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Hämatologisches Untersuchungsgerät Die Erfindung betrifft ein hämatologisches
Untersuchungsgerät.
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Derartige Geräte werden verwendet zur Be@@immung der Eigenschaften
und der Zusammensetzung des Blutes, wie z.B. des Strömungsverhaltens, des Gehaltes
an Blutkörperchen. Die Messung derartiger Größen ist bei Kreislaufuntersuchungen
und insbesondere im Hinblick auf Mikrozirkulationsstörungen bei Diabetes und bei
Schockzuständen wichtig. Bei Diabetes ist gleichzeitig mit einer Azidose des Blutes
eine Behinderung der Mikrozirkulation durch Viskositätserhöhung zu beobachten.
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Bei Kreislaufkollaps (Schock) zeigt das Blut stets eine Sauerstoffverknappung
und Übersäuerung, verbunden mit einer Erhöhung der Viskosität. Hierbei spielen besonders
die innere Viskosität und Verformbarkeit der Erythrozyten eine ausschlaggebende
Rolle.
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Die Erfindung hat sich zur Aufgabe ges-tellt, eine genaue, quantitativ
schnell und einfach arbeitende Anordnung anzugeben, mit welcher medizinisch wichtige
Meßgrößen, wie z.B. das Fließverhalten des Blutes, Verformbarkeit und Viskosität
der Erythrozyten
etc., gemessen werden können. Erfindungsgemäß
ist eine derartige Anordnung gekennzeichnet durch eine Meßeinrichtung zur Bestimmung
der Dielektriz itätskonstante b/w. des Verlustfaktors, @wobei das Meßobjekt ein
Kondensator ist, in welchem das Blut als Dielektrikum einbringbar ist.
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Die Wirkung der Erfindung geht clavon aus, daß sich Blut ind Wasser
dielektrisch sehr verschieden verhalten. Bei 300 MHz sind z.B. die dielektrischen
Verluste im Blut etwa 40mal höher als diejenigen im Wasser. Die Ursache liegt offenbar
in dn Unterschieden der Stnunktur beider Flüssigkeiten. Blut stellt ii Gegensatz
zu Wasser ein inhomogenes System aus Blutplasma, Membranen und Innerem der Erythrozyten
dar.
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Durch die Struktur der im Blut enthaltenen Erythrozyten, d.h.
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deren Membranstruktur der Zellwände, wird die effektive Dielektrizitätskonstante
und der Verlustfaktor erhöht. Diese Größen stellen daher eine Funktion der Menge
der im Blut enthaltenen Erythrozyten dar und gestatten eine Aussage über den Hämatokrit,
cl.h. den Anteil der Erythrozyten am Volumen des peripheren Blutes in Vol. %. Bei
den üblichen Methoden wird zu der Hämatokrit-Bestimmung viel Zeit benötigt (Blutsenkung
dauert 24 Std.), weil erst eine definierte mechanische Abtrennung nötig ist.
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Bei der Messung können Unbestimmtheiten auftreten, die auf den Eigenschaften
des Blutplasmas beruhen, etwa auf.der fonenkonzentration. Der diesen individuell
verschiedene Beitrag ausmaciiende Wert ist an e irier kleinen, vom Blut: abgetrennten
Menge plasma wie beim Blut bes-timinbar. Da diese rrennung auf keinen definierten
Endwert zielt, ist hierbei eine im Vergleich .u den bekannten Methoden nur kurzzeitige
Blutsenkung oder kurzzeitige schwache Zentrifugierung anwendbar.
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Erythrozyten sind anisotrop, etwa scheibenförmig (ca. 7,5/u Durchmesser),
und deformieren sich unter dem Einfluß der Kräfte, die im strömenden Blut an ihnen
angreifen. Mit; Sicherheit ist anzunehmen, daß die dielektrischen Eigenschaften
des Blutes unter den beim Fließen auftretenden Scherkräften verändert werden, weil
eine Ausrichtung parallel zu den Strömungslinien bzw. -flächen und - bei höheren
Geschwindigkeiten - eine Deformation erfolgt. Veränderungen der erfindungsgemäß
ermittelten elektrischen Meßwerte, die auf Deformationen der Blutkörperclieii beruhen,
lassen dann Aussagen über ihre mechanischen Eigenschaften zu.
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Als geeignete Meßeinrichtungen sind etwa die zur Messung der Kapazitäten
und Verlustfaktoren von kleinen Kondensatoren bekannten Hochfrequenz-Resonanzanordnungen
bzw. -brücken anwendbar. Brauchbare Frequenzen liegen dabei in der Größenordnung
voz1 0,01 bis 103 Iz. Bei einer Ausfiihrung der Erfindung, bei welcher Blut außerhalb
des Körpers untersucht werden kann, ist als Meßobjekt ein kleiner Kondensator vorgesehen,
der aus konfrischen, parallelen oder konischen Flächen (Mäntel von Kegels-tümpfen)
gleicher Neigungswinkel besteht. Eine dieser Flächen ist dabei mit einem Drehantrieb
versehen. Zum Ausgleich der mit dem Radius zunehmenden Relativgesc}1windigkeit zwischen
Elektroden und Blut kann man den Winkel zwischen den beiden Flächen so wählen, daß
die Scherung unabhängig vom Radius kontant bleibt. Es sind Mittel vorgesehen, mit
denen der Abstand wischen den Flächen verändert werden kann. Der Kondensator befindet
sich elektrisch in einer an sich bekannten Verlustfaktor-Meßbrücke. Die Frequenz
der angelegten Spannung wird so gewählt, daß die Werte des Verlustfaktors für Wasser
und für Blut moglichst groß werden. Die Spannung se]bst wird so gewählt, daß ein
genügend großes Meßsignal erhalten wird, aber noch keine merkliche dielektrische
Erwärmung der Probe eintritt.
