspricht.

Um ein elektrisches Signal auszusenden, welches exakt einer physiologischen Veränderlichen entspricht, muss die Periode T der aussetzenden Schwingung sehr viel kürzer sein als ein Zeitintervall, welches einem Zyklus der höchsten Frequenz in einer physiologischen

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Veränderlichen entspricht. Wenn die Schwingfrequenz f eine Mittelfrequenz ist oder darüber liegt, dann ist dadurch diese Forderung leicht erfüllt, da die höchste Frequenz einer physiologischen Veränderlichen gewöhnlich nicht über 100 Hz liegt.

Gemäss Fig. 2 besteht das Begrenarnetzwerk 2 aus einem Begrenzungswid

sich auf

zungswiderstand 9 der Grosse R , und die Beziehung (l) reduziert

· ^Ro < ^E < ^Vp ⁺ <Vmin · ^R

und die Beziehung (2) reduziert sich auf

Bei dem die obigen Beziehungen (4) und (5) befriedigenden medizinischen Sender hat eine Erregungsspannung V z.B. die Wellenform gemäss Fig. 3. In dieser Figur ist das Zeitintervall (a) bis (b) die Nichtschwingperiode t, und das Zeitintervall (a) bis (c) die Periode T der aussetzenden Schwingung.

Gemäss Fig. 4 ist.die Nichtschwingperiode t, unendlich bei einer kritischen Spannung E, , die über der Startspannung V₊. liegt. Wenn der Leckstrom I " bei steigender Erregungsspannung V ansteigt, dann ist die kritische Spannung E, gleich

E₄. - V₄. + (I₁L^ . R
ζ t l. max ο

Wenn E<£ E. , dann ergibt die höhere Detektorspannung E einen höheren Begrenzerstrom I und dementsprechend eine kürzere Nichtschwingperiode t^· Die Schwingperiode t₂ ist bei einer Spannung unendlich, die als Übergangsspannung E₀ definiert wird. Wenn der Betätigungss-trom I abnimmt bei abnehmender Erregungsspannung V, ist die

el

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Übergangsspannung E gleich

^Ec =^Vp ⁺ ^aW · ^Ro

Wenn E <<, E , dann ergibt die niedrigere Detektorspannung E einen niedrigen Begrenzerstrom I und dementsprechend eine kürzere Schwingperiode tp. Schliesslich strebt die Schwingperiode t₂ einem endlichen Wert zu, wenn sich die Detektorspannung E der kritischen Spannung E nähert.

Infolgedessen ist die Periode T der aussetzenden Schwingung unendlich, wenn die Detektorspannung E gleich der kritischen Spannung E oder der Übergangsspannung E ist. Wieder gemäss Fig.

Xi C

ist die Periode T der aussetzenden Schwingung unempfindlich gegen eine leichte Änderung der Detektorspannung E bei einer Umkehrspannung Ε», nahe der eine Abnahme in t-, aufgrund einer leichten Erhöhung von E gleich ist einer Zunahme von tg aufgrund einer leichten Erhöhung von E. Wenn eine Detektorspannung E im Bereich

E_t4. E <E_f (7)

liegt, wird die Periode T der aussetzenden Schwingung kürzer, wenn die Detektorspannung ansteigt. Wenn eine Detektorspannung E im Bereich

E_f<E<E_c (8)

liegt, dann wird die Periode T länger, wenn die Detektorspannung E ansteigt. Bei E>E_C bleibt der Oszillator 4 in kontinuierlicher Schwingung. Bei E<E, tritt keine Schwingung auf. Beide Bereiche gemäss (7) und (8) machen es möglich, ein elektrisches Signal entsprechend einer physiologischen Veränderlichen zu senden.

