DE2231491A1

DE2231491A1 - Vorrichtungen zum umformen von blutdruck

Info

Publication number: DE2231491A1
Application number: DE19722231491
Authority: DE
Inventors: Huntly Drummond Millar
Original assignee: Millar Instruments Inc
Current assignee: Millar Instruments Inc
Priority date: 1971-07-01
Filing date: 1972-06-27
Publication date: 1973-01-11
Also published as: FR2144399A5; JPS522636B1; DE2231491C3; IT972231B; DE2231491B2; NL7208976A; GB1344758A; NL155364B

Description

PATENTANWÄLTE

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DR.-ING. RICHARD GLAWE · DIPL-ING. KLAUS DELFS · DIPL-PHYS. DR. WALTER MOLL

MÜNCHEN

HAMBURG

MÜNCHEN

8 MÖNCHEN 26 POSTFACH 37 LIEBHERRSTR. 20 TEL (OBIl) 22 65 48

2 HAMBURG 52 WAITZSTR. 12 TEL. (0411) 8? 22 55 TELEX 212921 spez

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MÜNCHEN

MILLAR INSTRUMENTS, INC. . Houston, Texas/V.St.A.

Vorrichtungen zum Umformen von Blutdruck

Die Erfindung betrifft Vorrichtungen zum Umformen von Drücken, insbesondere Miniaturumformer, zur Durchführung physiologischer Messungen wie Bestimmungen des Blutdrucks.

Die Vorrichtungen der Erfindung können insbesondere zur Bestimmung von Blutdrücken bei Menschen und Tieren verwendet werden und werden nachfolgend in bezug auf dieses Anwendungsgebiet beschrieben. Dabei ist jedoch zu beachten, daß sie auch für andere physiologische Druckmessungen verwendet werden können.

Miniaturumformer für Blutdruck finden in der heutigen

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Medizin bei Operationen an den Herzgefäßen und für die Auf-> zeichnung des Blutdruckes von Menschen und Tieren breite Verwendung. Aus den US-Patentschriften 3 088 323 und 3 553 625 ist bekannt, derartige Umformer in einer Katheterspitze oder Sonde für intraarterielle und intravenöse Blutdruckmessungen sowie für die Aufzeichnung von Blutdruckwerten unterzubringen. Der Druckumformer und die Katheterspitze können so klein konstruiert werden, daß sie durch die Haut eines Menschen oder Tieres in eine Arterie eingeführt und durch die Arterie direkt in das Herz getrieben werden können.

Zur Verbesserung der Empfindlichkeit und der Zuverlässigkeit von Miniaturumformern für den Blutdruck sind verschiedene Versuche unternommen worden. Es sind z.B. hochempfindliche Dehnungs- bzw. Spannungsmesser sowohl vom Draht- als auch vom Halbleitertyp verwendet worden, um die Biegung einer Membran zu bestimmen, welche durch Blutdruckpul sat ionen durchgebogen wird. Eine neue Anwendung von Spannungs- bzw. Dehnungsmessern bei Blutdruckbestimmungen ist in der USA-Anmeldung No. 114 610, eingereicht am 11. Februar 1971, beschrieben.

Neuere Fortschritte bezüglich inaktiver Spannungsbzw. Dehnungsmesser sind z.B. in den US-Patentschriften 3 351 880, 3 501 732 und 3 492 513 zu anderen Zwecken als

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denen der Blutdruckmessungen beschrieben worden.

Es ist bekannt, in Blutdruckumformern einen Spannungsmesser an einem anderen Bauteil, z.B. einem Träger zu befestigen, um eine Montagegrundlage zu schaffen.. Eine auf'den Träger einwirkende Kraft bewirkt eine Deformation in Form einer Kompression bzw. Stauchung oder Spannung des Spannungs- bzw. Dehnungsmeßelementes. Dabei wurde der Stützträger für notwendig gehalten, um in erster Linie die für die meisten Anwendungen erforderliche mechanische Stabilität bzw. Biegefestigkeit zu erzielen. Ein großer Teil der Energie der Meßkraft wird dabei verbraucht, um den Stützträger zu biegen, wodurch die effektive Empfindlichkeit vermindert wird.