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Läßt man die eine Kondensatorfläche rotieren, so werden die Erythrozyten
mit ihren Flächen parallel zu den Kondensatorflächen ausgerichtet. Dadurch erhöht
sich die scheinbare Dielektrizitätskonstante (DK) und der Verlust gegentiber dem
Ruhezustand. Bei geringem Plattenabstand und hohen Scherkräften werden außerdem
noch Deformationen der Erythrozyten auftreten, die weitere Änderungen der DK hervorrufen.
So kann man auch die Formelastizität der Zellen bestimmen. Auch an stationären Elektroden
kann eine Bewegung des Blutes erzeugt werden, etwa durch Hin- und Herpumpen bzw.
durch Erzeugung eines Kreislaufes.
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In-vivo kann mit beweglichen Elektroden gemessen werden, die an einer
passenden Stelle des Körpers, z.B. in der Armbeuge, angelegt werden. Die Elektroden,
die in einer Meßbrücke liegen, werden so angelegt, daß sie das HF-Feld quer zu dem
Blutgefäß erzeugen, d.h.quer zum Fluß des Blutes, welches dann relativ zu beiden
Elektroden in Bewegung ist. Die elektrischen Signale aus DK und/oder Verlustfaktor
werden elektrisch mit dem Puls (z.B. EKG) korreliert, indem man beide Signale auf
einen an sich bekannten Kreuzkorrelator gibt, so daß das entstehende Signal die
rhythmische Änderung durch die Strömung erzeugt. So wird unblutig ein hämatologisches
Signal abgeleitet, weil die Elektroden nur außen angelegt zu werden brauchen und
der Körper unverletzt bleiben kann. Die Strömungsgeschwindigkeit des Blutes in dem
zu untersuchenden Gefäß kann dabei simultan mit einer Doppelelektroden-Kreuzkorrelations-Methode
bestimmt werden, die an anderer Stelle beschrieben ist.
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Einzelheiten-und Vorteile der Erfindung werden nachfolgend anhand
der in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert.
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In der Fig. 1 ist schematisch das Schaubild einer Anordnung dargestellt,
bei welcher eine Elektrode drehbar gehaltert ist, in der Fig. 2 eine Anordnung,
bei welcher die Messungen in-vivo durchführbar sind.
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In der Fig. 1 ist mit 1 die aus V2A bestehende konis-che Schale bezeichnet,
welche die äußere Elektrode des Kondensators darstellt, dessen innere Elektrode
durch die konische Einfügung 2 gebildet ist, welche an der Achse 3 des Motors 4
gehaltert ist.
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Der kleine Durchmesser beträgt dabei 10,00 mm für die Schale 1 und
10,01 mm für die Elektrode 2. Die großen Durchmesser weisen in gleicher Reihenfolge
12,00 mm und 12,012 mm auf. Dadurch werden die Strömungsverhältnisse überall gleich
gehalten.
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Der Motor 4 ist zusammen mit der Elektrode 2 entlang der Stativsäule
5 an der Halterungsmuffe 6 verschiebbar, so daß der Abstand zwischen der Elektrode
1 und 2 variierbar ist. Zwischen den Teilen 1 und 2 ist das zu untersuchende Blut
in der Schicht 7 eingefüllt. Dabei wird nur für den Zwischenraum, der die eigentliche
Meßstrecke darstellt, Blut gebraucht, weil die kleinen Durchmesser 1' und 2' verschlossen
sind.
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Zur Messung wird über die Leitungen 8 und 9 die Hochfrequenz von 300
MHz und 1 V des Hochfrequenzerzeugers 10 angelegt.
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Außerdem wird über die Einheit 11 der Motor 4 mit 0 bis 1000 Umdrehungen
pro Minute in Bewegung gesetzt. In der in bekannter Weise ausgebildeten und daher
nur als Block gezeichneten tIF-Meßbrücke 12 wird dann der Verlustfaktor, den das
Blut in dem aus den Teilen 1 und 2 bestehenden Kondensator hervorruft, gemessen.
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Bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform liegt an den Elektroden
13 und 14 an dem Blutgefäß 15 die in dem Hochfrequenzgenerator
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erzeugte Spannung von 100 NHz und 2 V an.
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Gleichzeitig wird in der Meßbrücke 17, die derjenigen nach Fig. 1
entspricht, der Verlustfaktor gemessen, dessen Größe über die Leitungen 18 und 19
dem Vergleichs instrument, einem Kreuz-Korrelator, zugeleitet wird. Dieses erhält
über die Leitungen 21 und 22 von einem Elektrokardiographen dem Puls entsprechende
elektrische Signale. Die endgültigen Meßergebnisse werden dabei erhalten, indem
man über einige Pulsperioden die Kreuzkorrelation analog oder digital ausrechnet
und die Ergebnisse in an sich bekannter Weise auf einem Oszillographen oder xy-Schreiber
darstellt.