DE2017601A1

DE2017601A1 - Druckfühlvorrichtung zur Druckmessung einer physiologischen Flüssigkeit

Info

Publication number: DE2017601A1
Application number: DE19702017601
Authority: DE
Inventors: Robert Paul Wilmington Del. Bigliano (V.St.A.)
Original assignee: EI Du Pont de Nemours and Co
Current assignee: EIDP Inc
Priority date: 1969-04-14
Filing date: 1970-04-13
Publication date: 1970-10-15
Also published as: NL159877C; JPS571777B1; NL7005218A; US3628526A; DE2017601C3; NL159877B; DE2017601B2; FR2043273A5; SE353456B; GB1308960A

Description

Patentanwälte Dr. Ing. Waiter Abitz Dr. Diei?r F. Morf Di Hans-A. Brauns

S München 86, Pienz«Mu«r«tr.2S

IJ. April I97O DE-118

E. I. DU PONT DENEMOURS AND COMPANY 10th and Market Streets, Wilmington, Del., V.St.A.

Druckfühlvorrxchtung zur Druckmessung einer physiologischen Flüssigkeit

Die Erfindung betrifft eine verbesserte Vorrichtung zum raschen und genauen Messen des Druckes einer physiologischen Flüssigkeit. Im besonderen ist die Erfindung auf eine Druckfühlvorrxchtung mit einem verbesserten Kopf gerichtet, mit dem der Druck von Körperflüssigkeiten, beispielsweise der Blutdruck, der Intraokulardruek u. dgl., durch die Wände einer elastischen Körpermembran gemessen werden kann. Weiter ist die Erfindung auf einen verbesserten Kopf für eine pneumatische Applanations-Druckfühlvorrichtung beisp_iele«8££S von der in dem USA-Patent 3.099.262 beschriebenen Art,, 'gerichtet.'Die vorliegende Erfindung ist besonders zur Verwendung als Tonometerkopf zur Intraokulardruckmessung geeignet^ jedoch ist ihre Anwendung nicht hierauf beschränkt.

Applanations-Druckmeßgeräte arbeiten derart, daß zuerst

_Λ ■ 009*42/1377

ein gegebener Bereich auf der Fläche der die FlüssigteLt umschliessenden Membran abgeplattet wird und dann eine sanfte jedoch stetig zunehmende Kraft Über diesen Bereich ausgeübt wird, bis der von aussen ausgeübte Druck den inneren Stützdruck der Flüssigkeit überwindet, an welchem Punkt eine Druckdiskontinuität stattfindet. Indem zuerst ein gegebener Bereich der Membran abgeplattet wird, werden die Stützwirkungen durch die Steifigkeit des benachbarten Körpergewebes atf ein Mindestmaß herabgesetzt, so daß der gemessene Aussendruck nur mit dem inneren Flüssigkeitsdruck und mit der Steifigkeit des Körpergewebes unmittelbar innerhalb des Berührungsbereiches in Beziehung steht. Es wurden verschiedene Maßnahmen zur Kompensation dieser verbliebenen Membransteifigkeit vorgeschlagen. Die meisten beruhen auf dem Umstand, daß die Berührungsfläche und damit die betroffene Grosse der Membran eine Konstante ist. Eine besonders geeignete Vorrichtung zum Erzielen dieser Kompensation ist der pneumatische Druckfühlkopf, der in dem USA-Patent 3.099.262 beschrieben ist und bei dem der gemessene Druck, zu dem tatsächlichen Druck durch einen Proportionalitätskoeffizieriten in Beziehung steht, der nur eine Funktion der Abmessungen des Druckfühlkopfes ist. Dieses Gerät arbeitet ziemlich gut, jedoch bringt sein Gebrauch manche Probleme mit sich, die bisher seine Genauigkeit begrenzt" haben»

Für diese Art von Druckfühlgerät ist es charakteristisch, daß es von Hand gehalten wird. Da die auftretenden Kräfte eine solch geringe Grosse haben und da die Handbewegungen von solch grober Art sind, waren eine reproduzierbare Abplattung ' und damit der Druckdiskontinuitäts-Endpunkt schwierig zu erreichen. Ein weiteres Problem wurde in dem Umstand gefunden, daß verschiedene Membrane bei verschiedenen Personen versohle·· dene Oberflächeneigenschaften haben, so daß ein unterschiedlicher Druck zur Abplattung eines gegebenen Bereichs der Membran

009*42/1377

,'■' ^: ■ 3 ■■;■ . ;■

ausgeübt werden muß.

Diese Schwierigkeiten sind im allgemeinen erkannt worden und es wurden verschiedene Verfahren zu-deren Korrektur angewendet. Die einfachste und am nächsten liegende Methode besteht darin, die Messung mehrere Male zu wiederholen, um den Mittelwert der Wirkung einer Unstetigkeit in der Hand des Benutzers sowie von Veränderungen im Charakter der Oberfläche der verschiedenen Membranen zu erhalten* Eine kompliziertere Methode ist in dem USA-Patent 3.299,882 beschrieben, bei welcher eine sich selbst anpassende Hai- ä terung verwendet wird, um die Druckfühlvorrichtung der jeweiligen Körperstelle anzupassen. Beide diese Lösungen haben offensichtliche Mängel hinsichtlich des Zeitaufwandes, der zur Durchführung der Messung erforderlich ist, und hinsichtlich der Beurteilung durch die Bedienungsperson und der Unhandlichkeit des Gerätes..

