DE2005897A1 - Vorrichtung zur Messung des Durchflusses einer Flüssigkeit - Google Patents

Vorrichtung zur Messung des Durchflusses einer Flüssigkeit

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DE2005897A1
DE2005897A1 DE19702005897 DE2005897A DE2005897A1 DE 2005897 A1 DE2005897 A1 DE 2005897A1 DE 19702005897 DE19702005897 DE 19702005897 DE 2005897 A DE2005897 A DE 2005897A DE 2005897 A1 DE2005897 A1 DE 2005897A1
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Jean Robert Bourg-la-Reine; Auphan Michel Joseph Courbevoie; Hauts de Seine Perilhou (Frankreich)
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Koninklijke Philips NV
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Philips Gloeilampenfabrieken NV
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    • G01N2223/0745—Investigating materials by wave or particle radiation secondary emission activation analysis neutron-gamma activation analysis

Description

N.V. Philips'Gloeilampenfabrieken, Eindhoven
"Vorrichtung zur Messung des Durchflusses einer Flüssigkeit."
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Messen des Durchflusses einer Flüssigkeit, die Sauerstoffatome enthält, welche Vorrichtung sich insbesondere bei der medizinischen Diagnostik zum Messen der Blutströmung eignet: z.B. Herzminutenvolumen, Arterien- oder Venendur chfluß.
Es sind zahlreiche Verfahren zur Strömungsmessung einer Flüssigkeit und insbesondere des Blutminutenvolumens vorgeschlagen worden, die im allgemeinen die Einspritzung einer Hilfsflüssigkeit, z.B. einer Flüssigkeit mit einer von derjenigen des Blutes verschiedenen Temperatur, oder eines Radioisotops erfordern.
Solche Einspritzungen wirken, sogarwenn sie auf die Verwendung einer Nadel oder eines Mikrokatheters beschränkt sind, immer mehr oder weniger traumatisierend, insbesondere für einen Kranken.
PHN - 4037 (Wo) - 2 -
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Die Erfindung bezweckt, diesen Nachteil zu beheben und eine Vorrichtung zu schaffen, bei der sich jede Einspritzung erübrigt.
Gemäß der Erfindung enthält eine Vorrichtung zur Messung des Durchflusses einer Sauerstoffatome enthaltenden Flüssigkeit, insbesondere des Blutes, eine im Impulsbetrieb wirkende Neutronenquelle, die außerhalb der Flüssigkeit angeordnet ist und diese teilweise bestrahlt; die Strahlung dieser Quelle, die als Primärstrahlung bezeichnet wird, macht die Flüssigkeit zu einer radioaktiven Quelle einer sekundären Strahlung, und es sind Mittel vorgesehen, um wenigstens einen Teil der sekundären Strahlung zu detektieren und dadurch die Durchflußmenge der Flüssigkeit zu bestimmen.
Das bei der Vorrichtung gemäß der Erfindung benutzte Verfahren beruht im Falle des Blutes auf der Radioaktivierung des Sauerstoffs der Gewebe, die zum größeren Teil Wasser enthalten. Durch Bestrahlung mit Neutronen liefert O
N mit einer Lebensdauer von etwa 7,5 Sekunden, der ¥ Strahlung von 6 bis 9 MeV aussendet.
Verschiedene Merkmale der Erfindung gahen aus der nachstehenden beispielsweisen Beschreibung und der schematischen Zeichnung hervor, in der
Fig. 1,2 und 3 unterschiedliche Ausführungsformen der Vorrichtung gemäß der Erfindung darstellen, die für die Messung des Herzminutenvolumens ausgebildet ist (wobei Fig. 3 einen Schnitt zeigt), und Fig. 4 ein Ausführungsbeispiel der Vorrichtung gemäß der Erfindung zeigt, die zur Messung des Durchflusses eines Organs ausgebildet ist.
Gemäß dem Prinzip der Vorrichtung sendet eine in einem teilweise zylindrischen Abschirmrohr 2 untergebrachte
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Neutronenquelle 1 eine (vorstehend als Primärstrahlung bezeichnete) Strahlung in einem Kegel 3 mit geringem Öffnungswinkel aus, der durch die Wände des Rohrs begrenzt ist. Das Rohr ist in der Nähe der Brust des Patienten angeordnet. Der Nutzquerschnitt des Rohrs (der dem jeweiligen Patienten angepaßt werden kann) ist derartig, daß das im wesentlichen zylindrische Volumen des bestrahlten Gewebes das Herz enthält, wobei die Einstellung im übrigen nicht kritisch ist.