Miniatur-Dehnungs- bzw. -Spannungsmesser zum Messen von kleinen Kräften sind bei der Anwendung Schwierigkeiten unterworfen, welche mit Unterschieden der thermischen Ausdehnungskoeffizienten verbunden sind. Falls sich der Ausdehnungskoeffizient des Materials des Dehnungsmessers von dem des Materials,an dem der Dehnungsmesser befestigt ist, unterscheidet, werden innere Spannungen in dem Dehnungsmesser erzeugt, welche aus Quellen stammen, die nicht von der zu messenden Kraft abhängen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrich-

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tung zum Umformen von Blutdruck mit verbesserter Empfindlichkeit und Zuverlässigkeit im Vergleich zu bekannten Vorrichtungen. Die geringe Größe des Umformers der Erfindung gestattet seine Verwendung in miniaturisierter Form. Die Vorrichtung der Erfindung kann beispielsweise in einem Miniatur-Blutdruckumwandler vom Kathetertyp für intraarterielle und intravenöse Blutdruckmessungen verkörpert sein. Weiterhin können die Vorrichtungen der Erfindung als Blutdruckumformer ausgeführt werden, welche direkt in das Herz eines Menschen oder Tieres implantiert werden können.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird ein Blutdruckumformer vom Kathetertyp vorgesehen. Der Umformer besteht aus einer Katheterspitze mit einer abgeflachten Seite. Eine Membran ist in der abgeflachten Seite der Katheterspitze angeordnet bzw. befestigt. In einer abgedichteten Zelle innerhalb der Katheterspitze ist ein Dehnungs- bzw. Spannungsmeßelement der vorstehend beschriebenen Art in einer Lage angeordnet, so daß die flexible Verbiegung der Membran infolge von Änderungen des Blutdrucks gemessen werden kann. Die Katheterspitze ist mit einem flexiblen Schlauch verbunden, welcher die elektrischen Leiter zur Verbindung mit dem Spannungs- bzw. Dehnungsmeßelement enthält und auch als Verbindungskanal zwischen der abgedichteten Zelle und einer Bezugsdruckquelle, z.B. der Atmosphäre, vorgesehen ist.

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Der in der Vorrichtung der Erfindung verkörperte Dehnungs- bzw. Spannungsmesser stellt einen neuen Typ dar. Diese Meßeinrichtung verwendet das Prinzip der Spannungs- bzw. Dehnungskonzentration in einem empfindlichen Teil des Spannungsmessers, jedoch in der Weise, daß zweifache spannungs- bzw. dehnungsempfindliche Elemente in einer mechanischen "Zug-Schub"-Anordnung verwendet werden. Ein Ende der Meßeinrichtung kann fest verankert sein, wobei das andere Ende jedoch direkt von einer zu messenden Kraft betätigt werden kann. Die Energie der zu messenden Kraft kann direkt zur Betätigung der Umformermeßeinrichtung angewendet werden. Dabei braucht keine Energie zur Verbiegung eines Trägers, an dem der Spannungs- bzw. Dehnungsmesser befestigt ist, aufgewendet werden. Die Masse des der Spannung bzw. Dehnung unterworfenen Materials ist ein Teil des das Signal erzeugenden Materials. Laterale Kräfte werden direkt in longitudinale Spannungen bzw. Dehnungen umgewandelt.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung besteht der Spannungs- bzw. Dehnungsmesser aus zwei Elementen aus einem piezoresistiven Material, die miteinander verbunden sind. Die zwei Elemente bilden eine einheitliche Struktur, die vollkommen selbsttragend und mechanisch fest bzw. steif sein kann. Jedes Element ist entlang einer zu der Richtung der Krafteinrichtung senkrechten Achse mit einem Teil mit verminderter Dicke ausgestattet.

