DE2509165B2

DE2509165B2 - Messfuehler zur messung des schaedelinnendruckes

Info

Publication number: DE2509165B2
Application number: DE19752509165
Authority: DE
Inventors: Robert Dr-Ing Lausanne Favre (Schweiz)
Original assignee: Etat De Vaud, Lausanne (Schweiz)
Priority date: 1974-03-07
Filing date: 1975-03-03
Publication date: 1977-09-15
Also published as: GB1469364A; DE2509165A1; JPS50152580A; FR2262953B3; US4014319A; DE2509165C3; FR2262953A1; CH579899A5

Description

Die Erfindung betrifft einen Meßfühler zur passiven Messung des Schädelinnendruckes mit Hilfe eines magnetischen Druckaufnehmers.

Die periodische Messung des Schädelinnendruckes vom Patienten über einen längeren Zeitraum ist von großem klinischen Interesse. Man kennt verschiedene Verfahren zur Messung des Schädelinnendruckes, die eine direkte Verbindung nach außen erfordern, was eine große Infektionsgefahr, darstellt. Man kennt ferner auch Meßfühler mit radioelektrischer Verbindung (US-PS 37 57 770), jedoch überschreitet die Lebensdauer der implantierten Energiequelle kaum zehn Tage trotz verhältnismäßig großer Abmessungen.

Zweck der Erfindung ist die Schaffung eines Meßfühlers zur passiven Messung des Schädelinnendruckes, welcher die vorerwähnten Nachteile nicht aufweist.

Ein solcher Meßfühler ist erfindungsgemäß gekennzeichnet durch eine in die Schädeldecke einsetzbare Kapsel mit einem beweglichen, von Führungseinrichtungen geführten Magneten, auf welchen einerseits eine hydrostatische, von dem zu messenden Druck erzeugte Kraft und andererseits eine pulsierende, der hydrostatischen Kraft entgegengesetzte und vom Magnetfeld eines äußeren Induktors erzeugte Magnetkraft einwirkt und welcher ein solches mechanisches Spiel aufweist, daß er eine von außen wahrnehmbare Bewegung ausführt, sobald die Magnetkraft die hydrostatische Kraft übersteigt.

In den Zeichnungen sind drei beispielsweise Ausführungsformen eines erfindungsgemäß ausgebildeten Meßfühlers sowie eine Ausführungsmöglichkeit des Induktors dargestellt. Es zeigt

F i g. 1 einen Axialschnitt durch den Fühler in einer ersten Ausführungsform in seiner Gebrauchsstellung,

Fig.2 eine Draufsicht auf die Ausführung nach Fig. 1,

F i g. 3 einen Schnitt durch eine zweite Ausführungsform zur direkten Messung des Druckes der Gehirnflüssigkeit ohne Zwischenschaltung der Hirnhaut,

Fig.4 einen axialen Teilschnitt in der linken Hälfte eines Induktors zur Erzeugung eines magnetischen Erregerfeldes für den Meßfühler,

F i g. 5 einen Axialschnitt gemäß V-V in F i g. 6 einer weiteren Ausführungsform des Meßfühlers und F i g. 6 einen Schnitt gemäß Vl-VI nach F i g. 5.

Bei der Ausführungsform nach F i g. 1 besteht der zylindrisch ausgebildete Magnet 1 aus einem Material mit einem sehr hohen Kocrzitivfcld, beispielsweise aus einer Legierung SmCos, und ist mit einer Axialöffnung versehen. Er wird geführt durch den Stift 3, vorzugsweise aus Rubin, entlang welchem er frei verschiebbar ist.

Diese Anordnung befindet sich in einer Kapsel 2, die auf ihrer Arbeitsseite mit einer elastischen Folie 5, beispielsweise aus einem künstlichen oder natürlichen Gummi, verschlossen ist. Die Übertrag jng atmosphärischer Druckänderungen in das Innere der Kapsel erfolgt durch Löcher 4, welche vorzugsweise von einer Folie aus Silikonkautschuk 32 abgedeckt sind, die einen Durchtritt von Gas, jedoch nicht vor. Flüssigkeiten zuläßt.