Aufgabe der Erfindung ist daher die Schaffung einer Druckfühlvorrichtung mit einem verbesserten Kopf_s bei welchem dessen Druckfühlelement nach dem Aufsetzen auf die Membran selbsttätig einen bestimmten Berührungsbereich unabhängig von der Bedienungsperson sucht und diese stabile Stellung während der Durchführung der Messung beibehält. ^

Erfindungsgemäß wird dieses Ziel durch eine pneumatische Applanations-Druckfühlvorrichtung erreicht, die mit einer Druckfühlerhalterung.versehen ist, welche eine Rückwirkungskraft ..fiyseugefficänn, um die Druckfühlfläche in festen Kontakt mit der Fläche der Membran anzudrücken, wobei eine ständig zunehmende Kraft unabhängig von der Bedienungsperson ausgeübt wird, bis die Kraft infolge des'Innendruckes "der Flüssigkeit, die über den Kontaktbereich wirkt, durch die Rückwirkungskraft ausgeglichen wird und ein Gleichge- , wichtszustand hergestellt wird, so daß der auf den Fühler

." ³ " 009842/1377

DE-118 "

bzw. Sensor wirkende Druck dem inneren Flüssigkeitsdruck; entspricht.

Im wesentlichen besitzt die Druckfühlvorrichtung ein Membranniederdrückelement mit einer Membranniederdrückfläche, die zur Anlage an der Oberfläche der Membran bestimmt ist, eine Halterung, die einen Druckentwicklungshohlraum enthält, einen Kanal zum Einleiten von Druckgas in den Druckentwicklungshohlraum und einen Kanal zum Messen des innerhalb des Druckentwicklungshohlraums entwickelten Gasdruckes sowie * eine Rückwirkungskammer, die in der Halterung in der Weise

^ ausgebildet ist, daß das Niederdrückelement sich freimit W bezug auf die Halterung bewegen kann, um das freie Volumen der Rüekwirkungskammer zu verändern. Die Rüekwirkungskammer ist entweder ein Teil des Druckentwicklungshohlraums oder mit diesem verbunden und ist über einen Kanal im Niederdrückelement mit der Membranniederdrückfläche des Niederdrückelements verbunden. Die Membranniederdrückfläche ist derart, daß das in den Druckentwicklungshohlraum eingeleitete Gas in die Aussenluft in der V/eise austritt, daß das austretende Gas durch die Anordnung der Membran mit bezug auf die Membranniederdrückfläche gedrosselt wird. Bei einer Ausführungsform hat die Rüekwirkungskammer die Form eines Zylinders und das Niederdrückelement die Form eines Kolbens, der innerhalb

fc des Zylinders, ohne sich von diesem zu lösen, frei beweglich ist. Bei einer anderen Ausführungsform ist das Niederdrückelement an einer biegsamen Membran befestigt, die ihrerseits an einem Ringflansch angebracht ist, welcher sich oberhalb der Halterung erstreckt, so daß die Rüekwirkungskammer zwischen der Membran und der Oberseite der Halterung gebildet wird. Bei einer Ausführungsform wird das Niederdrückelement an einer Bewegung in einer anderen Richtung als senkrecht zur Membranniederdrückfläche gehindert. Bei einer weiteren Ausführungsform ist das Niederdrückelement aus einem biegsamen Material hergestellt, so daß sich die Membrannieder-

.009842/1377

c Ückflache in einer beliebigen Richtung bewegen kann. .-,•si einer bevorzugten Ausführungsform hat die Membranniederdrückfläche eine ringförmige Eintiefung an ihrer Oberfläche konzentrisch zu der mit der Rückwirkungskammer verbundenen öffnung und getrennt von der öffnung durch eine Rippe mit einer Oberfläche, welche von der Membranniederdrückfläche eingetieft ist. Die ringförmige Eintiefung ist mit der Rück- ' seite des Eindrückelements durch Luftaustrittskanäle verbünden» so daß in den Druckentwicklungshohlraum eintretendes Gas durch die öffnung in der Mitte der Membraneindrückfläche hindurchtritt und in die Atmosphäre durch die ringförmige Eintiefung und die Luftaustrittskanäle austritt, ohne den -ff

Kontakt zwischen der Membran und der Membraneindrückfläche vollständig zu unterbrechen.

Die Vorteile und die Arbeitsweise der Erfindung ergeben sich am besten in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen und zwar zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht im Schnitt einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemässen Druckfühlkopfes}

Fig. 2 eine Seitenansicht im Schnitt einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemässen Druck- g fühlkopfes} '

Fig. 3 eine Seitenansicht im Schnitt einer dritten Ausführungsform des erfindungsgemässen Druckfühlkopfes j

Fig, 4, eine Seitenansicht im Schnitt einer vierten bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemässen Druck- ', fühlkopfes;

Fig. 5 eine Darstellung, wie der erfindungsgemässe Druckfühlkopf an der Membranfläche anliegt und in aufeinanderfolgenden Stufen in einen stabilen und festen