Die Neutronenquelle 1 arbeitet im Impulsbetrieb, wobei die Impulse mit einer Dauer von z.B. etwa 0,01 Sekunde bei Beginn jeder Systole erzeugt werden, d.h. zum Zeitpunkt, zu dem die Herzkammern sich zu entleeren anfangen.
Gemäß einem ersten Verfahren, das nicht in den Figuren dargestellt ist, führt ein in der Nähe des Herzens angebrachter Detektor sofort nach jedem Impuls der Quelle eine Messung der tf -Strahlung durch, die von den bestrahlten Geweben und vom in den Herzkammern befindlichen Blut ausgesandt wird.
Im Verlauf der nachfolgenden Zeit verläßt das Blut die Herzkammern, und die vom Detektor empfangene Strahlung läßt nach. Die Differenz zwischen den unmittelbar nach der Bestrahlung' und am Ende der Kontraktion der Herzkammern gemessenen Werten ist proportional der aus dem Herz fließenden Blutmenge (Herzminutenvolumen).
Gemäß einem zweiten Verfahren, das in den dargestellten Vorrichtungen durchgeführt wird, ist mindestens ein Strahlungsdetektor, der z.B. aus einem Scintillationszähler 4 und einen Fhotovervielfaoher 5 besteht, in der Nähe des Herzens in einem Schattengebiet angeordnet, das ihn einerseits gegen die Neutronenstrahlung und andererseits gegen die vom Zylinder der bestrahlten Gewebe ausgesandte Strahlung schützt.
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Bei der Kontraktion der Herzkammern wird das Blut in die Aorta und in die Lungenschlagader und die afferenten Gefässe getrieben, die zum größeren Teil außerhalb des Schattengebietes liegen. Der oder jeder Detektor mißt nach Beendigung der Kontraktion der Herzkammern die von diesen verschiedenen Gefäßen ausgesandte Strahlung, die proportional der ausgeworfenen Blutmenge ist. Am Vergleich mit dem ersten Verfahren läßt sich die Wirkung so betrachten, daß die sofort nach der Bestrahlung erfolgende Messung Null ist und daß die Differenz auf die bloße Messung der Strahlung nach Beendigung der Kontraktion der Herzkammern beschränkt ist.
In Fig. 1 ist der Detektor in Flucht mit dem Rohr auf der anderen Seite des Patienten angeordnet, und das Schattengebiet wird durch einen Schirm 6 bestimmt, der beide Strahlungen, nämlich Neutronenstrahlung und /-Strahlung, absorbiert und zu diesem Zweck eine ausreichende Dicke und einen demjenigen des Rohres etwa gleichen Querschnitt hat.
In Fig. 2 sind zwei oder mehrere Detektoren (Scintillationszähler und zugeordnete Photovervielfacher) um das Rohr 2 herum angeordnet, wobei das Schattengebiet durch das Rohr selbst bestimmt wird.
In Fig. 3 ist das Rohr an der Seite des Patienten angeordnet, während Detektoren vor und hinter ihm angebracht sind und zwar gegen ihn isoliert durch /-Strahlung absorbierende Schirme 8 und 81, die so ausgebildet sind, daß sie die Herzgegend umhüllen und dadurch das erwähnte Schattengebiet begrenzen. Die in dieser Figur dargestellten Detektoren bestehen auf beiden Seiten des Patienten aus je einem Scintillationszähler 9 bzw. 9' mit je einer zugeordneten Reihe von Photovervielfachern 10 bzw. 10*.
Gemäß einem Merkmal der Erfindung wird beim zweiten Ver-
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fahren vorzugsweise mindestens ein zusätzlicher Schirm 11 benutzt, der >{ -Strahlung absorbiert und dessen Profil entsprechend dem mittleren Profil des menschlichen Körpers ausgebildet ist, um die Verringerung der Strahlung, die umgekehrt proportional dem Quadrat des Abstandes ist, auszugleichen.
