DE19837667A1 - Multifunktionssensor - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung von Parametern medizinischer Flüssigkeiten. Um eine Vorrichtung zu schaffen, mit der mehrere Parameter auf einfache Weise meßbar sind, weist die Vorrichtung eine Meßkammer auf, durch die die zu messende Flüssigkeit geführt ist und die an einer Wandung mit einer flexiblen Membran abgeschlossen ist, und außerdem eine Meßplatte, die an ihrem äußeren Rand eine umlaufende Dichtung aufweist und die auf der flexiblen Membran aufliegt, wobei auf der Meßplatte mindestens ein Sensor zur Messung eines Parameters der medizinischen Flüssigkeit eingelassen ist und wobei die Meßplatte eine zur flexiblen Membran durchgehende Zuführung aufweist, über die zwischen der Meßplatte und der flexiblen Membran ein Unterdruck aufbaubar ist.
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung von Parametern medizinischer
Flüssigkeiten. Eine derartige Vorrichtung wird beispielsweise bei der Blutreinigung
bzw. bei der Dialysebehandlung benötigt. Zur Überwachung der Dialysebehandlung
ist sowohl eine Lufterkennung, als auch eine Drucküberwachung im arteriellen und
venösen Teil des extrakorporalen Blutkreislaufs erforderlich. Weiterhin sind zur
Verbesserung der Qualität der Dialysebehandlung die Messung von Blutvolumen
und Bluttemperatur von Vorteil.
Zur Messung dieser Parameter sind verschiedene Vorrichtungen bekannt.
Aus der DE 38 27 553 C1 ist eine Vorrichtung zum Messen der Änderung des in
travasalen Blutvolumens während der Blutfiltration in einer Blutreinigungseinrich
tung bekannt. Hierzu ist im extrakorporalen Blutkreislauf mindestens ein Ultra
schallsensor angeordnet, der mit einer Auswerteeinheit verbunden ist. Zu Beginn
der Filtration wird ein erstes Ultraschallsignal gespeichert und während der Filtrati
on die Veränderung der Ultraschallsignale ermittelt. Aus der Änderung der Ultra
schallsignale wird die Veränderung des Hämatokrits ermittelt und hieraus auf die
Veränderung des intravasalen Blutvolumens geschlossen. Die Messung beruht da
bei auf einem Zusammenhang zwischen der Schallgeschwindigkeit in dem Blut und
dem jeweiligen Proteingehalt.
Aus der DE 44 19 593 A1 ist eine Vorrichtung zum nicht-invasiven Messen des
Drucks eines Mediums bekannt. Die Vorrichtung besteht aus einer Druckmeßkam
mer, durch die beispielsweise Blut geleitet wird. Die Druckmeßkammer weist wei
terhin einen Durchbruch auf, der durch eine Membran abgeschlossen ist. Die
Membran ist mit einem Gummiring unterlegt, auf den ein Drucksensor aufgepreßt
wird, so daß sowohl positive als auch negative Drücke gemessen werden können.
Aus der EP 0 392 897 A2 ist ein Glasfibersensor bekannt, mit dem Druck, Tempe
ratur und Durchfluß gemessen werden kann. Hierzu ist eine Glasfaser am Ende mit
reflektiven und temperaturabhängigen Materialien abgeschlossen. Die reflektierte
Lichtmenge ist dabei proportional zu dem Druck gegen das abgeschlossene Ele
ment.
Aus der EP 0 130 441 B1 ist eine Druckmeßvorrichtung bekannt, bei der ein Kon
takt zwischen einer Druckkammer und einem Drucksensor dadurch sichergestellt
wird, daß die Druckkammer gegen den Drucksensor angesaugt wird. Die ange
saugte Fläche überträgt dabei Druckänderungen auf den Drucksensor.
Bei der Dialysebehandlung zur Messung der oben genannten Parameter müssen
somit mehrere getrennte Meßvorrichtungen vorgesehen werden, die zum Teil auch
noch eigene Anbindungen an den extrakorporalen Kreislauf benötigen. Hierdurch
entsteht ein erheblicher Meßaufwand.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Sensoreinrichtung zu schaffen, mit der die
obengenannten Parameter in einem gemeinsamen Meßkopf gemessen werden
können.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Erfindungs
gemäß besteht die Vorrichtung aus einer Meßkammer, durch die die zu messende
Flüssigkeit geführt ist und die an einer Wandung mit einer flexiblen Membran abge
schlossen ist, und aus einer Meßplatte, die an ihrem äußeren Rand eine umlaufen
de Dichtung aufweist und die auf der flexiblen Membran aufliegt, wobei auf der
Meßplatte mindestens ein Sensor zur Messung eines Parameters der medizini
schen Flüssigkeit eingelassen ist und wobei die Meßplatte eine zur flexiblen Mem
bran durchgehende Zuführung aufweist, über die zwischen der Meßplatte und der
flexiblen Membran ein Unterdruck aufbaubar ist.
