DE2146588A1 - Gerät zum kontinuierlichen Regeln des Flüssigkeitsdurchflusses in einem Flüssigkeitssystem - Google Patents

Description

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BESCHREIBUNG zu der Patentanmeldung

Le Voy's, Inc.

25II South West Temple

Salt Lake City, Utah

betreffend

Gerät zum kontinuierlichen Regeln des Flüssigkeitsdurchflusses in einem Flüssigkeitssystem

Die Erfindung betrifft ein Gerät zum kontinuierlichen Regeln des Durchflusses in einem Flussigkeitssystern, insbesondere zur Verwendung bei einem Herzkatheter-Meßsystem. Kathetermeßsysteme dieser Art werden zur arteriellen oder venösen Druckmessung verwendet, insbesondere zur Messung des Zentraldruckes im Brustkorb von Patienten, wie dies in modernen Krankenhäusern eine unerlässliche Technik geworden ist. So kann beispielsweise mit einem Arterienkatheter und einem kontinuierlichen und intermittierend 'arbeitenden Spülsystem >, sehr genau klinisch die Form der Arterienimpulse aufgezeichnet werden und es ist damit möglich, eine Vielzahl von Parametern aus der Umrissform dieser zentralen Herzimpulse abzuleiten und zu bestimmen. So kann beispielsweise das Schlagvolumen, die Herzfrequenz, die Dauer der Systole und der systolische, diastolische und der Mittelwertsdruck bestimmt werden. Zusätzlich kann auch noch Blut zur intermittierenden Blutgasanalyse des Arterienblutes abgenommen werden.

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Es hat sich herausgestellt, dass der Katheter bei diesen Messungen kontinuierlich durchgespült werden muss, um eine Verstopfung des intravaskularen Katheterendes durch Blutpfropfen zu verhindern und um den Katheter offen zu halten, damit eine Aufzeichnung über eine lange Zeit, beispielsweise über mehrere Tage hindurch_ vorgenommen werden kann. Ein kontinuierliches Spülsystem mit einem sogenannten Marinebohrungs-Kapillarröhrchen als Durchflusswiderstandselement, bei dem die Spülflüssigkeit mit Druck zugeführt wird, ist beispielsweise in "Journal of Thoracic and Cardiovascular Surgery", Volume 57, No. 5, May I969, auf den Seiten 67'5 bis 678 beschrieben. Die bisher für diesen Zweck vorgesehenen Systeme bestehen aus einer ziemlich grossen Anzahl von einzelnen Geräten, die in komplizierter Weise zusammengebaut sind,und mit diesen bisher üblichen Systemen ist es daher schwer, die Impulsform exakt zu bestimmen. Die Folge davon ist ein Verlust an Aufzeichnungsgenauigkeit infolge von Blutgerinnseln und der Ansammlung von Blut hoher Viskosität im Kathetersystem. Die grössten Schwierigkeiten bringen hierbei die Absperrhähne mit sich, von denen bei den bekannten Systemen eine Vielzahl vorgesehen ist. Absperrhähne besitzen stets geringe Leckverluste und obwohl grosse Anstrengungen unternommen wurden um die Qualität solcher Absperrhähne möglichst gut zu wählen, hat sich doch immer wieder herausgestellt, dass die geforderten Genauigkeiten in der Praxis mit den bekannten Systemen nicht erreicht werden. Selbst mit einem perfekten Absperrhahnsystem verbleibt stets noch eine geringe Volumenänderung bei jedem Druckimpuls und mit jedem Druckimpuls wird daher auch immer eine kleine Blutmenge in das Ende des Katheters eingesaugt. Selbst mit einem vollständig dichtem System war es daher bisher unmöglich, Blut aus dem Katheter

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fernzuhalten. Wenn einmal Blut in das Ende des Katheters eingetreten ist, tritt infolge Diffusion immer mehr Blut in den Katheter ein und es bildet sich schliesslich eine Verstopfung und die Druckimpulsgenauigkeit nimmt ab. Wenn das System in einer ausreichenden Zeit gefüllt werden sollte, was vor der Inbetriebnahme des Systems nötig ist, musste noch ein zusätzlicher Absperrhahn und eine Flüssigkeitsquelle vorgesehen werden.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein kleines handliches Gerät zum Ausführen solcher Iierzkathetermessungen zu schaffen, das einfach in ein solches Kathetersystem eingeschaltet werden kann und bei dem solche störende Absperrhähne überflüssig sind.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch ein Gerät nach dem Hauptanspruch gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen dieses erfindungsgemässen Gerätes ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.