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In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung besteht jedes Element des Spannungs- bzw. Dehnungsmessers aus zwei Endpuffern, die durch einen verjüngten Halsteil miteinander verbunden sind. Die zwei Elemente sind an ihren Endpuffern miteinander verbunden, z.B. verkittet, werden jedoch voneinander elektrisch isoliert gehalten. Die Endpuffer weisen aneinandergrenzende Flächen auf, die verjüngten Halsteile jedes Elementes dagegen sind im Abstand voneinander angebracht.

Mit Hilfe dieses neuen Typs eines Spannungs- bzw. Dehnungsmessers werden die meisten Schwierigkeiten vermieden, die mit Unterschieden in den Ausdehnungskoeffizienten einhergehen. Der Spannungs- bzw. Dehnungsmesser ist mit zwei Elementen mit gleichen Ausdehungskoeffizienten ausgestattet, um eine Abstützung untereinander und eine Temperaturkompensierung zu schaffen. Spannungen bzw. Dehnungen infolge von Unterschieden der Ausdehnungskoeffizienten mit der Oberfläche, an der der Umformer angeordnet ist, sind vernachlässigbar.

Im folgenden werden Einzelheiten von bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung beschrieben, wobei auf die Zeichnungen Bezug genommen wird. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht des Spannungs- bzw. Dehnungsmeßteils eines Druckumformers, hergestellt

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gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie 2-2 der Fig. 1; Fig. 3 einen Schnitt entlang der Linie 3-3 der.Fig. 1;

Fig. 4 eine perspektivische Ansicht einer Katheterspitze eines Blutdruckumformers, hergestellt gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 5 einen Schnitt entlang der Linie 5-5 der Fig. 4; Fig. 6 einen Schnitt entlang der Linie 6-6 der Fig. 4; ·

Fig. 7 einen anderen Schnitt entlang der Linie 6-6 der Fig. 4, wobei die Membran flexibel verbogen ist;

Fig. 8 ein Schaltschema des Druckumwandlers der Erfindung, verbunden in einer Brückenschaltung;

Fig. 9 einen Schnitt durch einen Differentialdruckumformer gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 10 einen Schnitt entlang der Linie 10-10 der Fig. 9; Fig. 11 einen Teilschnitt eines Druckaufsatzes zur Messung

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des Blutdruckes außerhalb des Körpers unter Verwendung des in Fig. 4 gezeigten Blutdruckumwandlers mit einer Katheterspitze}

Fig. 12 eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform eines Blutdruckumwandlers der Erfindung vom Rohrtyp;

Fig. 13 einen Schnitt entlang der Linie 13-13 der Fig.

Die Fig. 1 bis 3 zeigen einen spannungs- bzw. dehnungsempfindlichen Umformer 10, welcher auf einem Plattenteil befestigt ist. Eine Membran 14 ist in einer Öffnung in dem

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Plattenteil vorgesehen. Die Membran besteht aus einer zentralen steifen Platte oder einem Kolben 16, welcher durch ein elastisches Material 18, z.B. Silicon-Kautschuk, gestützt ist, welches mit den Kanten des in dem plattenförmigen Teil 12 ausgebildeten Schlitzes verbunden ist. Der Kolben 16 kann sich infolge von vorkommenden Änderungen des Flüssigkeitsdruckes frei bewegen.

Ein Ende des Umformers ist an dem Plattenteil 12 und das andere an dem Kolben 16 befestigt. Die Bewegung des Kolbens 16·wird an den Umformer 10 weitergegeben und verursacht Widerstandsänderungen, welche mit einem geeigneten Meßkreis festgestellt bzw. gemessen werden können.