009842/1377

DE-118

Kontakt mit der Membran gebracht wirdi

Fig. 6 ein Vergleich von Messungen, die mit einem erfindungsgemässen Gerät vorgenommen, wurden, mit Messungen, welche mit einem herkömmlichen Gerät durchgeführt wurdenβ

Die iri Fig. 1 dargestellte Halterung ist in zwei Teile unterteilt, nämlich in einen ersten Körperteil 11 und in einen zweiten Körperteil 12. Der erste Körperteil 11 ist mit '"einem Gasdruckentwicklungshohlraum 13, einem ersten Kanal zum Einleiten eines Gases unter Druck in den Druckentwicklungshohlraum mit einer im wesentlichen konstanten Strömungsgeschwindigkeit und mit einem zweiten Kanal 15 zur Messung des innerhalb des Druckentwicklungshohlraums entwickelten Druckes zu sehen. Wie zum Stand der Technik, insbesondere in dem USA-Patent 3,099.262, beschrieben, ist der Gaszufuhrkanal IU mit einer Verengung IUa zur Aufrechterhaltung der festen Strömungsgeschwindigkeit des dem Hohlraum zugeführten Gases versehen. Der Kanal I¹* ist an seinem äusseren Ende mit einer Strömungsmittelzufuhrquelle, gewöhnlich mit einem Gas von 2,10 atü, verbunden. Wie in Fig. 1 dargestellt, hat der Gasdruckentwicklungshohlraum 13 die Form einer Kammer, die im ersten Körperteil ausgebildet und mit der Oberseite des ersten Körperteils durch einen Kanal 16 verbunden is:. Wie sich aus Fig. 2 ergibt, kann der Druckentwicklungshohlraura 13 die Form eines Hohlraums haben, der an der Oberseite des erstem Körperteils ausgespart ist₉ statt eine völligeingQschlossene Kammer su sein₉die durch einen Kanal mit der Oberseite verbunden ist. Die Form und die Lage des > Hohlraums sind nicht kritisch und werden durch die Notwendigkeiten des Gerätes und durch die Überlegungen bei der Herstellung bestimmt. An den Druekmeßkanal 15 kann eine beliebige geeignete B%>uekm@ßv©OTiehtimg angeschlossen werden. Das ©iinsige Jfeite^ium für die Meßvojrciehtung besteht da^iEj)· daß si© aus^eie&enei empfindlich sein i&üß_s um kleine

009842/1377

Druckveränderungen, die im Hohlraum auftreten, anzuzeigen.

Der erste und der zweite Körperteil der Halterung kann aus einem starren, leicht formbaren Material beispielsweise aus einem Metall oder aus einem Kunststoff hergestellt werden. Typische Materialien sind korrosionsbeständiger Stahl oder Lucite. Der erste Körperteil 11 kann am zweiten Körperteil 12 im wesentlichen leckdicht befestigt werden. Ein einfacher Weg, dies zu erreichen, besteht darin, die beiden Teile miteinander zu verschrauben. Bei der Gestaltung nach Fig. 1 - U könnte dies dadurch erreicht werden, daß der erste Körperteil 11 mit einem Aussengewinde versehen wird und der zweite Körperteil 12 ein Innengewinde erhält, | so daß er mit dem ersten Körperteil eine Schraubverbindung eingehen kann»

Der zweite Körperteil 12 hat die Form eines hohlen Kegelstumpfs. Der engste Teil dieses Kegelstumpfs ist zur Anlage an dem Membraneindrückelement 17 in einer im wesentlichen reibungsfreien Anordnung bestimmt. Wie in Fig. 1 dargestellt, besteht das Membranniederdrückelement aus einer Scheibe mit einer Membraneindrückfläche 19 und aus einem zylindrischen Abstützrohr 20, an dem die Scheibe befestigt ist. Das Abstützrohr besteht in diesem besonderen Falle aus zwei zylindrischen Teilen, nämlich aus einem oberen Teil 20a, der an der Schei- - , be befestigt ist, und aus einem unteren Teil 20b, der am " ,oberen Teil angebracht ist. Der zweite Körperteil 12 ist mit einem Kanal 21 so ausgebildet, daß das Abstützrohr des Membraneindrückelements im zweiten Körperteil wie ein Kolben in einen Zylinder eingepaßt ist» Der zweite Körperteil ist mit einer Kammer ausgehöhlt, die als Rückwirkungskammer bezeichnet ist und mit dem Druckentwicklungshohlraum 13 durch einen Kanal 16 verbunden ist, Wie dargestellt, hat der untere Teil 20b des Abstützrohres einen grösseren Durchmesser als der obere Teil 20a und auch einen grösseren Durch-

" ⁷ " 00984271377

DE-118

messer als der Kanal 21 und der Kanal 16, so daß sich das Membraneindrückelement frei mit bezug auf die Halterung bewegen kann, jedoch in seiner Bewegung durch den Umstaid beschränkt wird, daß der untere Teil des Abstützrohres 20b innerhalb der Rückwirkungskammer gehalten wird. Die Halterung und das Membraneindrückelement sind so-angeordnet, daß die erstere an dem letzteren in einer im wesentlichen lecksieheren und praktisch reibungsfreieh Anordnung anliegt. Dies kann dadurch erreicht werden, daß ein enges Spiel zwischen den beiden Teilen vorgesehen wird, wie dargestellt, durch ' "die Verwendung einer "Teflon"-Fluorkohlenstoff-Dichtung oder P durch die Verwendung irgendeiner herkömmlichen im wesentlichen reibungsfreien Dichtung an sich bekannter Art. Das einzige Kriterium, das bei der Gestaltung eine Rolle spielt, besteht darin, daß das Membraneindrückelement gezwungen wird, sich mit bezug auf die Halterung in einer Richtung zu bewegen, die zur Membraneindrückfläche 19 senkrecht ist, ohne daß es sich von der Halterung löst und in einer Weise, daß durch die Bewegung des Membraneindrückelements das freie Volumen in der Rückwirkungskammer 22 verändert wird.