Pur eine genauere Messung soll die Form des Schirmes außerdem die etwa 7,5 Sekunden betragende Lebensdauer von
N berücksichtigen.
Bei jeder Ausführungsform wird vor der Messung die Torrichtung im Absolutwert geeicht, z.B. indem Serum be- a strahlt wird, das sich in einem Gefäß mit bekanntem Inhalt befindet, das aus einem keine Sauerstoffatome enthaltenden Material besteht und das im gleichen Abstand von der Neutronenquelle wie das Herz angeordnet ist. Die so detektierte Strahlung entspricht im wesentlichen der Eigenstrahlung des gleichen Volumens an Blut.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann ferner dazu benutzt werden, um das Minutenvolumen in einem Organ, z.B. dem Kopf oder einem Gliedmaß, zu messen. In diesem Falle läßt sich die Ausbildung so vereinfachen, wie es in Fig.4 dargestellt ist. wodurch sowohl das Gewicht als auch der
Umfang der Vorrichtung verringert werden. €
Das Abschirmungsrohr ist durch ein System von Schirmen (in der Figur gibt es deren drei) ersetzt: die Schirme 12 und 13 begrenzen die Neutronenstrahlung auf die Herzgegend, während der Schirm 14f der beide Strahlungen absorbiert, einerseits eine Abschirmung zwischen der Quelle und dem Detektor und andererseits ein %·-Strahlungsschirm bildet, 80 daß der Detektor 15 nur die Strahlung empfängt, die vom Organ, dessen Minutenvolumen gemessen werden soll, ausgesandt wird (in der Figur ist dies der Kopf).
Außer der Verwendung zum Messen des Herzjainutenvolumens
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und des Minutenvolumens in einem Organ eignet sich die Vorrichtung gemäß der Erfindung zur Messung des örtlichen Durchflusses einer Flüssigkeit, insbesondere des Blutdurchflusses in bestimmten Arterien, wobei z.B. das Blut oberhalb (stromaufwärts) des Teiles, dessen Durchblutung gemessen werden soll, bestrahlt wird (während dieser Teil nicht bestrahlt wird).
Infolge der geringen Mischbarkeit des arteriellen Blutes zeigt dieses eine radioaktive Front, die sich mit der Strömungsgeschwindigkeit des Blutes bewegt. Mit Hilfe zweier im Abstand voneinander angebrachten Detektoren läßt sich die Ankunft dieser radioaktiven Front zu verschiedenen Zeitpunkten messen. Die Strömungsgeschwindigkeit wird errechnet aus der Zeitdifferenz und dem Abstand zwischen den Detektoren, während, wenn der Querschnitt der Arterie angenähert bekannt ist, das Blutminutenvolumen abgeleitet werden kann.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern es können im Rahmen der Erfindung Abänderungen gemacht werden, z.B. in den Anordnungen und den Formen der verschiedenen Elemente oder in den Strahlungsdetektionsverfahren.
Patentansprüche:
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Claims (9)

PATENTANSPRÜCHE:
1.) Vorrichtung zur Messung des Durchflusses einer Sauerstoffatome enthaltenden Flüssigkeit, dadurch gekennzeichnet, daß sie einerseits eine im Impulsbetrieb wirkende Neutronenquelle (1), die ausserhalb der Flüssigkeit angebracht ist und diese teilweise bestrahlt, wobei die Strahlung der Quelle (Primärstrahlung) die Flüssigkeit radioaktiv macht, wodurch sie eine Sekundärstrahlung aussendet, und andererseits Mittel enthält, um wenigstens einen Teil der Sekundärstrahlung zu detektieren, wodurch die Durchflußmenge der Flüssigkeit bestimmt werden kann.
2.) Vorrichtung nach Anspruch 1 zur Messung des Blutminutenvolumens im menschlichen Körper am Ausgang des Herzens (Herzminutenvolumen),dadurch gekennzeichnet, daß eine Neutronenquelle (Primärstrahlungsquelle) in einem Abschirmrohr (?) angeordnet ist, das einen derartigen öffnungswinkel hat, so daß ein im wesentlichen zylindrischer, das Herz enthaltender Teil bestrahlt wird, wobei mindestens ein mit einem Photovervielfacher (5) zusammenarbeitender Scintillationszahler (4) in der Nähe des Herzens angeordnet ist und die Stärke der vom bestrahlten Teil des Körpers auegesandten Strahlung unmittelbar nach der Bestrahlung sowie nach Beendigung der Kontraktion der Herzkammern mißt, wobei aus der Differenz der beiden Messungen das Herzminutenvolumen bestimmt werden kann.