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Der Umformer 10 ist in der Zeichnung als im allgemeinen rechteckig ausgebildeter Materialblock gezeigt, welcher zwei spannungs- bzw. dehnungsempfindliche Elemente umfaßt, die in einer "Zug-Schub"-Anordnung verbunden sind. Jedes Element besteht aus dem gleichen piezoresistiven Material, das vom halbleitenden Typ, wie Silicium, sein kann. Jedes Element schließt ein Paar von Puffern (pads) 20a und 20b ein, welche miteinander durch verjüngte Halsteile 22 verbunden sind. Die verjüngten Halsteile 22a und 22b sind mit einem Querschnitt senkrecht zu der Längsachse des Umformers versehen, der im Vergleich zu dem Querschnitt der Polster 20a und 20b klein ist. Die verjüngten Halsteile 22a und 22b können in zahlreichen Formen, z.B. in Form eines Uhrglases, ausgeführt werden. Das Grundprinzip für die Verwendung des verjüngten Halsteils besteht darin, die ausgeübte Spannungsbzw. Dehnungskraft in einem kleinen bzw. engen Teil zu konzentrieren, welcher einen großen Widerstand pro Längeneinheit aufweist. Die Polster 20a und 20b sind an einer gemeinsamen Fläche miteinander verbunden, z.B. verkittet, so daß die Halsteile eines jeden der getrennten Elemente parallel, jedoch im Abstand voneinander liegend angeordnet sind.

Wenn der Umformer senkrecht zu seiner Längsachse einer Kraft ausgesetzt wird, wird einer der verjüngten Halsteile unter Druck bzw. Stauchung und der andere unter Spannung bzw. Zug gesetzt. Die zwei einzelnen Elemente werden vor-

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teilhafterweise aus dem gleichen Material, z.B. Silicium, und in gleicher Dimension und Form hergestellt, so daß sie zueinander passen. Die zwei Elemente kompensieren sich gegenseitig in bezug auf Temperaturänderungen.

Wenn ein verjüngter Halsteil unter Spannung bzw. Dehnung gesetzt wird, nimmt sein Widerstand zu, während der Widerstand des anderen verjüngten Halsteils abnimmt. Die zwei einzelnen spannungs- bzw. dehnungsempfindlichen Elemente können in einer Brückenanordnung geschaltet werden, so daß die Widerstandsänderungen jedes Elementes sich addieren und ein verstärktes Ausgangssignal liefern.

Die vorstehend beschriebenen spannungs- bzw. dehnungsempfindlichen Elemente können von einem handelsüblichen Typ sein.

Insbesondere in bezug auf die Fig. 1 bis 3 ist die Seite des Polsters 20b des Umformers 10 mit dem zentralen Halsteil der Membran ausgebildeten Kolben 16 verbunden. Eine Seite 24 des anderen Polsters 20b des einen Elementes ist mit dem Plattenteil 12 verbunden. Die Kante jedes der Dehnungsmeßelemente ist mit einem leitenden Material beschichtet. Insbesondere sind die oberen Oberflächen der Polster 20a ebenso wie die unteren Oberflächen der Polster 20b mit einem leitenden Material beschichtet.

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Jedes spannungs- bzw. dehnungsempfindliche Element ist untereinander mittels eines Epoxyharz-Materials verbunden, welches an den Seiten eines jeden der Endpolster 20a und 20b angebracht ist. Selbstverständlich können auch andere Mittel verwendet werden, um die jeweiligen Endpolster der zwei spannungs- bzw. dehnungsempfindlichen Elemente zu verbinden. Die Grenzschicht zwischen den Polstern 20 jedes Spannungs- bzw. Dehnungsmeßelementes ist als elektrisch isolierende Schicht ausgeführt. An dieser Grenzschicht ist eine außerordentlich dünne Schicht Epoxyharz abgesetzt, um die Elemente voneinander zu isolieren.

Es sind drei an dem Spannungs- bzw. Dehnungselement befestigte Leiter gezeigt. Ein erster Leiter 30 ist beispielsweise durch Verlöten mit der leitenden Fläche der oberen Oberfläche des einen Polsters verbunden. Ein zweiter Leiter 31 ist mit der unteren Oberfläche eines Endpolsters an der Oberfläche 24 verbunden. Ein dritter Leiter 32 ist an einem gemeinsamen Verbindungspunkt 33 mit Drähten 34 und verbunden, welche jeweils zu den oberen und unteren Flächen der Endpolster 20 führen.