Die Halterung ist so ausgebildet, daß in den Druckentwicklungshohlraum 13 eingeleitetes Gas über die Rückwirkungskammer Wk 22 in den engen Kanal 24 im Membraneindrückelement 17 gelangt, von wo aus es zur Aussenluft abgeleitet wird.

Die Gestaltung entspricht den in dem USA-Patent 3.099.262 gegebenen Lehren, so daß sie keinen Teil der Erfindung bildet, sondern viel mehr ein wesentliches Merkmal bei der Gestaltung einer pneumatischen Applanations-Druckfühlvorrichtung. Die Membraneindrückfläche ist zur Anlage und zum Abplatten der Oberfläche einer Membran 25 in Anpassung an die Oberfläche der Membraneindrückfläche geeignet. Die Membraneindrückfläche ist ferner so beschaffen, daß aus dem Druckentwicklungshohlraum

009842/1377

austretendes Gas durch eine öffnung 26 an ihrer Oberseite hindurchtritt und in die Aussenluft abgeleitet wird, ohne daß der kontakt zwischen der Membran und der Oberfläche der. Membraneindrückfläche nicht völlig unterbrochen wird. Des weiteren ist die Membraneindrückfläche so beschaffen, daß das austretende Gas durch die Anordnung der Membran 25 mit bezug auf die öffnung 26 in der Membraneindrückfläche gedrosselt wird. Wie in Fig. 1-4 dargestellt, kann dies dadurch geschehen, daß die Membraneindrückfläche mit einer ringförmigen Eintiefung 27 versehen wird, welche die öffnung 26 umschreibt und von dieser durch eine Rippe 28 getrennt ist. Die ringförmige Eintiefung ist dann mit der Rückseite der Scheibe 18 durch eine Reihe von Luftaustrittskanälen 29 verbunden. Die Oberseite der Rippe, welch letztere die ringförmige Eintiefung 27 von der öffnung 26 trennt, ist von der Oberseite der Membraneindrückfläche mit einem bestimmten Betrag' eingetieft. Gemäß der in dem USA-Patent 3.099.262 gegebenen Lehre ist die Rippe um etwa 0,025 mm ζΟ,οοΙΟ ") eingetieft. Der Gasaustritt aus dem Kanal 24 im Membraneindrückelement muß daher durch den Raum zwischen der Membran 25 und der Oberseite der Rippe 28 erfolgen, bevor er zur Aussenluft abgeleitet wird, und wird durch die Trennung zwischen diesen gedrosselt. Ferner, kann gemäß der in dem USA-Patent 3.099.262 gegebenen Lehre die Membran- ä eindrückfläche mit einer dünnen Membran (nicht gezeigt) bedeckt werden, welche für sanitäre Zwecke die Körpermembran von der Oberseite der Membraneindrückfläche trennt, ohne die Messung zu beeinträchtigen. Das Membraneindrückelement braucht nicht einteilig oder aus einem Material hergestellt zu werden. In,der Tat muß, um die Teile des Membraneindrückelements einzubauen, di'eses aus mehreren Teilen hergestellt werden, die zusammengebaut werden, nachdem das Abstützrohr durch die öffnung 21 eingesetzt worden ist, Die Teile können aus einem verhältnismässig starren Material wie "Delrin" Acetalharz hergestellt werden. ·

Jo „ 009842/1377

ic

Vor der Erläuterung der Arbeitsweise dieses Gerätes sollen die in Fig. 2-4 dargestellten weiteren Ausführungsformen beschrieben werden, da die Arbeitsweise aller vier Ausführungsformen ähnlich ist. In Fig. 2 wirkt das Membraneindrückelement 17 nicht mehr als Kolben in einer Rückwirkungskammer 22,stattdessen ist eine biegsame Membran 30, die auf einem Ringflansch 31 aufliegt, welcher sich oberhalb des ersten Körperteils 11 erstreckt, vorgesehen. Der Bereich zwischen der Membran 30 und der Oberseite des ersten Körperteils 11 ist die Rückwirkungskammer. Die Membran 30 hat eine öffnung 32 in ihrer Mitte und das Membraneindrückelemeat ist an der Membran so befestigt, daß der Innenkanal 24 im Abstützrohr mit der öffnung 32 in der Membran verbunden ist. Der in den Druckentwicklungshohlraum eingeleitete Gas nimmt immer noch seinen Weg durch die Rückwirkungskammer und tritt in die Aussenluft durch das Membraneindrückelement aus. Da die Membran biegsam ist und da der zweite Körperteil 12 der Halterung nicht zur Anlage am Abstützrohr 17 in der Weise vorgesehen ist, daß seine Bewegung verhindert wird, ist das Membraneindrückelement nicht gezwungen, sich in einer Richtung senkrecht zur Ebene der Membraneindrückfläche zu bewegen. Das Membraneindrückelement kann sich in einer Richtung senkreövt zur Ebene dieser Fläche bewegen, jedoch wird und wenn es dies tut, dann durch seine Bewegung,das freie Volumen im Rückwirkungskanal verändert. Es muß jedoch erwähnt werden, daß das Membraneindrückelement auch durch Verformen der Membran bewegt werden kann, ohne daß das freie Volumen in der Rückwirkungskammer verändert wird. Die das Volumen nicht verändernde Bewegung beeinflußt nicht die nachfolgend erläuterte Rückwirkung, sondern trägt zur Ausfluehtung der Membraneindrückfläche mit der Oberseite der Membran bei. In normalen Fällen tritt sowohl eine volumenverändernde als auch eine nicht volumenverändernde Bewegung des Membranexndrückelements auf, so daß sowohl Rückwirkung als auch eine Ausfluchtungewirkung vorhanden