3.) Vorrichtung nach Anspruch 1 zur Messung eier Durchflußmenge des Blutes im menschlichen Körper am Auegang des Herzens (Herzminutenvolumen), dadurch gekennzelohnet, daß eine Neutronenquelle (1) (Primärstrahlungsquelle) in einem Abschirmrohr (2) angeordnet ist, das einen derartigen Öffnungwinkel hat, so daß ein im wesentlichen zylindrischer, das Herz enthaltender Teil bestrahlt wird, wobei mindestens ein mit einem Photovervielfacher (5) zusammenarbeitender Scintillationszähler (4) in einem
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Schattengebiet für die Primärstrahlung und für den vom zylindrischen Teil ausgesandten Teil der Sekundärstrahlung angeordnet ist und die Stärke der vom Teil des Körpers außerhalb des zylindrischen Teils ausgesandten Sekundärstrahlung nach der Beendigung der Kontraktion der Herzkammern mißt.
4.) Vorrichtung zur Messung der Blutdurchflußmenge nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Absorptionsschirm mit einer Form, die entsprechend dem mittleren Profil des menschlichen Körpers ausgebildet ist und eine Korrektion der Verringerung der Sekundärstrahlung in Abhängigkeit vom Abstand liefert, vor dem Scintillationszähler angeordnet ist.
5.) Vorrichtung zur Messung der Blutdurchflußmenge nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die im Rohr untergebrachte Neutronenquelle und der mit dem Photovervielfacher zusammenarbeitende Scintillationszähler je auf einer Seite des menschlichen Körpers in Höhe des Herzens angebracht sind, und daß ein beide Strahlungen absorbierender Schirm mit einem Querschnitt, der im wesentlichen gleich der Öffnung des Rohrs ist, zwischen dem menschlichen Körper und dem Scintillationszähler angeordnet ist und das Schattengebiet bestimmt.
6.) Vorrichtung zur Messung des Blutvolumens nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß auf einer Seite des menschlichen Körpers die Neutronenquelle und beiderseits der Seitenwanddes Rohrs Scintillationszähler angeordnet sind, die je mit mindestens einem Photovervielfacher zusammenarbeiten.
7.) Vorrichtung zur Messung des Blutvolumens nach Anspruch 4f dadurch gekennzeichnet, daß die im Rohr untergebrachte Neutronenquelle an einer Seite des menschlichen Körpers angebracht ist, während mit Photovervielfachern
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zusammenarbeitende Scintillationszahler vor und hinter dem menschlichen Körper angeordnet sind, wobei sie von diesem durch strahlungsabsorbierende Schirme getrennt sind, wodurch das Schattengebiet bestimmt wird.
8.) Vorrichtung nach Anspruch 1 zur Messung des Blutdurchflusses in einem Organ, dadurch gekennzeichnet, daß eine mit Schirmen zusammenarbeitende Neutronenquelle eine Strahlung in die Herzgegend aussendet, und daß ein in der Nähe des Organes angeordneter Detektor durch einen beide Strahlungen absorbierenden Schirm isoliert ist, so daß er nur die diesem Organ entsprechende Strahlung empfängt.
9.) Anordnung nach Anspruch 1 zur örtlichen Messung des Blutdurchflusses in einem Gefäß, dadurch gekennzeichnet, daß die Neutronenquelle derart angeordnet ist, daß sie den Körper nur außerhalb der Zone bestrahlt, in der sich der Teil des Gefässes, dessen Durchfluß gemessen werden soll, befindet, und daß zwei Detektoren in dieser Zone in der Nähe des Gefässes im Abstand voneinander angebracht sind, wobei sich aus der Differenz der beiden Zeitpunkte, zu denen sich die Strahlungsfront an den beiden Detektoren vorbeibewegt die Blutströmungsgeschwindigkeit ermitteln läßt.
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Le e rs e
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