Die pneumatische Dämpfung der Bewegungen des ι ο Magneten 1 durch das Luftkissen zwischen dem Stift 3 und der Folie 5 wird vermeiden durch den Verbindungskanal 6.

Bei seiner Implantation sitzt der Meßfühler in einer Ausnehmung 9 der Schädeldecke 11 und ist in der Weise angeordnet, daß die Folie 5 an der Hirnhaut 8 anliegt, ohne sie merklich zu deformieren. Um diesen Vorgang zu erleichtern, ist der Meßfühler Ht Laschen 7 versehen, welche durch seitliche Rillen 10 am Umfang der Ausnehmung 9 eingeführt und dann zwischen die Hirnhaut 8 und die Schädeldecke 11 geschoben werden. Das Einsetzen und die Verankerung des Meßfühlers erfolgt somit nach Art eines sog. Bajonettverschlusses.

Die Draufsicht nach F i g. 2 zeigt deutlicher die Lage der Rillen 10 und der Befestigungslaschen 7 an der Kapsel 2.

Bei der Ausführungsform nach F i g. 3 ist die Kapsel 13 des Meßfühlers, welche den Magneten 1 enthält, von einer der Folie 5 analogen Membran 14 verschlossen. Die Kapsel 13 ist hierbei jedoch außerhalb der Membran 14 durch eine Kammer 15 verlängert, die mit einer rohrförmigen Hohlnadel 16 versehen ist. Bei Anwendung dieser Ausführungsform des erfindungsgemäßen Meßfühlers durchdringt diese Hohlnadel die Hirnhaut und läßt Gehirnflüssigkeit unter ihrem jeweiligen Druck in die Kammer 15 eintreten, wo sie eine bestimmte hydrostatische Kraft auf den Magneten 1 ausübt ohne Zwischenschaltung der Hirnhaut. Die sonstige Wirkungsweise der Meßfühler nach den F i g. 1 und 3 ist die gleiche.

Bei der Ausführungsform des Meßfühlers nach den F i g. 5 und 6 erfolgt die Führung des Magneten 1 durch eine elastische Aufhängung. Diese Aufhängung besteht aus zwei Gittern von sehr feinen Drähten 26,27,28 bzw. 26', 27', 28' von hoher mechanischer Widerstandsfähigkeit. Diese Drähte sind in zwei Ebenen rechtwinklig zur Magnetachse an seinen beiden Enden verteilt und bestehen beispielsweise aus Klaviersaiten. Diese Drähte sind einerseits bei 30 am Magneten unter Zwischenschaltung von Zwischenstücken 24 bzw. ?4' befestigt und andererseits an einer äußeren Hülse 25 an den Stellen 29 bzw. 29'.

Auf diese Weise sind schwache Verschiebungen des Magneten in seiner Axialrichtung möglich, während Bewegungen in jeder anderen Richtung ausgeschlossen sind.

Die Amplitude des Axialspiels des Magneten ist andererseits begrenzt durch eine Ringschulter 31 an der Hülse 25.

Die in dieser Weise ausgebildete elastische Aufhängung des Magneten ist wie bei dem Ausführungsbeispiel nach den F i g. 1 und 2 in einer Kapsel untergebracht, die hierbei aus zwei zusammengeschweißten oder zusammengeklebten Teilen 34 und 35 besteht Sie ist ebenfalls mit Befestigungsiaschen 7 versehen und auf ihrer Arbeitsfläche mit einer elastischen Folie 5 verschlossen. Diese Kapsel kann aus einem geeigneten Kunststoff bestehen. Die halbdurchlässige Folie 32, ebenfalls beispielsweise aus Silikonkautschuk, gestattet über die Löcher 4 den Ausgleich von Veränderungen des Atmosphärendruckes, ohne Flüssigkeiten eindringen zu lassen.

Der Magnet eines implantierten Meßfühlers steht an seinem der Hirnhaut zugekehrten Ende unter einer hydrostatischen Kraft, welche proportional dem Schädelinnendruck ist.