Gemäss der Erfindung wurde entdeckt, dass eine Verwendung des ersteren Bereiches, d.h. E,<,E^E-,, eine bessere Stabilität der Periode T der aussetzenden Schwingung des medizinischen Senders prgibt, als die Verwendung des zweiten Bereiches, d.h. E^J wenn die folgenden Beziehungen erfüllt sind:

OOÖÖ2Ö/0963

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•^Ro

(ι L_1n >io (I₁)^_x (8)»'

Ein unter Bezugnahme auf Fig. 1 erklärter medizinischer Sender wird zufriedenstellend verwirklicht durch Verwendung von irgendeinem abgestimmten Transistoroszillator, der die Beziehungen (2) und (3) erfüllt. Wenn der abgestimmte Transistoroszillator für den medizinischen Sender mit einem Blockdiagramm gemäss Fig. 2-verwendet wird, dann bringt eine Anordnung mit E,=O,5V und E_f=2,0V eine Kombination aus einer· höheren Stabilität für T und einem weiteren Messbereich, und ermöglicht die stabile Messung einer Detektorspannung E, die die folgende Beziehung gemäss der vorliegenden Erfindung erfüllt:

0,5 Volt <C E ^£2,0 Volt (9)

In Fig. 5 kennzeichnen ähnliche Bezugszeichen ähnliche Elemente wie in den Fig. 1 und 2. Ein Detektor 1 besitzt zwei Elektroden 1β und 17 und erfüllt die Beziehung (9). An die Klemmen 5 und β des Detektors ist ein abgestimmter Trans is tiroszilla tor 4 über den Begrenzungswiderstand 9 und die Speicherkapazität 3 angeschlossen. Die Speicherkapazität 3 liegt zwischen zwei Erregungsklemmen 7 und 8. Der Begrenzungswiderstand 9 liegt zwischen der Detektorklemme 5 und der Erregungsklemme ¹J.

Der abgestimmte Transistoroszillator 4 ist ein Hartley-Oszillator, der schwingt, wenn eine Batterie an die beiden Erregungsklemmen 7 und 8 angeschlossen wird, und er besteht aus einem npn-Transis tor 10, einer Abstimmkapazität 11 der Grosse C, Abstimmspulen 12 und 13 mit der Selbstinduktiv!tat L₁ und L_p, einer Rückkopplungskapazität 14 der Grosse C, und aus einem Bas isνorspannungswiderstand L5 der Grosse R,. Die Abstimmkapazität 11 und die Abstimminduktivitäten 12 und 13 arbeiten als Abstimmkreis, der die Schwingfrequenz f des abgestimmten Transistoroszillators 4 bestimmt.

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Um die Beziehungen (8)^l! und (3) befriedigen zu können, wird das Induktiv!tätsverhältnis L₂/L, mindestens 1 gemacht, was grosser ist als bei dem herkömmlichen Hartley-Oszillator.

Während der abgestimmte Transistoroszillator 4 nicht schwingt fliesst ein kleiner Gleichstrom, der dem Leckstrom I, entspricht und mit der statischen Kennlinie des Transistors 10 übereinstimmt, in der Hauptsache in den Kollektor des Transis-turs 10 durch die Induktivität 12 und teilweise in die Basis des Transistors durch die Induktivität 15 und den Vorspannungswiderstand 15. Die Speicherkapazität ;5 kann aufgeladen werden, so dass eine Erregungsspannung V allmählich ansteigt, da der Widerstand R des Begrenzers 9 so gewählt ist, dass ein Begrenzers trom I fHessen kann, der viel grosser ist als der Leckstrom I,. Bei diesem Anstieg der Erregungsspannung kann der Leckstrom I, ansteigen, und der Verstärkungsfaktor des Transistors 10 kann ebenfalls ansteigen .

Wenn die Erregungsspannung V die Startspannung V_fc erreicht*, ist, wird der Verstärkungsfaktor des Transistors 10 so gross, dass der Oszillator schwingen kann. Wenn die Schwingung einmal eingesetzt hat, wird eine zum Transistor 10 fliessende Gleichstromkomponente zum Betätigungsstrom I_Q , der viel grosser ist als der Leckstrom I, wegen der Nichtlinearität der Emitter-Basis-Kennlinie des Transistors 10. Dann wird die Speicherkapazität 3 über den Transistoroszillator 4 entladen, da der Wert R des Begrenzungswiderstandes 9 so gewählt ist, dass der Begrenzerstrom I viel kleiner als der Betätigungsstrom I ist. Die Erregungsspannung V fällt allmählich ab, während der Betätigungsstrom I₀ abnimmt.

Wenn die Erregungsspannung V bis auf die Stopspannung V abgesunken ist, wird der Versttrkungsfaktor V so klein, dass der Transistoroszillator die Schwingung nicht aufrecht erhalten kann. Die Schwingung hört auf, und der Oszillator kehrt in seinen Anfangszustand zurück, bei dem nur ein kleiner, dem Leckstrom I^

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entsprechender Strom in den Oszillator hineinfliesst.