Ein erfindungsgemässes Gerät ist im Aufbau sehr einfach und kann daher auch sehr klein und handlich ausgebildet werden. Trotzdem kann damit sehr genau die Form der Arterienimpulse mit ihren davon ableitbaren verschiedenen Parametern bestimmt werden, und zwar wesentlich einfacher und in besserer Anpassung an die jeweiligen Bedingungen und auch genauer als dies mit den bisherigen komplizierten Geräteaufbauten möglich war. Auch die Zuverlässigkeit des Meßsystemes wird durch das erfindungsgemäss e Gerät erhöht'und die Kompetenzen der Schwestern, Ärzte und anderer Hilfspersonen bei der Bestimmung der Lebenszeichen und des jeweiligen Zustandes der Patienten in Abhängigkeit von der Impulsform wird ebenfalls wesentlich verbessert. Mit dem lecksicheren und sehr sicher arbeitenden

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Absperrventil gemäss der Erfindung im Umgehungskanal des Widerstandselementes, das sehr schnell arbeitet, können ausserdem sehr einfach die dynamischen Eigenschaften eines solchen Katheterübertragungssystems gemeßsen werden, d.h. mit diesem schnell arbeitenden Ventil können auf einfache Weise sehr schnelle Unterbrechungen zur Rechteckimpulsmessung eines Kathetersystems auf einem Oszillographen oder dergl. durchgeführt werden.

Die Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.

Fig. 1 zeigt ein erfindungsgemässes Gerät angewendet bei einem Herzkatheter-System, das an einen Patienten angeschlossen ist, wobei das erfindungsgemässe Gerät selbst übertrieben gross dargestellt ist.

Fig. 2 zeigt im vergrösserten Maßstab einen Schnitt durch das erfindungsgemässe Gerät, und zwar mit geschlossenem Ventil

Fig. 5 und 4 zeigen jeweils Schnitte längs der Linien III-III bzw. IV-IV nach Fig. 2

Fig. 5 zeigt das Gerät im Schnitt mit dem Ventil in der Offenstellung.

Das erfindungsgemässe Gerät kann bei den verschiedenartigsten Katheter-Systemen angewendet werden, sogar bei Flüssigkeitssystemen allgemeiner Art, bei denen der Durchfluss durch das System kontrolliert werden soll, es eignet sich aber insbesondere zur Überwachung des venösen oder arteriellen Blutdruckes und es wird deshalb nachfolgend im Zusammenhang mit einem

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Katheter-System zur Überwachung des zentralen Arterienblutdruckes näher erläutert, das die klinische Aufzeichnung der Impulsform der Arterienimpulse mit grösster Genauigkeit ermöglicht. Der bei solchen Systemen verwendete Katheter ist sehr dünn und er besitzt nur einen geringen Innendurchmesser etwa in der Grössenordnung von 1/2 mm und er besteht vorzugsweise aus einem Kunststoff wie-Polytetrafluoroethylene. Solche Katheter müssen während des Gebrauches offen gehalten werden, um die Bildung von Blutpfropfen oder anderen Verstopfungen am Ende des Katheters zu vermeiden und zu diesem Zweck muss genügend Infusionsflüssigkeit kontinuierlich durch den Katheter hindurchfHessen, jedoch nicht in einer solchen Menge, dass hierdurch der Patient während einer langen Beobachtungszeit geschädigt wird. Es hat sich herausgestellt, dass bei Kindern etwa 1 ecm Infusionslösung pro Stunde und bei Erwachsenen 2 bis 5 ecm pro Stunde ausreichen. Die Genauigkeit des Systems muss deshalb immer gewährleistet sein, gleichzeitig muss aber eine Einrichtung vorgesehen sein, die einen schnellen Durchfluss bzw. eine schnelle Durchspülung zu Beginn der Katheteresierung ermöglicht, um das System vollständig zu entlüften und schnell mit Spülflüssigkeit zu füllen . Ein Schneller Durchfluss ist von Zeit zu Zeit auch dazu nötig, um die dynamischen Eigenschaften des Systems zu prüfen und zwar so, dass eine Täuschung des Beobachters oder eine Verfälschung der Aufzeichnung vermieden wird.