Die Erfindung beruht dabei auf der Erkenntnis, daß aufgrund der besonders ausge
stalteten Meßplatte mit der daran anliegenden flexiblen Membran mehrere Senso
ren auf der Meßplatte aufgebracht werden können. Aufgrund der umlaufenden
Dichtung an der Meßplatte kann dabei die flexible Membran durch Anlegen des
Unterdrucks in engen Kontakt mit der Unterseite der Meßplatte gebracht werden,
so daß auch zwischen den Sensoren und der in der Meßkammer befindlichen Pro
be ein guter Meßkontakt herstellbar ist. Vorzugsweise schließt die Kontaktfläche
des mindestens einen Sensors mit dem unteren Rand der Meßplatte bündig ab. Auf
diese Weise kann ein direkter Meßkontakt zwischen dem jeweiligen Sensor und der
flexiblen Membran hergestellt werden.
Erfindungsgemäß können auf der Meßplatte mehrere Sensoren aufgebracht sein,
so daß verschiedene Meßfunktionen erfüllt werden können. Aufgrund der fort
schreitenden Integrationstechnik auch bei Sensoren ist es hierbei möglich, mehrere
Sensoren auf eine wenige Quadratzentimeter großen Fläche anzuordnen. Der je
weilige Sensor wird dabei zweckmäßigerweise in eine Aussparung der Meßplatte
eingelassen, wobei die Meßfläche des Sensors mit der Unterseite der Meßplatte
bündig abschließt. Zur Fixierung des Sensors ist dabei dieser zweckmäßigerweise
mit der Meßplatte verklebt. Als zu verwendende Sensoren kommen dabei insbe
sondere ein Drucksensor und ein Temperatursensor in Betracht. Drucksensoren
sind durch die fortschreitende Integration auf dem Gebiet der Mikrosystemtechnik
inzwischen auf einzelnen Halbleiterchips erhältlich, so daß diese eine Ausdehnung
von wenigen Quadratmillimetern aufweisen. Da die Sensorfläche mit der Membran
direkt in Berührung gebracht werden kann, ist die Messung von sowohl negativen
als auch positiven Drücken möglich. Bei einem Dialysegerät mit einem Drucksensor
und einem Temperatursensor kann damit sowohl die thermische Energiebilanz als
auch der venöse Druck gemessen werden.
Nach einer weiteren Ausführungsform, für die selbständiger Schutz beansprucht
wird, ist eine weitere Meßplatte mit einer an ihrem Rand umlaufenden Dichtung
vorgesehen, die gegenüber der ersten Meßplatte durch Abstandhalter parallel zu
einander beabstandet ist, wobei dazwischen die Meßkammer eingebracht ist und
die Wandung der Meßkammer gegenüber der weiteren Meßplatte ebenfalls mit ei
ner flexiblen Membran abgeschlossen ist. Jede Meßplatte weist eine zur flexiblen
Membran durchgehende Zuführung auf, über die zwischen der Meßplatte und der
flexiblen Membran ein Unterdruck aufbaubar ist. Aufgrund der parallelen Meßplat
ten kann mit dieser Vorrichtung beispielsweise eine Ultraschall-Laufzeitmessung
durchgeführt werden, wobei hierfür auf der ersten Meßplatte ein Ultraschallsensor
eingelassen ist. Ein Ultraschallimpuls wird seitens des Ultraschallsensors ausge
sendet, von der gegenüberliegenden Platte reflektiert und sodann von dem Ultra
schallsensor wieder empfangen. Durch die Abstandhalter ist gewährleistet, daß
sich der Abstand der beiden Meßplatten nicht ändert, so daß sehr genaue Ultra
schall-Laufzeitmessungen durchgeführt werden können.
Die parallelen Meßplatten können weiterhin dazu benutzt werden, um Durch
gangsmessungen an der Probe durchzuführen. Hierzu ist auf der einen Meßplatte
mindestens ein Sendeelement und auf der anderen Meßplatte mindestens ein dem
Sendeelement zugeordnetes Empfängerelement eingelassen. Das Sendeelement
kann beispielsweise aus einem Ultraschallsender und/oder einer Lichtquelle beste
hen, wobei das Empfängerelement in korrespondierender Weise aus einem Ultra
schallempfänger und/oder einem Lichtempfänger auf der gegenüberliegenden
Platte besteht.