Nach einem solchen Verfahren erzeugt der medizinische Sender nach Fig. 5 die aussetzende Schwingung. ■

Die Arbeitsweise des medizinischen Senders nach.Fig. 5 wird deutlich werden aus der Fig. 6. Die Erregungsspannung V schwankt

zwischen V. und V , wie es in Fig. 6 (a) gezeigt wird, und der ζ ρ

Begrenzerstrom schwankt zwischen (I) . und (I) gemäss Fig. 6 (b). Der zum abgestimmten Transistoroszillator 4 fliessende Strom ändert sich in einem weiten Bereich, und seine Wellenform besitzt zwei Sprungpunkte zu Beginn und am Ende jeder Schwingung gemäss Fig. 6(c), in der die Ordinate logarithmisch geteilt ist. Eine Spannung A zwischen dem Kollektor und dem Emitter des Transistors 10 ändert sich gemäss Fig. 6(d), und eine Spannung B über der Abstimmkapazität 11 ändert sich gemäss Fig. 6(e).

Als Beispiel kann ein medizinischer Sender mit E,=0,5V und E_f=2,0V gebildet werden unter Verwendung der in Tabelle 1 angegebenen Bauelemente, und seine tatsächlich gemessenen Leistungsdaten werden in Tabelle 2 gezeigt. T, t^ und tg über E werden für den medizinischen Sender in Fig. k- gezeigt.

Selbstverständlich ist der hierin definierte abgestimmte Tran-'"^"sistoroszillator nicht auf den Hartley-Oszillator begrenzt, sondern jeder andere' abgestimmte Transistoroszillator, wie der CoI-pitts-Oszillator oder der Oszillator mit abgestimmtem Kollektor, ist im wesentlichen zufriedenstellend.

Der in Fig. 5 gezeigte abgestimmte Trans is tor oszillator k enthält mit Absicht einen Abstimmkondensator 11. Es ist jedoch auch möglich, eine Abstimmschaltung zu verwenden, die keine Abstimmkapazität enthält. Man kann z.B. einen Abstimmkreis verwenden, der aus den Abstimminduktivitäten 12 und IJ, einer Streukapazität in den Abstimminduktivitäten 12 und IJ und anderen e und eine Kapazität zwischen den Elektroden des Transistors besteht.

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- 12 Tabelle 1

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Begrenzerwiderstand 9	(V	100	k_/\
Speicherkapazität 3		0,22 /uF
Transistor 10	(C)	2SC829
Abstimmkapazität 11	(L2A1)	2	pF
Induktivi tätsverhältnis		16
Q-Wert der Abstimmspule	(V	90
RückkopDlungskapazität 14	(V	560	pF
Basisvorspannungswiderstand 15	(f)	50	k-n.
S chw ingungs frequenz	2	MHz

Tabelle 2

S tartspannung	Vt	0,467	V
Stopspannung	V P	0,194	V
Maximalwert des Leckstromes	ir	0,3	/UA
Minimalwert des Betätigungs- s tromes	(I )	22	/
Maximalwert des Betätigungs- s tromes	* a''max	480	/UA
kritische Spannung	Et	0,499	V
ÜbergangsSpannung	Ec	2,35	V
Umkehrs pannung	Ef	2,08	V

Eine Verwendung eines pH-Wert-Sensors für den obigen Detektor in irgendeiner der Fig. 1, 2 "und 5 ergibt einen medizinischen Sender zur Übertragung eines elektrischen Signals entsprechend

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dem üH-Wert in einem Magen-Darm-Trakt. Wenn der Sender gemäss Fig. 5 zur Messung des pH-Wertes verwendet wird, dann ist der zur Verwendung damit vorgesehene pH-Sensor vorzugsweise mit einer Detektorspannung im Bereich von 0,5V und 2,0V ausgerüstet.

Der pH-Sensor besteht gewöhnlich aus zwei Elektroden, von denen die eine eine pH-empfindliche Elektrode und die andere eine Bezugselektrode ist, wie gut bekannt ist. Der als Detektor 1 in Fig. 5 verwendbare pH-Sensor besitzt als pH-empfindliche Elektrode eine Elektrode aus Antimon, Molybdän, Wolfram, Germanium oder Silizium, und als Bezugselektrode eine Elektrode aus Zink, Mangan, Magnesium oder einer Zink-Magnesium-Legierung. Der medizinische Sender mit diesem pH-Sensor hat eine ziemlich hohe Empfindlichkeit für hohe pH-Werte und ist deshalb geeignet zur Messung des pH-Wertes im Darm.