Fig. 1 zeigt ein erfindungsgemässes Gerät 1, das bei einem System zur überwachung des Blutdruckes angewendet ist. Das System umfasst einen unter Druck stehenden Infusionsbehälter 2, der über einen Schlauch 3 mit einem Mikronfilter 4 verbunden ist, welches eine Verstopfung des Durchflusswiderstandselementes des Gerätes verhindert und Bakterien entfernt, die in der In-

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fusionslösung enthalten sein können. Das Filter ist seinerseits mit einem Schlauch 5 verbunden, dessen anderes Ende fest im Gerät 1 befestigt ist. Das Gerät besitzt einen Auslass 6, an welchem der Katheter 7 befestigt ist. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Katheter in den Brustkorb des Patienten 8 eingeführt, und zwar über die Radialarterie. Am Gerät 1 ist ein weiterer Anschluss 9 angebracht, durch welchen ein Anzeigegerät anschliessbar ist, beispielsweise ein Manometer, wie dies durch den Schlauch 10 schematisch angedeutet ist, oder ein Druckwandler, der mit einem Oszilloskop verbunden ist. In diesem Anschluss kann auch ein selbstdichtender Stopfen eingesetzt werden, durch den subkutane Injektionen durchgeführt werden können. Das erfindungsgemässe Gerät kann selbstverständlich auch bei anderen Katheter-Systemen angewendet werden, bei denen der Katheter in die verschiedenartigsten Venen oder Arterien des Körpers eines Patienten eingeführt ist.

Das Gerät 1 1st aus verschiedenen Einzelteilen zusammengesetzt, die aus starrem Kunststoffmaterial gegossen sind, vorzugsweise aus einem durchsichtigen Kunststoffmaterial. Die Einzelteile sind fest miteinander verbunden, beispielsweise durch Schmelzen oder Schweissen, durch Verwendung eines Lösungsmittels oder andere bekannte Massnahmen. Das Gerät besteht aus einem Mittelstück 11, einer Endkappe 12 mit dem Katheterauslass 6 und einer gegenüberliegenden Endkappe IJ> mit dem Anschluss 9 sowie weiteren Eingängen zu den Kanälen im Inneren des Mittelstückes. Das Mittelstück mit den Endkappen einsctoliesslich der Anschlüsse 6 und 7 kann sehr klein und gedrungen ausgebildet werden, beispielsweise nur 22 mm lang, 19 nun breit und nur 6,35 mm dick. Daraus ist ersichtlich, dass ein erfindungsgemässes Gerät we-

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sentlich vorteilhafter als die bisher üblichen Aufbauten mit mehreren Sperrhähnen usw. ist und sehr leicht mit dem übrigen System verbunden und genau so leicht von diesem wieder gelöst werden kann, da es insgesamt gesehen auch extrem leicht 1st und trotzdem die oben erwähnten Betriebsmöglichkeiten zur Regelung des Durchflusses sehr genau ermöglicht.