Das Abtasten des Meßfühlers erfolgt dadurch, daß man ihn einem Magnetfeld aussetzt, welches koaxial zu seinem Magneten ist und durch einen äußeren Induktor erzeugt wird.

Bei einer ersten Ausführungsform erzeugt dieser Induktor ein rein alternatives Magnetfeld, beispielsweise mit der Net.zfrequenz. Wegen des axialen Magnetfeldgefälles wird der Magnet abwechselnd einmal einer Kraft in gleicher Richtung wie die hydrostatische Kraft ausgesetzt, welche ihn am Boden seiner Kapsel zu halten sucht, und einmal einer Kraft entgegen der hydrostatischen Kraft, welche ihn vom Boden der Kapsel abzuheben sucht. Sobald dabei diese Rückstoßkraft die hydrostatische Kraft übersteigt, führt der Magnet einen hörbaren Ausschlag aus.

Der Schädeünnendruck wird bestimmt durch den Erregerstrom des Induktors, welcher der Empfindlichkeitsschwelle des Magneten entspricht, was man leicht mit Experimenten bestimmen kann.

Bei einer zweiten Ausführungsmöglichkeit erzeugt dieser Induktor ein kontinuierliches Rückstoßmagnetfeld für den Magneten des Meßfühlers, welches durch ein schwaches Wechselfeld moduliert ist. Sobald die magnetische Stoßkraft die hydrostatische Kraft kompensiert, führt der Magnet einen Ausschlag aus, und zwar unter der Wirkung der schwachen Wechselkomponente des Magnetfeldes des Induktors.

Der Schädelinnendruck wird hierbei bestimmt durch den kontinuierlichen Erregerstrom des Induktors, welcher dem maximalen Ausschlag des Magneten des Meßfühlers entspricht.

Bei einer weiteren Ausführungsmöglichkeit nach Fig.5 kann man die kontinuierlichen und alternativen Komponenten des Magnetfeldes in der Weise einstellen, daß der Magnet zwischen den beiden Anschlägen aus dem Boden der Kapsel 2 und der Ringschulter 31 ausschlägt. Dieser Ausschlag ist leicht zu überwachen durch das Gehör oder ein Oscilloskop und gestattet eine sehr genaue Einstellung der kontinuierlichen Stromkomponente entsprechend dem Meßdruck.

Bei dieser dritten Ausführungsform nach F i g. 5 steht der Magnet 1 des Meßfühlers unter einer sog. Vorspannung, d. h. einer Ruhekraft, die ihn nach seiner Arbeitsfläche auf der Hirnhautseite zieht. In dieser Ruhestellung liegt der Magnet 1 an einem vorderen Anschlag an, welcher bei der dargestellten Ausführungsform aus der Ringschulter 31 besteht. Und in dieser Ruhestellung liegt der bewegliche Teil, nämlich der Magnet, an der elastischen Folie 5 an.

Diese sog. Vorspannung für den Magneten wird -rzeugt durch einen ferromagnetischen Ring 33, welcher an der Kapsel 2 vor dem Magneten 1 befestigt ist. Durch diesen ferromagnetischen Ring 33 wird der Magnet 1 gegen die elastische Folie 5 mittels einer Kraft gezogen, welche der hydrostatischen Kraft, erzeugt durch den Schädelinnendruck, entgegengerichtet ist.

Das Abtasten des Meßfühlers erfolgt durch Anwendung der gleichen Technik, wie sie vorstehend beschrieben ist. Dabei erzeugt die Wechselkomponente des Magnetfeldes des Induktors ein hörbares Anschla-

gen des Magneten an die Ringschulter 31. Dieses Anschlagen erreicht sein Maximum, sobald alle kontinuierlichen Kräfte ausgeglichen sind, d.h. die hydrostatische Kraft, die sog. Vorspannung und die induzierte magnetische Kraft.