■-. " ¹⁰ " 0 09842113-77

DE-118

· ■

Die Membran kann aus einem biegsamen Material, beispielsweise aus einem dünnen Blech oder aus einem elastomeren Material hergestellt werden. Ein solches Material ist "Silastic" Silikonkautschuk. Wenn das Abstützrohr ebenfalls aus einem biegsamen Material wie "Silastic-'-Silikonkautschuk hergestellt wird, hat es einen Grad an Flexibilität, welcher zu der vorerwähnten Ausfluchtungswirkung beiträgt. Die Scheibe 18 soll jedoch weiterhin aus einem starren Material hergestellt werden.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 hat die Membran 30 eine | ringförmige Verformung 33, welche die Öffnung 32 in ihrer Mitte umschreibt. Die Verformung hat einen Aussendurchmesser, der kleiner als der Durchmesser der Rückwirkungskammer 22 ist, und einen Innendurchmesser, der grosser als der Aussendurchmesser des Abstatzrohres 20 an der Stelle ist, wo dieses mit der Eintiefung verbunden ist. Die Verformung ist so angeordnet, daß sie die Fläche der Rückwirkungskammer ver-. grössert, was nicht unbedingt notwendig ist. Biese balgförmige Membran kann aus einem beliebigen flexiblen Material, beispielsweise aus Metall oder aus einem Elastomer, hergestellt werden·

Wie dargestellt, sind die Rückwirkungskammer 22 und der Druckentwicklungshehlraum 13 ein und dasselbe. Der zweite Körperteil 12 der Halterung ist wiederum zur Anlage an dem Membraneindrückelement in einer im wesentlichen reibungsfreien Anordnung bestimmt, so daß es sich frei nur in einer Richtung senkrecht zur Ebene der Membraneindrückfläche bewegen kann. Dies wird, wie dargestellt, durch die Verwendung einer "Teflon"-Fluorkohlenstoffdichtung 31 erreicht. In diesem Falle wird das Abstützrohr 20 aus einem starren Material statt aus einem ^biegsamen Material wie im Falle des Abstützrohres in Fig. 2 ,: hergestellt, obwohl kein Grund besteht, warum der Teil 20a

"" ⁿ · 009842/1377

DE-118

des Abstützrohres, welcher der Scheibe 18 nächstgeigen ist, nicht aus einem flexiblen Material hergestellt werden kann, um die Ausfluchtungswirkung beizubehalten.

Fig..H zeigt eine Ausführungsform der Erfindung, die der in Fig. 3 dargestellten mit der Ausnahme ähnlich ist, daß die RückwirkUTigskammer 22 und der Drückentwicklurigshohlraum 13 nicht mehr ein und dasselbe sind. Das Membraneindrückelement ist wiederum in seiner Bewegung beschränkt, diesesmal durch die Verwendung des Abstützrohres 20 mit einer Hüte, welche, wie dargestellt, nur ein geringes Spiel zwischen P dem Membraneindrückelement und der Halterung zuläßt. Gegebenenfalls kann die Hülse aus einem Material, wie "Teflon" Fluorkohlenstoff, hergestellt werden und an der Halterung in einer im wesentlichen reibungsfreien Anordnung anliegen.

Wie erwähnt, ist das neuartige Merkmal der vorliegenden Erfindung in dem Umstand zu sehen, daß, nachdem einmal die Membraneindrückfläche an der Membran angesetzt worden ist, sie selbsttätig eine genaue reproduzierbare Stellung mit bezug auf die Membran sucht, wodurch die Notwendigkeit eines aufeinanderfolgenden Ansetzens des Gerätes an der Membran zum Ausmitteln von Aufsetzfehlern vermieden wird. Diese £ Selbstkorrekturwirkung offenbart sich in einer Tendenz der Membraneindrückfläche, sich zur Fläche der Membran nach der Herstellung des anfänglichen Kontakts zu bewegen und jedem Versuch, sie zurückzuziehen, Widerstand zu leisten. Pneumatisch bestehen mehrere mögliche Erklärungen für diese Anziehungskraft. Gegenwärtig wird jedoch angenommen, daß die richtige Erklärung darin besteht, daß die Rückwirkungskammer eine Rückkopplungswirkung hervorruft, die bei den bekannten Vorrichtungen nicht vorhanden ist und daß diese Rückkopplungswirkung die Kraft für die Selbstkorrekturwirkung liefert. Im Folgenden wird die Beschreibung auf eine Diskussion eines Tonometers beschränkt, welches ein Gerät ist, das zum Messen