Das Mittelstück 11 weist einen Kanal 14 auf, durch den die beiden Anschlüsse 6 und 9 miteinander verbunden sind. Der Anschluss 9 ist auf seiner Innenseite 15 nach Ar-t eines sogenannten Luer-Verschlusses ausgebildet. In dem Mittelstück 11 und in der Endkappe IJ) ist ein etwas grösserer Kanal 16 ausgebildet,, der mit einem Qufciikanal 17 durch eine Reduzieröffnung 18 in Verbindung steht. Dieser Querkanal 17 steht seinerseits mit dem Kanal 14 in Verbindung. Ferner ist in dem Mittelstück 11 noch ein weiterer Kanal 19 vorgesehen, dessen inneres Ende zu einem im Querschnitt verringerten Kanal 20 verengt ist. Durch diese Verengung wird ein Ventilsitz 21 gebildet und der reduzierte Kanal 20 steht ebenfalls mit dem Querkanal 17 in Verbindung. Längs der Seite des Kanals 19 nahe dem Kanal 16 ist ein kleiner Umgehungskanal 21' vorgesehen, der offen in den Kanal 19 übergetit und der über den Seitenarm 22 mit dem Kanal 16 in Verbindung steht. Der zu dem Infusionssystem führende Schlauch 5 ist mit seinem Ende bleibend im Inneren des Kanals 16 befestigt und in der Endkappe 13 ist ein Anschlag 2J> vorgesehen, durch welchen verhindert wird, dass der Schlauch den Zweig 22 verschliesst, wenn er in die Kappe 1J> eingesetzt wird.

Im Kanal 16 ist ein Durchflusswiderstandselement in Form eines Röhrchens 24 eingesetzt und zwar über nachgiebige und mit Öffnungen versehene Dichtungen 25 an den beiden Enden. Das Widerstandselement ist ein sogenanntes Marinebohrungsrohr uradie

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Bohrung 26 in diesem Röhrchen besitzt nur einen Durchmesser von einigen hundertstein Millimetern, so dass durch sie ein grosser Durchflusswiderstand für die Infusionslösung erzeugt wird. Die Zeichnung ist bezüglich dieser Bohrung sehr übertrieben, In Wirklichkeit ist die Bohrung 26 im Röhrchen 24 mit dem blossen Auge nicht sichtbar, wenn man auf die Stirnfläche des Röhrchens blickt.

Das Kapillarröhrchen 24 mit seiner dünnen Bohrung 26 gewährleistet einen hohen Durchflusswiderstand. Eine Erhöhung oder Erniedrigung der Länge des Röhrchens 24 erhöht oder erniedrigt die Durchflussgeschwindigkeit linear. Da die Strömung laminar ist, gelten die Poiseuille'sehen Gesetze und geringfügigste Durchmesseränderungen der Bohrung 26 des Röhrchens bedeuten schon relativ _t:;rosse Änderungen in der Durchflussmenge. Bei der Berechnung des Durchflusses im System muss nicht nur der Widerstand des Röhrchens 24 berücksichtigt werden sondern auch der Widerstand des Katheters und des Filters 4. Diese Durchflusswiderstände sind bekannt, derjenige des Katheters ist beispielsweise relativ hoch, nämlich nur etwa 8 mm Quecksilber pro ecm pro Minute und derjenige des 0,22 Mikronfilters ist beispielsweise 130 mm Quecksilber pro ecm pro Minute. Wird beispielsweise ein Widerstandsröhrchen mit einer Bohrung von 0,05 mm Durchmesser und einer Länge von 1 cm verwendet und steht die Infusionslösungsquelle 2 unter einem Druck von beispielsweise 300 mm Quecksilberdruck so beduetet dies einen Durchfluss von 3 ecm pro Stunde und der effektive Widerstand des Infusionssystems beträgt etwa 6OOO mm Quecksilber pro ecm pro Minute. Ein Rückstau aus dem Körper des Patienten beeinflusst den Durchfluss nicht und es fHessen deshalb konstant etwa 3 ecm pro Stunde durch den Katheter und spülen diesen und vermeiden dadurch eine Verstopfung desselben. Damit is.t eine

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Störung oder Verringerung der klinischen Aufzeichnungsgenauigkeit der Wellenform des zentralen Arterienimpulses vermieden.