Wie vorstehend beschrieben, schließt das Spannungs- bzw. Dehnungsmeßelement der Erfindung zwei getrennte Elemente ein, welche miteinander verbunden, z.B. verklebt sind. Gemäß anderen vorteilhaften Ausführungsformen der Erfindung können die

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zweifachen Elemente durch bekannte Integrierte-Schaltungs-Techniken oder andere, bisher noch nicht bekannte Techniken gebildet sein, um eine einheitliche Struktur mit getrennt isolierten Elementes zu bilden.

Die Verwendung des spannungs- bzw. dehnungsempfindlichen Umformers mit zwei Unterelementen gemäß der Erfindung bietet eine ganze Anzahl von Vorteilen:

(1) Das zweifache Element der Erfindung ist selbsttragend, wodurch laterale Kräfte vollständig in Kompressions- bzw. Stauchungs- oder Spannungsbzw. Zugkräfte an dem verjüngten Halsteil jedes Spannungselementes umgewandelt werden können.

(2) Der Umformer der Erfindung spricht linear auf Gleichstrom an, ist ohne Drift stabil und keiner Hysterese unterworfen.

(3) Der Umformer ist für im Inneren erzeugte thermischie Gradienten selbst_kompensiert.

(4) Bei zueinanderpassenden Spannungs- bzw. Dehnungselementen ist die Einrichtung aus dem zweifachen Element der Erfindung selbsttemperaturkompensierend.

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(5) Erfindungsgemäß wird kein getrenntes Trägerelement benötigt. Die verringerte Masse des Elements führt zu einer Resonanzfrequenz, welche viel höher ist als die von herkömmlichen spannungs- bzw. dehnungsempfindlichen, an einem Träger befestigten Elementen. Erfindungsgemäß können somit die Resonanzfrequenzen in der Nähe von 20 bis 40 Kilohertz liegen. Die herkömmlichen, an einem Stützträger befestigten Spannungs- bzw. Dehnungselemente weisen eine große, mit dem Träger verbundene Masse auf. In herkömmlichen, mit den üblichen Spannungssensoren hergestellten Elementen kann das Spannungs- bzw. Dehnungselement leicht brechen, wenn das Gerät fallengelassen wird oder Gravitations- oder Beschleunigungskräften ausgesetzt wird. Bei dem zweifachen Element gemäß der Erfindung ist die Masse erheblich kleiner und das Spannungs- bzw. Dehnungselement ist somit für diese Gravitations- oder Beschleunigungskräfte wesentlich weniger empfänglich.

Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung besteht aus dem Blutdruckumformer mit der Katheterspitze, der in den Fig. 4 bis 7 gezeigt ist. Der Katheterspitzen-Umformer der Fig. 4 bis 7 ist natürlich bezüglich seiner tatsächlichen Größe zur Verwendung als intraarterieller oder intravenöser Blutdruckmesser um ein Vielfa-

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ches vergrößert dargestellt. Der Umformer umfaßt eine aus einem röhrenförmigen Element 40 gebildete Katheterspitze mit einer abgeflachten Seite 41. Ein aktives Umformerelement in Form eines der Modulationselemente der Fig. 1 bis ist in der flachen Seite 41 angebracht. Die Seite 41 wird durch Entfernen eines Abschnittes der Wandung des rohrförmigen Elementes 40 gebildet. Dieser Abschnitt ist so dargestellt, daß er von einem Teil des rohrförmigen Elementes entfernt ist, welcher die Spitze einschließt. Selbstverständlich kann in anderen Ausführungsformen auch ein Abschnitt von einem mittleren Teil der Katheterspitze entfernt werden.