Andererseits besitzt ein pH-Sensor, der für Messungen im Magen geeignet ist, eine pH-empfindliche Elektrode aus Antimon, Molybdän, Wolfram, Germanium oder Silieium, und eine Bezugselektrode aus Vanadiumpentoxid, Nickelsesquioxid, Mangandioxid oder Bleidioxid. Der diesen pH-Sensor verwendende medizinische Sender ist durch eine ziemlich hohe Empfindlichkeit bei niedrigen pH-Werten ge kennz e ichne t.

Von diesen verwendbaren pH-Sensoren besitzt eine Kombination aus einer Antimon- und einer Zinkelektrode die stabilste Beziehung zwischen dem pH-Wert und der Detektorspannung.

Gemäss Fig. 7 erzeugt eine Antimonelektrode eine EMK von etwa -0,15 V und von etwa -0,^5 V in einer Lösung mit pH2 bzw. pH8. Die EMK, auf die hierin Bezug genommen wird, wird in Bezug auf die einer gesättigten Karomelelektrode gemessen. Die EMK der Antimonelektrode schwankt um etwa 0,05 V je pH-Einheit im Bereich von pH2 bis pH8, der den pH-Bereich im Magen-Darm-Trakt einschliesst.

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Andererseits zeigt die EMK der Zinkelektrode nur eine geringe Änderung mit dem pH-Wert und beträgt etwa -1,1 V im Bereich von pH2 bis pH8.

Dementsprechend erzeugt ein pH-Sensor mit der Antimon- und der Zinkelektrode eine Detektorspannung E von 0,95 V und 0,65 V bei pH2 bzw. pH8. Die Detektorspannung E verändert sich um etwa 0,05 V je pH-Einheit im Bereich von pH2 bis pH8.

Eine Bezugselektrode, die aus Zink, Magnesium, Mangan oder einer Zink-Magnesium-Legierung besteht, hat eine negative Spannung in Bezug auf die oben erwähnte pH-empfindIicne Elektrode. Deshalb sollte eine aus einem solchen Metall bestehende Bezugselektrode mit der Klemme β verbunden werden, wenn der Transistor 10 ein npn-Trans is tor ist, bzw. mit der Klemme 5 bei einem pnp-Transistor verbunden werden.

Im Gegensatz dazu hat eine Bezugselektrode aus Vanadiumpentoxid, Nickelsesquioxid, Mangandioxid oder Bleidioxid eine positive Spannung in Bezug auf die oben erwähnte pH-empfindliche Elektrode Deshalb sollte die aus einem solchen Metalloxid bestehende Elektrode mit der Klemme 5 im Fall eines npn-Transistors 10 und mit der Klemme 6 im Fall eines pnp-Transistors 10 verbunden werden.

Das elektrische Signal vom medizinischen Sender wird von einer Antenne aufgefangen und mit einem herkömmlichen Hochfrequenzverstärker verstärkt. Das verstärkte Signal wird dann z.B. in eine Analogspannung umgesetzt, die der Periode T der aussetzenden Schwingung enfepricht, und wird schliesslich auf einem Messinstrument angezeigt, aufgezeichnet oder graphisch dargestellt. Als Ergebnis kann eine physiologische Veränderliche in einem menschlichen Körper drahtlos gemessen werden.

Allgemein kann als Speicherkapazität 3 jedes Element verwendet werden, das elektrische Ladung speichern kann. Z.B. kann eine spannungsabhängige oder eine spannungsunabhängige Kapazität als

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Speicherkapazität 3 verwendet werden. Die Verwendung einer spannungsabhängigen Kapazität kann die Linearität der Ladekennlinie verbessern. Dementsprechend kann die Stabilität der Periode T der aussetzenden Schwingung verbessert werden, insbesondere die Stabilität in einem Bereich der Detektorspannung E nahe der kritischen Spannung E .