- ¹² " 009842/1377

DE-118

ais Intraokulardruckes durch die Cornea bestimmt wird, da solche Geräte besonders anfällig für die voranstehend diskutierten Probleme sind. Hierbei ist jedoch zu erwähnen, daß die Anwendung der Erfindung nicht hierauf beschränkt iat. ·"

Tonometer werden gewöhnlich auf das Auge aufgesetzt, so daß eine gewisse Kompensation für die grobe Bewegung der Hand der Bedienungsperson notwendig ist. Erfindungsgemäß findet für jede grobe Bewegung der Hand der Bedienungsperson eine kleine Kompensationsbewegung des Membraneindrückelements statt, was zur Folge hat, daß die Membraneindrückfläche ständig einen konstanten Augenbereich fühlt, nachdem die Gleichgewichtsstellung hergestellt worden ist. Die Arbeitsweise dieser Rückkopplungswirkung ergibt sich aus Fig. 5. Wenn die Membraneindrückfläche 19 gerade die Oberfläche des Auges 25 berührt, wie in Fig. Sa gezeigt, ist die Kontaktfläche A_c mit dem Auge sehr klein. Der gemessene Druck P^ ist ebenfalls klein, jedoch wird dieser Druck auf die Fläche des beweglichen Teils der Rückkopplungskammer A~ ausgeübt und erzeugt eine Kraft Ρ+Α,ρ, in der Richtung des Auges. Im Falle der Fig. 2 - h ist diese Fläche die Fläche der Membran 30. Im Falle der Fig. 1 ist es die Fläche der Unterseite des Abstützrohres 27. Die einzige Begrenzungskraft (wenn die sclerale Steifigkeit vernachlässigt wird) ist der Intraokulardruck P_e, der auf die kleine Berührungsfläche A₀ ausgeübt wird. Es wird daher eine Kraftdifferenz erhalten, welche eine Bewegung des Membraneindrückelements zum Auge zur Folge hat, wodurch die Berührungsfläche A_c mit dem Auge vergrÖBsert wird, wie in Fig. 5 b gezeigt. Der gemessene Druck P_t nimmt zu und die durch die Rückkopplungs wirkung erzeugte Kraft nimmt ebenfalls zu. Gleichzeitig nimmt die durch das Auge ausgeübte Begrenzungskraft zu, da die Berührungsfläche ebenfalls zugenommen hat. Die rost-

- 13'- -

009842/1377

liehe Kraft bewegt die Membraneindrückfläche weiter in Richtung zum Auge, bis eine Gleichgewichtsstellung erreicht ist. Wenn die Steifigkeitswirkungen (infolge der Sklera) unberücksichtigt bleiben, würde dieses Gleichgewicht an dem Punkt eintreten, an welchem

^Pe^Ac * ^Pt^Afb·

Wie in dem USA-Patent 3.099.262 angegeben, steht der gemessene Druck im Verhältnis zum intraokulardruck durch die Beziehung

wobei K eine Konstante ist, die zu dem Abstand in Beziehung steht, mit dem die Fläche der Rippe 28 von der Oberseite der Membraneindrückfläche eingetieft ist· Daher

Vc " ^KPe^Afb

A_c * KA_fb.

Bei einer gegebenen Kopfausbildung ist daher A_c eine feste Berührungsfläche, die ohne Rücksicht auf irgendeine Unstetigkeit in der Hand des Benutzers oder auf geometrische Unterschiede im Auge des Subjekts erzielbar ist. Wenn ein Versuch gemacht wird, das Gerät vom Auge zu entfernen, nimmt die Berührungsfläche A„ ab, was eine Zunahme in der restlichen Kraft in Richtung zum Auge zur Folge hat, so daß sich das Membraneindrückelement in Richtung zum Auge bewegt. Dies offenbart sich in der beobachteten Tendenz des Gerätes am .

^{M 1H} ~ 009842/1377

Auge zu "kleben".

Vorzugsweise soll der Flächeninhalt der Membraneindrückfläche gleich oder grosser als der Wert von KA_fb sein, da sonst das Eindrückelement sich weiter zum Auge bewegt, selbst nachdem die Membraneindrückfläche voll auf dem Auge aufsitzt. Die Erfindung ist durchführbar, da eine Gleichgewichts stellung infolge der Kraft eintritt, die durch die übermässig eingedrückte Sklera ausgeübt wird, es ist jedoch vorzuziehen und für den Patienten weniger schmerzhaft, wenn keine übermässige Eintiefung stattfindet. Der f Wert von K hängt von den Düsenparametern ab und kann kleiner, gleich oder grosser als 1 sein. Ferner ist es vorzuziehen, daß K gleich oder grosser als 1 ist, da die Beziehung zwischen Ρ_Λ und P₊ dann näher linear ist, jedoch kann K kleiner als 1 sein, ohne daß dadurch ein Merkmal der Erfindung be- ' einträchtigt wird. Wenn K grosser als 1 ist, muß der Flächeninhalt der Membraneindrückfläche in Kontakt mit der Oberfläche des Auges grosser als der Flächeninhalt der Membran sein *