Wie aus Fig. 3 ersichtlich, schließt der plattenförmige Teil 12 abgeschrägte bzw. abgerundete Seitenteile 42 ein, welche an den Seitenwänden des rohrförmigen Elementes 40 unterhalb des entfernten Wandabschnittes anliegen. Der Plattenteil 12 kann an der Wandung des rohrförmigen Elementes 40 mit Hilfe von Klebstoffen, z.B. Epoxyharzen, befestigt werden. Durch Verschließen des Endes mit Dichtmaterial 52 und durch Verschließen des Teils 54 zwischen der oberen Oberfläche des Plabbenteils und dem entfernten Wandabschnitt des rohrförmigen Elementes 40 wird innerhalb der Katheterspitze eine abgedichtete Zelle 50 gebildet. An einem Schaftende 56 der Katheterspitze ist ein biegsamer Schlauch 58 angebracht, welcher mit Hilfe von jeglichen geeigneten Mitteln, z.B. durch einen Fling aus Kpoxyharz bO,

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befestigt werden kann. Der biegsame Schlauch 58 ist als Luft- oder Flüssigkeitskanal von der abgedichteten Zelle 50 zu einer Vergleichsdruckquelle, z.B. der Atmosphäre, vorgesehen. Der Schlauch 58 kann in der für intraarterielle Messungen notwendigen Länge ausgebildet werden. Die elektrischen Leiter 30, 31 und 32 von dem Spannungs- bzw. Dehnungsmesser 10 werden innerhalb des Schläuche 58 einem geeigneten, nicht gezeigten elektrischen Verbindungsmittel zugeführt.

Der Widerstand des Spannungs- bzw. Dehnungsmessers 10 kann in irgendeinem geeigneten Meß- oder Registrierschaltkreis gemessen werden. Ein derartiger Schaltkreis ist in Form einer herkömmlichen Wheatstone-Brücke gezeigt. Widerstände 72 und 73 stellen schematisch jeweils die Widerstände eines jeden der Elemente in dem Spannungs- bzw. Dehnungsmesser 10 dar. Widerstände Tk und 75 sind zur Kompensation von Temperaturschwankungen eingestellt. Widerstände 70 und 71 sind zum Abgleichen der Brücke vorgesehen. Eine Quelle für die elektrische Anregung, z.B. eine Gleichspannungspotentialquelle 76 ist über der Wheatstone-Brücke vorgesehen. Eine Meßeinrichtung, z.B. ein Meßinstrument 78, ist über einem Arm der Wheatstone-Brücke vorgesehen. Eine Meßeinrichtung, z.B. ein Meßinstrument 78, ist über dem anderen Arm der Wheatstone-Brücke vorgesehen. Wenn das Spannungs- bzw. Dehnungselement keinerlei Belastungsbedingungen ausgesetzt

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ist, ist die Wheatstone-Brücke abgeglichen,und es fließt kein elektrischer Strom durch das Meßinstrument 78. Wenn jedoch der Spannungs-bzw. Dehnungsmesser 10 infolge der Einwirkung von Flüssigkeitsdruck einer Belastung ausgesetzt ist, wird dadurch eine Änderung im Widerstand des Spannungsmessers 10 verursacht, wodurch wiederum eine Änderung in den Widerständen 72 und 73 hervorgerufen wird und einen elektrischen Stromfluß durch das Meßinstrument 78 bewirkt. Der Stromfluß durch das Instrument 78 ist dem Betrag des Flüssigkeitsdruckes,der die elastische Verbiegung des Spannungs- bzw. Dehnungsmeßelementes bewirkt, direkt proportional.