Xr

Das Begrenzernetzwerk 2 kann auch spannungsabhängige Elemente enthalten. Die Verwendung eines spannungsabhängigen Widerstandes ermöglicht z.B. die Steuerung der Beziehung zwischen einer physiologischen Veränderlichen und der Periode T der aussetzenden Schwingung.

Eine unerwünschte Temperaturabhängigkeit der Periode T kann, wenn sie vorhanden ist, durch die Verwendung einer Speicherkapazität kompensiert werden, die eine temperaturempfindliche Kapazität ist, und/oder durch die Verwendung eines Begrenzernetzwerkes aus temperaturempfindlichen Elementen. Bei dem medizinischen Sender gemäss Tabelle 1 wird z.B. die Periode T der aussetzenden Schwingung durch einen Temperaturanstieg durch die Änderung der Transistorkennlinie verkürzt. Diese Verschiebung der Periode T kann auf einen vernachlässigbar kleinen Wert reduziert werden durch Verwendung einer Speicherkapazität oder eines Begrenzerwiderstandes, die gekennzeichnet sind durch einen Temperaturkoeffizienten von etwa +10 000 ppm/°C .

Wenn der Detektor 1 einen beträchtlichen Innenwiderstand aufweist, dann sollte dieser beim Entwurf des Begrenzernetzwerkes berücksichtigt werden.

Der medizinische Sender gemäss der vorliegenden Erfindungkann ein weiteres elektrisches Signal zusätzlich zu dem Signal aufgrund des Detektors senden. Wenn der abgestimmte Transistoroszillator 4 der Fig. 5 eine Abstimmkapazität mit veränderlichem Kapazitätsviert aufweist, die auf die Umgebungsbedingungen des

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medizinischen Senders anspricht, dann kann sich die Schwingungsfrequenz f mit den Umgebungsbedingungen ändern. Infolgedessen können zwei Arten von physiologischen Veränderlichen gleichzeitig als Funktionen der Periode T der aussetzenden Schwingung und der Schwingungsfrequenz f übertragen werden.

Wenn die Abstimmkapazität 11 der Fig. 5 eine temperaturempfindliche Kapazität ist, dann ändert sich die Schwingungsfrequenz f proportional mit der Temperaturänderung der Umgebung des Senders. Damit kann der medizinische Sender das elektrische Signal betreffend die Temperatur sowie das elektrische Signal aufgrund der Detektorspannung übertragen.

Wenn der abgestimmte Trans is torosz illa tor4der Fig. 5 eine Abstimminduktivität enthält, die auf die umgebungsbedingungen des Senders mit einer Induktivitätsänderung reagiert, dann kann die Schwingungsfrequenz f sich als Funktion der Umgebungsbedingungen ändern.

Bei dem medizinischen Sender der Fig. 5 bewirkt die Verwendung von Abstimminduktivitäten 12 und 13 mit einem Magnetkern, mit durch den den medizinischen Sender umgebenden Druck bewegt werden kann, dass sich die Induktivität der Abstimmelemente 12 und Ij5 ändert bei einer Druckänderung. Damit ändert sich die Schwingungsfrequenz f mit der Druckänderung.

Es ist offensichtlich, dass ein medizinischer Sender gemäss der vorliegenden Erfindung eine physiologische Veränderliche eines menschlichen Körpers ohne Verwendung einer Batterie oder dgl. und ohne externen Energiesender messen kann.

Obwohl bestimmte Ausführungsformen und Einzelheiten zum Zwecke der Darstellung beschrieben wurden ist für den Fachmann offensichtlich, dass verschiedene Änderungen vorgenommen werden können, ohne dass der Bereich der Erfindung verlassen wird, der allein durch die folgenden Patentansprüche fe«tgelegt wird.

- Patentansprüche 009820/0863

Claims (1)

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   Pa ten tans prüche s

   Medizinischer Sender zum Senden eines elektrischen Signals entsprechend einer physiologischen Veränderlichen in einem menschlichen Körper, gekennzeichnet durch einen Detektor mit zwei Detektorklemmen, an denen eine Detektorspannung E entsteht, die mit der physiologischen Veränderlichen in Beziehung steht, ein Begrenzernetzwerk mit zwei Eingangsklemmen, die mit den beiden Detektorklemmen verbunden sind, und mit zwei Ausgangsklemmen, die einen Begrenzers trom I liefern, eine Speicherkapazität mit dem Wert C_Q, die mit den beiden Ausgangsklemmen verbunden ist, und durch einen Oszillator mit zwei Erregungsklemmen, die mit den zwei Klemmen der Speicherkapazität verbunden sind, und der keine Batterie enthält, wobei der Oszillator mit der Schwingungsfrequenz f zu schwingen beginnt, wenn die Spannung zwischen den beiden Erregungsklemmen auf eine Startspannung ansteigt V^, und zu schwingen aufhört, wenn die Spannung zwischen den beiden Erregungsklemmen auf eine Stopspannung V abfällt, und wobei der Oszillator von einem Leckstrom I, beim Verschwinden der Schwingung und von einem Betätigungsstrom I_a während der