Die Folgerungen aus dieser Rückkopplungswirkung lassen sich aus Fig. 6 erkennen, welche das Verhalten von zwei Tonometern ^ vergleicht. Fig. 6a zeigt das Verhalten eines Tonometers, ' welches mit dem erfindungsgemässen Druckfühlkopf ausgerüstet ist. Fig. 6b zeigt das Verhalten eines herkömmlichen Durham-Tonometers. Beide Tonometer_Nwaren nach den in dem USA-Patent 3.099.262 gegebenenLehren aufgebaut und so, daß ihre Empfindlichkeit von den Abmessungen der Membraneindrückflächen abhängt, jedoch ist aus einem Vergleich der beiden Figuren ohne weiteres erkennbar, daß ein Unterschied in der Genauigkeit der beiden Geräte besteht. In Fig. 6a wurde der erfindungsgemässe Druckkopf viermal auf das Auge aufgesetzt und es ist ersichtlich, daß die anfänglichen Inflektions- punkte für jede Ablesung alle innerhalb 2 mm Quecksilber-

- 15 -

009842/1377

DE-118 , ·

säule voneinander sind. Es ist dann effektiv nur ein einziger Inflektionspunkt bei jeder Messung vorhanden. In Fig. 6b wurden drei Applikationen des Durham-Tonometers am Auge vorgenommen. Die beiden Inflektionen rechts befinden sich innerhalb 2 mm Quecksilbersäule voneinander, während die eine links fehlerhaft hoch ist. Da die beiden rechts übereinstimmen, werden sie als die gültige Ablesung benutzt, jedoch ist, wie ersichtlich, ein gewisses Beurteilungsvermögen zur Feststellung nötig, welche Ablesungen die richtigen Ablesungen sind, was zu ainem Fehler führt, der bei der Anwendung der Erfindung nicht auftritt.

Aus dem Vorangehenden ergibt sich, daß die erfindungsgemässe Vorrichtung zahlreiche Abänderungen erfahren kann und daß die vorstehende Beschreibung nicht für die Erfindung beschränkend auszulegen ist.

- 16 - 009842/1377

Claims

DE-118 , 13. April 1970

Patentansprüche

Γ 1.Jpruckfühlvorrichtung zur Druckmessung einer physiologisehen Flüssigkeit durch eine elastische Körpermembran, gekennzeichnet durch

Ca) ein Membranniederdrückelement mit einer Membranniederdrückfläche, die an der Oberfläche der Membran zur Anlage gebracht werden kann und an ihrer Oberfläche eine Öffnung aufweist, welches Membranniederdrückelement einen durchgehenden Kanal aufweist, dessen eines"Ende mit der erwähnten Öffnung verbunden ist;

Cb) eine Halterung zur Anlage an dem Membranniederdrückelement in einer im wesentlichen lecksicheren Anordnung und in der Weise, daß das Membranniederdrückelement sich frei mit bezug auf die Halterung bewegen kann, ohne sich von der Halterung zu lösen, welch letztere mit einem Druckentwicklungshohlraum, einem ersten Kanal zum Einleiten von Gas unter Druck in den Druckentwicklungshohlraum mit einer im wesentlichen festen Strömungsgeschwindigkeit und mit einem zweiten Kanal zur Messung des innerhalb des Druckentwicklungshohlraums entwickelten Gasdruckes versehen ist; und

Cc) eine Rückwirkungskammer, die in der Halterung so ausgebildet ist, daß das Membraneindrückelement mit bezug auf die Halterung bewegt wanden kann, um das freie Volumen der Rückwirkungskammer zu verändern, welch letztere in den Druckentwicklungshohlraum übergeht, ! oder mit diesem verbunden ist und mit dem Kanal im Membraneindrückelement in der Weise verbunden ist, daß in den Druckentwicklungshohlraum eingeleitetes Gas

durch die Rückwirkungskammer hindurchtritt und in die Aussenluft durch das Membraneindrückelement austritt, wobei die Membraneindrückflache so beschaffen ist, daß das austretende Gas durch die Anordnung der Membran zur Öffnung in der Membraneindrückflache gedrosselt wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet_s daß die Halterung forner dazu dient, das Membraneindrückelement gegen eine Bewegung in einer anderen Richtung als senkrecht zur Ebene der Membraneindrückfläche zu halten.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Membraneindrückfläche mit einer ringförmigen Eintiefung versehen ist, die zur öffnung in ihrer Oberfläche konzentrisch und von der öffnung in ihrer Oberfläche durch eine ringförmige Rippe getrennt ist, wobei die Oberfläche der Rippe von der Oberfläche der Membraneindrückfläche aus eingetieft ist, und das Membraneindrückelement zumindest einen Gasaustrittskanal enthält, welcher die ringförmige Eintiefung mit der Aussenluft an einer anderen Stelle als an der Oberfläche der Merabraneindrüekflache verbindet.