Die vorstehend beschriebene Wheatstone-Brückenschaltung ist vom Gleichspannungstyp. Es ist jedoch selbstverständlich möglich und häufig erwünscht, eine elektrische Anregung durch Wechselstrom zu verwenden. Weiterhin kann auch eine Ablesung in Form einer visuellen Wellenform vorgesehen werden, indem man anstelle von oder zusätzlich zu dem Meßinstrument 78 über die Arme der Wheatstone-Brücke ein Oszilloskop vorsieht. Es kann auch ein Papierstreifen vorgesehen werden, indem man den Meßarm der Wheatstone-Brücke mit dem Eingang eines Streifenregistriergerätes verbindet und das Empfangsinstrument und den Papierstreifen in Abhängigkeit von der Zeit laufen läßt.

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Der in Verbindung mit den Fig. 4 Ms 7 beschriebene Kätheterspitzen-Umformer kann neben intraarteriellen und intravenösen Blutdruckmessungen für zahlreiche andere Anwendungsgebiete verwendet werden. Er kann beispielsweise, wie in Fig. 11 gezeigt, in einen getrennten Druckaufsatz eingesetzt werden. Innerhalb eines eine Druckkammer 84 begrenzenden Druckaufsatzes 82 ist ein Katheterspitzen- Umformer gezeigt. Die Druckkammer 84 ist mit einer Flüssigkeitsdruckquelle über den Schlauch 86 verbunden. Der Druckaufsatz 82 schließt ein äußeres Gewinde ein, auf das eine Kappe 88 paßt. Innerhalb der Kappe 88 ist ein Dichtring neben dem Ende des Druckaufsatzes 82 angeordnet. Wenn die Kappe 88 an den Windungen festgedreht wird, wird der Dichtring 90 an den Seiten des Katheterspitzen-Umformers 80 angedrückt und bildet eine Druckdichtung innerhalb der Druckkammer 84. Der Schlauch bzw. das Rohr 86 kann mit einer Quelle für den zu messenden Flüssigkeitsdruck, z.B. den Blutdruck, verbunden werden. Der Flüssigkeitsdruck betätigt den Spannungs- bzw. Dehnungsmessungssensor innerhalb des Katheterumformers 80.

Der Kabheterspitzen-Umformer gemäß der Erfindung kann somit auf weiten Gebieten angewendet werden, und zwar nicht nur für Messungen an der Quelle selbst, sondern auch zur Messung von Flüssigkoitsdrücken weit entfernt von der Errefjerciuelle, indem man eine Flüssigkeitskolonne verwendet, um

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Druckänderungen bzw. Pulsationen zu einer Druckkammer zu leiten.

In Fig. 12 und 13 ist eine andere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung in Form eines Druckumwandlers vom Rohrtyp zur Messung des Druckes einer durch einen Schlauch einer Röhre yO fließenden Flüssigkeit gezeigt. Tn die Wandung des Rohres ^cj0 ist ein Schlitz eingefräst, in welchem die Platte 12 angeordnet ist, welche das in den Fig. 1 bis 3 gezeigte Modulationselement enthält. Die Platte 12 kann in dem Schlitz mittels Epoxyharz-Material oder anderen Klebstoffen befestigt sein. Indem es auf iinderungen des FlussLgkeitsdruckes innerhalb der· Bohrung des Rohres 90 anspricht, verbiegt sich die auf dem Plat tenteil 12 angeordnete Membran und übermittelt Bewegungen von dem Kolben 16 unter Hervorrufung von Widerstandsänderungen in dem Spannungs- bzw. Dehnungselement 10.

In den Fig. y und 10 ist ein Differentialdruckumforrner gezeigt, welcher die Merkmale der Erfindung verkörpert. Ein Druckgehäuse 100 ist in zwei Hälften 100a und 100b unterteilt, die von durch einen Umfangsflansch 104 verbundene Bolzen 102 zusammengefügt sind. Das Druckgehäuse 100 ist in Zellen unterteilt, die durch eine von einer Scheibe ITu gebildete Zwischenwand getrennt sind. In einem Schlitz der Scheibe 110 ist ein Modulationselement angeordnet, das dem