   Schwingung durchflossen wird, für die die folgende Beziehung gilt:

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   wobei (l-,)_mav ein Maximalwert des Leckstromes I₁ ist, (I) . und (l)_raax ^eiⁿ Minimal- bzw. Maximalwert des Begrenzerstromes I sind und (I). sowie (la) ein Minimalbzw. Maximalwert des Betatigungsstromes I sind.

   2. Medizinischer Sender nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Begrenzernetzwerk im wesentlichen aus einem Begrenzerwiderstand mit dem Wert R besteht.

   ~5. Medizinischer Sender nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die folgenden Beziehungen gelten:

   E<E_f

   · ^Ro<^V

   wobei E- eine Spannung ist, unter der eine Periode der aussetzenden Schwingung des medizinischen Senders abnimmt bei einer Erhöhung der Detektorspannung E.

   4. Medizinischer Sender nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Oszillator im wesentlichen aus einem abgestimmten Transistoroszillator besteht·

   5· Medizinischer Sender nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Detektor die Detektorspannung E in einem Bereich zwischen 0,5 V und 2,0 V erzeugt, und dass der Oszillator im " wesentlichen ein abgestimmter Transistoroszillator ist.

   6. Medizinischer Sender nach Anspruch 5* dadurch gdkennzeiohnet, dass der Detektor im wesentlichen aus einem pH-Sensor besteht·

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   7. Medizinischer Sender nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, . dass der pH-Sensor eine pH-empfindliehe Elektrode aufweist> die aus Antimon, Molybdän,. Wolfram, Silizium oder Germanium besteht, und eine Bezugselektrode besitzt, die aus Zink, Magnesium, Mangan oder einer Magnesium-Zink-Legierung besteht.

   8. Medizinischer Sender nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der pH-Sensor eine pH-empfindliche Elektrode aufweist, die aus Antimon, Molybdän, Wolfram, Silizium oder Germanium besteht, und eine Bezugselektrode besitzt, die aus Vanadiumpentoxid, Nickelsesquioxid, Mangandioxid oder Bleidioxid besteht.

   9. Medizinischer Sender nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der pH-Sensor eine pH-empfindIiehe Elektrode aufweist, die im wesentlichen eine Antimonelektrode ist, und eine Bezugselektrode besitzt, die im wesentlichen eine Zinkelektrode ist.

   10. Medizinischer Sender nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Speicherkapazität eine spannungsabhängige Kapazität ist.

   11. Medizinischer Sender nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Begrenzernetzwerk spannungsabhängige Elemente enthält.

   12. Medizinischer Sender nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Speicherkapazität im wesentlichen aus einer temperaturempfindlichen Kapazität besteht, die eine Temperaturabhängigkeit der Periode der aussetzenden Schwingung des medizinischen Senders kompensieren kann.

   13. Medizinischer Sender nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Begrensmietzwerk temperaturempfindliche Elemente

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   enthält, die eine Temperaturabhängigkeit der Periode der aussetzenden Schwingung des medizinischen Senders kompensieren können.

   14. Medizinischer Sender nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der abgestimmte Transistoroszillator eine Abstimmkapazität aufweist, deren veränderlicher Kapazitätswert auf die Umgebungsbedingungen des medizinischen Senders anspricht.

   15. Medizinischer Sender nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstimmkapazität eine temperaturempfindliche Kapazität ist.

   16. Medizinischer Sender nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der abgestimmte Transistoroszillator eine Abstimminduktivität aufweist, deren Induktivitätswert veränderlich ist in Abhängigkeit von den Umgebungsbedingungen des medizinischen Senders.

   17. Medizinischer Sender nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstimminduktivität druckempfindlich ist.

   /Br.

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