Wenn die Vorspannung eine hydrostatische Kraft ausgleicht, welche beispielsweise einem Schädelinnendruck von 20 cm Wassersäule entspricht, hat die induzierte Magnetkraft die Richtung der hydrostatischen Kraft zur Messung von Schädelinnendrücken unter 20 cm Wassersäule, während sie die entgegengesetzte Richtung hat zur Messung von Schädelinnendrükken über 20 cm Wassersäule.

Die für eine Messung notwendigen Amperewindungen des Induktors sind auf diese Weise im Mittel stark ,₅ herabgesetzt.

Ein zweiter Vorteil besteht in der Möglichkeit, das axiale Magnetfeldgefälle des Induktors durch die Messung der sog. Vorspannung des implantierten Meßfühlers zu eichen.

Die kontinuierliche Komponente des Magnetfeldes des Induktors wird hierzu in der Weise ausgerichtet, daß der Magnet 1 gegen den Boden der Kapsel 2 gezogen wird. Bei Annäherung an diese Stellung erzeugt die Wechselkomponente des Magnetfeldes des Induktors _2J einen hörbaren Anschlag des Magneten an dem Boden der Kapsel 2. Dies erlaubt die Einstellung der kontinuierlichen Komponente des Magnetfeldes des Induktors, vorausgesetzt, daß sich der Magnet dann nicht mehr in Berührung mit der elastischen Folie 5 und damit unter der Einwirkung der hydrostatischen Kraft befindet

Fig.4 zeigt, auf der linken Seite im Schnitt, eine zweckmäßige Ausführungsform des Induktors. Dabei ist der rotationssymmetrische Magnetkreis 19 an seiner Unterseite offen. Sein Kern 17 kann weitgehend ausgehöhlt sein, wodurch man dort einen Geräuschdetektor unterbringen kann, welcher einfach akustisch oder elektronisch arbeitet Während der Messung muß der Induktor einwandfrei auf den Meßfühler und in ^₀ bestimmtem Abstand davon ausgerichtet werden. Die Auswirkung eines Fehlers in der Lage ist um so geringer, je größer der Durchmesser der ebenen Fläche 18 des Kernes ist Man erstrebt daher einen Induktor großer Abmessung für genaue Messungen. Das Gewicht des Induktors kann dann seine Montage auf einem mechanisch schwenkbaren Stativ erforderlich machen.

In vorteilhafter Weise kann ein Magnetfelddetektor 23 mit großer Genauigkeit die Lage und die Entfernung des Meßfühlers durch das Magnetfeld seines Magneten lokalisieren.

Der Induktor ist ferner mit drei einstellbaren Füßen 20 versehen, womit er auf den Schädel des Patienten aufsetzbar ist

Dabei kann einer der Füße 21 aus einem Mikrophon des Geräuschdetektors bestehen zur Ermittlung des Ausschlages des Magneten.

Das Magnetfeld wird erzeugt durch Anlegen des Stromes an die Induktionsspule 22.

Verschiedene zusätzliche Einrichtungen gestatten die Registrierung der Veränderungen des Schädelinnendruckes.

Bei einer ersten Möglichkeit errechnet man den Schädelinnendruck aus der registrierten Modulation durch das Geräusch des Magnetspiels, auf welchen ein Induktorfeld mit geeigneter, konstanter Amplitude einwirkt

Bei einer zweiten Ausführungsform errechnet man den Schädelinnendruck aus dem Wechselbeziehungen zwischen einer Modulation des Induktorfeldes, vorzugsweise in Sägezahnform, und der relativen Lage des Geräusches beim Ausschlag des Magneten, und zwar an einem Meßpunkt des Druckes pro Modulationsperiode.

Die Lebensdauer des erfinduhgsgemäßen Meßfühlers im implantierten Zustand ist praktisch unbegrenzt und ohne Abweichung. Er mißt mit ausreichender Genauigkeit den Oberdmck im Schädelinnern gegenüber dem atmosphärischen Umgebungsdruck ohne direkte Verbindung mit außen, d.h. ohne Infektionsgefahr, bei niedrigem Aufwand.