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der Fig. 1 bis 3 ähnlich ist. Das Modulationselement schließt einen Kolben 16 und einen Spannungs- bzw. Dehnungsmesser ein. Die elastische Verbiegung der von dem Plattenteil 12 getragenen Membran führt zu einer Deformation des Spannungsbzw. Dehnungselementes 10, welche in Form von Widerstandsänderungen desselben gemessen werden kann. Auf die obere Kammer wird ein erster Flüssigkeitsdruck P^ über eine Bohrung 116 und auf die untere Kammer ein zweiter Flüssigkeitsdruck Pp über die Bohrung 118 ausgeübt. Der resultierende Differentialdruck zwischen den zwei ausgeübten Drücken P,. und P₂ bewirkt, daß der Kolben 116 in Richtung der einen oder der anderen Druckzelle bewegt wird. Die resultierende Änderung in elektrischen Eigenschaften des Spannungs- bzw. Dehnungsmessers dient als direktes Maß für die Druckdifferenz.

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Claims

Patentansprüche

1./ Vorrichtung zum Umformen von Blutdruck, gekennzeichnet durch ein Gehäuse mit einer Öffnung, einer in der Öffnung angeordneten Membran, wobei das Gehäuse für eine der Membran auszusetzenden Flüssigkeitsdruckquelle vorgesehen ist, ein spannungsempfindliches Mittel, bestehend aus zwei einzelnen spannungsempfindlichen Elementen aus piezoresistivem Material, wobei jedes Element mit zwei im Abstand voneinander angeordneten Puffern (pads) ausgestattet ist, die Puffer jedes spannungsempfindlichen Elementes miteinander durch einen verjüngten Halsteil verbunden sind, die Halsteile im Abstand von und parallel zu einer Symmetrieebene angeordnet, in im wesentlichen gleicher Form ausgebildet und an ihren angrenzenden Seiten miteinander verbunden sind, die Grenzschichten zwischen den angrenzenden Seiten jedes Puffers aus elektrisch isolierendem Material gefertigt sind, der eine Puffer an einem der spannungsempfindlichen Elemente an einem Bereich der Membran und der andere an dem Gehäuse befestigt ist, so daß eine Biegung der Membran eine Stauchung in dem verjüngten Halsteil des einen und eine Dehnung in dem des anderen Elementes bewirkt, sowie durch Elektroden, die mit den Puffern jedes Elementes an gegenüberliegenden Seiten des verjüngten Halsteils verbunden sind.

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2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran in einer abgeflachten Seite einer im allgemeinen zylindrischen Katheterspitze mit einem spitzen Ende und einem Schaftende angeordnet ist, wobei das Innere der Katheterspitze als abgedichtete Zelle ausgebildet ist, ein als Flüssigkeitskanal zwischen einer Vergleichsdruckquelle und der abgedichteten Zelle vorgesehenes flexibles Kabel mit dem Schaftende fest verbunden ist, und daß in dem flexiblen Kabel voneinander elektrisch isolierte, mit den'jeweiligen Elektroden verbundene elektrische Leiter vorgesehen sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran in einer Öffnung in der Wandung eines Rohres zur Aufnahme der zu messenden Flüssigkeit angeordnet ist, wobei die Membran bei der Anregung durch Druckänderungen der Flüssigkeit in dem Rohr zur flexiblen Verbiegung angepaßt ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennz e i c hnet, daß ein Druckgehäuse mit zwei von einer Zwischenwand getrennten Zellen vorgesehen ist, das mit Einrichtungen zum Anschließen einer ersten und einer zweiten zu messenden Flüssigkeitsdruckquelle an die Zellen ausgestattet ist, wobei die Membran in einem von der einen Zelle zur anderen reichenden Durchlaß in der

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Zwischenwand angeordnet ist, und daß der eine Puffer an dem einen spannungsempfindlichen Teil mit dem Bereich der Membran und der andere mit der Zwischenwand fest verbunden ist, so daß die Membran durch flexible Verbiegung auf Druckdifferenzen zwischen der ersten und zweiten Flüssigkeitsdruckquelle anspricht.

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