Mit gegenüberliegenden Ultraschallsensoren kann das gemäß der oben genannten
DE 38 27 553 C1 beschriebene Ultraschall-Meßverfahren zur Bestimmung des re
lativen Blutvolumens durchgeführt werden. Es sind weiterhin Meßvorrichtungen
bekannt, bei denen zur Bestimmung der Ultraschallaufzeit eine Meßkammer aus
Glas vorgesehen sein muß, um die Abstände der gegenüberliegenden Ultraschal
lelemente und damit auch die erforderliche Meßgenauigkeit einhalten zu können.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht es demgegenüber, auf eine aufwen
dige Meßkammer aus Glas zu verzichten.
Mit den gegenüberliegenden Ultraschallsensoren ist außerdem auch die Erkennung
von Luftblasen in der jeweiligen Probe möglich.
Der optische Detektor bestehend aus Lichtquelle und Lichtempfänger kann bei
spielsweise für die automatische Bluterkennung oder auch für die Erkennung von
Luftblasen verwendet werden.
Die Dichtung der Meßplatte besteht zweckmäßigerweise aus einem Gummiring, der
in einer Nut der Meßplatte eingelassen ist und geringfügig über den Rand der Meß
platte hinausragt. Sobald zwischen der Membran und der Meßplatte ein Unterdruck
aufgebaut wird, saugt sich die Membran an die Unterseite der Meßplatte fest, wobei
durch die Dichtung gewährleistet ist, daß keine weitere Luft in den Bereich zwi
schen der Meßplatte und der flexiblen Membran nachströmt.
Die flexible Membran besteht vorzugsweise aus einer dünnen Plastikfolie, während
die Meßkammer aus einer Plastikkammer mit starren Wänden bestehen kann. Be
sonders vorteilhaft ist es dabei, wenn die flexible Membran und die Meßkammer in
einem Plastik-Einwegteil integriert sind. In dem Einwegteil können dabei Zentrierlö
cher vorgesehen sein, durch die die Abstandhalter eingreifen, so daß das Einweg
teil gegenüber den Meßplatten dauerhaft und sicher positioniert ist.
Die jeweilige Meßplatte besteht vorzugsweise aus einer Metallscheibe, in die die
jeweiligen Sensoren eingelassen sind. Vorzugsweise wird die Metallscheibe dabei
durch Peltierelemente auf einer konstanten Temperatur gehalten. Auf diese Weise
ist eine genauere Temperaturmessung der jeweiligen Probe möglich.
Weitere Einzelheiten und Vorteile werden anhand eines in der Zeichnung darge
stellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Deren einzige Figur zeigt einen
Schnitt durch die erfindungsgemäße Vorrichtung.
In einem Plastik-Einwegteil 9 ist eine Meßkammer 15 integriert, die einen Zufluß 20
und einen Abfluß 21 aufweist. An jeweils gegenüberliegenden Seiten ist die Meß
kammer mit einer Folie 1, 14 abgeschlossen. Beidseitig der Meßkammer liegen an
den Folien 1, 14 jeweils Meßplatten 2, 10 an, die an ihrem äußeren Rand jeweils
eine Dichtung 3, 11 aufweisen. Die Dichtung ist dabei in einer jeweils dafür vorge
sehenen Nut eingesetzt und ragt geringfügig über die Unterseite der Meßplatte hin
aus. Gegeneinander sind die beiden Meßplatten über Abstandhalter 18 mit Schrau
ben 17 verschraubt.
An den Meßplatten sind jeweils Anschlüsse 4, 16 für Unterdruck vorgesehen. Durch
Beaufschlagung mit Unterdruck werden dabei die Folien 1, 14 angesaugt, wobei die
Dichtungen 3, 11 ein Nachströmen von Luft in den Raum zwischen Folie und Un
terseite der Meßplatten verhindern. Auf diese Weise liegt die Meßkammer 15 beid
seitig dicht abgeschlossen an den Meßplatten an.
In die Meßplatten sind mehrere Sensoren eingelassen, wobei die Meßplatten hierzu
Durchgangsbohrungen oder entsprechende Aussparungen aufweisen. Die Senso
ren sind jeweils in die Aussparungen eingesetzt und verklebt und schließen mit ih
rer Unterseite dabei bündig mit der jeweiligen Unterseite der Meßplatte ab. Als
Sensoren können beispielsweise ein Temperatursensor 5 und ein Drucksensor 8
vorgesehen sein, die einseitig seitens der Meßplatte 2 die Temperatur bzw. den
Druck in der Meßkammer 15 messen. Aufgrund der dicht anliegenden Folie an der
Unterseite des Drucksensors können dabei sowohl negative als auch positive
Drücke gemessen werden. Sodann sind zusätzlich ein optischer Sensor sowie ein
Ultraschallsensor für Durchgangsmessungen vorgesehen. Der optische Sensor
besteht aus einer Lichtquelle 12 und einem Lichtempfänger 6, so daß hierdurch
eine Lichtschranke gebildet wird. Der Ultraschallsensor besteht in entsprechender
Weise aus einem Ultraschallsender 13 und einem Ultraschallempfänger 7.