In einer Abwandlung der elastischen Aufhängung des Magneten können statt der beiden Drahtgitter 26—28, 26'—28' auch zwei andere elastische Systeme verwendet werden, beispielsweise zwei, vorzugsweise metallische Membranen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

09 Patentansprüche:

1. Meßfühler zur passiven Messung des Schädelinnendruckes mit Hilfe eines magnetischen Druckaufnehmers, gekennzeichnet durch eine in die Schädeldecke (11) einsetzbare Kapsel (2; 13) mit einem beweglichen, von Führungseinrichtungen (3; 26—28) geführten Magneten (1), auf welchen einerseits eine hydrostatische, von dem zu messenden Druck erzeugte Kraft und andererseits eine pulsierende, der hydrostatischen Kraft entgegengesetzte und von dem Magnetfeld eines äußeren Induktors erzeugte Magnetkraft einwirkt und welcher ein solches mechanisches Spiel aufweist, daß er eine von außen wahrnehmbare Bewegung ausführt, sobald die Magnetkraft die hydrostatische Kraft übersteigt.

2. Meßfühler nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen zylindrischen Magneten (1), dessen magnetische Achse mit seiner geometrischen Achse zusammenfällt und der nur in dieser axialen Richtung beweglich ist.

3. Meßfühler nach Anspruch !, gekennzeichnet durch eine Kapsel (2; 13), welche auf der in Berührung mit der Hirnhaut (8) kommenden Seite mit einer elastischen Abdichtungsfolie (5; 14) verschlossen ist.

4. Meßfühler nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Kapsel (13) mit einer Kammer (15) außerhalb einer elastischen Abdichtungsfolie (14) und einem von dieser Kammer nach außen führenden Rohr (16), durch welches die Flüssigkeit, deren Druck gemessen werden soll, wenigstens teilweise in die Kammer eintritt.

5. Meßfühler nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Führungseinrichtung aus einem Stift (3), auf welchem der Magnet (1) praktisch reibungslos verschiebbar sitzt.

6. Meßfühler nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Führungseinrichtungen aus zwei elastischen Aufhängungen rechtwinklig zur Magnetisierungsachse an jedem Ende des Magneten (1), die so einerseits am Magneten und andererseits an einer in der Kapsel (2) sitzenden Außenhülse (25) befestigt sind, daß diese Aufhängungen eine geringe Axialbeweglichkeit des Magneten gegenüber der Hülse zulassen, eine Radialbeweglichkeit jedoch verhindern.

7. Meßfühler nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch Drahtgitter (26—28, 26'—28') als elastische Aufhängung des Magneten (1), deren Drähte mit ihren inneren Enden am Magneten und mit ihren äußeren Enden an der Hülse (25) befestigt sind.

8. Meßfühler nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch zwei ringförmige, vorzugsweise metallische Membranen zur elastischen Aufhängung des Magneten (1), deren Innenumfang am Magneten und deren Außenumfang an der Hülse (25) befestigt sind.

9. Meßfühler nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch einen ersten Anschlag (31) zur Begrenzung der Beweglichkeit des Magneten (1) in Richtung der Arbeitsfläche des Fühlers und durch einen zweiten Anschlag zur Begrenzung der Beweglichkeit in entgegengesetzter Richtung.

10. Meßfühler nach Anspruch 6 und 9, gekenn- *5 zeichnet durch einen in Richtung der Arbeitsfläche des Fühlers vorgespannten Magneten (1), welcher in seiner Ruhestellung ohne Einwirkung von Schädel

innendruck und Induktorfeld an dem ersten Anschlag (31) und an der elastischen Abdichtungsfolie (5) anliegt.

11. Meßfühler nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch eine Vorspannung des Magneten mittels einer ferromagnetischen Masse (33) an der Arbeitsfläche der Kapsel (2) zum Anziehen des Magneten (1) mit einer bestimmten, der hydrostatischen Kraft entgegengesetzten Kraft

12. Meßfühler nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Kapsel (2) mit Laschen (7) zum Einsetzen zwischen Schädeldecke (11) und Hirnhaut (8).