Das anfängliche Füllen eines solchen Systems mit einem so geringen Durchfluss durch das Widerstandselementröhrchen würde eine sehr lange Zeit beanspruchen. Zu diesem Zweck ist in dem Kanal 19 eine entsprechende Einrichtung vorgesehen, die ein schnelles Durchspülen oder ein schnelles Füllen des Systems ermöglicht. Diese Einrichtung umfasst ein Ventil 27 aus nachgiebigem Material, beispielsweise aus Gummi oder aus einem synthetischen Gummimaterial, dessen Ventilkörper auf dem Va> tilsitz 21 aufsitzt. Das Ventil besitzt eine zylindrische Verlängerung 28, die von dem massiven Ventilkörper weg sich erstreckt und deren äusseres Ende über einen Ansatz 29 der Endkappe IJ aufgesetzt ist, der sich nach innen in den Kanal erstreckt. Die Länge des Ventilkörpers zusammen mit der Verlängerung 28 ist etwas grosser gewählt als der Abstand zwischen dem Ventilsitz und der Kappe Ij5, so dass der Ventilkörper durch seine Eigenspannung stets in Anlage an den Ventilsitz gehalten ist und der Umgehungskanal 20 und 21' für die Flüssigkeit gesperrt ist. Das Ventil kann von Hand durch den Betätigungsstössel 30 geöffnet werden, der vom Ventilkörper sich durch die Verlängerung und die Endkappe 13 nach aussen erstreckt. Wenn dieser Stössel 12 von Hand nach aussen gezogen wird, wird auch der Ventilkörper von dem Sitz 21 abgehoben und der Umgehungskanal wird geöffnet, wobei die Verlängerung 28 zusammengedrückt wird und die in Fig. 5 dargestellte und mit 31 bezeichnete Wellenform einnimmt. Diese Ventilkenstruktion ist sehr sicher, denn sie kann nicht unabsichtlich offen gelassen werden, denn wenn der Stössel 30 freigegeben wird, schliesst sich das Ventil sehr schnell automatisch wieder. Der genaue Sitz des Ventilkörpers wird durch die FührungsVerlängerung J4 gewährleistet, die vom Ventilkörper in den Kanal 20 vorspringt.

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Das erfindungsgemässe Gerät besitzt eine ausgezeichnete Wirkungsweise und es ist auch sehr einfach bedienbar. Vor dem Einsetzen des Katheters in den Körper des Patienten jedoch nach dem Verbinden des Gerätes 1 mit der unter Druck stehenden Infusionslösungsquelle wird der Stössel 30 des Ventils nach aussen gezogen und das Ventil geöffnet, so dass das System einschliesslich des Katheters durchgespült wird und evtl. Luftblasen vollständig entfernt werden. Während dieses Durchspülens fliesst die Infusionslösung längs der Pfeile j52 durch den Umgehungskanal und durch den Auslass 6. Nach diesem anfänglichen Durchspülen wird das Ventil geschlossen, der Katheter wird in den Körper des Patienten eingeführt während der Infusionsspülfluss nunmehr über das Widerstandselement 24 erfolgt,wie dies durch die Pfeile 55 in Fig. 2 angedeutet ist. Der Anschluss 9 ist mit dem gewünschten Anzeigeoder Aufzeichnungsgerät verbunden oder er steht mit einem Druckwandler zur oszillographischen Beobachtung in Verbindung und der Katheter wird über eine lange Zeit hindruch offen gehalten. Zur Aufrechterhaltung der genauen Impulsformbestimmung ist es nötig, die dynamischen Eigenschaften des Systems von Zeit zu Zeit zu bestimmen. Dies kann einfach durch öffnen des Ventils 27 und das schnelle wieder schliessen des Ventils erreicht werden. Ein solcher schneller Durchfluss bewirkt eine sogenannte Rechteckwelle am Oszillographen, die vom Beobachter nicht missdeutet werden kann und durch die auch eine kontinuierliche Aufzeichnung nicht gestört oder beeinträchtigt wird. Das Ventil ist genügend schnell in seiner Funktionswelse, um eine solche Prüfung zu ermöglichen.