Die Vorrichtung 19 ist vorzugsweise zur Dialysebehandlung vorgesehen. Hierzu
wird die Vorrichtung 19 in den extrakorporalen Blutkreislauf verschaltet, so daß das
Blut in Richtung der Pfeile A, B fließt. Vor den einzelnen Messungen wird zunächst
an die Anschlüsse 4, 16 Unterdruck angelegt, so daß die Folien 1, 14 in gutem
Kontakt zu den Sensoren stehen. Sodann werden die jeweiligen Sensoren über
eine nicht näher dargestellte Steuereinheit angesteuert, so daß die jeweiligen Mes
sungen beginnen können. Zur genaueren Temperaturmessung können dabei die
Meßplatten durch Peltierelemente temperiert werden.
Claims (15)
1. Vorrichtung zur Messung von Parametern medizinischer Flüssigkeiten,
mit einer Meßkammer, durch die die zu messende Flüssigkeit geführt ist und die an einer Wandung mit einer flexiblen Membran abgeschlossen ist, und
mit einer Meßplatte, die an ihrem äußeren Rand eine umlaufende Dichtung aufweist und die auf der flexiblen Membran aufliegt, wobei auf der Meßplatte mindestens ein Sensor zur Messung eines Parameters der medizinischen Flüssigkeit eingelassen ist und wobei die Meßplatte eine zur flexiblen Mem bran durchgehende Zuführung aufweist, über die zwischen der Meßplatte und der flexiblen Membran ein Unterdruck aufbaubar ist.
mit einer Meßkammer, durch die die zu messende Flüssigkeit geführt ist und die an einer Wandung mit einer flexiblen Membran abgeschlossen ist, und
mit einer Meßplatte, die an ihrem äußeren Rand eine umlaufende Dichtung aufweist und die auf der flexiblen Membran aufliegt, wobei auf der Meßplatte mindestens ein Sensor zur Messung eines Parameters der medizinischen Flüssigkeit eingelassen ist und wobei die Meßplatte eine zur flexiblen Mem bran durchgehende Zuführung aufweist, über die zwischen der Meßplatte und der flexiblen Membran ein Unterdruck aufbaubar ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der mindestens
eine Sensor ein Drucksensor zur Messung des Drucks an der flexiblen Mem
bran und/oder ein Temperatursensor zur Messung der Temperatur an der fle
xiblen Membran ist.
3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß
die Kontaktfläche des mindestens einen Sensors mit dem unteren Rand der
Meßplatte bündig abschließt.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß
eine weitere Meßplatte mit einer an ihrem Rand umlaufenden Dichtung vorge
sehen ist, die gegenüber der ersten Meßplatte durch Abstandhalter parallel
zueinander beabstandet ist, wobei dazwischen die Meßkammer eingebracht
ist und die Wandung der Meßkammer gegenüber der weiteren Meßplatte
ebenfalls mit einer flexiblen Membran abgeschlossen ist, und daß die weitere
Meßplatte eine zur flexiblen Membran durchgehende Zuführung aufweist,
über die zwischen Meßplatte und der flexiblen Membran ein Unterdruck auf
baubar ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß auf der ersten
Meßplatte ein Ultraschallsensor für eine Ultraschall-Laufzeitmessung einge
lassen ist.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß
auf der einen Meßplatte mindestens ein Sendeelement und auf der anderen
Meßplatte mindestens ein dem Sendeelement zugeordnetes Empfängerele
ment eingelassen ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Sendeele
ment ein Ultraschallsender und/oder eine Lichtquelle und das Empfängerele
ment ein Ultraschallempfänger und/oder ein Lichtempfänger ist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß
die Dichtung aus einem Gummiring besteht, der in einer Nut der Meßplatte
eingelassen ist und geringfügig über den Rand der Meßplatte hinausragt.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß
die flexible Membran aus einer dünnen Plastikfolie besteht.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß
die Meßkammer aus einer Plastikkammer mit starren Wänden besteht.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet,
daß die flexible Membran und die Meßkammer in einem Einwegteil integriert
sind.
12. Vorrichtung nach den Ansprüchen 4 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß die
Abstandhalter in dafür vorgesehene Zentrierlöcher des Einwegteils eingreifen.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet,
daß die Meßplatte aus einer Metallscheibe besteht, in die die jeweiligen Sen
soren eingelassen sind.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallschei
be durch Peltierelemente auf einer konstanten Temperatur gehalten wird.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet,
daß die Sensoren jeweils mit einer Recheneinheit verschaltet sind.
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