Vorrichtung naeh Anspruch I₂'dadurch gekennzeichnet Ca).daß dae Membrane!^druckelement ferner ein im wesentlichen zylindrisches Abstützrohr besitzt ₉ walches die Membraneindrüokflache ab«

" ¹⁸ " 039842/1377

/J.

stützt, wobei der Innenkanal im Abstützrohr der Kanal im Membraneindrückelement ist und mit der öffnung in der Oberfläche der Membraneindrückfläche verbunden ist; und

Cb) die Halterung an dem zylindrischen ABstÜtzrohr in einer im wesentlichen reibungsfreien Anordnung und derart anliegt, daß das Membraneindrückelement gegen eine Bewegung in einer Richtung senkrecht zur Ebene der Membraneindrückfläche gehaltenwird, so daß das Membraneindrückelement in der Rückwirkungskammer wie ein Kolben in einem Zylinder wirkt. .

S. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß Ca) das Membraneindrückelement ferner eine Scheibe ..besitzt, weiche die Membraneindrückfläche enthält und auf dem Abstützrohr abgestützt ist, die Membraneindrückfläche mit einer ringförmigen Eintiefung konzentrisch zur öffnung In ihrer Oberfläche versehen und von der öffnung an ihrer Oberfläche durch eine ringförmige Rippe getrennt ist, deren Oberfläche von der Oberfläche der Membraneindrückfläche eingetieft ist, und die Scheibe zumindest einen Gasaustrittskanal aufweist, w&cher die ringförmige Eintiefung mit der Aussenluft an der Rückseite der Scheibe verbindet! und die Halterung einen ersten Körperteil, welcher den Druckentwicklungshohlraum sowie den ersten und den zweiten Kanal enthält, und einen zweiten Körperteil besitzt, der am ersten Körperteil befestigt werden kann, der zweite Körperteil eine Rückwirkungskammer enthält, und die Form eines hohlen Kegelstumpfes hat, dessen engster Teil am Membraneindrückelement in einer im wesentlichen reibungsfreien Weise und derart anliegt,

- 19 -

009842/1377

daß das Membraneindrückelement gegen eine Bewegung in einer Richtung senkrecht - zur Ebene der Membraneindrückflache gehalten wird.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Abstützrohr durch mindestens zwei Teile gebildet wird, nämlich durch einen ersten biegsamen Teil, der an der Scheibe befestigt ist, und einen zweiten starren Teil, wobei der zweite Körperteil der Halterung an dem zweiten starren Teil des Abstützrohres anliegt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterung eine biegsame Membran und einen Ringflansch aufweist, der sich oberhalb des Hauptkörpers der Halterung erstreckt, welcher Flansch dazu dient, die Membran an ihrem Umfang in der Weise zu lagern, daß sie die Rückwirkungskammer zwischen der Membran und dem Hauptkörper der Halterung bildet, die Membran in ihrer Mitte eine Öffnung besitzt und an dem Flansch in einer im wesentlichen lecksicheren Weise befestigt ist, und das Membraneindrückelement an der Membran in einer im wesentlichen lecksicheren Anordnung und in der Weise angebracht ist,' daß die öffnung in der Membran mit dem Kanal in dem Mebraneindrückelement verbunden ist, so daß durch eine Bewegung des Membran^indrückelements das Volumen der Rückwirkungskammer durch Verformung der Membran verändert wird.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Abstützrohr aus einem biegsamen Material hergestellt ist.

008842/1377

- 20 -

DE-118

9. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daft die Halterung ferner dazu dient, das Membraneindrückelement gegen eine Bewegung in einer anderen Richtung als senkrecht zur Ebene der Membraneindrückfläche zu halten.

10. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran eine ringförmige Verformung aufweist, welche die Öffnung in ihrer Mitte umschreibt und einen Aussendurchmesser hat, der kleiner als der Durchmesser der Rückwirkungskammer iä, sowie einen Innendurchmesser, der grosser als der Aussendurchmesser des Membraneindrückelements ist, und die Membran so angeordnet ist, daß sie das Volumen der Rückwirkungskammer vergrössert. --.-..■

11. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß (a) das Membraneindrückelement eine Scheibe besitzt, welche die Membraneindrückfläche enthält, sowie ein zylindrisches Abstützrohr, das die Scheibe trägt, wobei der Innenkanal im Abstützrohr der Kanal im Membraneindrückelement ist, der mit der erwähnten Öffnung verbunden ist, die Membraneindrückfläche mit einer ringförmigen Eintief ung versehen ist, die zu der Öffnung in ihrer Fläche konzentrisch und von der Öffnung in ihrer Bäche durch eine ringförmige Rippe getrennt ist, • deren Oberfläche von der Oberfläche der Membraneindrückfläche eingetieft ist, und die Scheibe mindestens einen Gasaustrittskanal aufweist, welcher die ringförmige Eintiefung mit der Aussenluft auf der Rückseit« der Scheibe verbindet; und

- 21 »

009842/1377

Cb) die Halterung ferner ein Halteorgan in Form eines hohlen Kegelstumpfes besitzt, dessen engster Teil zur Anlage an dem Membraneindrückelement in einer im wesentlichen reibungsfreien Weise und derart bestimmt ist, daß das Membraneindrückelement auf eine Bewegung in einer Richtung senkrecht zur Ebene der Membraneindrückfläche beschränkt ist«

009.842/1311

22 -

Le e rs e i te