Bei der Benutzung des erfindungsgemässen Gerätes kann kein Rückfluss eintreten, denn der Blutdruck des Patienten ist nicht hoch genug um Flüssigkeit durch das Kapillarröhrchen 24

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In der umgekehrten Richtung hindurch zu drücken. Das Gerät ist extrem leicht im Gewicht, in seiner Funktionsweise sehr wirkungsvoll, vermeidet einen komplizierten Geräteaufbau und ermöglicht trotzdem die Beobachtung der arteriellen Impulsform mit den davon abgeleiteten verschiedenen Parametern mit grösserer Genauigkeit und besserer Anpassung an die jeweiligen Bedingungen als dies mit den bisherigen Geräten möglich war. Das Gerät ist auch sehr ökonomisch, so dass es nach einem einmaligen Gebrauch am Katheter.verbleiben kann, wenn dies nötig ist, obwohl es selbstverständlich auch wiederholt benutzt werden kann, wenn nötig auch sterilisiert werden kann, wenn der Zustand des Patienten dies erlaubt.

Patentansprüche

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Claims (10)

1. Patentansprüche

   Gerät zum kontinuierlichen Regeln eines Flüssigkeitsdurchflusses in einem Flüssigkeitssystem, insbesondere zur Verwendung bei einem Herzkathetermeßsystem, gekennzeichnet durch ein Gehäuse (11, 12, 15) mit mehreren darinnen ausgebildeten Ka- ' nälen (14, 16,"17, 19, 20, 22), von denen einer (16) mit einer unter Druck stehenden Flüssigkeitsquelle (2) verbunden ist und in einem Auslass (6) mündet, an dem das Flüssigkeitssystem (7) angeschlossen ist, und in diesem Kanal (16) ein den Flüssigkeitsstrom auf einen vorbestimmten Minimalwert begrenzendes Widerstandselement in Form eines Kapillarrohres (24, 26) angeordnet ist.
2. 2. Gerät nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen dieses Widerstandselement (24, 26) überbrückenden Umgehungskanal (22, 14, 20) mit einem normalerweise geschlossenen Ventil (21, 27), das zum Erzeugen eines schnellen Flüssigkeitsflusses durch den Umgehungskanal (19, 20, 22) geöffnet werden kann.
3. 3. Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet", dass der Umgehungskanal an einer Stelle zu einem Ventilsitz (21) verengt ist und der Ventilkörper (27) selbsttätig nachgiebig in seiner Schließstellung in Anlage an diesen Ventilsitz gehalten ist.

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4. 4. Gerät nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, dass der massive Ventilkörper (27) an einer rohrförmigen und zum öffnen des Ventils in Längsrichtung zusammendrückbaren Verlängerung (28) angebracht ist, die mit ihrem anderen Ende abdichtend am Gehäuse befestigt ist.
5. 5. Gerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass am Gehäuse (13) ein von der den Ventilsitz (21) gegenüberliegenden Seite in den Umgehungskanal (19) hineinragender Ansatz (29) ausbildet istj auf den die rohrförmige Verlängerung (28) abdichtend aufgesetzt ist.
6. 6. Gerät nach Anspruch 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass am Ventilkörper (27) ein Betätigungsstössel (30) angebracht ist, der sich innerhalb der rohrförmigen Verlängerung (28) nach aussen erstreckt.
7. 7. Gerät nach Anspruch 4 bis 6, d'a durch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper (27) zusammen mit der rohrförmigen Verlängerung (28) etwas länger gewählt sind als der Abstand zwischen dem Ventilsitz (21) und dem Ende des Ansatzes (29), so dass der Ventilkörper (27) stets mit Vorspannung in seiner Schließstellung gehalten ist.
8. 8. Gerät nach Anspruch 1 bis 7# dadurch g e kennze i ohne t, dass das Gehäuse in allen

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   Aussenabmessungen kleiner als 25 mm ist und derart leicht ausgebildet ist, dass es zwischen einen Zuflusschlauch (3, 7) einschaltbar ist.
9. 9. Gerät nach Anspruch 1 bis 8, gekennzeichnet durch einen am Gehäuse ausgebildeten Anschluss (9) zum Verbinden des Gerätes mit einer Anzeigeeinrichtung oder zum Einsetzen eines Verschlusses für eine Injektion, der über einen der Gehäusekanäle (l4) mit dem Auslass (6) verbunden ist.
10. 10. Gerät nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der zur FlUssigkeitsquelle (2) führende flexible Schlauch (5) unmittelbar am Ende des das Widerstandselement aufnehmenden Kanals ■(16) befestigt ist.

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